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白光LED的光衰原因探究

日期:2024-08-17 23:32
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摘要:
白光LED的光衰原因探究
(1) 熒光粉在較高溫度下的性能衰退

  LED用的熒光粉受光激發(fā)效率隨溫度的變化關(guān)系,似乎還沒有相關(guān)資料。但已有充分的事實(shí)可以證明,溫度升高,確實(shí)影響到熒光粉的性能和壽命。

  有熒光粉廠家做了測(cè)試,在溫度為80度時(shí),熒光粉的激發(fā)效率降低了2%,冷卻后又恢復(fù)。而這僅僅是做很短的時(shí)間的一個(gè)測(cè)試而已。已說明溫度升高,熒光粉的性能下降。至于不可恢復(fù)的性能衰退,則是一個(gè)累計(jì)的過程,需要一定的時(shí)間。

  我們也時(shí)常會(huì)遇到這樣的事情,對(duì)白光LED使用或老化一段時(shí)間,發(fā)現(xiàn)LED更亮了,見圖一。目前,這種狀況對(duì)于小功率LED,一般在1000小時(shí)之內(nèi)發(fā)生(這里是指1000小時(shí)的光通量可能大于初始值,2008年中期后的產(chǎn)品及貼片產(chǎn)品可接近或達(dá)到1000小時(shí))。對(duì)于小功率封裝的LED,這種狀況可能維持到2000小時(shí)。這種狀況可能由下列情況產(chǎn)生:

  A:熒光粉和混合的膠作用,使熒光粉的性能降低,在溫度的初期作用下,使熒光粉的性能恢復(fù);

  B:熒光粉和混合的膠作用,使熒光粉的性能提高。

  C:藍(lán)光芯片的初始一段時(shí)間性能有增強(qiáng)。

  在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在初始一段時(shí)間內(nèi),白光LED的光通量既有一開始就上升的,也有一開始就下降的。這種狀況在相同的紅光芯片在不同廠家封裝時(shí)也有發(fā)生。所以,僅以短時(shí)間的實(shí)驗(yàn)是很難斷定是熒光粉的問題,還是封裝材料和封裝工藝的問題。

  但是,在小功率藍(lán)光LED的壽命試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),普遍存在初始一段時(shí)間光通量上升的現(xiàn)象,如圖2,一般光通量上升期在200小時(shí)左右。而插件白光的光通量上升期一般在100小時(shí)左右。由此也可以推斷,白光LED應(yīng)該是熒光粉的性能首先衰退。

  小功率白光LED過了那個(gè)短暫的光通量提升期后,情況就很不樂觀了,開始像沒有翅膀的飛機(jī),結(jié)果將不言而喻。大功率白光LED,一般也是在100小時(shí)左右光通量上升,之后到6000小時(shí)之間處于不是穩(wěn)定的狀態(tài),隨時(shí)間推移,某些產(chǎn)品的光通量有較大幅度的上升和下降的擺動(dòng)。到了6000小時(shí)以后,基本上開始堅(jiān)定不移地一路下滑。目前一般的大功率白光產(chǎn)品在1.5~2萬小時(shí)到達(dá)生命的終點(diǎn)(光衰達(dá)到50%)。

  (2) 藍(lán)光LED自身的快速衰退

  就芯片相比較而言,藍(lán)光LED的壽命是*差的,小功率插件藍(lán)光LED在20mA工作下,壽命7000~10000小時(shí)左右。而小功率插件紅光LED甚至在50mA下工作8000小時(shí)還沒有光衰!同樣的封裝,紅光消耗的功率是藍(lán)光的1.8倍而性能沒有惡化。黃光、綠光的壽命都遠(yuǎn)高于1萬小時(shí)。

  所以,藍(lán)光芯片自身壽命就差,先天的不足導(dǎo)致由它構(gòu)成的白光LED的壽命更差。

  就芯片的材料來看,藍(lán)光和綠光LED芯片,主要是外延材料摻雜不同,襯底一般都是藍(lán)寶石,襯底的導(dǎo)熱能力向相同的。所以,外延部分的材料結(jié)構(gòu)決定了他們的耐受溫度的能力。這應(yīng)該是芯片改進(jìn)重點(diǎn)。

  在芯片的外延材料結(jié)構(gòu)沒有那么快改善的情況下,只有像這樣,通過置換襯底材料來改進(jìn)導(dǎo)熱能力。

  (3) LED封裝底座(支架)材料及其他材料的導(dǎo)熱**

  插件型的小功率LED,芯片固定用支架材料一般是鐵質(zhì),從散熱的角度看,鐵質(zhì)材料是很差的。同時(shí),支架向外引出的部分,截面積很小,這也增加了熱阻。即使是食人魚支架,也同樣存在截面積小的問題。材質(zhì)和結(jié)構(gòu),決定了小功率插件封裝導(dǎo)熱能力很差。



 

  白光LED的光衰退問題,主要是熱引起的,與LED熱路徑相關(guān)的材料都要被考慮。上面已經(jīng)討論了底座問題,剩下的就是固晶膠、配粉的膠、保護(hù)膠(透鏡)的問題。

  有資料表明,使用銀漿固晶比用環(huán)氧樹脂壽命長(zhǎng),但初始光通比環(huán)氧樹脂低近1/3。

  使用環(huán)氧樹脂作為配粉膠比用硅膠壽命短,但初始光通量相比高出25%。

  (4) 紫外輻射對(duì)LED的影響

  紫外線對(duì)LED的影響,主要是對(duì)芯片材料、熒光粉和封裝膠體的影響。受到影響*大的是封裝膠體。一般LED不會(huì)對(duì)向太陽,進(jìn)入到LED內(nèi)部照射到熒光粉和芯片的紫外線只能是一些漫反射光線,所以,紫外線對(duì)芯片和熒光粉的作用并不是很強(qiáng)的。

白光LED的光衰原因探究