系統架構

表 4-1 LED 光熱電量測系統設備一覽表

設備項目 簡易規格

積分球 球 體 直 徑 30cm 、 BaSo₄ 塗 佈 、

^ρ ( ) ^λ

分光通量標準燈 20W 鹵素燈、校正範圍 360nm~1000nm、量測值可 追朔 NIST、Sphere Optics 製作、五鈴光學代理 分光光譜儀 OceanOptics USB 2000+、350nm~1050nm

光纖 長 2m、核心直徑 600um、350nm~1050nm

熱電致冷溫控器 溫控範圍 5℃~85℃、溫度精度

±

電源供應器 Keithley 2400、(21V1A、200V0.1A) DAQ 資料擷取卡 NI PCI-4461 204.8 kS/s/ch、24bit 開發軟體 NI Labview 8.6

圖 4-1 系統架構圖

本研究是把高功率 LED 放在溫控座上面，然後搭配積分球、電源 供應器、DAQ (Data AcQuisition，DAQ)的量測方式來獲取高功率 LED 整個光電熱特性，與其他系統不一樣的是，本量測系統同時整合了光 電特性以及熱特性的量測，世界上尚未出現此類的產品，而本研究中 採用了 NIST 熱阻量測方法，利用熱電致冷溫控器控制不同接面溫 度，從接面溫度 40℃每間隔 20℃測量到接面溫度 120℃為止，並使 用分光光譜儀量測光色特性，DAQ 卡量測電特性，熱電致冷溫控器量 測熱特性，在量測高功率 LED 的同時，測量其高功率 LED 之熱阻、接 面溫度、外殼溫度等特性，並利用 NI Labview 8.6 做自動化控制，

以及資料分析等動作。

4.1.1 積分球規格

本 研 究 所用 的 積分 球 是 由 SphereOptics 製 作 ， 產品型 號 為 LM-12，球內直徑為 30cm，此積分球可以量測高功率 LED 或者是小型 燈具，球體符合 CIE 84-1989，IES LM-79-2008 規範的 4π條件，內 部塗層為BaSo₄，反射率為 95%以上在 360nm~1000nm 波長內，外部球 體架構為鋁合金，可接 SMA 905 規格的光纖或相容此 SMA 905 規格的 光譜儀。

圖 4-2 積分球外觀

4.1.2 分光通量標準燈規格

本 研 究 所 用 的 分 光 通 量 標 準 燈 為 20W 鹵 素 燈 ， 校 正 範 圍 從 360nm~1000nm，量測數值可追朔 NIST，報告內附有點燈條件、光通 量、色溫、分光通量，以及不確定度。

圖 4-3 分光通量標準燈外觀與報告

4.1.3 分光光譜儀規格

本研究所用的分光光譜儀為 OceanOptics USB 2000+，採用 Sony ILX511B 線性 CCD ，波長範圍為 350nm~1050nm，但實際可用範圍是 依照分光通量標準燈的範圍決定，數位波長解析度約 0.35nm，數位 解析度為 16 位元，訊雜比(signal to noise ratio)為 250：1，USB 數位傳輸介面。

圖 4-4 OceanOptics USB 2000+ 分光光譜儀外觀

4.1.4 光纖

OceanOptics 所生產的光纖，核心(Core)直徑為 600um，為一多 模光纖，穿透的波長範圍為可見光到紅外光波段。

圖 4-5 OceanOptics 光纖外觀

4.1.5 熱電致冷溫控器規格

本研究所用熱電致冷溫控器，溫控範圍可從 5℃到 120℃，當 LED 在 10W 以下溫控範圍可從 5℃到 100℃，在 11W~20W 之間溫控範圍可 從 15℃到 110℃，在 21W~30W 之間溫控範圍可從 25℃到 120℃，使用 RS-232 控制，軟體可支援 VB、C、Labview 等。

圖 4-6 熱電致冷溫控器外觀

4.1.6 電源供應器

由 Keithley Instruments 所 製 造 的 Keithley 2400 Source meter，是特別為快速的直流特性量測所設計，有 20W 的驅動能力，

0.012% 的準確度，5 位半的解析度，可以使用 GPIB 或 RS-232 與電 腦做連結，脈波寬度約 1.5ms。

圖 4-7 Keithley 2400 實際送出脈波寬度

圖 4-8 Keithley 2400 Source meter 外觀

4.1.7 DAQ 資料擷取卡

NI PCI-4461 為高準確度資料擷取模組，專為聲音和振動應用所 設計。NI PCI-4461 具有 24 位元 sigma-delta 類比-數位轉換器 (ADCs) 及 24 位元類比輸出，適用於激發源-響應應用，例如聲音及

結構測試。NI PCI-4461 具有動態範圍 118 dB 和 6 增益設定，適 用於以麥克風、加速規，和其他極大動態範圍感測器所進行的準確度 量測。PCI-4461 的一般應用程式，包含聲音擴大器、產品安裝測試、

振動產生平台控制 (shaker table control)、振動分析，和機械處 理監測。

圖 4-9 NI PCI-4461

4.1.8 開發軟體

本研究所用的程式是由 Labview 開發，使用時把上述所描述的儀 器，整合成一個測量系統。這樣的話，不僅可以了解每個儀器本身的 操作功能，以及工作原理，也可以把系統與系統間相互干擾的複雜問 題，一個一個解決讓此系統更優化，量測更準確，下圖為軟體測試介 面

圖 4-10 軟體操作介面

不論是國內或國外測量光通量的儀器與測試熱阻的儀器全都使用 兩套系統作為測試，因為兩套系統測試中所帶來的量測不確定度增 加，所以整合成一套系統，如此一來可以讓整套系統的價格降低，也 可以在量測的時候同時擷取到 LED 光性、電性、熱的資料。

本次實驗可量測的數據：

光：光通量、輻射通量、相關色溫、CIE x、CIE y、CIE u’、CIE v’、主波長[nm] 、峰波長[nm]、色純度[%]、半波寬[nm]、duv、

R1~R14、Ra、量子效率[%]

電：電壓[V]、電流[A]、消耗功率[W]、發光效率[Lumen/Watt]、

輻射效率[Watt(O)/Watt(E)]

熱：Rjc[C/W]、Rjcr[C/W]、Tj[C]、Tc[C]、dT[C]