摘要：隨著LED（LightEmittingDiode）即發(fā)光性二極管使用的日益普及，相應(yīng)的LED封裝材料也成為研究的熱點(diǎn)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中性能優(yōu)異的有機(jī)硅類LED封裝材料技術(shù)多由國外道康寧等企業(yè)掌握。本文將從高折光率有機(jī)硅封裝材料技術(shù)主題角度，對高折光率有機(jī)硅封裝材料全球?qū)＠M(jìn)行總體分析，探尋高折光率有機(jī)硅封裝材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展方向，為我國高折光率有機(jī)硅封裝材料的發(fā)展提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：高折光率；有機(jī)硅；封裝；專利

作為新一代光源，LED近年來得到迅猛發(fā)展，然而，由于空氣中的氧氣及濕氣均會影響LED芯片性能，因此本領(lǐng)域中通常會對LED芯片進(jìn)行封裝，即在芯片外層包覆一層保護(hù)層材料。

折光率作為封裝材料中的一個非常至關(guān)重要的指標(biāo)，是高質(zhì)量有機(jī)硅封裝材料的必然需求。其原因在于LED芯片的折光率都很高，如GaN芯片的折光率為2.5。如果芯片與封裝材料間折射率相差較大，則易產(chǎn)生全反射，阻礙光的輸出。因此，封裝材料與LED芯片間的折光率差值應(yīng)越低越好。[1]依據(jù)折光率的高低，有機(jī)可大致分為折光率在1.41左右的低折光率型，這類主要以甲基聚硅氧烷為主，另一類是折光率在1.53左右的高折光率型，主要以含苯基的聚硅氧烷為主。

1高折光率有機(jī)硅封裝材料專利申請技術(shù)分析

通過對高折光率有機(jī)硅封裝材料的專利進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相關(guān)專利的技術(shù)主題主要涉及物理方法制備、化學(xué)方法合成及改性、物理/化學(xué)法并用三大部分。

1.1物理方法

該方法是指通過在有機(jī)硅基體中引入高折光率的無機(jī)納米粒子以制備高折光率的有機(jī)硅封裝材料，最早可以追溯至1977年日本積水化學(xué)工業(yè)有限公司的專利申請JPS544980A。在這篇申請中，申請人采用將折光率大于1.446的煅燒二氧化硅加入聚硅氧烷中。隨后日本東芝公司JPH09116192A以及日本積水化學(xué)工業(yè)有限公司JPH11100467A通過添加高折光率粒子的物理方法改善有機(jī)硅折光率。

無機(jī)氧化物粒子的加入不僅可以提高材料的折光指數(shù)，還可以改善耐紫外老化性能，是簡單有效提高折光率的方法，我國對此分支的研究較為活躍，上海大學(xué)賀英團(tuán)隊(duì)通過添加納米氧化鋅CN101434748A使得折光率提高0.14.5%，但由于無機(jī)氧化物粒子難以均勻分散，由此導(dǎo)致的材料透光率、機(jī)械強(qiáng)度性能下降成為了不可避免的問題。

上述缺陷也曾一度成為采用物理方法提高有機(jī)硅材料折光率的瓶頸。為了克服這一問題，逐漸形成了兩派分支，其一是通過對無機(jī)氧化物粒子進(jìn)行表面改性，如通過加入硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑的加入可以使無機(jī)氧化物與有機(jī)硅聚合物的界面相容更好，以達(dá)到促使粒子均勻分散的目的。這種方法制備方法簡單，但分散效果有限；另一種途徑是通過金屬醇鹽等水解后，在有機(jī)硅基體中原位形成金屬氧化物粒子。與使用偶聯(lián)劑改性的方法相比，后者是利用原位生成無機(jī)粒子，使得無機(jī)粒子在基體中的分散效果更好。

1.2化學(xué)方法

與物理方法不同，化學(xué)方法是從原料入手，試圖將可提高折射率的基團(tuán)以化學(xué)鍵合的方式引入分子鏈中，從而避免無機(jī)粒子分散不均等問題。

由于苯基的折射率較高，因此本領(lǐng)域中通常使用含有苯基的有機(jī)硅單體合成相應(yīng)的聚硅氧烷材料。例如美國道康寧公司（WO068987A1）采用支化的乙烯基苯基硅樹脂與乙烯基硅油和含氫硅油混合固化，發(fā)現(xiàn)其折光指數(shù)大于1140，在200℃老化14d，400nm處仍具有98%的透光率。而國內(nèi)在這方面的研究相對較少，起步也較晚。而杭州師范大學(xué)成為我國最早涉及這一分支的申請人。其在2008年7月提交了第一件相關(guān)申請——一種甲基苯基含氫硅油的制備方法（CN101215381A），通過以聚二甲基環(huán)硅氧烷、聚甲基氫環(huán)硅氧烷、甲基苯基混合環(huán)體、甲基苯基水解混合環(huán)體為聚合反應(yīng)單體，在N2氣體的保護(hù)下，把聚合反應(yīng)單體、封端劑加入到有機(jī)溶劑中；控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間，在催化劑作用下反應(yīng)。此外還有多篇專利多涉及硅油等原料的合成，如CN101289538A、CN101851333A，可見我國在該領(lǐng)域原料合成中仍存在著許多問題和空白，這一原因也極大的限制了我國在高品質(zhì)有機(jī)硅封裝材料領(lǐng)域的發(fā)展。

1.3物理/化學(xué)方法

是指在化學(xué)改性的同時添加無機(jī)粒子。在該分支中，利用金屬有機(jī)化合物與含有苯基的多官能度單體共水解，在發(fā)生縮聚反應(yīng)制備聚硅氧烷的同時原位生成無機(jī)粒子，成為了目前的研究方向。

目前為止，對于有效提高折光率的方法，主要還是添加適量的無機(jī)添加劑如以及一些納米氧化物。而物理方法存在明顯的短板，設(shè)計(jì)靈活性較低。道康寧該方面做了一些嘗試，如TW201229138及WO2012078617A均是通過金屬氧化物粒子提高折光率，其后為了使粒子在基體中分散均勻TW201406863A將金屬以化學(xué)鍵引入主鏈以保證透光率能夠滿足需求。

2總結(jié)

總體而言，國外申請人更關(guān)注于產(chǎn)品在應(yīng)用過程中存在的缺點(diǎn)，并以需求為導(dǎo)向，進(jìn)而研發(fā)能夠滿足市場需求的產(chǎn)品。這一問題導(dǎo)向型研究方式也與我國的科研發(fā)展與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的方式截然不同，也許正因?yàn)槿绱?，美國道康寧等公司能夠?zhǔn)確瞄準(zhǔn)該領(lǐng)域的熱點(diǎn)，成功研發(fā)出多款高性能有機(jī)硅封裝材料，成為本領(lǐng)域的巨頭。而我國在有機(jī)硅封裝領(lǐng)域起步較晚，涉及的研究更偏向本領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，如反應(yīng)原料及中間體的制備優(yōu)化，提高折光率的手段也較為單一，側(cè)重于對生產(chǎn)研究要求較少的物理添加無機(jī)粒子的方法。我國以后對于如何制備高折光率有機(jī)硅封裝材料將會圍繞兩個重點(diǎn)展開：進(jìn)一步改進(jìn)無機(jī)粒子在有機(jī)硅中的分散及制備性能更優(yōu)異的中間體/原料。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉光華，等.LED用高折射率有機(jī)硅封裝材料的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]中國膠黏劑，2013（22）：5055.

作者簡介：張佩（1990），女，漢族，陜西渭南人，審查員，研究方向：有機(jī)硅材料。