ZnO/MgO/环氧树脂基复合封装材料对LED出光效率的影响

摘要

随着节能减排经济政策的推行和发光二极管（LED）生产技术的进步，LED固态照明已成为一种趋势，如何提高LED的出光效率、延长其使用寿命成为LED推广过程中的关键问题。影响 LED出光效率的关键因素是芯片顶部的封装材料，芯片顶部封装要求材料具有高透光率、高折射率和高抗老化能力。目前市场上使用的有机硅树脂和聚碳酸酯的双层封装结构，有机硅树脂是一种软体，粘接强度差、折射率低，聚碳酸酯是一种热塑型塑料，抗紫外光的能力差，这些都影响了LED的寿命与出光效率。
　　环氧树脂固化后粘接强度高、硬度大，折射率也比有机硅大，故本文采用环氧树脂作为基底材料制备高性能的LED封装材料。但环氧树脂的折射率依然达不到高出光率LED的要求，并且存在透光率不高和易老化黄变的问题，针对这些问题，本文对纳米 MgO和纳米 ZnO进行表面改性处理，并按一定的比例加入到环氧树脂中，制备出高性能的LED顶部封装材料，既提高了LED的出光效率又通过单层封装的方式简化了封装工艺。
　　本次实验制备了三种不同的复合材料，分别为MgO/环氧树脂复合材料、ZnO/环氧树脂复合材料和MgO/ZnO/环氧树脂复合材料。结果表明，通过表面处理、高速搅拌、超声混合的环氧树脂复合材料在纳米 ZnO和纳米 MgO的作用下，透光率、折射率和抗老化性能均有所提高：
　　1：在环氧树脂中加入纳米 MgO可以提高材料的透光率和折射率：材料的透光率随纳米MgO质量分数的增加呈极值化变化，当MgO的质量分数为0.015％时，透光率从纯环氧树脂的80.04%提高到88.07%；材料的折射率随纳米MgO质量分数的增加而增大，当 MgO的质量分数为0.05%时，折射率从纯环氧树脂的1.535提高到1.553。
　　2：在环氧树脂中加入纳米ZnO可以提高材料的透光率、折射率和抗紫外老化能力：材料的透光率随纳米ZnO质量分数的增加也呈极值化变化，当ZnO的质量分数为0.04%时，复合材料的透光率达到86.94%；材料的折射率随纳米ZnO质量分数的增加而增大，当ZnO的质量分数为0.06%时，复合材料的折射率达到1.572；此外，在环氧树脂中加入纳米ZnO可以大大减小紫外光对材料透光率的影响。
　　3：纳米MgO/EP复合材料和纳米ZnO/EP复合材料不能同时提高环氧树脂的透光率和折射率，低含量添加时样品透光率提高但折射率较小，增加其含量时折射率提高但透光率下降。为了更好的提高材料的透光率、折射率和抗老化能力，实验将两种纳米材料同时加入到环氧树脂中：当ZnO、MgO与环氧树脂配比为ZnO：MgO：EP=4:1:10000时，复合材料的透光率为86.64%，折射率达到1.565。相对于有机硅树脂双层结构，质量比为ZnO：MgO：EP=4:1:10000的纳米ZnO/MgO/EP复合材料，使LED顶部封装的出光角度提高了6.43°；相对于纯环氧树脂封装结构，使LED顶部封装的透光率提高了6.6%，使出光角度提高了1.1°，并使 LED具有良好的稳定性，提高了LED的使用寿命。
　　4：通过表面处理的纳米粒子，在环氧树脂中分散均匀，无团聚现象，粒径为50nm的颗粒单一均匀分散在环氧树脂当中。

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目录

1绪论

1.1引言

1.2封装LE D用的环氧树脂

1.3纳米氧化镁的研究介绍

1.4纳米氧化锌的研究介绍

1.5研究目的和内容

2复合材料的制备与性能测试

2.1实验原料与设备

2.2样品的制备

2.3纳米粒子的尺寸与表面改性

2.4透光率的原理和测试方法

2.5折射率的原理和测试方法

2.6紫外老化试验

3实验结果与分析

3.1纳米MgO/EP复合材料

3.2纳米ZnO/EP复合材料

3.3纳米MgO/ZnO/EP复合材料

3.4纳米颗粒表面处理与分散

3.5封装材料对LED出光率的影响

4结论和展望

4.1结论

4.2后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间参加的科研项目

B.作者在攻读学位期间发表的论文