Спосіб визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала світлодіода

Реферат: Винахід належить до технічної фізики і електронної техніки, зокрема до теплових методів аналізу і контролю світлодіодів, до використання термооптичних властивостей рідких кристалів. Спосіб визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала світлодіода дозволяє визначити температуру і тепловий опір поверхні кристала світлодіоду , що UA 100604 C2 (12) UA 100604 C2 випромінює в будь-якому діапазоні. Для цього застосовуються тільки ті холестеринчні рідкі кристали, які мають температурні діапазони існування в холестеричному і смектичному станах. Використовуються візуальні відображення в поляризаційному мікроскопі фазових станів в плівці холестеричного рідкого кристалу на поверхні кристала світлодіоду, які фіксуються під час охолодження конструкції світлодіоду, починаючи з моменту відключення споживання потужності. Технічним результатом винаходу є спосіб, що не залежить від спектру і інтенсивності випромінювання, є оперативним та не потребує використання спеціалізованих стаціонарних місць. UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технічної фізики і електронної техніки, зокрема до теплових методів аналізу і контролю світлодіодів (СД), до використання термооптичних властивостей рідких кристалів. Досягнення в технології виробництва СД нерозривно зв'язані з розширенням сфер їх застосування. В сучасному суспільстві найбільш швидко розвивається застосування СД в освітлювальній техніці, бо саме це забезпечує значну економію енерговитрат, що спонукає до розробки і реалізації в різних країнах програм розвитку виробництва і застосування світлодіодів. Світлодіод, як напівпровідниковий прилад, підвищено чутливий до температури кристала. Від неї залежить не тільки надійність і довговічність його роботи, а і зміна спектральних характеристик випромінювання [1-3]. Тому температура кристала СД обмежується гранично допустимим значенням. Задача не перевищення цієї температури вирішується тепловідводом від кристала через конструкцію збірки в навколишнє середовище. Найкращі температурні умови для кристала створюються тепловідводом з якомога меншим тепловим опором. Отже, задача визначення температури світловипромінюючої поверхні кристала СД і теплового опору між нею і навколишнім середовищем є актуальною і важливою як при розробці конструкції збірки СД, так і при її застосуванні. Випромінювання поверхні кристала СД, особливо над′яскравих з випромінюванням у видимому діапазоні спектру, створює специфічні умови для визначення температури і теплового опору цієї поверхні і обмежує можливість застосування способів, розроблених для поверхні, що не випромінює. В сучасній науково-технічній літературі представлені різні способи визначення температури р-n переходу СД або температури поверхні його кристала. Найбільш поширеними і вживаними є способи визначення температури р-n переходу СД, в яких використовується термочутливий електричний параметр переходу [4-9]. Найчастіше визначається температурна залежність прямої напруги на переході при фіксованому струмі через перехід. Наведені в цих літературних джерелах способи відрізняються процедурами реалізації. Так спосіб, представлений в [4-5], оснований на проходженні через СД послідовності нагріваючих імпульсів струму з постійною амплітудою, тривалість яких змінюється по лінійному закону. Вимір термочутливого параметра (прямого падіння напруги на СД) виконується в проміжку між імпульсами. Температура р-n переходу СД визначається по температурному коефіцієнту – відношенню прирощення прямої напруги до прирощення температури. В роботі [6] використовується спосіб, в якому на основі експериментально визначеного сімейства вольт-амперних характеристик при різних фіксованих температурах зовнішнього середовища визначається температурний коефіцієнт падіння прямої напруги на р-n переході СД. Цей коефіцієнт представляється як функція прямого струму. При пропусканні через р-n перехід певного прямого струму вимірюється падіння напруги на переході і по температурному коефіцієнту визначається температура переходу. В роботі [7] показано, як в потужних СД, що використовуються для освітлення, загальна потужність СД розділяється на потужність, що нагріває СД, і потужність, яка випромінюється світлом. Комплексні дослідження температурної залежності електричних і фотометричних властивостей потужних СД показали, що з підвищенням температури зменшується інтенсивність випромінювання СД, максимальні випромінювання зміщуються в сторону більших довжин хвиль, 30-35 % загальної потужності розсіюється світловим випромінюванням. Для визначення дійсного теплового опору між переходом і навколишнім середовищем використовується тільки та частина загальної потужності СД, яка нагріває р-n перехід. Температура р-n переходу визначається по температурній залежності падіння на ньому прямої напруги. В роботі [8] всі способи визначення температури напівпровідникових приладів розділяються на три класи: електричні, оптичні і фізичні контактні. Наводиться огляд технік виконання способів кожного класу. Для способу з використанням температурно залежного параметра р-n переходу (падіння прямої напруги) приводяться і аналізуються теоретичні моделі. Приведені графічні результати розрахунків по теоретичних моделях, які показують при постійному струмі лінійну залежність прямої напруги на переході від температури, а також лінійну залежність відношення прирощення прямої напруги до прирощення температури. В роботі [9] використовується температурна залежність прямої напруги р-n переходу в GaN діоді з ультрафіолетовим випромінюванням для визначення температури переходу. Експериментальні температурні коефіцієнти для прямої напруги р-n переходу добре узгоджується з результатами запропонованої теоретичної моделі. Температура р-n переходу визначається по її експериментальній залежності (лінійній) від прямого струму. Способи визначення температури р-n переходу СД по температурозалежному електричному параметру є неконтактними і не потребують доступу до поверхні кристала. Вони не залежать від спектру і інтенсивності випромінювання. Ці якості складають основні переваги способів 1 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 визначення температури р-n переходу по температурозалежному параметру перед іншими способами. До недоліків способів з використанням температурозалежного параметра напівпровідникового приладу належить значна трудомісткість реалізації, що потребує виміру багатьох параметрів в багатьох точках аргументів, застосування теплових камер з високою точністю стабілізації заданої температури, вичікувань встановлення стаціонарних теплових режимів та ін. Крім того, потребується проведення оцінки впливу на зміну електричного параметра приладу не тільки температури, а і електричного поля. Серед інших неконтактних способів визначення температури поверхні кристала напівпровідникового приладу використовуються такі, які основані на регістрації і аналізі інфрачервоного випромінювання [9, 10] нагрітої поверхні або на регістрації і аналізі залежності коефіцієнта відбиття зовнішнього освітлення від температури відбиваючої поверхні [9, 11]. Способи інфрачервоної радіометрії давно використовуються в електронній техніці. Сучасні установки інфрачервоної радіометрії оснащені інфрачервоною оптикою, високочутливими і дорогими цифровими інфрачервоними камерами, відповідними комп'ютерним інтерфейсом та програмним забезпеченням. Способи інфрачервоної радіометрії призначені для виявлення розподілення температури на поверхні кристала приладу та визначення найбільше нагрітих ділянок. В літературі відсутні приклади практичного застосування способів інфрачервоної радіометрії для визначення температури поверхні кристала СД, яка випромінює світло у видимому діапазоні. Складність устаткування і його використання для реалізації способів інфрачервоної радіометрії роблять виміри температури поверхні кристала приладу дорогими і не дозволяють виконувати їх оперативно. Крім того, завжди при використанні вказаного устаткування необхідно прилаштовуватись до умов проведення вимірів температури поверхні кристала приладу, які потребують розробки і виготовлення необхідних пристроїв. До недоліків способів інфрачервоної радіометрії належить і те, що їх реалізація прив'язана до стаціонарних місць розташування устаткування. Для визначення температури поверхні кристала напівпровідникового приладу в останні 1015 років розвиваються способи спектральної термографії. В роботі [11] демонструється застосування цього способу для визначення локально нагрітих ділянок поверхні кристала інтегральної схеми і нагрітої ділянки поверхні кристала СД, випромінюючого у видимому діапазоні. Основою способу є визначення спектра відбитого від поверхні зразка світла, яким ця поверхня освітлюється через об'єктив. Відбите світло проходить через блок дифракційної решітки спектрофотометра і попадає в вікно відеокамери. Відеокамерою відображається візуальна картина розподілення інтенсивності відбитого світла певної довжини хвилі. Ця картина залежить від матеріалу і температури поверхні. В роботі показано, що власне випромінювання СД не заважає визначенню відбиття від поверхні кристала зовнішнього освітлення, залежного від температури поверхні. В способі використовуються звичайна відеокамера і оптика. Тому його реалізація дешевша від реалізації способу інфрачервоної радіометрії, але також є трудомісткою і не оперативною. В значній мірі способи цього напрямку ще досліджуються і практика їх застосування є ще лабораторною. Серед контактних способів визначення температури на поверхнях кристалів виробів електронної техніки найбільш поширеними є способи [12-17], в яких використовуються термооптичні властивості рідких кристалів (РК). Під дією температури змінюється структура або фазовий стан рідкого кристала. Ці зміни в РК спричиняють зміни відбиття зовнішнього світла, що приводить до візуального відображення температури поверхні зразка в плівці РК, що нанесена на поверхню. Всі відомі із літератури способи визначення температури на поверхні кристала напівпровідникового приладу з допомогою РК відрізняються один від одного призначенням (виявлення тільки нагрітих ділянок, визначення температури), використанням типу РК (холестеричний, нематичний), процедурою нанесення плівки РК на поверхню (розчин, розплав), використанням попереднього прогріву виробу і способу його проведення, використанням поляризованого світла тощо. В патенті [12] використовується нематичний рідкий кристалл (НРК), який наноситься на поверхню кристала напівпровідникового приладу після обробки поверхні розчином у воді полівінілового спирту. Осаджена плівка полівінілового спирту створює граничні умови для планарної орієнтації НРК на ній. "Гарячі точки" виявляються візуально при спостереженні поверхні через поляризаційний мікроскоп як локальні області з ізотропним станом НРК в них, які виглядають як напівпрозорі локальні вікна на яскравому фоні. Спосіб не дозволяє спостерігати такі локальні області на яскраво світловипромінюючій у видимому діапазоні поверхні кристала СД. 2 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В роботах [13-14] для візуального виявлення локально нагрітих ділянок поверхні кристалла СД також використовується НРК. Але для цього в кожній із них створюються специфічні умови для спостереження локальних областей НРК в ізотропному стані. В роботі [13] на поверхню кристала СД наноситься НРК з температурою фазового переходу в ізотропний стан 29 °C. Візуально локальна область в ізотропному стані спостерігається при дуже слабкому випромінюванні, а отже і малій потужності споживання СД. Це є можливим при умові, коли інтенсивність зовнішнього освітлення випромінюючої поверхні СД переважає інтенсивність власного випромінювання СД. Автори роботи по цій потужності і температурі фазового переходу НЖК в ізотропний стан визначають тепловий опір між поверхнею кристала СД і навколишнім середовищем. При малих потужностях споживання СД перепад температури між світловипромінюючою поверхнею СД і навколишнім середовищем незначний і складає декілька градусів. Незначні похибки у визначенні малих значень потужності і перепаду температури приводять до значних похибок у визначенні теплового опору. Застосування способу роботи [13] для визначення температури випромінюючої у видимому діапазоні поверхні над′яскравого СД і теплового опору між цією поверхнею і навколишнім середовищем неможливо. В роботі [14] для визначення температури поверхні кристала СД, випромінюючої у видимому діапазоні, використовується така оптична схема, в якій СД розміщується так, щоб в об'єктив мікроскопа попадало тільки відбите від цієї поверхні світло лазера. У відбитому світлі відображаються локальні області НРК на поверхні кристала СД, які нагріваються до температури ізотропного стану. Температура границь таких областей є температура фазового переходу НРК із нематичного стану в ізотропний. Спосіб роботи [14] дозволяє визначити температуру випромінюючої у видимому діапазоні поверхні кристала СД з значно більшою потужністю споживання, ніж в роботі [13]. Але для над′яскравих СД потрібно застосовувати лазери з великою інтенсивністю випромінювання світла, яке, поглинаючись в плівці НРК і поверхнею СД, призводить до нагрівання плівки. В роботі [15] приводяться способи використання різних типів РК для візуального визначення нагрітих ділянок поверхні зразків кристалів напівпровідникових приладів, інтегральних схем, пластин сонячних батарей. Частково в цій роботі, а також в роботах [16-17] приводяться приклади застосування запропонованого способу візуального визначення гарячих локальних ділянок на поверхнях зразків кристалів інтегральних схем з використанням холестеричних рідких кристалів (ХРК). В основі цього способу лежать термооптичні властивості таких ХРК, які в своїй фазовій діаграмі мають температурний діапазон існування в смектичному стані. Плівка ХРК в смектичному стані на поверхні кристала зразка є такою ж прозорою, як в ізотропному стані. А плівка ХРК в температурному діапазоні існування холестеричного стану в поляризаційному мікроскопі при схрещених поляризаторах виглядає яскраво світлою. Такі особливості візуального відображення фазових станів ХРК дозволяють візуально визначати локально нагріті області поверхні кристала зразка інтегральної схеми до температури холестеричного або ізотропного стану. Ці області спостерігаються відповідно як яскраво світлі локальні області на фоні прозорої плівки ХРК в смектичному стані або як напівпрозорі локальні області в ізотропному стані на яскраво світлому фоні плівки ХРК в холестеричному стані. Границя кожної локальної області є ізотермою з температурою відповідного фазового переходу ХРК. Ізотермою визначаються точки поверхні кристала інтегральної схеми з цією температурою. Близькими до способу, запропонованого у винаході, є способи, які наведені і використовуються в роботах [12-17]. Спільними ознаками цих способів і запропонованого способу є те, що: 1) вони є контактними; 2) для їх реалізації на досліджувану поверхню наноситься плівка РК; 3) плівка РК спостерігається в поляризаційному мікроскопі; 4) в плівці РК візуально відображаються області плівки з різним фазовим станом РК в них; 5) температура на поверхні визначається в точках, через які проходять границі областей з різним фазовим станом, в яких вона дорівнює температурі відповідного фазового переходу РК. Спосіб патенту [17] є найближчим (прототипом) до запропонованого у винаході способу визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала СД. Спільні ознаки запропонованого способу і способу прототипу: 1) вони є контактними; 2) використовуються ХРК, які мають температурні діапазони існування в смектичому і холестеричному станах; 3) процедури приготування розчину ХРК і нанесення плівки ХРК на поверхню однакові; 4) плівка ХРК спостерігається в поляризаційному мікроскопі; 5) плівка ХРК на поверхні, що нагріта до температури ізотропного і смектичного станів ХРК, в поляризаційному мікроскопі спостерігається як прозора, а на поверхні, нагрітій до температури холестеричного стану ХРК - як яскраво світла. 3 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Основні недоліки способу найближчого аналога полягають в тому, що він використовується тільки для візуального визначення локально нагрітих ділянок поверхні, яка не випромінює у видимій області спектру, що він не визначає кількісні значення температури на поверхні, що візуально фазові стани ХРК в плівці на випромінюючій поверхні під час її випромінювання у видимому діапазоні не визначаються. Задачею запропонованого винаходу є спосіб визначення температури і теплового опору поверхні кристала СД, який не залежить від спектру і інтенсивності випромінювання, є оперативним, простим і дешевим для здійснення, не потребує використання спеціалізованих стаціонарних місць, який може використовуватись для визначення температури кристала СД без вилучення його із складу апаратури. Метою винаходу є спосіб, в якому усуваються недоліки і обмеження способів наведених робіт і способу прототипу. В основі способу лежить теплова інерція конструкції (системи тіл) при її нагріванні (охолодженні). Вона залежить від теплових властивостей складових елементів конструкції, від розміщення і інтенсивності дії джерел тепловиділення, від тепловіддачі з поверхні в навколишнє середовище. Нагрівання конструкції при включенні фіксованих джерел тепловиділення на споживання постійної потужності триває певний проміжок часу до встановлення теплової рівноваги, якому відповідає стаціонарне розподілення температури в конструкції. Певний проміжок часу і охолоджується конструкція після виключення джерел тепловиділення також до встановлення теплової рівноваги з навколишнім середовищем. Сказане вище означає, що кожний елемент поверхні конструкції в будь-якому її місці перебуває в певному температурному інтервалі протягом певного інтервалу часу. Якщо після виключення джерел тепловиділення зафіксувати два моменти часу, коли на елементі поверхні конструкції фіксуються два значення температури (перше значення більше другого), то різниці цих температур і моментів часу визначають відповідні температурний і часовий інтервали. У відповідності з [17] ці значення температури і моментів часу їх визначення після відключення джерел тепловиділення дозволяють визначити кількісне значення темпу охолодження конструкції. Для цього визначаються різниці між кожною зафіксованою температурою елементу поверхні конструкції і температурою навколишнього середовища, визначається відношення більшої різниці до меншої, вираховується натуральний логарифм цього відношення, а темп охолодження конструкції визначається як відношення логарифма до проміжку часу між другим (більшим) і першим моментами фіксації температури. Після визначення темпу охолодження конструкції визначається різниця між температурою, до якої був нагрітий елемент поверхні конструкції в момент відключення джерел тепловиділення, і температурою навколишнього середовища. Ця температура є добутком різниці між зафіксованою температурою і температурою середовища на експоненту добутку темпу охолодження конструкції на проміжок часу від моменту відключення джерел тепловиділення до моменту фіксації температури. Тепловий опір між елементом поверхні конструкції і середовищем визначається як відношення різниці між температурою елемента в момент відключення джерел тепловиділення і температурою середовища до потужності джерел тепловиділення. Із наведеного вище випливає суть запропонованого способу визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала СД з використанням термооптичних властивостей ХРК. Вибирається такий тип ХРК, який має температурні інтервали існування в смектичному і холестеричному станах. Температура фазового переходу ХРК із смектичного стану в холестеричний стан завжди повинна бути більшою від температури навколишнього середовища. Температурний інтервал існування в холестеричному стані для вибраного ХРК не повинен бути меншим 6-8 °C. Готується розчин вибраного ХРК в одному із розчинників (петролейний ефір, трихлоретилен, толуол, спирт). Для використання достатньою є якісна оцінка розчину по його кольору, який має бути схожим на розбавлене водою молоко. З допомогою аптечної піпетки розчин ХРК наноситься на поверхню кристала СД. Після випаровування розчинника на поверхню кристала СД осаджується плівка ХРК. Конструкція СД розмішується на пінопластовій підставці на столі поляризаційного мікроскопа для спостереження поверхні кристала СД з плівкою ХРК. Схрещуються поляризатори. Попередньо визначається необхідна потужність споживання СД, при якій випромінююча поверхня кристала СД нагрівається до температури, що перевищує температуру фазового переходу ХРК із холестеричного стану в ізотропний стан. Для цього включають СД на споживання пробної потужності. Витримують СД при споживанні цієї потужності протягом приблизно 20 хв. З моменту відключення джерела живлення спостерігають поверхню кристала 4 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 СД з плівкою ХРК. Якщо в момент відключення і протягом 2-3 хв. чітко спостерігається топологія поверхні кристала СД, то це означає, що плівка ХРК є прозорою, бо ХРК в ній перебуває в ізотропному стані і цю потужність або більшу від неї використовують як випробну в подальшому. Включають СД на споживання встановленої випробної потужності і витримують протягом не менше 30 хв. Ця витримка гарантовано забезпечує встановлення стаціонарного теплового стану конструкції СД. Виключають споживання потужності СД, одночасно з цим включають відлік часу (секундомір) і починають спостерігати в поляризаційному мікроскопі поверхню кристала СД з плівкою ХРК, фіксують перший момент часу, коли на поверхні кристала СД плівка ХРК із прозорої стає яскраво світлою, тобто фіксують початковий момент виникнення холестеричного стану ХРК в плівці. Продовжують спостерігати поверхню кристала СД з плівкою ХРК і фіксують другий момент часу, коли плівка знову стає прозорою, тобто фіксують початковий момент переходу ХРК в смектичний стан. Між цими двома моментами часу ХРК в плівці перебуває в холестеричному стані. Перший момент часу відповідає температурі фазового переходу ХРК з ізотропного стану в холестеричний стан, а другий - переходу ХРК із холестеричного стану в смектичний стан. Проміжок часу між першим і другим моментом часу - це час перебування ХРК в плівці на поверхні кристала СД в холестеричному стані. Значення температур фазових переходів для кожного типу ХРК відомі або їх визначають заздалегідь. Визначають дві різниці: першу - між температурою фазового переходу ХРК із холестеричного стану в ізотропний стан і температурою навколишнього середовища, другу - між температурою фазового переходу ХРК із смектичного стану в холестеричний стан і температурою навколишнього середовища. Визначають відповідно натуральний логарифм відношення першої різниці до другої і темп охолодження конструкції, який є результатом ділення цього логарифма на проміжок часу існування ХРК в холестеричному стані. При споживанні фіксованої постійної потужності визначають різницю між встановленою стаціонарною температурою поверхні кристала СД, що випромінює, і температурою навколишнього середовища. Ця різниця дорівнює добутку різниці між температурою фазового переходу ХРК і температурою навколишнього середовища на експоненту, аргументом якої є добуток темпу охолодження конструкції на проміжок часу від моменту відключення споживання СД до моменту виникнення відповідного фазового переходу. Тепловий опір між випромінюючою поверхнею кристала СД і навколишнім середовищем визначають як відношення різниці між стаціонарною температурою поверхні кристала СД і температурою навколишнього середовища до відповідної фіксованої постійної потужності. Суттєві ознаки способу включають в себе наступне. Використовується тип ХРК, який має температурні інтервали існування в смектичному і холестеричному станах. Плівка ХРК на досліджуваній поверхні спостерігається в поляризаційному мікроскопі при схрещених поляризаторах і виглядає яскраво світлою, якщо поверхня нагріта до температури холестеричного стану, або прозорою, якщо поверхня нагріта до температури смектичного чи ізотропного станів відповідно. Кристал СД нагрівається при споживанні такої постійної потужності, при якій випромінююча поверхня кристала з нанесеною плівкою ХРК нагрівається до стаціонарної температури, значення якої перевищує значення температури фазового переходу із холестеричного стану в ізотропний стан. Під час випромінювання СД плівка ХРК не спостерігається. Стан плівки ХРК спостерігається тільки в процесі охолодження конструкції СД, починаючи з моменту відключення споживання потужності і припинення випромінювання. Саме це забезпечує можливість візуально спостерігати фазові стани ХРК в плівці на поверхні кристала СД, що випромінювала до його відключення. Температура випромінюючої поверхні кристала СД визначається опосередковано через визначення теплоінерційних параметрів конструкції СД, а саме - проміжків часу після відключення споживання потужності, через які візуально і послідовно фіксуються фазові переходи в плівці ХРК із: 1) ізотропного стану в холестеричний стан, 2) холестеричного стану в смектичний стан. Зворотність температурно-фазових переходів в ХРК дозволяє багаторазове використання нанесеної на поверхню кристала СД плівки ХРК. Це означає можливість використовувати одну і ту ж плівку ХРК для багаторазових визначень температури і теплового опору поверхні кристала СД. 5 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала СД не залежить від спектру і інтенсивності випромінювання. Основний технічний результат запропонованого винаходу полягає в створенні нового практичного і ефективного способу визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала СД, який не залежить від спектру і інтенсивності випромінювання. При використанні способу спрощуються і здешевлюються процедури визначення температури. Для його реалізації не потребується використання дорогих матеріалів, приладів і устаткування. Запропонований спосіб позбавлений обмежень і недоліків способів, які використовуються в сучасній практиці. Нижче наводимо приклад здійснення запропонованого у винаході способу визначення температури і теплового опору світловипромінюючої у видимому діапазоні поверхні СД. Досліджуваний кристал СД зібраний в конструкції, що являє собою алюмінієву пластину 3 тепловідвід розміром 33×33×2 мм , в центрі якої розташований кристал СД Acriche (ф. Seoul Semiconductor), з'єднаний з пластиною срібним контактолом (ф. Ablestic). СД випромінює синє світло. Використовувався холестеричний рідкий кристал (ХРК), який існує в твердому стані при температурі, меншій від 19 °C, в смектичному стані - при температурі від 19 °C до 59 °C, в холестеричному стані - при температур від 59 °C до 79 °C, в ізотропному стані - при температурі, більшій від 79 °C. Температури фазових переходів ХРК: з холестеричного стану в ізотропний - 79 °C, з смектичного стану в холестеричний - 59 °C. До включення споживання потужності на випромінюючу поверхню кристала СД наносився розчин ХРК в петролейному ефірі. На столі поляризаційного мікроскопа збірка СД встановлювалась на пінопластову підставку. СД підключався до споживання постійної потужності 1,4 Вт протягом 40 хв. За цей час поверхня кристала нагрівалась до стаціонарної температури, яка перевищує температуру фазового переходу із холестеричного стану в ізотропний (більше 79 °C). Одночасно з відключенням СД від споживання потужності включався таймер і конструкція охолоджувалась в навколишньому середовищі з температурою 27 °C. Через 3 хв. після відключення СД плівка ХРК на поверхні кристала СД із прозорої стає яскраво світлою, що означає перехід ХРК із ізотропного стану в холестеричний, а в момент цього переходу температура поверхні кристала СД досягає значення температури фазового переходу 79 °C. При подальшому охолодженні через 10 хв. після відключення СД плівка ХРК із яскраво світлої знову стає прозорою, що означає фазовий перехід ХРК із холестеричного стану в смектичний. В момент переходу температура поверхні кристала СД досягає значення температури цього переходу 59 °C. На фіг. 1 наведені фото візуального відображення фрагменту поверхні кристала СД з плівкою ХРК в процесі охолодження конструкції збірки після відключення споживання потужності (СД не випромінює). На фото 1 поверхня нагріта до температури ізотропного стану ХРК (в момент відключення СД). Плівка ХРК прозора. На фото 2 поверхня нагріта до температури холестеричного стану ХРК (протягом часу від 3 хв. до 10 хв. після відключення СД). Плівка ХРК яскраво світла, не прозора. На фото 3 поверхня нагріта до температури смектичного стану ХРК (через 10 хв. після відключення СД). Плівка ХРК прозора. В результаті експерименту отримана необхідна інформація для визначення температури світловипрмінюючої у видимому діапазоні поверхні кристала СД і її теплового опору: 1) температура поверхні кристала досягає значення 79 °C через 3 хв., а – 59 °C через 10 хв. після відключення СД; 2) проміжок часу охолодження поверхні від 79 °C до 59 °C триває 7 хв. Різниці між кожною із цих температур і температурою навколишнього середовища відповідно складають 52 °C і 32 °C. Натуральний логарифм відношення цих різниць і темп -1 охолодження конструкції відповідно дорівнюють 0,485 і 0,0694 хв . Світловипромінююча поверхня кристала СД при споживанні ним постійної потужності 1,4 Вт і температурі навколишнього середовища 27 °C нагрівається до стаціонарної температури 91 °C. Тепловий опір між світловипрмінюючою поверхнею кристала СД і навколишнім середовищем дорівнює 45,7 °C/Вт. Джерела інформації:: 1. С. Никифоров. Температура в жизни и работе светодиодов. Компоненты и технологии, № 1, 2006. 6 UA 100604 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2. Елисеев И. Обзор по светодиодной продукции компании GREE. Новости электроники, 2003. - № 9. - С. 5-12. 3. С.И. Лишик, А.А. Паутино, В.С. Поседьмо, Ю.В. Трофимов, В.И. Цвирко. Проблемы применения светодиодов в осветительных и светосигнальных устройствах и пути их решения. Светотехника, 2008. - № 4. - С. 22-26. 4. Патент РФ № 2178893, 2002, Бюллетень изобретений № 3. Сергеев В. А. Способ определения теплового сопротивления переход - корпус полупроводниковых диодов. 5. А.А. Гаврилов, М.П. Конторович, В.А. Сергеев, В.И. Смирнов. Микропроцессорный измеритель теплового сопротивления светодиодов. Радиоэлектронная техника: Межвузовский сборник научных трудов, выпуск 10. – Ульяновск, 2008. - С. 60-65. 6. Г.А. Сукач, П.С. Смертенко, П.Ф. Олексенко, Suji Nakamura. Анализ температуры перегрева активной области зеленых СИД на основе нитридов III группы. Журнал технической физики, 2001. - Том 71, вып. 4. 7. Farkas, S. Hague, F. Wall, P. S. Martin, A. Poppe, Q. van Voorst Vader, Gy. Bognar. Electric th and thermal transient effects in power optical devices. The 20 IEEE Semi-Therm Symposium, 9-11 March 2004, San Jose, СA, USA. th 8. David L. Blackburn. Temperature Measurements of Semiconductor Devices-A Review. The 20 IEEE Semi-Therm Symposium, 9-11 March 2004, San Jose, CA, USA. 9. Y. Xi and E. F. Schubert. Junction-temperature measurement in GaN ultraviolet light-emmiting diodes using diode forward voltage method. Applied Physics Letters, vol. 85, № 12, 2004. 10. Rocotoniaina J. P., Breitenstein O., Langekamp M. Localization of weak heat sources in electronic devices using highsensitive Lock-in IR thermography. Material Science and Engineering, 2002, В 91-92, P. 481-484. 11. Godofredo Bautista, Carlo Mar Blanca, Serafin Delica, Bernardino Buenaobra and Caesar Saloma. Spectral microthermography for component discrimination and hot spot identification in integrated circuits. Optics express, 2006, vol. l4. № 3, P. 1021-1026. 12. Patent 5767489 USA. Enhanced resolution liquid crystal microtermography method and apparatus, Mark S. Ferrier.-06. 1998. 13. Woong Joon Hwang, Тае Нее Lee, Lan Kim, Moo Whan Shin. Determination of junction temperature and thermal resistance in the GAN-based LED s using direct temperature measurement. Physic Status Solids, vol. 1, issue 10, P.P 2429-2432, 2004. 14. Chin C. Lee, Jeong Park. Temperature measurement of visible light-emitting diodes using nematic liquid crystal termography with illumination. IEEE. Photonics Technology Letters, 2004, vol. 16, P.P. 1706-1708. 15. Попов В.M., Клименко А.С, Поканевич А.П., Гаврилюк И.И., Мошель Н.В. Жидкокристаллическая термография гарячих точек в изделиях электронной техники. Микроэлектроника РАН, 2007. - Т. 36, № 6. - С. 446-456. 16. Попов В.М, Клименко А.С, Поканевич А.П. Усовершенствованный метод выявления горячих точек в изделиях микроэлектроники. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2008. - № 3. - С. 55-58. 17. Пат. № 77499 України. Спосіб виявлення локальних джерел тепловиділення в зразках кристалів інтегральних схем та напівпровідникових приладів. Попов В.М., Клименко А.С., Поканевич О.П., Мошель М.В., 15. 12. 2006. 18. Дульнев Г.Н, Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных апаратах. - Л.: Энергия, 1968. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 Спосіб визначення температури і теплового опору випромінюючої поверхні кристала світлодіода, який включає в себе нанесення на поверхню кристала плівки холестеричного рідкого кристала (ХРК), який має температурні діапазони існування в холестеричному і смектичному станах, використання джерела електричного живлення, вимірювальних приладів та поляризаційного мікроскопа для спостереження в процесі споживання потужності візуального відображення в плівці на фоні прозорого смектичного стану ХРК яскраво світлих локальних областей в холестеричному стані ХРК, які визначають локальні ділянки поверхні з підвищеною температурою, який відрізняється тим, що плівку ХРК, який має температурні діапазони існування в смектичному і холестеричному станах, наносять на поверхню кристала світлодіода, яка випромінює при споживанні ним потужності, підключають світлодіод до джерела електричного живлення на споживання такої постійної потужності, при якій поверхня кристала нагрівається до стаціонарної температури, що перевищує температуру фазового переходу ХРК 7 UA 100604 C2 5 10 15 із холестеричного стану в ізотропний, відключають джерело живлення і спостерігають в поляризаційному мікроскопі при схрещених поляризаторах плівку на поверхні кристала світлодіода, фіксують проміжки часу від початку охолодження до появлення в плівці спочатку світлорозсіючого холестеричного стану, а потім до зникнення холестеричного стану і появлення прозорого смектичного стану, фіксують значення потужності, яку споживав світлодіод, і температуру зовнішнього середовища, визначають проміжок часу існування плівки в холестеричному стані в процесі охолодження, визначають різниці між температурами фазових переходів відповідно із ізотропного стану в холестеричний стан і із холестеричного стану в смектичний стан і температурою середовища, визначають натуральний логарифм відношення цих різниць і вираховують темп охолодження конструкції, який дорівнює визначеному натуральному логарифму, поділеному на проміжок часу існування плівки в холестеричному стані, а різницю між стаціонарною температурою випромінюючої поверхні кристала світлодіода і температурою середовища визначають як добуток різниці між температурою фазового переходу і температурою середовища на експоненту, аргументом якої є добуток темпу охолодження конструкції на проміжок часу охолодження, за який виникає відповідний фазовий перехід в плівці, за допомогою визначеної різниці температур визначають температуру випромінюючої поверхні кристала світлодіода, тепловий опір випромінюючої поверхні кристала світлодіода визначають як результат ділення різниці між температурою випромінюючої поверхні кристала світлодіода і температурою середовища на потужність, яку споживав світлодіод. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8