一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统技术方案

本实用新型专利技术属于模拟光源技术领域，具体为一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统。本实用新型专利技术系统包含光源模组、调光系统、聚焦透镜、混光器和配光透镜组，光源模组包含K个具有不同峰值波长的单色光量子点LED光源或紫外LED光源，通过聚焦透镜将单色光汇聚于处于聚焦透镜公共焦点处的混光器，再由所述混光器将单色光混合为波长在200−1200 nm范围内的模拟太阳光或模拟黑体辐射光，最后通过配光透镜组后出射。本实用新型专利技术的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统在合成目标光谱时，理想实施情况下合成光与目标光谱在400−730 nm内的相关系数r大于0.99，色温偏差ΔCCT小于100 K，一般显色指数Ra大于98，特殊显色指数R1−R15均大于96，色容差SDCM小于1。

A solar spectrum and blackbody radiation spectrum simulation system based on quantum dot LED

The utility model belongs to the technical field of an analog light source, in particular to a solar spectrum and blackbody radiation spectrum simulation system based on quantum dot LED. The system of the utility model comprises a light source module, dimming system, focusing lens, optical mixing device and optical lens, light source module consists of K quantum dots LED monochromatic light source with different peak wavelength or ultraviolet LED light source, through the lens of monochromatic light converging optical mixing device in a common focus focus lens then, by the light mixing device of monochromatic light mixing simulated solar light in the wavelength range of 200 - 1200 within nm or simulated blackbody radiation light, and finally through the lens group after exit. The solar spectrum and blackbody radiation spectrum of the utility model simulation system in the synthesis of the target spectrum, the correlation coefficient of R synthesis of light with the target spectrum in the 400 - 730 nm in the implementation of the ideal color temperature deviation is greater than 0.99, less than 100 Delta CCT K, the general color rendering index Ra is greater than 98, the special color index R1. R15 was greater than 96, the color tolerance of less than 1 SDCM.

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统
本技术属于模拟光源
，具体涉及一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统。
技术介绍
量子点属于荧光纳米材料，由锌、硒、镉、硫等元素化合成的半导体材料制成，其直径为2−10nm。量子点的量子限域效应非常明显，它能将半导体中的载流子限定于一个非常微小的空间内，一旦受到光照或电刺激，载流子就会被激发并跃迁到更高的能级。当这些载流子重新回到原来较低的能级时，就会发出固定波长的可见光。相比于传统的荧光材料，量子点的优点在于：发光波长可通过量子点的尺寸来调控，量子点直径越小，激发后的光波长越小，改变量子点材料的化学组成和颗粒的直径可以使其荧光发射波长覆盖整个可见光谱及部分红外光谱；具有良好的线性光学性质，性能稳定，可以经受反复多次激发，具有较高的发光效率；不需要混合多种荧光粉，封装简单，成本较低；量子点本身尺寸小于可见光波长，光散射及其他光损失现象较少。目前，基于量子点的光源大多使用紫外LED来激发不同尺寸的量子点荧光材料使其发射多种单色光从而混合得到的白光光谱。由于量子点的发射光谱理论上可覆盖整个可见光谱和部分红外光谱，并且其半宽可以通过连续改变量子点的尺寸来调制，因此，在合理选取量子点材料和尺寸的情况下，基于量子点LED的光源可以获得非常连续的合成光谱，是用于合成太阳光谱或黑体辐射光谱的理想光源。现有的太阳光谱或黑体辐射光谱模拟系统有两类，一类是使用氙灯、金卤灯等光源，配合一些特定的滤光片，使得最终输出的光谱和目标光谱接近。另一类是使用不同颜色的LED组合光源，通过逐个调节单色LED的光谱使之互相补偿，同时借助一些特定滤光片，从而匹配目标光谱。专利CN200910200631提出了一种类太阳光谱LED的调光方法，采用集成封装有多颗涵盖可见光范围的不同颜色的LED芯片作为光源，通过理论计算和实验来拟定和修正模拟不同色温太阳光所需的多个单色LED辐射通量比例，从而匹配目标光谱来模拟各种照明场景。专利CN201210483543提出了一种基于人造光源的天空光光谱模拟方法，选取金属卤化物光源作为400−2500nm范围内天空光光谱的主要模拟光源，并使用大功率LED作为400−600nm范围内的光谱补偿光源，选择相应的滤光片对600−2500nm范围内的金属卤化物光源光谱进行修正，以较低的成本实现了400−2500nm范围内的全光谱天空光模拟。使用上述方法获得的模拟光谱很难以较高的相关系数吻合真实的太阳光谱或黑体辐射光谱，事实上其偏差总是较大。而量子点LED光源得益于多光谱窄带发射的优势，特别是其光谱易调可控、性能稳定等特点，成为了未来新型太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统的理想光源。目前，对于量子点LED的研究大部分尚处于实验室阶段，但是量子点材料已经在实验中表现出良好的性能，而其理论光效与磷光OLED相当(100lm/W)，无论是用于一般照明还是特殊光源的模拟都具有很大的潜力。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，本技术提供的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，包含光源模组、调光系统、聚焦透镜、混光器和配光透镜组；其中，所述光源模组包含K(K≥10)个具有不同峰值波长的单色光量子点LED光源或紫外LED光源，通过聚焦透镜将单色光汇聚于处于聚焦透镜公共焦点处的混光器，再由所述混光器将单色光混合为波长在200−1200nm范围内的模拟太阳光或模拟黑体辐射光，最后通过配光透镜组后出射；由于量子点LED光源具有峰值波长可控和半值全宽度可调制的优点，采用多个单色光量子点LED光源合成后的光谱相对于真实太阳光谱或黑体辐射光谱的拟合度极高。所述光源模组中，各个单色光量子点LED光源的峰值波长在380−1200nm范围内，根据目标光谱的波长范围在所述380−1200nm范围内确定一个取值区间，使各个量子点LED光源的峰值波长分布在所述取值区间。所述目标光谱的波长范围部分包含200−380nm时，可以采用若干个峰值波长在200−380nm范围内的紫外LED光源，目的是补偿量子点LED光源在紫外波段的缺失。所述光源模组中的光源可以是量子点LED封装器件组，紫外LED激发光源+量子点荧光板，或紫外LED封装器件。所述光源为量子点LED封装器件时，包含热沉、紫外LED芯片、量子点荧光粉层、透镜和封装材料等。所述光源为紫外LED激发光源+量子点荧光板时，每一个量子点荧光板上涂有具有不同发射波长的量子点荧光粉，所述量子点荧光粉由相应紫外LED激发光源激发并发出各种单色光。所述光源为紫外LED封装器件时，其峰值波长处于200−380nm范围内，封装材料可以是无机材料(SiO2)，也可以是硅树脂。所述光源模组中每一个光源都配有一个聚焦透镜，所述聚焦透镜的焦点都处于所述混光器的入射口位置，各个光源发出的单色光经各自配有的聚焦透镜聚焦后，汇聚到所述混光器入射口并由混光器将这些单色光混合成接近目标光谱的合成光。所述配光透镜组根据具体应用需求进行光学设计以获得所需光强分布。所述基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统的应用需求具体为太阳模拟器时，所述配光透镜组设计为将入射光转换为平行光后出射。所述调光系统采用直流(DC)调光、脉冲宽度调制(PWM)调光或者液晶调光玻璃控制每一个光源的辐射通量。所述调光系统采用直流(DC)调光时，通过改变电流大小控制每一个光源的辐射通量。所述调光系统采用脉冲宽度调制(PWM)调光时，通过改变脉冲占空比控制每一个光源的辐射通量。所述调光系统采用液晶调光玻璃时，每一个光源和与其配有的聚焦透镜之间夹入一个液晶玻璃单元，由控制电极改变液晶玻璃单元两端的电压来调节液晶玻璃单元的透过率，从而控制每一个光源的辐射通量。所述调光系统中预置了多套不同太阳光谱或不同色温的黑体辐射光谱的调光数据，可根据需求快速调光，驱动光源模组合成所需光谱。所述不同太阳光谱或不同色温的黑体辐射光谱的调光数据由理论计算来模拟和修正所得，其作为调光目标的不同太阳光谱谱为实地测量的结果，不同色温的黑体辐射光谱为普朗克公式的计算结果。与现有的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统相比，本技术具有以下优势：本技术的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，由于量子点LED光源峰值波长可控制和半值全宽度可调制的优点，合成后的光谱相对于真实太阳光谱或黑体辐射光谱的拟合度极高。本技术的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，使用量子点LED作为光源，其原理是使用紫外LED激发量子点荧光粉发光，避免了传统荧光粉的色漂和光衰不一致等问题，保证了光谱模拟系统的颜色稳定性。本技术的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，在合成目标光谱的可见光部分时，单色量子点LED光源的峰值波长分布于380−780nm范围内，通过合理调节各个量子点LED光源的辐射通量，可以使得合成光的显色指数R1−R15全部大于96。在理想实施情况下合成光与目标光谱在400−730nm内的相关系数r大于0.99，色温偏差ΔCCT小于100K，一般显色指数Ra大于98，特殊显色指数R1−R15均大于96，色容差SDCM小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，其特征在于，包含光源模组、调光系统、聚焦透镜、混光器和配光透镜组，利用量子点LED光源峰值波长可控制、半值全宽度可调制的特点，采用多个单色光量子点LED光源来混合得到高拟合度的模拟太阳光谱或黑体辐射光谱；其中：所述光源模组包含K个具有不同峰值波长的单色光量子点LED光源或紫外LED光源，通过聚焦透镜将单色光汇聚于处于聚焦透镜公共焦点处的混光器，再由所述混光器将单色光混合为波长在200−1200 nm范围内的模拟太阳光或模拟黑体辐射光，最后通过配光透镜组后出射；K≥10；所述单色光量子点LED光源的峰值波长在380−1200 nm范围内，所述紫外LED光源的峰值波长在200−380 nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，其特征在于，包含光源模组、调光系统、聚焦透镜、混光器和配光透镜组，利用量子点LED光源峰值波长可控制、半值全宽度可调制的特点，采用多个单色光量子点LED光源来混合得到高拟合度的模拟太阳光谱或黑体辐射光谱；其中：所述光源模组包含K个具有不同峰值波长的单色光量子点LED光源或紫外LED光源，通过聚焦透镜将单色光汇聚于处于聚焦透镜公共焦点处的混光器，再由所述混光器将单色光混合为波长在200−1200nm范围内的模拟太阳光或模拟黑体辐射光，最后通过配光透镜组后出射；K≥10；所述单色光量子点LED光源的峰值波长在380−1200nm范围内，所述紫外LED光源的峰值波长在200−380nm。2.根据权利要求1所述的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，其特征在于，所述光源模组中的光源是量子点LED封装器件组，或者是紫外LED激发光源+量子点荧光板，或者是紫外LED封装器件。3.根据权利要求2所述的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，其特征在于，所述量子点LED封装器件包含热沉、紫外LED芯片、量子点荧光粉层、透镜和封装材料。4.根据权利要求2所述的基于量子点LED的太阳光谱及黑体辐射光谱模拟系统，其特征在于，所述紫外LED激发光源和量子点荧光板，其每一个量子点荧光板上涂有具有不同发射波长的量子点荧光粉，所述量子点荧光粉由相应紫外LED激...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩秋漪，金宇章，蒋昀，郭睿倩，张善端，
申请(专利权)人：复旦大学，上海复展智能科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31