RU115889U1

RU115889U1 - REFERENCE MONOCHROME LED

Info

Publication number: RU115889U1
Application number: RU2011154263/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Данильчик; Евгений Викторович Луценко; Сергей Викторович Никоненко
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Эталонный монохромный светодиод, включающий монохромный светодиодный чип, установленный на теплоотводящий корпус светодиода, линзу, корпус и терморезистор, отличающийся тем, что содержит элемент Пельтье, на котором закреплены теплоотводящий корпус светодиода плоской тыльной стороной и терморезистор, на лицевой стороне теплоотводящего корпуса светодиода на расстоянии от 0,1 до 1 мм от линзы расположен диффузный отражатель, имеющий цилиндрическую форму, на внутреннюю поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие, элемент Пельтье с терморезистором, светодиодом и диффузным отражателем установлен на основании корпуса и закрыт крышкой корпуса, на которой закреплена полупрозрачная рассеивающая пластина, обеспечивающая равномерное распределение мощности излучения на выходе светодиода. A reference monochrome LED, including a monochrome LED chip mounted on a heat sink housing of an LED, a lens, a housing and a thermistor, characterized in that it contains a Peltier element, on which the heat sink housing of the LED is fixed with a flat back side and a thermistor, on the front side of the heat sink housing of the LED at a distance from 0.1 to 1 mm from the lens is a diffuse reflector having a cylindrical shape, on the inner surface of which a highly reflective coating is applied, a Peltier element with a thermistor, an LED and a diffuse reflector is installed on the base of the case and is closed by a case cover, on which a semitransparent diffusing plate is fixed, providing uniform distribution of radiation power at the output of the LED.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике в части создания устройства для измерения колориметрических и фотометрических характеристик излучения монохромных светодиодов.The utility model relates to measuring technique in terms of creating a device for measuring colorimetric and photometric radiation characteristics of monochrome LEDs.

Эталонный монохромный светодиод применяют при проведении измерений координат цветности, доминантной длины волны, пиковой длины волны, полуширины спектра, чистоты цвета, силы света и силы излучения, яркости и энергетической яркости светодиодов, светодиодных осветителей и других источников излучения, а также, при проведении колориметрических, фотометрических и спектрорадиометрических измерений в качестве эталонного или опорного источника излучения.The reference monochrome LED is used when measuring the coordinates of color, dominant wavelength, peak wavelength, half-width of the spectrum, color purity, light intensity and radiation intensity, brightness and energy brightness of LEDs, LED illuminators and other radiation sources, as well as when performing colorimetric, photometric and spectroradiometric measurements as a reference or reference radiation source.

Так как, светодиоды имеют существенные отличия от других источников излучения, то для их корректного сравнения Международная комиссия по освещению (МКО) разработала специальные рекомендации по измерению оптических характеристик излучения светодиодов [1]. Измерение фотометрических и радиометрических величин, согласно [1], можно проводить методами, реализующими как детекторный, так и излучательный подход. Если устройства, на которых проводятся измерение оптических характеристик светодиодов, реализуют излучательный подход, то они должны калиброваться с использованием эталонных референсных светодиодов. Эталонный светодиод в соответствии с [1] должен работать при постоянном токе питания светодиодного чипа и постоянных температурных условиях, что необходимо для обеспечения стабильности оптических характеристик. Для стабилизации температуры эталонного светодиода рекомендуют помещать его в термостабилизированный корпус. Указывается, что в случае использования системы термоконтроля, эталонный светодиод стабилизирован по температуре, посредством встраивания устройства (терморезистора или термотранзистора) для контроля температуры светодиодного чипа, посредством управления его прямым напряжением питания на основе предварительно экспериментально установленной зависимости прямого напряжения питания светодиодного чипа от температуры. Также рекомендовано, чтобы пространственное и спектральное распределение мощности излучения было равномерным или близким по отношению к испытуемому светодиоду.Since LEDs have significant differences from other radiation sources, for their correct comparison, the International Commission on Lighting (CIE) has developed special recommendations for measuring the optical characteristics of LED radiation [1]. The measurement of photometric and radiometric values, according to [1], can be carried out by methods that implement both the detector and radiative approaches. If the devices on which the optical characteristics of the LEDs are measured implement the radiative approach, they must be calibrated using reference reference LEDs. The reference LED in accordance with [1] must operate at a constant current supply of the LED chip and constant temperature conditions, which is necessary to ensure the stability of optical characteristics. To stabilize the temperature of the reference LED, it is recommended to place it in a thermostabilized case. It is indicated that in the case of using a thermal monitoring system, the reference LED is temperature stabilized by embedding a device (thermistor or thermistor) to control the temperature of the LED chip, by controlling its direct supply voltage based on a previously experimentally established temperature dependence of the direct supply voltage of the LED chip. It is also recommended that the spatial and spectral distribution of the radiation power be uniform or close with respect to the LED under test.

Известно эталонное устройство для передачи размера единиц координат цветности, коррелированной цветовой температуры и яркости самосветящихся объектов [2]. В этом устройстве применяют сменные референсные светодиодные источники излучения, которые состоят из светодиодных чипов с линзами, встроенных в специальный корпус с воздушно-принудительным охлаждением. Эти источники имеют излучение близкое к монохроматическому, и соответствует красному, зеленому, синему, желтому, а также и белому цвету свечения. Для обеспечения равномерного распределения мощности излучения, светодиодные источники вставляют в фотометрический шар, имеющий специальное посадочное место, а также диффузную рассеивающую пластину на выходе. Основными недостатками референсных светодиодных источников излучения, являются отсутствие функций контроля и управление температурой светодиодного чипа, что не позволяет обеспечить стабильность его оптических характеристик.A reference device is known for transmitting the size of units of chromaticity coordinates, correlated color temperature and brightness of self-luminous objects [2]. This device uses interchangeable reference LED radiation sources, which consist of LED chips with lenses built into a special case with air-forced cooling. These sources have a radiation close to monochromatic, and corresponds to red, green, blue, yellow, as well as white color of the glow. To ensure uniform distribution of radiation power, LED sources are inserted into a photometric ball having a special seat, as well as a diffuse scattering plate at the output. The main disadvantages of reference LED radiation sources are the lack of control functions and temperature control of the LED chip, which does not allow to ensure the stability of its optical characteristics.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототип) является монохромный возимый эталонный светодиод, предназначенный для применения в качестве эталонного или референсного источника излучения в фотометрических и колориметрических измерениях светодиодов: светового потока, силы света, координат цветности, доминантной длины волны, чистоты цвета, а также пиковой длины волны [3]. Монохромный возимый эталонный светодиод состоит из: светодиода с линзой; термостатированного корпуса эталонного светодиода; встроенного терморезистора, установленного на выходных контактах светодиода и используемого в качестве индикатора температуры. Стабилизацию температуры светодиодного чипа осуществляют на основе показаний терморезистора, посредством управления его прямым напряжением питания с помощью внешнего специального устройства, обеспечивающего пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм (ПИД) регулирования, и на основе предварительно экспериментально установленной зависимости прямого напряжения питания от температуры светодиодного чипа.The closest in technical essence to the claimed one (prototype) is a monochrome portable reference LED intended for use as a reference or reference radiation source in photometric and colorimetric measurements of LEDs: light flux, light intensity, color coordinates, dominant wavelength, color purity, and also peak wavelength [3]. Monochrome portable reference LED consists of: LED with a lens; thermostatic housing of the reference LED; built-in thermistor installed on the output contacts of the LED and used as a temperature indicator. The temperature of the LED chip is stabilized based on the readings of the thermistor, by controlling its direct supply voltage using an external special device that provides a proportional-integral-differential algorithm (PID) control, and based on a previously experimentally established dependence of the direct supply voltage on the temperature of the LED chip.

К недостаткам данного эталонного светодиода относится расположение терморезистора на выходных контактах светодиода, что обуславливает большую разность температур между чипом светодиода и терморезистора, регулирование температуры по прямому напряжению смещения светодиода, которое в общем случае зависит от старения светодиода. Для установления зависимости напряжения смещения от температуры светодиодного чипа требуются прецизионные измерения для каждого отдельного светодиодного чипа. Для осуществления ПИД-регулировки необходимо применение специально разработанного регулирующего устройства. Кроме того, при изготовлении монохромного эталонного светодиода, который должен иметь равномерное распределение мощности излучения, необходимо проводить отбор из большого числа светодиодов.The disadvantages of this reference LED are the location of the thermistor on the output contacts of the LED, which leads to a large temperature difference between the LED chip and the thermistor, temperature control by the forward bias voltage of the LED, which generally depends on the aging of the LED. To establish the dependence of the bias voltage on the temperature of the LED chip, precision measurements are required for each individual LED chip. To implement PID control, it is necessary to use a specially designed control device. In addition, in the manufacture of a monochrome reference LED, which should have a uniform distribution of radiation power, it is necessary to select from a large number of LEDs.

Задачей полезной модели является создание стабильного эталонного монохромного светодиода имеющего равномерное распределение в пределах стандартных углов фотометрического и колориметрического наблюдателя, который можно использовать в качестве эталонного или референсного источника излучения при проведении высокоточных фотометрических и колориметрических измерений светодиодов, светодиодных осветителей, а также других источников излучения.The objective of the utility model is to create a stable reference monochrome LED having a uniform distribution within the standard angles of the photometric and colorimetric observer, which can be used as a reference or reference radiation source when conducting high-precision photometric and colorimetric measurements of LEDs, LED illuminators, and other radiation sources.

Поставленная задача решается тем, что эталонный монохромный светодиод включает монохромный светодиодный чип, установленный на теплоотводящий корпус светодиода, линзу; корпус, терморезистор и элемент Пельтье. Монохромный светодиодный чип, установлен на теплоотводящий светодиодный корпус и закреплен плоской тыльной стороной корпуса на элемент Пельтье, на который (или на теплоотводящий корпус) установлен терморезистор. Это обеспечивает возможность контроля и управления температурой корпуса светодиода с помощью серийно выпускаемых термоконтроллеров. С лицевой стороны корпуса светодиода, на расстоянии от 0,1 до 1 мм от линзы установлен диффузный отражатель, имеющий цилиндрическую форму, на внутреннюю поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие, типа BaSО₄. Полученная конструкция установлена на основании корпуса, и закрыта крышкой корпуса, на которой закреплена полупрозрачная рассеивающая пластина.The problem is solved in that the reference monochrome LED includes a monochrome LED chip mounted on the heat sink of the LED, a lens; case, thermistor and Peltier element. A monochrome LED chip is mounted on a heat sink LED housing and is fixed with the flat back of the housing to a Peltier element on which (or a heat sink housing) a thermistor is installed. This provides the ability to control and control the temperature of the LED housing using commercially available temperature controllers. On the front side of the LED housing, at a distance of 0.1 to 1 mm from the lens, there is a diffuse reflector having a cylindrical shape, on the inner surface of which a highly reflective coating, type BaSO ₄ , is applied. The resulting design is installed on the base of the housing, and is closed by a housing cover on which a translucent diffusion plate is fixed.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая полезная модель. Полезная модель изображена схематически на фигуре 1, содержит: светодиодный чип 1 установленный на теплоотводящий корпус 2 светодиода с плоской тыльной стороной, и имеющий линзу 3; элемент Пельтье 4; терморезистор 5; диффузный отражатель 6; основание корпуса 7; полупрозрачную рассеивающую пластину 8; крышку корпуса 9, контактные выводы питания 10 светодиода, элемента Пельтье и терморезистора.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed utility model. The utility model is shown schematically in figure 1, it contains: an LED chip 1 mounted on a heat sink housing 2 of the LEDs with a flat back and having a lens 3; Peltier element 4; thermistor 5; diffuse reflector 6; housing base 7; translucent diffusion plate 8; housing cover 9, power supply terminals 10 of the LED, Peltier element and thermistor.

Эталонный монохромный светодиод работает следующим образом: постоянный ток инжекции подается на светодиодный чип 1, температура которого регулируется Пельтье элементом 4 на основании значения сопротивления терморезистора 5. Поскольку тепловое сопротивление корпуса светодиода составляет величину от 5 до 10 К/Вт и указывается производителем, то температура чипа светодиода может быть установлена без проведения дополнительных исследований. Тепло выделяемое Пельтье элементом отводится через корпус 7.The reference monochrome LED works as follows: a direct injection current is supplied to the LED chip 1, the temperature of which is controlled by the Peltier element 4 based on the resistance value of the thermistor 5. Since the thermal resistance of the LED housing is from 5 to 10 K / W and is indicated by the manufacturer, the temperature of the chip LEDs can be installed without additional research. The heat generated by the Peltier element is removed through the housing 7.

Предлагаемый эталонный монохромный светодиод позволяет: повысить стабильность оптических характеристик светодиода при различных токах питания и увеличить его время жизни, за счет применения термостабилизации теплоотводящего корпуса светодиода, что способствует минимизации ошибок фотометрических и колориметрических измерений, обусловленных старением светодиода и флуктуациями оптических характеристик источника излучения,. Отсутствует необходимость регулировки напряжения прямого смещения и предварительных измерений для установления зависимости напряжения питания светодиода от температуры. Для регулировки температуры эталонного светодиода можно применять серийно выпускаемые термоконтроллеры. Сочетание диффузного отражателя и полупрозрачной рассеивающей пластины обеспечивает равномерное распределение мощности излучения эталонного монохромного светодиода в пределах стандартных углов фотометрического и колориметрического наблюдателя.The proposed reference monochrome LED allows you to: increase the stability of the optical characteristics of the LED at various supply currents and increase its life time through the use of thermal stabilization of the heat sink of the LED, which helps to minimize errors in photometric and colorimetric measurements due to aging of the LED and fluctuations in the optical characteristics of the radiation source. There is no need to adjust the forward bias voltage and preliminary measurements to establish the temperature dependence of the LED supply voltage. To adjust the temperature of the reference LED, you can use commercially available thermal controllers. The combination of a diffuse reflector and a translucent scattering plate provides a uniform distribution of the radiation power of the reference monochrome LED within the standard angles of the photometric and colorimetric observer.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. CIE 127:2007 Technical report CIE. Measurement of LEDs. 2nd edition Publication. - Vienna, CIE Central Bureau, 2007 - 32 p.1. CIE 127: 2007 Technical report CIE. Measurement of LEDs. 2nd edition Publication. - Vienna, CIE Central Bureau, 2007 - 32 p.

2. Патент RU 91761 U1 от 03.11.2009 на полезную модель «Эталонное устройство для передачи размера единиц координат цветности самосветящихся объектов». Заявители - Институт физики НАН Беларуси, БелГИМ. Авторы - Тарасова О.Б. (БелГИМ), Скумс Д.В. (БелГИМ), Лысенок О.Н. (БелГИМ), Никоненко С.В. (Институт физики). Опубликовано 27.02.2010. (Российская Федерация)2. Patent RU 91761 U1 dated November 3, 2009 for the utility model “A reference device for transmitting the size of color coordinate units of self-luminous objects”. Applicants - Institute of Physics, National Academy of Sciences of Belarus, BelGIM. Authors - Tarasova O.B. (BelGIM), Skums D.V. (BelGIM), Lysenok O.N. (BelGIM), Nikonenko S.V. (Institute of Physics). Published on February 27th, 2010. (The Russian Federation)

3. М.Lindemann, R.Maas. Photometry and colometry of reference LEDs by using a compact goniophotometer. Journel of Metrology of India. Vol.24, №3, 2009, P.143-152;3. M. Lindemann, R. Maas. Photometry and colometry of reference LEDs by using a compact goniophotometer. Journel of Metrology of India. Vol.24, No. 3, 2009, P.143-152;

Claims

A reference monochrome LED including a monochrome LED chip mounted on the heat sink of the LED, a lens, a housing and a thermistor, characterized in that it contains a Peltier element on which the heat sink of the LED is mounted with a flat back and a thermistor, on the front side of the heat sink of the LED at a distance from 0.1 to 1 mm from the lens there is a diffuse reflector having a cylindrical shape, on the inner surface of which a highly reflective coating is applied, the Pel element THIEY thermistor, a diffuse reflector and an LED mounted on the housing base and the housing cover is closed, on which is fixed a translucent diffusing sheet, providing a uniform distribution of the radiation power at the output of the LED.