19. Особенности измерения светоизлучающих диодов
Рекомендации относительно стандартизации условий измерения характеристик СИД были разработаны международной комиссией по освещению (МКО) и предложены для использования в светотехнических лабораториях. Данные рекомендации распространяются только на единичные монохромные СИД и не относятся к многоцветным диодам, светодиодным кластерам и матрицам для телевизионных экранов, а также излучающим поверхностям OLED.
Низкий уровень мощности излучения некоторых СИД может ограничить разрешающую способность измерений спектрального и пространственного распределения. Для увеличения сигнала датчика при измерении усредненной силы света СИД его устанавливают на относительно небольшом расстоянии при довольно большом телесном угле исходящем от СИД излучения. В этом случае диод рассматривается не как точечный источник, поэтому результаты измерений значительно варьируют, в зависимости от используемых геометрических условий. Чтобы минимизировать такое расхождение результатов, данные геометрические условия стандартизуются таким образом, чтобы разные пользователи могли сравнивать и воспроизводить измеренные значения.
Национальный стандарт российской федерации Светодиоды Методы измерения фотометрических характеристик
State system for ensuring the uniformity of measurements.
LED. Methods of photometric measurements.Дата введения 2011- -
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на светоизлучающие диоды (далее – светодиоды) и устанавливает методы измерения их фотометрических характеристик.
Условия измерений
При выполнении измерений соблюдают следующие условия:
- температура окружающего воздуха – 25 ± 2 0С;
- относительная влажность – (65 ± 20) %;
- атмосферное давление – (101 ±4) кПа;
- напряжение питающей сети – (220 ± 22) В.
Измерения характеристик светодиодов проводятся с использованием источника питания постоянного тока в условиях установившегося температурного равновесия.
Требования к светодиодам
Эталонный светодиод, смонтированный в специально сконструированном корпусе, должен быть светодиодом, типичным для испытываемого типа. Светодиод должен быть предварительно отобран и отожжен в течение 500 часов или более при номинальных значениях электрических параметров (стабилизация по току и контроль напряжения).
Корпус эталонного светодиода должен иметь систему контроля температуры и возможность постоянной регулировки тока для обеспечения постоянной оптической выходной мощности.
Оптическая и геометрическая оси светодиода должны совпадать (рис.1).
Рисунок 1. Светодиод, механическая и оптическая оси которого указывают в разных направлениях
Требования к фотометрам
Фотометр или радиометр для контроля светодиодов обычно состоит из детектора, фильтра, входной диафрагмы и электронной цепи для усиления и измерения выходного сигнала детектора.
Детекторы (приемники)
Кремниевые фотодиоды обычно используются для создания фотометров и радиометров для контроля светодиодов. Кремниевые фотодиоды чувствительны от УФ-диапазона до ближней ИК-области примерно до 1100 нм при пике чувствительности примерно 900 нм.
Угловая и пространственная чувствительность фотометров/радиометров
Фотометр и радиометр для измерения средней силы света/излучения светодиода не требуют косинусоидальной характеристики, так как свет падает под малым углом. Они должны иметь постоянную чувствительность только в диапазоне углов, под которыми излучение от испытываемого светодиода может падать на фотометр или радиометр. Поэтому для измерения интенсивности на передней поверхности фотометра или радиометра косинусная корректировка обычно не требуется, но для реализации светочувствительной области большей, чем светочувствительная область детектора, можно использовать светорассеиватель. С другой стороны, фотометр/радиометр, используемый с фотометрическим шаром для измерения силы света или потока излучения, требует хорошей косинусоидальной корректировки.
Для измерения «Средней силы излучения светодиода» чувствительность на входной диафрагме фотометра/радиометра должна быть постоянна, чтобы обеспечить измерение с одинаковым значением всего излучения, достигающего входной диафрагмы. Некоторые светодиоды имеют малый угол луча или неравномерное распределение силы излучения, что может создавать неравномерное распределение освещенности в диафрагме. Если чувствительность на входной диафрагме непостоянна, это может привести для таких светодиодов к значительным ошибкам в измеренной средней силе излучения светодиода, и особенно – в геометрии CIE-B. Фотометр с хорошим пространственным постоянством часто можно сделать при использовании фотометра недиффузорного типа (CIE. to published a) (требуется фотодиод большой площади) или при использовании небольшого фотометрического шара в качестве входной оптики. Светорассеиватели (например, опаловое стекло) также часто используются для этих целей, в частности, когда необходимо использовать более мелкие фотодиоды. Обычно более трудно достичь хорошей пространственной однородности при использовании светорассеивателя. Тщательная разработка и выбор материала светорассеивателя необходимы для достижения достаточно хорошей пространственной однородности.
Требования к фотометрическим шарам
Следует использовать фотометрические шары диаметром не менее 200 мм. Отражение внутреннего покрытия должно быть от 90% до 98%, для измерения частичного светового потока – от 95% до 98% в диапазоне длин волн от 360 нм до 800 нм.
ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНЕЙ СИЛЫ СВЕТА
Оптическая схема
Для измерений средней силы света используют оптические схемы А и В (рис 2). Для схемы А расстояние l = 0,316 м, для схемы В l = 0,100 м.
Светодиод
Детектор
Круглая
диафрагма
площадью 100 мм2
Фильтр
l
Рис. 2 Схема стандартных условий А и В для измерения средней силы света светодиода. l - расстояние между светодиодом и плоскостью входной диафрагмы детектора, м.
Светодиод должен центрироваться так, чтобы механическая ось светодиода проходила через центр диафрагмы детектора.
В обеих оптических схемах используется детектор с круглой входной диафрагмой площадью 100 мм2.
Метод сравнения
Средняя сила света светодиода измеряется методом сравнения с эталонным светодиодом такого же типа (с аналогичным спектральным распределением и пространственным распределением силы света).
Эталонный светодиод должен быть калиброван по той же геометрической схеме (A или B), которая используется для калибруемого светодиода.
Средняя сила света светодиода Iсд вычисляется по формуле:
где
и Iсд – средняя сила света эталонного
и калибруемого светодиодов соответственно.
R0 и R – сигналы фотометра для эталонного
и калибруемого светодиодов соответственно.
Метод фотометрических шаров
Измерение полного светового потока
Полный световой поток светодиода измеряется методом сравнения с эталонным светодиодом такого же типа (с аналогичным спектральным распределением), калиброванным по полному световому потоку.
Оптические схемы шаров для измерения полного светового потока светодиодов представлены на рис. 3.
Фотометрическая
головка
с
косинусоидальной коррекцией
Фотометрическая
головка
с
косинусоидальной коррекцией
Перегородка
Перегородка
Испытываемый
светодиод
Испытываемый
светодиод
Вспомогательный
светодиод
Вспомогательный
светодиод
Эталонный
светодиод
Эталонный
светодиод
а б
Рис. 3 Оптические схемы шаров для полного светового потока светодиодов. (a) – для светодиодов, у которых присутствует обратное излучение, (б) – для светодиодов без обратного излучения.
Фотометрическая головка должна иметь хорошую косинусную характеристику и хорошее соответствие V(λ).