大功率白光LED的可靠性研究及失效机理分析

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半导体发光二极管(light emitting diode, LED)是新型固态冷光源,其能效高、寿命长、电压低、结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、抗震性能好以及光谱全彩等特点,使得它在各种场合得到了广泛的应用。尤其是在节能和环保方面,LED灯比起普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势,极有可能通过技术突破成为未来主流照明光源,是目前学术界、产业界和政府部门关注的研究热点。在LED的众多应用中,作为普通照明光源是最具发展前景的一项应用。LED光源高能效的特点,能够在照明节电上发挥巨大作用。半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业,大功率LED是半导体照明的关键器件。而最终能否实现半导体照明,有赖于大功率LED光效和可靠性问题的解决。对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础。基于以上原因,本论文主要进行了以下几方面的研究工作:1.从半导体材料的发光原理开始,介绍了LED的特点;白光LED的实现方法和主要应用领域,介绍了国内外LED的研究现状及发展趋势,阐述了论文的选题意义和主要工作内容。2.介绍了可靠性的基本概念和可靠性研究的重要意义;论述了可靠性研究的基本方法、加速寿命试验方法,并详细论述了以电流为加速应力的加速寿命试验的原理。3.采用1W和3W GaN基白光LED为实验样品,以电流为加速应力,对白光LED进行电流应力加速寿命试验,对试验数据进行整理,主要包括光通量、发光效率、相关色温、峰值波长、正向电压等光电参数随老化时间的变化,分析了试验中影响白光LED寿命的主要因素;分别对1W和3W的试验样品进行了寿命推算,得出1W LED在正常使用条件下的寿命为25565小时,3W LED在正常使用条件下的寿命为37371小时。并简要分析了试验过程中以及寿命推算中引入的误差。4.结合试验情况,分析了试验中大功率白光LED的失效机理主要包括封装材料的退化、荧光粉效率的降低、散热不良、静电产生的突变失效等,除此之外LED的其他失效机理还包括金属电迁移、芯片材料中的缺陷引起的光衰。针对这些问题提出一些可能的改善措施。
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