电-热应力对GaN基白光LED可靠性的影响

研究了电流和温度应力因子及其共同作用时对Ga N基白光LED可靠性的影响,并从LED结构方面探究了各应力下LED的失效机理。结果表明,以电流作为加速应力时,荧光粉退化为其主要的失效方式,同时LED出光的相关色温上升,红色比减少;在热应力下,主要是LED芯片结构发生变化,峰值波长蓝移,光通量衰减,同时支架出现老化现象。电流和温度应力共同作用时,温度应力对LED光通量的影响大于电流应力。电-热应力下的光通量衰减大于电、热应力单独作用时的衰减之和,即电-热应力作用时,光衰不具有线性叠加性。     

功率高压LED模组在不同应力下的老化实验

对LED进行应力加速老化实验及分析可以对器件可靠性做出最快、最有效的评估。本文将相同的6V高压功率白光LED分为两组,一组施加180 m A电流应力和85℃温度应力进行高温老化实验,另一组施加180 m A电流应力、85℃高温和85%相对湿度进行高温高湿老化实验。在老化过程中,测试了LED光电参数随老化时间的变化规律。实验结果表明:高温大电流应力下的样品的光退化幅度为0.9%~3.4%,高温高湿大电流应力下的样品的光退化幅度为25.4%~27.8%,高温高湿下样品的老化程度远高于高温老化下样品的老化程度,湿度对LED可靠性有显著的影响。退化的原因包括荧光粉的退化和器件内部欧姆接触退化等。     

远程荧光体白光发光二极管的发光性能

研究了高色温和低色温两种球冠状远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能差异.结果表明:在大电流下,LED有源层内由于量子限制斯塔克效应使其峰值波长向短波方向移动,偏离了高色温荧光粉的最佳激发波长,更加接近低色温荧光粉的最佳激发波长.高色温LED的相关色温随电流增加呈上升趋势,低色温LED的相关色温随电流增加呈下降趋势,与它们的量子效率变化引起的色坐标漂移有很大关系.两种LED量子效率和发光效能随热沉温度的升高均呈略微增大的趋势;其中,高色温LED的量子效率和发光效能随电流的增大而减小,而低色温LED的量子效率和发光效能则随电流的增大而升高;高色温LED发光性质较低色温LED好,但色特性的稳定程度不如低色温LED.     

GaN基功率LED电应力老化早期的退化特性

对InGaN/GaN多量子阱蓝光和绿光LED进行了室温900 mA电流下的电应力老化,发现蓝光LED老化到24h隧穿电流最小,绿光LED到6h隧穿电流最小;同时,两种LED的反向漏电也最小、光通量最大,随后绿光LED的反向漏电增加较快且光通量衰减较快.把热退火效应和电应力下缺陷的产生分别看成正负加速因子,绿光LED的负...     

超高显色指数和色温可调的LED白光照明光源研究

采用Ohno等提出的发光二极管(LED)发光光谱数学模型,计算LED芯片的发光光谱,并基于光谱叠加性原理,研究多芯片光源的混光特性。实验中用蓝光LED激发涂覆其上的绿橙双色荧光粉获得暖白光,与红、青、蓝三种LED光源混光。通过控制模块发送指令到脉宽调制(PWM)驱动电路分别调节各个LED的驱动电流占空比,从而控制4种LED的光通量及其配比,实现色温在2700 K~6500 K范围内连续可调。在宽色温范围内,获得超高的显色指数,Ra在95~98之间,全部特殊显色指数(R1~R15)都在90以上、辐射发光效率(LER)在286~336 lm/W之间的白光LED光源。实验测量与计算模拟结果的一致性很好。     

LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。     

大功率LED的电流老化特性分析

基于一体化封装技术,先将铝基板进行硬质阳极氧化处理使其绝缘,后将蓝光LED芯片直接封装到铝基板上,分别制成大功率白光和蓝光LED,其中白光LED由蓝光芯片涂覆YAG∶Ce荧光粉制成。将白光和蓝光LED分别用500 mA和700 mA电流加速老化1 000 h,平均每间隔24 h测试其各种光学参数,对比蓝光LED与白光LED的衰减情况。白光LED的光通量衰减比蓝光严重,但白光光功率的衰减比蓝光慢。LED的衰减分为两个阶段:第一阶段芯片与荧光粉同时衰减;第二阶段主要是芯片的衰减,荧光粉衰减较慢。     

多芯CSP-LED芯片间距对热拥堵的影响

在铝基板上贴片了不同间距的四颗芯片级封装发光二级管(CSP-LED)模组,测试了不同贴片间距CSP-LED模组的EL光谱、流明效率、光通量、相关色温等光电参数。结果显示,在小电流(20～400 mA)下,随着注入电流的增大,不同排布间距的蓝、白光样品的光电性能基本呈现相同的变化规律,即光通量、光功率呈线性增长,光效基本保持稳定;在大电流(1～1.5 A)下,随着芯片间排布间距减小,EL光谱积分强度降低,色温升高,红色比下降,排布间距为0.2 mm的光通量衰减了84.58%,相比之下排布间距为3 mm和5 mm的光通量衰减明显减缓,分别为8.96%和3.58%,这些现象与禁带宽度、热应力、非辐射复合等因素有关。结果表明,CSP白光LED光通量衰减主要是荧光粉退化导致的,考虑到实际生产成本问题,排布间距为3 mm时,有利于热量散出,进而提高LED光电性能特性及其自身的使用寿命。     

高显色指数白光LED光源的研究

根据光源混合原理和模拟黑体轨迹的Chebyshev法,推导了三通道脉冲宽度调制(PWM)占空比与色坐标、光通量、相对色温之间的关系式,同时确定调光约束条件。在上述推导公式基础上,设计出一种智能调光控制系统,该系统通过手机客户端分别控制暖白/绿/蓝3种LED光源模组,实现高显色指数R_a下混合白光的调光调色。实验结果表明:设置光源色温为3 600 K时,光通量在600 lm之内,设定值与测试值最大误差为0.74%;当光源光通量设定为300 lm时,色温在[3 200, 7 600]之间连续可调,其最大误差为1.82%,且光通量波动小于4%;混合光源具有较高的显色指数,在调光范围内,一般Ra在90以上,最大可达95.3。     

GaN基白光发光二极管失效机理分析

对小功率白光GaN基发光二极管(LED)在室温、40 ℃和70 ℃下进行温度加速老化寿命实验,通过对老化前后不同时间段器件的电学、光学和热学特性进行测量来分析器件的失效机理,着重分析器件的芯片和荧光粉的失效机理.器件老化前后的I-V特性表明:老化过程中,器件的串联电阻和低正向偏压下的隧道电流增大,这是由于器件工作时其芯片的欧姆接触退化和半导体材料的缺陷密度升高而引起的.器件的热特性表明:高温度应力下器件的热阻迅速变大,封装材料迅速退化,这是器件退化的主要原因;光谱曲线表明温度加速了器件的     

功率型白光LED光学特性退化分析

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED),对其施加900mA的电流应力,在老化过程中测量白光LED的主要光学参数,考察其光学特性的退化情况。经过4 200 h的老化,样品光通量退化为初始值的15%~18% 。样品的漏电流明显增大,表明芯片有源区缺陷密度提高,但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少,仅观察到黄光部分辐射量的减少,推断出YAG荧光粉的转换效率降低。同时,从原理上分析了样品色温逐渐增大,显色指数基本不变的原因,对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。     

A model for LED spectra at different drive currents

A mathematical model for the spectra of monocolor light-emitting diodes （LEDs） and phosphor-coated white LEDs at different drive currents is established.The simulation program of the color rendering of a white light LED cluster is developed based on this model.The program can predict not only the spectral power distribution and color rendering index （CRI）,but also the number of LEDs,drive currents,input power,and luminous efficacy of a white light LED cluster at a given color temperature according to the requirement of the luminous flux.The experimental results show that the relative spectral power distributions （SPDs） and chromaticity coordinates of the model LED are very close to that of the real LED at different drive currents.Moreover,the correlated color temperature （CCT）,CRI,special color rendering index （R9） luminous flux,input power,and luminous efficacy of the white light LED cluster predicted by simulation are also very close to the measured values.Furthermore,a white/red cluster with high rendering （CCT=2903 K,CRI=91.3,R9=85） and a color temperature tunable warm-white/red/green/blule LED cluster with high rendering （CCT=2700 6500 K,CRI 〉 90,R9 〉 96） are created.     

双波长InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光电特性

为了实现高显色指数和流明效率的白光发光二极管,在（0001）蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,生长了双波长发射的InGaN/GaN多量子阱发光二极管结构.通过对不同In组分含量的双波长发射发光二极管结构的光致发光和电致发光性能进行分析,结果表明In组分含量对双波长发射发光二极管的光致发光谱的稳定性及发光效率有重要影响.此外,用双蓝光发射的芯片来激发YAG:Ce荧光粉实现了高显色指数白光发射.     

GaN基大功率白光LED的高温老化特性

对大功率GaN基白光LED在85℃下进行了高温加速老化实验.经6500 h的老化,样品光通量退化幅度为28％ ～33％.样品的Ⅰ-V特性变化表明其串联电阻和反向漏电流不断增大,原因可归结为芯片欧姆接触的退化及芯片材料中缺陷密度的提高.样品的热特性变化显示出各结构层热阻均明显增大,这是由散热通道上各层材料的老化及焊料层出...     

瓦级大功率InGaN蓝光LED的光色电特性

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流I_F驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随I_F的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当I_F从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λ_p随I_F的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当I_F大于500 mA或800 mA后,λ_p又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。     

白光LED荧光粉涂敷工艺及光学性质

在20mA电流下,对自行设计的白光LED进行测试,发现荧光粉远离芯片封装方法与传统封装方法相比,流明效率提高了20.3%。效率的提高主要是因为减小了LED芯片对荧光粉散射的吸收。同时测得随着正向电流的增加,色坐标x,y的值逐渐减小,色温升高,而光通量呈非线性增加,流明效率逐渐下降。     

光谱分布可调光源的LED筛选研究

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明:峰值波长为385 nm、400 nm 和420 1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源;剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。     

功率型白光LED的非线性混合调光方法

分析脉冲宽度调制(PWM)双通道输出白光LED的混合调光方法,建立PWM与混合光源输出的光通量和色温之间变化关系的非线性数学模型。基于Zig Bee无线通信模块CC2530作为双路PWM输出,控制以SN3350为核心的LED恒流驱动电源,完成占空比可调的暖白和冷白两路白光LED的色温和光通量混合调光控制系统设计,并通过高精度快速光谱辐射计HAAS-2000测试系统进行测试。实验结果表明,双路PWM能够较好地实现对LED色温和光通量的输出大小进行控制,混合光源相关色温在3 250~15 000 K范围内连续可调。理论计算与系统控制的光通量和色温存在的相对误差分别小于1.70%和8.50%。     

传统白光LED与远程荧光粉白光LED的发光性能比较

研究了传统白光LED与蓝光激发的球冠形远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能,并对其机理差异展开了探讨。实验结果表明：随热沉温度和驱动电流的上升,传统白光LED的量子效率和电光转换效率急剧下降,并导致其Y/B比（Yellow/Blue Ratio）下降,相关色温上升。而在远程荧光粉白光LED中,其量子效率、光转换效率和相关色温在相同实验条件下变化幅度都较小。由光强空间分布和Y/B比空间分布可知,远程荧光粉白光LED的光强分布呈类似蝠翼分布,且Y/B比空间均匀性远大于传统白光LED。