摘 要：以GaN 基蓝光L ED 芯片为基础光源制备了大功率蓝光L ED ,并通过荧光粉转换的方法制备了白光L ED。对大功率蓝光和白光L ED 进行了寿命试验,并对其失效机理进行了分析。结果表明,大功率L ED 的光输出随时间的衰减呈指数规律,缺陷的生长和无辐射复合中心的形成,荧光粉量子效率的降低,静电的冲击,电极性能不稳定,以及封装体中各成分之间热膨胀系数失配引起的机械应力都可能导致大功率L ED 的失效。
关键词：大功率；蓝光LED ；白光LED ；寿命试验；失效机理 1、引言自1968 年利用氮掺杂工艺使GaAsP 红色发光二极管(L ED) 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L ED 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L ED 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L ED 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L ED 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L ED 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L ED 光输出衰减特性的影响,对大功率蓝光L ED 进行了老化试验,分析了大功率蓝光L ED 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L ED 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L ED 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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