GaN基白光LED的结温测量(2)

GaN基白光LED的结温测量

　408发　　光　　学　　报第27卷

3　结果与讨论

3.1　正向电压法

以内,按照图2中的规律,换算成结温误差约在2℃以内。第二是输运机制的原因,正向电压除

了主要降落在p2n结处,还有较大部分降落在p型接触电阻以及串联电阻上,所以严格来说,正向电压与结温并不是简单的线性关系,而需要综合考虑多个因素;而且在测量过程中,LED的老化和缺陷猝灭等原因也会导致正向电压的变化。考虑刚通电时的结温升高和初始电压测量的随机性,测量点对线性拟合直线的偏离,以及其他仪器测量的误差,斜率-202.1的误差小于10,因为

(Vj-V0)值最大约0.2V,所以由斜率系数引入的误差小于2℃。而3.805V实际对应的结温与95.0℃的误差在2℃之内,所以计算得到的稳定

[7]

正向电压法是利用LED电输运的温度效应,通过测量工作电流下的正向电压来确定结温

。

我们对蓝光峰值波长为469.4nm的白光LED的初始电压和初始结温进行了测量,结果如图2所

示。初始电压是指LED刚通电(电流固定)时测得的正向电压,初始结温是指刚通电时的结温,近似等于环境温度。从图中看出,在恒定电流(20mA)改变环境温度(35～100℃)测量的情况下,初始电压与初始结温符合很强的线性关系

。

结温Tj的总误差<4℃。

图3,可以看)30～40℃,,。这可,温度升高,,使得结温升高增加

。

图2　初始结温与初始电压关系

Fig.2　Initialjunctiontemperatureversusinitialforward

voltage(I=20mA)1

如果线性关系成立,就可以通过测量正向电压确定结温:

Tj=T0+

V-VK

其中T0是作为参考的环境温度,V0是在T0下的初始电压;Tj和Vt分别是稳定时的结温和正向电压。整个测量过程中,电流要保持恒定。系数K可以通过测量两组不同的参考温度和电压得到

K=(V1-V0)/(T1-T0),也可以通过测量多组参

图3　初始和稳定结温与初始电压关系

Fig.3　Initialandfinaljunctiontemperatureversusinitial

forwardvoltage(I=20mA)1

3.2　管脚温度法

管脚温度法是利用LED器件的热输运性质,通过测量管脚温度和芯片耗散的热功率,以及热阻系数来确定结温得到:

Tj=Tp+Pj×RΘj2p

[7,8]

考温度和电压作线性拟合得到。选择靠近拟合直

线的测量点(95.0℃,3.805V)作为参考点,实验中LED通电后稳定时的结温可以由下面的公式来确定:

Tj=[9510-20211×(Vj-31805)]℃

。结温可以通过换算公式

误差需要考虑两方面:第一是实验方法的原因,刚通电时结温升高比较快,测得的正向电压值所对应的结温并不等于环境温度。实验中对通电后结温升高的规律进行了估测,测量时从接通电源到显示示数大约需0.5s,估计读数误差在0.01V

其中Tp是管脚温度,Tj是结温;Pj是LED芯片耗

Θj2p是从结到管脚的热阻系数,可散的热功率;R

以由厂家给出,或者由实验确定,本实验中结合电压法测量来确定热阻系数。

图4是管脚温度与正向电压的关系。从图中可以看出,Tp和Vt满足很好的线性关系。因为结