CN111220359B - Led装置的发光特性测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无需点亮LED装置就能够对由该LED装置产生的光的色度坐标进行测定的LED装置的发光特性测定装置。LED装置是利用含有荧光体物质的封装部件将LED元件封装而构成的，该LED装置的发光特性测定装置的特征在于，具有：光源部，其将对所述封装部件中的所述荧光体物质进行激励的激励光照射至该封装部件；受光部，其接受来自所述封装部件的荧光；光谱测定器，其取得由所述受光部所接受的荧光的光谱数据；以及运算处理部，其基于所述光谱数据，对由所述LED装置产生的光的色度坐标进行运算。

Description

LED装置的发光特性测定装置
技术领域
本发明涉及利用含有荧光体物质的封装部件将LED元件封装而构成的LED装置的发光特性测定装置。
背景技术
作为搭载在电视机、计算机、智能手机等的液晶显示面板的背光灯和各种照明器具的光源，近年来，使用了利用含有荧光体物质的封装部件将LED元件封装而构成的LED装置，以代替荧光灯、白炽灯泡。
图5是表示LED装置的一个例子中的结构的说明用剖视图。该LED装置1具有：基板4，其在表面具有例如由银膏形成的阳极5a及阴极5b；LED元件6，其配置于该基板4的一个表面上；以及反射镜8，其由金属构成，在基板4的表面配置为包围LED元件6。LED元件6的电极焊盘(省略图示)经由键合导线7与基板4上的阳极5a及阴极5b电连接。反射镜8具有在内周面形成有光反射面的、随着从光射出侧的一端(图中上端)朝向另一端成为小径的锥状的贯通孔8H，LED元件6被配置为位于该贯通孔8H内。并且，在由反射镜8的贯通孔8H和基板4形成的凹处内，封装部件9被填充为覆盖LED元件6的表面。该封装部件9是通过将在液状的固化性树脂中含有荧光体物质的封装材料进行固化而形成的。作为荧光体物质，使用的是被来自LED元件6的光激励而发出荧光的物质。
在该LED装置1中，通过混合来自LED元件6的光和由来自LED元件的光照射封装部件9中的荧光体物质所产生的荧光，取得所需颜色的光。例如作为LED元件6，使用发出峰值波长为460nm或位于其附近的蓝色光的元件，作为荧光体物质，使用发出在峰值波长为550nm附近的荧光的黄色荧光体物质(例如YAG荧光体物质)，由此利用LED元件6发出的蓝色光和封装部件9发出的黄色光，取得伪白色光。另外，通过使用射出峰值波长为365～420nm附近的光的元件，作为荧光体物质，使用红色荧光体物质、绿色荧光体物质以及黄色荧光体物质的混合物，由此利用LED元件6发出的光和封装部件9发出的黄色光，取得伪白色光。
在该LED装置1的制造工序中，制造在引线框、玻璃基板上形成多个未封装的LED元件安装体而构成的中间体，然后，在对该中间体中的各个LED元件安装体形成封装部件9后，切断为各个LED装置。另外，作为形成封装部件9的方法，利用将在液状的固化性树脂中分布荧光体物质而构成的封装材料滴落至中间体中的LED元件上之后将该封装材料固化的方法(浇注法)、将在液状的固化性树脂中分布荧光体物质而构成的封装材料涂敷于中间体的表面之后将该封装材料固化的方法、将在固化树脂中分布荧光体物质而构成的带状的封装材料粘接于中间体的表面的方法等。
在上述的LED装置1的制造工序中，对制造出的LED装置1进行判定其光的明亮度和色调的好坏的检查。这种检查以往是利用作业者的肉眼进行的。然而，在利用作业者的肉眼进行的检查中，检查结果被作业者的熟练度和技能所左右，因此难以得到稳定的检查精度。
由于这种情况，近年来提出了通过测定来自LED装置的光的亮度值而对LED装置进行检查的发光特性测定装置(参照专利文献1。)。
利用这种发光特性测定装置进行的LED装置的检查是在LED装置形成于引线框、玻璃基板的状态下进行的，在效率上有优点。
而且，关于在引线框上形成的LED装置，由于端子在外部露出，因此通过点亮该LED装置，能够执行利用上述的发光特性测定装置进行的LED装置的检查。
然而，关于在玻璃基板上形成的LED装置，端子未在外部露出，所以不能点亮LED装置，因此不能执行利用上述的发光特性测定装置进行的LED装置的检查。
专利文献
专利文献1：日本专利第5689648号公报
发明内容
本发明就是基于如上情况而提出的，其目的在于，提供一种无需点亮LED装置就能够对由该LED装置产生的光的色度坐标进行测定的LED装置的发光特性测定装置。
本发明的LED装置的发光特性测定装置是利用含有荧光体物质的封装部件将LED元件封装而构成的LED装置的发光特性测定装置，该LED装置的发光特性测定装置的特征在于，具有：
光源部，其将对所述封装部件中的所述荧光体物质进行激励的激励光照射至该封装部件；
受光部，其接受来自所述封装部件的荧光；
光谱测定器，其取得在所述受光部所接受的荧光的光谱数据；以及
运算处理部，其基于所述光谱数据，对由所述LED装置产生的光的色度坐标进行运算。
在本发明的LED装置的发光特性测定装置中，优选具有分束器，该分束器使来自所述光源部的激励光的至少一部分反射或透射，并且，使来自所述封装部件的荧光的至少一部分透射或反射，
来自所述光源部的激励光经由所述分束器照射至所述封装部件，来自所述封装部件的激励光及荧光经由所述分束器被所述受光部所接受。
另外，在本发明的LED装置的发光特性测定装置中，优选具有分色滤光器，该分色滤光器使来自所述光源部的激励光反射或透射，并且，使来自所述封装部件的荧光透射或反射，
来自所述光源部的激励光经由所述分色滤光器照射至所述封装部件，来自所述封装部件的荧光经由所述分色滤光器被所述受光部所接受。
另外，在所述运算处理部中，优选记录有对所述荧光体物质进行激励的激励光的光谱数据，基于该激励光的光谱数据和在所述受光部接受的荧光的光谱数据，对由所述LED装置产生的光的色度坐标进行运算。
发明效果
在本发明的LED装置的发光特性测定装置中，利用光源部对LED装置中的封装部件照射激励光，来自该封装部件的荧光由受光部接受。然后，取得由受光部接受的荧光的光谱数据，基于该光谱数据，对由LED装置产生的光的色度坐标进行运算。
因此，根据本发明的LED装置的发光特性测定装置，无需点亮LED装置，就能够对由该LED装置产生的光的色度坐标进行测定。
附图说明
图1是表示本发明涉及的LED装置的发光特性测定装置的一个例子中的结构的说明图。
图2是表示由LED装置产生的光的光谱分布的一个例子的图。
图3是表示由国际照明委员会(CIE)制定的等色函数的图。
图4是由国际照明委员会规定的CIE1931色度图。
图5是表示LED装置的一个例子中的结构的说明用剖视图。
具体实施方式
下面，对本发明的LED装置的发光特性测定装置的实施方式进行详细说明。在本发明中，作为测定对象的LED装置中的封装部件构成为在透明的固化树脂中含有荧光体物质。
作为固化树脂，不特别进行限定，能够使用硅树脂、环氧树脂等固化物。
另外，封装部件中含有的荧光体物质是与设为目标的由LED装置产生的光的颜色对应地适当选择而采用的。例如，在使用放射蓝色光的LED元件制造白色LED装置的情况下，可以使用黄色荧光体，通过进一步添加橙色荧光体、红色荧光体，能够对放射的光的颜色进行调整。另外，也能够采用绿色荧光体和红色荧光体的混合物来代替黄色荧光体。
图1是表示本发明涉及的LED装置的发光特性测定装置的一个例子中的结构的说明图。
该LED装置的发光特性测定装置(以下，也简称为“测定装置”。)具有：光源部10，其将激励光照射至LED装置1中的封装部件(省略图示)；以及受光部20，其接受来自LED装置1中的封装部件的荧光。从光源部10放射的激励光对在LED装置1中的封装部件中含有的荧光体物质进行激励。
在图示的例子的测定装置中，受光部20配置为与作为测定对象的LED装置1相对。在LED装置1和受光部20之间，板状的第1分束器30及第2分束器35分别在从LED装置1向受光部20的路径上按照此顺序进行设置。第1分束器30及第2分束器35分别以相对于从LED装置1至受光部20为止的光路倾斜45°的姿态而配置。
第1分束器30及第2分束器35分别针对来自光源部10的激励光以及来自封装部件的荧光，将其中一部分反射，并且使其中一部分透射。第1分束器30的光的透射率与光的反射率之比优选为，光的透射率：光的反射率为30：70～70：30。另外，第2分束器35的光的透射率与光的反射率之比优选为，光的透射率：光的反射率为30：70～70：30。
在第1分束器30的侧方位置，光源部10配置为使激励光照射至该第1分束器30。该光源部10具有：LED元件11，其放射对LED装置的封装部件中的荧光体物质进行激励的激励光；以及光阑(aperture)12，其使来自LED元件11的光成形。例如，LED装置1是白色LED装置，在封装部件中的荧光体物质是黄色荧光体的情况下，作为构成光源部10的LED元件，采用蓝色LED元件。在光源部10和第1分束器30之间，配置有使来自光源部10的激励光平行化的准直透镜15。
另外，在第1分束器30和LED装置1之间配置有凸透镜31，该凸透镜31使被第1分束器30反射的激励光聚光于LED装置1的封装部件，并且使来自LED装置1的荧光平行化。
在第2分束器35的侧方位置，配置有用于对来自LED装置1的封装部件的光进行监控的小型照相机36。在第2分束器35和小型照相机36之间，配置有使来自第2分束器35的光聚光于小型照相机36的聚光透镜37。
在受光部20和第2分束器35之间，配置有使来自LED装置1的荧光聚光于受光部20的聚光透镜21。受光部20通过纤维连接器26与光纤25的一端连接。在光纤25的另一端，通过纤维连接器27连接光谱测定器40。该光谱测定器40取得由受光部20所接受的荧光的光谱数据。
在光谱测定器40上电连接有运算处理部50，该运算处理部50基于由该光谱测定器40取得的光谱数据而对由LED装置产生的光的色度坐标进行运算。在该运算处理部50记录有对LED装置1的封装部件中的荧光体物质进行激励的激励光的光谱数据，例如在LED装置1是具有蓝色LED元件和含有黄色荧光体的封装部件的白色LED装置的情况下，记录有由该蓝色LED元件产生的光的光谱数据。
下面，针对上述的测定装置的动作，以作为测定对象的LED装置是具有峰值波长为460nm附近的蓝色LED元件和含有峰值波长为555nm附近的黄色荧光体的封装部件的白色LED装置的情况为例进行说明。
首先，作为测定对象的LED装置1被配置于受光部20的正下方位置。然后，如果点亮光源部10，则来自该光源部10的激励光(蓝色光)经由第1分束器30照射至LED装置1的封装部件，由此，从该封装部件放射荧光(黄色光)。被封装部件反射的激励光以及从封装部件放射的荧光经由第1分束器30及第2分束器35而被受光部20接受。被受光部20接受的光经由光纤25导入至光谱测定器40，取得所接受的光的光谱数据。该光谱数据被发送至运算处理部50。
并且，在运算处理部50中，如下所示，对由LED装置1产生的光的色度坐标进行运算。
首先，在被发送至运算处理部50的光谱数据中，包含来自光源部10的激励光的光谱分布，因此通过从所发送的光谱数据涉及的光谱分布中去除激励光的光谱分布，由此创建来自LED装置1的封装部件的荧光的光谱数据。具体地说，激励光是峰值波长为460nm附近的蓝色光，荧光是峰值波长为555nm附近的黄色光，因此例如切去波长小于或等于500nm的光谱分布。
基于这样创建的荧光的光谱数据和预先在运算处理部50中记录的对荧光体物质进行激励的激励光的光谱数据，对由LED装置产生的光的色度坐标进行运算。
该色度坐标的运算处理是基于国际照明委员会(CIE)规定的XYZ表色系统色度图而进行的。
具体地进行说明，因为由LED装置产生的光(白色光)是激励光(由蓝色LED元件产生的蓝色光)和荧光(由黄色荧光体产生的黄色光)的合成光，所以由LED装置产生的光的光谱分布S0(λ)、激励光的光谱分布S1(λ)、荧光的光谱分布S2(λ)满足下述式1。在图2示出由LED装置产生的光的光谱分布的一个例子。
【式1】
S0(λ)＝S1(λ)+S2(λ)
在这里，XYZ表色系统色度图是采用作为JIS Z 8724“颜色的测定方法-光源颜色”而制定的、按照下述式2所示的运算式算出的三刺激值(X，Y，Z)来规定的。下述式2将乘以与可视区域(380nm～780nm，λ1＝380，λ2＝780)内的各波长成分的强度对应的等色函数的值所得的值进行累加。图3是表示由国际照明委员会(CIE)制定的等色函数的图，等色函数相当于代表人类眼睛的光谱灵敏度。
【式2】
在上述式2中，是XYZ表色系统中的等色函数的值，S(S(λ)是波长λ下的光谱分布的值。
在上述式2中，刺激值Y的值是相当于由LED装置产生的明亮度(亮度)的值。
K是以使得与由封装部件中的荧光体物质产生的荧光和LED装置中的蓝色LED元件的发光的合成光的亮度的绝对值一致的方式设定的系数。
刺激值X及刺激值Y的值用于计算色度坐标(x，y)，色度坐标(x，y)是按照下述式3所示的运算式进行计算的。从该式3开始，全部可视光线的光源颜色的色度坐标(x，y)是在1931年由CIE定义的。
【式3】
然后，基于激励光的光谱分布S1(λ)，利用上述式2以及上述式3，计算出激励光的三刺激值(X1，Y1，Z1)以及色度坐标P1(x1，y1)。另外，基于荧光的光谱分布S2(λ)，利用上述式2以及上述式3，计算出荧光的三刺激值(X2，Y2，Z2)以及色度坐标P2(x2，y2)。
如上述式1所示，由LED装置产生的光的光谱分布S0(λ)是激励光的光谱分布S1(λ)与荧光的光谱分布S2(λ)之和，因此由LED装置产生的光的三刺激值(X0，Y0，Z0)、激励光的三刺激值(X1，Y1，Z1)以及荧光的三刺激值(X2，Y2，Z2)满足下述式4的关系。
【式4】
X0＝X1+X2
Y0＝Y1+Y2
Z0＝Z1+Z2
并且，基于激励光的三刺激值(X1，Y1，Z1)以及荧光的三刺激值(X2，Y2，Z2)，利用上述式4，求出由LED装置产生的光的三刺激值(X0，Y0，Z0)。
另外，如果定义A＝X+Y+Z，A1＝X1+Y1+Z1、A2＝X2+Y2+Z2，则由于A＝A1+A2，因此利用上述式3求出下述式5。
【式5】
另外，如果定义下述式6，则利用上述式3～上述式5以及下述式6，通过下述式7求出由LED装置产生的光的色度坐标P0(x0，y0)。
【式6】
K1+K2＝1
【式7】
这样，基于激励光的光谱数据和荧光的光谱数据，运算出由LED装置产生的光的三刺激值(X0，Y0，Z0)以及色度坐标P0(x0，y0)。
以上，激励光的光谱数据既可以使用适当的光谱测定器来取得，也可以使用本发明的测定装置来取得。
激励光的光谱数据涉及的光谱分布的波高(光谱的强度的振幅大小)例如能够如下进行调整。
如果从上述式7所示的2个式中消除K1，则得到下述式8。
【式8】
图4是由国际照明委员会规定的CIE1931色度图。
在该图中，横轴及纵轴分别是x及y的色度。横轴表示：随着x的值变大，“红色”的比率增加，随着x的值变小，“蓝色”的比率增加。另一方面，纵轴表示：随着y的值变大，“绿色”的比率增加，随着y的值变小，“蓝色”的比率增加。
另外，马蹄型的曲线a是将单色光的色度坐标串连起来得到的光谱轨迹。在该光谱轨迹上以□绘制的地方的数字表示单色光的波长(nm)。位于光谱轨迹的两端的单色光的波长分别为380nm及780nm。
另外，将光谱轨迹的两端连结起来的直线b是纯紫轨迹。
另外，在由光谱轨迹和纯紫轨迹包围的范围内的弧状的曲线c是将各绝对温度下的黑体的色度坐标串连起来得到的黑体轨迹。在该黑体轨迹上所示的数字是黑体的绝对温度(K)，以〇绘制的地方分别是昼光色荧光灯(色温＝6500K)、白色荧光灯(色温＝4200K)、白炽灯(色温＝2850K)的光源颜色的色度坐标。
上述式8是将激励光的色度坐标P1(x1，y1)和荧光的色度坐标P2(x2，y2)连结起来的直线(在图3中以L表示。)所涉及的函数，由LED装置产生的光的色度坐标P0(x0，y0)在理论上处于直线L上的位置。
在白色LED装置中，通常以光源颜色具有接近黑体轨迹的色温的色度值为目标，因此例如是以直线L与黑体轨迹所涉及的曲线c的交点为目标的色度坐标。
然后，例如从放射目标色度坐标或其附近的光的LED装置，预先取得荧光的标准光谱数据，基于该标准光谱数据和目标色度坐标，决定激励光的光谱数据涉及的光谱分布的波高。
另外，在荧光的标准光谱数据的取得较为困难的情况下，也可以对多个(例如10个)LED装置的样品，分别测定荧光的光谱数据，在将这些荧光的光谱数据和激励光的光谱数据组合时，找出色度坐标的值在容许范围内的数量最多的激励光，根据该激励光光谱数据涉及的光谱分布来决定波高。
如上所述，在本发明的LED装置的发光特性测定装置中，利用光源部10对LED装置1中的封装部件照射激励光，来自该封装部件的荧光由受光部20接受。然后，取得由受光部20接受的荧光的光谱数据，基于该光谱数据，对由LED装置1产生的光的色度坐标P0(x0，y0)进行运算。
因此，根据本发明的LED装置的发光特性测定装置，无需点亮LED装置1，就能够对由该LED装置1产生的光的色度坐标P0(x0，y0)进行测定。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够施加各种变更。
例如在图1所示的测定装置中也可以为如下结构，即：光源部10配置为与作为测定对象的LED装置1相对，受光部20配置于第1分束器30的侧方位置。
另外，在图1所示的测定装置中，可以采用将来自光源部10的激励光反射且使来自LED装置1中的封装部件的荧光透射的分色滤光器，以代替第1分束器30。另外，在光源部10是配置为与LED装置1相对的结构的情况下，也可以采用使来自光源部10的激励光透射且将来自LED装置1中的封装部件的荧光反射的分色滤光器，以代替第1分束器30，受光部20配置于该分色滤光器的侧方位置。
测定对象的LED装置中的封装部件并不限定于单独含有黄色荧光体物质，也可以含有发光色彼此不同的多种荧光体物质，另外，也可以含有与近紫外LED元件组合使用的红色荧光体物质、绿色荧光体物质以及蓝色荧光体物质。
符号说明
1 LED装置
4 基板
5a 阳极
5b 阴极
6 LED元件
7 键合导线
8 反射镜
8H 贯通孔
9 封装部件
10 光源部
11 LED元件
12 光阑
15 准直透镜
20 受光部
21 聚光透镜
25 光纤
26 纤维连接器
27 纤维连接器
30 第1分束器
31 凸透镜
35 第2分束器
36 小型照相机
37 聚光透镜
40 光谱测定器
50 运算处理部

Claims (3)

1.一种LED装置的发光特性测定装置，该LED装置是利用含有荧光体物质的封装部件将LED元件封装而构成的，该LED装置的发光特性测定装置的特征在于，具有：
光源部，其将对所述封装部件中的所述荧光体物质进行激励的激励光照射至该封装部件；
受光部，其接受来自所述封装部件的荧光、以及被所述封装部件反射的激励光；
光谱测定器，其取得由所述受光部所接受的荧光的光谱数据、以及由所述受光部所接受的激励光的光谱数据；以及
运算处理部，其调整所述激励光的光谱数据涉及的光谱分布的波高，并基于进行了所述调整的激励光的光谱数据、以及所述荧光的光谱数据，对由所述LED装置产生的光的色度坐标进行运算。
2.根据权利要求1所述的LED装置的发光特性测定装置，其特征在于，
具有分束器，该分束器使来自所述光源部的激励光的至少一部分反射或透射，并且，使来自所述封装部件的荧光的至少一部分透射或反射，来自所述光源部的激励光经由所述分束器而照射至所述封装部件，
来自所述封装部件的激励光及荧光经由所述分束器而被所述受光部所接受。
3.根据权利要求1所述的LED装置的发光特性测定装置，其特征在于，
具有分色滤光器，该分色滤光器使来自所述光源部的激励光反射或透射，并且，使来自所述封装部件的荧光透射或反射，
来自所述光源部的激励光经由所述分色滤光器而照射至所述封装部件，
来自所述封装部件的荧光经由所述分色滤光器而被所述受光部所接受。
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