為什么要減低白光LED光衰？

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2016-07-21

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與白熾燈和熒光燈相比，辦公照明，白光LED具有體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長、反應(yīng)速度快、環(huán)保、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點，而沒有白熾燈高耗電、易碎及熒光燈廢棄物含汞污染等缺點，同時LED光譜分布情況也決定了其色純度和飽和度也是傳統(tǒng)光源所無法比擬的。

但是目前，白光LED、尤其是小功率白光LED的光衰嚴重而導致壽命的縮短已越來越為人們所認識，店鋪照明，由于白光LED的價格還是很高，想要在照明市場上立足， led室內(nèi)照明，讓使用者既省電又省錢，就必須靠長壽命而節(jié)省的電費來彌補LED的高價格，所以白光LED的光衰是一個LED不得不面對的問題，也是其向民用照明進軍的首要問題之一。

LED光衰影響因素

為了提高白光LED的可靠性，降低成本，各國科學家對白光LED的老化機理進行了深入的研究，認為白光LED的光衰是受到深能級和非輻射復合中心的增加、接觸電極金屬的電遷移和退化、散熱不良導致的電極緩慢或災(zāi)變性失效的影響，另外封裝材料的老化、熒光粉老化、靜電等因素對其影響也是不可忽視的。

從LED的正常使用看，造成白光LED光衰的最主要因素就是熱。如小功率LED的光衰明顯比大功率LED的光衰大的原因就是因為大功率LED除了倆個電極外，還自帶有專門的散熱結(jié)構(gòu)，用于提高散熱效果，而小功率LED由于體積及成本原因，幾乎沒有專門的散熱結(jié)構(gòu)，僅靠倆個電極和外部連接，散熱能力差。

熱量的來源主要有：材料正常的電阻在通電時產(chǎn)生的焦耳熱，PN結(jié)產(chǎn)生的熱，還有工藝中帶來的寄生電阻產(chǎn)生的焦耳熱，還有光被吸收后產(chǎn)生的熱。所產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)而使得溫度升高，持續(xù)的高溫加速了白光LED各個組分材料的性能衰退，從而影響使用壽命。

各材料對白光LED光衰的影響

藍光LED芯片自身的快速衰退引起器件光輸出的衰減

通過研究LED芯片結(jié)構(gòu)和材料，發(fā)現(xiàn)芯片材料中的深能級缺陷和非輻射復合中心的增加對LED的老化具有重要的影響。在電流加速壽命實驗中，芯片中的不穩(wěn)定化合物分解成淺層受主，恒光電器,照亮您的生活，構(gòu)成了新的能級，使發(fā)光效率降低。而且通過實驗發(fā)現(xiàn)，芯片上的缺陷和錯位使器件的反向漏電流增加，降低了發(fā)光效率和可靠性，而工藝經(jīng)過優(yōu)化、缺陷和位錯較少的LED具有光衰較少。

所以科學家改善了芯片的襯底材料和外延制作工藝，減少缺陷和位錯，口碑，有效的改善了芯片質(zhì)量。

芯片通電產(chǎn)生的高溫會造成LED的發(fā)光效率急劇降低，因此，使用散熱性好的襯底，如用銅襯底代替藍寶石襯底等，擴大散熱面積，使散熱性得到改善，LED燈管，從而提高光通量，明顯改善可靠性。

灌封材料的熱退化造成光輸出的衰減

電子灌封膠種類非常多，從材質(zhì)類型來分，節(jié)能與環(huán)保，目前使用最多最常見的主要為3種，即環(huán)氧樹脂灌封膠、普通折射率有機硅灌封膠、高折射率有機硅灌封膠。

環(huán)氧樹脂灌封膠

環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)中含有2個或2個以上的環(huán)氧基并在適當?shù)幕瘜W試劑存在下能形成三維網(wǎng)狀固化物。

環(huán)氧樹脂及其固化物具有以下優(yōu)良的性能特點：

（1）力學性能高：環(huán)氧樹脂及其固化物具有很強的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)緊密，所以它的力學性能高；

（2）附著力強：固化體系中含有活性極大的環(huán)氧基、羥基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性基團，賦予環(huán)氧固化物對金屬、陶瓷、玻璃、混凝土、木材等極性基材優(yōu)良的附著力，而且環(huán)氧樹脂固化時的收縮率低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也是有助于提高附著力；

（3）工藝性好：固化時基本不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物，且選用不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0～180度范圍內(nèi)固化；

（4）穩(wěn)定性好，抗化學藥品性優(yōu)良、電絕緣性優(yōu)良、固化收縮率小：一般為1%～2%；

但環(huán)氧樹脂也存在一些缺點：

（1）耐熱性達不到LED的要求：環(huán)氧固化物的耐熱性一般為80～100度。是因為在加熱條件下環(huán)氧基和醚中的C-O很容易被氧化成醛或酮。

（2）耐侯性差：環(huán)氧樹脂中一般含有芳香醚鍵， led服裝照明，會吸收紫外線后氧化產(chǎn)生羥基并形成發(fā)色團進而使樹脂變色；

環(huán)氧樹脂灌封膠的這兩個缺點將導致其灌封的LED產(chǎn)生嚴重的光衰。

普通折射率有機硅灌封膠

普通折射率有機硅灌封膠：是以帶支鏈的甲基乙烯基硅氧烷為基礎(chǔ)樹脂、線性甲基乙烯基硅氧烷為活性稀釋劑、甲基含氫硅氧烷為交聯(lián)劑，配合鉑金催化劑、溫敏抑制劑、各種添加劑等制得的雙組分加成型硅膠電子灌封材料。

相對于環(huán)氧樹脂，甲基類有機硅灌封材料具有更好的性能：

（1）更好的耐熱性：有機硅材料是半有機半無機材料，其主鏈Si-O為無機鏈段，鍵能高達422.5KJ/mol，而環(huán)氧樹脂的C-C鍵和C-O鍵的鍵能分別只有347KJ/mol和351KJ/mol，因此有機硅材料在高溫下不容易斷鏈分解，在200～250℃下長期使用不分解、不變色，交聯(lián)固化后短時間能耐350～500℃。并且甲基類有機硅還賦予材料較好的熱穩(wěn)定性、脫膜性、憎水性、耐電弧性，故而硅氧烷的熱穩(wěn)定性相當?shù)暮谩?

（2）更好的耐侯性：甲基有機硅材料對紫外線幾乎不吸收，苯基也僅吸收280nm以下的光線，故LED本身所發(fā)出的光或太陽光照射對甲基有機硅材料的影響較小，即使在紫外線強烈照射下，硅樹脂也耐泛黃，不引起游離基反應(yīng)，也不易產(chǎn)生氧化反應(yīng)。

（3）更好的電絕緣性能：有機硅樹脂的電擊強度達90～98KV/mm2。它的介電常數(shù)較小，且隨溫度的升高而下降，這一特性使硅樹脂用作高壓絕緣有特別重要的意義。同時，硅樹脂的耐電弧及耐電暈性能也十分突出，其耐耐電弧性能（180s）是環(huán)氧樹脂（90s）的倆倍。

但甲基類有機硅材料也有性能需要改進的地方：

（1）力學性能：受分子結(jié)構(gòu)及分子鍵作用力大小決定，甲基有機硅灌封膠的彎曲、抗張、抗沖擊、耐擦傷等性能較差。

（2）耐化學性：強堿能斷裂Si-O-Si鍵。且硅樹脂耐溶劑性能較差，幾分鐘可導致樹脂膜完全破壞。