一种上转换光转换型LED的结温测量方法技术

本发明专利技术公开了一种上转换光转换型LED的结温测量方法，包括以下步骤：先建立温度测量标准，即上转换荧光粉的第一发射带和第二发射带的相对强度比与温度的关系；检测由与上述材质相同的上转换荧光粉制得的上转换光转换型LED的光谱，并测定第一发射带和第二发射带的强度比；将所得强度比代入建立的温度测量标准，得到该上转换光转换型LED的结温。本发明专利技术填补了上转换光转换型LED结温测量的空白，具有操作方法简单、使用成本低、温度测量精准等优点，测量的结温可用于上转换光转换型LED的可靠性评价。

A junction temperature measurement method of up conversion LED

【技术实现步骤摘要】
一种上转换光转换型LED的结温测量方法
本专利技术涉及LED可靠性评价领域，具体涉及一种上转换光转换型LED的结温测量方法。
技术介绍
与传统的白炽灯、荧光灯相比，LED因具有高效节能、环保、稳定性高、寿命长等特点，被认为是二十一世纪能够取代白炽灯和荧光灯的第四代光源。通常所说的LED都是基于下转换发光的。在这种器件中，荧光粉遭受高能光子的辐射易出现光衰现象。与之相比，上转换材料不受光损伤的影响，因此上转换材料可实现更高的亮度。最近，基于上转换发光的LED在照明和显示等方面的应用吸引了人们的高度关注。研究人员已经对上转换光转换型LED的光通量、流明效率等技术参数进行了评价。然而，对于电子器件脱离可靠性研究技术参数是无实际意义的，可靠性决定了器件寿命的长短。显然，为了促进上转换光转换型LED的应用，可靠性的研究至关重要。结温是影响LED可靠性的关键因素，研究人员已经报导了多种方法用于监测下转换光转换型LED的结温，例如电压法和荧光粉光谱法。遗憾的是，当前没有任何关于上转换光转换型LED结温探测方面的报导。上转换发光材料需要掺杂Tm3+、Er3+和Ho3+等激活离子作为发光中心。这些离子中心的上转换发光被广泛证实可用于非接触式温度测量。例如，徐时清等人报导Tm3+的近红外发射(3H4→3H6)和蓝光发射(1G4→3H6)强度比与温度呈良好的线性关系，可用于高灵敏的温度传感[Chem.Phys.Lett.,667(2017)206-210]；郭崇峰等人报导Er3+的两个绿光发射(2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2)强度比与温度遵循玻尔兹曼分布率，绝对温度探测灵敏度在490K时达到最大值0.0026K-1[Chem.Eng.J.,313(2017)65-73]；陈大钦等人报导Ho3+的红(5F5→5I8)绿(5S2/5F4→5I8)光发射强度比与温度遵循线性关系，最佳的温度灵敏度高达0.014K-1[J.Mater.Chem.,4(2016)6516-6524]。综上所述，上转换材料高灵敏的温度传感特性为上转换光转换型LED的结温探测提供了可能。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研究设计一种上转换光转换型LED的结温测量方法，来解决现有技术不足以测量上转换光转换型LED的结温的缺点。本专利技术采用的技术手段如下：一种上转换光转换型LED的结温测量方法，包括以下步骤：S1、根据上转换荧光粉的激活剂，在上转换荧光粉的光谱中选定第一发射带和第二发射带，检测不同温度下上述上转换荧光粉的光谱，并测定第一发射带和第二发射带的强度比，得到该强度比与温度关系的离散点数据；S2、已知对于步骤S1中的激活剂，其光谱中第一发射带和第二发射带的强度比与温度遵循现有函数关系，将步骤S1中得到的离散点数据代入该函数关系，求出该函数关系中的常数项，从而得到该函数关系的精确表达式，即为温度测量标准；S3、对于与步骤S1中材质相同的上转换荧光粉和红外半导体芯片制得的上转换光转换型LED，检测该LED的电致发光光谱，并测定该光谱中第一发射带和第二发射带的强度比；S4、将步骤S3中得到的强度比代入步骤S2中的温度测量标准，计算得到上述上转换光转换型LED的结温。优选地，步骤S1中，激活剂为Tm3+、Ho3+、Er3+、Eu3+和Tb3+中的一种或两种以上。优选地，激活剂为Er3+，第一发射带对应的能级跃迁为2H11/2→4I15/2，第二发射带对应的能级跃迁为4S3/2→4I15/2。优选地，激活剂为Tm3+，第一发射带对应的能级跃迁为3H4→3H6，第二发射带对应的能级跃迁为1G4→3H6。优选地，激活剂为Ho3+，第一发射带对应的能级跃迁为5F5→5I8，第二发射带对应的能级跃迁为5S2/5F4→5I8。优选地，激活剂为Eu3+和Tb3+，第一发射带对应Eu3+的能级跃迁为5D0→7F2，第二发射带对应Tb3+的能级跃迁为5D4→7F5。优选地，步骤S1中，上转换荧光粉还包括敏化剂和基质晶格，所述敏化剂为Nd3+、Yb3+和Er3+中的一种或两种以上，所述基质晶格为氟化物、氧化物、氟氧化物或硫氧化物的微米尺寸粉体或纳米尺寸粉体。优选地，步骤S3中，红外半导体芯片的发射波长为808nm、940nm、976nm或1550nm。与现有技术比较，本专利技术所述的一种上转换光转换型LED的结温测量方法，填补了上转换光转换型LED结温测量的空白，具有操作方法简单、使用成本低、温度测量精准等优点，测量的结温可用于上转换光转换型LED可靠性的评价。附图说明图1是本专利技术中上转换荧光粉Gd2(MoO4)3:20％Y3+/15％Yb3+/1％Er3+的XRD图谱；图2是本专利技术中上转换荧光粉Gd2(MoO4)3:20％Y3+/15％Yb3+/1％Er3+在940nm激发下的上转换光谱；图3是本专利技术中上转换荧光粉Gd2(MoO4)3:20％Y3+/15％Yb3+/1％Er3+在350mA和400mA功率下绿光强度比与辐射时间的关系图；图4是本专利技术中上转换荧光粉Gd2(MoO4)3:20％Y3+/15％Yb3+/1％Er3+上转换发光的温度传感灵敏度曲线；图5是本专利技术中上转换荧光粉Gd2(MoO4)3:20％Y3+/15％Yb3+/1％Er3+的绿光强度比与温度的关系图；图6是本专利技术中上转换光转换型LED的电致发光光谱和对应的发光照片；图7是本专利技术中上转换光转换型LED的结温与工作时间的关系；图8是本专利技术中上转换光转换型LED的结温与工作电流的关系。具体实施方式一种上转换光转换型LED的结温测量方法，先根据上转换荧光粉的激活剂离子，在上转换荧光粉的光谱中选定第一发射带和第二发射带，测定上转换荧光粉在激光辐射下的第一发射带和第二发射带的强度比，得到该强度比与温度关系的离散点数据，再将该数据代入现有函数关系，求出现有函数关系中的常数项，从而得到该函数关系的精确表达式，即为温度测量标准；再检测通过与上述材质相同的上转换荧光粉制得的上转换光转换型LED的光谱，分析该上转换发光光谱中第一发射带和第二发射带的强度比，并代入建立的精准温度测量标准，从而得到器件的结温。进一步地，该上转换光转换型LED由上转换荧光粉和红外半导体芯片封装而成，其中上转换荧光粉包括激活剂、敏化剂和基质晶格，通过调节上转换荧光粉的组成和半导体芯片的发射波长发射不同颜色的光。封装工艺与商品光转换型白光LED的工艺相似，区别在于，所使用的荧光粉和半导体芯片不同。进一步地，上述上转换荧光粉的激活剂为Tm3+、Ho3+、Er3+、Eu3+和Tb3+中的一种或两种以上；红外半导体芯片的发射波长为808nm、940nm、976nm或1550nm；为匹配不同发射波长的红外半导体芯片，上转换荧光粉的敏化剂选用Nd3+、Yb3+和Er3+中的一种或两种以上；为结合激活剂和敏化剂实现不同的发光颜色本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种上转换光转换型LED的结温测量方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、根据上转换荧光粉的激活剂，在上转换荧光粉的光谱中选定第一发射带和第二发射带，检测不同温度下上述上转换荧光粉的光谱，并测定第一发射带和第二发射带的强度比，得到该强度比与温度关系的离散点数据；/nS2、已知对于步骤S1中的激活剂，其光谱中第一发射带和第二发射带的强度比与温度遵循现有函数关系，将步骤S1中得到的离散点数据代入该函数关系，求出该函数关系中的常数项，从而得到该函数关系的精确表达式，即为温度测量标准；/nS3、对于与步骤S1中材质相同的上转换荧光粉和红外半导体芯片制得的上转换光转换型LED，检测该LED的电致发光光谱，并测定该光谱中第一发射带和第二发射带的强度比；/nS4、将步骤S3中得到的强度比代入步骤S2中的温度测量标准，计算得到上述上转换光转换型LED的结温。/n

【技术特征摘要】
1.一种上转换光转换型LED的结温测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据上转换荧光粉的激活剂，在上转换荧光粉的光谱中选定第一发射带和第二发射带，检测不同温度下上述上转换荧光粉的光谱，并测定第一发射带和第二发射带的强度比，得到该强度比与温度关系的离散点数据；
S2、已知对于步骤S1中的激活剂，其光谱中第一发射带和第二发射带的强度比与温度遵循现有函数关系，将步骤S1中得到的离散点数据代入该函数关系，求出该函数关系中的常数项，从而得到该函数关系的精确表达式，即为温度测量标准；
S3、对于与步骤S1中材质相同的上转换荧光粉和红外半导体芯片制得的上转换光转换型LED，检测该LED的电致发光光谱，并测定该光谱中第一发射带和第二发射带的强度比；
S4、将步骤S3中得到的强度比代入步骤S2中的温度测量标准，计算得到上述上转换光转换型LED的结温。


2.根据权利要求1所述的一种上转换光转换型LED的结温测量方法，其特征在于：步骤S1中，激活剂为Tm3+、Ho3+、Er3+、Eu3+和Tb3+中的一种或两种以上。


3.根据权利要求2所述的一种上转换光转换型LED的结温测量方法，其特征在于：激活剂为Er3+，第一发射带对应的能级跃迁为2H11/2→4I15/2，第二发射带对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞涛，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33