研究LED光通积分球的应用研究

LED的光通量测量由于其特殊性，设计集成球对LED测量采用独特的优化，结合高反射率漫反射反射材料，大大提高了积分球系统的稳定性和准确性。实验结果表明，该系统的稳定性和一致性远优于其他常见的LED光通量测试系统，是LED光通量参数测试的真正首选系统。

LPCE-2系统采用LMS-9000C高精度CCD分光计或LMS-9500C科学级CCD分光计，以及一次成型集成球,这个球比传统集成球更圆，测试结果更精确。

1. 引言：
与传统光源不同，采用集成球来测量LED光通量时，对检测设备的准确性提出了很大的挑战。一方面，与传统光源相比，LED通常具有较强的方向性，在整个空间不再均匀照明。这种特性使LED在集成球表面上的直射光分布不均匀。这种不均匀分布会导致不同LED对反射体的检测特性不同。

由于反射体和遮光斑面的固定位置，不同LED的发射角度不同，不同位置的同一LED，同一发射角度造成的直接性能有差异。即使同一额定光通量；实际测量值也有差异。根据客户验证结果，一般LED测试系统中LED的放置方向总是影响光通量测量结果超过50%（同一LED在不同方向测量时的最大信号和最小信号差异）。

当测量不同发射角度的LED时，由于集成球内部分布不同，直接反射对探测器的影响不同，直接影响测量精度的差异（如图1所示）。

图1：不同的照明角度对LED测量有不同的影响

另一方面，LED光通量测试系统经常采用钨丝灯作为标准光源，与LED相比，外观、照明分布特性和谱特性存在相当大的差异。因此，必须通过吸收系数对差异进行校正。

2. 分析：
积分球内部反射特性是影响LED方向性测量精度的一个关键因素。在普通LED测试系统中，集成球表面的反射率和Lambertian特性不理想，原因之一是反射率低，另一个原因是漫反射反射特性差。低反射率集成球表面带来的结果是，LED直射光经过数次反射后逐渐衰减，而在光混合过程中，直接照明和反射光占了相当大的比例，主要是支配着。在线性反射造成的光影效应导致测量不准确的情况下，低反射率材料会在遮蔽斑面背面产生一个很强的阴影效应。

另外，较低的漫反射率也会严重影响信号的衰减。由于在光学测量过程中，光在集成球内反射很多次，每次反射都会造成一定程度的衰减，但反射率对光强度的影响在多次反射后会加强。

例如，如果集成球内反射发生15次，而反射率有5％的差异，信号衰减可能超过两倍。事实上，集成球的反射率差异远大于这个。

目前，LED测试系统尚未将标准光源用作标准LED。在测量过程中，我们仍然选择使用标准钨丝灯作为标准光源。由于标准灯与测量的LED的外部结构之间存在很大差异，包括LED光吸收的影响和标准灯与LED安装位置之间的差异，所有这些都是影响测试结果准确性的重要因素。

3. 解决方案：
LPCE-2光谱仪和集成球LED测试系统是上海立山电子研发的，完全满足LM-79和CIE的要求，有效解决了传统LED测试系统的各种缺陷。与传统集成球的大型装配制造工艺相比，立山电子采用一次成型技术生产集成球，其形状完全符合4π或2π的球面结构。立山电子集成球也采用高反射率和漫反射系数涂层，使灯为开放位置设计指向探测器位置。即使是定向LED也被用到极端的位置模式，这种改进保持了测试的一致性。

LPCE-2使用标准钨丝灯作为标准灯，并可选择辅助照明灯来测量LED座位与标准座位之间的差异及其对测试结果的影响。标准灯已经由立山电子校准实验室严格校准，测试结果可追溯到NIM。

为回应LED测试结果的准确性，使用LPCE-2测试系统进行相应的测试，测试条件如下：5个高亮度绿色LED，功率大约为0.35W，照明角度约为30°。LPCE-2测试系统采用9个测量位置，分别指示可能的LED位置模式，如图2所示。

图2：不同的LED位置模式

4. 结论：
图3显示了测试的光通量和LED位置模式之间的关系。从测试结果可以看出，即使在最极端的情况下，LED放置在探测器开口前后时，光通量测试结果的峰值仍低于5％，这是一个非常好的测试结果。在实际测试中，LED光通量测量的重复性误差远低于0.1％。可以看出，LPCE-2测试系统的测试结果是可靠和稳定的，可以提供可靠的保证。此标准系统不仅大大支持了LED的研发和生产，而且也是LED行业光学性能测量的理想选择。

图3：不同LED测试位置对应的发光通量

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