CN209689771U - 一种温度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种温度测量装置。其中温度测量装置包括恒流电路、Micro‑LED以及电压检测电路；恒流电路与Micro‑LED电连接，用于向Micro‑LED输入恒定的第一电流，其中，第一电流小于Micro‑LED发光时的电流阈值；电压检测电路与Micro‑LED电连接，用于测量Micro‑LED的两个电极之间的电压，并输出检测温度。本实用新型实施例的技术方案，解决温度测量的问题，实现快速高精度的温度测量。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及温度测量技术，尤其涉及一种温度测量装置。
背景技术
在科学研究或工程应用中测量的大多数变量在不同程度上取决于温度这一最常见以及最重要的物理量之一，因此，对于温度的传感也显得尤为重要。
现有的二极管温度传感器多为硅基二极管，具体工艺为体硅(bulk silicon)工艺和SOI(Silicon on Insulator，即硅晶体管结构在绝缘体之上)工艺两种，体硅工艺的温度传感区间为-55℃～150℃，SOI工艺的温度传感区间为-55℃～200℃，在此区间外则表现出很差的传感准确性。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种温度测量装置，以实现快速高精度温度测量。
本实用新型实施例提供一种温度测量装置，包括恒流电路、Micro-LED以及电压检测电路；
所述恒流电路与所述Micro-LED电连接，用于向所述Micro-LED输入恒定的第一电流，其中，所述第一电流小于所述Micro-LED发光时的电流阈值；
所述电压检测电路与所述Micro-LED电连接，用于测量所述Micro-LED的两个电极之间的电压，并输出检测温度。
可选的，所述电压检测电路包括电压放大子电路与电压检测子电路，所述电压放大子电路与所述Micro-LED电连接，用于放大所述Micro-LED的两个电极输出的电压；
所述电压检测子电路与所述电压放大子电路电连接，用于测量所述电压放大子电路输出电压，并输出检测温度。
可选的，包括多个Micro-LED串联。
可选的，多个所述Micro-LED以阵列形状排列。
可选的，所述恒流电路还用于向多个所述Micro-LED输入恒定的第二电流，以使多个所述Micro-LED发光。
可选的，所述Micro-LED包括：
衬底；
设置于所述衬底，并沿远离所述衬底方向依次层叠设置的n型层、有源层、p型层以及设置于所述n型层上的n型电极和设置于所述p型层上的p型电极。
可选的，所述Micro-LED的p型层和n型层包括氮化镓基材料或砷化镓基材料；
所述有源层包括多个量子阱周期结构，每个所述量子阱周期结构包括层叠设置的氮化镓层与铟镓氮层。
本实用新型实施例提供的温度测量装置，包括恒流电路、Micro-LED以及电压检测电路；恒流电路与Micro-LED电连接，用于向Micro-LED输入恒定的第一电流，其中，第一电流小于Micro-LED发光时的电流阈值；电压检测电路与Micro-LED电连接，用于测量Micro-LED的两个电极之间的电压，并输出检测温度。利用Micro-LED正向偏压的温度依赖性，通过恒流电路向Micro-LED输入恒定的小于发光阈值的第一电流，通过电压检测电路测量Micro-LED的两个电极之间的电压，并根据电压与温度的关系，输出检测温度，解决温度测量的问题，实现快速高精度的温度测量。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种温度测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的另一种温度测量装置的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种Micro-LED的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种温度测量方法的流程示意图；
图5是本实用新型实施例提供的一种电压-温度关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1所示为本实用新型实施例提供的一种温度测量装置的结构示意图。参考图1，该温度测量装置包括恒流电路10、Micro-LED20以及电压检测电路30；恒流电路10与Micro-LED20电连接，用于向Micro-LED20输入恒定的第一电流，其中，第一电流小于Micro-LED20发光时的电流阈值；电压检测电路30与Micro-LED20电连接，用于测量Micro-LED20的两个电极之间的电压，并输出检测温度。
其中，微型发光二极管(Micro-LED)是一种基于效率和稳定性极高的第三代半导体材料(例如氮化镓，GaN)制作的发光二极管，具有体积小、寿命长、亮度高、功耗小等优点，在先进照明与显示技术具有广泛的应用。由于制作二极管的半导体材料在正向偏压时具有强烈的温度依赖性，在工作区域为正向电压小于发光时的阈值电压时，在同一电流的驱动下，Micro-LED20的两个电极之间的电压与温度的变化符合线性关系，即电压的数值可以反映温度的大小。在实验室条件下，控制温度变化，预先标定Micro-LED20在某一驱动电流(小于发光阈值)和温度的关系曲线，并存储在电压检测电路30中，当用于测量温度时，恒流电路10用于给Micro-LED20提供温度测量时恒定的第一电流，通过电压检测电路30测量Micro-LED20的两个电极之间电压，并根据电压的数值输出检测温度。具体恒流电路10与电压检测电路30的电路结构可以根据实际需求设计，本实用新型实施例对此不作限定。
需要说明的是，本实用新型实施例提供的温度检测装置可以用于测量环境温度，也可以封装后浸没在液体中测量液体温度、贴附于固体表面测量固体温度等，根据具体测量环境根据实际需求设计测量结构。
本实用新型实施例的技术方案，利用Micro-LED正向偏压的温度依赖性，通过恒流电路向Micro-LED输入恒定的小于发光阈值的第一电流，通过电压检测电路测量Micro-LED的两个电极之间的电压，并根据电压与温度的关系，输出检测温度，解决温度测量的问题，实现快速高精度的温度测量。
在上述技术方案的基础上，图2所示为本实用新型实施例提供的另一种温度测量装置的结构示意图。参考图2，可选的，电压检测电路30包括电压放大子电路31与电压检测子电路32，电压放大子电路31与Micro-LED20电连接，用于放大Micro-LED20的两个电极输出的电压；电压检测子电路32与电压放大子电路31电连接，用于测量电压放大子电路31输出电压，并输出检测温度。
可以理解的是，电压放大子电路31用于放大Micro-LED20的两个电极输出的电压，在实际应用时，可以提前标定放大后的电压与温度的关系，防止Micro-LED20的两个电极间电压较小引起的测量误差较大，提高温度测量的灵敏度。
可选的，该温度测量装置包括多个Micro-LED串联。
可以理解的是，Micro-LED包括p极和n极，将多个Micro-LED串联，电压检测电路与第一个Micro-LED的p极和最后一个Micro-LED的n极电连接，如果有N个Micro-LED串联，则该温度测量装置的灵敏度为单个Micro-LED的N倍。
可选的，多个Micro-LED以阵列形状排列。
可以理解的是，多个Micro-LED排列为阵列形状可以减小温度测量装置的体积，还可以在发光时用于照明。
可选的，恒流电路10还用于向多个Micro-LED输入恒定的第二电流，以使多个Micro-LED发光。
可以理解的是，第二电流大于或等于Micro-LED发光时的电流阈值，以使Micro-LED发光，使该温度测量装置既可以用于温度测量，又可以用于照明，具有更广泛的应用前景。
图3所示为本实用新型实施例提供的一种Micro-LED的结构示意图。参考图3，可选的，Micro-LED包括：衬底100；设置于衬底100，并沿远离衬底100方向依次层叠设置的n型层110、有源层120、p型层130以及设置于n型层110上的n型电极140和设置于p型层130上的p型电极150。
其中，衬底100为绝缘衬底，可以选用硅材料、氮化镓材料、蓝宝石材料或碳化硅材料；n型层110、有源层120以及p型层130都可以选用第Ⅲ族氮化物或砷化物材料；电极可以选用常用金属(例如金、镍等)或金属氧化物(氧化铟锡ITO)材料等，本实用新型实施例对此不作限定。
可选的，Micro-LED的p型层130和n型层120包括氮化镓基材料或砷化镓基材料；有源层110包括多个量子阱周期结构，每个量子阱周期结构包括层叠设置的氮化镓层与铟镓氮层。
示例性的，氮化镓基材料包括铝镓氮(AlGaN)、铟镓氮(InGaN)等，砷化镓材料包括铝镓砷(AlGaAs)、铟镓砷(AlGaAs)等，有源层110包括多个量子阱周期结构，每个量子阱周期结构包括层叠设置的氮化镓(GaN)层与InGaN层，本实施例中，量子阱周期结构的数量设置为10～20。
可选的，继续参考图3，Micro-LED还包括电流扩展层160，设置在p型电极150与p型层130之间。电流扩展层160可以选用镍/金(Ni/Au)层叠结构，通过电流扩展层的设置，可以改善Micro-LED的电流分布，提高器件性能。
制备本实用新型实施例提供的Micro-LED工艺过程为：在衬底上依次形成n型层、具有多个周期的多量子阱(MQWs)结构的有源层以及p型层；使用光刻和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀来定义台面结构，其中SiO2为掩模版；接着形成电流扩展层(CSL)，然后在p型层和n型层上形成p电极和n电极。
图4所示为本实用新型实施例提供的一种温度测量方法的流程示意图，该方法可以由上述实施例提供的温度测量装置来执行，具体包括如下步骤：
步骤110、恒流电路向Micro-LED输入恒定的第一电流。
步骤120、电压检测电路检测Micro-LED的两个电极之间的电压。
步骤130、电压检测电路根据电压，输出检测温度。
其中，第一电流小于Micro-LED发光时的电流阈值。
其中，Micro-LED是一种基于效率和稳定性极高的第三代半导体材料(例如氮化镓，GaN)制作的发光二极管，具有体积小、寿命长、亮度高、耗小等优点，在先进照明与显示技术具有广泛的应用。由于制作二极管的半导体材料在正向偏压时具有强烈的温度依赖性，在工作区域为正向电压小于发光时的阈值电压时，在同一电流的驱动下，Micro-LED的两个电极之间的电压与温度的变化符合线性关系，即电压的数值可以反映温度的大小。在实验室条件下，控制温度变化，预先标定Micro-LED在某一驱动电流(小于发光阈值)和温度的关系曲线，并存储在电压检测电路中，当用于测量温度时，恒流电路用于给Micro-LED提供温度测量时恒定的第一电流，通过电压检测电路测量Micro-LED的两个电极之间电压，并根据电压的数值输出检测温度。具体恒流电路与电压检测电路的电路结构可以根据实际需求设计，本实用新型实施例对此不作限定。
需要说明的是，本实用新型实施例提供的温度检测装置可以用于测量环境温度，也可以封装后浸没在液体中测量液体温度、贴附于固体表面测量固体温度等，根据具体测量环境根据实际需求设计测量结构。
本实用新型实施例提供的技术方案，利用Micro-LED正向偏压的温度依赖性，通过恒流电路向Micro-LED输入恒定的小于发光阈值的第一电流，通过电压检测电路测量Micro-LED的两个电极之间的电压，并根据电压与温度的关系，输出检测温度，解决温度测量的问题，实现快速高精度的温度测量。
在上述技术方案的基础上，可选的，在恒流电路向Micro-LED输入恒定的第一电流之前，还包括：
在预设温度范围内，标定Micro-LED的两个电极之间的电压与温度的对应曲线。
可以理解的是，标定Micro-LED的两个电极之间的电压与温度的对应曲线的过程可以为：
控制Micro-LED达到标定温度；
向Micro-LED输入恒定的测试电流；
测量Micro-LED两个电极之间的电压；
记录标定温度和对应的电压；
控制Micro-LED达到下一标定温度，重复上述步骤，直至得出电压与温度的对应曲线。
在本实施例中，标定温度的范围为30℃～300℃，控制温度变化步长为30℃，恒定的测试电流为1μA，图5所示为本实施例提供的一种电压-温度关系曲线，由图5可知，Micro-LED在30℃～300℃的电压-温度具有良好的线性关系：V＝-2.40×10-3T+2.098，温度传感灵敏度为2.40mV/℃。
可选的，该温度测量方法还包括：
恒流电路向Micro-LED输入恒定的第二电流，以使Micro-LED发光。
可以理解的是，第二电流大于或等于Micro-LED发光时的电流阈值，以使Micro-LED发光，使该温度测量装置既可以用于温度测量，又可以用于照明，具有更广泛的应用前景。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种温度测量装置，其特征在于，包括恒流电路、Micro-LED以及电压检测电路；
所述恒流电路与所述Micro-LED电连接，用于向所述Micro-LED输入恒定的第一电流，其中，所述第一电流小于所述Micro-LED发光时的电流阈值；
所述电压检测电路与所述Micro-LED电连接，用于测量所述Micro-LED的两个电极之间的电压，并输出检测温度。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述电压检测电路包括电压放大子电路与电压检测子电路，所述电压放大子电路与所述Micro-LED电连接，用于放大所述Micro-LED的两个电极输出的电压；
所述电压检测子电路与所述电压放大子电路电连接，用于测量所述电压放大子电路输出电压，并输出检测温度。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，包括多个Micro-LED串联。
4.根据权利要求3所述的温度测量装置，其特征在于，多个所述Micro-LED以阵列形状排列。
5.根据权利要求3所述的温度测量装置，其特征在于，所述恒流电路还用于向多个所述Micro-LED输入恒定的第二电流，以使多个所述Micro-LED发光。
6.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述Micro-LED包括：
衬底；
设置于所述衬底，并沿远离所述衬底方向依次层叠设置的n型层、有源层、p型层以及设置于所述n型层上的n型电极和设置于所述p型层上的p型电极。
7.根据权利要求6所述的温度测量装置，其特征在于，所述Micro-LED的p型层和n型层包括氮化镓基材料或砷化镓基材料；
所述有源层包括多个量子阱周期结构，每个所述量子阱周期结构包括层叠设置的氮化镓层与铟镓氮层。
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|---|---|---|---|---|
| CN109855750A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-07 | 深圳市思坦科技有限公司 | 一种温度测量装置及测量方法 |
| GB2619407A (en) * | 2022-04-19 | 2023-12-06 | Apple Inc | Temperature sensing using optical sensors |
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2019
- 2019-04-02 CN CN201920458973.8U patent/CN209689771U/zh active Active
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