LED结温与光谱特性关系的测量

采用恒定驱动电流改变环境温度和恒定环境温度改变驱动电流两种方法分别对直径5 mm封装的AlGaInP型红光和黄光LED,InGaN型绿光和蓝光LED,以及InGaN蓝光+荧光粉的白光LED的结温与其光谱特性进行了测量,得到了不同条件下LED结温与光谱特性的关系.结果表明;AlGaInP LED的峰值波长与结温有良好线性关系,InGaN LED的峰值波长则与结温没有明显对应关系;但白光LED发射光谱的白、蓝功率比与结温有良好线性关系;对AlGaInP LED及蓝光激发的白光LED,通过光谱特性测量可快速、准确地确定光源系统中各LED的结温继而预测光源系统的有效寿命.     

LED结温与光谱特性关系的测量

采用恒定驱动电流改变环境温度和恒定环境温度改变驱动电流两种方法分别对直径5 mm封装的AlGaInP型红光和黄光LED,InGaN型绿光和蓝光LED,以及InGaN蓝光+荧光粉的白光LED的结温与其光谱特性进行了测量,得到了不同条件下LED结温与光谱特性的关系.结果表明;AlGaInP LED的峰值波长与结温有良好线性关系,InGaN LED的峰值波长则与结温没有明显对应关系;但白光LED发射光谱的白、蓝功率比与结温有良好线性关系;对AlGaInP LED及蓝光激发的白光LED,通过光谱特性测量可快速、准确地确定光源系统中各LED的结温继而预测光源系统的有效寿命.     

InGaN基白光LED光谱特征和结温相关性研究

 以InGaN蓝光+荧光粉的白光LED为研究对象,在恒定环境温度下改变驱动电流,利用光谱仪测得不同LED结温下的光谱曲线。通过分析实验数据,得出光谱特征与该型LED结温的关系。结果表明：InGaN基白光LED蓝光和荧光的峰值波长与结温没有明显的线性关系;蓝光的光谱线宽以及荧光和蓝光峰值强度的比值与结温具有良好的线性关系。     

结温对GaN基白光LED光学特性的影响

制备了一个可测量n型GaN材料电阻的白光LED样品,测量了从室温到170℃下的LED芯片的n-GaN材料的电阻,发现n-GaN材料的电阻随温度的升高而增大,且两者呈一定的指数关系。利用这一特性,通过测量LED工作状态下内部所用GaN材料的电阻,可以实现对LED结温的测量。通过改变积分球底板温度使LED样品处于不同的结温下,测量了白光LED的光谱及色度学参数,结果表明:白光LED的峰值波长、显色指数、色温、光通量均与结温成一定的线性关系。     

GaN基白光LED的结温测量

用正向电压法、管脚法和蓝白比法等三种方法测量GaN基白光LED的结温,获得了较为准确的结温,误差可以控制在4℃以内.正向电压法在恒定电流的条件下,得到了正向电压与结温的线性关系;蓝白比法在不同环境温度和不同注入电流两种情况下,都得到了蓝白比与结温较好的线性关系.提出了蓝白比法可能的物理机制,提高环境温度和增大注入电流都会使结温升高,蓝光峰值波长也会改变,这两个因素都会影响荧光粉的激发和发光效率.降低结温需要考虑的主要因素有白光LED的接触电阻、串联电阻和外量子效率,封装材料的热导率,反射杯和管脚的设计,以及空气散热部分的散热面积等.     

基于半峰宽的发光二极管结温测量方法

设计了一种采用普通光谱仪,基于光谱半峰宽(FWHM)方法测量LED结温测试系统。首先采用普通光谱仪测量在不同环境温度和正常工作的驱动电流下各色LED的相对光谱分布,由于光谱仪采集到光谱数据均是离散的,为了得到较为精确的半峰宽,需要在最强峰值I_(max)一半即0.5I_(max)处附近将离散的光谱峰形数据拟合成连续的峰形函数,便可计算出在不同温度下较为精确的FWHM,再经过一定的函数拟合,得到结温T_j与FWHM的函数关系。实验发现白光和蓝光LEDT_j-FWHM函数线性关系均高于其他颜色的LED,并且其线性指数R~2均非常接近1,表明各色LED其结温T_j和半峰宽FWHM两参量具有较强的线性函数关系;利用T_j与FWHM的函数关系,便可计算出任意测量值FWHM所对应的LED结温。由于该方法采用正常的驱动电流,自加热效应不可忽略,为了减少光谱仪在固定反应时间内由自加热效应而引起的LED器件结温的升高和温控系统引入的温度偏差而带来的测量误差,选定某状态下的T_j与FWHM为基准状态,并采用逐点作差法得到相应的ΔT_j和ΔFWHM,再将ΔT_j和ΔFWHM拟合成相应的线性函数,得到定标函数,这样极大地减少由自加热效应和温控系统而引入的偏差。最后将本方法得出的测量结果与采用Mentor Graphics公司的T3Ster仪器测出的结果进行了比较,发现偏离2.5%,在完全可接受的误差范围内。结果表明所提出的采用半峰宽法测量LED结温测试方法的可行性。该方法克服了光谱法的峰值波长漂移过小,对测试结果带来较大误差的缺点,并且具有不破坏原有封装结构和不需要昂贵仪器的优点。     

Si衬底GaN基LED的结温特性

结温是发光二极管的重要参数之一,它对器件的内量子效率、输出功率、可靠性及LED的其他一些性能有很大的影响。首次报道Si衬底GaN基LED的结温特性。利用正向压降法测量Si衬底上GaN基LED的结温,通过与蓝宝石衬底上GaNLED的结温比较,发现Si衬底GaNLED有更低的结温,原因归结为Si有更好的导热性。同时也表明:用Si作GaNLED的衬底在大功率LED方面具有更大的应用潜力。     

基于相对光谱差异的非接触式LED结温测量方法

提出一种运用相对光谱的整体差异表征AlGaInP基LED结温的方法.首先使用光谱仪测量不同驱动电流、不同衬底温度下,不同颜色AlGaInP基LED的相对光谱,计算同一LED不同结温条件下相对光谱之间的差异,然后分析相对光谱差异与结温变化量之间的线性度,最后比较相对光谱差异法与峰值波长法测量的准确性.研究表明:相对光谱差异与LED结温变化成正比,相对光谱差异法的准确度和测量误差随光谱仪带宽的增大而增大.当光谱仪带宽为2nm时,其准确度优于采用带宽为1nm的峰值波长法;当带宽为5nm时,其准确度与带宽为1nm的峰值波长法相当.     

大功率LED热阻自动测量方法研究

在没有散热措施的情况下,大功率LED芯片的温度迅速升高,当结温超过最大允许温度时,大功率LED会因过热而损坏。大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。利用LED半导体器件的结电压与结温具有良好的线性关系的特性,通过测量大功率LED工作时的正向压降,工作电流,恒温箱温度和热衬温度,采用的电学参数法,实现了大功率LED热阻的自动测量。设计并制作了大功率LED热阻自动测量仪,快速、准确的测量了LED晶片到热衬的热阻。六种不同规格LED晶片到热衬的热阻测量值与计算值之间的误差小于10%。热阻测量值普遍高于理论计算值,说明LED制造工艺水平还有很大的提升空间。     

AlGaInP基LED阵列平均结温的质心波长表征

在驱动电流为350 mA时,测量了LED阵列在不同衬底温度下的归一化光谱功率分布,然后计算质心波长,并分析其与LED阵列平均结温变化量的关系,最后研究了质心波长表征结温的准确度。研究结果表明:采用1 nm采样间隔的光谱仪,质心波长与平均结温的变化成良好的线性关系,其线性度明显优于中心波长法。同时,质心波长的测量精度更高。因此,质心波长测试是一种可以精确表征AlGaInP基LED阵列平均结温的有效方法。     

基于特征光谱参量表征发光二极管结温的方法

针对采用蓝光激发荧光粉产生白光的YAG型白光LED,通过分析其光谱波谷特性,采用常规可见光光谱仪和温控系统设计了一套基于光谱特征参量的LED结温测试系统.测量方法分为定标函数的测定和任意状态下的测量两部分.首先采用光谱仪测量在给定的多个不同结温和正常驱动电流下的相对发光光谱数据,再分析其光谱波谷处的相对光谱强度.从实用性和降低成本的角度考虑,采用正常工作电流驱动,但以正常工作电流驱动下的LED在光谱仪的固定反应时间内其自加热效应不可忽略.因此采用选定基准状态法,将各温度下的相对发光光谱强度与基准状态下的逐点作差得到相应的发光光谱强度差,同时为了减少温控系统引入的温度偏差,同样将各温度与基准温度作差得到相应的结温差.实验表明高低色温大功率LED的结温差和发光光谱强度差经过一定的函数拟合形成的定标函数其线性度都较高,R2达到0.99以上;利用定标函数,可以测量出在任意状态下的LED结温.最后将采用本方法得出的高低色温LED在不同条件下的结温数据与通过Mentor Graphics公司的T3Ster仪器的测量结果进行了比较,最大偏离度为2.82%,在可接受的误差范围内,表明此方法完全具备可行性,具有一定的实用价值.     

利用温变电容特性测量发光二极管结温的研究

结区的温度, 简称结温, 是发光二极管(LED) 的重要参数之一, 它对LED 器件的出光效率、光色、器件可靠性和寿命均有很大影响, 准确测量LED 器件的结温对制备LED 芯片、器件封装和应用有着重要的意义. 本文利用反向偏压下的LED的势垒电容随温度变化的特性, 提出了一种LED结温测量的新方法. 论文首先测量和分析了LED在室温下反向偏压时的电容-电压(C-V)曲线和不同反向偏压下的电容-温度(C-T)曲线, 结果表明, 在合适的偏压下, LED的电容随温度的增大而显著增加, 并呈现良好的线性关系. 在LED工作中监测其电容的变化, 并与C-T曲线进行对比, 实现了LED结温的测量, 其测量结果和传统的正向电压法的结果相对比, 两者符合较好. 最后, 利用上述方法测量了LED 在恒流和恒压条件下的结温的实时变化过程. 较传统的结温测量方法, 本方法的优点在于只须要一次定标测量, 且可实现LED在任意电压和电流下的结温测量.     

新型白光LED的光谱特性和相关结温特性

利用蓝光LED芯片激发[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂和YAG混合荧光粉的方法制备了新型白光LED,研究了随着[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂含量的增加而引起的白光LED光谱特性的变化。当[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂的质量分数为1.5%时,白光LED的显色指数达到83.2,效率相对于其含量为0%时下降了约20%。另外,研究了结温对于一体化封装的该新型白光LED发光特性的影响,结果表明:高显色LED的结温从30 ℃上升到130 ℃的过程中,芯片的蓝光辐射出现了较大幅度的减少,共降低了27.73%,随之也导致该白光LED总发光强度的衰减,而且其发光效率出现了大幅度的下降,共衰减了31.76%,但是其显色性没有明显的变化。     

结温对DCJTB混合YAG∶Ce3+白光LED光谱特性的影响

研究了结温变化对DCJTB混合YAG∶Ce3+荧光粉的白光LED光谱特性的影响。采用分层点粉的方法,在LED芯片上分层涂覆YAG荧光粉和有机材料DCJTB,可以使器件的显色指数高达90。利用实验室自行研发的一体化LED散热支架可方便准确测量出结温。实验表明：结温升高使蓝光芯片辐射幅值不断下降,YAG荧光粉被激发所辐射的黄光辐射幅值先增大后减小,红光光谱发生蓝移,器件的显色指数呈线性下降,色温先增大后减小。     

Analysis of junction temperatures for groups III–V semiconductor materials of light-emitting diodes

This study utilizes the Shockly equation and Fourier’s law with the optical, electrical and thermal properties of LEDs to predict the variation of the junction temperature with the injection current. It is shown that the relationship of the junction temperature with the injection current can be determined by the effective thermal conductivity, temperature coefficient of junction voltage, series resistance, integral constant (forward voltage at the initial forward current and junction temperature), ambient temperature and external quantum efficiency. The effective thermal conductivity, temperature coefficient of junction voltage, and series resistance are calculated from the material properties based on the structures of LEDs instead of measurements in this study. The junction temperature of AlGaInP/GaInP MQW red LED predicted from this study agrees with the available experimental data and the junction temperatures of GaInN UV LED and AlGaN UV LED calculated by this work are also consistent with these obtained from the emission peak shift method. The elevated temperatures of AlGaN and GaInN are larger than that of AlGaInP/GaInP MQW red LED due to the difference of the thermal conductivity for the LED substrate. This study also presents the effects of the parameters on the variation of the junction temperature with the injection current. The effective thermal conductivity and ambient temperature significantly affect the junction temperature of LEDs.     

白光LED智能调光数学模型

LED灯的光通量不仅受电流的影响,还受到结温变化的影响。针对传统LED调光存在只改变电流大小而忽略结温变化对光通量影响所存在的不足,结合LED结温和管脚温度存在特定的关系,利用实验装置采集HL001WY型Ga N基白光LED在不同管脚温度和正向电流下的光通量实验数据并进行二次项趋势回归,利用定标和归一化方法建立光通量、电流以及管脚温度三者变化关系的数学模型。计算结果表明,利用该方法建立的模型得到的计算数值与实验实际测量值的相对误差小于4.5%。