白光LED快速衰減的主要原因

     白光LED器件快速衰減的主要原因，是藍(lán)光LED芯片的衰減還是熒光粉衰減，目前LED業(yè)內(nèi)人士對(duì)此的看法并不一致。有人使用同樣的藍(lán)寶石襯底GaN基藍(lán)光LED芯片、支架、環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料，制成φ5mm支架式藍(lán)光LED和白光LED，然后比較兩組器件長(zhǎng)期工作后的光通量衰減情況。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，點(diǎn)亮電流均為20mA，測(cè)試電流也為20mA，環(huán)境溫度、測(cè)試儀器都一樣。結(jié)果白光LED比藍(lán)光LED的光通量衰減要快（如圖1所示）。由于兩組器件的差別在于白光LED的封裝中添加了熒光粉，人們很自然就會(huì)想到是否因?yàn)闊晒夥鬯p而導(dǎo)致白光LED的衰減加速。

圖1 白光LED和藍(lán)光LED衰減的比較

     我們都知道，如果是熒光粉衰減，那么必然會(huì)出現(xiàn)由熒光粉激發(fā)出的波長(zhǎng)峰值為570nm的黃綠光衰減，從而導(dǎo)致白光LED的色度坐標(biāo)向藍(lán)色調(diào)方向變化，即色度坐標(biāo)值減少。經(jīng)過(guò)測(cè)試，實(shí)際結(jié)果卻表明白光LED器件的色度坐標(biāo)反而向黃色調(diào)方向變化。因此，可以認(rèn)為熒光粉不是造成白光衰減加速的主要因素。持這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為：與普通LED相比，藍(lán)光、白光LED的不同之處在于發(fā)光的波長(zhǎng)較短，環(huán)氧樹(shù)脂在吸收短波長(zhǎng)的光輻射后會(huì)氧化，繼而形成色團(tuán)。此外，環(huán)氧樹(shù)脂還會(huì)因受熱而變化，稱為“黃變”，從而造成短波長(zhǎng)的光穿透率下降。這種現(xiàn)象對(duì)紅光LED不構(gòu)成影響，但對(duì)藍(lán)、白光LED影響較大，這是藍(lán)光、白光LED衰減較快的一個(gè)重要原因。

    如果將白光LED的芯片上涂一層薄熒光粉，然后分析比較兩種器件的光線在器件內(nèi)部的行程，就會(huì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)光LED的光線直接透過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂射出，而白光LED器件由于表面存在熒光粉層，一部分光線直接射出，一部分光線射向熒光粉顆粒。熒光粉顆粒除了將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換為黃光之外，由于光線還有各向同性的散射作用，因此造成熒光粉層附近的短波長(zhǎng)光輻射和熱量高度集中，這樣熒光粉層附近的環(huán)氧樹(shù)脂更容易發(fā)生“黃變”。這對(duì)白光LED的衰減也會(huì)有影響，如圖2所示。

圖2 光的各向同性散射的影響

     有人也做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：選用同一藍(lán)光芯片與不同的熒光粉。選用的熒光粉激發(fā)光譜峰值波長(zhǎng)為460±5nm，由于稀土摻雜不同導(dǎo)致發(fā)射波長(zhǎng)有540nm、550nm、560nm三種。三種不同發(fā)射波長(zhǎng)的光通量隨著時(shí)間的變化情況如圖3所示。

圖3 三種不同發(fā)射波長(zhǎng)的光通量隨時(shí)間的變化

    由圖3可見(jiàn)，發(fā)射波長(zhǎng)是560nm時(shí)衰減比較少，可以得出結(jié)論：同一種藍(lán)光芯片激發(fā)不同雜質(zhì)的熒光粉，將導(dǎo)致發(fā)射不同的黃光波長(zhǎng)，因此混合而成的白光也有不同的衰減。這說(shuō)明熒光粉衰減是占主要的因素。

 還有人選用同一種芯片和同一種熒光粉（調(diào)配的膠和濃度都一樣），而涂在藍(lán)光芯片上的熒光粉厚度不一樣。這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)涂較厚的熒光粉比涂較薄的熒光粉的芯片，其白光衰減較快，如圖4所示。

圖4 芯片的熒光粉涂層厚度不同，其光通量隨時(shí)間的變化

 綜上所述，引起白光LED的衰減有多種原因，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，然后再用實(shí)驗(yàn)去證實(shí)。