室外LED显示屏珠变色的原因

产品的质量直接影响到成品的可靠性。在实际应用中，LED灯珠的失效往往导致成品功能异常甚至完全失效。

近年来，由于灯珠变色，导致色温漂移、流明减小和光效恶化等一系列可靠性问题日益严重。这里，通过几个LED灯珠故障案例，分析了LED灯变色故障的根本原因。

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故障灯珠外观显示局部变色和发黑。拆开封装胶，发现封装胶内有黑色异物夹杂物，通过扫描电镜和能谱仪（SEMEDS）对异物成分分析5-6，确认其主要成分为铝（Al）、碳（C）和氧（O）元素，还含有少量杂质元素，结合用户反馈失败的背景，说明封装过程中引入了异物。

故障产品为玻璃灯管灯。室内使用的室温固化硅橡胶单组分粘结并固定在玻璃管上。灯带的固体粘合部分上的LED灯珠出现黄色和黑色现象。故障灯珠包装胶的材料为硅橡胶。使用SEMEDS测试包装胶的元素组成，发现硫（S）元素的检出量高于普通灯珠包装胶。

通常硫磺、有机二硫化物和多硫化物等含硫物质可以用作硫化剂，使硫化橡胶发生交联反应，使橡胶的结构发生变化，呈现黄色和深色，热分解温度升高现象。

通过热重分析测试灯珠封装胶的热分解温度，失败灯珠封装胶粘剂在失重状态下分别为2%、5%、10%、15%和20%，当批好零件的温度高于封装胶温度25℃以上时，比相同失重的封装胶温度高出25℃以上，封装胶热分解曲线、，确定了硫化交联型封装胶的热分解温度为引起这种现象的原因。

由此可见，LED灯珠发黄、发黑的原因是玻璃灯管内粘接固定用单组分室温固化硅橡胶挥发的含硫气体S在固化过程中进入胶水，导致包装胶进一步硫化交联反应，第二次硫化交联导致包装胶体变黄变黑。当随后的用户改用不使用单组分固化硅橡胶的塑料灯管时，灯珠没有变色。因此，乙方在为产品设计和制造选择材料时，应考虑产品各部分使用的不同材料的兼容性，以避免因材料不兼容而导致的后续可靠性问题。

灯珠在仓库组装和存放时，发生色温漂移故障，故障LED灯珠的包装胶由橙色变为淡黄色。I-V特性测试表明，灯珠可以正常点亮，I-V曲线正常，但亮度发生变化。机械开口取出部分故障灯珠，在脚手架表面发现透明颗粒。SEMEDS用于测试颗粒的组成，结果表明，颗粒中含有高含量的锶元素。

在封装胶与支架的接触表面也检测到高含量的锶（Sr）元素和钡（Ba）元素。

相比之下，打开梁平灯珠后，脚手架的表面是干净的，表面的主要成分是银（Ag）和少量碳（C）元素，未检测到锶（Sr）元素，其包装胶与脚手架之间的接触面上未检测到Sr和钡（Ba）元素。通过对失效产品和良好产品包装胶的横截面组成的测试，两者使用的荧光粉是相同的组成，钇铝石榴石（主要由氧（O）、铝（Al）和钇（Y）组成）和硅酸锶钡（主要由碳（C）、氧（O”、硅（Si）、锶（Sr）、钡（Ba）和钙（Ca）组成）混合荧光粉。

因此，LED灯珠因使用硅酸盐磷光体而失效，沉积到包装橡胶底部和支撑表面，导致光线折射规律不一致，出现色散现象，导致色温漂移，同时灯珠出现变色现象。

故障灯珠的一侧变色，当去除包装胶时，可以看到变色部分的支架表面覆盖了一层异物。异物的元素组成测试表明，其主要成分为锡（Sn）和铅（Pb）元素。

与白色塑料接触的支架表面也检测到锡（Sn）和铅（Pb）。因为异物覆盖件的支架与灯珠侧面的销钉连接，销钉与锡铅焊接。很明显，如果在表面安装过程中，灯珠的引脚涂上了过量的焊膏，熔化的焊料将沿着引脚爬到焊接过程中附着的支架表面，形成涂层。因此，在这种情况下，LED珠失效的原因是，当组装和焊接LED珠时，销钉焊接部位的焊料进入支架表面并形成覆盖物，导致珠变色。

故障LED灯的中间部分是黑色的。打开后，在光学显微镜下观察，发现整个支架表面明显变黑。使用SEMEDS测试黑色支架的成分，结果表明，除了正常的材料成分外，黑色支架还含有高含量的腐蚀性硫（S）元素。脚手架表面的银涂层也显示出松散的腐蚀形态。

通常LED灯珠在生产过程中，由于材料本身不纯净或工艺污染等原因引入硫（S）、氯（Cl）等腐蚀性元素，在一定条件下（如高温、水蒸气残留等），金属支架容易腐蚀，导致灯珠变色、泄漏等失效现象。

LED灯珠在照明和老化后出现变色和发黑现象，故障率高达30%。除去灯珠表面的封装胶后，发现支架表面的银涂层失去了原来的亮度，呈现灰色。使用SEM观察支架表面的微观形貌，发现LED故障灯珠支架表面的银层较未组装的半成品支架松散且有更多孔洞。对半成品脚手架和失效脚手架进行分段，并观察横截面涂层的质量。结果表明，支架涂层的结构为先镀铜、镍，再镀银。与半成品支架相比，失败支架的镍涂层变得更薄，表面银层变得松散，镍银涂层的边界变得模糊。

使用AES测试失效LED支架的表面成分，发现其中存在镍（Ni），镍涂层明显扩散到银层表面。因此，可以得出结论，LED灯珠变色的原因是所用支架涂层不良。老化后，银层变松，产生孔洞。镍层通过孔扩散到银层表面，导致银层变黑，灯珠变色。

在许多LED变色故障案例中，支架引起的变色或腐蚀占故障的最高比例。因此，LED或支架制造商应采取一些措施防止产品故障。

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