被忽略的LED光衰问题又提起解决方案全解析

大家都知道，电脑显示器和电视机是通过红色，蓝色和绿色来显示颜色的，也就是我们平常所说的RGB三原色；而且有数据表明，红色和蓝色LED已经实现高质廉价生产目标，因而绿色LED生产技术是业界一直以来寻求的突破。该技术基于最廉价的蓝宝石衬底来实现，并且会改进红蓝LED的光输出，必将推动LED朝着高性能低成本的方向发展。该研究小组带头人ChristianWetzel还表示生产绿色LED的难度超出了学术界和工业界的预期。

LED光衰(LEDdroop)是由俄歇复合(Augerrecombination)引起的。俄歇复合是一种在半导体中发生的，三个带电粒子互相反应但不放出光子的现象。研究者还发现包含散射机制的非直接的俄歇效应非常显著。这一发现使得在以往理论研究中，用直接俄歇过程预测LED光衰和实际测量结果不符的现象得以解释。

在氮化物基LED中，这些非直接过程形成了主要的俄歇复合。 研究员们认为，因为俄歇效应是内形成机制，所以LED光衰不可消除，但可以最小化。用更宽的量子阱，并在非极化或者半极化的方向生长器件，可以降低载流子密度。既然俄歇效应是内形成机制，LED光衰它不可消除，那下面我们花费一些笔墨来探讨一下LED光衰成因，以便从根本上理清思路，降低LED光衰。

LED光衰的原因

目前，市场上的白光LED其光衰可能是向民用照明进军的首要问题之一。针对LED的光衰主要有以下二大因素：

一、LED产品本身品质问题：

1、采用的LED芯片体质不好，亮度衰减较快。

2、生产工艺存在缺陷，LED芯片散热不能良好的从PIN脚导出，导致LED芯片温度过高使芯片衰减加剧。

二、使用条件问题：

1、LED为恒流驱动，有部分LED采用电压驱动原因使LED衰减过来。

2、驱动电流大于额定驱动条件。

其实导致LED产品光衰的原因很多，最关键的还是热的问题，尽管很多厂商在次级产品不特别注重散热的问题，但这些次级LED产品长期使用下，光衰程度会比有注重散热的LED产品要高。LED芯片本身的热阻、银胶的影响、基板的散热效果，以及胶体和金线方面也都与光衰有关系。

三个影响LED灯具质量光衰的因素

单颗LED白灯在老化板上检测出来的数据，与把LED白灯组装成一个灯具老化时检测出来的数据，肯定是有点出入的。

这个差异的大小，取决于LED工作时的电性参数和灯具的设计情况，以及灯具使用的环境。

首先，选择什么样的LED白灯。

这点很重要，LED白灯的质量可以说是很重要的因素。举些例子，同样的以晶元14mil白光段芯片为代表，用普通环氧树脂做的底胶与白光胶与封装胶水封装出来的LED白灯，单颗点亮在30度的环境下，一千小时后，衰减数据为光衰70%;如果用D类低衰胶水封装，在同样的老化环境下，千小时光衰为45%;如果C类低衰胶水封装，在同样的老化环境下，千小时光衰为12%;如果B类低衰胶水封装，在同样的老化环境下，千小时光衰为-3%;如果A类低衰胶水，在同样的老化环境下，千小时光衰为-6%。为何不同的封装工艺会导致如何大的差异呢

最主要的一个原因在于LED芯片怕热。偶尔短时间内受热超过一百多度，那是不要紧的，怕就怕在长期处于高温之下，就是对LED芯片的一种莫大的损害。

一般来说，普通环氧树脂的导热系数很小，因此，当LED芯片点亮工作的时候，LED芯片要发射出热量，而普通环氧树脂导热能力有限，所以，当你从LED白灯的外部测量出LED支架的温度有45度的时候，LED白灯内的芯片中心温度有可能超过了80度。LED的温度节点其实就是80度，那么，当LED芯片在节温的温度中工作的时候，是非常的受煎熬的，这就加快了LED白灯的老化。

当LED芯片在工作的时候，中心温度产生了100度的高温，它可以马上通过支架引脚98%把热量导出来，从而减少热量对它的伤害。所以，LED白灯支架温度是60度的时候，它的芯片中心温度可能就只是61度而已。

从上面的数据可以看出来，选择什么样封装工艺的LED白灯，直接决定LED灯具的光衰情况。

其次，LED灯珠工作环境温度。

根据单颗LED白灯老化时的数据来看，LED白灯如果只有一个点亮工作，同时，它所处的环境温度是30度的话，那么，单颗LED白灯工作时的支架温度不会超过45度。这个时候，这颗LED的寿命会很理想。

如果有100颗LED白灯同时点亮工作，它们之间的间隔只是11.4mm的情况下，那么，灯堆的周边的LED白灯的支架温度也可能不会超过45度，但灯堆中间的那些LED白灯有可能达到65度的高温。这个时候，对LED灯珠就是一个考验。那么，聚在中间的那些LED白灯，理论上光衰就会快一点，而灯堆周边的LED白灯，光衰就会慢一点。

但如果LED灯珠相隔25mm以上，那么，它们互相发散的热量就不会那么积聚了，这个时候，每个LED白灯支架的温度应该会少于50度以下，就比较利于LED的正常工作。

如果LED工作的环境是在比较冷的地方，整年的平均温度可能只是15度左右，或更小，那对于LED来说，寿命就更长了。

或者，LED工作的时候，旁边有个小风扇在吹着，帮它驱散热气，这样子对LED的寿命也是挺有帮助的。

反正大家应该要知道，LED是怕热的，温度越高，LED寿命越短，温度越低，LED寿命越长。LED理想的工作温度当然是在负5到零度之间。但这基本上是不可能的。

所以，我们了解到LED灯珠理想的工作参数后，就尽可能的在设计灯具的时候，加强导热，散热的功能。反正温度越低，LED寿命越长。

再次，LED灯珠的工作电性参数设计。

根据实验结果，LED白灯在驱动电流越低的情况下，发射的热量越小，当然了，亮度也就越小了。据调查，LED太阳能灯饰电路的设计，LED的驱动电流一般只是5-10mA；灯具所用的灯珠数目具大的产品，如达到500个以上的，或更多的，驱动电流一般只是10-15mA,而一般大众化的LED应用灯饰的驱动电流，只是15-18mA，绝少有人把电流设计到20mA以上的。

而实验结果也表明，在14mA的驱动电流下，并且，加了盖子不透风，里面的空气温度达到71度的环境下，低衰产品，千小时光衰为零，2000小时光衰为3%，这就说明这种低衰LED白灯在这样的环境下使用已达到了它的最大限度，再大就是对它的一种损害了。

因为老化用的老化板没有散热功能，所以，LED工作时产生的热量基本上是没法传导到外面去的。实验上证明了这一点。老化板里面的空气温度已达到了101度的高温，老化板上的盖子表面温度只不过是53度，相差了几十度。这就说明，设计的这种塑料盖子基本上不具有导热散热功能。但一般的灯具设计中，都考虑到导热散热的功能。因此，总结来说，LED灯珠的工作电性参数的设计要根据实际情况，如果灯具的导热散热功能很好，LED白灯的驱动电流加大一点是没关系的，因为LED灯珠工作产生的热量瞬间能导出到外面，对LED没有损害，就是对LED最好的呵护了。相反的，如果灯具的导热散热功能马马虎虎，最好把电路设计得小一点，让它少放些热量出来。

前文提到， 研究员们认为，因为俄歇效应是内形成机制，LED光衰不可消除，但可以最小化。既然可以最小化，那从哪些方面着手了，相信这也是许多网友关心的问题，下面我们分析白光LED光衰与晶片、固晶底胶、荧光粉等材料的关系。白光LED光衰与材料的关系

蓝光LED的问世，利用荧光体与蓝光LED的组合，就可轻易获得白光LED,这是行业中最成熟的一种白光封装方式。 蓝光led的问世，利用荧光体与蓝光LED的组合，就可轻易获得白光LED,这是行业中最成熟的一种白光封装方式。目前白光LED已成为照明光源，一般家用照明已成为现实。但在使用过程中较多白光产品衰减大，不能适合照明市场，台湾宏彩光电针对照明高端市场的需求，加大对白光的研发，通过改变封装工艺及物料搭配开发出低衰减白光产品，为LED照明行业略尽微薄之力。下面是我司在封装过程中总结出来的五点经验，与诸位行业同仁交流，以期对白光LED封装技术的提升添砖加瓦。

1.晶片对白光LED光衰的影响

从目前实验的结果来看，晶片对光衰的影响分为两大类：第一是晶片的材质不同导致衰减不同，目前常用的蓝光晶片衬底材质为碳化硅和蓝宝石，碳化硅一般结构设计为单电极，其导热效果比较好，蓝宝石一般设计为双电极，热量较难导出，导热效果较差;第二是晶片的尺寸大小，在晶片材质相同时，尺寸大小不同衰减差距也不同。

2.固晶底胶对白光LED光衰的影响

在白光LED封装行业中通常用到的固晶胶有环氧树脂绝缘胶、硅树脂绝缘胶、银胶。三者各有利弊，在选用时要综合考虑。环氧树脂绝缘胶导热性差，但亮度高;硅树脂绝缘胶导热效果比环氧树脂稍好，亮度高，但由于硅成分占一定比例，固晶片时旁边残留的硅树脂与荧光胶里的环氧树脂相结合时会产生隔层现象，经过冷热冲击后将产生剥离导致死灯;银胶的导热性比前两者都好，可以延长LED芯片的寿命，但银胶对光的吸收比较大，导致亮度低。对于双电极蓝光晶片在用银胶固晶时，对胶量的控制也很严格，否则容易产生短路，直接影响到产品的良品率。

3.荧光粉对白光LED光衰的影响

实现白光LED的途径有多种，目前使用最为普遍最成熟的一种是通过在蓝光晶片上涂抹一层黄色荧光粉，使蓝光和黄光混合成白光，所以荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大。市场最主流的荧光粉是YAG钇铝石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉，与蓝光LED芯片相比荧光粉有加速老化白光LED的作用，而且不同厂商的荧光粉对光衰的影响程度也不相同，这与荧光粉的原材料成分关系密切。雷曼光电选用最好材质的白光荧光粉，使做出的白光LED相比同行在衰减控制方面有了很大的提高。

4.荧光胶水对白光LED光衰的影响

传统封装的白光LED，荧光胶一般采用环氧树脂或硅胶，经过光衰实验的结果得出，用硅胶配粉的白光LED寿命明显比环氧树脂的长。原因之一是用以上两种方法封装成成品LED，硅胶比环氧树脂抗UV能力强且硅胶散热效果比环氧树脂好；但在相同条件下，用硅胶配粉的初始亮度要比环氧树脂配粉的要低，最主要是由于硅胶的折射率(1.3-1.4)比环氧树脂(1.5以上)低，所以初始光效不及环氧树脂高。

5.支架对白光LED光衰的影响

LED支架主要有铜支架和铁支架。铜支架导热、导电性能好，价格高。而铁支架的导热、导电性能相对较差，更容易生锈，但价格便宜。

市场上的LED大部分使用铁支架。不同材料的支架对LED的性能影响也不同，特别是对光衰的影响尤为突出。这主要是由于铜的导热性能比铁的好很多，铜的导热系数398W(m.k)，而铁的导热系数只有50W(m.k)左右，仅为前者的1/8，还有支架的电镀层厚度也密切相关。在选用支架时，还要注意支架的碗杯大小是否与发光芯片以及模粒匹配，其匹配质量的优劣，直接影响白光LED的光学效果，否则容易造成光斑形状不对称、有黄圈，以及黑斑等，直接影响到产品的质量。

随着白光LED在照明上的应用，客户需求也不断提高，我们必须不断创新，提升我们的产品性能改善我们的工艺，尽可能满足客户需求。要做出高性能的白光LED产品，物料的挑选和搭配是否最佳直接影响着白光LED衰减和品质，因此，好的物料加上最佳的搭配，再加上台湾宏彩光电股份特有的制造工艺的配合是做好白光的技术关键所在。对台湾宏彩光电人来说我们必须充分发挥自身优势，不断努力，加大研发，开发出更加适合客户要求的产品，为国家的半导体照明节能产业做出贡献。