CN109029933A - 一种表征荧光粉转换型led光效的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种表征荧光粉转换型LED光效的装置及方法。该装置包括驱动电源、积分球、光谱仪、LED光源、灯座、恒温器，所述LED光源设置于灯座上，所述驱动电源向LED光源供电，所述灯座设置于恒温器上，恒温器通过调节灯座的温度改变LED光源的环境温度，所述光谱仪的探头透过积分球到达内壁，所述LED光源穿过积分球到达积分球内。本发明操作简单，容易准确测量，对测量误差鲁棒性高，结果可重复性高；不接触LED引脚，根据相对光谱测算LED产品光效，属于非接触式测量方法，准确度和灵敏度高，对仪器要求低，同时测量误差的免疫能力强；可以用于单颗LED光效测量，也可以用于多颗LED组成的阵列的平均光效测量，使用范围广。

Description

一种表征荧光粉转换型LED光效的装置及方法
技术领域
本发明涉及LED光电检测方法，尤其涉及一种用蓝白比和蓝色部分的质心波长表征荧光粉转换型LED光效的方法。
背景技术
LED因节能环保、光效高、低压驱动等优点已经广泛应用于照明与显示领域。但是LED光效随着结温的升高和电流的增大而显著降低。而实际工作中，特别是自适应控制时，往往采用增大注入功率来增加光输出，这时结温也增加，实际工作状态下LED产品的光效很有可能比较低，甚至有可能失去节能环保的意义。
LED光效是输出光通量与注入电功率之比。光通量采用积分球系统或分布光度计测量得到(林金强.自镇流LED灯的光效测量的不确定度评定[J].电子质量,2011(09):59-60)。在实际工作环境中，LED产品已经安装好，一般无法采用这两种方法测量光通量，导致LED光效实测困难，因此很有必要开发一种仅仅根据容易得到的相对光谱测算LED产品光效的方法。
LED光效与注入功率和结温密切相关，LED相对光谱也是结温和注入功率的函数，因此，LED相对光谱与光效之间必定存在内在本质联系。现有技术已经研究了绿色、黄色、蓝色、红色、黄色和白色LED光效与光电参数的关系，得到运用光电参数表征LED光效的方法，但是，研究表明采用半高全宽表征白色LED光效，其准确度并不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相对光谱分布的LED光效非接触式准确可靠、方便简洁的测量方法，该方法测量过程中不接触LED本身，多次测量结果精度高。本发明拟采用蓝光部分的质心波长和蓝白比描述LED相对光谱分布，建立白色LED光效与相对光谱分布之间的关系，然后利用实际工作时的相对光谱分布，测量白色LED光效。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种表征荧光粉转换型LED光效的装置，包括驱动电源、积分球、光谱仪、LED光源、灯座、恒温器，所述LED光源设置于灯座上，所述驱动电源向LED光源供电，所述灯座设置于恒温器上，恒温器通过调节灯座的温度改变LED光源的环境温度，所述光谱仪的探头透过积分球到达内壁，所述LED光源穿过积分球到达积分球内。
进一步地，所述驱动电源采用数控高精度恒流电源。
进一步地，所述积分球上开有两只孔，所述LED光源通过一只孔伸入积分球内，所述光谱仪的探头通过另一个孔伸入积分球内。
本发明还提供一种表征荧光粉转换型LED光效的方法，通过采用蓝光部分的质心波长和蓝白比描述LED相对光谱分布，建立白色LED光效与相对光谱分布之间的关系，然后利用实际工作时的相对光谱分布，测量白色LED光效，是一种非接触式检测方法。
进一步地，测量过程中，所述光谱仪的带宽为1nm，光谱仪探头的中轴线与LED光源的中轴线的夹角小于20度。
进一步地，本发明的表征荧光粉转换型LED光效的方法的准确度通过标定过程和测量过程的比较得出：
标定：根据额定驱动电流和标定使用温度，在不小于20％范围内选择点灯条件，然后测量不同驱动电流，不同环境温度下LED的光效和相对光谱分布，采用LED蓝白比和蓝色部分的质心波长描述相对光谱分布，构建蓝白比、质心波长和光效三者之间的关系；
测量：测量实际工作条件下，LED的相对光谱分布，计算器蓝白比和质心波长，然后根据标定得到的关系，计算出对应的光效。
进一步地，在标定过程中，选择温控温度从30℃到80℃，间隔10℃，测量时脉冲电流宽度2ms，光谱仪积分时间为1ms。
本发明的有益效果如下：
1、相对光谱测算LED产品光效的方法操作简单，容易准确测量，对测量误差鲁棒性高，结果可重复性高。
2、不接触LED引脚。本发明根据相对光谱测算LED产品光效，属于非接触式测量方法，准确度和灵敏度高，对仪器要求低，同时测量误差的免疫能力强。
3、可以用于单颗LED光效测量，也可以用于多颗LED组成的阵列的平均光效测量，使用范围广。
附图说明
图1是光色电综合分析仪结构示意图。
图2是不同温度下光效随电流的变化图。
图3是不同温度下蓝白比随电流的变化图。
图4是不同温度下质心波长随电流的变化图。
图5是不同温度下光效随质心波长的变化图。
图6是不同温度下光效随蓝白比的变化图。
图7是光效随蓝白比和质心波长的变化图。
图8是相对光谱表征光效的测量准确度不同方法的结果比较图。
图中：1、驱动电源；2、积分球；3、光谱仪；4、LED光源；5、灯座；6、恒温器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施例提供一种表征荧光粉转换型LED光效的装置，如图1所示。该装置包括驱动电源1、积分球2、光谱仪3、LED光源4、灯座5、恒温器6。LED光源4设置于灯座5上，驱动电源1与电脑相连，并向LED光源4供电，灯座5设置于恒温器2上，恒温器2通过调节灯座5的温度改变LED光源4的环境温度。光谱仪3的信号传输端与电脑相连，其探头透过积分球2到达内壁，LED光源4穿过积分球到达积分球2内。
优选地，所述驱动电源1可以采用数控高精度恒流电源。数控高精度恒流电源给LED光源4供电，电流误差为±3mA，恒温器2通过调节灯座的温度改变LED环境温度，误差为±1℃。
优选地，所述积分球2上开有一大一小两只孔，LED光源4通过其中一只较大的孔伸入积分球内，光谱仪3的探头通过较小的孔伸入积分球内。
优选地，光源为CREE蓝色芯片加荧光粉型白色LED光源，额定电流350mA，额定功率1W。
实施例二
本实施例提供一种表征荧光粉转换型LED光效的方法，通过采用蓝光部分的质心波长和蓝白比描述LED相对光谱分布，建立白色LED光效与相对光谱分布之间的关系，然后利用实际工作时的相对光谱分布，测量白色LED光效，是一种非接触式检测方法。
优选地，测量过程中，所述光谱仪的带宽为1nm，光谱仪探头的中轴线与LED光源的中轴线的夹角小于20度。
本实施例的方法的准确度通过标定过程和测量过程的比较得出：
标定，根据额定驱动电流和标定使用温度，在不小于20％范围内选择点灯条件，然后测量不同驱动电流，不同环境温度下LED的光效和相对光谱分布，采用LED蓝白比和蓝色部分的质心波长描述相对光谱分布，构建蓝白比、质心波长和光效三者之间的关系；
测量，测量实际工作条件下，LED的相对光谱分布，计算器蓝白比和质心波长，然后根据标定得到的关系，计算出对应的光效。
优选地，在标定过程中，选择温控温度从30℃到80℃，间隔10℃，脉冲电流20mA-510mA，间隔20mA，测量时脉冲电流宽度2ms，光谱仪积分时间为1ms。
测量过程中，温控温度和驱动电流不确定，用积分球法测量的光效是三次测量的中值，而相对光谱分布采用光谱仪直接测量，两种方法测量时间差不超过2分钟，环境温度相同，驱动电流相同。
测量10次，结果如下：
42.85，41.89，40.90，39.97，39.08，38.20，37.35，36.53，35.76，34.97
采用本发明的方法所得到的结果如图2-8所示，其中：
图2是不同温度下光效随电流的变化图；很明显，环境温度越高，不同驱动电流下的光效曲线整体降低，说明温度对光效的影响是均匀的。经计算，其变化速率约0.016lm/℃。对应同一环境温度下不同电流对应的光效，很明显成指数变化，当电流从50-mA变化致500-mA，光效下降了40％以上，节能效果大打折扣。因此LED节能与否，还需实际测量。
图3是不同温度下蓝白比随电流的变化图。随着电流的增加，半高全宽先减小后增大，成V字型。与图3相比，图4中半高全宽曲线并不光滑，也非单调。原因是，半高全宽是相对光谱为0.5较大和较小的两个波长之差，这需要准确测量相对光谱为0.5的两个波长，这对光谱仪带宽和精度的要求比较高。一般地，光谱仪测量误误差3％左右。
图4是不同温度下质心波长随电流的变化图；图5是不同温度下光效随质心波长的变化图；图6是不同温度下光效随蓝白比的变化图；图7是光效随蓝白比和质心波长的变化图；图8是相对光谱表征光效的测量准确度不同方法的结果比较图。
综上所述，本发明通过采用蓝光部分的质心波长和蓝白比描述LED相对光谱分布，建立白色LED光效与相对光谱分布之间的关系，然后利用实际工作时的相对光谱分布，测量白色LED光效，是一种非接触式测量方法。本发明与采用积分球系统或分布光度计测量方法测量光通量得到光效相比，根据相对光谱测算LED产品光效，非接触式测量，准确度和灵敏度高，对仪器要求低，同时测量误差的免疫能力强。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种表征荧光粉转换型LED光效的装置，其特征在于：包括驱动电源(1)、积分球(2)、光谱仪(3)、LED光源(4)、灯座(5)、恒温器(6)，所述LED光源(4)设置于灯座(5)上，所述驱动电源(1)向LED光源(4)供电，所述灯座(5)设置于恒温器(2)上，恒温器(2)通过调节灯座(5)的温度改变LED光源(4)的环境温度，所述光谱仪(3)的探头透过积分球(2)到达内壁，所述LED光源(4)穿过积分球到达积分球(2)内。
2.根据权利要求1所述的表征荧光粉转换型LED光效的装置，其特征在于：所述驱动电源(1)采用数控高精度恒流电源。
3.根据权利要求1所述的表征荧光粉转换型LED光效的装置，其特征在于：所述积分球(2)上开有两只孔，所述LED光源(4)通过一只孔伸入积分球(2)内，所述光谱仪(3)的探头通过另一个孔伸入积分球(2)内。
4.一种表征荧光粉转换型LED光效的方法，其特征在于：通过采用蓝光部分的质心波长和蓝白比描述LED相对光谱分布，建立白色LED光效与相对光谱分布之间的关系，然后利用实际工作时的相对光谱分布，测量白色LED光效，是一种非接触式检测方法。
5.根据权利要求4所述的表征荧光粉转换型LED光效的方法，其特征在于：测量过程中，所述光谱仪(3)的带宽为1nm，光谱仪(3)探头的中轴线与LED光源(4)的中轴线的夹角小于20度。
6.根据权利要求4所述的表征荧光粉转换型LED光效的方法，其特征在于：所述方法的准确度通过标定过程和测量过程的比较得出：
标定：根据额定驱动电流和标定使用温度，在不小于20％范围内选择点灯条件，然后测量不同驱动电流，不同环境温度下LED的光效和相对光谱分布，采用LED蓝白比和蓝色部分的质心波长描述相对光谱分布，构建蓝白比、质心波长和光效三者之间的关系；
测量：测量实际工作条件下，LED的相对光谱分布，计算器蓝白比和质心波长，然后根据标定得到的关系，计算出对应的光效。
7.根据权利要求6所述的表征荧光粉转换型LED光效的方法，其特征在于：在标定过程中，选择温控温度从30℃到80℃，间隔10℃，测量时脉冲电流宽度2ms，光谱仪积分时间为1ms。
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