暖白光LED光源色飄移機理分析

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-01-17

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本文采用EDS對變色的暖白光led燈珠的不同部位進行了元素分析，結(jié)果顯示支架內(nèi)部鍍銀層已經(jīng)與S元素發(fā)生反應，由此說明從環(huán)境中侵入的S元素與水汽結(jié)合后形成的酸性產(chǎn)物可能是加劇其中硅酸鹽熒光粉的關(guān)鍵因素。

　　關(guān)鍵詞：暖白光，白光LED，衰減，質(zhì)量，色飄移

　　1.引言

　　隨著環(huán)境保護要求的不斷提高， led質(zhì)量，LED球泡燈，照明產(chǎn)品也開始向節(jié)能高效的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品光效低，壽命短，不利于長期發(fā)展，這就為LED照明準備了市場。LED燈的光效可以達到白熾燈的8至10倍，節(jié)能燈的2倍，壽命也可以達到50000-100000小時，與傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品相比有很大的優(yōu)勢。隨著技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和產(chǎn)品的不斷推廣，LED照明產(chǎn)品的價格不斷降低，開始邁入普通照明市場。

　　不同的空間需要不同光色的照明，照明產(chǎn)品，選擇合適光色的光源也是燈具選擇的一個重要部分。暖白色的燈光色溫在3000K左右，光色偏黃色，可以營造溫馨的照明環(huán)境，因此受到家居照明和一部分工程照明領(lǐng)域得到了越來越多的應用。

　　暖白光LED可以通過以下幾種方法實現(xiàn)：（1）藍光LED+黃色熒光粉+氮化物系紅色熒光粉；（2）藍光LED+單一YAG橙黃粉；（3）藍光LED+黃色熒光粉+硅酸鹽橙色熒光粉；（4）藍光芯片+黃色熒光粉+紅光芯片。其中第一種方案，顯色指數(shù)高，穩(wěn)定性較高，但整體光效相對偏低，成本較高；第二種方案穩(wěn)定性高，成本低，但顯色指數(shù)較低。第三種方案成本較低，光效高，是現(xiàn)階段所有方案中光效最具優(yōu)勢的，但收硅酸鹽熒光粉本身化學穩(wěn)定性的影響，穩(wěn)定性相對較差，道路照明，顯色指數(shù)低。第四種方案光效高，產(chǎn)業(yè)資訊，顯色指數(shù)高，商業(yè)照明燈具，但成本高，且難以控制光色穩(wěn)定性。綜合各種技術(shù)方案的優(yōu)劣，目前方案1和方案3已經(jīng)逐漸成為主流，前者因其在光效和顯色指數(shù)方面的綜合優(yōu)勢主要應用在室內(nèi)主照明領(lǐng)域，而后者因其在光效方面的顯著優(yōu)勢，目前多應用于室內(nèi)輔助照明或室外照明。

　　作為暖白光LED的主流應用方案，在應用中仍存在許多問題有待不斷改進。其中最常見的一個問題是光源在長期工作中，光色逐漸發(fā)生漂移，色溫逐漸由暖白向正白變化。本文通過變色燈珠的系統(tǒng)分析，以期發(fā)現(xiàn)色漂移的內(nèi)在機制，并為提出解決方案提供參考。

　　2.實驗方法

　　本研究中從一批發(fā)生變色的軟燈條上隨機選取了數(shù)顆發(fā)生變色的5050燈珠，如圖1所示，下方一排的變色燈珠與上面一排未變色的燈珠相比已經(jīng)發(fā)生顯著變化，由原先的橙色變成了黃綠色。

圖1 變色燈珠與為變色燈珠對比

　　從未變色和變色光源中隨機取4顆光源，進行數(shù)據(jù)測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。對比兩組數(shù)據(jù)可以看出，變色后的燈珠色坐標x，y值發(fā)生明顯變化，x值變小，而y值升高，色溫也由原先2940K左右升至4300K，而光效的提升則是由于色溫升高所導致。

　　為了進一步分析燈珠發(fā)生變色的內(nèi)在機理，本文采用了能譜（EDS，型號為_______ ）對變色燈珠的膠體，電工照明，碗杯內(nèi)銀鍍層、支架焊腳等部位進行了元素分析，LED照明工程，通過這些部位的元素變化的分析探索燈珠發(fā)生變色的機理。

　　3.結(jié)果與討論

　　3.1 膠體部位

　　從圖2a-b中可以看出，膠體中主要包括Si、Y、Al、O等元素，由于硅膠體對X射線的阻礙，這些元素對應的應該是膠體中所含的YAG粉和硅酸鹽粉的構(gòu)成元素。

圖2（a） 膠體的SEM照片

圖2（b） 膠體的EDS分析圖譜

　　3.2 支架內(nèi)部鍍銀層

　　圖3b的圖譜顯示支架底部含有Y、Al、Ga、Si、Sr、Ba、Cl、S等離子，其中Y、Al、Ga、Si、Sr、Ba都是對應熒光粉的構(gòu)成元素，CCC認證，而Cl和S的出現(xiàn)可能是外部環(huán)境中的S和Cl元素通過硅膠滲透進入，并在支架表面沉積。

圖3（a）內(nèi)部鍍銀層的SEM照片

圖3（b） 鍍銀層的EDS分析圖譜

　　3.3 引腳

　　圖4a~b分別顯示了支架外部的引腳SEM照片和EDS圖譜，從圖譜中可以發(fā)現(xiàn)引腳處的分析包含了S、V、Pb、Sn等元素，推斷為錫膏的構(gòu)成元素。

圖4（a）引腳SEM照片

圖4（b） 引腳部位的EDS分析圖譜

　　筆者認為造成燈珠變色可能是由于其中的硅酸鹽橙粉發(fā)生衰減，導致橙紅光比例顯著下降，進而表現(xiàn)為由暖白光轉(zhuǎn)變?yōu)檎�白光。對于其變色機制，通過綜合上面的分析數(shù)據(jù)，筆者認為導致發(fā)生色偏的原因可能有以下幾個方面：

　　（1）由于有機硅材料存在一定的透水特性，使用過程中，在高溫作用下，辦公照明，水以水汽的狀態(tài)滲透進入硅膠，與其中硅酸鹽橙粉發(fā)生水解反應。

　　（2）焊接所用的錫膏中含有大量的S元素，生產(chǎn)過程中，S元素侵入膠體，與水汽相遇，在高溫狀態(tài)下， LED置換工程，發(fā)生反應，反應式為：S(2-) +H2O →HS(-) +OH(-)[注：OH(-)括號中的“-”代表負一價]，如果HS(-)一旦形成，則會顯著加劇對硅酸鹽熒光粉的作用；

　　（3）使用過程中，環(huán)境氣氛中含有Cl(-)離子，一旦侵入，形成HCl，商業(yè)照明燈具，也會起到與HS相類似的作用，即加劇腐蝕熒光粉。

　　4.預防措施

　　通過上面的分析可見，硅膠作為熒光粉的包覆載體，產(chǎn)業(yè)資訊，對LED燈珠的穩(wěn)定性其中至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合世界應用，從以下幾個方面提出了預防措施。