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都說LED（半導體發光二極管）是繼火、白熾燈、熒光燈后人類照明的第四次革命，其發光效率是白熾燈的10倍，同時壽命長達10000h，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點。得益于其各種優秀品質，LED受到了許多領域的青睞，從應用產品市場細分上看，LED的應用主要有顯示屏、照明、背光等三大子市場。

高功率LED

顯然，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封裝的意義

LED封裝是指發光芯片的封裝。LED封裝相比集成電路封裝有較大不同——一般來說，封裝的功能在于提供芯片足夠的保護，防止芯片在空氣中長期暴露或機械損傷而失效，以提高芯片的穩定性；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結構

LED封裝材料有什么講究？

目前隨著相關技術的進步，二極管芯片內部發光效率已達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。

造成外部取光效率低的原因，主要歸咎于半導體芯片與透明封裝材料折射率差異過大，一般來說，當前常用于白光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，當光從高折射率（光密介質）材料進入低折射率（光疏介質）介質時，其入射角比臨界角大，光會停止進入另一介質，光波不再產生折射，而將全部反射回高折射率介質中，此現象稱為全反射。而這些被局限的光將被構裝材料所吸收而產生大量之熱量，促使LED效能與壽命降低。

LED芯片對于封裝材的折射率

所以，為了提高LED產品封裝的取光效率，必須提高封裝材料的折射率，以提高產品的臨界角，減少全內反射的發生，從而提高產品的封裝發光效率，對LED 亮度的提升十分有幫助。

如何提高封裝材料的折射率？

提高封裝材料折射率，有兩個關鍵點，一是基體材料的選擇，二是往里添加的高折射率透明陶瓷材料。它們都能起到提高取光效率、增加封裝材料的導熱性能、延長元件壽命的作用。

1.基體材料的選擇

在國內，環氧樹脂是使用最多的封裝材料，具有優良的電絕緣性能，密著性、介電性能、透明、粘結性好，固化主要依靠開環加成聚合，收縮率低，貯存穩定性好等優點。但它固化后交聯密度高，內應力大，脆性大，耐沖擊性差，使用溫度一般不超過150℃，故其應用受到一定限制。

目前許多LED封裝企業改用硅樹脂代替環氧樹脂作為封裝材料，以提高LED的壽命。硅樹脂材料抗熱和抗紫外線能力更強，而且環氧樹脂相比具有更好的透明度，在紫外光區有大于95%的透過率。而且有機聚硅氧烷可以實現較高的折射率，因為它的有機基團R可以是含硫、苯、酚、環氧基等高折射率的基體。

2.陶瓷材料的添加

解決LED 封裝提升樹脂折射率的另一途徑，就是將一些高折射率的納米粉體添加入樹脂中。常見的高折射納米粉體有二氧化鈦(TiO₂)、二氧化鋯(ZrO₂)、氧化鉭(Ta₂O₅)和氧化鋅(ZnO)等。

二氧化鈦粉體

不過當有機/無機材料混合時，必須要考慮納米粉體所產生的瑞利散射(Rayleigh Scattering)現象而造成穿透度下降，因此需要謹慎選擇納米粉體的粒徑大小，最好小于可見光波長十分之一（一般<25 nm），以避免Rayleigh 散射。另外，高含量納米粉體容易造成粉體聚集使得封裝材料透明度降低，所以粉體必須做表面改性/修飾獲得親樹脂特性，以防止粒子之間產生嚴重的聚集。

資料來源：

高折射率添加劑于LED封裝之應用，楊博仁、劉榮昌、鍾明樺、陳建明。

大功率LED器件封裝材料的研究現狀，吳啟保，青雙桂，熊陶，王芳，呂維忠，羅仲寬。

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