專利名稱：一種led降額曲線的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體光電器件的熱學(xué)性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是LED結(jié)溫與電流降額曲線的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
LED是英文Light Emitting Diode的縮寫(xiě)，譯為發(fā)光二極管。截止到目前為，全球商業(yè)化白光LED產(chǎn)品的發(fā)光效率已達(dá)到1501m/W左右，約為熒光燈光效的2倍；而實(shí)驗(yàn)室條件下的白光LED光效更高達(dá)2001m/W左右。壽命可達(dá)5 10萬(wàn)小時(shí)以上。LED的節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命等卓越品質(zhì)和巨大市場(chǎng)價(jià)值已在全世界范圍內(nèi)獲得廣泛認(rèn)可。盡管LED的電光轉(zhuǎn)換效率很高，但是仍有小部分電能轉(zhuǎn)換為熱能，加上未抽取出的光子在器件內(nèi)部不斷損耗所產(chǎn)生的熱能，都將增高LED器件的結(jié)溫。過(guò)高的結(jié)溫會(huì)對(duì)器件的光譜、光功率、壽命和可靠性等參數(shù)產(chǎn)生破壞性影響。因此，實(shí)施有效的熱量管理便成了 LED器件或燈具系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要課題，特別是伴隨著LED工作電流和功率的不斷提升。 電流降額曲線正是熱量管理中的一種有效解決方法。電流降額曲線是指，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，為保證LED的結(jié)溫不超過(guò)最大工作結(jié)溫而采取降低正向電流的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)溫的控制。將正向電流隨著環(huán)境溫度增加從最大工作電流開(kāi)始逐漸降低的過(guò)程用圖形化曲線來(lái)表達(dá)，便形成了電流降額曲線。電流降額曲線是LED器件設(shè)計(jì)、燈具設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，同時(shí)也是工程應(yīng)用的重要依據(jù)，比如，使用智能芯片為L(zhǎng)ED在不同環(huán)境溫度下提供準(zhǔn)確、安全的驅(qū)動(dòng)電流。此外，電流降額曲線已成為 LED器件或燈具產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中不可缺少的性能參數(shù)圖譜。所以，選取準(zhǔn)確、高效的測(cè)量系統(tǒng)和算法來(lái)獲得電流降額曲線具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一例專利涉及LED電流降額曲線的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法。此外，需要說(shuō)明的是，電流降額曲線的測(cè)量是以LED結(jié)溫的測(cè)量為前提的。進(jìn)一步而言，電流降額曲線是通過(guò)對(duì)結(jié)溫與正向電流變化曲線的推導(dǎo)、計(jì)算而來(lái)。關(guān)于LED結(jié)溫的測(cè)量已有許多文獻(xiàn)和中國(guó)專利報(bào)道，常見(jiàn)的方法有①正向電壓的K系數(shù)法；②正向電壓的脈沖定標(biāo)法(文獻(xiàn):Y. Xi, Ε. F. Schubert, Applied Physics Letters, Vol. 85，No. 12，Page :2163 2165 ；中國(guó)專利:CN 10170101854A)；③管腳法；④ 電致發(fā)光峰值偏移法；⑤藍(lán)白比法；⑥紅外攝像法等等。其中，方法①、③ ⑤的測(cè)試精度較低；方法⑥僅對(duì)LED芯片外露的器件形式有效，對(duì)于一般的封裝器件或燈具則無(wú)法實(shí)施測(cè)量；方法②的測(cè)試精度較高，適用范圍較廣，但是對(duì)于多個(gè)電流強(qiáng)度下的結(jié)溫計(jì)算，該方法顯得較為繁瑣。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中LED結(jié)溫測(cè)量存在的不足，以及LED降額曲線測(cè)量的空白，本實(shí)用新型旨在提供一種LED降額曲線的測(cè)量裝置，使其具有高效、準(zhǔn)確、適用范圍廣泛的優(yōu)
點(diǎn)ο
3[0008]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)一種LED降額曲線的測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，它包括數(shù)字源表、恒溫烤箱、熱電偶、夾具、數(shù)字萬(wàn)用表、計(jì)算機(jī)以及待測(cè)LED。所述待測(cè)LED、熱電偶和夾具置于恒溫烤箱內(nèi)， 待測(cè)LED和熱電偶置于夾具上的同一位置。使用四線法連接數(shù)字源表和待測(cè)LED，使用四線法連接數(shù)字萬(wàn)用表和熱電偶，四線法為數(shù)字源表的一種連線方式，便于精確測(cè)量被測(cè)器件兩端的電壓。分別將數(shù)字源表、數(shù)字萬(wàn)用表、夾具和恒溫烤箱與計(jì)算機(jī)相連接。數(shù)字源表提供驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED的正向電流并同時(shí)測(cè)量正向電壓；恒溫烤箱為待測(cè)LED提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度；熱電偶用于探測(cè)待測(cè)LED工作時(shí)其附近位置處的實(shí)際環(huán)境溫度；數(shù)字萬(wàn)用表用于巡檢熱電偶的阻值大小并得到即時(shí)的環(huán)境溫度；裝有測(cè)量軟件的計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)收集、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并向用戶輸出圖形化的降額曲線。在上述測(cè)量裝置中，所述待測(cè)LED為L(zhǎng)ED芯片或者是經(jīng)過(guò)封裝的LED器件、燈具。在上述測(cè)量裝置中，所述數(shù)字源表具備脈沖直流電源和穩(wěn)恒直流電源的功能，其所產(chǎn)生的單脈沖寬度應(yīng)彡IO-2S,占空比應(yīng)彡0. 1%，電流源誤差應(yīng)彡IO-3A,電壓測(cè)量誤差應(yīng) (IO-1V ；所述數(shù)字萬(wàn)用表的電阻測(cè)量誤差應(yīng)< 1Ω ；熱電偶的測(cè)量誤差應(yīng)< rc在上述測(cè)量裝置中，所述恒溫烤箱內(nèi)部安裝溫度探測(cè)器對(duì)烘烤溫度進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)溫度輸出到計(jì)算機(jī)。在上述測(cè)量裝置中，所述夾具是由耐熱溫度范圍為20 150°C的PCB板形成，夾具上設(shè)置多個(gè)器件插槽并裝有具備選址導(dǎo)通功能的輔助電路，并由計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)控制被測(cè)器件的選址導(dǎo)通。本實(shí)用新型所采用的測(cè)量裝置簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程，同時(shí)兼顧了測(cè)量模塊的精度。而且，本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)整合各組成部分，自動(dòng)控制測(cè)量過(guò)程的實(shí)施，利用相關(guān)算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后將測(cè)量結(jié)果以圖形化軟件界面的方式輸出。因此，本實(shí)用新型具有簡(jiǎn)便、高效、準(zhǔn)確、適用性廣的特點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本實(shí)用新型測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型測(cè)量方法的流程圖；圖3為本實(shí)用新型測(cè)量方法的直線系方程Vf = K1Vb(If)的關(guān)系圖；圖4為本實(shí)用新型測(cè)量方法的直線系方程L = K2If+Ta的關(guān)系圖；圖5為本實(shí)用新型測(cè)量方法的直線方程If = ("1/K2) (Ta-IVmax)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
參看圖1，本實(shí)用新型測(cè)量裝置包括數(shù)字源表1、恒溫烤箱2、熱電偶5、夾具4、數(shù)字萬(wàn)用表6、計(jì)算機(jī)7以及采用LED芯片或者是經(jīng)過(guò)封裝的LED器件、燈具的待測(cè)LED3。待測(cè) LED3、熱電偶5和夾具4置于恒溫烤箱2內(nèi)，待測(cè)LED3和熱電偶5置于夾具4上的同一位置。使用四線法連接數(shù)字源表1和待測(cè)LED3，使用四線法連接數(shù)字萬(wàn)用表6和熱電偶5，分別將數(shù)字源表1、數(shù)字萬(wàn)用表6、夾具4和恒溫烤箱2與計(jì)算機(jī)7相連接。數(shù)字源表1提供驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED3的正向電流并同時(shí)測(cè)量正向電壓，數(shù)字源表1具備脈沖直流電源和穩(wěn)恒直流電源的功能，其所產(chǎn)生的單脈沖寬度應(yīng)彡IO-2S,占空比應(yīng)彡0. 1%，電流源誤差應(yīng)彡IO-3A, 電壓測(cè)量誤差應(yīng)彡IO-1V0恒溫烤箱2為待測(cè)LED3提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度，它內(nèi)部安裝溫度探測(cè)器對(duì)烘烤溫度進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)溫度輸出到計(jì)算機(jī)7。熱電偶5用于探測(cè)待測(cè) LED3工作時(shí)其附近位置處的實(shí)際環(huán)境溫度。數(shù)字萬(wàn)用表6用于巡檢熱電偶5的阻值大小并得到即時(shí)的環(huán)境溫度，它的電阻測(cè)量誤差應(yīng)彡1Ω。熱電偶5的測(cè)量誤差應(yīng)彡1°C。裝有測(cè)量軟件的計(jì)算機(jī)7是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)收集、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并向用戶輸出圖形化的降額曲線。夾具4是由耐熱溫度范圍為20 150°C的PCB板形成，夾具4上設(shè)置多個(gè)器件插槽，并裝有具備選址導(dǎo)通功能的輔助電路。本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例說(shuō)明如下數(shù)字源表1 選用 Keithley Sourcemeter ^OlA,恒溫烤箱 2 選用 ESPEC PC200，鉬合金熱電偶5選擇型號(hào)PtlOO，數(shù)字萬(wàn)用表6選用Keithley Multimeter 2000，待測(cè)LED3
為GaN基藍(lán)光二極管。參看圖2，在上述選型下的測(cè)量系統(tǒng)將按照下述測(cè)量方法實(shí)施①把待測(cè)LED3和熱電偶5安放在夾具4上的同一位置，并一起放入恒溫烤箱2內(nèi)； 使用四線法連接數(shù)字源表1和待測(cè)LED3，使用四線法連接數(shù)字萬(wàn)用表6和熱電偶5 ；并分別將數(shù)字源表1、數(shù)字萬(wàn)用表6、夾具4和恒溫烤箱2與計(jì)算機(jī)7相連接，計(jì)算機(jī)7選址導(dǎo)通待測(cè) LED3。②開(kāi)啟數(shù)字源表1，采用低占空比、短脈沖的直流電源驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED3，電流強(qiáng)度設(shè)定為50mA，脈沖寬度為10_4s，占空比為0.05%。將恒溫烤箱2溫度從室溫23°C升高到 120°C，升溫步長(zhǎng)為20°C。待測(cè)LED3的實(shí)際環(huán)境溫度通過(guò)計(jì)算機(jī)7采集數(shù)字萬(wàn)用表6獲得， 采集數(shù)據(jù)之前，應(yīng)確保實(shí)際的環(huán)境溫度保持穩(wěn)定。這樣便得到一組正向電壓和環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖3中所示的離散點(diǎn)。最后，對(duì)采集到的若干數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法的線性擬合，得到直線方程Vf = 2. 39*Ta+b，Vf的單位是mV。③讓恒溫烤箱2加熱到60°C，待熱電偶5檢測(cè)到的實(shí)際環(huán)境溫度在60°C附近穩(wěn)定后，仍然用脈沖寬度為10_4s，占空比為0. 05%的直流電源驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED3，并采集下將 If改變?yōu)?0，40，60，80，IOOmA后的一組正向電壓。將這些正向電壓值代入直線方程Vf = 2. 39*Ta+b，得到一組直線方程的截距值b (If)，進(jìn)而得到直線系方程Vf = 2. 39*Ta+b(If)，在圖3中展示出了這些方程所表示的直線。由于低占空比、短脈沖的直流電源對(duì)待測(cè)LED3產(chǎn)生的“自熱效應(yīng)”幾乎可以忽略，因此，上述直線系方程亦可表示為Vf = 2. 39*Tj+b(If)。④將恒溫烤箱2冷卻至室溫，待熱電偶5檢測(cè)到的環(huán)境溫度穩(wěn)定在室溫后，分別使用電流強(qiáng)度為10，20，40，50，60，80，IOOmA的穩(wěn)恒直流電源驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED3。待待測(cè)LED3工作達(dá)到穩(wěn)定熱平衡狀態(tài)后，分別采集下它的一系列正向電壓Vf數(shù)值，并將這些數(shù)值代入直線系方程Vf = 2. 39*Ta+b (If)，確定此種情況下待測(cè)LED3的一組結(jié)溫T」。最后對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法的線性擬合，得到直線方程Tj = 0. 94*If+Ta。⑤改變環(huán)境溫度Ta為30，40，50，60，70°C，直線方程Tj = 0. 94*If+Ta變?yōu)橹本€系方程Tj = 0. 94*If+Ta，具體如圖4所示。⑥設(shè)定待測(cè)LED3正常工作狀態(tài)下允許的最大正向電流If_max = 50mA和最高結(jié)溫 IVmax = 90°C，通過(guò)直線系方程！^ = 0. 94*If+Ta，求解出現(xiàn)電流降額曲線拐點(diǎn)的環(huán)境溫度 Ta_tum = 43.6°C，如圖 4 所示。[0031]⑦最后，根據(jù)降額曲線在電流降低階段的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置坐標(biāo)(50mA，43. 6°C )和 (0mA,90°C )計(jì)算得到電流降低階段的直線方程為If = -1. 06*(Ta-90)，降額曲線的形態(tài)如圖5所示。以上只是公開(kāi)了本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上所做的改變之處，也均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種LED降額曲線的測(cè)量裝置，其特征在于，它包括數(shù)字源表(1)、恒溫烤箱O)、熱電偶(5)、夾具(4)、數(shù)字萬(wàn)用表(6)、計(jì)算機(jī)(7)以及待測(cè)LED(3)，所述待測(cè)LED(3)、熱電偶 (5)和夾具(4)置于恒溫烤箱O)內(nèi)，待測(cè)LED(3)和熱電偶(5)置于夾具(4)上的同一位置，使用四線法連接數(shù)字源表(1)和待測(cè)LED03)，使用四線法連接數(shù)字萬(wàn)用表(6)和熱電偶(5)，分別將數(shù)字源表(1)、數(shù)字萬(wàn)用表(6)、夾具(4)和恒溫烤箱(2)與計(jì)算機(jī)(7)相連接，數(shù)字源表⑴提供驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED(3)的正向電流并同時(shí)測(cè)量正向電壓；恒溫烤箱(2)為待測(cè)LEDC3)提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度；熱電偶( 用于探測(cè)待測(cè)LEDC3)工作時(shí)其附近位置處的實(shí)際環(huán)境溫度；數(shù)字萬(wàn)用表(6)用于巡檢熱電偶(5)的阻值大小并得到即時(shí)的環(huán)境溫度。
2.按照權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)字源表(1)具備脈沖直流電源和穩(wěn)恒直流電源的功能，其所產(chǎn)生的單脈沖寬度應(yīng)彡IO-2S,占空比應(yīng)彡0. 1%，電流源誤差應(yīng)彡IO-3A,電壓測(cè)量誤差應(yīng)彡IO-1V ；所述數(shù)字萬(wàn)用表(6)的電阻測(cè)量誤差應(yīng)彡1 Ω ；熱電偶 (5)的測(cè)量誤差應(yīng)彡1°C。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述恒溫烤箱(2)內(nèi)部安裝溫度探測(cè)器對(duì)烘烤溫度進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)溫度輸出到計(jì)算機(jī)(7)。
4.按照權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述夾具(4)是由耐熱溫度范圍為 20 150°C的PCB板形成，夾具(4)上設(shè)置多個(gè)器件插槽并裝有具備選址導(dǎo)通功能的輔助電路，并由計(jì)算機(jī)(7)負(fù)責(zé)控制被測(cè)器件的選址導(dǎo)通。
專利摘要一種LED降額曲線的測(cè)量裝置，屬于半導(dǎo)體光電器件的熱學(xué)性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的待測(cè)LED、熱電偶和夾具置于恒溫烤箱內(nèi)，待測(cè)LED和熱電偶置于夾具上的同一位置。連接數(shù)字源表和待測(cè)LED，連接數(shù)字萬(wàn)用表和熱電偶。分別將數(shù)字源表、數(shù)字萬(wàn)用表、夾具和恒溫烤箱與計(jì)算機(jī)相連接。數(shù)字源表提供驅(qū)動(dòng)待測(cè)LED的正向電流；恒溫烤箱提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度；熱電偶用于探測(cè)待測(cè)LED附近的實(shí)際環(huán)境溫度；數(shù)字萬(wàn)用表用于巡檢熱電偶的阻值大小；計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)收集、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并向用戶輸出圖形化的降額曲線。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有高效、準(zhǔn)確、適用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01K7/04GK202008518SQ201020697900
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者馬亮 申請(qǐng)人:同方光電科技有限公司