GB/T 42219-2022 大功率LED的光学测量

　　ICS 29 . 140 . 40 CCS N 35

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42219—2022

　　大功率 LED的光学测量

　　optical measurement of high-power LED

　　2022-12-30 发布 2023-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42219—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 测量条件 1

　　5 指定结温下的测量方法 2

　　6 光学测量设备 4

　　7 光学测量参数 5

　　8 测量不确定度 9

　　附录 A (资料性) HP-LED光学参数的温度依赖性 11

　　附录 B (资料性) 正向电压外推至 UF (0)的方法 12

　　附录 C (资料性) 通过测热阻进行 HP-LED结温设置的方法 13

　　附录 D (规范性) 光谱失匹配校正因子与角度失匹配校正因子的计算 15

　　参考文献 16

　　I

　　GB/T 42219—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国轻工业联合会提出 。

　　本文件由全国照明电器标准化技术委员会(SAC/TC224)归口 。

　　本文件起草单位:杭州远方光电信息股份有限公司 、中国计量科学研究院 、佛山市国星光电股份有限公司 、厦门立达信照明有限公司 、广东产品质量监督检验研究院 、浙江省电子信息产品检验研究院 、厦门市产品质量监督检验院 。

　　本文件主要起草人:陈聪 、刘慧 、谢志国 、陈友三 、李自力 、薛晓晓 、葛莉荭 、赵伟强 、潘建根 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42219—2022

　　大功率 LED的光学测量

　　1 范围

　　本文件描述了大功率 LED(HP-LED)的光度 、辐射度和色度参数等光学参数的测量方法 。

　　本文件适用于以结温为参考温度的 HP-LED 的实验室光学测量 。

　　本文件适用于可见光 HP-LED 的光学测量 , 非可见光 LED 的光学测量可参考本文件 。

　　本文件适用于直流供电的单芯 、多芯 HP-LED[诸如高压 LED(HV-LED)和基板式 LED(COB LED)]的光学测量 。

　　本文件不适用于交流驱动型 LED、有机发光二极管(OLED) 、LED 模组 、LED 光引擎 、LED 灯和LED灯具等 LED产品的光学测量 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T

　　5702—2019

　　光源显色性评价方法

　　GB/T

　　7922—2008

　　照明光源颜色的测量方法

　　GB/T

　　24824—2009

　　普通照明用 LED模块测试方法

　　GB/T

　　24826—2016

　　普通照明用 LED产品和相关设备 术语和定义

　　GB/T

　　39394—2020

　　LED灯 、LED灯具和 LED模块的测试方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 24826—2016 和 GB/T 39394—2020 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3.1

　　大功率 LED high-power LED;HP-LED

　　需要借助热沉或者其他热管理方式来实现正常工作的 LED封装 。

　　注 : HP-LED正常工作时一般会配置专用散热装置以确保其 PN结的结温不致过高 。 3.2

　　温控支座 temperature-control LED mount;TCM

　　包含制冷或加热器以及安装孔 , 温度可由温度控制器控制的支座 。

　　注 : TCM 中通常使用热电制冷器/加热器 。在本文件中 , TCM用于控制 HP-LED 的结温 。

　　4 测量条件

　　4 . 1 老炼

　　无需老炼直接测量 。

　　1

　　GB/T 42219—2022

　　4 . 2 工作姿态

　　在本文件中 HP-LED在指定结温下进行测量,可以忽略工作姿态变化带来的影响 , 因此 HP-LED可工作在任意姿态。

　　4 . 3 热学条件

　　以 HP-LED的结温 TJ 作为参考热学条件。 按照第 5 章在设定的结温下进行 HP-LED 的光学测量,推荐测量 HP-LED的结温为 TJ =25 ℃ 、55 ℃或 85 ℃ ,通过插值或者外推法计算 HP-LED在其他指定结温下的光学特性。

　　注 1 : 原则上 HP-LED的光学测量对结温设定无特定要求,但实际可实现的最低结温 TJ 受限于 TCM 的最低允许温度, TCM低于最低允许温度时,可能会发生水凝结现象。

　　注 2 : HP-LED一般都是在高于室温的结温下工作和测量的,针对 HP-LED在低结温(低于室温)下的光学特性,用

　　TCM控制在低温条件下并采用脉冲模式进行测量,或者基于其热光特性模型使用外推法计算得到。

　　4 . 4 环境温度

　　应在报告中记录 HP-LED测量时的环境温度。 环境温度的测量点应与被测 HP-LED在同一水平面上且与 HP-LED的距离不超过 0. 5 m, HP-LED发出的光不应直射温度探头。

　　注 : 本文件中环境温度对于 HP-LED的测量结果不敏感,然而对于 PN结与荧光粉之间的热阻较大的荧光粉转换型白光 HP-LED和远程荧光粉型白光 HP-LED,其光学输出可能会随着环境温度发生变化,主要是因为环境温度可能对荧光粉温度造成影响。

　　4 . 5 电学条件

　　如无特殊规定,应在额定电流下测量 HP-LED的光学参数,测试电流应在额定电流值的 ±0 . 2%以内,直流伏特表和安培表的校准不确定度应小于或等于 0. 1% 。

　　5 指定结温下的测量方法

　　5 . 1 脉冲模式下的测量方法

　　5 . 1 . 1 通则

　　在脉冲模式下,采用矩形脉冲来驱动 HP-LED,为了让脉冲电流导致的结温升高可忽略不计,脉冲宽度应足够短,脉冲电流的幅度应等于 HP-LED的额定电流。 脉冲模式下的测量需要使用脉冲电流源和能够测量脉冲辐射的光度和色度量值的光学测量设备。 脉冲模式包括单脉冲模式和连续脉冲串模式两种,两种方法都可使用。

　　5 . 1 . 2 单脉冲模式

　　采用如图 1 所示的时序,对被测 HP-LED施加一个矩形脉冲,并在脉冲期间进行快速光学测量。当脉冲足够短时 , HP-LED的结温可认为近似等同于 TCM 的温度。 假如脉冲电流导致的热效应不能被忽略,则应评估电流脉冲施加过程中的结温上升及其导致的光输出下降,当超过可接受的测量不确定度时可参考第 8 章和附录 A对测量结果进行修正。

　　2

　　GB/T 42219—2022

　　图 1 单脉冲模式的测量时序

　　单脉冲模式下的光学测量步骤如下 。

　　a) 将待测 HP-LED安装到 TCM 上,确保两者形成良好的热接触 。

　　b) 设定 TCM 的温度 TTCM 等于指定测量结温 TJ,开启 TCM 并且等待足够长的时间使 TCM 温度稳定在指定温度,判断 TCM 稳定的方法是 1 min 内温度变化不超过 0. 5 ℃ 。

　　c) 对待测 HP-LED施加矩形脉冲,等待一段稳定时间,该稳定时间按 HP-LED制造商的推荐,如无推荐,则以 5 ms 为宜,脉冲的上升沿时间应小于稳定时间 。

　　d) 在制造商推荐的脉冲持续时间内完成光学和电学测量,如无推荐,则持续时间应小于或等于20 ms 。

　　5 . 1 . 3 连续脉冲串模式

　　如图 2 所示,以一定的频率施加连续的低占空比矩形电流脉冲串到 HP-LED上,测量一段时间内的平均光学参数 。脉冲占空比应足够小,例如占空比为 1%,以使由结温上升带来的光学测量误差在可接受的测量不确定度范围内 。 当结温上升带来的误差超过可接受的测量不确定度时,应对测量结果进行修正 。

　　在测量过程中光度计或光谱辐射计的测量不宜饱和 。

　　标引序号说明 :

　　Dw — 脉冲宽度 ;

　　De — 脉冲周期 ;

　　I — 加热电流 ;

　　t — 时间 。

　　图 2 连续脉冲模式的测量时序示例

　　连续脉冲串模式下的光学测量步骤如下 。

　　a) 将待测 HP-LED安装到 TCM 上,确保两者形成良好的热接触 。

　　b) 设定 TCM 的温度 TTCM 等于指定结温 TJ,开启 TCM 并且等待足够长的时间使 TCM 温度稳定在指定温度,判断 TCM 稳定的方法是 1 min 内温度变化不超过 0. 5 ℃ 。

　　c) 对待测 HP-LED施加连续脉冲电流串,稳定时间按 HP-LED制造商的推荐,如无推荐,则以100 ms 为宜 。

　　d) 在指定期间内进行积分测量或读取时间平均信号值,积分时间应为脉冲周期的整数倍 。将测

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　　量得到的光度和辐射度值除以电流波形的占空比得到最终结果 。

　　注 1 : HP-LED脉冲和积分开始时间无需同步 。

　　注 2 : 占空比的校准很重要 , 特别是电流波形很短且不是完美矩形波形时 。

　　注 3 : 需要评估脉冲上升和下降时间对测量结果带来的影响 。

　　5 . 2 恒流模式下的测量方法

　　在恒流模式下 , 首先需要确定待测 HP-LED在指定结温条件下的正向电压 , 其次通过测得的正向电压对 HP-LED的结温进行反馈控制 。应使用 GB/T 24824—2009 中 5 . 1 规定的四线法连接并测量HP-LED的正向电压 UF 。多芯 HP-LED的正向电压为总的正向电压 。

　　恒流模式下的光学测量步骤如下 。

　　a) 将待测 HP-LED安装到 TCM 上 , 确保两者形成良好的热接触 。

　　b) 设定 TCM 的温度 TTCM 等于指定结温 TJ, 开启 TCM , 等待一段时间 , 直至 HP-LED和 TCM充分稳定 。待测 HP-LED 的热状态通过测量正向电压进行监控 , 测量电流一般设 1 mA~ 10 mA为宜 。

　　注 1 : 如果 I M 太小 , 则电流源或 HP-LED 自身可能不够稳定;如果 I M 太大 , 则由 I M 导致的 自加热效应不能够被忽略 。假设一个功率为 3 W 的 HP-LED, 其额定电流 IF = 1 000 mA, 正向电压为 UF =3 . 00 v , 若测量电流 IM 为1 mA, 辐射效率 ηe 为 50% , 从 PN结到 TCM 的热阻Rth 为 10 K/W , 则由于自加热效应导致 TJ 上升 0.015 ℃ , 该温升能够被忽略 。

　　c) 对待测 HP-LED施加一个正向矩形脉冲电流 , 其电流值等于额定恒流工作电流 , 并立即测量HP-LED的瞬时正向电压随时间的变化 UF (t) 。

　　d) 通过 UF (t)的瞬变过程拟合出加热曲线 , 并外推到刚施加脉冲电流的瞬间即 t =0 时的正向电压 UF (0) , UF (0)可以通过基于线性或指数加热模型的最小二乘法拟合得到 , 宜使用时间的平方根为变量进行拟合 , 详见附录 B。

　　e) 如需要 , 重复步骤 c)和步骤 d)来检查 UF (0)的重复性 。

　　f) 在恒流供电模式和额定工作电流下开启 HP-LED, 调整 TCM 温度 , 当 UF (t)稳定在 UF (0)的值时 , 可认为待测 HP-LED稳定工作在指定的结温 TJ。

　　g) HP-LED稳定以后 , 在恒流条件下进行光学测量 , 以获得在指定结温 TJ 下的光学参数 。

　　注 2 : 对于多芯 HP-LED的测量 , 平均结温与设定结温一致且稳定;由于芯片内单个二极管结温之间差异导致的发光效果变化可以相互抵消 , 因此所引起的测量误差能够被忽略 。

　　短时间内 HP-LED结温和 UF (0)的对应关系是稳定的 , 但如果已工作了上百小时或储存了较长时间(例如 1 年)后则可能会发生变化 。 在这种情况下 , 不能使用之前测得的结果 , 需重新标定 TJ 和UF (0)的对应关系 。

　　上述结温设置方法均是基于测得的正向电压 UF (0) 。 HP-LED的结温也可以采用热阻测量仪器通过测量 HP-LED的热阻来预设结温 , 详见附录 C。

　　6 光学测量设备

　　6 . 1 分布光度计 、分布辐射度计和分布光谱辐射计

　　分布光度计的性能及校准方法应符合 GB/T 39394—2020 中 4. 5 . 3 和 4. 5 . 3 . 1 的要求 。

　　分布辐射度计应符合 GB/T 39394—2020 中 4. 5 . 3 的要求 , 分布辐射度计中的辐射度探头应在目标波段内具有均匀光谱响应度 , 并采用辐照度标准灯或标准辐照度计进行校准 。

　　分布光谱辐射度计的性能及校准方法应符合 GB/T 39394—2020 中 4. 5 . 3 和 4. 5 . 3 . 2 的要求;测量光度参数时 , 也可使用具有相对光谱分布的光强标准灯或总光通量标准灯进行校准;测量辐射度量值

　　4

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　　时 , 光谱辐射计测量波段应覆盖被测 HP-LED 的目标波段 。

　　注 : 不同于小功率 LED, HP-LED 的高光通允许在长距离下进行光强或辐射强度的测量 。 因此 , 此处的光强与CIE 127 :2007 中定义的 LED在条件 A 和条件 B下的“平均 LED光强”不同 。

　　6 . 2 积分球测试系统

　　用于测量 HP-LED光学性能的积分球测试系统应符合 GB/T 39394—2020 中 4 . 5 . 2 的要求 。 HP- LED一般为 2π辐射发光(基本没有向后的辐射) , 因此 2π 和 4π 积分球测试系统都适用 。4π 积分球测试系统不如 2π 积分球测试系统方便 , 但足够大的 4π 积分球测试系统具有更高的测量精度 。

　　注 : HP-LED 的光学测量需要在具有足够功率的 TCM上对 HP-LED进行操作 , 因此当带有较大 TCM 的 HP-LED被放置在较小的积分球内时(4π积分球系统) , 由于自吸收效应引起的测量误差比较大(特别是黑色且体积较大的 TCM);对于采用液体制冷剂的 TCM 也是一个挑战 , 因为制冷剂的泄漏会对积分球内部涂层造成严重损坏 , 而且若将 TCM设置在一个低温条件时 , 可能会产生水凝结现象并破坏积分球内部涂层 。

　　积分球-光度计性能及校准方法应符合 GB/T 39394—2020 中 4 . 5 . 2 . 2 的要求 。

　　积分球-辐射度计应在目标波段内具有均匀的总相对光谱响应度 , 并采用总辐射通量标准灯进行校准 。

　　积分球-光谱辐射计性能及校准方法应符合 GB/T 39394—2020 中 4 . 5 . 2 . 1 的要求;测量光度时 , 也可使用具有相对光谱分布的总光通量标准灯进行校准;测量辐射度量值时 , 测量波段应覆盖被测 HP- LED 的目标波段 。

　　7 光学测量参数

　　7 . 1 光强和辐射强度的测量

　　7 . 1 . 1 参考点和测量距离

　　对于不具有封装透镜的 HP-LED, 光强或辐射强度的测量参考点在 HP-LED 的光发射面上(荧光粉转化型白光 HP-LED 的荧光面或者芯片的顶端附近) 。具有封装透镜 HP-LED, 参考点位于透镜的顶点 。从参考点到探测器参考平面的测量距离 d 应足够长 , 以满足距离平方反比定律 。

　　注 : CIE 127 :2007 中定义的条件 A 和条件 B不适用于 HP-LED。

　　7 . 1 . 2 采用光度计/辐射度计测量

　　使用光谱响应度与人眼光视效率函数V(λ)相匹配的光度计测量 HP-LED 的发光强度 。使用在 目标波段内具有均匀光谱响应度的辐射度计测量 HP-LED 的辐射强度 。

　　使用校准过的光度计测量 HP-LED 的照度 EV , 并通过式(1)计算得到发光强度 I V。

　　使用校准过的辐射度计测量 HP-LED在目标波段内的辐射照度 Ee , 并通过式(2)计算得到辐射强度 I e 。

　　I V = EV . d 2 . F* /FSt(*)andard …………………………( 1 )

　　I e = Ee . d 2 . Fe* /Fe*, Standard …………………………( 2 )

　　式中:

　　EV — 在垂直于观察方向上测得的照度 ;

　　Ee — 在垂直于观察方向上测得的辐射照度 ;

　　d — HP-LED 的参考点到探测器接收面之间的距离 ;

　　F* , FSt(*)andard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球光度计系统的光谱失匹配校正因子 , 按照附录 D 的规定计算 ;

　　Fe* , Fe*, Standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球辐射度计系统的光谱失匹配校正

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　　因子 , 按照附录 D 的规定计算 。

　　注 : 使用光强标准灯或辐射强度标准灯校准时 , d 一般通过距离平方反比关系计算得到 。

　　对于白光 HP-LED 的光度测量 , 如不进行光谱失匹配校正 , 则光度计的通用 v(λ)失匹配指数 f ,1应小于 3 . 0% 。对于单色 HP-LED的光度测量 , 即使光度计的通用v(λ)失匹配指数 f ,1 非常小 , 也应进行光谱失匹配校正 。

　　在测量光强和辐射强度时 , 若无法获得光谱失匹配校正因子 , 可使用严格替代方法 , 即使用与待测HP-LED具有相同或者相似相对光谱功率分布的标准光源校准光度计或辐射度计 。 此时 F* /FSt(*)andard或 Fe* /Fe*, Standard 比值均约为 1 , 光谱失匹配误差可忽略不计 。

　　7 . 1 . 3 采用光谱辐射计测量

　　采用校准后的光谱辐射计测量光谱辐射强度 , 并通过式(3)和式(4)分别计算发光强度 I V 和辐射强度 Ie 。

　　I V = KCd I e , λ . v . dλ … … … … … … … … … …

　　I e I e , λ …………………………( 4 )

　　式中:

　　KCd — 最大光谱光视效率 , KCd =683 lm/w ;

　　v(λ) —CIE 1931 明视觉光谱光视效率函数 ;

　　λ 1 , λ 2 — 分别是目标光谱范围的起始波长和截止波长 ;

　　I e , λ (λ) — 光谱辐射强度 , 可通过式(5)计算得到 。

　　I e , λ (λ) =Ee , λ (λ) . d 2 …………………………( 5 )

　　式中:

　　Ee , λ (λ) — 在垂直于观察方向上测得的光谱辐照度 ;

　　d — HP-LED的参考点到探测器接收面之间的距离 。

　　采用光谱辐射计进行测量时 , 应对光谱辐射计的杂散光误差加以量化并修正 , 当测量不确定度要求比较严格时 , 应选用低杂散光的光谱辐射计 。

　　注 : 光谱辐射计的误差来源主要为其非线性 、带宽函数 、采样间隔 、波长准确度以及带外杂散光影响 。在这些误差源中 , 杂散光为主要误差源 , 特别是对于深蓝和蓝光 HP-LED的测量 。

　　7 . 2 总光通量和总辐射通量的测量

　　7 . 2 . 1 概述

　　总光通量 ΦV 是光源在 4π立体角内各方向的光通量之和 , 使用分布光度计 、分布光谱辐射计 、积分球光度计或积分球光谱辐射计系统测量得到 。

　　总辐射通量 Φe 是辐射源在 4π立体角内各方向的辐射通量之和 , 使用分布辐射度计 、分布光谱辐射计 、积分球辐射度计或积分球光谱辐射计等测试系统测量得到 。

　　一般情况下 , HP-LED是 2π辐射光源 , 因此仅需测量前射 2π 空间内的通量即可 , 但当 HP-LED与一些特殊的光学透镜一起封装时 , 可能会产生后向辐射光 , 此时需要测量整个 4π 空间内的通量 。 因此 , 使用 2π立体角进行总光通量测量时 , 需要评估 HP-LED是否存在后向辐射光 。

　　分布光度计/分布辐射度计/分布光谱辐射计具有较高测量精度 , 但是比较耗时 。在工业应用中 , 为提高测量效率可使用积分球测量系统 , 宜使用与被测 HP-LED具有相似光谱功率分布和空间光束分布的标准光源校准测量系统 。 总光通量测量方法的选择可参考 GB/T 24824—2009 中 5 . 2 。

　　注 : 与分布光度计/分布辐射度计/分布光谱辐射计相比 , 使用 2π 或 4π 积分球测量系统的最大缺陷是由空间不均匀性引入的测量误差 , 且这个误差难以修正 。使用与被测 HP-LED具有相似空间光分布的标准光源是减小该

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　　GB/T 42219—2022

　　测量误差的一种方法 , 其中标准光源的总光通量或总辐射通量一般通过分布光度计/分布辐射度计/分布光谱辐射计获得 。

　　7 . 2 . 2 采用分布光度计/分布辐射度计测量

　　根据 7 . 1 在 4π立体角内使用分布光度计测得待测 HP-LED 的空间光强分布 , 通过式(6)积分计算得到总光通量 ΦV 。根据 7 . 1 在 4π立体角内使用分布辐射度计系统测得待测 HP-LED 的空间辐射强度分布 , 通过式(7)积分计算得到总辐射通量 Φe 。

　　I V (θ ,φ) . Sinθ . dθ . dφ ……………………( 6 )

　　I e (θ ,φ) . Sinθ . dθ . dφ ……………………( 7 )

　　式中:

　　(θ ,φ) — 空间角度位置 ;

　　I V (θ ,φ) — 指定空间角度位置待测 HP-LED 的发光强度 ;

　　I e (θ ,φ) — 指定空间角度位置待测 HP-LED 的辐射强度 。

　　注 1 : 该方法对应于 GB/T 24824—2009 中 5 . 2 . 2 光强积分法测量光通量 。

　　总光通量也可以在一个假想的半径为 rG 的球面上 , 通过对照度 EV (θ ,φ)进行测量和积分获得 , 如式(8)所示 。 总辐射通量也可以在一个假想的半径为 rG 的球面 , 通过对辐照度 Ee (θ ,φ)进行测量和积分获得 , 如式(9)所示 。

　　ΦV = r EV (θ ,φ) . . Sinθ . dθ . dφ … … … … … …

　　Φe = r Ee (θ ,φ) . . Sinθ . dθ . dφ … … … … … …

　　式中:

　　(θ ,φ) — 空间角度位置 ;

　　EV (θ ,φ) — 指定空间角度位置待测 HP-LED 的光照度 ;

　　Ee (θ ,φ) — 指定空间角度位置待测 HP-LED 的辐射照度 ;

　　F* , FSt(*)andard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球光度计系统的光谱失匹配校正因子 , 按照附录 D 的规定计算 ;

　　Fe* , Fe*, Standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球辐射度计系统的光谱失匹配校正因子 , 按照附录 D 的规定计算 。

　　HP-LED 的相对光谱功率分布可能会随着角度变化产生较大的变化 , 因此宜在每个角度下测量获得光谱失匹配校正因子 , 并进行测量结果修正 , 尤其是对于光谱失匹配校正因子很大的被测 HP-LED。

　　为消除被测 HP-LED未居中而导致角度采样不均匀产生的误差 , 待测 HP-LED 的参考点应对准分布光度计的旋转中心 。此时测量距离 rG 应设置足够长以使距离测量误差可以忽略不计 , 建议rG ≥0 . 5 m。

　　注 2 : 该方法对应 GB/T 24824—2009 中 5 . 2 . 1 总光通量基准测量方法 。

　　测量总光通量或总辐射通量时的角度扫描间隔的选择应符合 GB/T 24824—2009 中 5 . 2 的要求 。

　　7 . 2 . 3 积分球法

　　7 . 2 . 3 . 1 积分球光度计/积分球辐射度计

　　使用 2π 法或 4π法积分球和具有余弦修正的光度计测量并计算待测 HP-LED 的总光通量 ΦV , 如式(10)所示 。

　　7

　　GB/T 42219—2022

　　ΦV =ΦV, . . ………………( 10 )

　　式中:

　　ΦV, standard — 标准光源的总光通量 ;

　　y V, y V, standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时光度计的响应值 ;

　　α V , α V, standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源总光通量时的自吸收因子 ;

　　F* , Fst(*)andard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球光度计系统的光谱失匹配校正因子 , 应按照附录 D 的规定计算 ;

　　Z* , Zst(*)andard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球光度计系统的角度失匹配校正因子 , 应按照附录 D 的规定计算 。

　　使用 2π 法或 4π 法积分球和具有余弦修正的辐射度计测量计算待测 HP-LED 的总辐射通量Φe , 如式(11)所示 。

　　Φe =Φe , . . ………………( 11 )

　　式中:

　　Φe , standard — 标准光源的总辐射通量 ;

　　y e , y e , standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时辐射度计的响应值 ;

　　α e , α e , standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源总辐射通量时的自吸收因子 ;

　　Fe* , Fe*, standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球辐射度计系统的光谱失匹配校正因子 , 按照附录 D 的规定计算 ;

　　Ze* , Ze*, standard — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球辐射度计系统的角度失匹配校正因子 , 按照附录 D 的规定计算 。

　　式(10)和式(11)中的光谱失匹配校正因子按照附录 D规定的方法计算得到 , 注意应使用整个积分球系统的相对光谱响应计算 。式(10)和式(11)中的角度失匹配校正因子按照附录 D 规定的方法计算得到 。

　　对于白光 HP-LED的总光通量测量 , 如不进行光谱失匹配校正 , 则积分球光度计的通用 V(λ)失匹配指数 f ,1 应小于 3 . 0% 。对于单色 HP-LED的光度测量 , 即使光度计的通用 V(λ)失匹配指数 f ,1 非常小 , 也应进行光谱失匹配校正 。在测量光通量和辐射通量时 , 若无法获得光谱失匹配校正因子 , 可使用严格替代方法 , 即使用与待测 HP-LED具有相同或者相似相对光谱功率分布的标准光源校准积分球系统 , 此时 F* /Fst(*)andard 和 Fe* /Fe*, standard 比值均约为 1 , 光谱失匹配误差可忽略不计 。

　　若角度失匹配校正因子无法得到 , 则应采用严格替代方法:采用与待测 HP-LED具有相同或者相似光束分布的标准光源 , 此时 Z* /Zst(*)andard 和 Ze* /Ze*, standard 比值均约为 1 , 角度失匹配误差可忽略不计 。

　　注 1 : 角度失匹配校正是由积分球系统的空间不均匀性引起的 , 主要包括光度计或辐射度计的余弦响应不完美和积分球涂层反射率的非均匀性 。

　　注 2 : 待测 HP-LED和标准光源的空间光强分布可能会存在很大的差异 , 这可能会导致测量结果有很大的角度失匹配误差 , 尤其是在测量窄束 HP-LED时 , 因此对角度失匹配误差进行修正是必要的 。

　　注 3 : GB/T 39394—2020 中 4. 5 . 2 要求光度计或辐射度计的方向响应指数 f 2 值<15% , 但对于窄光束 HP-LED来说 , 即使 f 2 值很小 , 角度失匹配误差仍可能很大 , 此外测量窄光束 HP-LED时 , 积分球内涂层的反射率不均匀性也往往会导致很大的角度失匹配误差 。

　　7 . 2 . 3 . 2 积分球光谱辐射计

　　使用 2π 法或 4π法积分球和具有余弦修正的光谱辐射计测量并计算待测 HP-LED 的光谱总辐射通量 , 并通过式(12)或式(13)分别获得总光通量 ΦV 或总辐射通量 Φe 。

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　　GB/T 42219—2022

　　ΦV = KCd . v ……………………( 12 )

　　……………………( 13 )

　　式中:

　　KCd — 最大光谱光视效率 , KCd =683 lm/w ;

　　λ 1 , λ 2 — 分别是目标光谱范围的起始波长和截止波长 ;

　　v(λ) —CIE 1931 明视觉光谱光视效率函数 ;

　　Φe , λ (λ) — 待测 HP-LED 的光谱总辐射通量 。

　　HP-LED 的光谱总辐射通量可由式(14)修正得到 。

　　式中:

　　Φe , λ , standard (λ) — 标准光源的光谱总辐射通量 ;

　　y e (λ) , y e , standard (λ) — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时对应的光谱辐射计的光谱响应值 ; α e (λ) , α e , standard (λ) — 分别是待测 HP-LED和标准光源的自吸收因子 ;

　　Z* (λ) , Zst(*)andard (λ) — 分别是测量待测 HP-LED和标准光源时积分球光度计系统的角度失匹配

　　校正因子 , 应按照附录 D 的规定计算 。

　　若角度失匹配校正因子无法得到 , 则应采用如下的严格替代方法:采用与待测 HP-LED具有相同

　　或者相似光束分布的标准光源 , 此时 Z* /Zst(*)andard 和 Ze* /Ze*, standard 比值均约为 1 , 角度失匹配误差可忽略

　　不计 。

　　7 . 3 色度测量

　　使用光谱辐射计测量光谱辐照度 Ee (λ) 、光谱辐射强度 I e (λ)和光谱总辐射通量 Φe (λ) , 进而按照GB/T 5702—2019 和 GB/T 7922—2008 计算 HP-LED 的色度参数 。 主要颜色参数包括:

　　— 色品坐标(x , y)和(u’, ℃’) ;

　　— 相关色温 TCp ;

　　— 白光 HP-LED 的显色指数(CRI)Ra ;

　　— 单色光 HP-LED 的主波长 λ d 和色纯度 pe 。

　　基于光谱辐射强度 I e (λ , θ ,φ)得到的色度值表征的是 HP-LED 在特定方向的色度参数 , 基于Ee (λ)得到的色度值表征的是特定测量位置的色度参数 , 而基于 Φe (λ)得到的色度值表征的是 4π 空间的平均色度参数 。

　　8 测量不确定度

　　参照 GB/T 39394—2020 中第 8 章评估 HP-LED光学测量的不确定度 。

　　对于 HP-LED 的光学测量 , 还需另外考虑以下不确定度的贡献因子:

　　a) 脉冲模式中 , 由于结温升高而引起的光输出下降从而带来的测量误差 ;

　　b) 脉冲电源产生的脉冲信号 , 包括脉冲峰值 、脉冲宽度 、脉冲信号响应时间带来的测量误差 ;

　　C) 用作参考的标准 HP-LED 的长期漂移 ;

　　d) HP-LED结温和工作电流设置的不确定度 ;

　　e) 标准光源与 HP-LED 的差异带来的系统误差 。

　　示例: HP-LED结温和工作电流设置带来的不确定度分析 。

　　HP-LED 的光通量 ΦV 依赖于正向电流 I F 和结温 TJ 的设置 , 正向电流 I F 和结温 TJ 分别独立控

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　　GB/T 42219—2022

　　制 , 实际正向电流 I F 和结温 TJ 与设置值 I F, 0 和 TJ, 0 存在微小偏差 , 总光通量对工作电流偏差的灵敏度系数为 α Φ , 总光通量对结温偏差的灵敏度系数为 β Φ , 则在设置值下的总光通量 ΦV (I F, 0 , TJ, 0 )可通过式(15)得到 。

　　ΦV (I F, 0 , TJ, 0 )=ΦV (I F, TJ)/{[1+βΦ (TJ —TJ, 0 ) ] . (I F/I F, 0 ) αΦ } …………( 15 )

　　式中:

　　ΦV (I F, TJ) — 测量得到的光通量值 ;

　　I F , I F, 0 — 分别是正向电流的测量值和额定值 ;

　　TJ, TJ, 0 — 分别是结温的测量值和额定值 ;

　　α Φ,βΦ — 分别是正向电流和结温修正的灵敏度系数 。

　　注 : 总光通量对工作电流的灵敏度系数 αΦ 近似为 1 , 总光通量对结温的灵敏度系数 βΦ , 根据 HP-LED 的制造商和模型一般在 0. 1%/℃~0 . 3%/℃范围内变化 。对于灵敏度系数 βΦ =0 . 2%/℃ , TJ 设置不确定度为 2 ℃ 的 HP- LED, 其总光通量的测量不确定度为 0. 4% 。

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　　GB/T 42219—2022

　　附 录 A

　　(资料性)

　　HP-LED光学参数的温度依赖性

　　A. 1 指定结温下的光学参数推算方法

　　HP-LED的光色电性能对温度有很强的依赖性 , 通过实验发现 , HP-LED 的大多数参数都是随温度近似线性变化的 , 那么在指定结温下 , 计算 HP-LED光学参数的过程可简化如下 。

　　a) 在 TCM 的温度范围内 , 选定三个或以上 HP-LED 的结温测量点 , 测量被测 HP-LED 的性能参数 。

　　b) 对于非测量点的结温 , 通过内插或外推得到需要的性能参数 。在与温度关系近似线性变化的情况下 , 可使用线性插值或外推 。与温度关系明显为非线性的情况下 , 则采用高阶多项式拟合计算 。

　　A. 2 脉冲模式下的结温上升的评估及其校正

　　理论上 , 脉冲模式下由于 HP-LED的结温升高引起的测量误差是可以分析和修正的 , 但该修正工作并不简单 。可以通过将使用脉冲模式测量法获得的测量结果与使用恒流模式测量法获得的测量结果进行比较来修正这种测量误差 , 也可以使用基于 HP-LED热学模型的方法来分析测量误差 。

　　示例:一个典型的 3 W 白光 HP-LED在脉冲持续时间为 20 ms 时结温上升了 16 ℃ , 而在脉冲持续时间为 50 ms 时结温上升了 19 ℃ , 在这样的脉冲持续时间内从 5 ms 到 25 ms进行光学测量 , 若测量时间内平均上升结温约为 15 ℃ , 而该样品光通量的温度依赖性为 0. 2%/℃ , 则对所测光通量测量值进行校正 , 对应的光通量校正系数为 1 . 03 。

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　　GB/T 42219—2022

　　附 录 B

　　(资料性)

　　正向电压外推至UF (0)的方法

　　当 HP-LED通电后 , 其结温 TJ 迅速升高 , 可对 HP-LED 的热学特性进行建模分析 。对于同质材料的半无限平板(以确保一维热流垂直于表面传导) , 且此平面由恒定功率密度供热 , 那么表面温度是随着总加热时间的平方根线性升高 。

　　= PH ● Kthem ● 槡A … … … … … … … … … …

　　Kthem =2/ 槡

　　式中:

　　ΔTJ (t) — 半无限平板表面温度变化 ;

　　PH — 加热功率 ;

　　Kthem — 温度变化系数 ;

　　t — 加热时间 ;

　　A — 表面面积 ;

　　c — 平板材料的比热容 ;

　　pth — 平板材料的密度 ;

　　λ th — 平板材料的导热系数 。

　　在短时间测量中 , HP-LED 内部的热传导可近似为一维模型并不受 LED热沉表面的边界效应干扰 , 这样 , 半无限平板模型可应用于结温表面的加热分析 。

　　在稳定持续的正向工作条件下 , HP-LED正向电压的变化 ΔUF (t) =UF (t) —UF (0)是结温变化ΔTJ =TJ (t)—TJ (0)的线性函数 , 其中 UF (t)是时间等于 t 时的正向电压 , UF (0)是初始正向电压 , TJ (t)是时间等于 t 时的结温 , TJ (0)是初始结温 。也就是说 , 正向电压的温度灵敏度 SUF =dUF/dTJ 近似为常数 。

　　注 : 对于单个 PN结组成的 HP-LED, 正向电压的温度灵敏度大约在 — 2 mv/℃ 。 因此 , 在估算 HP-LED 的结温时 , 2 mv 的正向电压不确定度会导致 TJ = 1 ℃的误差 。对于多个 PN结串联的 HP-LED(如 Hv-LED) , 正向电压的温度敏感度 SUF是各个 PN结温度敏感度之和 。 因此 , 10 个 PN结的 Hv-LED 的温度敏感度 SUF 近似为 —20 mv/c。

　　如上所述 , ΔUF (t)和槡t之间线性关系在一定时间范围内成立 , 该时间随 HP-LED 的设计不同而变化 。根据 ΔUF 和槡t 之间的线性拟合 , 可通过拟合外推得到 t = 0 时的正向电压 UF (0) 。 由于测量初始存在电压扰动 , 测得的 UF (t)值应剔除受电压扰动部分 , 再进行拟合 。 可以选取不同的拟合时间段 , 直到拟合外推得到的 UF (0)无明显变化 , 表明 ΔUF (t)和槡t在选取时间段内存在较好线性关系 。

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