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浅谈LED灯具寿命的影响因素

未知 2019-03-14 18:18

  影响LED照明灯具寿命的因素很多,除了最常见的散热不良之外, 根据应用上的经验造成LED死灯或光衰,变色的原因还有因制造过程中化学物质的污染而造成:

  对于下游的应用端, 除了适当的散热解决之外, 另外在灯具组装的制程中, 或制作工艺的化学添加物皆须避免所谓化学物质不兼容, LED 照明灯具中不兼容的挥发性有机化合物, 可以很快损害任何制造商的LED。 这种化学物质不兼容往往是一个局部现象, 发生在升高的温度下, 且在具有很少或没有空气流动的密封灯具中。

  经过LED封装厂的测试发现一些已知很容易影响LED正常功能的化学品, 用户端最好是建立一个完善的化学不兼容的测试评估体系。 有了适当的预防措施, 设计和测试, 影响可以被最小化或直至杜绝。 化学不兼容性的不良影响最为明显的是蓝光、深蓝光和白光LED, 很少有观察到红光或绿光LED。

  设计者应该充分考虑最大限度地减少化学物质之间的影响(主要是LED 的一次光学透镜Molding 胶与在电子组装和灯具中用到的各种化学品), 因这些物品搭配在一起可能会损害LED 的光输出效率, 甚至会使LED 发生永久性失效现象(如死灯、变色、暗光等等)。 因为化学不兼容性和过高的LED 封装温度致使LED 失效的结果是一样的:即光通量衰减、色温漂移。

  LED可以与哪些化学品, 一起使用, 哪些类型的灌封胶? 能不能灌胶? 灌胶对LED有什么影响?

  在化学品影响LED的案例:

  ⑴对不良样品LED透镜进行EDS分析结果如下图:

  

  ⑵对不良样品LED Silicone 进行EDS因素分析结果有Na和Cl等异常元素出现如下表:

  

  核查这个电路板,结果发现存在潜在的化学污染物,即有一个粘接透镜的涂层出现在LED 元件附近(如上述透镜), LED 与这个粘接涂层发生了不利于LED 的化学作用。 这种化学物质与LED封装本体不兼容, 以致LED 出现了永久性失效现象。 因此了解和防止这些LED 与灯具中用到的化学品的不兼容性是极其重要的。

  有机硅胶(Silicone, 硅)是各种大功率LED 上使用的有机硅材料,如Cree XPE 的LED。 经均匀混合后注入模具中,在一定的温度条件下固化一段时间就成型了。 在固化过程中,硅氧烷不会形成任何固定的形状或结构, 相反, 它们固化成不同长度和形状各异的随机形状。这样就产生了轻微凝胶状和具有弹性的有机硅。 也就是说,这些有机硅材料充满小孔, 因此有机硅具有透气性和透湿性。 灯泡,或其它固态照明灯具产品中经常使用的灌封化合物材料, 如灌封胶、皮圈、垫片,在组装或加工过程中, 在升高的温度影响下, 这些挥发性有机化物材料就会挥发出气体。

  挥发性气体的渗透和可靠性变化过程:

  在密闭的环境中(如下面的二次光学或夹具盖), 任何类型的挥发性有机化合物将环绕并扩散到具有多孔质的机硅封装的LED 中。 在硅胶内部的挥发性有机化合物会占据相互交织的硅氧烷链内的空隙中。 伴随着热和LED 发射的高能光子, 挥发性化合物会变色并阻挡LED 发射的光。 这种变色通常发生在LED 芯片正上方的表面, 因为这是温度和磁通密度最高的位置。

  下图表示的是挥发性有机化合物在硅占据的空隙中, 随着热和光子能量的作用, 结果挥发性有机化合物发生变色现象:

  

  有机硅链

  可靠性失效现象的一般规律:

  (1)伴随着发光颜色的变化和光通量的衰减, 甚至死灯;

  (2)根据不同挥发性有机化合物的性质(例如, 分子的大小或其对热的敏感性), 这种可靠性失效现象会发生在几个小时内或几个星期不等。

  (3)发生这种可靠性失效现象的LED产品一般都是蓝光LED或采用蓝光芯片与荧光粉封装的白光LED。

  (4)红光、琥珀光或绿光LED很少或几乎不会发生, 因为这些颜色的光是低能量的波长, 因此需要更长的时间才会有反应。

  灌封胶对LED的不良影响:

  如上面的图示所述, LED芯片上方封装胶的变色是由于一个挥发性有机化合物释放出颜色暗淡的气体, 并从外部扩散到有机硅氧烷封装的LED器件内部。

  在大多数情况下,这些渗透到有机硅封装胶分子的空隙中的挥发物, 不会损坏聚硅氧烷本身的功能。 在此种情况下, 如果去除上述已变色的LED 上面的的光和密封盖, 并且继续进行老化, 这样扩散到LED 内部的气体将又挥发出来, 并有可能恢复原来状态, 这就是为什么很多不是在密封的环境下试验的LED 很少或几乎不会发生类似变色现象。

  然而, 作为灯具设计者要特别注意的是, 有相当一部分挥发性有机化合物(不光是挥发出有颜色的,大多是挥发出无色的气体), 可以破坏封装胶, 使其膨胀和开裂, 使LED 不能承受的, 由于封装胶的膨胀和开裂会扯断封装内部金线, 从而造成闪烁、 死灯等不良现象。

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