Характеристики світлодіодів для освітлення.
Фотометричні (світлові) характеристики світлодіодів
Фотометрія - це вимір світла у видимому спектрі. Це та частина світлового спектру, яка приблизно відповідає довжинах хвиль 380-770 нм і видно неозброєним оком «усередненого» спостерігача. Існує безліч фотометричних величин, таких як яскравість (1 ніт = 1 кд / м 2 або 1 стильб = 1 кд / см 2), освітленість (1 люкс = 1 лм / м 2), і т.д. Всі вони засновані на двох основних фотометричних стандартах: світловий потік і сила світла.
Світловий потік вимірюється в люменах. 1 люмен визначається як світловий потік, що випускається точковим джерелом з силою світла 1 кандела всередині тілесного кута 1 стерадіан (1 лм = 1 кд × ср). Важливо розуміти визначення Стерадіан, що є тілесним кутом (конусом) з центром в сфері радіуса r, який вирізає зі сфери поверхню площею r 2 (див. Рис.1). Площа поверхні сфери дорівнює 4 π r 2. тому повний світловий потік, створюваний точковим джерелом, з силою світла одна кандела, дорівнює 4 π люменам.
Рис.1 - тілесний кут Ω
Сила світла вимірюється в канделах. Наукове визначення кандели досить складно для образного сприйняття: «одиниця сили світла точкового джерела в заданому напрямку, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540 × 10 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт / ср». Частота випромінювання 540 × 10 12 Гц відповідає довжині хвилі 555 нм (випромінювання зеленого кольору).
Для спрощення розуміння можна звернутися до походження назви «кандела». Так ось, одна кандела (в перекладі з латині - «свічка») це сила світла звичайної воскової свічки.
У багатьох резонно постає питання: чому сила світла вимірюється в якихось канделах, а не в ватах на стерадіан? Так, можна вимірювати силу світла і в Вт / ср, і фахівці іноді так роблять, але при цьому виникає одна незручність. Якби ми включили синій, зелений і червоний світлодіоди з однаковою силою світла в Вт / ср, то зелений світлодіод світил б яскравіше. Вся справа в тому, що людське око має різну чутливість до різних довжинах хвиль випромінювання. Але про це трохи пізніше. Зараз же від теорії перейдемо до практики, тобто до світлодіодів.
Для оціночного перерахунку кд в люмени, використовують наступний метод:
1. Знаючи плоский кут світіння світлодіода θ (подвійний кут половинній яскравості), вказаний виробником, визначаємо тілесний кут: Ω = 2 π (1 - cos (θ / 2)).
2. Обчислюємо світловий потік: F = Iv × Ω, де Iv - сила світла світлодіоди.
Калькулятор для перерахунку кд в люмени і назад:
Кандели в люмени
Люмени в кандели
Однак, фактично виміряне значення може відрізнятися від розрахункової величини через варіацій просторового розподілу випромінювання світлодіода. Це особливо помітно при перерахунку несиметричних діаграм спрямованості випромінювання (наприклад, світлодіодів з овальної оптикою) і индикатрис вузько світлодіодів. Справа в тому, що не існує ніякого однозначного методу перерахунку сили світла для визначення точного світлового потоку. Тільки безпосереднім виміром цієї величини можна з високою точністю отримати її значення в люменах.
Фотометричне вимір світлодіодів може виявитися більшим мистецтвом, ніж просто розрахунок із застосуванням суворих фізичних формул. Існує маса факторів (геометричні та електричні нюанси, різні похибки, внесені на етапі виробництва світлодіодів), варіації яких можуть істотно впливати на оптичні властивості світлодіодів. Не існує двох у всьому однакових світлодіодів, тому потрібне прийняття заходів, які значно збільшать точність ваших вимірів. Вони включають, але не обмежені наступним:
▪ Враховуйте зміщення оптичного центру емісії світлодіодів щодо механічного центру.
При фіксації світлодіода в кріпленні випробувальної установки передбачається, що світло виходить від його механічного центру. Але це не завжди так (див. Рис. 2). Оптичний центр нерідко відхиляється на 5 або більше градусів від механічного. Можливо, це не є особливою проблемою, коли вимірювані прилади мають широкий кут світіння, наприклад 40 градусів або більше. Але для світлодіодів з вузьким кутом світіння результат може відрізнятися на значну величину. Потрібно відзначити, що Міжнародна комісія з освітлення (CIE) рекомендує використовувати саме механічну (а не оптичну) вісь світлодіода при проведенні вимірювань.
▪ Вимірюйте вихід світла з певним часовим інтервалом.
Після того, як на світлодіод подано харчування, температура переходу збільшується через споживання електроенергії (температуру переходу світлодіода можна визначити як Tj = Ta + (Vf × If) × Rth (j-a)). Цей процес може зайняти кілька секунд або кілька хвилин до моменту настання теплової рівноваги, коли вихід світла досягне сталого значення. При цьому зменшення виходу світла на 5-20% або більшу величину - вельми звичайне явище. Ця деградація не є незворотною, і первісна світловіддача відновиться після знеструмлення. На практиці в ході вимірювання великої кількості світлодіодів вибір тривалого інтервалу часу між вимірами не прийнятний. Найчастіше задається інтервал близько 5 секунд, незважаючи на те, що вихід світла не встигає досягати стабільного значення.
▪ Переконайтеся, що температура навколишнього середовища постійна в ході тестування.
Світлодіоди змінюють яскравість і колір зі зміною температури. Якщо температура підвищується, вихід світла скорочується, а колір зазвичай зміщується в довгохвильову сторону спектра.
▪ Завжди використовуйте стабілізований джерело струму.
Падіння напруги (Vf) на світлодіоді може коливатися від приладу до приладу, тому якщо в якості опорного харчування використовується джерело напруги, світлодіоди не отримають однакового струму.
▪ Використовуйте легко відтворювані умови тестування.
Складні умови (спеціалізована оснастка) можуть чудово підходити для лабораторних вимірювань. Однак, коли необхідно тестування значної кількості світлодіодів з різним типом корпусу, кутом світіння, кольором і т.д. виникає потреба в вимірювальній системі, яка може бути швидко перенастроєна, забезпечуючи ідентичне вирівнювання механічних осей і гарантуючи, що датчик завжди бачить той же самий сектор емісійного конуса.
▪ Переконайтеся що все обладнання належним чином обслужено і калібрувати.
Мал. 2 - девіація кута світіння
Вимірювані характеристики світлодіодів. Частина II.