暖白光LED光源色飄移機理分析

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-01-17

瀏覽次數:次

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，結果顯示支架內部鍍銀層已經與S元素發生反應，由此說明從環境中侵入的S元素與水汽結合后形成的酸性產物可能是加劇其中硅酸鹽熒光粉的關鍵因素。

　　關鍵詞：暖白光，白光LED，衰減，質量，色飄移

　　1.引言

　　隨著環境保護要求的不斷提高， led質量，LED球泡燈，照明產品也開始向節能高效的方向發展。傳統的照明產品光效低，壽命短，不利于長期發展，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，節能燈的2倍，壽命也可以達到50000-100000小時，與傳統的照明產品相比有很大的優勢。隨著技術的繼續發展和產品的不斷推廣，LED照明產品的價格不斷降低，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境，因此受到家居照明和一部分工程照明領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：（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，顯色指數高，穩定性較高，但整體光效相對偏低，成本較高；第二種方案穩定性高，成本低，但顯色指數較低。第三種方案成本較低，光效高，是現階段所有方案中光效最具優勢的，但收硅酸鹽熒光粉本身化學穩定性的影響，穩定性相對較差，道路照明，顯色指數低。第四種方案光效高，產業資訊，顯色指數高，商業照明燈具，但成本高，且難以控制光色穩定性。綜合各種技術方案的優劣，目前方案1和方案3已經逐漸成為主流，前者因其在光效和顯色指數方面的綜合優勢主要應用在室內主照明領域，而后者因其在光效方面的顯著優勢，目前多應用于室內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分析，以期發現色漂移的內在機制，并為提出解決方案提供參考。

　　2.實驗方法

　　本研究中從一批發生變色的軟燈條上隨機選取了數顆發生變色的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發生顯著變化，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，進行數據測試，測試數據如表1所示。對比兩組數據可以看出，變色后的燈珠色坐標x，y值發生明顯變化，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生變色的內在機理，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生變色的機理。

　　3.結果與討論

　　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成元素，CCC認證，而Cl和S的出現可能是外部環境中的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，從圖譜中可以發現引腳處的分析包含了S、V、Pb、Sn等元素，推斷為錫膏的構成元素。

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生衰減，導致橙紅光比例顯著下降，進而表現為由暖白光轉變為正白光。對于其變色機制，通過綜合上面的分析數據，筆者認為導致發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，水以水汽的狀態滲透進入硅膠，與其中硅酸鹽橙粉發生水解反應。

　　（2）焊接所用的錫膏中含有大量的S元素，生產過程中，S元素侵入膠體，與水汽相遇，在高溫狀態下， LED置換工程，發生反應，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，環境氣氛中含有Cl(-)離子，一旦侵入，形成HCl，商業照明燈具，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，產業資訊，對LED燈珠的穩定性其中至關重要的作用。本文結合世界應用，從以下幾個方面提出了預防措施。