Eine korrekte Lichtausbeute ist erforderlich, um die Lichtleistung von LEDs zu messen und zu validieren und um sicherzustellen, dass die tatsächliche Leistung der LEDs im praktischen Einsatz den Produktangaben entspricht. Eine weitere gängige Lösung zur Messung der Lumen einer LED ist die... Lumenkugel (oft auch Ulbricht-Kugel genannt) stellt eine in der Industrie etablierte Lösung für das Problem dar. Dieser Artikel beschreibt die Verwendung einer Lumenkugel zur Messung des Gesamtlichtstroms in verschiedenen LED-Gehäusen, erläutert wichtige Aspekte der Einrichtung und Korrektur und zeigt einige Fallstricke bei der Messung von SMDs, COBs und Hochleistungs-LEDs auf. Ein Beispiel für einen Hersteller von Testgeräten sowie der von diesem Hersteller angebotenen Ulbricht-Kugeln und photometrischen Zubehörteile wird genannt. LISUN.

Was eine Lumenkugel ist und wofür sie verwendet wird

Eine Hohlkugel, deren Inneres mit einem stark diffus reflektierenden Material ausgekleidet ist, wird als Lumenkugel bezeichnet. Die Testquelle wird dann mehrfach diffus in Licht in der Kugel gestreut, bis die Helligkeit auf der Innenfläche nahezu gleichmäßig ist. Die mittels Fotodetektor oder Spektroradiometer durch eine Messöffnung gemessene mittlere Strahlungsdichte wird durch Multiplikation mit dem Kalibrierungsfaktor der Kugel in den gesamten Lichtstrom (Lumen) umgerechnet.
Vorteile:
• Erfasst den gesamten Lichtstrom unabhängig vom Abstrahlwinkel oder der Ortsverteilung.
• Die Punktlichtquellen, Mini-Arrays und zahlreichen LED-Baugruppen.
• Verringert die Empfindlichkeit der Ausrichtung im Vergleich zu Goniophotometern erheblich.

Grundprinzip der Messung – wie die Lumenkugel Lumen misst

1. Setzen Sie die LED in die Kugel ein (oder leiten Sie ihr Licht über einen Eingangsanschluss ein).
2. Das Licht breitet sich auch im unteren Teil der Kugel aus.
3. Der Detektor misst die diffuse Strahlung und gibt mithilfe der Kugelgeometrie und Kalibrierung den gesamten Strahlungsfluss an.
4. Radiometrische Einheiten werden mithilfe der spektralen Empfindlichkeit des Detektors und der menschlichen photopischen Empfindlichkeit (V(λ)) in photometrische Einheiten (Lumen) umgerechnet.
Kurz gesagt: Die Kugel ist eine Kombination aus der Winkelverteilung des emittierten Lichts, sodass die Richtungseigenschaften der LED für die korrekte Lumenmessung weitgehend irrelevant sind, vorausgesetzt, der Test ist richtig konfiguriert.

Praktische Einrichtung: Anschlüsse, Schallwände und Detektorplatzierung

Wiederholte Lumenmessungen setzen eine korrekte Hardwarekonfiguration voraus:
• Eingangsanschluss: Die Position der LED bzw. der LED-Fassung. Der Bereich muss ausreichend groß sein, damit die LED nicht direkt auf den Detektor strahlt.
• Detektoranschluss: Hier wird das Photometer oder Spektroradiometer angeschlossen. Der Detektor sollte kalibriert sein und eine bekannte spektrale Empfindlichkeit aufweisen.
• Blende: Sie dient als physische Abschirmung und verhindert, dass die LED des Detektors direkt sichtbar ist. Eine Blende stellt sicher, dass der Detektor nur Streulicht erfasst.
• Referenzlampe / Kalibrierung: Dies kann mit einer kalibrierten Standardlampe erfolgen, deren Kalibrierung auf ein nationales Labor zurückgeführt werden kann, um den Flusskalibrierungsfaktor der Kugel zu messen.
• Temperaturregelung: Der Lichtstrom von LEDs reagiert sehr empfindlich auf die Temperatur des pn-Übergangs. Um sicherzustellen, dass Betriebsstrom und Temperatur den realen Bedingungen entsprechen, ist eine geregelte Betriebsstromregelung (Drive-A) oder ein thermischer Test erforderlich.

Spektrale Fehlanpassung und Farbüberlegungen

Photometrische Messungen beinhalten die Umrechnung der spektralen Leistung in Lichtstrom durch Gewichtung mit der V(λ)-Kurve. Diese Umrechnung erfolgt automatisch durch Spektroradiometer, jedoch tritt bei Photometern oder Detektoren mit nicht idealer spektraler Empfindlichkeit eine spektrale Fehlanpassung auf. Korrekturen sind möglich, insbesondere für:
• Schmalbandige LEDs (z. B. tiefblau oder monochromatisch)
• LEDs mit anormalen Spektren: Multi-Chip-RGB- oder Phosphor-konvertierte LEDs
Diese Fehler werden durch den Einsatz eines Spektroradiometers mit hoher Wellenlängengenauigkeit minimiert. Bei Verwendung eines einfachen Fotodetektors muss ein Korrekturfaktor (berechnet anhand der gemessenen spektralen Leistungsdichtefunktion) angewendet werden.

Messvariabilität bei verschiedenen LED-Gehäusetypen

Die verschiedenen LED-Gehäuse stellen unterschiedliche Herausforderungen an die Messung. Die folgende Tabelle hebt die häufigsten Aspekte hervor.

LED-Gehäusetyp	Typische Herausforderung bei der Lumen-Sphäre-Messung	Anmerkungen / Minderungsmaßnahmen
SMD (z. B. 2835, 5050)	Kleine Größe, gerichtete Linsenwirkung durch Sekundäroptik	Verwenden Sie eine kleine Eingangsöffnung; achten Sie auf die korrekte Montageausrichtung; verwenden Sie eine Blende, um eine direkte Sicht des Detektors zu verhindern.
COB (Chip an Bord)	Hohe Flussdichte und thermische Kopplung	Kühlkörpermontage verwenden; für thermische Stabilisierung sorgen; die Strahlungserwärmung der Kugel berücksichtigen.
Hochleistungs-Einzel-LEDs	Sehr hohe Strahlungsintensität kann den Detektor sättigen oder lokale Erwärmung verursachen.	Verwenden Sie größere Kugel- oder Dämpfungsfilter, Neutraldichtefilter; überwachen Sie die Detektorlinearität.
LED-Module / LED-Streifen	Diffuse Quelle, manchmal lang	Verwenden Sie eine größere Ulbricht-Kugel oder mehrere Probenorientierungen; vermeiden Sie Abschattung durch Kabel/Halterungen.
LED mit Optik (Linsen, Reflektoren)	Die Optik kann, wenn sie nicht abgeschirmt ist, eine direkte Sicht auf den Detektor ermöglichen.	Montieren Sie das gesamte optische System wie im Endprodukt; verwenden Sie geeignete Blenden und Portgrößen.

 

Häufige Fehlerquellen und wie man sie behebt

• Direkte Sicht des Detektors: Identität bei der Schätzung. Es empfiehlt sich, eine Blende anzubringen, die gerade groß genug ist, um eine direkte Sichtverbindung zu verhindern.
• Kalibrierungsdrift: Reguläre Neukalibrierung mit rückführbaren Standardlampen und Aufzeichnung der Kalibrierungsdaten.
• Verluste durch ungleichmäßige Beschichtung des Anschlusses oder der Kugel: Korrekturfaktoren gemäß dem Kugelhersteller und zur Erhaltung des guten Zustands der Kugel.
• Lichtaustritt in die Umgebungsluft: Test im Dunkeln (oder Dichtheitsprüfung der Kugel).
• Spektrale Fehlanpassung: SPD messen und korrigieren oder Spektroradiometer verwenden.

Normen und Rückverfolgbarkeit

Halten Sie sich an internationale Standards (wie die CIE- und IES-Dokumente) zur Definition der Messgeometrie, zu Kalibrierverfahren und zur Berichterstattung. Berichten Sie stets Folgendes:
• Stromstärke und Wellenform prüfen
• Gehäusetemperatur (Tc) Umgebungstemperatur (Ta).
• Referenz und Datum der Kalibrierung.
• Instrumentenmodell und Unsicherheit
Berichterstattung über Ergebnisse und Unsicherheit
Der entsprechende Messbericht muss den Gesamtlichtstrom (Lumen), die Farbtemperatur (CCT), die Farbkoordinaten (z. B. x, y) und die Messunsicherheit enthalten. Dokumentieren Sie alle Testbedingungen, um die Ergebnisse reproduzieren zu können.

Warum Labore und Hersteller Ulbricht-Kugeln wählen (einschließlich LISUN Produkte)

Ulbrichtkugeln werden am häufigsten eingesetzt, wenn der Gesamtfluss ohne räumliche Verteilungsabbildung benötigt wird. Gerätehersteller wie LISUN Entwickeln Sie Kugel- oder integrierte Messsysteme, die auf photometrische Genauigkeit, thermische Vorrichtungen und benutzerfreundliche Software ausgelegt sind. Ein LED-Gehäuse mit einem gut dokumentierten System, rückführbarer Kalibrierung und Abmessungen gemäß Beleuchtungsnormen gewährleistet eine gründliche Prüfung Ihrer LED-Produktion.
Richtiger Gebrauch der Lumenkugel Dadurch wird die Methode zur Messung des Lichtstroms verschiedener LED-Gehäuse wiederholbar und rückverfolgbar. Dies wird durch die Berücksichtigung von Montage, Temperaturregelung, Kalibrierung, Spektralkontrolle und die sorgfältige Auswahl von Testgeräten (wie z. B. Ulbricht-Kugel-Systeme von Anbietern gleichwertiger Qualität) gewährleistet. LISUN), könnten Ingenieure und QC-Experten wiederholbare Lichtstrommessungen erhalten, die zur Spezifizierung von Produkten, zum Vergleich mit anderen Produkten und auch zur Erfüllung behördlicher Anforderungen verwendet werden könnten.

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