文档介绍：InGaN/GaN 发光二极管的数学物理模型和特
性及最优驱动电流研究
重庆大学博士学位论文
学生姓名:龙兴明
指导教师:廖瑞金教授
专业:电气工程
学科门类:工学
重庆大学电气工程学院
二 O 一二年十月
Mathematical and Physical Model and
Characteristics of InGaN/GaN Light-emitting
Diode and its Optimal Drive Current
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Doctor‟s Degree of Engineering
By
Long Xingming
Supervised by. Prof. Liao Ruijin
Specialty:Electrical Engineering
College of Electrical Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
October 2012
中文摘要
摘要
铟镓氮/氮化镓(InGaN/GaN)发光二极管(Light-emitting diode:LED)照明
节能技术是世界各国缓解能源危机的一个重要途径。InGaN/GaN LED 电光热特性
研究对 LED 固态照明的可行性、可靠性和经济性起着重要作用,对 LED 上中下游
产业链的发展有重要意义。
InGaN/GaN LED 是一种电能转换为光能的半导体光电子器件,表现出复杂的
电、光、热特性。针对典型的 InGaN/GaN LED 照明系统,借助试验研究和建模分
析等手段,开展在脉宽调制(PWM)驱动电流下,电热等物理量对 InGaN/GaN LED
特性影响的研究,深化对 LED 特性及其微观机理的认识,并为多芯 LED 封装及其
电流驱动的优化设计提供重要的理论和试验指导,主要工作包括以下几个方面。
在一般商用 LED 测试系统的基础上,完善了 InGaN/GaN LED 电光热特性的
研究测试平台:研制了满足电光热耦合特性研究的数控电源、温度测控装置,以
及满足老化试验要求的 PWM 电流驱动单元等;采用虚拟仪器软件开发了测试软件
系统,对商用 LED 综合测试平台进行了优化;讨论了特性试验研究的基本原理和
方法;为 InGaN/GaN LED 特性的试验研究提供了必要的硬件支持及方法指导。
利用搭建的测试平台开展了大量的 InGaN/GaN LED 试验研究,深入考察
InGaN/GaN LED 应用中存在的各种电光热耦合效应,并对 LED 特性进行了数学
物理建模分析:重点研究了数学物理模型参数的提取算法,考察了算法的精度、
速度、收敛性和鲁棒性,提出了满足建模需求的改进算法;在数学物理模型的基
础上获得了特征量的基本特性,为 InGaN/GaN LED 特性的微观机理解释提供了更
为准确、可靠的参考依据。
针对单芯 InGaN/GaN LED 进行了大量老化试验研究,从 InGaN/GaN LED 材
料属性、封装结构、载流子输运等角度,展开特性的微观机理研究,获得其特征
量的演变规律,并进行了寿命预测研究,对 InGaN/GaN LED 的光衰现象提出了更
合理的微观机理解释, 为 InGaN/GaN LED 上游芯片生产企业的产品最优设计提
供了参考。
在单芯 InGaN/GaN LED 电光热特性的基础上,针对大功率照明的应用需求,
研究多芯 InGaN/GaN LED 特性:对多芯 InGaN/GaN LED 电光热特性进行数学物
理建模,并分析了多芯 InGaN/GaN LED 模型的参数优化及其过程;在此基础上,
提出了一种新的多芯直嵌式封装技术,并给出了 9 芯 InGaN/GaN LED 模块(9 芯
片模块:9 个单芯片 LED 组合使用的模块)的试验原型及其电光热性能,为大功
率 InGaN/GaN LED 照明的光源设计和研制提供理论和实践指导。
I
重庆大学博士学位论文
针对 InGaN/GaN LED 电流驱动的参数设置问题,根据单芯 InGaN/GaN LED
电光热特性的试验研究和建模分析结果,推导出了电光热耦合作用下单芯
InGaN/GaN