發(fā)布時間：2019-07-21 16:24

【摘要】：大功率白光LED作為一種新型固態(tài)照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、體積小、抗震動、瞬時啟動等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其PN結(jié)結(jié)溫的升高導(dǎo)致其發(fā)光效率和使用壽命迅速降低，因而阻礙了它在照明領(lǐng)域的迅速發(fā)展及應(yīng)用。特別對于數(shù)十至數(shù)百個LED串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的LED成型產(chǎn)品，其顯著特點(diǎn)是功耗大、熱量集中、結(jié)點(diǎn)溫度高，LED產(chǎn)品內(nèi)各芯片的工作結(jié)溫成為影響LED產(chǎn)品可靠性和使用壽命的關(guān)鍵因素。因此，準(zhǔn)確測量LED產(chǎn)品內(nèi)各芯片的結(jié)溫具有重要的實際意義。 本文主要研究適用于大功率白光LED陣列的光譜法結(jié)溫檢測技術(shù)，主要從光譜法結(jié)溫檢測技術(shù)和LED陣列結(jié)溫光譜檢測系統(tǒng)的研制兩個方面開展研究，具體的工作包括以下幾個方面： （1）對適用于單顆大功率白光LED結(jié)溫測試的多種光譜特征量隨結(jié)溫變化的規(guī)律進(jìn)行了研究，從普遍適用性的角度分析得出在多種光譜特征量中峰值波長偏移更適用于對不同廠家的大功率白光LED進(jìn)行結(jié)溫檢測。 （2）對峰值波長偏移法適用于LED結(jié)溫檢測提出了兩個前提假設(shè)，并對此進(jìn)行了分析驗證，仿真分析和實驗證實兩個前提假設(shè)均成立。且實驗表明，選擇合適的脈沖寬度，可以降低LED在相同結(jié)溫、脈沖電流驅(qū)動與恒流驅(qū)動下的發(fā)光光譜峰值波長之間的差異，以減小結(jié)溫測試誤差。 （3）使用峰值波長偏移法對大功率白光LED在不同環(huán)境溫度、恒定電流驅(qū)動下的結(jié)溫進(jìn)行測試，測試得到峰值波長偏移法結(jié)溫檢測誤差保持在±4℃以內(nèi)；然后對不同幅值恒流驅(qū)動下的結(jié)溫進(jìn)行了重復(fù)性測試，實驗表明，峰值波長偏移在重復(fù)性測試方面也有良好的表現(xiàn)。 （4）對大功率白光LED分布式陣列中相互之間的光譜串?dāng)_使用LightTools軟件進(jìn)行了仿真建模分析，分析得出，在光纖入射端添加光闌可以有效阻擋雜散光進(jìn)入光纖，以降低光譜串?dāng)_。在光纖入射端添加光闌后使用峰值波長偏移法對處于LED分布式陣列中心的LED芯片結(jié)溫進(jìn)行了測試，其測試結(jié)果準(zhǔn)確、可信。 （5）對定標(biāo)和測試過程中，光纖與LED中心法線所成夾角產(chǎn)生變化對峰值波長測試結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，使用光源影像式角度測試系統(tǒng)SIG-400對LED發(fā)光中心與光纖在不同角度下的發(fā)光光譜進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，LED發(fā)光中心與光纖所成角度的變化對峰值波長特征值的影響較大，因此，在定標(biāo)和測試兩個檢測過程中，LED發(fā)光中心與光纖所成角度應(yīng)該保持不變。 （6）以平像場凹面光柵作為核心分光元件，基于多路光譜采集技術(shù)研制了小型化LED陣列結(jié)溫光譜檢測系統(tǒng)樣機(jī)，實現(xiàn)了對多路輸入的光信號進(jìn)行同時、獨(dú)立分光探測。 （7）完成了對大功率白光LED陣列結(jié)溫檢測系統(tǒng)光路的校正，校正結(jié)果表明，六路入射光纖在CCD上所成的光譜信息可以良好區(qū)分，即該系統(tǒng)可以同時檢測多路入射光的光譜信息。然后對該系統(tǒng)進(jìn)行了波長定標(biāo)、CCD響應(yīng)率定標(biāo)，并對樣機(jī)的多項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了測試。 （8）利用系統(tǒng)樣機(jī)對六顆LED以峰值波長偏移法進(jìn)行了結(jié)溫測試，測試結(jié)果可以良好展現(xiàn)出LED發(fā)光光譜隨著結(jié)溫的升高出現(xiàn)紅移，光譜峰值波長隨著結(jié)溫的升高逐漸變長，并且結(jié)溫測試誤差保持在±6℃以內(nèi)。
【圖文】：

韓國政府也斥資5億美元實施“GaN半導(dǎo)體發(fā)光計“國家半導(dǎo)體照明工程”，并于2009年推出了“十城萬盞”工程，目前，全國共有上海、西安等21個城市和北京、寶確認(rèn)為第一批、第二批“十城萬盞”示范城市。大功率白發(fā)展趨勢，已經(jīng)越來越被廣泛的應(yīng)用于室內(nèi)照明、道路照明以及廣場照明等各種照明領(lǐng)域，有著非常廣闊的發(fā)展前白光 LED 的實現(xiàn)方式現(xiàn)大功率白光LED的制作方案有很多種，以LED為基板實現(xiàn)條途徑[28]：一種是在InGaN/GaN單量子阱藍(lán)光芯片上涂敷釔鋁石榴石（net，YAG）熒光粉，芯片發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)熒光粉后產(chǎn)生典型光，黃綠光再與藍(lán)光光合成白光[29-31]，，光譜如圖1-1所示[32單，成本較低且效率較高，因此目前白光LED生產(chǎn)廠家主要光LED。

大功率白光 LED 陣列結(jié)溫光譜檢測技術(shù)的研究疲勞甚至脫落損壞，造成 LED 的永久性損壞。顯然工作溫度越高，這種過程將越快。因此，當(dāng)大功率白光LED的功耗增加、散熱條件惡化或者環(huán)境溫度升高時，LED的PN結(jié)結(jié)溫也會升高，而PN結(jié)結(jié)溫升高會導(dǎo)致LED發(fā)光效率和使用壽命迅速降低[49][50]，如圖1-2所示，某LED長期工作在高結(jié)溫時，其光通量迅速降低[51-53]。一旦光通量下降至初始值的70%之后，或者色溫變化大，超過額定標(biāo)準(zhǔn)，則該光源的有效使用壽命終止，這段時間稱為LED的壽命[54-56]。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM923.34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2517292