大功率发光二极管的寿命试验及其失效分析

以GaN基蓝光LED芯片为基础光源制备了大功率蓝光LED,并通过荧光粉转换的方法制备了白光LED.对大功率蓝光和白光LED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LED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LED的失效.     

提高大功率LED散热和出光封装材料的研究

阐述了LED封装材料对大功率LED散热和出先的影响及大功率LED的发展趋势.指出目前大功率LED研究的瓶颈是如何提高散热和出光以及封装互连材料在提高大功率LED散热.和出光方面所具有的重要影响.讨论了芯片粘结材料、荧光粉、灌封胶、散热基板等.分析了导热胶、银浆和合金钎料、陶瓷基板、金属基板、复合基板,讨论了对出光影响比较大的灌封胶和荧光粉的选用,指出了未来的研究重点.     

远程荧光LED球泡灯热仿真分析

采用FloEFD流体分析软件分析了改变LED散热器翅片数和基板厚度对LED球泡灯热量的影响。首先对LED芯片进行仿真,然后用蓝宝石替换LED芯片其他部分简化后仿真,将两者进行了对比。接着对远程荧光LED集成封装光源进行了热模拟,发现将大功率芯片集成在铝基板上,工作时产生的热量非常大,模拟时芯片的结温在159.9℃,超过了LED正常工作结温,所以仅仅依靠铝基板难以达到散热要求。最后对LED球泡灯散热器不同翅片数和不同基板厚度分别进行了热仿真,得出当翅片数为16,基板厚度为2mm时,LED球泡灯的整体散热良好,模拟结果显示LED芯片的温度只有83.8℃,完全满足散热要求。     

LED远程封装光学研究现状

通过蓝光芯片荧光粉转换及三基色混光合成的白光LED照明等产品已得到了广泛应用,但目前LED照明等产品还存在着光强、光形和色温等分布不均匀的问题。针对近期通过荧光粉本身粒度控制及分布控制、远程平面荧光涂层、球形荧光涂层、TIR棱镜集成及混光匀光等方式,改进了LED封装的工艺和技术,通过二次光学设计改善了LED封装中的光强、光形、色温分布等,并对相关光学研究的进展进行了综述。     

影响白光数码管光学性能的研究

通过分析LED封装材料中固晶胶对白光的影响,给出了不同固晶胶对白光LED光衰的效果图;通过分析荧光粉对白光LED光性能的影响,给出了用同一成分荧光粉加不同波长蓝光芯片形成的CCT/Ra关系图、同一波长蓝光芯片加不同成分荧光粉CCT/Ra关系图和蓝光芯片激发下荧光粉的相对亮度随温度的变化;通过分析配粉胶对白光LED光性能的影响,给出了不同折射率硅胶封装的白光LED光衰情况和膜清洗后不同折射率硅胶封装的白光LED光衰情况影响。从而可以依据光性能的需要,选择相应封装材料,并进行白光LED的封装设计与制造。     

大功率LED芯片直接固晶热电制冷器主动散热

发光二极管（LED）作为新一代绿色固态照明光源,已广泛应用于照明和显示等领域,但散热问题一直是大功率LED封装的关键技术瓶颈。采用大功率LED芯片直接固晶热电制冷器（TEC）的主动散热方法,可增强大功率LED的热耗散,提升大功率LED的发光性能和长期可靠性。利用高精度陶瓷基板和纳米银膏材料制备出高性能TEC,TEC冷端温度最低可达-22.2℃。将LED芯片直接固晶于TEC冷端的陶瓷基板焊盘上,实现LED芯片与TEC的集成封装,制备出LED-TEC主动散热模块。在芯片电流为1.0 A时,由于热电制冷的珀尔帖效应,LED-TEC模块可将LED芯片的工作温度从232℃降低到123℃（降温幅度为109℃）,且可使其输出光功率从1087m W提升到1 479 m W,光功率提升幅度达到36.1%。     

大功率集成封装白光LED模组的散热研究

采用有限元分析软件ANSYS,分别对基于均温基板和金属芯印刷电路板结合太阳花散热器的100 W的大功率集成封装白光LED进行了热分析。结果发现:(1)相比金属芯印刷电路板,均温基板提高了LED芯片的均温性,可使每个LED芯片的温度分布一致,且每个芯片的最高温度比最低温度仅高1.1℃,避免了局部热点,从而提高了大功率集成封装白光LED的可靠性,保证了它的寿命。(2)太阳花散热器非常适合大功率集成封装白光LED模组的散热。因此对于大功率集成封装白光LED模组而言,均温基板结合太阳花散热器是一种有效的散热方式。     

功率型白光LED封装设计的研究进展

综述了功率型白光LED封装的研究现状和存在的问题,着重从LED封装结构和封装材料两个方面进行了详细的评述,在现有蓝光芯片激发钇铝石榴石(YAG)荧光粉来实现节能、高效的白光LED照明的基础上,介绍了可以提高功率型白光LED的取光效率和空间色度的均匀性的各种封装结构和材料.指出新的封装结构、封装材料和封装工艺的有机结合以获得高取光效率,延长功率型白光LED的使用寿命,节约整体封装结构的成本,从而推进LED同体光源的应用是今后功率型白光LED研究的重点.     

低色温高显色性大功率白光LED的制备及其发光特性研究

用GaN基大功率蓝光LED芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光LED补偿法制备了不同相关色温及显色指数的白光LED。对器件的发光特性研究表明，采用监光LED芯片激发单一黄色荧光粉，虽可以获得光通量和发光效率较高的白光LED，但其色温较高，显色性较差；在黄色荧光粉中添加红色荧光粉，由于光谱中红色成分的增加，可降低器件的色温，并提高器件的显色性，但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，致使器件的整体发光效率不高；采用蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，同时用红光LED进行补偿，通过调整蓝光和红光LED芯片的工作电流以及荧光粉的用量，可获得低色温和高显色性白光LED，而且整体发光效率较高。     

基于ANSYS分析温度对荧光粉发光性能的影响

采用有限元方法模拟了LED集成封装光源和LED远程荧光集成封装(LED RPIP)光源各部分的热量分布。通过结合模拟和实验数据分析得到:随着LED结温升高,荧光粉温度随之上升,发光性能不断衰退,LED硅胶板和LED远程荧光板温度从室温35℃分别升高到73.794和73.156℃,光源光通量分别降低了30.53和22.39lm。最后得出硅胶板和远程荧光板中荧光粉发光性能分别下降了0.943%和0.78%。     

Fabrication of High-power White LEDs and White Light Uniformity Testing

As the blue and yellow lights are complementary colors, a blue InGaN LED chip is coated hy a yellow phosphor film to generate white light based on luminescence conversion mechanism. The emitted light of a blue LED is used as the primary source for exciting fluorescent material such as cerium doped yttrium aluminum garnet with the formula Y3Al2O12 ： Ce^3＋ （in short： YAG ： Ce^3＋ ）. The matching of the spectrum of the blue LED chips and the YAG ： Ce^3＋ yellow phosphor is studied to improve the conversion efficiency. The packaging methods and manufacturing processes for high power single chip-white LEDs are introduced. The uniformity of the output white light is investigated. Based on the characteristics of the high power white LEDs, some approaches and processes are suggested to improve the light uniformity when they are fabricated. The effectiveness of those approaches on the improvement of LEDs is discussed in detail and some interesting conclusions are also presented.     

荧光粉配比对大功率白光LED发光特性的影响

利用黄色、红色和黄绿色3种荧光粉混合的方法制备了一系列大功率平面发光LED光源,深入研究了黄色、红色和黄绿色3种荧光粉分别对大功率白光LED光源的发光效率、显色指数以及色温的影响规律。研究结果表明,随着黄色荧光粉含量的增加,其发光效率明显提高,最高可达140 lm/W,而显色指数和色温略有下降。随着红色荧光粉含量的增加,其显色指数明显提高,最高可达85,而发光效率和色温明显降低。随着黄绿色荧光粉含量的增加,其发光效率、显色指数以及色温均不同程度地略有下降,但是其对大功率白光LED的色容差起到很好的调节作用。     

LCD背光用LED的封装技术

We design a package patterned with red and green emitting phosphors excited by a blue LED to emit tri-basic mixing color.For high backlight display quality, we compare several phosphors.According to our measurements, green phosphors 0752G, 0753G and red phosphor 0763R are preferred for producing a good backlight source.Compared to RGB-LED backlight units, this frame typically benefits the lighting uniformity, and can sim-plify the structures.It also provides higher color render and better CCT than the traditional package method of a yellow phosphor with a blue chip.However, its light efficiency needs to be further improved for the use of backlights for LCDs.     

Improvement of emission efficiency and color rendering of high-power LED by controlling size of phosphor particles and utilization of different phosphors

White light can be produced by a combination of red, green and blue emitting diode chips or by the combination of a single diode chip with phosphors. Presently, more single chip white light-emitting diodes (LEDs) than multi-chip one are used because of their low cost, easily controlled circuitry, ease of maintenance and favorable luminescence efficiency. Since phosphors must be used as light converting materials in a single diode chip to obtain the desired emission, this study considers the problems encountered in using phosphors in LEDs. The proper application of phosphors in the package of LED can improve its efficiency, color rendering and thermal stability of luminescence. For example, a uniform size distribution of phosphors with red, green and blue emission helps to improve luminescence efficiency by preventing cascade excitation; the change in color with temperature can be overcome by counter-balancing red-shifting and blue-shifting phosphors; larger particles help to ensure the high efficiency of high-power LEDs, and costs can be reduced by using small particles size in low-power LED packaging because allows less phosphor to be used to obtain a particular efficiency.     

COB封装全光谱LED光源及其光电特性

为了提高光源的显色指数,设计、制作一种COB封装的全光谱LED光源,通过在设计中增加峰值波长415nm的紫光LED芯片和发光峰值波长497nm、655nm的荧光粉,弥补了普通LED光源在紫光、蓝绿光和红光等光谱区间的能量分布不足。实验结果表明,发光效率达到103.34lm/W,全光谱LED光源显色指数高达99.38,接近日光100的显色指数,能够满足高质量照明领域对光源显色性的要求。     

荧光粉浓度和电流强度对白光LED特性的影响

讨论了荧光粉浓度及驱动电流强度对白光LED特性的影响。采用软件模拟实验和实际封装测试相结合的研究方法进行分析研究。对荧光粉浓度变化对白光LED光通量和相关色温(CCT)的影响进行了三维光线追迹模拟,并且进行了实际的封装验证。另外对白光LED的节温和显色性也做了深入细致的研究。研究结果表明:CCT随着荧光粉浓度的增大而减小,光通量则先上升后下降。同时由荧光粉浓度和驱动电流强度变化所引起的节温升高会降低荧光粉的转换效率。对显色性而言,采用高浓度荧光粉封装的白光LED有相对低的显色指数;并且显色指数随着驱动电流强度的增加而升高,最终趋于稳定。     

LED芯片激发荧光粉合成白光照明光源显色性的控制

光通量、色温和显色性是光源的三大重要指标。半导体LED从指示、显示应用过渡到照明应用,产品的显色性控制和评价是一个新的课题。本文应用光源显色性原理分析影响产品显色性的因素,并通过相关的试验,探讨如何通过材料选型和工艺措施,控制由蓝光LED激发荧光粉合成白光LED的显色性,使之达到预定指标。     

LED芯片激发荧光粉合成白光照明光源显色性的控制

光通量、色温和显色性是光源的三大重要指标。半导体LED从指示、显示应用过渡到照明应用．产品的显色性控制和评价是一个新的课题。本文应用光源显色性原理分析影响产品显色性的因素，并通过相关的试验，探讨如何通过材料选型和工艺措施，控制由蓝光LED激发荧光粉合成白光LED的显色性．使之达到预定指标。     

Investigation of dynamic color deviation mechanisms of high power light-emitting diode

Environmental concerns have led to the popularity of solid stating lighting, in which a high quality white light source depends on the stable property of light emitting diode. This study examines a white-light high-power light-emitting diode composed of a blue chip and yellow phosphor. A white-light light-emitting diode can be divided into four parts—a blue chip, yellow phosphor, transparent silicone, and reflector. In a transient experiment, the wavelength shift of the blue chip markedly affects the conversion efficiency of yellow phosphor, causing white-light deviation, especially in the sharp variation region of absorption of yellow phosphor. A series of short-term experiments was conducted to identify the mechanisms of color deviation between yellow phosphor and transparent silicone. The robustness of commercial phosphor and silicone was much stronger than expected. In addition to a yellowed reflector and blue chip degradation, several combinations of degradation mechanisms between yellow phosphor and transparent silicone. In a long-term experiment, damaged silicon confines blue light resulting in warm white light. Two suggestions are provided to obtain white-light light-emitting diodes with high color reliability.