室外LED显示屏珠子变色的原因是什么

产品质量直接影响成品的可靠性。在实际应用中，LED灯珠的失效往往导致功能异常，甚至成品完全失效。

近年来，由于灯珠的变色，诸如色温漂移、流明降低和光效应恶化等一系列可靠性问题正在增加。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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故障灯珠的外观显示局部变色和发黑。拆开封装粘合剂，发现封装粘合剂内含有黑色异物，通过扫描电子显微镜和能谱仪（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表明，在封装过程中引入了异物。

故障产品为玻璃灯管灯。内部使用单组分室温固化硅橡胶粘合并固定在玻璃管上。灯带实心粘合部分上的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）元素的检出率高于普通灯珠包装胶。

通常可使用硫、有机二硫化物和多硫化物等含硫物质作为硫化剂，使橡胶发生硫化交联反应，使橡胶结构发生变化，呈现黄色和深色，热分解温度升高现象。

通过TGA测试灯珠封装胶胶体的热分解温度，失效灯珠封装胶粘剂在失重状态下分别为2%、5%、10%、15%和20%，当批次良好的部件温度高于封装胶粘剂温度25℃以上时，封装胶粘剂的热分解曲线高于相同重量损失时，证实了硫化交联型封装胶的热分解温度现象的原因。

因此，可以看出，LED灯珠呈黄色和黑色的原因是，用于粘接和固定在玻璃灯管中的单组分室温固化硅橡胶挥发的含硫气体在固化过程中进入胶中，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的黄色和黑色。当随后的用户切换到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，乙方在选择用于产品设计和制造的材料时，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性而导致的后续可靠性问题。

当灯珠组装并储存在仓库中时，出现色温漂移故障，故障LED灯珠的包装胶从橙色变为浅黄色。I-V特性测试表明，灯珠可以正常点亮，I-V曲线正常，但亮度变化。通过机械打开取出一些失效灯珠，在支架表面发现透明颗粒。用SEMEDS测试了颗粒的组成，结果表明其含有高含量的锶（Sr）元素。

在包封胶和支架之间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，良品灯珠打开后，支架表面清洁，表面主要成分为银（Ag）和少量碳（C）元素，未检测到锶（Sr）元素，其包装胶与支架接触表面未检测到Sr和Ba元素。通过对失败产品和良好产品包装胶的截面组成测试，两者使用的磷光体组成相同，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）和硅（Si）、锶（Sr）、钡（Ba）和钙（Ca）组成）混合磷光体。

因此，失效的LED灯珠因使用硅酸盐磷光体而沉降到包装橡胶底部和支撑表面，导致光折射规律不一致并出现色散现象，导致色温漂移，同时出现灯珠变色现象。

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有一层异物。异物的元素组成测试表明，其主要成分为锡（Sn）和铅（Pb）元素。

在与白色塑料接触的支架表面上也检测到锡（Sn）和铅（Pb）。因为异物覆盖部分的支架与灯珠侧的销连接，并且销与锡铅焊接。很明显，如果在表面安装过程中灯珠的引脚涂有过量的焊膏，熔融焊料将沿着引脚爬到焊接过程中其所附支架的表面，形成涂层。因此，在这种情况下，LED珠子失效的原因是，当组装和焊接LED珠子时，引脚焊接位置的焊料进入支架表面并形成覆盖层，导致珠子变色。

故障LED灯的中间部分为黑色。打开支架后，在光学显微镜下观察，发现整个支架表面明显为黑色。SEMEDS用于测试黑色支架的组成，结果表明，除了正常材料组成外，黑色支架还含有高含量的腐蚀性硫元素。支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灯珠在点亮和老化后出现变色和发黑现象，故障率高达30%。去除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疏松，比未组装的半成品支架有更多的孔。对半成品支架和失效支架进行切片，并观察横截面涂层的质量。发现支架涂层的结构是镀铜和镀镍，然后是镀银。与半成品支架相比，失效支架的镍涂层变薄，表面银层变松，镍-银涂层的边界变得模糊。

AES用于测试失效LED支架的表面成分，发现其中存在镍（Ni），显然将镍涂层扩展到银层表面。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，银层松散，产生空穴。镍层通过孔扩散到银层的表面，导致银层变黑和灯珠变色。

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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