LED灯具灌胶色温漂移分析.docVIP

引起LED灯具色温漂移的原因分析 前言?LED（light emiting diode，发光二极管）被越来越广泛的应用在楼宇及建筑外立面等户外场所，这些场所一般对IP等级有较高的要求，一般要求达到IP65或更高，即防尘等级6：完全防止灰尘侵入，防尘等级5：防止大浪或喷水孔急速喷出的水侵入。同时这些场所对于灯具的隐藏性要求较高，要求LED灯具体量尽量小，因此LED灯具生产厂家多以硅胶灌封的方式满足IP防护和小体量的双重要求。?LED灯具生产厂家在生产此类灯具时发现灌封硅胶后灯具与LED光源色温偏差很大，而且从暖白到冷白色温漂移程度呈增加趋势，具体表现为如表所示暖白正白偏差较小，冷白偏差较大，甚至偏差几千K的情况（如图1所示）。针对这种情况，本文从基础实验出发，测试了大量的数据，从而对硅胶灌封导致色漂移的根本原因进行分析，并提出相应的解决方法。?2 实验?灌封胶工艺多用于轮廓灯，硬灯条灯体量较小灯具的防水，通常采用中小功率SMD 3528，3014,5050封装形式的LED，本文选用3528作为研究对象（见图2），选取3个LED生产厂家，每家LED色温均包括暖白，正白，冷白三种色温，同时选取5种不同厂家生产的硅胶，进行相应的实验，并准备蓝光，红光3528LED光源，草帽型封装LED光源（见图3），带一次透镜的3535 LED（见图4）以及胶带等做相应的验证实验。?2.1 不同厂家硅胶对色温漂移的影响?在灌封灯具发生色温漂移时，首先想到的原因就是硅胶有问题，认为硅胶是造成色温漂移的最可能的原因，图5显示了不同厂家生产的硅胶对色温漂移的影响。从图中可以看出，不同硅胶厂家对同一款LED色温漂移差别很小，表现出一致性的规律,暖白,正白色温漂移较小，冷白漂移达10000K以上。?2.2 不同厂家LED光源对色温漂移的影响?LED光源由于每个厂商生产工艺和技术的不同也有可能对色温漂移产生影响,因此我们做了相应的实验,结果如图6所示。从图中可以看出不同厂家的LED对于色温漂移的影响有所不同,特别是在冷白时,LED-c色温漂移达12000K,但LED-a色温漂移约6000K,但整个的趋势没有发生大的变化.相同规格LED由于不同厂家对色温漂移的影响不大,不影响规律性。?2.3 不同灌封厚度对色温漂移的影响?在基本排除硅胶和LED厂家差异对色温漂移的本质影响后,我们对硅胶灌封厚度对色温漂移的影响进行了相关的实验,结果如图7所示.其中薄胶为将硅胶灌封厚度控制在刚好没(mo)过LED上表面,厚胶灌封硅胶厚度则约4mm.由图中可以看出,当灌封胶厚度较薄时对于色温影响较小,基本可以控制在500K以内，与厚胶有很大的差别。有没有可能是由于硅胶对LED光谱的不同吸收使得灌封厚度增加后对于某一波长的光谱吸收较大，引起较大的色温差异？为了验证这一想法，我们用蓝光和红光做了相应的实验如上表所示。?由上表可以看出，灌封硅胶后对蓝光和红光的主波长影响较小，约0.1nm，蓝光光通损失比红光多，约16%，而红光约8%，按此推理其色温应该是降低的，但是白光实验色温却是统一的上升趋势，因此可以判定灌胶的色温漂移根本原因应该不是硅胶对不同光谱的差异吸收造成的。?3 分析推论?在排除LED，硅胶厂家，光谱差异化吸收是色漂移根本原因后，仍无法解释灌封硅胶厚薄以及对不同色温LED的色温漂移程度迥异的现象。因此，我们做从LED激发及封装原理出发，进行推断灌封厚度造成巨大色温漂移差异的可能原因。?图8为白光LED发光原理图，芯片发出蓝光，蓝光经过黄色荧光粉层部分被吸收转化为黄光，由于硅胶与空气之间是光密介质传到光梳介质，当一部分蓝光经过硅胶与空气界面时发生全反射，一部分蓝光反射回LED腔体内二次激发黄色荧光粉，经过多次反射、激发后，蓝光与黄光混成白光。其中暖白LED中的荧光粉一次蓝光吸收转化率比冷白高，一次通过荧光粉层后仅有少量蓝光剩余。?图9为轮廓灯经过灌封胶后的示意图，外轮廓为铝槽，铝槽中灌满硅胶，此时LED封装硅胶与灌封硅胶接触，原本在LED封装表面发生全反射的蓝光，要延长路径到达铝槽表面才能发生全反射，而LED荧光粉层面积相对于铝槽底面积极小，在铝槽表面反射回来的蓝光大部分反射到铝槽底部，而此时落在LED上的二次有效激发极小，从而造成了色温的漂移。?4 实验验证?为了验证以上结论，我们从两方面入手改变全反射条件，一方面在灌封后尽量不改变全反射位置，即在LED表面先预制一层透明胶带，形成隔离层，使得LED硅胶表面不与灌封硅胶直接接触，仍保持LED蓝光全反射面仍在LED硅胶表面；另一方面不同封装的LED，如草帽型LED和带一次透镜的LED，这种封装形式的LED在结构设计上已经尽量减少了表面全反射如图3、图4所示。如果以上推论是正确的，两种方式都应该会极大减少色温漂移的产生。?4.1 胶