English

In this thesis we investigate the degradation mechanism of AlInGaP light emitting diodes (LEDs) during encapsulation and operation. The AlInGaP LEDs are encapsulated using an injection moulding tool. The molded part acts as physical housing as well as tailors the radiation pattern. Thus a narrow light beam with a spread angle of α=10° has been observed. The LED temperature has been measured by the voltage variation of the LED which is caused by the temperature change at a constant current. Thus the thermal load of the LED chips during the encapsulation process is investigated. To verify the temperature measurement a simulation based on the finite element method has been carried out. The experimental and theoretical data are in good agreement. The LED properties are investigated before and after the encapsulation. The results are compared and we found a reduction of the serial resistance and an enhanced luminous efficiency. The peak emission energy remained constant, but a peak broadening of ΔE=9meV has been observed. A slight polarisation of the emitted light is an indication for a polarization effect of the polymethylmethacrylat (PMMA) housing. Accelerated degradation experiments using high forward currents are performed to estimate the lifetime of the PMMA encapsulated LEDs. A diffusion model is presented to explain the decay in luminous flux versus degradation time and degradation current. We believe that the reduction of quantum efficiency is caused by p-type dopant diffusion into the active layer where it acts as a non-radiative recombination centre. Using this model we determine the lifetime under the recommended drive current of I=20mA. The resulting lifetime is t = 1.5 * 10 6 h using a reduction of 50% in the luminous flux as failure criteria.

Deutsch

In dieser Arbeit werden die Degradationsmechanismen von AlInGaP Leuchtdioden (LEDs) während des Verkapselns und des Betriebes untersucht. Die Verkapselung erfolgt dabei mit Polymethylmethacrylat (PMMA); und zwar in einem Spritzgussprozess. Dadurch wird die Optik mit der Schutzfunktion des Gehäuses kombiniert. Des Weiteren ermöglicht das Spritzgießen die Gestaltung verschiedenster optischer In dieser Arbeit werden die Degradationsmechanismen von AlInGaP Leuchtdioden (LEDs) während des Verkapselns und des Betriebes untersucht. Die Verkapselung erfolgt dabei mit Polymethylmethacrylat (PMMA); und zwar in einem Spritzgussprozess. Dadurch wird die Optik mit der Schutzfunktion des Gehäuses kombiniert. Des Weiteren ermöglicht das Spritzgießen die Gestaltung verschiedenster optischer Geometrien und somit vielfältiger Abstrahlungscharakteristiken. Zur Untersuchung des Spritzgussverfahrens wurden parabelförmige Totalreflektionsoptiken hergestellt, deren Abstrahlcharakteristik bestimmt wurde. Während des Einkapselungsprozesses wurde die thermische Belastung der LEDs gemessen. Dazu wurde der LED-Chip während des Spritzgussprozesses mit einem konstanten Strom betrieben. Der gemessene Spannungsabfall wird direkt in die Temperatur umgerechnet. Um die Temperaturmessung zu bestätigen, wurde der Temperaturverlauf des Spritzlings mit Hilfe der Finite Elemente Methode berechnet. Die experimentellen und theoretischen Daten zeigen eine gute Übereinstimmung. Die Eigenschaften der LEDs wurden vor und nach dem Verkapselungsprozess untersucht. Eine Abnahme des seriellen Widerstandes und eine Zunahme des Lichtstromes wurden beobachtet. Die Emissionswellenlänge wird vom Spritzgussprozess nicht beeinflusst während eine spektrale Verbreiterung nach dem Verkapseln festgestellt wurde. Beschleunigte Alterungsexperimente unter hohen Betriebsströmen wurden durchgeführt, um die Lebensdauer der PMMA gekapselten LEDs zu ermitteln. Ein Diffusionsmodell beschreibt die Abnahme des Lichtstromes während des Betriebes und die Lebensdauer der LEDs bei Nennleistung wurde berechnet.