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大功率发光二极管寿命试验及失效分析

上传人:未知

上传时间: 2006-08-01

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  1、引言自1968 年利用氮掺杂工艺使GaAsP 红色发光二极管(LED) 的发光效率达到1 lm/ W 以来,LED的研究得到迅速发展。1985 年,采用液相外延法,使得Al GaAs LED 的发光强度首次突破1 cd[1 ] 。

  20世纪90 年代初对于InGaAlP 四元系材料的研究,不仅大大提高了L ED 的效率,还将高亮度LED 的光谱从红光扩展到黄光和黄绿光[2~4 ] 。90 年代中期,Nakamura 等[5 ,6 ] 采用MOCVD 方法成功地制备出高亮度InGaN/ Al GaN 双异质结蓝光LED 和InGaN 量子阱结构紫外LED。GaN 基蓝光LED 的出现及其效率的迅速提高,使LED 得以形成三基色完备的发光体系,并使白光LED 的研制成为可能。实现白光LED 的技术途径主要有两条:一是采用红、绿、蓝三基色混合生成白光,二是通过荧光粉转换的方法实现白光,目前以后者居多[ 7~11 ] 。

  随着白光LED 的功率和效率的不断提高,LED 正在从指示和显示领域向照明领域迈进,并将成为继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明光源。虽然大功率白光LED 是当前的研究热点,但用于照明还存在发光效率不够高,空间色度均匀性较差,以及成本高等问题。此外,虽然LED 是公认的高可靠性半导体产品,但是关于大功率发光二极管的寿命测试数据的报道仍显不足。本文研究了荧光粉转换GaN 基大功率白光L ED 的光输出随时间的衰减特性,并对老化过程中L ED 的失效情况进行了初步分析。另外,为了避免荧光粉对LED 光输出衰减特性的影响,对大功率蓝光LED 进行了老化试验,分析了大功率蓝光LED 的失效机理。

  2、实验采用荧光粉转换实现白光的方法,以峰值波长为450~470 nm 的GaN 基LED 发射的蓝光为基础光源,其中一部分蓝光透过荧光粉发射出来,另一部分激发荧光粉,使荧光粉发出峰值为560~580 nm的黄绿色光,透出的蓝光与荧光粉发出的黄绿色光组成白光。采用不同厂家制造的商用GaN 基大功率蓝色发光芯片分别制备了四组大功率白光LED ,用自己设计制作的老化试验装置对其进行了寿命试验。为了排除荧光粉对LED 光输出衰减特性的影响,分别采用与第三、四组白光LED 同批次的芯片制备了大功率蓝色发光二极管。最后采用防静电保护措施对大功率LED 的寿命试验进行了改进。表1 给出了大功率LED 的寿命试验条件。大功率LED 的电学和光学特性测试是通过LED 专用测试系统———PMS - 50 紫外2可见2近红外光谱分析系统进行的,该分析系统的光度测试准确度为一级,色温误差为±0. 3 %。

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