[發明專利]一種測量發光二極管熱特性的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201410146466.2
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103995223A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 錢可元;高亞楠
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及發光二極管測量技術領域，尤其涉及一種發光二極管熱特性測量的方法及其裝置。

背景技術

發光二極管（LED）由于體積小、光效高、壽命長等優點，正逐漸取代白熾燈、日光燈等傳統光源，成為新一代綠色照明光源。發光二極管的發光機理是電子從高能帶到低能帶躍遷發射光子，而不是像白熾燈通過熱輻射的方式發光的，其發光效率提高很多。目前發光二極管的發光效率已達100lm/W，但外量子效率還不到50%，這意味著發光二極管發光效率仍有很大的提升空間。發光過程中大部分電能轉化為熱能，如果其熱阻過大，熱能不能迅速地傳導出去，發光二極管芯片PN結溫度就會升高，這會導致發光二極管發光的中心波長發生漂移以及出光效率和使用壽命降低。所以降低發光二極管結殼熱阻是影響發光二極管進一步發展的重要課題，而有效的熱管理首先需要更好的測量發光二極管熱特性的技術。

目前常用的能較準確測量發光二極管熱阻值的方法為正向電壓法。其原理是通過PN結的電流為一定值時，其兩端電壓與結溫近似成線性關系，測得這關系曲線后反過來就可根據定值電流下的結電壓得到結溫。所以正向電壓法測量包含兩個過程：定標過程和測量過程，其電壓和溫度的波形示意圖參見圖1。定標過程中，控制發光二極管在不同的恒定環境溫度下，即給定發光二極管的PN結溫度，測出在給定電流（定標電流）下的結電壓。為了避免額外的結溫升高，定標電流一般為工作電流的1%以下，從而得到在給定電流下結溫與電壓的關系曲線。測量過程中，保持發光二極管的環境溫度不變，通入工作電流并保持足夠長的時間，確保結溫到達穩定，這時迅速將通入的電流切換為定標電流值，測量發光二極管的端電壓，根據定標過程得到的結溫與電壓的關系即可得到發光二極管的結溫，從而進一步計算得到總熱阻。

值得注意的是，正向電壓法得到的是發光二極管結殼之間總熱阻，而不能得到發光二極管各層材料的熱阻，于是基于正向電壓法提出了動態測量法。第一步仍然是定標過程，測量恒流下結溫與電壓的線性關系。而第二步是在保持恒定的環境溫度下，測量發光二極管從通入工作電流到結溫不再發生變化這段時間內的溫升曲線，再經過連續化、反卷積、網絡變換、微積分等一系列數學處理，便可提取出各層熱阻信息。由于定標過程中的定標電流遠小于工作電流，所以測量溫升曲線時通過發光二極管的電流需要在工作電流與定標電流間相互切換。電流切換的一種方式是通入一定時間工作電流后迅速切換到定標電流，測量發光二極管電壓后又立即切換到工作電流，繼續加熱升溫。這種方法忽略了電流切換對溫升曲線的影響（實際上由于定標電流遠小于工作電流，切換到定標電流的時間內發光二極管的結溫必然會下降），而且電流瞬間切換會產生電擾動，對結溫測量的準確性產生影響。以此方式切換電流的動態測量法的電壓和溫度的波形示意圖參見圖2。另一種電流切換方式是通入一定時間工作電流后，切換到定標電流進行數據采集，然后等到結溫降到環境溫度，再通入一定時間的工作電流，只是通過工作電流的時間長于上一次的接通時間，然后再切換到定標電流采集數據。這種方式通過對溫升曲線的多次測量近似等效為一次溫升，避免了測量過程對溫升的影響。但是隨著通入工作電流的時間長度逐漸增大，冷卻時間會越來越長，測量時間也將大大增加。

要想測量發光二極管從芯片到鋁基板各層熱阻值就要得到發光二極管從通入工作電流時刻起到結溫穩定這段時間內結溫的變化曲線，即溫升曲線。溫升曲線通過結構函數法，經過數據處理即可得到發光二極管各層熱阻值。而目前測量發光二極管溫升曲線主要采用的是上述靜態定標-動態測量法，這種方法得到的溫升曲線忽略了電流切換對結溫的影響降低了準確性，并且由于測量的時間過長而使得實用性較差。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種測量發光二極管熱特性的方法及其裝置，縮短了測量時間，并且提高測量精度。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明公開了一種測量發光二極管熱特性的方法，包括定標階段和測量階段，所述定標階段包括：將所述發光二極管多次分別置于不同的環境溫度下，每次分別使所述發光二極管通入電流脈沖，并測量所述發光二極管兩端的電壓，得到所述不同的溫度下所述發光二極管的電壓電流特性曲線；所述測量階段包括：將所述發光二極管置于一恒定的環境溫度下，使所述發光二極管通入工作電流，在所述發光二極管的結溫上升過程中連續測量所述發光二極管兩端的電壓和通過的電流；根據所述定標階段的特性曲線以及所述測量階段測得的電壓值和電流值，求得所述發光二極管的溫升曲線。