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硅膠與LED照明
閱讀次數(shù)：次 發(fā)布人：林先生 添加時(shí)間：2013-7-29
能源和環(huán)境是21世紀(jì)人類面臨的重大考驗(yàn)，所以綠色節(jié)能成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。以照明為例，其電力消耗約占總量的20%，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。LED以其高效節(jié)能的特性，在照明領(lǐng)域獲得了前所未有的機(jī)遇。
LED發(fā)光二極管，也叫作光發(fā)射二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED)是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中載流子發(fā)生復(fù)合，放出過(guò)剩能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。與傳統(tǒng)的真空白熾燈泡等相比，半導(dǎo)體LED光源具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體LED的工作壽命極長(zhǎng)，是傳統(tǒng)照明器具的10倍以上，有效降低了成本；它功耗低、發(fā)光效率高、節(jié)省能源，是未來(lái)能源戰(zhàn)略的合適候 選者；LED光源的體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了極大的靈活性；由于白光大功率LED光源是固體燈泡，無(wú)需封裝在真空玻璃內(nèi)，因而耐沖擊和碰撞；LED光源還是一種無(wú)污染的無(wú)汞光源。
尤其是近年來(lái)隨著LED芯片技術(shù)的提高、價(jià)格的降低以及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的成熟，使LED光源在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。在目前全球能源日益緊張的情況下，世界一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都實(shí)施了促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的計(jì)劃。美國(guó)，日本等國(guó)家及臺(tái)灣地區(qū)對(duì)LED照明效益進(jìn)行了預(yù)測(cè)，美國(guó)55%的 白熾燈、日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費(fèi)，每年可減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%的白熾燈換成LED，可減少1-2座核電站發(fā)電量，每年可節(jié)省10 億公升以上原油消耗。臺(tái)灣地區(qū)25%的白熾燈及100%日光燈被LED 取代，每年可節(jié)省110億度電。
舉世矚目的2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)都不約而同地以圍繞綠色節(jié)能為主題，這給中國(guó)LED 照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的歷史機(jī)遇。據(jù)國(guó)內(nèi)知名研究公司馳昂咨詢(Sinotes)近日發(fā)布的預(yù)測(cè)，在奧運(yùn)、世博的強(qiáng)力帶動(dòng)下，中國(guó)LED 照明市場(chǎng)規(guī)模將從2007 年的48.5 億元快速增長(zhǎng)至2010 年的98.1 億元。在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，憑借LED 照明技術(shù)的亮度高、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，伴隨LED 技術(shù)的飛速發(fā)展，使LED 成為普通照明光源的時(shí)日越來(lái)越近，必將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。
然而，取代傳統(tǒng)白熾燈，高亮度白光LED尚存在散熱不暢和出光率不高的問(wèn)題, 因?yàn)樯嶂苯佑绊懙絃ED的可靠性,進(jìn)而影響到其壽命及應(yīng)用，而出光率低直接制約了LED的發(fā)展, 所以對(duì)LED散熱和封裝光學(xué)設(shè)計(jì)的研究就顯得格外重要。出光率的提高關(guān)鍵在于灌封膠和熒光粉的選擇與應(yīng)用 。除了部分來(lái)自于LED芯片的熱量，熒光粉在輻射發(fā)光后釋放的能量也將進(jìn)入到灌封膠中，對(duì)于目前的大功率白光LED，因?yàn)楣枘z的良好熱穩(wěn)定 性以及光學(xué)特征，世界各大LED制造商業(yè)，例如日本的日亞化學(xué)。德國(guó)的OSRAM, 美國(guó)的CREE, 荷蘭的飛利浦，美國(guó)的GE等都是采用雙組分透明硅膠作為led灌封膠進(jìn)行LED封裝。但是硅膠雖然有良好的熱穩(wěn)定性，但是熱導(dǎo)極低，因此大量的熱量將積聚于硅膠材料中和導(dǎo)致材料老化，現(xiàn)在大 量報(bào)告的LED照明產(chǎn)品的失效就是與硅膠有關(guān)。到目前為止，由于對(duì)硅膠的老化機(jī)理不明以及它的分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)特征之間的關(guān)系不了解，由于材料的不確定性，從而導(dǎo)致當(dāng)今世界各大LED照明公司在他們的產(chǎn)品說(shuō)明中無(wú)法對(duì)LED壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，也延遲了LED產(chǎn)品真正的普及化。最近，作者獲悉，蔡登科博士(德國(guó)多特蒙德理工大學(xué))，受國(guó)際著名光譜學(xué)雜志Journal of Molecular Structure邀請(qǐng)發(fā)表了一篇論作：Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials， 在文中他詳細(xì)地分析了硅膠分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)吸收的關(guān)系，光譜從紫外到紅外。并且，他詳細(xì)描述了硅膠在可 見(jiàn)光范圍內(nèi)的吸收光譜，并對(duì)在此范圍內(nèi)的各吸收峰包括它的強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確分析與總結(jié)。這些數(shù)據(jù)將對(duì)分析LED老化有著至關(guān)重要的作用，目前采用光譜學(xué)來(lái)分析有機(jī)物老化是非常普遍的測(cè)試方法，有了蔡博士總結(jié)的數(shù)據(jù)，科研人員可以從分子結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)確地判斷出什么原因?qū)е鹿枘z失效，然后可以反饋硅膠材料公司對(duì)相應(yīng)的硅膠分子進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和提高它的可靠性。
另外，由于硅膠和LED芯片力學(xué)特征上有很大的不同，硅膠材料里的高溫會(huì)導(dǎo)致它從LED芯片上的自剝離和最終影響到出光率。在對(duì)蔡博士的研究結(jié)果的了解中，我們發(fā)現(xiàn)蔡博士對(duì)這一問(wèn)題也已進(jìn)行了分析與總結(jié)，通過(guò)對(duì)硅膠聚合反應(yīng)的分析，經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試以及老化測(cè)試證實(shí)，他總結(jié)了一個(gè)可廣泛應(yīng)用于各種基底的粘連劑配方，并且這種材料可以通過(guò)簡(jiǎn)單的噴涂或者旋涂在各種基底上，非常適合于LED封裝。這一科研結(jié)果也 已被國(guó)際著名雜志Microfluidic and Nanofluidic刊登。
LED封裝涉及到光、熱、電，高分子材料等領(lǐng)域的知識(shí)，是一個(gè)綜合復(fù)雜的課題，其中封裝材料硅膠等一直是影響LED質(zhì)量與壽命的主要因素 。進(jìn)入室內(nèi)照明應(yīng)用尚需較大技術(shù)改進(jìn)。我們相信，有了蔡博士的研究結(jié)果，LED離真正的室內(nèi)照明也不遠(yuǎn)了。
LED發(fā)光二極管，也叫作光發(fā)射二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED)是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中載流子發(fā)生復(fù)合，放出過(guò)剩能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。與傳統(tǒng)的真空白熾燈泡等相比，半導(dǎo)體LED光源具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體LED的工作壽命極長(zhǎng)，是傳統(tǒng)照明器具的10倍以上，有效降低了成本；它功耗低、發(fā)光效率高、節(jié)省能源，是未來(lái)能源戰(zhàn)略的合適候 選者；LED光源的體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了極大的靈活性；由于白光大功率LED光源是固體燈泡，無(wú)需封裝在真空玻璃內(nèi)，因而耐沖擊和碰撞；LED光源還是一種無(wú)污染的無(wú)汞光源。
尤其是近年來(lái)隨著LED芯片技術(shù)的提高、價(jià)格的降低以及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的成熟，使LED光源在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。在目前全球能源日益緊張的情況下，世界一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都實(shí)施了促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的計(jì)劃。美國(guó)，日本等國(guó)家及臺(tái)灣地區(qū)對(duì)LED照明效益進(jìn)行了預(yù)測(cè)，美國(guó)55%的 白熾燈、日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費(fèi)，每年可減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%的白熾燈換成LED，可減少1-2座核電站發(fā)電量，每年可節(jié)省10 億公升以上原油消耗。臺(tái)灣地區(qū)25%的白熾燈及100%日光燈被LED 取代，每年可節(jié)省110億度電。
舉世矚目的2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)都不約而同地以圍繞綠色節(jié)能為主題，這給中國(guó)LED 照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的歷史機(jī)遇。據(jù)國(guó)內(nèi)知名研究公司馳昂咨詢(Sinotes)近日發(fā)布的預(yù)測(cè)，在奧運(yùn)、世博的強(qiáng)力帶動(dòng)下，中國(guó)LED 照明市場(chǎng)規(guī)模將從2007 年的48.5 億元快速增長(zhǎng)至2010 年的98.1 億元。在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，憑借LED 照明技術(shù)的亮度高、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，伴隨LED 技術(shù)的飛速發(fā)展，使LED 成為普通照明光源的時(shí)日越來(lái)越近，必將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。
然而，取代傳統(tǒng)白熾燈，高亮度白光LED尚存在散熱不暢和出光率不高的問(wèn)題, 因?yàn)樯嶂苯佑绊懙絃ED的可靠性,進(jìn)而影響到其壽命及應(yīng)用，而出光率低直接制約了LED的發(fā)展, 所以對(duì)LED散熱和封裝光學(xué)設(shè)計(jì)的研究就顯得格外重要。出光率的提高關(guān)鍵在于灌封膠和熒光粉的選擇與應(yīng)用 。除了部分來(lái)自于LED芯片的熱量，熒光粉在輻射發(fā)光后釋放的能量也將進(jìn)入到灌封膠中，對(duì)于目前的大功率白光LED，因?yàn)楣枘z的良好熱穩(wěn)定 性以及光學(xué)特征，世界各大LED制造商業(yè)，例如日本的日亞化學(xué)。德國(guó)的OSRAM, 美國(guó)的CREE, 荷蘭的飛利浦，美國(guó)的GE等都是采用雙組分透明硅膠作為led灌封膠進(jìn)行LED封裝。但是硅膠雖然有良好的熱穩(wěn)定性，但是熱導(dǎo)極低，因此大量的熱量將積聚于硅膠材料中和導(dǎo)致材料老化，現(xiàn)在大 量報(bào)告的LED照明產(chǎn)品的失效就是與硅膠有關(guān)。到目前為止，由于對(duì)硅膠的老化機(jī)理不明以及它的分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)特征之間的關(guān)系不了解，由于材料的不確定性，從而導(dǎo)致當(dāng)今世界各大LED照明公司在他們的產(chǎn)品說(shuō)明中無(wú)法對(duì)LED壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，也延遲了LED產(chǎn)品真正的普及化。最近，作者獲悉，蔡登科博士(德國(guó)多特蒙德理工大學(xué))，受國(guó)際著名光譜學(xué)雜志Journal of Molecular Structure邀請(qǐng)發(fā)表了一篇論作：Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials， 在文中他詳細(xì)地分析了硅膠分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)吸收的關(guān)系，光譜從紫外到紅外。并且，他詳細(xì)描述了硅膠在可 見(jiàn)光范圍內(nèi)的吸收光譜，并對(duì)在此范圍內(nèi)的各吸收峰包括它的強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確分析與總結(jié)。這些數(shù)據(jù)將對(duì)分析LED老化有著至關(guān)重要的作用，目前采用光譜學(xué)來(lái)分析有機(jī)物老化是非常普遍的測(cè)試方法，有了蔡博士總結(jié)的數(shù)據(jù)，科研人員可以從分子結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)確地判斷出什么原因?qū)е鹿枘z失效，然后可以反饋硅膠材料公司對(duì)相應(yīng)的硅膠分子進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和提高它的可靠性。
另外，由于硅膠和LED芯片力學(xué)特征上有很大的不同，硅膠材料里的高溫會(huì)導(dǎo)致它從LED芯片上的自剝離和最終影響到出光率。在對(duì)蔡博士的研究結(jié)果的了解中，我們發(fā)現(xiàn)蔡博士對(duì)這一問(wèn)題也已進(jìn)行了分析與總結(jié)，通過(guò)對(duì)硅膠聚合反應(yīng)的分析，經(jīng)過(guò)力學(xué)測(cè)試以及老化測(cè)試證實(shí)，他總結(jié)了一個(gè)可廣泛應(yīng)用于各種基底的粘連劑配方，并且這種材料可以通過(guò)簡(jiǎn)單的噴涂或者旋涂在各種基底上，非常適合于LED封裝。這一科研結(jié)果也 已被國(guó)際著名雜志Microfluidic and Nanofluidic刊登。
LED封裝涉及到光、熱、電，高分子材料等領(lǐng)域的知識(shí)，是一個(gè)綜合復(fù)雜的課題，其中封裝材料硅膠等一直是影響LED質(zhì)量與壽命的主要因素 。進(jìn)入室內(nèi)照明應(yīng)用尚需較大技術(shù)改進(jìn)。我們相信，有了蔡博士的研究結(jié)果，LED離真正的室內(nèi)照明也不遠(yuǎn)了。
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