大功率白光LED的寿命计算
收稿日期：2009-10-25
作者简介：林林（1982-），男，福建福州人，博士，讲师。郑志强（1963-），男，博士，教授。*基金项目：福建省科技重大专项课题（2007HJ0004-2），福建省青年人才创新项目（2007F3027），福建省科技厅K 类项目
（2006F5025），福建省教育厅B 类项目（JB08063），福建师范大学本科生课外科技计划项目（BKL2009-007）。
摘要：本文用电流加速老化实验法测试1W 大功率白光LED 光衰及寿命。发现光衰减存在两种过程：前期的缓慢衰减和后期的快速衰减。针对前期衰减通过指数拟合算出不同老化电流下的寿命，确认本批LED 寿命和工作电流关系符合Eying 模型，由此推得额定电流（350mA ）下的寿命τ=1924h 。
关键词：白光LED ；大功率；电流加速老化；寿命
中图分类号：TN383.1文献标志码：A 文章编号：1008-3421（2009）07-0103-03
1引言
白光LED 被人们看成是继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后第四代照明光源[1]。为了取代
传统照明光源，必须要研发大功率白光LED
（≥1W ）。近几年来国内外一些研究人员已将大功率白光LED 的寿命作为研究重点[2-6]。但相对于小功率LED ，大功率LED 的寿命研究还不够成熟。
目前为止，大部分文献都将半寿命作为LED 的寿命，即光输出衰减到初始值的50%所用的时间[7]，本文沿用这种定义。LED 寿命测试常用的加速应力有两种：电流和温度。因为电流应力容易改变、方便调控，所以本文使用电流作为加速应力来研究大功率白光LED 的光衰，并计算寿命。2实验
实验所用的白光LED 由弘彩光电有限公司提供，芯片为InGaN 蓝光芯片，额定功率为1W ，额
定电流为350mA ，
正向电压3.2-3.6V ，光色正白，初始亮度80-90lm ，无散热片。测试方法为电流加速老化，所用仪器为ZWL-190大功率老化仪。老化实验条件为：分别采用360mA 、380mA 、400mA 对三组各10个LED 进行老化，老化过程中，每隔一定时间间隔取下LED 进行测量，此时间间隔对于360mA 和380mA 为48h ，对于400mA 为5h 。冷却1h 后，在额定电流下对LED 进行光色电参数的测试，测试仪器为HP8000LED 快速光色电测试系统。
3结果与讨论
（ｂ）
（ａ
）
大功率白光LED 的寿命计算
林林，庄国华，黄珊珊，刘玉滨，郑秋萍，林辉，庄阿伟，冯卓宏，郑志强
（福建师范大学物理与光电信息科技学院，福建福州350007）《福建师范大学福清分校学报》ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＦＵＱＩＮＧＢＲＡＮＣＨＯＦＦＵＪＩＡＮＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ2009年增刊
总第96期Sum No.96＊
福建师范大学福清分校学报2009年12月图1不同老化电流下LED 光通量随老化时间变化关系：（a ）360mA ；（b ）380mA ；（c ）400mA （ｃ）不同老化电流下，光通量的衰减如图1所示，可
以看出，每个LED 的光通量衰减都有两种过程：前期
的缓慢衰减和后期的快速衰减,这和文献[6]一致。因为
InGaN 蓝光芯片的白光LED ，光输出的前期衰减符合
指数形式[4]，所以光通量F 与老化时间t 关系为：
inF=inF 0-αt （1）
其中F 0是t=0时的光通量，α是衰减系数。我们基
于公式1对不同电流下LED 前期衰减的lnF-t 进行线
性函数拟合，拟合结果见表1。从表1可以看出，同一老
化电流的不同LED ，其衰减系数数量级一致，但也存在
一定的个体差异，因此我们用平均衰减系数作为该电
流下的LED 衰减系数。
表1
不同老化电流下LED 衰减系数和平均衰减系数H.Shono [8]指出：在电流加速实验中，白光LED 的衰减系数α和工作电流I F （mA
）关系符合Eyring 模型：
α=K ×e J ×I F
（2）
式中K 和J 是待定常数。我国的白光LED 电流加速老化实验也多用公式2外推额定电流下LED 的寿命[7,9,10]。根据表2给出的不同电流下的平均衰减系数，我们用公式2拟合α-I F ，得到拟合参数K 和J 分别为1.535×10-11和0.04849，拟合的相关系数为0.99。这说明本批LED 寿命和工作电流关系符合Eying 模型。由拟合参数可推得额定电流（350mA ）下衰减系数α=3.603×10-4，寿命τ=1924h 。因为未加散热片，所以LED 寿命较短。
4结论
通过电流加速老化实验，我们发现待测的大功率LED 光输出衰减存在两个过程：前期的缓慢衰减老化电流（ｍＡ）编号
衰减系数α相关系数Ｒ３６０１
４．６７１＊１０－４－０．９０５．６４２＊１０－４２８．１９１＊１０－４
－０．９２４７．８６８＊１０－４
－０．９７６４．６１０＊１０－４
－０．９２７２．８６９＊１０－４
－０．８９３８０２１．６４０＊１０－３
－０．９９１．６４７＊１０－３５２．３６０＊１０－３
－０．９９９９．４０６＊１０－４
－０．９９４００１５７８９
３．１８０＊１０－３
２．１００＊１０－３
１．３８０＊１０－３
８．７１０＊１０－３
４．２５０＊１０－３－０．７１－０．７４－０．８７－０．９５－０．９１３．９２４＊１０－３104
林林，庄国华，黄珊珊，刘玉滨等:大功率白光LED的寿命计算*105
和后期的快速衰减。通过不同老化电流下的前期光衰减寿命测量，我们得出结论：本批LED寿命和工作电流关系符合Eying模型，由此推得额定电流（350mA）下的寿命τ=1924h。
参考文献:
[1]刘行仁.白光LED固态照明光转换荧光体[J].发光学报,2007,28(3):291-301.
[2]张楼英,周丽,张家雨等.大功率LED的光衰机制研究[J].半导体技术,2009,34(5):474-477.
[3]陈建新,贺卫利,郭伟玲等.大功率白光LED电流应力可靠性测试[J].北京工业大学学报,2009,35(3):297-300.
[4]Ishizaki S,Kimura H,Sugimoto M.Lifetime Estimation of High Power White LEDs[J].J.Light&Vis.Env.,2007, 31(1):11-18.
[5]Hu J Z,Yang L Q,Kim L,et al.The ageing mechanism of high-power InGaN/GaN light-emitting diodes under electrical stresses[J].Semicond.Sci.Technol.,2007.22(12):1249-1252.
[6]郑代顺,钱可元,罗毅.大功率发光二极管的寿命试验及其失效分析[J].半导体光电,2005,26(2):87-91.
[7]刘熙娟,温岩,朱绍龙.白光LED的使用寿命的定义和测试方法[J].光源与照明,2001(4):16-22.
[8]Shono H.Estimation of light emitting diode's operation Life time[J].Tech.Rep.IEICE.,1999,99(454):13-18.
[9]乐淑萍,肖慧荣,易江林.GaN基白光LED电流加速老化特性研究[J].南昌航空工业学院学报,2007,21(1):10-13.
[10]乐淑萍,郑畅达,江风益.静电对Si衬底GaN基蓝光LED老化寿命的影响[J].南昌大学学报(理科版),2007,31(3): 246-248,252.
Lifetime Estimation of High-Power White LEDs
LIN Lin,ZHUANG Guohua,HUANG Shanshan,LIU Yubin,ZHENG Qiuping,LIN Hui,
ZHUANG Awei,FENG Zhuohong,ZHENG Zhiqiang
(Department of Physics,Fujian Normal University,Fujian Fuzhou350007)
Abstract:In this paper,the current accelerated aging experiment was used to investigate the luminous attenuation and lifetime of the high-power white LEDs(1W).Two kinds of luminous attenuation process were found:the slow attenuation at the early stage and the fast attenuation at the late stage.Moreover, the LED lifetimes with different operating currents were calculated by the exponential fitting of the slow luminous attenuation.The result implied that the Eying model was applicable for the relation between the lifetime and the operating current.Thus,the lifetime with standard current(350mA)was calculated as1924h.
Keywords:White LED,High-power,Current accelerated aging,Lifetime
（责任编辑：张沛）