專利名稱：以光學(xué)上具有可靠的高折射率的納米粒子為基礎(chǔ)的納米復(fù)合封裝材料與光子波導(dǎo)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般與固態(tài)照明應(yīng)用有關(guān)，并特別與用于發(fā)光二極管(LED)和以LED為基礎(chǔ)的發(fā)光裝置的光學(xué)上具有可靠的高折射率(HRI)封裝材料有關(guān)。本發(fā)明同樣與用于以聚合物為基礎(chǔ)的光子波導(dǎo)，進(jìn)而用于光子通訊與光互連應(yīng)用的光學(xué)上具有可靠的高折射率光導(dǎo)(lightguiding)核心材料有關(guān)。
背景技術(shù)：
近來LED因其能源效率而被用于照明應(yīng)用，尤其是被用于一些原本使用較無效率的白熾燈和鹵素?zé)舻忍厥庹彰鲬?yīng)用上。以目前來說，有三種主要方法可用來產(chǎn)生“白光”的LED。第一種使用紅、綠與藍(lán)光(RGB)LED，加上混色用的次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)(secondary-optics)，以產(chǎn)生白光。這個(gè)方法可以提供良好的白光效果，演色性(color rendering index，CRI)約85，而且具能源效率，然而，同時(shí)驅(qū)動(dòng)三組不同的LED需要復(fù)雜以及較昂貴的驅(qū)動(dòng)電路。該復(fù)雜性是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，每一紅、綠與藍(lán)光LED會(huì)有相當(dāng)不同的效率衰減程度，而紅、綠與藍(lán)光LED間的使用壽命也不一樣的關(guān)系。此外，高亮度(5mW至1000mW的LED燈具)的藍(lán)光與綠光LED是一直到最近才被開發(fā)出來，且相較于紅光LED前兩者也比較昂貴。
第二種利用LED產(chǎn)生白光的方法是利用高亮度的藍(lán)光LED(450nm至470nm)以激發(fā)黃色磷光粉體(phosphor)，像是摻雜鈰(cerium)的釔鋁石榴石(Yttrium aluminum garnet)；(YAlG:Ce，YAG)。盡管這個(gè)方法具能源效率、低成本而且可制造，但是白光的色溫(CT)僅約7000K，而且CRI僅約70至75，對(duì)許多需要高品質(zhì)照明應(yīng)用來說是無法接受的。使用較厚的磷光體層以吸收并向下轉(zhuǎn)換更多的藍(lán)光，可以降低色溫并提升白光照明的品質(zhì)。然而，這么做將會(huì)降低能源效率。相反地，若使用單一或多個(gè)磷光體配合紅色照射，除了略帶黃色的綠光(或略帶綠色的黃光)可提升演色性并提升白光色溫到約4000K，而CRI約80至85，但具有較低的能源效率。然而，磷光體包含封裝的光學(xué)效率只有大約50％至60％，使得在上述任一情況下發(fā)出較少的光。
第三種利用LED產(chǎn)生白光的方法是使用高亮度UV/藍(lán)紫光LED(波長(zhǎng)在370-430nm的范圍)以激發(fā)RGB磷光體。這個(gè)方法提供高品質(zhì)的白光，其CRI約90或更高，同時(shí)成本低而且可靠，因?yàn)樵诜庋b中包含/圍繞磷光體與LED芯片/裸晶的封裝材料(encapsulant)在UV/藍(lán)紫光的照射下并不會(huì)劣化。當(dāng)紅光LED芯片與UV/藍(lán)紫光或藍(lán)光LED芯片相較下，由于使用壽命較短而且室溫升高時(shí)效率減少較多，所以會(huì)有色彩維持問題，而且驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜。不過，目前這種方法的效率非常低，因?yàn)閁V/藍(lán)紫光可激發(fā)的RGB磷光體具有較低的光轉(zhuǎn)換效率。此外，磷光體包含封裝的光效率只有約50％至60％，造成發(fā)出的光變少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可應(yīng)用于各種LED/磷光體操作的模式，包括藍(lán)光LED與略帶黃色的(或RG)磷光體、RGB磷光體與紫外光(UV)LED，以及深紫外光(deep UV)LED與“白色”螢光管型態(tài)的磷光體，以及由紅、綠與藍(lán)光LED叢集形成的“白光”燈具。本發(fā)明也可應(yīng)用于各種磷光體尺寸“塊狀(bulk)”微米尺寸磷光體，以及納米結(jié)晶的磷光體(“納米磷光體(nanophosphor)”的直徑小于100nm，較佳為低于40nm)。
起初，LED是在空氣中運(yùn)作，1975年提出的美國(guó)專利第3,877,052號(hào)(發(fā)名人為Dixon等人)提出使用具有折射率(RI)大于空氣的光學(xué)透明封裝材料圍繞LED，以加強(qiáng)LED燈具的光輸出。自此之后，業(yè)界大多采用具有RI～1.5的環(huán)氧類封裝材料。采用RI～1.5的封裝材料的LED燈具所提供的光輸出，是未采用封裝的燈具的1.7倍至2.3倍左右(照射系數(shù))，視LED芯片和燈具封裝的細(xì)節(jié)而定。
RI～1.5的封裝材料一般包含許多化學(xué)物質(zhì)，像是以硬化的芳香族環(huán)氧酐(aromatic epoxy-anhydride)、硬化的環(huán)狀脂肪族環(huán)氧酐(cycloaliphatic epoxy-anhydride)或者它們的組合，以及硬化的環(huán)氧胺(epoxy-amine)。近來的發(fā)展還有包括RI～1.5的硅樹脂環(huán)狀脂肪族環(huán)氧合成物封裝材料(Silicone-cycloaliphatic epoxy hybrid encapsulant)與反應(yīng)性硅樹脂(reactive-Silicone)為基礎(chǔ)的彈性體(Silicone based elastomer)或凝膠封裝材料，在藍(lán)光/藍(lán)紫光/UV照射波長(zhǎng)下因溫度和光線所導(dǎo)致的變色，能夠提供較佳的抗性。
為了制造具有RI大于1.6的封裝材料，根據(jù)包含高折射率氧化物(像是氧化鈦/氧化鉍以及氧化硅等)的合金的ORMOCER(有機(jī)改良陶瓷)，并于其中散布黏附至包含硅的分子的聚合物官能基所制造出來的封裝材料，可達(dá)到RI～2.0的薄膜，但是要達(dá)成厚度(以1mm或更厚)卻有問題，這是因?yàn)閴毫σ鸬钠屏褧?huì)限制薄膜厚度于100微米以下。還有在綠光與藍(lán)光波長(zhǎng)下的光學(xué)吸收系數(shù)高，就達(dá)到光學(xué)透明性的角度來看，薄膜厚度只能在數(shù)十個(gè)微米的范圍。
在美國(guó)專利第6,432,526號(hào)一案中提出將高折射率納米粒子為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷(Nanocomposite Ceramer)分散于有機(jī)母體(matrix)內(nèi)，雖然其RI值大于1.65或1.7，但是光學(xué)透明性卻有折損。本發(fā)明已經(jīng)可以利用改良的納米粒子合成制程以及改良的納米粒子官能基被覆制程(functional group coating)的組合，在環(huán)氧與反應(yīng)性硅樹脂為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷中，達(dá)到較高的光學(xué)透明性。
我們發(fā)現(xiàn)在鄰近綠光或藍(lán)光LED芯片的色飽和度的光衰減特性，無法達(dá)到室溫下1000小時(shí)維持65％以上的流明(1umen)的可靠性要求。因此，我們開發(fā)了改良組成的納米粒子(于納米粒子合成制程或納米粒子官能基被覆制程中加入第二族(Group II)元素)，以強(qiáng)化納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷的光衰減抗性。此外，我們也開發(fā)了改良組成的納米粒子(于納米粒子合成制程或納米粒子官能基被覆制程中加入第二族(Group II)元素)，在納米粒子與耦合/分散劑被覆之間，具有較高能帶間隙材料的外殼被覆(像是氧化鋁或氧化硅)，特定地制造出以硅樹脂母體為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷。如果納米粒子在組成上有改良，而納米粒子在納米粒子與耦合/分散劑被覆的間，具有較高能帶間隙材料的外殼被覆(氧化硅)，可以選擇性地達(dá)到以硅樹脂母體為基礎(chǔ)且為光學(xué)透明的納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷。
我們發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷在100℃或更高溫度下(1000小時(shí)的存放可靠度測(cè)試)的LED燈具流明輸出的熱衰減度有相當(dāng)程度地被抑制。因此本發(fā)明的改良組成的納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷可提供增強(qiáng)的光熱衰減抗性。此外，以硅樹脂母體為基礎(chǔ)的改良納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷比起以環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的改良納米復(fù)合材料有機(jī)陶瓷，可提供增強(qiáng)的光熱衰減抗性。


為了更了解本發(fā)明，以下將配合附屬的圖表與實(shí)施方式一起說明，其中圖1比較以本發(fā)明的改良組成的納米粒子與傳統(tǒng)的納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的納米復(fù)合高折射率(HRI)封裝材料的流明維持特性(lumen-maintenance characteristics)。具有改良組成的納米粒子的HRI納米復(fù)合材料呈現(xiàn)大于300倍持續(xù)時(shí)間的90％流明維持。
圖2顯示本發(fā)明的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在525nm波長(zhǎng)的低功率LED照射下，與本發(fā)明的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的低功率白光LED照射下的流明維持特性。
圖3顯示本發(fā)明的硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的高效率低功率藍(lán)光LED照射下的流明維持特性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及制造和使用包括被覆一有機(jī)官能基并被分散于一環(huán)氧樹脂或硅樹脂聚合物的被處理的納米粒子，呈現(xiàn)出RI～1.7或以上的折射率并具有在波長(zhǎng)525nm時(shí)α＜0.5cm-1的低數(shù)值的光吸收系數(shù)。高折射系數(shù)(high refractive index，HRI)封裝材料在硬化時(shí)于80℃至100℃下退火數(shù)小時(shí)與高溫存放可靠度測(cè)試100℃下可達(dá)到數(shù)mm的層厚度而不會(huì)破裂。這與文獻(xiàn)中所述的光納米復(fù)合材料在硬化后具有僅0.01mm數(shù)量級(jí)的厚度而α＞1cm-1的特性有別，也因此后者無法用于LED燈具，因?yàn)槠銵ED芯片厚度至少0.1mm。
本發(fā)明也涉及制造和使用組成上改良的二氧化鈦(TiO2)納米粒子，賦予HRI封裝材料在525nm與460nm波長(zhǎng)下比起應(yīng)用于HRI封裝材料的傳統(tǒng)TiO2納米粒子較大的光衰減抗性(大于300倍)。組成上改良的TiO2納米粒子具有第二族(Group II)的原子/離子位于納米粒子內(nèi)(大量摻雜)或其表面(表面摻雜或表面被覆)。由于不曉得“摻雜(doping)”是發(fā)生在表面或是穿過納米粒子，因此在此會(huì)用“被處理(treated)”來描述這些粒子。表面上的Group II原子可能是氧化物或氫氧化物(舉例來說在鎂的濃度中散布的氧化鎂)。此外，組成上改良的納米粒子(于納米粒子合成制程或納米粒子官能基被覆制程中加入Group II元素)具有一較高能帶間隙材料(像是氧化鋁或氧化硅)的一外殼被覆，介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間，其可特別地達(dá)成硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合材料。在此氧化硅一般所指為SiOx，也就是SiO或SiO2，這是因?yàn)樵诩{米等級(jí)很難決定是哪種氧化物的關(guān)系。
具有高RI與大于LED放射波長(zhǎng)的能帶間隙的其它材料(氧化物、氮化物或硫化物)的納米粒子雖然也可使用，但是硫化物、硒化物(Selenide)與碲化物(Telluride，也就是Chalcogenide)等納米粒子容易因光化作用而衰減(可能需要一較高能帶間隙材料像是氧化鋁或氧化硅的一外殼被覆，介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間)。
圖1比較以NLC的改良組成的TiO2納米粒子與NLC的傳統(tǒng)TiO2納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的納米復(fù)合HRI封裝材料的流明維持特性，在525nm低功率LED燈具下分別為1000瓦和小于3小時(shí)的90％流明維持。較高光衰減抗性據(jù)信是因?yàn)榻Y(jié)合了降低了525nm下的光吸收率，如二種TiO2納米粒子樣本的UV-可見光反射光譜所見，還有光產(chǎn)生的電子-電洞對(duì)的再結(jié)合生命周期降低之故。這兩種效應(yīng)降低了納米粒子表面上引發(fā)反應(yīng)的光產(chǎn)生載體濃度，其為造成納米復(fù)合材料的光暗化(optical darkening)結(jié)果的原因。
在成長(zhǎng)納米粒子的過程中將具有包含Group II的化合物的組成上改良的TiO2納米粒子引進(jìn)反應(yīng)物，或是在納米粒子被覆以有機(jī)官能基的過程中將包含Group II的化合物引進(jìn)反應(yīng)物，這兩者的流明維持特性與Group II與TiO2分子的比率的數(shù)值相近。
在成長(zhǎng)納米粒子的過程中將具有包含Group II的化合物引進(jìn)反應(yīng)物，與在納米粒子被覆以有機(jī)官能基的過程中將包含Group II的化合物引進(jìn)反應(yīng)物的制程相比較，前者在Group II濃度增加下可提供更可重新制造和更高透明性的HRI材料。這是因?yàn)榘珿roup II的化合物的其它化學(xué)成分會(huì)擾亂有機(jī)官能基被覆制程，即利用在包含Group II的化合物的濃度較高的情況下改變?nèi)芤旱膒H值。
圖2顯示NLC的現(xiàn)行環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在525nm波長(zhǎng)的低功率LED照射下，與現(xiàn)行環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的低功率白光LED照射下的流明維持特性?，F(xiàn)行環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在525nm波長(zhǎng)的低功率LED照射下呈現(xiàn)90％的流明維持特性超過1000小時(shí)，與現(xiàn)行環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的低功率白光LED照射下只有20小時(shí)的90％流明維持特性形成對(duì)比，這是因?yàn)門iO2納米粒子在460nm波長(zhǎng)下比在525nm具有較高的光吸收性。環(huán)氧類母體的化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)因?yàn)榧{米粒子所引發(fā)的光催化作用而產(chǎn)生光學(xué)吸收發(fā)色團(tuán)(chromophore)。
要注意的是，以組成上改良的TiO2納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的流明維持，仍然比傳統(tǒng)的TiO2納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在525nm波長(zhǎng)下的流明維持要佳(90％流明維持20小時(shí)相較于少于3小時(shí))。傳統(tǒng)的TiO2納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)下的90％流明維持不到5分鐘。HRI納米復(fù)合封裝材料用于525nm波長(zhǎng)頂端表面粘著(SMD)燈具可提供約25％的LED特性提升，進(jìn)而提升插座效率(wall-plug efficiency，WPE)與光功率輸出。
圖3顯示NLC的現(xiàn)行硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的高效率低功率藍(lán)光LED照射下的流明維持特性?，F(xiàn)行硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的高效率低功率藍(lán)光LED照射下可呈現(xiàn)超過1000小時(shí)的95％以上流明維持特性。圖中僅顯示出前150個(gè)小時(shí)，這與在類似情況下，NLC的現(xiàn)行環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)的低功率藍(lán)光LED照射下的90％流明維持小于一小時(shí)形成對(duì)比。硅樹脂母體的化學(xué)惰性與環(huán)氧類母體相較下，較能預(yù)防在納米復(fù)合材料中產(chǎn)生光學(xué)吸收發(fā)色團(tuán)的可能。如前所述，傳統(tǒng)的TiO2納米粒子為基礎(chǔ)的環(huán)氧類母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在460nm波長(zhǎng)下的90％流明維持不到5分鐘。
現(xiàn)行硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料在525nm波長(zhǎng)的高效率低功率藍(lán)光LED照射下也可呈現(xiàn)超過1000小時(shí)的95％以上流明維持特性。
要注意的是，傳統(tǒng)的TiO2納米粒子并不會(huì)產(chǎn)生光學(xué)透明的硅樹脂母體為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料，即使有一較高能帶間隙材料(像是氧化鋁或氧化硅)的一外殼被覆，介于納米粒子與耦合/分散劑被覆之間。要達(dá)到光學(xué)透明的硅樹脂母體為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合封裝材料，除了納米粒子為組成上改良的納米粒子，而且(在此強(qiáng)調(diào))納米粒子有一較高能帶間隙材料(像是氧化鋁或氧化硅)的一外殼被覆，介于納米粒子與耦合/分散劑被覆之間。
要注意的是，圖3中用于藍(lán)光LED燈具的460nm芯片具有相較于圖2中用于白光LED芯片的對(duì)應(yīng)460nm芯片，更高的效率。因此，圖3的HRI封裝材料可承受較高的460nm光強(qiáng)度。
以HRI納米復(fù)合封裝材料為基礎(chǔ)的白光LED燈具加上YAG:Ce磷光體，在廣泛角度下量測(cè)(也就是在所有角度下較高的整體光功率，所以有較高的光視效能(Luminous Efficacy)，這點(diǎn)已由積分球面量測(cè)(integrating sphere measurement)所證實(shí)，可呈現(xiàn)出較高的亮度(也就是燭光級(jí)的亮度)。以HRI封裝材料為基礎(chǔ)的燈具與以傳統(tǒng)封裝材料為基礎(chǔ)的燈具相較，在類似的白光放射下，呈現(xiàn)至少要高40％的光功率。
制造以鎂處理的TiO2粒子為了要制造一批次量為10gm的TiO2粒子，我們使用四個(gè)小玻璃瓶，每一瓶包含來自Alfa(99％)的10gm的鈦酸丁酯(Titanium(IV)Butoxide，TBT)與來自Aldrich的3.5gm的冰醋酸(Glacial Acetic Acid)。每一玻璃瓶會(huì)被旋轉(zhuǎn)二至三分鐘以提供均勻的溶液。這些玻璃瓶會(huì)被放在來自Parr Instrument的高壓反應(yīng)器(reactor)內(nèi)。對(duì)于以鎂(magnesium)處理過的樣本，鎂鹽會(huì)先被溶解在醋酸內(nèi)，然后再加入TBT。60ml的丁醇(Butanol)會(huì)被置于反應(yīng)器內(nèi)的玻璃瓶外，其為反應(yīng)中的副產(chǎn)品。如果丁醇沒有被置于反應(yīng)器內(nèi)的玻璃瓶外，TiO2粒子出來時(shí)是干的，可能會(huì)具有硬質(zhì)聚集的粒徑大小而無法被覆且達(dá)到光學(xué)非散射色散(non-scattering dispersion)。不過，如果使用較多的反應(yīng)物，也有可能不需要外部的丁醇。比如說，100gm的TBT與相對(duì)比例量的其它反應(yīng)物。反應(yīng)器會(huì)被關(guān)閉并以氮?dú)馇逑磧煞昼娨猿タ諝?。接著反?yīng)器會(huì)被填以初始?jí)毫?00至300-psi的氮?dú)?，并且?30℃加熱2.5至5個(gè)小時(shí)。然而，如果使用較多的反應(yīng)物，也有可能使用較低初始?jí)毫Φ牡獨(dú)狻１热缯f，100gm的TBT與相對(duì)比例量的其它反應(yīng)物。當(dāng)粒子離開反應(yīng)器的時(shí)候會(huì)以己烷/庚烷清除以便移除在反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。粒子經(jīng)過離心作用后，會(huì)被懸浮在2-丁酮(2-Butanone)內(nèi)，然后準(zhǔn)備進(jìn)行被覆。
為了要產(chǎn)生“范例A”，在此所指為以2wt％的鎂(Mg)處理過的TiO2，反應(yīng)物的量為10gm TBT、Aldrich提供的99.999％的440mg醋酸鎂(Magnesium Acetate)、以及3.5gm冰醋酸。為了要產(chǎn)生“范例B”，在此所指為以3wt％Mg處理過的TiO2，反應(yīng)物的量為10gm TBT、Aldrich提供的99.999％的660mg醋酸鎂(Magnesium Acetate)、以及3.5gm冰醋酸。Mg處理過的TiO2粒子的最大粒徑小于25nm，如此一來可保證粒子為光學(xué)“隱形(非散射)”的，因?yàn)樗鼈儽绕餖ED放射的光的波長(zhǎng)要小得多，同時(shí)也讓封裝材料具有高粒子“承載系數(shù)(1oading factor)”。此外，個(gè)別處理的TiO2粒子聚集在一起，聚集起來的群組也相當(dāng)小(30-35nm或更小)，而完成的封裝材料為光學(xué)非散射，對(duì)于采用該封裝材料的LED燈具來說，可達(dá)到增強(qiáng)光功率與實(shí)際效率的效果。
為了產(chǎn)生Mg處理過的TiO2納米粒子，并具有一較高能帶間隙材料(像是氧化鋁或氧化硅)的一外殼被覆(也就是一個(gè)核心-殼的納米粒子，具有Mg處理過的TiO2“核心”與氧化鋁或氧化硅“外殼”)，會(huì)采用二階段的成長(zhǎng)制程。包含上述反應(yīng)物的高壓反應(yīng)器會(huì)以230℃加熱2.5至5個(gè)小時(shí)，讓Mg處理過的TiO2納米粒子能夠成長(zhǎng)，然后冷卻至室溫。接著打開反應(yīng)器加入丁氧化鋁(Aluminum Butoxide)或丁氧化硅(Silicon Butoxide)，均勻攪拌/混合使得每一小玻璃瓶?jī)?nèi)包含TiO2納米粒子。加入每一小玻璃瓶?jī)?nèi)的Aluminum Butoxide或Silicon Butoxide的量大約為一開始在每一瓶中TBT的量的20至40wt％(重量百分比)之間。反應(yīng)器會(huì)被關(guān)閉并以氮?dú)馇逑磧煞昼娨猿タ諝?。接著反?yīng)器會(huì)被填以初始?jí)毫?00至300-psi的氮?dú)猓⑶乙?30℃加熱2.5至5個(gè)小時(shí)。然而，如果使用較多的反應(yīng)物，也有可能使用較低初始?jí)毫Φ牡獨(dú)狻１热缯f，100gm的TBT與相對(duì)比例量的其它反應(yīng)物。當(dāng)Mg處理過的TiO2核心-殼納米粒子離開反應(yīng)器的時(shí)候會(huì)以己烷/庚烷清除以便移除在反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。粒子經(jīng)過離心作用后，會(huì)被懸浮在2-Butanone內(nèi)，然后準(zhǔn)備進(jìn)行被覆。具有一較高能帶間隙材料的一外殼被覆可提供增進(jìn)的效能。
以藕合/分散劑被覆被處理的TiO2納米粒子以相對(duì)極性的甲基丙烯酸酯官能基(Methacrylate functional-group)進(jìn)行被覆。
在一般要被覆被處理的TiO2粒子的批次作業(yè)中，來自兩個(gè)小玻璃瓶的TiO2粒子會(huì)被結(jié)合，大約為80ml的2-丁酮內(nèi)有5gm，并以超音波震蕩一小時(shí)。丁酮(Butanone)為應(yīng)用于本范例中的溶劑，在此也可使用水性溶劑，如酒精與水的混合。加上250uL的水以及接著1.76ml的耦合/分散劑(甲基丙烯氧丙烷三甲氧硅烷(Methacryloxypropyltrimethoxysilane)后，在70-80℃下攪拌兩小時(shí)。之后加入pH3-4的125ul的醋酸，而溶液會(huì)變得透明。替代地，可加入氫氧化銨(Ammonium Hydroxide)以達(dá)成基本的pH值。此一溶液會(huì)在室溫下被攪拌12至24個(gè)小時(shí)。溶劑可利用旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)(rotovap)于70-80℃下從溶液移除。被覆的TiO2粒子接著以庚烷清洗以移除殘留的耦合/分散劑。被清洗后的粒子接著被分散于2-丁酮內(nèi)，而整體體積為50ml。
除了Methacryloxypropyltrimethoxysilane以外，其它適合用來耦合/分散被處理的TiO2粒子的還有光學(xué)上透明的環(huán)氧或反應(yīng)性硅樹脂，這類耦合/分散劑包括烷基終結(jié)(Alkyl-terminated)的烷氧硅烷(AlkoxySilane)類，像是丙基三甲氧基硅烷(PropylTrimethoxySilane)、丁基三甲氧基硅烷(ButylTrimethoxySilane)、辛基三甲氧基硅烷(OctylTrimethoxysilane)、十二基三乙氧硅烷(DodecylTriethoxysilane)、苯基終結(jié)(Phenyl-terminated)的烷氧硅烷類、烯丙基終結(jié)(Allyl-terminated)的烷氧硅烷類、乙烯基終結(jié)(Vinyl-terminated)的烷氧硅烷類、辛烯基終結(jié)的烷氧硅烷類(Octenyl-terminated)、丙烯基終結(jié)的烷氧硅烷類(Glycidyl-terminated)以及六甲基二硅胺烷(HexaMethylDiSilazane)等。上述制程也可用于Mg處理過的核心-殼的納米粒子，其具有Mg處理過的TiO2“核心”與氧化鋁或氧化硅“外殼”。
以相對(duì)非極性的烷基官能基(Alkyl functional-group)進(jìn)行被覆。在一般以相對(duì)非極性的烷基官能基被覆Mg處理過的核心-殼的納米粒子，其具有Mg處理過的TiO2“核心”與氧化鋁或氧化硅“外殼”的批次作業(yè)中，來自兩個(gè)小玻璃瓶的TiO2粒子會(huì)被結(jié)合，大約為80ml的2-丁酮內(nèi)有5gm，并以超音波震蕩一小時(shí)。丁酮為應(yīng)用于本范例中的溶劑，在此也可使用水性溶劑，如酒精與水的混合。加上250uL的水以及接著1.76ml的耦合/分散劑(辛基三甲氧硅烷(Octyltrimethoxysilane)后，在70-80℃下攪拌兩小時(shí)。之后加入pH3-4的125ul的醋酸，而溶液維持不透明。替代地，可加入氫氧化銨(Ammonium Hydroxide)以達(dá)成基本的pH值。此一溶液會(huì)在室溫下被攪拌12至24個(gè)小時(shí)。溶劑可利用旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)于70-80℃下從溶液移除。被覆的TiO2粒子接著以甲醇清洗以移除殘留的耦合/分散劑。被清洗后的粒子接著被分散于甲苯(Toluene)內(nèi)，而整體體積為50ml。
高折射率(HRI)封裝材料范例A由4％Mg處理過的被覆TiO2生成HRI環(huán)氧封裝材料在10ml的2-丁酮中以4％Mg處理過的甲基丙烯酸酯官能基(Methacrylate functional-group)被覆的TiO2粒子(1.00g)與0.58g的環(huán)氧基(Loctite OS 4000 part A)在圓底燒杯中混合，而混合物會(huì)被逆餾(reflux)三小時(shí)。在冷卻時(shí)，溶液會(huì)在50℃的真空中于旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)上被濃縮，直到體積被濃縮為5ml。接著來自Aldrich Chemical Co的1ml的4甲基2戊酮(4-methyl-2-pentanone)會(huì)被加入混合物中并被轉(zhuǎn)移至一離心管，以3000rpm的轉(zhuǎn)速離心15分鐘。在離心過后，液體會(huì)被倒出而在旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)上濃縮，以獲得具有所需濃度的HRI環(huán)氧封裝材料。
范例B由4％Mg處理過的被覆TiO2生成HRI環(huán)氧終結(jié)的反座性硅樹脂封裝材料在10ml的甲苯中以4％Mg處理過的辛基官能基(Octylfunctional-group)被覆的TiO2粒子(1.00g)與0.58g的環(huán)氧基終結(jié)的硅樹脂在圓底燒杯中混合。該溶液會(huì)在50℃的真空中于旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)上被濃縮，直到獲得具有所需濃度的HRI環(huán)氧基終結(jié)的硅樹脂封裝材料為止。
環(huán)氧丙氧基丙基終結(jié)的(EpoxyPropoxyPropyl-Terminated)聚二甲硅氧(DiMethylSiloxane)(或環(huán)氧丙氧基丙基終結(jié)的二苯聚二甲硅氧(DiPhenylDiMethylSiloxane)或環(huán)氧丙氧基丙基終結(jié)的聚苯甲硅氧(PolyPhenylMethylSiloxane)，為光學(xué)應(yīng)用中以硅樹脂為基礎(chǔ)的彈性體的組成成分之一，用以產(chǎn)生環(huán)氧基終結(jié)的以硅樹脂為基礎(chǔ)的HRI封裝材料。同樣地，環(huán)氧丙氧基丙基終結(jié)的硅氧烷(Siloxane)可與乙烯基終結(jié)的硅氧烷(少于30％的體積部份為乙烯基終結(jié))混合。當(dāng)混合環(huán)氧基終結(jié)的和乙烯基終結(jié)的硅樹脂為母體時(shí)，硅樹脂的鏈接力量或硅氧烷重復(fù)單元的數(shù)目可以聚合程度(Degree of Polymerization，DP)來表示，而其可為小于DP～70。
范例CMg處理過的被覆TiO2生成HRI乙烯基終結(jié)的反應(yīng)性硅樹脂封裝材料在10ml的1-丁醇中以4％Mg處理過的烯丙基官能基(Allylfunctional-group)被覆的TiO2粒子(1.00g)與0.5g的乙烯基終結(jié)的硅樹脂在圓底燒杯中混合。該溶液會(huì)在50℃的真空中于旋轉(zhuǎn)濃縮機(jī)上被濃縮，直到獲得具有所需濃度的HRI乙烯基終結(jié)的硅樹脂封裝材料為止。
乙烯基終結(jié)的(Vinyl-Terminated)聚苯甲硅氧(PolyPhenylMethylSiloxane)(或乙烯基終結(jié)的二苯聚二甲硅氧(DiPhenylDiMethylSiloxane)或乙烯基終結(jié)的聚二甲硅氧(DiMethylSiloxane)，為光學(xué)應(yīng)用中以硅樹脂為基礎(chǔ)的彈性體的組成成分之一，用以產(chǎn)生乙烯基終結(jié)的以硅樹脂為基礎(chǔ)的HRI封裝材料。
于單色和白光頂置LED表面黏著燈具中分配HRI材料現(xiàn)行的HRI封裝材料可用于各種廣泛的燈具結(jié)構(gòu)中，而在2004年5月4日發(fā)表的美國(guó)專利第6,734,465號(hào)題為“用于固態(tài)照明的以納米結(jié)晶為基礎(chǔ)的磷光體與光子結(jié)構(gòu)(Nanocrystalline Based Phosphors AndPhotonic Structures For Solid State Lighting)”，以及PCT專利申請(qǐng)案第PCT/US2004/029201號(hào)一案，在此引用其內(nèi)容作為參考，其中可找到特別適合的光子結(jié)構(gòu)。考慮到因?yàn)槲焱?pentanone)或甲苯溶劑濃縮后而減少的40％至60％的體積，大約6至7微升(micro-1iter)的上述混合物會(huì)被分配于頂端放射(Top-Emitting)的表面黏著單色燈具(SMD monochromelamp)。所分配的體積與混合物的流變性(rheology)一般會(huì)被調(diào)整以達(dá)到硬化后HRI-空氣接口所需的特殊形狀。一般來說硬化是在室溫下處理24小時(shí)，或者是在80℃下可縮短為數(shù)小時(shí)。要注意的是，常常會(huì)有不需要加入硬化劑(也就是環(huán)氧或硅樹脂的B部分(Part B)的情形，因?yàn)門iO2的表面被覆也可作為硬化劑。
以白光燈具來說，約20mg至50mg的商用YAG:Ce塊狀磷光體會(huì)加入約1gm的HRI混合物(不計(jì)算溶劑重量)，換算每1ml的HRI(移除溶劑后)大約對(duì)應(yīng)為35mg至85mg的YAG:Ce。磷光體加載量(每1ml的HRI的YAG:Ce mg數(shù))可加以變化以達(dá)到所需的彩度坐標(biāo)(chromaticity-coordinate)，以及視LED芯片與封裝形狀的細(xì)節(jié)而定。同樣在單色燈具中也會(huì)遇到體積縮減的問題，在分配中也要考慮到。
在高功率LED燈具或甚至低功率SMD燈具中使用僅部份的將HRI材料填入反射杯中的策略，利用一半球狀的HRI“水滴(blob)”來包覆LED芯片。剩下的反射杯體積會(huì)被填以傳統(tǒng)的封裝材料(RI～1.5)，若有需要的話，可附加一預(yù)先鑄模的透鏡(RI～1.5)。整個(gè)HRI封裝材料體積在1至2micro-liter之間，比起填滿整個(gè)反射杯和高功率燈具剩下的燈具體積所需的10至20 microliter的HRI體積來說少了許多。HRI“水滴”策略需要相當(dāng)少量的HRI混合物，大約在2至4 micro-liter之間，僅填入反射杯的策略也可用于子彈型(Bullet-shaped)5mm LED燈具上。然而，分配的HRI體積約2micro-liter，硬化后約1micro-liter(相較下子彈型5mm透鏡需要大于100micro-liter的體積)。
整合于以聚合物為基礎(chǔ)的光子波導(dǎo)中現(xiàn)行HRI納米復(fù)合材料可用于各種以聚合物為基礎(chǔ)的光子波導(dǎo)(polymer-based photonic waveguide)結(jié)構(gòu)中，作為較高折射率的光局限核心/引導(dǎo)區(qū)域(photon-confining core/guiding region)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可了解，以聚合物為基礎(chǔ)的光子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)已經(jīng)用于光纖通訊或光互連的平面光波導(dǎo)(Planar Lightwave Circuit，PLC)應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，于光波導(dǎo)內(nèi)傳送的光波長(zhǎng)在780nm至1600nm(比可見光LED的波長(zhǎng)還要長(zhǎng))之間，而核心/引導(dǎo)區(qū)域的強(qiáng)度等級(jí)從一至數(shù)百個(gè)kiloWatt/cm2不等?，F(xiàn)行HRI納米復(fù)合材料除了具有高HRI外，還具有增強(qiáng)的光熱穩(wěn)定性，是對(duì)于此一應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)。
聚合物波導(dǎo)因?yàn)槭褂眯D(zhuǎn)被覆(spin-coating)的技術(shù)來制造聚合物為基礎(chǔ)的覆層(cladding)核心/引導(dǎo)層(而非標(biāo)準(zhǔn)的硅制程技術(shù)像是CVD和熱退火，它們需要較高的熱能與制造成本)，所以可提供低制造成本的優(yōu)勢(shì)。一般來說，聚合物波導(dǎo)所需的處理溫度低于150℃，而采用其它材料為基礎(chǔ)的波導(dǎo)需要超過300℃的處理溫度。
傳統(tǒng)上，具有折射率在1.4至1.5之間的硅樹脂聚合物或其它聚合物可經(jīng)由旋轉(zhuǎn)被覆、光蝕刻形成圖樣(photolithographic patterning)、在某些情況下使用蝕刻，來制造覆層(cladding layer)以及核心/引導(dǎo)區(qū)域。一般來說，RI～1.45的硅樹脂聚合物被用于覆層，而較高的RI～1.5硅樹脂聚合物被用于波導(dǎo)的核心/引導(dǎo)區(qū)域。覆層與核心/引導(dǎo)區(qū)域的厚度一般在一至數(shù)十個(gè)微米，而核心/引導(dǎo)區(qū)域一般為一隆起(被覆層所圍繞)，其寬度在五至數(shù)十個(gè)微米的間。覆層與核心/引導(dǎo)區(qū)域之間約2％的RI差異能夠用來制造具有約2mm的彎曲半徑的波導(dǎo)，而不會(huì)造成核心/引導(dǎo)區(qū)域的光局限損失(或由波導(dǎo)漏光)。提高波導(dǎo)的包裝密度(packing-density)，以便在晶圓上達(dá)到每單位面積更高的功能性，或替代地降低某特殊功能的光學(xué)元件成本，需要進(jìn)一步降低彎曲半徑，這只能由覆層與核心/引導(dǎo)區(qū)域之間較高的RI差異才能達(dá)成。RI差異為20％，意即RI～1.45的覆層與RI～1.74的核心/引導(dǎo)區(qū)域，可以制造出約0.1mm的波導(dǎo)彎曲半徑。由此大幅提升每一元件的功能性或降低每一元件的成本。
與薄膜HRI材料像是氮氧化硅(SiliconOxyNitride)、其它混合氧化物與ORMOCER相較下，本發(fā)明的以硅樹脂為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合材料所需的處理溫度低于150℃(或甚至低于100℃)，而采用其它材料為基礎(chǔ)的波導(dǎo)需要超過300℃的處理溫度(同時(shí)與氮氧化硅相較下具有較厚的薄膜與較高的RI對(duì)比)。
硅樹脂為基礎(chǔ)的HRI納米復(fù)合材料混合以旋轉(zhuǎn)被覆(spin-coated)的方式涂布在覆層上，覆層包含在硅晶圓上的二氧化硅(用成長(zhǎng)或沉積的方式)，或旋轉(zhuǎn)被覆在晶圓上的傳統(tǒng)RI～1.4至1.5硅樹脂聚合物層。HRI納米復(fù)合材料混合物的黏性可經(jīng)由控制溶劑的濃度而加以調(diào)整，以便達(dá)到在晶圓上形成均勻約10微米厚的層。視波導(dǎo)的光學(xué)設(shè)定而定，通過讓HRI混合物變薄與增加旋轉(zhuǎn)速度的組合可以控制層厚度在1至10微米之間變化。較厚的層可以經(jīng)由多重旋轉(zhuǎn)被覆步驟而達(dá)成。HRI納米復(fù)合材料層可利用壓印蝕刻或光蝕刻(photolithography)/定域光聚合(photopatterning)形成圖樣以達(dá)成約10微米寬的隆起物。HRI納米復(fù)合材料隆起物接著會(huì)被覆以約10微米或更厚的RI～1.4至1.5傳統(tǒng)硅樹脂聚合物層，以形成上覆層。
在這些例子中所提到的耦合/分散劑以及硅樹脂聚合物已經(jīng)可在市面上取得，也可通過，比如說Gelest公司(位于賓州Morrisville市)取得。
本發(fā)明以通過較佳實(shí)施例加以說明。不過，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，上述提到與說明的特定細(xì)節(jié)、數(shù)量以及制程步驟等在不悖離本發(fā)明的精神與范疇下，可有各種修改與變化。
權(quán)利要求
1.一種用于一發(fā)光裝置的可靠的高折射率封裝材料，其特征在于，包含a)具有小于25nm的主要粒子大小的二氧化鈦納米粒子，其中所述的二氧化鈦納米粒子被具有1至5wt％(重量百分比)的第二族元素所處理；b)被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子的耦合/分散劑；c)讓多重性的所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于其中的光學(xué)透明樹脂。
2.如權(quán)利要求1所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該第二族元素為鎂。
3.如權(quán)利要求1所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該耦合/分散劑為甲基丙烯氧丙烷三甲氧硅烷(Methacryloxypropyltrimethoxysilane)。
4.如權(quán)利要求1所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.6的折射率。
5.如權(quán)利要求1所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.8的折射率。
6.如權(quán)利要求1所述的高折射率封裝材料，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為具有一較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化鋁或氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
7.一種用于發(fā)光裝置的可靠的高折射率封裝材料，其特征在于，包含a)具有小于25nm的主要粒子大小的二氧化鈦納米粒子，所述的二氧化鈦納米粒子被具有1至5wt％(重量百分比)的第二族元素所處理；b)被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子的耦合/分散劑；c)讓多重性的所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于其中的光學(xué)透明樹脂。
8.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該第二族元素為鎂。
9.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該耦合/分散劑為辛基三甲氧基硅烷(Octyltrimethoxysilane)。
10.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該耦合/分散劑為烯丙基三甲氧基硅烷(Allyltrimethoxysilane)。
11.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.6的折射率。
12.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.8的折射率。
13.如權(quán)利要求7所述的高折射率封裝材料，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為具有一較高能帶間隙材料的一外殼被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
14.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包含a)一反射杯；b)一設(shè)置于該反射杯內(nèi)的發(fā)光二極管；c)一高折射率封裝材料，該高折射率封裝材料包含具有小于25nm的一主要粒子大小的二氧化鈦納米粒子，所述的二氧化鈦納米粒子被具有1至5wt％(重量百分比)的第二族元素所處理；一被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子的耦合/分散劑；以及一讓多重性的所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于其中的光學(xué)透明樹脂。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該第二族元素為鎂。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該耦合/分散劑為甲基丙烯氧丙烷三甲氧硅烷(Methacryloxypropyltrimethoxysilane)。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.6的折射率。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.8的折射率。
19.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為一具有較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化鋁或氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
20.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包含a)一反射杯；b)一設(shè)置于該反射杯內(nèi)的發(fā)光二極管；c)一高折射率封裝材料，其中該高折射率封裝材料包含具有小于25nm的一主要粒子大小的二氧化鈦納米粒子，所述的二氧化鈦納米粒子被具有1至5wt％(重量百分比)的第二族元素所處理；一被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子的耦合/分散劑；以及一讓多重性的所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于其中的光學(xué)透明樹脂。
21.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該第二族元素為鎂。
22.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該耦合/分散劑為辛基三甲氧基硅烷(Octyltrimethoxysilane)。
23.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該耦合/分散劑為烯丙基三甲氧基硅烷(Allyltrimethoxysilane)。
24.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.6的折射率。
25.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該封裝材料具有一高于1.8的折射率。
26.如權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為一具有較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
27.一種用以制造一用于一發(fā)光裝置的可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，包含以下的步驟a)以一第二族元素處理二氧化鈦納米粒子；b)以一耦合/分散劑被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子；c)將所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于一光學(xué)透明樹脂中以便形成該封裝材料。
28.如權(quán)利要求27所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，二氧化鈦被同時(shí)地制造與處理。
29.如權(quán)利要求27所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，該第二族元素為鎂。
30.如權(quán)利要求27所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為一具有較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化鋁或氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
31.一種用以制造一用于一發(fā)光裝置的可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，包含以下的步驟a)以一第二族元素處理二氧化鈦納米粒子；b)以一耦合/分散劑被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子；c)將所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于一光學(xué)透明反應(yīng)性硅樹脂中以便形成該封裝材料。
32.如權(quán)利要求31所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，二氧化鈦被同時(shí)地制造與處理。
33.如權(quán)利要求31所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，該第二族元素為鎂。
34.如權(quán)利要求31所述的用以制造一可靠的高折射率封裝材料的方法，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為一具有較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
35.一種光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，包含a)第一覆層；b)第二覆層；c)由一高折射率納米復(fù)合材料組成的光局限核心/引導(dǎo)區(qū)域，該光局限核心/引導(dǎo)區(qū)域被第一覆層與第二覆層圍繞；其中該高折射率納米復(fù)合材料包含具有小于25nm的一主要粒子大小的二氧化鈦納米粒子，所述的二氧化鈦納米粒子被具有1至5wt％(重量百分比)的第二族元素所處理；一被覆所述的被處理的二氧化鈦納米粒子的耦合/分散劑；以及一讓多重性的所述的被覆并被處理的二氧化鈦納米粒子分散于其中的光學(xué)透明反應(yīng)性硅樹脂。
36.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，該第二族元素為鎂。
37.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，該耦合/分散劑為辛基三甲氧基硅烷(Octyltrimethoxysilane)。
38.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，該耦合/分散劑為烯丙基三甲氧基硅烷(Allyltrimethoxysilane)。
39.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，該高折射率納米復(fù)合材料具有一高于1.6的折射率。
40.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，該高折射率納米復(fù)合材料具有一高于1.8的折射率。
41.如權(quán)利要求35所述的光子波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述的二氧化鈦納米粒子為一具有較高能帶間隙材料的一外殼所被覆，其中該高能帶間隙材料為氧化硅，且該高能帶間隙材料介于所述的二氧化鈦納米粒子與該耦合/分散劑被覆之間。
全文摘要
一種用于發(fā)光二極管(LED)和以LED為基礎(chǔ)的發(fā)光裝置的光學(xué)上具有可靠的高折射率(HRI)封裝材料有關(guān)。該材料也可用于以聚合物為基礎(chǔ)的光子波導(dǎo)，進(jìn)而用于光子通訊與光互連應(yīng)用的光學(xué)上具有可靠的高折射率光導(dǎo)核心材料。該封裝材料包括被覆蓋一有機(jī)官能基并被分散于一環(huán)氧樹脂或硅樹脂聚合物的被處理的納米粒子，呈現(xiàn)RI～1.7或以上的折射率并具有在波長(zhǎng)525nm時(shí)α＜0.5cm
文檔編號(hào)B32B5/16GK101084112SQ200580039251
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者尼基·R·塔斯卡, 維沙·贊巴拉, 唐納德·朵曼, 巴拉第·S·庫(kù)卡尼 申請(qǐng)人:奈米晶材照明有限公司