【中国发明,中国发明授权】一种用质心波长联合光谱宽度表征GaN基LED结温的装置及其方法
有权-审定授权 中国
- 申请号：
- CN201510192171.3
- 专利权人：
- 常州工学院
- 授权公告日/公开日：
- 2017.07.04
- 专利有效期：
- 2015.04.21-2035.04.21
- 技术分类：
- G01:测量；测试
- 转化方式：
- 转让
- 价值度指数：
-
- 56.0分
- 价格：
- 面议
发布人
朱锡芳
联系人朱锡芳
-
- 13011000141
- 专利信息&法律状态
- 专利自评
- 专利技术文档
- 价值度指数
- 发明人阵容
著录项
- 申请号
- CN201510192171.3
- 申请日
- 20150421
- 公开/公告号
- CN104792434A
- 公开/公告日
- 20150722
- 申请/专利权人
- [常州工学院]
- 发明/设计人
- [饶丰, 朱锡芳, 徐安成, 周祥才]
- 主分类号
- G01K11/00
- IPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16
- CPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16(2013.01)
- 分案申请地址
- 国省代码
- 中国,CN,江苏(32)
- 颁证日
- G06T1/00
- 代理人
- [高桂珍]
摘要
本发明公开了一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置及其方法，装置包括热阻结构分析仪、恒温器、积分球，所述的恒温器上设置有LED灯座以及光谱分析仪和电脑，所述光谱分析仪的信号传输端与电脑相连，所述的积分球内设有光谱分析仪探头，所述的光谱分析仪探头透过积分球到达积分球内壁，所述的热阻结构分析仪上连接有LED光源，所述的LED光源穿过积分球的孔到达积分球内，所述的电脑上连接有驱动电源，所述的LED光源安置在LED灯座上。本发明准确可靠、方便简洁的测量装置及方法，其使用成本较低、装置简单高效同时不接触LED本身即可测量出GaN基LED的结温。
法律状态
| 法律状态公告日 | 20170704 |
| 法律状态 | 授权 |
| 法律状态信息 | 授权 |
| 法律状态公告日 | 20150819 |
| 法律状态 | 实质审查的生效 |
| 法律状态信息 | 实质审查的生效 IPC(主分类):G01K 11/00 申请日:20150421 |
| 法律状态公告日 | 20150722 |
| 法律状态 | 公开 |
| 法律状态信息 | 公开 |
权利要求
权利要求数量（3）
独立权利要求数量（2）
1.一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置，包括热阻结构分析仪、 恒温器、积分球，其特征在于：所述的恒温器上设置有LED灯座以及光谱分析仪和电脑，所 述光谱分析仪的信号传输端与电脑相连，所述的积分球内设有光谱分析仪探头，所述的光谱 分析仪探头透过积分球到达积分球内壁，所述的热阻结构分析仪上连接有LED光源，所述的 LED光源穿过积分球的孔到达积分球内，所述的电脑上连接有驱动电源，所述的LED光源安 置在LED灯座上。
2.根据权利要求1所述的一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置， 其特征在于所述LED光源指GaN基单颗LED或LED阵列，所述的LED阵列由不同颜色GaN 基LED组成。
3.一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的方法，其特征在于包括以下步 骤：
1)将需要标定的LED光源安装在恒温器上的LED灯座上，保持两者良好的热接触，所述 的LED光源通过积分球一侧的孔进入积分球内表面，光谱分析仪探头通过积分球另一侧的孔 进入积分球内壁，所述的光谱分析仪数据输出端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的控制 端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的电源输出端与LED灯座相连；
2)经过步骤1)后设置恒温器温度T 1，当LED光源达到设置的恒温器温度后调整驱动电 源，使LED光源在小于额定电流5％的电流驱动下发光，然后用光谱分析仪测量LED光源的 相对光谱，并由电脑记录下相对光谱分布；
3)重复步骤2)，测量恒温器温度为T 2时LED光源的相对光谱分布；
4)通过公式 计算不同恒温器温度对应的质心波长，其中λ 1，λ 2是LED光 谱分布的上、下限波长，通过公式Δλ 0.5＝λ up-λ down计算不同恒温器温度对应的半高全宽，其 中λ up，λ down分别是光谱为峰值一半对应的较大和较小的波长，即测量温度控制器温度为T 1和 T 2时，质心波长分别为 半高全宽分别为 利用公式 计算质心波长-结温系数K和半高全宽-结温系数k /；
5)改变衬底温度和驱动电流，使得结温恒定为T 0，测量此时的归一化光谱功率分布， 并计算质心波长 和半高全宽 通过公式 采用最小二乘拟合，得到系数σ 0，σ 1，I 0及
6)测量正常工作条件下LED光源的相对光谱分布，通过式 Δλ 0.5＝λ up-λ down计算质心波长和半高全宽，测量测量环境温度T 0，代入公式 得到的待测LED光源的结温。
1.一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置，包括热阻结构分析仪、恒温器、积分球，其特征在于：所述的恒温器上设置有LED灯座以及光谱分析仪和电脑，所述光谱分析仪的信号传输端与电脑相连，所述的积分球内设有光谱分析仪探头，所述的光谱分析仪探头透过积分球到达积分球内壁，所述的热阻结构分析仪上连接有LED光源，所述的LED光源穿过积分球的孔到达积分球内，所述的电脑上连接有驱动电源，所述的LED光源安置在LED灯座上。
2.根据权利要求1所述的一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置，其特征在于所述LED光源指GaN基单颗LED或LED阵列，所述的LED阵列由不同颜色GaN基LED组成。
3.一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将需要标定的LED光源安装在恒温器上的LED灯座上，保持两者良好的热接触，所述的LED光源通过积分球一侧的孔进入积分球内表面，光谱分析仪探头通过积分球另一侧的孔进入积分球内壁，所述的光谱分析仪数据输出端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的控制端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的电源输出端与LED灯座相连；
2)经过步骤1)后设置恒温器温度T1，当LED光源达到设置的恒温器温度后调整驱动电源，使LED光源在小于额定电流5％的电流驱动下发光，然后用光谱分析仪测量LED光源的相对光谱，并由电脑记录下相对光谱分布；
3)重复步骤2)，测量恒温器温度为T2时LED光源的相对光谱分布；
4)通过公式 λ c = ∫ λ 1 λ 2 F ( λ ) · λdλ ∫ λ 1 λ 2 F ( λ ) dλ ]]>计算不同恒温器温度对应的质心波长，其中λ1，λ2是LED光谱分布的上、下限波长，通过公式Δλ0.5＝λup-λdown计算不同恒温器温度对应的半高全宽，其中λup，λdown分别是光谱为峰值一半对应的较大和较小的波长，即测量温度控制器温度为T1和T2时，质心波长分别为半高全宽分别为利用公式计算质心波长-结温系数K和半高全宽-结温系数k/；
5)改变衬底温度和驱动电流，使得结温恒定为T0，测量此时的归一化光谱功率分布，并计算质心波长和半高全宽通过公式采用最小二乘拟合，得到系数σ0，σ1，I0及
6)测量正常工作条件下LED光源的相对光谱分布，通过式Δλ0.5＝λup-λdown计算质心波长和半高全宽，测量测量环境温度T0，代入公式 [ λ c - k ( T j · T 0 ) - σ 0 σ 1 ] I 0 = [ Δλ 0.5 - k / ( T j · T 0 ) - σ 0 / σ 1 / ] I 0 / , ]]>得到的待测LED光源的结温。
说明书
技术领域
本发明涉及LED光电检测装置及其方法，特别是一种用质心波长联合光谱宽度表征GaN基LED结温的装置及其方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)已被广泛应用于信号指示、液晶背光源、显示、通用照明等领域。但是，LED自身的光电色特性和寿命与结温密切相关。结温升高会导致LED的发光效率降低，寿命缩短。因此如何快速、科学、方便的测量LED结温就成为了问题的突破口。
已经报道的LED结温测量方法有正向电压法(EIA/JEDEC standard JESD51-1,中国标准200910198965.5，中国专利200920212653.0，200910198965.5)、热阻法(标准SJ/T11394-2009)，【通过测量LED管脚温度和芯片散热的热功率，以及热阻系数来确定结温，测量中需要结合正向电压法来确定热阻系数。】峰值波长法[Third International Conference on Solid StateLighting,Proceedings of SPIE 2010.5187:93-99]，谷值波长法[光谱学与光谱分析,2013,33(1):36-39]、辐射强度法[光电子·激光,2009,20(8):1053-1057]、蓝白比法[Thirdinternational conference on solid state lighting,proceedings of SPIE 2010.5187:107-114]。液晶阵列热成像法[Phys.Stat.Sol(c)1(2004)2429],微拉曼谱法[Phys.Status.Solidi,A202(2005)824],发光光谱法[Appl.Phys.Lett.89(2006)101114].中心波长法(Microelectronics Reliability,2013,53(5):701-705)和质心波长法(CN201410268725)。
然而，这些方法测量GaN基LED结温仍然存在诸多不足，如由于其灯具外壳材料等的限制，一般很难实现符个LED引脚上的压降测量，正向电压法难以使用，峰值波长法，质心波长法和谷值波长法需要准确测量峰值或谷值，更不利的是，GaN基LED的峰值波长与结温的关系并不单调。蓝白比法只能用于荧光粉转换型白色LED结温，辐射强度法对测量环境和条件要求比较高，液晶阵列热成像法、微拉曼谱法、发光光谱法等对测试仪器的精度要求高，相关设备比较昂贵。
在电流变化不大的情况下，GaN基LED光谱的宽度随结温的增大而单调增大，因此，可以使用半高全宽来表征结温，也可以使用加权半高全宽表征GaN基LED结温，见专利CN201410268532。但是当电流变化较大时，半高全宽或加权半高全宽表征结温的误差较大，因此，很有必要开发其他新的基于光谱分布的方法，即质心波长联合光谱宽度法。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于GaN基LED模块光谱特性的准确可靠、方便简洁的测量装置及方法，其使用成本较低、装置简单高效同时不接触LED本身即可测量出GaN基LED的结温。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置，包括热阻结构分析仪、恒温器、积分球，所述的恒温器上设置有LED灯座以及光谱分析仪和电脑，所述光谱分析仪的信号传输端与电脑相连，所述的积分球内设有光谱分析仪探头，所述的光谱分析仪探头透过积分球到达积分球内壁，所述的热阻结构分析仪上连接有LED光源，所述的LED光源穿过积分球的孔到达积分球内，所述的电脑上连接有驱动电源，所述的LED光源安置在LED灯座上。
所述LED光源指GaN基单颗LED或LED阵列，所述的LED阵列由不同颜色GaN基LED组成。
一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的方法，包括以下步骤：
1)将需要标定的LED光源安装在恒温器上的LED灯座上，保持两者良好的热接触，所述的LED光源通过积分球一侧的孔进入积分球内表面，光谱分析仪探头通过积分球另一侧的孔进入积分球内壁，所述的光谱分析仪数据输出端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的控制端与电脑相连，所述的热阻结构分析仪的电源输出端与LED灯座相连；
2)经过步骤1)后设置恒温器温度T1，当LED光源达到设置的恒温器温度后调整驱动电源，使LED光源在小于额定电流5％的电流驱动下发光，然后用光谱分析仪测量LED光源的相对光谱，并由电脑记录下相对光谱分布；
3)重复步骤2)，测量恒温器温度为T2时LED光源的相对光谱分布；
4)通过公式计算不同恒温器温度对应的质心波长，其中λ1,λ2是LED光谱分布的上、下限波长，通过公式Δλ0.5＝λup-λdown计算不同恒温器温度对应的半高全宽，其中λup,λdown分别是光谱为峰值一半对应的较大和较小的波长，即测量温度控制器温度为T1和T2时，质心波长分别为半高全宽分别为利用公式计算质心波长-结温系数K和半高全宽-结温系数k/；
5)改变衬底温度和驱动电流，使得结温恒定为T0，测量此时的归一化光谱功率分布，并计算质心波长和半高全宽通过公式 Δ λ 0.5 3 = σ 0 / + σ 1 / exp ( I f / I 0 / ) , ]]>采用最小二乘拟合，得到系数σ0,σ1,I0及
6)测量正常工作条件下LED光源的相对光谱分布，通过式Δλ0.5＝λup-λdown计算质心波长和半高全宽，测量测量环境温度T0，代入公式 [ λ c - k ( T j - T 0 ) - σ 0 σ 1 ] I 0 = [ Δ λ 0.5 - k / ( T j - T 0 ) - σ 0 / σ 1 / ] I 0 / ]]>得到的待测LED光源的结温。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1，单次标定，多次测量。即对于LED模块，只需要标定一次系数σ0,σ1,I0,k和测量不同点灯条件下的结温时，均可以采用采用标定的结果。
2，仅需常规的光电测试装置。
3，质心波长和半高全宽容易准确测量，测量的可重复性高，用于表征结温误差小。
4，测量时不接触LED引脚，避免破坏热环境。
5，可以用于单颗LED结温测量，也可以用于多颗GaN基LED组成的阵列的平均结温测量，使用范围广。
附图说明
图1是本发明所述校准装置的结构示意图；
图2是测量装置的示意图；
图3是不同结温时质心波长与半高全宽的曲线；
图4是用质心波长联合半高全宽表征LED结温的流程图。
图中：1、热阻结构分析仪，2、恒温器，3、积分球，4、LED灯座，5、光谱分析仪，6、电脑，7、LED光源，8、驱动电源。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的装置，包括热阻结构分析仪1、恒温器2、积分球3，所述的恒温器2上设置有LED灯座4以及光谱分析仪5和电脑6，所述光谱分析仪5的信号传输端与电脑6相连，所述的积分球3内设有光谱分析仪5探头，所述的光谱分析仪5探头透过积分球3到达积分球3内壁，所述的热阻结构分析仪1上连接有LED光源7，所述的LED光源7穿过积分球3的孔到达积分球3内，所述的电脑6上连接有驱动电源8，所述的LED光源7安置在LED灯座4上。
如图2所示，光谱分析仪5测量LED光源7。
热阻结构分析仪1的作用是采用电压法测量LED结温，以及为LED光源7提供稳定的电源。
所述LED光源7指GaN基单颗LED或LED阵列，所述的LED阵列由不同颜色GaN基LED组成。
如图4所示，一种用质心波长联合半高全宽表征GaN基LED结温的方法，包括以下步骤：
1)标定：将需要标定的LED光源7安装在恒温器2上的LED灯座4上，保持两者良好的热接触，所述的LED光源7通过积分球3一侧的孔进入积分球3内表面，光谱分析仪5探头通过积分球3另一侧的孔进入积分球3内壁，所述的光谱分析仪5数据输出端与电脑6相连，所述的热阻结构分析仪1的控制端与电脑6相连，所述的热阻结构分析仪1的电源输出端与LED灯座4相连；
2)经过步骤1)后设置恒温器2温度T1为20℃，当LED光源7达到设置的恒温器2温度后调整驱动电源8，使LED光源7在小于额定电流5％的电流驱动下发光，然后用光谱分析仪5测量LED光源7的相对光谱，并由电脑6记录下相对光谱分布；
3)重复步骤2)，测量恒温器2温度为T2为70℃时LED光源7的相对光谱分布；
4)通过公式计算不同恒温器2温度对应的质心波长，其中λ1,λ2是LED光谱分布的上、下限波长，对于可见光LED，一般取380nm和780nm。半高全宽Δλ0.5定义为光谱功率分布为峰值高度之一半对应的波长之差，通过公式Δλ0.5＝λup-λdown计算不同恒温器2温度对应的半高全宽，其中λup,λdown分别是光谱为峰值一半对应的较大和较小的波长，将驱动电流设为额定电流，测量温度控制器温度为T1和T2时，LED的归一化光谱功率分布，即测量温度控制器温度为T1和T2时，质心波长分别为半高全宽分别为利用公式计算质心波长-结温系数K(3.64)和半高全宽-结温系数k/(5.48)；
5)改变衬底温度和驱动电流，使得结温恒定为T0为50℃，测量此时的归一化光谱功率分布，如图3所示，并计算质心波长和半高全宽
通过公式 λ c 3 = σ 0 + σ 1 exp ( I f / I 0 ) , Δ λ 0.5 3 = σ 0 / + σ 1 / exp ( I f / I 0 / ) , ]]>由于方程数一般远多于未知数，可以采用最小二乘拟合，得到系数σ0,σ1,I0及(分别为460.7,5.16,429.5和23.8,3.0,403.9)；
6)测量正常工作条件下LED光源7的相对光谱分布，通过式Δλ0.5＝λup-λdown计算质心波长465nm和半高全宽21.3nm，测量测量环境温度T0为30℃，代入公式 [ λ c - k ( T j - T 0 ) - σ 0 σ 1 ] I 0 = [ Δ λ 0.5 - k / ( T j - T 0 ) - σ 0 / σ 1 / ] I 0 / , ]]>得到的待测LED光源7的结温为61.4。
价值度评估
技术价值
经济价值
法律价值
0 0 056.0分
0 50 75 100专利价值度是通过科学的评估模
型对专利价值进行量化的结果，
基于专利大数据针对专利总体特
征指标利用计算机自动化技术对
待评估专利进行高效、智能化的
分析，从技术、经济和法律价值
三个层面构建专利价值评估体
系，可以有效提升专利价值评估
的质量和效率。
总评：56.0分
该专利价值中等 （仅供参考）
本专利文献中包含【1 个实施例】、【2 个技术分类】，从一定程度上而言上述指标的数值越大可以反映出所述专利的技术保护及应用范围越广。 【专利权的维持时间9 年】专利权的维持时间越长，其价值对于权利人而言越高。
技术价值 30.0
该指标主要从专利申请的著录信息、法律事件等内容中挖掘其技术价值，专利类型、独立权利要求数量、无效请求次数等内容均可反映出专利的技术性价值。 技术创新是专利申请的核心，若您需要进行技术借鉴或寻找可合作的项目，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
授权周期（发明）
26 个月独立权利要求数量
1 个从属权利要求数量
0 个说明书页数
5 页实施例个数
1 个发明人数量
4 个被引用次数
0 次引用文献数量
0 个优先权个数
0 个技术分类数量
2 个无效请求次数
0 个分案子案个数
0 个同族专利数
0 个专利获奖情况
无保密专利的解密
否经济价值 7.0
该指标主要指示了专利技术在商品化、产业化及市场化过程中可能带来的预期利益。 专利技术只有转化成生产力才能体现其经济价值，专利技术的许可、转让、质押次数等指标均是其经济价值的表征。 因此，若您希望找到行业内的运用广泛的热点专利技术及侵权诉讼中的涉案专利，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
申请人数量
1申请人类型
院校许可备案
0 次权利质押
0 次权利转移
0 个海关备案
否法律价值 19.0
该指标主要从专利权的稳定性角度评议其价值。专利权是一种垄断权，但其在法律保护的期间和范围内才有效。 专利权的存续时间、当前的法律状态可反映出其法律价值。故而，若您准备找寻权属稳定且专利权人非常重视的专利技术，推荐您关注该指标。
部分指标包括：
存活期/维持时间
9法律状态
有权-审定授权
苏公网安备 32041202001399号
loading...