Sfera integratrice: come misuriamo i lumen di un LED

Questa guida spiega la sfera e il metodo con cui la usiamo. Gli altri strumenti sono nella pagina sul laboratorio VeroLED. Come si leggono i nit di uno schermo finito è nella guida quanti nit ha il Suo ledwall.

1 · Cosa misura una sfera integratrice

Il flusso luminoso è tutta la luce visibile che una sorgente emette, sommata in ogni direzione. Si misura in lumen (lm).

Un luxmetro non basta. Legge la luce che cade su un punto, e un LED non illumina allo stesso modo in tutte le direzioni. Spostando il sensore di pochi gradi, la lettura cambia.

La sfera risolve il problema raccogliendo tutto. Dentro è cava e rivestita di bianco opaco. La luce del LED rimbalza sulle pareti molte volte, finché l'interno è illuminato in modo uniforme.

A quel punto un fotodiodo, schermato dalla luce diretta, legge un valore proporzionale al flusso totale. È il principio della sfera di Ulbricht, dal nome dell'ingegnere tedesco che la descrisse nel 1900.

2 · Il TES-133 del nostro laboratorio

Nel laboratorio usiamo un misuratore di flusso luminoso TES-133. È uno strumento piccolo: la sfera ha un diametro di 75 mm, pensato per singoli LED e piccole sorgenti.

I valori vengono dalla scheda del produttore, che trova nella pagina del misuratore di flusso luminoso TES-133. Siamo distributore ufficiale TES: lo stesso strumento si può richiedere per il proprio laboratorio.

3 · Cosa vuol dire «curva fotopica»

L'occhio non vede tutti i colori con la stessa forza. È molto sensibile al verde, molto meno al blu profondo e al rosso scuro.

La curva fotopica descrive questa sensibilità alla luce del giorno. Il lumen pesa ogni lunghezza d'onda con quella curva: un watt di luce verde vale più lumen di un watt di luce blu.

Il sensore della sfera deve imitare l'occhio. L'errore f1′ dice quanto ci riesce: più è basso, meglio è. Conta di più con i LED colorati di un ledwall, dove rosso, verde e blu hanno spettri stretti.

4 · Perché serve a chi compra un ledwall

Un ledwall è fatto di migliaia di LED. Se due lotti fanno una luce diversa, sullo schermo si vede: un cabinet più chiaro, una fascia più scura.

Per questo i LED si vendono divisi per binning, cioè per classi di luce e di colore. La sfera serve a controllare che un lotto stia davvero nella classe dichiarata. Come si sceglie il chip, lo spiega la guida ai chip LED per ledwall.

Serve anche dopo, nella riparazione. Un LED sostituito deve fare la stessa luce dei vicini, e prima di montarlo si può confrontare con un campione dello stesso lotto.

5 · Come registriamo un lotto

Le letture finiscono in VeroLED Core, il nostro pannello di laboratorio. Il controllo funziona per lotti, in cinque passi.

1. Si apre un lotto con il codice, il componente, il tecnico e la tolleranza in lumen.
2. Si fissano tensione e corrente di prova, uguali per tutti i diodi del lotto.
3. Si sceglie l'adattatore adatto al diodo.
4. Si legge il valore sul display del TES-133 e lo si registra: il pannello lo segna conforme, sotto soglia o sopra soglia.
5. Alla fine si esportano il certificato del lotto e il file CSV con tutte le letture.

Il pannello disegna anche la carta di controllo del lotto, con media, minimo, massimo e uniformità. Un diodo fuori tolleranza si vede subito, e si vede anche un lotto che scivola verso un bordo.

Lo strumento ha un'uscita RS232. Nel nostro pannello, oggi, la lettura si registra a mano dal display, e ogni lotto porta il nome del tecnico che l'ha misurato.

6 · Cosa la sfera non misura

Una sfera integratrice somma tutta la luce. Proprio per questo perde un'informazione: in quale direzione va.

• Non dà la distribuzione nello spazio. Per sapere quante candele escono in ogni direzione serve un goniofotometro, che ruota la sorgente e la misura da ogni angolo.
• Non produce un file IES. Il file che i progettisti caricano in DIALux nasce da una misura con il goniofotometro. Dal TES-133 non lo ricaviamo, e il pannello lo dice invece di inventarlo.
• Non misura la luminanza dello schermo. I nit di un ledwall finito si misurano con un luminanzimetro, come il Konica Minolta CS-160.

Il pannello mostra anche un'intensità assiale stimata: il flusso diviso per π. È una stima, valida se il LED emette come una superficie lambertiana. Sul certificato del lotto è scritta così, come stima.

7 · Sfera piccola o sfera grande

La misura della sfera dipende da cosa si misura. Un oggetto grande dentro una sfera piccola assorbe parte della luce che rimbalza, e la lettura ne risente.

Per un ledwall la sfera lavora a monte, sui componenti. Lo schermo montato si misura in un altro modo, e la guida alla calibrazione con Konica Minolta spiega come.

8 · Leggere bene una precisione del ±7%

Un singolo LED da ledwall manda pochi lumen. Cade quindi nella prima portata, quella con precisione ±7%: è un dato da conoscere, non da nascondere.

Vuol dire che il valore assoluto di un diodo ha un margine ampio. Per questo il pannello lavora per confronto: ogni diodo si misura nelle stesse condizioni degli altri, e conta dove cade rispetto alla tolleranza del lotto.

Conta anche la temperatura. La luce di un LED cambia con il calore, e lo strumento stesso varia dello 0,1% per grado. Le letture di un lotto si fanno quindi nella stessa sessione, a temperatura stabile.