LED照明產品或將步入納米時代

在談LED照明前,先就納米材料做一解釋。納米是長度單位,即10-9m。人體細胞大小介於5微米至20微米。1微米等於1000納米,大約等於頭髮直徑的百分之一。這些納米顆粒可同時裝載各種東西,例如量子點和藥物。量子點是非常細微的半導體材料。當半導體材料被縮小至非常非常細小、直徑只有幾個納米大小的顆粒時,這些顆粒的特性出現很大的變化,變得很像原子。科學家把它們稱為量子點或人工原子。納米材料又稱為超微顆粒材料,由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒,一般是指尺寸在1~100nm間的粒子,是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域,從通常的關於微觀和宏觀的觀點看,這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統,是一種典型人介觀系統,它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒(納米級)後,它將顯示出許多奇異的特性,即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

中性水基納米二氧化鈦(TiO2)納米溶膠,無毒無害,粒子尺度在0.1-100nm,為介電陶瓷材料具有相當高的電阻係數,薄膜的電阻介於106~1011Ω,因此在一般狀況下,介電陶瓷也常被視為絕緣體。所以只要將中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠塗佈於基材表面且有一定厚度時(膜層厚度為1nm-1μm),其絕緣性將會表現出來,又因可以形成一高介電層,可以改善閘間電場分佈特性,又由於納米二氧化鈦的緊密堆積可使在空氣中加速的電子減少,因而減少對絕緣層的破壞。具有防靜電、耐汙易潔、防止粉塵沾附、抑制和減少基材表面靜電荷產生、預防電器品電子電路塵爆及絕緣等特點。目前大多數LED燈板製造商會使用凡立水作為絕緣漆,凡立水的熱傳導效率遠不及納米二氧化鈦,商用型凡立水目前可以在200oC級以上的並不多,對LED燈板的散熱卻造成負面影響。而且近年來對材料的特性也要求日益嚴苛,如抗濕性、抗化性、抗溶劑性、抗熱性以及環保要求等,因此凡立水已漸漸不敷使用,且一般的凡立水成分多為樹酯,黏度較大,如果要降低黏度需使用專用溶劑或有機溶劑,對於操作人員及環境有潛在性的影響。

製備絕緣印刷電路板,操作方法採用提拉法,具體操作過程如下:
(1)    將印刷電路板表面用超聲波清洗,可再以電子紅外線烘乾基材。並可配備獨特的拋動、旋轉等清洗製程使工件表面各面更加潔凈乾淨後,再浸泡在中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠中。
(2)    使用超聲波將該溶膠充分佈滿在基板與電子零零組件間隙中,5分鐘後以提拉法將印刷電路板垂直提起至脫離液面。這樣就可以在PC板外表面附著一層溶膠膜。
(3)    將塗布完成的電路板置入100℃的烘箱內,30分鐘後乾燥成膜。

             
(4)    將印刷電路板放置於水中,並接通印刷電路板的電源使通電,觀察印刷電路板仍能正常運作。以相同方法測試未經絕緣處理的印刷電路板,發現印刷電路板在水中發生短路無法運作。(見Fig.1及Fig.2)

納米微粒由於小尺寸效應使它具有常規大塊材料不具備的光學特性,如光學非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等都與納米微粒的尺寸有很強的依賴關係。由微觀觀點,物體表面通常是不平坦的,因此光線入射至不平整的表面時,有一部份的光會產生散射現象,此為透明物體透光性不佳的主因。


 

Fig.3 TiO2納米材料處理前後變化(材質為光碟片),左邊是透明基板塗布二氧化鈦前,而右邊則是透明基板塗布二氧化鈦後。


 

Fig.4 TiO2納米材料處理前後變化(材質為光碟片),上圖表示處理前反射率平均值8.85,下圖表示處理後反射率平均值5.24。
利用納米材料,可改善表面粗糙度,使得散射率下降造成原來被散射出介質的光線變成穿透介質,因而提高透光度,處理前後比較如圖Fig.3(一般約提高3%~7%)。搭配TiO2在基材表面塗布處理流程,可降低介質材料的相對摺射率,使得整體反射率下降(見Fig.4);特別要強調的是,反射率雖下降3.5%,但反射率相對質則下降40%以上。目前市場上現有的透鏡其材質良莠不齊,透光率不佳且鏡面不平整容易造成光散射,影響到LED光輸出及光分佈等效果。根據上述資料顯示,在LED專用透鏡表面塗布TiO2,即可改善有機玻璃透鏡的發光效率及光分佈。

納米TiO2可經處理後鍍覆於基材表面上,形成薄膜,利用TiO2的超親水性,可進行表面自我潔凈過程。光觸媒吸收光線能量後,除了在表面產生氧化性活性物質,以及氧化分解汙染物之外,當基材表面之二氧化鈦薄膜經過紫外光照射,激發出電子-電洞對,電子會還原TiO2中的四價鈦(Ti4+)成為三價鈦(Ti3+),而電洞會氧化負一價態的氧離子(O-),當再結合四個電洞,會形成氧分子(O2)脫離,結果在TiO2薄膜結構上形成氧空缺(Vacancy)。


 
Fig.5 光觸媒塗布後的親水性試驗比較圖

當薄膜表面有水吸附時,水分子中的氧原子會填補氧的空缺,進而產生OH基,由於薄膜表面OH基的增加,因而增進二氧化鈦薄膜表面的親水性,所以可以藉由直接沖水的方式,將油汙沖洗掉。另一種是進行汙染物光分解的反應機制,有機汙垢附著於TiO2薄膜上,經過適當光源照射,會使有機汙垢氧化分解。親水性表面的特性,使TiO2有許多應用的價值。通常親水性的強弱是用水滴在表面的接觸角(Contact Angle)來定量,接觸角越小,代表親水性越強(見Fig.5)。在適當的光源照射後,TiO2表面水滴的接觸角會逐漸從原先的40~60度趨近於10度以下,因而會使原本凝聚的水滴攤開形成薄膜。

與一般超親水性材料不同的是,TiO2薄膜經紫外光照射後,表面不但會親水也會親油(有機溶劑),呈現親油水雙性(Amphiphilic)。一顆水滴在表面的接觸角會趨近零度,稱為親水性表面(Hydrophilic);另一方面,一顆油滴在表面的接觸角也會趨近零度,稱為親油性表面(Oleophilic)。此種現象經研究觀察,TiO2的表面之所以具有雙重的親油和親水性,是在表面上會形成像西洋棋盤式的區塊(Domain),每一區塊大小約為100 nm的長方形,親油和親水的區塊交錯排列。親水的區塊如上所述是氧空缺的位置(見Fig.6),吸附的水分子而形成,而親油的區塊,則是的原本未照射前,就是非親水性(即親油性)區塊所組成。

 


 
Fig.6 反應機制
 

根據前述說明,針對LED照明產品品質良莠不齊現象,與納米新材料科技技術作結合,不論在LED燈板的製作工序、有機玻璃透鏡的光學效率以及燈具外觀上的塗層,均有很大的應用空間。使用含納米TiO2的絕緣劑,可確保LED燈板及電子電路控制板等產品,應用在戶外時不再受潮濕影響造成誤動作及損壞。該納米材料更可取代現有的絕緣膠,改善LED燈板的散熱問題,降低LED因散熱不良而造成的光衰,並延長了LED本身的壽命。而將TiO2光觸媒液塗布在有機玻璃透鏡上,不僅改善光輸出率、光分佈及光束角等光學特性,還可達到自潔易潔的效果,使透鏡表面的潔凈度不影響LED光輸出。由於LED燈具小,強調它的長效及免維護功能,其燈具的外觀保潔更應考慮周詳;利用TiO2光觸媒材料的超親水性,使燈具的外殼不易受空氣汙染及臟垢附著,可藉由大自然雨水沖刷的力量將燈具外殼清洗乾淨,永保燈具外觀的清新亮麗。相信未來還有多的納米新材料可以應用在LED照明產品上,使LED照明產品真的達到燈源壽命長,減少維護次數降低維護成本,成為節能的綠色環保照明產品。

來源:品能光電技術(上海)有限公司 姜兆昱 市場行銷部副總經理

RSS RSS     print 列印     mail 分享     announcements 線上投稿        
【免責聲明】
1、「LEDinside」包含的內容和資訊是根據公開資料分析和演釋,該公開資料,屬可靠之來源搜集,但這些分析和資訊並未經獨立核實。本網站有權但無此義務,改善或更正在本網站的任何部分之錯誤或疏失。
2、任何在「LEDinside」上出現的資訊(包括但不限於公司資料、資訊、研究報告、產品價格等),力求但不保證資料的準確性,均只作為參考,您須對您自主決定的行為負責。如有錯漏,請以各公司官方網站公佈為準。
3、「LEDinside」資訊服務基於"現況"及"現有"提供,網站的資訊和內容如有更改恕不另行通知。
4、「LEDinside」尊重並保護所有使用用戶的個人隱私權,您註冊的用戶名、電子郵寄地址等個人資料,非經您親自許可或根據相關法律、法規的強制性規定,不會主動地洩露給協力廠商。
【版權聲明】
「LEDinside」所刊原創內容之著作權屬於「LEDinside」網站所有,未經本站之同意或授權,任何人不得以任何形式重制、轉載、散佈、引用、變更、播送或出版該內容之全部或局部,亦不得有其他任何違反本站著作權之行為。