眾所周知測試LED光通量在CIE121:1966 Clause 6.1、CIE127-2007 Clause 6.2和IES-LM-79-08 Clause 9.0都有提到兩種測試方法:一種是采用積分球加光度計或光譜輻射計測試的積分法,這個是總光通量的相對測量方法(CIE121:1966 Clause 6.1.1、CIE127-2007 Clause 6.2.2和IES-LM-79-08 Clause 9.0);另外一種是采用分布光度計的光度法,這個是總光通量的絕對測量方法。如果我們用積分法和光度法去測試同一個燈,對比測試結果我們會發現二者測試的總光通量數據有較大差異。本文重點講述的是LED燈具在積分球和分布式光度計中流明測試的差異。
積分法測試總光通量的原理是通過光通量標準校準。由于用標準燈校準,所以不必知道球體的光譜輸出量,被測LED燈產品的光通量φTEST(λ)是與標準燈比較計算出來的。通常來講積分法適合用于小型集成LED 燈具和相對較小的LED 光源測試總光通量和色度參數,這是總光通量的相對測試方法,采用積分法具有測量速度快和無需暗室的優點,通常體積越小,越接近于點光源的燈具測試結果越準確。
但是用積分法測試較大尺寸的LED燈具時,和光度法相比,它的局限性就很大。首先就是用積分法測試燈具時,會面臨到LED燈具有多種形式,有LED裸光源,球形LED燈泡,LED燈具等等,而LED燈具的類型對最終光通量的測試有很大影響。與此同時采用積分法還需要做積分球的校準工作。通常如果是測試LED燈具的話,標準燈需要和被測燈有相似發光特性,采用穩定的白光LED是最佳選擇;當然用其它類型的燈做校準光源也可以,但這會影響到校準的精準性;其次是測試方式帶來的差異:一般來講如果被測燈是朝四周發光的需要用4π的測試方式即將被測燈安裝在積分球中心位置(IESLM-79-08 Clause 9.2.5),這樣的測試效果最佳,如果燈具是定向發光的,如LED面板燈,LED路燈等需要將被測燈安裝在積分球一側做2π測試(IESLM-79-08 Clause 9.2.5)。對于積分球4π測試方法,如果被測燈功率很大或燈具外殼占據整個燈的很大尺寸,在測試時或多或少都會有自吸收效應,這時候需要用到輔助燈來彌補這一誤差(IESLM-79-08 Clause 9.1.5)。綜合來講積分法適合用于小型集成LED 燈具和相對較小的LED 光源,用積分法測試這類LED燈具能很好保證總光通量結果的精準性和穩定性;如測試大尺寸LED燈產品時,積分法的局限性比較大,原因如上所說,其最終的總光通量測試有一定的不確定性。
而采用光度法測試總光通量即采用分布式光度計時,其總光通量測試局限性就很少。光度法測試總光通量的原理是分布式光度計在光源的很多不同的方向測量光源(或者在一個給定的距離的光源的照度)的光強的設備,通過各個方向的光強數據來推算出總光通量。和積分法相比, 由于測試光源的強度分布中的區別,光度法理論上不存在錯誤,因而它是LED總光通量的絕對測試方法,它不需要總光通量標準,但是對于每個樣品它需要很長的測量時間。采用光度法即分布式光度計測試會涉及到Type C Goniophotometer(IES-LM-79-08 Clause 9.3.1、 CIE121:1996 Clause 3.2),暗室,測試距離(IES-LM-79-08 Clause 9.3、CIE121:1996 Clause 6.2.1.4)等。影響分布光度計測試總光通量輸出差異的主要由分布光度計的類型,測試方法(CIE121:1996 Clause 3.4.2、 Clause 3.4.1和Clause 3.4.3),測試距離,光度探頭燈具等等,根據測試不同類型的LED產品,我們可以調整相關測試方式或設備;如遇到窄光束角的LED照面產品,我們可以選擇小尺寸的分布光度計,選用Type C Goniophotometer,調整測試距離,選用更高等級Class L(光度探頭分類:<http://www.lisungroup.com/article-id-70.html>)的光度探頭等可以實現總光通量的高精度測試。在測試LED總光通量中,采用光度法測試能夠實現最高精度的測量,由于積分法固有的一些局限,很難通過設備的調整來消除誤差,只能夠盡量去減小這一誤差;而光度法測試要求的設備自身上沒有太大局限,因而可以通過設備的調制和操作方式的完善來彌補誤差
如上所解釋的,一個用來測量LED光通量的最簡單的方法是使用積分球光度測量儀。它是一個實現視覺上的通量的空間整合的設備, 因此可以用一個固定的光度測量儀前端來測量總通量并且測量是快速方便的。用總光通量標準來對積分球光度測量儀進行校準。通過與具有相似的空間的和光譜的分布的標準光源的對照來對測試光源進行測量。因此這種方法需要對于光通量校準的標準光源。和配光測試儀相比,測試速度很快,但是當測試LED和標準光源的空間強度分布不相似時容易產生錯誤,這種類型的錯誤很難修正,所以應當通過優良的設計幾何結構和使用標準LED的相似類型來最小化這種錯誤。
如前文所說,測試燈具的外形越接近點光源,那么使用積分球測試的結果就越精確。所以當我們需要測試燈具流明值時,對于球泡燈,小型LED燈具,集成LED燈具,燈管等這類光束角大于180°的燈具,我們可以采用積分球配合光譜儀進行4π測試。對于體積較大的面板燈,透光燈,交通燈等光束角小于180°的燈具,如果要使用積分球進行測試,則需要配合帶側開口的積分球進行2π測試,或使用輔助燈進行協助測試,測試過程繁瑣,且不確定。對于此類燈具,最準確的測試方式是使用分布式光度計配合標準暗室進行測試。可以得出較準確的光通量。但是,在使用分布式光度計進行測試時,須注意測試方法的差別,如對于面板燈一般使用C-γ測試,對于交通燈及投光燈通常建議使用B-β測試;同時需要配備標準暗室,相對于使用積分球測試,需要更專業的測試環境及測試人員進行操作。
綜上所述,積分球和分布式光度計的測量原理,環境及測試方式上都不同,兩者的測量結果不具可比性。我們可以根據不同的標準,以及不同要求選擇合適的方式進行測試。