CN103575421B - 发光二极管芯片的温度测量方法及使用的热敏高分子材料 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管芯片的温度测量方法，包括以下步骤：提供高分子材料，该高分子材料包括支撑体和分散于该支撑体中的荧光分子、交联剂、负离子基团及水分子，该荧光分子包覆于支撑体内，该荧光分子随外部环境温度的变化而变化；用不同波长的光源激发高分子材料并采集高分子材料在不同温度条件下的荧光光强值，得到光源波长、该高分子材料温度及荧光光强值的关系数据库；提供已固晶打线的发光二极管封装结构，将高分子材料置于待测发光二极管芯片上并通电，测量该热高分子材料的荧光光强并与数据库对比得到发光二极管芯片温度。本发明还涉及一种热敏高分子材料。在本发明中利用荧光分子的荧光光强与温度的变化关系来测量发光二极管芯片温度。

Description

发光二极管芯片的温度测量方法及使用的热敏高分子材料
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片的温度测量方法及该方法中使用的热敏高分子材料。
背景技术
发光二极管（lightemittingdiode，LED）作为一种高效的发光源，具有环保、省电、寿命长等诸多特点，已经被广泛的运用于各种领域。
发光二极管在应用到各领域中之前，需要进行封装，以保护发光二极管芯片，从而获得较高的发光效率及较长的使用寿命。一般的发光二极管封装结构通常包括表面贴装有电极的基板、设置于该基板上的反射杯、设于反射杯底部并与电极电连接的发光二极管芯片以及覆盖该发光二极管芯片的透明封装层。
该发光二极管芯片工作时将电能转换为光能，同时释放出热量，导致发光二极管芯片的温度升高，影响发光二极管封装结构的使用寿命。因此，测量发光二极管封装结构中发光二极管芯片的温度对于预测发光二极管封装结构的使用寿命至关重要。然而，一般发光二极管封装结构中发光二极管芯片被透明封装层覆盖，不能对发光二极管芯片直接进行测量。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效的发光二极管芯片的温度测量方法。本发明还提供一种该方法中使用的热敏高分子材料。
一种发光二极管芯片的温度测量方法，包括以下步骤：提供热敏高分子材料，该热敏高分子材料包括热敏性高分子支撑体和分散于该热敏性高分子支撑体中的荧光分子、交联剂、负离子基团及水分子，其中该热敏性高分子支撑体的结构为，其中R为碳原子数为3的饱和烷基，该荧光分子的结构为，其中x为1或2，该荧光分子包覆于该热敏性高分子支撑体内，当外部环境温度升高时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐皱缩，进而引起包覆于该热敏性高分子内的该荧光分子的荧光光强逐渐增强，当外部环境温度降低时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐膨胀，进而引起包覆于该热敏性高分子内的该荧光分子的荧光光强随之逐渐减弱，该负离子基团阻止该荧光分子与该热敏性高分子支撑体发生交联，该交联剂促进该热敏性高分子支撑体的交联；用一定波长的光源激发所述热敏高分子材料，并采集该热敏高分子材料在该波长的光源、不同温度条件下的荧光光强值，再变换光源的波长值，重复采集该热敏高分子材料在不同温度条件下的荧光光强值，从而得到光源的波长、该热敏高分子材料的温度及荧光光强值三者之间的对应函数关系数据库；提供已固晶打线的发光二极管封装结构，将所述热敏高分子材料置于待测发光二极管芯片上，使该待测发光二极管芯片通电发光，用光谱议测量该热敏高分子材料的荧光光强，将该荧光光强值及待测发光二极管芯片发出的光源的波长与所述数据库中对应的荧光光强值及波长匹配，从而得到待测发光二极管芯片的温度。
一种热敏高分子材料，所述热敏高分子材料包括热敏性高分子支撑体和分散于该热敏性高分子支撑体中的荧光分子、交联剂、负离子基团及水分子，其中该热敏性高分子支撑体的结构为，其中R为碳原子数为3的饱和烷基，该荧光分子的结构为，其中x为1或2。
在本发明中，该热敏性高分子支撑体随外部环境温度的升高（降低）而逐渐皱缩（膨胀），进而引起包覆于该热敏性高分子支撑体内的该荧光分子的荧光光强的逐渐增强（减弱），利用该荧光分子的荧光光强与温度之间的变化关系，只需要测量该热敏高分子材料的荧光光强，就可以得出发光二极管芯片的温度。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明中一种发光二极管芯片的温度测量方法的流程图。
图2为图1中发光二极管芯片的温度测量方法步骤S101中热敏性高分子的吸热反应示意图。
图3为图1中发光二极管芯片的温度测量方法步骤S101中热敏性高分子的放热反应示意图。
图4为图1中发光二极管芯片的温度测量方法步骤S102中热敏高分子材料的光谱。
图5为图4中所示光谱中温度与荧光光强峰值的分布图。
图6为图1中发光二极管芯片的温度测量方法步骤S103中发光二极管封装结构的剖视图。
主要元件符号说明
热敏高分子材料 100
热敏性高分子支撑体 10
荧光分子 20
水分子 30
负离子基团 40
交联剂 50
发光二极管封装结构 60
电极 61
基板 62
反射杯 63
发光二极管芯片 64
透明封装层 70
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，所示为本发明一实施例的发光二极管芯片的温度测量方法的流程图，该发光二极管芯片的温度测量方法包括如下步骤：
步骤S101，请一并参考图2和图3，提供一种热敏高分子材料100，该热敏高分子材料100包括热敏性高分子支撑体10和分散于该热敏性高分子支撑体10中的荧光分子20、水分子30、负离子基团40及交联剂50。
上述热敏性高分子支撑体10的结构式为，其中R为碳原子数为3的饱和烷基。所述饱和烷基R可以是异丙基、丙基、叔丁基中的一种。该热敏性高分子支撑体10的分子链相互交错呈网状结构。
该热敏性高分子支撑体10在不同的外部环境温度条件下具有不同的交联度。该热敏性高分子支撑体10的分子间距随着外部环境温度的变化而变化。当外部环境温度升高时，该热敏性高分子支撑体10吸收外部热量而温度升高，该热敏性高分子支撑体10的交联度随之变大，该热敏性高分子支撑体10的分子间距随之逐渐变小，使得该热敏性高分子支撑体10发生皱缩。当外部环境温度降低时，该热敏性高分子支撑体10向外部释放出热量而温度降低，该热敏性高分子支撑体10的的交联度随之变小，该热敏性高分子支撑体10的分子间距随之逐渐变大，该热敏性高分子支撑体10发生膨胀。该热敏性高分子支撑体10的吸热反应和放热反应是可逆的。
该热敏性高分子支撑体10还存在一个最低临界溶解温度。该热敏性高分子支撑体10的最低临界溶解温度为32℃。当该热敏性高分子支撑体10的温度低于32℃时，该热敏性高分子支撑体10的交联较小，该热敏性高分子支撑体10的分子间距较大，该热敏性高分子支撑体10中亲水性官能团酰胺键与分散于该热敏性高分子支撑体10中的水分子30存在较强的氢键作用，该热敏性高分子支撑体10以亲水性作用为主。反之，当该热敏性高分子支撑体10的温度高于32℃时，该热敏性高分子支撑体10的交联度变大，该热敏性高分子支撑体10的分子间距变小，该热敏性高分子支撑体10中亲水性官能团酰胺键与分散于该热敏性高分子支撑体10内的水分子30之间的氢键作用被破坏，该热敏性高分子支撑体10以疏水作用为主。
上述荧光分子20的结构式为，其中x为1或2。
该荧光分子20包覆于该热敏性高分子支撑体10内。该荧光分子20的荧光光强随着该热敏性高分子支撑体10的间距变化而变化。
该荧光分子20是一种有机荧光分子。该荧光分子20的荧光光强的强弱随着该荧光分子20与水分子30的作用距离的长短有关。如前面所述，当外部环境温度升高时，该热敏性高分子支撑体10的分子间距随之变小，该热敏性高分子支撑体10逐渐皱缩，进而引起包覆于该热敏性高分子支撑体10内的该荧光分子20与分散于该热敏性高分子支撑体10中的水分子30的作用距离逐渐变短，使得该荧光分子20与水分子30的相互作用逐渐变大，该荧光分子20的荧光光强逐渐增强。反之，当外部环境温度降低时，该热敏性高分子支撑体10的分子间距随之变大，该热敏性高分子支撑体10逐渐膨胀，进而引起该荧光分子20与水分子30的作用距离逐渐变长，使得该荧光分子20与水分子30的相互作用逐渐变小，该荧光分子20的荧光光强逐渐减弱。
上述负离子基团40容易与该热敏性高分子支撑体10相结合。该负离子基团40能阻止该荧光分子20与该热敏性高分子支撑体10发生交联。在本实施例中，该负离子基团40为磺酸根（-SO3 -）。
上述交联剂50能促进该热敏性高分子支撑体10的分子链的交联。在吸热反应中，该交联剂50能加快该热敏性高分子支撑体10的分子链的交联反应速度，缩短反应时间。在本实施例中，该交联剂50的结构式为，该交联剂50为亚甲基双丙烯酰胺。
所述热敏性高分子支撑体10在一定的温度范围内发生上述反应，当温度数值超出该范围时，该热敏性高分子支撑体10的分子间距将不产生变化，即该热敏性高分子支撑体10对于超出范围外的温度变化不产生对应变化。
该热敏性高分子支撑体10的上述温度范围与分散于该热敏性高分子支撑体10中的荧光分子20、负离子基团40及交联剂50有关。
步骤S102，用一定波长的光源（图未示）激发该热敏高分子材料100，并采集该热敏高分子材料100在该波长的光源、不同温度条件下的荧光光强峰值，再变换光源的波长值，重复采集该热敏高分子材料100在不同温度条件下的荧光光强峰值，从而得到光源波长、该热敏高分子材料100的温度及荧光光强峰值三者之间的对应函数关系数据库；
请一并参考图4和图5，举例如该热敏性高分子支撑体10中的饱和烷基R为异丙基，该荧光分子20的结构式（取x=2）为，该负离子基团40为磺酸根，该交联剂50为亚甲基双丙烯酰胺。
该热敏性高分子支撑体10的采集温度范围为25℃-45℃。用波长为456nm的蓝光单色光源对该热敏高分子材料100进行激发，并用光谱仪（图未示）对应采集该热敏高分子材料100在25℃、30℃、34℃、36℃、38℃、40℃以及45℃这七个不同温度条件下的光谱，即在相同波长的光源、不同温度条件下的该热敏高分子材料100的光谱。
具体见图4，该光谱的横坐标表示波长，该光谱的波长范围为470nm-750nm，最小刻度值为10nm，纵坐标表示荧光光强。该光谱中的七条光谱线从下至上分别对应25℃、30℃、34℃、36℃、38℃、40℃以及45℃时该热敏高分子材料100的光谱。该光谱中的七条光谱线的荧光光强峰值所对应的波长均为560nm。
图5为该热敏高分子材料100在波长为456nm的光源的激发下其温度与荧光光强峰值的对应关系图。从图中可以看出，该荧光光强峰值在30℃至38℃的区间内变化较快，而在30℃以下以及38℃以上该荧光光强峰值变化较慢。为了准确反映该热敏高分子材料100在波长为456nm的光源的激发下其温度与荧光光强峰值之间的关系，可以在30℃至38℃的区间内增加光谱的采集频率，比如温度每改变0.5℃就采集一次光谱。在本实施例中，该热敏高分子材料100能分辨的最小温度变化为0.2℃，即该热敏高分子材料100在温度范围25℃-45℃内，该热敏高分子材料100的温度改变0.2℃都会引起该热敏高分子材料100的荧光光强峰值的变化。
容易理解的是，更换不同波长的光源后重复上述步骤就可以测出不同波长的光源、不同温度下该热敏高分子材料100的荧光光强峰值，得到光源波长、该热敏高分子材料100的温度及荧光光强峰值三者之间的对应函数关系数据库。
在其他实施例中，该光源可选取在可见光范围内波长连续可调的单色光源，并对应采集该热敏高分子材料100在波长连续可调的光源、不同温度下的荧光光强峰值，得到光源波长、该热敏高分子材料100的温度及荧光光强峰值三者之间的对应函数关系数据库。
步骤S103，请参阅图6，提供已经固晶打线的发光二极管封装结构60，将所述热敏高分子材料100置于待测发光二极管芯片64上，使该待测发光二极管芯片64通电发光，用光谱议（图未示）测量该热敏高分子材料100的荧光光强峰值，将该荧光光强峰值及待测发光二极管芯片64所发出光源的波长与所述数据库中对应的荧光光强峰值及波长匹配，即可得到待测发光二极管芯片64的温度。
该发光二极管封装结构60包括表面装设有电极61的基板62、设置于基板62上的反射杯63及设于反射杯63底部并与电极61电连接的待测发光二极管芯片64。该待测发光二极管芯片64通过导线（未标示）与电极61电连接。
该热敏高分子材料100直接覆盖于发光二极管芯片64上，再将透明封装层70覆盖于该热敏高分子材料100。当然，该热敏高分子材料100也可以先掺入到透明封装层70内，再将该透明封装层70覆盖于该发光二极管芯片64上。该透明封装层70为硅胶、环氧树脂或其他高分子的透明材料。
该电极61与外部电源导通后即可使发光二极管芯片64发光。该发光二极管芯片64优选是发蓝光的氮化镓基发光二极管芯片。该发光二极管芯片64发出的一部分蓝光对该热敏高分子材料100进行激发，该热敏高分子材料100受到蓝光的激发辐射出黄绿光，该黄绿光与该发光二极管芯片64发出的剩余蓝光混合形成白光。
用光谱议（图未示）测量处于工作状态时的发光二极管封装结构60中的热敏高分子材料100的荧光光强，将该热敏高分子材料100的荧光光强峰值及待测发光二极管芯片64发出光线的波长与所述数据库中对应的荧光光强峰值及波长匹配，从而得到待测发光二极管芯片64的温度。
在本发明中，该热敏性高分子支撑体10随外部环境温度的升高（降低）而逐渐皱缩（膨胀），进而引起包覆于该热敏性高分子支撑体10内的该荧光分子20的荧光光强的逐渐增强（减弱），利用该荧光分子20的荧光光强与温度之间的变化关系，只需要测量该热敏高分子材料100的荧光光强，就可以得出发光二极管芯片64的温度。由于该热敏高分子材料100微小的温度变化都会引起该热敏高分子材料100的荧光光强的变化，所以这种发光二极管芯片64的温度测量方法得出的结果接近该发光二极管芯片64的实际温度。
可以理解的是，为了使得得出的结果更准确反映发光二极管芯片64的实际温度，将该热敏高分子材料100掺入到透明封装层70内时，该热敏高分子材料100在透明封装层70中的分布可以不均匀，比如该热敏高分子材料100集中分布于该发光二极管芯片64周围。
还可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种发光二极管芯片的温度测量方法，包括以下步骤：
提供热敏高分子材料，该热敏高分子材料包括热敏性高分子支撑体和分散于该热敏性高分子支撑体中的荧光分子、交联剂、负离子基团及水分子，其中该热敏性高分子支撑体的结构为其中R为碳原子数为3的饱和烷基，该荧光分子的结构为其中x为1或2，该荧光分子包覆于该热敏性高分子支撑体内，当外部环境温度升高时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐皱缩，进而引起包覆于该热敏性高分子支撑体内的该荧光分子的荧光光强逐渐增强，当外部环境温度降低时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐膨胀，进而引起包覆于该热敏性高分子支撑体内的该荧光分子的荧光光强随之逐渐减弱，该负离子基团阻止该荧光分子与该热敏性高分子支撑体发生交联，该交联剂促进该热敏性高分子支撑体的交联；
用一定波长的光源激发所述热敏高分子材料，并采集该热敏高分子材料在该波长的光源、不同温度条件下的荧光光强值，再变换光源的波长值，重复采集该热敏高分子材料在不同温度条件下的荧光光强值，从而得到光源的波长、该热敏高分子材料的温度及荧光光强值三者之间的对应函数关系数据库；
提供已固晶打线的发光二极管封装结构，将所述热敏高分子材料置于待测发光二极管芯片上，使该待测发光二极管芯片通电发光，用光谱议测量该热敏高分子材料的荧光光强值，将该荧光光强值及待测发光二极管芯片发出的光线的波长与所述数据库中对应的荧光光强值及波长匹配，从而得到待测发光二极管芯片的温度。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片的温度测量方法，其特征在于：该热敏性高分子支撑体在不同温度下具有不同的交联度，该热敏性高分子支撑体的温度升高时，该热敏性高分子支撑体的交联度随之变大，该热敏性高分子支撑体的分子间距随之变小，该热敏性高分子支撑体逐渐皱缩，该热敏性高分子支撑体的温度降低时，该热敏性高分子支撑体的的交联度随之变小，该热敏性高分子支撑体的分子间距随之变大，该热敏性高分子支撑体逐渐膨胀。
3.一种热敏高分子材料，其特征在于：该热敏高分子材料包括热敏性高分子支撑体和分散于该热敏性高分子支撑体中的荧光分子、交联剂、负离子基团及水分子，其中该热敏性高分子支撑体的结构为其中R为碳原子数为3的饱和烷基，该荧光分子的结构为其中x为1或2。
4.如权利要求3所述的热敏高分子材料，其特征在于：当外部环境温度升高时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐皱缩，该荧光分子的荧光光强逐渐增强，当外部环境温度降低时，该热敏性高分子支撑体随之逐渐膨胀，该荧光分子的荧光光强逐渐减弱，该负离子基团能阻止该荧光分子与该热敏性高分子支撑体交联，该交联剂促进该热敏性高分子支撑体的交联。
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