DE102010035110A1 - Polymerkomposit, Verwendung des Polymerkomposits und optoelektronisches Bauelement enthaltend das Polymerkomposit - Google Patents

Polymerkomposit, Verwendung des Polymerkomposits und optoelektronisches Bauelement enthaltend das Polymerkomposit Download PDF

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Abstract

Es wird ein Polymerkomposit angegeben, das eine Barriere für schwefelhaltige Verbindung ist. Weiterhin werden die Verwendung des Polymerkomposit sowie ein optoelektronisches Bauelement, das dieses Polymerkomposit enthält, angegeben.

Description

  • Es wird ein Polymerkomposit sowie seine Verwendung und ein optoelektronisches Bauelement enthaltend das Polymerkomposit angegeben.
  • Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist, ein Polymerkomposit bereitzustellen, das eine verbesserte Stabilität aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Polymerkomposit gemäß Anspruch 1 gelöst. Aufgaben weiterer Ausführungsformen der Erfindung sind die Verwendung des Polymerkomposits sowie das Bereitstellen eines optoelektronischen Bauelements enthaltend das Polymerkomposit. Diese Aufgaben werden durch die Verwendung gemäß Anspruch 10 und das optoelektronische Bauelement gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Es wird ein Polymerkomposit angegeben, das eine Polymermatrix und ZnO-Partikel, die in der Polymermatrix verteilt vorhanden sind, enthält. Das Polymerkomposit ist eine Barriere für schwefelhaltige Verbindungen. Damit wird ein Polymerkomposit bereitgestellt, das gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen, beispielsweise schwefelhaltige Schadgase wie H2S oder SOx, stabil ist, das heißt für solche Gase oder Verbindungen eine verminderte oder keine Permeabilität aufweist.
  • Optoelektronische Bauelemente wie LEDs, die einen Verguss aufweisen, können Ausgasungen aus schwefelhaltigen Additiven, beispielsweise aus Gummidichtungen, ausgesetzt sein, was zusammen mit der Luftfeuchtigkeit in Zusammenwirkung mit der emittierten Strahlung der LED zu elektrischen und optischen Funktionsstörungen führen kann. Grund dafür kann eine Feuchte- und Gaspermeabilität des Vergussmaterials sein. Wenn schwefelhaltige Verbindungen durch den Verguss hindurch dringen, können beispielsweise Korrosionserscheinungen an den elektrischen Kontaktierungen der LED auftreten. Weiterhin können reflektive Eigenschaften an metallischen, optischen Reflektoren der LED, zum Beispiel Ag-Reflektoren, verschlechtert werden, was durch die Bildung dunkelmatter oder schwarzer Ag(I)- und/oder Ag(II)-Sulfidoberflächen hervorgerufen wird. Eine solche Störung kann die optische Qualität einer LED maßgeblich beeinträchtigen. Weiterhin können durch schwefelhaltige Verbindungen störende Ablagerungen auf Oberflächen von Licht emittierenden Chips auftreten, die die Lichtintensität beziehungsweise Helligkeit vermindern oder die Abstrahlcharakteristik verändern, was beides zu limitierten Lebensdauern des Bauelements führen kann.
  • Durch die Verwendung eines Polymerkomposits gemäß den obigen Ausführungen als Vergussmaterial wird der Verguss gegenüber den schwefelhaltigen Verbindungen stabilisiert, sodass die oben genannten Degradationen des Bauelements vermindert oder verhindert werden können.
  • Die Polymermatrix des Polymerkomposits kann ausgewählt sein aus einer Gruppe, die Silikone, Silikonhybride, Duroplaste und Thermoplaste umfasst. Beispielsweise können Acrylate, Polycarbonate, Polyester, Polyamide, Polyurethane oder Epoxide oder Epoxidharze als Polymermatrix verwendet werden. Die Polymermatrix kann additiv vernetzende Silikone umfassen.
  • In einer Ausführungsform werden die ZnO-Partikel Silikonen zugesetzt. Dabei können additiv vernetzende Silikone verwendet werden. Zur Herstellung eines solchen Polymerkomposits werden die ZnO-Partikel dem Silikon zugesetzt, dann gemeinsam thermisch ausgehärtet, wobei das Silikon vernetzt. Durch die Zugabe der ZnO-Partikel kann die Schadgas- beziehungsweise Feuchtepermeabilität des Silikons herabgesetzt werden.
  • Die ZnO-Partikel können in der Polymermatrix mit einem Gehalt von 0,01 bis 10 Gew%, vorzugsweise 0,01 bis 0,5 Gew% vorhanden sein. Es können ZnO-Partikel eingesetzt werden, die eine Reinheit von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 98% aufweisen.
  • Die ZnO-Partikel können gemäß einer Ausführungsform eine Partikelgröße aufweisen, die aus einem Bereich, der 3 bis 100 nm umfasst, ausgewählt ist. Beispielsweise kann der Bereich 3 bis 50 nm umfassen. Dem Polymerkomposit werden also ZnO-Partikel zugesetzt, die Nanopartikel sind. Die Verteilung der ZnO-Partikel in der Matrix kann agglomerat- und/oder aggregationsfrei sein. Damit liegen die ZnO-Partikel als einzelne Partikel in der Polymermatrix vor, so dass die Transparenz der Polymermatrix erhalten wird.
  • Die ZnO-Partikel können chemisch bindend für Schwefel sein. Beispielsweise kann sich aus ZnO bei Kontaktierung mit schwefelhaltigen Gasen ZnS ergeben. ZnS ist schwer löslich. Damit kann das ZnO dazu beitragen, dass die schwefelhaltigen Schadgase gereinigt werden, und keine schwefelhaltigen Verbindungen mehr durch das Polymerkomposit hindurch dringen können.
  • Damit kann beispielsweise das Alterungsverhalten optoelektronischer Bauelemente und Module verbessert werden. Durch die nanoskalige Größe der zugesetzten ZnO-Partikel haben diese eine große Oberfläche, was sich positiv auf die Reinigung der schwefelhaltigen Gase auswirken kann.
  • Weiterhin kann durch die geringe Größe sowie die agglomerat- und/oder aggregationsfreie Verteilung der ZnO-Partikel die optischen Eigenschaften und die Transparenz des Polymerkomposit erhalten bleiben. Das Polymerkomposit kann beispielsweise transparent für Strahlung mit einer Wellenlänge > 410 nm sein. Es kann weiterhin Strahlung mit einer Wellenlänge von < 410 nm absorbieren. Damit kann das Polymerkomposit beispielsweise als Filter eingesetzt werden.
  • Das Polymerkomposit kann eine Applikationsform aufweisen, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Gießen, Molden, Kleben, Beschichten, Belacken und Extrudieren umfasst. Damit kann das Polymerkomposit je nach Verwendungszweck aufgebracht und/oder geformt werden.
  • Es wird weiterhin die Verwendung eines Polymerkomposits gemäß den oben genannten Eigenschaften als Gehäusematerial, Funktionsmaterial oder Befestigungsmaterial angegeben.
  • Wird das Polymerkomposit als Befestigungsmaterial verwendet, kann es beispielsweise Lacken oder Klebstoffen zugesetzt werden. Ein solcher Lack kann beispielsweise zur Verbesserung der Medien- und Schadgasbeständigkeit von PCB (printed circuit board) zugesetzt werden.
  • Bei der Verwendung des Polymerkomposits als Funktionsmaterial kann dieses beispielsweise zu Verpackungsfolien geformt werden. Wird das Polymerkomposit als Funktionsmaterial verwendet, kann es beispielsweise als Verguss- oder Kapselmaterial in der Fotovoltaik- und Solartechnik, in der Medizintechnik, in der Optik und in optoelektronischen Erzeugnissen eingesetzt werden.
  • Beispielsweise kann das Polymerkomposit zur Herstellung von optischen Elementen, wie Linsen oder Prismen, eingesetzt werden.
  • Optoelektronische Bauelemente, die ein Polymerkomposit gemäß den oben genannten Eigenschaften enthalten, können beispielsweise im Automobilbereich, in der Allgemeinbeleuchtung, in Industrieanwendungen und der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden. Das Polymerkomposit kann weiterhin auch Lumineszenzmedien zugesetzt werden, und dort als Filter fungieren.
  • Weiterhin wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Substrat, ein strahlungsemittierendes Element auf dem Substrat, und einen Verguss aufweist. Das strahlungsemittierende Element ist von einer ersten und zweiten elektrischen Kontaktierung kontaktiert und seitlich von einem Gehäuse umgeben. Der Verguss ist über dem Element und zumindest zwischen dem Element und dem Gehäuse angeordnet, wobei der Verguss und/oder das Gehäuse ein Polymerkomposit nach einer der oben genannten Ausführungsformen aufweist.
  • Der Verguss und/oder das Gehäuse können transparent für die von dem strahlungsemittierenden Element emittierte Strahlung sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform können der Verguss und/oder das Gehäuse, die ein Polymerkomposit nach den oben genannten Eigenschaften enthalten, das strahlungsemittierende Element und die elektrischen Kontaktierungen gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen abdichten.
  • Das Gehäuse des optoelektronischen Bauelements kann dem strahlungsemittierenden Element zugewandte reflektierende Innenflächen aufweisen, die durch den Verguss gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen abgedichtet sind.
  • Das optoelektronische Bauelement kann eine LED sein. Die LED kann beispielsweise ein weißes Licht emittierende LED sein.
  • Dadurch, dass das optoelektronische Bauelement ein Polymerkomposit, das ZnO-Partikel enthält, in seinem Verguss und/oder in seinem Gehäuse aufweist, kann seine Lebensdauer verbessert und seine Lichtintensität beziehungsweise Helligkeit sowie seine Abstrahlcharakteristik verbessert werden.
  • Die ZnO-Partikel reinigen schwefelhaltige Schadgase, die beispielsweise mit einem Anteil von zirka 100 ppm in der Umgebung des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise der LED, vorhanden sind. Somit ist die Vergussmasse und/oder das Gehäusematerial weniger permeabel für Feuchtigkeit und schwefelhaltige Schadgase, welche nicht mehr durch den Verguss und/oder das Gehäuse hindurch zu dem strahlungsemittierenden Element, den Kontaktierungen und der Gehäuseinnenwand vordringen können. Somit wird verhindert, dass sich auf den Innenwänden des Gehäuses, die als optische Reflektoren dienen können, durch Reaktion mit schwefelhaltigen Verbindungen beispielsweise dunkelmatte oder schwarze Ag(I)- und/oder Ag(II)-Sulfidoberflächen bilden können und die Reflexion an den Gehäuseinnenwänden erhalten bleibt.
  • Weiterhin wird verhindert, dass die elektrischen Kontaktierungen aufgrund äußerer Einflüsse, wie beispielsweise schwefelhaltiger Verbindungen, eine Korrosion aufweisen. Durch Verwendung des Polymerkomposits in dem Verguss und/oder in dem Gehäuse kann also sowohl die elektrische als auch die optische Funktion eines optoelektronischen Bauelements weitgehend erhalten bleiben und damit seine Lebensdauer verlängert werden.
  • Anhand der Figur soll die Erfindung in einer Ausführungsform näher erläutert werden.
  • 1 schematische Seitenansicht einer LED.
  • 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements am Beispiel einer LED. Diese weist ein Substrat 10 auf, das Durchkontaktierungen aufweist, durch die jeweils eine erste elektrische Kontaktierung 31 und eine zweite elektrische Kontaktierung 32 hindurchführen. Auf der zweiten Kontaktierung 32 ist ein strahlungsemittierendes Element 20 angeordnet, das über einen Bonddraht 33, der auf der von dem Substrat abgewandten Oberfläche des Elements 20 befestigt ist, zu der ersten Kontaktierung 31 führt. Um das strahlungsemittierende Element 20 herum ist ein Gehäuse 40 angeordnet, dass zur Verbesserung der Reflexion der emittierten Strahlung abgeschrägte Innenwände 41 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 40 ist der Verguss 50 vorhanden, der das strahlungsemittierende Element 20 sowie die Kontaktierungen 31, 32 und den Bonddraht 33 umschließt. Der Verguss 50 und/oder das Gehäuse 40 enthalten ein Polymerkomposit, das eine Polymermatrix und ZnO-Partikel aufweist. Beispielsweise kann die Polymermatrix ein Silikon, insbesondere ein additiv vernetzendes Silikon, aufweisen. Die ZnO-Partikel können eine Partikelgröße von 3 bis 50 nm aufweisen, womit sie nanoskalig sind. Weiterhin können die Partikel eine Reinheit von über 98% aufweisen und sind mit einem Gehalt von 0,01 bis 10 Gew% in der Polymermatrix vorhanden.
  • Der Verguss 50 und/oder das Gehäuse 40 dichten sowohl das strahlungsemittierende Element 20 als auch die Kontaktierungen 31 und 32 sowie die Innenwände des Gehäuses 41 vor äußeren Einflüssen ab. Feuchtigkeit und schwefelhaltige Verbindungen können beispielsweise nicht durch den Verguss 50 hindurch dringen, da sich in dem Verguss 50 aus den darin vorhandenen ZnO-Partikeln und den schwefelhaltigen Verbindungen beispielsweise ZnS-Verbindungen bilden, die schwer löslich sind und nicht zu den empfindlichen Bauteilen, wie das strahlungsemittierende Element 20, die Kontaktierungen 31 und 32 und die Gehäuseinnenwände 41, vordringen können.
  • Dadurch tritt keine Korrosion an den Kontaktierungen 31 und 32 auf und auch die Innenwände 41 des Gehäuses sowie die Oberfläche des strahlungsemittierenden Elements 20 bleiben frei von etwaigen Verfärbungen durch schwefelhaltige Verbindungen, die durch Reaktion von Schwefel mit den Materialien des Gehäuses 40 oder des strahlungsemittierenden Elements 20 auftreten könnten. Somit werden die optische Eigenschaft und die Helligkeit des optoelektronischen Bauelements erhalten. Das Bauelement kann zuverlässig arbeiten und hat eine verbesserte Betriebslebensdauer durch die Stabilisation des Vergusses und/oder des Gehäuses gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen. Dadurch, dass auch die Korrosion der Kontaktierungen 31 und 32 verhindert wird, sind auch die elektrischen Eigenschaften des Bauelements erhalten.
  • Applikationsformen des Polymerkomposits sind beispielsweise Gießen, Molden, Kleben, Beschichten, Belacken, oder Extrudieren. Diese Applikationsformen können auch angewendet werden zur Kapselung, Montage und Beschichtung von LEDs.
  • Das Polymerkomposit wirkt als Stabilisator gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen und ist eine kostengünstige Lösung zur Erhöhung der Betriebslebensdauer vieler Bauelemente, die beispielsweise ein Verguss, der dieses Polymerkomposit enthält, aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen beschränkt, sondern lässt auch Kombinationen von Merkmalen zu, die nicht explizit in den Ansprüchen oder der Beschreibung angegeben sind.

Claims (15)

  1. Polymerkomposit, enthaltend: – eine Polymermatrix und – ZnO-Partikel, die in der Polymermatrix verteilt vorhanden sind, wobei das Polymerkomposit eine Barriere für schwefelhaltige Verbindungen ist.
  2. Polymerkomposit nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Polymermatrix ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Silikone, Silikonhybride, Duroplaste und Thermoplaste umfasst.
  3. Polymerkomposit nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Polymermatrix ein additiv vernetzendes Silikon umfasst.
  4. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ZnO-Partikel in der Polymermatrix mit einem Gehalt von 0,01 bis 10 Gew% vorhanden sind.
  5. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ZnO-Partikel eine Partikelgröße aufweisen, die aus einem Bereich, der 3 bis 100 nm umfasst, ausgewählt ist.
  6. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verteilung der ZnO-Partikel in der Polymermatrix agglomerat- und/oder aggregationsfrei ist.
  7. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ZnO-Partikel chemisch bindend für Schwefel sind.
  8. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das transparent für Strahlung mit einer Wellenlänge > 410 nm ist.
  9. Polymerkomposit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Applikationsform aufweist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Gießen, Molden, Kleben, Beschichten, Belacken und Extrudieren umfasst.
  10. Verwendung eines Polymerkomposits nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Gehäusematerial, Funktionsmaterial oder Befestigungsmaterial.
  11. Optoelektronisches Bauelement, aufweisend – ein Substrat (10), – ein strahlungsemittierendes Element (20) auf dem Substrat (10), wobei das Element (20) von einer ersten und einer zweiten elektrischen Kontaktierung (31, 32) kontaktiert ist und seitlich von einem Gehäuse (40) umgeben ist, – einen Verguss (50) über dem Element (20) und zumindest zwischen dem Element (20) und dem Gehäuse (40), wobei der Verguss (50) und/oder das Gehäuse (40) ein Polymerkomposit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
  12. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verguss (50) und/oder das Gehäuse (40) transparent für die emittierte Strahlung sind.
  13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das strahlungsemittierende Element (20) und die erste und zweite elektrische Kontaktierung (31, 32) durch den Verguss (50) und/oder das Gehäuse (40) gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen abgedichtet sind.
  14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Gehäuse (40) dem strahlungsemittierenden Element (20) zugewandte reflektierende Innenflächen (41) aufweist, die durch den Verguss (50) gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen abgedichtet sind.
  15. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das eine LED ist.
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