帶你認(rèn)識LED上的高分子材料

據(jù)稱：1W LED=3W CFL（節(jié)能燈）=15W白熾燈

3W LED=8W CFL（節(jié)能燈）=25W白熾燈

4W LED=11W CFL（節(jié)能燈）=40W白熾燈

　　某研究報告指出，美國如果55%的白熾燈和日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費和減少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。

　　LED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，被稱為第四代照明光源或綠色光源。與傳統(tǒng)的白熾燈等相比，LED光源具有節(jié)能、亮度高、壽命長、省電、體積小、無污染、耐沖擊等無可比擬的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。

　　一、LED發(fā)光原理

　　LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。

　　二、LED分類

　　（1）按發(fā)光管發(fā)光顏色分

　　按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。

　　根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。

　　（2）按發(fā)光管出光面特征分

　　按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。

　　四、認(rèn)識LED上的高分子

　　（1）燈罩——光擴散PC

　　PC具有較好的透光率及力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于各種LED燈罩中。其生產(chǎn)工藝上通過向PC中加入光擴散劑熔融共混后擠出造粒，再注塑成型。這種光擴散PC對外觀顏色黑點及透光率有較高要求，因此，加工生產(chǎn)中設(shè)備的清潔至關(guān)重要；透光率可通過控制光擴散劑的用量來調(diào)整。根據(jù)透光率的不同，分為以下幾種：透明罩、透明條紋罩、擴散條紋罩、乳白擴散罩。

　　（2）燈杯——導(dǎo)熱塑料（PA、PBT、PC、PPS）、塑包鋁

　　比起傳統(tǒng)的金屬材料，導(dǎo)熱塑料及塑包鋁燈杯具有質(zhì)量輕、更安全、設(shè)計自由度高、成型加工方便、可選基礎(chǔ)樹脂多等優(yōu)點，近年來在LED行業(yè)備受青睞。

　　由于LED芯片正常工作的時候，只能將30%的電能轉(zhuǎn)換成光，其余的70%都會轉(zhuǎn)換成熱量積累在LED內(nèi)部，因此，燈杯肩負(fù)著傳導(dǎo)LED內(nèi)部熱量的重任。而一般塑料的熱導(dǎo)率只有0.2W/( m·K) 左右，因此，LED燈杯上使用的都是導(dǎo)熱塑料。

　　為了提高塑料的導(dǎo)熱性能，改性塑料廠家通過在塑料中填充大量導(dǎo)熱粉體來制備導(dǎo)熱塑料。根據(jù)導(dǎo)熱粉體絕緣性的不同，可分為絕緣導(dǎo)熱和非絕緣導(dǎo)熱。常見的絕緣導(dǎo)熱粉體有金屬氧化物、氮化物等，金屬氧化物硬度高，在擠出過程中容易磨損螺紋元件而變色，加工成本高，制品顏色發(fā)灰，比重大；氮化物與高分子樹脂相容性差，加工過程中熔體粘度急速增大，無法正常擠出。金戈公司推出的FTC系列工程塑料用絕緣導(dǎo)熱粉體，白度高，硬度低，經(jīng)特殊表面處理，與高分子樹脂具有良好的相容性，應(yīng)用于工程塑料PA、PBT、PC、PPS中，對制品力學(xué)性能影響小，加工性能優(yōu)異，47%-65%填充可制備0.6-1.2W/m*K導(dǎo)熱PA、PBT、PPS等。

　　（3）封裝材料——環(huán)氧、導(dǎo)熱有機硅膠/脂

　　LED的封裝是保護芯片在正常的電流下工作，使其不受到機械、熱、潮濕及其他外部的沖擊，還要維持正常工作狀態(tài)下芯片的溫度不超過允許范圍。封裝材料包括燈珠封裝膠、燈罩密封粘結(jié)膠、線路板導(dǎo)熱硅脂和電源導(dǎo)熱灌封膠。

　　A、 燈珠封裝膠

　　90%的LED采用雙酚A型環(huán)氧樹脂封裝，該材料具有透光率高、折射率大、耐腐蝕、電性能優(yōu)異、固化時不產(chǎn)生小分子物質(zhì)、收縮率低、貯存穩(wěn)定性好、操作簡便等優(yōu)點；但它固化后交聯(lián)密度高、內(nèi)應(yīng)力大、耐沖擊性差，在短波輻射和熱作用下會嚴(yán)重退化，不可避免地發(fā)生變黃現(xiàn)象，使用溫度一般不超過150 ℃，難以滿足新型LED的封裝要求，應(yīng)用受到一定限制。

　　目前大功率用LED封裝材料的研究主要集中在有機硅材料，包括有機硅改性環(huán)氧和純有機硅材料。

　　B、 燈罩密封粘結(jié)膠

　　燈罩與燈杯粘接常用的是單組份縮合型硅膠，這類硅膠通過濕氣固化，快速表干，具有優(yōu)異的粘接性，防止燈罩在使用及運輸過程中脫落。擠出性能好，并具有良好的密封性能，防止外界濕氣、熱量進入燈內(nèi)部。

　　C、 線路板導(dǎo)熱硅脂

　　線路板導(dǎo)熱硅脂將線路板固定在燈杯鋁制嵌件上，同時將線路板上燈珠產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至鋁制嵌件上，達到散熱目的。由于線路板有較多焊接點，因此要求導(dǎo)熱硅脂非常細(xì)膩，并具有良好的涂覆性，以免刮花線路板。金戈GD系列導(dǎo)熱硅脂用導(dǎo)熱劑具有合理的粒徑分布，經(jīng)特殊表面改性，吸油值低，可在基材中實現(xiàn)高填充從而實現(xiàn)高導(dǎo)熱。制備的硅脂細(xì)膩，白度高，涂覆性好，導(dǎo)熱性能優(yōu)異。

　　D、 電源導(dǎo)熱灌封膠

　　此類灌封膠是一種雙組份加成型導(dǎo)熱有機硅膠，填充在燈杯中起到固定電源的作用。由于LED燈工作時電源會產(chǎn)生大量熱量，因此需要灌封膠具有良好的導(dǎo)熱性能，及時將電源產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到燈杯上，起到散熱的作用，保證電源長時間正常工作。

　　雙組份加成型導(dǎo)熱有機硅灌封膠具有耐高溫、導(dǎo)熱、阻燃、密封等性能，其導(dǎo)熱性能取決于導(dǎo)熱填料的種類及填充比例。金戈GD-S281G、GD-S203A、GD-S102T、GD-S071A、GD-S100A等加成型導(dǎo)熱有機硅膠用導(dǎo)熱劑，通過優(yōu)選導(dǎo)熱性能優(yōu)異的材料，經(jīng)合理的粒徑搭配和特殊表面改性而得，可用于制備0.6-2.0 W/m*K導(dǎo)熱灌封膠，制品導(dǎo)熱系數(shù)高，粘度低，流淌性能優(yōu)異。其中GD-S100A在體系中填充75%可達到阻燃UL94 V-0（2mm）。

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