DE60208863T2

DE60208863T2 - Epoxyharz Verkapselungszusammensetzung

Info

Publication number: DE60208863T2
Application number: DE60208863T
Authority: DE
Inventors: Malgorzata Iwona Schenectady Rubinsztajn
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: DE60208863D1; US20030071368A1; US6809162B2; US20030208008A1; EP1285938B1; JP2003176333A; US6617401B2; EP1285938A1

Description

Die Erfindung betrifft einen gepackten Festkörpergegenstand, beinhaltend eine Verkapselung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Verkapseln eines Festkörpergegenstandes, wie zum Beispiel einer lichtemittierenden Diode (LED).
Festkörpergegenstände, manchmal bezeichnet als Halbleitergegenstände oder optoelektrische Gegenstände, beinhalten LEDs, CCDs, LSIs, Fotodioden, Fototransistoren, Fotokoppler, optoelektronische Koppler und ähnliches. Solche Gegenstände zeigen oftmals spezielle Verpackungsanforderungen. Hocheffiziente, hoch lichtstarke, weiße Festkörper-LEDs erfordern ein neues Verpackungsmaterial, das den stärker fordernden Bedingungen widersteht, als jenes, das für typische niedrig intensive LEDs von größerer Wellenlänge erforderlich ist. Übliche Verpackungsmaterialien unterliegen oftmals einem schrittweisen Verlust von optischen und mechanischen Eigenschaften aufgrund der Kombination von thermischen, oxidativen und Fotoabbauprozessen.
Harze zur Verkapselung von Festkörpergegenständen haben vorzugsweise auf Blends von Bisphenol-A-Epoxyharzen und aliphatischen Anhydridhärtungsmitteln beruht. Wie in US-Patent 4,178,274 von Denk et al. beschrieben, ist ein Nachteil dieser Zusammensetzungen, die durch Verwendung von bekannten Beschleunigern, wie zum Beispiel tertiären Aminen, Imidazolen oder Bortrifluoridkomplexen, schnell härten, ihre geringe thermische Alterungsstabilität. Die bisher verwendete Materialien werden bei ausgedehnter Lagerung bei Temperaturen oberhalb von 80°C entfärbt. Die resiltierenden Harze, die gelb oder braun werden, haben beträchtlich reduzierte Lichtdurchlässigkeit. Weiterhin sind aufgrund des aromatischen Charakters von Bisphenol-A-basierenden Epoxyharzen diese Verkapselungen typischerweise weniger stabil gegen Ultraviolettstrahlung. Daher können diese Materialien dazu tendieren, bei ausgedehnter Bestrahlung mit Licht, das eine Ultraviolettkomponente enthält, abzubauen. Solcher Abbau kann zu Entfärbung der Verkapselung und reduzierter Lichtdurchlässigkeit führen.
Um diese Probleme zu umgehen, beschreiben Denk et al. Harzzusammensetzungen für das Versiegeln von optoelektronischen Komponenten. Diese Harze beinhalten ein (i) cycloaliphatisches Epoxyharz, (ii) ein Carbonsäureanhydrid, (iii) Zinkoctoat und (iv) ein Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem niedrig molekulargewichtigen Polyol, einem niedrig molekulargewichtigen Ester und Mischungen daraus. Die Zusammensetzungen von Denk et al. sind größtenteils 46 Gew.-% Epoxyharz. Solche niedrigen Mengen an Epoxyharz und gleichzeitig hohe Gehalte an Härtungsmitteln können zur Farbbildung im gehärteten Harz führen, was die Gesamtdurchlässigkeit einer LED reduziert.
Wada et al. beschreiben in US-Patent 5,145,889 eine Zusammensetzung bestehend aus im Wesentlichen (i) 100 Gewichtsteilen eines Epoxyharzes, (ii) 70 bis 140 Gewichtsteilen eines Härtungsmittels, einschließlich eines Säureanhydrids, (iii) 0,5 bis 4,0 Gewichtsteilen eines Härtungsbeschleunigers, einschließlich eines Onium- oder Diazabicycloalkensalzes, (iv) 0,5 bis 5,0 Gewichtsteilen eines Phosphortriphosphits und (v) 0,5 bis 5,0 Gewichtsteilen eines Silankopplungsmittels, repräsentiert durch gewisse Formeln. Die Zusammensetzungen von Wada et al. haben zumeist 58 Gewichtsprozent Epoxyharz. Solche hohen Gehalte an Härtungsmittel können zu Verfärbungen während der thermischen Härtung der Harzverkapselung führen, was die Gesamtdurchlässigkeit einer LED reduziert. Weiterhin erfordert das genannte Verkapselungsharz die Verwendung eines Härtungsbeschleunigers wie zum Beispiel eines Onium- oder Diazabicycloalkensalzes, um die Härtungsgeschwindigkeiten zu erhöhen und angemessene Härtungszeiten zu erlauben.
Uram beschreibt in US-Patent 4,454,201 transparente Kompositzusammensetzungen für Anwendungen wie zum Beispiel als Fenster für Militärhelikopter, die Transparenz, Beständigkeit gegen Wärme, Abrieb und Durchtritt von Projektilen erfordern. Eine transparente Schicht in dem Komposit beinhaltet einen Blend aus (i) von etwa 80 bis etwa 100 Gewichtsteilen eines Epoxyharzes, (ii) von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsteilen eines Boroxins, wie zum Beispiel Trimethoxyboroxin, (iii) von etwa 1 bis etwa 40 Gewichtsteilen einer organischen Phosphorverbindung mit einer speziellen Struktur. Während dieses Patent Boroxin gehärtete Epoxyharze in Kompositanwendungen für militärische Verwendung lehrt, wird eine Verkapselung von optoelektronischen Gegenständen nicht beschrieben. Weiterhin werden die Vorteile von nichtaromatischen Epoxyharzen in Kombination mit Boroxinhärtungen für die Verkapselung von optoelektronischen Gegenständen nicht gelehrt.
Morris beschreibt in US-Patent 4,336,367 eine Klebezusammensetzung für das Anheften von Militärmaterialvorrichtungen an den Boden von Schiffen. Diese Zusammensetzung beinhaltet eine Mischung aus einem (i) 3,4-Epoxycyclohexylalkyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, Exo-exo-bis(2,3-epoxycyclopentyl)ether, Endo-exo-bis(2,3-epoxycyclopentyl)ether und (ii) einem Trialkoxyboroxin. Während diese Epoxyzusammensetzungen von cycloaliphatischer Natur sind, wurden sie für Klebeanwendungen entwickelt und die Verwendung der genannten Zusammensetzungen für die Verkapselung von optoelektronischen Vorrichtungen wird nicht in Aussicht gestellt.
In der ebenfalls anhängigen, gemeinsamen eigenen Anmeldung Serial No. 09/654,830, angemeldet am 01. September 2000, ist eine Zusammensetzung für das Verpacken von optoelektronischen Bauteilen offenbart, welche beinhaltet 1) ein Epoxyharz und 2) einen Bor enthaltenden Katalysator, der im Wesentlichen frei ist von Halogen, wobei während diese Materialien ausgezeichnete optische Eigenschaften haben, die thermischen Eigenschaften und Feuchtigkeit aufnehmenden Eigenschaften für gewisse optoelektronische Anwendungen nicht optimal sind.
Es besteht weiterhin eine Notwendigkeit für neues Verpackungsmaterial für Festkörpergegenstände, wie zum Beispiel Verpackungsmaterial, das wünschenswerterweise Eigenschaften besitzt wie zum Beispiel hohe Durchlässigkeit in einem Bereich vom nahen UV bis zur sichtbaren Wellenlänge, langzeitthermische, oxidative und UV-Stabilität, thermische Verträglichkeit mit anderen Materialien, die zum Verpacken des Festkörpergegenstandes verwendet werden, geringe Farbe und hohen Reflexionsindex.
Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, dass härtbare Harzzusammensetzungen für eine Verkapselung von Festkörpergegenständen, wie zum Beispiel Licht emittierenden Dioden, ideal geeignet sind. In einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine härtbare Epoxyharzzusammensetzung zum Verkapseln eines Festkörpergegenstandes, aufweisend (A) zumindest ein cycloaliphatisches Epoxyharz, (B) ein Härtungsmittel aus Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid, (C) zumindest einen Bor enthaltenden Katalysator, der im Wesentlichen frei ist von Halogen, sowie (D) zumindest einen Härtungsmodifizierer aus zumindest einem Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen und Phosphiten, wobei Komponente (A) in einer Menge von mehr als etwa 60 Gew.-%, bezogen auf die kombinierten Gewichte der Komponenten (A), (B), (C) und (D) vorhanden ist, Komponente (C) in einer Menge in einem Bereich von zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 6 Gew.-%, bezogen auf die kombinierten Gewichte der Komponenten (A), (B), (C) und (D) vorhanden ist, Komponente (D) in einer Menge in einem Bereich von zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 6 Gew.-%, bezogen auf die kombinierten Gewichte der Komponenten (A), (B), (C) und (D) vorhanden ist und das molare Verhältnis von Komponente (B) zu Komponente (A) weniger ist als etwa 0,37.
In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen verpackten Feststoffgegenstand aus (a) einer Verpackung, (b) einem Chip (4) und (c) einer Verkapselung aus der oben genannten härtbaren Epoxyharzzusammensetzung.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Verkapselung eines Festkörpergegenstandes zur Verfügung gestellt durch Platzieren des Festkörpergegenstandes in einer Verpackung und zur Verfügung stellen einer Verkapselung aus der oben genannten härtbaren Epoxyharzzusammensetzung.
Verschiedene andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser offensichtlich mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die anhängenden Ansprüche.
1 ist eine schematische Ansicht einer LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht einer LED gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht einer LED gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Epoxyharze, die als Komponente (A) für die erfindungsgemäßen Verkapselungen geeignet sind, beinhalten solche, wie sie in „Chemistry and Technology of the Epoxy Resins", B. Ellis (Herausgeber), Chapman Hall 1993, New York und in „Epoxy Resins Chemistry and Technology", herausgegeben von C. A. May, Marcel Dekker, New York, 2. Ausgabe, 1988, beschrieben sind. Epoxyharze, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, beinhalten solche, die durch Reaktion einer Hydroxyl, Carboxyl oder Amin enthaltenden Verbindung mit Epichlorhydrin, vorzugsweise in Gegenwart eines basischen Katalysators wie zum Beispiel einem Metallhydroxid, zum Beispiel Natriumhydroxid, hergestellt werden können. Epoxyharze, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, beinhalten auch solche, die durch Reaktion einer Verbindung mit zumindest einer oder vorzugsweise zwei oder mehr Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen mit einem Peroxid, wie zum Beispiel einer Persäure, hergestellt werden können.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten erfindungsgemäße Epoxyharze cycloaliphatische und aliphatische Epoxyharze. Aliphatische Epoxyharze beinhalten Verbindungen, die zumindest eine aliphatische Gruppe enthalten und zumindest eine Epoxygruppe. Beispiele für aliphatische Epoxide beinhalten Butadiendioxid, Dimethylpentandioxid, Diglycidylether, 1,4-Butandioldiglycidylether, Diethylenglykoldiglycidylether und Dipentendioxid.
Cycloaliphatische Epoxyharze sind im Stand der Technik wohl bekannt und beinhalten Verbindungen, die zumindest eine cycloaliphatische Gruppe enthalten und zumindest eine Oxirangruppe. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten cycloaliphatische Epoxide Verbindungen, die zumindest eine cycloaliphatische Gruppe und zumindest zwei Oxiranringe pro Molekül enthalten. Spezielle Beispiele beinhalten 2-(3,4-Epoxy)-cyclohexyl-5,5-spiro-(3,4-epoxy)-cyclohexan-m-dioxan, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat, Vinylcyclohexandioxid, Bis-3,4-epoxycyclohexylmethyladipat, Bis-3,4-epoxy-6- methylcyclohexylmethyladipat, Exo-exo-bis-2,3-epoxycyclopentylether, Endo-exo-bis-2,3-epoxycyclopentylether, 2,2-Bis-4-(2,3-epoxypropoxy)-cyclohexylpropan, 2,6-Bis-2,3-epoxypropoxycyclohexyl-p-dioxan, 2,6-Bis-2,3-epoxypropoxynorbornen, den Diglycidylether von Linolsäuredimer, Limonendioxid, 2,2-Bis-3,4-epoxycyclohexylpropan, Dicyclopentadiendioxid, 1,2-Epoxy-6-(2,3-epoxypropoxy)-hexahydro-4,7-methanindan, p-(2,3-Epoxy)-cyclopentylphenyl-2,3-epoxypropylether, 1-(2,3-Epoxypropoxy)-phenyl-5,6-epoxyhexahydro-4,7-methanindan, o-(2,3-Epoxy)-cyclopentylphenyl-2,3-epoxypropylether, 1,2-Bis-[5-(1,2-epoxy)-4,7-hexahydromethanindanoxyl]-ethan, Cyclopentenylphenylglycidylether, Cyclohexandioldiglycidylether und Diglycidylhexahydrophthalat. In besonderen Ausführungsformen sind cycloaliphatische Epoxyharze 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat und 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat.
Aromatische Epoxyharze können ebenfalls erfindungsgemäß verwendet werden, sind aber nicht so vorteilhaft wie cycloaliphatische und aliphatische Verbindungen aufgrund der größeren Tendenz von aromatischen Harzen, zu entfärben. Additive, wie zum Beispiel thermische Stabilisatoren oder Antioxidantien, können mit aromatischen Epoxyharzen verwendet werden, um das Entfärben zu verringern. Demzufolge beinhalten Beispiele von Epoxyharzen, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, auch Bisphenol-A-Epoxyharze, Bisphenyl-F-Epoxyharze, Phenol-Novolac-Epoxyharze, Kresol-Novolac-Epoxyharze, Biphenol-Epoxyharze, Biphenyl-Epoxyharze, 4,4'-Biphenyl-Epoxyharze, polyfunktionelle Epoxyharze, Divinylbenzoldioxid und 2-Glycidylphenylglycidylether. Wenn Harze, einschließlich aromatischer, aliphatischer und cycloaliphatischer Harze, durch die Beschreibung und die Ansprüche beschrieben sind, sind entweder spezifisch benannte Harze oder Moleküle mit einer Einheit des genannten Harzes ins Auge gefasst. Ebenfalls geeignet sind aliphatische Epoxyharze, die als Weichmacher in den Formulierungen verwendet werden können. Diese beinhalten aliphatische Epoxyharze, wie zum Beispiel Butandioldiglycidylether und Siloxanharze.
Das Anhydridhärtungsmittel beinhaltet ein methyliertes cycloaliphatisches Anhydrid. Nichtmethylierte cycloaliphatische Anhydride zeigen oftmals schlechtere UV-Beständigkeit. In anschaulichen Beispielen beinhaltet das Anhydridhärtungsmittel ein Methylhexahydrophthalsäureanhydrid. In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet das Anhydridhärtungsmittel Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid. Solche methylierten cycloaliphatischen Anhydridhärtungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind solche, die im Stand der Technik bekannt sind, wie beschrieben in „Chemistry and Technology of the Epoxy Resins", B. Ellis (Herausgeber), Chapman Hall 1993, New York und „Epoxy Resins Chemistry and Technology", herausgegeben von C. A. May, Marcel Dekker, New York, 2. Ausgabe, 1988. Mischungen der zuvor genannten methylierten cycloaliphatischen Anhydride mit nichtmethylierten cycloaliphatischen Anhydriden werden ebenfalls in Aussicht gestellt. Die methylierten cycloaliphatischen Anhydride machen in manchen Ausführungsformen mehr als 20% der Anhydridmischung aus, in anderen Ausführungsformen mehr als 40% der Anhydridmischung, in anderen Ausführungsformen mehr als 60% der Anhydridmischung, in noch anderen Ausführungsformen mehr als 80% der Anhydridmischung und in noch weiteren Ausführungsformen mehr als 95% der Anhydridmischung.
Bor enthaltende Katalysatoren, die als Komponente (C) in den erfindungsgemäßen Verkapselungen geeignet sind, beinhalten solche, die im Wesentlichen frei sind von Halogen. Die Bezeichnung im Wesentlichen frei von Halogen bedeutet, dass Halogen in dem Borkatalysator nicht vorhanden ist oder in solchen geringen Mengen vorhanden ist, dass das Verkapselungsendprodukt im Wesentlichen nicht durch die Gegenwart von winzigen Mengen Halogen entfärbt wird. Solche Materialien beinhalten solche der Formeln (I) und (II):
wobei R¹–R³ C_1-20 Aryl-, Alkyl- oder Cycloalkylreste und ihre substituierten Derivate sind, oder C_1-20 Aryloxy-, Alkyloxy- oder Cycloalkoxyreste und ihre substituierten Derivate. In einigen Ausführungsformen beinhalten die zuvor genannten Katalysatoren Triphenylborat, Tributylborat, Trihexylborat, Tricyclohexylborat, Triphenylboroxin, Trimethylboroxin, Tributylboroxin, Trimethoxyboroxin und Tributoxyboroxin.
Härtungsmodifikatoren können die Geschwindigkeit der Härtung von Epoxyharz modifizieren. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten Härtungsmodifikatoren, die als erfindungsgemäße Komponente (D) geeignet sind, zumindest eines aus Härtungsbeschleunigern oder Härtungsinhibitoren. Härtungsmodifikatoren können Verbindungen beinhalten, die Heteroatome enthalten, die freie Elektronenpaare besitzen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten Härtungsmodifikatoren Alkohole, wie zum Beispiel polyfunktionelle Alkohole, wie zum Beispiel Diole, Triole etc., sowie Bisphenole, Trisphenole etc.. Weiterhin kann die Alkoholgruppe in solchen Verbindungen primär, sekundär oder tertiär oder Mischungen daraus sein. In besonderen Ausführungsformen ist die Alkoholgruppe sekundär oder tertiär. Repräsentative Beispiele beinhalten Benzylalkohol, Cyclohexanmethanol, Alkyldiole, Cyclohexandimethanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol, Pentandiol, Hexandiol, Heptandiol, Octandiol, Polyethylenglykol, Glycerin, Polyetherpolyole wie zum Beispiel solche, die unter dem Markennamen VORANOL von Dow Chemical Company verkauft werden, und ähnliche. Phosphite können ebenfalls als Härtungsmodifikatoren verwendet werden. Anschauliche Beispiele für Phosphite beinhalten Trialkylphosphite, Triarylphosphite, Trialkylthiophosphite und Triarylthiophosphite. In manchen Ausführungsformen beinhalten Phosphite Triphenylphosphit, Benzyldiethylphosphit oder Tributylphosphit. Andere geeignete Härtungsmodifikatoren beinhalten sterisch gehinderte Amine und 2,2,6,6-Tetramethylpiperidyl-Reste, wie zum Beispiel Bis-2,2,6,6-tetramethylpiperidylsebacat. Mischungen aus Härtungsmodifikatoren können ebenfalls eingesetzt werden.
Die Mengen an cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D) können in einem weiten Bereich verändert werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Menge an cycloaliphatischem Epoxyharz (A) in der Zusammensetzung größer als etwa 60 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten des cycloaliphatischen Epoxyharzes (A), des Anhydridhärtungsmittels (B), des Bor enthaltenden Katalysators (C) und des Härtungsmodifizierers (D). In einigen Ausführungsformen liegt die Menge des cycloaliphatischen Epoxyharzes (A) in der Zusammensetzung in einem Bereich von zwischen etwa 60 Gew.-% und etwa 92 Gew.-%, basierend auf den kombinierten Gewichten aus cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D). In anderen Ausführungsformen liegt die Menge an cycloaliphatischem Epoxyharz (A) in der Zusammensetzung in einem Bereich von zwischen etwa 68 Gew.-% und etwa 80 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D).
In verschiedenen Ausführungsformen liegt die Menge an Härtungsmittel (B) in der Zusammensetzung in einem Bereich von zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 30 Gew.-%, basierend auf den kombinierten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D). In anderen Ausführungsformen liegt die Menge an Anhydridhärtungsmittel (B) in der Zusammensetzung in einem Bereich von zwischen etwa 2 Gew.-% und etwa 26 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D). In manchen Ausführungsformen liegt die Menge von Anhydridhärtungsmittel (B) in der Zusammensetzung in einem Bereich von zwischen etwa 4 Gew.-% und etwa 24 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C) und Härtungsmodifizierer (D).
Einer oder mehr ergänzende Härtungskatalysatoren können wahlweise in den erfindungsgemäßen Verkapselungen vorhanden sein. Geeignete ergänzende Härtungskatalysatoren beinhalten solche, die im Stand der Technik bekannt sind. Anschauliche Beispiele schließen diejenigen ein, die in „Chemistry and Technology of the Epoxy Resins", herausgegeben von B. Ellis, Chapman Hall, New York, 1993 und in "Epoxy Resins Chemistry and Technology", herausgegeben von C. A. May, Marcel Dekker, New York, 2. Ausgabe, 1988, beschrieben sind. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die ergänzenden Härtungshilfsmittel ein organometallisches Salz, ein Sulfoniumsalz oder ein Jodoniumsalz. In besonderen Ausführungsformen beinhaltet der ergänzende Härtungskatalysator zumindest eines aus einem Metallcarboxylat, einem Metallacetylacetonat, Zinkoctoat, Zinnoctoat, Triarylsulfoniumhexafluorphosphat, Triarylsulfoniumhexafluorantimonat (wie zum Beispiel CD 1010, verkauft von Sartomer Corporation), Diaryljodoniumhexafluorantimonat oder Diaryljodonium-tetrakis-pentafluorphenylborat. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Menge an ergänzendem Härtungskatalysator in der Zusammensetzung weniger als etwa 10 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C), Härtungsmodifizierer (D) sowie ergänzendem Härtungskatalysator (E). In einigen Ausführungsformen liegt die Menge an ergänzendem Härtungskatalysator (E) in der Zusammensetzung in einem Bereich zwischen etwa 0,01 Gew.-% und etwa 10 Gew.-%, basierend auf den kombinierten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C), Härtungsmodifizierer (D) und ergänzendem Härtungskatalysator (E). In anderen Ausführungsformen liegt die Menge an ergänzendem Härtungskatalysator (E) in der Zusammensetzung in einem Bereich zwischen etwa 0,05 Gew.-% und etwa 5 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C), Härtungsmodifizierer (D) und ergänzendem Härtungskatalysator (E). In manchen Ausführungsformen liegt die Menge an ergänzendem Härtungskatalysator (E) in der Zusammensetzung in einem Bereich zwischen etwa 0,05 Gew.-% und etwa 1,0 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C), Härtungsmodifizierer (D) und ergänzendem Härtungskatalysator (E). In anderen Ausführungsformen liegt die Menge an ergänzendem Härtungskatalysator (E) in der Zusammensetzung in einem Bereich zwischen etwa 0,05 Gew.-% und etwa 0,5 Gew.-%, basierend auf den vereinigten Gewichten von cycloaliphatischem Epoxyharz (A), Anhydridhärtungsmittel (B), Bor enthaltendem Katalysator (C), Härtungsmodifizierer (D) und ergänzendem Härtungskatalysator (E).
Andere mögliche Härtungsmittel oder Katalysatoren beinhalten solche, wie sie in „Chemistry and Technology of the Epoxy Resins", B. Ellis (Hrsg.), Chapman Hall 1993, New York und in „Epoxy Resins Chemistry and Technology", herausgegeben von C. A. May, Marcel Dekker, New York, 2. Ausgabe, 1988, erwähnt sind.
Ein oder mehr thermische Stabilisatoren oder UV-Stabilisatoren oder Mischungen daraus können wahlweise in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorhanden sein. Solche Stabilisatoren können die Farbbildung während des Verarbeitens der Verkapselung reduzieren. Viele Stabilisatoren zur Verbesserung der thermischen und/oder UV-Stabilität sind im Stand der Technik bekannt und wurden in vielen Patenten und Publikationen, wie zum Beispiel in J. F. Rabek, „Photostabilizsation of Polymers; Principles and Applications", Elsevier Applied Science, NY, 1990 und in „Plastics Additives Handbook", 5. Ausgabe, herausgegeben von H. Zweifel, Hanser Publishers, 2001, beschrieben. Anschauliche Beispiele von geeigneten Stabilisatoren beinhalten organische Phosphite und Phosphonite, wie zum Beispiel Triphenylphosphit, Diphenylalkylphosphite, Phenyldialkylphosphite, Trinonylphenylphosphit, Trilaurylphosphit, Trioctadecylphosphit, Distearylpentaerythritdiphosphit, Tris-2,4-di-tert-butylphenylphosphit, Diisodecylpentaerythritdiphosphit, Di-2,4-di-tert-butylphenylpentaerythritdiphosphit, Tristearylsorbittriphosphit und Tetrakis-2,4-di-tert-butylphenyl-4,4'-biphenyldiphosphonit. Anschauliche Beispiele für geeignete Stabilisatoren beinhalten auch Schwefel enthaltende Phosphorverbindungen, wie zum Beispiel Trismethylthiophosphit, Trisethylthiophosphit, Trispropylthiophosphit, Trispentylthiophosphit, Trishexylthiophosphit, Trisheptylthiophosphit, Trisoctylthiophosphit, Trisnonylthiophosphit, Trislaurylthiophosphit, Trisphenylthiophosphit, Trisbenzylthiophosphit, Bispropiothiomethylphosphit, Bispropiothiononylphosphit, Bisnonylthiomethylphosphit, Bisnonylthiobutylphosphit, Methylethylthiobutylphosphit, Methylethylthiopropiophosphit, Methylnonylthiobutylphosphit, Methylnonylthiolaurylphosphit und Pentylnonylthiolaurylphosphit. Diese Verbindungen können einzeln oder in einer Kombination von zumindest zwei Verbindungen verwendet werden.
Geeignete Stabilisatoren beinhalten ebenfalls sterisch gehinderte Phenole, die im Stand der Technik bekannt sind. Anschauliche Beispiele für sterisch gehinderte Phenolstabilisatoren beinhalten 2-Tertiäralkyl-substituierte Phenolderivate, 2-Tertiäramyl-substituierte Phenolderivate, 2-Tertiäroctyl-substituierte Phenolderivate, 2-Tertiärbutyl-substituiere Phenolderivate, 2,6-Di-tertiärbutyl-substituierte Phenolderivate, 2-Tertiärbutyl-6-methyl- (oder 6-methylen-) substituierte Phenolderivate sowie 2,6-Dimethyl-substituierte Phenolderivate. Diese Verbindungen können einzeln oder in einer Kombination von zumindest zwei Verbindungen verwendet werden. In einigen besonderen Ausführungsformen können sterisch gehinderte Phenolstabilisatoren alpha-Tocopherol und butyliertes Hydroxytoluol enthalten.
Geeignete Stabilisatoren beinhalten ebenfalls sterisch gehinderte Amine, von denen anschauliche Beispiele Bis-2,2,6,6-tetramethylpiperidylsebacat, Bis-1,2,2,6,6-pentamethylpiperidylsebacat, n-Butyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylmalonsäure, Bis-1,2,2,6,6-pentamethylpiperidylester, Kondensationsprodukt von 1-Hydroxyethyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidin und Succinsäure, Kondensationsprodukt von N,N'-2,2,6,6-tetramethylpiperidyl-hexamethylendiamin und 4-tert-Octylamino-2,6-dichlor-s-triazin, Tris-2,2,6,6-tetramethylpiperidyl-nitrilotriacetat, Tetrakis-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-1,2,3,4-butantetracarboxylat sowie 1,1'-(1,2-Ethandiyl)-bis-(3,3,5,5-tetramethylpiperazinon) beinhalten. Diese Verbindungen können einzeln oder in Kombination von zumindest zwei Verbindungen verwendet werden.
Geeignete Stabilisatoren beinhalten auch Verbindungen, die Peroxide zerstören, wobei anschauliche Beispiele dafür Ester von beta-Thiodipropionsäure, zum Beispiel die Lauryl-, Stearyl-, Myristyl- oder Tridecylester, Mercaptobenzimidazol oder das Zinksalz von 2-Mercaptobenzimidazol, Zinkdibutyldithiocarbamat, Dioctadecyldisulfid, sowie Pentaerythrit-tetrakis-beta-dodecylmercaptopropionat beinhalten. Diese Verbindungen können allein oder in einer Kombination von zumindest zwei Verbindungen verwendet werden.
Optionale erfindungsgemäße Verbindungen können auch Kopplungsmittel beinhalten, die in verschiedenen Ausführungsformen helfen können, Epoxyharz an eine Matrix zu binden, wie zum Beispiel eine Glasmatrix, um eine starke Bindung an die Oberfläche zu bilden, derart, dass vorzeitiges Versagen nicht auftritt. Kopplungsreagenzien beinhalten Verbindungen, die sowohl Silan als auch Mercaptoeinheiten enthalten, wobei anschauliche Beispiele davon Mercaptomethyltriphenylsilan, beta-Mercaptoethyltriphenylsilan, beta-Mercaptopropyltriphenylsilan, gamma-Mercaptopropyldiphenylmethylsilan, gamma-Mercaptopropylphenyldimethylsilan, delta-Mercaptobutylphenyldimethylsilan, delta-Mercaptobutyltriphenylsilan, Tris-beta-mercaptoethylphenylsilan, Tris-gamma-mercaptopropylphenylsilan, Tris-gamma-mercaptopropylmethylsilan, Tris-gamma-mercaptopropylethylsilan, sowie Tris-gamma-mercaptopropylbenzylsilan beinhalten. Kopplungsreagenzien beinhalten ebenfalls Verbindungen, die sowohl ein Alkoxysilan als auch eine organische Einheit enthalten, wobei anschauliche Beispiele dafür Verbindungen der Formel (R⁵O)₃-Si-R⁶ beinhalten, wobei R⁵ eine Alkylgruppe ist und R⁶ ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Vinyl, 3-Glycidoxypropyl, 3-Mercaptopropyl, 3-Acryloxypropyl, 3-Methacryloxypropyl und C_nH_2n+1. In manchen Ausführungsformen ist R⁵ Methyl oder Ethyl und n hat den Wert von 4 bis 16. In anderen Ausführungsformen beinhalten Kopplungsreagenzien solche, die sowohl ein Alkoxysilan als auch eine Epoxyeinheit enthalten. Kopplungsreagenzien können allein oder in einer Kombination von zumindest zwei Verbindungen verwendet werden.
Optionale erfindungsgemäße Verbindungen beinhalten auch Brechungsindexmodifizierer. Wenn Licht aus dem Chip mit relativ hohem Brechungsindex (typischerweise 2,8 bis 3,2) in die Epoxidverkapselung mit dem niedrigen Brechnungsindex (typischerweise 1,2 bis 1,6) fällt, wird etwas Licht im kritischen Winkel in den Chip zurück reflektiert. Modifizierer mit hohem Brechungsindex, die zu dem Epoxid zugegeben werden, erhöhen den Brechnungsindex, was eine bessere Anpassung der beiden Brechungsindices erzeugt und eine Erhöhung der Menge an emittiertem Licht. Solche Materialien erhöhen den Brechnungsindex des Epoxids, ohne die Transparenz der Epoxidverkapselung signifikant zu beeinträchtigen. Modifizierer dieses Typs beinhalten Additive mit hohem Brechnungsindex. Diese Materialien enthalten optisch transparente Organika oder Anorganika, sowie Agglomerationen von Teilchen oder Strukturen, deren Größe kleiner ist als die Größe der Wellenlänge des emittierten Lichts. Solche Agglomerate werden manchmal als Nanopartikel bezeichnet. Solche Materialien sind im Stand der Technik bekannt und beinhalten eine Vielzahl an transparenten Metalloxiden oder Gruppe II-VI-Materialien, die relativ frei sind von Streuung. In einer Ausführungsform ist das Nanopartikelmaterial Titandioxid. In anderen Ausführungsformen können andere Typen von transparenten Metalloxiden oder Kombinationen aus Metalloxiden verwendet werden. Zum Beispiel können Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Zirkonoxid, Ceroxid, Aluminiumoxid, Bleioxide und Kompositmaterialien wie solche, die Yttriumoxid und Zirkonoxid enthalten, verwendet werden, um Nanopartikel zu erzeugen. In noch weiteren Ausführungsformen werden Nanopartikel aus einem aus den Gruppen II-VI-Materialien hergestellt, bestehend aus Zinkselenid, Zinksulfid, sowie Legierungen, hergestellt aus Zn, Se, S und Te. Alternativ können auch Galliumnitrid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid verwendet werden, um Nanopartikel herzustellen.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können durch Kombination der verschiedenen Komponenten in jeder gewünschten Reihenfolge hergestellt werden, einschließlich optischer Komponenten. In verschiedenen Ausführungsformen werden alle diese Komponenten zusammen gemischt. In anderen Ausführungsformen werden zwei oder mehr Komponenten vorgemischt und dann anschließend mit anderen Komponenten vereinigt. In einer Ausführungsform beinhalten die Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine zweiteilige Zusammensetzung, wobei die verschiedenen Komponenten in zumindest zwei getrennten Zusammensetzungen vorgemischt werden, vor der Kombination zur Herstellung der Endzusammensetzung.
Verkapselungstechniken für Festkörpergegenstände sind im Stand der Technik wohl bekannt und können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten solche Techniken Gießen, Harzübertragungsformen und ähnliches. Nachdem der Festkörpergegenstand im ungehärteten Harz eingeschlossen ist, typischerweise in einer Form ausgeführt, wird das Harz gehärtet. Diese Harze können in einer oder mehreren Stufen gehärtet werden unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Verfahren, einschließlich thermischen, UV- oder Elektronenstrahltechniken oder Kombinationen davon. Zum Beispiel kann thermische Härtung ausgeführt werden bei Temperaturen in einer Ausführungsform in einem Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 200°C, in einer anderen Ausführungsform in einem Bereich von etwa 80°C bis etwa 200°C, in einer weiteren Ausführungsform in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 200°C, und in einer weiteren Ausführungsform in einem Bereich von etwa 120°C bis etwa 160°C. In anderen Ausführungsformen können diese Materialien auch fotochemisch gehärtet werden, anfänglich etwa bei Raumtemperatur, unter Verwendung von bekannten Techniken. Obwohl etwas thermische Abweichung bei der fotochemischen Reaktion und daraus folgende Härtung auftreten kann, ist eine externe Erwärmung typischerweise nicht erforderlich. In anderen Ausführungsformen können diese Materialien in zwei Stufen gehärtet werden, wobei zum Beispiel eine anfänglich thermische oder UV-Härtung verwendet werden kann, um ein teilweise gehärtetes oder B-stufiges Epoxidharz herzustellen. Dieses Material, das leicht handhabbar ist, kann dann weiter gehärtet werden, zum Beispiel unter Verwendung von entweder thermischen oder von UV-Techniken, um ein Material zu erzeugen mit der erwünschten thermischen Leistung (zum Beispiel Tg, CTE), optischen Eigenschaften und Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit, die für verkapselte Festkörpergegenstände erforderlich sind.
Ohne weitere Ausarbeitung wird angenommen, dass der Fachmann unter Verwendung der hier vorliegenden Beschreibung die Erfindung in ihrem vollsten Umfang ausführen kann. Die folgenden Beispiele sind eingeschlossen, um zusätzliche Anleitung für den Fachmann bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung zur Verfügung zu stellen. Die zur Verfügung gestellten Beispiele sind lediglich repräsentativ für die Arbeit, die der Lehre der vorliegenden Erfindung entspricht. Demzufolge sind diese Beispiele nicht dazu gedacht, die Erfindung, so wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, in irgendeiner Art und Weise einzuschränken.
BEISPIEL 1 und VERGLEICHSBEISPIEL 1
Epoxidharzverkapselungen werden hergestellt durch Kombination von Epoxyharzen und Härtungsmitteln wie in Tabelle 1 gezeigt und härten unter den angegebenen Bedingungen. Alle Mengen sind in Gewichtsteilen.
TABELLE 1
Die Werte für die % Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge werden an einer 5 mm dicken Probe nach 430 Stunden Bestrahlung mit einer A-Lampe bei 340 nm gemessen. Die Werte sind in Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2
Die Verwendung von Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid in gehärtetem Epoxid führt zu verbesserten Durchlässigkeitscharakteristiken und Farbe gegenüber Hexahydrophthalsäureanhydrid in den Spektralbereichen zwischen 400 nm und 530 nm. Wichtiger ist, dass die Verwendung von Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid den Abbauprozess im gehärteten Epoxid bei UV-Bestrahlung verbessert hat. Dies macht diese Verkapselungen besonders geeignet für weiß emittierende, UV-stabile LEDs.
BEISPIEL 2 und VERGLEICHSBEISPIELE 2 bis 3
Epoxidharzverkapselungen werden hergestellt durch Kombination der Epoxidharze und Härtungsmittel, wie in Tabelle 3 gezeigt und härten unter den angegebenen Bedingungen. Alle Mengen sind Gewichtsteile. Die Abkürzung „RT" bedeutet Raumtemperatur.
TABELLE 3
Die gehärtete Probe aus Beispiel 2, die einen Boroxinhexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid-Härtungskatalysator enthält, zeigt verbesserte Tg und Topflebensdauer gegenüber der gehärteten Probe aus Vergleichsbeispiel 2, welche Boroxin allein als Härtungskatalysator einsetzt. Auch die gehärtete Probe aus Beispiel 2, die einen Boroxinhexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid-Härtungskatalysator enthält, zeigt verbesserte Tg und YI gegenüber der gehärteten Probe aus Vergleichsbeispiel 3, die Hexahydrophthalsäureanhydrid allein als Härtungskatalysator einsetzt. Es soll auch bemerkt werden, dass die Menge an Anhydrid in Beispiel 2 sehr viel geringer ist als bisher im Stand der Technik beschrieben und geringer als in dem anhydridgehärteten Epoxid in Vergleichsbeispiel 3 vorhanden.
Die Epoxyharzzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in Anwendungen verwendet werden, die für Epoxyharzzusammensetzungen bekannt sind. Solche Anwendungen beinhalten Beschichtungen, Gießverbindungen, sowie Verkapselungen für Festkörpergegenstände. In einer Ausführungsform ist ein Festkörpergegenstand eine LED. 1 veranschaulicht eine LED 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch. Die LED 1 enthält einen LED-Chip 4, der elektrisch mit einem Anschlussrahmen 5 verbunden ist. Zum Beispiel kann der LED-Chip 4 direkt elektrisch an eine Anoden- oder Kathodenelektrode des Anschlussrahmens 5 gebunden sein und durch eine Leitung 7 mit der gegenüber liegenden Kathoden- oder Anodenelektrode des Anschlussrahmens 5, wie in 1 gezeigt, verbunden sein. In einer besonderen Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, trägt der Anschlussrahmen 5 den LED-Chip 4. Jedoch kann Leitung 7 weggelassen werden und der LED-Chip 4 kann beide Elektroden des Anschlussrahmens 5 mit dem Boden des LED-Chips 4, der die Kontaktschichten enthält, die sowohl die Anoden- als auch Kathodenelektrode des Anschlussrahmens 5 kontaktiert überspannen. Alternativ kann der LED-Chip 4 mit einer separaten Leitung 7 mit der Kathoden- und der Anodenelektrode des Anschlussrahmens 5 verbunden sein. Der Anschlussrahmen 5 ist mit einer Stromversorgung verbunden, wie zum Beispiel einer Strom- oder Spannungsquelle oder mit einem anderen Schaltkreis (nicht gezeigt).
Der LED-Chip 4 emittiert Strahlung aus der Strahlung emittierenden Oberfläche 9. Die LED kann sichtbare, Ultraviolett- oder Infrarot-Strahlung emittieren. Der LED-Chip kann jeden LED-Chip aufweisen, der einen p-n-Übergang von irgendeiner Halbleiterschicht enthält, der dazu fähig ist, die gewünschte Strahlung zu emittieren. Zum Beispiel kann der LED-Chip irgendeine gewünschte Gruppe III-V-Verbindungshalbleiterschicht, wie zum Beispiel GaAs, GaAlAs, GaN, InGaN, GaP, etc., oder eine Gruppe II-VI-Verbindungshalbleiterschicht, wie zum Beispiel ZnSe, ZnSSe, CdTe, etc., oder Gruppe IV-IV-Halbleiterschichten, wie zum Beispiel SiC, enthalten. Der LED-Chip 4 kann auch andere Schichten enthalten, wie zum Beispiel Umhüllungsschichten, Wellenleitschichten und Kontaktschichten.
Die LED 1 wird in eine erfindungsgemäße Verkapselung 11 verpackt. Eine alternative Bezeichnung für Verkapselung ist Verkapselungsmaterial. In einer Ausführungsform beinhaltet die Verpackung der LED die Verkapselung 11, die in einer Packung wie zum Beispiel einer Schale 14 platziert ist. Die Schale kann jeder Kunststoff oder anderes Material, wie zum Beispiel Polycarbonat, sein, das gegenüber der LED-Strahlung transparent ist. Jedoch kann die Schale 14 weggelassen werden, um das Verfahren zu vereinfachen, wenn die Verkapselung 11 ausreichende Festigkeit und Stabilität hat, um ohne eine Hülle verwendet zu werden. Somit wirkt die äußere Oberfläche der Verkapselung 11 in einigen Ausführungsformen als Schale 14 oder Verpackung. Die Schale 14 enthält eine Licht oder Strahlung emittierende Oberfläche 15 oberhalb des LED-Chip 4 und eine nicht emittierende Oberfläche 16 in der Nähe des Anschlussrahmens 5. Die Strahlung emittierende Oberfläche 15 kann gebogen sein, um als Linse zu wirken und/oder sie kann gefärbt sein, um als Filter zu wirken. In verschiedenen Ausführungsformen kann die nichtemittierende Oberfläche 16 opak gegenüber LED-Strahlung sein und sie kann aus opaken Materialien wie zum Beispiel Metall hergestellt werden. Die Schale 14 kann auch einen Reflektor um den LED-Chip 4 herum enthalten oder andere Komponenten, wie zum Beispiel Widerstände etc., falls erwünscht.
In anderen Ausführungsformen können die Verkapselungsmaterialien wahlweise einen Phosphor enthalten, um die Farbabgabe der LED 1 zu optimieren. Zum Beispiel kann ein Phosphor als Phosphorpulver der Verkapselung 11 zugesetzt oder zugemischt werden oder als ein dünner Film auf den LED-Chip beschichtet oder auf die innere Oberfläche der Schale 14 beschichtet werden. Jedes Phosphormaterial kann mit dem LED-Chip verwendet werden. Zum Beispiel kann ein gelb emittierender, Cer dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Phosphor (YAG:Ce³⁺) mit einem blau emittierenden InGaN-aktiven Schicht-LED-Chip verwendet werden, um eine sichtbare gelbe und blaue Lichtabgabe zu erzeugen, die einem menschlichen Beobachter erscheint. Andere Kombinationen von LED-Chips und Phosphor können, falls gewünscht, verwendet werden.
Während der gepackte LED-Chip 4 gemäß einer Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, auf dem Anschlussrahmen 5 getragen wird, kann die LED 1 verschiedene andere Strukturen haben. Zum Beispiel kann der LED-Chip 4 durch eine Bodenoberfläche 16 der Schale 14 oder durch ein Podest (nicht gezeigt), das auf dem Boden der Schale 14 angebracht ist, anstelle des Anschlussrahmens 5 getragen werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der LED-Chip 4 der LED 2 von einem Trägersubstrat 17, wie in 2 gezeigt, getragen werden. Das Trägersubstrat 17 beinhaltet einen unteren Teil der LED-Packung und kann jedes Material beinhalten, wie zum Beispiel Kunststoff, Metall oder Keramik. Vorzugsweise ist das Trägersubstrat aus Kunststoff hergestellt und enthält eine Vertiefung 19, in welcher der LED-Chip 4 angebracht ist. Die Seiten der Vertiefung 19 können mit einem reflektierenden Metall 21, wie zum Beispiel Aluminium, beschichtet werden, das als Reflektor wirkt. Der LED-Chip 4 kann auch auf einer flachen Oberfläche des Substrats 17 gebildet werden. Das Substrat 17 enthält Elektroden 23, die die Kontaktschichten des LED-Chip 4 elektrisch verbinden. Alternativ können die Elektroden 23 elektrisch mit einem oder zwei Drähten, wie in 1 gezeigt, an den LED-Chip 4 angeschlossen werden. Falls gewünscht, kann die Schale 14 oder eine Glasplatte oberhalb der Verkapselung 11 gebildet werden, um als Linse oder Schutzmaterial zu wirken.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein LED-Array 3 auf einem Kunststoffsubstrat, wie in 3 gezeigt, hergestellt werden. Die LED-Chips oder Plättchen 4 sind physikalisch und elektrisch auf Kathodenleitungen 26 montiert. Die oberen Oberflächen der LED-Chips 4 sind elektrisch mit den Anodenanschlüssen 25 mit Anschlussdrähten 27 verbunden. Die Anschlussdrähte können durch bekannte Drahtverbindungstechniken an eine leitende Chipplatte gebunden werden. Die Leitungen 26, 25 beinhalten einen Anschlussrahmen und können aus Metall, wie zum Beispiel Silber platiertes Kupfer, hergestellt werden. Der Anschlussrahmen und der LED-Chip-Array 3 sind in einer Kunststoffverpackung 29 enthalten, wie zum Beispiel einer Polycarbonatverpackung. In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Polycarbonat ein Bisphenol-A-Polycarbonat. Die Kunststoffverpackung 29 wird mit einer Verkapselung 11 der vorliegenden Erfindung gefüllt. Die Verpackung 29 enthält konische innere Seitenwände 18, welche die LED-Chips 4 umschließen und eine Licht streuende Aushöhlung 20 bilden, die den Kreuzfluss von LED-Licht sicher stellt.
Während die Erfindung mit typischen Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, sie auf die gezeigten Einzelheiten einzuschränken, da verschiedene Modifikationen und Substitutionen gemacht werden können, ohne in irgendeiner Art und Weise vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als solches können weitere hier offenbarte Modifikationen und Äquivalente der Erfindung dem Durchschnittsfachmann unter Verwendung von nicht mehr als Routineexperimenten zur Verfügung stehen und bei allen solchen Modifikationen und Äquivalenten wird angenommen, dass sie innerhalb des Umfangs der Erfindung sind, so wie durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Eine härtbare Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung eines Festkörpergegenstands, welche aufweist: (A) wenigstens ein cycloaliphatisches Epoxyharz, (B) ein Härtungsmittel aufweisend Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid, (C) wenigstens einen Bor enthaltenden Katalysator, der im wesentlichen frei von Halogen ist, und (D) wenigstens einen Härtungsmodifikator umfassend wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen und Phosphiten, wobei Bestandteil (A) in einer Menge von größer als etwa 60 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das vereinigte Gewicht der Bestandteile (A), (B), (C) und (D); Bestandteil (C) in einer Menge im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das vereinigte Gewicht der Bestandteile (A), (B), (C) und (D); Bestandteil D in einer Menge im Bereich von etwa 1 Gew.-% und etwa 6 Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das vereinigte Gewicht der Bestandteile (A), (B), (C) und (D); und das molare Verhältnis des Bestandteils (B) zum Bestandteil (A) kleiner als etwa 0,37 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das cycloaliphatische Epoxyharz (A) wenigstens eine cycloaliphatische Gruppe und wenigstens zwei Oxiranringe pro Moleküle aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bor enthaltende Katalysator (C) ein Borat oder ein Boroxin aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsmodifikator (D) wenigstens ein Element umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzylalkohol, Cyclohexanmethanol, Alkyldiole, Cyclohexandimethanol, Ethylenglycol, Propylengylcol, Buthandiol, Pentandiol, Hexandiol, Heptandiol, Octandiol, Polyethylenglycol, Glycerol, Polyetherpolyole; Trialkylphosphite, Tributylphosphit, Triarylphosphite, Triphenylphosphit, Benzyldiethylphosphit, Trialkylthiophosphite und Triarylthiophosphite.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend wenigstens einen thermischen Stabilisator, UV-Stabilisator, Kupplungsmittel und/oder Brechungsindexmodifikator.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche aufweist: (A) 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, (B) Hexahydro-4-methylphthalsäureanhydrid, (C) Trimethoxyboroxin, und (D) 2,5-Hexandiol und Triphenylphosphit.
Ein gepacktes Festkörperbauteil, aufweisend (a) eine Packung; (b) einen Chip (4); und (c) eine Verkapselung (11) aufweisend: die Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ein LED (1, 2, 3)-Gerät, aufweisend: (a) eine Packung; (b) einen LED (1, 2, 3)-Chip (4); und (c) eine Verkapselung (11) umfassend die härtbare Epoxyharzzusammensetzung nach Anspruch 6.
Verfahren zur Verkapselung eines Festkörperbauteils umfassend, dass man: ein Festkörpergerät in eine Packung platziert; und eine Verkapselung (11) bereitstellt, aufweisend das härtbare Epoxyharz nach Anspruch 1.
Verfahren zur Verkapselung eines LED (1, 2, 3)-Geräts aufweisend, dass man: ein LED (1, 2, 3)-Gerät in einer Packung platziert; und eine Verkapselung (11) bereitstellt, welche die härtbare Epoxyharzzusammensetzung nach Anspruch 6 aufweist.