基于LED新型照明光源無論是在能源節(jié)約或是減少環(huán)境污染等方面均有著傳統(tǒng)照明光源所無法達(dá)到的優(yōu)勢,故針對新型LED照明光源的應(yīng)用與研究,將是解決全球能源危機(jī)的重要手段?雖然,隨著全球科技的不斷發(fā)展,使得功率型白光LED制造技術(shù)有了較為顯著的發(fā)展,并且在先進(jìn)技術(shù)的支撐下,使得如今的LED照明光源無論是在發(fā)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(jī)硅材料的制備與性能

為保障照明安全,首要之務(wù)便是要使用高折光指數(shù)且具有較強(qiáng)耐紫外與耐熱老化能力的低應(yīng)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(nèi)所使用的封裝材料大多數(shù)以環(huán)氧樹脂為主,由于環(huán)氧樹脂本身的特性,使得其在固化后不僅會呈現(xiàn)出極高的交聯(lián)密度,而且因材料本身的內(nèi)應(yīng)力較大而呈現(xiàn)出較強(qiáng)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(huán)氧樹脂材料的透明度還會受溫度?藍(lán)光以及紫外線照射的影響?相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)環(huán)氧樹脂處于150℃左右的環(huán)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(huán)境下,樹脂又將出現(xiàn)嚴(yán)重退化的現(xiàn)象,繼而減少LED燈的使用壽命?除此之外,若環(huán)氧樹脂遭遇強(qiáng)大電流還會發(fā)生碳化,繼而使得器件表面形成導(dǎo)電通道并導(dǎo)致器件失效?相比環(huán)氧樹脂,有機(jī)硅在LED器件中的運(yùn)用則有著相對較為穩(wěn)定的性能,加之該材料所具有的耐熱與耐候性能進(jìn)而能保證良好的透明性,但因有機(jī)硅材料本身的價格較為昂貴,故使得該相關(guān)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(guī)模化生產(chǎn)?而如今,我們又在有機(jī)硅的基礎(chǔ)上研究出了另一封裝材料,即加成型有機(jī)硅橡膠,針對此材料,通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),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(chǎn)生其他的副產(chǎn)物,收縮率極低,所以適合作為白光LED器件的封裝材料?

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)原料

復(fù)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(shí)驗(yàn)步驟

將定量的復(fù)合硅樹脂與乙烯基聚硅氧烷和含氫聚硅氧烷按適當(dāng)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(xù)攪拌,經(jīng)過0.5h的攪拌反應(yīng)后便完成了有機(jī)硅封裝材料的制備?后取少量復(fù)合物置放于載玻片之上,經(jīng)過1h?150℃的固化處理,便可得到無色透明的有機(jī)硅厚膜?

3結(jié)果與討論

3.1催化劑的影響

有機(jī)硅封裝材料采用的催化劑為金屬絡(luò)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(yīng)適當(dāng)延長,而當(dāng)催化劑中金屬濃度高于此標(biāo)準(zhǔn)并在15~35μg/g時,則需適當(dāng)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(jī)硅封裝材料的制備過程,需結(jié)合催化劑中金屬的濃度來合理調(diào)節(jié)固化時間。

3.2復(fù)合硅樹脂對體系透光率的影響

雖然加成型有機(jī)硅封裝材料本身具有較好的彈性,但硬度卻較低,故為增強(qiáng)有機(jī)硅聚合物硬度需適當(dāng)添加補(bǔ)強(qiáng)劑?本文所使用的補(bǔ)強(qiáng)劑為有機(jī)硅復(fù)合樹脂,而據(jù)實(shí)驗(yàn)表明,封裝材料的硬度會隨著有機(jī)硅復(fù)合樹脂添加量的增加而增大,但封裝材料的硬度系數(shù)在增大同時,其透光率卻會遭到一定程度的影響?如據(jù)圖1所示,加成型有機(jī)硅封裝材料的透光率會隨著復(fù)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(dá)90%以上?可見,在硅樹脂含量為1~20%時,機(jī)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(jī)硅聚合物的Si—CH=CH2與Si—H,在催化劑作用下,發(fā)生硅氫化反應(yīng)?隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,有機(jī)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(yīng)達(dá)到一定程度后乙烯基和含氫便會趨近于穩(wěn)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(jìn)行監(jiān)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(qiáng)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(qiáng)最強(qiáng)之處,但在反應(yīng)基本完成后,此部分將出現(xiàn)較弱的峰強(qiáng)?屆時,乙烯基含量亦將隨之變?nèi)?由此可見,Si—H含量與乙烯基含量之間并非呈現(xiàn)出等比關(guān)系?

3.4耐熱性,有機(jī)硅主鏈

因Si—O—Si屬于“無機(jī)結(jié)構(gòu)”,其鍵能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出C—C鍵能,具體可達(dá)到462kJ/mol,所以保證有機(jī)硅聚合物較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性?與此同時,基于Si與O原子之間的電負(fù)性差異極大,加之鍵本身有存在較強(qiáng)的極性,故能在屏蔽鏈烴基同時提高氧化穩(wěn)定性,以免有機(jī)硅聚合物在不完全燃燒的情況下生成二氧化硅,繼而導(dǎo)致自熄現(xiàn)象發(fā)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(zhì)量相比環(huán)氧樹脂相對較少,主要是因有機(jī)硅聚合物中主鏈Si-O鍵上的甲基與乙烯基分解所導(dǎo)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(fā)生斷裂,繼而生成環(huán)體分子,如D3?D4等?由此可見,當(dāng)封裝材料的有機(jī)硅復(fù)合樹脂含量在20%的情況下,當(dāng)其處于400℃及以下的環(huán)境時將不會發(fā)生降解現(xiàn)象,且基于有機(jī)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(yīng)用尤為適宜?

4結(jié)論

總之,有機(jī)硅于LED器件中的運(yùn)用有著較為穩(wěn)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(guān)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(guī)模化生產(chǎn)?通過對封裝用有機(jī)硅材料的制備及性能的相關(guān)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(jī)硅封裝材料于LED器件中的具體運(yùn)用亦可根據(jù)此發(fā)現(xiàn)來增加LED的光通量,以切實(shí)提升有機(jī)硅封裝材料于LED器件中的實(shí)際應(yīng)用效果,有效擴(kuò)大有機(jī)硅封裝材料的應(yīng)用范圍?

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