CN107228849A - 白光led荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置及方法，涉及LED荧光粉测试。测试装置设有铝圆柱、石墨烯玻璃、凸透镜、荧光粉控温电路装置、LED蓝光芯片、LED芯片控温装置、积分球、光谱仪和计算机。将荧光粉控温电路装置引入了测试装置中，弥补了变温荧光粉光谱特性测试的技术空白。采用了透射式的测试方法，更加符合白光LED的工作模式和原理。使用凸透镜将蓝光汇聚为平行光，提高了激发光的均匀分布性。利用了积分球收集光，减少了光的泄露，提高测量数据可靠性。把荧光粉控温点和积分球分离，积分球和铝圆柱之间作了绝热处理，有利于避免温度对积分球影响。分别对LED芯片和荧光粉进行了控温，测试出不同条件下的光谱特性。

Description

白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置及方法

技术领域

本发明涉及LED荧光粉测试，尤其是涉及白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置及方法。

背景技术

发光二极管(LED)具有节能、环保、寿命长、可靠性高等诸多优点，在智能家居、建筑照明、汽车照明以及手机背光照明等领域具有相当广泛的应用。当前白光LED最普遍的做法是利用蓝光LED芯片激发铝酸盐荧光粉制作而成。当对LED和荧光粉的可靠性和发光特性进行性能评估时，温度对荧光粉的影响是需要被考虑的因素之一。因此，在设计和制造白光LED的时候，有必要专门针对荧光粉在不同温度下的特性进行测试。

当前，白光LED最主流的做法是直接将荧光粉直接涂敷在LED芯片表面。但是，荧光粉极易受到芯片的热量影响，从而导致荧光粉的转换效率降低。虽然使用远程荧光粉封装形式极大改善了该问题，但是当白光LED在长时间使用后，荧光粉还是会产生老化现象，导致输出的光能量降低和色品质发生改变。针对荧光粉测试，传统的方法是采用反射式的结构进行测量，即将荧光粉置于激发光源下方，当激发光源对荧光粉进行照射后，反射回来的光被收集和处理。这种测试反射光的方法与上述白光LED的工作模式不同，导致测试不能很准确反映荧光粉真实工作时的特性。而业界在进行荧光粉变温特性测试时，也普遍采用这种反射式的测试方式。

中国专利CN101191770B公开一种LED的荧光粉发射光谱的测量方法，即用LED芯片作为激发光源垂直照射到荧光粉上，在激发光源同侧通过光学接收部件来接收荧光粉被激发出来的光。但是，当光照射到荧光粉上，会发生光的散射和反射，因而只有少部分的光被收集，导致测量结果与实际有较大偏差。中国专利CN103308499B公开一种蓝光激发荧光粉性能测试的系统，即把LED光源和荧光粉直接放入积分球的两侧相对的窗孔中，激发光源的光在积分球中经漫反射后，最终汇聚到荧光粉上。但这种方法中，为了避免光损失，放置荧光粉的装置需要紧贴着积分球的窗孔，当荧光粉的温度较高的时候，很容易把热量传递给积分球，造成对积分球的损坏影响。且这两个专利均使用反射式的测试方式，不符合LED芯片激发荧光粉后透射出光的工作模式。激发光由于被反射再收集，导致测试光谱形状与实际光谱有一定程度偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅用于测试荧光粉的常温特性，而且可用于测试荧光粉变温特性的白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置及方法。

所述白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置设有铝圆柱、石墨烯玻璃、凸透镜、荧光粉控温电路装置、LED蓝光芯片、LED芯片控温装置、积分球、光谱仪和计算机；

所述石墨烯玻璃固定放置在铝圆柱内部，所述石墨烯玻璃由透明电极、石墨烯、普通玻璃三者贴合而成，石墨烯玻璃用于放置LED荧光粉样品，铝圆柱的顶部接收经过凸透镜汇聚的平行光线，平行的激发光沿着与石墨烯玻璃垂直的方向垂直照射到荧光粉样品上；铝圆柱底面与积分球上窗孔相连，收集激发后的混合白光；铝圆柱底面与积分球接触面作绝热处理；荧光粉控温电路装置连接石墨烯玻璃的两端透明电极，通过比较探测的石墨烯玻璃温度和设定温度来控制加在石墨烯玻璃电极两端的电压通断，达到对石墨烯玻璃及其上的荧光粉的控温；LED蓝光芯片置于LED芯片控温装置上，通过LED芯片控温装置控制LED蓝光芯片的工作温度；LED蓝光芯片放置在凸透镜的焦点处，用于将蓝光转化成平行光；积分球和光谱仪通过光纤相连接，将积分球收集的光传给光谱仪；计算机控制光谱仪对经由光纤传递的光进行测量处理得到光谱功率分布，同时得到相关色温、显色指数、色纯度、主波长等光度学和色度学参数。

所述白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试的方法，包括以下步骤：

1)在测试前，搭建测试装置；

在步骤1)中，所述搭建测试装置的具体方法可为：先把凸透镜置于垂直于积分球上窗孔的光路上，将LED蓝光芯片置于LED芯片控温装置上，并同时将LED蓝光芯片放置于凸透镜的焦点处，使绝热处理过的铝圆柱底面和积分球的上窗孔相连接，通过光纤将积分球和光谱仪连接，再石墨烯玻璃经过铝圆柱上方放入铝圆柱中间处，荧光粉控温电路装置连接石墨烯玻璃的两端透明电极。

2)将修正用的卤钨灯直接置于积分球上窗孔，通电后测量其绝对光谱；

3)将卤钨灯置于凸透镜的焦点处，卤钨灯经过凸透镜汇聚后的平行光在铝圆柱内穿过石墨烯玻璃传递到积分球中，石墨烯玻璃上没有荧光粉，再通过积分球，把光传递给光谱仪，测量其相对光谱；

4)用测得的用于校准的卤钨灯白光光谱不同波长的强度P_相对(λ)除以其绝对光谱的对应波长的强度P_绝对(λ)，得装置的修正系数R(λ)与波长λ的关系曲线，其中

5)从铝圆柱中取出石墨烯玻璃，并把荧光粉均匀涂敷在石墨烯玻璃一侧，再将石墨烯玻璃放入铝圆柱中，将LED蓝光芯片放置于凸透镜的焦点处；

6)改变荧光粉控温电路装置的设定温度，使得石墨烯玻璃的温度得到相应改变，平行蓝光在铝圆柱内激发石墨烯玻璃上的荧光粉样品，并把激发后的混合光传递到积分球中，通过积分球收集后，把光传递给光谱仪，根据测试需要，调节荧光粉控温电路装置的设定温度，重复以上过程，得不同温度下白光相对光谱；

7)通过将荧光粉不同温度下测得的相对光谱除修正系数得荧光粉不同温度下的绝对光谱；

8)结合绝对光谱的数据和温度，绘出温度对荧光粉的光度和色度特性的影响曲线。

本发明具有以下优点：

本发明将荧光粉控温电路装置引入了测试装置中，弥补了变温荧光粉光谱特性测试的技术空白。采用了透射式的测试方法，更加符合白光LED的工作模式和原理。使用凸透镜将蓝光汇聚为平行光，提高了激发光的均匀分布性。利用了积分球收集光，减少了光的泄露，提高了测量数据可靠性。把荧光粉控温点和积分球分离，积分球和铝圆柱之间作了绝热处理，有利于避免温度对积分球影响。分别可对LED芯片和荧光粉进行了控温，测试出不同条件下的光谱特性，有利于科学研究和商业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例的结构及应用例1的示意图。

图2为本发明所述白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置的不同波长下的相关修正系数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

参见图1，所述白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置实施例设有铝圆柱4、石墨烯玻璃5、凸透镜8、荧光粉控温电路装置9、LED蓝光芯片6、LED芯片控温装置7、积分球10、光谱仪3和计算机2；在图1中，标记1为固定底座。

所述石墨烯玻璃5固定放置在铝圆柱4内部，所述石墨烯玻璃5由透明电极、石墨烯、普通玻璃三者贴合而成，石墨烯玻璃5用于放置LED荧光粉样品，铝圆柱4的顶部接收经过凸透镜8汇聚的平行光线，平行的激发光沿着与石墨烯玻璃5垂直的方向垂直照射到荧光粉样品上；铝圆柱底面与积分球10上窗孔相连，收集激发后的混合白光；铝圆柱4底面与积分球10接触面作绝热处理；荧光粉控温电路装置9连接石墨烯玻璃5的两端透明电极，通过比较探测的石墨烯玻璃5温度和设定温度来控制加在石墨烯玻璃5电极两端的电压通断，达到对石墨烯玻璃5及其上的荧光粉的控温；LED蓝光芯片6置于LED芯片控温装置7上，通过LED芯片控温装置7控制LED蓝光芯片6的工作温度；LED蓝光芯片6放置在凸透镜8的焦点处，用于将蓝光转化成平行光；积分球10和光谱仪3通过光纤相连接，将积分球10收集的光传给光谱仪3；计算机2控制光谱仪3对经由光纤传递的光进行测量处理得到光谱功率分布，同时得到相关色温、显色指数、色纯度、主波长等光度学和色度学参数。

所述白光LED的荧光粉变温光谱特性的测试方法，包括以下步骤：

(1)在进行测试前，进行测试装置的搭建工作。先把凸透镜8置于垂直于积分球10上窗孔的光路上，将LED蓝光芯片6置于LED芯片控温装置7上，并同时将LED蓝光芯片6放置于凸透镜8的焦点处。使绝热处理过的铝圆柱4底面和积分球10的上窗孔相连接，通过光纤把积分球10和光谱仪3连起来。最后，石墨烯玻璃5经过铝圆柱4上方放入铝圆柱4中间处，荧光粉控温电路装置9连接石墨烯玻璃5的两端透明电极。

(2)考虑到石墨烯玻璃5和铝圆柱4会吸收一部分光，因此需要对该装置进行光谱校正。把修正用的卤钨灯直接置于积分球10上窗孔，通电后测量其绝对光谱。

(3)将卤钨灯置于凸透镜8的焦点处，此时卤钨灯经过凸透镜8汇聚后的平行光会在铝圆柱4内穿过石墨烯玻璃5传递到积分球10中，此时石墨烯玻璃5上没有荧光粉。再通过积分球10，把光传递给光谱仪3，测量其相对光谱。

(4)用测得的用于校准的卤钨灯白光光谱不同波长的强度P_相对(λ)除以其绝对光谱的对应波长的强度P_绝对(λ)，就得到装置的修正系数R(λ)与波长λ的关系曲线(参见图2)，其中

(5)从铝圆柱4中取出石墨烯玻璃5，并把荧光粉均匀涂敷在石墨烯玻璃5一侧。然后，把石墨烯玻璃5放入铝圆柱4中，接着把LED蓝光芯片6放置于凸透镜8的焦点处。

(6)改变荧光粉控温电路装置9的设定温度，使得石墨烯玻璃5的温度得到相应改变。平行蓝光会在铝圆柱4内激发石墨烯玻璃5上的荧光粉样品，并把激发后的混合光传递到积分球10中，通过积分球10收集后，把光传递给给光谱仪3。根据测试需要，调节荧光粉控温电路装置9的设定温度，重复以上过程，得到不同温度下白光相对光谱。

(7)通过把荧光粉不同温度下的测得的相对光谱除以上述装置的修正系数就可以得到荧光粉不同温度下的绝对光谱。

(8)结合绝对光谱的数据和温度，可以绘出温度对荧光粉的光度和色度特性的影响曲线。

以下给出具体实施例：

(1)测量荧光粉的变温特性时，使用图1所示的装置示意图，测量的方法与荧光粉变温光谱特性的测试方法相同，具体设置蓝光LED蓝光芯片6的驱动电源的工作电流为350mA,在计算机2上的相应软件中设置扫描光谱范围为380～780nm,将LED芯片控温装置7的控制温度设为25℃，荧光粉控温电路装置9的设定温度分别为20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，110℃。测量后在计算机2上得到上述相应温度下荧光粉的相对光谱分布曲线。经过修正后，可以得到荧光粉变温下的绝对光谱。

(2)测量常温下的荧光粉光谱特性时，使用与图1类似的装置，只需要把荧光粉控温电路装置9移除即可。测量的步骤可以参考以上荧光粉的变温特性相应的测试步骤。

Claims (3)

1.白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试装置，其特征在于设有铝圆柱、石墨烯玻璃、凸透镜、荧光粉控温电路装置、LED蓝光芯片、LED芯片控温装置、积分球、光谱仪和计算机；

所述石墨烯玻璃固定放置在铝圆柱内部，所述石墨烯玻璃由透明电极、石墨烯、普通玻璃三者贴合而成，石墨烯玻璃用于放置LED荧光粉样品，铝圆柱的顶部接收经过凸透镜汇聚的平行光线，平行的激发光沿着与石墨烯玻璃垂直的方向垂直照射到荧光粉样品上；铝圆柱底面与积分球上窗孔相连，收集激发后的混合白光；铝圆柱底面与积分球接触面作绝热处理；荧光粉控温电路装置连接石墨烯玻璃的两端透明电极，通过比较探测的石墨烯玻璃温度和设定温度控制加在石墨烯玻璃电极两端的电压通断，达到对石墨烯玻璃及其荧光粉的控温；LED蓝光芯片置于LED芯片控温装置上，通过LED芯片控温装置控制LED蓝光芯片的工作温度；LED蓝光芯片放置在凸透镜的焦点处，用于将蓝光转化成平行光；积分球和光谱仪通过光纤相连接，将积分球收集的光传给光谱仪；计算机控制光谱仪对经由光纤传递的光进行测量处理得到光谱功率分布，同时得到相关色温、显色指数、色纯度、主波长光度学和色度学参数。

2.白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在测试前，搭建测试装置；

2)将修正用的卤钨灯直接置于积分球上窗孔，通电后测量其绝对光谱；

3)将卤钨灯置于凸透镜的焦点处，卤钨灯经过凸透镜汇聚后的平行光在铝圆柱内穿过石墨烯玻璃传递到积分球中，石墨烯玻璃上没有荧光粉，再通过积分球，把光传递给光谱仪，测量其相对光谱；

4)用测得的用于校准的卤钨灯白光光谱不同波长的强度P_相对(λ)除以其绝对光谱的对应波长的强度P_绝对(λ)，得装置的修正系数R(λ)与波长λ的关系曲线，其中

5)从铝圆柱中取出石墨烯玻璃，并把荧光粉均匀涂敷在石墨烯玻璃一侧，再将石墨烯玻璃放入铝圆柱中，将LED蓝光芯片放置于凸透镜的焦点处；

6)改变荧光粉控温电路装置的设定温度，使得石墨烯玻璃的温度得到相应改变，平行蓝光在铝圆柱内激发石墨烯玻璃上的荧光粉样品，并把激发后的混合光传递到积分球中，通过积分球收集后，把光传递给光谱仪，根据测试需要，调节荧光粉控温电路装置的设定温度，重复以上过程，得不同温度下白光相对光谱；

7)通过将荧光粉不同温度下测得的相对光谱除修正系数得荧光粉不同温度下的绝对光谱；

8)结合绝对光谱的数据和温度，绘出温度对荧光粉的光度和色度特性的影响曲线。

3.如权利要求2所述白光LED荧光粉变温光谱特性的透射式测试的方法，其特征在于在步骤1)中，所述搭建测试装置的具体方法为：先把凸透镜置于垂直于积分球上窗孔的光路上，将LED蓝光芯片置于LED芯片控温装置上，并同时将LED蓝光芯片放置于凸透镜的焦点处，使绝热处理过的铝圆柱底面和积分球的上窗孔相连接，通过光纤将积分球和光谱仪连接，再石墨烯玻璃经过铝圆柱上方放入铝圆柱中间处，荧光粉控温电路装置连接石墨烯玻璃的两端透明电极。