都說LED（半導體(ti)發光二(er)極管）是繼火(huo)、白熾燈(deng)、熒(ying)光燈(deng)后人類照(zhao)明的第(di)四次(ci)革命，其發光效率(lv)是白熾燈(deng)的10倍(bei)，同時壽命長達10000h，具有節能、環保(bao)、壽命長、體(ti)積小等特點。得益于其各種優秀品質，LED受到了許多領域的青睞，從應用產品市(shi)場細分上看(kan)，LED的應用(yong)主要(yao)有顯示屏(ping)、照明、背(bei)光等三大(da)子市場。
高功率LED
顯然(ran)，亮度和壽命是LED的殺手锏。但是要真正發揮出它的優勢，LED的取光效率一定要跟上，而決定LED取光效率的其中一個重要部分，就是LED的封裝材料。
LED封裝(zhuang)的意義
LED封裝是(shi)指發光芯片(pian)的(de)封裝。LED封裝(zhuang)相比(bi)集成電路封(feng)裝有較大不同(tong)——一般來說，封裝的功能(neng)在于(yu)提供(gong)芯(xin)(xin)片足夠(gou)的保護，防止芯(xin)(xin)片在空氣中(zhong)長期暴(bao)露或機械(xie)損傷而(er)失(shi)效(xiao)，以(yi)提高(gao)芯(xin)(xin)片的穩定性(xing)；對于LED封裝，還需要具有良好光取出效率和良好的散熱性，好的封裝可以讓LED具備更好的發光效率和散熱環境，進而提升LED的壽命。所以LED的封裝對封裝材料有特殊的要求。
LED結(jie)構
LED封裝材料有(you)什么講究？
目前隨著相關(guan)技術的進步，二極管(guan)芯(xin)片(pian)內部發(fa)光(guang)效率已達90% 以上，不過礙于構裝形式和封裝材料影響， LED最終外部取(qu)光效率少于20%，因此其所使用的封裝材料一直是近年來的研究重點。
造(zao)成外部取光(guang)效率低的(de)原(yuan)因，主(zhu)要(yao)歸咎于(yu)半導(dao)體芯片(pian)與透明封裝(zhuang)材料折射率差異過大，一(yi)般來說，當(dang)前(qian)常用(yong)于(yu)白光(guang)LED的芯片有GaN (n = 2.5) 與GaP (n = 3.45)兩種，其折射率均遠高于目前泛用的環氧樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料(n = 1.40~1.53)。
根據Snell’s定律，當光(guang)從高(gao)折射(she)(she)(she)率（光(guang)密介質(zhi)）材(cai)料進入(ru)(ru)低折射(she)(she)(she)率（光(guang)疏介質(zhi)）介質(zhi)時(shi)，其入(ru)(ru)射(she)(she)(she)角(jiao)比臨(lin)界角(jiao)大，光(guang)會停止進入(ru)(ru)另一介質(zhi)，光(guang)波不再產生折射(she)(she)(she)，而(er)將全部反射(she)(she)(she)回高(gao)折射(she)(she)(she)率介質(zhi)中，此現象稱為全反射。而這些(xie)被(bei)(bei)局限的(de)光將被(bei)(bei)構裝材料所(suo)吸收而產生大量之熱量，促(cu)使LED效能與壽命降低。
LED芯片對(dui)于封裝材的折射率
所以，為了提高LED產品封裝的取光效率，必須提高封裝(zhuang)材料(liao)的折射率(lv)，以提高(gao)產品(pin)(pin)的(de)臨界(jie)角，減少全(quan)內反射的(de)發(fa)生(sheng)，從而提高(gao)產品(pin)(pin)的(de)封裝發(fa)光效率，對(dui)LED 亮度的提升十分有幫助。
如何(he)提高封(feng)裝材料的折(zhe)射率？
提高封裝材料(liao)折射率，有兩(liang)個關鍵點，一是基(ji)體材料(liao)的(de)選擇，二是往(wang)里添加的(de)高(gao)折射率透明陶瓷(ci)材料。它們都能起到提(ti)高取光效率、增加封裝材料的(de)導(dao)熱性能、延長元(yuan)件壽命的作用。
1.基體(ti)材料的(de)選擇
在國內，環氧樹脂(zhi)是使用最多的封(feng)裝材料，具有優良的電絕緣性能，密著性(xing)、介(jie)電性(xing)能、透明(ming)、粘結性(xing)好(hao)，固化(hua)主(zhu)要依靠(kao)開環加成聚合，收縮率低，貯存穩定(ding)性好等優點。但它固化(hua)后交聯(lian)密(mi)度高，內應力大，脆性大，耐沖擊性(xing)差，使(shi)用(yong)溫度一(yi)般不超(chao)過150℃，故其應用受到一定限制。
目(mu)前(qian)許(xu)多LED封裝企業改用硅(gui)樹脂代替環氧(yang)樹脂作為封裝材料，以提高LED的壽命。硅樹脂材料抗熱和抗紫外線能力更強，而且環(huan)氧樹脂相比具有更好(hao)的透(tou)明度，在紫外光區有大于95%的透過率。而且有機聚(ju)硅氧(yang)烷(wan)可以(yi)實現(xian)較高的折(zhe)射率，因為它的有機(ji)基團R可以是含硫、苯、酚、環氧基等高折射率的基體。
2.陶瓷(ci)材料的添加
解決(jue)LED 封裝提升樹脂折射率的另一途徑，就是將(jiang)一些高折射率的納米粉體添加(jia)入樹脂(zhi)中。常見的高折射納米粉體(ti)有二氧化鈦(tai)(TiO2)、二(er)氧(yang)化鋯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)和氧化鋅(xin)(ZnO)等。
二氧化(hua)鈦粉體
不過當有機/無機材料混合時，必須要考(kao)慮納米粉體(ti)所產生的瑞(rui)利散射(Rayleigh Scattering)現象而造成穿透度下降，因此需要謹慎選擇(ze)納米粉(fen)體(ti)的粒徑大小(xiao)，最好小于可(ke)見(jian)光波長十分之一（一般<25 nm），以避免Rayleigh 散射。另外，高含量納米粉體(ti)容易造成粉體(ti)聚集使得封裝材料透(tou)明度降低，所以粉體(ti)必須(xu)做表面改性/修(xiu)飾獲得親(qin)樹脂特性(xing)，以防止粒子之間產(chan)生嚴重的(de)聚集。
資料來源(yuan)：
高折射(she)率添加劑于LED封裝之應用，楊博仁、劉(liu)榮昌、鍾明樺、陳建明。
大功率LED器件封裝材料的研究現狀，吳(wu)啟保(bao)，青雙桂，熊(xiong)陶，王芳，呂(lv)維(wei)忠(zhong)，羅仲寬。
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