高折光率有机硅封装材料专利申请浅述

摘要：随着LED（LightEmittingDiode）即发光性二极管使用的日益普及，相应的LED封装材料也成为研究的热点。然而，现有技术中性能优异的有机硅类LED封装材料技术多由国外道康宁等企业掌握。本文将从高折光率有机硅封装材料技术主题角度，对高折光率有机硅封装材料全球专利进行总体分析，探寻高折光率有机硅封装材料产业化应用的发展方向，为我国高折光率有机硅封装材料的发展提供一定的借鉴。

关键词：高折光率；有机硅；封装；专利

作为新一代光源，LED近年来得到迅猛发展，然而，由于空气中的氧气及湿气均会影响LED芯片性能，因此本领域中通常会对LED芯片进行封装，即在芯片外层包覆一层保护层材料。

折光率作为封装材料中的一个非常至关重要的指标，是高质量有机硅封装材料的必然需求。其原因在于LED芯片的折光率都很高，如GaN芯片的折光率为2.5。如果芯片与封装材料间折射率相差较大，则易产生全反射，阻碍光的输出。因此，封装材料与LED芯片间的折光率差值应越低越好。[1]依据折光率的高低，有机可大致分为折光率在1.41左右的低折光率型，这类主要以甲基聚硅氧烷为主，另一类是折光率在1.53左右的高折光率型，主要以含苯基的聚硅氧烷为主。

1高折光率有机硅封装材料专利申请技术分析

通过对高折光率有机硅封装材料的专利进行分析发现，相关专利的技术主题主要涉及物理方法制备、化学方法合成及改性、物理/化学法并用三大部分。

1.1物理方法

该方法是指通过在有机硅基体中引入高折光率的无机纳米粒子以制备高折光率的有机硅封装材料，最早可以追溯至1977年日本积水化学工业有限公司的专利申请JPS544980A。在这篇申请中，申请人采用将折光率大于1.446的煅烧二氧化硅加入聚硅氧烷中。随后日本东芝公司JPH09116192A以及日本积水化学工业有限公司JPH11100467A通过添加高折光率粒子的物理方法改善有机硅折光率。

无机氧化物粒子的加入不仅可以提高材料的折光指数，还可以改善耐紫外老化性能，是简单有效提高折光率的方法，我国对此分支的研究较为活跃，上海大学贺英团队通过添加纳米氧化锌CN101434748A使得折光率提高0.14.5%，但由于无机氧化物粒子难以均匀分散，由此导致的材料透光率、机械强度性能下降成为了不可避免的问题。

上述缺陷也曾一度成为采用物理方法提高有机硅材料折光率的瓶颈。为了克服这一问题，逐渐形成了两派分支，其一是通过对无机氧化物粒子进行表面改性，如通过加入硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的加入可以使无机氧化物与有机硅聚合物的界面相容更好，以达到促使粒子均匀分散的目的。这种方法制备方法简单，但分散效果有限；另一种途径是通过金属醇盐等水解后，在有机硅基体中原位形成金属氧化物粒子。与使用偶联剂改性的方法相比，后者是利用原位生成无机粒子，使得无机粒子在基体中的分散效果更好。

1.2化学方法

与物理方法不同，化学方法是从原料入手，试图将可提高折射率的基团以化学键合的方式引入分子链中，从而避免无机粒子分散不均等问题。

由于苯基的折射率较高，因此本领域中通常使用含有苯基的有机硅单体合成相应的聚硅氧烷材料。例如美国道康宁公司（WO068987A1）采用支化的乙烯基苯基硅树脂与乙烯基硅油和含氢硅油混合固化，发现其折光指数大于1140，在200℃老化14d，400nm处仍具有98%的透光率。而国内在这方面的研究相对较少，起步也较晚。而杭州师范大学成为我国最早涉及这一分支的申请人。其在2008年7月提交了第一件相关申请——一种甲基苯基含氢硅油的制备方法（CN101215381A），通过以聚二甲基环硅氧烷、聚甲基氢环硅氧烷、甲基苯基混合环体、甲基苯基水解混合环体为聚合反应单体，在N2气体的保护下，把聚合反应单体、封端剂加入到有机溶剂中；控制反应温度、反应时间，在催化剂作用下反应。此外还有多篇专利多涉及硅油等原料的合成，如CN101289538A、CN101851333A，可见我国在该领域原料合成中仍存在著许多问题和空白，这一原因也极大的限制了我国在高品质有机硅封装材料领域的发展。

1.3物理/化学方法

是指在化学改性的同时添加无机粒子。在该分支中，利用金属有机化合物与含有苯基的多官能度单体共水解，在发生缩聚反应制备聚硅氧烷的同时原位生成无机粒子，成为了目前的研究方向。

目前为止，对于有效提高折光率的方法，主要还是添加适量的无机添加剂如以及一些纳米氧化物。而物理方法存在明显的短板，设计灵活性较低。道康宁该方面做了一些尝试，如TW201229138及WO2012078617A均是通过金属氧化物粒子提高折光率，其后为了使粒子在基体中分散均匀TW201406863A将金属以化学键引入主链以保证透光率能够满足需求。

2总结

总体而言，国外申请人更关注于产品在应用过程中存在的缺点，并以需求为导向，进而研发能够满足市场需求的产品。这一问题导向型研究方式也与我国的科研发展与产业脱节的方式截然不同，也许正因为如此，美国道康宁等公司能够准确瞄准该领域的热点，成功研发出多款高性能有机硅封装材料，成为本领域的巨头。而我国在有机硅封装领域起步较晚，涉及的研究更偏向本领域的基础研究，如反应原料及中间体的制备优化，提高折光率的手段也较为单一，侧重于对生产研究要求较少的物理添加无机粒子的方法。我国以后对于如何制备高折光率有机硅封装材料将会围绕两个重点展开：进一步改进无机粒子在有机硅中的分散及制备性能更优异的中间体/原料。

参考文献：

[1]刘光华，等.LED用高折射率有机硅封装材料的应用与研究进展[J]中国胶黏剂，2013（22）：5055.

作者简介：张佩（1990），女，汉族，陕西渭南人，审查员，研究方向：有机硅材料。