解析LED光通量衰减图.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,苏州市科技计划项目纳米技术专项,解析,LED,光通量衰减图,苏州新纳晶光电有限公司,2012,年,6,月,21,日,老化曲线,三个过程,：,1.,正常工作时缓慢老化的过程，这个过程的长短决定了,LED,寿命的长短,2.,失效前迅速老化的过程，这个过程是由积累的效应导致的、突然出现的严重降低,LED,发光性能的机制,3.,失效后的阶段，这时候一部分,LED,已经熄灭，另一部分则很长时间保持微弱的发光,LED,寿命：其光通量变为初始值的一半时所经过的时间。,温度加速寿命实验法,比较两幅图,图,2,荧光粉荧光强度随时间的变化曲线,阶段,1,：,0,246 h,荧光粉的荧光强度衰减了,14.2%;,阶段,2,：,246,400 h,时段荧光强度回升至初值的,91.4%,即,277 h,附近,;,阶段,3,：,400 h,试验结束,荧光强度没有太大变化。,荧光粉在光照作用下,荧光强度出现先降后升然后稳定的现象,跟白光,LED,的衰减相吻合,图,1,小功率白光,LED,寿命图,阶段,1,的衰减,解释了封装好的白光,LED,初期的衰减比蓝光,LED,快的原因,;,经过阶段,2,的回升期,荧光粉的荧光强度基本稳定,图,1,的,、,所示的样品,Y,、,R,与样品,B,的衰减也趋于一致,说明,400 h,后,荧光粉的衰减已经不是,LED,衰减的主要原因。,老化过程中光通量出现增加的现象,光通量出现增加的现象？,与荧光粉有关！,LED,在老化过程中同时存在两种矛盾机制，即光输出增加机制和衰减机制。,LED,光通量增加机制,：这是由于在老化前期，基体的,P,型掺杂层,Mg-H,络合物分解产生激活的,Mg,，使受主浓度增加，,引起,P,型层电导率上升，正向电压下降,；,另一方面也使少数载流子的,复合概率增加,，,从而增强了光输出。此后，随着杂质能级和非辐射复合中心的增加，老化过程中出现了很多新能级，导致光输出下降，从而出现光通量增加和衰减两种现象。（但是，目前国内绝大多数文献都没有提到）,偶尔发现，对白光,LED,使用或老化一段时间，发现,LED,更亮了。（即光通量增加）目前，这种状况对于小功率,LED,，一般在,1000h,内发生（这里指,1000h,的光通量可能还大于初始值）。对于大功率封装,LED,，这种状况可能维持到,2000h,。,这种,状况产生的可能原因：,1,、荧光粉和混合胶作用，使荧光粉的性能下降，在温度的初期作用下，,使荧光粉的性能恢复,；,2,、荧光粉和混合胶作用，,使荧光粉的性能提高,；,3,、,蓝光芯片,的,初始一段时间性能有增强,可能是瞬时效应；,电,暂态效应 的影响，导致光通量衰减在开始时出现一个,hump,100,小时光通量增加是正常的，好一点的,LED,一般在,3000,内都有可能光通量增加,!LED,的光通量并不是一开始点亮就会达到最高点，如一台新的汽车一样，要开一段时间后才会达到最佳状态,!,（除非温度降到零度以下才有可能增加）,也有可能是电路的原因，温度升高了影响了电路工作状态导致电流增加了；散热处理得比较好,第一位，,荧光粉,在较高温度下的性能衰退,第二位，,蓝光,LED,自身,的快速衰退,第三位，,LED,封装底座,（支架）材料的导热不良,第四位，封装的其他材料引起光衰退,第五位，,封装工艺,引起光衰退（,虚焊、粘片的胶太厚、胶体中含有水汽、气泡、杂质、虚粘等，都会增加热阻及电阻,）,紫外辐射对,LED,的影响是微弱的、长期的,白光,LED,光衰的原因,LED,的伏安特性，表明经过一段时间点亮的,LED,的内阻增大,了。芯片的,P,型欧姆接触产生退化，只是由于欧姆接触和,P,型,GaN,的表面在热应力和电应力作用下退化，缺陷增多，从而导致内阻增加。因此，通过发光区的电流密度减小，光通量降低。,LED,结温是指,pn,结区的温度，通常被理解为,LED,芯片的温度。当结温上升时，,LED,的发光波长变长，颜色发生红移。对于一个,LED,器件，发光区材料的禁带宽度直接决定了器件发光的波长或颜色。,当温度升高时，材料的,禁带宽度将减小,，导致器件发光波长变长，颜色发生红移,。过高的结温导致覆盖在芯片上的荧光粉发生降解，使得荧光粉的量子效率降低。,LED,光通量衰减机制,：,LED,光谱线的主峰随着点亮时间的延长，在点亮,100150h,后，主峰开始向长波长方向缓慢移动，,(,激发主峰逐渐下降，光通量总体呈不断下降趋势，在下降过程中也偶有上升,),这表明光量子的能量有少许下降，伴随这一过程的发生，光通量呈下降之势，这极有可能是在点亮初期在禁带中仅存在少量的杂质和缺陷。而后在点亮过程中 不断有新的杂质和缺陷产生，它截获了越来越多的有效电子，使光强下降。,从,LED,的正常使用看，影响,LED,寿命的最主要的因素就是,热,。热量的来源，有材料正常的电阻在通电时产生的焦耳热，,PN,结产生的热，还有工艺中带来的寄生电阻产生的焦耳热，还有光被吸收后产生的热。热量的积累使得温度升高，温度升高使得芯片的性能衰退、材料老化、变性。现在小编就带大家分析一下白光,LED,光衰原因之,荧光粉,性能的衰退。,如果将白光,LED,的芯片上涂一层薄荧光粉，然后分析比较两种器件的光线在器件内部的行程，就会发现蓝光,LED,的光线直接透过环氧树脂射出，而白光,LED,器件由于表面存在荧光粉层，一部分光线直接射出，一部分光线射向荧光粉颗粒。荧光粉颗粒除了将部分蓝光转换为黄光之外，由于光线还有各向同性的散射作用，因此造成荧光粉层附近的短波长光辐射和热量高度集中，这样荧光粉层附近的环氧树脂更容易发生“黄变”。这对白光,LED,的衰减也会有影响，如图,2,所示。,在实验时，点亮电流均为,20mA,，测试电流也为,20mA,，环境温度、测试仪器都一样。结果白光,LED,比蓝光,LED,的光通量衰减要快（如图,1,所示）。由于两组器件的差别在于白光,LED,的封装中添加了荧光粉，人们很自然就会想到是否因为荧光粉衰减而导致白光,LED,的衰减加速。,图,1,白光,LED,和蓝光,LED,衰减的比较,如果是荧光粉衰减，那么必然会出现由荧光粉激发出的波长峰值为,570nm,的黄绿光衰减，从而导致白光,LED,的色度坐标向蓝色调方向变化，即色度坐标值减少。经过测试，实际结果却表明白光,LED,器件的色度坐标反而向黄色调方向变化。因此，可以认为荧光粉不是造成白光衰减加速的主要因素。持这种观点的人认为：与普通,LED,相比，蓝光、白光,LED,的不同之处在于发光的波长较短，环氧树脂在吸收短波长的光辐射后会氧化，继而形成色团。此外，环氧树脂还会因受热而变化，称为,“,黄变,”,，从而造成短波长的光穿透率下降。这种现象对红光,LED,不构成影响，但对蓝、白光,LED,影响较大，这是蓝光、白光,LED,衰减较快的一个重要原因。,引起白光,LED,快速衰减的原因,荧光粉的探讨,同一种蓝光芯片激发不同杂质的荧光粉，将导致发射不同的黄光波长，因此混合而成的白光也有不同的衰减。这说明荧光粉衰减是占主要的,因素。,图,3,三种不同发射波长的光通量随时间的变化,选用同一种芯片和同一种荧光粉（调配的胶和浓度都一样），而涂在蓝光芯片上的荧光粉厚度不一样。这样进行实验，发现涂较厚的荧光粉比涂较薄的荧光粉的芯片，其白光衰减较快，如图,4,所示。,图,4,芯片的荧光粉涂层厚度不同，其光通量随时间的变化,综上所述，引起白光,LED,的衰减有多种原因，要根据实际情况进行分析，然后再用实验去证实。,一、晶片对白光,LED,光衰的影响,:,晶片对光衰的影响分为两大类：第一是晶片的材质不同导致衰减不同，目前常用的蓝光晶片衬底材质为碳化硅和蓝宝石，碳化硅一般结构设计为单电极，其导热效果比较好，蓝宝石一般设计为双电极，热量较难导出，导热效果较差；第二是晶片的尺寸大小，在晶片材质相同时，尺寸大小不同衰减差距也不同,。,二、固晶底胶对白光,LED,光衰的影响,:,在白光,LED,封装行业中通常用到的固晶胶有环氧树脂绝缘胶、硅树脂绝缘胶、银胶。三者各有利弊，在选用时要综合考虑。环氧树脂绝缘胶导热性差，但亮度高；硅树脂绝缘胶导热效果比环氧树脂稍好，亮度高，但由于硅成分占一定比例，固晶片时旁边残留的硅树脂与荧光胶里的环氧树脂相结合时会产生隔层现象，经过冷热冲击后将产生剥离导致死灯；银胶的导热性比前两者都好，可以延长,LED,芯片的寿命，但银胶对光的吸收比较大，导致亮度低。对于双电极蓝光晶片在用银胶固晶时，对胶量的控制也很严格，否则容易产生短路，直接影响到产品的良品率。,三、荧光粉对白光,LED,光衰的影响,:,市场最主流的荧光粉是,YAG,钇铝石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉，与蓝光,LED,芯片相比荧光粉有加速老化白光,LED,的作用，而且不同厂商的荧光粉对光衰的影响程度也不相同，这与荧光粉的原材料成分关系密切,四、荧光胶水对白光,LED,光衰的影响,传统封装的白光,LED,，荧光胶一般采用环氧树脂或硅胶，经过光衰实验的结果得出，用硅胶配粉的白光,LED,寿命明显比环氧树脂的长。原因之一是用以上两种方法封装成品,LED,，硅胶比环氧树脂抗,UV,能力强且硅胶散热效果比环氧树脂好；但在相同条件下，用硅胶配粉的初始亮度要比环氧树脂配粉的要低，最主要是由于硅胶的折射率（,1.3-1.4,）比环氧树脂（,1.5,以上）低，所以初始光效不及环氧树脂高。,五、支架对白光,LED,光衰的影响,LED,支架主要有铜支架和铁支架。铜支架导热、导电性能好，价格高。而铁支架的导热、导电性能相对较差，更容易生锈，但价格便宜。市场上的,LED,大部分使用铁支架。不同材料的支架对,LED,的性能影响也不同，特别是对光衰的影响尤为突出。这主要是由于铜的导热性能比铁的好很多，铜的导热系数,398W,（,m.k,）,而铁的导热系数只有,50W,（,m.k,）左右，仅为前者的,1/8,，还有支架的电镀层厚度也密切相关。在选用支架时，还要注意支架的碗杯大小是否与发光芯片以及模粒匹配，其匹配质量的优劣，直接影响白光,LED,的光学效果，否则容易造成光斑形状不对称、有黄圈，以及黑斑等，直接影响到产品的质量。,白光,LED,的衰减主要是由蓝光,LED,的衰减以及荧光粉的淬灭引起。,在散热条件足够理想的情况下，白光,LED,的衰减主要是由蓝光衰减引起，而随着系统温度的提升，荧光粉的衰减将加剧白光,LED,的衰减,LED,光通量衰减因素：各种缺陷的反作用和运动；晶体中性区域内带点点缺陷的移动；缺陷的准化学反应；子部件性能的衰减（封装材料的热衰减、散热技术和散热材料、金属的氧化腐蚀反应、荧光粉的性能衰退等）,半导体行业发展白光,LED,产业和推动白光,LED,应用过程中，需要采取对策减小蓝光芯片本身的衰减、提高器件的散热性能、改善应用产品的散热结构，并降低荧光粉的温度淬灭效应。,LED,亮度与外加电流密度有关，一般的,LED,，,JO,（电流密度）增加,BO(,亮度,),也近似增大,。另外，亮度还与环境温度有关，,环境温度升高，,c,（复合效率）下降，,BO,减小,。,当环境温度不变，电流增大足以引起,pn,结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。,LED,亮度与外加电流的关系,1)P=UI.,前提为同一小灯泡,或者两个电阻相同的小灯泡,.,当电压不变时,电流越大,功率越大,小灯越亮 当电流不变时,电压越大,功率越大,小灯越亮,2)P=U/R,前提为电流相等,当电压不变时,电阻越小,功率越大,小灯越亮 当电阻不变时,电压越大,功率越大,小灯越亮,3)P=IR,前提为电压相等,当电阻不变时,电流越大,功率越大,小灯越亮 当电流不变时,电阻越大,功率越大,小灯越亮,4),根据以上情况我们可以得到,:,凡是电流,电压越大,小灯泡也就越亮 而电阻的话要依照,23,种情况进行讨论,据上，增加电压是可以的，只不过不能超过额定电压的范围，否则就会烧掉的,LED,灯使用一段时间会出现,闪灯,现象，原因可能是：电源问题,恒流源出现故障,；大体上是,LED,虚焊或,LED,开路；驱动器坏了；变压器的极性绕反了，续流没有,Thank You!,