大功率白光LED的老化機(jī)理及其燈具的可靠性研究.pdf

1、半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）具有耗電小、發(fā)光效率高、綠色環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著LED性能的不斷提高和改進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，包括指示燈、交通信號(hào)燈、背光源、通用照明等。大功率白光LED是半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件，在不斷提高光效、降低成本的同時(shí)，對(duì)其可靠性也提出了更高要求。
　　 本論文在國(guó)家863項(xiàng)目（No：2009AA03A1A3）、國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（2008ZX10001-014）等項(xiàng)目的支持下，旨在通過對(duì)大功率GaN基白

2、光LED的老化機(jī)理研究，分析大功率白光LED整體及各組成部分的老化特性及其規(guī)律，從而針對(duì)性的改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高其可靠性的目的。同時(shí)，還對(duì)大功率白光LED應(yīng)用于燈具中的可靠性進(jìn)行了探討，大功率白光LED應(yīng)用于照明燈具，除要考慮配光、驅(qū)動(dòng)電源、散熱等因素外，還需對(duì)LED本身的性能進(jìn)行深入細(xì)致的研究，從而最大程度地發(fā)揮半導(dǎo)體光源的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展。
　　 本論文主要開展了如下研究工作：
　　 1.回顧LE

3、D的發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平和發(fā)光二極管的發(fā)光原理以及LED的主要應(yīng)用領(lǐng)域。論述可靠性測(cè)試的基本概念和測(cè)試方法；詳細(xì)闡述可靠性試驗(yàn)以及失效分析技術(shù)。
　　 2.論述常用的老化試驗(yàn)方法，詳細(xì)闡述影響大功率白光LED可靠性的主要因素，總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于提高LED可靠性而采取的方法和措施。
　　 3.選用兩類不同廠家的1W白光LED，分別進(jìn)行高溫貯存（不加電流）和電流加速應(yīng)力老化試驗(yàn)。經(jīng)過100小時(shí)的老化，各樣品均出現(xiàn)了光通量衰減

4、、色溫變化等現(xiàn)象。深入探討了不同應(yīng)力下器件的老化機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)溫升高、封裝材料的不穩(wěn)定是造成器件光、色參數(shù)變化的主要原因。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，樣品在電流應(yīng)力下表現(xiàn)與高溫貯存下相同的變化趨勢(shì)，說明電流應(yīng)力引起的退化歸因于芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，從而導(dǎo)致結(jié)溫的升高。另外，通過對(duì)比兩類樣品的性能，得出硅樹脂作為封裝材料的可靠性要優(yōu)于環(huán)氧膠。
　　 4.選用同一批次的藍(lán)光芯片封裝而成的3W白、藍(lán)光LED，在相同條件下進(jìn)行恒流對(duì)比老化試驗(yàn)。在

5、常溫1000mA的條件下，經(jīng)過8000小時(shí)老化試驗(yàn)，白、藍(lán)光LED發(fā)光效率降低，峰值波長(zhǎng)紅移，光通量衰減分別為30％和18％左右，并且衰減主要在2000小時(shí)以前，后期各樣品則趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，說明引起白光LED退化的原因包括藍(lán)光芯片、封裝材料、熒光粉等。同時(shí)進(jìn)行了20mA電流應(yīng)力試驗(yàn)，以分析LED在小電流密度條件下的老化機(jī)理。通過白、藍(lán)光對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)藍(lán)光芯片的發(fā)光效率的降低是白光LED光衰的主要原因，熒光粉和封裝透鏡的退化也較明顯。

6、
　　 5.從配光、驅(qū)動(dòng)電路、散熱、可靠性四個(gè)方面介紹了大功率LED在路燈應(yīng)用中存在的問題，并提出了自己的看法，突出了可靠性研究在燈具設(shè)計(jì)時(shí)的重要性。針對(duì)一款自主研發(fā)的大功率LED路燈樣品，對(duì)導(dǎo)熱硅脂、反光碗、導(dǎo)線等配件及燈具條進(jìn)行老化試驗(yàn)，采用熱電偶法進(jìn)行溫度測(cè)試，試驗(yàn)證明，此款路燈的散熱板基本能夠滿足LED光源的散熱要求，還需進(jìn)一步優(yōu)化LED安裝方式，增強(qiáng)散熱能力，反光碗的顏色退化是造成色溫變化的重要原因。通過老化試驗(yàn)分析，