白光LED光衰原因之熒光粉性能的衰退

白光LED光衰原因之熒光粉性能的衰退

到目前，白光 LED、尤其是小功率白光 LED 的發(fā)光性能快速衰退已越來(lái)越為人們所認(rèn)識(shí)。其實(shí)，盲目地夸大宣傳，只能將 LED 行業(yè)引向歧途，不正視白光 LED 存在的問(wèn)題，只能延緩白光 LED 應(yīng)用的發(fā)展。只有正視問(wèn)題、研究問(wèn)題、盡早解決問(wèn)題，白光 LED 才能健康、快速發(fā)展。

白光 LED 當(dāng)前面臨的一個(gè)主要問(wèn)題就壽命問(wèn)題。由于白光 LED 的價(jià)格尚很高，要想在照明市場(chǎng)上立足，讓使用者既省電又省錢(qián)，就必須靠長(zhǎng)壽命而節(jié)省的電費(fèi)來(lái)彌補(bǔ)燈具的高價(jià)格。現(xiàn)實(shí)是，白光 LED 的壽命狀況使得它還很難做到這一點(diǎn)。因此，必須找到影響白光 LED 壽命的因素，再來(lái)尋找解決辦法。本人才疏學(xué)淺，只能提出一些淺顯的看法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析，供有志之士參考。

從 LED 的正常使用看，影響 LED 壽命的最主要的因素就是熱。熱量的來(lái)源，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(lái)的寄生電阻產(chǎn)生的焦耳熱，還有光被吸收后產(chǎn)生的熱。熱量的積累使得溫度升高，溫度升高使得芯片的性能衰退、材料老化、變性?，F(xiàn)在小編就帶大家分析一下白光LED光衰原因之熒光粉性能的衰退。

一、白光LED光衰原因之熒光粉性能的衰退

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。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 1。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[注1](這里是指 1000 小時(shí)的光通量可能還

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)于大功率封裝的 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)間的試驗(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[注1]。

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)之間處于不是很穩(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%)。

若采用較高的電流工作，可以看到，上述的光通量提升期會(huì)提前，期間會(huì)縮短，壽命大大降低。小功率封裝的 LED 這種現(xiàn)象實(shí)在太明顯了。大家可以對(duì)插件的白光 LED 做個(gè) 20mA 和 30mA 的實(shí)驗(yàn)對(duì)比就很清楚了。

由于插件 LED 的支架材料是鐵質(zhì)，導(dǎo)熱性能不能滿足藍(lán)光芯片的散熱要求，使得熱量聚積而產(chǎn)生的溫度不適合藍(lán)光芯片和熒光粉的生存。

有幾個(gè)現(xiàn)象還可以證明，白光 LED 的壽命主要是由于熒光粉的性能衰退而縮短的。

首先，我們?cè)趬勖囼?yàn)結(jié)束后，可以看到，LED 已不是白光了，而是嚴(yán)重偏藍(lán)色的光。說(shuō)明熒光粉的作用喪失。(注意，是壽命試驗(yàn)結(jié)束，不是老化試驗(yàn)。請(qǐng)參考注 2。)

其次，有人做了這樣的試驗(yàn)，即將已衰減 30%多的白光 LED 取出芯片測(cè)試，發(fā)現(xiàn)芯片只衰減了百分之幾。這也說(shuō)明是熒光粉的作用喪失。

第三，相同的小芯片，用大功率的封裝的白光，壽命遠(yuǎn)好于小功率的封裝的白光。(這在后面還有詳細(xì)討論。)

總體來(lái)講，在溫度的作用下，熒光粉是會(huì)衰減的。而且，預(yù)計(jì)在高于 80～100 度，性能衰退是劇烈的。溫度越高，熒光粉性能衰退越嚴(yán)重。所以，白光 LED 的光衰減，主要原因就是熱作用下熒光粉性能的的首先、快速衰減。究竟是熒光粉自身在 LED 正常工作的溫度下就有衰減，還是由于有混合膠的影響造成衰減，還需做更充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證方法設(shè)想如下：

取相同的的熒光粉分為幾份，其中一份不做任何處理以做對(duì)比，另外幾份分別以不同的溫度、不同的時(shí)間來(lái)加熱處理。

總之，無(wú)論是熒光粉自身，還是熒光粉與膠體配合，它們都在一定溫度下就會(huì)是熒光粉性能快速衰退。所以說(shuō)，這是白光LED光衰的第一位原因。