国内外LED灯可靠性研究现状

LOGO国内外LED灯可靠性的研究现状、LED灯可靠性研究的前景半导体发光二极管(1ighteminingdiode，LED)是新型固态冷光源，其能效高、寿命长、电压低、结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、抗震性能好以及光谱全彩等特点，使得它在各种场合得到了广泛的应用。尤其是在节能和环保方面，LED灯比起普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，极有可能通过技术突破成为未来主流照明光源，是目前学术界、产业界和政府部门关注的研究热点。在LED的众多应用中，作为普通照明光源是最具发展前景的一项应用。LED光源高能效的特点，能够在照明节电上发挥巨大作用。半导体照明是目前国家重点扶持的新兴产业，大功率LED是半导体照明的关键器件。而最终能否实现半导体照明，有赖于大功率LED光效和可靠性问题的解决。对LED可靠性的研究是提高其可靠性的前提与基础。、国内LED灯可靠性研究现状可靠性的定义为：产品在规定的条件下和规定的时间内完成要求功能的能力。目前，在LED灯的可靠性设计技术研究领域，国内的研究还很初步。比如：1、天津工业大学的郭一翔教授等提出了LED路灯的一种设计方案，分别从光源设计、驱动电路设计和散热设计3方面说明了LED路灯设计中应遵循的原则和注意的问题。为如何进行LED路灯的设计作了初步的探索。这能在一定程度上提高LED灯的可靠性，但是其设计的LED路灯并不是针对LED路灯的可靠性而做的，并不能实现LED路灯的可靠性设计的最优化。2、传统可靠性工程学中的可靠性预测都是依据以往产品的可靠性信息，对所设计的产品或组成的系统进行可靠性的统计预测。浙江大学的沈海平博士采用了一种完全不同的思路与方法。他采取一种在无需长期寿命试验条件下，实现对LED可靠性量化预测的新方法,它能节省寿命试验成本,为LED早期失效筛选及产品质量管理提供依据。他研究了大功率LED可靠性预测机制，研究了与LED可靠性密切相关的特性曲线的精确测量，将LED特性参数与其可靠性参量之间建立模型，以期通过初始特性参数对LED可靠性作出预测。、复旦大学电光源研究所的江程、刘木清提出了一种LED路灯的模块化的设计思路，通过模块化设计，对路灯的模块化设计中的光学模组提出了几种解决方案，并创新地设计了内曲面光学调制的光学模组，提高了LED的可靠性水平。、杭州皓玥科技有限公司的李浩、汪正林、吴巨芳等从LED封装技术和工艺的提升和改善，通过内量子效率和外量子效率（电能转换为光能的效率）的提升，使得LED初始光效尽可能的提高，并探究了LED户外照明灯具系统更趋合理的设计，而进一步提升整灯的系统可靠性。5、中国科学技术大学的杨光对道路照明中的LED路灯散热方案进行了研究，他主要从大功率LED的热特性着手，通过分析大功率LED的散热设计流程及常见的一、二次散热方案设计，导热材料的选用，主、被动散热模式的设计，以及散热模块的封装问题来探讨大功率LED路灯的散热方案和不同的散热方案所适应的范围,给出了一些建议。、国外LED灯可靠性的研究现状1、德国OSRAMOptoSemiconductors（欧司朗光电半导体）公司在LED可靠性方面的研究。由于LED的光衰与其结温有关，结温越高越早出现光衰，寿命越短。所以延长寿命的关键就是要降低结温。由以下公式可得：由公式可得，要想有效地降低结温，就必须降低芯片与环境之间的热阻。德国欧司朗光电半导体公司将LED芯片设在铜材料制成的散热鳍片表面，再用焊接方式将印刷电路板上的散热用导线连接到利用冷却风扇强制空冷的散热鳍片上。根据实验结果证实，下述结构的LED芯片焊接点的热阻可以降低9K/W，大约是传统LED的1／6左右。通过这种方式，降低LED的结温，从而延长LED的寿命，提高其可靠性。封装方式：降低结温的可靠性起着极为重要的作用。Cree公司推出的XLampLED在就封装设计上做了一些改进。它采用悬浮透镜，即透镜只是放置在封装材料顶端，而不是与封装材料固定在一起。当封装材料热胀冷缩时，悬浮透镜就可以沿LED芯片固定表面的垂直方向上下移动。这一特性使得XLampLED可以在极端高温或者变温条件下工作，而不会对内部的电极连接施加应力,因而大大增加了器件的可靠性和使用寿命。2、美国Gree（科锐）公司在LED可靠性方面的研究改进封装设计日本电气化学工业的“电气化AGSP底板”也是提高LED封装散热性的手段之一。该公司利用大和工业开发的技术，制造出了任意形状的铜柱贯穿于任意位置的底板。如果把该底板作为LED封装外壳的一部分使用，就可以借助铜柱与LED芯片的接触，向散热器传导热量。这将会大大提高LED的可靠性。但是在成本方面仍需要解决，不过新型封装的采用在今后完全有望扩大。3、日本电气化学工业公司在LED可靠性方面的研究改进封装设计由于散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝，铜)、陶瓷(如A1N，SiC)和复合材料等。Nichia公司的第三代LED采用CuW做衬底，将1mm芯片倒装在CuW衬底上，降低了封装热阻，提高了发光功率和效率，从而大大地提高了LED的可靠性。4、日本Nichia（日亚）公司在LED可靠性方面的研究采用新型的封装材料产品封装材料采用已获得专利权的硅树脂代替传统的环氧树脂。这种硅树脂具有更好的机械特性，能承受更高的温度，而且对紫外线照射和高强度蓝光辐射引起的褐色化具有更强的抵抗能力。纽约Troy照明研究中心曾对其进行过独立研究测试，室温条件下5mm传统环氧树脂封装的GaN基白色LED,采用20mA驱动电流，硅树脂封装的大功率LED驱动电流为350mA，工作10000h后，5mm的白色LE衰减了65％，而大功率的LED仅衰减了10％。由于采用了不同的封装材料，就大大提高了LED的可靠性。5、飞利浦LumiLeds公司在LED可靠性方面的研究采用新型的封装材料传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合(图a），然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，出现偏蓝光或者偏黄光。飞利浦Lumileds公司开发的保形涂层技术(图b)，虽然可实现荧光粉的均匀涂覆，保障了光色的均匀性。但研究表明，当荧光粉直接涂覆在芯片表面时，由于光散射的存在，出光效率较低。有鉴于此，美国Rensselaer研究所提出了一种光子散射萃取工艺(图c)fScatteredPhotonExtractionmethod，SPE)，通过在芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置，不仅提高了LED器件可靠性，而且大大提高了光效。6、美国Rensselaer研究所在LED可靠性方面的研究开发新的荧光粉涂覆工艺、德国的Curamik公司在LED可靠性方面的研究该公司发明一种新型的液冷散热技术—微喷散热技术。采用外力驱动工作介质液体，使它喷射到待冷物体表面，从而达到冷却效果。这种微喷散热器具有强大的冷却散热能力，效果好，集成度高。由于能够很好地解决LED的散热问题，提高了LED的使用寿命，大大提高LED的可靠性。微喷散热器的结构：采用新的散热器结构微喷散热器的工作原理图：LOGO