浅析LED光输出强度衰退的评估[2]

　　Yanagisawa[12]运用了三参数模型研究了在施加正向电流应力条件下GaN 基蓝色LED 光输出的加速退化行为。该模型依据强度衰减作为时间t 和电流i 的函数。通过对单一类型小功率级GaN 级白色LED 的实验考察时发现，在40，60，80mA 电流应力下，衰退到50%流明维持的测试时间和模型估计的时间显示出很好的相关性。比较可惜的是，由于缺少在正常电流应力条件下的实验数据加以验证该模型，所以,该模型预测结果的有效性得不到验证。

　　Chuang[13]提出II-VI 化合物半导体LED 在持续电流老化条件下光输出衰减的理论动力学模型。该模型考虑到了外加电流以及LED P-N 结结温升高对光输出的影响。通过与3mm树脂外壳封装的小功率B-LED 实验结果的比较，理论上得出的结果与实验上通过电流老化导致的光输出衰减的结果基本一致。然而，该模型纯粹是基于理论推导的结果，它是从LED光输出强度衰退模式与LED 初始量子效率、所加载的电流以及LED 结温之间关系的线形中得到的。运用该模型进行理论评估时，其要求在实验上测试使用的所有LED 初始光通亮，或者提前知道衰退模式的线形。只不过，衰退模式的线形很难做到，因为不同类型之间的LED 的衰退模式有时候变化的非常大。

　　更重要的是该模型是只是考察了II-VI 化合物半导体LED，GaN 基III-V 化合物半导体LED 是否适合还有待进一步来验证。因为以AlInGaP 为代表的II-VI 化合物半导体LED 与GaN 代表的III-V 族化合物半导体在结构上有很大的差异性，早期的研究结果表明GaAs 和GaAlAs 基底LED 在加速寿命实验中发射强度的衰减和燃点时间的平方根成正比。但这样的关系对于GaN 基LED 相关数据并不是十分的符合[14]。这就给该模型预测的普适性带来困难。

　　Narendara[15]运用电流加速试验和改变结温[16]的方法来估计LED 的寿命。该方法是通过指数模型来拟合归一化的强度衰减曲线。在实验上，通过选择不同的注入电流或不同LED结温度得到的衰减系数来决定模型的参数，进而预测在正常工作条件或下LED 的寿命。

　　(2)式中，i 为所加电流，为任意工作电流下的衰减系数， 为不同工作结温下的衰减系数。实验上得出的结果虽然与预测结果相对一致，然而，利用测试的衰减系数并通过指数外推的方法来得到任一电流或任一结温下LED 寿命的预测都存在一个致命的缺陷，那就预测误差不能被评估。

　　Grillot 等人[17]通过对 发光强度衰退的研究提出如下的经验公式，用来定性评估发光强度与施加电流应力的关系。

　　式(3)中J 代表所施加给LED 芯片的电流密度，D1、D2、D3、D4 是与电流应力和所施加电流应力时间无关的常数。实验上通过对LED 施加不同的电流应力的实验结果发现，只要施加电流应力时间足够长和足够高电流密度，预测和测量所得到的结果一致性也非常越好。不足的地方就是虽然此衰退模型考虑了外加电流和所加时间对LED 出光特性的影响，但没考虑因外加电流导致LED 内结温的升高对测试结果的影响。而我们也知道，LED 结温是影响LED 光电特性中一个最为关键的因素。

　　总之, 所有预测方法的提出其目的只有一个，那就是在尽可能短的时间内获得客观的LED 寿命预测。由于很多因素可以促使LED 光输出的衰减，所以，基于电流加速老化进行输出光强度衰退模型应尽可能融入多个影响LED 质量参数的可靠评估方法来识别LED 不同的衰退模式，从而进行更科学的分类。而目前的问题就是，制造商经常按照产品的初始强度、颜色、正向电压等特性来进行LED 分类。然而，随着人们对LED 照明视觉的追求和LED照明产品日益广泛的应用，这种分类方法显然不能满足应用发展的需求，因为商标上所给出的变量在分类后对于照明要求的符合程度偏离很大。此外，LED 通常在开始工作阶段经历快速的强度变化，然后进入一个较为有规则可寻的退化模式。尽管这种变化对于大部分产品来说是没什么用的，可对于更高要求的LED 照明产品来说，可在正常工作条件下对所购买的LED 进行老化，然后进行新的分类。