LED灯珠光效下垂：从电流密度到结温

光效下垂讲的是同温度下的电流效应
灯珠的光效是光通量与电功率之比。把电流从很小一路加上去，光通量始终在涨，但涨幅越来越小，过了某个拐点之后光效开始回落，这一段回落就是光效下垂。它和光衰不是同一件事：光衰指同样条件下工作时间越长、光通量越低，是时间维度上的退化；下垂指温度不变、只把电流加大时出现的效率损失，是电流维度上的非线性。工程上判断一款灯珠能不能大电流使用，不能只看额定电流那一个点的光效，要看整条曲线在什么位置拐弯。拐弯位置本质上由有源区承受的电流密度决定，也就是每平方毫米面积上流过多少电流，与整颗器件的**电流并不是一回事。

三条机理叠加在同一条曲线上
**条是俄歇复合。有源区里的载流子浓度随电流密度升高而升高，浓度高到一定程度，三个载流子相撞的概率显著上升，复合释放的能量不再变成光子，而是交给第三个载流子变成热，发光效率随之打折。第二条是载流子泄漏。有源区对电子的束缚能力有限，电流加大后部分电子越过势垒溢流到另一侧，没有参与发光复合，白白消耗电功率，这一条与有源区结构设计和材料缺陷密度关系密切。第三条是结温。电流加大，发热同步加大，结温被抬高，而灯珠的光效对温度是负相关的，结温每上一个台阶，光效就往下掉一截。三条机理叠在一起，曲线前半段靠电流密度低、温度低维持高光效，后半段被俄歇复合与温升同时拖住，于是出现先升后降的形状。

芯片面积决定同一电流下的密度
同样给六十毫安的驱动电流，装在小尺寸芯片上和大尺寸芯片上，电流密度能差出几倍。小芯片面积小，密度早就越过分垂拐点，光效偏低、发热集中；大芯片在同样电流下密度还很低，光效高、结温也低。这就解释了一个常见现象：两款灯珠标称电流相同，实际装在同一个灯具里，一款温升明显更高、亮度却不如另一款，原因往往在芯片尺寸与电流密度的匹配，而不在封装工艺。选型时应当反向推算，先按散热条件定出允许的电流密度上限，再据此挑芯片尺寸与驱动电流的组合，而不是先拿额定电流套上去。电流密度上限还与电极设计有关，电极图形不合理会造成电流拥挤，局部密度远高于平均值，那一片区域先热、先衰减，整颗器件的寿命就被这一小片拖住。

把电分量与热分量拆开看
连续直流条件下测到的光效，其实是电流效应与温升效应叠加的结果，两者混在一起，容易把散热不足误判成芯片本身下垂严重。拆开的办法是做脉冲测试：把脉宽压到很短、占空比压得很低，器件还没来得及热起来，测到的就是接近恒温的电流曲线。拿脉冲曲线与直流曲线逐点对比，差值就是热分量。若脉冲曲线在目标电流处仍然平坦，说明芯片本身还有余量，问题出在散热路径；若脉冲曲线在该电流处已经明显下弯，说明电流密度本身到了极限，加散热也救不回来。结温的标定可以用正向电压法，具体测法与系数标定可参考LED灯珠结温测试：正向电压法与K系数标定。

驱动电流要按拐点留余量
恒流驱动是主流做法，设定值应当落在光效曲线的拐点以下，并留出两成到三成的余量。余量的意义不只是效率，还在于温度。灯具装在密闭灯体里，环境温度四十度时结温可能比实验室高出一大截，实验室里刚好在拐点的电流，装到现场就进入下垂区，光效与寿命同时受损。高温场合应当按温度再降一档电流。调光方式也要一并考虑：模拟调光靠降低电流实现，低亮度段电流密度很低、色坐标容易偏移；脉宽调制保持电流恒定、只改通断比例，色偏小，但要注意驱动输出带来的频闪，用在有摄像需求的场合需要单独核验。多颗并联时还要防止电流集中，正向电压偏低的个体抢走大部分电流，局部密度超标，因此并联前应当先按正向电压分档，别把差异大的个体硬并在一起。

测量条件不统一，曲线就没有可比性
光通量与光效的数据必须在可比的条件下取得：环境温度、稳定时间、测量设备口径、驱动波形都要写清楚。刚点亮的几分钟内结温还在爬升，读数会虚高；积分球口径与被测灯具尺寸不匹配，会带来明显的吸收误差。这些细节在灯珠光通量测量：积分球口径与测试条件里已经拆开讲过。向供应商索要数据时，至少要有三个以上电流点的光效值、对应的结温条件与热阻参数，只有一个额定点的数据，看不出曲线形状，也就判断不了拐点在哪里。

来料核查的几条硬指标
把要求落到采购文件上，至少写四条：目标工作电流处的光效下限、电流密度上限对应的芯片尺寸、热阻上限、以及多电流点曲线的提供义务。来料端定期抽测两三个电流点的光效与正向电压，跟踪批次漂移，比只验单批合格更能提前发现工艺松动。固晶层的空洞会直接恶化散热路径，让同样电流下的结温更高、下垂更早出现，这一环的判读可参考LED灯珠固晶工艺中的空洞控制。正发科技在批次管理上的做法是把多电流点光效与热阻记录随批次归档，出现现场光衰投诉时可以快速回溯对比。更多器件参数与失效判读专题，可在灯珠百科栏目内检索。

Q：光效下垂和光衰是一回事吗？
不是。下垂是同温度下加大电流造成的效率损失，只要把电流退回去，光效基本能恢复；光衰是时间累积的不可逆退化，与封装材料、结温历史、电流历史都有关，退回去也回不来。两者常常同时出现，所以现场判断要分开测。

Q：把驱动电流降一半，光效会翻倍吗？
不会。光通量大致随电流近似线性下降，光效只是略有提升，越往低电流段收益越小，低到一定程度还会因为电流密度过低出现效率回落。降额的目的主要是控温与延长寿命，不是拿亮度换效率。

Q：同一批灯珠，为什么高温环境下亮度差很多？
三个原因叠加。一是温度猝灭，结温越高光效越低；二是热阻个体差异，同样的功率有的器件结温就是更高；三是实际电流密度偏高，散热差的个体温度更高、下垂更早。先测热阻与结温，再判断是选型问题还是散热设计问题。