發光二極管結溫測量裝置和光照射裝置制造方法

發光二極管結溫測量裝置和光照射裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種發光二極管結溫測量裝置和一種光照射裝置，其在短時間內、以低工作量，來高精度地測量發光二極管的結溫。本實用新型的發光二極管結溫測量裝置中，用通過對光的波長具有規定透過性的第一濾光器108的第二受光元件，和不通過第一濾光器108的第一受光元件，檢出UV-LED103的發光剛剛開始后的亮度、和從發光開始后經過規定時間到達穩定狀態時刻的亮度。根據以上數據，捕捉由于結溫升高造成光波長向長波長一側移動的現象，并計算出結溫。
【專利說明】發光二極管結溫測量裝置和光照射裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種發光二極管的結溫測量裝置和一種光照射裝置。

【背景技術】
[0002]近年，為實現高性能的印刷裝置，對線形的高強度紫外線光源的需求不斷提高。本實用新型設計人為滿足上述需求，對將現有的紫外線發光二極管(以下簡稱為“UV-LED”;并將發光二極管簡稱為“LED”)高密度安裝成線形的產品進行開發和制造，并向顧客供應。
[0003]為獲得高強度的光，需要對LED流過大電流，但對LED流過大電流時作為發光部的PN結部會發熱。該PN結部的溫度被稱為結溫。若結溫上升，則LED的發光效率下降。進而，根據阿倫尼烏斯定律，若溫度上升10°C，則壽命減半，即結溫的上升縮短LED的使用壽命。若結溫超過上限值，則半導體元件損壞。
[0004]尤其是，在發出短波長光的藍光LED、UV-LED或以藍光LED和UV-LED為基礎制成的白光LED中，由于與紅光LED相比需要大電流，所以LED結溫的管理很重要。
[0005]在將LED收容進各種封裝中時，為了獲知封裝的散熱措施是否充分，或流過的電流能到多大程度，需要測量結溫。
[0006]與本實用新型相關的現有技術文獻如專利文獻I所示。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本實用新型專利公開第2006-66498號公報實用新型內容
[0010]一般，測量半導體元件的結溫的方法有Λ Vf法、熱阻法等。
[0011]在AVf法中，將作為測量對象的半導體元件放入恒溫槽中，在極短時間內流過標準正向電流(例如1mA)，測量半導體元件的電位差，即Vf。使恒溫槽的溫度緩慢上升，并多次進行該操作以進行測量，制作溫度(結溫)與電位差的曲線曲線。該方法的缺點是，在恒溫槽中保存半導體元件的時間長，多次測量Vf也繁瑣。
[0012]在熱阻法中，如果半導體元件供應方提供的半導體特性資料中有從PN結到半導體封裝的外部端子之間的熱阻和結溫的計算公式，通過測量半導體元件封裝的外部端子溫度，由計算來推測結溫。該方法與上述AVf法相比，能夠非常簡單地進行測量，但反過來也有誤差大的缺點。若將從熱源到熱計量工具之間存在的物體視為熱阻，在熱源開始發熱時，由于熱源發出的熱的一部分對溫度低的熱阻進行加熱，所以熱阻變大。熱源開始發熱后經過一定時間，由于熱源發出的熱的一部分使熱阻與熱源的溫度平衡，所以熱阻減小。如此，熱阻包括瞬態熱阻和穩態熱阻。因為熱阻值因構成熱阻的物質的體積變化而不均勻，所以誤差必然變大。另外，計算公式隨半導體元件供應方的不同而各異，在處理多種半導體元件時繁瑣。
[0013]本實用新型鑒于上述情況完成，其目的在于提供一種能短時間、簡便而高精度地測量發光二極管的結溫的發光二極管結溫測量裝置及一種光照射裝置。
[0014]為解決上述問題，本實用新型的發光二極管結溫測量裝置，包括:
[0015]第一光傳感器，其檢測光量隨發光光譜的變化而變化；
[0016]第二光傳感器，其對于發光光譜的變化具有不同于所述第一光傳感器的檢測光量特性；以及
[0017]結溫計算部，其根據所述第一光傳感器輸出的第一輸出信號，和所述第二光傳感器輸出的第二輸出信號，計算發光二極管的結溫。進一步地，在本實用新型第一種方式的發光二極管結溫測量裝置中，
[0018]所述第一光傳感器包括
[0019]第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號，和
[0020]第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變，
[0021 ] 所述第二光傳感器包括
[0022]第二受光元件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號，
[0023]所述結溫計算部包括
[0024]計時器，其測量規定時間；和
[0025]運算控制部，其在所述發光二極管點亮的同時啟動所述計時器，取得所述計時器啟動時的、從所述第一受光元件得到的第一發光強度的初始值、和從所述第二受光元件得到的第二發光強度的初始值，然后，在所述計時器測量所述規定時間之后，再次取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度的終值、和從第二受光元件得到的第二發光強度的終值，計算出所述發光二極管的結溫。
[0026]優選本實用新型上述的發光二極管結溫測量裝置進一步包括溫度傳感器，其用于測量所述發光二極管周圍的環境溫度。
[0027]優選在本實用新型上述的發光二極管結溫測量裝置中，所述運算控制部利用所述第一發光強度的初始值和所述第二發光強度的初始值、以及所述第一發光強度的終值和所述第二發光強度的終值，求得所述發光二極管發出的光的波長移動量，并根據所述波長移動量計算出發光強度衰減率。
[0028]優選本實用新型上述的發光二極管結溫測量裝置進一步包括第二濾光器，其具有固定的透過率，不隨所述發光二極管的光波長而改變，所述第一受光元件通過所述第二濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號。
[0029]本實用新型的光照射裝置，包括:
[0030]發光二極管；
[0031]電流源，其驅動所述發光二極管；
[0032]第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號；
[0033]第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變；
[0034]第二受光元件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號；
[0035]計時器，其計算規定時間；以及
[0036]運算控制部，其在點亮所述發光二極管的同時啟動所述計時器，取得所述計時器的啟動時的、從所述第一受光元件得到的第一發光強度的初始值、和從所述第二受光元件得到的第二發光強度的初始值，然后，在所述計時器測量所述規定時間之后，再次取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度的終值、和從第二受光元件得到的第二發光強度的終值，計算出所述發光二極管的結溫，并根據所述結溫控制所述電源。
[0037]在本實用新型第二種方式的發光二極管結溫測量裝置中，
[0038]所述第一光傳感器包括
[0039]第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號，和
[0040]第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變，
[0041 ] 所述第二光傳感器包括
[0042]第二受光元件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號，
[0043]所述結溫計算部包括
[0044]運算控制部，其在所述發光二極管點亮后，取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度值，和從所述第二受光元件得到的第二發光強度值，計算出所述發光二極管的結溫O
[0045]優選地，在上述的發光二極管結溫測量裝置中，所述運算控制部參照特性表，從所測量的所述第一發光強度值和所述第二發光強度值導出所述發光二極管的結溫；所述特性表具有發光強度比欄，其保存所述第一發光強度值和所述第二發光強度值的比；和結溫欄，其保存所述發光二極管的結溫。
[0046]優選地，上述的發光二極管結溫測量裝置進一步包括第二濾光器，其具有固定的透過率，不隨所述發光二極管的光波長而改變，所述第一受光元件通過所述第二濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號。
[0047]本實用新型第二種方式的光照射裝置，包括:
[0048]發光二極管；
[0049]電流源，其驅動所述發光二極管；
[0050]第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號；
[0051]第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變；
[0052]第二受光元件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號；以及
[0053]運算控制部，其在所述發光二極管點亮后，取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度值，和從所述第二受光元件得到的第二發光強度值，計算出所述發光二極管的結溫，并根據所述結溫控制所述電源。
[0054]根據本實用新型，能夠提供一種能短時間、簡便而高精度地測量發光二極管的結溫的發光二極管結溫測量裝置及一種光照射裝置。
[0055]上述內容之外的問題、構成以及效果，由以下的實施方式來進行說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為本實用新型的第一實施方式的LED結溫測量裝置的整體結構圖。
[0057]圖2表示LED結溫測量裝置的硬件結構的框圖。
[0058]圖3表示運算控制部的功能框圖。
[0059]圖4表示LED結溫測量裝置的工作流程的流程圖。
[0060]圖5表示運算控制部的結溫運算處理工作流程的流程圖。
[0061]圖6表不UV-LED的點亮時間，與第一光電二極管和第二光電二極管的輸出電壓的變化的曲線。
[0062]圖7表示UV-LED發出的紫外線的波長和發光強度的關系，以及有色玻璃濾鏡的透過特性的曲線。
[0063]圖8表示UV-LED發出的紫外線的波長λ與能隙值Eg的關系的曲線。
[0064]圖9表示UV-LED結溫Tj與能隙值Eg的關系的曲線。
[0065]圖10為本實用新型第二實施方式的LED結溫測量裝置的整體結構圖。
[0066]圖11表示本實用新型第二實施方式的LED結溫測量裝置的硬件結構的框圖。
[0067]圖12表示本實用新型的第二實施方式的LED結溫測量裝置的運算控制部的功能框圖。
[0068]圖13表不特性表的一個例子。
[0069]圖14表示基于特性表的曲線。
[0070]圖15表示LED結溫測量裝置的工作流程的流程圖。
[0071]附圖標記說明
[0072]101.LED結溫測量裝置，102.恒流源，103.UV-LED，104.開關，105.第一光電二極管，106.第二光電二極管，107.A/D轉換器，108.第一濾光器，109.熱敏電阻，110.運算控制部，111.顯示部，112.計時器，113.操作部，114.第二濾光器，201.CPU，202.R0M，203.RAM，204.非易失性存儲器，205.總線，206.串行接口，207.RTC，208.NIC，301.數據存儲控制部，302.第一發光強度信息初始值存儲器，303.第二發光強度信息初始值存儲器，304.溫度信息存儲器，305.第一發光強度信息的終值存儲器，306.第二發光強度信息的終值存儲器，307.發光強度分布修正部，308.標準發光強度分布函數，309.初始發光強度運算部，310.有色玻璃濾鏡透過率函數，311.第一除法器，312.第二除法器，313.第三除法器，314.變量擬合運算部，315.第四除法器，316.第一常數，317.結溫運算部，318.第二常數，319.第三常數，320.第四常數，321.結溫存儲器，1001.LED結溫測量裝置，1002.運算控制部，1201.近似值運算部，1202.特性表，1203.第一發光強度值存儲器，1204.第二發光強度值存儲器
[0073]

【具體實施方式】
[0074]本實施方式的發光二極管結溫測量裝置(以下簡稱為“LED結溫測量裝置”)，利用了 LED特有的“發光”現象。
[0075]當LED的結溫上升時，LED發出的光的波長向長波長一側移動。直接測量光的波長需要昂貴的裝置，但若使用隨波長透過率發生改變的濾鏡，則能夠通過只測量發光強度能容易地計算出結溫。
[0076][第一實施方式:LED結溫測量裝置的整體結構]
[0077]圖1是本實用新型的第一實施方式的LED結溫測量裝置的整體結構圖。
[0078]通過恒流源102發光的UV-LED103是結溫測量對象，通過開關104控制其發光。
[0079]將UV-LED103發出的光照射到稱為第一受光元件的第一光電二極管105、和稱為第二受光兀件的第二光電二極管106。需注意,受光兀件不限于光電二極管,也可為光電晶體管。
[0080]第一光電二極管105和第二光電二極管106接受UV-LED103發出的紫外線，所產生的光電流隨受光強度而變化。A/D轉換器107將第一光電二極管105和第二光電二極管106產生的光電流轉換成數字信息。
[0081]第一光電二極管105直接接受UV-LED103發出的紫外線。
[0082]在第二光電二極管106的受光面附近設置有第一濾光器108，第二光電二極管106通過第一濾光器108接受UV-LED103發出的紫外線。
[0083]在UV-LED103附近設置有稱為溫度傳感器的熱敏電阻109，用于測量周圍環境的溫度，該熱敏電阻109的電阻值也被A/D轉換器107轉換為數字信息。
[0084]第一濾光器108具有透過率隨入射紫外線的波長而改變的特定。作為一例，其為豪雅冠得光電股份有限公司(HOYACANDEOOPTRONI CS社)生產的U340有色玻璃濾鏡。此外還可使用該公司生產的U350、B440、B460、B480、L37、L38、L39等。
[0085]第一濾光器108對入射光的波長的透過特性如后述的圖7所示。
[0086]上述第一濾光器108可適用于UV-LED103的發光波長位于365nm附近的情形。當UV-LED103的發光波長改變時，需要另行選擇有色玻璃濾鏡，使第一濾光器108的透過率上升或下降的區域與UV-LED103的發光波長重合。為了準確地求得隨溫度上升的UV-LED103的發光波長的變化，優選第一濾光器108的透過率曲線的斜率比較大。
[0087]將A/D轉換器107所輸出的第一光電二極管105的第一發光強度信息、第二光電二極管106的第二發光強度信息、和熱敏電阻109的溫度信息提供給運算控制部110。由微型計算機(以下簡稱為“微電腦”)或個人電腦(以下簡稱為“PC”)構成的運算控制部110接受第一發光強度信息、第二發光強度信息和溫度信息，進行后述的運算處理，計算出UV-LED103的結溫，并顯示于顯示部111。
[0088]運算控制部110內置有計時器112，根據操作部113的操作指示控制開關104為0N，并啟動計時器112，在計時器112啟動的同時獲取第一發光強度信息、第二發光強度信息和溫度信息，然后在經過一定時間(例如，5分鐘)后再度獲取第一發光強度信息和第二發光強度信息。
[0089][第一實施方式:LED結溫測量裝置的硬件結構]
[0090]圖2為表示LED結溫測量裝置101的硬件結構的框圖。
[0091]由PC構成的LED結溫測量裝置101中，在總線205上，連接有CPU201、R0M202、RAM203、硬盤裝置等非易失性存儲器204、顯示部111、操作部113和A/D轉換器107。
[0092]在非易失性存儲器204中，存儲有使PC起到而成為LED結溫測量裝置101的程序，和LED結溫測量裝置101計算結溫測量對象UV-LED103的結溫所需要的數據等。
[0093]在上述的組成要件之外，在總線205上還連接有串行接口 206。串行接口 206控制開關 104 的 0N/0FF。
[0094]在總線205上還連接有實時時鐘(以下簡稱為“RTC”)207。RTC207輸出當前時間信息。程序通過從RTC207取得當前時間信息，來判斷預定時間的經過。S卩，利用RTC207和程序來實現計時器112的功能。
[0095]本實用新型的第一實施方式的LED結溫測量裝置101將最終計算出的UV-LED103的結溫顯示于顯示部111，但也可以通過NIC (網卡)208將結溫發送至網絡上的其他主機設備。
[0096][第一實施方式:LED結溫測量裝置的軟件功能]
[0097]圖3為表示運算控制部110的功能框圖。換言之，圖3為表示LED結溫測量裝置101的軟件功能框圖。
[0098]數據存儲控制部301控制計時器112的啟動和停止，并將計時器112啟動時的第一發光強度信息作為第一發光強度的初始值、第二發光強度信息作為第二發光強度的初始值、以及溫度信息，分別存儲至第一發光強度信息初始值存儲器302、第二發光強度信息初始值存儲器303、和溫度信息存儲器304。然后，將計時器112計時結束時的第一發光強度信息作為第一發光強度的終值、第二發光強度信息作為第二發光強度的終值，分別存儲至第一發光強度信息終值存儲器305、和第二發光強度信息終值存儲器306。
[0099]發光強度分布修正部307根據存儲于溫度信息存儲器304的環境溫度信息，對存儲于非易失性存儲器204的標準發光強度分布函數308進行修正。標準發光強度分布函數308中，包含有在UV-LED103的標準溫度環境(以25°C為例)下、光波長和發光強度的分布的相關信息被近似為高斯函數時的系數。
[0100]由于發光強度分布信息的形狀與高斯函數相似，所以通過調整高斯函數的變量能夠進行近似。
[0101]初始發光強度運算部309，將存儲于非易失性存儲器204的有色玻璃濾鏡透過率函數310，應用到發光強度分布修正部307輸出的溫度修正后的發光強度分布函數，計算出透過第一濾光器108后的UV-LED103的初始發光強度。初始發光強度可以通過對近似表達前述發光強度分布信息的高斯函數和第一濾光器108的近似函數的值進行積分來求得。
[0102]第一除法器311,將存儲于第一發光強度信息終值存儲器305的第一發光強度的終值，除以存儲于第一發光強度信息初始值存儲器302的第一發光強度的初始值，計算出沒有第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率。圖3中，“實”表示除法運算的被除數，“法”表示除法運算的除數。
[0103]第二除法器312，將存儲于第二發光強度信息終值存儲器306的第二發光強度的終值，除以存儲于第二發光強度信息初始值存儲器303的第二發光強度的初始值，計算出透過第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率。
[0104]第三除法器313將來自第二除法器312的、透過第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率，除以來自第一除法器311的、沒有第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率，根據紫外線的波長變長，計算出基于第一濾光器108的發光強度衰減率。
[0105]根據將第三除法器313輸出的、基于第一濾光器108的發光強度衰減率適用于初始發光強度運算部309輸出的、透過第一濾光器108后的UV-LED103的初始發光強度得到的發光強度，變量擬合運算部314對發光強度分布修正部307輸出的、經過溫度修正的發光強度分布函數的各變量進行修正。具體地說，通過最小二乘法等求得發光強度分布函數的各變量。因為求得的變量中包含UV-LED103的峰值波長，所以能夠求得經過一定時間后UV-LED103的結溫的峰值波長λΤ。
[0106]第四除法器315根據能隙公式，將賦予第一常數316的數值“ 1240”除以變量擬合運算部314輸出的峰值波長λ Τ，得到結溫Tj的能隙值Eg⑴。
[0107]結溫運算部317根據Varshni經驗公式，用賦予第二常數318的α、賦予第三常數319的β、和賦予第四常數320的Eg(O)，根據第四除法器315輸出的結溫Tj的能隙值Eg(T)，計算出結溫Tj，并保存于結溫存儲器321。
[0108]Varshni經驗公式如以下方程(I)所示。
[0109]【數學式I】
[oho] Hg(T)^Kg(O)...(I)

Τ + β
[0111]因為Eg(O)、α和β為依賴于半導體元件材料的常數，所以解上述方程(I)即得到Τ。
[0112][第一實施方式:LED結溫測量裝置101的操作]
[0113]圖4是表示LED結溫測量裝置101的操作流程的流程圖。
[0114]當處理過程開始時(S401 )，首先，數據存儲控制部301通過A/D轉換器107從熱敏電阻109取得溫度信息，存儲于溫度信息存儲器304中(S402)。
[0115]然后，數據存儲控制部301在顯示部111上顯示測量準備工作已完成的信息(S403)，并等待來自操作部113的操作信息(S404)。
[0116]當從操作部113輸出指示測量開始的操作信息時，數據存儲控制部301接受該信息并啟動計時器112 (S405)，通過A/D轉換器107從第一光電二極管105得到第一發光強度信息，作為第一發光強度的初始值存儲到第一發光強度信息初始值存儲器302中，從第二光電二極管106得到第二發光強度信息，作為第二發光強度的初始值存儲到第二發光強度信息初始值存儲器303中(S406)。
[0117]數據存儲控制部301等待計時器112結束5分鐘計時(S407)。
[0118]當計時器112結束5分鐘計時(S407的YES)時，數據存儲控制部301通過A/D轉換器107從第一光電二極管105得到第一發光強度信息，作為第一發光強度的終值存儲到第一發光強度信息終值存儲器305中，從第二光電二極管106得到第二發光強度信息,作為第二發光強度的終值存儲到第二發光強度信息終值存儲器306中(S408)。
[0119]因為此時全部的測量變量已齊備，所以運算控制部110進行結溫運算處理(S409)，將計算出的結溫顯示于顯示部111 (S410)，結束一系列的處理(S411)。
[0120]圖5是表示運算控制部110的結溫運算處理的操作流程的流程圖。為圖4的步驟S409的詳情。
[0121]當處理開始時(S501)，第一除法器311將存儲于第一發光強度信息終值存儲器305的第一發光強度的終值，除以存儲于第一發光強度信息初始值存儲器302的第一發光強度的初始值，計算出沒有第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率(S502)。
[0122]第二除法器312將存儲于第二發光強度信息終值存儲器306的第二發光強度的終值，除以存儲于第二發光強度信息初始值存儲器303的第二發光強度的初始值，計算出透過第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率(S503)。
[0123]第三除法器313將來自第二除法器312的、透過第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率，除以來自第一除法器311的、沒有第一濾光器108的狀態下UV-LED103的發光強度衰減率，根據紫外線的波長變長，計算出基于第一濾光器108的發光強度衰減率(S504)。
[0124]發光強度分布修正部307根據存儲于溫度信息存儲器304的環境溫度信息,對標準發光強度分布函數308進行修正(S505)。
[0125]接著，初始發光強度運算部309將有色玻璃濾鏡透過率函數310適用于發光強度分布修正部307輸出的、溫度修正后的發光強度分布函數,計算出透過第一濾光器108后的UV-LED103的初始發光強度(S506)。
[0126]根據將第三除法器313輸出的、基于第一濾光器108的發光強度衰減率適用于初始發光強度運算部309輸出的、透過第一濾光器108后的UV-LED103的初始發光強度得到的發光強度，變量擬合運算部314對發光強度分布修正部307輸出的、經過溫度修正的發光強度分布函數的各變量進行修正。因為求得的變量中包含UV-LED103的峰值波長，所以能夠求得經過一定時間后UV-LED103的結溫的峰值波長λ T (S507)。
[0127]第四除法器315根據能隙公式，將數值“1240”除以變量擬合運算部314輸出的峰值波長λ Τ，得到結溫Tj的能隙值Eg(T) (S508)。
[0128]結溫運算部317根據Varshni經驗公式，從第四除法器315輸出的結溫Tj的能隙值Eg(T)計算出結溫Tj，并保存于結溫存儲器321 (3509)，結束一系列的處理(5510)。
[0129]從圖3可以看出，圖5中的步驟S502?S504的流程與S505?S506的流程各自獨立。因此，執行的順序可以相反，也可以同時進行。
[0130]圖6是表示UV-LED103的點亮時間與第一光電二極管105和第二光電二極管106的輸出電壓的變化的曲線。
[0131]圖7是表示UV-LED103發出的紫外線的波長與發光強度的關系，以及第一濾光器108的衰減特性的曲線。在圖7中顯示相當于標準發光強度分布函數308的25°C的發光強度曲線，和結溫Tj上升時的發光強度曲線。
[0132]因為第一光電二極管105和UV-LED103之間沒有第一濾光器108，所以當UV-LED103點亮5分鐘后，UV-LED103的結溫上升引起的發光強度降低反映在第一光電二極管105的檢出電壓。
[0133]另一方面，因為第二光電二極管106和UV-LED103之間有第一濾光器108，所以當UV-LED103點亮5分鐘后，除了 UV-LED103的結溫上升引起的發光強度降低，如圖7所示，伴隨著結溫的上升，紫外線的波長變長，第一濾光器108造成的衰減率變大。上述發光強度的降低和第一濾光器108引起的衰減率增加反映在第二光電二極管106的檢出電壓。
[0134]第一發光強度信息初始值存儲器302、第二發光強度信息初始值存儲器303、第一發光強度信息終值存儲器305、第二發光強度信息終值存儲器306、第一除法器311、第二除法器312、以及第三除法器313，利用第一光電二極管105和第二光電二極管106，根據對UV-LED103的發光開始時的檢出電壓、和經過5分鐘后的檢出電壓進行測量得到的信息，計算出第一濾光器108產生的衰減率的增加。第一濾光器108產生的衰減率的增加，是由于紫外線的波長變化引起的現象。
[0135]當UV-LED103發熱、結溫上升時，則存在于UV-LED103周圍的物品也被加熱。這些物品也包括散熱片等。為了測量穩定的結溫，不僅是UV-LED103自身發的熱，還要考慮上述物品被加熱，且達到熱平衡的狀態下，對結溫進行測量。因此UV-LED103需要持續點亮，直到UV-LED103達到熱平衡狀態，這里比如為5分鐘。
[0136]圖7中表示的UV-LED103在25°C時的發光強度曲線，類似于高斯函數的曲線。因此，調整高斯函數的系數，以其為標準發光強度分布函數308。
[0137]由于UV-LED103的發光強度曲線近似于標準發光強度分布函數308,能夠把發光強度的峰值波長用作函數的變量。
[0138]圖8是表示UV-LED103發出的紫外線的波長λ與能隙值Eg的關系的曲線。
[0139]在波長λ與能隙值Eg之間，已知存在以下方程(2)所示的關系。
[0140]Eg=1240/A (2)
[0141]因此，若知道峰值波長λ，則可求得能隙值Eg。
[0142]圖9是表示UV-LED103的結溫Tj和能隙值Eg的關系的曲線。
[0143]在結溫Tj與能隙值Eg之間，已知存在前述Varshni經驗公式所示的關系。
[0144]因此，若知道能隙值Eg，則可求得結溫Tj。
[0145]一般來說，發光二極管的發光強度，如圖6所示，隨發光時間，即通電時間的增加而降低，在一定的發光強度下達到平衡。這是由于伴隨通電，結溫升高，發光效率下降而引起的。
[0146]發光二極管發出的光,如圖7所不,含有各種波長的光,其中發光強度最強的光的峰值波長，隨結溫的上升而向長波長一側移動。
[0147]第一光電二極管105不通過第一濾光器108而直接接受UV-LED 103發出的光,第一光電二極管105的第一發光強度信息為僅來自UV-LED103的信息。
[0148]另一方面,第二光電二極管106通過第一濾光器108接受UV-LED103發出的光,第二光電二極管106的第二發光強度信息包含UV-LED103和第一濾光器108兩者的信息。
[0149]UV-LED103點亮的同時，計時器112啟動，在計時器112的啟動時刻，從第一光電二極管105得到第一發光強度信息的初始值，在計時器112測量到已經過規定時間后，從第一光電二極管105得到第一發光強度信息的終值。第一發光強度信息的終值除以第一發光強度信息的初始值所得的值，表示點亮后的UV-LED103的結溫上升所引起的發光強度衰減率。
[0150]同樣，從第二光電二極管106得到第二發光強度信息的初始值和第二發光強度信息的終值。第二發光強度信息的終值除以第二發光強度信息的初始值所得的值，除點亮后的UV-LED103的結溫上升引起的發光強度衰減率之外，還包括UV-LED103發出的光的波長向長波長一側移動的信息。
[0151]如圖7所不，向長波長一側移動的信息為表不由于UV-LED103結溫的上升(從25°C向T°C)，UV-LED103發出的光的波長向長波長一側移動，透過第一濾光器108的光量的減少，即第二光電二極管106接受的光量的減少的衰減率。
[0152]通過將從第二發光強度信息得到的衰減率除以從第一發光強度信息得到的衰減率，可得到僅由UV-LED103的結溫上升而發出的光的波長向長波長一側移動所引起的裳減率。
[0153]將與發光強度分布非常近似的高斯函數等的函數，用作UV-LED103的相對于波長的發光強度分布，以透過第一濾光器108后的強度比與該衰減率一致為條件，計算出UV-LED103剛點亮的時與達到熱平衡狀態時的函數的變量。
[0154]在計算出的函數變量中，包括UV-LED103的發光峰值波長，能得到UV-LED103剛點亮時與達到熱平衡狀態時的發光峰值波長。
[0155]因為UV-LED103的發光峰值波長與UV-LED103的能隙值等價，所以將以nm為單位的發光峰值波長換算成以eV為單位的能隙值Eg。
[0156]已知在UV-LED103的能隙值Eg與UV-LED103的結溫Tj之間，Varshni經驗公式成立，因此能夠從UV-LED103的能隙值Eg計算UV-LED103的結溫。
[0157][第二實施方式:LED結溫測量裝置的軟件的整體結構]
[0158]在前述的第一實施方式中，通過運算處理計算出UV-LED的結溫Tj。
[0159]與此不同，還有以下方法，即預先用表格保存相對于結溫Tj的第一光電二極管105和第二光電二極管106的兩端電壓的比值，在實際測量中求得第一光電二極管105和第二光電二極管106的兩端電壓的比值，通過表格計算結溫的近似值。
[0160]圖10是本實用新型第二實施方式的LED結溫測量裝置1001的整體結構圖。
[0161]圖10所示的LED結溫測量裝置1001與圖1所示的LED結溫測量裝置101的不同點在于，省略了熱敏電阻109、和運算控制部1002中的計時器112，以及運算控制部1002不控制開關104這兩點。
[0162]圖11為表示LED結溫測量裝置1001的硬件結構的框圖。
[0163]圖11所示的LED結溫測量裝置1001與圖2所示的LED結溫測量裝置101的不同點在于省略了熱敏電阻109、RTC207和串行接口 206。S卩，UV-LED103與LED結溫測量裝置1001的測量動作聯動，不必由LED結溫測量裝置1001控制點亮。
[0164][第二實施方式:LED結溫測量裝置的軟件功能]
[0165]圖12為表示本實用新型第二實施方式的LED結溫測量裝置1001的運算控制部1002的功能框圖。換言之，圖12為表示LED結溫測量裝置1001的軟件功能框圖。
[0166]數據存儲控制部301分別將第一發光強度信息作為第一發光強度值存入第一發光強度信息值存儲器1203,將第二發光強度信息作為第二發光強度值存入第二發光強度信息值存儲器1204。
[0167]近似值運算部1201從第一發光強度信息值存儲器1203讀取第一發光強度值，從第二發光強度信息值存儲器1204讀取第二發光強度值，參照特性表1202，通過近似值運算計算出結溫Tj，并存儲于結溫存儲器321。
[0168]圖13為表示特性表1201的一例的圖。圖14為基于特性表1202的曲線。
[0169]首先，參照圖13，說明特性表1202的構成。
[0170]特性表1202由發光強度比欄和結溫欄構成。
[0171 ] 發光強度比欄中保存有第一發光強度值與第二發光強度值的比。
[0172]結溫欄中，如其名稱所示，保存有結溫Tj。
[0173]特性表1202通過預先進行測量來制作。以下，說明用于制作特性表格1202的測量處理。
[0174](I)首先，準備具有與LED結溫測量裝置1001相同結構的特性表制作裝置和熱阻測量器。
[0175](2)接著，對UV-LED103通電使其發光，放置到結溫Tj達到平衡狀態為止，例如5分鐘左右。
[0176](3)用第一光電二極管105和第二光電二極管106接受達到溫度平衡狀態的UV-LED103發出的光。然后取得第一光電二極管105的第一發光強度信息，即第一發光強度值，和第二光電二極管106的第二發光強度信息，即第二發光強度值。
[0177](4)使用熱阻測量器測量UV-LED103的結溫Tj。
[0178](5)在特性表1202中制作新的數據記錄，將熱阻測量器測得的結溫Tj保存于結溫欄，將發光強度比、即第一發光強度值+第二發光強度值的值保存于發光強度比欄。
[0179](6)改變恒溫槽的溫度T，多次重復上述(I)至(5)，將數據記錄追加錄入特性表1202,直到近似值運算的誤差非常小為止。
[0180]也可以用電壓計測量第一光電二極管105的兩端電壓與第二光電二極管106的兩端電壓，并保存兩端電壓的比，來代替作為發光強度比欄中保存的發光強度比的計算根據的第一發光強度值和第二發光強度值。
[0181]以下，參照圖14，對表示發光強度比與結溫的關系的曲線進行說明。
[0182]由于特性表1202的制作需要時間還費事，而且在發光強度比與特性表1202的數據記錄的值不一致時，還需要進行近似值運算來計算結溫Tj。
[0183]本實用新型設計人經測試發現，雖然沒有理論根據，但如果用二次函數擬合，則非常符合測量值。
[0184][第二實施方式:LED結溫測量裝置1001的操作]
[0185]圖15為表示LED結溫測量裝置1001的操作流程的流程圖。
[0186]當開始處理時(S1201)，首先，數據存儲控制部301通過A/D轉換器107從第一光電二極管105取得第一發光強度信息,作為第一發光強度值存儲于第一發光強度信息值存儲器1203,并從第二光電二極管106取得第二發光強度信息,作為第二發光強度值存儲于第二發光強度信息值存儲器1204 (S1202)。
[0187]由于此時得到全部的測量變量，所以近似值運算部1201進行結溫Tj的近似值運算處理(S1203)，將計算出的結溫顯示于顯示部111 (S1204)，至此結束一系列的處理(S1205)。
[0188]由近似值運算部1201進行的近似值運算處理，不必非要進行使用函數擬合或插值運算的近似值運算。當特性表1202的數據記錄數非常多時，可以不進行插值運算，而是導出最接近的發光強度比的記錄值的結溫Tj。
[0189]對以上說明的實施方式，可以有以下應用例。
[0190](I)本實施方式中公開了用于測量UV-LED103結溫的LED結溫測量裝置101和1001，但測量對象不限于UV-LED103。即使是可見光范圍的LED或紅外線LED，只要有對于LED發出的光的波長變化具有一定衰減特性的第一濾光器108，就可以與本實施方式一樣進行結溫測量。
[0191](2)第一濾光器108的特性不限于隨著波長變長而透過率變小，相反，透過率也可以增大。
[0192](3)可使用一個光電二極管(將第一光電二極管105和第二光電二極管106合并)，增加可插拔位于光電二極管正前方的第一濾光器108的結構，通過一個光電二極管來測量具有第一濾光器108時和不具有第一濾光器108時的發光強度。但是，在這種情形下，為避免測量誤差，A/D轉換器107的量子化速度最好盡量快，同時，第一濾光器108的可插拔結構的插拔速度也盡量快。
[0193](4)本實施方式的LED結溫測量裝置101和1001不限于測量單個UV-LED103的結溫，也可在測量密集地配置多個UV-LED103而成的LED陣列的結溫時使用。
[0194](5)當UV-LED103的發光強度過強，第一光電二極管105的輸出電流飽和時，在第一光電二極管105的前方，最好設置具有與紫外線波長無關的、固定透過率的濾光器。
[0195]圖1的第二濾光器114為具有不隨入射光的波長變化的固定透過率的有色玻璃濾鏡。通過在第一光電二極管105前方設置該第二濾光器114,防止第一光電二極管105的輸出電流飽和。
[0196]當第二光電二極管106的輸出電流也同樣出現飽和時，可以在第一濾光器108前方再設置第二濾光器114。
[0197](6)在將本實用新型第一實施方式的LED結溫測量裝置101保持于例如25°C的恒溫環境下時，可省略熱敏電阻109、溫度信息存儲器304、和發光強度分布修正部307。
[0198](7)由于UV-LED103發出的光，有時可能造成第一濾光器108發出熒光。由于使用的受光元件對熒光具有靈敏度時，也會拾取不必要的光信息，這種情形下，有時有必要并用能使UV-LED103發出的光透過、而擋住熒光的熒光截止濾光器。插入熒光截止濾光器的位置優選為在第一濾光器108與受光兀件之間。
[0199]以上列舉的各種第一濾光器108為將玻璃本身著色而成的有色玻璃濾鏡，但只要能滿足上述條件，也可以使用將金屬氧化物薄膜進行多層蒸鍍得到的蒸發鍍膜濾鏡。
[0200](8)關于標準發光強度分布函數308，使用高斯函數作為擬合于UV-LED103的發光光譜的函數進行近似，但也可使用洛倫茲(Lorentz)函數和Voigt函數。
[0201]在使用I個前述的高斯函數等對標準發光強度分布函數308進行擬合時，該函數以峰值波長為中心短波長一側和長波長一側對稱，但為了更精確地對函數進行擬合，可以以峰值波長為中心在短波長一側和長波長一側改變函數的常數，或者，也可以使用不同函數進行擬合。進一步，也可用多個函數擬合UV-LED103產生的發光光譜進行近似。
[0202]更進一步，為正確地表達UV-LED103的發光光譜，預先測量發光光譜后求得能對其良好擬合的函數，使用該函數也很有效。
[0203](9)本實用新型第一實施方式的LED結溫測量裝置101中用最小二乘法計算標準發光強度分布函數308包含的參數，但也可以用求解分析和回歸分析來計算上述參數。
[0204](10)本實施方式的LED結溫測量裝置101和1001中，在第二光電二極管106的前方設置第一濾光器108,但也可以在第一光電二極管105的前方設置具有不同于第一濾光器108的透過特性的有色玻璃濾鏡。
[0205](11)也可將本實施方式的LED結溫測量裝置101或1001設置于光照射裝置內，根據從LED結溫測量裝置101得到的LED結溫信息來控制光照射裝置的操作。即，圖1的運算控制部110根據計算出的LED結溫信息控制恒流源102，使測量到的結溫不超出規定值。
[0206](12)在第一和第二實施方式中，當發光二極管(UV-LED103)發出的光的波長隨結溫移動時，在兩個受光兀件(第一光電二極管105和第二光電二極管106)中的一方(第二光電二極管106)，使用了透光量隨波長變化的有色玻璃濾鏡(第一濾光器108)。這是因為，兩個受光元件的受光量的波長特性基本恒定，即使波長移動，受光量也不會產生大的變化。因此，為了檢測波長的移動，需要使用受光量隨波長的移動發生大的變化的有色玻璃濾鏡。
[0207]如果受光元件自身具有受光靈敏度隨波長變化的特性，則能夠以一個該受光元件來替換第一和第二實施方式的第二光電二極管106與第一濾光器108。很多受光兀件具有受光靈敏度固定的波長區域，和受光靈敏度隨波長變化的區域。受光靈敏度的波長特性從宏觀上看大致近似于高斯函數。因此，通過積極利用受光元件原本為其弱點的、受光靈敏度低、受光靈敏度隨波長變化的波長區域，能夠實現第一和第二實施方式的結溫測量裝置101和1001。例如，使用從紅外線區域到可見光區域受光的受光元件檢測UV-LED103的發光光量。該受光元件雖然受光靈敏度低，但由于對于該受光元件，紫外線屬于受光靈敏度隨波長變化的波長區域，因此即使不使用有色玻璃濾鏡，也能夠作為信號檢測到波長的移動。
[0208](13)波長的移動與結溫有密切的聯系。在第一和第二實施方式的結溫測量裝置101和1001中，關于結溫引起的發光光譜的變化，使用檢測光量隨發光光譜變化而變化的第一光傳感器(第二光電二極管106和第一濾光器108)，對于發光光譜的變化具有不同于所述第一光傳感器的檢測光量特性的第二光傳感器(第一光電二極管105),以及根據所述第一光傳感器輸出的第一輸出信號和所述第二光傳感器輸出的第二輸出信號，計算發光二極管的結溫的結溫算出部(運算控制部110和1002)，來測量結溫。
[0209]這里，檢測光量隨著發光光譜的變化而變化的第一光傳感器，和對于發光光譜的變化具有不同于所述第一光傳感器的檢測光量特性的第二光傳感器，以在要檢測的結溫的檢測范圍內，與結溫對應的檢測光量是唯一的為條件。相反，對于例如二次函數那樣，與某檢測光量對應的結溫有兩個以上的檢測光量特性的光傳感器，不適用本實用新型。
[0210]本實施方式公開了 LED結溫測量裝置101和1001。
[0211]使用設置有對光的波長具有規定透過性的第一濾光器108的第二受光元件，和設置第一濾光器108的第一受光兀件,檢出UV-LED103的開始發光后的亮度、和從開始發光經過一定時間達到穩定狀態時刻的亮度。根據以上數據，捕捉結溫升高造成光波長向長波長一側移動的現象，并計算結溫。
[0212]本實用新型第一實施方式的LED結溫測量裝置101根據發光強度和第一濾光器108的透過率，以及測量開始時的光源周圍環境溫度的信息，計算出LED的結溫。該計算方法中沒有必要設置熱阻介入。因此，與熱阻法相比能夠高精度地計算出結溫。
[0213]另外，本實施方式的LED結溫測量裝置101的測量步驟遠比AVf法簡便，并且在短時間內即完成測量。
[0214]本實用新型第二實施方式的LED結溫測量裝置1001根據發光強度，參照特性表1202，計算LED的結溫。該計算方法能夠以比第一實施方式的LED結溫測量裝置101更簡便的測量步驟、且在短時間內計算出結溫。
[0215]如上所述，使用本實施方式的LED結溫測量裝置101或1001，能夠以極其簡單的測量步驟、在短時間內測量LED的結溫，因此能夠迅速優化LED產品的安裝設計。例如，在測量的結溫高于規定溫度時，有必要對安裝于LED的散熱片的設計進行修改，但與現有技術相比，能夠精確且迅速地完成該設計的優化。
[0216]以上對本實用新型的實施方式進行了說明，但本實用新型不限于上述實施方式，也包括不脫離權利要求記載的本實用新型宗旨的范疇內的其他變形例、應用例。
[0217]例如，上述實施方式為便于理解本實用新型，詳細且具體地說明了裝置及系統的結構，但不必包括所說明的全部結構。
[0218]上述各結構、功能、處理單元等，其部分或全部可以通過例如用集成電路進行設計等，由硬件來實現。另外，上述各結構、功能等也可以通過由處理器對實現各個功能的程序進行解釋并執行的軟件來實現。實現各功能的程序、表格、文件等信息，可以保存在存儲器、硬盤、SSD (固態硬盤)等的易失性或非易失性存儲器，或IC卡、光碟等記錄介質中。
[0219]另外，控制線和信息線顯示了對于說明有必要的部分，產品上不必表示全部控制線和信息線。實際上，可以認為幾乎所有的結構均互相連接。
【權利要求】
1.一種發光二極管結溫測量裝置，其特征在于，包括: 第一光傳感器，其檢測光量隨發光光譜的變化而變化； 第二光傳感器，其對于發光光譜的變化具有不同于所述第一光傳感器的檢測光量特性；以及 結溫計算部，其根據所述第一光傳感器輸出的第一輸出信號，和所述第二光傳感器輸出的第二輸出信號，計算發光二極管的結溫。
2.根據權利要求1所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于， 所述第一光傳感器包括 第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號，和 第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變， 所述第二光傳感器包括 第二受光兀件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號， 所述結溫計算部包括 計時器，其測量規定時間，和 運算控制部，其在所述發光二極管點亮的同時啟動所述計時器，取得所述計時器啟動時的、從所述第一受光元件得到的第一發光強度的初始值、和從所述第二受光元件得到的第二發光強度的初始值，然后，在所述計時器測量所述規定時間之后，再次取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度的終值、和從第二受光元件得到的第二發光強度的終值，計算出所述發光二極管的結溫。
3.根據權利要求2所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于，進一步包括 溫度傳感器，其用于測量所述發光二極管周圍的環境溫度。
4.根據權利要求3所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于， 所述運算控制部利用所述第一發光強度的初始值和所述第二發光強度的初始值、以及所述第一發光強度的終值和所述第二發光強度的終值，求得所述發光二極管發出的光的波長移動量，并根據所述波長移動量計算出發光強度衰減率。
5.根據權利要求4所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于，進一步包括 第二濾光器，其具有固定的透過率，不隨所述發光二極管的光波長而改變， 所述第一受光元件通過所述第二濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號。
6.根據權利要求1所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于， 所述第一光傳感器包括 第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號，和 第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變， 所述第二光傳感器包括 第二受光兀件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號， 所述結溫計算部包括 運算控制部，其在所述發光二極管點亮后，取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度值，和從所述第二受光元件得到的第二發光強度值，計算出所述發光二極管的結溫。
7.根據權利要求6所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于， 所述運算控制部參照特性表，從測量的所述第一發光強度值和所述第二發光強度值導出所述發光二極管的結溫， 所述特性表具有 發光強度比欄，其保存所述第一發光強度值和所述第二發光強度值的比；和 結溫欄，其保存所述發光二極管的結溫。
8.根據權利要求7所述的發光二極管結溫測量裝置，其特征在于，進一步包括 第二濾光器，其具有固定的透過率，不隨所述發光二極管的光波長而改變， 所述第一受光元件通過所述第二濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號。
9.一種光照射裝置，其特征在于，包括: 發光二極管； 電流源，其驅動所述發光二極管； 第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號； 第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變； 第二受光兀件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號； 計時器，其計算規定時間；以及 運算控制部，其在點亮所述發光二極管的同時啟動所述計時器，取得所述計時器的啟動時的、從所述第一受光元件得到的第一發光強度的初始值、和從所述第二受光元件得到的第二發光強度的初始值，然后，在所述計時器測量所述規定時間之后，再次取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度的終值、和從第二受光元件得到的第二發光強度的終值，計算出所述發光二極管的結溫，并根據所述結溫控制所述電流源。
10.一種光照射裝置，其特征在于，包括: 發光二極管； 電流源，其驅動所述發光二極管； 第一受光元件，其接受發光二極管的光并輸出與光強度對應的信號； 第一濾光器，其透過率隨所述發光二極管的光的波長而改變； 第二受光兀件，其通過所述第一濾光器接受所述發光二極管的光，并輸出與光強度對應的信號；以及 運算控制部，其在所述發光二極管點亮后，取得從所述第一受光元件得到的第一發光強度值，和從所述第二受光元件得到的第二發光強度值，計算出所述發光二極管的結溫，并根據所述結溫控制所述電流源。
【文檔編號】G01K11/00GK203981304SQ201320607465
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2012年10月9日
【發明者】高木信德, 木暮靖男 申請人:豪雅冠得股份有限公司