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(méi)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(shuō)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(guò)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(jiàn)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(kāi)始就上升的，也有一開(kāi)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(wèn)題，還是封裝材料和封裝工藝的問(wèn)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(guò)了那個(gè)短暫的光通量提升期后，情況就很不樂(lè)觀了，開(kāi)始像沒(méi)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(kāi)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(wàn)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的壽命是最差的，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(méi)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(méi)有惡化。黃光、綠光的壽命都遠(yuǎn)高于1萬(wàn)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(lái)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(méi)有那么快改善的情況下，只有像這樣，通過(guò)置換襯底材料來(lái)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)熱不良

　　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(yú)支架，也同樣存在截面積小的問(wèn)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(wèn)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(wèn)題，剩下的就是固晶膠、配粉的膠、保護(hù)膠（透鏡）的問(wèn)題。

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

　　使用環(huán)氧樹(shù)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。受到影響最大的是封裝膠體。一般LED不會(huì)對(duì)向太陽(yáng)，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。