臺灣博碩士論文加值系統

熱是影響LED正常工作及壽命的關鍵因素，其熱源所在為LED內部的晶片。LED工作電流的大小，將直接影響P-N接面所產生的熱，LED熱溫度上升，其晶片特性曲線明顯變化，過量的熱則會造成LED發光效率及工作壽命相對降低。
本論文主要針對各功率LED的晶片，為保持原完整封裝型態的LED，透過晶片溫度自動量測系統以外部加熱法，推算出LED在不同工作電流的晶片溫度，並應用電腦輔助設計技術模擬分析各工作電流和環境溫度對LED晶片溫度的影響。
本文系統架構分為實測硬體與模擬軟體兩大部份。實測硬體是應用LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, LabVIEW）研製LED晶片溫度自動量測系統，藉由量測LED的順向電壓與外部環境加熱溫度之關係建立特性曲線，依特性曲線來推算LED實際工作時的晶片溫度。模擬軟體是應用Ansoft有限元素法設計其LED，根據不同工作電流的LED進行溫度評估。藉由量測數據結合模擬資料，建構完善的晶片溫度分析系統。

Heat is the key factor that influences the LED’s performance and life expectancy, the main heat source is from LED chip itself. The LED operating current generate the heat from the P-N junction. As the LED temperature rises, the chip of characteristic curve obviously changes. Excessive heat will cause LED’s luminous efficiency and working lifetime to decline relatively.
This thesis is focusing on the different power range LED chips, through an automated measurement system of chip temperature and the external heating method, and we can calculate the chip temperature under different operating current. Apply the computer assistant of design technology, and we can analyze the impact of operating temperature and the ambient temperature to the LED chip temperature.
The structure of thesis is divided into two main parts, the actual measuring hardware and the simulation software. The actual measuring hard ware is by utilizing the “LabVIEW” (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) to develop the automated measurement system of chip temperature. LED characteristic curves would be established through measuring the LED forward voltage and heating temperature of the external environment. The actual chip operating temperature would be calculated by the LED characteristic curves. The simulation software is the application “Ansoft” finite element method to design LED, and according to different operating current to assess the temperature of LED. The perfection of chip temperature analysis system is constructed by the measurement data which is combining with simulated data.

目 錄
中文摘要…………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………Ⅱ
致謝………………………………………………………………………Ⅲ
目錄………………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄……………………………………………………………………Ⅴ
表目錄……………………………………………………………………Ⅸ
第一章 緒論…………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的……………………………………………1
2.1 文獻探討……………………………………………………2
3.1 研究方法與論文架構………………………………………3
第二章 LED 發展與溫度影響………………………………………4
2.1 LED 照明趨勢………………………………………………5
2.2 LED 之熱影響………………………………………………7
2.3 LED 晶片溫度之重要性……………………………………10
第三章 LED 晶片溫度量測及推算…………………………………12
3.1 概述…………………………………………………………12
3.2 量測系統架構………………………………………………13
3.3 量測電流的重要性…………………………………………13
3.3.1 量測電流值的取決…………………………………………14
3.4 特性曲線量測原理…………………………………………15
3.4.1 加熱方式……………………………………………………16
3.5 切換電路架構………………………………………………17
3.5.1 切換電路硬體設計…………………………………………18
3.6 工作電路之設計……………………………………………18
3.6.1 工作電路之元件設計………………………………………19
3.6.2 電路製作……………………………………………………22
3.6.3 工作電路測試………………………………………………24
3.6.4 照度計量測3W LED特性……………………………………25
第四章 晶片溫度自動量測系統……………………………………27
4.1 自動量測系統概述…………………………………………27
4.2 自動量測系統之硬體架構…………………………………29
4.3 自動量測系統之軟體架構…………………………………31
4.3.1 核心LabVIEW之架構 ………………………………………31
4.4 特性曲線之人機介面………………………………………33
4.4.1 前置面板功能說明…………………………………………34
4.4.2 程式方塊圖功能說明………………………………………35
4.5 切換電路之人機介面………………………………………41
4.5.1 前置面板功能說明…………………………………………42
4.5.2 程式方塊圖功能說明………………………………………42
第五章 電腦輔助設計技術…………………………………………45
5.1 軟體介紹……………………………………………………45
5.1.1 Ansoft Maxwell 3D繪圖分析 ……………………………45
5.1.2 Ansoft ePhysics模擬散熱分析 …………………………46
5.2 模擬分析設計………………………………………………47
5.3 LED模擬設計 ………………………………………………48
5.4 晶片等效……………………………………………………49
5.5 Ansoft ePhysics應用分析例 ……………………………53
第六章 特性曲線之晶片溫度推算與實測分析……………………55
6.1 晶片溫度自動量測系統之實測……………………………55
6.3.1 定電流量測之實驗方法……………………………………55
6.3.2 量測電流源的實驗測試……………………………………57
6.3.3 量測電流值的實驗測試……………………………………62
6.3.4 量測電流值取決之驗證結果………………………………66
6.2 晶片溫度自動量測系統之驗證……………………………66
6.3 晶片溫度之AC LED量測……………………………………69
6.3.1 量測電流實驗測試…………………………………………69
6.3.2 AC LED晶片溫度實驗測試…………………………………70
6.4 晶片溫度之六環3W LED量測………………………………74
6.4.1 環狀LED之量測方式 ………………………………………75
第七章 結論與未來展望……………………………………………79
7.1 結論…………………………………………………………79
7.2 未來展望……………………………………………………79
參考文獻 ………………………………………………………………80

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