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LED,真正意义上的节能?硅橡胶是关键

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2012-04-25 14:34:00

  湖北新闻网5月19日电 在全球能源紧缺、环境堪忧的21世纪,LED以其高效节能环保的特性,在照明领域获得了前所未有的机遇。LED发光二极管(Light Emitting Diode,简写为LED)是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件,属于固态光源。与传统的白炽灯等相比,LED光源具有亮度高、寿命长、省电、无污染、灵活、耐冲击等无可比拟的优点。研究报告称,美国如果55%的白炽灯和日光灯被LED取代,每年可节省350亿美元电费和减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%的白炽灯换成LED,可减少1~2座核电站发电量,每年可节省10亿公升以上原油消耗。LED灯凭着显著优势,必将引发人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。

  近年来,伴随LED芯片技术的飞速发展以及相关驱动电路的成熟,大功率白光LED不仅逐渐成为建筑照明的宠儿,也越来越向家用照明迈进。然而,LED封装技术中存在的某些问题制约了LED在照明领域的进一步发展,它的亮度高、寿命长、省电等节能优点无法真正体现。封装的基本任务是,在保护LED芯片不受外界环境干扰的前提下,将外引线连接到LED芯片的电极上,并且提高发光率。现今封装技术的首要难点是封装材料散热不好和发光率差等。封装材料的温度来自LED芯片工作产生的热量累加荧光粉辐射发光后所释放的热量,而提高发光率的关键正是在于封装材料和荧光粉的选择与应用。由于硅橡胶具有良好的热稳定性和光学特征,当今国际各大LED制造商主要选用双组分透明硅橡胶作为封装材料。但是,硅橡胶热稳定性虽好,导热性却差,LED工作一段时间后,大部分热量积聚在硅橡胶材料中难以散发,导致材料快速老化。目前为止,很多关于LED照明产品失效的报告都与硅橡胶材料老化有关。正是由于对硅橡胶的老化机理,分子结构与光学特征之间的关系了解得不够透彻,国际各大LED照明公司还无法在他们的产品说明中对LED的寿命进行准确预测,延迟了LED产品的真正普及使用。

  最近,电子材料专家蔡登科博士(德国多特蒙德理工大学)在国际著名光谱学杂志《分子结构》(Journal of Molecular Structure)中发表了一篇详细介绍和分析硅橡胶理化特性的论文《拉曼、中红外、近红外与紫外可见光谱中硅橡胶聚合光波导材料的表征》“Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials”。蔡博士发现碳氢键(C-H)的分子振动是造成硅橡胶在某些可见光波段内吸收热量的主要原因。他重点阐述了从紫外到红外光谱中硅橡胶分子结构与光学吸收之间的关系,详细定义了可见光范围内硅橡胶的吸收光谱,并准确地分析与总结了可见光范围内的各吸收峰的吸收强度。因为目前有机物老化分析普遍采用光谱学分析方法,所以研究人员可以依据蔡博士总结的光谱数据,从分子结构上准确地判断出导致硅橡胶失效的原因,并反馈给硅橡胶材料公司或LED研究机构,对相应的硅橡胶分子进行改进以提高材料的可靠性和在LED产品中的应用性。文中总结数据和分析结果将对LED产品中硅橡胶老化问题的解决起着至关重要的作用和突破性的贡献。

  硅橡胶用作LED封装材料的另一问题是,由于硅橡胶与LED芯片在力学特征上存在显著不同,内部高温会导致它从LED芯片上自行剥离并最终影响到发光率。蔡博士在国际著名微流体杂志《 微流体和纳流体》( Microfluidic and Nanofluidic)上刊登的论文《针对硅橡胶组成的各种基底的微流体装置的成本控制及可靠的粘连方法》“Cost-effective and reliable sealing method for PDMS (PolyDiMethylSiloxane) based microfluidic devices with various substrates”就这一问题提出了解决方案。他通过对硅橡胶聚合反应的研究,分析出加入何种分子会对硅橡胶聚合反应有显著性的影响。同时,通过力学测试和电子行业标准老化测试的证实,蔡博士总结并开发出一种以硅氧烷基材料为主,可广泛应用于各种基底的可耐高温、酸、碱等恶劣条件的粘连剂配方。这种粘连剂只需通过简单的喷涂或者旋涂即可粘连在各种基底上,10~20纳米的厚度就能保证硅橡胶与芯片基底形成非常牢固的化学粘连。由于粘连剂本身也是硅氧烷材料,不会影响到硅橡胶的光学特征,因此非常适合于LED封装。

  在LED上中下游产业链中,封装是连接产业与市场的重要纽带。LED封装涉及到光、热、电、高分子材料等领域的知识,是一个综合复杂的课题,也是LED照明普及应用急待解决的问题。用于封装的硅橡胶材料等一直是影响LED质量与寿命的主要因素,只有通过对它深入的了解与分析,才能更好地解决LED封装的难题。我们相信,在材料科学家和LED研究人员的不懈努力下,LED照明将大放光彩,在真正意义上为人类节能减排做出贡献。


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