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硅胶与LED照明
阅读次数：次 发布人：林先生 添加时间：2013-7-29
能源和环境是21世纪人类面临的重大考验，所以绿色节能成为世界关注的焦点。以照明为例，其电力消耗约占总量的20%，大大降低照明用电是节省能源的重要途径。LED以其高效节能的特性，在照明领域获得了前所未有的机遇。
LED发光二极管，也叫作光发射二极管(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。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中载流子发生复合，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。与传统的真空白炽灯泡等相比，半导体LED光源具有无可比拟的优点。半导体LED的工作寿命极长，是传统照明器具的10倍以上，有效降低了成本；它功耗低、发光效率高、节省能源，是未来能源战略的合适候 选者；LED光源的体积小、重量轻、适应性强，为设计和应用提供了极大的灵活性；由于白光大功率LED光源是固体灯泡，无需封装在真空玻璃内，因而耐冲击和碰撞；LED光源还是一种无污染的无汞光源。
尤其是近年来随着LED芯片技术的提高、价格的降低以及相关驱动电路的成熟，使LED光源在照明领域的应用成为可能。在目前全球能源日益紧张的情况下，世界一些发达国家和地区都实施了促进LED产业发展的计划。美国，日本等国家及台湾地区对LED照明效益进行了预测，美国55%的 白炽灯、日光灯被LED取代，每年可节省350亿美元电费，每年可减少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。台湾地区25%的白炽灯及100%日光灯被LED 取代，每年可节省110亿度电。
举世瞩目的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以围绕绿色节能为主题，这给中国LED 照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。据国内知名研究公司驰昂咨询(Sinotes)近日发布的预测，在奥运、世博的强力带动下，中国LED 照明市场规模将从2007 年的48.5 亿元快速增长至2010 年的98.1 亿元。在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下，凭借LED 照明技术的亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保等显著优势，伴随LED 技术的飞速发展，使LED 成为普通照明光源的时日越来越近，必将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。
然而，取代传统白炽灯，高亮度白光LED尚存在散热不畅和出光率不高的问题, 因为散热直接影响到LED的可靠性,进而影响到其寿命及应用，而出光率低直接制约了LED的发展, 所以对LED散热和封装光学设计的研究就显得格外重要。出光率的提高关键在于灌封胶和荧光粉的选择与应用 。除了部分来自于LED芯片的热量，荧光粉在辐射发光后释放的能量也将进入到灌封胶中，对于目前的大功率白光LED，因为硅胶的良好热稳定 性以及光学特征，世界各大LED制造商业，例如日本的日亚化学。德国的OSRAM, 美国的CREE, 荷兰的飞利浦，美国的GE等都是采用双组分透明硅胶作为led灌封胶进行LED封装。但是硅胶虽然有良好的热稳定性，但是热导极低，因此大量的热量将积聚于硅胶材料中和导致材料老化，现在大 量报告的LED照明产品的失效就是与硅胶有关。到目前为止，由于对硅胶的老化机理不明以及它的分子结构与光学特征之间的关系不了解，由于材料的不确定性，从而导致当今世界各大LED照明公司在他们的产品说明中无法对LED寿命进行准确预测，也延迟了LED产品真正的普及化。最近，作者获悉，蔡登科博士(德国多特蒙德理工大学)，受国际著名光谱学杂志Journal of Molecular Structure邀请发表了一篇论作：Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials， 在文中他详细地分析了硅胶分子结构与光学吸收的关系，光谱从紫外到红外。并且，他详细描述了硅胶在可 见光范围内的吸收光谱，并对在此范围内的各吸收峰包括它的强度进行准确分析与总结。这些数据将对分析LED老化有着至关重要的作用，目前采用光谱学来分析有机物老化是非常普遍的测试方法，有了蔡博士总结的数据，科研人员可以从分子结构上准确地判断出什么原因导致硅胶失效，然后可以反馈硅胶材料公司对相应的硅胶分子进行进一步改进和提高它的可靠性。
另外，由于硅胶和LED芯片力学特征上有很大的不同，硅胶材料里的高温会导致它从LED芯片上的自剥离和最终影响到出光率。在对蔡博士的研究结果的了解中，我们发现蔡博士对这一问题也已进行了分析与总结，通过对硅胶聚合反应的分析，经过力学测试以及老化测试证实，他总结了一个可广泛应用于各种基底的粘连剂配方，并且这种材料可以通过简单的喷涂或者旋涂在各种基底上，非常适合于LED封装。这一科研结果也 已被国际著名杂志Microfluidic and Nanofluidic刊登。
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，其中封装材料硅胶等一直是影响LED质量与寿命的主要因素 。进入室内照明应用尚需较大技术改进。我们相信，有了蔡博士的研究结果，LED离真正的室内照明也不远了。
LED发光二极管，也叫作光发射二极管(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。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中载流子发生复合，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。与传统的真空白炽灯泡等相比，半导体LED光源具有无可比拟的优点。半导体LED的工作寿命极长，是传统照明器具的10倍以上，有效降低了成本；它功耗低、发光效率高、节省能源，是未来能源战略的合适候 选者；LED光源的体积小、重量轻、适应性强，为设计和应用提供了极大的灵活性；由于白光大功率LED光源是固体灯泡，无需封装在真空玻璃内，因而耐冲击和碰撞；LED光源还是一种无污染的无汞光源。
尤其是近年来随着LED芯片技术的提高、价格的降低以及相关驱动电路的成熟，使LED光源在照明领域的应用成为可能。在目前全球能源日益紧张的情况下，世界一些发达国家和地区都实施了促进LED产业发展的计划。美国，日本等国家及台湾地区对LED照明效益进行了预测，美国55%的 白炽灯、日光灯被LED取代，每年可节省350亿美元电费，每年可减少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。台湾地区25%的白炽灯及100%日光灯被LED 取代，每年可节省110亿度电。
举世瞩目的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以围绕绿色节能为主题，这给中国LED 照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。据国内知名研究公司驰昂咨询(Sinotes)近日发布的预测，在奥运、世博的强力带动下，中国LED 照明市场规模将从2007 年的48.5 亿元快速增长至2010 年的98.1 亿元。在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下，凭借LED 照明技术的亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保等显著优势，伴随LED 技术的飞速发展，使LED 成为普通照明光源的时日越来越近，必将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。
然而，取代传统白炽灯，高亮度白光LED尚存在散热不畅和出光率不高的问题, 因为散热直接影响到LED的可靠性,进而影响到其寿命及应用，而出光率低直接制约了LED的发展, 所以对LED散热和封装光学设计的研究就显得格外重要。出光率的提高关键在于灌封胶和荧光粉的选择与应用 。除了部分来自于LED芯片的热量，荧光粉在辐射发光后释放的能量也将进入到灌封胶中，对于目前的大功率白光LED，因为硅胶的良好热稳定 性以及光学特征，世界各大LED制造商业，例如日本的日亚化学。德国的OSRAM, 美国的CREE, 荷兰的飞利浦，美国的GE等都是采用双组分透明硅胶作为led灌封胶进行LED封装。但是硅胶虽然有良好的热稳定性，但是热导极低，因此大量的热量将积聚于硅胶材料中和导致材料老化，现在大 量报告的LED照明产品的失效就是与硅胶有关。到目前为止，由于对硅胶的老化机理不明以及它的分子结构与光学特征之间的关系不了解，由于材料的不确定性，从而导致当今世界各大LED照明公司在他们的产品说明中无法对LED寿命进行准确预测，也延迟了LED产品真正的普及化。最近，作者获悉，蔡登科博士(德国多特蒙德理工大学)，受国际著名光谱学杂志Journal of Molecular Structure邀请发表了一篇论作：Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials， 在文中他详细地分析了硅胶分子结构与光学吸收的关系，光谱从紫外到红外。并且，他详细描述了硅胶在可 见光范围内的吸收光谱，并对在此范围内的各吸收峰包括它的强度进行准确分析与总结。这些数据将对分析LED老化有着至关重要的作用，目前采用光谱学来分析有机物老化是非常普遍的测试方法，有了蔡博士总结的数据，科研人员可以从分子结构上准确地判断出什么原因导致硅胶失效，然后可以反馈硅胶材料公司对相应的硅胶分子进行进一步改进和提高它的可靠性。
另外，由于硅胶和LED芯片力学特征上有很大的不同，硅胶材料里的高温会导致它从LED芯片上的自剥离和最终影响到出光率。在对蔡博士的研究结果的了解中，我们发现蔡博士对这一问题也已进行了分析与总结，通过对硅胶聚合反应的分析，经过力学测试以及老化测试证实，他总结了一个可广泛应用于各种基底的粘连剂配方，并且这种材料可以通过简单的喷涂或者旋涂在各种基底上，非常适合于LED封装。这一科研结果也 已被国际著名杂志Microfluidic and Nanofluidic刊登。
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，其中封装材料硅胶等一直是影响LED质量与寿命的主要因素 。进入室内照明应用尚需较大技术改进。我们相信，有了蔡博士的研究结果，LED离真正的室内照明也不远了。
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