CN105784185B - 一种根据光谱分布的变化测算led结温的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种根据光谱分布的变化测算LED结温的装置及其方法,装置包括直流电源、恒温器、积分球和光谱分析仪,恒温器上设置有LED基座,LED基座上设置有积分球,积分球外有光谱分析仪和电脑,光谱分析仪的信号传输端与电脑相连,光谱分析仪的探头透过积分球到达内壁,直流电源与LED光源相连,积分球上设有一孔,LED光源穿过积分球上的孔到达积分球内,直流电源与电脑相连,LED光源安置在LED基座上。方法步骤包括:结温标尺向量的测量、基准曲线的测量、待测结温的测量。本发明仅需常规的光谱仪和电源,实施容易。质心波长和半高全宽容易准确测量,且重复性高,因此,用于表征结温误差小。
Description
技术领域
本发明涉及LED光电检测装置及其方法,特别是一种根据光谱分布的变化测算LED结温的装置及其方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)自身的光、电、色和寿命等特性与结温的高低密切相关。高结温会使得LED的性能恶化甚至失效,保持合适的结温有利于LED性能的优化。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。
已经报道的LED结温测量方法有正向电压法(EIA/JEDEC standard JESD51-1,中国标准200910198965.5,中国专利200920212653.0,200910198965.5)、热阻法(标准SJ/T11394-2009),【通过测量LED管脚温度和芯片散热的热功率,以及热阻系数来确定结温,测量中需要结合正向电压法来确定热阻系数。】峰值波长法[Third InternationalConference on Solid State Lighting,Proceedings of SPIE 2010.5187:93-99],谷值波长法[光谱学与光谱分析,2013,33(1):36-39]、辐射强度法[光电子·激光,2009,20(8):1053-1057]、蓝白比法[Third international conference on solid state lighting,proceedings of SPIE 2010.5187:107-114]。液晶阵列热成像法[Phys.Stat.Sol(c)1(2004)2429],微拉曼谱法[Phys.Status.Solidi,A202(2005)824],发光光谱法[Appl.Phys.Lett.89(2006)101114],中心波长法(Microelectronics Reliability,2013,53(5):701-705)和质心波长法(CN201410268725)。
然而,这些方法测量GaN基LED结温仍然存在诸多不足,如由于其灯具外壳材料等的限制,一般很难实现符个LED引脚上的压降测量,正向电压法难以使用,峰值波长法,质心波长法和谷值波长法需要准确测量峰值或谷值,更不利的是,GaN基LED的峰值波长与结温的关系并不单调。蓝白比法只能用于荧光粉转换型白色LED结温,辐射强度法对测量环境和条件要求比较高,液晶阵列热成像法、微拉曼谱法、发光光谱法等对测试仪器的精度要求高,相关设备比较昂贵。
在电流变化不大的情况下,GaN基LED光谱分布的宽度和质心波长随结温的增大而单调增大,因此,可以使用半高全宽来表征结温,也可以使用加权半高全宽表征GaN基LED结温,见专利CN201410268532。但是当电流变化较大时,半高全宽或加权半高全宽与结温的变化关系并不单调,因此表征结温的误差较大。
质心波长联合光谱宽度也可以用来表征LED的结温,且不需要接触LED管脚,见专利(CN201510192171)。但是该方法需要计算5个系数,研究表明,这些系数有一定波动,并非恒量,因此,测试结果精度不高。
光电子·激光2015年11月出版的文章《采用双光谱参数表征GaN基蓝色LED的结温》,通过构建不考虑脉冲电流(2mA脉宽)热效应的质心波长、半高全宽、结温和电流四者之间的关系图,然后利用该图得到不考虑脉冲电流加热效应的结温,最后用脉冲电流对同一类型LED热效应的平均值,来补偿脉冲电流热效应。这种方法的缺点在于:其脉冲热效应采用平均值,并非实际LED的值。LED厂商很多,工艺水平参差不齐,实际热效应与平均值差距较大,因而精度有限。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种准确可靠、方便简洁的根据光谱分布的变化测算LED结温的装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种根据光谱分布的变化测算LED结温的装置,包括直流电源、恒温器、积分球和光谱分析仪,其特征在于所述恒温器上设置有LED基座,所述LED基座上设置有积分球,所述积分球外有光谱分析仪和电脑,所述光谱分析仪的信号传输端与电脑相连,所述光谱分析仪的探头透过积分球到达内壁,所述直流电源与LED光源相连,所述积分球上设有一孔,所述LED光源穿过积分球上的孔到达积分球内,所述直流电源与电脑相连,所述LED光源安置在LED基座上。
所述直流电源用于LED提供稳定的脉冲宽度可调的恒流电源,最小脉冲宽度10ms,误差小于实际脉冲宽度的5%。
一种根据光谱分布的变化测算LED结温的方法,步骤包括:
a)结温标尺向量的测量:
a1)将待测LED样品安装在温控台上,保存良好的热接触;
a2)设定温控温度为T1,保持一段时间,使得LED与LED基座之间达到热平衡;
a3)测量电流为10mA、20mA、30mA…,一直到额定电流时,热稳定后LED的光谱分布,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
a4)改变温控温度为其他温度Ti(i=2.3,…),重复步骤a3),得到了一组曲线;Ti的最大值和最小值相差不小于50℃.
a5)将不同的温控温度下,同一电流对应的质心波长-半高全宽的坐标点拟合线相连,得到的向量为标尺,两质心波长-半高全宽曲线之间标尺的长度表示结温的差值。这样也可以得到一组向量标尺。
b基准结温曲线的测量:
b1)将待测LED样品安装在温控台上,保存良好的热接触;
b2)设定温控温度为t,保持一段时间,使得LED与基座之间达到热平衡;
b3)测量脉宽分别分别为10ms、20ms和30ms,驱动电流从20mA到额定电流,间隔20mA时LED的光谱分布,计算质心波长和半高全宽,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
b4)结温随脉宽的增加而线性增加,质心播波长和半高全宽也成线性变化,在同一电流驱动下,由10ms、20ms、30ms,40ms的LED光谱分布的质心波长和半高全宽,可以反推出0时刻的质心波长和半高全宽:
b5)0时刻对应的结温为环境温度t,质心波长-半高全宽曲线为基准曲线。
c)待测结温的测量:
在实际点灯条件下,测量LED的光谱分布,得到质心波长和半高全宽,质心波长的值作为横坐标、半高全宽的值作为纵坐标画出一个点(定义为D点),在a)得到的向量标尺中,总有一条向量标尺的延伸线最接近该点。过D点平行该向量标尺与0基准线相交,该线段的长度表征结温大小。其准确值的计算方法是,线段长度与标尺长度相比,再乘以标尺长度对应的温控温度差值,加上0基准线对应的温控温度。
相比于现有技术,本发明的优点在于:1、对LED结温实施的是非接触式测量。2、仅需常规的光谱仪和电源,实施容易。3、质心波长和半高全宽容易准确测量,测量的可重复性高,用于表征结温误差小。4、可以用于单颗LED结温测量,也可以用于多颗GaN基LED组成的阵列的平均结温测量,使用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图3为LED的等环境温度簇曲线图。
图4为不同脉冲宽度下LED半高全宽-质心波长曲线图。
图5为结温测算示意图。
图中:1、直流电源 2、恒温器 3、积分球 4、LED基座 5、光谱分析仪 6、电脑 7、LED光源。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例,对本发明作详细描述。
如图1所示,一种根据光谱分布的变化测算LED结温的装置,包括直流电源1、恒温器2、积分球3和光谱分析仪5,所述恒温器2上设置有LED基座4,所述LED基座4上设置有积分球3,所述积分球3外有光谱分析仪5和电脑6,所述光谱分析仪5的信号传输端与电脑6相连,所述光谱分析仪5的探头透过积分球3到达内壁,所述直流电源1与LED光源7相连,所述积分球3上设有一孔,所述LED光源7穿过积分球3上的孔到达积分球3内,所述直流电源1与电脑6相连,所述LED光源7安置在LED基座4上。
所述直流电源1用于LED提供稳定的脉冲宽度从可调的恒流电源,最小脉冲宽度10ms,误差小于实际脉冲宽度的5%。
本专利的质心波长定义:
式中,λ1,λ2是LED光谱分布的上、下限波长,对于可见光LED,一般取380nm和780nm。
半高全宽Δλ0.5定义为光谱功率分布为峰值高度之一半对应的波长之差,公式如下:Δλ0.5=λup-λdown,式中,λup,λdown分别是光谱为峰值一半对应的较大和较小的波长。
LED的光谱分布、驱动电流和结温具有内在的联系,可以写成:F(I,Tj,FWHM,λc)=0,式中,只有两个参数是独立的,例如,驱动电流和结温确定了,LED的光谱分布自然是唯一的,半高全宽和质心波长也随之成唯一的。但是对于四者之间的关系式,不同文献各不相同,例如,专利[CN201510192171]给出了它给出的关系是:
式中,K为质心波长-结温系数,σ0,σ1和I0是与质心波长λc有关的系数;同理,K/为半高全宽-结温系数,和是与半高全宽Δλ0.5有关的系数,T0为环境温度。
可以确定的是,无论四者的关系式是何表达形式,四个变量中只有两个是独立的。我们可以测量出四者关系的曲线,根据该曲线就可以得到结温。
如图2所示,一种根据光谱分布的变化测算LED结温的方法,步骤包括:
b)结温标尺向量的测量:
a1)将待测LED样品安装在温控台上,保存良好的热接触;
a2)设定温控温度为T1,保持一段时间,使得LED与LED基座之间达到热平衡;
a3)测量电流为10mA、20mA、30mA…,一直到额定电流时,热稳定后LED的光谱分布,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
a4)改变温控温度为其他温度Ti(i=2.3,…),重复步骤a3),得到了一组曲线;Ti的最大值和最小值相差不小于50℃。
a5)将不同的温控温度下,同一电流对应的质心波长-半高全宽的坐标点拟合线相连,得到的向量为标尺,两质心波长-半高全宽曲线之间标尺的长度表示结温的差值。这样也可以得到一组向量标尺。
b基准结温曲线的测量:
b1)将待测LED样品安装在温控台上,保存良好的热接触;
b2)设定温控温度为t(t=25℃),保持一段时间,使得LED与基座之间达到热平衡;
b3)测量脉宽分别分别为10ms、20ms和30ms,驱动电流从20mA到额定电流,间隔20mA时LED的光谱分布,计算质心波长和半高全宽,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
b4)在数十毫秒时间内,结温随脉宽的增加而线性增加,质心波长和半高全宽也成线性变化。因此,在同一电流驱动下,由10ms、20ms、30ms,40ms的LED光谱分布的质心波长和半高全宽,可以反推出0时刻的质心波长和半高全宽:
b5)0时刻对应的结温为环境温度t(t=25℃),其质心波长-半高全宽曲线为基准曲线。
c)待测结温的测量:
在实际点灯条件下,测量LED的光谱分布,得到质心波长和半高全宽,质心波长的值作为横坐标、半高全宽的值作为纵坐标画出一个点(定义为D点),在a)得到的向量标尺中,总有一条向量标尺的延伸线最接近该点。过D点平行该向量标尺与0基准线相交,该线段的长度表征结温大小。其准确值的计算方法是,线段长度与标尺长度相比,再乘以标尺长度对应的温控温度差值,加上0基准线对应的温控温度。(图4对应96℃)。
Claims (1)
1.一种根据光谱分布的变化测算LED结温的方法,步骤包括:
a)结温标尺向量的测量:
a1)将待测LED样品安装在温控台上,保持良好的热接触;
a2)设定温控温度为T1,保持一段时间,使得LED与LED基座之间达到热平衡;
a3)测量电流为10mA、20mA、30mA…,一直到额定电流时,热稳定后LED的光谱分布,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
a4)改变温控温度为其他温度Ti(i=2,3,…),重复步骤a3),得到了一组曲线;Ti的最大值和最小值相差不小于50℃;
a5)将不同的温控温度下,同一电流对应的质心波长-半高全宽的坐标点拟合线相连,两质心波长-半高全宽曲线之间,标尺的长度表示结温的差值,它等于温控的温度差,这样得到一组针对待测LED样品的向量标尺;
b)基准结温曲线的测量:
b1)将待测LED样品安装在温控台上,保持良好的热接触;
b2)设定温控温度为t,保持一段时间,使得LED与基座之间达到热平衡;
b3)测量脉宽分别为10ms、20ms和30ms,驱动电流从20mA到额定电流,间隔20mA时LED的光谱分布,计算质心波长和半高全宽,画出质心波长为横轴,半高全宽为纵轴的曲线;
b4)结温随脉宽的增加而线性增加,质心波长和半高全宽也成线性变化,在同一电流驱动下,由10ms、20ms、30ms的LED光谱分布的质心波长和半高全宽,反推出0时刻的质心波长和半高全宽:
b5)0时刻对应的结温为温控温度t,对应的质心波长-半高全宽曲线为结温为t的基准曲线;
c)待测结温的测量:
在实际点灯条件下,测量LED的光谱分布,得到质心波长和半高全宽,质心波长的值作为横坐标、半高全宽的值作为纵坐标画出一个点,定义为D点,在a)得到的向量标尺中,总有一条向量标尺的延伸线最接近该点;过D点平行该向量标尺与0基准线相交,该线段的长度表征结温大小;其准确值的计算方法是,线段长度与标尺长度相比,再乘以标尺长度对应的温控温度差值,加上0基准线对应的温控温度。
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GaN蓝色LED结温的最佳光谱带宽表征;饶丰等;《光学学报》;20150131;第35卷(第1期);第0130002-1-0130002-8页 * |
采用双光谱参数表征GaN基蓝色LED的结温;饶丰等;《光电子.激光》;20151130;第26卷(第11期);第2083-2088页 * |
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