1、,LED封装材料折射率改善,前言一般封装材料为epoxy及silicone,其树脂折射率低,导致高亮度LED组件有较低的取光效率,为克服封装材料本身折射率的限制,可藉由封装材料改质或使用有机/无机奈米混成方式来增加其折射率一.封装材料折射率改善目前环氧epoxy与硅胶(silicone)树脂乃为现有主要led封装材料,低功率lamp为环氧树脂封装,高功率SMD多数以硅胶作为封装材料,而共通的缺点为折射率偏低,为了有效减少界面折射率带来的光损失,须要求封装材的折射率尽可能高,以提高LEE和组件性能,常见的方法可从有机树脂材料改质和有机/無機材料混成來改善,注:LEE(Light Etractio
2、n Efficiency;外部取光效率),光學塗佈專案 - 光學膜相關,LED封装材料折射率改善,二.有机材料改质由lorentz-lorenz式(1)可以预测官能基之种类对于高分子折射率大小其中,n、R、M及V分别代表折射率、分子折射、分子重量及分子体在高分子重复单元下,所以R/M和M/V分别可视为莫耳折射(RM)和莫耳体积(VM),因此,式(1)可改寫成式(2):,根据式(2),高分子中引进高莫耳折射和低莫耳体积,可以有效增加高分子折射率,如表一所示;当导入芳香环、卤素(F除外)、硫原子、金属原子皆可使折射率提高,另外上述官能基互相结合使用,亦可达到协同效应,更能提高折射率大小且阿贝数较高
3、。,光學塗佈專案 - 光學膜相關,LED封装材料折射率改善,LED封装材料双酚A型透明环氧树脂具有优良的电绝缘性、密着性、透明性和介电性能且价格低廉,占有90%以上市场。而epoxy的折射率偏低,提高折射率主要方法是环氧树脂中引入硫元素,通常为硫醚键、硫酯键和砜基等,从而有效提高树脂的折射率。硅胶封装材料方面,有机硅树脂以Si-O-Si键为主链,由于Si-O键具有很高的键能,使其拥有多项的优点和性能,甲基取代型硅胶具有较低折射率约1.40-1.43左右,当苯基取代型有机硅树脂不但可提高折射率(1.50-1.58)和透光率,还可透过提高封装材料中苯基的质量分率来降低此类有机硅材料的收缩率,並提高
4、黏著性,光學塗佈專案 - 光學膜相關,LED封裝材料折射率改善,和机械性能,但加入苯基取代会造成耐光和热稳定性下降。高折射率的硅胶封装材料已成为目前国外几家生产有机硅产品大厂的研究重点,如日本信越与美国DowCorning公司等,右图为甲基与苯基对折射率关系图。三.有机/无机混成材料现阶段解决LED封装提升树脂折射率另一途径,便是将一些高折射率的奈米粉体添加入树脂中来改善LEE不足问题。常见的高折射奈米粉体如TiO2、ZrO2、Ta2O5和ZnO等,当有机/无机混成时,必须考虑到奈米粉体所产生的瑞利散射(Rayleigh Scattering)现象而造成穿透度下降,硅胶材料和折射率关系图,光學
5、塗佈專案 - 光學膜相關,LED封装材料折射率改善,Kambe等人的研究团队发表TiO2和环氧树脂混成奈米复合材(Nanocomposite),计算瑞利散射系数(R)与粉体粒径大小(d)之关系,如式(3),其中,n、N分别为折射率、光波长和单位体积粒子数目。如图所示,瑞利散射依循着粒径大小与波长关系,且图中结果粒子须小于5nm才有较低散射。,因此选择奈米粉体粒径大小是很重要的,须低于可见光波长十分之一大小之小粒径粒子(一般25nm)以避免Rayleigh散射。另外,高含量奈米粉体容易造成粉体聚集引起此散射现象,所以粉体必蝢做表面官能化改质/修饰,来防止粒子之间产生严重聚集。,光學塗佈專案 -
6、光學膜相關,LED封装材料折射率改善,以奈米粉体做为提高折射率的方式,Yang等人发表利用溶胶-凝胶(sol-gel)方法,经过水解与缩合方式制备非晶(Amorphous)之TiO2,反应如图所示,将其导入环氧树脂中,可得到均一分散的奈米复合材,分别加入TiO2含量为0%到65wt%,环氧树脂之折射率从原来的1.61提升到1.797,如图所示。,折射率和TiO2含量关系图,溶胶-凝胶反应,光學塗佈專案 - 光學膜相關,LED封装材料折射率改善,另外,Bae等人发表透过非水解溶胶-凝胶缩合方式,合成有机/无机混成硅胶树脂,并藉由氢化硅烷化反应在铂金属催化下,制备含苯基低聚硅氧烷之封装材料,其材料的折射率为1.56。,
