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摘要：本文通过分析LED封装过程中荧光粉沉淀的各项因子,提出将纳米SiO2颗粒添加在溶液减缓荧光粉沉降速率的方法,找到最佳的掺杂条件.实验表明，在有机硅树脂溶液中添加适当比例的纳米SiO2颗粒可以增加溶液本身的黏度，降低荧光粉颗粒沉降速率,缩减LED色度的分布范围并能增强LED产品的机械强度。
关键词：1. 纳米SiO2颗粒； 2.荧光粉沉淀；3. CIE分布；4. 机械强度
引言
LED光源是半导体受到刺激发出光子，光子激发环绕它的荧光粉材料，产生不同波段光。
荧光粉颗粒在树脂溶液中的不规则沉淀状态导致色度学CIE坐标[1]分布范围离散与封装树脂机械强度相对比较低无法提供比较好的材料可靠性一直是困扰LED制作的两个关键问题.纳米SiO2颗粒具有小尺寸效应，表面界面效应 、量子尺寸效应和宏观量子遂道效应[2],特有的空间三维网络状结构使其比较容易吸附其它材料,它的出现为高分子材料的改性[3]~[4]提供了新的途径.
本文通过添加纳米SiO2颗粒来提升胶体材料的黏度和机械性能以减缓荧光粉沉淀收敛CIE分布,并且在一定程度上提升树脂材料的机械强度。
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1理论基础
荧光粉的颗粒沉降速率可近似计算:
荧光粉颗粒沉降速率和溶液黏度成反比，适当增加溶液的黏度是延缓荧光粉颗粒沉积速率的关键.本研究将纳米SiO2颗粒掺杂到LED封装树脂溶液中,验证对混合液黏度及荧光粉颗粒沉淀速率改变的效果。
2 实验部分
2.1纳米SiO2颗粒掺杂实验
纳米SiO2表面能100±20g/m2,纯度>99.8%,碳含量3.5~5%.
荧光粉颗粒D50=11.5±1.5um
树脂溶液(I) 黏度A=3.5~8.5Pa.s; 黏度B=10~18Pa.s
2.2 SiO2对溶液黏度的改变实验
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按照比例(0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%)将纳米SiO2混合在溶液中,溶液中荧光粉配方15%.
SiO2添加到溶液中,胶体分子颗粒在围笼效应下[5]分子运动开始减慢,相对黏度上升,当SiO2的比例达到2%,黏度对比初始提高了294.06%.
2.3 SiO2混合溶液中荧光粉沉淀静置实验
按照比例1.0%将纳米SiO2颗粒混合在树脂溶液中,荧光粉配方固定为18%,确认(0hr, 6hr, 12hr, 18hr, 24hr)混合溶液中荧光粉沉淀状况.
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溶液A开始高度
溶液A经过一定时间后的高度
溶液B开始高度
溶液B经过一定时间后的高度
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A:溶液中无SiO2; B: 溶液添加SiO2.
树脂溶液是半透明无色液体,混合后荧光粉颗粒呈现黄色,重力作用下荧光粉沉淀与混合溶液形成一定高度的分层.
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0~12hr沉淀速度 ;12~14hr沉淀速度 ;14~24hr沉淀速度 .
2.4 纳米颗粒掺杂在LED内部封装实验
将2.3实验中的各组混合溶液用来封装5630 LED（相同亮度等级的芯片）.
3 实验结果分析
3.1 LED封装用溶液掺杂SiO2后 CIE x分布
表1
在0.01范围内, 1%>2%>1.5%>0.5%>0%
在0.015范围内, 1%>1.5%>2%>0%>0.5%
3.2 SiO2对LED光通量的作用效果
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相同CIE范围光通量的比较: 0.5%>1.5%>0%>1%>2%
3.3 LED掺杂SiO2电子显微镜分析
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树脂固化后断面显示胶体从平滑向孔洞过渡,材料的抗开裂性能和抗冲击性能提高。SiO2超过1.5%会发生团聚现象[5] 团聚在一起的纳米SiO2在会遮挡住出射光线。
4.小结
混合溶液中,纳米课题掺杂1.5%可以改善LED机械性能，同时CIE 0.01范围收敛3.47%,光通量提升0.11%,封装效果达到最优化。
纳米SiO2颗粒的添加可以减缓荧光粉沉淀速率,缩减色度分布范围,获得准确的光源色度;同时还可增强胶体的机械强度,加固胶体与封装支架的结合性,提升LED抵抗破坏的能力.
参考文献：:
[1]陈丽慧 何宜儒,沈秋华, TFT-LCD显示器及相关材料介绍之研究,崑山科技大学
[2]http://baike.baidu.com/view/1502853.htm
[3].DENG Shiqiang，LIN Y，KLAUS Friedrich．Fracture Behaviours of Epoxy Nanocomposites with Nano—silica at Low and Elevated Temperature[J]．J Mater Sci，2007，42：2766—2774．
[4]付东升，朱光明，韩娟妮．环氧树脂的改性研究发展[J]．热固性树脂，2002，17(5)：31—33．
[5].王冠斐、赖山强，物理双月刊，廿三卷四期 (2001)。