Устройство для измерения температуры полупроводниковых источников света в осветительных устройствах

Одним из основных параметров, влияющих на надежность и стабильность работы светодиодных устройств, является температура полупроводникового источника света. Кроме того, температура кристалла определяется не только свойствами и конструкцией самого кристалла, но и способом крепления и его охлаждением в осветительном устройстве. Электрическая мощность, подаваемая на светодиод способна повышать его температуру до 150°С. Такая температура является предельной рабочей температурой для светодиодного кристалла, и чтобы не превышать ее, необходимо осуществлять постоянный контроль. Полезная модель относится к технической области, связанной с измерением температурной зависимости длины волны излучения, и может быть использована для измерения температуры в полупроводниковых источниках света. Сущность полезной модели состоит в том, что в предложенном устройстве оптическое волокно подходит непосредственно к светодиоду через отверстие в шаблоне, (Фиг.1). При этом устраняется перемещение шаблона и оптического волокна над контролируемыми светодиодом. С целью уменьшения влияния излучения ближайших светодиодов на результаты измерения излучения конкретного светодиода, шаблон изготавливают из непрозрачного и плохо отражающего световое излучение материала. Данное техническое решение позволяет выявить дефекты сборки и потенциально ненадежные светодиоды.

Температура полупроводниковых источников света является важнейшим параметром, определяющим как надежность осветительных устройств, так и стабильность их основных эксплуатационных характеристик: светоотдачи, цветопередачи и цветовой температуры [1]. В настоящее время конструкция осветительных светодиодных устройств (СУ) на полупроводниковых источниках света состоит из множества светодиодов (СД): от 10 до 100 штук, смонтированных в определенной последовательности в виде матриц на печатной или теплопроводящей изолирующей плате. СД могут быть как в виде отдельных кристаллов (чипов), так и кристаллов собранных в керамическом или пластмассовом корпусе. Электрическая мощность, подаваемая на СД, имеет величину от 0,1 до 10 Вт, при этом температура кристалла может достигать величины от 50°С до 150°С. Температура в 150°С является предельной рабочей температурой СД, поэтому важнейшей задачей в производстве и эксплуатации осветительных устройств на СД является контроль температуры кристалла. Температура кристалла определяется не только свойствами и конструкцией самого кристалла, но и способом крепления и его охлаждением в осветительном устройстве. Любые отклонения в технологии сборки СУ могут привести к выпуску бракованного изделия. Поэтому обязательной операцией при производстве СУ является 100% контроль качества крепления по температуре кристалла. При производстве полупроводниковых изделий для контроля температуры используют устройства, принцип работы которых основан на регистрации прямого падения напряжения на p-n переходе СД [2]. Однако подобные устройства малопригодны для измерения температуры СД в СУ, поскольку все СД объединяются в одну электрическую схему с чередованием параллельного и последовательного их включения.

В этом случае более эффективным является использование устройств измеряющих температуру кристалла путем регистрации теплового инфракрасного излучения [2]. Но в случае, когда на поверхности кристалла нанесен слой светопреобразующего люминофора, или сформирована линза, фокусирующая излучение, применение этих устройств затруднено. Поэтому наиболее эффективным для контроля температуры СД в СУ является применение устройств, измеряющих ее путем регистрации температурной зависимости длины волны излучения СД [1].

Полезная модель относится к технической области, связанной с измерением температурной зависимости длины волны излучения, и может быть использована для измерения температуры в полупроводниковых источниках света.

Ближайшим аналогом предлагаемого устройства является оптический зонд [3], содержащий оптическое волокно, спектрометрический фотоприемник и систему перемещения волокна над контролируемым объектом. Недостатком данного устройства является низкая точность совмещения волокна с кристаллом СД и влияние излучения расположенных рядом СД на результат измерения.

Целью данной полезной модели является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается конструктивным изменением места расположения оптического волокна относительно кристалла. В предложенном устройстве (фиг.1, 2), оптическое волокно - 3, передающее оптическое излучение от светодиода к спектрометрическому приемнику типа USB2000, стыкуется со светодиодом через шаблон с координатными отверстиями - 2, каждое отверстие которого подходит непосредственно к СД - 1. Таким образом, устраняется перемещение шаблона и оптического волокна над контролируемыми СД. С целью уменьшения влияния излучения ближайших светодиодов на результаты измерения излучения конкретного светодиода, шаблон изготавливают из непрозрачного и плохо отражающего световое излучение материала, например текстолита.

Пример реализации устройства для измерения температуры СД в светильнике, производства ОАО НИИПП мощностью 36 Вт. Светильник представляет собой прямоугольную матрицу из 36 СД размером 70×70 мм. СД белого света типа КИПД154А в корпусе К2 расположены на плате с шагом 10 мм. Для измерения температуры каждого светодиода из текстолита толщиной 5 мм изготовлен шаблон, в котором с шагом 10 мм выполнены отверстия диаметром 2 мм. Шаблон накладывается на светильник сверху таким образом, чтобы световыводящая линза СД располагалась непосредственно перед отверстием в шаблоне. При измерении температуры наконечник световода диаметром 2 мм от спектрометрометрического приемника типа USB-2000 поочередно вставляется в отверстия шаблона. Температура светодиода определяется по положению основного пика излучения СД на нитриде галлия при длине волны 460-470 нм по известным формулам [3]. Измерение температуры СД позволяет выявить дефекты сборки и потенциально ненадежные СД.

Источники информации, использованные при составлении описания полезной модели:

1. Ф. Шуберт // Светодиоды. М.: Физматлит.2008

2. О.П. Глудкин, В.Н. Черняев // Технология испытания микроэлементов радиоэлектронной аппаратуры и интегральных микросхем. М.: Энергия. 1980

3. А.Н. Магунов // Лазерная термометрия твердых тел. М.: Физматлит. 2002

Устройство для измерения температуры полупроводниковых источников света в осветительных устройствах, содержащее оптическое волокно и спектральный фотоприемник, отличающееся тем, что оно снабжено трафаретом, выполненным из непрозрачного для оптического излучения материала, в котором имеется система отверстий с диаметром, равным диаметру оптического волокна, причем координаты этих отверстий совпадают с координатами расположения светодиодов в осветительном устройстве.