基于i-v特性曲线测量led结温的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及LED的结温测量，尤其是设及一种基于I-V特性曲线测量L邸结温的 方法。
【背景技术】
[0002] LED照明是21世纪最具发展前景的照明技术。LED因其具有亮度高、寿 命长、体积小、安全环保等特点已经在显示、背光、照明等许多领域取代了传统光源 [M.比Crawford,"LEDsforsolid-statelighting:Performancechallengesandrecent advances, "IE邸J.Sel.TopicsQuantumElectron. , 2009. 15(4) ; 1028 - 1040]。与传统 光源不同的是，L邸是一种半导体器件。它的热损耗机制严重依赖于热传导，而非福射和 对流。LED的基本结构是一个半导体的P-N结。当有电流流经LED器件时，P-N结有源区 自由电子与空穴产生复合，并释放出光能和热能圧.F.Schubert,Li曲t-EmittingDiodes. Cambridge,U.K:CambridgeUniv.Press, 2006.]。当热量不断聚集，PN结结区的温度将会 上升。狭义上说，把PN结结区的温度定义为LED的结温。但通常L邸器件的巧片都比较 小，所W便把L邸巧片的温度视为LED的结温。实践证明，L邸结温的改变会影响其光通 量、出光效率、颜色、波长W及正向电压等光度、色度和电气参数，影响器件的寿命和可靠性 的NarendranandY.Gu,"LifeofLED-BasedWhiteLightSources"IEEEJournalof DisplayTechnology,Nol,pg167-(sept2005).]。然而，由于散热问题没有得到良好的 解决，使得LED容易产生光衰，色衰等一系列问题，致使LED的性能大打折扣。对结温的研 究设及到L邸光源的评价、热设计和寿命的预测，因此，对LED的结温进行快速而准确的测 量就显得意义重大。
[0003] 目前，常用的L邸结温的测量方法包括；正向电压法、热阻法、峰值波长法、藍白比 法、红外摄像法、相对福射度法和有限元计算法等。目前该些测试方法十分庞杂，没有统一 的测试标准。有些方法需要一整套的测试系统，方法繁琐；有些方法需要一些高昂的测试仪 器，价格不菲。其中，正向电压法是目前认为运用最为广泛、测试最为精确的测试方法。该里 仅对正向电压法的优缺点进行论述，其余不予寶述。正向电压法是利用L邸的PN结电输运 的温度效应，通过测量工作电流下的正向电压来测算结温[田大垒，关荣锋，王杏.大功率 白光L邸的结温测量[J].电子与封装，8 (12): 10-14]。具体做法是；测量L邸在较小电流 下（一般取10mA)正向电压和结温的线性关系化系数）；当LED处于正常工作状态（大电 流）达到热平衡状态时，将此时的大电流切换成小电流，W最快的速度测出此时L邸两端的 电压，根据电压的变化量和结温对应的K系数来计算出结温。正向电压法具有测量精度高， 测试方法简单，瞬态响应好且非破坏性等优点。但要求测试系统能够瞬间从加热的大电流 切换到测试的小电流，该个过程中容易引入噪声和阻巧振荡，而且要求切换时间越短越好。 由于噪声和阻巧振荡的存在，即便是很小的切换时间间隔不一致都会对测量结果的准确性 产生很大的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为了克服现有的L邸结温测试方法的标准不一W及存在的测 量准确性问题，尤其是正向电压法电流切换过程中会引入噪声和阻巧振荡的问题，提供一 种基于I-V特性曲线测量L邸结温的方法。
[0005] 本发吸采用一种基于I-V特性曲线测量L邸结温装置，该装置设有电流源、测试 L邸样品、控温热沉、W及控温仪器、计算机。
[0006] 本发明包括W下步骤：
[0007] 1)测量饱和电流I郝未点亮的LED结温TJ，并拟合I,-Tj曲线图；
[0008] 在步骤1)中，所述测量饱和电流L和未点亮的L邸结温Tj.，并拟合L-Tj.曲线图 的具体方法可为：将L邸样品放置在控温热沉上，L邸两端与电流源两端相接，控温热沉与 控温仪器相接。用控温仪器设置热沉的温度，比如25°C，过5min当L邸达到热平衡时，设置 电流源输出反向电压（通常是-5V)，此时L邸不发光不发热，L邸结温即为热沉的温度，测 试L邸两端的反向电流1,;调节控温仪器改变热沉的温度，重复上述测试过程，得到一系列 不同结温下的反向饱和电流运用计算机origin数据处理软件拟合测试得到的饱和电 流I郝LED结温Tj.，得到L-Tj.曲线，拟合方程为：
[0009]
【主权项】
1. 基于I-V特性曲线测量LED结温的方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 测量饱和电流Is和未点亮的LED结温T」，并拟合Is-Tj曲线图； 2) 测量LED的伏安特性曲线； 3) 利用MATLAB编程软件计算得到LED结温。
2. 如权利要求1所述基于I-V特性曲线测量LED结温的方法，其特征在于在步骤1) 中，所述测量饱和电流Is和未点亮的LED结温T」，并拟合I s-Tj曲线图的具体方法为：将LED 样品放置在控温热沉上，LED两端与电流源两端相接，控温热沉与控温仪器相接；用控温仪 器设置热沉的温度，当LED达到热平衡时，设置电流源输出反向电压，此时LED不发光不发 热，LED结温即为热沉的温度，测试LED两端的反向电流I s;调节控温仪器改变热沉的温度， 重复上述测试过程，得到一系列不同结温下的反向饱和电流Is;运用计算机origin数据处 理软件拟合测试得到的饱和电流1 3和LED结温T」，得到Is-Tj曲线，拟合方程为：
其中，Is是反向电流，Istl(Tjtl)表示Tjtl= 25°C时的反向电流，Tj即为LED结温，β ρβ2、 β 3为拟合系数。
3. 如权利要求1所述基于I-V特性曲线测量LED结温的方法，其特征在于在步骤2) 中，所述测量LED的伏安特性曲线的具体方法为：将LED样品放置在控温热沉上，LED两端 与电流源两端相接，控温热沉与控温仪器相接；用控温仪器设置热沉的温度，使热沉温度保 持恒定；此时，通过电流源给LED样品提供正向电流I，采用四线测量方法测试正向电压V ; 实验中通常测试多个正向电流下的正向电压V得到正向电流I和正向电压V的伏安特性曲 线I-V ;然后改变热沉温度，重复同样的实验过程，得到另一组I-V特性曲线。
4. 如权利要求1所述基于I-V特性曲线测量LED结温的方法，其特征在于在步骤3) 中，所述利用MATLAB编程软件计算得到LED结温的具体方法为：在热沉温度为T sinkl下，根 据方程：
在热沉温度为Tsink2下，根据方程
且有结温温差等于热?几温差：Tj2-Tj1 = T sink2_Tsinld (3) 其中I1表示热沉温度T sinkl= 25°C下LED的正向电流，V i表示热沉温度T sinkl= 25°C 下LED的正向电压，Isl (Tjl)是关于Tjl的函数，可以根据步骤2)中的方程得到，q是单位电 荷带电量，k为波尔兹曼常数，η表示理想因数，是未知，T jl即为要求的在热沉温度T sinkl = 25°C下LED点亮时的结温；同理，I2表示热沉温度T sink2= 25°C下LED的正向电流，V2表示 热沉温度Tsink2= 25°C下LED的正向电压，Is2(Tj2)是关于Tj2的函数，可以根据步骤2)中 的方程得到，UP为要求的在热沉温度T sink2= 35°C下LED点亮时的结温；通过MTLAB编 程计算，求得Tj1, 1^2和η。
【专利摘要】基于I-V特性曲线测量LED结温的方法，涉及LED的结温测量。采用一种基于I-V特性曲线测量LED结温装置，该装置设有电流源、测试LED样品、控温热沉、以及控温仪器、计算机。测量饱和电流Is和未点亮的LED结温Tj，并拟合Is-Tj曲线图；测量LED的伏安特性曲线；利用MATLAB编程软件计算得到LED结温。只需简单的电压源、电流源测试反向饱和电流和正向I-V特性曲线即可得到LED结温，改善LED结温测试过程，避免正向电压法从加热的大电流切换到测试小电流的过程，且无需仪器能实现快速切换并及时采集数据的高难度测试，简化LED的结温测量方法。
【IPC分类】G01K11-00
【公开号】CN104748885
【申请号】CN201510205197
【发明人】陈忠, 张纪红, 施天谟, 吕毅军
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月27日