高功率LED封装胶体的太阳光模拟老化研究

原创于 2025-12-05 17:52:58 发布 · 647 阅读

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高功率LED广泛应用于照明、显示等领域，其长期可靠性成为关键考量因素。封装胶体作为关键保护与光学介质，直接影响LED的光输出、色温及寿命。实际工作中，胶体长期承受高密度光子辐照与芯片发热的双重作用，光热耦合老化是性能衰退的主因。紫创测控luminbox太阳光模拟器能精准复现太阳光谱及光热条件，为实验室加速研究胶体老化提供解决方案。

一、光热老化机制与胶体失效表现

LED封装胶结构

封装胶体的光热老化是光化学降解与热氧化反应协同作用的结果：高温环境加速有机硅主链裂解、侧基氧化及残留催化剂副反应，而太阳光中的短波光子激发分子产生活性自由基，引发光氧化链式反应。两者形成恶性循环：高温提升光化学反应速率，光降解产物进一步降低材料热稳定性。

胶体失效表现包括：高分子链断裂或交联引发的机械性能下降；因发色团（例如羰基）生成而导致黄变，造成有用光被吸收；以及界面化学键水解或热应力引发的与芯片、基板之间的分层现象。

二、封装胶体加速老化方案的设计

LED封装胶体老化前后的热重曲线对比

可靠的寿命预测需要科学的加速老化试验，本方案通过耦合多种环境应力来模拟老化过程：1. 高温工作应力：使LED在设定的结温（如110°C、130°C、150°C）下持续工作，以复现芯片在实际使用中的发热；

1. 全谱太阳辐射：采用太阳光模拟器对工作或静态下的LED施加恒定或循环的环境光辐照，强度可设定为1 SUN或更高；

2. 温度循环与湿度应力：通过模拟昼夜温差或高湿环境，评估热机械疲劳及湿气渗透的影响。

针对存在聚光风险的应用场景，可在太阳光模拟器光路引入微型光学透镜或反射镜，在胶体特定区域形成可控强度的光斑，以重点考察该区域的加速退化行为。

老化过程中需对多项关键参数进行实时或定期监测，包括：光通量维持率（依据LM-80标准）、色坐标漂移（Δu’v’）、胶体黄化指数（YI）、透射率变化，以及通过目视或显微检查观察物理缺陷（如裂纹、分层等）。

三、太阳光模拟器的应用效果

LED封装胶体老化测试效果

太阳光模拟器通过精准复现 AM1.5G 全谱辐射，解决了传统单一光源无法模拟自然环境光应力的难题。其优异的辐照度稳定性与空间均匀性，确保了封装胶体老化测试的重复性与准确性；结合环境舱实现的光 - 热 - 湿多应力耦合，可有效复现户外服役的复杂工况。针对聚光场景设计的光学模块，捕捉封装胶体局部热点的非线性老化效应，使测试结果更贴近实际应用场景。

四、寿命预测模型构建与验证

封装胶体的寿命预测模型建立是整个研究的最终目标。其关键在于通过阿伦尼乌斯模型刻画温度对热主导老化机制的加速作用，同时结合紫外辐照剂量等光化学剂量模型描述光主导老化过程。针对光热强协同作用场景，需构建含温度 - 辐照度耦合项的扩展模型以提升适配性。

模型参数通过多组不同应力水平（含温度、太阳光模拟器的辐照强度及聚光条件）的老化数据拟合确定，验证环节的核心是将模型预测寿命与实际户外长期曝晒数据或高置信度加速老化结果进行比对，以此评估模型的准确性与外推可靠性。

本研究通过太阳光模拟器构建了精确可控的光热耦合加速老化试验平台，系统揭示了高功率LED封装胶体在多应力作用下的退化机制与规律。基于此建立并验证的寿命预测模型，为封装胶体的科学筛选、产品可靠性评估及寿命的精准预测提供了坚实的理论与数据支撑，对推动高可靠性LED器件的研发与应用具有重要价值。

Luminbox 聚光太阳光模拟器

紫创测控Luminbox 聚光太阳光模拟器以高性能氙灯为核心光源，精准复现AM1.5G 太阳光谱（可选 AM0、AM1.5D 光谱版本），可输出高聚光能量，辐照稳定可控，可为环境模拟、材料测试及航空航天验证提供专业光照解决方案。