摘要：硅膠雖然有良好的熱穩(wěn)定性，但是熱導極低，因此大量的熱量將積聚于硅膠材料中和導致材料老化，現(xiàn)在大量報告的LED照明產(chǎn)品的失效就是與硅膠有關(guān)。
能源和環(huán)境是21世紀人類面臨的重大考驗，所以綠色節(jié)能成為世界關(guān)注的焦點。以照明為例，其電力消耗約占總量的20%,大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。LED以其高效節(jié)能的特性，在照明領(lǐng)域獲得了前所未有的機遇。
LED發(fā)光二極管，也叫作光發(fā)射二極管(LightEmittingDiode,簡寫為LED)是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽w發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中載流子發(fā)生復合，放出過剩能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。與傳統(tǒng)的真空白熾燈泡等相比，半導體LED光源具有無可比擬的優(yōu)點。半導體LED的工作壽命極長，是傳統(tǒng)照明器具的10倍以上，有效降低了成本;它功耗低、發(fā)光效率高、節(jié)省能源，是未來能源戰(zhàn)略的合適候選者;LED光源的體積小、重量輕、適應(yīng)性強，為設(shè)計和應(yīng)用提供了極大的靈活性;由于白光大功率LED光源是固體燈泡，無需封裝在真空玻璃內(nèi)，因而耐沖擊和碰撞;LED光源還是一種無污染的無汞光源。
尤其是近年來隨著LED芯片技術(shù)的提高、價格的降低以及相關(guān)驅(qū)動電路的成熟，使LED光源在照明領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。在目前全球能源日益緊張的情況下，世界一些發(fā)達國家和地區(qū)都實施了促進LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的計劃。美國，日本等國家及臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預測，美國55%的白熾燈、日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費，每年可減少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。臺灣地區(qū)25%的白熾燈及100%日光燈被LED取代，每年可節(jié)省110億度電。
舉世矚目的2008年北京奧運會和2010年上海世博會都不約而同地以圍繞綠色節(jié)能為主題，這給中國LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的歷史機遇.據(jù)國內(nèi)知名研究公司馳昂咨詢(Sinotes)近日發(fā)布的預測，在奧運、世博的強力帶動下，中國LED照明市場規(guī)模將從2007年的48.5億元快速增長至2010年的98.1億元。在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，憑借LED照明技術(shù)的亮度高、使用壽命長、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢，伴隨LED技術(shù)的飛速發(fā)展，使LED成為普通照明光源的時日越來越近，必將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。
然而，取代傳統(tǒng)白熾燈，高亮度白光LED尚存在散熱不暢和出光率不高的問題，因為散熱直接影響到LED的可靠性，進而影響到其壽命及應(yīng)用，而出光率低直接制約了LED的發(fā)展，所以對LED散熱和封裝光學設(shè)計的研究就顯得格外重要。出光率的提高關(guān)鍵在于灌封膠和熒光粉的選擇與應(yīng)用.除了部分來自于LED芯片的熱量，熒光粉在輻射發(fā)光后釋放的能量也將進入到灌封膠中，對于目前的大功率白光LED,因為硅膠的良好熱穩(wěn)定性以及光學特征，世界各大LED制造商業(yè)，例如日本的日亞化學。德國的OSRAM,美國的CREE,荷蘭的飛利浦，美國的GE等都是采用雙組分透明硅膠作為灌封膠進行LED封裝。但是硅膠雖然有良好的熱穩(wěn)定性，但是熱導極低，因此大量的熱量將積聚于硅膠材料中和導致材料老化，現(xiàn)在大量報告的LED照明產(chǎn)品的失效就是與硅膠有關(guān)。到目前為止，由于對硅膠的老化機理不明以及它的分子結(jié)構(gòu)與光學特征之間的關(guān)系不了解，由于材料的不確定性，從而導致當今世界各大LED照明公司在他們的產(chǎn)品說明中無法對LED壽命進行準確預測，也延遲了LED產(chǎn)品真正的普及化。
最近，作者獲悉，蔡登科博士(德國多特蒙德理工大學)，受國際著名光譜學雜志JournalofMolecularStructure邀請發(fā)表了一篇論作：Raman,mid-infrared,near-infraredandultraviolet–visiblespectroscopyofPDMSsiliconerubberforcharacterizationofpolymeropticalwaveguidematerials,在文中他詳細地分析了硅膠分子結(jié)構(gòu)與光學吸收的關(guān)系，光譜從紫外到紅外。并且，他詳細描述了硅膠在可見光范圍內(nèi)的吸收光譜，并對在此范圍內(nèi)的各吸收峰包括它的強度進行準確分析與總結(jié)。這些數(shù)據(jù)將對分析LED老化有著至關(guān)重要的作用，目前采用光譜學來分析有機物老化是非常普遍的測試方法，有了蔡博士總結(jié)的數(shù)據(jù)，科研人員可以從分子結(jié)構(gòu)上準確地判斷出什么原因?qū)е鹿枘z失效，然后可以反饋硅膠材料公司對相應(yīng)的硅膠分子進行進一步改進和提高它的可靠性。
另外，由于硅膠和LED芯片力學特征上有很大的不同，硅膠材料里的高溫會導致它從LED芯片上的自剝離和最終影響到出光率。在對蔡博士的研究結(jié)果的了解中，我們發(fā)現(xiàn)蔡博士對這一問題也已進行了分析與總結(jié)，通過對硅膠聚合反應(yīng)的分析，經(jīng)過力學測試以及老化測試證實，他總結(jié)了一個可廣泛應(yīng)用于各種基底的粘連劑配方，并且這種材料可以通過簡單的噴涂或者旋涂在各種基底上，非常適合于LED封裝。這一科研結(jié)果也已被國際著名雜志MicrofluidicandNanofluidic刊登。
LED封裝涉及到光、熱、電，高分子材料等領(lǐng)域的知識，是一個綜合復雜的課題，其中封裝材料，硅膠等一直是影響LED質(zhì)量與壽命的主要因素.進入室內(nèi)照明應(yīng)用尚需較大技術(shù)改進。我們相信，有了蔡博士的研究結(jié)果，LED離真正的室內(nèi)照明也不遠了。
