引起白光LED快速衰减的主要原因

引起白光LED快速衰减的主要原因

引起白光LED器件快速衰减的主要原因，是蓝光LED芯片的衰减还是荧光粉衰减，目前LED业内人士对此的看法并不一致。有人使用同样的蓝宝石衬底GaN基蓝光LED芯片、支架、环氧树脂封装材料，制成φ5mm支架式蓝光LED和白光LED，然后比较两组器件长期工作后的光通量衰减情况。在实验时，点亮电流均为20mA，测试电流也为20mA，环境温度、测试仪器都一样。结果白光LED比蓝光LED的光通量衰减要快（如图1所示）。由于两组器件的差别在于白光LED的封装中添加了荧光粉，人们很自然就会想到是否因为荧光粉衰减而导致白光LED的衰减加速。

图1 白光LED和蓝光LED衰减的比较

我们都知道，如果是荧光粉衰减，那么必然会出现由荧光粉激发出的波长峰值为570nm的黄绿光衰减，从而导致白光LED的色度坐标向蓝色调方向变化，即色度坐标值减少。经过测试，实际结果却表明白光LED器件的色度坐标反而向黄色调方向变化。因此，可以认为荧光粉不是造成白光衰减加速的主要因素。持这种观点的人认为：与普通LED相比，蓝光、白光LED的不同之处在于发光的波长较短，环氧树脂在吸收短波长的光辐射后会氧化，继而形成色团。此外，环氧树脂还会因受热而变化，称为“黄变”，从而造成短波长的光穿透率下降。这种现象对红光LED不构成影响，但对蓝、白光LED影响较大，这是蓝光、白光LED衰减较快的一个重要原因。

如果将白光LED的芯片上涂一层薄荧光粉，然后分析比较两种器件的光线在器件内部的行程，就会发现蓝光LED的光线直接透过环氧树脂射出，而白光LED器件由于表面存在荧光粉层，一部分光线直接射出，一部分光线射向荧光粉颗粒。荧光粉颗粒除了将部分蓝光转换为黄光之外，由于光线还有各向同性的散射作用，因此造成荧光粉层附近的短波长光辐射和热量高度集中，这样荧光粉层附近的环氧树脂更容易发生“黄变”。这对白光LED的衰减也会有影响，如图2所示。

图2 光的各向同性散射的影响

有人也做过这样的实验：选用同一蓝光芯片与不同的荧光粉。选用的荧光粉激发光谱峰值波长为460±5nm，由于稀土掺杂不同导致发射波长有540nm、550nm、560nm三种。三种不同发射波长的光通量随着时间的变化情况如图3所示。

图3 三种不同发射波长的光通量随时间的变化

由图3可见，发射波长是560nm时衰减比较少，可以得出结论：同一种蓝光芯片激发不同杂质的荧光粉，将导致发射不同的黄光波长，因此混合而成的白光也有不同的衰减。这说明荧光粉衰减是占主要的因素。

还有人选用同一种芯片和同一种荧光粉（调配的胶和浓度都一样），而涂在蓝光芯片上的荧光粉厚度不一样。这样进行实验，发现涂较厚的荧光粉比涂较薄的荧光粉的芯片，其白光衰减较快，如图4所示。

图4 芯片的荧光粉涂层厚度不同，其光通量随时间的变化

综上所述，引起白光LED的衰减有多种原因，要根据实际情况进行分析，然后再用实验去证实。