一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置及方法与流程

1.本发明涉及发光器件发光立体角的测量技术领域，尤其涉及一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置及方法。


背景技术：

2.按照光线射出方式不同，发光二极管器件可划分为：底发射式结构、顶发射式结构。底发射结构中发出的光只能部分地从驱动面板(tft)上设置的开口处射出，大部分发光都被浪费，开口率较低。顶发射器件中，光从器件的顶部出射则不受tft的影响，开口率有效提高。顶发射发光器件对比普通底发射器件具有：提高器件发光的色彩纯度、调节器件发光颜色、实现特殊波长发射，有利于制作大尺寸、高亮、高分辨率显示器。另外，底发射发光器件使用的ito透明电极昂贵，而顶发射式设计可以避免这一问题。因此顶发射型发光器件具有非常良好的发展前景。而对于顶发射型发光器件来说，它的结构与底发射型器件的结构基本一致，所以对于顶发射型发光器件的研究具有非常重要的意义。由于顶发射型的微腔效应，所出射的光并不是朗伯体，而是有一定角度的发散立体光。在使用积分球对顶发射型发光器件进行光学性能参数测量时，积分球测出各个波长的能量分布，也就是辐射能量分布，对某个波长范围积分就得到整个器件的辐射通量，再结合器件的面积和发光立体角，就可以计算出辐射亮度。由于顶发射型的微腔效应，所出射的光并不是朗伯体，而是有一定角度的发散立体光。所以测量顶发射型发光器件出射光的立体角，对于准确计算器件的光强及亮度显得尤为重要。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置及方法，旨在解决现有技术不能准确测量顶发射型发光器件发光立体角的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，包括用于放置顶发射型发光器件的底座，以及设置在所述底座上的半球形腔体，所述半球形腔体内部两条相互垂直的经线的交点处设置有光电二极管，且同一条经线上所述交点处的两侧对称设置有若干个光电二极管。
7.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，同一条经线上的任意相邻两个光电二极管与所述半球形腔体的球心之间的连线形成的夹角相同。
8.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述两条经线上位于所述交点处的两侧均均匀地设置有6-20个光电二极管。
9.根据权利要求1所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其特征在于，所述两条经线上位于所述交点处的两侧均均匀地设置有9个光电二极管。
10.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述半球形腔体上设置有第一通孔，所述光电二极管通过所述第一通孔与外部电流检测器电连接。
11.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述半球形腔体中，每个光电发光二极管的侧边对应设置有一个所述第一通孔。
12.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述底座上设置有第二通孔，所述顶发射型发光器件通过所述第二通孔与外部电源电连接。
13.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述光电二极管为硅光二极管。
14.所述测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其中，所述顶发射型发光器件包括qled器件和oled器件。
15.一种基于所述测量装置的测量顶发射型发光器件发光立体角的方法，其中，包括步骤：
16.将顶发射型发光器件放置在所述底座上；
17.将所述顶发射型发光器件通电，获取所述半球型腔体内光电二极管输出的最大电流i0；
18.根据所述最大电流i0，找出一条经线中输出电流最接近i0/2的光电二极管并记录所述光电二极管的第一角度，并根据所述第一角度获取所述顶发射型发光器件的第一半值角；
19.根据所述最大电流i0，找出另一条经线中输出电流最接近i0/2的光电二极管并记录所述光电二极管的第二角度，根据所述第二角度获取所述顶发射型发光器件的第二半值角；
20.根据所述第一半值角和第二半值角，以及半值角与立体角的对应关系得出所述顶发射型发光器件的立体角。
21.有益效果：本发明提供了一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其通过均匀设置在半球形腔体内的光电二极管获取待测的顶发射型发光器件发光的半值角，最后根据已知半值角与立体角的对应关系得出所述顶发射型发光器件的发光立体角。将本发明测得的发光立体角参数输入到积分球，便可以准确测试该顶发射型发光器件的光强和亮度等相关光学参数，这对于顶发射型发光器件的研究具有重要意义。
附图说明
22.图1为本发明一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置的第一视角爆炸图。
23.图2为本发明一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置的第二视角爆炸图。
24.图3为本发明一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置整体结构示意图。
25.图4为本发明一种测量顶发射型发光器件发光立体角的方法较佳实施例的流程图。
26.图5为本发明顶发射型发光器件的发光示意图。
具体实施方式
27.本发明提供一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置及方法，为使本发明的
目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.通常发光材料及器件的性能可以从发光性能和电学性能两个方面来评价。发光性能主要包括发射光谱、发光亮度、发光效率、发光色度和寿命；而电学性能则包括电流与电压的关系等，这些都是衡量材料和器件性能的主要参数。顶发射型发光器件由于其微腔效应，所出射的光并不是朗伯体，而是有一定角度的发散光，而在使用积分球测量其光学特性，比如光强以及亮度时，涉及到器件的发光角度，所以能够准确测量顶发射型器件的发光立体角，对于准确测量顶发射型器件的光学参数显得尤为重要。
29.基于此，本发明实施方式提供了一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，如图1-图3所示，其包括用于放置顶发射型发光器件10的底座20，以及设置在所述底座20上的半球形腔体30，所述半球形腔体30内部两条相互垂直的经线上均匀地设置有若干个光电二极管31，所述半球形腔体30内部两条相互垂直的经线的交点处设置有光电二极管31，且同一条经线上所述交点处的两侧对称设置有若干个光电二极管31。
30.在本实施例中，设置在所述两条相互垂直的经线上的所述光电二极管31用于测量所述顶发射型发光器件10发出的光射到不同角度上的光强度，并将接收的光强度转化为相应大小的光电流。在本实施例中，所述两条相互垂直的经线的交点处为所述半球形腔体30内部的顶点处，所述交点处的光电二极管与所述半球形腔体30的球心相连形成第一连线，所述经线上任一光电二极管与所述半球形腔体30的球心相连形成第二连线，所述第一连线与第二连线形成的夹角是已知的。
31.在一些实施方式中，同一条经线上的任意相邻两个光电二极管31与所述半球形腔体30的球心之间的连线形成的夹角相同。本实施例中，所述同一条经线上的光电二极管31均匀设置，因此在同一条经线上设置固定数量的光电二极管后，每个光电二极管的角度是已知的。
32.在一些实施方式中，假设同一条经线上相邻两个光电二极管31与所述半球形腔体30的球心之间的连线形成的夹角为10
°
，需要在交点处的两侧(顺时针方向和逆时针方向)分别以10
°
的间距均匀地设置有9个光电二极管，将设置在交点处的光电二极管标记为a0＝0
°
，则在顺时针方向与所述顶点距离由近及远的每个光电二极管可依次标记为a1＝10
°
、a2＝20
°
、a3＝30
°
、a4＝40
°
、a5＝50
°
、a6＝60
°
、a7＝70
°
、a8＝80
°
、a9＝90
°
；则在逆时针方向与所述交点处距离由近及远的每个光电二极管可依次标记为a1
‘
＝-10
°
、a2’＝-20
°
、a3
‘
＝-30
°
、a4’＝-40
°
、a5
‘
＝-50
°
、a6’＝-60
°
、a7
‘
＝-70
°
、a8’＝-80
°
、a9’＝-90
°
。同理可对另一条经线上的所有光电二极管31进行标记，所述两条经线上设置的光电二极管的数量可以相等或不等，以两条经线上设置的光电二极管的数量相等为例，则另一条经线上同样以交点处a0为原点，则在顺时针方向上与所述交点处距离由近及远的每个光电二极管可依次标记为b1＝10
°
、b2＝20
°
、b3＝30
°
、b4＝40
°
、b5＝50
°
、b6＝60
°
、b7＝70
°
、b8＝80
°
、b9＝90
°
；相应的，在逆时针方向与所述交点处距离由近及远的每个光电二极管可依次标记为b1
‘
＝-10
°
、b2’＝-20
°
、b3
‘
＝-30
°
、b4’＝-40
°
、b5
‘
＝-50
°
、b6’＝-60
°
、b7
‘
＝-70
°
、b8’＝-80
°
、b9’＝-90
°
。
33.由于顶发射型发光器件的微腔效应，在平行于所述顶发射型发光器件的法线方向的光强度最强，偏离法线越远的光强度越弱；以所述顶发射型发光器件位于所述半球形腔
体30的球心位置为例，则设置在所述两条经线的交点处的光电二极管a0采集到的光强度最强，相应的其输出的光电流i0最大；在其中一条经线上沿所述交点处的顺时针方向和逆时针方向分别寻找光电流最接近i0/2的光电二极管的位置，在顺时针方向找到的光电二极管的角度记录为a，在逆时针方向找到的光电二极管的角度记为a’，此时所述顶发射型发光器件的一个半值角2α＝a+|a’|；在另一条经线上寻找光电流最接近i0/2的光电二极管的位置，在顺时针方向找到的光电二极管的角度记录为b，在逆时针方向找到的光电二极管的角度记为b’，此时所述顶发射型发光器件的另一个半值角2β＝b+|b’|。
34.在获取到所述顶发射型发光器件的两个半值角后，根据所述半值角与发光立体角的对应关系，可直接得到所述顶发射型发光器件的发光立体角。
35.在一些实施方式中，所述两条经线上位于所述交点处的两侧均均匀地设置有6-20个光电二极管。本实施例中，通过在所述交点处的两侧设置不同数量的光电二极管，可以获得不同角度的光电流数据；设置的光电二极管数量越多，可以获得越多角度的光电流数据，可得到更准确的半值角，从而得到更准确的立体角。作为举例，当在所述半球形腔体顶点的两端均均匀地设置6个光电二极管时，则相当于每隔15
°
的位置设置有一个光电二极管，此时只能从6个角度找到最接近i0/2的发光二极管，会导致找到的光电二极管的光电流与i0/2相差较大，从而导致最终获得的立体角不精确；作为举例，当在所述半球形腔体顶点的两端均均匀地设置有18个光电二极管时，则相当于每隔5
°
的位置设置有一个光电二极管，此时可从18个角度找到最接近i0/2的发光二极管，此时可使得找到的光电二极管的光电流与i0/2相差较小，从而获得较精确的立体角。
36.在一些具体的实施方式中，如图1-3所示，所述两条经线上位于交点处的两侧均均匀地设置有9个光电二极管，此时在经线上相当与每隔10
°
的位置设置有一个光电二极管，此时可从10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、90
°
这9个角度找到最接近i0/2的发光二极管，此时找到的光电二极管的光电流与i0/2相差较小，从而可获得的较精确的立体角。
37.在一些实施方式中，如图1和图2所示，所述半球形腔体30上设置有第一通孔32，所述光电二极管31通过所述第一通孔32与外部电流检测器电连接。具体来讲，所述光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，其反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。接收光的强度越大，产生的反向电流也越大，光强的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号。所述光电二极管产生的光电流需要通过外部电流检测器检测，由于所述光电二极管设置在所述半球形腔体30的内部，因此需要通过第一通孔32将连接光电二极管的导线从半球形腔体30的内部引出到外部，从而与外部电流检测器电连接。在一些具体的实施方式中，所述半球形腔体中，每个光电二极管31的侧边对应设置有一个所述第一通孔32，从而能够方便读取光电流值并快速找到每个光电二极管所对应的角度。
38.在一些具体的实施方式中，所述光电二极管为硅光二极管，但不限于此。
39.在一些实施方式中，如图1和图2所示，所述底座20上设置有第二通孔21，所述顶发射型发光器件10通过所述第二通孔21与外部电源电连接。具体来讲，所述顶发射型发光器件10需要与外部电源电连接并通电才能够发光。由于所述顶发射型发光器件10在测试时是位于底座20上并被半球形腔体30盖住的，因此需要通过所述第二通孔21将连接所述顶发射型发光器件10的导线从所述半球形腔体30的内部引出到外部，从而与外部电源电连接。
40.在一些实施方式中，所述底座20上可设置有限位槽，便于将所述顶发射型发光器件放置在所述限位槽中，从而防止所述顶发射型发光器件在测试过程中发生移动，从而导致测得的半值角不准确，最终影响立体角的测量精度。
41.在一些实施方式中，为了便于高效率测量不同顶发射型发光器件的立体角，所述底座20与所述半球型腔体30可拆卸连接。作为举例，所述底座20的形状为圆形，在所述底座20上设置有与所述底座20同圆心，且半径小于所述底座20半径的圆形凸起环22，所述半球形腔体30的底部圆形内径与所述圆形凸起环22的外径相等，所述半球形腔体30可直接盖在所述底座上并通过所述圆形凸起环22进行限位。在一些更具体的实施方式中，所述圆形凸起环22上设置有外螺纹，所述半球形腔体30的底部设置有与所述外螺纹适配的内螺纹，将所述半球形腔体30放在所述圆形凸起环22上，通过旋转所述半球形腔体30可使得所述半球形腔体30与所述圆形凸起环22通过外螺纹与内螺纹的适配实现可拆卸连接。
42.在一些实施方式中，所述顶发射型发光器件包括顶发射型qled器件和顶发射型oled器件，但不限于此。
43.在一些实施方式中，还提供一种基于所述测量装置的测量顶发射型发光器件发光立体角的方法，如图4所示，其包括步骤：
44.s10、将顶发射型发光器件放置在所述底座上；
45.s20、将所述顶发射型发光器件通电，获取所述半球型腔体内光电二极管输出的最大电流i0；
46.s30、根据所述最大电流i0，找出一条经线中输出电流最接近i0/2的光电二极管并记录所述光电二极管的第一角度，并根据所述第一角度获取所述顶发射型发光器件的第一半值角；
47.s40、根据所述最大电流i0，找出另一条经线中输出电流最接近i0/2的光电二极管并记录所述光电二极管的第二角度，根据所述第二角度获取所述顶发射型发光器件的第二半值角；
48.s50、根据所述第一半值角和第二半值角，以及半值角与立体角的对应关系得出所述顶发射型发光器件的立体角。
49.在本实施例中，如图5所示，由于顶发射型发光器件的微腔效应，在平行于所述顶发射型发光器件的法线方向的光强度最强，偏离法线越远的光强度越弱；通过在所述半球型腔体内两条相互垂直的经线上找到输出电流最接近i0/2的光电二极管并记录所述光电二极管的角度，从而得到所述顶发射型发光器件在两条经线上的两个半值角，最后根据半值角与立体角的对应关系得出所述顶发射型发光器件的立体角。
50.具体来讲，将弧度表示平面角度大小的定义推广到三维空间中，定义立体角为：球面面积与半径平方的比值。设灯具在两个相互垂直方向上的发光角为2α和2β，求其所对应的立体角的大小。
51.设球体半径为单位长度1，坐标原点在球心，根据定义，只需求出两角所夹球面的面积，即是立体角的大小。由于对称性，只需求出第一卦限内的面积再乘以4即可。
52.曲面面积计算公式为：
[0053][0054]
上半球球面方程为：
[0055][0056]
由
[0057][0058]
得
[0059]
代入(1)式得：
[0060][0061]
利用极坐标，得到：
[0062]
积分区域在xy平面上的投影是由两条椭圆曲线围成，方程分别为：
[0063][0064][0065]
则交点坐标为：
[0066][0067][0068]
将x＝rcosφ，y＝rsinφ代入(8)，(9)式，得到极坐标表示的边界方程为：
[0069][0070][0071]
根据对称性，有：
[0072]
a＝4(a1+a2)
ꢀꢀꢀ
(14)
[0073][0074][0075]
于是，
[0076][0077]
设t＝sinφ，则cosφdφ＝dt，
[0078]
[0079]
同理，a2＝φ2-arcsin(cosβsinφ2)
ꢀꢀꢀ
(16)；
[0080]
将上式(15)和(16)代入(14)中，得出最终结果：
[0081][0082]
特别地，当α＝β时，φ1＝φ2＝π/4，则，
[0083]
作为举例，以表1所示的半值角与立体角的对应表为例。
[0084]
表1半值角与立体角的对应关系表
[0085][0086]
如表1所示，当所述顶发射型发光器件在两条经线上的两个半值角分别为60
°
和75
°
时，则最终获得的所述顶发射型发光器件的立体角为1.237；当所述顶发射型发光器件在两条经线上的两个半值角均为90
°
时，则最终获得的所述顶发射型发光器件的立体角为2.094。
[0087]
综上所述，本发明提供了一种测量顶发射型发光器件发光立体角的装置，其通过均匀设置在半球形腔体内的光电二极管获取待测的顶发射型发光器件发光的半值角，最后根据已知半值角与立体角的对应关系得出所述顶发射型发光器件的发光立体角。将本发明测得的发光立体角参数输入到积分球，便可以准确测试该顶发射型发光器件的光强和亮度等相关光学参数，这对于顶发射型发光器件的研究具有重要意义。
[0088]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。