CN104936353A - 一种通过改变led峰值波长以实现不同光谱输出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法。改变LED峰值波长的手段包括结温控制与电流调节。通过在LED铝基板上加装主动控温装置，改变LED的结温，进而使LED的禁带宽度发生变化，产生峰值波长的偏移。同时也可通过调节外部电源，改变LED的工作电流大小，使峰值波长发生移动，进而获得LED器件额定峰值波长之外的光谱输出。相较于直接使用大量不同额定峰值波长的LED器件进行光谱组合，本发明增加了对波长进行控制的两个维度，减少了光谱组装时所需LED的种类，同时在一定程度上解决了LED在全光谱某些波段上存在缺失的问题。

Description

一种通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法
技术领域
 本发明属于照明控制领域，具体为一种通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法。
背景技术
理想的光谱可调光源能够根据实际需求模拟产生任意形状的目标光谱分布，在光辐射测量与定标中被广泛应用。传统的光谱可调光源大多由一种或多种光源配合多组滤色片构成，结构庞大且光谱匹配范围受使用光源限制不能做得很宽。LED的出现为制造小型化、快速化、寿命长、光谱匹配范围宽的光谱可调光源创造了可能。LED是由半导体材料制成的光电器件，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等特点。目前的LED峰值波长可以稳定在±2nm，半值全宽度达到20nm。然而由于芯片材料技术的限制，在使用LED匹配全光谱时，在550nm以及680nm等波段，因为找不到相应峰值波长的LED，而使得光谱出现缺失。另外，如果完全使用各种不同额定峰值波长的LED来进行光谱匹配，则所需要的LED数量将会十分之多。
对于一个LED器件，发光材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的峰值波长。随着温度的升高，电子在晶体中的共有化运动加快，能级分裂严重，使得禁带宽度Eg变小，由波长公式λ=1240/Eg，峰值波长向长波长方向移动，即峰值波长的红移。同时，现有研究指出，GaN基的LED在注入电流由小到大变化的过程中，由于量子阱限制斯塔克效应(QCSE)，峰值波长将会向短波长方向移动，即峰值波长的蓝移。
本发明利用了LED的这两种特性，通过结温控制和电流调节，使LED的峰值波长产生不同方向不同程度的偏移，从而得到LED器件额定峰值波长之外的光谱输出。
发明内容
本发明的目的在于提出一种通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法。
本发明提出的通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于通过结温控制与电流调节改变LED峰值波长，具体为：
结温控制通过在LED铝基板上加装主动控温装置以改变LED的结温，进而使LED的禁带宽度发生变化，产生峰值波长的偏移；所述主动控温装置为半导体散热器、风冷散热器或液冷散热器中任一种，半导体散热器由半导体制冷片3、散热鳍片4、小型风扇5、功率可调电源7和风扇电源8组成，铝基板2与半导体制冷片3的冷端面相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶；半导体制冷片3的热端面与散热鳍片4相接触，接触面涂抹导热硅胶；在散热鳍片4之上固定小型风扇5，LED芯片1由LED电源6供电，半导体制冷片3由功率可调电源7供电，小型风扇5由风扇电源8供电；当LED芯片1正常点亮后，调节功率可调电源7的输出功率，从而改变半导体制冷片3的制冷效率，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；风冷散热器由散热鳍片4、转速可调节风扇9和风扇电源8组成，铝基板2与散热鳍片4相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶。在散热鳍片4之上固定转速可调节风扇9；LED芯片1由LED电源6供电，转速可调节风扇9由风扇电源8供电；LED芯片1正常点亮后，调节风扇9的转速，从而改变散热器的散热效率，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；液冷散热器由水冷块10、导热管11、水泵12、散热鳍片4、小型风扇5和风扇电源8组成，铝基板2与水冷块10相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶；水冷块10的内部水道与导热管11相连，管内填充有循环液；导热管10与水泵12相连，同时另一面与散热鳍片4相接触，接触面涂抹硅胶；在散热鳍片4之上固定小型风扇5；LED芯片1由LED电源6供电，小型风扇5由风扇电源8供电。LED芯片1正常点亮后，调节水泵12的输出功率，从而改变导热管11中循环液的流速，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；
电流调节通过调节与LED芯片1连接的LED电源6的输出，改变LED芯片1的工作电流大小，使峰值波长发生移动，进而获得LED器件额定峰值波长之外的光谱输出。
本发明中，在使用电流调节时，可调电源包括但不仅限于可编程电流源、可编程电压源或PWM电源中任一种。
本发明中，为保证电流调节下的LED输出光通量不变，在不同电流强度下，被点亮的LED数量不同。
本发明中，结温控制与电流调节两种手段可单独或者一同使用，以获得目标光谱输出。
本发明的有益效果在于：通过结温控制与电流调节，使LED峰值波长发生移动，进而获得LED器件额定峰值波长之外的光谱输出。相较于直接使用大量不同额定峰值波长的LED器件进行光谱组合，本发明增加了对波长进行控制的两个维度，减少了光谱组装时所需LED的种类，同时在一定程度上解决了LED在全光谱某些波段上存在缺失的问题。
附图说明
图1是6种LED的额定相对光谱功率分布与通过结温控制和电流调节后的相对光谱功率分布图。
 图2是使用半导体制冷器用于主动控温的装置结构示意图。
 图3是使用风冷散热器用于主动控温的装置结构示意图。
 图4是使用液冷散热器用于主动控温的装置结构示意图。
 图中标号：1是LED芯片，2是铝基板，3是半导体制冷片，4是散热鳍片，5是风扇，6是LED电源，7是功率可调电源，8是风扇电源，9是转速可调节风扇，10是水冷块，11是导热管，12是水泵。
具体实施方式
 在以下给出的详细说明和实施例中，可以对本发明更全面了解，这些说明和附图并不仅限于特定实施例，而只是起到解释和理解的作用。
 实施例1：本实施例采用半导体散热器实现LED结温控制，采用可调电源实现LED工作电流调节。6种不同峰值波长的LED组成阵列焊接于铝基板2上。铝基板2与半导体制冷片3的冷端面相接处，接触面均匀涂抹导热硅胶；半导体制冷片3的热端面与散热鳍片4相接触，接触面同样涂抹硅胶。在散热鳍片4之上固定小型风扇5。LED芯片1由LED电源6供电，半导体制冷片3由功率可调电源7供电，小型风扇5由风扇电源供电。
本发明器件的工作原理如下，由半导体制冷片3、散热鳍片4、小型风扇5和功率可调电源7组成主动控温装置。LED芯片1正常点亮后，调节功率可调电源7的输出功率，从而改变半导体制冷片3的制冷效率，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；同时，也可调节LED电源6的输出，从而增大或减小LED的注入电流，使LED的峰值波长移动相应的距离。在两种调节方式的单独或共同作用下，实现不同峰值波长的光谱输出。图1为6种LED的额定相对光谱功率分布与通过结温控制和电流调节后的相对光谱功率分布对比图。
实施例2：本实施例采用风冷散热器实现LED结温控制，采用可调电源实现LED工作电流调节。6种不同峰值波长的LED组成阵列焊接于铝基板2上。铝基板2与散热鳍片4相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶。在散热鳍片4之上固定转速可调节风扇9；LED芯片1由LED电源6供电，转速可调节风扇9由风扇电源8供电。
本发明器件的工作原理如下，由散热鳍片4、转速可调节风扇9和风扇电源8组成主动控温装置。LED芯片1正常点亮后，调节风扇9的转速，从而改变散热器的散热效率，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；同时，也可调节LED电源6的输出，从而增大或减小LED的注入电流，使LED的峰值波长移动相应的距离。在两种调节方式的单独或共同作用下，实现不同峰值波长的光谱输出。
实施例3：本实施例采用液冷散热器实现LED结温控制，采用可调电源实现LED工作电流调节。6种不同峰值波长的LED组成阵列焊接于铝基板2上。铝基板2与水冷块10相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶；水冷块10的内部水道与导热管11相连，管内填充有循环液；导热管10与水泵12相连，同时另一面与散热鳍片4相接触，接触面涂抹硅胶；在散热鳍片4之上固定小型风扇5；LED芯片1由LED电源6供电，小型风扇5由风扇电源8供电。
本发明器件的工作原理如下，由水冷块10、导热管11、水泵12、散热鳍片4、小型风扇5和风扇电源8组成主动控温装置。LED芯片1正常点亮后，调节水泵12的输出功率，从而改变导热管11中循环液的流速，以控制LED芯片1的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；同时，也可调节LED电源6的输出，从而增大或减小LED的注入电流，使LED的峰值波长移动相应的距离。在两种调节方式的单独或共同作用下，实现不同峰值波长的光谱输出。

Claims (5)

1.一种通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于通过结温控制与电流调节改变LED峰值波长，具体为：
结温控制通过在LED铝基板上加装主动控温装置以改变LED的结温，进而使LED的禁带宽度发生变化，产生峰值波长的偏移；所述主动控温装置包括但不限于半导体散热器、风冷散热器或液冷散热器中任一种，半导体散热器由半导体制冷片(3)、散热鳍片(4)、小型风扇(5)、功率可调电源(7)和风扇电源(8)组成，铝基板(2)与半导体制冷片(3)的冷端面相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶；半导体制冷片(3)的热端面与散热鳍片(4)相接触，接触面涂抹导热硅胶；在散热鳍片(4)之上固定小型风扇(5)，LED芯片(1)由LED电源(6)供电，半导体制冷片(3)由功率可调电源(7)供电，小型风扇(5)由风扇电源(8)供电；当LED芯片(1)正常点亮后，调节功率可调电源(7)的输出功率，从而改变半导体制冷片(3)的制冷效率，以控制LED芯片(1)的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；风冷散热器由散热鳍片(4)、转速可调节风扇(9)和风扇电源(8)组成，铝基板(2)与散热鳍片(4)相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶，在散热鳍片(4)之上固定转速可调节风扇(9)；LED芯片(1)由LED电源(6)供电，转速可调节风扇(9)由风扇电源(8)供电；当LED芯片(1)正常点亮后，调节风扇(9)的转速，从而改变散热器的散热效率，以控制LED芯片(1)的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；液冷散热器由水冷块(10)、导热管(11)、水泵(12)、散热鳍片(4)、小型风扇(5)和风扇电源(8)组成，铝基板(2)与水冷块(10)相接触，接触面均匀涂抹导热硅胶；水冷块(10)的内部水道与导热管(11)相连，管内填充有循环液；导热管(10)与水泵(12)相连，同时另一面与散热鳍片(4)相接触，接触面涂抹硅胶；在散热鳍片(4)之上固定小型风扇(5)；LED芯片(1)由LED电源(6)供电，小型风扇(5)由风扇电源(8)供电；当LED芯片(1)正常点亮后，调节水泵(12)的输出功率，从而改变导热管(11)中循环液的流速，以控制LED芯片(1)的结温上升或下降，使LED的峰值波长发生对应的偏移；
电流调节通过调节与LED芯片(1)连接的LED电源(6)的输出，改变LED芯片(1)的工作电流大小，使峰值波长发生移动，进而获得LED器件额定峰值波长之外的光谱输出。
2.根据权利要求1所述的通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于，在使用液冷散热器时，采用的循环液包括但不仅限于水和冷却液。
3.根据权利要求1所述的通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于，在使用电流调节时，可调电源包括但不仅限于可编程电流源、可编程电压源或PWM电源中任一种。
4.根据权利要求1所述的通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于为保证电流调节下的LED输出光通量不变，在不同电流强度下，被点亮的LED数量不同。
5.根据权利要求1所述的通过改变LED峰值波长以实现不同光谱输出的方法，其特征在于结温控制与电流调节两种手段可单独或者一同使用，以获得目标光谱输出。
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