一種加速老化led的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用福照技術(shù)加速發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，LED)老化的方法。本發(fā)明采用Dynamitron (地納米)系列加速器產(chǎn)生的電子束對LED進(jìn)行輻照，并采用DJ5000LED老化實驗儀(大功率型)進(jìn)行老化實驗，經(jīng)過長時間對比得到電子束輻照對LED有一定的加速老化作用。屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LED被稱為第四代綠色照明光源，是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體固體器件。由于LED具有節(jié)能、效率高、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點，除了在日常電力照明領(lǐng)域正在普及的LED光源，目前在顯示領(lǐng)域和LED有關(guān)的設(shè)備主要有兩種:一是直接使用LED成像的LED顯示屏，另一種就是利用LED的優(yōu)良發(fā)光特性，把LED作為電視背光源使用的新型液晶電視。它被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價值的新光源，正在逐步替代傳統(tǒng)光源成為照明市場的主導(dǎo)。
[0003]LED點亮一段時間以后就會出現(xiàn)暗光、閃動、故障、間斷亮等現(xiàn)象，給產(chǎn)品帶來嚴(yán)重的損害。預(yù)防方法就是對產(chǎn)品進(jìn)行老化測試。老化是電子產(chǎn)品可靠性的重要保證，是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后必不可少的一步。LED產(chǎn)品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能穩(wěn)定。LED老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流老化是最符合LED電流工作特征，其中恒流源是指在任何時間都恒定不變的電流源。大電流長時間地流經(jīng)LED的導(dǎo)電層，會使LED外延材料的性能退化，造成LED的輸出光功率衰減。衰減的典型公式是y = ，其中I是輸出光功率，yo是初始光功率，a是衰減系數(shù)，t是衰減實驗時間，再結(jié)合衰減系數(shù)和加速電流的擬合方程式，就可以得到老化實驗下的使用壽命；過電流沖擊老化也是最新采用的一種老化手段，通過使用頻率可調(diào)、電流可調(diào)的恒流源進(jìn)行此類老化，以期在短時間內(nèi)判斷LED的質(zhì)量。
[0004]半導(dǎo)體LED壽命大約在幾萬小時，如果按照常規(guī)的點亮實驗測出LED的壽命需要很長的時間。為了加快器件的老化進(jìn)程，采取加速壽命實驗的辦法。使用加速條件為大電流應(yīng)力條件的電流加速LED老化的方法，在實驗室條件下考察電子束輻照對LED壽命的影響，電流加速老化實驗前期對LED發(fā)光有促進(jìn)作用，注入的載流子在PN結(jié)復(fù)合，輻射復(fù)合增加，輻射功率變大，光效也就變大，之后就達(dá)到一定的穩(wěn)定水平。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，輻照過后的LED的光學(xué)性能曲線一直在衰減，有的緩慢，有的劇烈，說明電流加速老化實驗使輻照后的LED老化加快，也表明著電子束輻照對LED有一定的加速老化作用。
[0005]研宄人員早在1950年左右就注意到輻照對半導(dǎo)體材料性質(zhì)的影響，但是當(dāng)時人們僅僅將輻照作為研宄點缺陷的一種有效手段。1984年，K.A.A.Sharshar等人研宄了 γ射線對LED的影響，實驗驗證了福照使得半導(dǎo)體材料的表面能帶發(fā)生變化。隨后，Lindhafd等人提出的統(tǒng)一理論更準(zhǔn)確地為輻照損傷理論奠定了基礎(chǔ)。研宄人員通過用中子、電子和γ射線等輻照半導(dǎo)體材料的實驗，表明輻照會使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生位移損傷，對器件的少子壽命產(chǎn)生影響，因此可以通過輻照改變器件的性能。經(jīng)過不同射線輻照實驗的對比發(fā)現(xiàn)，用電子束輻照LED由于具有效率高、成本低、控制精確等優(yōu)點，已經(jīng)成為一種控制器件壽命參數(shù)的新工藝。
[0006]因此，本發(fā)明利用電子束輻照對半導(dǎo)體材料和器件性能的影響，提出了一種利用電子束輻照技術(shù)使LED加速老化的實驗方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對以上技術(shù)背景，本發(fā)明的目的是提供一種使LED加速老化的實驗方法。利用電子束輻照設(shè)備對LED芯片進(jìn)行輻照，調(diào)節(jié)輻照的能量、劑量和輻照時間對LED進(jìn)行加速老化。
[0008]1、對LED芯片進(jìn)行電子束輻照，輻照采用粒子加速器及一系列配套的束傳輸裝置，調(diào)節(jié)傳送帶的速度和輻照時間，調(diào)節(jié)接受輻照的劑量。
[0009]2、將輻照后的LED芯片在一定的工作電流下進(jìn)行工作，并間隔一段時間應(yīng)用積分球進(jìn)行光效測試。
[0010]3、將經(jīng)電子束輻照后的LED光效衰減曲線進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)函數(shù)曲線。
[0011]4、獲得電子束輻照LED加速老化的光效衰減的經(jīng)驗公式，對LED芯片壽命進(jìn)行估笪并ο
【附圖說明】
[0012]圖1:實驗流程圖。
[0013]圖2:福照后LED的20mA工作電流的光效衰減曲線。
[0014]圖3:福照后LED的40mA工作電流的老化后光效衰減曲線。
[0015]圖4:福照后LED的20mA工作電流的老化后光效衰減擬合曲線。
[0016]圖5:輻照后LED的40mA工作電流的老化后光效衰減擬合曲線。
【具體實施方式】
[0017]1、在實驗中對AlGaInP基LED芯片進(jìn)行電子束輻照。輻照采用能量為1.5MeV的GJ-15型地納米(Dynamitron)系列粒子加速器及一系列配套的束傳輸裝置。電子束福照LED芯片過程就是用電子束去輻照在傳送帶上的樣品。輻照是在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、室溫條件、普通空氣氛圍中進(jìn)行的，這是盡量參照LED的工作環(huán)境所設(shè)定的實驗條件。電子束的束流和能量是由電子加速器控制的，而樣品接受輻照的劑量和通量是由傳送帶的速度和輻照時間決定的。調(diào)節(jié)傳送帶的速度和福照時間，調(diào)節(jié)接受福照的劑量。在這里選擇5KGy的劑量值。也可以針對不同材料和批次的LED芯片選擇合適的輻照劑量。
[0018]2、將輻照后的LED芯片放在老化實驗儀中進(jìn)行老化處理，并間隔一段時間應(yīng)用積分球進(jìn)行光效測試。老化實驗過程:(I)隨機(jī)選取A組LED芯片6枚，B組芯片6枚。(2)將從A組中取出的芯片隨機(jī)分成2組，每組3枚。分別在20mA和40mA工作電流下進(jìn)行老化實驗，實驗時間120小時。(3)將從B組中取出的芯片隨機(jī)分成2組，每組3枚。分別在20mA和40mA工作電流下進(jìn)行老化實驗，實驗時間120小時。(4)利用積分球測出實驗芯片在不同老化時間后的功率和光效，并獲得衰減曲線。
[0019]對輻照之后的LED進(jìn)行20mA工作電流的老化實驗，光學(xué)性能曲線總體趨勢是下降。對輻照之后的LED進(jìn)行40mA工作電流的老化實驗，光學(xué)性能曲線總體趨勢是下降，在老化開始的5-20小時內(nèi)，樣品的光線性能曲線急劇下降，說明老化電流對LED性能產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，隨后的時間里，性能曲線變得平穩(wěn)。
[0020]3、由于以上實驗中A組和B組的實驗數(shù)據(jù)變化趨勢大致相同，因此選擇A組芯片進(jìn)行實驗結(jié)果分析和擬合。對LED的光效變化曲線進(jìn)行分析，并應(yīng)用曲線擬合軟件將經(jīng)電子束輻照后的LED光效衰減曲線進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)函數(shù)曲線，并獲得電子束輻照LED加速老化的衰減的經(jīng)驗公式。對能量為1.5MeV、劑量為5KGy的電子輻照下，由輻照引起的AlGaInP基LED芯片加速老化光效衰減曲線的擬合公式。
[0021]y = 0.95*exp(_x/17.8)+7.4(1 = 20mA) (I)
[0022]y = 209*exp (_χ/1.8) +6.1 (I = 40mA) (2)
[0023]對公式(I)和(2)進(jìn)行變化，得到相對光效衰減公式。
[0024]f = exp (-x/17.8) (I = 20mA) (3)
[0025]y’ = exp(_x/l.8) (I = 40mA) (4)
[0026]4、當(dāng)對AlGaInP基LED芯片進(jìn)行電子輻照加速老化實驗時，應(yīng)用以上擬合結(jié)果對LED芯片相對光效下降50%的壽命進(jìn)行估算。
【主權(quán)項】
1.一種加速老化LED的方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一:對LED芯片進(jìn)行電子束輻照，輻照采用粒子加速器及一系列配套的束傳輸裝置，調(diào)節(jié)傳送帶的速度和輻照時間，調(diào)節(jié)接受輻照的劑量。 步驟二:將輻照后的LED芯片在一定的工作電流下進(jìn)行工作，并間隔一段時間應(yīng)用積分球進(jìn)行光效測試。 步驟三:將經(jīng)電子束輻照后的LED光效衰減曲線進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)函數(shù)曲線。 步驟四:獲得電子束輻照LED加速老化的光效衰減的經(jīng)驗公式，對LED芯片壽命進(jìn)行估笪并ο
【專利摘要】一種加速老化LED的方法。利用電子束輻照設(shè)備對LED芯片進(jìn)行輻照，調(diào)節(jié)輻照的能量、劑量和輻照時間對LED進(jìn)行加速老化。該方法的步驟如下：首先對LED芯片進(jìn)行電子束輻照，輻照采用粒子加速器及一系列配套的束傳輸裝置，調(diào)節(jié)傳送帶的速度和輻照時間，調(diào)節(jié)接受輻照的劑量；然后將輻照后的LED芯片在一定的工作電流下進(jìn)行工作，并間隔一段時間應(yīng)用積分球進(jìn)行光效測試；之后將經(jīng)電子束輻照后的LED光效衰減曲線進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)函數(shù)曲線；最后獲得電子束輻照LED加速老化的光效衰減的經(jīng)驗公式，對LED芯片壽命進(jìn)行估算。本發(fā)明的目的是提供一種使LED加速老化的實驗方法，應(yīng)用本實驗的電子輻照的方法以及獲得的經(jīng)驗公式能夠節(jié)省LED老化試驗的工作時間，在LED芯片生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域具有較好的實用價值。
【IPC分類】G01R31-44
【公開號】CN104765006
【申請?zhí)枴緾N201510169416
【發(fā)明人】于莉媛, 牛萍娟, 劉超, 田海濤, 楊廣華, 張建新, 寧平凡
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月10日