LED封止材に高い屈折率が必要な場合、フェニル系シリコーン材料は有力な候補になります。しかし、フェニル含有量だけを高めればよいわけではありません。

硬化後の屈折率、対象波長での光透過率、光熱劣化後の黄変、ビニル基と活性水素のバランス、触媒の状態、封止応力、基材との適合性を同時に確認する必要があります。屈折率は重要な指標ですが、LEDの光取り出し効率や長期信頼性を単独で示すものではありません。

LED封止材料で屈折率が重要なのはなぜですか？

LEDチップと空気の間には屈折率差があります。チップと外部環境の間に位置する封止材では、屈折率、透明性、封止形状、界面状態が光の伝達に共同で影響します。

1. 適切な屈折率の整合は、界面における一部の光学損失を低減する可能性があります。
2. 気泡、ヘイズ、不純物がある場合、屈折率が高くても散乱や透過損失が発生します。
3. チップ、発光波長、蛍光体、パッケージ構造によって必要な光学条件は異なります。
4. 初期性能が良好でも、高温および連続照射後の性能維持を保証するものではありません。

IOTAの公開資料では、標準RTVシリコーンと高屈折率グレードで屈折率範囲が異なりますが、具体的な値は材料グレードによって異なります。

フェニル含有量が高いほど適切な屈折率になりますか？

フェニル構造はシリコーン材料の屈折率を高める方法の一つですが、フェニル含有量と最終性能を単純に一対一で対応させることはできません。

1. 硬化後の屈折率は、ビニル成分、ハイドロジェン成分、レジン構造、その他の配合成分に左右されます。
2. 揮発分、残留低分子、不純物は透明性や長期光学特性に影響する可能性があります。
3. フェニル構造の変更は、粘度、相溶性、架橋密度、硬化物硬度にも影響します。
4. フェニルビニルシリコーンオイルとフェニルシリコーンレジンは配合上の役割が異なり、フェニル含有量だけを基準に代替できません。
5. 単一原料のデータだけでなく、完全な硬化物を評価する必要があります。

屈折率、透過率、黄変の違い

ASTM D1003-21は透明プラスチックのヘイズおよび光透過率評価に使用できます。ただし、試料作製、厚さ、材料規格の条件が結果に影響します。透明硬化物の参考評価には利用できますが、完成LEDの信頼性試験を代替するものではありません。

フェニルシリコーンオイル、フェニルシリコーンレジン、架橋剤の組み合わせ

情報が不足している場合、フェニル含有量、架橋比率、触媒添加量を直接指定すべきではありません。

LED封止材が黄変または透過率低下を起こす理由

1. シリコーン原料、触媒、その他の配合成分が熱や光によって変化する。
2. 硬化比率が不適切で、未反応基や低分子成分が残る。
3. 原料純度、金属イオン、汚染物、加工残留物が色に影響する。
4. 蛍光体、顔料、フィラーの分散不良により散乱や沈降が発生する。
5. 混合・ディスペンス時に混入した気泡が硬化後の光学欠陥になる。
6. 高温、青色光、紫外線が材料またはデバイスの設計範囲を超える。
7. リードフレーム、リフレクター、銀層などの変化がシリコーンの黄変と誤認される。

米国エネルギー省の公開技術資料では、高屈折率フェニル系材料の長期光束維持性能を初期光学値だけで判断すべきではないことが示されています。

選定前に確認すべき使用条件

チップ接合部温度、パッケージ内部温度、光強度は、実デバイスの試験によって確認する必要があります。

材料比較試験の設計方法

1. 同一ロットのLEDチップ、フレーム、蛍光体、その他の部品を使用します。
2. 現行系、異なるフェニル構造の系、配合全体を調整した系を設定します。
3. 封止厚さ、混合比、脱泡方法、硬化プロファイルを固定します。
4. 液状原料と完全硬化物の屈折率および外観をそれぞれ測定します。
5. 規定の波長と試料厚さで透過率とヘイズを測定します。
6. 高温、光、湿熱、温度サイクルの前後で色と光学特性を記録します。
7. 硬度、弾性率、亀裂、剥離、気泡、界面状態を確認します。
8. 実際のLEDパッケージで初期光出力と劣化後の光束変化を比較します。

よくある誤解

1. フェニル含有量が高いほどLEDの光取り出し効率も高い

完成品の光出力は、透過率、封止形状、チップ、蛍光体、界面状態にも左右されます。

2. 原料が透明なら硬化後も必ず透明になる

架橋相溶性、混入気泡、触媒、フィラー分散、硬化工程によって透明性が変化します。

3. 初期屈折率が合格なら長期信頼性も問題ない

高温、連続照射、湿熱、温度サイクル後の色と光学特性の維持も評価する必要があります。

4. 黄変は必ずフェニル系シリコーンが原因である

蛍光体、フレーム、銀層、汚染物、その他の部品が原因の場合もあります。

5. 硬化温度を上げればすべての硬化問題を解決できる

急速な昇温は局所反応、気泡残留、内部応力の増加を引き起こす可能性があります。

推奨選定手順

1. LEDタイプ、波長、出力、パッケージ構造を明確にします。
2. 屈折率、透過率、ヘイズ、黄変管理の目標を設定します。
3. フェニルビニル成分、フェニルシリコーンレジン、ハイドロジェン架橋剤の構造と仕様を確認します。
4. 混合比、触媒、阻害剤、脱泡、硬化条件を確認します。
5. 完全硬化物について光学、機械、劣化試験を行います。
6. 実際のLEDで光出力、色変化、界面信頼性を検証します。
7. 複数ロットの試験結果に基づいて材料と工程を決定します。

IOTA Silicone Oil (Anhui) Co., Ltd.は、有機シリコーンの総合ソリューションプロバイダーとして、フェニルビニルシリコーンオイル、フェニルシリコーンレジン、ハイドロジェン架橋材料、関連添加剤を含むLED封止材料の選定を支援します。最終仕様は、目標屈折率、波長、封止構造、硬化系、信頼性要求に基づいて決定する必要があります。

FAQ

フェニル含有量が高いほど、LED封止材の屈折率も必ず高くなりますか？

必ずしもそうではありません。硬化後の屈折率は、ポリマー構造、架橋剤、レジン、その他の成分にも左右されます。

原料の屈折率を硬化後の封止材の屈折率として扱えますか？

扱えません。架橋反応と他の成分が硬化物の屈折率に影響するため、完全硬化試料を測定する必要があります。

高屈折率LED封止材は低屈折率材料より常に優れていますか？

いいえ。透過率、黄変、硬化応力、界面信頼性、劣化後の光束性能も比較する必要があります。

LED封止材の黄変は耐熱性不足が原因ですか？

必ずしもそうではありません。光照射、触媒、不純物、蛍光体、フレーム、その他の部品も関係します。

2種類のLED封止材の透過性能をどのように比較しますか？

試料厚さ、測定波長、硬化条件、測定装置を統一し、劣化前後の透過率、ヘイズ、色変化を比較します。

高温劣化試験に合格した後も点灯試験は必要ですか？

必要です。材料単体の高温劣化では、チップの連続発光、局所発熱、異なる波長による複合作用を完全には再現できません。