大功率白光LED的老化機理及其燈具的可靠性研究.pdf

1、半導體發(fā)光二極管（LED）具有耗電小、發(fā)光效率高、綠色環(huán)保、壽命長等優(yōu)點。隨著LED性能的不斷提高和改進，其應用領域不斷擴大，包括指示燈、交通信號燈、背光源、通用照明等。大功率白光LED是半導體照明的關鍵器件，在不斷提高光效、降低成本的同時，對其可靠性也提出了更高要求。
　　 本論文在國家863項目（No：2009AA03A1A3）、國家科技重大專項項目（2008ZX10001-014）等項目的支持下，旨在通過對大功率GaN基白

2、光LED的老化機理研究，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，從而針對性的改進器件結構，達到提高其可靠性的目的。同時，還對大功率白光LED應用于燈具中的可靠性進行了探討，大功率白光LED應用于照明燈具，除要考慮配光、驅動電源、散熱等因素外，還需對LED本身的性能進行深入細致的研究，從而最大程度地發(fā)揮半導體光源的優(yōu)勢，促進LED產業(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、國內外發(fā)展水平和發(fā)光二極管的發(fā)光原理以及LED的主要應用領域。論述可靠性測試的基本概念和測試方法；詳細闡述可靠性試驗以及失效分析技術。
　　 2.論述常用的老化試驗方法，詳細闡述影響大功率白光LED可靠性的主要因素，總結國內外關于提高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，分別進行高溫貯存（不加電流）和電流加速應力老化試驗。經過100小時的老化，各樣品均出現(xiàn)了光通量衰減

4、、色溫變化等現(xiàn)象。深入探討了不同應力下器件的老化機理，研究發(fā)現(xiàn)結溫升高、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。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，樣品在電流應力下表現(xiàn)與高溫貯存下相同的變化趨勢，說明電流應力引起的退化歸因于芯片內部產生的熱量，從而導致結溫的升高。另外，通過對比兩類樣品的性能，得出硅樹脂作為封裝材料的可靠性要優(yōu)于環(huán)氧膠。
　　 4.選用同一批次的藍光芯片封裝而成的3W白、藍光LED，在相同條件下進行恒流對比老化試驗。在

5、常溫1000mA的條件下，經過8000小時老化試驗，白、藍光LED發(fā)光效率降低，峰值波長紅移，光通量衰減分別為30％和18％左右，并且衰減主要在2000小時以前，后期各樣品則趨于穩(wěn)定的變化趨勢，說明引起白光LED退化的原因包括藍光芯片、封裝材料、熒光粉等。同時進行了20mA電流應力試驗，以分析LED在小電流密度條件下的老化機理。通過白、藍光對比分析，發(fā)現(xiàn)藍光芯片的發(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、驅動電路、散熱、可靠性四個方面介紹了大功率LED在路燈應用中存在的問題，并提出了自己的看法，突出了可靠性研究在燈具設計時的重要性。針對一款自主研發(fā)的大功率LED路燈樣品，對導熱硅脂、反光碗、導線等配件及燈具條進行老化試驗，采用熱電偶法進行溫度測試，試驗證明，此款路燈的散熱板基本能夠滿足LED光源的散熱要求，還需進一步優(yōu)化LED安裝方式，增強散熱能力，反光碗的顏色退化是造成色溫變化的重要原因。通過老化試驗分析，