CN102829890A

CN102829890A - 一种led结温的测量装置及方法

Info

Publication number: CN102829890A
Application number: CN2012102788867A
Authority: CN
Inventors: 张方辉; 邱西振
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: CN102829890B

Abstract

本发明提供一种LED结温的测量装置及方法，主要是通过恒温箱控制LED温度，利用光谱分析系统得出其相对光谱，继而得出不同温度下，小电流驱动的LED结温所对应的相对光谱，选择相对光谱中某个波峰或者波谷强度作为参照，利用小电流驱动时短暂时间下的恒温箱温度近似为此时结温，来进行二者关系的拟合，得出方程，再利用方程及实际工作状态下的相对光谱强度反求出LED结温，该方法拥有正向电压法的准确性及峰值波长法的不接触测量的特点，为LED结温的高效快速测量及性能表征，优化研究等提供一套科学方案。

Description

一种LED结温的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及LED光电检测方法，尤其涉及一种LED结温的测量装置及方法。

背景技术

LED（light emitting diode）具有体积小、寿命长、亮度高、节能高效等诸多优点，被认为是取代白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的第四代照明光源。已被广泛应用于信号指示、LCD背光、显示、通用照明等领域。伴随着其应用领域逐渐扩大，LED的光衰成为一个突出问题，而与光衰及寿命息息相关的LED结温显得尤为重要。

常用的LED结温光电检测方法是正向电压法及峰值波长法。由于发光二极管自身的半导体特性与温度密切相关，随着结温的升高会导致LED的发光效率降低，寿命缩短。因此如何快速、科学、方便的测量LED结温就成为了问题的突破口。被认为最准确的LED结温测量方法是正向电压法，但对于成品LED灯具而言，由于其灯具外壳材料等的限制，一般很难实现各个LED引脚上的压降测量，这导致正向电压法的应用受到诸多限制。Hong等提出了峰值波长法来确定LED的结温，利用峰值波长与结温的对应关系，进而预测光源的有效寿命。这种方法的优点是方便，非接触，但是峰值波长的漂移十分渺小，引起了难以避免的误差，所以其准确性不如正向电压法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确可靠、方便简洁的LED结温的测量装置及方法，可以解决现有结温测量方法中准确性与方便性难以达到统一的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种LED结温的测量装置，包括恒温箱、设置于恒温箱内的LED光源和积分球以及设置于恒温箱外的光谱分析仪、电脑和用于产生小电流的驱动电源，所述光谱分析仪的一端与电脑相连，另一端与积分球相连，驱动电源以及LED光源分别与积分球相连。

所述小电流指小于10mA的电流。

一种LED结温的测量方法，包括以下步骤：

1）将LED光源与积分球连接后共同置于恒温箱中，然后将光谱分析仪与积分球连接；

2）经过步骤1）后设置恒温箱温度，当LED光源达到设置的恒温箱温度后调整驱动电源，使LED光源在小电流驱动下发光，然后用光谱分析仪检测LED光源的相对光谱，由电脑记录相对光谱的检测结果；

3）重复步骤2），得到不同恒温箱温度下LED光源的相对光谱；

4）选取相对光谱中某个波峰或波谷的相对光谱强度作为LED光源的相对光谱参考值；

5）将恒温箱温度作为LED结温，将恒温箱温度以及对应的相对光谱参考值进行最小二乘法拟合，得相对光谱强度与LED结温的关系公式；

6）测量正常工作下LED光源的相对光谱，采用与步骤4）相同的方法确定相对光谱参考值，然后利用步骤5）得到的关系公式求出LED结温。

所述小电流指小于10mA的电流。

本发明具有以下技术效果：本发明所述LED结温的测量装置及方法，根据LED结温与相对光谱强度间存在相关性的原理，一方面通过恒温箱控制LED光源的温度，并在小电流驱动下使LED光源发光，在短暂时间下小电流驱动LED光源的自加热可以忽略不计，因此可以用恒温箱温度近似LED结温；另一方面，采用光谱分析仪对LED光源的相对光谱进行检测获得相应的相对光谱强度，最终通过拟合获得的相对光谱强度与LED结温的相关性公式计算LED结温。本发明所述LED结温的测量装置及方法，具有误差小、测量方便简洁的优点，可广泛用于LED研发、生产等机构，为解决LED结温的测量提供了一套简单实用的技术方案。

进一步的本发明所述LED结温的测量装置及方法拥有正向电压法的准确性及峰值波长法的不接触测量的特点。为LED结温的高效快速测量及性能表征，优化研究等提供一套科学方案。

附图说明

图1是本发明所述测量装置的结构示意图；

图2是相对光谱的检测结果示意图；

图3是拟合结果示意图；

图中：驱动电源1，恒温箱2，积分球3，LED光源4，光谱分析仪5，电脑6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明所述LED结温的测量装置，包括恒温箱2、设置于恒温箱2内的LED光源4和积分球3以及设置于恒温箱2外的光谱分析仪5、电脑6和用于产生小电流的驱动电源1，所述光谱分析仪5的一端与电脑6相连，另一端与积分球3相连，驱动电源1以及LED光源4分别与积分球3相连，所述小电流指小于10mA的电流。

半导体禁带宽度随结温而改变，导致LED芯片发光波长的红移，从而导致其对荧光粉激发强度的改变，这些过程都对LED的相对光谱强度造成影响，从而使LED结温与相对光谱强度间存在相关性。

测量LED结温，首先要对LED结温建立公式，采用相对光谱强度与结温间的关系建立公式；使用恒温箱温度代替LED结温，是因为由小电流所产生的LED光源的自加热过程很小，可忽略。多组数据所对应的光谱强度进行拟合，从而得到公式。再根据公式及测量的LED光源某个工作条件下的相对光谱强度，便可方便的反求出其结温，该方法结合了正向电压法的准确性及峰值波长法的简易性。相比峰值波长法，相对光谱强度与结温存在良好的相关性且变化显著，所以更准确。

具体包括以下步骤：

1）将LED光源4与积分球3连接后共同置于恒温箱2中，然后将光谱分析仪5与积分球3连接；2）经过步骤1）后设置恒温箱温度，当LED光源4达到设置的恒温箱温度后调整驱动电源1，使LED光源4在小电流驱动下发光，然后用光谱分析仪5检测LED光源4的相对光谱，由电脑6记录相对光谱的检测结果，所述小电流指小于10mA的电流；3）改变恒温箱温度，重复步骤2），得到不同恒温箱温度下LED光源4的相对光谱；4）对得到的检测结果进行分析，波谷（峰）处的相对光谱强度对结温变化较为敏感，参见图2，选取相对光谱中与结温变化相关性最为敏感的波谷的相对光谱强度作为LED光源4的相对光谱参考值；5）将恒温箱温度近似作为LED结温，将恒温箱温度以及对应的相对光谱参考值进行最小二乘法拟合，得相对光谱强度与LED结温的关系公式；6）测量正常工作下LED光源4的相对光谱，采用与步骤4）相同的方法确定相对光谱参考值，然后利用步骤5）得到的关系公式反向求出LED结温。

图2是按上述方法测量的相对光谱数据；测试对象为传统蓝光芯片加YAG荧光粉，选取波谷为参考。拟合公式为：

E_i=0.0016T_j+0.1337，R²=0.9995，参见图3，其中，E_i为相对光谱强度，T_j为结温。R²的数值接近1。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种LED结温的测量装置，其特征在于：包括恒温箱（2）、设置于恒温箱（2）内的LED光源（4）和积分球（3）以及设置于恒温箱（2）外的光谱分析仪（5）、电脑（6）和用于产生小电流的驱动电源（1），所述光谱分析仪（5）的一端与电脑（6）相连，另一端与积分球（3）相连，驱动电源（1）以及LED光源（4）分别与积分球（3）相连。

2.根据权利要求1所述一种LED结温的测量装置，其特征在于：所述小电流指小于10mA的电流。

3.一种LED结温的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将LED光源（4）与积分球（3）连接后共同置于恒温箱（2）中，然后将光谱分析仪（5）与积分球（3）连接；

2）经过步骤1）后设置恒温箱温度，当LED光源（4）达到设置的恒温箱温度后调整驱动电源（1），使LED光源（4）在小电流驱动下发光，然后用光谱分析仪（5）检测LED光源（4）的相对光谱，由电脑（6）记录相对光谱的检测结果；

3）重复步骤2），得到不同恒温箱温度下LED光源（4）的相对光谱；

4）选取相对光谱中某一波峰或波谷的相对光谱强度作为LED光源（4）的相对光谱参考值；

6）测量正常工作下LED光源（4）的相对光谱，采用与步骤4）相同的方法确定相对光谱参考值，然后利用步骤5）得到的关系公式求出LED结温。

4.根据权利要求3所述一种LED结温的测量方法，其特征在于：所述小电流指小于10mA的电流。