光性能測定手法とその応用シナリオに関する研究LED光源

抽象的な

固体半導体冷光源である LED (発光ダイオード) は、省エネ、環境保護、長寿命という利点により、照明分野の主流となっています。-発光効率、光束、ビーム角、色温度、演色評価数などの LED 光源の光の性能は、ユーザー エクスペリエンスに直接影響します。この研究では、一般的に使用されるさまざまな照明の主な性能パラメータを測定します。LEDライト測定結果を取得して比較します。さまざまなアプリケーションシナリオの分析に基づいて、実際のアプリケーションの参考となる適切な LED 光源が推奨されます。この調査によると、点光源、投光器、ウォールウォッシャー、街路灯にはそれぞれ明確な性能特性があり、それによって屋内照明、産業用照明、会場照明、景観照明、道路照明などのさまざまな照明環境への適合性が決まります。テクノロジーの継続的な進歩により、LED 照明はスマートホームと健康照明においてより重要な役割を果たすことになります。

1. はじめに

照明技術の開発は、白熱灯、蛍光灯、メタルハライドランプから LED 技術の精力的な発展へと大きく進化してきました。 LED 光源は、その卓越したエネルギー効率、信頼性、長寿命、環境への優しさのおかげで、照明業界のハイライトとして浮上しています。インジケーター、信号灯、ディスプレイ、屋内照明、道路照明、会場照明、景観照明などに広く応用されています。従来の光源とは異なり、LED 光源は発光材料として固体半導体チップを使用します。半導体内でキャリアが再結合すると、過剰なエネルギーが光子の形で放出され、赤、黄、青、緑の光が直接放射されます。三原色の原理を適用し、蛍光体を追加することにより、LED 光源はあらゆる色の光を生成できます。-

のパフォーマンスLEDライトソースはアプリケーションの効果にとって非常に重要です。主要な照明性能パラメータには、光束、発光効率、光強度分布、演色評価数、色温度が含まれます。これらのパラメータの正確な測定は、LED の品質を評価し、特定のシナリオに適した製品を選択するための基礎となります。現在、LED照明の性能を測定する主な方法は積分球法と変角光度計法です。積分球法は、測定される光源の種類とサイズの要件により、小型の LED 点光源に厳密に限定されますが、ゴニオフォトメータ法は、他の種類とサイズの LED 光源に広く使用されています。これまでの研究では、測定方法、光学設計における近接場測定の利点、光強度分布曲線の重要性が検討されてきました。{6}}ただし、さまざまな LED 光源間の性能の違いと実際のアプリケーションへの影響については、詳細な分析が不足しています。-この研究は、さまざまな種類の LED を系統的に測定および比較し、適切なアプリケーション シナリオに適合させることで、このギャップを埋めることを目的としています。

2. 光性能測定方法LED光源

2.1 光束測定方法

光束とは、単位時間あたりに光源によって放出される光の量を指し、通常はルーメン (lm) で表されます。これは、光源の総光出力を示す指標であり、光パワーに相当します。光束が高いということは、光源がより多くの光を発することを意味し、人間の目の明るさの認識に直接影響し、全体の明るさを評価するための重要なパラメーターとして機能します。実際の用途では、光束は LED の選択における重要な要素です。高-光束-光源は強い照明を提供するのに適しており、低-光束-光源は局所的または低照度の領域に最適です。-

GB/T 24824-2009「一般照明用 LED モジュールの試験方法」に規定されている測定方法に従って、光束測定は光学暗室で行われます。テストされたLEDライト光源または照明器具はゴニオフォトメータの回転中心に設置され、指定された条件下で動作するように電源がオンになります。回転アームが光源または照明器具を駆動して垂直軸の周りを回転させ、仮想の球面を形成します。変角光度計の測光検出器は、この仮想球上のさまざまな点で照度を測定し、狭い角度間隔で複数の発光面で十分なサンプリングを確保します。-測光検出器と試験対象物の発光中心との間の距離は、仮想球の半径として機能します。通常、平面間の角度間隔は 5 度、各平面内の間隔は 1 度です。サイズが大きいかビーム角度が狭い光源や照明器具の場合、照度分布サンプリングの完全性を確保するために、より狭い間隔が採用されます。

測定された照度はその方向の光源の光強度に比例するため、変角光度計は球上の各小さな表面要素上の照度を自動的に積分して光束を計算します。全光束は、式 (1) に示す数値積分法を使用して計算されます。

Φtot=∫(SM)EdS=∫04πr2E(ε,η)dΩ=∫02π∫0πr2E(ε,η)sinsdεdη

ここで、Φtot は全光束 (lm)、r は仮想球の半径 (m) です。 SM は仮想球の表面積 (m²) です。 (ε,η) は空間角を表します。

2.2 光強度分布と照射角の測定

光強度分布は、光源からさまざまな方向に放射される光の強度を表します。特定の設置条件下での光強度分布データを検出することにより、照明の均一性と有効カバーエリアを評価できます。これは、家庭用照明、商業用照明、産業用照明などのさまざまなアプリケーションシナリオにとって非常に重要です。ビーム角は、光源から発せられる光の発散角を指し、照明効果の集中と拡散に直接影響し、適用可能な場面を決定します。これら 2 つのパラメータは、LED光源.

測定中、検出器と試験対象物との間の距離は、LED 光源または照明器具の発光面積、光強度、ビーム角を考慮して、対象物の最大発光開口面積の少なくとも 5 倍でなければなりません。テスト対象物は、2 つの軸の周りを回転できるゴニオフォトメータの回転フレーム上に配置されます。 LED の特徴的な発光面では、点輝度計または分光放射計が遠視野に配置され、遠視野光強度データが収集されます。-測定間隔はビーム角度の半分のピーク角度の 1/20 以下です。-ビーム角が 10 度未満の測定や、方向角に関する厳しい要件がある場合は、レーザーまたはより効果的な方法を使用して、テスト対象物の初期位置を設置して位置合わせします。光源が 2 軸の周りを回転すると、周囲の空間全体からデータが収集されて光強度分布曲線データが生成され、これに基づいて半ピークビーム角度が計算されます。

GB/T 24824-2009 で指定されているデュアルミラーゴニオフォトメーターの測定方法では、テスト対象物をデュアルミラーゴニオフォトメーターの回転中心に置き、垂直軸の周りのみを回転させます。回転反射板がテスト対象の LED 光源または照明器具の周りを回転し、特定の方向で測定された光ビームを離れた位置にある 2 番目の反射板に反射し、その後、光検出器に反射されます。この方法では、テストされる LED が定常動作状態に保たれるため、測定の安定性が高く、システム占有スペースが小さいという利点があります。

3. 比較ライト各種LED光源の性能測定結果

上記の標準的な測定方法を使用して、さまざまな種類の LED 光源の主要な光性能パラメータ (発光効率、色温度、演色評価数、ビーム角) が測定されました。具体的な結果を表１に示す。

表 1: さまざまな LED 光源の光性能測定値

現在、LEDライト光源は、主に発光ダイオードを覆う半透明のカバーの形状と透過性能によって光強度分布を調整します。{0}} LED光源の種類ごとに独自の光強度分布パターンがあります。点光源はサイズが小さいため、広い半ピークビーム角度範囲と高い演色評価数を示し、均一で自然な照明を提供できることを示しています。{3}投光器は高い発光効率と狭い半ピークビーム角を特徴としており、強力な集光機能と優れた照明性能を発揮し、長距離および集中照明に適しています。-ウォール ウォッシャーはバランスの取れたパフォーマンス パラメーターを備えており、強力な空間階層化と光の 3 次元性を備えており、輪郭照明に最適です。-街路灯は高い発光効率と広いビーム角度範囲で際立っており、広い範囲に明るく均一な照明を提供できます。

4. さまざまなアプリケーションシナリオにおける軽量パフォーマンスの要件

LED照明は、屋内照明、産業用照明、会場照明、景観照明、日常生活や仕事における道路照明など、幅広い応用シナリオがあります。表 2 で詳しく説明されているように、さまざまなアプリケーション シナリオには、設計目的とユーザーのニーズに基づいた光パフォーマンスに対する明確な要件があります。

表 2 さまざまなアプリケーション シナリオにおける光パフォーマンスの要件

さまざまなアプリケーションシナリオの光性能要件を分析し、それらをさまざまな LED 光源の特性と組み合わせることで、以下の適合する推奨事項が提案されます。

屋内照明: LED点光源は、正確な照明位置を必要とする屋内のさまざまな場所に適しています。高い演色評価数 (Ra=86.0) により、物体は本来の色に忠実に表示されます。また、広いビーム角 (約 119 度) により広範囲をカバーできるため、家庭、オフィス、商業スペース、工場に最適です。

会場照明：競技場、舞台、展示場、美術館などにおすすめのLED投光器・点光源です。投光器は高い発光効率 (135.1 lm/W) と強力な指向性照明を備えており、大規模な会場の高輝度要件を満たすことができます。-点光源は演色性が優れているため、色の精度が重要な展示ホールや博物館に適しています。

景観照明: LED ウォール ウォッシャーは、建物の照明、装飾、室内の雰囲気づくりに最適です。長いストリップ形状、バランスの取れた発光効率 (96.1 lm/W)、豊富な色のオプションにより、建築や景観の輪郭を効果的に輪郭を描くことができ、単一の建物や歴史的建造物群の外壁照明、緑化景観照明や看板照明に適しています。

道路照明: LED街路灯都市の幹線道路、二次道路、田舎の道路、工業団地、広場、風光明媚な地域向けに特別に設計されています。最高の発光効率 (149.7 lm/W) と広いビーム角度範囲 (C0/180 度面で 149.4 度) により、均一で明るい照明を提供し、車両と歩行者の交通安全を確保し、人々の活動の視覚的ニーズを満たします。

産業用照明：LED点光源と投光器を組み合わせて使用​​すると、作業場や倉庫などでバランスの取れた照明を実現できます。点光源は広いエリアで均一な照明を確保し、投光器はより高い明るさを必要とする作業面に焦点を合わせることができます。

5. 結論

従来の照明技術と比較して、LEDライトエネルギー効率が高く、耐用年数が長く、環境パフォーマンスが優れています。柔軟な温度および色調整機能により、スマートホーム照明アプリケーションに最適なソリューションになります。この研究では、点光源、投光器、ウォールウォッシャー、街路灯など、さまざまなタイプの LED 光源の光性能パラメータを系統的に測定し、比較しています。結果は、各タイプの LED 光源が発光効率、色温度、演色評価数、ビーム角の点で独自の特性を備えており、これらの特性が特定のアプリケーション シナリオへの適合性を決定することを示しています。

LED 点光源は、演色評価数が高く、ビーム角度が広いため、家庭、オフィス、商業スペース、工場などの屋内照明に適しています。LED投光器は高い発光効率と強い指向性を備え、スタジアムや展示場などの会場照明に最適です。 LED ウォール ウォッシャーは、バランスの取れた性能と輪郭形成機能により、景観照明や建築装飾に優れています。 LED 街路灯は、さまざまな種類の道路に信頼性の高い効率的な照明を提供し、交通の安全を確保します。

技術の継続的な進歩とコストの削減により、LED照明技術はさらに普及するでしょう。将来的には、LED 光源はスマート ホーム、健康照明、その他の分野でより重要な役割を果たし、より多くの人々に高品質の照明環境をもたらすでしょう。-今後の研究は、測定方法を最適化して精度を向上させ、健康照明やスマートシティなどの新興分野での LED 光源の応用を探ることに焦点を当てることができます。

参考文献

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