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源表應用 - LED量測系統

源表應用 - LED量測系統

通過本文件可讓使用者了解LED的知識背景，並且透過光譜儀、積分球、源表等設備來進行LED的測試。

概論

LED是發光二極體（Light Emitting Diode）的縮寫，大量應用在照明、LCD顯示器的背光源、手機、資訊顯示、狀態指示等，其他應用還包含：訊息傳輸(如IrDA紅外線傳輸、Li-Fi光照通訊技術Light Fidelity)、訊號轉換(如紅外線熱成像Infrared thermal image、光耦合器 Optocoupler)、生物醫學上的應用也越來越多，如紫外線殺菌(UV sterilization)是這方面的應用。


LED燈帶		LED手電筒

LED測試背景

而LED的特性測試，與傳統光源一樣，都是需要透過標準的測量方式來確定其特性，如光通量、光強度、光亮度、光照度等測試；這些測試都是需要透過國際照明委員會(CIE)制定的規範來進行測試。後面陸續制定的標準，如CIE1931、CIE1976，則成為後來色度學的基礎標準。


CIE1931 色度圖 (Chromaticity Diagram)		CIE1976 色彩空間（Color Space）

在測試LED特性時，會需要如光譜儀、積分球、源表等設備；連接的方式是使用電腦分別去控制電源端(如源表)的輸出，與光源接收量測端(如光譜儀)，來控制並量測LED。

使用固緯GSM-20H10的LED測試系統

LED測試內容

LED測試的連接方式

光源測試部分，需將LED裝置放在積分球的入光處，讓其照射積分球內部，將積分球使用光纖與光譜儀進行連接。接著設置光譜儀參數，如積分時間、分辨率、測量範圍等，這些參數會根據不同的LED條件來進行調整；測試的內容會參照CIE標準規範，但通常會由光譜圖、光照度、色溫與顏色構成這幾個主要部分。

電源供應部分，因LED的能量消耗極小，需要穩定且高解析度的電源，所以會選擇源表進行測試。源表作為穩定的電源，當設定為恆流模式，可確保在不同負載下恆定的電流，而恆壓模式可以確保在不同負載下恆定的電壓。

使用源表來測試LED，需要遵循以下步驟：

依據LED的額定電壓和電流，設定源表的輸出電壓和電流。通常LED的工作電流在μA ~ mA的範圍內，而額定電壓在20V的範圍內。
連接源表的正負極至LED的正負極，並設定對應的電流和電壓。
設定所需要測試的電源模式，恆流模式(CC)或恆壓模式(CV)。
設定源(Source)的輸出參數，例如電流、電壓和測量時間等。
啟動源(Source)的輸出，開始測量。
根據表(Meter)的讀數判斷LED的特性，例如順向電流、工作電壓等。

此外，測試中有時也會針對暗電流(Dark current)項目與負電壓項目進行測試。暗電流是指在沒有外部光源照射的情況下，由雜訊和熱能所引起的電流；而負電壓測試則是要確定LED的逆向電壓(Reverse voltage)和逆向漏電流(Reverse leakage current)的範圍，當設定電壓超過逆向電壓，LED就可能燒毀；而逆向漏電流可用來確認LED的品質，漏電流越小，代表此LED的品質越好。

負電壓測試範例

在LED測試中需要注意的是，如果長時間對LED進行點亮測試，會有非常大的機率讓LED產生光衰與發熱現象，這不但會讓測試的結果產生誤差，也會對LED的壽命產生影響；所以在測試時通常都只會點亮數ms的時間，測試後就必要馬上將電源輸出端關閉。

結論

一個完整的LED測試，除了光譜圖、照度、色溫等資料外，還會記錄每次量測的參數與數值。如下圖所示，本文的測試是參照顏色質量TM30規範所進行的LED測試，除了LED需要的參數外，在參數的設定上，也逐筆紀錄在CC模式下電壓的變化，讓工程師可進行更多的特性分析。

顏色質量TM30規範的LED測試

在這個應用中，GSM-20H10扮演的角色是高精度高穩定度的直流電源，提供穩定的恆壓源(CV)與恆流源(CC)輸出，更可同時量測LED所消耗的電壓與電流等參數，並在量測時最小可達到1μV/10pA的解析度；在程控部分，提供RS-232/USB/LAN/GPIB(選購Option)等通訊介面，支援標準SCPI指令集，且提供適用於LabVIEW開發的LabVIEW Driver，讓使用者或系統整合商(SI)可以輕易地進行自動測量程式的開發。