可塑模光學硅膠重定義LED光源設計

在LED產(chǎn)品設計中，包括二級光學器件、導光管、光導以及其他光學器件，可模塑硅膠正逐漸涌現(xiàn)為一種可行的選項。專門為半導體固態(tài)照明設計的新配方能夠承受由LED半導體結(jié)所產(chǎn)生的高溫，且不會導致光學性能下降。該材料還能通過使用模具制成復雜的形狀，為產(chǎn)品開發(fā)者提供更大設計靈活性。 　　隨著LED越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，全球照明市場正處于全面變革的前夕。根據(jù)麥肯錫分析人員的研究，LED照明市場將以年均30%的速度爆發(fā)式的增長，到2020年將超過810億美元的規(guī)模，接近照明市場整體份額的60%。 　　LED被越來越多的通用照明領域加速采用支持并印證了上述預測，從低功耗、低光通量的燈具，如筒燈替換產(chǎn)品(LED正在廣泛地替代低功率、緊湊型熒光燈和鹵素燈)；到更具有挑戰(zhàn)性的應用，如路燈、工業(yè)照明、辦公照明、大功率鹵素燈或體育場館的照明等。 　　當LED光源進一步滲透到需要更高流明密度和功率的應用時，從物理上來講必然會要求其工作在更高的溫度環(huán)境下——盡管設計師尋求減少LED的數(shù)量，或者將LED更緊密的排列，以求開發(fā)出的光源體積能與前代器件相當或更小。 　　同時，LED設計師們也在不斷對模組、光源和燈進行創(chuàng)新，從而使用更少的器件集成更多的功能，或引入更小更復雜的特征。LED制造商正在尋找新的材料，以加快生長、提高良品率(特別是較大的部件)，或者減少浪費。 　　新材料 　　對于這樣一個新興的照明領域，其采用的設計和使用的材料都在快速的更新?lián)Q代，所有以上提到的挑戰(zhàn)實際上都是必須面對的“成長的煩惱”。作為應對，業(yè)界在不斷探索采用新材料，例如硅膠，它在LED應用較少，但硅膠在諸如先進電子器件、汽車和通信等許多其他領域已長期使用，并證明了其可靠的性能。硅膠能解決下一代LED設計所帶來的若干挑戰(zhàn)，包括承受高溫、提高流明密度、加強可制造性以及實現(xiàn)更復雜的設計等。和LED-樣，硅膠也在不斷進步。最近，多家領先的光學器件和LED制造商都已在他們的新設計中使用一類新的光學級可模塑硅膠，并獲得了積極的結(jié)果。 　　硅膠中的一些等級是透明的，可模塑硅膠，如最近道康寧推出的系列，代表了一種專門為LED應用改造過的更先進的材料，與目前最好的光學材料相比，性能也是相當?shù)?。另外，和傳統(tǒng)硅膠材料一樣，可模塑硅膠在固化之前的粘性較低，因此與有機聚合物或玻璃相比，硅膠能夠更容易地被塑造成復雜形狀，為二級透鏡、導光管、光導以及其他光學器件提供了更多的設計選擇。這一特性還能幫助制造商降低成本、縮短注塑成型及其他工藝的周期時間，并能降低LED照明光源和燈具的系統(tǒng)成本。最后，與許多有機材料相比，硅膠的化學特性能夠非常好解決當前以及未來LED照明系統(tǒng)溫度不斷升高的問題。 　　更高溫的LED設計 　　可模塑硅膠在產(chǎn)生大量熱量的領域表現(xiàn)特別出色。作為一類高性能材料，它能輕松承受150℃甚至更高的溫度，且不會明顯降低其光和機械性能。隨著LED光源從更小的封裝尺寸中發(fā)出更高密度的白光，以及顧客希望燈和光源的體積更小、亮度更高時，器件的溫度必然會顯著升高，這時硅膠的上述特性會變得更有吸引力。 　　隨著流明密度不斷提高，目前高亮度LED的封裝溫度已經(jīng)高達1500C。這不僅對傳統(tǒng)用于LED密封封裝的環(huán)氧樹脂密封材料提出了挑戰(zhàn)，還使傳統(tǒng)二級光學器件材料如聚碳酸酯和丙烯酸酯(亞克力)更多地暴露在高溫下。一般來說，這些塑料材料分別在高于125℃和950C溫度條件下時，光學質(zhì)量會逐漸下降。環(huán)氧樹脂處在溫度高于1500C的環(huán)境下時亦會如此。