CN103022328A - 太阳模拟器光源及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳模拟器光源及其实现方法，至少包括基板、第一发光组件及滤光片，其中，所述第一发光组件包括第一种LED芯片、第一种封装体及填充在所述第一种封装体内的与所述第一种LED芯片相对应的荧光粉。本发明以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型与宽光谱荧光粉进行合理的搭配，使LED芯片发出的光在激发荧光粉的同时与之组合起来形成连续的宽光谱光源，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得与所需应用匹配良好的连续的太阳模拟器光源，使其在太阳连续光谱的准确模拟、以及宽光谱近红外光源的实现等方面都有广泛的应用。
Description
技术领域
本发明属于特种光源领域，涉及荧光增强LED宽光谱光源，特别是涉及一种太阳模拟器光源及其实现方法。
背景技术
现有的宽光谱光源主要是气体放电光源，如氙灯、金属卤化物灯、低压钠灯、高压汞灯等，通过滤光达到所需要的光谱辐照，普遍存在着寿命短、能耗大、稳定性差、成本高，以及发光光谱与各种自然光辐照匹配不好等缺点。目前已有的标准光源，如各种D65光源，都与真正的太阳光有明显的差距。节能、小型化、长寿命，光谱匹配度高的光源是光源技术发展的方向。
近年来，LED技术迅速发展、成熟。LED最主要的特点在于其发光效率高、能耗低、使用寿命长、稳定性强以及光谱可选择等。其单色性使叠加不同波长的LED来模拟各种宽光谱光源成为可能，而且有关的光学模拟和实验证实了这种可行性。这种LED组合而成的人工宽光谱光源具有非常广泛的应用。
例如，太阳模拟器是光伏行业在现有测试条件下测试光伏产品性能最重要的工具。IEC和ASTM基于现有技术条件提出了光谱匹配度、空间均匀性和时间稳定性三个标准化参数，作为衡量太阳模拟器各方面性能的标准，由此将太阳模拟器的光谱质量、空间均匀度和时间稳定性分别分为A、B、C三级，以AAA级作为太阳模拟器质量的最高级别。太阳模拟器的光谱、功率输出和耐久性主要由采用的光源决定，所以光源是太阳模拟器最重要的部件。
但是，目前采用的氙灯或者金属卤素灯等光源的太阳模拟器，因为光源易受灯泡本身的热能和老化的影响，容易影响测试精度和一致性；同时又存在光谱匹配度不可调，能耗高和结构笨重等问题，因此，存在对稳定、高效、便捷、低价的替代光源的需求。
为了解决上述问题，LED作为光源的太阳模拟器设计被提出。中国专利CN101290340A“LED太阳模拟器”运用各种具有不同颜色的LED，使总体的混合光谱范围覆盖从近红外到近紫外的太阳光谱；并通过调节LED的个数和通过LED的电流强度来达到太阳光谱各个波段的光强，实现完整的太阳光谱的模拟；再通过调节LED的总个数的方法，实现实验室模拟AM1.5标准太阳光（光辐射强度为1000W/m2）的条件。该专利代表了现存LED太阳模拟器的基本设计思路。美国专利US2011241719A1“SOLAR CELL MEA SUREM ENT SYSTEMAND SOLAR SIMULATOR”和日本专利JP2010287323A“PROGRAMMABLE LIGHTSOURCE DEVICE”在太阳模拟器部分的设计上采用了均采用了与专利CN101290340A相类似的理念，仍然是把可以发出不同颜色光的LED排列组合在一起，达到模拟一个标准太阳的效果。它们设计上的差别在于对集成在一起的LED发出的光的后续光学处理上：
专利CN101290340A中LED光源系统发出的光先经过一个混光系统，对LED光源发出的光先分解成单色光进行筛选，再将筛选过后的单色光混合成具有太阳光谱性质的复色光；然后经过一个光谱校正系统，对复色光中相比标准太阳光谱过强或者过弱的光谱进行修正和补偿，使复色光更加接近标准的太阳光谱。专利US2011241719A1采用了7种不同颜色的LED光排成光源阵列，可以发出300-1100nm范围的光；每种LED的发光强度通过所给激发电流控制，实现对太阳光谱的模拟。专利JP2010287323A的LED阵列与专利US2011241719A1相似。采用了六种不同颜色的LED，每种LED发出光后都经过光纤导出到同一位置实现混光。
以上专利都使用了有限种类LED混合成的光源，而每种LED发出的光谱的半高宽（半峰宽）一般都在几十纳米，如中国专利CN101290340A，其光源设计在700-1100nm近红外范围内只使用了3种LED，主峰波长分别是750nm（半高宽30nm）、850nm（半高宽40nm）和940nm（半高宽50nm），从而导致这样组成的模拟器光谱实际上是不连续的，无法真正模拟太阳的辐照。此外，以上专利涉及的LED作为光源的太阳模拟器还存在着LED阵列结构复杂，对后续光学设计要求高等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳模拟器光源及其实现方法，用于解决现有技术中LED作为太阳模拟器光源时光谱不连续无法真正模拟连续光谱的太阳模拟器光源的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太阳模拟器光源的实现方法，采用第一种LED芯片发光激发荧光粉，由荧光粉发出不同波长的光，然后对光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成并输出。
可选地，采用多组不同的第一种LED芯片激发荧光粉。
可选地，采用第一种LED芯片发出的光与荧光粉发出的光共同合成太阳模拟器光源。
可选地，包括用第一种LED芯片激发荧光粉得到的光和/或未激发荧光粉的第二种LED芯片发出的光进行筛选合成并输出。
本发明还提供一种采用所述的太阳模拟器光源的实现方法形成的太阳模拟器光源，所述太阳模拟器光源至少包括：
基板；
第一发光组件，每组第一发光组件至少包括布设在所述基板上的第一种LED芯片、封装所述第一种LED芯片的第一种封装体、以及填充在所述第一种封装体内的与第一种LED芯片相对应的荧光粉；
滤光片，设置于所述第一发光组件的第一种封装体上方，对所述第一发光组件所输出光的光谱进行筛选。
可选地，所述荧光粉至少包括第一类荧光粉，所述第一类荧光粉为红外荧光粉。
可选地，所述滤光片将所述红外荧光粉激发产生的700~1100nm近红外光为主的光进行光谱筛选，以获得宽光谱近红外光源。
可选地，所述第一发光组件为一组或多组；多组所述第一发光组件提供多种不同波长的光；所述滤光片为一个或多个。
可选地，所述太阳模拟器光源还包括第二发光组件，包括布设在所述基板上的第二种LED芯片以及封装所述第二种LED芯片的第二种封装体，所述第二种LED芯片不激发荧光粉。
可选地，所述第二发光组件通过所述滤光片输出特定波长的光。
可选地，所述第二发光组件为一组或多组；多组所述第二发光组件提供多种不同波长的光；所述滤光片为一个或多个。
可选地，所述第一种封装体为覆盖于所述第一种LED芯片表面且填充有其对应的荧光粉的透明封装材料。
可选地，所述第一种封装体包括覆盖于所述第一种LED芯片表面的第一透明封装材料，以及设置于所述第一透明封装材料表面的填充有其对应的荧光粉的第二透明封装材料。
如上所述，本发明的太阳模拟器光源及其实现方法，具有以下有益效果：本发明以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型与宽光谱荧光粉进行合理的搭配，使LED芯片发出的光在激发荧光粉的同时与之组合起来形成连续的宽光谱光源，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得与所需应用匹配良好的连续的太阳模拟器光源，使其在太阳连续光谱的准确模拟、以及宽光谱近红外光源的实现等方面都有广泛的应用。
附图说明
图1和图2显示为本发明的太阳模拟器光源及其实现方法在实施例一中的示意图。
图3显示为本发明的太阳模拟器光源及其实现方法在实施例二中的示意图。
图4显示为本发明的太阳模拟器光源及其实现方法实施例二中太阳模拟器光源的光谱与AM1.5太阳光光谱的对比图。
图5显示为本发明的太阳模拟器光源及其实现方法在实施例三中的示意图。
图6显示为本发明的太阳模拟器光源实现方法在实施例一中的的原理框图。
元件标号说明
1 基板
201 第一发光组件
202 第二发光组件
211 第一类LED芯片
212 第二类LED芯片
213 第三类LED芯片
22 封装体
22’ 第一类LED芯片封装体
22’’ 第二类LED芯片封装体
22”’ 第三类LED芯片封装体
221 第一透明封装材料
222 第二透明封装材料
31 滤光片
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
现有技术中的LED光源的光谱不连续无法真正模拟连续光谱的太阳辐照，同时，所述LED光源的结构复杂导致后续光学设计要求高。
有鉴于此，本发明以LED电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型和宽光谱荧光粉，使LED芯片发出的光在激发荧光粉的同时与之组合起来形成连续的宽光谱光源，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得与所需应用匹配良好的连续的太阳模拟器光源，使其在太阳连续光谱的准确模拟、以及宽光谱近红外光源的实现等方面都有广泛的应用。
实施例一
如图6所示，本发明提供一种太阳模拟器光源的实现方法，所述实现方法采用第一种LED芯片发光激发荧光粉，由荧光粉发出不同波长的光，然后对光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成并输出；其中，第一种LED芯片发光激发荧光粉时采用多组不同的第一种LED芯片激发荧光粉；所述实现方法采用第一种LED芯片发出的光与荧光粉发出的光共同合成太阳模拟器光源。
需要说明的是，所述实现方法并不局限于只有第一种LED芯片的情况，在另一实施例中，所述实现方法包括用第一种LED芯片激发荧光粉得到的光和/或未激发荧光粉的第二种LED芯片发出的光进行筛选合成并输出。
如图1所示，本发明还提供一种采用所述太阳模拟器光源的实现方法形成的太阳模拟器光源，所述太阳模拟器光源至少包括：基板1、第一发光组件201及滤光片31，其中，所述第一发光组件201为一组或多组，多组所述第一发光组件201提供多种不同波长的光，所述滤光片31为一个或多个，多个滤光片31对多组所述第一发光组件201所输出光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成作为太阳模拟器光源的输出。
所述基板1至少包括半导体或金属，所述半导体至少包括硅或陶瓷，所述金属至少包括铝或铜。在本实施例一中，所述基板1为硅。
需要指出的是，所述太阳模拟器光源还包括与所述基板相连接的散热装置（包括散热片、水冷系统等）、供电电源等组件，即所述基板1具有散热功能的同时适于电连接，由于所述各该组件为本领域专业技术人员所熟练掌握的，因此均未在图1中给出相应图示。
所述第一发光组件21中，每组第一发光组件201至少包括布设在所述基板1上的第一种LED芯片、封装所述第一种LED芯片的第一种封装体、以及填充在所述第一种封装体内的与第一种LED芯片相对应的荧光粉；所述第一发光组件201中，第一种LED芯片发光激发荧光粉，由荧光粉发出不同波长的光，然后对该光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成并输出。
需要说明的是，所述第一种LED芯片包括第一类LED芯片211和第二类LED芯片212；所述荧光粉（未图示）包括第一类荧光粉和第二类荧光粉，其中，第一类荧光粉与第一类LED芯片211相对应，二者配合产生700~1100nm近红外光为主的光，第二类荧光粉与第二类LED芯片212对应相配合激发产生400~700nm白光。
需要指出的是，所述第一类LED芯片211包括紫光LED芯片、蓝光LED芯片、绿光LED芯片、黄光LED芯片、橙光LED芯片、红光LED芯片、及红外LED芯片中的至少一种，所述第一类荧光粉包括红外荧光粉，即每种所述第一类LED芯片分别与第一类荧光粉相对应。
需要进一步指出的是，所述的第二类LED芯片212与第二类荧光粉（未图示）的搭配为蓝光LED芯片与黄色荧光粉组合，或者近紫外LED芯片与红色、绿色、及蓝色荧光粉的组合，且所述第二类LED芯片与第二类荧光粉相搭配激发产生白光；进一步，所述蓝光LED芯片与黄色荧光粉的组合还包括橙色荧光粉或红色荧光粉，以使所述第二类LED芯片与第二类荧光粉相搭配激发产生白光的光谱与相应波段的太阳光光谱相匹配。
在本实施例一中，如图1所示，所述第一发光组件201为一组，且其仅包含第一类LED芯片211搭配第一类荧光粉（未图示），其中，所述第一类LED芯片211为一个紫光LED芯片，所述第一类荧光粉为红外荧光粉，即用紫光LED芯片激发红外荧光粉辐射出以700-1100nm近红外光为主的光，其中，由于采用了紫光LED芯片，因此紫光LED芯片激发红外荧光粉产生的光中除了包括700~1100nm近红外光，还包括部分的以补充短波长的可见光（紫光）。
需要说明的是，所述第一种封装体包括第一类LED芯片封装体和第二类LED芯片封装体，其中，第一类LED芯片封装体用于封装第一类LED芯片211，第二类LED芯片封装体用于封装第二类LED芯片212；所述第一种封装体为覆盖于所述第一种LED芯片表面且填充有其对应的荧光粉的透明封装材料；所述第一种封装体包括覆盖于所述第一种LED芯片表面的第一透明封装材料221，以及设置于所述第一透明封装材料221表面的填充有其对应的荧光粉的第二透明封装材料222。
在本实施例一中，图1中的封装体22即为第一类LED芯片封装体，所述封装体22为覆盖于所述第一类LED芯片211表面且按一定比例填充有所述第一类荧光粉的透明封装材料，其中，所述透明封装材料至少包括环氧树脂、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、或有机硅材料。在本实施例一中，所述透明封装材料为环氧树脂；所述的第一类荧光粉按一定比例与透明封装材料经调匀、搅拌脱泡后形成第一类荧光粉均匀分布的封装体22（即本实施例一中的第一类LED芯片封装体）；所述第一类LED芯片211（紫光LED芯片）位于封装体的中心位置，以使所述第一类LED芯片211（紫光LED芯片）的发光中心位于所述封装体22（即本实施例一中的第一类LED芯片封装体）的中心。
需要说明的是，在另一实施例中，如图2所示，所述第一发光组件201为一组，且其仅包含第一类LED芯片211搭配第一类荧光粉（未图示），但是，所述第一发光组件201中的封装体22（即第一类LED芯片封装体）包括覆盖于所述第一类LED芯片211表面的第一透明封装材料221，以及设置于所述第一透明封装材料221表面的填充有所述第一类荧光粉的第二透明封装材料222，其中，至少保证所述第二透明封装材料222设置于所述第一透明封装材料221的表面的区域与所述第一类LED芯片211的发光中心的区域相对应，优选的，当所述第一类LED芯片211的发光中心位于所述封装体22的中心时，所述第二透明封装材料222至少设置于所述第一透明封装材料221的表面的中心位置，以利于所述的第一类LED芯片211激发第一类荧光粉，图2中所示的第二透明封装材料222覆盖于所述第一透明封装材料221表面；所述第二透明封装材料222中所述第一类荧光粉为均匀分布的。所述包括第一透明封装材料221和第二透明封装材料222的封装体22的制作方法请参阅实施例二。
所述滤光片31为一个或多个，设置于所述第一发光组件201的第一种封装体上方，对所述第一发光组件201所输出光的光谱进行筛选。在本实施例一中，如图1所示，所述滤光片31为一个，设置于所述封装体22（即第一种封装体的第一类LED芯片封装体）上方，将所述红外荧光粉激发产生的700~1100nm近红外光为主的光进行光谱筛选，以获得宽光谱近红外光源。
需要说明的是，在本实施例一中，所述第一发光组件201为一个所述第一类LED芯片211封装于所述体封装22（即第一类LED芯片封装体）中，则所述基板1中供布设在所述基板上的第一类LED芯片211电连接的引线，可采用现有的适用于一个LED芯片的引线框架（未图示），其中，所述引线框架的类型取决于所述第一类LED芯片的功率、散热要求、及尺寸。因此，在本实施例一中，所述太阳模拟器光源还包括引线框架（未图示）。
具体地，本实施例一的所述太阳模拟器光源的封装方法为：步骤1）选择引线框架，根据第一类LED芯片211（紫光LED芯片）的功率、尺寸以及散热要求，选择合适的引线框架；步骤2）固晶，采用常用的固晶方法，把一个第一类LED芯片211（紫光LED芯片）通过固晶材料固定在与其匹配的一个所述引线框架上；步骤3）填充封装材料，将所述第一类荧光粉和透明封装材料调匀、搅拌脱泡形成封装体22，用所述封装体22封装第一类LED芯片；步骤4）将覆盖有所述封装体22且固定有所述引线框架的所述第一类LED芯片211（紫光LED芯片）布设在具有散热功能的基板1上；步骤5）安装滤光片31，将滤光片31设置于所述封装体22上方。
需要说明的是，所述太阳模拟器光源的封装方式可以是炮弹型的，也可以是表面贴装型的；所述第一类LED芯片可以是正装的、倒装的或垂直结构的；所述固晶材料至少包括导电聚合物或合金焊料，其中，所述导电聚合物至少包括银浆，合金焊料可以采用事先电镀在所述第一类LED芯片的方式，也可以在封装过程中滴、涂，或印刷在引线框架上。具体地，在本实施例一中所述封装方式为表面贴装型，所述第一类LED芯片211为正装的，所述固晶材料为银浆。
需要进一步说明的是，所述太阳模拟器光源封装方法还包括散热片安装、水冷系统管理、供电电源配置，其中，所述散热片、水冷系统、电源与所述基板1相连接，以使所述基板1具有散热功能的同时以供电连接。
需要特别指出的是，位于所述第一类LED芯片封装体中的所述第一类LED芯片的个数并不局限本实施例一中为一个的情况，换言之，在其他实施例中，位于第一类LED芯片封装体中的第一类LED芯片可为多个，以提供足够的光强，不过所述多个第一类LED芯片存在一体封装和分开封装的两种情况。一体封装：多个第一类LED芯片均位于一个第一类LED芯片封装体中（如图1或如图2所述的封装体均适用），优选的，经过合理的布设第一类LED芯片，使多个所述第一类LED芯片的发光中心位于所述第一类LED芯片封装体的中心区域；分开封装：封装所述多个第一类LED芯片的第一类LED芯片封装体（如图1或如图2所述的封装体均适用）至少为两个（即为多组第一发光组件的情况），且每个所述第一类LED芯片封装体中至少封装一个所述第一类LED芯片，优选的，经过合理的布设第一类LED芯片的相对位置，使各该第一类LED芯片封装体的中心区域对应第一类LED芯片的发光中心。
需要进一步指出的是，无论是一体封装还是分开封装，当一个第一类LED芯片封装体中封装的第一类LED芯片的个数只为一个时，则可采用现有的适用于一个LED芯片的引线框架，将所述一个第一类LED芯片通过固晶材料固定于一个所述引线框架上，而后再将覆盖有所述第一类LED芯片封装体且固定有所述引线框架的所述第一类LED芯片布设在所述基板上，最后安装滤光片；当一个第一类LED芯片封装体中封装的第一类LED芯片的个数超过一个时，则所述基板需要对应所述第一类LED芯片封装体重新设计、布置引线，即所述基板设置有与多个所述第一类LED芯片相连接的电极及相应引线以供其电连接，而后再通过固晶材料将多个所述第一类LED芯片对应所述电极及相应引线固定于所述基板上，然后借助第一类LED芯片封装体对经过固定加工的多个所述第一类LED芯片的进行封装，其中，所述基板的厚度和结构取决于LED芯片的功率、散热要求、及尺寸。
为了更好的理解在本实施例一中的宽光谱近红外光源，以下介绍所述宽光谱近红外光源的发光过程：如图1所示，电源（未图示）供电给紫光LED芯片（第一类LED芯片211）发出紫光；所述紫光经过所述封装体22（即第一类LED芯片封装体）的同时，激发均匀分布于其内部的红外荧光粉产生700~1100nm的近红外光，两种不同的光（紫光和近红外光）一起透过所述封装体22，形成具有一定强度的、以700~1100nm红外光为主的、且存在部分紫光的混合光；所述混合光经过滤光片31的光谱筛选，形成宽光谱的近红外光源，成为新型的近红外发光器件。由于采用了宽光谱的荧光粉，本实施例一的宽光谱近红外光源的光谱分布在近红外光谱范围内连续，更接近于太阳辐照在红外的光谱。
本实施例一以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型和宽光谱荧光粉，通过合理的设计和组合，使第一类LED芯片发出的光在激发第一类荧光粉（红外荧光粉）的同时，与之组合起来形成以连续光谱的近红光为主的混合光，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得连续光谱的宽光谱近红外光源，使其在太阳连续光谱的近红外波段进行准确模拟，实现宽光谱红外光源，成为新型的近红外发光器件。
实施例二
本实施例二与实施例一的技术方案存在相同之处，不同之处在于：1）本实施例二的发光组件中不仅包含实施例一中的第一类LED芯片搭配第一类荧光粉，还包括第二类LED芯片搭配第二类荧光粉，以使本实施例二产生的光为光谱范围在400~1100nm宽光谱的混合光；2）不同于实施例一中的第一种封装体只为第一类LED芯片封装体，且其仅为覆盖于所述第一类LED芯片表面且按一定比例填充有所述第一类荧光粉的透明封装材料，在本实施例二中，所述第一种封装体为包括第一类LED芯片封装体和第二类LED芯片封装体为一体的第一种封装体，而且该第一种封装体包括第一透明封装材料和第二透明封装材料。在本实施例二中，仅对与实施例一的不同之处进行阐述，与实施例一相同的部分不再一一赘述。
如图3所示，本发明提供一种太阳模拟器光源，所述太阳模拟器光源至少包括：基板1、第一发光组件201及滤光片31。
所述基板1为具有散热功能的基板，具体的相关内容请参阅实施例一。在本实施例二中，所述基板1为陶瓷。
在本实施例二中，如图3所示，所述第一类LED芯片211为一个紫光LED芯片，所述第一类荧光粉为红外荧光粉，即用紫光LED芯片激发红外荧光粉辐射出以700~1100nm近红外光为主的光，所述第一类LED芯片211与第一类荧光粉的其他内容请参阅实施例一的相关描述；所述第二类LED芯片212与第二类荧光粉的组合为一个蓝光LED芯片、及黄色荧光粉和红色荧光粉，以使所述第二类LED芯片212与第二类荧光粉相搭配激发产生白光的光谱与相应波段的太阳光光谱相匹配。需要说明的是，所述第一类LED芯片211或第二类LED芯片212个数并不局限于本实施例二中的一个，其可为多个。
如图3所示，本实施例二中，所述封装体22为一体封装形成的封装体，其中，一体封装为所述第一类LED芯片211（紫光LED芯片）和第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）均位于一个封装体22中，且经过合理的布设第一类LED芯片211和第二类LED芯片212，使所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212的发光中心位于所述封装体的中心区域，其中，图3中的封装体22即为包括第一类LED芯片封装体和第二类LED芯片封装体为一体的第一种封装体；同时，所述封装体22包括覆盖于所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212的表面的第一透明封装材料221，以及设置于所述第一透明封装材料221表面的、且按一定比例均匀填充有所述第一类荧光粉和第二类荧光粉的第二透明封装材料222，其中，所述第二透明封装材料222设置于所述第一透明封装材料221的表面的区域与所述第一类LED芯片211及第二类LED芯片212的发光中心的区域相对应，具体地，本实施例二中，所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212的发光中心位于所述封装体22的中心，所述第二透明封装材料222至少设置于所述第一透明封装材料221的表面的中心位置，以利于所述的第一类LED芯片211和第二类LED芯片212激发第一类荧光粉和第二类荧光粉，其中，本实施例二具体为所述第二透明封装材料222覆盖于所述第一透明封装材料221的表面；所述第二透明封装材料222及第一透明封装材料212为环氧树脂，但并不局限与此，所述第二透明封装材料及第一透明封装材料还可为聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、或有机硅材料。
在本实施例二中，由于一体封装，则所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212通过固晶材料（未图示）固定于所述基板1的上方，其中，所述基板1设置有与所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212相连接的电极及相应布线，所述基板1的厚度和结构取决于所述第一类LED芯片和第二类LED芯片的功率、散热要求、及尺寸，所述固晶材料至少包括导电聚合物或合金焊料，其中，所述导电聚合物至少包括银浆，本实施例二优选的固晶材料为银浆。
在本实施例二中，所述滤光片31设置于所述封装体22上方，对所述第一发光组件201中所述第一类LED芯片211与第一类荧光粉相搭配激发产生的近红外光为主的混合光、及所述第二类LED芯片212与第二类荧光粉相搭配激发产生的白光进行光谱筛选，获得400~1100nm太阳模拟器光源，用于提供类太阳辐射AM1.5的混合光。
具体地，本实施例二的所述太阳模拟器光源的封装方法为：步骤1）制作基板1，具体地，根据第一类LED芯片211（紫光LED芯片）和第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）功率、尺寸以及散热要求，设计基板1的厚度、及布设与所述第一类LED芯片211和第二类LED芯片212相连接的电极及相应引线，即设计陶瓷的基板1对应LED芯片封装所应有的基板结构；步骤2）固晶，具体地，采用常用的固晶方法，把一个第一类LED芯片211（紫光LED芯片）和一个第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）通过固晶材料固定在基板1上；步骤3）填充封装材料，具体地，将所述第一透明封装材料221封装第一类LED芯片211（紫光LED芯片）和第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）；步骤4）制备第二透明封装材料222并覆膜，具体地，将填充有所述第一类荧光粉和第二类荧光粉的透明封装材料调匀、搅拌脱泡、并注入模具内，而后烘烤、脱模以形成第二透明封装材料222，而后将所述第二透明封装材料222覆盖在第一透明封装材料221的上，并使二者紧密结合避免产生气泡以形成包括第一透明封装材料221和第二透明封装材料222的封装体22；步骤5）安装滤光片31，将滤光片31设置于所述封装体22上方。
需要说明的是，所述太阳模拟器光源的封装方式可以是炮弹型的，也可以是表面贴装型的；所述第一类、第二类LED芯片可以是正装的、倒装的或垂直结构的；所述固晶材料至少包括导电聚合物或合金焊料，其中，所述导电聚合物至少包括银浆，合金焊料可以采用事先电镀在所述第一类LED芯片的方式，也可以在封装过程中滴、涂，或印刷在引线框架上。具体地，在本实施例二中所述封装方式为表面贴装型，且第一类LED芯片211和第二类LED芯片212为正装的，所述固晶材料为银浆。
需要进一步说明的是，所述太阳模拟器光源封装方法还包括散热片安装、水冷系统管理、供电电源配置，其中，所述散热片、水冷系统、电源与所述基板1相连接，以使所述基板1具有散热功能的同时以供电连接。
更进一步，对于所述封装体而言，并不局限于本实施例二的情况：
需要说明的是，在其他实施例中，当一体封装时，所述封装体为覆盖于所述第一类LED芯片和第二类LED芯片的表面且填充有所述第一类荧光粉和第二类荧光粉的透明封装材料，优选地，所述第一类荧光粉和第二类荧光粉按一定比例与透明封装材料经调匀、搅拌脱泡后，形成第一类荧光粉和第二类荧光粉均匀分布的封装体。
需要进一步说明的是，所述封装体还存在分开封装的情况，形成封装所述第一类LED芯片的第一类LED芯片封装体和封装所述第二类LED芯片的第二类LED芯片封装体，其中，第一类LED芯片封装体中至少对应填充有第一类荧光粉，第二类LED芯片封装体中至少对应填充有第二类荧光粉。
在一个具体实施例中，所述第一类LED芯片封装体为覆盖于所述第一类LED芯片表面且填充有所述第一类荧光粉的透明封装材料；所述第二类LED芯片封装体为覆盖于所述第二类LED芯片表面且填充有所述第二类荧光粉的透明封装材料。
在另一具体实施例中，所述第一类LED芯片封装体包括覆盖于所述第一类LED芯片表面的第一透明封装材料，以及设置于所述第一透明封装材料表面的填充有所述第一类荧光粉的第二透明封装材料；所述第二类LED芯片封封装体包括覆盖于所述第二类LED芯片表面的第一透明封装材料，以及设置于所述第一透明封装材料表面的填充有所述第二类荧光粉的第二透明封装材料。
但不仅限于上述两种具体实施例的情况，所述第一种封装体只要满足下述条件即可：所述第一类LED芯片封装体或/及第二类LED芯片封装体为一层填充有相应荧光粉的透明封装材料，或者所述第一类LED芯片封装体或/及第二类LED芯片封装体包括覆盖相应LED芯片的第一透明封装材料、及设置于所述第一透明封装材料表面的填充有对应的荧光粉的第二透明封装材料，其中，所述第二透明封装材料设置于所述第一透明封装材料的表面的区域与所述第一类LED芯片的发光中心的区域相对应。
需要指出的是，无论是一体封装还是分开封装，只要为一个所述第一种封装体中对应的LED芯片的个数多于一个时，则所述基板需要对应所述第一种封装体重新设计、布置引线，即所述基板设置有与其对应的LED芯片相连接的电极及相应引线以供其电连接，而后再通过固晶材料将LED芯片对应所述电极及相应引线固定于所述基板上，然后借助该第一种封装体对经过固定加工的LED芯片的进行封装，其中，所述基板的厚度和结构取决于其对应的LED芯片的功率、散热要求、及尺寸。
需要特别指出的是，当分开封装时，第一类LED芯片封装体或/及第二类LED芯片封装体内对应的LED芯片的个数为一个时，则可采用现有的适用于一个LED芯片的引线框架，先将该对应的LED芯片通过固晶材料固定于一个所述引线框架上，而后再将固定有所述引线框架的、且覆盖有第一类LED芯片封装体的所述的第一类LED芯片或/及覆盖有第二类LED芯片封装体的第二类LED芯片布设在所述基板上，最后安装滤光片，其中，所述引线框架的类型取决于该对应的LED芯片的功率、散热要求、及尺寸。
为了进一步理解本实施例二提供的太阳模拟器光源，以下介绍所述太阳模拟器光源的发光过程：
如图3所示，首先，电源（未图示）供电给紫光LED芯片（第一类LED芯片211）和蓝光LED芯片（第二类LED芯片212）分别发出紫光和蓝光；而后，所述紫光和蓝光经过所述封装体22（即包括第一类LED芯片封装体和第二类LED芯片封装体为一体的第一种封装体）的同时，激发均匀分布于所述封装体22内部的红外荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉，其中，紫光激发红外荧光粉产生700~1100nm的近红外光，蓝光激发黄色荧光粉和红色荧光粉产生白光，则五种不同的光（紫光、近红外光、蓝光、黄光、红光）一起透过所述封装体22，形成具有一定强度的400~1100nm的混合光（紫光补充了短波长可见光谱）；最后所述混合光经过滤光片31的光谱筛选，形成太阳模拟器光源，用于提供类太阳辐射AM1.5的光，成为新型的更接近AM1.5的太阳模拟器。
请参阅图4，图4为本实施例二的太阳模拟器光源的光谱与AM1.5太阳光光谱的对比图，其中，长虚线为本实施例二的太阳模拟器光源的光谱，短虚线为AM1.5太阳光光谱。由于采用了宽光谱的荧光粉（红外荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉），本实施例二的太阳模拟器光源的光谱分布在400~1100nm光谱范围内连续，不仅符合标准，而且更接近于AM1.5太阳辐照的光谱，实现了AAA级AM1.5的连续光谱的太阳模拟器，以利于为后续太阳电池或其他方面的光谱检测提供精确度高的太阳模拟器。
本实施例二以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型和宽光谱荧光粉，通过合理的设计和组合，使第一类LED芯片发出的光在激发第一类荧光粉（红外荧光粉）的同时，与之组合起来形成以连续光谱的近红光为主的混合光，并且使第二类LED芯片发出的光激发第二类荧光粉形成连续光谱的白光，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得400~1100nm连续光谱的太阳模拟器光源，实现了AAA级AM1.5的连续光谱的太阳模拟器，以利于为后续太阳电池或其他方面的光谱检测提供精确度高的太阳模拟器。
实施例三
本实施例三与实施例二的技术方案存在相同之处，不同之处在于：1）本实施例三的发光组件中不仅包含实施例二中的第一发光组件（即第一类LED芯片搭配第一类荧光粉、及第二类LED芯片搭配第二类荧光粉），还包括第二发光组件（即第三类LED芯片），以使本实施例三产生的光为光谱范围在300~1100nm宽光谱的混合光；2）本实施例三的封装体包括第一种封装体和第二种封装体，且均为一层透明封装材料，并同时为分开封装三类LED芯片的情况。在本实施例三中，仅对与实施例二的不同之处进行阐述，与实施例二相同的部分不再一一赘述。
如图5所示，本发明提供一种太阳模拟器光源，所述太阳模拟器光源至少包括：基板1、第一发光组件201及滤光片31；所述太阳模拟器光源还包括第二发光组件202，该第二发光组件202包括布设在所述基板1上的第二种LED芯片以及封装所述第二种LED芯片的第二种封装体，所述第二种LED芯片不激发荧光粉。
需要进一步说明的是，所述第二发光组件202可以采用滤光模式，即所述第二发光组件202也通过所述滤光片31输出特定波长的光，此时，所述第一发光组件201及第二发光组件202共用滤光片31进行滤光筛选，且所述滤光片31并未对所述第二发光组件发出的主要的光进行滤除。但并不局限于采用滤光模式的情况，在另一实施例中，所述第二发光组件202也可以不采用滤光模式，即所述第二发光组件202并不通过滤光片31进行滤光，而是第二发光组件202发出的光直接输出。
进一步，所述第二发光组件202为一组或多组；多组所述第二发光组件202提供多种不同波长的光；所述滤光片31为一个或多个，所述多个滤光片31对多组所述第二发光组件202所输出光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成作为太阳模拟器光源的输出。
需要特别指出的是，所述第二种LED芯片为第三类LED芯片213，所述第三类LED芯片213包括紫外LED芯片；所述第二种封装体包括第三类LED芯片封装体22”’。
所述基板1为具有散热功能的基板，具体的相关内容请参阅实施例一及实施例二，其中，所述基板1为陶瓷。
在本实施例三中，如图5所示，关于第一类LED芯片211、第一类荧光粉、及第二类LED芯片212与第二类荧光粉的组合的相关内容请参阅实施例二；所述第三类LED芯片213（即第二种LED芯片）为一个紫外LED芯片。需要说明的是，所述第一类LED芯片211、第二类LED芯片212、或第三类LED芯片213的个数并不局限于本实施例三中的一个，其可为多个。
如图5所示，本实施例三中，所述封装体包括第一种封装体和第二种封装体，且为分别封装形成的封装体，即包括封装所述第一类LED芯片211的第一类LED芯片封装体22’、封装所述第二类LED芯片212的第二类LED芯片封装体22’’、及封装所述第三类LED芯片213的第三类LED芯片封装体22”’，其中，第一类LED芯片封装体22’中至少对应填充有第一类荧光粉，第二类LED芯片封装体22’’中至少对应填充有第二类荧光粉，且所述的第一类LED芯片封装体22’和第二类LED芯片封装体22”为第一种封装体，所述第三类LED芯片封装体22”’为第二种封装体，进一步，在本实施例中，所述第一、第二种封装体均为一层透明封装材料。
具体地，所述第一类LED芯片封装体22’为覆盖于所述第一类LED芯片211表面、且按一定比例均匀填充有所述第一类荧光粉的透明封装材料，所述第一类LED芯片211（紫光LED芯片）的发光中心位于所述第一类LED芯片封装体22’的中心；所述第二类LED芯片封装体22’’为覆盖于所述第二类LED芯片212表面且按一定比例均匀填充有所述第二类荧光粉的透明封装材料，所述第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）的发光中心位于所述第二类LED芯片封装体22’’的中心；所述第三类LED芯片封装体22”’为覆盖于所述第三类LED芯片213表面的透明封装材料，所述第三类LED芯片213（紫外LED芯片）的发光中心位于所述第三类LED芯片封装体22”’的中心。其中，所述透明封装材料均为环氧树脂，但不局限于此，所述第一类LED芯片封装体22’第二类LED芯片封装体22’’、第三类LED芯片封装体22”’的透明封装材料可以相同也可以不同，所述透明封装材料还包括聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、或有机硅材料。
在本实施例三中滤光片仅为一个滤光片31，且其设置于封装体（第一类LED芯片封装体22’第二类LED芯片封装体22’’、第三类LED芯片封装体22”’）上方，将所述第一类LED芯片211与第一类荧光粉相搭配激发产生的以近红外光为主的混合光、所述第二类LED芯片212与第二类荧光粉相搭配激发产生的白光、及所述第三类LED芯片213产生的紫外光进行光谱筛选，获得300~1100nm太阳模拟器光源。
在本实施例三中，由于是分开封装，且每个封装体中的LED芯片个数为一个，则所述基板1中供布设在所述基板1上的第一类LED芯片211、第二类LED芯片212、第三类LED芯片213电连接的引线，可采用现有的适用于一个LED芯片的引线框架（未图示），其中，所述引线框架的类型取决于与其对应的LED芯片的功率、散热要求、及尺寸。因此，在本实施例三中，所述太阳模拟器光源还包括引线框架（未图示）。其中，每个封装体的封装方法可参阅实施例一的相关内容，只需调整每个封装体、LED芯片、及荧光粉的类别相对应即可。具体地，在本实施例三中所述封装方式为表面贴装型，且第一类LED芯片211（紫光LED芯片）、第二类LED芯片212（蓝光LED芯片）、及第三类LED芯片213（紫外LED芯片）为正装的，所述固晶材料为银浆。
需要进一步说明的是，所述太阳模拟器光源封装方法还包括散热片安装、水冷系统管理、供电电源配置，其中，所述散热片、水冷系统、电源与所述基板1相连接，以使所述基板1具有散热功能的同时以供电连接。
更进一步，对于所述第一种、第二种封装体而言，并不局限于本实施例三的情况，还包括第一中封装体为一体封装、或第一种、第二种封装体均包括第一透明封装材料及填充有相应荧光粉的第二透明封装材料的情况，其中，所述封装体无论是一体封装还是分开封装，都可以任意搭配封装体为一层填充有相应荧光粉的透明封装材料、或封装体包括第一透明封装材料及填充有相应荧光粉的第二透明封装材料的情况，具体内容请参阅实施例一及实施例二，在此不再一一赘述。
另外，对于采用现有的引线框架还是在所述基板1上另行设计、布置相应的引线，取决于所述每个封装体中LED芯片的个数，具体请单元实施例二的相关描述，不过，本实施例三与实施例二存在区别，其在于存在第三类LED芯片封装体22”’（即第二种封装体），则关于第三类LED芯片封装体22”’可参阅第一类LED芯片封装体22’或第二类LED芯片封装体22’’（即第一种封装体）的具体描述。
为了进一步理解本实施例三提供的太阳模拟器光源，以下介绍所述太阳模拟器光源的发光过程：
如图5所示，首先，电源（未图示）供电给紫光LED芯片（第一类LED芯片211）、蓝光LED芯片（第二类LED芯片212）和紫外LED芯片（第三类LED芯片213）分别发出紫光、蓝光和紫外光；而后，所述紫光、蓝光和紫外光分别经过各自的第一类LED芯片封装体22’、第二类LED芯片封装体22”的同时，激发均匀分布于各该封装体内部的红外荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉，其中，紫光激发红外荧光粉产生700~1100nm的近红外光，蓝光激发黄色荧光粉和红色荧光粉产生白光，则六种不同的光（紫光、近红外光、蓝光、黄光、红光、紫外光）透过各该封装体，形成具有一定强度的300~1100nm的混合光（紫光补充了短波长可见光谱）；最后所述混合光经过滤光片31的光谱筛选，形成太阳模拟器光源，用于提供类太阳辐射AM0的光，成为新型的更接近AM0的太阳模拟器。
本实施例三以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型和宽光谱荧光粉，通过合理的设计和组合，使第一类LED芯片发出的光在激发第一类荧光粉（红外荧光粉）的同时，与之组合起来形成以连续光谱的近红光为主的混合光，并且使第二类LED芯片发出的光激发第二类荧光粉形成连续光谱的白光，同时，第三类LED芯片（紫外LED芯片）补充了紫外光，而后多种光的混合光经过滤光片进行光谱筛选，获得300~1100nm连续光谱的太阳模拟器光源。由于采用了宽光谱的荧光粉（红外荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉），本实施例三的太阳模拟器光源的光谱分布在300~1100nm光谱范围内连续，不仅符合标准，而且更接近于AM0太阳辐照的光谱，实现了AAA级AM0的连续光谱的太阳模拟器，以利于为后续太阳电池或其他方面的光谱检测提供精确度高的太阳模拟器。
综上所述，本发明以LED芯片电致发光结合荧光粉光致发光技术，选择合适的LED芯片类型与宽光谱荧光粉进行合理的搭配，使LED芯片发出的光在激发荧光粉的同时与之组合起来形成连续的宽光谱光源，而后经过滤光片进行光谱筛选，获得与所需应用匹配良好的连续的太阳模拟器光源，使其在太阳连续光谱的准确模拟、以及宽光谱近红外光源的实现等方面都有广泛的应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种太阳模拟器光源的实现方法，其特征在于，采用第一种LED芯片发光激发荧光粉，由荧光粉发出不同波长的光，然后对光的光谱进行筛选，将筛选后的光合成并输出。
2.根据权利要求1所述的太阳模拟器光源的实现方法，其特征在于，采用多组不同的第一种LED芯片激发荧光粉。
3.根据权利要求1所述的太阳模拟器光源的实现方法，其特征在于，采用第一种LED芯片发出的光与荧光粉发出的光共同合成太阳模拟器光源。
4.根据权利要求1所述的太阳模拟器光源的实现方法，其特征在于，包括用第一种LED芯片激发荧光粉得到的光和/或未激发荧光粉的第二种LED芯片发出的光进行筛选合成并输出。
5.一种采用如权利要求1至3中任意一项所述的太阳模拟器光源的实现方法形成的太阳模拟器光源，其特征在于，所述太阳模拟器光源至少包括：
基板；
第一发光组件，每组第一发光组件至少包括布设在所述基板上的第一种LED芯片、封装所述第一种LED芯片的第一种封装体、以及填充在所述第一种封装体内的与第一种LED芯片相对应的荧光粉；
滤光片，设置于所述第一发光组件的第一种封装体上方，对所述第一发光组件所输出光的光谱进行筛选。
6.根据权利要求5所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述荧光粉至少包括第一类荧光粉，所述第一类荧光粉为红外荧光粉。
7.根据权利要求6所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述滤光片将所述红外荧光粉激发产生的700~1100nm近红外光为主的光进行光谱筛选，以获得宽光谱近红外光源。
8.根据权利要求5所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述第一发光组件为一组或多组；多组所述第一发光组件提供多种不同波长的光；所述滤光片为一个或多个。
9.根据权利要求5所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述太阳模拟器光源还包括第二发光组件，包括布设在所述基板上的第二种LED芯片以及封装所述第二种LED芯片的第二种封装体，所述第二种LED芯片不激发荧光粉。
10.根据权利要求9所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述第二发光组件通过所述滤光片输出特定波长的光。
11.根据权利要求10所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述第二发光组件为一组或多组；多组所述第二发光组件提供多种不同波长的光；所述滤光片为一个或多个。
12.根据权利要求5-11任意一项所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述第一种封装体为覆盖于所述第一种LED芯片表面且填充有其对应的荧光粉的透明封装材料。
13.根据权利要求5-11任意一项所述的太阳模拟器光源，其特征在于，所述第一种封装体包括覆盖于所述第一种LED芯片表面的第一透明封装材料，以及设置于所述第一透明封装材料表面的填充有其对应的荧光粉的第二透明封装材料。
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