為什么要減低白光LED光衰？

文章來源:恒光電器

發布時間: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、發熱量低、耗電量小、壽命長、反應速度快、環保、可平面封裝、易開發成輕薄短小產品等優點，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室內照明，讓使用者既省電又省錢，就必須靠長壽命而節省的電費來彌補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構，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構，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生的焦耳熱，PN結產生的熱，還有工藝中帶來的寄生電阻產生的焦耳熱，還有光被吸收后產生的熱。所產生的熱量不能及時散發而使得溫度升高，持續的高溫加速了白光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芯片結構和材料，發現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，芯片中的不穩定化合物分解成淺層受主，恒光電器,照亮您的生活，構成了新的能級，使發光效率降低。而且通過實驗發現，芯片上的缺陷和錯位使器件的反向漏電流增加，降低了發光效率和可靠性，而工藝經過優化、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量。

芯片通電產生的高溫會造成LED的發光效率急劇降低，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，從材質類型來分，節能與環保，目前使用最多最常見的主要為3種，即環氧樹脂灌封膠、普通折射率有機硅灌封膠、高折射率有機硅灌封膠。

環氧樹脂灌封膠

環氧樹脂的分子結構中含有2個或2個以上的環氧基并在適當的化學試劑存在下能形成三維網狀固化物。

環氧樹脂及其固化物具有以下優良的性能特點：

（1）力學性能高：環氧樹脂及其固化物具有很強的內聚力，分子結構緊密，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氧基、羥基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性基團，賦予環氧固化物對金屬、陶瓷、玻璃、混凝土、木材等極性基材優良的附著力，而且環氧樹脂固化時的收縮率低，產生的內應力小，這也是有助于提高附著力；

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

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

但環氧樹脂也存在一些缺點：

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

（2）耐侯性差：環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生羥基并形成發色團進而使樹脂變色；

環氧樹脂灌封膠的這兩個缺點將導致其灌封的LED產生嚴重的光衰。

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定性、脫膜性、憎水性、耐電弧性，故而硅氧烷的熱穩定性相當的好。

（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，也不易產生氧化反應。

（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：受分子結構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。