本文關(guān)鍵詞：基于集成傳感的LED在線測量及可靠性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為新一代固態(tài)照明光源,LED有著比傳統(tǒng)光源的明顯優(yōu)勢,例如尺寸小響應(yīng)速度快、能效高、壽命長、節(jié)能等特點(diǎn),使它能夠普遍應(yīng)用于交通指示燈、室內(nèi)照明、背光燈和顯示等場合。在實(shí)際工作應(yīng)用中,結(jié)溫和亮度的實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確測量都顯得越來越重要,特別是在LED可靠性分析和智能照明上。實(shí)時(shí)在線的結(jié)溫和亮度測量有利于更準(zhǔn)確的理解多階段失效現(xiàn)象和復(fù)雜失效機(jī)制；可以有效的預(yù)防結(jié)溫過高,遠(yuǎn)程監(jiān)控LED的工作狀態(tài),使其更加智能化；還可以自動(dòng)收集現(xiàn)場可靠性數(shù)據(jù),有利于LED壽命預(yù)測。然而現(xiàn)有的結(jié)溫測量方法中很少能滿足實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確的測量要求,亮度的測量也是主要依賴于外圍設(shè)備。基于結(jié)溫和亮度在線測量的重要性和在線測量方法缺乏的現(xiàn)狀,本論文提出了一種新型的集成傳感LED結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了LED結(jié)溫和亮度的實(shí)時(shí)在線測量。這種集成傳感芯片包含兩個(gè)相互電獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元：發(fā)光單元和傳感單元。兩個(gè)獨(dú)立單元的外延結(jié)構(gòu)和工藝流程完全一致,且傳感單元的面積要遠(yuǎn)小于發(fā)光單元,因此傳感單元的附加成本小。本論文的主要工作內(nèi)容和成果如下：1.利用傳感單元的正向電壓表征結(jié)溫,利用傳感單元在零偏下的光電流表征亮度。從理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都驗(yàn)證了傳感單元正向電壓與LED結(jié)溫具有良好的線性相關(guān)。光電流隨著光功率的增大而增大；隨著結(jié)溫的增加而增加,這主要由于電流注入和結(jié)溫引起的光電探測器的量子效率增加。LED光功率可用與傳感單元的光電流、結(jié)溫關(guān)系的二次函數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式表示,實(shí)現(xiàn)了亮度在線測量。經(jīng)過標(biāo)定后,在線測量具有很高的準(zhǔn)確度,實(shí)驗(yàn)中樣品測量偏差小于2 mW。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)同批次樣品可以使用同一個(gè)亮度在線測量經(jīng)驗(yàn)公式,只需改變亮度系數(shù)即可,這大大減少了標(biāo)定測試的工作量,敷該方法有潛力應(yīng)用于批量生產(chǎn)。2. 分別采用發(fā)光單元和傳感單元的正向電壓表征結(jié)溫,通過比較兩種方法測量LED的降溫過程,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)單元間的溫度測量值偏差很小,范圍在0.1℃以內(nèi),這表明利用傳感單元可以精確測量LED的結(jié)溫。同時(shí)分析了傳感單元吸收光的來源,實(shí)驗(yàn)樣品中集成傳感LED傳感單元用以轉(zhuǎn)化成光電流吸收的光大約88%來自藍(lán)寶石襯底的多次反射,12%來自封裝材料的反射。此外光照對(duì)傳感單元電壓影響較小,因此對(duì)結(jié)溫測量影響也較小。3.利用集成傳感LED初步研究了電流與溫度雙應(yīng)力加速老化下的壽命推算。集成傳感LED不同加速條件下的光衰規(guī)律都是呈近似指數(shù)型下降。而結(jié)溫則表現(xiàn)不同的趨勢,高電流下結(jié)溫隨老化時(shí)間逐漸增加,較低電流下基本保持穩(wěn)定。這主要由于大電流加速條件下結(jié)溫過高導(dǎo)致LED器件的串聯(lián)電阻和正向電壓增加,光電轉(zhuǎn)換效率下降,更多地電能轉(zhuǎn)化成熱量,促使結(jié)溫上升。集成傳感LED傳感單元的溫度電壓關(guān)系在老化過程中具有良好的穩(wěn)定性,保證了傳感單元在線測量結(jié)溫的準(zhǔn)確性。利用集成傳感LED實(shí)時(shí)測量的亮度和結(jié)溫?cái)?shù)據(jù),結(jié)合電流和溫度的雙應(yīng)力加速壽命模型,推算出所測樣品正常工作條件下的壽命約為35841小時(shí),初步實(shí)現(xiàn)了快速壽命預(yù)測。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)光二極管 集成傳感 結(jié)溫 亮度 光電流 在線測量 加速壽命試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 GaN基發(fā)光二極管簡介11-14
• 1.1.1 發(fā)光二極管的發(fā)光原理11
• 1.1.2 GaN基LED的結(jié)構(gòu)與封裝11-14
• 1.2 GaN基LED可靠性研究的發(fā)展現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 GaN基LED的失效機(jī)理研究14-16
• 1.2.2 LED結(jié)溫測量研究16-21
• 1.2.3 可靠性研究面臨的問題與挑戰(zhàn)21-23
• 1.3 本論文的研究意義和主要內(nèi)容23-25
• 第二章 集成傳感LED的結(jié)構(gòu)與原理25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝25-28
• 2.3 結(jié)溫亮度測量的理論推導(dǎo)28-32
• 2.3.1 正向電壓法28-30
• 2.3.2 光電流與亮度的關(guān)系推導(dǎo)30-31
• 2.3.3 光電流與結(jié)溫的關(guān)系推導(dǎo)31-32
• 2.4 本章小節(jié)32-33
• 第三章 基于集成傳感的LED結(jié)溫和亮度測量與驗(yàn)證33-52
• 3.1 引言33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備33-38
• 3.2.1 測試儀器與使用33-36
• 3.2.2 正向電壓與結(jié)溫關(guān)系標(biāo)定36-37
• 3.2.3 光電流與光功率、結(jié)溫關(guān)系標(biāo)定37-38
• 3.3 結(jié)果分析與討論38-44
• 3.3.1 系數(shù)K標(biāo)定及結(jié)溫測量38-39
• 3.3.2 光電流與光功率測量39-43
• 3.3.3 光功率公式擬合43-44
• 3.4 準(zhǔn)確性驗(yàn)證與分析44-51
• 3.4.1 在線光功率測量45-46
• 3.4.2 傳感單元與發(fā)光單元間溫度偏差46-48
• 3.4.3 傳感單元的吸收光來源48-49
• 3.4.4 光照對(duì)傳感單元電壓的影響49-51
• 3.5 本章小節(jié)51-52
• 第四章 加速老化試驗(yàn)的在線測量52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 老化試驗(yàn)的類型與加速模型52-56
• 4.2.1 類型52-54
• 4.2.2 加速壽命模型54-56
• 4.3 老化試驗(yàn)設(shè)計(jì)56-57
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析57-65
• 4.4.1 老化初期焊錫膏的影響57-60
• 4.4.2 傳感單元的穩(wěn)定性60-61
• 4.4.3 老化結(jié)果61-63
• 4.4.4 壽命預(yù)測63-65
• 4.5 本章小節(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-69
• 5.1 論文總結(jié)66-67
• 5.2 工作展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 發(fā)表論文目錄74-75
• 致謝75-76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：364766