基于LED新型照明光源無論是在能源節約或是減少環境污染等方面均有著傳統照明光源所無法達到的優勢,故針對新型LED照明光源的應用與研究,將是解決全球能源危機的重要手段?雖然,隨著全球科技的不斷發展,使得功率型白光LED制造技術有了較為顯著的發展,并且在先進技術的支撐下,使得如今的LED照明光源無論是在發光效率?亮度或是功率等諸多方面均有了顯著提升?

1 LED封裝用有機硅材料的制備與性能

為保障照明安全,首要之務便是要使用高折光指數且具有較強耐紫外與耐熱老化能力的低應力封裝材料,來提升照明器件的光輸入功率與使用壽命?目前,國內所使用的封裝材料大多數以環氧樹脂為主,由于環氧樹脂本身的特性,使得其在固化后不僅會呈現出極高的交聯密度,而且因材料本身的內應力較大而呈現出較強的脆性,繼而使得封裝材料無法承受較大的沖擊?不僅如此,環氧樹脂材料的透明度還會受溫度?藍光以及紫外線照射的影響?相關實驗表明,當環氧樹脂處于150℃左右的環境時,其透明度便會降低,繼而削弱LED的光輸出,而在135~145℃的環境下,樹脂又將出現嚴重退化的現象,繼而減少LED燈的使用壽命?除此之外,若環氧樹脂遭遇強大電流還會發生碳化,繼而使得器件表面形成導電通道并導致器件失效?相比環氧樹脂,有機硅在LED器件中的運用則有著相對較為穩定的性能,加之該材料所具有的耐熱與耐候性能進而能保證良好的透明性,但因有機硅材料本身的價格較為昂貴,故使得該相關器件的造價也偏高,尤其是對大功率的LED而言,其造價更是不菲,這便直接影響到了大功率LED器件的規模化生產?而如今,我們又在有機硅的基礎上研究出了另一封裝材料,即加成型有機硅橡膠,針對此材料,通過實驗可以發現,此材料不僅有著較高的純度與透明性,且基于材料本身特性而具有阻燃功能,不僅如此,該材料在硫化過程中不會產生其他的副產物,收縮率極低,所以適合作為白光LED器件的封裝材料?

2實驗部分

2.1實驗原料

復合硅樹脂,乙烯基聚硅氧烷,含氫聚硅氧烷,催化劑,稀釋劑?

2.2實驗步驟

將定量的復合硅樹脂與乙烯基聚硅氧烷和含氫聚硅氧烷按適當比例在室溫下混合均勻,得到無色透明的液體?而后將適量的催化劑與稀釋劑添加至上述聚合物中繼續攪拌,經過0.5h的攪拌反應后便完成了有機硅封裝材料的制備?后取少量復合物置放于載玻片之上,經過1h?150℃的固化處理,便可得到無色透明的有機硅厚膜?

3結果與討論

3.1催化劑的影響

有機硅封裝材料采用的催化劑為金屬絡合物?因催化劑中具有催化作用的金屬濃度不同,封裝材料固化的時間方面亦有差異,如催化劑中金屬濃度為10~15μg/g時,室溫固化的時間應適當延長,而當催化劑中金屬濃度高于此標準并在15~35μg/g時,則需適當縮短室溫固化時間,但是固化時間并非是隨著催化劑中金屬濃度的增多而縮短,而是會先縮短再延長?因此,針對有機硅封裝材料的制備過程,需結合催化劑中金屬的濃度來合理調節固化時間。

3.2復合硅樹脂對體系透光率的影響

雖然加成型有機硅封裝材料本身具有較好的彈性,但硬度卻較低,故為增強有機硅聚合物硬度需適當添加補強劑?本文所使用的補強劑為有機硅復合樹脂,而據實驗表明,封裝材料的硬度會隨著有機硅復合樹脂添加量的增加而增大,但封裝材料的硬度系數在增大同時,其透光率卻會遭到一定程度的影響?如據圖1所示,加成型有機硅封裝材料的透光率會隨著復合樹脂含量的增高而降低?而硅樹脂含量在20%以下的情況下,樣品的透光率能可達90%以上?可見,在硅樹脂含量為1~20%時,機硅封裝材料將能保持最佳的硬度及透過率?

 

圖1 硅樹脂含量對封裝材料透過率的影響

3.3紅外光譜

有機硅聚合物的Si—CH=CH2與Si—H,在催化劑作用下,發生硅氫化反應?隨著反應的持續進行,有機硅聚合物中的乙烯基含量與硅氫基濃度將會逐漸減少,而反應達到一定程度后乙烯基和含氫便會趨近于穩定或消失?因此,可基于紅外線光譜圖對固化不同階段的乙烯基與硅氫基進行監測?

在Si—H鍵2161cm-1處有伸縮振動吸收峰,處于該峰值的Si—H鍵也將具有最強的硬度,而在650~700cm-1則為甲基對稱變形振動吸收,而基于該吸收峰為單吸收帶,故其特征也以尖銳為主,如圖2?此外,于Si—H鍵的804cm-1與875-1處則是甲基平面搖擺振動吸收峰,該峰可能與Si—C伸展振動吸收峰重疊,而重疊的部分也是峰強最強之處,但在反應基本完成后,此部分將出現較弱的峰強?屆時,乙烯基含量亦將隨之變弱?由此可見,Si—H含量與乙烯基含量之間并非呈現出等比關系?

3.4耐熱性,有機硅主鏈

因Si—O—Si屬于“無機結構”,其鍵能遠遠超出C—C鍵能,具體可達到462kJ/mol,所以保證有機硅聚合物較強的熱穩定性?與此同時,基于Si與O原子之間的電負性差異極大,加之鍵本身有存在較強的極性,故能在屏蔽鏈烴基同時提高氧化穩定性,以免有機硅聚合物在不完全燃燒的情況下生成二氧化硅,繼而導致自熄現象發生?

硅樹脂在體系中能夠增加體系的硬度?通過對硅樹脂材料的體系耐熱性分析我們可以得知,400℃是樣品的起始分解溫度,而隨著起始分解溫度的逐步升高,其損失的質量相比環氧樹脂相對較少,主要是因有機硅聚合物中主鏈Si-O鍵上的甲基與乙烯基分解所導致,而其順序則是乙烯基先分解,隨后是甲基?與此同時,Si-O-Si鍵在熱作用下將會發生斷裂,繼而生成環體分子,如D3?D4等?由此可見,當封裝材料的有機硅復合樹脂含量在20%的情況下,當其處于400℃及以下的環境時將不會發生降解現象,且基于有機硅符合樹脂本身還具有良好的耐熱性,故于大功率白光LED器件中的應用尤為適宜?

4結論

總之,有機硅于LED器件中的運用有著較為穩定的性能,加之該材料本身所具有的耐熱與耐候性以及良好的透明性,但材料本身的價格較為昂貴,故使得相關器件的造價也偏高,尤其是對大功率的LED而言,其造價更是不菲,這便直接影響到了大功率LED器件的規模化生產?通過對封裝用有機硅材料的制備及性能的相關研究可以得知,催化劑與固化溫度可以改變封裝材料的透光率?因此,針對有機硅封裝材料于LED器件中的具體運用亦可根據此發現來增加LED的光通量,以切實提升有機硅封裝材料于LED器件中的實際應用效果,有效擴大有機硅封裝材料的應用范圍?

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