指導教授：邱文英臺灣大學：材料科學與工程學研究所李彥賢Li, YEN-HSIENYEN-HSIENLi2014-11-262018-06-282014-11-262018-06-282014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/262064本研究目的為開發出高折射率且高信賴度的新型LED(light-emitting diode)封裝材料。利用溶膠凝膠法，在溶液中合成高折射率二氧化鋯無機顆粒，使用醋酸為螯合劑來控制二氧化鋯的顆粒大小，並利用矽烷修飾二氧化鋯表面使其有機化，最後混入商用矽樹脂中得到高透明度及高折射率之新型矽烷改質二氧化鋯/矽樹脂複合材料，並將此做為LED原件之封裝材料，藉由此複合材料折射率的提升，得到較高的出光亮度。流明量測結果顯示，LED出光亮度由原本商用矽樹脂封裝的4.11 lm提升至以矽烷改質二氧化鋯/矽樹脂為封裝材料的4.52 lm，顯示藉由導入矽烷改質二氧化鋯提高封裝材料折射率，能有效增加10% LED的出光效率。由動態機械分析儀(DMA)及熱機械分析儀(TMA)的結果，我們發現經過矽烷改質的二氧化鋯，能更有效降低處於高低溫差環境下釋出之應力。將此特性應用於LED封裝材料，可以增進LED在溫度環境劇烈變化下之耐用性。溫度衝擊試驗結果顯示，以矽烷改質二氧化鋯/矽樹脂作為LED封裝材料，能改善目前商用矽樹脂在高低溫差變化下，內部熱應力問題導致裝置提早損壞的情況，因此可以提升LED的信賴度。In this research, the main purpose is the development of high refractive index and reliable encapsulating material of light emitting diodes (LEDs). Zirconium dioxide (ZrO2) nanoparticles with high refractive index are synthesized by sol-gel reaction of zirconium propoxide in suitable solution. Acetic acid is used as chelating agent to control the particle size of ZrO2 and then the surface of ZrO2 is modified by silane molecule to provide the linkages between the water phase of ZrO2 and the oil phase of silicone resin. The ZrO2-silane particles are subsequently mixed with commercial-grade silicone resin to obtain the ZrO2-silane/silicone hybrid materials (ZrO2-silane/AB). These high-refractive-index ZrO2-silane/AB hybrids are used as encapsulating materials to improve the luminous flux of the LEDs. From the result of the luminous flux measurement, the LED encapsulated with the pure silicone resin only has luminous flux of 4.11 lm. After being encapsulated with the ZrO2-silane/AB hybrid, the luminous flux of the LED raises to 4.52 lm, which reveals that increasing in the refractive index of the encapsulating materials by the incorporation of the ZrO2-silane can improve the luminous flux of the LED. The results of Dynamic Mechanical Analyzer and Thermal Mechanical Analyzer on ZrO2-silane/AB hybrids tell us that the ZrO2-silane/AB hybrids have lower thermal stress than that of ZrO2 /AB hybrids. We believe that encapsulating materials with lower thermal stress have a better mechanical resistance against the thermal shock .The result of thermal shock experiment also shows that LED encapsulated with ZrO2-silane/AB hybrids have better reliability than the ZrO2 /AB hybrids.口試委員審定書 I 致謝 II 中文摘要 III Abstract IV 目錄 V 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 LED封裝 3 2-1-1 LED封裝結構介紹 3 2-1-2 LED封裝材料 4 2-1-3 LED封裝出光效率提升原理 7 2-2 二氧化鋯 11 2-2-1 二氧化鋯基本性質 11 2-2-2 製備方法 12 2-2-2-1 溶膠-凝膠法 12 2-2-2-2 溶膠-凝膠法的反應機構 13 2-2-2-3 溶膠-凝膠法的控制變因 14 2-3 有機/無機奈米複合材料 19 2-3-1 有機/無機奈米複合材料簡介 19 2-3-2 高折射率有機/無機奈米複合材料 20 2-3-3 無機奈米粒子的表面改質 23 2-3-3-1改質劑的選擇及改質方式 24 第三章 實驗方法 27 3-1 實驗藥品 27 3-2 實驗儀器 29 3-3 實驗流程 33 3-3-1 合成含二氧化鋯A/B劑(ZrO2/AB) 33 3-3-2 合成含矽氧烷改質二氧化鋯A/B劑(ZrO2-silane/AB) 34 3-3-3 製備ZrO2 /AB厚膜及ZrO2 /AB薄膜 35 3-3-4 製備ZrO2-silane/AB厚膜及ZrO2-silane/AB薄膜 36 3-4 實驗方法 37 3-4-1製備ZrO2-silane/B及ZrO2/B 37 3-4-2以ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB 封裝LED晶片 39 3-4-3製備ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB厚膜 39 3-4-4製備ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜 39 3-5 儀器分析與樣品製備 40 3-5-1形態學分析 40 3-5-1-1穿透式電子顯微鏡 (TEM) 40 3-5-1-2掃描式電子顯微鏡 (SEM) 40 3-5-2粒徑分析 40 3-5-3光學性質分析 40 3-5-3-1折射率量測 40 3-5-3-2透明度量測 41 3-5-3-3出光率量測 41 3-5-3-4 FTIR光譜量測 41 3-5-4力學性質分析 41 3-5-4-1 DMA分析 41 3-5-4-2熱膨脹係數量測 41 3-5-4-3溫度衝擊試驗 42 3-5-5吸水度量測 42 3-5-6耐熱性量測 42 3-5-7耐UV光量測 43 3-5-8密合度測試 43 第四章 結果與討論 44 4-1形態學分析 44 4-1-1穿透式電子顯微鏡分析 44 4-1-2掃描式電子顯微鏡分析 44 4-2粒徑分析 45 4-3光學性質分析 46 4-3-1 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜之折射率分析 46 4-3-2 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜之穿透度測定 46 4-3-3 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB之出光率測定 47 4-3-4 MPTMS和B劑反應前後之FTIR光譜量測 47 4-4力學性質分析 48 4-4-1 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB厚膜之DMA分析 48 4-4-2 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB厚膜之熱膨脹係數分析 48 4-4-3 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB溫度衝擊試驗 49 4-5 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜吸水度量測 50 4-6 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜耐熱性量測 50 4-7 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB薄膜耐耐UV光性量測 50 4-8 ZrO2-silane/AB及ZrO2/AB封裝密合度測試 51 第五章 結論 80 第六章 未來展望 81 參考文獻 8310258427 bytesapplication/pdf論文公開時間：2019/07/16論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)LED封裝材料無機/有機複合材料二氧化鋯矽烷表面改質thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/262064/1/ntu-103-R01527064-1.pdf