Search

Tässä diplomityössä suunniteltiin, rakennettiin ja karakterisoitiin laitteisto LEDien valovirran mittaamiseen Teknillisessä korkeakoulussa. Mittauslaitteisto perustuu integroivan pallon menetelmään ja on CIE 127-standardin suosituksien mukainen. Samalla integroivalla pallolla voidaan mitata sekä pienteho-LEDin että suurteho-LEDin kokovalovirta ja osavalovirta. Myös pienten hehkulamppujen kokovalovirta voidaan mitata. Pallossa on detektoriportin ja apu-LEDin portin lisäksi vain yksi pääportti, johon eri mittausmoodeissa tarvittavat apertuurit ja valotanko voidaan kiinnittää. Monissa muissa integroivissa palloissa valotangolle on varattu erillinen portti, joka heikentää pallon heijastusominaisuuksia. Pallomme porttirakenteen ansiosta valo osuu jokaisessa mittausmoodissa keskimäärin samaan kohtaan puhdasta puolipalloa, vähentäen mittausmoodien välistä mittausvirhettä. Mittauksia varten rakennettiin myös kaksi LEDien lämpötilasäätäjää ja lämpötilanäyttö. Mittauslaitteiston kalibrointiin käytettiin valovoimalamppua osavalovirtamoodissa. Kalibroinnin siirto kokovalovirtamoodeihin tehtiin käyttämällä valkoista apu-LEDiä. Menetelmä on helpompi ja nopeampi kuin hehkulamppujen käyttö kaikissa kalibroinneissa. Pallofotometrin spektrinen läpäisy ja suhteellinen spektrinen vaste mitattiin. Pallofotometrin f_1'-luvuksi saatiin kokovalovirtamoodi A:ssa 4.6 %, kun pallon läpäisy huomioitiin. Pelkälle fotometrille f_1 on 1.9 %. Tulos osoittaa, että värikorjauskerrointa tulee käyttää tulosten korjaamisessa, vaikka käytössä olisikin laadukas fotometri. Kaksi valkoista LEDiä karakterisoitiin ja niiden valovirrat mitattiin. Laitteiston laajennettu epävarmuus (k=2) on välillä 0.5 % ja 2.2 % riippuen mittausmoodista ja mitattavan LEDin ominaisuuksista. Epävarmuus on samaa suuruusluokkaa muiden vastaavien mittauslaitteistojen kanssa. Mittauslaitteisto on käyttövalmis ja sitä voidaan käyttää asiakkaiden standardi LEDien kalibrointiin ja LEDien tutkimukseen.

Loistediodeja (LED) käytetään nykyään mm. liikennevaloissa, LCD-näytöissä, mainostauluissa ja merkkivaloissa. Valkoisten LEDien kehityksen myötä niiden sovelluskenttä on laajentunut yleisvalaistukseen ja autovaloihin. LEDien käyttö valonlähteinä näissä sovelluksissa on tulevaisuuden valaistustekniikan suurimpia mullistuksia, joten mittausmenetelmien kehittäminen LEDien tarkkaan karakterisointiin on tärkeää. Tässä työssä on tutkittu LEDien valovoimamittauksia ja rakennettu CIE-127 (Comite Internationale de I'Eclairage) -standardin suositusten mukainen mittausjärjestely LEDin keskimääräiselle valovoimalle. Järjestelyyn rakennettiin vakiovirtalähde ja lämpötilasäätäjä. Mittauksissa käytettiin standardin mukaista fotometriä. Valkoisen pien- ja suurteho-LEDin keskimääräinen valovoima mitattiin. Näille LEDeille määritettiin myös todelliset valovoimat huomioimalla valonlähteen sijainti. LEDin keskimääräiselle valovoimalle tehtiin epävarmuusanalyysi. Kahden erilaisen LEDin kulmavastetta tutkittiin kääntöpöydällä. Spektroradiometrilla mitattiin eriväristen LEDien spektrit. Lisäksi pienteho-LEDin valovoimalle tehtiin vertailumittaus LMT:n (LichtMessTechnik) LED-standardifotometrin ja mittaustekniikan laboratorion referenssifotometrin välillä. Valkoisen pienteho-LEDin keskimääräiseksi valovoimaksi saatiin 1,752 cd ja suurteho-LEDille 337,7 cd. Kuuden etäisyyden valaistusvoimakkuusarvojen sovittaminen laajennettuun käänteiseen neliölakiin tuotti valovoimaksi 1,892 cd ja suurteho-LEDille 297,4 cd. Valovoiman kokonaisepävarmuudeksi saatiin 0,53 % (CIE A) ja 0,68 % (CIE B) (k=2). LMT:n ja referenssifotometrin mittaamat valovoimat poikkesivat 0,31 %.