CN101519576B - 高透光的大功率发光二极管用封装胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高透光的大功率发光二极管用封装胶的制备方法，属光电器件特种封装胶或粘结剂技术领域。本发明的工艺步骤主要包括有：(1)纳米氧化锌的改性，采用偶联剂，获得改性纳米氧化锌；(2)改性的纳米氧化锌在有机硅氧烷树脂上的接枝，纳米氧化锌与有机硅氧烷树脂的质量配比为：0.25～1.0∶100；接枝反应温度为130～170℃，反应时间为30～60分钟；(3)纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化，将上述反应后的有机硅树脂基体中加入一定量的交联剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡，混合均匀后将有机硅树脂浇入模具中固化，制得有机硅封装胶。本发明方法制得的封装胶具有较高的透光率和折光率，可提高大功率发光二极管的透光性能，为新的二极管照明光源创造了良好条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种高透光的大功率发光二极管用封装胶的制备方法，属光电器件特种封装胶或粘结剂技术领域。
背景技术
发光二极管(LED)要取代白炽灯和日光灯作为照明光源，首先要满足一定亮度的要求。高亮度白光发光二极管的研制成功，使半导体照明部分地取代白炽灯和日光灯已经成为现实。LED的封装以前普遍采用环氧树脂，但随着LED功率的增大，环氧树脂的缺点逐渐暴露出来，主要表现为吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波辐射下易变色、易开裂等，影响了LED器件的寿命。因此，在大功率LED的封装中必须寻求其他的替代封装材料。其中有机硅材料是最受关注的一种。有机硅材料具有较高的耐热性、工作温度宽(-50～300℃)、耐候性、耐酸碱性、耐紫外线辐射，同时也具有很好的电绝缘性和密封性。所以，在大功率LED的封装中环氧树脂已逐渐被有机硅所取代。现有的有机硅封装胶虽有其优点，但也存在一些缺陷，比如其导热率较低，折光率不如环氧树脂高。为了弥补这些缺陷，可以在有机硅基体中填入具有较高导热率和折光率的填料。
目前多采用在聚合物基体中填充金属氧化物(氧化镁、氧化铝)和金属氮化物(氮化铝、氮化硼)来改进聚合物封装材料的导热性，但随着导热填料的加入产生的问题是导热填料在聚合物基体中分散性差，导致聚合物基复合材料透光性能下降非常大。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于高透光大功率发光二极管用的封装胶的制备方法，本发明的又一目的是提供一种具有高透光性和高导热性的封装胶的制备方法。
本发明一种高透光的大功率发光二极管用封装胶的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a、纳米氧化锌的改性：首先将纳米氧化锌分散于乙醇中，两者用量的质量比为0.3～1∶100；超声分散，得到均匀的分散液；然后将偶联剂γ-(4-叠氮-2，3，5，6-四氟苯甲酰亚胺)基丙基三甲氧基硅烷加入于分散液中，偶联剂和纳米氧化锌的质量配比为1∶9～10；同时加入适量pH调节剂氨水，使反应溶液的pH值为9～10；反应后得到改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液，随后将所述悬浮液进行过滤，并离心分离滤液后得到改性的纳米氧化锌；将所述的改性纳米氧化锌超声分散于二氯甲烷中成为悬浮液，使改性纳米氧化锌的质量浓度为8～12mg/mL，待用；
b、改性纳米氧化锌在有机硅氧烷上的接枝：将上述的改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液与一定量的有机硅氧烷树脂混合均匀；纳米氧化锌与有机硅氧烷树脂的质量配比为0.25～1.0∶100；接枝反应温度为130～170℃，反应时间为30～60min；
c、纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化：将上述反应后的有机硅树脂基体中加入一定量的交联剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡；所述交联剂正硅酸乙酯与有机硅树脂的质量配比为5∶100；所述催化剂二月桂酸二丁基锡与有机硅树脂的质量配比为0.5∶100；混合均匀后将有机硅树脂浇入模具中固化，制得有机硅封装胶。
所述的有机硅氧烷树脂为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，或α，ω-二羟基聚二甲基二苯硅氧烷中的任一种。
本发明的特点和优点如下所述：
本发明采用接枝反应在有机硅基体中均匀分散纳米氧化锌粒子形成均相体系，以改善纳米粒子在有机硅基体中的分散状况，通过形成纳米氧化锌/有机硅均相体系来提高目前导热有机硅封装胶较低的透光性能，同时实现导热有机硅胶折光率的可调控性。本发明利用接枝反应在有机硅基体中均匀分散纳米氧化锌粒子来改进有机硅封装胶的性能。首先，经过偶联剂表面改性处理后的纳米氧化锌表面结合了一层有机物，使得纳米氧化锌与有机硅胶具有更好的相容性；其次，偶联剂在紫外光辐射或者加热的条件下与有机硅反应并接枝在有机硅链上，使纳米氧化锌接枝在有机硅侧链上，与有机硅基体形成纳米氧化锌/有机硅均相体系。这有利于纳米氧化锌在有机硅胶基体中的分散，可以提高有机硅胶填充体系的透光性能，同时，通过改变纳米氧化锌用量可以在一定范围内实现有机硅胶折光率的调控。本发明采用接枝反应在有机硅基体中均匀分散纳米氧化锌粒子来改进导热有机硅封装胶性能，克服了纳米氧化锌直接填充有机硅基体虽能改善封装材料的导热性，但纳米粒子分散性差且封装胶透明性较低的缺点，解决了普通填料填充法改进封装材料导热性时会降低封装胶透光性的问题。本发明采用的有机硅固化温度较低，在25℃～100℃之间，并且设备较简单，成本较低，操作条件易控制。本发明的原理与工艺不同于纳米氧化锌直接填充有机硅胶的方法。
本发明中所用的有机硅氧烷树脂，其结构式要求如下：
其中R1、R2、R3、R4四个侧基中至少有一个侧基含有C-H或者C＝C或者N-H中的一种或二种。
具体实施方式
实施例1
(1)、纳米氧化锌的改性
将100mg纳米氧化锌分散于10g无水乙醇中，超声分散30min，得到分散液，将10mg偶联剂γ-(4-叠氮-2，3，5，6-四氟苯甲酰亚胺)基丙基三甲氧基硅烷和4mL氨水加入分散液中，常温下搅拌8h，之后80℃下回流1h，反应后得到改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液，将改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液过滤并离心滤液后得到改性的纳米氧化锌，将改性纳米氧化锌超声分散于二氯甲烷中，得到改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液，改性纳米氧化锌的质量浓度为10mg/mL。
(2)、改性纳米氧化锌在有机硅氧烷上的接枝
取改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液0.125mL，加入0.5g α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中，将二者充分搅拌混合并挥发掉二氯甲烷后150℃反应1h。
(3)、纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化
向反应后的有机硅基体中加入固化剂正硅酸乙酯25mg，催化剂二月桂酸二丁基锡2.5mg，混合均匀后将样品浇入模具中室温固化。
本实施例制备的导热有机硅封装胶含纳米氧化锌的质量分数为0.25％，本实施例制备的导热有机硅封装胶在可见光区透光率与不通过接枝反应填充的导热有机硅封装胶相比，从61.5％提高到了86.3％，提高了24.8％，其折光率与不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶相比从1.4074提高到了1.4093，提高了0.14％。
实施例2
(1)、纳米氧化锌的改性
将30mg纳米氧化锌分散于10g无水乙醇中，超声分散30min，得到分散液，将3mg偶联剂γ-(4-叠氮-2，3，5，6-四氟苯甲酰亚胺)基丙基三甲氧基硅烷和4mL氨水加入分散液中，常温下搅拌8h，之后80℃下回流1h，反应后得到改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液，将改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液过滤并离心滤液后得到改性的纳米氧化锌，将改性纳米氧化锌超声分散于二氯甲烷中，得到改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液，改性纳米氧化锌的质量浓度为10mg/mL。
(2)、改性纳米氧化锌在有机硅氧烷上的接枝
取改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液0.25mL，加入0.5g α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中，将二者充分搅拌混合并挥发掉二氯甲烷后150℃反应1h。
(3)、纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化
向反应后的有机硅基体中加入固化剂正硅酸乙酯25mg，催化剂二月桂酸二丁基锡2.5mg，混合均匀后将样品浇入模具中室温固化。
本实施例制备的导热有机硅封装胶含纳米氧化锌的质量分数为0.5％，本实施例制备的导热有机硅封装胶在可见光区透光率与不通过接枝反应填充的导热有机硅封装胶相比，从30.0％提高到了45.8％，提高了15.8％，其折光率与不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶相比，从1.4074提高到了1.4098，提高了0.17％。
实施例3
(1)、纳米氧化锌的改性
将100mg纳米氧化锌分散于10g无水乙醇中，超声分散30min，得到分散液，将10mg偶联剂γ-(4-叠氮-2，3，5，6-四氟苯甲酰亚胺)基丙基三甲氧基硅烷和4mL氨水加入分散液中，常温下搅拌8h，之后80℃下回流1h，反应后得到改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液，将改性纳米氧化锌-乙醇悬浮液过滤并离心滤液后得到改性的纳米氧化锌，将改性纳米氧化锌超声分散于二氯甲烷中，得到改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液，改性纳米氧化锌的质量浓度为10mg/mL。
(2)、改性纳米氧化锌在有机硅氧烷上的接枝
取改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液0.5mL，加入0.5g α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中，将二者充分搅拌混合并挥发掉二氯甲烷后150℃反应1h。
(3)、纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化
向反应后的有机硅基体中加入固化剂正硅酸乙酯25mg，催化剂二月桂酸二丁基锡2.5mg，混合均匀后将样品浇入模具中室温固化。
本实施例制备的导热有机硅封装胶含纳米氧化锌的质量分数为1％，本实施例制备的导热有机硅封装胶在可见光区透光率与不通过接枝反应填充的导热有机硅封装胶相比，从7.4％提高到了19.8％，提高了12.4％，其折光率与不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶相比，从1.4074提高到了1.4106，提高了0.24％。
本发明的封装胶可以大幅度提高大功率发光二极管的透光性能，为大功率发光二极管成为照明光源提供良好条件。
Claims (1)
1.一种高透光的大功率发光二极管用封装胶的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a、纳米氧化锌的改性：首先将纳米氧化锌分散于乙醇中，两者用量的质量比为0.3～1∶100；超声分散，得到均匀的分散液；然后将偶联剂γ-(4-叠氮-2，3，5，6-四氟苯甲酰亚胺)基丙基三甲氧基硅烷加入于所述分散液中，偶联剂和纳米氧化锌的质量配比为1∶9～10；同时加入适量pH调节剂氨水，使反应溶液的pH值为9～10；反应后得到纳米氧化锌-乙醇悬浮液，随后将所述悬浮液进行过滤，并离心分离滤液后得到改性的纳米氧化锌；将所述的改性纳米氧化锌超声分散于二氯甲烷中，使改性的纳米氧化锌的质量浓度为8～12mg/mL，待用；
b、改性纳米氧化锌在有机硅氧烷上的接枝：将上述的改性纳米氧化锌-二氯甲烷悬浮液与一定量的有机硅氧烷树脂混合均匀；纳米氧化锌与有机硅氧烷树脂的质量配比为0.25～1.0∶100；接枝反应温度为130～170℃，反应时间为30～60min；
c、纳米氧化锌/有机聚硅氧烷聚合物的固化：将上述反应后的有机硅树脂基体中加入一定量的交联剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡；所述交联剂正硅酸乙酯与有机硅树脂的质量配比为5∶100；所述催化剂二月桂酸二丁基锡与有机硅树脂的质量配比为0.5∶100；混合均匀后将有机硅树脂浇入模具中固化，制得有机硅封装胶；
所述的有机硅氧烷树脂为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷或α，ω-二羟基聚二甲基二苯硅氧烷。
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