帶你認識LED上的高分子材料

據稱：1W LED=3W CFL（節能燈）=15W白熾燈

3W LED=8W CFL（節能燈）=25W白熾燈

4W LED=11W CFL（節能燈）=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座核電站發電量，每年可節省10億公升以上原油消耗。

　　LED是一種可將電能轉變為光能的半導體發光器件，屬于固態光源，被稱為第四代照明光源或綠色光源。與傳統的白熾燈等相比，LED光源具有節能、亮度高、壽命長、省電、體積小、無污染、耐沖擊等無可比擬的優點，廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。

　　一、LED發光原理

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

　　二、LED分類

　　（1）按發光管發光顏色分

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

　　根據發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）按發光管出光面特征分

　　按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。

　　四、認識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性能，廣泛應用于各種LED燈罩中。其生產工藝上通過向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，加工生產中設備的清潔至關重要；透光率可通過控制光擴散劑的用量來調整。根據透光率的不同，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——導熱塑料（PA、PBT、PC、PPS）、塑包鋁

　　比起傳統的金屬材料，導熱塑料及塑包鋁燈杯具有質量輕、更安全、設計自由度高、成型加工方便、可選基礎樹脂多等優點，近年來在LED行業備受青睞。

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

　　為了提高塑料的導熱性能，改性塑料廠家通過在塑料中填充大量導熱粉體來制備導熱塑料。根據導熱粉體絕緣性的不同，可分為絕緣導熱和非絕緣導熱。常見的絕緣導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熱粉體，白度高，硬度低，經特殊表面處理，與高分子樹脂具有良好的相容性，應用于工程塑料PA、PBT、PC、PPS中，對制品力學性能影響小，加工性能優異，47%-65%填充可制備0.6-1.2W/m*K導熱PA、PBT、PPS等。

　　（3）封裝材料——環氧、導熱有機硅膠/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、燈罩密封粘結膠、線路板導熱硅脂和電源導熱灌封膠。

　　A、 燈珠封裝膠

　　90%的LED采用雙酚A型環氧樹脂封裝，該材料具有透光率高、折射率大、耐腐蝕、電性能優異、固化時不產生小分子物質、收縮率低、貯存穩定性好、操作簡便等優點；但它固化后交聯密度高、內應力大、耐沖擊性差，在短波輻射和熱作用下會嚴重退化，不可避免地發生變黃現象，使用溫度一般不超過150 ℃，難以滿足新型LED的封裝要求，應用受到一定限制。

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

　　B、 燈罩密封粘結膠

　　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、熱量進入燈內部。

　　C、 線路板導熱硅脂

　　線路板導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生的熱量傳導至鋁制嵌件上，達到散熱目的。由于線路板有較多焊接點，因此要求導熱硅脂非常細膩，并具有良好的涂覆性，以免刮花線路板。金戈GD系列導熱硅脂用導熱劑具有合理的粒徑分布，經特殊表面改性，吸油值低，可在基材中實現高填充從而實現高導熱。制備的硅脂細膩，白度高，涂覆性好，導熱性能優異。

　　D、 電源導熱灌封膠

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

　　雙組份加成型導熱有機硅灌封膠具有耐高溫、導熱、阻燃、密封等性能，其導熱性能取決于導熱填料的種類及填充比例。金戈GD-S281G、GD-S203A、GD-S102T、GD-S071A、GD-S100A等加成型導熱有機硅膠用導熱劑，通過優選導熱性能優異的材料，經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導熱灌封膠，制品導熱系數高，粘度低，流淌性能優異。其中GD-S100A在體系中填充75%可達到阻燃UL94 V-0（2mm）。

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