道康寧高折射光學有機矽帶動LED在通用照明市場的應用

據麥肯錫諮詢公司報告,LED產品功率及產量在過去十年中的增加先後推動了LED在移動設備顯示屏、平板電視,以及當今通用照明產品中的應用發展;如今,由於LED在中國市場的迅速滲透,致使亞洲也成為了通用照明市場向LED轉變的領導者。據麥肯錫公司預測,從現在起到2016年,中國LED通用照明市場的復合年均增長率將達43%。全球領先的有機矽、矽技術與創新企業道康寧則預計,高折射率(RI)材料如苯基光學有機矽,由於無需在高功率LED模具上花費大成本即可顯著促進光輸出率,因此將在中國得到廣泛應用,從而成為LED通用照明市場快速增長的主要因素。

在第18屆廣州國際照明展覽會期間,LEDinside採訪了道康寧照明解決方案全球工業總監丸山則和先生。丸山先生2006年加入到道康寧,從2010年開始,擔任照明管理業務的全球市場經理,領導道康寧在LED行業的光學矽樹脂業務的發展。


 

丸山先生表示從今年開始,中國將和其它許多國家一樣,開始在全國禁止白熾燈泡。許多人相信,這將進一步推動通用照明市場對相對高效的LED照明的需求。儘管如此,通用照明市場仍在不斷追求能實現更高能效產品的技術。有機矽材料因具有極高透明度、先進的熱穩定性、光穩定性以及傑出的加工性能,是迎合上述需求趨勢的理想選擇。不過,由於分子骨架上的表徵基團(苯基或甲基)不同,有機矽分成苯基有機矽和甲基有機矽兩大類,它們具有不同的折射率(RI)——苯基有機矽具有相對較高的折射率,可達1.54;而甲基有機矽的折射率則僅為1.41。

苯基有機矽封裝材料

 「雖然兩者折射率僅僅相差小小的0.12,但這小小的差異對LED的光輸出率卻具有重大的影響,」丸山先生指出,「即便你採用完全相同的芯片、支架和輸入功率,採用苯基有機矽製造的LED灌封材料光輸出率還是比甲基有機矽灌封材料高出7%。在這之前,要明顯改善LED芯片性能需要耗費巨大的投資;因此,苯基有機矽灌封材料提供了極具成本競爭力的簡易替代方案,可以明顯改善LED的光輸出率、發光效率和價值。」

除了具有較高的折射率以外,道康寧品種齊全的苯基有機矽封裝材料還具有很好的熱穩定性,使其可以廣泛應用於目前5W~50W的LED板上芯片封裝結構的許多高功率通用照明產品。與甲基技術相比,苯基有機矽封裝材料通常具有更強的氣體阻隔性能,可以防止銀電極因受潮、受腐蝕而變黑。由於這些電極還具有作為LED反光元素的雙重作用,因此改善氣體阻隔性能可以更好地維持LED的光輸出性能和可靠性。

 「道康寧在全球LED封裝領域的客戶曾明確指出,LED光輸出性能的任何改進對幫助其滿足企業自身發展和LED通用照明的行業發展要求都至關重要,道康寧的苯基有機矽封裝材料具有較高的折射率,它代表了一種可以顯著提高和維持LED光輸出質量的極具成本優勢的途徑,從而進一步增強了道康寧作為全球LED價值鏈上的供應商、創新企業與設計合作夥伴的領先地位。」丸山先生表示。

可印刷/點膠式導熱矽膠墊片材料


此外,隨著燈具與照明應用日益複雜化,人們對具有更高性能和成本效益的LED熱管理的需求越來越大,道康寧順應了上述需求推出全新可印刷/點膠式導熱矽膠墊片材料。與傳統導熱墊片材料相比,這種全新的有機矽材料可減少材料浪費從而使材料成本降低達30-60%,同時增強導熱性能,並幫助提高生產效率。該材料可以通過標準的絲網或銅板印刷工藝,或採用標準點膠設備進行塗布。不論通過何種塗布方式,它都能輕鬆依附在形狀複雜和表面不平坦的基材上並現場固化,從而提高產量,使塗覆層具有更大的靈活性。

根據不同的導熱水平及是否帶有可控的粘合層厚度,道康寧全新的熱管理產品線分為四個級別。TC-4015和TC-4016墊片的導熱係數為1.71 W/mK,而TC-4025和TC-4026的導熱係數更高,達2.5 W/mK。其中TC-4016和TC-4026兩個級別的可塗布導熱矽膠墊片材料還摻入了玻璃微珠,幫助更好地控制粘合層厚度。

道康寧新產品線的所有產品都能和鋁、印刷電路板等普通照明基材出色粘合。此外,由於無需傳統導熱墊片所需的玻纖載體,全新的道康寧解決方案在LED燈具或照明的整個使用週期中都能提供更低的熱阻、出色的抗壓性能和穩定可靠、高品質的熱管理。

有機矽用於二次光學設計


 
圖為有機矽二次光學透鏡

用於照明中的二次光學,有機矽的優點也非常明顯。有機矽比玻璃或塑料更容易成型,因此可以使LED兼具機械性能和光學性能,從而簡化裝配流程。此外,有機矽的加工溫度較低,因此可節省LED生產過程中的能源消耗。有機矽還具有出色的熱學性能和光學穩定性,以及優良的抗紫外線、耐化學品和抗衝擊能力,確保了LED光源在燈具整個使用週期內具有更穩定、可靠、高品質的光輸出量。在丸和先生展示的燈頭樣品中,一個COB的光源被直接包裹在矽膠透鏡的後面,透鏡和燈殼緊密的咬合在一起,即輕便,又便於根據照明需求輕鬆的完成光學設計。

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