LED照明产品或将步入纳米时代

在谈LED照明前,先就纳米材料做一解释。纳米是长度单位,即10-9m。人体细胞大小介于5微米至20微米。1微米等于1000纳米,大约等于头发直径的百分之一。这些纳米颗粒可同时装载各种东西,例如量子点和药物。量子点是非常细微的半导体材料。当半导体材料被缩小至非常非常细小、直径只有几个纳米大小的颗粒时,这些颗粒的特性出现很大的变化,变得很像原子。科学家把它们称为量子点或人工原子。纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型人介观系统,它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显着的不同。

中性水基纳米二氧化钛(TiO2)纳米溶胶,无毒无害,粒子尺度在0.1-100nm,为介电陶瓷材料具有相当高的电阻系数,薄膜的电阻介于106~1011Ω,因此在一般状况下,介电陶瓷也常被视为绝缘体。所以只要将中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂布于基材表面且有一定厚度时(膜层厚度为1nm-1μm),其绝缘性将会表现出来,又因可以形成一高介电层,可以改善闸间电场分布特性,又由于纳米二氧化钛的紧密堆积可使在空气中加速的电子减少,因而减少对绝缘层的破坏。具有防静电、耐污易洁、防止粉尘沾附、抑制和减少基材表面静电荷产生、预防电器品电子电路尘爆及绝缘等特点。目前大多数LED灯板制造商会使用凡立水作为绝缘漆,凡立水的热传导效率远不及纳米二氧化钛,商用型凡立水目前可以在200oC级以上的并不多,对LED灯板的散热却造成负面影响。而且近年来对材料的特性也要求日益严苛,如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性以及环保要求等,因此凡立水已渐渐不敷使用,且一般的凡立水成分多为树酯,黏度较大,如果要降低黏度需使用专用溶剂或有机溶剂,对于操作人员及环境有潜在性的影响。

制备绝缘印刷电路板,操作方法采用提拉法,具体操作过程如下:
(1)    将印刷电路板表面用超声波清洗,可再以电子红外线烘干基材。并可配备独特的抛动、旋转等清洗工艺使工件表面各面更加洁净干净后,再浸泡在中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶中。
(2)    使用超声波将该溶胶充分布满在基板与电子零器件间隙中,5分钟后以提拉法将印刷电路板垂直提起至脱离液面。这样就可以在PC板外表面附着一层溶胶膜。
(3)    将涂布完成的电路板置入100℃的烘箱内,30分钟后干燥成膜。

             
(4)    将印刷电路板放置于水中,并接通印刷电路板的电源使通电,观察印刷电路板仍能正常运作。以相同方法测试未经绝缘处理的印刷电路板,发现印刷电路板在水中发生短路无法运作。(见Fig.1及Fig.2)

纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性,如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。由微观观点,物体表面通常是不平坦的,因此光线入射至不平整的表面时,有一部份的光会产生散射现象,此为透明物体透光性不佳的主因。


 

Fig.3 TiO2纳米材料处理前后变化(材质为光盘片),左边是透明基板涂布二氧化钛前,而右边则是透明基板涂布二氧化钛后。


 

Fig.4 TiO2纳米材料处理前后变化(材质为光盘片),上图表示处理前反射率平均值8.85,下图表示处理后反射率平均值5.24。
利用纳米材料,可改善表面粗糙度,使得散射率下降造成原来被散射出介质的光线变成穿透介质,因而提高透光度,处理前后比较如图Fig.3(一般约提高3%~7%)。搭配TiO2在基材表面涂布处理流程,可降低介质材料的相对折射率,使得整体反射率下降(见Fig.4);特别要强调的是,反射率虽下降3.5%,但反射率相对质则下降40%以上。目前市场上现有的透镜其材质良莠不齐,透光率不佳且镜面不平整容易造成光散射,影响到LED光输出及光分布等效果。根据上述资料显示,在LED专用透镜表面涂布TiO2,即可改善有机玻璃透镜的发光效率及光分布。

纳米TiO2可经处理后镀覆于基材表面上,形成薄膜,利用TiO2的超亲水性,可进行表面自我洁净过程。光触媒吸收光线能量后,除了在表面产生氧化性活性物质,以及氧化分解污染物之外,当基材表面之二氧化钛薄膜经过紫外光照射,激发出电子-电洞对,电子会还原TiO2中的四价钛(Ti4+)成为三价钛(Ti3+),而电洞会氧化负一价态的氧离子(O-),当再结合四个电洞,会形成氧分子(O2)脱离,结果在TiO2薄膜结构上形成氧空缺(Vacancy)。


 
Fig.5 光触媒涂布后的亲水性试验比较图

当薄膜表面有水吸附时,水分子中的氧原子会填补氧的空缺,进而产生OH基,由于薄膜表面OH基的增加,因而增进二氧化钛薄膜表面的亲水性,所以可以藉由直接冲水的方式,将油污冲洗掉。另一种是进行污染物光分解的反应机制,有机污垢附着于TiO2薄膜上,经过适当光源照射,会使有机污垢氧化分解。亲水性表面的特性,使TiO2有许多应用的价值。通常亲水性的强弱是用水滴在表面的接触角(Contact Angle)来定量,接触角越小,代表亲水性越强(见Fig.5)。在适当的光源照射后,TiO2表面水滴的接触角会逐渐从原先的40~60度趋近于10度以下,因而会使原本凝聚的水滴摊开形成薄膜。

与一般超亲水性材料不同的是,TiO2薄膜经紫外光照射后,表面不但会亲水也会亲油(有机溶剂),呈现亲油水双性(Amphiphilic)。一颗水滴在表面的接触角会趋近零度,称为亲水性表面(Hydrophilic);另一方面,一颗油滴在表面的接触角也会趋近零度,称为亲油性表面(Oleophilic)。此种现象经研究观察,TiO2的表面之所以具有双重的亲油和亲水性,是在表面上会形成像西洋棋盘式的区块(Domain),每一区块大小约为100 nm的长方形,亲油和亲水的区块交错排列。亲水的区块如上所述是氧空缺的位置(见Fig.6),吸附的水分子而形成,而亲油的区块,则是的原本未照射前,就是非亲水性(即亲油性)区块所组成。

 


 
Fig.6 反应机制
 

根据前述说明,针对LED照明产品品质良莠不齐现象,与纳米新材料科技技术作结合,不论在LED灯板的制作工序、有机玻璃透镜的光学效率以及灯具外观上的涂层,均有很大的应用空间。使用含纳米TiO2的绝缘剂,可确保LED灯板及电子电路控制板等产品,应用在户外时不再受潮湿影响造成误动作及损坏。该纳米材料更可取代现有的绝缘胶,改善LED灯板的散热问题,降低LED因散热不良而造成的光衰,并延长了LED本身的寿命。而将TiO2光触媒液涂布在有机玻璃透镜上,不仅改善光输出率、光分布及光束角等光学特性,还可达到自洁易洁的效果,使透镜表面的洁净度不影响LED光输出。由于LED灯具小,强调它的长效及免维护功能,其灯具的外观保洁更应考虑周详;利用TiO2光触媒材料的超亲水性,使灯具的外壳不易受空气污染及脏垢附着,可藉由大自然雨水冲刷的力量将灯具外壳清洗干净,永保灯具外观的清新亮丽。相信未来还有多的纳米新材料可以应用在LED照明产品上,使LED照明产品真的达到灯源寿命长,减少维护次数降低维护成本,成为节能的绿色环保照明产品。

来源:品能光电技术(上海)有限公司 姜兆昱 市场行销部副总经理

RSS RSS  print 打印  mail 分享  announcements 在线投稿
Share
【免责声明】
1、「LEDinside - 中国LED在线」包含的内容和信息是根据公开资料分析和演释,该公开资料,属可靠之来源搜集,但这些分析和信息并未经独立核实。本网站有权但无此义务,改善或更正在本网站的任何部分之错误或疏失。
2、任何在「LEDinside - 中国LED在线」上出现的信息(包括但不限于公司资料、资讯、研究报告、产品价格等),力求但不保证数据的准确性,均只作为参考,您须对您自主决定的行为负责。如有错漏,请以各公司官方网站公布为准。
3、「LEDinside - 中国LED在线」信息服务基于"现况"及"现有"提供,网站的信息和内容如有更改恕不另行通知。
4、「LEDinside - 中国LED在线」尊重并保护所有使用用户的个人隐私权,您注册的用户名、电子邮件地址等个人资料,非经您亲自许可或根据相关法律、法规的强制性规定,不会主动地泄露给第三方。
【版权声明】
「LEDinside - 中国LED在线」所刊原创内容之著作权属于「LEDinside - 中国LED在线」网站所有,未经本站之同意或授权,任何人不得以任何形式重制、转载、散布、引用、变更、播送或出版该内容之全部或局部,亦不得有其他任何违反本站著作权之行为。
×
×