热效应对白光LED显示屏老化的影响

信息来源:www.sxwled.com   日期:2015-03-12   

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加速老化实验是研究白光LED显示屏老化机理的主要手段,常用的加速老化方法有电流加速老化和温度加速老化方法,其中电流加速老化方法由于方法简单,效果明显,而得到广泛的采用"在保持其他参数恒定的情况下,给白光LED显示屏通入一个较大的电流,可以加速LED显示屏的老化,使其衰老情况迅速出现,有利于在短时间内观察到白光LED的老化情况,从而可以研究其老化机理。
在研究白光LED老化的实验中,通常采用恒定电流加速老化的方法对白光LED进行加速处理,然后根据老化后LED的参数变化,对其老化机理进行研究,但是对电流加速老化造成LED迅速老化的具体现象进行研究方面并不足够,本文通过恒定电流加速实验,探讨了电流加速实验的具体情况,研究了电流加速对LED老化造成影响的具体现象和原因。
1.恒定电流加速老化实验过程
选取四组巾Slnln白光LED,分别通入20mA!40mA!60mA和80mA的工作电流,实验过程中保持工作电流不变,进行老化"用SSPll21型LED测试仪对白光LED进行测试,得到其光通量变化曲线
白光LED的光通量随时间变化曲线
从光通量变化趋势可知,随着工作电流的增加,白光LED的光通量衰减地越快,寿命越短,可以用不同电流在芯片中引起的热效应的不同来华南师范大学硕士学位论文第五章热效应对白光LED老化的影响研究解释老化速度不同的原因。
2.热效应计算
工作电流经过芯片时会产生热效应,引起温度上升"温度上升的度数可用热容量乘以功率来计算"根据经验取热容量攀为4000c服"根据实验中的I-v曲线,可知电压在老化过程中变化不大,可取平均值"实验中温度保持为:
1)I=20mA,V=3.258v,vT=vxVxl==400x0.02x3.258=26.064≈26e
2)I=40mA,V==3.516v,vT=?xVxl=400x0.04X3.516=56.256≈56e
3)I==60mA,V=3.742v,vT=?xVxl=400x0.06x3.742=89-808≈90℃
4)I=80mA,V=3.79Iv,vT=?xVxl=400x0.08x3.910=125.12≈125℃
因此可见,加速电流越大,电流在芯片上引起的温度升高就越大。
3.热效应的产生
在外加能量(电能)作用下电子和空穴的辐射复合而发生的电致发光作用将能量的30-35%转化为光能,而非辐射复合发生的点阵振动将其余65-70%的能量转化为热能,从而使芯片温度持续升高。
热效应产生的原因
4.热效应加速老化的原因
加速电流会引起白光LED芯片温度升高,电流越大,温度升高越大,而同时白光LED的光通量衰减也越快,寿命越短"研究表明,热效应造成LED老化加速的原因是:
1.芯片的热效应促使芯片中不稳定化合物分解成为缺陷,造成深能级缺陷浓度增加,非复合辐射中心增多,从而降低发光效率,使光通量降低。
2.芯片热效应使得p型欧姆接触的金属活性增强,加速沿着缺陷通道电迁移到达结区造成短路,从而导致器件失效加快。
3.芯片热效应会使芯片和导线产生形变,不均匀的形变会导致导线接触不良甚至断裂,典型的LED由光学透明的环氧树脂封装。温度升高到环氧树脂转换温度Tg时,环氧树脂由刚性的!类似玻璃的固体材料转换成由弹性的材料。通常情况,在玻璃转换温度Tg,环氧树脂的热膨胀系数会有很大变化,Tg位于热膨系数剧烈变化区域的正中间,见图。为了避免LED突然失效,PN结温度应该适当保持在封装树脂的Tg以下,如果超过了Tg,环氧树脂的热膨胀系数将会发生很大变化,一个大的热膨胀系数使得封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(铝线)键合点位移增大,金线(铝线)过早疲劳和损坏,造成LED开路和突然失效。
对于大功率LED,为了避免上述原因造成的失效,Lumi1eds采用了弹性硅胶作为填充材料,UOE采用了紫外(UV)固化胶封装,其他的公司则采用高Tg的环氧树脂"对于采用其它材料进行包装的LED,同样存在由于热膨胀导致机械失效的问题,因此必须在设计中予以充分考虑。
4.芯片热效应加速封装材料老化,使荧光粉转换率下降,环氧树脂透明度降低,从而降低白光LED的光通量。
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