高折光率有機硅封裝材料專利申請淺述

摘要：隨著LED（LightEmittingDiode）即發光性二極管使用的日益普及，相應的LED封裝材料也成為研究的熱點。然而，現有技術中性能優異的有機硅類LED封裝材料技術多由國外道康寧等企業掌握。本文將從高折光率有機硅封裝材料技術主題角度，對高折光率有機硅封裝材料全球專利進行總體分析，探尋高折光率有機硅封裝材料產業化應用的發展方向，為我國高折光率有機硅封裝材料的發展提供一定的借鑒。

關鍵詞：高折光率；有機硅；封裝；專利

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

折光率作為封裝材料中的一個非常至關重要的指標，是高質量有機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越低越好。[1]依據折光率的高低，有機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高折光率有機硅封裝材料專利申請技術分析

通過對高折光率有機硅封裝材料的專利進行分析發現，相關專利的技術主題主要涉及物理方法制備、化學方法合成及改性、物理/化學法并用三大部分。

1.1物理方法

該方法是指通過在有機硅基體中引入高折光率的無機納米粒子以制備高折光率的有機硅封裝材料，最早可以追溯至1977年日本積水化學工業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以及日本積水化學工業有限公司JPH11100467A通過添加高折光率粒子的物理方法改善有機硅折光率。

無機氧化物粒子的加入不僅可以提高材料的折光指數，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，上海大學賀英團隊通過添加納米氧化鋅CN101434748A使得折光率提高0.14.5%，但由于無機氧化物粒子難以均勻分散，由此導致的材料透光率、機械強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，其一是通過對無機氧化物粒子進行表面改性，如通過加入硅烷偶聯劑。硅烷偶聯劑的加入可以使無機氧化物與有機硅聚合物的界面相容更好，以達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，在有機硅基體中原位形成金屬氧化物粒子。與使用偶聯劑改性的方法相比，后者是利用原位生成無機粒子，使得無機粒子在基體中的分散效果更好。

1.2化學方法

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

由于苯基的折射率較高，因此本領域中通常使用含有苯基的有機硅單體合成相應的聚硅氧烷材料。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，發現其折光指數大于1140，在200℃老化14d，400nm處仍具有98%的透光率。而國內在這方面的研究相對較少，起步也較晚。而杭州師范大學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），通過以聚二甲基環硅氧烷、聚甲基氫環硅氧烷、甲基苯基混合環體、甲基苯基水解混合環體為聚合反應單體，在N2氣體的保護下，把聚合反應單體、封端劑加入到有機溶劑中；控制反應溫度、反應時間，在催化劑作用下反應。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有機硅封裝材料領域的發展。

1.3物理/化學方法

是指在化學改性的同時添加無機粒子。在該分支中，利用金屬有機化合物與含有苯基的多官能度單體共水解，在發生縮聚反應制備聚硅氧烷的同時原位生成無機粒子，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，設計靈活性較低。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將金屬以化學鍵引入主鏈以保證透光率能夠滿足需求。

2總結

總體而言，國外申請人更關注于產品在應用過程中存在的缺點，并以需求為導向，進而研發能夠滿足市場需求的產品。這一問題導向型研究方式也與我國的科研發展與產業脫節的方式截然不同，也許正因為如此，美國道康寧等公司能夠準確瞄準該領域的熱點，成功研發出多款高性能有機硅封裝材料，成為本領域的巨頭。而我國在有機硅封裝領域起步較晚，涉及的研究更偏向本領域的基礎研究，如反應原料及中間體的制備優化，提高折光率的手段也較為單一，側重于對生產研究要求較少的物理添加無機粒子的方法。我國以后對于如何制備高折光率有機硅封裝材料將會圍繞兩個重點展開：進一步改進無機粒子在有機硅中的分散及制備性能更優異的中間體/原料。

參考文獻：

[1]劉光華，等.LED用高折射率有機硅封裝材料的應用與研究進展[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：有機硅材料。