【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(dòng)、瞬時(shí)啟動(dòng)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(duì)于數(shù)十至數(shù)百個(gè)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(cè)量LED產(chǎn)品內(nèi)各芯片的結(jié)溫具有重要的實(shí)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(cè)技術(shù)，主要從光譜法結(jié)溫檢測(cè)技術(shù)和LED陣列結(jié)溫光譜檢測(cè)系統(tǒng)的研制兩個(gè)方面開展研究，具體的工作包括以下幾個(gè)方面： （1）對(duì)適用于單顆大功率白光LED結(jié)溫測(cè)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(zhǎng)偏移更適用于對(duì)不同廠家的大功率白光LED進(jìn)行結(jié)溫檢測(cè)。 （2）對(duì)峰值波長(zhǎng)偏移法適用于LED結(jié)溫檢測(cè)提出了兩個(gè)前提假設(shè)，并對(duì)此進(jìn)行了分析驗(yàn)證，仿真分析和實(shí)驗(yàn)證實(shí)兩個(gè)前提假設(shè)均成立。且實(shí)驗(yàn)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(dòng)與恒流驅(qū)動(dòng)下的發(fā)光光譜峰值波長(zhǎng)之間的差異，以減小結(jié)溫測(cè)試誤差。 （3）使用峰值波長(zhǎng)偏移法對(duì)大功率白光LED在不同環(huán)境溫度、恒定電流驅(qū)動(dòng)下的結(jié)溫進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得到峰值波長(zhǎng)偏移法結(jié)溫檢測(cè)誤差保持在±4℃以內(nèi)；然后對(duì)不同幅值恒流驅(qū)動(dòng)下的結(jié)溫進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明，峰值波長(zhǎng)偏移在重復(fù)性測(cè)試方面也有良好的表現(xiàn)。 （4）對(duì)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(zhǎng)偏移法對(duì)處于LED分布式陣列中心的LED芯片結(jié)溫進(jìn)行了測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、可信。 （5）對(duì)定標(biāo)和測(cè)試過(guò)程中，光纖與LED中心法線所成夾角產(chǎn)生變化對(duì)峰值波長(zhǎng)測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，使用光源影像式角度測(cè)試系統(tǒng)SIG-400對(duì)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(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，LED發(fā)光中心與光纖所成角度的變化對(duì)峰值波長(zhǎng)特征值的影響較大，因此，在定標(biāo)和測(cè)試兩個(gè)檢測(cè)過(guò)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(chǎng)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(cè)系統(tǒng)樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路輸入的光信號(hào)進(jìn)行同時(shí)、獨(dú)立分光探測(cè)。 （7）完成了對(duì)大功率白光LED陣列結(jié)溫檢測(cè)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(shí)檢測(cè)多路入射光的光譜信息。然后對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了波長(zhǎng)定標(biāo)、CCD響應(yīng)率定標(biāo)，并對(duì)樣機(jī)的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。 （8）利用系統(tǒng)樣機(jī)對(duì)六顆LED以峰值波長(zhǎng)偏移法進(jìn)行了結(jié)溫測(cè)試，測(cè)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(zhǎng)隨著結(jié)溫的升高逐漸變長(zhǎng)，并且結(jié)溫測(cè)試誤差保持在±6℃以內(nèi)。
【圖文】：

韓國(guó)政府也斥資5億美元實(shí)施“GaN半導(dǎo)體發(fā)光計(jì)“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”，并于2009年推出了“十城萬(wàn)盞”工程，目前，全國(guó)共有上海、西安等21個(gè)城市和北京、寶確認(rèn)為第一批、第二批“十城萬(wàn)盞”示范城市。大功率白發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用于室內(nèi)照明、道路照明以及廣場(chǎng)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(shí)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(shí)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(cè)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(guò)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(shí)，LED的PN結(jié)結(jié)溫也會(huì)升高，而PN結(jié)結(jié)溫升高會(huì)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(zhǎng)期工作在高結(jié)溫時(shí)，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(guò)額定標(biāo)準(zhǔn)，則該光源的有效使用壽命終止，這段時(shí)間稱為L(zhǎng)ED的壽命[54-56]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM923.34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2517292