Led branschen kräver bättre mätningsinstrument

För tre hundra år sedan var navigering ett område som var allt annat än ofarligt. Fartyg som seglade österut och västerut var tvungna att avgöra sin longitud med en svår och ineffektiv metod som kallades ”dödräkning” (dead recknoning). Fel var vanliga och beräkningarna var vanligtvis felaktiga med några procent vid ankomst – vilket medförde att man emellanåt hamnade på en helt annan plats än vad man beräknat.
Detta medförde stora kostnader och utgjorde ett så stort problem statscheferna erbjöd en stor summa prispengar till den person som kunde lösa problemet. Priserna resulterade i många teoretiska lösningar, men de mest lovande krävde exakta tidtidsanordningar som inte fanns tillgängliga. Genom att hålla tiden noggrant kunde sjömän relatera ombord astronomiska observationer till landbaserade observationer och beräkna longitud.

År 1730 tog en engelsk urmakare som heter John Harrison det första steget till en praktisk longitudlösning genom att utforma en klocka som skulle hålla korrekt tid. Han förfinade sin uppfinning under hela sitt liv och slutligen uppnådde en klocka som var noggrann nog att tillåta longitud för att beräknas till inom en bråkdel av en procent – nära nog att navigera säkert. Många innovationer var nödvändiga för Harrisons genombrott, bland annat förbättringar av hur klockor lagrade energi, hur de smörjdes och framför allt hur de reagerade på temperaturförändringar.

Dagens LED-industri står inför en utmaning som inte skiljer sig så mycket från navigationsproblemet från 1800-talet – rutinmässiga LED- och lampmätningar är bara bra för några få procent. I själva verket publicerades förra året resultat av ett mätförsäkringsprogram där 118 lampor testades av laboratorier världen över. Testerna visade att ljusflödesmätningar för dessa identiska lampor skilde sig med en överraskande 4%.

Detta skapar djupa negativa konsekvenser för vår bransch. Det mest elementära är att laboratorier, även laboratorier som tillhör samma företag, inte kan jämföra och säkerhetställa enhetsprestanda. Utan förmågan att mäta enheter exakt är det omöjligt att veta om två olika produktionslinjer tillverkar samma höga kvalitet. Tillverkare undviker att ta itu med detta problem genom att utöka prestandaspecifikationerna istället, men detta resulterar bara i problemet för belysningsdesigners.

Variation i relativa mätningar är en annan kostsam fråga. Detta problem medför längre testtider för kritiska LM-80-kvalifikationstester, och det tvingar laboratorier att genomföra betydligt fler tester vilket i sin tur ökar kostnaderna. Som det var fallet med Harrisons temperaturkänsliga klockmekanismer är termiska problem en orsak till dagens LED-mätningsutmaningar. Lysdioder är oerhört känsliga för temperaturförändringar. En typisk vit LED-utgång sjunker förvånande 0,25% per 1 ° C-ökning – en temperaturkänslighet något större än den vanliga 100Ω platina RTD-temperatursensorn.

Labratorier kan kompensera för värmekänslighet genom att reglera LED diodens temperatur under testet med hjälp termoelektriska kylare. Denna metod fungerar bra för test under s.k ”steady state”. Tester med pulserande ström resulterar dock i dynamisk uppvärmning som medför att LED-temperaturen stiger. För dessa tester är själva tidpunkten för ljusmätningen också kritisk, eftersom ljusutgången ständigt sjunker. Det första steget till förbättrade mätningar är att använda nya testmetoder som IESNAs LM-85, Laboratoriemetod för elektriska och fotometriska mätningar av LED-lampor med hög effekt. LM-85 binder mätningar till LED halvledarkopplingstemperatur, ett nyckelsteg för att säkerställa mätningar är reproducerbara när de utförs av olika laboratorier. LM-85s kontinuerliga pulsmetod minskar också LED-temperaturförhöjningen, ökad flödesmätningsnoggrannhet, som diskuteras i Mars utgåva av LEDs Magazine.