高亮度大功率InGaAlP红光LED芯片研制

报道了大功率高亮度InGaAlP红光LED芯片的设计和工艺制备,实验芯片采用环形插指状电极。和传统的LED芯片相比较,环形插指状电极LED芯片电流扩展分布更均匀,而且更有利于与其它器件的集成。对制备好的芯片进行了I-V特性、光谱特性、光通量和光强的测量。芯片的电性能非常好,其开启电压VT为1.5V;当工作电压达到3V时,工作电流为500mA;在工作电流为350mA时,峰值波长为635nm,半峰全宽为16.4nm,光强为830mcd。在色度学测试中,色坐标为x=0.6943,y=0.3056,显色指数为18.4。因此可以得知高亮度大功率InGaAlP红光LED是未来LED作为普通照明光源应用的第一步,而且将会在科学研究和工业投资的很多应用领域中成为新的焦点。     

大功率GaN基发光二极管等效串联电阻的功率耗散及其对发光效率的影响

由于自加热效应的存在，大功率GaN基发光二极管(LED)的芯片温度有可能高出环境温度很多，实验中，芯片温度超出环境高达147 K.从实验测量的大功率LED电流电压特性曲线中，将p-n结和等效串联电阻上的电压降落分离出来，得到了大功率LED等效串联电阻随芯片温度的变化情况.在输入电功率自加热效应的影响下，大功率GaN基LED等效串联电阻呈现出剧烈的变化，其阻值由低输入功率时的1.2 Ω降低到0.9 Ω,然后再升高到1.9 Ω，等效串联电阻的功率耗散在输入功率中所占的比例也随着输入功率的增加迅速增加，最高时接     

大功率GaN基发光二极管等效串联电阻的功率耗散及其对发光效率的影响

由于自加热效应的存在,大功率GaN基发光二极管(LED)的芯片温度有可能高出环境温度很多,实验中,芯片温度超出环境高达147 K.从实验测量的大功率LED电流电压特性曲线中,将p-n结和等效串联电阻上的电压降落分离出来,得到了大功率LED等效串联电阻随芯片温度的变化情况.在输入电功率自加热效应的影响下,大功率GaN基LED等效串联电阻呈现出剧烈的变化,其阻值由低输入功率时的1.2 Ω降低到0.9 Ω,然后再升高到1.9 Ω,等效串联电阻的功率耗散在输入功率中所占的比例也随着输入功率的增加迅速增加,最高时接 关键词： 自加热 等效串联电阻 发光二极管 流明效率     

高亮度大功率InGaAIP红光LED芯片研制

报道了大功率高亮度InGaAIP红光LED芯片的设计和工艺制备,实验芯片采用环形插指状电极。和传统的LED芯片相比较,环形插指状电极LED芯片电流扩展分布更均匀,而且更有利于与其它器件的集成。对制备好的芯片进行了I-V特性、光谱特性、光通量和光强的测量。芯片的电性能非常好,其开启电压VT为1．5V;当工作电压达到3V时,工作电流为500mA;在工作电流为350mA时,峰值波长为635nm,半峰全宽为16．4nm。光强为830mcd。在色度学测试中,色坐标为x=0．6943,y=0．3056,显色指数为18．4。因此可以得知高亮度大功率InGaAIP红光LED是未来LED作为普通照明光源应用的第一步,而且将会在科学研究和工业投资的很多应用领域中成为新的焦点。     

温度对大功率LED照明系统光电参数的影响

利用板上芯片封装chip-on-board(COB)技术封装大功率LED,比较分析其在不同散热器上的温度变化规律。研究了不同的热平衡温度对大功率LED光通量、电学参数的影响。在实验过程中,光通量、驱动电压、功率和发光效率都呈现出下降的趋势,并且最终稳定在其热平衡值。研究还发现:对于大功率LED照明系统,光通量、驱动电压、发光效率与散热器温度具有线性关系。在电源接通时,随着散热器温度的升高,LED的反向饱和电流迅速升高。通过线性拟合,得到大功率LED照明系统的光通量温度系数、驱动电压温度系数和光效温度系数。     

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。     

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。     

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。     

插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED外量子效率的影响

为了改善蓝光大功率LED芯片p电极处的电流拥挤现象,提高大功率LED芯片的外量子效率,在ITO透明导电层与p-GaN间沉积插指型SiO_2电流阻挡层。采用等离子体增强化学气相沉积的方法沉积SiO_2薄膜,再经过光刻和BOE湿法刻蚀技术制备插指型SiO_2电流阻挡层。采用SimuLED仿真软件分析插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED芯片电流扩展性能的影响,研究插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED芯片外量子效率的影响。结果发现,插指型SiO_2电流阻挡层结构可以有效改善p电极附近的电流拥挤现象。与没有沉积插指型SiO_2电流阻挡层的大功率LED芯片相比,光输出功率得到显著的提高。在350 mA的输入电流下,沉积插指型SiO_2电流阻挡层后的大功率LED芯片的外量子效率提高了18.7%。     

功率效应对功率LED热阻的影响

分析比较了在不同输入功率条件下1 W GaN基LED样品的热学特性,得出了有效热阻随加载功率的变化规律。基于瞬态热测试方法,讨论了结-环境热阻与输入功率之间的关系。加载电流为100~500 mA的区域随着电功率增加,有效热阻明显降低;当电流增至500 mA以上时,有效热阻减小幅度越来越小;而当加载电流为900~1 650 mA时,结-环境的热阻随着电功率的增加而缓慢升高。随着注入电功率的增加,在不同电流区域同一个样品的热阻变化趋势却是相反的,这个现象归因于串联电阻热耦合随输入功率的变化。该结果对分析功率型LED热特性具有一定参考价值。     

阵列式微型透镜封装多芯片COB LED的光学仿真设计及应用

为了提高COB LED的取光率,以1919 COB LED为研究对象,建立阵列式圆锥透镜、半椭球透镜、四棱锥透镜和半圆球透镜封装LED模型,并利用光学仿真软件进行研究。仿真实验结果表明:在优化条件下,高0.5 mm、直径0.9 mm的阵列圆锥透镜封装LED的光通量由平面封装的67 lm提高至84.3 lm,即取光率提高25.8%。制作了RGB芯片的多芯片LED样品,并用直径1 mm的阵列半圆球透镜进行封装,其取光率提高18.8%。     

双层荧光粉涂覆对COB封装LED出光的影响

为了提高LED出光量,基于传统的荧光粉涂覆设计了一种双层荧光粉涂覆结构。通过对上下涂覆层浓度及上层涂覆量的研究,探究双层涂覆结构对COB封装LED出光的影响。结果表明在通电电流为440 mA时,可在实验中实现15 W的COB封装结构的白光LED:涂覆单一黄色荧光粉,上下层胶粉比为14.2～28且上层涂覆体积为下层的0.8倍时,COB封装LED的光通量为2 179 lm,光效可达145.3 lm/W,显指为63,出光量最大提升为7.82%;荧光粉调整为黄绿粉和红粉的配合使用后,最终实现色温、光效及显指分别为4 854 K、129.7 lm/W和81.2。因此,双层荧光粉涂覆结构可以提高COB封装LED的光学性能,对实际生产有一定的应用价值。     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管（LED）,并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50 mA,测试温度为25 ℃。实验结果表明：电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。     

High power and high reliability GaN/InGaN flip-chip light-emitting diodes

High-power and high-reliability GaN/InGaN flip-chip light-emitting diodes (FCLEDs) have been demonstrated by employing a flip-chip design, and its fabrication process is developed. FCLED is composed of a LED die and a submount which is integrated with circuits to protect the LED from electrostatic discharge (ESD) damage. The LED die is flip-chip soldered to the submount, and light is extracted through the transparent sapphire substrate instead of an absorbing Ni/Au contact layer as in conventional GaN/InGaN LED epitaxial designs. The optical and electrical characteristics of the FCLED are presented. According to ESD IEC61000-4-2 standard (human body model), the FCLEDs tolerated at least 10\,kV ESD shock have ten times more capacity than conventional GaN/InGaN LEDs. It is shown that the light output from the FCLEDs at forward current 350mA with a forward voltage of 3.3\,V is 144.68\,mW, and 236.59\,mW at 1.0\,A of forward current. With employing an optimized contact scheme the FCLEDs can easily operate up to 1.0\,A without significant power degradation or failure. The life test of FCLEDs is performed at forward current of 200\,mA at room temperature. The degradation of the light output power is no more than 9\% after 1010.75\,h of life test, indicating the excellent reliability. FCLEDs can be used in practice where high power and high reliability are necessary, and allow designs with a reduced number of LEDs.     

TiO2微粒对远程荧光粉膜及白光发光二极管器件光色性能的影响

利用热压法将TiO₂微粒掺入至YAG:Ce荧光粉和硅树脂中制备出远程荧光粉膜并封装成白光发光二极管(LED)器件, 通过荧光粉相对亮度仪、双积分球测试系统和可见光光谱分析系统对样品的光色性能及机理进行了研究. 结果表明: TiO₂的散射效应能够显著提高蓝光的利用率和黄光的透射强度, 白光LED器件的光通量在TiO₂浓度为0.966 g/cm³ 时达到最高值415.28 lm(@300 mA, 9.3 V), 提高了8.15%, 相关色温从冷白6900 K逐渐变化至暖白3832 K. TiO₂的掺入不仅提高了远程荧光粉膜的发射强度和白光LED器件的光通量, 同时能调控其相关色温.     

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。     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

High-Efficiency ZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe Green Light-Emitting Diodes

Green light-emitting diodes (LEDs) were fabricated employing a ZnCdSe/ZnSSe triple quantum-well (TQW) active region surrounded by ZnMgSSe cladding layers grown on an n-type (100) GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE). A 3.5 mW pure green emission was observed for the surface-emitting LED device at a peak wavelength of 513.3 nm (2.415 eV) with a spectral half-width of 11.7 nm (55 meV) under a 20 mA (4.6 V) direct current at room temperature (25°C). These correspond to an external quantum efficiency of 7.2%, a power conversion efficiency of 3.8%, a luminous current efficiency of 66 lm/A, and a luminous efficiency of 14 lm/W.