DE112013001412T5 - Zusammensetzungen von Einkapselungsmitteln und Verfahren für Beleuchtungsgeräte - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen optische Medien und/oder Präkursoren eines Einkapselungsmittels und Einkapselungsmittel für ein optisches Medium, welche davon hergestellt wurden, wobei das optische Medium und/oder die Einkapselungsmittel zur Verwendung in Beleuchtungsgeräten konfigurierbar sind. Speziell weist das optische Medium und/oder die Präkursoren eines Einkapselungsmittels (76) zumindest eine chemisch funktionalisierte Silsesquioxan-Einheit auf. Verfahren des Verringerns der Verschlechterung bei einem Aussetzen eines Wärmefluss und/oder optischen Flusses unter Verwendung des optischen Mediums und/oder Einkapselungsmittel (78), welche chemisch funktionalisiertes Silsesquioxan aufweisen, werden offenbart.

Description

• Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen optische Medien und/oder Präkursoren eines Einkapselungsmittels, welche zur Verwendung in Beleuchtungsgeräten konfigurierbar sind. Besonders weisen das optische Medium und/oder die Präkursoren eines Einkapselungsmittels zumindest eine chemisch funktionalisierte Silsesquioxan-Einheit auf. Es werden ebenso Verfahren des Verringerns der Verschlechterung durch ein Aussetzen eines Wärmefluss und/oder optischen Flusses unter Verwendung des optischen Mediums und/oder des Einkapselungsmittels offenbart, welches eine oder mehrere Silsesquioxan-Einheiten aufweist.
• Stand der Technik
• Typische Beleuchtungsgeräte umfassen Einkapselungsmittel und/oder eine oder mehrere Linsen. Manche Arten von Beleuchtungsgeräten weisen Festkörper-Lichtsender auf, wie zum Beispiel LEDs. LEDs enthalten normalerweise eine einkapselnde Kuppel oder eine Linse um das LED herum. Aus den vielen Materialien, welche als Materialien für die einkapselnde Kuppel (oder Linse) zum Einsatz kommen, sind Silikone weit verbreitet, in erster Linie für eine Anzahl von gewünschten Eigenschaften. Silikone sind jedoch gleichwohl durch ihre relativ geringe Stabilität gehemmt, wenn sie einer erheblichen Wärme als ein Ergebnis der herkömmlichen Stromdichten in Beleuchtungsgeräten ausgesetzt werden und/oder in Kombination mit einer intensiven optischen Flussdichte, welche für den hohen Fluss der Beleuchtungsklasse LED-enthaltenden Beleuchtungsgeräte benötigt werden. Unter derartigen Bedingungen kann Silikon aus den Folgen von Wärme und Licht zerfallen, sowie fortgeschrittene Alterungseffekte erleiden, manchmal zudem vergrößert durch ein unvollständiges Aushärten während der Herstellung als ein Einkapselungsmittel. Das Ergebnis dieses Zerfalls ist eine unerwünschte Änderung der mechanischen Eigenschaften, welches zur Entfärbung des Einkapselungsmittels, einer fortgesetzten physikalischen Verschlechterung via Vernetzung/Kettenaufspaltung des Einkapselungsmittels und einem letztendlichen Zerbrechen des Einkapselungsmittels führen kann, was eine unannehmbare Farbverschiebung des Beleuchtungsgeräts und eine vorzeitige Beendigung ihrer erwarteten Lebensdauer ergibt.
• Es lässt sich allgemein feststellen, dass je höher die optische Flussdichte bei einer bestimmten Temperatur ist, desto schneller tritt das Versagen des Einkapselungsmittels ein, oder je höher die bestimmte Temperatur bei einer optischen Flussdichte ist, desto schneller tritt das Versagen des Einkapselungsmittels ein, aus einem oder mehreren der obigen Gründe. Als ein Beispiel für ein LED Beleuchtungsgerät, wenn die Stabilität des Einkapselungsmittels verschoben wird, und dann ihre Grenze überschritten hat, dann tritt ein katastrophales Versagen ein, was normalerweise rund um die Oberseite eines LED-Chips beobachtet wird, da dies die Stelle ist, bei der die größte Wärme und Flussdichte mit dem Einkapselungsmittel zusammenwirkt. Als ein Ergebnis wird diese Schnittstelle entfärbt oder ”verschmort”, was zu einem starken Rückgang des Lichtstroms führt, wie in 1A und 1B dargestellt, welche jeweils ein Bild eines herkömmlichen Einkapselungsmittels vor und nach einer Einwirkung eines hohen optischen Flusses und Wärme zeigen. Die Quelle dieses Verschmorens kann zumindest teilweise mit flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds (VOCs)) verbunden sein, welche aus dem Einkapselungsmittel und/oder anderen organischen Chemikalien-enthaltenden LED Bauteilen oder dem Einkapselungsmittel selbst stammen können. Bei einem nachfolgenden Aussetzen von Wärme und hoch-energetischer Photonen, welche von dem LED emittiert werden, entfärben sich die flüchtigen Verbindungen und blockieren das Licht, welches von dem LED emittiert wird, neben anderen Auswirkungen.
• Offenbarung der Erfindung
• In einer ersten Ausführungsform wird eine Licht emittierende Vorrichtung zur Verfügung gestellt. Die Licht emittierende Vorrichtung weist auf: zumindest einen Lichtsender; und ein Einkapselungsmittel in der Nähe des zumindest einen Lichtsenders, wobei das Einkapselungsmittel zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist.
• In einer zweiten Ausführungsform wird ein Leuchtdiode (LED) Gerät zur Verfügung gestellt. Das LED Gerät umfasst: eine Unterlage, welche zumindest ein LED darauf aufweist; und ein optisches Medium, welches durch das Gemisch oder Reaktionsprodukt gebildet wird, aus (i) zumindest einem funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem funktionalisierten Poly-Silsesquioxan, und zumindest eine funktionelle Gruppe aufweist, wobei das Einkapselungsmittel zum Ausbilden eines optischen Mediums in der Lage ist, welches auf dem LED und/oder der Unterlage abgelagert ist; und (ii) optional einen Katalysator.
• In einer dritten Ausführungsform wird ein Verfahren des Verringerns der Verschlechterung eines Einkapselungsmittels eines Beleuchtungsgeräts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist das Ausbilden eines Einkapselungsmittels auf, welches für ein Beleuchtungsgerät konfigurierbar ist, wobei das Einkapselungsmittel zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist, welche in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um eine Verschlechterung des Einkapselungsmittels während des Betriebs des Beleuchtungsgeräts zu verringern.
• In einer vierten Ausführungsform wird ein Verfahren des Erhöhens der Wärmeleitfähigkeit eines Einkapselungsmittels für ein Beleuchtungsgerät zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist das Bereitstellen eines Präkursors eines Einkapselungsmittels auf, welcher zum Ausbilden eines Einkapselungsmittels für zumindest einen Lichtsender konfiguriert ist, wobei der Präkursor eines Einkapselungsmittels zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist, welche in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um die Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels zu erhöhen.
• In einer fünften Ausführungsform wird ein Verfahren des Erhöhens des Brechungsindex eines Einkapselungsmittels für ein Beleuchtungsgerät zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist das Bereitstellen eines Präkursors eines Einkapselungsmittels auf, welcher zum Ausbilden eines Einkapselungsmittels für zumindest einen Lichtsender konfiguriert ist, wobei der Präkursor eines Einkapselungsmittels zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist, welche in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um den Brechungsindex des Einkapselungsmittels zu erhöhen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1A und 1B zeigen ein herkömmliches Einkapselungsmittel eines LED Geräts jeweils vor und nach dem Aussetzen von einem hohen optischen Fluss und Wärme von den LEDs.
• 2 stellt Vertretungen von funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan-Einheiten mit einem offenen Käfig und geschlossenem Käfig in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
• 3 ist ein Querschnitt einer am Computer modellierten Wärmeverteilung einer beispielhaften blauen LED-Konstruktion während des Betriebs mit einem Einkapselungsmittel (als eine Linse) mit 0,1 W/k Wärmeleitfähigkeit und einem Leuchtstoff-Binder.
• 4 ist eine grafische Darstellung einer Spitzentemperatur als eine Funktion der Wärmleitfähigkeit der am Computer modellierten LED-Konstruktion von 3.
• 5 ist eine grafische Darstellung einer Gewinnung von gebündeltem Licht eines Beleuchtungsgeräts als eine Funktion des Brechungsindex des Einkapselungsmittels/optischen Mediums.
• 6 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Herstellungsprozess eines optischen Mediums/Einkapselungsmittels unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
• 7 ist eine graphische Darstellung von experimentellen Daten von Einkapselungsmitteln in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche die Veränderung der Absorption als eine Funktion der Zeit bei einer erhöhten Temperatur zeigen.
• 8 ist eine graphische Darstellung von experimentellen Daten von optischen Medien in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche die Veränderung der Absorption als eine Funktion der Zeit bei einer erhöhten Temperatur zeigen.
• 9 ist eine graphische Darstellung von experimentellen Daten von optischen Medien in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche die Absorption der optischen Medien als eine Funktion der Zeit bei einer erhöhten Temperatur zeigen.
• Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
• Die vorliegende Offenbarung sieht Präkursoren eines Einkapselungsmittels vor, welche zumindest eine chemisch funktionalisierte Silsesquioxan-Einheit aufweisen. Die chemisch funktionalisierten Silsesquioxan-Einheiten können dispergiert sein oder auf eine andere Weise in einem Präkursor eines Einkapselungsmittels (im Folgenden ebenso als eine ”Matrix” bezeichnet) verteilt sein, so wie es für eine Linse zur Verwendung in Beleuchtungsgeräten geeignet ist. Es wurde festgestellt, dass POSS-Einheiten wirksam selektive Merkmale des Einkapselungsmittels in Bezug auf seine thermischen und optischen Eigenschaften verändern. Somit stellen, alleine oder in Kombination mit einem Präkursor eines Einkapselungsmittels, POSS-Einheiten einen gesteigerten Widerstand gegenüber einer thermischen Zersetzung, einer optischen Verschlechterung und einer thermisch-optischen Verschlechterung einschließlich einem Widerstand gegenüber Vergilbung zur Verfügung. Zusätzlich dazu können, alleine oder in Kombination mit einem Präkursor eines Einkapselungsmittels, chemisch funktionalisierte Silsesquioxan-Einheiten den Brechungsindex (”Brechungsindex”) und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels verbessern.
• Demzufolge wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Präkursor eines Einkapselungsmittels und/oder ein Einkapselungsmittel zur Verfügung gestellt, welche zumindest eine POSS-Einheit aufweisen. In manchen Aspekten besitzen ein oder mehrere der Präkursoren eines Einkapselungsmittels und/oder ein oder mehrere POSS-Einheiten zumindest eine reaktive Gruppe, welche für eine physikalische oder chemische Kopplung geeignet ist.
• Der Präkursor eines Einkapselungsmittels, welcher zumindest eine POSS-Einheit aufweist, verbessert die Nutzungsdauer von Beleuchtungsgeräten. In einem Aspekt verbessert der Präkursor eines Einkapselungsmittels, welcher zumindest eine POSS-Einheit aufweist, die Nutzungsdauer von Geräten, welche eine Leuchtdiode (LED) enthalten. Der Präkursor eines Einkapselungsmittels, welcher zumindest eine POSS-Einheit aufweist, stellt eine oder mehrere der verbesserten hohen Temperaturstabilität des Linsenmaterials, verstärkt die Stabilität gegenüber einem Aussetzen von hoher optischer Flussdichte für das optische Material/Einkapselungsmittelmaterial, erhöht die Wärmeleitfähigkeit des Linsenmaterials, und stellt einen vergrößerten Brechungsindex des optischen Materials/Einkapselungsmittelmaterials bereit.
• Die folgende Beschreibung und Beispiele veranschaulichen einige beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Offenlegung im Detail. Der Fachmann wird erkennen, dass es zahlreiche Variationen und Modifikationen dieser Bekanntmachung geben kann, welche durch ihren Schutzumfang enthalten sein können. Demzufolge soll die Beschreibung einer bestimmten beispielhaften Ausführungsform den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
• Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und soll den erfindungsgemäßen Gegenstand nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” ebenfalls die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass der Kontext ganz klar etwas anderes anzeigt. Mit Bezugnahme auf einen Präkursor eines Einkapselungsmittels schließt der Begriff ”Material” eines oder mehrere ”Materialien” ein. Es versteht sich zudem, dass die Begriffe „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Patentschrift verwendet, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elemente, und/oder Komponenten spezifiziert, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder von deren Gruppen nicht ausschließt.
• Wenn ein Element, wie zum Beispiel eine Schicht, Bereich oder Substrat hierin als sich ”abgelagert auf” oder ”auf” oder sich erstreckend ”auf” ein anderes Element bezeichnet wird, dann kann es direkt an sein oder sich direkt auf das andere Element erstrecken oder dazwischenliegende Elemente können ebenfalls vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element bezeichnet wird, als dass es ”direkt an” oder sich erstreckt ”direkt auf” ein anderes Element, dann sind keine dazwischenliegende Elemente vorhanden. Ebenso, wenn ein Element als ”verbunden” oder ”gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, dann kann es direkt verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element sein oder dazwischenliegende Elemente können vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als ”direkt verbunden” oder ”direkt gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, dann sind keine dazwischenliegende Elemente vorhanden. Zusätzlich dazu ist eine Aussage, dass ein erster Element ”an” einem zweiten Element ist, gleichbedeutend mit einer Aussage, dass das zweite Element ”an” dem ersten Element ist.
• Obwohl die Begriffe „erster”, „zweiter”, etc. hierin dazu verwendet werden können, um unterschiedliche Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Parameter zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Parameter nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe werden lediglich dazu verwendet, um ein Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein wie unterhalb erläutertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt genannt werden, ohne dabei von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Relative Begriffe, wie zum Beispiel ”untere”, ”unten”, ”unterhalb”, ”obere”, ”oben”, ”oberhalb” können hierin dazu verwendet werden, um eine Beziehung von einem Element zu einem anderen Element zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Solche relativen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu derjenigen Orientierung umfassen, welche in den Figuren bildlich dargestellt ist. Zum Beispiel, falls die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, dann wären diejenigen Elemente, welche als an der ”unteren” Seite von anderen Elementen befindlich beschrieben werden, an ”oberen” Seiten der anderen Elemente orientiert. Der beispielhafte Begriff ”untere” kann deshalb sowohl die Orientierung von ”untere” als auch ”obere” in Abhängigkeit von der bestimmten Orientierung der Figur umfassen. Ähnlich dazu, falls die Vorrichtung in einer der Figuren umgedreht wird, dann wären diejenigen Elemente, welche als ”unterhalb” oder ”unter” anderen Elementen beschrieben werden, dann ”oberhalb” der anderen Elemente orientiert. Die beispielhaften Begriffe ”unterhalb” oder ”unter” können deshalb sowohl eine Orientierung oberhalb als auch unterhalb umfassen.
• Der Ausdruck ”Beleuchtungsgerät”, so wie er hierin verwendet wird, ist nicht eingeschränkt, außer dass er anzeigt, dass das Gerät Licht emittieren kann. Das heißt ein Beleuchtungsgerät kann ein Gerät sein, welches eine Fläche oder ein Volumen beleuchtet, zum Beispiel eine Struktur, einen Swimmingpool oder einen Badeort, ein Zimmer, ein Lager(haus), einen Anzeiger, eine Straße, einen Parkplatz, ein Fahrzeug, eine Beschilderung, zum Beispiel Verkehrsschilder, eine Reklamefläche, ein Schiff, ein Spielzeug, einen Spiegel, ein Gefäß, ein elektronisches Gerät, ein Boot, ein Flugzeug, ein Stadion, einen Computer, ein entferntes (engl. remote) Audiogerät, ein entferntes (engl. remote) Videogerät, ein Mobiltelefon, einen Baum, ein Fenster, eine LCD-Anzeige, eine Höhle, einen Tunnel, einen Hof, einen Laternenpfahl oder ein Gerät oder eine Anordnung von Geräten, welche ein Gehäuse beleuchten, oder ein Gerät, welches für eine Kanten- oder Hintergrundbeleuchtung zum Einsatz kommt (zum Beispiel ein von hinten beleuchtetes Poster, Beschilderung, LCD-Displays), Ersatz für Glühlampen (zum Beispiel zum Ersetzen von Glühbirnen mit Wechselspannung, Niedervoltleuchten, Leuchtstofflampen, etc.), Beleuchtungen, welche für die Außenbeleuchtung verwendet werden, Beleuchtungen, welche für eine Sicherheitsbeleuchtung verwendet werden, Beleuchtungen, welche für die externe Beleuchtung von einem Wohnsitz verwendet werden (Wandhalterungen, Ständer-/Säulenhalterungen), Deckenleuchten/Wandleuchten, Beleuchtung unter einer Vitrine, Lampen (Boden und/oder Tisch und/oder des Schreibtisches), zur Landschaftsbeleuchtung, zur Spurbeleuchtung, zur Arbeitsplatzbeleuchtung, Spezialbeleuchtung, zur Beleuchtung des Deckenventilators, zur Beleuchtung im Archiv/von Kunstgegenständen, hohe Vibration-/Wirkungsbeleuchtung-Arbeitsleuchten, etc., Beleuchtung von Spiegeln/des Frisiertisches oder irgendeine andere Licht emittierende Vorrichtung.
• Die Begriffe ”Vernetzung” und ”vernetzen”, so wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich ohne Einschränkung auf das Verbinden (zum Beispiel angrenzende Ketten eines Polymers) durch das Erzeugen von kovalenten oder ionischen Bindungen. Das Vernetzen kann durch bekannte Techniken erreicht werden, wie zum Beispiel eine thermische Reaktion, eine chemische Reaktion oder ionisierende Strahlung (zum Beispiel UV/Vis Strahlung, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Gammastrahlung, Katalyse, etc.).
• Der Ausdruck ”Präkursor eines Einkapselungsmittels” wird hierin austauschbar mit ”Einkapselungsmittelmatrix” und ”Matrix” verwendet, und bezieht sich ohne Einschränkung auf ein oder mehrere Materialien oder ein oder mehrere Zusammensetzungen von Materie, welche in der Lage sind, von einer Flüssigkeit zu einem festen Stoff oder einem Gel überzugehen, welche zur Verwendung in oder mit einer Licht emittierenden Vorrichtung als ein Einkapselungsmittel von, um herum oder etwa eines oder mehrerer Bauteile des Beleuchtungsgeräts in der Lage sind. In einem Aspekt weist der ”Präkursor eines Einkapselungsmittels” einen oder mehrere Silsesquioxan-Einheiten so wie unterhalb erläutert auf. In einem anderen Aspekt ist das Silsesquioxan oder eine chemisch modifizierte Form von selbigem im Wesentlichen der ”Präkursor eines Einkapselungsmittels”. Der Begriff ”Einkapselungsmittel”, so wie hierin verwendet, sofern nicht anders angegeben, wird in den hierin offenbarten Ausführungsformen derart verstanden, dass er mit ”ein optisches Medium” und/oder eine ”optische Linse” austauschbar ist, zum Beispiel ein optisches Medium oder eine Linse, welche um einen Lichtsender herum ausgebildet ist.
• Die Begriffe ”Leuchtstoff” und ”Leuchtstoffe” werden hierin verwendet, um auf irgendein Material oder eine Zusammensetzung von Materie Bezug zu nehmen, welches Licht bei einer Wellenlänge absorbiert und das Licht bei einer anderen Wellenlänge wieder abstrahlt, unabhängig von der Verzögerung zwischen der Absorption und der erneuten Abstrahlung, und unabhängig von den beteiligten Wellenlängen. Demnach enthält ”Leuchtstoffe” ”Luminophore,” ”die Wellenlänge umwandelnde Materialien,” ”lumineszierende Materialien,” und ”die Farbe verändernde Elemente,” und wird hierin dazu verwendet, um solche Materialien zu umfassen, welche fluoreszierend und/oder phosphoreszierend sind und/oder können Partikel sein, welche Licht absorbieren, welche (eine) absorbierende Wellenlange(n) aufweisen und Licht wieder abstrahlen, welches (eine) längere oder kürzere Wellenlänge(n) besitzt. Die Einbindung von Leuchtstoffmaterialien in LED Geräten kann auf vielfälltige Weise erreicht werden, eine stellvertretende Weise ist durch das Hinzugeben der Leuchtstoffmaterialen zu einem klaren oder transparenten Präkursor eines Einkapselungsmittels, wie hierin anderweitig besprochen, zum Beispiel durch einen Vermengungs- oder Mischvorgang.
• Falls nicht anderweitig festgelegt, weisen alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), welche hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung auf, wie sie im Allgemeinen von dem Fachmann verstanden wird, dem dieser erfindungsgemäße Gegenstand zukommt. Es versteht sich zudem, dass Begriffe, wie zum Beispiel diejenigen in häufig verwendeten Wörterbüchern definierten, so interpretiert werden sollten, als ob sie eine Bedeutung haben, welche konsistent mit ihrer Bedeutung in dem Kontext des einschlägigen Standes der Technik und der vorliegenden Offenbarung ist, und wird nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn interpretiert werden, sofern nicht ausdrücklich hierin so festgelegt.
• Präkursoren eines Einkapselungsmittels
• Der Präkursor eines Einkapselungsmittels ist irgendein oder mehrere Präkursoren, welche geeignet für und dazu in der Lage sind, ein optisch transparentes Einkapselungsmittels zur Verwendung in einem Beleuchtungsgerät zur Verfügung zu stellen. In einem Aspekt ist der Präkursor eines Einkapselungsmittels zur Verwendung mit Festkörper-Lichtsendern geeignet, einschließlich Leuchtdiode (LED) Lichtquellen, entweder ein einzelnes LED oder eine Anordnung von LEDs mit derselben oder einer unterschiedlichen licht-emittierenden Eigenschaft. Die Präkursoren eines Einkapselungsmittels können einen oder mehrere Präkursoren umfassen. In einem Aspekt weist der Präkursor eines Einkapselungsmittels einen Präkursor auf. In einem anderen Aspekt setzt sich der Präkursor eines Einkapselungsmittels aus einer ”zweiteiligen Zusammensetzung” zusammen. Der Präkursor eines Einkapselungsmittels sorgt für ein ausgehärtetes (engl. cured) oder festgelegtes (engl. set) Einkapselungsmittel, welches eine optische Linse, welche eine oder mehrere POSS-Einheiten enthält, und optional andere Bauteile sein kann. Das ausgehärtete oder festgelegte Einkapselungsmittel, welches aus den Präkursoren eines Einkapselungsmittels zubereitet wurde, umfasst Sol-Gele, Gele, Gläser, Keramiken, vernetzte Polymere und Kombinationen von selbigen. Beispiele von ausgehärteten oder festgelegten Matrizen umfassen zum Beispiel ein oder mehrere Polymere und/oder Oligomere von Silikonen, zum Beispiel Polysiloxane (zum Beispiel Polydialklysiloxane (zum Beispiel Polydimethylsiloxan ”PDMS”, Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane), Epoxidharze, Polyester, Polyarylester, Polyurethane, zyklische Olefin-Copolymere (COC's), Polynorbornene oder Hybride und/oder Copolymere von selbigen, oder derartige Materialien in Kombination mit anderen Komponenten. Beispiele von LED Einkapselungsmitteln enthalten, ohne Einschränkung, LIGHT CAP^® LED Gießharz 9622 acryliertes Polyurethan, (Dynamax Corp., Torringtion CT); LPS1503, LPS2511, LPS3541, LPS5355, KER-6110, KER-6000, KER-6200, SCR-1016, ASP-1120, ASP-1042, KER-7030, KER-7080 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd, Japan); QSi1216, QSi1218, QSi1222, und QLE1102 optisch klar, 2-teiliges Silizium Einkapselungsmittel (ACC Silikone, The Amber Chemical Company, Ltd.), United Kingdom); LS3-3354 und LS-3351 Silizium Einkapselungsmittel von NuSil Technology, LLC (Carpinteria, CA); Epic S7253 Polyurethan Einkapselungsmittel (Epic Resins, Palmyra, WI); OE-6630, OE-6636, OE-6336, OE-6450, OE-6652, OE-6540, TSX-7630, TSX-7640, TSX-7620, TSX-7660, OE-6370M, JCR-6110, JCR-6175, EG-6301 (Dow Corning, Midland, MI).
• Eine Anzahl von Polysiloxanen, mit einer veränderlichen Rückgratstruktur, ist zur Verwendung als ein Präkursor eines Einkapselungsmittels geeignet. Mit Bezugnahme auf Gleichung (1) werden unterschiedliche Formen von Polysiloxanen vorgestellt, zum Beispiel die M, T, Q, und D Rückgrate, wobei R selbstständig, Alkyl oder Aryl ist:

  
• In einem Beispiel repräsentiert Poly(Dimethylsiloxan) (PDMS) mit Hydroxyl(-OH) endverschlossenen Gruppen einen difunktionalen Präkursor eines Einkapselungsmittels des Typs D, welcher Kondensationsreaktionen durchlaufen hat, welche eine lineare Kette von Dimethylsiloxan Gruppen ausbilden. Endverschlossene Hydroxyl-Gruppen mit jeden POSS-Einheiten sorgt für eine weitere Kondensation mit irgendwelchen beliebigen hydrolysierten Präkursoren, in welcher längere lineare Ketten und/oder verzweigte Strukturen (Miteinbeziehen von einem Präkursor der Typen T und Q) und andere chemische Funktionalitäten (zum Beispiel Methyl, Si-H, Vinyl, Hydroxyl, etc.) hervorgebracht werden sollen. Falls entweder die Si-H oder Si-Vinyl chemischen Gruppen in oder an dem Endpunkt von PDMS Ketten vorhanden sind, dann kann das Polymer oder Oligomer an andere Moleküle mittels Hydrosilylierung mit den jeweiligen (Si-Vinyl, Si-H) chemischen Gruppen angefügt werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Platin-Katalysators.
• Andere Strukturen des Präkursor eines Einkapselungsmittels können durch das Einschließen von Präkursoren des Typs T und/oder Q mit funktionellen Gruppen mit einer wie oberhalb erläuterten PDMS Struktur hergestellt werden. Diese Typen von Präkursor berücksichtigen das Verzweigen der linearen PDMS Kette und besitzen einen mehr anorganischen Gehalt relativ zu den Typen M und D. Der Präkursor des Typs T und Q kann zum Einsatz kommen, vorausgesetzt es werden nicht übermäßige Mengen davon verwendet, so dass sich die Strukturen mit einem hohen anorganischen Gehalt und einem sehr steifen Charakter ergeben, was eine negative Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften (zum Beispiel die Sprödigkeit, Porosität, etc.) und das Verarbeiten (zum Beispiel eine niedrigere Formbarkeit) des finalen Einkapselungsmittels haben kann. Somit kommen in einem Aspekt ein PDMS-Oligomer Präkursor mit einer oder mehreren chemischen Gruppen zum Einsatz. Zum Beispiel werden ein PDMS-Oligomer, welches eine oder mehrere Phenyl-Seitengruppen besitzt, und Si-H und/oder Vinyl end-terminierte Gruppen verwendet.
• In einem Aspekt kommen ein oder mehrere Polymere und/oder Oligomere von Polysiloxanen zum Einsatz. Das/die eine oder mehrere Polymere und/oder Oligomere von Polydialklysiloxanen (zum Beispiel Polydimethylsiloxan PDMS), Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane können eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, ausgewählt aus Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Fumarat, Maleat, Norbornenyl und Styren funktionelle Gruppen, und/oder Polysiloxane mit mehreren reaktiven Gruppen, wie zum Beispiel Wasserstoff, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Isothiocyanat, Nitril, Vinyl und Thiol funktionelle Gruppen. Einige spezielle Beispiele von derartigen Polysiloxanen enthalten Vinyl-terminierte-, Hydroxyl-terminierte oder Methacrylat-terminierte Polydimethyl-Co-Diphenyl Siloxane und/oder Polydimethyl-Co-Methylhydro-Siloxane. In einem Aspekt ist die Funktionsgruppe an einem oder beiden Terminusen des Präkursors eines Einkapselungsmittels angeordnet.
• Silsesquioxane
• Silsesquioxan-Einheiten sind Silizium-enthaltende käfig-artige Moleküle, basierend auf der Struktur von Sauerstoff und Silizium-Tetraedern. So wie hierin verwendet ist der Begriff ”Silsesquioxan” eine Verbindung, welche im Allgemeinen mit der empirischen chemischen Formel RSiO_1,5 repräsentiert wird, wobei Si das Element Silizium ist, O ist Sauerstoff und R selbstständig, Wasserstoff, eine Alkyl, Alken, Aryl, Arylen Gruppe oder Hydroxyl ist.
• Der Begriff ”Polyedrisches oligomeres Silsesquioxan” oder ”POSS”, so wie er hierin verwendet wird, beschreibt eine Art von drei-dimensionalem Siloxan-Molekül, bei welchem zumindest zwei Siloxanringe im Grunde genommen eine feste Molekülstruktur oder ”Käfig” bilden. Sowohl die POSS-Einheiten mit einem offenen Käfig als auch mit geschlossenem Käfig werden in der vorliegenden Offenbarung umfasst. Der Begriff ”POSS mit geschlossenem Käfig” bezieht sich im Allgemeinen auf eine polyedrische oligomere Silsesquioxan-Einheit, bei welcher jedes Siliziumatom des Rings mit drei anderen Siliziumatomen des Rings mit Hilfe von Sauerstoffatomen verbunden ist. Der Begriff ”POSS mit offenem Käfig” bezieht sich im Allgemeinen auf eine polyedrische oligomere Silsesquioxan-Einheit, bei welcher zumindest zwei Siliziumatome jeweils mit nicht mehr als zwei anderen Siliziumatomen des Rings mit Hilfe von Sauerstoffatomen verbunden sind.
• Beispielhafte POSS Materialien weisen Nanometer-große Siliziumdioxid-Käfige (engl. silica cages) auf (Nanometer-, in Nanogröße und Nano-Käfig beziehen sich im Allgemeinen auf den Abstand (engl. spacing) zwischen den Siliziumatomen, welcher eine ”Kante” eines Würfels oder einer teilweisen Würfelstruktur aufweist, welche aus einer Silizium-Sauerstoff-Silizium Verbindung gebildet wird), welche völlig oder teilweise kondensiert sein können. Völlig kondensierte („geschlossene”) POSS ”Käfige”, welche normalerweise durch die empirische Formel ”Si₈O₁₂” repräsentiert werden, können bis zu acht chemische Gruppen (oktafunktional) aufweisen, wobei jede von den bis zu acht Gruppen, unabhängig voneinander, reaktive oder nicht reaktive, chemisch funktionelle Gruppen sein können. Teilweise kondensierte („offene”) POSS Käfige, welche normalerweise durch die empⁱrischen Formeln ”Si₇O₉” oder ”Si₃O₁₀” repräsentiert werden, können bis zu zehn, bis zu elf, und bis zu zwölf chemisch funktionelle Gruppen besitzen.
• So wie sie hierin verwendet werden, sind die Begriffe ”polyedrisches oligomeres Silsesquioxan” und ”Poly-Silsesquioxan” (im Folgenden ebenfalls alle zusammen als ”POSS-Einheiten” bezeichnet) Materialien, welche repräsentiert werden durch oder die Formel [RSiO_1,5]_n enthalten, wobei n der Polymerisationsgrad innerhalb des Materials ist, und R selbstständig, Wasserstoff oder ein organischer Substituent (”R Gruppe”) ist, wie zum Beispiel eine zyklische oder lineare aliphatische oder aromatische Gruppe, wobei die Substituenten R Gruppe optional chemisch funktionelle Gruppen enthält, wie zum Beispiel Silyl, Alkohole, Ester, Amine, Carboxyle, Epoxy, Olefine, (Methyl)Acrylate, Ether, Imide, Halogenide, Haloaryl, und/oder Haloalkyl. Funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxane und/oder Poly-Silsesquioxane weisen zumindest eine Substituenten R Gruppe auf, welche chemisch funktionelle Gruppen enthält. In einem Aspekt sind die chemisch funktionellen Gruppen reaktiv, zum Beispiel sind sie dazu in der Lage, chemische Verbindungen und/oder Vernetzungen auszubilden.
• Polyedrische oligomere Silsesquioxane und/oder Poly-Silsesquioxane können entweder homoleptische Systeme, welche lediglich einen Typ von R Gruppe enthalten, oder heteroleptische Systeme sein, welche mehr als einen Typ der R Gruppe enthalten. POSS-Einheiten sind inklusive von Homo- und Co-Polymeren, welche von Einheiten abgeleitet sind, welche Silsesquioxane mit Funktionalität aufweisen, einschließlich der mon-Funktionalität und mehrfach-Funktionalität. Poly-POSS Einheiten umfassen teilweise oder völlig polymerisierte POSS-Einheiten, ebenso wie gepfropfte und/oder angehängte POSS-Einheiten, end-terminierte POSS-Einheiten und Kombinationen davon.
• In einem Aspekt werden die POSS-Einheiten der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen durch die nachstehende Formel (1) repräsentiert:

  

  zeigt ein repräsentatives Beispiel einer mit offenem Käfig ausgebildeten, teilweise kondensierten und mit einem geschlossenem Käfig ausgebildeten, völlig kondensierten POSS-Einheit, wobei die R Gruppen dieselben oder verschiedenartig sein können, optional mit zumindest einer von den R Gruppen, welche ein Gruppe ist, welche eine chemische Funktionalität besitzt, welche des Weiteren unterhalb erläutert wird. In einem Aspekt steht zumindest eine von den R Gruppen in Verbindung mit und/oder stellt einen Präkursor eines Einkapselungsmittels bereit. In anderen Aspekten ist zumindest eine von den R Gruppen eine reaktive Gruppe, welche für eine physikalische oder chemische Verbindung oder Reaktion geeignet ist, zum Bereitstellen von oder kombiniert sein mit einem oder mehreren Einkapselungsmittel-Präkursoren. Die R Gruppe kann dieselbe oder verschieden sein, ausgewählt aus Wasserstoff, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Methacrylat, Acrylat, Methacrylamid, Acrylamid, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Norbornenyl, Vinyl, Styrenyl oder Thiol. Bei den obigen Aspekten kann zumindest eine von den R Gruppen optional eine nicht-reaktive Gruppe sein, welche dieselbe oder verschieden sein kann, unabhängig ausgewählt aus substituiertem, verzweigtem, unverzweigtem, zyklischem oder azyklischem C_1-30 Alkyl, und Aryl und/oder substituierte, verzweigte oder unverzweigte C_6-30 substituierte Aryl Gruppen.
• Sofern nicht ausdrücklich erläutert, werden nachfolgend die Begriffe ”POSS” und ”POSS-Einheit” austauschbar verwendet und sind inklusiv der polyedrischen oligomeren Silsesquioxane, und Verbindungen, organischen Polymeren/Oligomeren, anorganischen Polymeren/Oligomeren und/oder organisch-anorganischen Polymeren sind, welche eine oder mehrere Silsesquioxan-Einheiten mit offenem Käfig und/oder geschlossenem Käfig enthalten, mit den oberhalb erläuterten R Gruppen und/oder chemisch funktionellen Gruppen.
• Beispiele von geeigneten POSS-Einheiten, welche von der vorliegenden Offenbarung umfasst sind, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, die folgenden Moleküle mit offenem Käfig und/oder mit geschlossenem Käfig, welche von Null bis zu und einschließlich acht nicht-reaktionsfähige oder reaktionsfähige Stellen aufweisen, wobei jede der Stellen, unabhängig voneinander, substituiertes/nicht substituiertes Alkyl-, verzweigtes/unverzweigtes Alkyl-, zyklische/azyklische Alkyl-, Hydroxyl-, Alkoxyl-, Amin-, Halo/Chloro-, Epoxy-, Isocyanat-, Acrylat/Methacrylat-, Acrylamid/Methacrylamid-, Nitril-, Norbornenyl-, Vinyl-, Wasserstoff-, Thiol-, Silanol-, Aryl, substituiertes Aryl, und/oder Styrenyl-enthaltende Gruppen sein kann.
• Beispiele von Hydroxy-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Oktahydroxypropyidimethylsilyl-POSS.
• Beispiele von Alkoxy-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Diethoxymethylsilylethyl-Cyclohexyl-POSS; Diethoxymethylsilylethyl-Isobutyl-POSS; Diethoxymethylsilylpropyl-Cyclohexyl-POSS; Diethoxymethylsilylpropyl-Isobutyl-POSS; Ethoxydimethylsilylethyl-Cyclohexyl-POSS; Ethoxydimethylsilylethyl-Isobutyl-POSS; Ethoxydimethylsilylpropyl-Cyclohexyl-POSS; Ethoxydimethylsilylpropyl-Isobutyl-POSS; Diethoxymethylsilylethyl-Cyclohexyl-POSS; Triethoxysilylethyl-Isobutyl-POSS; Triethoxysilylpropyl-Cyclohexyl-POSS und Triethoxylsilylpropyl-Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Amin-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Aminopropyl Cyclohexyl-POSS, Aminopropyl Isobutyl-POSS, Aminopropyl Isooctyl-POSS und Octaaminophenyl POSS. In einem Aspekt mit Aminopropyl Isobutyl-POSS als dem bevorzugten.
• Beispiele von Chlorosilan-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Monochlorocyclohexyl-POSS; Monochlorocyclopentyl-POSS; Monochloroisobutyl-POSS; Chlorodimethylsilylethyl Isobutyl-POSS; Chlorodimethylsilylpropyl Isobutyl-POSS; Chlorodimethylsilylpropyl Cyclohexyl-POSS; Dichloromethylsilylethyl Isobutyl-POSS; Dichloromethylsilylpropyl Isobutyl-POSS; Dichloromethylsilylpropyl Cyclohexyl-POSS; Trichlorosilylethyl Isobutyl-POSS; Trichlorosilyipropyl Isobutyl-POSS; Trichlorosilylpropyl Cyclohexyl-POSS und Octa(Chlorodimethysilylethyl)-POSS.
• Beispiele von Epoxid-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Epoxypropyl Isobutyl-POSS; Epoxypropyl Cyclopentyl-POSS; Glycidyl Cyclohexyl-POSS; Glycidyl Isobutyl-POSS; Glycidyl Isooctyl-POSS; Glycidyl Phenyl-POSS; Octaepoxycyclohexyldimethylsilyl-POSS; Octaglycidyldimethylsilyl-POSS; Triglycidyl Cyclohexyl-POSS; Triglycidyl Cyclopentyl-POSS; Triglycidyl Isobutyl-POSS und Triglycidyl Ethyl-POSS.
• Beispiele von Isocyanat-enthaltenden POSS-Einheiten weisen zum Beispiel auf, sind aber nicht darauf beschränkt, Isocyanatopropyldimethylsiloxy Cyclohexyl-POSS und Isocyanatopropyldimethylsiloxy Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Acrylat/Methacrylat-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Acryloxypropyl Cyclohexyl-POSS; Acryloxypropyl Cyclopentyl-POSS; Acryloxypropyl Isobutyl-POSS; Methacryloxypropyl Cyclohexyl-POSS; Methacryloxypropyl Cyclopentyl-POSS; Methacryloxypropyl Isobutyl-POSS; Methacryloxypropyl Ethyl-POSS; Methacryloxypropyl Isooctyl-POSS; Methacryloxypropyl Phenyl-POSS; Octamethacryloxypropyl-POSS; Methacryloxypropyldimethylsilyl Cyclopentyl-POSS und Methacryloxypropyl-Dimethylsilyl Cyclopentyl-POSS.
• Beispiele von Acrylamid/Methacrylamid-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Acrylamidopropyl Cyclohexyl-POSS; Acrylamidopropyl Cyclopentyl-POSS; Acrylamidopropyl Cyclohexyl-POSS; Methacrylamidopropyl Cyclohexyl-POSS; Methacrylamidopropyl Cyclopentyl-POSS; Methacrylamidopropyl Cyclohexyl-POSS.
• Beispiele von Nitril-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Cyanopropyl Cyclohexyl-POSS; Cyanopropyl Cyclopentyl-POSS; Cyanopropyl Isobutyl-POSS; Cyanoethyl Cyclohexyl-POSS; Cyanoethyl Cyclopentyl-POSS und Cyanoethyl Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Norbornenyl-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Norbornenylethyl Cyclohexyl-POSS; Norbornenylethyl Cyclopentyl-POSS; Norbornenylethyl Isobutyl-POSS; Trisnorbornenylethyldimethylsilyl Cyclopentyl-POSS; Trisnorbornenylethyldimethylsilyl Cyclohexyl-POSS; und Trisnorbornenylethyldimethylsilyl Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Vinyl-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Allyl Cyclohexyl-POSS; Allyl Cyclopentyl-POSS; Allyl Butyl-POSS; Allyidimethylsilylcyclopentyl-POSS; Cyclohexenylethyl Cyclopentyl-POSS; Vinyldimethylsilyl Cyclopentyl-POSS; Vinyldiphenylsilyl Cyclopentyl-POSS; Vinyl Cyclopentyl-POSS; Vinyl Cyclohexyl-POSS; Vinyl Isobutyl-POSS (wie in 2-F dargestellt); Tris-Vinyldimethyl Cyclohexyl-POSS; Tris-Vinyidimethyl Cyclopentyl-POSS; Tris-Vinyidimethyl Isobutyl-POSS; Octavinyl-POSS, und Octavinyldimethyl-POSS. In einem Aspekt kommt vorzugsweise Octavinyl-POSS (wie in 2-E dargestellt) und Oktavinyldimethylsilyl-POSS (wie in 2-A dargestellt) zum Einsatz.
• Beispiele von Wasserstoff-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Dimethylhydrosilyl Cyclohexyl-POSS; Dimethylhydrosilyl Cyclopentyl-POSS; Dimethylhydrosilyl Isobutyl-POSS; Monohydro Cyclohexyl-POSS; Monohydro Isobutyl-POSS; Octadimethylhydrosilyl-POSS (wie in
• 2-B dargestellt); Trisdimethylhydrosilyl Cyclohexyl-POSS; und Trisdimethylhydrosilyl Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Thiol-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Mercaptopropyl Cyclohexyl-POSS; Mercaptopropyl Cyclopentyl-POSS; und Mercaptopropyl Isobutyl-POSS.
• Beispiele von Silanol-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, Monohydroxy Cyclohexyl-POSS; Monohydroxy Cyclopentyl-POSS; Monohydroxy Isobutyl-POSS; Trishydroxy Cyclohexyl-POSS; Trishydroxy Cyclopentyl-POSS; Trishydroxy Ethyl-POSS; (wie in 2-C dargestellt), Trishydroxy Isobutyl-POSS; Trishydroxy Isooctyl-POSS; und Trishydroxy Phenyl-POSS (wie in 2-D dargestellt).
• Beispiele von Styren-enthaltenden POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel, sind aber nicht darauf beschränkt, P-Styryl Cyclohexyl-POSS; P-Styryl Cyclopentyl-POSS und P-Styryl Isobutyl-POSS.
• Einige reaktive POSS-Einheiten, welche mehrere reaktionsfähige Stellen aufweisen, besitzen unterschiedliche reaktive Gruppen, welche untereinander nicht reaktiv sind. Solche POSS-Einheiten sind gleichwohl nützlich als ein Bestandteil in einem Präkursor eines Einkapselungsmittels oder Einkapselungsmittel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Manche Beispiele von solchen POSS-Einheiten umfassen zum Beispiel Norbornenylethyldimethyl-Silyldihydroxy Isobutyl-POSS (mit einer Olefin- und Hydroxy Funktionalität) und Methacryloxypropylsilyldihydroxy Isobutyl-POSS (mit einer Methacrylat- and Hydroxy Funktionalität). Andere Kombinationen einer kompatiblen chemischen Funktionalität, welche mit der POSS-Einheit angeschlossen ist, können angewandt werden.
• In einer anderen Ausführungsform weisen die Präkursoren eines Einkapselungsmittels zumindest ein Homo- und Co-Polymere (oder Oligomere) auf, welche mit POSS-Einheiten als ein Teil des Polymerrückgrats und/oder als ein Anhängsel von dem Polymer ausgebildet sind, inklusive den oberhalb erläuterten Poly-Silsesquioxanen. Beispiele von Poly-Silsesquioxanen umfassen zum Beispiel Polystyryl-POSS, Poly{Meth}Acrylat-POSS, Polynorbornyl-POSS, Polyvinyl-POSS, Polyepoxy-POSS und Polysiloxan-POSS. Poly-POSS-Einheiten sind des Weiteren inklusive der vorstehend erwähnten Polymere und anderer funktionalisierter Polymere, welche dazu eingerichtet sind, um die Silsesquioxan-Funktionalität als ein Anhängsel von, oder innerhalb eines Polymer-Rückgrats miteinzubeziehen. Beispiele von Poly-Silsesquioxanen, welche für Präkursoren eines Einkapselungsmittels geeignet sind, oder zum Beispiel zum Ausbilden eines optischen Mediums und/oder von Linsen für eine LED Anordnung, umfassen zum Beispiel:
  Poly(Propylmethacryl POSS-Co-Methylmethacrylat) und/oder Poly(Propylmethacryl POSS-Co-Styren);
  Poly(1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen)-Co-(1-Methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy)-2,5-Phenylenevinylen) (60:40 Mol:Mol);
  Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-(T-Butyl Methacrylat)]POSS;
  Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-(Methyl Methacrylat)]POSS;
  Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-(N-Butyl Methacrylat)]POSS;
  Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-Hydroxyethyl Methacrylat]POSS;
  Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-Styren]POSS;
  Poly[1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen];
  Poly[1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen]-Co-[1-Methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy)-2,5-Phenylenevinylen] (30:70 Mol:Mol); und
  Gemische von selbigen. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das zumindest eine Poly-Silsesquioxan, wie unmittelbar oberhalb erläutert, lediglich als der Präkursor eines Einkapselungsmittels oder als der Hauptbestandteil des Präkursors eines Einkapselungsmittels eingesetzt.
• Chemisch Reaktive POSS-Verbindungen als/oder mit Präkursor eines Einkapselungsmittels
• In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind eine oder mehrere POSS-Einheiten physikalisch und/oder chemisch gemischt oder verbunden mit Präkursoren eines Einkapselungsmittels zum Herstellen eines Einkapselungsmittels. Das Verfahren des physikalischen und/oder chemischen Aufnehmens kann unterschiedlich sein, abhängig von den nicht-reaktiven und/oder reaktiven Gruppen des POSS und den verwendeten Präkursoren eines Einkapselungsmittels. Zum Beispiel können die POSS-Einheiten funktionelle Gruppen besitzen, welche mit einer oder mehreren reaktiven Gruppen des POSS und/oder der Präkursoren eines Einkapselungsmittels reaktiv sind. In einem Beispiel können POSS-Einheiten, welche Si-OR Gruppen aufweisen, wobei R H, Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Isobutyl und andere Niederalkyle ist (verzweigt, linear, azyklisch oder zyklisch), mit entsprechenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels zum Einsatz kommen, welche die Si-OR Gruppen aufweisen, wobei R H, Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Isobutyl und andere Niederalkyle ist (verzweigt, linear, azyklisch oder zyklisch). In einem anderen Beispiel können Gemische von POSS-Einheiten zum Einsatz kommen, mit selbstständigen, einer oder mehreren von Si-H und/oder Si-Vinyl Gruppen, und/oder Si-OH Gruppen. In einem Aspekt, bei dem die POSS-Einheit im Wesentlichen der Präkursor eines Einkapselungsmittels ist, können Gemische von POSS-Einheiten mit selbstständigen, einer oder mehreren von Si-H und/oder Si-Vinyl Gruppen, und/oder Si-OH Gruppen zum Einsatz kommen.
• Als ein Beispiel für POSS-Einheiten, welche an das Si angehängte Vinyl, Acryl und/oder Styren Gruppen aufweisen, können die Polysilsesquioxane mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels gemischt werden, um ein Einkapselungsmittel mit Hilfe einer gewöhnlichen Reaktion in der Art von freie Radikale Copolymerization zur Verfügung zu stellen. Für POSS-Einheiten mit an das Si angehängte Alkohol, Alkoxyl, Amin, Thiol, Epoxy und Isocyanat Gruppen, können die POSS-Einheiten in den Präkursor eines Einkapselungsmittels eingemischt werden und stellen Linsen mit Hilfe der gewöhnlichen Epoxy oder Urethanharz Reaktionen bereit. POSS-Einheiten mit Säure oder Säurechlorid Gruppen können auf eine ähnliche Art und Weise physikalisch oder chemisch in den Präkursor eines Einkapselungsmittels aufgenommen werden. Zum Beispiel können die POSS-Einheiten mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels mittels Imid-Bindung oder mittels Ester/Amid-Reaktionen zwischen Carboxyl, -OH, -SH oder -NH funktionellen Gruppen von entweder der POSS-Einheit oder des Präkursors eines Einkapselungsmittels zusammenwirken.
• Eine oder mehrere POSS-Einheiten, welche eine oder mehrere Si-H (Silyl) Gruppen aufweisen, können zu den Präkursoren eines Einkapselungsmittels hinzugefügt werden, zum Beispiel Silikone mit Si-Vinyl funktionellen Gruppen, um ein Einkapselungsmittel mittels einer Platinmetall katalysierten Hydrosilierungsreaktion via zwischen der POSS Hydrid Funktionalität und dem Präkursor eines Einkapselungsmittels mit einer Si-Vinyl funktionellen Gruppen zur Verfügung zu stellen. Die Silyl und Si-Vinyl funktionelle Gruppen kann umgekehrt werden, das heißt Si-Vinyl Gruppen können mit der POSS-Einheit verbunden werden und Silyl-funktionelle Gruppen können mit den Präkursoren eines Einkapselungsmittels verbunden werden. Gleichermaßen können Verbindungen von POSS-Einheiten mit selbstständig, Si-H und Si-Vinyl funktionelle Gruppen als die Präkursoren eines Einkapselungsmittels zum Einsatz kommen.
• Zusammensetzungen des Präkursors eines Einkapselungsmittels mit POSS-Einheiten
• In unterschiedlichen Aspekten weisen Präkursoren eines Einkapselungsmittels ein oder mehrere reaktive Silizium-enthaltende Polymere (und/oder Oligomere oder Präparate, welche selbige aufweisen) in Kombination mit einer POSS-Einheit auf. Solch eine oder mehrere POSS-Einheiten, welche eine oder mehrere reaktive funktionelle Gruppen aufweisen, können mit reaktives Silizium-enthaltenden Polymeren gemischt werden. Beispiele von reaktives Silizium-enthaltenden Polymeren mit reaktiven Gruppen, welche mit reaktiven funktionellen Gruppen von POSS-Einheiten zusammenwirken können, umfassen zum Beispiel lineare oder verzweigte Polysiloxane, welche zumindest eine Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Fumarat, Maleat, Norbomenyl und Styren funktionelle Gruppen, und/oder lineare oder verzweigte Poly-Siloxane mit mehreren reaktiven Gruppen enthalten, wie zum Beispiel Si-H (Silyl), Hydroxy, Alkoxy, Amine, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Isothiocyanat, Nitril, Vinyl und Thiol funktionelle Gruppen. Manche bestimmte Beispiele von solchen linearen oder verzweigten Polysiloxanen umfassen Hydrid-terminierte, Vinyl-terminierte oder Methacrylat-terminierte Polydimethyl-Co-Diphenyl Siloxane und Polydimethyl-Co-Methylhydro-Siloxane. Die reaktiven Gruppen können an einem oder beiden Terminuse der reaktiven Silizium-Polymere, und/oder irgendwo entlang des Rückgrats und/oder an Verzweigungen des Polymers angeordnet sein.
• In einem Aspekt weist ein beispielhaftes Beispiel für einen Silizium-Präkursor eines Einkapselungsmittels lineare Siloxan-Oligomere auf, mit einer Kombination von Methyl und Phenyl chemischen Gruppen, welche mit einer POSS-Einheit mit bis zu acht ”R” chemischen Gruppen verbunden sind; wobei R selbstständig, Wasserstoff, Vinyl oder Hydroxyl ist, um damit mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels angeschlossen zu sein, zum Bereitstellen von einem oder mehreren des Verringerns der thermischen Zersetzung, Verringerung der optischen Verschlechterung, Verringerung der thermischen und optischen Verschlechterung, und/oder Zunahme des Brechungsindex und/oder Zunahme der Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels. ”Angeschlossen” und ”verbunden” enthält, so wie in diesem Kontext verwendet, ohne Einschränkung, kovalente, ionische und/oder Van der Walls Wechselwirkung zwischen einer oder mehreren der R Gruppen der POSS-Einheit mit der POSS-Einheit und/oder mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels.
• In einem anderen Aspekt weist ein beispielhaftes Beispiel eines Silizium-Präkursors eines Einkapselungsmittels verzweigte Siloxan-Oligomere auf, mit einer Kombination von Methyl und Phenyl chemische Gruppen, welche mit einer POSS-Einheit mit bis zu acht ”R” chemischen Gruppen verbunden sind, wobei R selbstständig, Wasserstoff, Vinyl oder Hydroxyl ist, welche mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels angeschlossen sind.
• In einem anderen Aspekt weist ein beispielhaftes Beispiel eines Silizium-Präkursors eines Einkapselungsmittels lineare Siloxan-Oligomere auf, mit einer Kombination von Methyl, Phenyl und Hydroxyl oder Alkoxy chemischen Gruppen, welche mit einer POSS-Einheit mit einer bis vier ”R” chemischen Gruppen verbunden sind (wobei R Wasserstoff, Vinyl oder Hydroxyl ist), welche mit dem Einkapselungsmittel angeschlossen sind.
• In einem anderen Aspekt weist ein beispielhaftes Beispiel eines Silizium-Präkursors eines Einkapselungsmittels verzweigte Siloxan-Oligomere auf, mit einer Kombination von Methyl, Phenyl und Hydroxyl oder Alkoxy chemischen Gruppen, welche mit einer POSS-Einheit mit einer bis vier ”R” chemischen Gruppen verbunden sind (wobei R Wasserstoff, Vinyl oder Hydroxyl ist), welche mit dem Einkapselungsmittel angeschlossen sind.
• Eine beliebige oberhalb erwähnte POSS-Einheit Kombination kann als der Präkursor eines Einkapselungsmittels wirken, um ein optisches Medium und/oder eine optische Linse für ein Beleuchtungsgerät zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel ein LED Beleuchtungsgerät, zum Bereitstellen von einem oder mehreren des Verringerns der thermischen Zersetzung, Verringerung der optischen Verschlechterung, Verringerung der thermischen und optischen Verschlechterung, und/oder einer Zunahme des Brechungsindex und/oder einer Zunahme der Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels.
• In noch einem anderen Aspekt wird die POSS-Einheit oder die POSS-enthaltende Einheit vermischt, beigemengt, verteilt, dispergiert oder anderweitig mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels kombiniert, wie oberhalb erwähnt, im Wesentlichen ohne dass irgendeine chemische Reaktion zwischen der POSS-Einheit und dem Präkursor eines Einkapselungsmittels vor und einschließlich dem Ausbilden des Einkapselungsmittels stattfindet. Somit ist lediglich in diesem speziellen Aspekt die POSS-Einheit im Wesentlichen ein Additiv zu dem Präkursor eines Einkapselungsmittels und das sich ergebende optische Medium oder die Linse, wobei die POSS-Einheit für eine Verringerung von einer oder mehreren der thermischen Zersetzung, der optischen Verschlechterung, der thermischen und optischen Verschlechterung und/oder eine Zunahme des Brechungsindex und/oder der Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels sorgt.
• Eine Vielzahl von POSS-Einheiten kann verbunden werden, um den LED Präkursor eines Einkapselungsmittels in manchen Ausführungsformen zu bilden. Es kann erwünscht sein, ein Gemisch aus POSS-Einheiten mit unterschiedlichem Molekulargewicht, unterschiedlichen funktionellen Gruppen oder unterschiedlichen oligomer/polymerischen Gewichtsprozenten in einer einzigen Lösung zu verwenden, oder verschiedenartige Lösungen zu kombinieren, welche POSS von unterschiedlichen Molekulargewichten, unterschiedlichen Konzentrationen und/oder unterschiedliche chemische Eigenschaften (zum Beispiel Gewichtsprozent und/oder Arten von funktionellen Gruppen) aufweisen, um spezielle Eigenschaften des Präkursors zu erzielen, wie zum Beispiel Viskosität, angesetzte Zeit, Lagerungsbeständigkeit und/oder um bestimmte Eigenschaften dem sich ergebenden Einkapselungsmittel zur Verfügung zu stellen, wie zum Beispiel thermische/optische Stabilität, Brechungsindex und/oder Wärmeleitfähigkeit.
• Zusätzliche Substanzen in den vorstehend erwähnten reinen POSS Präparaten oder Präkursoren eines Einkapselungsmittels können zum Einsatz kommen, zum Beispiel ein Platin-Katalysator, Gießhilfsmittel, Entschäumer, Modifikatoren für die Oberflächenspannung, Wirkungsmittel zur Funktionalisierung, Haftvermittler, Vernetzungsmittel, andere polymere Substanzen, Substanzen, welche die optischen, thermischen, rheologischen und/oder morphologischen Merkmale des Präkursors eines Einkapselungsmittels oder des sich ergebenden optischen Mediums oder der Linse verändern können.
• Die Konzentration von POSS in dem Präkursor eines Einkapselungsmittels kann eingestellt werden, um eine ausreichende Menge an Gewichtsprozent POSS (als feste Stoffe oder Flüssigkeit) als ein Einkapselungsmittel für einen Lichtsender-Aufbau und/oder zum Ausbilden eines optischen Mediums, einer Linse, etc. in der Nähe von einem oder mehreren Festkörper-Lichtsendern zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann der Feststoffanteil des POSS-enthaltendem Präkursors eines Einkapselungsmittels derart angepasst werden, so dass eine ausreichende Menge von POSS dem Einkapselungsmittel zur Verfügung steht, was im Wesentlichen eine Entfärbung (Vergilbung) oder eine andere Verschlechterung des Einkapselungsmittels durch Wärme oder einen optischen Intensitätsfluss verhindert oder verringert, oder den Brechungsindex oder die Wärmeleitfähigkeit der Linse verbessert. In einem Aspekt wäre eine ausreichende Menge des POSS-enthaltenden LED Präkursors eines Einkapselungsmittels eine Menge, welche im Wesentlichen eine Entfärbung oder eine andere Verschlechterung des Einkapselungsmittels durch Wärme oder einen optischen Intensitätsfluss um ungefähr 5 Prozent oder mehr im Vergleich zu einem ähnlichen Einkapselungsmittel ohne POSS verhindert oder verringert. In einem anderen Aspekt wäre eine ausreichende Menge des POSS-enthaltenden LED Präkursors eines Einkapselungsmittels eine Menge, welche den Brechungsindex und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels im Vergleich zu einem ähnlichen Einkapselungsmittel mit oder ohne POSS erhöht. Obwohl es nicht einschränkend auf irgendeine zusätzliche Menge sein soll, betragen die Gewichtsprozente von POSS, welche denen des Präkursors eines Einkapselungsmittels hinzugefügt werden, welche zum Ausbilden von hierin offenbarten Ausführungsformen, zum Beispiel einer Linse, sinnvoll sind, ungefähr 0,01 bis ungefähr 80. In einem Aspekt betragen die Gewichtsprozente von POSS zu denen des Präkursors eines Einkapselungsmittels zwischen ungefähr 0,1 bis ungefähr 10. In einem anderen Aspekt betragen die Gewichtsprozente von POSS zu denen des Präkursors eines Einkapselungsmittels ungefähr 1 bis ungefähr 3 +/– 0,5.
• In einem Aspekt kann ein aushärtbarer Präkursor eines Einkapselungsmittels alleine oder zusammen mit einem anderen Material speziell zum Ausbilden eines optischen Mediums und/oder einer Linse für ein Beleuchtungsgerät eingesetzt werden, einschließlich einem Festkörper-Beleuchtungsgerät, wie zum Beispiel ein LED Gerät. Die Auswahl des Präkursors eines Einkapselungsmittels und/oder der POSS-Einheit kann dahingehend ausgewählt sein, einen passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) oder einen vorbestimmten Brechungsindex oder eine optimale Verträglichkeit mit dem Leuchtstoff und/oder den POSS-Einheiten zu erreichen.
• Lichtsender
• Unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ziehen die Verwendung des Präkursors eines Einkapselungsmittels und/oder des sich ergebenden Einkapselungsmittels für ein Beleuchtungsgerät in Erwägung, welches einen oder mehrere Lichtsender aufweist. Lichtsender können irgendeine Art von Lichtsender sein (oder irgendeine gewünschte Kombination von Lichtsendern). Die Lichtsender können aus einer einzelnen Lichtfarbe bestehen, oder können eine Vielzahl von Lichtquellen aufweisen, welche irgendeine Kombination derselben Art von Bauteilen und/oder unterschiedlichen Arten von Lichtsendern sein können, und welche irgendeine Kombination von Emittern sein können, welche Licht derselben oder ähnlichen Wellenlänge(n) (oder Wellenlängenbereiche), und/oder von unterschiedlicher/unterschiedlichen Wellenlänge(n) (oder Wellenlängenbereiche) emittieren.
• Die Emitter des Beleuchtungsgeräts können einen Festkörper-Lichtsender und ein leuchtendes Material aufweisen, zum Beispiel einen Leuchtdiode-Chip, in einem Aspekt ein LED mit einer halbkugelförmigen transparenten Linse, um den Leuchtdiode-Chip zu bedecken und eine Lichtausbeute zur Verfügung zu stellen, Kontakte zum Bereitstellen von elektrischem Strom für die Leuchtdiode-Chip, und ein Wärmemanagement des Trägermaterials des Bauteils, um Wärme von dem Chip abzuleiten. Das leuchtende Material oder der Leuchtstoff (des Weiteren untenstehend erläutert) kann dispergiert auf dem LED Chip oder entfernt dispergiert sein, zum Beispiel in oder an der Linse, um damit von dem Licht angeregt zu werden, welches von dem Leuchtdiode (LED) Chip emittiert wurde.
• In einer beispielhaften Ausführungsform können LEDs AlGaN und AlGaInN ultraviolette LED Chips sein, welche für die Abstrahlung mit YAG-basiertem oder TAG-basiertem gelben Leuchtstoff verbunden sind, und/oder Gruppe III Nitrid-basierte blaue LED Chips, wie zum Beispiel GaN-basierte blaue LED Chips, werden zusammen mit einem für die Abstrahlung verbundenen YAG-basierten oder TAG-basierten gelben Leuchtstoff verwendet. Als ein anderes Beispiel können LEDs von Gruppe III-Nitrid-basierten blauen LED Chips und/oder Gruppe-III-Nitrid-basierte ultraviolette LED Chips mit einer Kombination oder einem Gemisch aus rotem, grünen und orangenem Leuchtstoff zum Einsatz kommen. Andere Kombinationen von LEDs und Leuchtstoffen können beim Ausüben der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden.
• Als ein anderes Beispiel weist die Lichtquelle LEDs von Gruppe III-Nitrid-basierten blauen LED Chips und/oder Gruppe-III Nitrid-basierte ultraviolette LED Chips mit einer Kombination oder einem Gemisch aus rotem, grünen und orangen Leuchtstoff auf. In diesem Fall wird das mehrfache Leuchtstoffmaterial sowohl von UV als auch von blauem Licht angeregt, welches von den ultravioletten/blauen LED Chips emittiert wird, und dann kann ein Gemisch aus rotem, grünen, orangenem Licht zusammen mit blauem Streulicht gemischt werden, was einen vorbestimmten CCT-Wert bildet. Andere Kombinationen von LEDs und Leuchtstoffen können beim Ausüben der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden.
• Beleuchtungsgeräte
• In bestimmten Aspekten weist die vorliegende Offenbarung Beleuchtungsgeräte, einschließlich Festkörper-Lichtsender, als Lichtquellen auf, welche Licht mit unterschiedlichen Farben emittieren, welche, wenn sie gemischt werden, als die gewünschte Farbe für das abgegebene Licht (zum Beispiel weiß oder fast-weiß) wahrgenommen werden. Wie weiter unterhalb erläutert, kann die Intensität des von vielen Festkörper-Lichtsendern emittierten Lichts, wenn sie mit einem vorgegebenen elektrischen Strom versorgt werden, aus einer Anzahl von Gründen als ein Ergebnis von Temperaturveränderungen variieren. Der Wunsch, eine relativ stabile ausgegebene Lichtfarbe beizubehalten, während für ein ausreichendes Management der Wärmeübertragung gesorgt wird, wird von der Konfiguration des Beleuchtungsgeräts der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung gestellt.
• Leuchtstoffe
• Die oberhalb erläuterten und die miteinbezogenen Einkapselungsmittel aufweisenden Beleuchtungsgeräte der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere Leuchtstoffe enthalten. Wenn Leuchtstoffpartikel in dem Einkapselungsmittel eingebettet sind, zum Beispiel ein Silizium-Einkapselungsmittel, welches ein dickes thermisch isolierendes Material ist, dann nimmt die Körnungstemperatur des Leuchtstoffs zu, was sogar zu einem niedrigeren Quantenwirkungsgrad (QE) aufgrund von thermischem Verlöschen (engl. quenching) führt; dies ist ein negativer Rückkopplungseffekt, welcher insbesondere bei Gehäusen mit sehr kleiner Grundfläche (engl. footprint packages) zutrifft. Die gegenwärtig offenbarten Präkursoren eines Einkapselungsmittels mit der POSS-Einheit können einen thermischen Pfad für die in den Körnern erzeugte Wärme zur Verfügung stellen, welche mittels des Einkapselungsmittels-/Linsenmaterials der vorliegenden Offenbarung in die Umgebungsluft abgeführt werden soll, was auf diese Weise zu einem höheren Umwandlungswirkungsgrad und weniger zu Farbverschiebung über die Lebensdauer des Beleuchtungsgeräts fuhrt.
• Mit Bezugnahme auf 3 ist ein Querschnitt einer am Computer modellierten Wärmeverteilung einer beispielhaften blauen LED-Konstruktion während des Betriebs mit einem Einkapselungsmittel (als eine Linse) mit 0,1 W/k Wärmeleitfähigkeit und einem Leuchtstoff-Binder dargestellt. 3 repräsentiert die Modellierung der Wärmeübertragung durch ein Einkapselungsmittel hindurch, wobei das Zusammentun der Schattierung von schwarz und grau eine relative Temperatur kennzeichnet. 4 würde dafür sprechen, dass das Sorgen für eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit zu einer verringerten Temperatur und/oder zur Temperaturgleichmäßigkeit in dem Einkapselungsmittel führen wird, und als ein Ergebnis den Quantenwirkungsgrad des Leuchtstoffs steigert. 4 zeigt die Spitzentemperatur in dem LED Bauteil von 3 als eine Funktion der Wärmleitfähigkeit der Linse und des Leuchtstoff-Binders. Zusätzlich gilt, dass je besser die Wärmeabfuhr ist, desto geringer das thermische Absinken des externen Quantenwirkungsgrads (EQE) für die blaue LED sowie des Quantenwirkungsgrads des Leuchtstoffs. Zum Beispiel kann der thermische Wirkungsgrad der weißes Licht produzierenden LED-Geräte bei einer Sperrschichttemperatur (engl. junction temperature) von 150°C auf 70 Prozent seines Flusswertes bei Raumtemperatur abfallen. Das Bereitstellen von irgendeiner Funktionalität in Sachen Wärmemanagement für das Einkapselungsmittelmaterial kann die Lebensdauer verlängern und bewirkt eine effizientere und stabilere Beleuchtung aus dem Gerät.
• Somit kann in irgendeiner oder mehreren der Ausführungsformen des vorstehend erwähnten Präkursors eines Einkapselungsmittels ein Leuchtstoff hinzugefügt werden, welcher darin aufgenommen ist, damit angeschlossen ist und/oder kombiniert ist. Leuchtstoffe umfassen zum Beispiel handelsübliche YAG:Ce, obwohl ein vollständiger Bereich der breiten gelben Spektralemission bei Verwendung von Umwandlungspartikeln möglich ist, welche aus Leuchtstoffen gemacht sind, basierend auf dem (Gd,Y)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce System, wie zum Beispiel das Y₃Al₅O₁₂:Ce (YAG). Andere gelbe Leuchtstoffe, die für weißes Licht emittierende LED Chips zum Einsatz kommen können, umfassen zum Beispiel: Tb₃-xRE_xO₁₂:Ce(TAG), wobei RE Y, Gd, La, Lu; oder Sr_2-x-yBa_xCa_ySiO₄:Eu ist.
• Manche für diese Strukturen geeigneten Leuchtstoffe können zum Beispiel umfassen: Rotes Lu₂O₃:Eu³⁺(Sr_2-xLa_x)(Ce_1-xEu_x)O₄Sr₂Ce_1-xEu_xO₄Sr_2-xEu_xCeO₄SrTiO₃:Pr³⁺, Ga³⁺CaAlSiN₃:Eu²⁺Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ sowie Sr_xCa_1-xS:EuY; wobei Y Halid; CaSiAlN₃:Eu; und/oder Sr_2-yCa_ySiO₄:Eu ist. Andere Leuchtstoffe können dazu eingesetzt werden, um eine Farbemission durch das Umwandeln des im Wesentlichen gesamten Lichts zu einer bestimmten Farbe zu erzeugen. Zum Beispiel können die folgende Leuchtstoffe zum Erzeugen von grünem Licht zum Einsatz kommen: SrGa₂S₄:Eu; Sr_2-yBa_ySiO₄:Eu; oder SrSi₂O₂N₂:Eu.
• Als Beispiel weist jeder der folgenden Leuchtstoffe eine Anregung in dem UV Emissionsspektrum auf, sorgt für eine erwünschte Spitzenemission, besitzt eine effiziente Lichtumwandlung und weist eine annehmbare Stokes-Verschiebung auf, zum Beispiel: Gelb/Grün: (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)₂S₄:Eu²⁺Ba₂(Mg,Zn)Si₂O₇:Eu²⁺Gd_0.46Sr_0.31Al_1.23O_xF_1.38:Eu²⁺ _0.06(Ba_1-x-ySr_xCa_y)SiO₄:EuBa₂SiO₄:Eu²⁺.
• Das Beleuchtungsgerät kann Festkörper-Lichtquellen aufweisen, welche mit einem oder mehreren Leuchtstoffen angeordnet sind, um damit zumindest eine von blau-verschobenes gelb (BSY), blau-verschobenes grün (BSG), blau-verschobenes rot (BSR), grün-verschobenes rot (GSR) und zyan-verschobenes rot (CSR) Licht zur Verfügung zu stellen. Somit sorgt zum Beispiel eine blaue LED mit einem gelb emittierenden Leuchtstoff, welcher für die Abstrahlung mit dieser gekoppelt ist, und etwas von dem blauen Licht absorbiert und gelbes Licht emittiert, für ein Gerät das BSY Licht aufweist. Gleichermaßen sorgt eine blaue LED mit einem grün oder rot emittierenden Leuchtstoff, welcher für die Abstrahlung mit dieser gekoppelt ist, und etwas von dem blauen Licht absorbiert, und grünes oder rotes Licht emittiert, für Geräte, die jeweils BSG oder BSR Licht aufweisen. Eine grüne LED mit einem rot emittierenden Leuchtstoff, welcher für die Abstrahlung mit dieser gekoppelt ist, und etwas von dem grünen Licht absorbiert, und rotes Licht emittiert, sorgt für ein Gerät, das GSR Licht aufweist. Gleichermaßen sorgt eine Zyan LED mit einem rot emittierenden Leuchtstoff, welcher für die Abstrahlung mit dieser gekoppelt ist, und etwas von dem zyan Licht absorbiert, und rotes Licht emittiert, für ein Gerät, das CSR Licht aufweist.
• Die vorliegende Offenbarung und die Präkursoren eines Einkapselungsmittels und die von selbigem zubereiteten Einkapselungsmittel stellen eine Anzahl von Lösungen für die vorstehend erwähnten Probleme zur Verfügung. Als erstes sorgen die gegenwärtig offenbarten Präkursoren eines Einkapselungsmittels und das sich ergebende Einkapselungsmittel für eine oder mehrere von der Verringerung der thermischen Zersetzung, Verringerung der optischen Verschlechterung, Verringerung der thermischen und optischen Verschlechterung, und/oder Zunahme des Brechungsindex und/oder Zunahme der Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels.
• Zweitens können die vorliegende Offenbarung und Präkursoren eines Einkapselungsmittels und das von selbigen zubereitete Einkapselungsmittel möglicherweise einen verbesserten thermischen Pfad für die in den Körnern erzeugte Wärme zur Verfügung stellen, welche durch die Linse in die Umgebungsluft abgeführt werden soll, was auf diese Weise zu einer höheren Umwandlungseffizienz und weniger Farbverschiebung über die Zeit führt.
• Drittens können die vorliegende Offenbarung und Präkursoren eines Einkapselungsmittels und das von selbigen zubereitete Einkapselungsmittel eine Zunahme bei dem Brechungsindex des Einkapselungsmittels und/oder der optischen Transparenz zur Verfügung stellen. Für gewöhnlich wird eines gegen das andere bei einem Bemühen eingetauscht, die Verschlechterung des thermischen und/oder optischen Fluss zu beseitigen.
• Widerstand gegen thermische/optische Verschlechterung
• Die gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels können optische und thermische Eigenschaften zur Verfügung stellen, welche für ein anorganisches Oxidmaterial mit der Verarbeitbarkeit eines organischen Materials repräsentativer sind. Als ein Ergebnis können die gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels eine wesentliche Verbesserung bei der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der LED bieten, während sie gleichzeitig herkömmliche Herstellungsverfahren für ein LED verwenden. Zum Beispiel kann der Viskositätsbereich der gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels derart zugeschnitten werden, so dass er mit einem bestehenden Einkapselungsmittel/Linsen-Aufbau und/oder einem bestehenden Herstellungsprozess für ein Einkapselungsmittel/eine Linse kompatibel ist, wie er augenblicklich zum Herstellen von Beleuchtungsgeräten zum Einsatz kommt. Zum Beispiel kann die Aushärtezeit angepasst werden, um die Aufnahme in einen Ablauf mit einer hohen Durchsatzleistung zu erleichtern, zum Beispiel durch die Auswahl von POSS und/oder Präkursor eines Einkapselungsmittels funktionelle Gruppen, Gewichtsprozentzuschlägen, Molekulargewichten, Platin-Katalysatorzuschlag, etc., um damit Produktionsfaktoren abzumildern, wie zum Beispiel Schrumpfung und Alter der Linse etc., und/oder zum Bereitstellen von Bauteillebensdauern von ungefähr 100.000 Stunden oder mehr. Andere Faktoren, wie zum Beispiel die Topfzeit (engl. pot life) (Zeit nach der ursprünglichen Katalyse bis zu dem Zeitpunkt der Gelbildung) für den POSS-enthaltenden Präkursor eines Einkapselungsmittels, die Reproduzierbarkeit der Charge und die Lagerfähigkeit können unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren angepasst, kontrolliert und überwacht werden, um eine robuste Herstellbarkeit zu bieten.
• Die thermische und optische Stabilität sind nicht vollkommen unabhängig voneinander, zum Beispiel kann ein herkömmliches Silizium-Einkapselungsmittelmaterial mit Leichtigkeit einer Aussetzung von Bedingungen um die 150°C über einen längeren Zeitraum widerstehen, jedoch stimmt dasselbe nicht notwendigerweise, wenn das herkömmliche Silizium-Einkapselungsmittel 150°C und gleichzeitig hohen optischen Flussdichten ausgesetzt wird. Es gibt keinen Beleg hinsichtlich der Wirkung der Aufnahme von POSS auf die Beständigkeit von Materialen gegenüber hohen optischen Flussdichten. Die ionisch-kovalente Natur der POSS-Einheit ist in der Lage, die optische Stabilität und die thermische Stabilität von herkömmlichen Einkapselungsmitteln zu verbessern. Diese gesteigerte optische Stabilität zusammen mit der Verbesserung der thermischen Stabilität wird LED Geräte zur Verfügung stellen, welche bei höheren optischen Flussdichten zum Verlängern der Zeitdauer bei typischen Betriebstemperaturen (von ungefähr Raumtemperatur bis 150 Grad Celsius oder mehr) mit einer gesteigerten Lichtausbeute betrieben werden können. Somit lässt sich durch das Einbauen von POSS-Einheiten und/oder reaktiver POSS-Einheiten in ein Einkapselungsmittel mit einer optischen Qualität/Präkursoren eines Einkapselungsmittels beobachten, dass die Merkmale der langfristigen Leistungsfähigkeit des Einkapselungsmittels oder der Linse verbessert werden können. Die Verbesserung umfasst zum Beispiel die Stabilität gegenüber hohen Temperaturen und/oder optischen Flüssen, vergrößerten Wärmeleitfähigkeiten und vergrößerten Brechungsindizes. Obwohl nicht an einer bestimmten Theorie festgehalten werden soll, wird erwartet, dass POSS-Einheiten, welche eine kompakte, käfig-artige Struktur besitzen, aus Silizium-Sauerstoff-Silizium (Si-O-Si) Bindungen besteht, in der Tat eine polyedrische Einheit als einen ”Baustein” von Siliziumdioxid zur Verfügung stellen, welches chemisch und/oder physikalisch in eine einkapselnde Matrix eingebaut werden kann, wie zum ein Silizium, Epoxidharz, etc. Die gegenwärtig als Einkapselungsmittel verwendeten Silizium-Materialien bestehen für gewöhnlich aus einem linearen Si-O-Si Rückgrat, zum Beispiel PDMS. Jedoch ist die Netzverbindungsfähigkeit (engl. network connectivity) der meisten POSS Materialien drei-dimensional anstelle bloß linear, was auf diese Weise eine wesentliche chemische, thermische und mechanische Stabilität verleiht. Die Ecken der polyedrischen Einheit sind mit funktionellen Gruppen bedeckt, welche als Verbindungen zum Einpfropfen des POSS mit bestehenden Siloxan-Ketten oder kleineren oligomerischen Präkursoren dienen, um modifizierte Silikone zu bilden – in diesem Fall dasjenige Siliziummaterial, welches zum Herstellen des Bestandteils des Einkapselungsmittels zum Einsatz kommt. Somit werden Verfahren des Verbesserns der Leistungsfähigkeit und der Lebensdauer eines Einkapselungsmittels oder der Linse durch das Bereitstellen eines Präkursors eines Einkapselungsmittels zur Verfügung gestellt, welcher zumindest eine POSS Einheit aufweist. Das Verfahren kann zudem für eine verbesserte thermische Verschlechterung, eine verbesserte Verschlechterung des optischen Flusses, eine verbesserte thermische Verschlechterung und Verschlechterung des optischen Flusses sorgen. In anderen Aspekten sorgt das Verfahren für eine gesteigerte Wärmeleitfähigkeit und/oder einen erhöhten Brechungsindex für das vollendete Einkapselungsmittel. Derart auf Anhieb offenbarte Verbesserungen sorgen für eine Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von LED Geräten auf Niveaus, welche bei der Verwendung von herkömmlichen Präkursoren eines Einkapselungsmittels alleine nicht erreicht werden können.
• Zusätzlich dazu, obwohl nicht an einer bestimmten Theorie festgehalten werden soll, wird erwartet, dass eine Kombination aus Vinyl-enthaltenden POSS-Einheiten und Platinmetall (entweder als dispergierte Partikel oder organometallische Verbindungen von selbigem) unterstützt bei und/oder synergetisch zu der verbesserten optischen/thermischen Stabilität beiträgt, wie von bestimmten Einkapselungsmitteln mit POSS-Einheiten durch eine gemessene geringe Zunahme der UV Absorbierung über die Zeit bei erhöhten Temperaturen und hohen optischen Flussdichten bewiesen. Somit wird in einem Aspekt ein Verfahren des Verringerns der thermischen Verschlechterung und/oder der optischen Verschlechterung eines Einkapselungsmittels, welches erhöhter Temperatur und hohen optischen Flussdichten ausgesetzt ist, durch das Aufweisen eines vorbestimmten Mol- oder Massenverhältnis der Vinyl-POSS Einheit zu Platinmetall oder der Platinverbindung von zwischen ungefähr 0,001:1. bis ungefähr 100:1 zur Verfügung gestellt.
• Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit
• Die Wärmeleitfähigkeit von bestehenden Einkapselungsmitteln, wie zum Beispiel, aber nicht auf Silikone beschränkt, welche als optisches Medium/Einkapselungsmittel/Linse für LEDs zum Einsatz kommen, kann Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Prozess der Abwärtskonversion für den Leuchtstoff haben, und als ein Ergebnis die Leistungsfähigkeit von weißes Licht produzierenden LED Geräten beeinträchtigen. Zum Beispiel, da die Leuchtstoffschicht über dem blauen LED Chip platziert ist, kann sie lediglich so kühl wie der Chip sein, welcher als ein Kühlkörper für den Leuchtstoff wirkt. Während der Quantenwirkungsgrad des Leuchtstoffs bei Raumtemperatur (>90 Prozent) hoch sein kann, nimmt er mit dem Erreichen der Betriebstemperatur des LED aufgrund von dem Effekt des thermischen Verlöschens oder des thermisch aktivierten Konzentrationsverlöschens rasch ab. Dieses Erwärmen führt ebenso zu einer Verschiebung des Punkts für weiße Farbe (engl. white color point). Sowohl das Verlöschen als auch die Verschiebung des Farbpunkts sind für die Langlebigkeit von LEDs als Auswechslungen, zum Beispiel für herkömmliche Glühbirnen nach Edison, unerwünscht. Zusätzlich dazu erzeugt der Leuchtstoff selbst eine beträchtliche Wärme aufgrund von dem fundamentalen Stokes-Verlust von der Abwärtskonversion von Licht (ungefähr 25–30 Prozent bei 2,700–3,000 K CCT).
• Die Wärmeleitfähigkeit (k) des Einkapselungsmittels ist ein bedeutender Faktor beim Wärmemanagement, da die Wärme von den Leuchtstoffpartikeln und dem LED Chip so leicht wie möglich abgeführt werden muss (zum Beispiel wie in 4 dargestellt). Leuchtstoffpartikel, welche in Materialien mit geringem k-Wert eingebettet sind, wie zum Beispiel Silizium-Einkapselungsmittel (k ~ 0,15 bis 0,2 W/mK), erfahren unter hohen optischen Flussdichten eine nennenswerte Erwärmung, welche durch zum Beispiel einen GaN Chip, emittiert wird. Die gesteigerte Erwärmung verringert den Quantenwirkungsgrad der Leuchtstoffe, was auf diese Weise die gesamte Effizienz des LED Pakets herabsetzt. Die augenblicklichen Präkursoren eines Einkapselungsmittels mit der funktionalisierten POSS-Einheit können einen erhöhten k-Wert für das sich ergebende Einkapselungsmittel zur Verfügung stellen, um damit für eine verbesserte Wärmeabfuhr in LED Geräten mit hohem optischem Fluss zu sorgen.
• Basierend auf einem einfachen ”Mischungsregel”-Ansatz, wird von der Aufnahme eines Materials mit höherem k (zum Beispiel dem POSS) in einem mit geringem k, zum Beispiel das Silizium-Einkapselungsmittel, erwartet, dass das effektive k des Verbundmaterials zunimmt. Dieser Ansatz berücksichtigt jedoch nicht die Partikelgröße des unstetigen POSS, welches zum Vergrößern des k zum Einsatz kommt. Das effektive k des gesamten Präkursors eines Einkapselungsmittels hängt wahrscheinlich von einer Anzahl von Parametern ab, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt: dem k der Silizium-Phase, dem k der POSS-Phase, der Menge und Art der chemischen Funktionalität und deren Grad der Aufnahme in die POSS-Einheit, dem Volumenanteil der POSS-Phase, dem effektiven Radius der unstetigen POSS-Phase, und der thermischen Leitfähigkeit der POSS/Silizium Übergangsstelle. Das k von SiO₂ ist etwa eine Größenordnung höher als bei einem typischen Silizium-Polymer, was nahe legt, dass die Aufnahme von Siliziumdioxidpartikeln im Inneren einer Silizium-Matrix möglicherweise den k der Kombination relativ zu reinem Silizium vergrößern kann, wohingegen veröffentlichte Ergebnisse Werte für die Wärmeleitfähigkeit für SiO₂/Silizium Gemische im Bereich von 0,35 W/m – K angegeben haben. Jedoch ist die Partikelgröße der unstetigen anorganischen Partikelphase ebenso entscheidend von seiner Auswirkung auf den effektiven k des Verbundmaterials. Nichtsdestoweniger kann das Aufnehmen des anorganischen POSS in die organische Silizium-Phase das k des sich ergebenden Einkapselungsmittels erhöhen oder verringern. Falls die POSS-Struktureinheit als im Grunde genommen das kleinstmögliche stabile Partikel von SiO₂ angesehen wird, und diese Größe der POSS-Struktureinheit ist wesentlich kleiner als der kritische Radius ”r_o”, welcher als eine Schwelle zum Bestimmen der Wirkung von Partikeln auf das effektive k eines Verbundmaterials dient, dann können Partikel, welche kleiner als r_o sind, das effektive k des Verbundmaterials herabsetzen. Typische r_o-Werte für metalloxidische Nanopartikel, welche im Inneren einer Polymermatrix dispergiert sind, sind in der Größenordnung von 10 nm, obwohl keine veröffentlichten Werte speziell für SiO₂ im Inneren einer Silizium-Matrix, oder diejenigen einer POSS-Einheit bekannt sind.
• Vergrößerung des Brechungsindex
• Die optische Transparenz und der Brechungsindex sind zwei wichtige Eigenschaften zum Erzeugen eines hoch effizienten LED-Pakets. Ein Einkapselungsmittelmaterial mit einem höheren Brechungsindex ist in der Tat wünschenswerter, aufgrund von der gesteigerten Lichtausbeute aus dem Gerät, wie in 5 dargestellt. 5 repräsentiert in grafischer Form die Prozente der Lichtausbeute von gebündeltem Licht (engl. package light extraction) als eine Funktion des Brechungsindex des Einkapselungsmittels. Die optische Transparenz von bestimmten Einkapselungsmitteln, zum Beispiel der Silikone, kann recht hoch sein, bei ungefähr 94 Prozent (einschließlich der Fresnel-Verluste). Wie bereits oberhalb erwähnt, ist jedoch zumindest eine optische Begrenzung bei der derzeitigen Silikon-Technologie ihr Brechungsindex, welcher im Allgemeinen um 1,4 bis ungefähr 1,55 zentriert ist, wobei Silikone mit höheren Brechungsindexes im Allgemeinen eine nicht-optimale Funktionsfähigkeit aufweisen, wenn sie höheren optischen Flussdichten ausgesetzt sind. Obwohl nicht an einer bestimmten Theorie festgehalten werden soll, ist eine solche nicht-optimale Funktionsfähigkeit von Silikonen mit einem hohen Brechungsindex wahrscheinlich auf die chemische Zusammensetzung, die molekulare Anordnung und die Präsenz von chemischen Einheiten mit einem höheren Brechungsindex, wie zum Beispiel Phenyl-Gruppen, zurückzuführen.
• Während Silizium-Materialien mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,4 eine hinreichende Zuverlässigkeit unter den Flussdichten von derzeitigen Strahlern einer Beleuchtungsklasse zur Verfügung stellen können, würde eine Zunahme bei dem Brechungsindex des Einkapselungsmittelmaterials den Wirkungsgrad der Lichtausbeute steigern und sollte die LED-Wirksamkeit verbessern, zum Beispiel wie in 5 dargestellt, eine Zunahme des Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis ungefähr 1,7 kann die Effizienz um 5–10 Prozent erhöhen. Die POSS-Einheiten in Kombination mit dem Präkursor eines Einkapselungsmittels sorgen für die Fähigkeit des Steigerns des Brechungsindex des Einkapselungsmittels, zum Beispiel durch ihre Addition zu herkömmlichen Einkapselungsmitteln, insbesondere zu Silizium-Einkapselungsmitteln. Der höhere Brechungsindex, welcher mit dem POSS-enthaltenden Leuchtstoff-Einkapselungsmittel oder mit der Beschichtung mit dem Streuungs-Einkapselungsmittel möglich wäre, welche auf eine entfernte Optik angewandt wird, würde ebenso die Fresnel-Verluste durch das Erlauben von mehr Licht zu Entweichen verringern, was wiederum die Umwandlungswirkungsgrade erhöht.
• Die optische Transparenz ist eng mit den organischen Funktionalitäten verbunden, welche in der POSS-Einheit vorliegen. Rein anorganisches Siliziumdioxid ist bekannt für seine optische Transparenz. POSS-Einheiten sind im Endeffekt eine eigenständige Einheit aus einem SiO₂-Metall, welches eine veränderte optische Eigenschaften besitzen sollte, aber wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad als eine Funktion und/oder Konzentration der organischen abdeckenden Gruppen verändert. Als ein Beispiel weisen herkömmliche Silizium-Einkapselungsmittel für gewöhnlich eine optische Transparenz von 94% auf (einschließlich der Fresnel-Verluste). Deshalb können die einzelnen organischen und anorganischen Phasen als Elemente zum Bilden des Nanokomposit-Materials eine äquivalente Transparenz zur Verfügung stellen. Des Weiteren unter der Annahme einer adäquaten Dispersion innerhalb der Silizium-Matrix, sollte die nanoskalige Größe der POSS-Einheit eine Rayleigh-Streuung aufgrund von Bereichen mit variierendem Brechungsindex verhindern.
• Es versteht sich, dass solche POSS-Einheiten und/oder physikalische Gemische oder Reaktionsprodukte einer POSS-Einheit mit einem optischen Medium oder Präkursoren eines Einkapselungsmittels vorzugsweise transparent für dasjenige Licht sind, welches von dem Beleuchtungsgerät emittiert wird, mit anderen Worten sind die offenbarten Materialien und das optische Medium durchschaubar und/oder von einer optischen Durchsichtigkeit, welche für den Einsatz mit einem Beleuchtungsgerät geeignet ist, welches sichtbares Licht erzeugt.
• Die Aufnahme von POSS in ein Siloxan-Netzwerk kann den Brechungsindex des Einkapselungsmittels vergrößern, wenn es in Kombination mit POSS-Einheiten zum Einsatz kommt, welche eine geeignete Funktionalität aufweisen. In einem Aspekt kann eine POSS-Einheit für einen Brechungsindex von größer als 1,5, größer als 1,52, größer als 1,53 sorgen. Die POSS-Einheit kann wie irgendeine der oberhalb erläuterten POSS-Zusammensetzungen funktionalisiert sein.
• In einem Aspekt, alleine oder in Kombination mit dem oberhalb erläuterten POSS, kann die Zugabe einer vorbestimmten Menge von Übergangsmetalloxid-Arten, wie zum Beispiel Anatas und/oder Rutilformen von Titandioxid (TiO₂; Brechungsindizes von jeweils 2,5 und 2,9), zum Anpassen des Brechungsindex verwendet werden, und vielleicht sogar die Brechungseigenschaften einer Einkapselungsmittel-enthaltenden POSS-Einheit verbessern. Alternativ dazu kann der wirksame Brechungsindex des Einkapselungsmittels, welches durch die hierin offenbarten Verfahren zubereitet wurde, durch das physikalische Vermischen in TiO₂ auf einer Stufe gesteigert werden, welche die Transparenz oder die optische Übertragung des optischen Mediums/Einkapselungsmittels nicht anderweitig herbeiführt. In einem Aspekt können Nanopartikel aus TiO₂ zum Verringern oder Beseitigen der Reflektion von sichtbarem Licht verwendet werden.
• Die gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels können optische und thermische Eigenschaften zur Verfügung stellen, welche für ein anorganisches Oxidmaterial mit der Verarbeitbarkeit eines organischen Materials repräsentativer sind. Als ein Ergebnis können die gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels eine wesentliche Verbesserung bei der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der LED bieten, während sie gleichzeitig herkömmliche Herstellungsverfahren für ein LED verwenden. Zum Beispiel kann der Viskositätsbereich der gegenwärtig offenbarten POSS-enthaltenden Präkursoren eines Einkapselungsmittels derart zugeschnitten werden, so dass er mit einem bestehenden Einkapselungsmittel/Linsen-Aufbau und/oder einem bestehenden Herstellungsprozess für Einkapselungsmittel/Linse kompatibel ist, wie er augenblicklich zum Herstellen von Beleuchtungsgeräten zum Einsatz kommt. Zum Beispiel kann die Aushärtezeit angepasst werden, um die Aufnahme in einen Ablauf mit einer hohen Durchsatzleistung zu erleichtern, zum Beispiel durch die Auswahl von POSS und/oder Präkursor eines Einkapselungsmittels funktionelle Gruppen, Gewichtsprozentzuschlägen, Molekulargewichten, Metall, Platin-Katalysatorzuschlag, etc., um damit Produktionsfaktoren abzumildern, wie zum Beispiel Schrumpfung und Alter der Linse etc., und/oder zum Bereitstellen von Bauteillebensdauern von ungefähr 100.000 Stunden oder mehr. Andere Faktoren, wie zum Beispiel die Topfzeit (engl. pot life) (Zeit nach der ursprünglichen Katalyse bis zu dem Zeitpunkt der Gelbildung) für den POSS-enthaltenden Präkursor eines Einkapselungsmittels, die Reproduzierbarkeit der Charge und die Lagerfähigkeit können unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren angepasst, kontrolliert und überwacht werden, um eine robuste Herstellbarkeit zu bieten.
• Die Aufnahme der POSS-Einheit in den Präkursor eines Einkapselungsmittels kann ebenso eine Zunahme bei der Viskosität für das Material bieten und/oder das Aushärten erleichtern und/oder die Aushärtezeit erhöhen, was somit den Fertigungsdurchsatz vergrößert. Die Volumenschrumpfung der POSS-Einheit und des Präkursors eines Einkapselungsmittels hängt sehr von den organischen Funktionalitäten und dem vorliegenden Lösungsmittelgehalt ab. In manchen Aspekten kann Xylen Lösungsmittel dazu eingesetzt werden, um ein Vermischen des POSS mit einem oder mehreren der Präkursoren eines Einkapselungsmittels zu leisten. Im Allgemeinen werden niedrige Lösungsmittelgehalte das Schrumpfen während der Herstellung des Einkapselungsmittels/der Linse verringern. Die spezielle Kombination POSS/Präkursor eines Einkapselungsmittels, welche für die Herstellung des Einkapselungsmittels/der Linsen nützlich ist, kann mit wenig oder keinem zusätzlichen Lösungsmittel möglich sein, was auf diese Weise die Volumenschrumpfung und/oder den Verzug verringert, und die Ausbildung einer erheblichen Porosität des Einkapselungsmittels beseitigt.
• Ausbilden des optischen Mediums und/oder der optischen Linse
• Der LED Präkursor eines Einkapselungsmittels kann in der Nähe zu, direkt an oder auf das Beleuchtungsgerät, insbesondere die Lichtsender, LEDs oder LED-Anordnung aufgesprüht, gegossen, überzogen, abgelagert oder eingetaucht werden. Das Abgeben des Präkursors eines Einkapselungsmittels kann unter Verwendung irgendeiner bekannten Dosiertechnik ausgeführt werden. In einem Aspekt können zwei, drei oder mehr Schichten des Präkursors eines Einkapselungsmittels durch die aufeinander folgende Anwendung, das Aushärten und/oder Trocknen gebildet werden. Der Präkursor eines Einkapselungsmittels oder ein Lösungsmittel, welches selbigen enthält, können zum Einsatz kommen und/oder erwärmt werden, um das Fließen des Präkursors eines Einkapselungsmittels zu erleichtern, zum Beispiel in eine Gießform. Der Präkursor eines Einkapselungsmittels kann dazu verwendet werden, um eine einkapselnde Schicht und/oder eine Linse mit irgendeiner gewünschten Höhe, Breite, Länge oder Durchmesser zur Verfügung zu stellen.
• 6 zeigt einen beispielhaften Prozess, welcher für das Bereitstellen eines Materials einer optischen Linse schematisch ist, welches ein Einkapselungsmittel aufweist, das zumindest eine funktionalisierte POSS-Einheit besitzt, wohingegen in einer Seitenansicht eine Vielzahl von LEDs 70 dargestellt ist, welche an einem Trägersubstrat 72 montiert sind. Das Trägersubstrat 72 kann irgendeine Art von Fundament, eine Leiterplatte, ein Kühlkörper oder eine andere Struktur sein.
• Die Gießform 74 besitzt wie dargestellt vorbestimmte Vertiefungen 75 mit einer Größe entsprechend der gewünschten Form der vorgesehenen Linse 78, welche oberhalb, an oder um eine oder mehrere von LEDs 70 herum positioniert wird. Die Gießform 74 kann aus irgendeinem Material konstruiert sein, welches den Präkursor eines Einkapselungsmittels nach dem Aushärten freisetzen kann. In einem Aspekt ist die Gießform ein Metall oder alternativ dazu ein Metall mit einer Beschichtung, wie zum Beispiel Teflon, oder ein anderer Trennfilm, Beschichtung, welche platziert oder über oder in der metallischen Gießform ausgebildet sind, und/oder das Metall kann mit einem Material vorbehandelt sein, um beim Herauslösen der vollendeten Linse zu helfen und/oder das ein Anhaften des sich ergebenden Einkapselungsmittels verhindert.
• Immer noch bezugnehmend auf 6, werden die Vertiefungen 75 der Gießform mit einem aushärtbaren Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 aufgefüllt, welcher zumindest eine funktionalisierte POSS oder Poly-POSS Einheit aufweist. In einem Aspekt ist der Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 eine Flüssigkeit, welcher in die Vertiefungen 75 der Gießform fließen kann oder in die Vertiefungen durch Druck oder Vakuum hineingedrängt wird.
• In einem beispielhaften Prozess wird eine Vakuum-Versiegelung zwischen dem Trägersubstrat 72 und der Gießform 74 zur Verfügung gestellt. Das Trägersubstrat 72 mit den LEDs 70 und die Gießform 74 werden dann unter einer Druckkraft gegeneinander gedrückt, wie durch den Schritt 77 veranschaulicht. Der Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 wird in das Volumen zwischen dem Trägersubstrat 72 und der Gießform 74 eingeführt. Die Gießform 74 kann, falls gewünscht, auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeit erwärmt werden, um damit den Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 in ein Einkapselungsmittel 78 auszuhärten und/oder zu verfestigen, wie zum Beispiel ein optisches Medium oder eine Linse. Getrennt oder in Kombination kann eine Schicht 79 zwischen den LEDs 70 ausgebildet werden, zum Beispiel beim Einsatz des Präkursors eines Einkapselungsmittels 76 mit hinzugefügter Streuung, um für eine Lichtstreuung zu sorgen. Ein Leuchtstoff und ein anderes Material können zu dem Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 hinzugefügt werden.
• Nach der vorbestimmten Zeit bei der vorbestimmten Temperatur wird das Trägersubstrat dann von der Gießform 74 getrennt, wie in Schritt 81 veranschaulicht. In einem Aspekt wird ein Abkühlen der Bauteile vor der Trennung ausgeführt. Falls ein Trennfilm zum Einsatz kommt, dann wird er entfernt, und die LED 70 kann mit dem Einkapselungsmittel 78, welches als eine optische Linse dargestellt ist, aus der Gießform 74 entnommen werden. Das Einkapselungsmittel 78 ist in der Nähe der LED und/oder in einer optischen Kommunikation mit dem Licht dargestellt, welches von dem LED emittiert wird.
• In einer anderen Ausführungsform werden zusätzliche Schichten und/oder Leuchtstoffe bei den LEDs 70 vor dem Einführen des Präkursors zum Bilden der Linse angewandt. Somit kann die LED zum Beispiel als erstes mit einem Material und/oder einer Schicht bedeckt werden, wie zum Beispiel ein Leuchtstoff in einem Binder (der Binder kann ein aushärtbares Silikon sein). Bei dieser Ausführungsform kann, nachdem eine oder mehrere der LEDs 70 bedeckt und/oder geschichtet wurden, der Präkursor eines Einkapselungsmittels 76 in das Volumen zwischen dem Trägersubstrat 72 und der Gießform 74 eingeführt werden, was die Vertiefungen 75 der Gießform auffüllt, so wie oberhalb erläutert, um damit die Linse über den bedeckten/geschichteten LEDs auszubilden.
• Beispiele
• Zusammensetzungen des Präkursors eines Einkapselungsmittels mit POSS wurden als ein Beispiel durch das Einstellen eines oder von beiden der Komponente A und Komponente B Verhältnis eines Silizium-Einkapselungsmittels zubereitet, um zusätzliche funktionelle Gruppen zu berücksichtigen, welche durch das POSS eingeführt werden. Als ein Beispiel für die Verwendung eines herkömmlichen Silikon (Komponente A/Komponente B), wurde die Komponente A verringert (das heißt weniger Katalysator), von einem Standard A/B Verhältnis von 0,25 (1/4) zu ungefähr 0,15 (oder ungefähr 1/6,7) mit der Zugabe von Oktavinyl-POSS.
• Ein zur Kontrolle verwendetes Einkapselungsmittelmaterial wurde im Handel erworben und man nimmt an, dass es aus einem optischen Silikon mit zwei Komponenten besteht, wobei gemäß dem Sicherheitsdatenblatt (engl. Material Safety Data Sheet (MSDS)) des Herstellers in der Komponente A hauptsächlich Methylphenyl-Siloxan, Dimethylvinylsiloxyl-terminiertes Silikonharz enthalten ist, und in der Komponente B eine geschützte Mischung aus Silsesquioxanen und Poly-Siloxanen. Somit enthielt die Komponente A des Präkursors eines Einkapselungsmittels zur Kontrolle einen Katalysator und Si-Vinyl Gruppen, während die Komponente B Silyl-Gruppen für das Vernetzen mit der Komponente A aufwies. Eine Kontrollprobe wurde durch das Mischen eines Teils der Komponente A und vier Teilen der Komponente B (im Folgenden ”das Kontrollelement”) zubereitet und das Gemisch für 2 Stunden in ein Vakuum gestellt.
• Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurden durch das Hinzufügen von funktionalisiertem POSS zu dem Kontrollelement hergestellt. Typischerweise wurde das POSS in einem ausgewählten Lösungsmittel aufgelöst, welches zum Auflösen des POSS geeignet ist, und mit der kombinierten Komponente A und Komponente B mischbar ist. Zum Beispiel Oktavinyl POSS, aufgelöst bei einem Anteil von 0,2 g in 3 ml von THF, welches durch 7 Mikrometer Whatman Filterpapier gefiltert wurde, und zu dem gemischten Komponente A/Komponente B Kontrollelement am Ende von seiner 2 Stunden Vakuumdauer hinzugefügt wurde. Die Probenlösung wurde in das Vakuum zurückgegeben und für mehr als 30 Minuten erneut luftleer gepumpt, um das Lösungsmittel zu entfernen, nach diesem Vorgang durften die Proben sich bei 120°C über Nacht bei dieser Temperatur vernetzen.
• Das Kontrollelement ohne funktionalisiertes POSS wurde bei 165°C für 1 Stunde erneut erwärmt, um das zusätzliche Erwärmen der Proben auszugleichen. Eine Oktavinyldimethyl POSS Probe wurde auf eine ähnliche Art und Weise vorbereitet, welches unter Verwendung derselben Methode gemischt wurde, obwohl erkannt wurde, dass das zusätzliche Oktavinyldimethyl POSS hinzugefügt werden könnte, somit wurde das Verhältnis des Materials zum Lösungsmittel erhöht. Proben, welche Mono-Vinyl Isobutyl POSS aufweisen, wurden auf eine ähnliche Art und Weise vorbereitet. Proben, welche Norbornenyl POSS aufweisen, wurden mit dem in Empfang genommenen Kontrollelement gemischt, da sie bei Raumtemperatur flüssig waren und sich vollständig mit dem Kontrollelement zu vermischen schienen.
• Es wurde der Versuch unternommen, das Hinzufügen oder Entfernen von Doppelbindungen und/oder Silyl funktionellen Gruppen, welche in den POSS-Einheiten vorhanden sind, mit Veränderungen in den Gewichtsverhältnissen von Komponente A und Komponente B auszugleichen. Somit wurden Proben, welche Oktasilan POSS aufweisen, in Xylen (ungefähr 0,2 Gramm von POSS bis 1,5 ml von Xylen) aufgelöst, wobei ungefähr 1 Tropfen des Katalysators (ungefähr 0,05 mL von 1/20tel Lösung des 4500 System-Katalysators (Platin-Cyclovinylmethyl Siloxan-Komplex in Cyclovinylmethylsiloxanen (Sip 6832 von Gelest) sowie ein Tropfen (ungefähr 0,05 mL) Vinyldimethylsilan (Gelest) zu dem Kontrollelement hinzugefügt wurde. Bis zu 1,5 Gewichtsprozent des Oktasilan Materials könnte ohne Ausfällung hinzugefügt werden.
• Probenstapel, welche sich auf ungefähr 10 Gramm an Gewicht belaufen, wurden dazu verwendet, um optische Lichtbilder zu machen, welche aus 4,67 mm dicken Proben von Silikon bestanden, welche zwischen zwei 2 gläserne Objektträger (Fisher premium Katalognummer 12-544-1) eingeschlossen wurden. Diese Proben wurden für UV-Vis Messungen verwendet. Das übrige Material wurde in einem Aluminiumtiegel ausgehärtet und für die Messung der Shore-Härte, der Wärmeausdehnung, der Wärmeleitfähigkeit, des Brechungsindex und anderer Eigenschaften je nach Bedarf eingesetzt.
• Der Wärmeausdehnungskoeffizient wurde an einem Theta Dilatometer mit doppelter Schubstange ohne eine Kraftregelung gemessen, so begann die Ausdehnung typischerweise nicht bis zu 50–100°C, und die Ausdehnung wurde oberhalb dieser Temperatur gemessen. Diese Verspätung tritt bei Keramik nicht auf und ist ein Ergebnis der physikalischen Eigenschaften der Silikonkautschuk-Matrix.
• Der Brechungsindex wurde unter Verwendung eines Abbe Refraktometers (Leica Mark II) an der Natrium D-Linie gemessen. Die thermischen Dauerversuche des Kontrollelements und der Proben mit hinzugefügtem POSS wurden in einem elektrischen Ofen durchgeführt, welcher auf 170°C eingestellt wurde.
• Das UV-Vis Spektrum wurde in einem Lambda 950 von Perkin Elmer gemessen. Dieses Zweistrahlinstrument wurde zu Beginn von jedem Datensatz genullt. Der Halter für feste Proben kam zum Einsatz. Die Ausstrahlung (engl. transmission) wurde von 800–250 nm mit 2 mm Spalt gemessen. Es kamen die wie oberhalb erläuterten 4,65 mm Proben zum Einsatz, welche zwischen zwei 2 gläserne Objektträger eingeschlossen wurden. Über den Großteil des sichtbaren Bereichs war die Absorption für das Kontrollelement und die Proben nicht wirklich durch dieses Instrument feststellbar, lediglich das Vergilben nach der Wärmebehandlung wurde erfasst und aufgezeichnet.
• Experimentelle Ergebnisse
• Die Verwendung von speziellen funktionellen Gruppen an der POSS-Einheit in Kombination mit einem Präkursor eines Einkapselungsmittels kann die sich ergebenden Eigenschaften des Einkapselungsmittels positiv oder negativ beeinflussen. Mit Bezugnahme auf 7, lieferte ein herkömmliches Silizium-Einkapselungsmittel (”Kontrollelement”) ein UV Absorptionsprofil, wie bestimmt und durch die Kurve 60 dargestellt. Das Vergilben wird durch das Subtrahieren der Absorption bei 700 nm (im Wesentlichen die Grundlinie) von der Absorption bei 442 nm bestimmt. Diese zusätzliche Absorption wurde als ein Maß des Vergilbens angesehen. In manchen Proben, die sehr vergilbt erschienen, wurde das Absorptionsband auf 700 nm erweitert. Ein Mono Vinylfunktionalisiertes POSS (wobei Vinyl Norbornyl ist; R ist Isobutyl; NB1021 Hybrid-Kunststoff (engl. Hybrid Plastics)) wurde verwendet, um ein Einkapselungsmittel mit optischer Güte zu schaffen, und wurde der Wärmealterung bei 170 Grad Celsius ausgesetzt und seine UV Absorbierung bei ungefähr 424 Nanometern in unterschiedlichen Zeitabständen gemessen. Wie in 7 dargestellt, zeigte dieses mono-funktionale Vinyl POSS (Kurve 61) ein starkes Vergilben bei 170°C nach ein paar Hundert Stunden des Alters (ohne dem Aussetzen eines optischen Flusses). Somit wurde mit Bezugnahme auf 7, Kurve 61, welche die vorstehend erwähnte POSS-Einheit mit einer relativ reaktiven Vinyl-Gruppe und mehreren relativ un-reaktiven aliphatische Isobutyl-Gruppen repräsentiert, eine geringe bis gar keine Verbesserung des Widerstands gegenüber Vergilben des Einkapselungsmittels zur Kontrolle festgestellt, wie durch eine Zunahme bei der Absorption von Kurve 61 relativ zu den anderen Proben angezeigt.
• Im Gegensatz dazu, wie in 7 dargestellt, lieferten diejenigen POSS-Einheiten, welche mehrere Vinyl-Gruppen aufweisen, welche durch die Kurve 63 [Oktavinyl-POSS 2 Gewichtsprozent; OL1160 Hybrid-Kunststoff] und die Kurven 65 und 66 [Oktavinyl-POSS 1 Gewichtsprozent; OL1160 Hybrid-Kunststoff] repräsentiert werden, eine Verringerung bei der thermischen Verschlechterung des Einkapselungsmittels zur Kontrolle. POSS-Einheiten mit mehreren Hydrid-chemischen Gruppen, welche durch die Kurven 62 und 64 [Oktasilyl-POSS @ 1, 2 Gewichtsprozent; SH1311 Hybrid-Kunststoff] repräsentiert werden, erwiesen sich als ähnlich zu denjenigen des anfänglichen Kontrollelements, und erschienen relativ zu dem Kontrollelement (nicht dargestellt) eine langfristige Leistungsfähigkeit zu bieten. Es wurde festgestellt, dass die Oktasilyl POSS Probe, welche durch die Kurve 62 repräsentiert wird, einen zusätzlichen Platin-Katalysator enthielt, was zu etwas Vergilben beigetragen haben könnte. Die Kurve 64 stellt eine Probe aus einem anderen Stapel als denjenigen für die Kurve 62 dar. Die Kurve 66 aus 7 gibt einen erneuten Durchlauf der Probe für die Kurve 63 (Oktavinyl POSS bei 2 Gewichtsprozent) wieder, beide zeigten anfänglich etwas Schwankung bei der Reaktion, die langfristige Leistungsfähigkeit war jedoch beständiger und die Schwankung war annehmbar. Überraschenderweise sorgte das Hinzufügen von Oktavinyl POSS zu dem Kontrollelement für verbesserte Eigenschaften bei dem Wärme- und Lichtaltern und dem Widerstand gegenüber Vergilben, wohingegen das zu dem Kontrollelement hinzugefügte Mono-Vinyl POSS den Widerstand gegenüber Vergilben nicht merklich verbesserte. Somit korrelierte das zu dem Kontrollelemente hinzugefügte funktionalisierte POSS nicht direkt mit dem Widerstand gegenüber Vergilben, ungeachtet der anderen erzielten Verbesserungen.
• 8 zeigt das experimentell festgestellte Vergilben von Zusammensetzungen für ein optisches Medium, welche POSS-Einheiten aufweisen, bei den oberhalb erläuterten Bedingungen. Die Zusammensetzungen weisen veränderliche Gewichtsprozent an hinzugefügtem funktionalisiertem POSS Material auf, welches eine Multi-Vinyl Funktionalität besitzt, zum Beispiel Oktavinyl Dimethyl POSS [OL1163; Hybrid-Kunststoff], welches, wenn es dem Kontrollelement hinzugefügt wurde, bei 170 Grad Celsius für bis zu 168 Stunden gealtert wird, einen gesteigerten Widerstand gegenüber Vergilben innerhalb eines festgelegten Bereichs bot. Somit scheinen jeweils Oktavinyl Dimethyl POSS mit 1 Gewichtsprozent, welches durch die Kurve 92 repräsentiert wird, und 2 Gewichtsprozent Oktavinyl Dimethyl POSS, welches durch die Kurve 94 wiedergegeben wird, das Vergilben zu verringern, während eine 4 Gewichtsprozentzugabe von Oktavinyl Dimethyl POSS, wie durch die Kurve 96 dargestellt, jeweils dasselbe wie das von dem Kontrollelement zu sein scheint, welche durch die Kurve 91 wiedergegeben wird. Somit scheint die Menge an funktionalisiertem POSS, welche zum Bereitstellen eines gesteigerten Widerstands gegenüber einer thermischen und/oder optischen Verschlechterung, einschließlich dem Widerstand gegenüber Vergilben, ausreichend ist, in einen vorbestimmten Bereich zu fallen, abhängig von der Natur der POSS funktionellen Gruppe und der kompositorischen Ausstattung der Matrix.
• 9 stellt Testproben eines optischen Mediums aus geschmolzenem Silikon dar, welche bei 170 Grad Celsius für bis zu 168 Stunden gealtert wurden. Die Ergebnisse zeigen Vorteil auf die thermische Stabilität von hinzugefügtem 0,5, 1,0 und 1,5 Gewichtsprozent Oktavinyl POSS [OL1160 Hybrid Plastics] im Vergleich zu dem Kontrollsilikon des optischen Mediums alleine (0% POSS). Für diese Daten wurden die Komponenten des Kontrollpräkursors angepasst: Komponente A und Komponente B Verhältnisse des Silikons (Komponente A mit dem Platin-Katalysator), um die zusätzlichen Vinyl-Gruppen des Oktavinyl POSS in dem System zu berücksichtigen. Während die Menge des Katalysators und die Menge der Vinyl-Gruppen, welche in dem Kontrollelement vorhanden sind, wurde die Komponente A verringert (das heißt weniger Katalysator), durch das Anpassen des Standard A/B Verhältnis von 0,25 (1/4), zu 0,15 (–4/6,7) mit der Zugabe von Oktavinyl POSS zu der Komponente A. Die Daten von 9 wurden einer linearen Trendlinie angepasst. Die Daten von 9 geben unterschiedliche Tests wieder, welche zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden, und repräsentierten Datensätze, welche wiederholt wurden, um eine durchschnittliche Entwicklung zu erzielen.
• Somit zeigen die Daten in 7, 8 und 9 vom Vorteil auf die thermische Stabilität von hinzugefügtem funktionalisiertem POSS zu einem optischen Medium, besonders wenn es mit dem Kontrollelement (0 Gewichtsprozent hinzugefügtes POSS) verglichen wird.
• Sämtliche hierin zitierten Bezugnahmen, einschließlich, aber nicht auf veröffentlichte und unveröffentlichte Patentanmeldungen, Patente und Literaturverweise beschränkt, sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen und werden hiermit zu einem Teil dieser Patentschrift gemacht. In dem Maße, wie Veröffentlichungen und Patente oder Patentanmeldungen, welche durch Bezugnahme aufgenommen sind, der in dieser Patentschrift enthaltenen Offenbarung widersprechen, soll die Patentschrift irgendwelchen widersprechenden Wissensstoff ersetzen und/oder den Vorrang davor haben.
• Sämtliche Zahlen, welche Mengen von Inhaltsstoffen, Reaktionsbedingungen und so weiter ausdrücken, welche in der Patentschrift verwendet werden, können derart sein, dass sie in allen Fällen durch den Begriff ”ungefähr” als verändert verstanden werden sollen. Folglich können, sofern nicht anders angegeben, die hierin festgelegten numerischen Parameter Annäherungen sein, welche in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften, welche als enthaltend angestrebt sind, variieren können.
• Zumindest sollte jeder numerische Parameter im Lichte der Anzahl der signifikanten Stellen und üblichen Rundungsansätze interpretiert werden.
• Die vorliegende Offenbarung ist bei Beleuchtungsgeräten jeglicher Größe oder Form anwendbar, welche in der Lage sind, das erläuterte POSS-Einkapselungsmittel aufzunehmen, welche Scheinwerfer, Suchscheinwerfer und alle anderen allgemeinen häuslichen oder gewerblichen Beleuchtungsprodukte umfassen. Zum Beispiel sind die Ausführungsformen des POSS Einkapselungsmittels, welche gegenwärtig offenbart sind, im Allgemeinen bei einer Vielzahl von bestehenden Beleuchtungsanlagen einsetzbar, zum Beispiel, XLamp Produkte XT-E, XB-D, MT-G, CXA-2011, XM-L, ML-B, ML-E, MP-L Easy White, MX-3, MX-6, XP-G, XP-E, XP-C, MC-E, XR-E, XR-C, und XR LED Pakete, welche von Cree, Inc. hergestellt werden.
• Die obige Beschreibung offenbart mehrere Verfahren und Materialien. Diese Beschreibungen sind empfänglich für Änderungen bei den Verfahren und Materialien, sowie Abänderungen bei den Herstellungsverfahren und der Ausstattung. Solche Änderungen werden für den Fachmann aus einer Betrachtung dieser Offenbarung oder der Anwendung der Offenbarung sichtbar sein. Infolgedessen ist es nicht beabsichtigt, dass diese Offenbarung auf die speziellen hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie sämtliche Änderungen und Alternativen abdeckt, welche unter den wahren Schutzumfang und den Erfindungsgedanken der Patentansprüche fallen.

Claims (35)

1. Licht emittierende Vorrichtung, aufweisend: zumindest einen Lichtsender; und ein Einkapselungsmittel in der Nähe des zumindest einen Lichtsenders, wobei das Einkapselungsmittel zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist.
2. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan ein teilweise kondensiertes Silsesquioxan mit offenem Käfig, ein völlig kondensiertes Silsesquioxan mit geschlossenem Käfig, oder Gemische von selbigen aufweist.
3. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zudem zumindest eine aus einer C_1-18 Alkyl und/oder einer C_6-60 Aryl funktionellen Gruppe aufweist.
4. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zumindest eine aus einer Vinyl, einer Phenyl, einer Silyl und/oder einer Aryl funktionellen Gruppe aufweist.
5. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das funktionalisierte Poly-Silsesquioxan eine Vinyl und/oder eine Silyl funktionelle Gruppe aufweist.
6. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zumindest eine chemisch umgesetzte Gruppe aufweist, welche von zumindest einem von Vinyl, Styrenyl, Thiol, Amin, Silyl, Siloxy, Epoxid, Methacryl, Acryl, Methacrylamidyl, Acrylamidyl, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxyl, Hydroxyl und Norbomenyl abstammt.
7. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmittel zudem eine Matrix aufweist, ausgewählt aus Polysilizium, Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane, Epoxidharze, Polyester, Polyarylester, Polyurethane, zyklische Olefin-Copolymere (COC's), Polynorbomene und/oder Copolymere von selbigen.
8. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das zumindest eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan in der Matrix dispergiert oder verteilt ist.
9. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmittel ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aufweist, aus: (i) zumindest einem polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem Poly-Silsesquioxan, welche zumindest eine funktionelle Gruppe aufweisen, ausgewählt aus: Silyl, Vinyl, Styrenyl, Thiol, Amin, Siloxy, Epoxid, Methacryl, Acryl, Methacrylamidyl, Acrylamidyl, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxyl, Hydroxyl und Norbomenyl; und (ii) einer Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer von Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane, und Polydiarylsiloxane, und zumindest eine Silyl, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Isothiocyanat, Nitril, Vinyl, Thiol, Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Fumarat, Maleat, Norbomenyl und Styren funktionelle Gruppen aufweist.
10. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmittel ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aufweist, aus: (i) einem polyedrischen oligomeren Silsesquioxan oder einem Poly-Silsesquioxan, welche zumindest eine funktionelle Gruppe aufweisen, ausgewählt aus: Vinyl oder Silyl; und (ii) einer Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer aus Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane und Polydiarylsiloxane, und zumindest eine aus Vinyl-, Silyl- und/oder Hydroxyl-enthaltende funktionelle Gruppen aufweisen.
11. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmittel ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aufweist, aus: (i) zumindest eines von Trishydroxy Phenyl-POSS, Trishydroxy Ethyl-POSS, Trishydroxy Phenyl-POSS, Oktadimethylhydrohydrid-POSS, Oktavinyl-POSS und Oktavinyldimethylhydrid-POSS; und (ii) eine Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer aus Polydialklysiloxane, Polyalkylarylsiloxane und/oder Polydiarylsiloxane, und eine Vinyl, eine Silyl und/oder eine Hydroxyl-enthaltende funktionelle Gruppe aufweisen.
12. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmittel zumindest eines aufweist aus: Poly(Propylmethacryl POSS-Co-Methylmethacrylat) und/oder Poly(Propylmethacryl POSS-Co-Styren); Poly(1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen)-Co-(1-Methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy)-2,5-Phenylenevinylen) (60:40 Mol:Mol); Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-co-(t-Butyl Methacrylat)]POSS; Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-(Methyl Methacrylat)]POSS; Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-(n-Butyl Methacrylat)]POSS; Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-Hydroxyethyl Methacrylat]POSS; Poly[(Propylmethacryl-Heptaisobutyl-POSS)-Co-Styren]POSS; Poly[1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen]; und Poly[1-Methoxy-4-(3-Propyloxy-Heptaisobutyl-POSS)-2,5-Phenylenevinylen]-co-[1-Methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy)-2,5-Phenylenevinylen] (30:70 Mol:Mol).
13. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Beleuchtungsgerät zumindest einen Festkörper-Lichtsender aufweist.
14. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend einen Leuchtstoff.
15. Leuchtdiode (LED) Gerät, aufweisend eine Unterlage, welche zumindest ein LED darauf besitzt; und ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aus (i) zumindest einem funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem funktionalisierten Poly-Silsesquioxan, und mit zumindest einer funktionellen Gruppe, wobei das Gemisch oder Reaktionsprodukt ein optisches Medium ausbilden kann, welches an dem LED und/ oder der Unterlage abgelagert ist; und (ii) optional einem Katalysator.
16. Leuchtdiode-Gerät nach Anspruch 15, wobei das funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das funktionalisierte Poly-Silsesquioxan ein teilweise kondensiertes Silsesquioxan mit offenem Käfig, ein völlig kondensiertes Silsesquioxan mit geschlossenem Käfig, oder Gemische von selbigen aufweist.
17. Leuchtdiode-Gerät nach Anspruch 15, wobei das Gemisch oder Reaktionsprodukt zudem ein Matrixmaterial aufweist, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer von Polysilizium, Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane, Polydiarylsiloxan, Epoxidharze, Polyester, Polyarylester, Polyurethane, zyklische Olefin-Copolymere (COC's), Polynorbomene oder Kombinationen aus selbigen.
18. Leuchtdiode-Gerät nach Anspruch 17, wobei das Matrixmaterial eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweist, welche mit dem zumindest einen funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einen funktionalisierten Poly-Silsesquioxan aushärten oder vernetzen können.
19. Leuchtdiode-Gerät nach Anspruch 15, wobei das optische Medium gebildet wird durch das Vernetzen eines Gemisches aus: (i) einem funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder einem funktionalisieren Poly-Silsesquioxan; wobei die funktionelle Gruppe eine oder mehrere ist, von: Silyl, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Methacrylat, Acrylat, Methacrylamid, Acrylamid, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Norbornenyl, Vinyl, Styrenyl oder Thiol; (ii) einer Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer von Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane, und Polydiarylsiloxane, wobei die Matrix zumindest eine Silyl, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Isothiocyanat, Nitril, Vinyl und Thiol, Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Fumarat, Maleat, Norbornenyl und Styren funktionelle Gruppen aufweist; und optional einem Katalysator.
20. Leuchtdiode-Gerät nach Anspruch 15, wobei das optische Medium gebildet wird durch ein Gemisch oder einem Reaktionsprodukt aus: (i) zumindest eines von Trishydroxy Phenyl-POSS, Trishydroxy Ethyl-POSS, Trishydroxy Phenyl-POSS, Oktadimethylhydrohydrid-POSS, Oktavinyl-POSS und Oktavinyldimethylhydrid-POSS; (ii) einer Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer von Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane, wobei die Matrix zumindest eine von Vinyl-, Silyl- und/oder Hydroxyl-enthaltende funktionelle Gruppen aufweist; und einem Katalysator.
21. Verfahren des Verringerns der Verschlechterung eines Einkapselungsmittels eines Beleuchtungsgeräts, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden eines Einkapselungsmittels, welches für ein Beleuchtungsgerät konfigurierbar ist, wobei das Einkapselungsmittel zumindest ein funktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan und/oder zumindest ein funktionalisiertes Poly-Silsesquioxan aufweist, welches in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um eine Verschlechterung des Einkapselungsmittels während des Betriebs des Beleuchtungsgeräts zu verringern.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um eine Verschlechterung des Einkapselungsmittels bei einem Aussetzen einer erhöhten Temperatur und/oder einer hohen optischen Flussdichte während des Betriebs des Beleuchtungsgeräts zu verringern.
23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das zumindest eine des funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder des funktionalisierten Poly-Silsesquioxan zudem zumindest eines aus einem C_1-30 Alkyl und/oder einem C_6-30 Aryl aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zumindest eines von Ethyl, Butyl, Isooctyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Phenyl und Aryl aufweist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zumindest eines von Silyl, Vinyl, Styrenyl, Thiol, Diol, Diamin, Siloxy, Epoxid, Methacryl, Acryl, Methacrylamidyl, Acrylamidyl, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Carboxyl, Hydroxyl und Norbornenyl aufweist.
26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder das zumindest eine funktionalisierte Poly-Silsesquioxan zumindest eines von Silyl, Vinyl und Hydroxyl aufweist.
27. Verfahren nach Anspruch 21, wobei des Einkapselungsmittel zudem ein Matrixmaterial aufweist, ausgewählt aus zumindest einem aus einem Polymer oder einem Oligomer aus Polysilizium, Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane, Polydiarylsiloxan und Copolymere von selbigen.
28. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einkapselungsmittel zudem ein Matrixmaterial aufweist, ausgewählt aus zumindest einem aus einem Polymer oder einem Oligomer aus Epoxidharzen, Polyester, Polyarylester, Polyurethane, zyklische Olefin-Copolymere (COC's), Polynorbornene und Copolymere von selbigen.
29. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einkapselungsmittel ein Gemisch und/oder ein Reaktionsprodukt aufweist, aus: (i) zumindest einem funktionalisierten oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem funktionalisierten Poly-Silsesquioxan, welche zumindest eine funktionelle Gruppe aufweisen, ausgewählt aus Silyl, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Methacrylat, Acrylat, Methacrylamid, Acrylamid, Nitril, Isocyanat, Isothiocyanat, Norbornenyl, Vinyl, Styrenyl und Thiol; (ii) einer Matrix, ausgewählt aus zumindest einem Polymer oder Oligomer von Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane, wobei die Matrix zumindest eine Silyl, Hydroxy, Alkoxy, Amin, Chlor, Epoxid, Isocyanat, Isothiocyanat, Nitril, Vinyl und Thiol, Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Fumarat, Maleat, Norbornenyl und Styren funktionelle Gruppen aufweist; und optional einem Katalysator.
30. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einkapselungsmittel gebildet wird durch ein Gemisch und/oder ein Reaktionsprodukt aus: (i) zumindest eines von Trishydroxy Phenyl-POSS, Trishydroxy Ethyl-POSS, Trishydroxy Phenyl-POSS, Oktadimethylhydrohydrid-POSS, Oktavinyl-POSS und Oktavinyldimethylhydrid-POSS; (ii) einer Matrix, ausgewählt aus Polydialklysiloxane, Polyalkylaryl-Siloxane und/oder Polydiarylsiloxane, wobei die Matrix zumindest eine aus einer Vinyl, Silyl und/oder einer Hydroxyl-enthaltenden funktionellen Gruppe aufweist; und einem Katalysator.
31. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Katalysator Platin aufweist und das Einkapselungsmittel einen molaren Überschuss an Vinyl-Gruppen aufweist, welche an das zumindest eine funktionalisierte polyedrische oligomere Silsesquioxan und/oder dem zumindest einen funktionalisierten Poly-Silsesquioxan angeschlossen sind, zu denjenigen des Platin-Katalysators.
32. Verfahren des Erhöhen der Wärmeleitfähigkeit eines Einkapselungsmittels für ein Beleuchtungsgerät, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Präkursors eines Einkapselungsmittels, welcher zum Ausbilden eines Einkapselungsmittels für zumindest einen Lichtsender konfiguriert ist, wobei der Präkursor eines Einkapselungsmittels ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aus zumindest einem funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem funktionalisierten Poly-Silsesquioxan aufweist, welches in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um die Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmittels zu erhöhen.
33. Verfahren nach Anspruch 32, des Weiteren aufweisend die Schritte des Bereitstellens des zumindest einen Lichtsenders; Einleiten des Präkursors eines Einkapselungsmittels zu dem zumindest einen Lichtsender; und Ausbilden des Einkapselungsmittels in der Nähe des zumindest einen Lichtsenders.
34. Verfahren des Vergrößerns des Brechungsindex eines Einkapselungsmittels für ein Beleuchtungsgerät, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Präkursors eines Einkapselungsmittels, welcher zum Ausbilden eines Einkapselungsmittels für zumindest einen Lichtsender konfiguriert ist, wobei der Präkursor eines Einkapselungsmittels ein Gemisch oder Reaktionsprodukt aus zumindest einem funktionalisierten polyedrischen oligomeren Silsesquioxan und/oder zumindest einem funktionalisierten Poly-Silsesquioxan aufweist, welches in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um den Brechungsindex des Einkapselungsmittels zu erhöhen.
35. Verfahren nach Anspruch 34, des Weiteren aufweisend die Schritte des Bereitstellens des zumindest einen Lichtsenders; Einleiten des Präkursors eines Einkapselungsmittels zu dem zumindest einen Lichtsender; und Ausbilden des Einkapselungsmittels in der Nähe des zumindest einen Lichtsenders.

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