為什么要減低白光LED光衰？

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)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(zhǎng)、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(diǎn)，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(diǎn)，同時(shí)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(yán)重而導(dǎo)致壽命的縮短已越來越為人們所認(rèn)識(shí)，店鋪照明，由于白光LED的價(jià)格還是很高，想要在照明市場(chǎng)上立足， led室內(nèi)照明，讓使用者既省電又省錢，就必須靠長(zhǎng)壽命而節(jié)省的電費(fèi)來彌補(bǔ)LED的高價(jià)格，所以白光LED的光衰是一個(gè)LED不得不面對(duì)的問題，也是其向民用照明進(jìn)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(guó)科學(xué)家對(duì)白光LED的老化機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，認(rèn)為白光LED的光衰是受到深能級(jí)和非輻射復(fù)合中心的增加、接觸電極金屬的電遷移和退化、散熱不良導(dǎo)致的電極緩慢或?yàn)?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(duì)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?yàn)榇蠊β蔐ED除了倆個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)散發(fā)而使得溫度升高，持續(xù)的高溫加速了白光LED各個(gè)組分材料的性能衰退，從而影響使用壽命。

各材料對(duì)白光LED光衰的影響

藍(lán)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(jí)缺陷和非輻射復(fù)合中心的增加對(duì)LED的老化具有重要的影響。在電流加速壽命實(shí)驗(yàn)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(jí)，使發(fā)光效率降低。而且通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，芯片上的缺陷和錯(cuò)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(cuò)較少的LED具有光衰較少。

所以科學(xué)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(cuò)，口碑，有效的改善了芯片質(zhì)量。

芯片通電產(chǎn)生的高溫會(huì)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(lán)寶石襯底等，擴(kuò)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(jī)硅灌封膠、高折射率有機(jī)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(gè)或2個(gè)以上的環(huán)氧基并在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)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(diǎn)：

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

（2）附著力強(qiáng)：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(tuán)，賦予環(huán)氧固化物對(duì)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(shí)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(shí)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(xué)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(diǎn)：

（1）耐熱性達(dá)不到LED的要求：環(huán)氧固化物的耐熱性一般為80～100度。是因?yàn)樵诩訜釛l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(huì)吸收紫外線后氧化產(chǎn)生羥基并形成發(fā)色團(tuán)進(jìn)而使樹脂變色；

環(huán)氧樹脂灌封膠的這兩個(gè)缺點(diǎn)將導(dǎo)致其灌封的LED產(chǎn)生嚴(yán)重的光衰。

普通折射率有機(jī)硅灌封膠

普通折射率有機(jī)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(duì)于環(huán)氧樹脂，甲基類有機(jī)硅灌封材料具有更好的性能：

（1）更好的耐熱性：有機(jī)硅材料是半有機(jī)半無機(jī)材料，其主鏈Si-O為無機(jī)鏈段，鍵能高達(dá)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(jī)硅材料在高溫下不容易斷鏈分解，在200～250℃下長(zhǎng)期使用不分解、不變色，交聯(lián)固化后短時(shí)間能耐350～500℃。并且甲基類有機(jī)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(dāng)?shù)暮谩?

（2）更好的耐侯性：甲基有機(jī)硅材料對(duì)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(yáng)光照射對(duì)甲基有機(jī)硅材料的影響較小，即使在紫外線強(qiáng)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(jī)硅樹脂的電擊強(qiáng)度達(dá)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(shí)，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(jī)硅材料也有性能需要改進(jìn)的地方：

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

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