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