CN201314895Y - 一种测量荧光粉外量子效率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的测量荧光粉外量子效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球，与积分球输入端连接的光纤激光器和校准用标准灯，积分球内固定有样品台和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳，积分球的输出端与分光光度计输入端相连，分光光度计的输出端与电脑相连。本实用新型装置结构简单，采用积分球进行光通量测量，减少了外界环境对测量结果的影响，测量结果可靠、精确、稳定性好。

Description

一种测量荧光粉外量子效率的装置

技术领域

本实用新型涉及测量荧光粉外量子效率的装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

近年来，绿色照明在照明领域异军突起。自1938年Inman发明荧光灯以来，材料性能的不断改进使得荧光灯的发光效率、显色性、光通维持率和寿命都有质的飞跃，其中荧光材料的进步给照明带来了革命性的变化。1974年荷兰科学家Verstcgen发明了稀土三基色荧光灯，实现了荧光灯高光效和高显色性的统一，并在1977年获美国重大技术发明奖。稀土三基色荧光粉具备紫外辐射稳定性能好，热猝温度高等优点，使紧凑型荧光灯成为可能。几年后，荷兰、日本等研制成功紧凑型荧光灯，用以替代白炽灯，使能耗降低四分之三，实现了照明光源革命性的进展。自80年代后期以来，地球资源和环境保护在国际上引起广泛关注和高度重视，而紧凑型的稀土节能灯，同白炽灯相比，在整个生产和使用循环中，产生同等的照明其消耗的地球资源可降低四分之三，而对环境的污染(这指发电废气排放和照明灯具废场)则降低三分之二，因而被称为绿色照明光源，这些光源使用的关键材料是稀土三基色荧光粉。2008年9月电子行业标准《半导体发光二极管用荧光粉》首次用外量子效率代替以往的相对亮度作为评价荧光粉的发光效率的高低。荧光量子产率，又称荧光量子效率，是指激发态分子中通过发射荧光而回到基态的分子占全部激发态分子的分数。量子产率取决于辐射和非辐射跃迁过程，即荧光发射、系间跨越、外转移和内转移等的相对速率。自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能型发光材料。因此对荧光粉的荧光外量子效率的测量和评价也成为了研制新型性能优良的荧光粉的必经之路。

目前市场上存在的荧光量子效率测试方法和仪器主要是针对有机电致发光材料OLED、化学发光材料。对于荧光粉的测量方法和装置目前国内尚未有该方面的研究，利用积分球方法测试荧光粉外量子效率主要存在的问题有：(1)如何排除测量装置相对光谱灵敏度对测量结果产生的影响；(2)荧光粉外部量子效率的算法。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种测量荧光粉外量子效率的装置，以提高测量精度和稳定性。

本实用新型的测量测量荧光粉外量子效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球，与积分球输入端连接的光纤激光器和校准用标准灯，积分球内固定有样品台和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳，积分球的输出端与分光光度计输入端相连，分光光度计的输出端与电脑相连。

为了减少挡板对测量结果的影响，可在档扳上涂覆与积分球内壁相同的涂料。

使用时，将样品容器固定在样品台上。首先，用标准灯校准本实用新型测量装置的相对光谱灵敏度S(λ)：这时积分球的样品容器不放样品，关闭光纤激光器，点亮标准灯，标准灯发出的光经过积分球输入到分光光度计，经分光光度计分光后由电脑输出标准灯的光谱功率分布I(λ)，标准灯的理论光谱功率分布为P(λ)，则本实用新型测试装置的相对光谱灵敏度S(λ)按公式(1)计算：

S(λ)＝I(λ)/P(λ)

(1)

然后，打开光纤激光器，关闭标准灯，样品容器仍不放样品，光纤激光器发出的光经过积分球输入到分光光度计分光，由电脑输出激发光谱La(λ)；接着在样品容器中放入荧光粉，光纤激光器发出的光直接照射在荧光粉上，产生的荧光光谱经分光光度计分光，由电脑输出荧光光谱Y(λ)。

按式(2)计算激发光发出的总的光子数A，

$A=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(3)计算荧光粉产生的荧光光子数B，

$B=\∫\frac{Y\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围从380nm-780nm。

按式(4)计算荧光粉的外量子效率，

本实用新型装置结构简单，采用积分球进行光通量测量，减少了外界环境对测量结果的影响，测量结果可靠、准确。本实用新型装置在测量荧光粉的外量子效率的同时，测量了荧光粉的荧光光谱，是一台多功能的测量装置。

附图说明

图1是测量荧光粉外量子效率的装置示意图。

图2是安装有反射凸面镜的测量荧光粉外量子效率的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型。

参见图1，本实用新型提供的测量荧光粉外量子效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球3，与积分球3输入端连接的光纤激光器1和校准用标准灯2，积分球3内固定有样品台5和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳9，积分球3的输出端与分光光度计10输入端相连，分光光度计10的输出端与电脑11相连。

在激光光功率过大，而样品容器中不放样品时，激光束将直接照射在积分球壳上，过高的激光功率密度和能量密度会导致积分球损坏，为降低激光功率密度和能量密度，避免积分球受损，可如图2所示，在积分球内的激光光路上设置反射凸面镜4。

具体的测试步骤为：

第一步：将样品容器固定在样品台上；

第二步：用标准灯校准测量装置的相对光谱灵敏度S(λ)；

第三步：样品容器先不放荧光粉，用光纤激光器测量激发光谱La(λ)

第四步：样品容器放入荧光粉，用光纤激光器测量样品产生的荧光光谱Y(λ)

第五步：按式(2)计算激发光发出的总的光子数A，

$A=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(3)计算荧光粉产生的荧光光子数B，

$B=\∫\frac{Y\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围从380nm-780nm。

按式(4)计算荧光粉的外量子效率，

Claims (3)

1、一种测量荧光粉外量子效率的装置，其特征是包括带光纤输入端和输出端的积分球(3)，与积分球(3)输入端连接的光纤激光器(1)和校准用标准灯(2)，积分球(3)内固定有样品台(5)和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳(9)，积分球(3)的输出端与分光光度计(10)输入端相连，分光光度计(10)的输出端与电脑(11)相连。

2、根据权利要求1所述的测量荧光粉外量子效率的装置，其特征是档扳(9)上涂有与积分球内壁相同的涂料。

3、根据权利要求1所述的测量荧光粉外量子效率的装置，其特征是在积分球内的光路上设置反射凸面镜(4)。

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