繁華的城市離不開LED燈的裝飾，相信大家都見過LED，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活的各個地方，也照亮著我們的生活。電腦顯示器和電視機是通過紅色，藍色和綠色來顯示顏色的，也就是我們平常所說的RGB三原色;而且有數(shù)據(jù)表明，紅色和藍色LED已經(jīng)實現(xiàn)高質(zhì)廉價生產(chǎn)目標，因而綠色LED生產(chǎn)技術是業(yè)界一直以來尋求的突破。
該技術基于最廉價的藍寶石襯底來實現(xiàn)，并且會改進紅藍LED的光輸出，必將推動LED朝著高性能低成本的方向發(fā)展。該研究小組帶頭人ChristianWetzel還表示生產(chǎn)綠色LED的難度超出了學術界和工業(yè)界的預期。LED光衰(LEDdroop)是由俄歇復合(Augerrecombination)引起的。俄歇復合是一種在半導體中發(fā)生的，三個帶電粒子互相反應但不放出光子的現(xiàn)象。研究者還發(fā)現(xiàn)包含散射機制的非直接的俄歇效應非常顯著。這一發(fā)現(xiàn)使得在以往理論研究中，用直接俄歇過程預測LED光衰和實際測量結果不符的現(xiàn)象得以解釋。
在氮化物基LED中，這些非直接過程形成了主要的俄歇復合。 研究員們認為，因為俄歇效應是內(nèi)形成機制，所以LED光衰不可消除，但可以最小化。用更寬的量子阱，并在非極化或者半極化的方向生長器件，可以降低載流子密度。既然俄歇效應是內(nèi)形成機制，LED光衰它不可消除，那下面我們花費一些筆墨來探討一下LED光衰成因，以便從根本上理清思路，降低LED光衰。
LED光衰的原因
目前，市場上的白光LED其光衰可能是向民用照明進軍的首要問題之一。針對LED的光衰主要有以下二大因素：
一、LED產(chǎn)品本身品質(zhì)問題：
1、采用的LED芯片體質(zhì)不好，亮度衰減較快。2、生產(chǎn)工藝存在缺陷，LED芯片散熱不能良好的從PIN腳導出，導致LED芯片溫度過高使芯片衰減加劇。
二、使用條件問題：
1、LED為恒流驅(qū)動，有部分LED采用電壓驅(qū)動原因使LED衰減過來。2、驅(qū)動電流大于額定驅(qū)動條件。其實導致LED產(chǎn)品光衰的原因很多，最關鍵的還是熱的問題，盡管很多廠商在次級產(chǎn)品不特別注重散熱的問題，但這些次級LED產(chǎn)品長期使用下，光衰程度會比有注重散熱的LED產(chǎn)品要高。LED芯片本身的熱阻、銀膠的影響、基板的散熱效果，以及膠體和金線方面也都與光衰有關系。
三個影響LED燈具質(zhì)量光衰的因素
單顆LED白燈在老化板上檢測出來的數(shù)據(jù)，與把LED白燈組裝成一個燈具老化時檢測出來的數(shù)據(jù)，肯定是有點出入的。這個差異的大小，取決于LED工作時的電性參數(shù)和燈具的設計情況，以及燈具使用的環(huán)境。首先，選擇什么樣的LED白燈。
這點很重要，LED白燈的質(zhì)量可以說是很重要的因素。舉些例子，同樣的以晶元14mil白光段芯片為代表，用普通環(huán)氧樹脂做的底膠與白光膠與封裝膠水封裝出來的LED白燈，單顆點亮在30度的環(huán)境下，一千小時后，衰減數(shù)據(jù)為光衰70%;如果用D類低衰膠水封裝，在同樣的老化環(huán)境下，千小時光衰為45%;如果C類低衰膠水封裝，在同樣的老化環(huán)境下，千小時光衰為12%;如果B類低衰膠水封裝，在同樣的老化環(huán)境下，千小時光衰為-3%;如果A類低衰膠水，在同樣的老化環(huán)境下，千小時光衰為-6%。
為何不同的封裝工藝會導致如何大的差異呢
最主要的一個原因在于LED芯片怕熱。偶爾短時間內(nèi)受熱超過一百多度，那是不要緊的，怕就怕在長期處于高溫之下，就是對LED芯片的一種莫大的損害。一般來說，普通環(huán)氧樹脂的導熱系數(shù)很小，因此，當LED芯片點亮工作的時候，LED芯片要發(fā)射出熱量，而普通環(huán)氧樹脂導熱能力有限，所以，當你從LED白燈的外部測量出LED支架的溫度有45度的時候，LED白燈內(nèi)的芯片中心溫度有可能超過了80度。LED的溫度節(jié)點其實就是80度，那么，當LED芯片在節(jié)溫的溫度中工作的時候，是非常的受煎熬的，這就加快了LED白燈的老化。
當LED芯片在工作的時候，中心溫度產(chǎn)生了100度的高溫，它可以馬上通過支架引腳98%把熱量導出來，從而減少熱量對它的傷害。所以，LED白燈支架溫度是60度的時候，它的芯片中心溫度可能就只是61度而已。從上面的數(shù)據(jù)可以看出來，選擇什么樣封裝工藝的LED白燈，直接決定LED燈具的光衰情況。其次，LED燈珠工作環(huán)境溫度。根據(jù)單顆LED白燈老化時的數(shù)據(jù)來看，LED白燈如果只有一個點亮工作，同時，它所處的環(huán)境溫度是30度的話，那么，單顆LED白燈工作時的支架溫度不會超過45度。這個時候，這顆LED的壽命會很理想。
如果有100顆LED白燈同時點亮工作，它們之間的間隔只是11.4mm的情況下，那么，燈堆的周邊的LED白燈的支架溫度也可能不會超過45度，但燈堆中間的那些LED白燈有可能達到65度的高溫。這個時候，對LED燈珠就是一個考驗。那么，聚在中間的那些LED白燈，理論上光衰就會快一點，而燈堆周邊的LED白燈，光衰就會慢一點。
但如果LED燈珠相隔25mm以上，那么，它們互相發(fā)散的熱量就不會那么積聚了，這個時候，每個LED白燈支架的溫度應該會少于50度以下，就比較利于LED的正常工作。如果LED工作的環(huán)境是在比較冷的地方，整年的平均溫度可能只是15度左右，或更小，那對于LED來說，壽命就更長了?；蛘?，LED工作的時候，旁邊有個小風扇在吹著，幫它驅(qū)散熱氣，這樣子對LED的壽命也是挺有幫助的。反正大家應該要知道，LED是怕熱的，溫度越高，LED壽命越短，溫度越低，LED壽命越長。LED理想的工作溫度當然是在負5到零度之間。但這基本上是不可能的。
所以，我們了解到LED燈珠理想的工作參數(shù)后，就盡可能的在設計燈具的時候，加強導熱，散熱的功能。反正溫度越低，LED壽命越長。再次，LED燈珠的工作電性參數(shù)設計。根據(jù)實驗結果，LED白燈在驅(qū)動電流越低的情況下，發(fā)射的熱量越小，當然了，亮度也就越小了。據(jù)調(diào)查，LED太陽能燈飾電路的設計，LED的驅(qū)動電流一般只是5-10mA;燈具所用的燈珠數(shù)目具大的產(chǎn)品，如達到500個以上的，或更多的，驅(qū)動電流一般只是10-15mA,而一般大眾化的LED應用燈飾的驅(qū)動電流，只是15-18mA，絕少有人把電流設計到20mA以上的。
而實驗結果也表明，在14mA的驅(qū)動電流下，并且，加了蓋子不透風，里面的空氣溫度達到71度的環(huán)境下，低衰產(chǎn)品，千小時光衰為零，2000小時光衰為3%，這就說明這種低衰LED白燈在這樣的環(huán)境下使用已達到了它的最大限度，再大就是對它的一種損害了。
因為老化用的老化板沒有散熱功能，所以，LED工作時產(chǎn)生的熱量基本上是沒法傳導到外面去的。實驗上證明了這一點。老化板里面的空氣溫度已達到了101度的高溫，老化板上的蓋子表面溫度只不過是53度，相差了幾十度。這就說明，設計的這種塑料蓋子基本上不具有導熱散熱功能。但一般的燈具設計中，都考慮到導熱散熱的功能。因此，總結來說，LED燈珠的工作電性參數(shù)的設計要根據(jù)實際情況，如果燈具的導熱散熱功能很好，LED白燈的驅(qū)動電流加大一點是沒關系的，因為LED燈珠工作產(chǎn)生的熱量瞬間能導出到外面，對LED沒有損害，就是對LED最好的呵護了。相反的，如果燈具的導熱散熱功能馬馬虎虎，最好把電路設計得小一點，讓它少放些熱量出來。
前文提到， 研究員們認為，因為俄歇效應是內(nèi)形成機制，LED光衰不可消除，但可以最小化。既然可以最小化，那從哪些方面著手了，相信這也是許多網(wǎng)友關心的問題，下面我們分析白光LED光衰與晶片、固晶底膠、熒光粉等材料的關系。
白光LED光衰與材料的關系
藍光LED的問世，利用熒光體與藍光LED的組合，就可輕易獲得白光LED,這是行業(yè)中最成熟的一種白光封裝方式。 藍光led的問世，利用熒光體與藍光LED的組合，就可輕易獲得白光LED,這是行業(yè)中最成熟的一種白光封裝方式。目前白光LED已成為照明光源，一般家用照明已成為現(xiàn)實。但在使用過程中較多白光產(chǎn)品衰減大，不能適合照明市場，臺灣宏彩光電針對照明高端市場的需求，加大對白光的研發(fā)，通過改變封裝工藝及物料搭配開發(fā)出低衰減白光產(chǎn)品，為LED照明行業(yè)略盡微薄之力。下面是我司在封裝過程中總結出來的五點經(jīng)驗，與諸位行業(yè)同仁交流，以期對白光LED封裝技術的提升添磚加瓦。
1.晶片對白光LED光衰的影響
從目前實驗的結果來看，晶片對光衰的影響分為兩大類：第一是晶片的材質(zhì)不同導致衰減不同，目前常用的藍光晶片襯底材質(zhì)為碳化硅和藍寶石，碳化硅一般結構設計為單電極，其導熱效果比較好，藍寶石一般設計為雙電極，熱量較難導出，導熱效果較差;第二是晶片的尺寸大小，在晶片材質(zhì)相同時，尺寸大小不同衰減差距也不同。
2.固晶底膠對白光LED光衰的影響
在白光LED封裝行業(yè)中通常用到的固晶膠有環(huán)氧樹脂絕緣膠、硅樹脂絕緣膠、銀膠。三者各有利弊，在選用時要綜合考慮。環(huán)氧樹脂絕緣膠導熱性差，但亮度高;硅樹脂絕緣膠導熱效果比環(huán)氧樹脂稍好，亮度高，但由于硅成分占一定比例，固晶片時旁邊殘留的硅樹脂與熒光膠里的環(huán)氧樹脂相結合時會產(chǎn)生隔層現(xiàn)象，經(jīng)過冷熱沖擊后將產(chǎn)生剝離導致死燈;銀膠的導熱性比前兩者都好，可以延長LED芯片的壽命，但銀膠對光的吸收比較大，導致亮度低。對于雙電極藍光晶片在用銀膠固晶時，對膠量的控制也很嚴格，否則容易產(chǎn)生短路，直接影響到產(chǎn)品的良品率。
3.熒光粉對白光LED光衰的影響
實現(xiàn)白光LED的途徑有多種，目前使用最為普遍最成熟的一種是通過在藍光晶片上涂抹一層黃色熒光粉，使藍光和黃光混合成白光，所以熒光粉的材質(zhì)對白光LED的衰減影響很大。市場最主流的熒光粉是YAG釔鋁石榴石熒光粉、硅酸鹽熒光粉、氮化物熒光粉，與藍光LED芯片相比熒光粉有加速老化白光LED的作用，而且不同廠商的熒光粉對光衰的影響程度也不相同，這與熒光粉的原材料成分關系密切。雷曼光電選用最好材質(zhì)的白光熒光粉，使做出的白光LED相比同行在衰減控制方面有了很大的提高。
4.熒光膠水對白光LED光衰的影響
傳統(tǒng)封裝的白光LED，熒光膠一般采用環(huán)氧樹脂或硅膠，經(jīng)過光衰實驗的結果得出，用硅膠配粉的白光LED壽命明顯比環(huán)氧樹脂的長。原因之一是用以上兩種方法封裝成成品LED，硅膠比環(huán)氧樹脂抗UV能力強且硅膠散熱效果比環(huán)氧樹脂好;但在相同條件下，用硅膠配粉的初始亮度要比環(huán)氧樹脂配粉的要低，最主要是由于硅膠的折射率(1.3-1.4)比環(huán)氧樹脂(1.5以上)低，所以初始光效不及環(huán)氧樹脂高。
5.支架對白光LED光衰的影響
LED支架主要有銅支架和鐵支架。銅支架導熱、導電性能好，價格高。而鐵支架的導熱、導電性能相對較差，更容易生銹，但價格便宜。
市場上的LED大部分使用鐵支架。不同材料的支架對LED的性能影響也不同，特別是對光衰的影響尤為突出。這主要是由于銅的導熱性能比鐵的好很多，銅的導熱系數(shù)398W(m.k)，而鐵的導熱系數(shù)只有50W(m.k)左右，僅為前者的1/8，還有支架的電鍍層厚度也密切相關。在選用支架時，還要注意支架的碗杯大小是否與發(fā)光芯片以及模粒匹配，其匹配質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響白光LED的光學效果，否則容易造成光斑形狀不對稱、有黃圈，以及黑斑等，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。
隨著白光LED在照明上的應用，客戶需求也不斷提高，相信在未來的科學技術更加發(fā)達的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學習知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。
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