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深入探讨:提高LED光源耐温性能否减少光衰 (二)

导读: 众所周知 LED工作之后其光强会随着芯片结温升高而下降,光效随之降低,这是半导体随温度变化的固有的物理特性。

   第二章

  四、 LED光衰原因

  1, LED光衰是光源材料损伤而引起的不可逆转的衰减失效现象

  LED光衰是指LED经过一段时间的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低了的部分就是LED的光衰,目前我国尚未制定LED光衰标准,行业内部规定 5000H小时光通量维持率≥70%,美国能源之星LM-80规定 6000H,光通量维持率≥94.1%认为失效。

  2,光通量下降不等于光衰

  众所周知 LED工作之后其光强会随着芯片结温升高而下降,光效随之降低,这是半导体随温度变化的固有的物理特性。只要LED光源某个部件不超过温度极限而损伤, LED停止待温度复原后其光强値还会恢复如初,也就是说LED不管工作多久,只要初始光强不变就不能认定为光衰。笔者认为,LED光衰是指LED光源因某种材料损伤不再恢复的失效现象, 亦即LED光源在所规定的时间内无损光通量(初始光强)与有损光通量(衰减而不可恢复光强)之比值。

  3,LED光源光衰的主要原因是胶体耐温不够

  众所周知,芯片(包括荧光粉)属无机材料,实验证明芯片和荧光粉在二、三百度高温工作原则上不成问题。从光源系统讲,导致LED光衰的主要原因是胶体耐温不够,目前最好的封装胶耐温仅一百多度,测试证明一个50W的集成光源在足够大的散热器工作时胶体温度往往高达200多度,无论是灌封胶还是PPA在长时期高温运行必然会造成胶体龟裂、碳化,与芯片分离进而造成光衰。

  从灯具系统讲导致LED光衰与系统热阻有关,包括散热通道、散热材料、散热方式、及与温度有关的部件等等。

  LED光源的光衰是由支架结构、芯片、荧光粉品质、胶体耐温性能、封装工艺厂等条件决定,这些条件都由封装厂选定,而首选是封装支架和胶体的耐侯性。从某种意义讲,LED封装的核心技术应该是封装支架研发和制造技术,它决定LED光源的用途、功能及性价比。

  五、提高LED光源的耐温特性可减少LED光衰

  1. 为何要提高LED光源的耐温度特性

  由于LED发热经过多个热阻通道之后,与散热器温差高迖30-40多度,散热器发热较低,低温热源在自然散热条件下散热效率很低,LED因为热源通过对流和辐射将热量传到空气中,如果LED散热器温度与环境温度相差很小,再加大散热器面积其散热量变化甚微。理论研究表明,辐射散热量与温度的4次方成正比:Q= εσ S(T w 4-T0 4 ),温差越大热量散发越多。亦即在相同环境温度下散热器温度越高、所散发的热量越多。因此适当提高散热器的工作温度,控制在LED光源长时工作后稳态光效无大变化而不发生光衰为原则。这种提高LED光源耐高温的设计思路,不仅仅是基于平衡散热与成本考量,更主要是让LED光源在较高温度下安全工作而不发生光衰。这样不仅可减少散热器用量和成本,而且还可加大芯片的工作电流的承载能力,同时达到减少LED光衰延长使用寿命目的,是一举多得的设计革命。

  2. 如何让LED光源耐受高温

  自从LED问世以来,业界付出了巨大投资去研究LED光衰。LED散热牵动着每个从事LED人的神经,想尽了很多办法,其中:

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