LED के स्पेक्ट्रम, विकिरण तीव्रता और ज्योति फ्लक्स का अंशांकित मापन – पराबैंगनी (यूवी) से निकट अवरक्त (NIR) तक।

LED मापन प्रौद्योगिकी – विकिरण तीव्रता, स्पेक्ट्रम और ज्योति फ्लक्स का मापन

मापन कार्य के अनुसार, LED मापक यंत्र किसी LED की विकिरण तीव्रता (इरेडियंस), स्पेक्ट्रम, विकिरण फ्लक्स या ज्योति फ्लक्स रिकॉर्ड करते हैं। पुनरुत्पादनीय परिणामों के लिए मापी जाने वाली राशि, वर्णक्रमीय परास, मापन ज्यामिति और अंशांकन को अनुप्रयोग के अनुरूप निर्धारित करना आवश्यक है।

Opsytec यूवी, दृश्य और NIR LED के लिए अंशांकित LED मापन प्रौद्योगिकी प्रदान करता है: SR900 स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी), RMD Pro और RMD Touch विकिरणमापी (रेडियोमीटर), जो अंशांकित विकिरणमापी सेंसरों के साथ काम करते हैं, तथा ग्राहक की आवश्यकता के अनुसार निर्मित समाकलन गोले। ये एकल LED के साथ-साथ LED मॉड्यूल और LED प्रणालियों का भी अभिलक्षणन करते हैं।

मापन विधि का चयन भौतिक राशि पर निर्भर करता है। विकिरण तीव्रता के लिए अंशांकित विकिरणमापी उपयोग किए जाते हैं। किसी LED का वर्णक्रमीय वितरण निर्धारित करने के लिए स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर आवश्यक है। कुल विकिरण फ्लक्स या ज्योति फ्लक्स को स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर के साथ संयोजित समाकलन गोले से मापा जाता है।

मापी जाने वाली राशि के अतिरिक्त वर्णक्रमीय परास, मापन दूरी, आपतन कोण और अंशांकन भी परिणाम को प्रभावित करते हैं। विशेष रूप से संकीर्ण-बैंड यूवी LED में सेंसर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य के अनुरूप होनी चाहिए। तुलनीय परिणामों के लिए मापन ज्यामिति को स्थिर रखा जाना चाहिए और अनुरेखणीय ढंग से प्रलेखित किया जाना चाहिए।

कौन-सी राशि आवश्यक है, यह अनुप्रयोग पर निर्भर करता है। तालिका प्रत्येक राशि के लिए उपयुक्त मापक यंत्र और विशिष्ट अनुप्रयोग दर्शाती है:

केवल प्रक्रिया नियंत्रण के लिए प्रायः एक अंशांकित विकिरणमापी पर्याप्त होता है। पूर्ण वर्णक्रमीय अभिलक्षणन के लिए स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर आवश्यक है। कौन-सी विधि कब पर्याप्त है, इसकी तुलना लेख स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर या ब्रॉडबैंड विकिरणमापी में की गई है।

किसी LED का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम उत्सर्जित विकिरण के वर्णक्रमीय वितरण का वर्णन करता है। स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर इससे शिखर तरंगदैर्घ्य, वर्णक्रमीय बैंडविड्थ और वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता निर्धारित करता है।

SR900 स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर 200 से 1100 nm तक प्रकाशीय विकिरण मापता है और इसलिए यूवी LED, दृश्य LED तथा अनेक NIR प्रकाश स्रोतों के लिए उपयुक्त है। जब उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य बदलता है या कई वर्णक्रमीय घटक उपस्थित होते हैं, तब वर्णक्रमीय मापन किसी LED का मूल्यांकन ब्रॉडबैंड सेंसर की तुलना में कहीं अधिक सटीकता से करता है। वर्णक्रमीय परिवर्तन, शिखर तरंगदैर्घ्य के विस्थापन और LED बैचों के बीच अंतर सीधे दिखाई देते हैं।

दृश्य LED के लिए SRpro सॉफ़्टवेयर स्पेक्ट्रम से प्रकाशमितीय और वर्णमितीय राशियों की भी गणना करता है, जैसे वर्णिकता, प्रमुख तरंगदैर्घ्य और सहसंबद्ध रंग तापमान।

विशिष्ट अनुप्रयोग हैं:

• LED और LED मॉड्यूल का विकास
• गुणवत्ता नियंत्रण
• आवक निरीक्षण
• जीर्णन अध्ययन
• तापमान परीक्षण
• यूवी LED का अभिलक्षणन
• रंग मापन
• पादप प्रकाश व्यवस्था
• फोटोबायोलॉजिकल अध्ययन

विकिरण तीव्रता किसी सतह पर आपतित प्रकाशीय विकिरण शक्ति का वर्णन करती है और इसे W/m² या mW/cm² में व्यक्त किया जाता है। अनेक औद्योगिक अनुप्रयोगों में यही निरपेक्ष राशि – न कि पूर्ण स्पेक्ट्रम – निर्णायक होती है।

यह उदाहरण के लिए यूवी क्योरिंग, यूवी आबंधन, एक्सपोज़र, विसंक्रमण और प्रकाश-रासायनिक प्रक्रियाओं पर लागू होता है। प्रक्रिया के दौरान और आवर्ती नियंत्रण मापनों के लिए RMD Pro और RMD Touch विकिरणमापी वर्णक्रमीय रूप से उपयुक्त सेंसरों के साथ उपयोग किए जाते हैं; दोनों दो सेंसर इनपुट पर विकिरण तीव्रता और विकिरण मात्रा मापते हैं। पुनरुत्पादनीय परिणामों के लिए मापन दूरी, आपतन कोण और सेंसर की स्थिति स्थिर रहनी चाहिए।

विकिरणमापी सेंसर सात वर्णक्रमीय परासों में उपलब्ध हैं: UVC (200 से 280 nm तक), UVB (280 से 315 nm तक), UVA (315 से 400 nm तक), UVA+ (330 से 455 nm तक), UVBB (230 से 400 nm तक), VISB (400 से 480 nm तक) और LUX (380 से 780 nm तक, V(λ)-भारित)। अंशांकित मापन शीर्ष प्रयोगशाला और उत्पादन परिवेश में पुनरुत्पादनीय मापन संभव बनाते हैं।

LED में प्रायः एक स्पष्ट स्थानिक विकिरण पैटर्न होता है। इसलिए किसी एक दिशा में किया गया मापन उत्सर्जित कुल प्रकाशीय शक्ति को पूरी तरह ग्रहण नहीं करता।

समाकलन गोला किसी LED के कुल प्रकाशीय फ्लक्स को ग्रहण करता है। दृश्य LED के लिए इसे ल्यूमेन में ज्योति फ्लक्स के रूप में बताया जाता है; यूवी और NIR LED के लिए वाट में विकिरण फ्लक्स प्रासंगिक राशि है। स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर के साथ संयोजन में गोला कोण-समाकलित रूप से और इस प्रकार विकिरण पैटर्न से स्वतंत्र मापन करता है – जिससे अत्यधिक दिशात्मक या जटिल स्थानिक उत्सर्जन वाले LED की भी तुलना की जा सकती है।

इस उद्देश्य के लिए SR900 को Opsytec समाकलन गोलों के साथ संयोजित किया जा सकता है। LED और डिस्प्ले में ज्योति फ्लक्स, ल्यूमिनेंस और वर्णिकता किस प्रकार परस्पर संबंधित हैं, इसकी विस्तृत व्याख्या प्रकाश प्रौद्योगिकी, LED और डिस्प्ले प्रौद्योगिकी पृष्ठ पर की गई है।

यूवी LED में सेंसर की वर्णक्रमीय परास वास्तविक उत्सर्जन के अनुरूप होनी चाहिए। लघु-तरंग क्षेत्र में ब्रॉडबैंड विकिरणमापी का वर्णक्रमीय बेमेल परिणाम को उल्लेखनीय रूप से विकृत कर सकता है; UVA और दृश्य प्रकाश के बीच संक्रमण क्षेत्र में सेंसर के फ़िल्टर किनारे का भी यही प्रभाव हो सकता है।

उद्योग में प्रचलित UVA LED लगभग 10 से 16 nm तक की अर्ध-अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई के साथ 365, 385, 395 और 405 nm पर उत्सर्जन करते हैं। UVA सेंसर 400 nm पर समाप्त होता है। Opsytec वर्णक्रमीय डेटाबेस के मापे गए स्पेक्ट्रा में 385 nm LED की विकिरण शक्ति का लगभग 95 % भाग 400 nm से नीचे होता है, 395 nm LED में केवल लगभग 70 % और 405 nm LED में 30 % से कुछ कम। ऐसे में तापमान या धारा के कारण शिखर तरंगदैर्घ्य में छोटे विस्थापन भी रीडिंग को काफ़ी बदल देते हैं। इसलिए Opsytec 365 से 405 nm तक के यूवी LED के लिए 330 से 455 nm तक के UVA+ सेंसर की अनुशंसा करता है, क्योंकि यह पूरे उत्सर्जन को ग्रहण करता है।

विकल्प के रूप में SR900 फ़िल्टर विशेषता से स्वतंत्र रहते हुए 200 nm से ही LED का वर्णक्रमीय मूल्यांकन करता है। यह विशेष रूप से तब लाभदायक है जब LED बैचों, जीर्णन प्रभावों या तापमान-जनित तरंगदैर्घ्य विस्थापनों का अध्ययन किया जाता है। उत्पादन और नियंत्रण मापनों के लिए अंशांकित UVC, UVB, UVA और UVA+ सेंसर उपलब्ध हैं।

यदि यूवी LED के विकिरण फ्लक्स को समाकलन गोले में मापना हो, तो तरंगदैर्घ्य कोटिंग का निर्धारण करता है: 300 nm से नीचे बेरियम सल्फेट की परावर्तकता घट जाती है, और वहाँ उपयोगी परावर्तकता वाली एकमात्र कोटिंग PTFE है। यूवी LED की प्रौद्योगिकी, दक्षता और जीवनकाल का वर्णन लेख UVA, UVB और UVC के लिए यूवी LED में किया गया है।

दृश्य LED में विकिरणमितीय राशियों के अतिरिक्त प्रायः प्रकाशमितीय और वर्णमितीय मापदंड भी महत्वपूर्ण होते हैं।

मापन व्यवस्था के अनुसार वर्णक्रमीय मापन अन्य बातों के साथ वर्ण निर्देशांक, रंग तापमान और प्रकाशमितीय राशियाँ निर्धारित करता है। फोटोबायोलॉजिकल मूल्यांकन, उदाहरण के लिए EN 62471 के अनुसार नीले प्रकाश के खतरे का मूल्यांकन, भी मापे गए स्पेक्ट्रम पर आधारित होता है – इस पर अधिक जानकारी व्यावसायिक सुरक्षा और फोटोबायोलॉजिकल सुरक्षा के अंतर्गत उपलब्ध है। सफ़ेद LED की प्रदीप्ति के लिए प्रायः V(λ)-भारित सेंसर वाला लक्स मीटर पर्याप्त होता है।

समाकलन गोले के साथ संयोजन में किसी LED, LED मॉड्यूल या कॉम्पैक्ट ल्यूमिनेयर के कुल प्रकाश उत्पादन को ग्रहण किया जा सकता है।

कोई लैंप एक वाट विद्युत शक्ति से कितना प्रकाश उत्पन्न करता है, यह डेटाशीट में lm/W में ज्योति दक्षता के रूप में बताया जाता है। तुलना में समान विद्युत शक्ति पर एक हैलोजन लैंप, एक फ्लोरोसेंट लैंप और एक LED लैंप के विशिष्ट डेटाशीट मानों का उपयोग किया गया है; इन मानों को बदला जा सकता है। Opsytec वर्णक्रमीय डेटाबेस के मापे गए स्पेक्ट्रा से वर्णिकता, सहसंबद्ध रंग तापमान, रंग प्रतिपादन सूचकांक R_a और दृश्य विकिरण के रूप में उत्सर्जित विद्युत शक्ति का अंश प्राप्त होता है। चयन में CIE 015:2018 के अनुसार विशिष्ट फ्लोरोसेंट लैंपों और LED के संदर्भ स्पेक्ट्रा भी शामिल हैं। प्रत्येक लैंप प्रकार के लिए RoHS निर्देश के अंतर्गत उसकी स्थिति दर्शाई गई है।

राशि और अनुप्रयोग के अनुसार विभिन्न मापन प्रणालियाँ उपयोग की जाती हैं: स्पेक्ट्रम, शिखर तरंगदैर्घ्य, वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता और वर्णमितीय राशियों के लिए SR900; प्रक्रिया, प्रयोगशाला और गुणवत्ता आश्वासन में विकिरण तीव्रता और विकिरण मात्रा के लिए RMD Pro और RMD Touch; उपयुक्त वर्णक्रमीय परास के लिए विकिरणमापी सेंसर; तथा दृश्य, यूवी और NIR LED के ज्योति फ्लक्स और विकिरण फ्लक्स के लिए समाकलन गोला।

LED मापन कार्य सरल तीव्रता जाँच से लेकर पूर्ण वर्णक्रमीय और स्थानिक रूप से समाकलित अभिलक्षणन तक फैले हुए हैं। विकिरणमापी, स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर, लाइट गाइड, मापन शीर्ष और समाकलन गोले के संयोजन द्वारा मापन प्रणाली को संबंधित LED, ज्यामिति और मापी जाने वाली राशि के अनुरूप ढाला जाता है।

मापन प्रणालियाँ परिभाषित वर्णक्रमीय परासों के लिए PTB तक मापीय अनुरेखणीयता के साथ अंशांकित की जाती हैं; DAkkS-प्रत्यायित अंशांकन Opsytec अंशांकन प्रयोगशाला द्वारा किया जाता है। अनुरेखणीय अंशांकन और प्रलेखित मापन परिस्थितियाँ विकास, गुणवत्ता आश्वासन और औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण में तुलनीय परिणामों का आधार हैं।

किस LED मापन के लिए कौन-सा मापक यंत्र उपयुक्त है?
किसी मापन तल पर विकिरण तीव्रता के लिए, उदाहरण के लिए यूवी क्योरिंग या विसंक्रमण में, उपयुक्त वर्णक्रमीय परास के सेंसर सहित RMD Pro या RMD Touch जैसा अंशांकित विकिरणमापी पर्याप्त है। स्पेक्ट्रम, शिखर तरंगदैर्घ्य, प्रमुख तरंगदैर्घ्य, वर्णिकता और रंग तापमान के लिए SR900 जैसे स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर की आवश्यकता होती है। SR900 समाकलन गोले के साथ संयोजन में किसी LED के कुल ज्योति फ्लक्स या विकिरण फ्लक्स को मापता है, क्योंकि केवल गोला ही सभी उत्सर्जन दिशाओं से आने वाले विकिरण को ग्रहण करता है।

क्या LED को लक्स मीटर से मापा जा सकता है?
हाँ, यदि प्रदीप्ति की आवश्यकता हो और LED सफ़ेद या ब्रॉडबैंड प्रकाश उत्सर्जित करता हो। लक्स मीटर प्रकाश को ऐसे सेंसर से भारित करता है जो ज्योति दक्षता फलन V(λ) के अनुरूप बनाया गया है। रंगीन, संकीर्ण-बैंड LED में उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य पर सेंसर और V(λ) के बीच कोई भी विचलन रीडिंग पर पूरा प्रभाव डालता है; वहाँ SR900 से वर्णक्रमीय मापन अधिक सटीक है। यूवी LED के लिए लक्स मीटर अनुपयुक्त है, क्योंकि 380 nm से नीचे V(λ) शून्य होता है; यूवी विकिरण को विकिरणमापी या स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर से मापा जाता है। लक्स मीटर ल्यूमेन में ज्योति फ्लक्स नहीं मापता – इसके लिए समाकलन गोले की आवश्यकता होती है।

365 से 405 nm तक के यूवी LED के लिए कौन-सी वर्णक्रमीय परास उपयुक्त है?
यूवी LED के लिए Opsytec 330–455 nm की UVA+ परास की अनुशंसा करता है। क्लासिक UVA सेंसर 400 nm पर समाप्त होता है; ऐसे में 395 या 405 nm का LED अपने उत्सर्जन के एक भाग के साथ फिल्टर की सीमा पर आ जाता है, और तापमान या धारा के कारण शिखर तरंगदैर्घ्य में मामूली बदलाव भी माप को स्पष्ट रूप से प्रभावित करते हैं। UVA+ परास संपूर्ण LED उत्सर्जन को समाहित करती है और माप को ऐसे बदलावों के प्रति असंवेदनशील बनाती है।

LED की शक्ति कैसे मापी जाती है?
LED में विद्युत शक्ति और प्रकाशीय शक्ति के बीच अंतर करना आवश्यक है। विद्युत शक्ति धारा और वोल्टेज का गुणनफल है। प्रकाशीय शक्ति को वाट में विकिरण फ्लक्स के रूप में और दृश्य LED के लिए अतिरिक्त रूप से ल्यूमेन में ज्योति फ्लक्स के रूप में मापा जाता है – ऐसे समाकलन गोले से, जो सभी उत्सर्जन दिशाओं से आने वाले विकिरण को ग्रहण करता है। विकिरण फ्लक्स और विद्युत शक्ति का अनुपात LED की दक्षता है। विभिन्न लैंप एक वाट विद्युत शक्ति से कितना प्रकाश उत्पन्न करते हैं, यह इस पृष्ठ पर दी गई लैंप तुलना दर्शाती है।

LED मापक यंत्र का अंशांकन क्यों महत्वपूर्ण है?
अंशांकन सेंसर संकेत और भौतिक राशि के बीच संबंध स्थापित करता है। LED के लिए इसे स्रोत के साथ वर्णक्रमीय रूप से मेल खाना चाहिए, क्योंकि संकीर्ण-बैंड उत्सर्जन सेंसर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता में विचलनों के प्रति संवेदनशील होता है। Opsytec PTB तक मापीय अनुरेखणीयता के साथ अंशांकन करता है और अनुरोध पर ISO/IEC 17025 के अनुसार प्रत्यायित अंशांकन प्रयोगशाला में भी।

उपयुक्त LED मापन प्रणाली का चयन मापी जाने वाली राशि, तरंगदैर्घ्य परास, मापन ज्यामिति और आवश्यक मापन अनिश्चितता पर निर्भर करता है। इसी आधार पर हम विकिरणमापी, स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर, सेंसर और समाकलन गोले का उपयुक्त संयोजन तैयार करते हैं। कृपया हमें अपने मापन कार्य के बारे में बताएँ – एकल LED, मॉड्यूल या ल्यूमिनेयर, वांछित राशि और उपयोग का स्थान।

उपयुक्त LED मापक यंत्र के लिए अनुरोध करें

डॉ.-इंग. मार्क पारावीया एटलिंगन स्थित Opsytec Dr. Gröbel GmbH के प्रबंध निदेशक हैं और मान्यता प्राप्त अंशांकन प्रयोगशाला का नेतृत्व करते हैं। KIT के इंस्टीट्यूट ऑफ लाइटिंग टेक्नोलॉजी में स्पंदित क्सेनॉन एक्साइमर डिस्चार्ज पर अपने शोध के बाद, आज उनका मुख्य कार्यक्षेत्र प्रकाशिक विकिरण मापन है। वे DIN मानक समिति FNL 7 "ऑप्टिकल रेडिएशन" के उप-अध्यक्ष और यूवी विसंक्रमण पर DVGW परियोजना समूह के सदस्य हैं।