大功率白光LED的應用及其可靠性研究

1 簡(jiǎn)介

　　半導體照明是21世紀最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，上世紀九十年代以來(lái)，隨著(zhù)以GaN和SiC為代表的第三代半導體的興起，藍色和白色發(fā)光二極管相繼研究成功，使實(shí)現半導體白光LED照明成為可能。大功率白光LED作為半導體光源，相比傳統照明光源，有節能、壽命長(cháng)、綠色環(huán)保、使用電壓低、開(kāi)光時(shí)間短等特點(diǎn)。大功率白光LED技術(shù)迅速發(fā)展，有著(zhù)極為廣闊的應用前景，而器件的可靠性是實(shí)現其廣泛應用的保證。

　　2 大功率白光LED的應用

　　大功率白光LED主要用在照明市場(chǎng)，需根據不同的要求專(zhuān)門(mén)設計產(chǎn)品。主要可以歸納為在以下幾個(gè)方面的應用：

　?。?）景觀(guān)照明市場(chǎng)：包括建筑裝飾、室內裝飾、旅游景點(diǎn)裝飾等，主要用于重要建筑、街道、商業(yè)中心、名勝古跡、橋梁、社區、庭院、草坪、家居、休閑娛樂(lè )場(chǎng)所的裝飾照明，以及集裝飾與廣告為一體的商業(yè)照明。

　?。?）汽車(chē)市場(chǎng)：車(chē)用市場(chǎng)是LED運用發(fā)展最快的市場(chǎng)，主要用于車(chē)內儀表盤(pán)、空調、音響等指示燈及內部閱讀燈，車(chē)外的第三剎車(chē)燈、尾燈、轉向燈、側燈等。

　?。?）背光源市場(chǎng)：LED作為背光源已經(jīng)普遍運用于手機、電腦、便攜式電子產(chǎn)品等。

　?。?）戶(hù)外大屏幕顯示和交通信號燈。由于LED具有亮度高、壽命長(cháng)、省電等優(yōu)點(diǎn)，在金融、證券、交通、機場(chǎng)等領(lǐng)域備受青睞。尤其是在全球各大型體育館幾乎已經(jīng)成為標準設備。

　?。?）特殊照明和軍事運用：由于LED光源具有抗震性、耐潮性、密封性等特點(diǎn)，以及熱輻射低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應用于防爆、野外作業(yè)、礦山、軍事行動(dòng)等特殊工作場(chǎng)所或惡劣的工作環(huán)境中。

　?。?）其他應用：還可應用在玩具、禮品、手電筒、圣誕燈等輕工業(yè)產(chǎn)品之中。作為全球輕工業(yè)產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地，我國對LED有著(zhù)巨大的市場(chǎng)需求。

　　3 大功率白光LED的可靠性研究

　　由于大功率LED應用已經(jīng)廣泛開(kāi)展，半導體照明材料的突出優(yōu)點(diǎn)：節能，綠色環(huán)保，高效，壽命長(cháng)，后期維護成本低廉，相比較傳統的光源有著(zhù)十分誘人的特點(diǎn)，但在實(shí)際的應用過(guò)程中，LED的性能并沒(méi)有像人們預期的那樣表現出來(lái)，而是出現了各種各樣的問(wèn)題。比如說(shuō)，壽命長(cháng)這一突出特點(diǎn)，理論估計為十萬(wàn)小時(shí)，但在實(shí)際的使用條件下，才有幾千小時(shí)。因此，大功率白光LED要想得到長(cháng)遠的發(fā)展，并且最終能夠替代傳統光源，其可靠性的研究是必須且緊迫的。

　　通常LED可靠性研究大致可以分為兩個(gè)方向：

　　3.1 基于半導體物理學(xué)的失效機理分析

　　半導體器件的可靠性分析大都是圍繞其壽命來(lái)表征的，因此大都是壽命試驗與失效機理分析相結合來(lái)進(jìn)行的。由于LED的理論壽命長(cháng)達十萬(wàn)小時(shí)，通常一般的壽命試驗需要很長(cháng)的時(shí)間，當試驗結束了，所選用的產(chǎn)品也該荒廢了。對于壽命較長(cháng)的LED器件，要根據條件選用加速壽命實(shí)驗。加速壽命試驗按方法分為：恒定應力加速壽命試驗，步進(jìn)應力加速壽命試驗和序進(jìn)應力加速壽命試驗。恒定應力加速試驗操作和控制相對簡(jiǎn)單，技術(shù)已比較成熟，外推數據準確，由此得到的壽命可靠，缺點(diǎn)是仍然比較費時(shí)。步進(jìn)應力加速試驗現在是研究的熱點(diǎn)，能夠減短試驗時(shí)間，降低對試樣數量的要求，具有比恒定應力試驗更高的加速效率，但目前多用在前期應力范圍的確定中，如金玲在GaAs紅外發(fā)光二極管加速壽命試驗，到電流步進(jìn)摸底試驗來(lái)摸清試驗器件所能承受的最高電流應力。序進(jìn)應力試驗中應力隨時(shí)間不斷上升，可以更快地激發(fā)器件失效，從而進(jìn)一步提高了加速壽命試驗的效率。但由于外加應力難以精確控制，在試驗過(guò)程中容易引起失效機理的改變，因此并不常用。LED器件多是電流驅動(dòng)，并且受溫度影響顯著(zhù)，因此常選用電流和溫度作為應力。加速試驗是進(jìn)行可靠性分析的有效手段，但是必須保證器件的失效機理在整個(gè)試驗過(guò)程中不發(fā)生改變。