基于I-V特性曲线测量LED结温的方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
基于I-V特性曲线测量LED结温的方法
本专利技术涉及LED的结温测量，尤其是涉及一种基于I-V特性曲线测量LED结温的方法。
技术介绍
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.H.Crawford,“LEDsforsolid-statelighting:Performancechallengesandrecentadvances,”IEEEJ.Sel.TopicsQuantumElectron.,2009.15(4)：1028–1040]。与传统光源不同的是，LED是一种半导体器件。它的热损耗机制严重依赖于热传导，而非辐射和对流。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[E.F.Schubert,Light-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LED器件的芯片都比较小，所以便把LED芯片的温度视为LED的结温。实践证明，LED结温的改变会影响其光通量、出光效率、颜色、波长以及正向电压等光度、色度和电气参数，影响器件的寿命和可靠性[N.NarendranandY.Gu,"LifeofLED-BasedWhiteLightSources"IEEEJournalofDisplayTechnology,No1,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。对结温的研究涉及到LED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。目前，常用的LED结温的测量方法包括：正向电压法、热阻法、峰值波长法、蓝白比法、红外摄像法、相对辐射度法和有限元计算法等。目前这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。这里仅对正向电压法的优缺点进行论述，其余不予赘述。正向电压法是利用LED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LED的结温测量[J].电子与封装，8(12):10-14]。具体做法是：测量LED在较小电流下(一般取10mA)正向电压和结温的线性关系(K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，以最快的速度测出此时LED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，这个过程中容易引入噪声和阻尼振荡，而且要求切换时间越短越好。由于噪声和阻尼振荡的存在，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服现有的LED结温测试方法的标准不一以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尼振荡的问题，提供一种基于I-V特性曲线测量LED结温的方法。本发吸采用一种基于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。本专利技术包括以下步骤：1)测量饱和电流Is和未点亮的LED结温Tj，并拟合Is-Tj曲线图；在步骤1)中，所述测量饱和电流Is和未点亮的LED结温Tj，并拟合Is-Tj曲线图的具体方法可为：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，比如25℃，过5min当LED达到热平衡时，设置电流源输出反向电压(通常是-5V)，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Is；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Is和LED结温Tj，得到Is-Tj曲线，拟合方程为：其中，Is是反向电流，Is0(Tj0)表示Tj0＝25℃时的反向电流，Tj即为LED结温，β1、β2、β3为拟合系数。2)测量LED的伏安特性曲线；在步骤2)中，所述测量LED的伏安特性曲线的具体方法可为：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，比如25℃；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(比如1-500mA间隔1mA)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(热沉温度Tsink1固定，Tsink1＝25℃)；然后改变热沉温度，比如35℃，重复同样的实验过程，得到另一组I-V特性曲线(热沉温度Tsink2固定，Tsink2＝35℃)。3)利用MATLAB编程软件计算得到LED结温。在步骤3)中，所述利用MATLAB编程软件计算得到LED结温的具体方法可为：在热沉温度为Tsink1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沉温差：Tj2-Tj1＝Tsink2-Tsink1(3)其中I1表示热沉温度Tsink1＝25℃下LED的正向电流，V1表示热沉温度Tsink1＝25℃下LED的正向电压，Tsink1是关于Tj1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，n表示理想因数，是未知，Tj1即为要求的在热沉温度Tsink1＝25℃下LED点亮时的结温；同理，I2表示热沉温度Tsink2＝25℃下LED的正向电流，V2表示热沉温度Tsink2＝25℃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，Tj2即为我们要求的在热沉温度Tsink2＝35℃下LED点亮时的结温；通过MATLAB编程计算，求得Tj1，Tj2和n。本专利技术解决其技术问题所采用的技术原理是：通常，LED的伏安特性满足Shockley方程，记为：其中，I0为正向电流，Is是饱和电流，q代表电子的电荷量，V表示LED两端的正向电压，n为理想因数，k是玻尔兹曼常数，Tj即LED的结温；通常在LED正常的工作状态下，呈指数变化，满足所以可将“-1”予以省略，方程可写成：当对LED施加的反向电压接近但不超过其击穿电压时，LED工作于反向饱和模式，此时的工作电流称为反向饱和电流。本专利技术将LED放置于热沉上，由控温仪器进行控温，并在LED两端通一反向电压，同时测试此时的反向饱和电流，然后调节控温仪器改变热沉的温度(即为结温)，可得到反向饱和电流和结温的关系。选取LED工作在反向电压为-5V时，此时，通过LED的电流极小(约为～nA数量级)，可以认为LED不产本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Tj，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。

【技术特征摘要】
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Tj，并拟合Is-Tj曲线图；所述测量饱和电流Is和未点亮的LED结温Tj，并拟合Is-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两端的饱和电流Is；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Is和LED结温Tj，得到Is-Tj曲线，拟合方程为：其中，Is是饱和电流，Is0(Tj0)表示Tj0＝25℃时的饱和电流，Tj即为LED结温，β1、β2、β3为拟合系数；2)测量LED的伏安特性曲线；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠，张纪红，施天谟，吕毅军，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35