一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)是一種固體發(fā)光器件，大功率LED的輸入功率中只有20%~30% (這個(gè)數(shù)值隨著半導(dǎo)體材料的不同而改變)轉(zhuǎn)換為光能，而其余的70°/『80%則以熱能的形式被耗散掉了。如此巨大的熱量，如果不斷積累的話，會(huì)導(dǎo)致LED的結(jié)溫升高，從而嚴(yán)重影響LED的光通量、壽命、可靠性等，并會(huì)導(dǎo)致發(fā)射光譜紅移、封裝材料黃化等。因此，準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)溫具有重要的實(shí)際意義。
[0003]目前LED的測(cè)量方法主要有正向壓降法和管腳測(cè)溫法等接觸測(cè)量法，以及峰值波長(zhǎng)法、藍(lán)白比法，紅外攝像法，有限元法和PN結(jié)電阻等非接觸式方法。這些方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，正向壓降法通過標(biāo)定LED工作電流下的電壓隨溫度變化的關(guān)系，進(jìn)而測(cè)量不同工作狀態(tài)和散熱條件下的結(jié)溫，而如果工作電流發(fā)生改變，又需要重新標(biāo)定；管腳測(cè)溫法實(shí)際試驗(yàn)中，一般要求結(jié)溫比管腳溫度差大于50°C。峰值波長(zhǎng)法測(cè)試時(shí)會(huì)給測(cè)試結(jié)果帶來不小的誤差，若采用高精度的光譜儀，則會(huì)大大增加測(cè)試成本。藍(lán)白對(duì)比法僅適用于InGaN +YAG白光LED，對(duì)于其他LED，如RGB三基色混合白色LED和單色LED，該方法就不適用了 ；紅外攝像法成本較高，而且要求被測(cè)器件必須是未封裝或開封的狀態(tài)，同時(shí)由于芯片不同層次熱紅外信息互相干擾形成噪聲，該方法也無法準(zhǔn)確感應(yīng)內(nèi)部有源層溫度，因此，測(cè)試結(jié)果有較大的誤差；有限元法是建立在一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，而實(shí)際應(yīng)用中，這些假設(shè)不一定均成立，同時(shí)該方法需要復(fù)雜的計(jì)算。
[0004]申請(qǐng)?zhí)朇N103217229A的專利申請(qǐng)公告文本公開了一種利用LED芯片中的半導(dǎo)體材料的溫變電阻特性來測(cè)量結(jié)溫的方法，該方法是在LED工作狀態(tài)時(shí)測(cè)量GaN材料的電阻并和定標(biāo)曲線對(duì)比獲得結(jié)溫；從公開的數(shù)據(jù)來看，LED的材料電阻與溫度并非線性關(guān)系，增加了結(jié)溫測(cè)量的難度。另外，文獻(xiàn)《利用溫變電容特性測(cè)量發(fā)光二極管結(jié)溫的研究》(物理學(xué)報(bào)，2015，64，118501)報(bào)導(dǎo)了一種利用LED的反向電容的溫變特性進(jìn)行LED結(jié)溫測(cè)量的技術(shù)。該技術(shù)利用了 LED的反向勢(shì)皇電容隨溫度的變化特性，而LED本身的工作須要正向電壓的驅(qū)動(dòng)，因此在測(cè)量過程中，涉及到電源的正負(fù)極性的轉(zhuǎn)換，降低了測(cè)量的速度。
[0005]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的存在問題，亟需提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低、高效且測(cè)試精準(zhǔn)的發(fā)光二極管點(diǎn)結(jié)溫測(cè)量技術(shù)顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低、高效且測(cè)試精準(zhǔn)的發(fā)光二極管點(diǎn)結(jié)溫測(cè)量方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
提供一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法，包括有以下步驟: (1)確定定標(biāo)關(guān)系:
測(cè)試不同溫度下發(fā)光二極管器件在特定的正向電壓下的電容的定標(biāo)關(guān)系；
(2)測(cè)量電容確定結(jié)溫:
在發(fā)光二極管工作時(shí)，測(cè)量所述發(fā)光二極管的電容值并根據(jù)所述定標(biāo)關(guān)系確定所述發(fā)光二極管點(diǎn)結(jié)溫。
[0008]優(yōu)選的，(1)確定定標(biāo)關(guān)系步驟包括有以下子步驟:
1.1將發(fā)光二極管進(jìn)行封裝，并且將所述發(fā)光二極管的N型電極和P型電極分別引出；
1.2將封裝好的發(fā)光二極管的N型電極和P型電極連接到電容測(cè)量源表，發(fā)光二極管N型電極和P型電極兩端設(shè)置于特定的正向電壓下；
1.3在溫度可控制的干燥環(huán)境下，記錄在特定的正向電壓下不同溫度對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的電容值，獲得發(fā)光二極管芯片在該特定電壓下的電容隨溫度的變化關(guān)系，該變化關(guān)系作為定標(biāo)關(guān)系。
[0009]更優(yōu)選的，所述步驟1.3中，設(shè)定溫度可控的鼓風(fēng)干燥箱的溫度，待鼓風(fēng)干燥箱的溫度穩(wěn)定后，作為所述點(diǎn)溫度可控制點(diǎn)干燥環(huán)境。
[0010]優(yōu)選的，(2)測(cè)量電容確定結(jié)溫步驟包括有以下子步驟:
2.1將發(fā)光二極管的P型電極和N型電極分別接到電容測(cè)量源表的正極和負(fù)極，所述電容測(cè)量源表提供與步驟(1) 一致的特定的正向電壓；
2.2將發(fā)光二極管與直流電源通過開關(guān)連接；
2.3當(dāng)測(cè)量發(fā)光二極管的結(jié)溫時(shí)，將所述發(fā)光二極管與所述直流電源關(guān)斷，并記錄所述電容測(cè)量源表的電容測(cè)量值，通過與步驟(1)的定標(biāo)關(guān)系進(jìn)行比較計(jì)算確定對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的結(jié)溫。
[0011]更優(yōu)選的，步驟2.2中發(fā)光二極管與直流電源之間的開關(guān)為手動(dòng)的或者數(shù)控的具有雙刀單擲功能的開關(guān)。
[0012]另一優(yōu)選的，(2)測(cè)量電容確定結(jié)溫步驟還包括有以下步驟:
2.1將發(fā)光二極管通過手動(dòng)的或者數(shù)控的具有雙刀雙擲功能的開關(guān)分別連接電容測(cè)量源表或直流電源，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管與電容測(cè)量源表的閉合回路、發(fā)光二極管與直流電源的閉合回路之間的單選物理切換；
2.2在發(fā)光二極管正常工作時(shí)，發(fā)光二極管與直流電源處于閉合回路；在測(cè)量發(fā)光二極管結(jié)溫時(shí)，發(fā)光二極管與電容測(cè)量源表處于閉合回路，記錄電容測(cè)量源表的電容測(cè)量值，并通過與步驟(1)的定標(biāo)關(guān)系進(jìn)行比較計(jì)算確定對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的結(jié)溫。
[0013]優(yōu)選的，所述特定的正向電壓為0~50V電壓。
[0014]優(yōu)選的，電容測(cè)量源表測(cè)量發(fā)光二極管電容時(shí)的測(cè)量頻率為1Ηζ~100ΜΗζ。
[0015]優(yōu)選的，所述發(fā)光二極管的發(fā)光材料是GaN基、GaAs基及GaP基的二元、三元和四元化合物中的一種或者一種以上；
所述發(fā)光二極管芯片的襯底是藍(lán)寶石、SiC、S1、GaN或金屬轉(zhuǎn)移襯底中的任意一種。
[0016]本發(fā)明的又一目的在于一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法的應(yīng)用，上述的一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法應(yīng)用于垂直結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片結(jié)溫測(cè)量；或者，應(yīng)用于正裝或倒裝的發(fā)光二極管芯片結(jié)溫測(cè)量。
[0017]本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明的一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法包括有以下步驟(1)確定定標(biāo)關(guān)系及(2)測(cè)量電容確定結(jié)溫兩大步驟。該發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法利用正向電容隨溫度明顯變化的原理，通過監(jiān)測(cè)LED工作時(shí)自身的結(jié)區(qū)電容的變化，并和事先測(cè)量的定標(biāo)關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，獲得LED結(jié)區(qū)的溫度，從而獲得了 LED芯片工作狀態(tài)的結(jié)溫。此方法原理和操作均相對(duì)簡(jiǎn)單，定標(biāo)關(guān)系的確定只須進(jìn)行一次，定標(biāo)關(guān)系可適用于任意工作電壓和電流的LED結(jié)溫的測(cè)量，操作簡(jiǎn)單方便，誤差小。并且，本發(fā)明利用電容測(cè)量源表和開關(guān)即可完成測(cè)量，不需要使用復(fù)雜昂貴的測(cè)試儀器，可有效降低成本，有利于技術(shù)的推廣應(yīng)用。另外，本發(fā)明的技術(shù)是利用LED的正向電容的特性，如果標(biāo)定測(cè)量時(shí)使用的正向電壓值與LED工作時(shí)的電壓值相同時(shí)，還有可能進(jìn)一步減少源表的使用，簡(jiǎn)化測(cè)量流程。與現(xiàn)有的大多數(shù)結(jié)溫測(cè)量技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于:
1)由于只需一次定標(biāo)測(cè)量，測(cè)量誤差??；
2)定標(biāo)曲線線性關(guān)系較好；
3)操作簡(jiǎn)單易行；
4)僅需常規(guī)的電學(xué)測(cè)試裝置。
【附圖說明】
[0018]利用附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一所使用的GaN基藍(lán)光LED的正向電容與溫度的關(guān)系示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提出的測(cè)量方法的示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一所使用的GaN基藍(lán)光LED的結(jié)溫與電流之間的關(guān)系曲線；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例二所使用的AlGalnP紅光LED的正向電容與溫度的關(guān)系示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提出的測(cè)量方法的示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例二所使用的GaN基藍(lán)光LED的結(jié)溫與電流之間的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的一種發(fā)光二極管結(jié)溫測(cè)量方法是基于結(jié)型器件的正向電容隨溫度明顯變化的原理，測(cè)量并定標(biāo)LED在某特定正向電壓下的電容隨溫度變化的關(guān)系；在LED工作過程中，實(shí)時(shí)測(cè)量LED在該特定正向電壓下的電容，并與定標(biāo)關(guān)系的數(shù)據(jù)相比較或計(jì)算，實(shí)現(xiàn)任意工作電壓和電流下的LED結(jié)溫的測(cè)試。該發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法應(yīng)用于垂直結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片結(jié)溫測(cè)量；或者，應(yīng)用于正裝或倒裝的發(fā)光二極管芯片結(jié)溫測(cè)量。
[0021]現(xiàn)結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0022]實(shí)施例1
本實(shí)施例使用的是GaN基的InGaN藍(lán)光LED，該LED采用的是倒裝的芯片結(jié)構(gòu)。在LED支架上對(duì)LED芯片上進(jìn)行電極的焊線和封裝，隨后的發(fā)光二極管結(jié)溫測(cè)量方法包括LED的正向電容與溫度關(guān)系的標(biāo)定和實(shí)際工作狀態(tài)下的LED的結(jié)溫測(cè)試兩部分。本發(fā)明的一種發(fā)光二極管的結(jié)溫測(cè)量方法，包括有以下步驟:
(1)確定定標(biāo)關(guān)系: 1.1將發(fā)光二極管進(jìn)行封裝，并且將所述發(fā)光二極管的N型電極和P型電極分別引出；1.2將封裝好的發(fā)光二極管的N型電極和P型電極連接到電