CN203981304U - 发光二极管结温测量装置和光照射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发光二极管结温测量装置和一种光照射装置，其在短时间内、以低工作量，来高精度地测量发光二极管的结温。本实用新型的发光二极管结温测量装置中，用通过对光的波长具有规定透过性的第一滤光器108的第二受光元件，和不通过第一滤光器108的第一受光元件，检出UV-LED103的发光刚刚开始后的亮度、和从发光开始后经过规定时间到达稳定状态时刻的亮度。根据以上数据，捕捉由于结温升高造成光波长向长波长一侧移动的现象，并计算出结温。

Description

发光二极管结温测量装置和光照射装置

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管的结温测量装置和一种光照射装置。 

背景技术

近年，为实现高性能的印刷装置，对线形的高强度紫外线光源的需求不断提高。本实用新型设计人为满足上述需求，对将现有的紫外线发光二极管（以下简称为“UV-LED”；并将发光二极管简称为“LED”）高密度安装成线形的产品进行开发和制造，并向顾客供应。 

为获得高强度的光，需要对LED流过大电流，但对LED流过大电流时作为发光部的PN结部会发热。该PN结部的温度被称为结温。若结温上升，则LED的发光效率下降。进而，根据阿伦尼乌斯定律，若温度上升10℃，则寿命减半，即结温的上升缩短LED的使用寿命。若结温超过上限值，则半导体元件损坏。 

尤其是，在发出短波长光的蓝光LED、UV-LED或以蓝光LED和UV-LED为基础制成的白光LED中，由于与红光LED相比需要大电流，所以LED结温的管理很重要。 

在将LED收容进各种封装中时，为了获知封装的散热措施是否充分，或流过的电流能到多大程度，需要测量结温。 

与本实用新型相关的现有技术文献如专利文献1所示。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本实用新型专利公开第2006-66498号公报 

实用新型内容

一般，测量半导体元件的结温的方法有ΔVf法、热阻法等。 

在ΔVf法中，将作为测量对象的半导体元件放入恒温槽中，在极 短时间内流过标准正向电流（例如1mA），测量半导体元件的电位差，即Vf。使恒温槽的温度缓慢上升，并多次进行该操作以进行测量，制作温度（结温）与电位差的曲线曲线。该方法的缺点是，在恒温槽中保存半导体元件的时间长，多次测量Vf也繁琐。 

在热阻法中，如果半导体元件供应方提供的半导体特性资料中有从PN结到半导体封装的外部端子之间的热阻和结温的计算公式，通过测量半导体元件封装的外部端子温度，由计算来推测结温。该方法与上述ΔVf法相比，能够非常简单地进行测量，但反过来也有误差大的缺点。若将从热源到热计量工具之间存在的物体视为热阻，在热源开始发热时，由于热源发出的热的一部分对温度低的热阻进行加热，所以热阻变大。热源开始发热后经过一定时间，由于热源发出的热的一部分使热阻与热源的温度平衡，所以热阻减小。如此，热阻包括瞬态热阻和稳态热阻。因为热阻值因构成热阻的物质的体积变化而不均匀，所以误差必然变大。另外，计算公式随半导体元件供应方的不同而各异，在处理多种半导体元件时繁琐。 

本实用新型鉴于上述情况完成，其目的在于提供一种能短时间、简便而高精度地测量发光二极管的结温的发光二极管结温测量装置及一种光照射装置。 

为解决上述问题，本实用新型的发光二极管结温测量装置，包括： 

第一光传感器，其检测光量随发光光谱的变化而变化； 

第二光传感器，其对于发光光谱的变化具有不同于所述第一光传感器的检测光量特性；以及 

结温计算部，其根据所述第一光传感器输出的第一输出信号，和所述第二光传感器输出的第二输出信号，计算发光二极管的结温。进一步地，在本实用新型第一种方式的发光二极管结温测量装置中， 

所述第一光传感器包括 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号，和 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变， 

所述第二光传感器包括 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光， 并输出与光强度对应的信号， 

所述结温计算部包括 

计时器，其测量规定时间；和 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮的同时启动所述计时器，取得所述计时器启动时的、从所述第一受光元件得到的第一发光强度的初始值、和从所述第二受光元件得到的第二发光强度的初始值，然后，在所述计时器测量所述规定时间之后，再次取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度的终值、和从第二受光元件得到的第二发光强度的终值，计算出所述发光二极管的结温。 

优选本实用新型上述的发光二极管结温测量装置进一步包括温度传感器，其用于测量所述发光二极管周围的环境温度。 

优选在本实用新型上述的发光二极管结温测量装置中，所述运算控制部利用所述第一发光强度的初始值和所述第二发光强度的初始值、以及所述第一发光强度的终值和所述第二发光强度的终值，求得所述发光二极管发出的光的波长移动量，并根据所述波长移动量计算出发光强度衰减率。 

优选本实用新型上述的发光二极管结温测量装置进一步包括第二滤光器，其具有固定的透过率，不随所述发光二极管的光波长而改变，所述第一受光元件通过所述第二滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号。 

本实用新型的光照射装置，包括： 

发光二极管； 

电流源，其驱动所述发光二极管； 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号； 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变； 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号； 

计时器，其计算规定时间；以及 

运算控制部，其在点亮所述发光二极管的同时启动所述计时器， 取得所述计时器的启动时的、从所述第一受光元件得到的第一发光强度的初始值、和从所述第二受光元件得到的第二发光强度的初始值，然后，在所述计时器测量所述规定时间之后，再次取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度的终值、和从第二受光元件得到的第二发光强度的终值，计算出所述发光二极管的结温，并根据所述结温控制所述电源。 

在本实用新型第二种方式的发光二极管结温测量装置中， 

所述第一光传感器包括 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号，和 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变， 

所述第二光传感器包括 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号， 

所述结温计算部包括 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮后，取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度值，和从所述第二受光元件得到的第二发光强度值，计算出所述发光二极管的结温。 

优选地，在上述的发光二极管结温测量装置中，所述运算控制部参照特性表，从所测量的所述第一发光强度值和所述第二发光强度值导出所述发光二极管的结温；所述特性表具有发光强度比栏，其保存所述第一发光强度值和所述第二发光强度值的比；和结温栏，其保存所述发光二极管的结温。 

优选地，上述的发光二极管结温测量装置进一步包括第二滤光器，其具有固定的透过率，不随所述发光二极管的光波长而改变，所述第一受光元件通过所述第二滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号。 

本实用新型第二种方式的光照射装置，包括： 

发光二极管； 

电流源，其驱动所述发光二极管； 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号； 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变； 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号；以及 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮后，取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度值，和从所述第二受光元件得到的第二发光强度值，计算出所述发光二极管的结温，并根据所述结温控制所述电源。 

根据本实用新型，能够提供一种能短时间、简便而高精度地测量发光二极管的结温的发光二极管结温测量装置及一种光照射装置。 

上述内容之外的问题、构成以及效果，由以下的实施方式来进行说明。 

附图说明

图1为本实用新型的第一实施方式的LED结温测量装置的整体结构图。 

图2表示LED结温测量装置的硬件结构的框图。 

图3表示运算控制部的功能框图。 

图4表示LED结温测量装置的工作流程的流程图。 

图5表示运算控制部的结温运算处理工作流程的流程图。 

图6表示UV-LED的点亮时间，与第一光电二极管和第二光电二极管的输出电压的变化的曲线。 

图7表示UV-LED发出的紫外线的波长和发光强度的关系，以及有色玻璃滤镜的透过特性的曲线。 

图8表示UV-LED发出的紫外线的波长λ与能隙值Eg的关系的曲线。 

图9表示UV-LED结温Tj与能隙值Eg的关系的曲线。 

图10为本实用新型第二实施方式的LED结温测量装置的整体结构图。 

图11表示本实用新型第二实施方式的LED结温测量装置的硬件结构的框图。 

图12表示本实用新型的第二实施方式的LED结温测量装置的运算控制部的功能框图。 

图13表示特性表的一个例子。 

图14表示基于特性表的曲线。 

图15表示LED结温测量装置的工作流程的流程图。 

附图标记说明 

101.LED结温测量装置，102.恒流源，103.UV-LED，104.开关，105.第一光电二极管，106.第二光电二极管，107.A/D转换器，108.第一滤光器，109.热敏电阻，110.运算控制部，111.显示部，112.计时器，113.操作部，114.第二滤光器，201.CPU，202.ROM，203.RAM，204.非易失性存储器，205.总线，206.串行接口，207.RTC，208.NIC，301.数据存储控制部，302.第一发光强度信息初始值存储器，303.第二发光强度信息初始值存储器，304.温度信息存储器，305.第一发光强度信息的终值存储器，306.第二发光强度信息的终值存储器，307.发光强度分布修正部，308.标准发光强度分布函数，309.初始发光强度运算部，310.有色玻璃滤镜透过率函数，311.第一除法器，312.第二除法器，313.第三除法器，314.变量拟合运算部，315.第四除法器，316.第一常数，317.结温运算部，318.第二常数，319.第三常数，320.第四常数，321.结温存储器，1001.LED结温测量装置，1002.运算控制部，1201.近似值运算部，1202.特性表，1203.第一发光强度值存储器，1204.第二发光强度值存储器 

具体实施方式

本实施方式的发光二极管结温测量装置（以下简称为“LED结温测量装置”），利用了LED特有的“发光”现象。 

当LED的结温上升时，LED发出的光的波长向长波长一侧移动。直接测量光的波长需要昂贵的装置，但若使用随波长透过率发生改变的滤镜，则能够通过只测量发光强度能容易地计算出结温。 

[第一实施方式：LED结温测量装置的整体结构] 

图1是本实用新型的第一实施方式的LED结温测量装置的整体结构图。 

通过恒流源102发光的UV-LED103是结温测量对象，通过开关104控制其发光。 

将UV-LED103发出的光照射到称为第一受光元件的第一光电二极管105、和称为第二受光元件的第二光电二极管106。需注意，受光元件不限于光电二极管，也可为光电晶体管。 

第一光电二极管105和第二光电二极管106接受UV-LED103发出的紫外线，所产生的光电流随受光强度而变化。A/D转换器107将第一光电二极管105和第二光电二极管106产生的光电流转换成数字信息。 

第一光电二极管105直接接受UV-LED103发出的紫外线。 

在第二光电二极管106的受光面附近设置有第一滤光器108，第二光电二极管106通过第一滤光器108接受UV-LED103发出的紫外线。 

在UV-LED103附近设置有称为温度传感器的热敏电阻109，用于测量周围环境的温度，该热敏电阻109的电阻值也被A/D转换器107转换为数字信息。 

第一滤光器108具有透过率随入射紫外线的波长而改变的特定。作为一例，其为豪雅冠得光电股份有限公司（ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社）生产的U340有色玻璃滤镜。此外还可使用该公司生产的U350、B440、B460、B480、L37、L38、L39等。 

第一滤光器108对入射光的波长的透过特性如后述的图7所示。 

上述第一滤光器108可适用于UV-LED103的发光波长位于365nm附近的情形。当UV-LED103的发光波长改变时，需要另行选择有色玻璃滤镜，使第一滤光器108的透过率上升或下降的区域与UV-LED103的发光波长重合。为了准确地求得随温度上升的UV-LED103的发光波长的变化，优选第一滤光器108的透过率曲线的斜率比较大。 

将A/D转换器107所输出的第一光电二极管105的第一发光强度信息、第二光电二极管106的第二发光强度信息、和热敏电阻109的温度信息提供给运算控制部110。由微型计算机（以下简称为“微电脑”）或个人电脑（以下简称为“PC”）构成的运算控制部110接受第一发光 强度信息、第二发光强度信息和温度信息，进行后述的运算处理，计算出UV-LED103的结温，并显示于显示部111。 

运算控制部110内置有计时器112，根据操作部113的操作指示控制开关104为ON，并启动计时器112，在计时器112启动的同时获取第一发光强度信息、第二发光强度信息和温度信息，然后在经过一定时间（例如，5分钟）后再度获取第一发光强度信息和第二发光强度信息。 

[第一实施方式：LED结温测量装置的硬件结构] 

图2为表示LED结温测量装置101的硬件结构的框图。 

由PC构成的LED结温测量装置101中，在总线205上，连接有CPU201、ROM202、RAM203、硬盘装置等非易失性存储器204、显示部111、操作部113和A/D转换器107。 

在非易失性存储器204中，存储有使PC起到而成为LED结温测量装置101的程序，和LED结温测量装置101计算结温测量对象UV-LED103的结温所需要的数据等。 

在上述的组成要件之外，在总线205上还连接有串行接口206。串行接口206控制开关104的ON/OFF。 

在总线205上还连接有实时时钟（以下简称为“RTC”）207。RTC207输出当前时间信息。程序通过从RTC207取得当前时间信息，来判断预定时间的经过。即，利用RTC207和程序来实现计时器112的功能。 

本实用新型的第一实施方式的LED结温测量装置101将最终计算出的UV-LED103的结温显示于显示部111，但也可以通过NIC（网卡）208将结温发送至网络上的其他主机设备。 

[第一实施方式：LED结温测量装置的软件功能] 

图3为表示运算控制部110的功能框图。换言之，图3为表示LED结温测量装置101的软件功能框图。 

数据存储控制部301控制计时器112的启动和停止，并将计时器112启动时的第一发光强度信息作为第一发光强度的初始值、第二发光强度信息作为第二发光强度的初始值、以及温度信息，分别存储至第一发光强度信息初始值存储器302、第二发光强度信息初始值存储器 303、和温度信息存储器304。然后，将计时器112计时结束时的第一发光强度信息作为第一发光强度的终值、第二发光强度信息作为第二发光强度的终值，分别存储至第一发光强度信息终值存储器305、和第二发光强度信息终值存储器306。 

发光强度分布修正部307根据存储于温度信息存储器304的环境温度信息，对存储于非易失性存储器204的标准发光强度分布函数308进行修正。标准发光强度分布函数308中，包含有在UV-LED103的标准温度环境（以25℃为例）下、光波长和发光强度的分布的相关信息被近似为高斯函数时的系数。 

由于发光强度分布信息的形状与高斯函数相似，所以通过调整高斯函数的变量能够进行近似。 

初始发光强度运算部309，将存储于非易失性存储器204的有色玻璃滤镜透过率函数310，应用到发光强度分布修正部307输出的温度修正后的发光强度分布函数，计算出透过第一滤光器108后的UV-LED103的初始发光强度。初始发光强度可以通过对近似表达前述发光强度分布信息的高斯函数和第一滤光器108的近似函数的值进行积分来求得。 

第一除法器311，将存储于第一发光强度信息终值存储器305的第一发光强度的终值，除以存储于第一发光强度信息初始值存储器302的第一发光强度的初始值，计算出没有第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率。图3中，“实”表示除法运算的被除数，“法”表示除法运算的除数。 

第二除法器312，将存储于第二发光强度信息终值存储器306的第二发光强度的终值，除以存储于第二发光强度信息初始值存储器303的第二发光强度的初始值，计算出透过第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率。 

第三除法器313将来自第二除法器312的、透过第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率，除以来自第一除法器311的、没有第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率，根据紫外线的波长变长，计算出基于第一滤光器108的发光强度衰减率。 

根据将第三除法器313输出的、基于第一滤光器108的发光强度衰减率适用于初始发光强度运算部309输出的、透过第一滤光器108后的UV-LED103的初始发光强度得到的发光强度，变量拟合运算部314对发光强度分布修正部307输出的、经过温度修正的发光强度分布函数的各变量进行修正。具体地说，通过最小二乘法等求得发光强度分布函数的各变量。因为求得的变量中包含UV-LED103的峰值波长，所以能够求得经过一定时间后UV-LED103的结温的峰值波长λT。 

第四除法器315根据能隙公式，将赋予第一常数316的数值“1240”除以变量拟合运算部314输出的峰值波长λT，得到结温Tj的能隙值Eg(T)。 

结温运算部317根据Varshni经验公式，用赋予第二常数318的α、赋予第三常数319的β、和赋予第四常数320的Eg(0)，根据第四除法器315输出的结温Tj的能隙值Eg(T)，计算出结温Tj，并保存于结温存储器321。 

Varshni经验公式如以下方程（1）所示。 

【数学式1】 

$\mathrm{Eg}\left(T\right)=\mathrm{Eg}\left(0\right)-\frac{{\mathrm{\αT}}^2}{T+\mathrm{\β}}---\left(1\right)$

因为Eg(0)、α和β为依赖于半导体元件材料的常数，所以解上述方程（1）即得到T。 

[第一实施方式：LED结温测量装置101的操作] 

图4是表示LED结温测量装置101的操作流程的流程图。 

当处理过程开始时（S401），首先，数据存储控制部301通过A/D转换器107从热敏电阻109取得温度信息，存储于温度信息存储器304中（S402）。 

然后，数据存储控制部301在显示部111上显示测量准备工作已完成的信息（S403），并等待来自操作部113的操作信息（S404）。 

当从操作部113输出指示测量开始的操作信息时，数据存储控制部301接受该信息并启动计时器112（S405），通过A/D转换器107从第一光电二极管105得到第一发光强度信息，作为第一发光强度的初始值存储到第一发光强度信息初始值存储器302中，从第二光电二极 管106得到第二发光强度信息，作为第二发光强度的初始值存储到第二发光强度信息初始值存储器303中（S406）。 

数据存储控制部301等待计时器112结束5分钟计时（S407）。 

当计时器112结束5分钟计时（S407的YES）时，数据存储控制部301通过A/D转换器107从第一光电二极管105得到第一发光强度信息，作为第一发光强度的终值存储到第一发光强度信息终值存储器305中，从第二光电二极管106得到第二发光强度信息，作为第二发光强度的终值存储到第二发光强度信息终值存储器306中（S408）。 

因为此时全部的测量变量已齐备，所以运算控制部110进行结温运算处理（S409），将计算出的结温显示于显示部111（S410），结束一系列的处理（S411）。 

图5是表示运算控制部110的结温运算处理的操作流程的流程图。为图4的步骤S409的详情。 

当处理开始时（S501），第一除法器311将存储于第一发光强度信息终值存储器305的第一发光强度的终值，除以存储于第一发光强度信息初始值存储器302的第一发光强度的初始值，计算出没有第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率（S502）。 

第二除法器312将存储于第二发光强度信息终值存储器306的第二发光强度的终值，除以存储于第二发光强度信息初始值存储器303的第二发光强度的初始值，计算出透过第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率（S503）。 

第三除法器313将来自第二除法器312的、透过第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率，除以来自第一除法器311的、没有第一滤光器108的状态下UV-LED103的发光强度衰减率，根据紫外线的波长变长，计算出基于第一滤光器108的发光强度衰减率（S504）。 

发光强度分布修正部307根据存储于温度信息存储器304的环境温度信息，对标准发光强度分布函数308进行修正（S505）。 

接着，初始发光强度运算部309将有色玻璃滤镜透过率函数310适用于发光强度分布修正部307输出的、温度修正后的发光强度分布函数，计算出透过第一滤光器108后的UV-LED103的初始发光强度 （S506）。 

根据将第三除法器313输出的、基于第一滤光器108的发光强度衰减率适用于初始发光强度运算部309输出的、透过第一滤光器108后的UV-LED103的初始发光强度得到的发光强度，变量拟合运算部314对发光强度分布修正部307输出的、经过温度修正的发光强度分布函数的各变量进行修正。因为求得的变量中包含UV-LED103的峰值波长，所以能够求得经过一定时间后UV-LED103的结温的峰值波长λT（S507）。 

第四除法器315根据能隙公式，将数值“1240”除以变量拟合运算部314输出的峰值波长λT，得到结温Tj的能隙值Eg(T)（S508）。 

结温运算部317根据Varshni经验公式，从第四除法器315输出的结温Tj的能隙值Eg(T)计算出结温Tj，并保存于结温存储器321（S509），结束一系列的处理（S510）。 

从图3可以看出，图5中的步骤S502～S504的流程与S505～S506的流程各自独立。因此，执行的顺序可以相反，也可以同时进行。 

图6是表示UV-LED103的点亮时间与第一光电二极管105和第二光电二极管106的输出电压的变化的曲线。 

图7是表示UV-LED103发出的紫外线的波长与发光强度的关系，以及第一滤光器108的衰减特性的曲线。在图7中显示相当于标准发光强度分布函数308的25℃的发光强度曲线，和结温Tj上升时的发光强度曲线。 

因为第一光电二极管105和UV-LED103之间没有第一滤光器108，所以当UV-LED103点亮5分钟后，UV-LED103的结温上升引起的发光强度降低反映在第一光电二极管105的检出电压。 

另一方面，因为第二光电二极管106和UV-LED103之间有第一滤光器108，所以当UV-LED103点亮5分钟后，除了UV-LED103的结温上升引起的发光强度降低，如图7所示，伴随着结温的上升，紫外线的波长变长，第一滤光器108造成的衰减率变大。上述发光强度的降低和第一滤光器108引起的衰减率增加反映在第二光电二极管106的检出电压。 

第一发光强度信息初始值存储器302、第二发光强度信息初始值存 储器303、第一发光强度信息终值存储器305、第二发光强度信息终值存储器306、第一除法器311、第二除法器312、以及第三除法器313，利用第一光电二极管105和第二光电二极管106，根据对UV-LED103的发光开始时的检出电压、和经过5分钟后的检出电压进行测量得到的信息，计算出第一滤光器108产生的衰减率的增加。第一滤光器108产生的衰减率的增加，是由于紫外线的波长变化引起的现象。 

当UV-LED103发热、结温上升时，则存在于UV-LED103周围的物品也被加热。这些物品也包括散热片等。为了测量稳定的结温，不仅是UV-LED103自身发的热，还要考虑上述物品被加热，且达到热平衡的状态下，对结温进行测量。因此UV-LED103需要持续点亮，直到UV-LED103达到热平衡状态，这里比如为5分钟。 

图7中表示的UV-LED103在25℃时的发光强度曲线，类似于高斯函数的曲线。因此，调整高斯函数的系数，以其为标准发光强度分布函数308。 

由于UV-LED103的发光强度曲线近似于标准发光强度分布函数308，能够把发光强度的峰值波长用作函数的变量。 

图8是表示UV-LED103发出的紫外线的波长λ与能隙值Eg的关系的曲线。 

在波长λ与能隙值Eg之间，已知存在以下方程（2）所示的关系。 

Eg=1240/λ（2） 

因此，若知道峰值波长λ，则可求得能隙值Eg。 

图9是表示UV-LED103的结温Tj和能隙值Eg的关系的曲线。 

在结温Tj与能隙值Eg之间，已知存在前述Varshni经验公式所示的关系。 

因此，若知道能隙值Eg，则可求得结温Tj。 

一般来说，发光二极管的发光强度，如图6所示，随发光时间，即通电时间的增加而降低，在一定的发光强度下达到平衡。这是由于伴随通电，结温升高，发光效率下降而引起的。 

发光二极管发出的光，如图7所示，含有各种波长的光，其中发光强度最强的光的峰值波长，随结温的上升而向长波长一侧移动。 

第一光电二极管105不通过第一滤光器108而直接接受UV-LED 103发出的光，第一光电二极管105的第一发光强度信息为仅来自UV-LED103的信息。 

另一方面，第二光电二极管106通过第一滤光器108接受UV-LED103发出的光，第二光电二极管106的第二发光强度信息包含UV-LED103和第一滤光器108两者的信息。 

UV-LED103点亮的同时，计时器112启动，在计时器112的启动时刻，从第一光电二极管105得到第一发光强度信息的初始值，在计时器112测量到已经过规定时间后，从第一光电二极管105得到第一发光强度信息的终值。第一发光强度信息的终值除以第一发光强度信息的初始值所得的值，表示点亮后的UV-LED103的结温上升所引起的发光强度衰减率。 

同样，从第二光电二极管106得到第二发光强度信息的初始值和第二发光强度信息的终值。第二发光强度信息的终值除以第二发光强度信息的初始值所得的值，除点亮后的UV-LED103的结温上升引起的发光强度衰减率之外，还包括UV-LED103发出的光的波长向长波长一侧移动的信息。 

如图7所示，向长波长一侧移动的信息为表示由于UV-LED103结温的上升（从25℃向T℃），UV-LED103发出的光的波长向长波长一侧移动，透过第一滤光器108的光量的减少，即第二光电二极管106接受的光量的减少的衰减率。 

通过将从第二发光强度信息得到的衰减率除以从第一发光强度信息得到的衰减率，可得到仅由UV-LED103的结温上升而发出的光的波长向长波长一侧移动所引起的衰减率。 

将与发光强度分布非常近似的高斯函数等的函数，用作UV-LED103的相对于波长的发光强度分布，以透过第一滤光器108后的强度比与该衰减率一致为条件，计算出UV-LED103刚点亮的时与达到热平衡状态时的函数的变量。 

在计算出的函数变量中，包括UV-LED103的发光峰值波长，能得到UV-LED103刚点亮时与达到热平衡状态时的发光峰值波长。 

因为UV-LED103的发光峰值波长与UV-LED103的能隙值等价，所以将以nm为单位的发光峰值波长换算成以eV为单位的能隙值Eg。 

已知在UV-LED103的能隙值Eg与UV-LED103的结温Tj之间，Varshni经验公式成立，因此能够从UV-LED103的能隙值Eg计算UV-LED103的结温。 

[第二实施方式：LED结温测量装置的软件的整体结构] 

在前述的第一实施方式中，通过运算处理计算出UV-LED的结温Tj。 

与此不同，还有以下方法，即预先用表格保存相对于结温Tj的第一光电二极管105和第二光电二极管106的两端电压的比值，在实际测量中求得第一光电二极管105和第二光电二极管106的两端电压的比值，通过表格计算结温的近似值。 

图10是本实用新型第二实施方式的LED结温测量装置1001的整体结构图。 

图10所示的LED结温测量装置1001与图1所示的LED结温测量装置101的不同点在于，省略了热敏电阻109、和运算控制部1002中的计时器112，以及运算控制部1002不控制开关104这两点。 

图11为表示LED结温测量装置1001的硬件结构的框图。 

图11所示的LED结温测量装置1001与图2所示的LED结温测量装置101的不同点在于省略了热敏电阻109、RTC207和串行接口206。即，UV-LED103与LED结温测量装置1001的测量动作联动，不必由LED结温测量装置1001控制点亮。 

[第二实施方式：LED结温测量装置的软件功能] 

图12为表示本实用新型第二实施方式的LED结温测量装置1001的运算控制部1002的功能框图。换言之，图12为表示LED结温测量装置1001的软件功能框图。 

数据存储控制部301分别将第一发光强度信息作为第一发光强度值存入第一发光强度信息值存储器1203，将第二发光强度信息作为第二发光强度值存入第二发光强度信息值存储器1204。 

近似值运算部1201从第一发光强度信息值存储器1203读取第一发光强度值，从第二发光强度信息值存储器1204读取第二发光强度值，参照特性表1202，通过近似值运算计算出结温Tj，并存储于结温存储器321。 

图13为表示特性表1201的一例的图。图14为基于特性表1202的曲线。 

首先，参照图13，说明特性表1202的构成。 

特性表1202由发光强度比栏和结温栏构成。 

发光强度比栏中保存有第一发光强度值与第二发光强度值的比。 

结温栏中，如其名称所示，保存有结温Tj。 

特性表1202通过预先进行测量来制作。以下，说明用于制作特性表格1202的测量处理。 

（1）首先，准备具有与LED结温测量装置1001相同结构的特性表制作装置和热阻测量器。 

（2）接着，对UV-LED103通电使其发光，放置到结温Tj达到平衡状态为止，例如5分钟左右。 

（3）用第一光电二极管105和第二光电二极管106接受达到温度平衡状态的UV-LED103发出的光。然后取得第一光电二极管105的第一发光强度信息，即第一发光强度值，和第二光电二极管106的第二发光强度信息，即第二发光强度值。 

（4）使用热阻测量器测量UV-LED103的结温Tj。 

（5）在特性表1202中制作新的数据记录，将热阻测量器测得的结温Tj保存于结温栏，将发光强度比、即第一发光强度值÷第二发光强度值的值保存于发光强度比栏。 

（6）改变恒温槽的温度T，多次重复上述（1）至（5），将数据记录追加录入特性表1202，直到近似值运算的误差非常小为止。 

也可以用电压计测量第一光电二极管105的两端电压与第二光电二极管106的两端电压，并保存两端电压的比，来代替作为发光强度比栏中保存的发光强度比的计算根据的第一发光强度值和第二发光强度值。 

以下，参照图14，对表示发光强度比与结温的关系的曲线进行说明。 

由于特性表1202的制作需要时间还费事，而且在发光强度比与特性表1202的数据记录的值不一致时，还需要进行近似值运算来计算结 温Tj。 

本实用新型设计人经测试发现，虽然没有理论根据，但如果用二次函数拟合，则非常符合测量值。 

[第二实施方式：LED结温测量装置1001的操作] 

图15为表示LED结温测量装置1001的操作流程的流程图。 

当开始处理时（S1201），首先，数据存储控制部301通过A/D转换器107从第一光电二极管105取得第一发光强度信息，作为第一发光强度值存储于第一发光强度信息值存储器1203，并从第二光电二极管106取得第二发光强度信息，作为第二发光强度值存储于第二发光强度信息值存储器1204（S1202）。 

由于此时得到全部的测量变量，所以近似值运算部1201进行结温Tj的近似值运算处理（S1203），将计算出的结温显示于显示部111（S1204），至此结束一系列的处理（S1205）。 

由近似值运算部1201进行的近似值运算处理，不必非要进行使用函数拟合或插值运算的近似值运算。当特性表1202的数据记录数非常多时，可以不进行插值运算，而是导出最接近的发光强度比的记录值的结温Tj。 

对以上说明的实施方式，可以有以下应用例。 

（1）本实施方式中公开了用于测量UV-LED103结温的LED结温测量装置101和1001，但测量对象不限于UV-LED103。即使是可见光范围的LED或红外线LED，只要有对于LED发出的光的波长变化具有一定衰减特性的第一滤光器108，就可以与本实施方式一样进行结温测量。 

（2）第一滤光器108的特性不限于随着波长变长而透过率变小，相反，透过率也可以增大。 

（3）可使用一个光电二极管（将第一光电二极管105和第二光电二极管106合并），增加可插拔位于光电二极管正前方的第一滤光器108的结构，通过一个光电二极管来测量具有第一滤光器108时和不具有第一滤光器108时的发光强度。但是，在这种情形下，为避免测量误差，A/D转换器107的量子化速度最好尽量快，同时，第一滤光器108的可插拔结构的插拔速度也尽量快。 

（4）本实施方式的LED结温测量装置101和1001不限于测量单 个UV-LED103的结温，也可在测量密集地配置多个UV-LED103而成的LED阵列的结温时使用。 

（5）当UV-LED103的发光强度过强，第一光电二极管105的输出电流饱和时，在第一光电二极管105的前方，最好设置具有与紫外线波长无关的、固定透过率的滤光器。 

图1的第二滤光器114为具有不随入射光的波长变化的固定透过率的有色玻璃滤镜。通过在第一光电二极管105前方设置该第二滤光器114，防止第一光电二极管105的输出电流饱和。 

当第二光电二极管106的输出电流也同样出现饱和时，可以在第一滤光器108前方再设置第二滤光器114。 

（6）在将本实用新型第一实施方式的LED结温测量装置101保持于例如25℃的恒温环境下时，可省略热敏电阻109、温度信息存储器304、和发光强度分布修正部307。 

（7）由于UV-LED103发出的光，有时可能造成第一滤光器108发出荧光。由于使用的受光元件对荧光具有灵敏度时，也会拾取不必要的光信息，这种情形下，有时有必要并用能使UV-LED103发出的光透过、而挡住荧光的荧光截止滤光器。插入荧光截止滤光器的位置优选为在第一滤光器108与受光元件之间。 

以上列举的各种第一滤光器108为将玻璃本身着色而成的有色玻璃滤镜，但只要能满足上述条件，也可以使用将金属氧化物薄膜进行多层蒸镀得到的蒸发镀膜滤镜。 

（8）关于标准发光强度分布函数308，使用高斯函数作为拟合于UV-LED103的发光光谱的函数进行近似，但也可使用洛伦兹（Lorentz）函数和Voigt函数。 

在使用1个前述的高斯函数等对标准发光强度分布函数308进行拟合时，该函数以峰值波长为中心短波长一侧和长波长一侧对称，但为了更精确地对函数进行拟合，可以以峰值波长为中心在短波长一侧和长波长一侧改变函数的常数，或者，也可以使用不同函数进行拟合。进一步，也可用多个函数拟合UV-LED103产生的发光光谱进行近似。 

更进一步，为正确地表达UV-LED103的发光光谱，预先测量发光光谱后求得能对其良好拟合的函数，使用该函数也很有效。 

（9）本实用新型第一实施方式的LED结温测量装置101中用最小二乘法计算标准发光强度分布函数308包含的参数，但也可以用求解分析和回归分析来计算上述参数。 

（10）本实施方式的LED结温测量装置101和1001中，在第二光电二极管106的前方设置第一滤光器108，但也可以在第一光电二极管105的前方设置具有不同于第一滤光器108的透过特性的有色玻璃滤镜。 

（11）也可将本实施方式的LED结温测量装置101或1001设置于光照射装置内，根据从LED结温测量装置101得到的LED结温信息来控制光照射装置的操作。即，图1的运算控制部110根据计算出的LED结温信息控制恒流源102，使测量到的结温不超出规定值。 

（12）在第一和第二实施方式中，当发光二极管（UV-LED103）发出的光的波长随结温移动时，在两个受光元件（第一光电二极管105和第二光电二极管106）中的一方（第二光电二极管106），使用了透光量随波长变化的有色玻璃滤镜（第一滤光器108）。这是因为，两个受光元件的受光量的波长特性基本恒定，即使波长移动，受光量也不会产生大的变化。因此，为了检测波长的移动，需要使用受光量随波长的移动发生大的变化的有色玻璃滤镜。 

如果受光元件自身具有受光灵敏度随波长变化的特性，则能够以一个该受光元件来替换第一和第二实施方式的第二光电二极管106与第一滤光器108。很多受光元件具有受光灵敏度固定的波长区域，和受光灵敏度随波长变化的区域。受光灵敏度的波长特性从宏观上看大致近似于高斯函数。因此，通过积极利用受光元件原本为其弱点的、受光灵敏度低、受光灵敏度随波长变化的波长区域，能够实现第一和第二实施方式的结温测量装置101和1001。例如，使用从红外线区域到可见光区域受光的受光元件检测UV-LED103的发光光量。该受光元件虽然受光灵敏度低，但由于对于该受光元件，紫外线属于受光灵敏度随波长变化的波长区域，因此即使不使用有色玻璃滤镜，也能够作为信号检测到波长的移动。 

（13）波长的移动与结温有密切的联系。在第一和第二实施方式的结温测量装置101和1001中，关于结温引起的发光光谱的变化，使 用检测光量随发光光谱变化而变化的第一光传感器（第二光电二极管106和第一滤光器108），对于发光光谱的变化具有不同于所述第一光传感器的检测光量特性的第二光传感器（第一光电二极管105），以及根据所述第一光传感器输出的第一输出信号和所述第二光传感器输出的第二输出信号，计算发光二极管的结温的结温算出部（运算控制部110和1002），来测量结温。 

这里，检测光量随着发光光谱的变化而变化的第一光传感器，和对于发光光谱的变化具有不同于所述第一光传感器的检测光量特性的第二光传感器，以在要检测的结温的检测范围内，与结温对应的检测光量是唯一的为条件。相反，对于例如二次函数那样，与某检测光量对应的结温有两个以上的检测光量特性的光传感器，不适用本实用新型。 

本实施方式公开了LED结温测量装置101和1001。 

使用设置有对光的波长具有规定透过性的第一滤光器108的第二受光元件，和设置第一滤光器108的第一受光元件，检出UV-LED103的开始发光后的亮度、和从开始发光经过一定时间达到稳定状态时刻的亮度。根据以上数据，捕捉结温升高造成光波长向长波长一侧移动的现象，并计算结温。 

本实用新型第一实施方式的LED结温测量装置101根据发光强度和第一滤光器108的透过率，以及测量开始时的光源周围环境温度的信息，计算出LED的结温。该计算方法中没有必要设置热阻介入。因此，与热阻法相比能够高精度地计算出结温。 

另外，本实施方式的LED结温测量装置101的测量步骤远比ΔVf法简便，并且在短时间内即完成测量。 

本实用新型第二实施方式的LED结温测量装置1001根据发光强度，参照特性表1202，计算LED的结温。该计算方法能够以比第一实施方式的LED结温测量装置101更简便的测量步骤、且在短时间内计算出结温。 

如上所述，使用本实施方式的LED结温测量装置101或1001，能够以极其简单的测量步骤、在短时间内测量LED的结温，因此能够迅速优化LED产品的安装设计。例如，在测量的结温高于规定温度时， 有必要对安装于LED的散热片的设计进行修改，但与现有技术相比，能够精确且迅速地完成该设计的优化。 

以上对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型不限于上述实施方式，也包括不脱离权利要求记载的本实用新型宗旨的范畴内的其他变形例、应用例。 

例如，上述实施方式为便于理解本实用新型，详细且具体地说明了装置及系统的结构，但不必包括所说明的全部结构。 

上述各结构、功能、处理单元等，其部分或全部可以通过例如用集成电路进行设计等，由硬件来实现。另外，上述各结构、功能等也可以通过由处理器对实现各个功能的程序进行解释并执行的软件来实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息，可以保存在存储器、硬盘、SSD（固态硬盘）等的易失性或非易失性存储器，或IC卡、光碟等记录介质中。 

另外，控制线和信息线显示了对于说明有必要的部分，产品上不必表示全部控制线和信息线。实际上，可以认为几乎所有的结构均互相连接。 

Claims (10)

1.一种发光二极管结温测量装置，其特征在于，包括： 

第一光传感器，其检测光量随发光光谱的变化而变化； 

第二光传感器，其对于发光光谱的变化具有不同于所述第一光传感器的检测光量特性；以及 

结温计算部，其根据所述第一光传感器输出的第一输出信号，和所述第二光传感器输出的第二输出信号，计算发光二极管的结温。 

2.根据权利要求1所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于， 

所述第一光传感器包括 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号，和 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变， 

所述第二光传感器包括 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号， 

所述结温计算部包括 

计时器，其测量规定时间，和 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮的同时启动所述计时器，取得所述计时器启动时的、从所述第一受光元件得到的第一发光强度的初始值、和从所述第二受光元件得到的第二发光强度的初始值，然后，在所述计时器测量所述规定时间之后，再次取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度的终值、和从第二受光元件得到的第二发光强度的终值，计算出所述发光二极管的结温。 

3.根据权利要求2所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于，进一步包括 

温度传感器，其用于测量所述发光二极管周围的环境温度。 

4.根据权利要求3所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于， 

所述运算控制部利用所述第一发光强度的初始值和所述第二发光强度的初始值、以及所述第一发光强度的终值和所述第二发光强度的终值，求得所述发光二极管发出的光的波长移动量，并根据所述波长移动量计算出发光强度衰减率。 

5.根据权利要求4所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于，进一步包括 

第二滤光器，其具有固定的透过率，不随所述发光二极管的光波长而改变， 

所述第一受光元件通过所述第二滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号。 

6.根据权利要求1所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于， 

所述第一光传感器包括 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号，和 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变， 

所述第二光传感器包括 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号， 

所述结温计算部包括 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮后，取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度值，和从所述第二受光元件得到的第二发光强度值，计算出所述发光二极管的结温。 

7.根据权利要求6所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于， 

所述运算控制部参照特性表，从测量的所述第一发光强度值和所述第二发光强度值导出所述发光二极管的结温， 

所述特性表具有 

发光强度比栏，其保存所述第一发光强度值和所述第二发光强度值的比；和 

结温栏，其保存所述发光二极管的结温。 

8.根据权利要求7所述的发光二极管结温测量装置，其特征在于，进一步包括 

第二滤光器，其具有固定的透过率，不随所述发光二极管的光波长而改变， 

所述第一受光元件通过所述第二滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号。 

9.一种光照射装置，其特征在于，包括： 

发光二极管； 

电流源，其驱动所述发光二极管； 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号； 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变； 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号； 

计时器，其计算规定时间；以及 

运算控制部，其在点亮所述发光二极管的同时启动所述计时器，取得所述计时器的启动时的、从所述第一受光元件得到的第一发光强度的初始值、和从所述第二受光元件得到的第二发光强度的初始值，然后，在所述计时器测量所述规定时间之后，再次取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度的终值、和从第二受光元件得到的第二发光强度的终值，计算出所述发光二极管的结温，并根据所述结温控制所述电流源。 

10.一种光照射装置，其特征在于，包括： 

发光二极管； 

电流源，其驱动所述发光二极管； 

第一受光元件，其接受发光二极管的光并输出与光强度对应的信号； 

第一滤光器，其透过率随所述发光二极管的光的波长而改变； 

第二受光元件，其通过所述第一滤光器接受所述发光二极管的光，并输出与光强度对应的信号；以及 

运算控制部，其在所述发光二极管点亮后，取得从所述第一受光元件得到的第一发光强度值，和从所述第二受光元件得到的第二发光强度值，计算出所述发光二极管的结温，并根据所述结温控制所述电流源。