Tingkat perkembangan pencahayaan solid-state yang tinggi telah menghasilkan permintaan akan pengukuran fluks cahaya yang presisi dan dapat diandalkan. Untuk mengembangkan sistem LED hemat energi, keluaran optik, stabilitas warna, dampak pemanasan, dan penurunan lumen sebenarnya harus dievaluasi secara akurat. Metode yang paling umum untuk pengukuran ini adalah yang ditemukan pada sebuah mengintegrasikan bola yaitu sebuah wadah optik yang dirancang khusus untuk menerima seluruh cahaya yang dipancarkan oleh lampu atau pemancar semikonduktor, terlepas dari arah cahaya yang dipancarkan.
Berbeda dengan teknik pengukuran berbasis titik, melalui dinding reflektif difus, bola pengintegrasi mengambil rata-rata energi radiasi. Perataan ini menghilangkan efek yang disebabkan oleh sudut dan nilai sebenarnya dari total keluaran cahaya diperoleh. Teknik ini sangat penting di pabrik, laboratorium sertifikasi, dan pusat penelitian dan pengembangan fotometri, di mana akurasi pengukuran yang dapat ditelusuri diperlukan terkait dengan instrumen pengujian LED.

Perilaku fisik di dalam bola pengintegrasi

Perataan spasial adalah prinsip di balik inti sistem pengukuran bola terintegrasi. Cahaya yang dipancarkan oleh LED hanya sebagian kecil yang mengenai detektor secara langsung. Sebagian besar cahaya tersebut mengenai permukaan bagian dalam bola, dan tersebar ke segala arah sebelum mencapai sensor. Penghambur ganda semacam itu menghasilkan permukaan interior fotometrik yang homogen.
Pengukuran kualitas sangat bergantung pada bahan pelapis. Bola pengintegrasi berkinerja tinggi menggunakan nilai reflektansi di atas 95 dan fluoresensi yang sangat rendah pada lapisannya. Karena panjang gelombang puncak LED yang tinggi, netralitas spektral lapisan sangatlah penting.

Geometri bola dan pengaruhnya terhadap pengukuran

Diameter bola sangat penting untuk dipilih. Jika bola terlalu kecil, penyerapan diri bisa tinggi karena LED dan dudukannya akan menghalangi pantulan internal. Jika bola terlalu besar, pelemahan optik akan besar sehingga menghasilkan respons detektor yang lemah.
Diameter bola standar saat menggunakan alat ukur LED adalah 0.3 meter hingga 2 meter, bergantung pada ukuran produk dan jumlah intensitas cahaya yang dihasilkan. Bola yang lebih besar lebih disukai untuk penggunaan lampu, luminer, atau modul multi-chip, sedangkan bola yang lebih kecil ideal untuk aktivitas evaluasi die LED tunggal.
Kesamaan spasial juga bergantung pada geometri internal. Cahaya langsung harus dicegah agar tidak mengenai detektor karena insiden langsung secara artifisial menyesuaikan amplitudo detektor. Bola pengintegrasi dirancang dengan banyak rangkaian penyekat sehingga cahaya ke detektor telah melalui serangkaian interaksi reflektif dan akurasi perataan ditingkatkan.

Gambar: Mengintegrasikan Sphere

Persyaratan stabilisasi sebelum pengukuran

Dalam pengukuran fluks cahaya, stabilisasi suhu LED adalah suatu keharusan. Variasi fluks cahaya LED disebabkan oleh pemanasan titik sambungan, sehingga output harus diukur dalam kondisi listrik dan termal yang konstan.
Laboratorium profesional memastikan:
• Periode stabilisasi yang ditentukan.
• Kepatuhan terhadap peraturan terkini yang seragam.
• Pengaturan pembuangan panas.
• Pengukuran dimulai ketika ambang batas stabilisasi fluks tercapai.
Perbedaan lumen, bahkan pada perubahan kecil suhu sambungan, dapat diukur khususnya antara prototipe, kelompok produksi, atau kondisi degradasi termal lainnya yang digunakan dalam LM-80 tes penuaan.

Proses pengukuran berbasis bola

Bola pengintegrasi adalah instrumen pengukuran fluks cahaya akurat yang menggunakan pendekatan metodologis. Hal ini dilakukan dengan mengambil referensi ambien terlebih dahulu, kalibrasi dasar sistem sebelum diikuti oleh pengujian standar. Langkah kalibrasi melibatkan penggunaan lampu referensi berkualitas laboratorium yang sudah memiliki nilai optik yang dapat ditelusuri. Pengukuran lampu tersebut dilakukan di dalam bola untuk menetapkan koefisien konversi antara pengukuran fotodioda dan pengukuran fluks cahaya absolut.
Pabrikan LISUN Menghasilkan sistem bermutu tinggi yang menggabungkan siklus kalibrasi ini menggunakan urutan otomatis, koreksi linearitas fotometrik, kompensasi kesalahan spektral, serta pemanggilan kembali kalibrasi digital.
Setelah sistem dikalibrasi, sampel LED dieksitasi. Detektor mengumpulkan fluks yang dipancarkan dan mengubahnya menjadi satuan fotometrik dengan menggunakan bola pengintegrasi dan detektor secara terpisah.
Tabel: Nilai kalibrasi tipikal yang digunakan dalam pengukuran luminositas berbasis bola

Karakteristik termal selama pengukuran fluks

Output cahaya LED sangat bervariasi terhadap suhu. Ketika arus maju meningkat, suhu sambungan menurun secara non-linier. Degradasi ini biasanya berkisar antara 10-20% pada situasi suhu tinggi. Mekanisme stabilisasi termal harus diintegrasikan untuk mengatasi efek ini dalam mengintegrasikan sistem bola.
Pengaturan profesional menggunakan:
• Braket pemasangan heat sink
• Penggerak arus presisi
• Sambungan kabel dengan resistansi rendah. Kabel dengan resistansi rendah.
• Pencatatan data menggunakan perubahan suhu.
Panas pada sambungan bukanlah satu-satunya dampak lingkungan. Konsistensi keluaran dipengaruhi oleh suhu ruang sekitar, periode pra-pembakaran, dan riak pada bentuk gelombang.

Mengatasi kesalahan ketidaksesuaian spektral

Dalam kasus di mana LED digunakan untuk menghasilkan distribusi spektral dengan puncak yang tajam, sensor fotometrik konvensional dapat menyebabkan bias dalam pengukuran. Ketika sensitivitas detektor gagal sesuai dengan kurva efisiensi cahaya dari materi yang membebani manusia, terjadilah perbedaan spektral. Bola pengintegrasi mengatasi hal ini dengan mengganti sensor spektrofotometri yang dikalibrasi, bukan hanya fotodioda sederhana.
Perangkat pengujian LED baru memiliki spektrometer terintegrasi dengan koreksi spektral bawaan. Algoritma koreksi menggunakan penyimpanan pembobotan spektrum lampu untuk menghasilkan fluks luminous yang benar tanpa proses kompensasi manual.

Menangani penyerapan cahaya di dalam bola.

Pendingin panas, paket LED, perlengkapan kabel, serta aksesori pemasangan menyerap sebagian fluks cahaya. Inilah yang disebut penyerapan diri. Jika tidak, hal itu tidak akan menguntungkan dan akan menghasilkan lumen yang dihitung secara tidak akurat.
Prosedur pengukuran profesional memberikan kompensasi dengan:
1. Pengukuran garis dasar bola tanpa adanya DUT.
2. Pengukuran saat DUT dimatikan
3. Pengukuran dengan DUT dalam keadaan menyala
4. Menerapkan koefisien koreksi.
Hal ini memastikan bahwa hasil akhir pengukuran tidak terdistorsi oleh penyerapan cahaya oleh struktur pendukung.

Linearitas detektor selama pengukuran LED keluaran tinggi

Dengan perkembangan modul LED berstatus museum, saturasi detektor dapat terjadi. Paparan di atas area linier sensor akan memberikan pembacaan yang salah. Laboratorium dapat menghindari hal ini dengan menggunakan filter atenuasi atau memilih saluran detektor fluks tinggi dengan sensitivitas rendah.
Sistem pengukuran bola integrasi yang dirancang dengan benar meliputi:
• Saluran detektor ganda
• Sirkuit detektif dengan jangkauan otomatis.
• Penguatan dengan tingkat kebisingan rendah
• Koefisien kalibrasi berlebihan yang tidak perlu
Hal ini menjamin penangkapan fluks yang tepat baik pada intensitas rendah maupun tinggi saat digunakan.

Aplikasi di mana pengukuran bola meningkatkan pengambilan keputusan teknik.

Pusat-pusat penelitian yang menilai campuran fosfor LED menggunakan sistem bola yang digunakan untuk memeriksa efisiensi konversi fosfor. Produsen yang mengukur profil beban termal driver menguji variasi fluks pada berbagai suhu. Para pencipta modul dengan kecerahan tinggi mengukur penurunan luminositas dalam penuaan yang dipercepat. Tim produksi massal digunakan untuk mensertifikasi pemasok. Kelompok-kelompok ini dapat mengukur metrik kinerja secara objektif menggunakan bola pengintegrasi yang telah dikalibrasi.

Kesimpulan

Bola terintegrasi Ini adalah salah satu instrumen kerja optik paling akurat yang diterapkan di bidang evaluasi fluks cahaya penuh pada LED. Stabilitas termal dalam pemasangan dan logika kompensasi sensor yang kompleks, bola ini mampu melakukan pengukuran yang sangat andal. Akurasi atau pengulangan stabilitas spektral yang tersedia dalam sistem modern yang tertanam dalam instrumen pengujian LED tidak dapat diulang menggunakan metode pengukuran arah konvensional. Laboratorium yang dilengkapi dengan proses sistematis telah memperoleh banyak kemajuan dalam memahami dan mengukur kinerja LED pada setiap fase pertumbuhan produk antara formulasi material dan manufaktur pasar, sehingga keputusan teknik sesuai dengan kemampuan cahaya yang sebenarnya, bukan variabilitas perhitungan.