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。

ICS29.140.40
CCSN35
中华人民共和国国家标准
GB/T42219—2022
大功率LED的光学测量
Optical measurement of high-powerLED2022-12-30发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-07-01实施
规范性引用文件
术语和定义
测量条件
指定结温下的测量方法
光学测量设备
光学测量参数
测量不确定度
附录A（资料性）
附录B（资料性）
附录C（资料性）
附录D（规范性）
参考文献
HP-LED光学参数的温度依赖性
正向电压外推至Ur（0)的方法
通过测热阻进行HP-LED结温设置的方法光谱失匹配校正因子与角度失匹配校正因子的计算GB/T42219—2022
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
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第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定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、赵伟强、潘建根。1范围
大功率LED的光学测量
GB/T42219—2022
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-LEDL诸如高压LED（HV-LED）和基板式LED（COBLED)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/T5702—2019
GB/T7922—2008
GB/T24824—2009
GB/T24826—2016
GB/T39394—2020
3术语和定义
光源显色性评价方法
照明光源颜色的测量方法
普通照明用LED模块测试方法
普通照明用LED产品和相关设备术语和定义LED灯、LED灯具和LED模块的测试方法GB/T24826一2016和GB/T39394一2020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-powerLED;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-controlLEDmount;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。测量条件
4.1老炼
无需老炼直接测量。
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工作态
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。
热学条件
以HP-LED的结温T，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T,=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T，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O.5m，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土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
施加脉冲电流
(稳定时间）
脉冲电流
光学测试
（测试积分时间）
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。将待测HP-LED安装到TCM上，确保两者形成良好的热接触。a
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设定TCM的温度TTCM等于指定测量结温T，开启TCM并且等待足够长的时间使TCM温b)
度稳定在指定温度，判断TCM稳定的方法是1min内温度变化不超过0.5℃。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5ms为宜，脉冲的上升沿时间应小于稳定时间。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d)
20ms。
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。D
（稳定时间）
标引序号说明：
一脉冲宽度；
脉冲周期；
加热电流；
一时间。
(测试积分时间）
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。将待测HP-LED安装到TCM上，确保两者形成良好的热接触。a)
设定TCM的温度TTCM等于指定结温T，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1min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100ms为宜。
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d)
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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/T24824一2009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Ti，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1mA～10mA为宜。
注1：如果IM太小，则电流源或HP-LED自身可能不够稳定；如果IM太大，则由IM导致的自加热效应不能够被忽略。假设一个功率为3W的HP-LED,其额定电流Ip=1000mA，正向电压为Up=3.00V,若测量电流Iα为1mA，辐射效率n为50%，从PN结到TCM的热阻Ra为10K/W，则由于自加热效应导致T上升0.015℃，该温升能够被忽略，
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c)
HP-LED的瞬时正向电压随时间的变化U（t)。d)
通过U（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=O时的正向电压Ur（O），Ur（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Ur（O)的重复性。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Up（t)稳定在U（O)的f）
值时，可认为待测HP-LED稳定工作在指定的结温T」。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T，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U（O)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T，和Ur（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U（O）。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/T39394一2020中4.5.3和4.5.3.1的要求。分布辐射度计应符合GB/T39394一2020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/T39394一2020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
时，光谱辐射计测量波段应覆盖被测HP-LED的目标波段。GB/T42219—2022
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CIE127:2007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/T39394一2020中4.5.2的要求。HPLED一般为2元辐射发光（基本没有向后的辐射），因此2元和4元积分球测试系统都适用。4元积分球测试系统不如2元积分球测试系统方便，但足够大的4元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（4元积分球系统），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环积分球内部涂层。积分球-光度计性能及校准方法应符合GB/T39394一2020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/T39394一2020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：CIE127:2007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(a）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E，并通过式（1)计算得到发光强度I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E。，并通过式（2)计算得到辐射强度Ie。
式中：
F',F standard
Fe,Festandurd
I,=E,·d’.F*/Frundard
.（1)
I=E..d2.F/Fstundard
一在垂直于观察方向上测得的照度；一在垂直于观察方向上测得的辐射照度；HP-LED的参考点到探测器接收面之间的距离；....(2)
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；
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5
GB/T42219—2022
因子，按照附录D的规定计算。下载标准就来标准下载网
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（入）失匹配指数f1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（）失匹配指数f1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*/Fstandard或F/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、和辐射强度Ie。Iv=Ked·
式中：
入，入2
式中：
le.a(a).V(a).da
\Ie.a（a)·da
最天光谱光视效率，Ke=683lm/W；CIE1931明视觉光谱光视效率函数：分别是目标光谱范围的起始波长和截止波长；光谱辐射强度，可通过式（5)计算得到。Ie.x (a)=E.a(a). d
E。（入）—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，....
.........
....(3)
.......(4)
·（5）
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Φ、是光源在4元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Φ。是辐射源在4元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2元辐射光源，因此仅需测量前射2元空间内的通量即可，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4元空间内的通量。因此，使用2元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/T24824一2009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2元或4元积分球测量系统的最大缺陷是由空间不均匀性引人的测量误差，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6
GB/T42219—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4元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Φ。根据7.1在4元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Φ。。I,(o,p). sing . do. dp
@.-\\(o,p)· sino.do·dp
式中：
（,9）—空间角度位置；
I（A，β）———指定空间角度位置待测HP-LED的发光强度；I（O，）-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/T24824一2009中5.2.2光强积分法测量光通量。（6)
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E（，）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rc的球面，通过对辐照度E。（O，p）进行测量和积分获得，如式（9)所示。
Φ。=re.
式中：
F',Fstandard
Fe,Festandard
E(O,p)·（F'/Fstandard)·sing·do·dpE（p).（F:/Fmundrad）·sing.do·dp一空间角度位置；
一指定空间角度位置待测HP-LED的光照度；——指定空间角度位置待测HP-LED的辐射照度；....（8)
..............9)
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；
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天的被测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≥0.5m。注2：该方法对应GB/T24824一2009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/T24824一2009中5.2的要求。7.2.3积分球法
积分球光度计/积分球辐射度计
使用2元法或4元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Φ，如式（10）所示。
GB/T42219—2022
式中：
Qvstandard
Yyv,standard
αvαy,standard
F*,F standard
Z*,Z standard
Φ,=Qv.standard·
标准光源的总光通量；
Fnn Zn
分别是测量待测HP-LED和标准光源时光度计的响应值；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：（10）
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；
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2元法或4元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Φ。，如式（11)所示。
D。=e,standard
式中：
e standard
Ye,Ye.standard
Qe,ae.standard
F\,Festanderd
Z*Zestandare
ye,standard
标准光源的总辐射通量；
.standar
Fe,standard Ze standard
分别是测量待测HP-LED和标准光源时辐射度计的响应值；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；.（11)
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；
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（入）失匹配指数f1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（入）失匹配指数f1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*/Fstandard和F。/Fstandara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*/Ztandard和Z。/Zstandard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/T39394一2020中4.5.2要求光度计或辐射度计的方向响应指数f：值<15%，但对于窄光束HP-LED来说，即使f?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2元法或4元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Φ、或总辐射通量Φe。8
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