JP2011530834A - フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体 - Google Patents

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Abstract

フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体が開示されている。発光ダイオード筺体は、発光ダイオードチップを支持し、発光ダイオードチップから放出される光の少なくとも一部を反射する。

Description

本開示内容は、発光ダイオードチップを支持し、発光ダイオードチップから放出される光の少なくとも一部を反射する、フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザーダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子は、現在利用可能な光源の中で最も効率的かつ強固である。
光抽出が、発光素子の重要な問題である。半導体発光素子に共通の問題は、素子と周囲との間の界面における内部反射、それに続く、素子内の反射光の再吸収により、素子から抽出される可能性のある光の効率が減少することである。
発光ダイオード（ＬＥＤ）筺体は、二酸化チタンを添加して、筺体の可視光反射を増大するポリフェニルヒドラジン（ＰＰＡ）等のエンジニアリングプラスチックから通常構築される。しかしながら、二酸化チタンによって、経時による使用でＰＰＡが退色（黄変）し、結果として、全体のＬＥＤ効率が降下し、発光色が変化する。
このように、可視光を大いに反射し、保色性に優れたＬＥＤ筺体が必要とされている。
高効率光抽出のためには、光抽出材料が、ＬＥＤと直接接触すると有利である。しかしながら、１平方ｍｍ当たり３ワットまでの効果をもたらす単一の固体ＬＥＤまたは合計で１００ワット以上もの効果をもたらすかかるＬＥＤのアレイという高輝度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）用途においては、ＬＥＤがかなり発熱する。かかる高輝度ＬＥＤにおいては、２５０℃という温度に達する。
ＬＥＤ筺体のためには、ＬＥＤカプセル化中、例えば、レンズ等の他の構成部品を取り付ける工程において、例えば、使用可能な異なる材料の範囲を広げるために、高処理温度に適合し得る材料を用いることができると有利である。
このように、ＬＥＤチップ素子を損傷するであろうよりも低い温度で溶融処理可能で、さらに、ＬＥＤ組立中、および高輝度ＬＥＤにとって一般的な高温操作温度で長期間にわたって熱安定性があるＬＥＤ筺体材料が必要とされている。
本明細書に記載されているのは、業界のニーズに適合するＬＥＤ筺体である。
本ＬＥＤ筺体は、可視光を大いに反射し、溶融処理可能で、色が安定しており、かつ、例えば、１５分を超える時間で約２６０℃のはんだ処理温度に耐え得るフルオロポリマーを含む。
簡単に述べると、本発明の一態様によれば、発光ダイオードチップを支持し、発光ダイオードチップから放出される光の少なくとも一部を反射する、フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体が提供される。
本発明の他の態様によれば、発光ダイオードチップから放出される光の少なくとも一部を反射する、フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体により支持される発光ダイオードチップを有する発光ダイオードが提供される。
前述の概要および以下の詳細な説明は、例示および説明のためのみであり、添付の特許請求の範囲に定義される本発明を限定するものではない。
本明細書に示した概念をさらに理解するために、実施形態を添付の図面により例示する。
発光ダイオード筺体の一実施形態の断面図を示す。 本発明の発光ダイオード筺体の一実施形態の断面図を示す。 本発明の発光ダイオード筺体により支持される発光ダイオードチップを含む本発明の発光ダイオードの一実施形態の断面図を示す。
当業者であれば、図面の対象物は、簡略かつ明瞭に示されており、寸法通りに描かれていないことが分かる。図面の特徴のいくつかの寸法は、理解を促すために、他の特徴よりも誇張されている。
本発明を、その好ましい実施形態に関して説明していくが、本発明をその実施形態に限定しようとするものとは考えられない。反対に、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲に含まれるであろう変形、修正および等価物の全てが包含されるものとする。
発光ダイオード筺体の一実施形態において、フルオロポリマーは、溶融処理可能な半結晶パーフルオロポリマーを含む。
発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーに分散したフィラーをさらに含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フィラーは、可視光の散乱体を含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、可視光の散乱体は、白色顔料を含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーと白色顔料の総合重量（あるいは、「合計重量パーセント」）を基準として、約０．１〜約４０重量パーセントの白色顔料をさらに含む。フルオロポリマーが、白色顔料をさらに含む発光ダイオード筺体の他の実施形態において、発光ダイオード筺体の３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率（ｐｈｏｔｏｐｉｃ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）は、少なくとも約９５％である。
発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、少なくとも約８０％、より好ましくは、９０％、最も好ましくは、９５％である。
発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーの曲げ弾性率を修正するフィラーをさらに含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーの線熱膨張率を修正するフィラーをさらに含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーの熱伝導率を修正するフィラーをさらに含む。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フィラーは、ガラス繊維である。発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フィラーは、中空ガラスマイクロスフェアである。
発光ダイオード筺体の他の実施形態において、フルオロポリマーは、発光化合物をさらに含む。
上記した実施形態は、単に例示であり、限定ではない。本明細書を読めば、本発明の範囲を逸脱することなく、他の態様および実施形態が可能であることが、当業者には理解される。
実施形態の１つ以上のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなろう。詳細な説明は、１．用語の定義および説明、２．発光ダイオード（ＬＥＤ）筺体、３．発光ダイオード（ＬＥＤ）筺体を構成するフルオロポリマー、４．フィラーおよび実施例である。
１．用語の定義および説明
後述する実施形態の詳細を説明する前に、いくつかの用語を定義または明確にしておく。
発光ダイオードとは、ＵＶ光から赤外光を含む任意の波長間隔におけるダイオード発光を意味し、レーザーダイオードも含むものとする。
フィラーとは、フルオロポリマーに添加すると、フルオロポリマーの物理特性を修正することのできる任意の化合物を意味する。
本明細書で用いる「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、「持つ」、「持っている」またはその他の変形の用語は、非排他的な包括を規定するものである。例えば、要素のリストを含むプロセス、方法、物品または装置は、それらの要素に必ずしも限定されず、明示的にリストされていない、またはかかるプロセス、方法、物品または装置に固有の他の要素も含まれる。さらに、明示的にそれには反するとした場合を除き、「または」は、包括的なまたはであり、排他的なまたはでない。例えば、条件ＡまたはＢを満足するのは次のうちのいずれかである。Ａが真（または存在する）でＢが偽（または存在しない）、Ａが偽（または存在しない）でＢが真（または存在する）、およびＡとＢの両方が真（または存在する）。
また、単数形（「ａ」または「ａｎ」）の使用は、本発明の要素および成分を記載するために使用される。これは、単に便宜上のために、かつ本発明の一般的な意味を与えるために使用される。この説明は、１つまたは少なくとも１つを含めるように読まれるべきであり、他の意味であることが明白でない限り、単数形には複数形も含まれる。
別記されない限り、本明細書で用いる技術および科学用語は全て、特許請求の範囲の属する技術分野の当業者に一般的に理解されるのと同じ意味を有している。本明細書に記載したものと同様または等価の方法および材料は、開示された実施形態の実施または試験に用いることができるが、好適な方法および材料は後述する。本明細書で言及した文献、特許出願、特許およびその他の参考文献は全て、特に別記されない限り、その全内容が参考文献として援用される。矛盾がある場合には、定義を含めた本明細書が優先される。また、材料、方法および実施例は例示のみであり、限定しようとするものではない。
本明細書に記載のないものについては、特定の材料および処理に関する多くの詳細は、従来通り機能し、ＬＥＤ業界のテキストブックおよびその他のソースで見られるはずである。
２．発光ダイオード（ＬＥＤ）筺体
本ＬＥＤ筺体にはいくつかの機能がある。１つの機能は、ＬＥＤを基板に配置する、または回路に接続しながら、ＬＥＤチップを所望の位置および向きを支持することである。別の機能は、筺体に向いた発光ダイオードチップから放出された光（すなわち、照明から利点を得られる方向とは離れる方向の光）を、照明から利点を得られる方向に反射して戻し、そのようにすることによって、ＬＥＤの全体の照明を増大することである。別の機能は、過剰の熱による損傷からＬＥＤチップを保護するために、ＬＥＤチップから離れるＬＥＤチップ（例えば、高温で操作させる高輝度ＬＥＤチップ）により生成された熱を消散させることである。
他の実施形態において、ＬＥＤ筺体の機能は、筺体で指向された光の色を反射し、所望の色に変換することである。例えば、青色の光を緑色または赤色の光に変換する、またはＵＶ光を青色、緑色または赤色の光へ変換する。かかる実施形態において、筺体を構成するフルオロポリマーは、少なくとも１つの発光化合物をさらに含む。この目的でフルオロポリマーに組み込むのに好適な発光化合物およびその量は、当業者に知られている。他の実施形態において、発光化合物は、窒化ケイ素化合物、例えば、ユーロピウム、アルミニウムまたは酸素でドープされたＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８等を含む。他の実施形態において、発光化合物は、セリウム、プラセオジム、ユーロピウムまたはこれらの組み合わせでドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネット、例えば、（ＹＡＧ：Ｃｅ）、（ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｐｒ）および（ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕ）を含む。本明細書で用いる、発光化合物という用語には、ある波長または波長間隔の光を吸収し、他の波長または波長間隔の光を放出する蛍光とリン光化合物の両方が含まれる。
図１に、本発明の発光ダイオード筺体の一実施形態の断面図を示す。金属フレーム１００は、金属フレーム１００の開口部を通して延在するフルオロポリマーを含む射出成形発光ダイオード筺体１０１を含む。
他の実施形態において、ＬＥＤ筺体１０１は、少なくとも１つの凹部を有する。凹部は、少なくとも１つのＬＥＤチップおよびレンズ組立体が、凹部内に適合し、関連する回路に接続できる所望の場所に配置されるサイズとなっている。このように、図２に、発光ダイオード筺体の本発明の一実施形態の断面図を示す。金属フレーム１００は、金属フレーム１００の開口部を通して延在するフルオロポリマーを含む射出成形発光ダイオード筺体１０１を含む。発光ダイオード筺体１０１は、発光ダイオードチップおよびレンズ組立体の配置のための凹部１０２を含む。凹部１０２の形状および寸法、例えば、凹部１０２の壁の深さおよび角度を調節して、反射の角度および方向を制御し、筺体１０１に向いた発光ダイオードチップにより放出された光の少なくとも一部の反射を最大にすることができる。
他の実施形態において、各ＬＥＤチップは、ＬＥＤ筺体内の別個の凹部に配置されており、凹部の壁が、各ＬＥＤチップを位置決めし、向きを決定している。他の実施形態において、２つ以上のＬＥＤチップを、１つの凹部に配置することができる。かかる場合、位置決めおよび向き決定は、例えば、ＬＥＤが、ＬＥＤの面から動く、または回転するのを防ぐが、凹部を複数の凹部へ分離する壁を形成しない構成部品で構成することができる。
図３には、例示としての本発明の発光ダイオードの一実施形態の断面図が含まれる。金属フレーム１００は、金属フレーム１００の開口部を通して延在するフルオロポリマーを含む射出成形発光ダイオード筺体１０１を含む。発光ダイオード筺体１０１は、凹部１０２を含む。複数の電極１０３が、１つは金ワイヤ１０４を介して、凹部１０２内に配置された発光ダイオードチップ１０５に接続されている。ポリマー１０７を含むレンズ１０６は、発光ダイオードチップ１０５をカプセル化し、発光ダイオードチップ１０５により放出された光を、照明から利点を得られる方向に向ける。筺体１０１は、発光ダイオードチップ１０５およびレンズ１０６を支持して、適所に保持し、筺体１０１に指向された発光ダイオードチップ１０５から放出された照射光から利点を得られる方向に反射して戻す。ある実施形態において、発光ダイオードチップ１０５の下部と、射出成形発光ダイオード筺体１０１の近接面との間に実質的に空間はない。ある実施形態において、発光ダイオードチップ１０５およびレンズ１０６は、発光ダイオード筺体１０１の近接面に、接着剤で取り付けられている。
本ＬＥＤ筺体に用いるのに有用なＬＥＤチップは、紫外線から赤外光の範囲の光を放出することのできるＬＥＤチップを含む。有用なＬＥＤチップとしては、ｎ／ｐ発光層を、サファイヤ（単結晶アルミナ）等の結晶基板上で成長させることにより構築されたものが例示される。有用なＬＥＤチップとしては、青色またはＵＶ放出ダイオードチップが挙げられる。青色／ＵＶ光は、発光化合物により他の色の光へと容易に変換することができるからである。
１平方ｍｍ当たり３ワット以上の効果のある高出力ＬＥＤチップも、本ＬＥＤ筺体で用いられる。
本フルオロポリマー発光ダイオード筺体を含むＬＥＤは、ＬＥＤ光源から利益の得られる物品に有用であり、例えば、電話（例えば、携帯電話バックライト、携帯電話キーパッド）、光学ディスプレイ（例えば、ＬＣＤテレビおよびコンピュータモニターバックライト、大型ビデオディスプレイ、ＤＬＰおよびＬＣＤプロジェクタの光源）、輸送（例えば、自転車、オートバイおよび自動車照明、電車および飛行機内部照明）、一般照明（例えば、家庭、オフィス、建築および街頭照明）、器具類（例えば、実験室および電子試験機器）、種々の電気製品および用途、例えば、電球、時計、懐中電灯、計算機、ストロボ、カメラフラッシュ、フラットベッドスキャナ、バーコードスキャナ、ＴＶ用リモコン、赤外ＬＥＤを用いるＶＣＲおよびＤＶＲ、マシンビジョンシステムの光源、ＩＲ放射および高温が望ましくない医療用照明、暗視防犯カメラ用赤外照明および光学コンピュータマウス等の動作感知器が挙げられる。
３．発光ダイオード（ＬＥＤ）筺体を構成するフルオロポリマー
本ＬＥＤ筺体１０１は、フルオロポリマーを含む。ある実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約３０重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約６５重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約７５重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約９０重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約９５重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、少なくとも約９９重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、約１００重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、フルオロポリマーから実質的になる。すなわち、ＬＥＤ筺体は、フルオロポリマーを含み、ＬＥＤ筺体の基本かつ新規な特徴に実質的に影響する他の材料は含まない。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、約６５重量％〜約９０重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、約５０重量％〜約９０重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、約３０重量％〜約９５重量％のフルオロポリマーを含む。他の実施形態において、ＬＥＤ筺体は、ＬＥＤ筺体を構成する全ての材料の重量を基準として、約３０重量％〜約９９重量％のフルオロポリマーを含む。
概して、本ＬＥＤ筺体に有用なフルオロポリマーは、１．）従来の射出成形技術によるＬＥＤ筺体の形成に好適な溶融処理性および射出成形性、２．）高出力ＬＥＤチップにより生成される高温およびＬＥＤ組立の工程に用いられる高温、例えば、約１５分までの２６０〜２８０℃という温度でのはんだ付け、および１〜４時間に及ぶ約１５０℃の硬化（例えば、ＬＥＤレンズを形成するのに用いる硬化性エポキシ系材料の）温度に耐え得る耐熱性、３．）かかる温度でのかかる時間後の反りの少なさ、および４．）３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率が、少なくとも約８０％、より好ましくは、９０％、最も好ましくは、９５％である／を有する。
これらの基準に適合し、本ＬＥＤ筺体に有用なフルオロポリマーは、溶融押出し可能かつ射出成形可能であり、約１．５〜約４０ｇ／１０分のメルトフローレートを有する。メルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＡＳＴＭ法Ｄ１２３８−０４ｃにより求めることができる。フルオロポリマーは、公知の方法により、少なくとも１つのフッ素化モノマーの重合で作製することができる。一実施形態において、フルオロポリマーは、２〜８個の炭素原子を有するフッ素化モノマーと、２〜８個の炭素原子を有する１つ以上の重合可能なコモノマーのコポリマーを含む。有用な炭化水素モノマーとしては、例えば、エチレンおよびプロピレンが挙げられる。有用なフッ素化モノマーとしては、例えば、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロイソブチレン（ＨＦＩＢ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、およびパーフルオロアルキル基が１〜５個の炭素原子を含み、鎖状または分岐しているパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＡＶＥ）が挙げられる。他の実施形態では、有用なＰＡＶＥモノマーは、式ＣＦ２＝ＣＦＯＲまたはＣＦ２＝ＣＦＯＲ’ＯＲにより表わすことができ、式中、Ｒは、１〜５個の炭素原子を有するパーフッ素化鎖状または分岐アルキル基であり、Ｒ’は、１〜５個の炭素原子を有するパーフッ素化鎖状または分岐アルキレン基である。他の実施形態において、Ｒ基は、１〜４個の炭素原子を有する。他の実施形態において、Ｒ’は、２〜４個の炭素原子を有する。ＰＡＶＥモノマーの例としては、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）（ＰＰＶＥ）およびパーフルオロ（ブチルビニルエーテル）（ＰＢＶＥ）が挙げられる。他の実施形態において、フルオロポリマーは、２つ以上のＰＡＶＥモノマー、例えば、メーカーでは、ＭＦＡと呼ばれることのあるＴＦＥ／ＰＭＶＥ／ＰＰＶＥコポリマーを用いて作製することができる。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、パーフッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、ＤｕＰｏｎｔよりＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰという商品名で販売されているテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマーを含む。他の実施形態において、ＨＦＰ含量は、ＴＦＥ／ＨＦＰフルオロポリマー中約５〜約１７重量パーセントである。他の実施形態において、ＦＥＰフルオロポリマーは、ＨＦＰ含量が、約５〜約１７重量パーセント、ＰＡＶＥ含量、好ましくは、ＰＥＶＥが、約０．２〜約４重量パーセント、フルオロポリマーについて合計で１００重量パーセントまでの残部がＴＦＥであるＴＦＥ／ＨＦＰ／ＰＡＶＥを含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、パーフルオロアルコキシフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、ＤｕＰｏｎｔよりＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＦＡという商品名で販売されているテトラフルオロエチレンとパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）のコポリマーを含む。他の実施形態において、フルオロポリマーは、一般的にＰＦＡとして知られているＴＦＥ／ＰＡＶＥフルオロポリマーであり、合計重量パーセントで少なくとも約２重量パーセントのＰＡＶＥを有し、ＰＡＶＥがＰＰＶＥまたはＰＥＶＥのときは、典型的に、約２〜約１５重量パーセントのＰＡＶＥを含む。他の実施形態において、ＰＡＶＥは、ＰＭＶＥを含み、組成は、約０．５〜約１３重量パーセントのパーフルオロ（メチルビニルエーテル）、約０．５〜約３重量パーセントのＰＰＶＥ、合計で１００重量パーセントまでの残部がＴＦＥである。この製品は、通常、ＭＦＡと呼ばれる。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、一般に、ＰＶＤＦと呼ばれるポリフッ化ビニリデンを含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、一般に、ＴＨＶと呼ばれる、任意で、ＴＦＥを含有するフッ化ビニリデンとＨＦＰのコポリマーを含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、ＤｕＰｏｎｔよりＴＥＦＺＥＬ（登録商標）という商品名で販売されているエチレンとテトラフルオロエチレンのコポリマーであるエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）を含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、エチレン、テトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレン（ＥＦＥＰ）のコポリマーを含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、フッ化ビニルのコポリマーを含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマーであるポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）を含む。
他の実施形態において、フルオロポリマーは、クロロトリフルオロエチレンとエチレンのコポリマーであるポリクロロトリフルオロエチレン−エチレン（ＥＣＴＦＥ）を含む。
他の実施形態において、数多くの不安定な末端基（例えば、カルボン酸末端基）を減じる目的で、フルオロポリマーをフッ素化することができる。フッ素化は、当該技術分野において公知の様々な条件下で、フッ素ラジカルを生成する様々な化合物により公知の方法で実施することができる。
有用な市販のフルオロポリマーとしては、Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標）ＥＴＦＥ等級２０７、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ等級１００、ＴＥ−９４９４、１００Ｊおよび６１００ｎならびにＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ等級３４０、４４０および３０００（これらのフルオロポリマーは全て、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ製である）が例示される。
４．フィラー
本発光ダイオード筺体の一実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーに分散したフィラーをさらに含む。フィラーとは、フルオロポリマーに添加すると、フルオロポリマーの光学、機械および熱特性をはじめとする物理特性を修正することのできる任意の化合物を意味する。一実施形態において、各フィラーは、フルオロポリマーの単一の物理特性を修正する。他の実施形態において、各フィラーは、フルオロポリマーの２つ以上の物理特性を修正する。例えば、二酸化チタンを含むフィラーは、フルオロポリマーの明所視反射率および熱伝導率の両方を増大することができる。
フィラーの形状は特に限定されず、例えば、マイクロスケール繊維、フィラメント、フレーク、ウィスカ、管、微粒子、球等とすることができる。他の実施形態において、フィラーは中空である。他の実施形態において、フィラーは中空でない。
フィラーは、フルオロポリマーの物理特性を修正するのに十分な任意の量でフルオロポリマーに存在させることができる。他の実施形態において、フィラーの量は、フィラーとフルオロポリマーの総合重量を基準として、約１重量％〜約７０重量％の範囲である。他の実施形態において、フィラーの量は、フィラーとフルオロポリマーの総合重量を基準として、約５重量％〜約７０重量％の範囲である。他の実施形態において、フィラーの量は、フィラーとフルオロポリマーの総合重量を基準として、約１０重量％〜約５０重量％の範囲である。他の実施形態において、フィラーの量は、フィラーとフルオロポリマーの総合重量を基準として、約１０重量％〜約３５重量％の範囲である。
４．１ フルオロポリマーの光学特性を修正するためのフィラー
本ＬＥＤ筺体の一実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーに分散したフィラーをさらに含み、フィラーは、フルオロポリマーの光学特性を修正するための可視光の散乱体を含む。本実施形態において、散乱体は、フルオロポリマー全体に分散状態にある。一実施形態において、各散乱体は、フルオロポリマーに囲まれており、他の散乱体と物理的に接触していない。一実施形態において、散乱体は粒子（本明細書においては、微粒子散乱体とも呼ばれる）である。他の実施形態において、散乱体は粒子であり、臨界顔料体積濃度を超えるフルオロポリマー中に存在する粒子から生じるボイドがフルオロポリマー中にある。
散乱体を含むフルオロポリマーの散乱体体積当たりの光散乱断面は、散乱体とフルオロポリマーの屈折率の差に大きく依存している。光散乱断面は広いのが好ましく、散乱体とフルオロポリマーの屈折率の差を最大にすることにより得られる。他の実施形態において、散乱体とフルオロポリマーの屈折率の差は、少なくとも約０．５である。他の実施形態において、散乱体とフルオロポリマーの屈折率の差は、少なくとも約１である。
本ＬＥＤに有用な微粒子散乱体の屈折率は、少なくとも約１．５である。高屈折率の微粒子散乱体は、少なくとも約２．０の屈折率を有する。他の実施形態において、高屈折率の微粒子散乱体は、少なくとも約２．５の屈折率を有する。高屈折率の微粒子散乱体よりも小さな屈折率を有する微粒子散乱体は、本明細書においては、低屈折率微粒子散乱体と呼んでもよい。ボイドは、屈折率１．０を有しており、これは、ボイドに含まれる空気の屈折率である。
散乱体の形状は特に限定されず、例えば、球、立方体、針状、円盤、うろこ状、繊維状等であってよい。かかる形状はボイドを作製するのに有利となり得るが、高屈折率微粒子散乱体については、球形が好ましい。
散乱体は、中空でない、または中空とすることができる。ボイドは、中空粒子（すなわち、内部ボイドを有する）、例えば、中空球ガラスまたはプラスチック粒子を用いることから生じ得る。
可視光を散乱する機能を果たす、可視光をあまり吸収しない粒子が、本ＬＥＤ筺体の散乱体として有用である。粒子としては、白色顔料として従来より知られているものが挙げられる。粒子の屈折率が、筺体を構成するフルオロポリマー（例えば、バインダーと散乱体の屈折率の差が約０．５未満である低屈折率微粒子散乱体）の屈折率と実質的に同じ場合には、かかる粒子は、フルオロポリマーにおいて、そのＣＰＶＣ（臨界顔料体積濃度）より低い濃度では、通常、散乱体として効率的に機能しないであろう。しかしながら、かかる粒子は、フルオロポリマーに、ＣＰＶＣを超える量で含まれるとき、光散乱ボイドを形成するのに有用である。高屈折率微粒子散乱体、例えば、二酸化チタンは、ＣＰＶＣより低い量でフルオロポリマーに用いるとき、ボイドがほとんどなくても、光を散乱するのに極めて有効である。
間隔の狭い散乱体を含むフルオロポリマーの散乱体の単位体積当たりの光散乱断面は、散乱体の数平均直径が入射光の波長の半分よりやや小さいと、最大化される。本ＬＥＤ筺体を構成するフルオロポリマー中の散乱体として有用な粒子の直径は、従来の沈殿または光散乱手順により測定することができる。高屈折率微粒子散乱体については、他の実施形態において、粒子数平均直径は、約０．１μｍ〜約３０μｍである。他の実施形態において、高屈折率微粒子散乱体の粒子数平均直径は、約０．２μｍ〜約１μｍである。高屈折率微粒子散乱体を用いる他の実施形態において、本フルオロポリマーの可視光屈折率は、粒子の数平均直径が、約０．２μｍ〜約０．４μｍのときに、最大化される。
本ＬＥＤ筺体に有用な微粒子散乱体は、可視光をあまり吸収しない。あまり吸収しないとは、散乱体がフルオロポリマーより吸収しない、またはフルオロポリマーの吸収に実質的に寄与しないことを意味する。他の実施形態において、フルオロポリマーと散乱体を含む本ＬＥＤ筺体の吸収係数は、約１０−３ｍ２／ｇ以下である。他の実施形態において、フルオロポリマーと散乱体を含む本ＬＥＤ筺体の吸収係数は、約１０−５ｍ２／ｇ以下である。散乱体が二酸化チタンを含む他の実施形態において、フルオロポリマーと散乱体を含むＬＥＤ筺体の吸収係数は、約４２５ｎｍ〜約７８０ｎｍの波長で約１０−３ｍ２／ｇ以下である。散乱体が二酸化チタンを含む他の実施形態において、フルオロポリマーと散乱体を含むＬＥＤ筺体の吸収係数は、約４２５ｎｍ〜約７８０ｎｍの波長で約１０−５ｍ２／ｇ以下である。
本フルオロポリマー筺体に散乱体として有用な粒子の構成は特に限定されず、例えば、金属塩、金属水酸化物および金属酸化物が挙げられる。例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム等の金属塩、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムおよび水酸化カルシウム等の金属水酸化物、ならびに酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナおよびシリカ等の金属酸化物が挙げられる。さらに、カオリン、ケイ酸アルミナ、ケイ酸カルシウム、セメント、ゼオライトおよびタルク等のクレイも有用である。プラスチック顔料も有用である。他の実施形態において、高屈折率微粒子散乱体は、二酸化チタンおよび酸化亜鉛のうち少なくとも１つを含む白色顔料粒子を含む。二酸化チタンは、単位体積当たりの光散乱断面が最も大きく、かつ可視光をあまり吸収しない。市販の有用な二酸化チタンとしては、Ｄｕｐｏｎｔ製Ｔｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）Ｒ−９００が挙げられる。
フルオロポリマーに分散された散乱体の量は、フルオロポリマーの明所視反射率に直接影響する。フルオロポリマー中の散乱体の量が少なすぎると、散乱体は、フルオロポリマーの明所視反射率に実質的に寄与しない。フルオロポリマー中の散乱体の量が多すぎると、フルオロポリマーを含む筺体の物理特性が、悪影響を受ける可能性があり、筺体は、例えば、脆性となり望ましくなくなる可能性がある。
散乱体が白色顔料である他の実施形態において、白色顔料の量は、フルオロポリマーと白色顔料の総合重量を基準として、約５〜約２０重量パーセントである。
散乱体が白色顔料である他の実施形態において、白色顔料の量は、フルオロポリマーと白色顔料の総合重量を基準として、約８〜約１２重量パーセントである。
散乱体が白色顔料である他の実施形態において、白色顔料の量は、フルオロポリマーと白色顔料の総合重量（あるいは「合計重量パーセント」）を基準として、約１０重量パーセントである。
ある実施形態において、フルオロポリマーの光学特性を修正するために、フィラーを含有するフルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、少なくとも約８０％である。ある実施形態において、フルオロポリマーの光学特性を修正するために、フィラーを含有するフルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、少なくとも約８５％である。ある実施形態において、フルオロポリマーの光学特性を修正するために、フィラーを含有するフルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、少なくとも約９０％である。ある実施形態において、フルオロポリマーの光学特性を修正するために、フィラーを含有するフルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、少なくとも約９５％である。
４．２ フルオロポリマーの機械特性を修正するためのフィラー
一実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーの機械特性を修正するためのフィラーを含む。
固体フルオロポリマーは、典型的に、約１０−４Ｋ−１の熱膨張率を有する。一方、ＬＥＤ筺体が取り付けられる金属（例えば、銅、他の実施形態においては、金属フレーム１００を含む）は、約１０−５Ｋ−１の熱膨張率を有する。このように、ＬＥＤ筺体を構成する金属フレームを、回路基板にはんだ付けするときに直面するであろう１００Ｋの温度変化によって、２つの材料間に１％の歪みの不整合が生じる。他の実施形態において、本ＬＥＤ筺体およびそれに取り付けられる金属フレームは、隣接接触しており、かかる温度変化によって、特に、フルオロポリマー−金属界面での内部応力の発現に結び付く可能性がある。これらの応力によって、フルオロポリマーにおけるクラックの形成および成長が促進され、ＬＥＤ筺体を金属フレームから分離または剥離させ得るため望ましくない。
このように、ある実施形態においては、フィラーを用いて、フルオロポリマーの線熱膨張率（ＣＴＥ）を修正して、充填したフルオロポリマーのＣＴＥは、発光ダイオード筺体が取り付けられる材料（例えば、銅等の金属フレーム（例えば、金属フレーム１００））のＣＴＥと実質的に同じにすることができる。実質的に同じとは、構造上の完全性に大きく影響したり、ＬＥＤ筺体とそれに取り付けられる材料の隣接接触を中断することなく加熱しながら、かかるフィラーを含むフルオロポリマーが、ＬＥＤ筺体とそれに取り付けられる材料の組み合わせを操作できるＣＴＥを有することを意味する。ある実施形態において、フルオロポリマーのＣＴＥは、金属のＣＴＥの２５％以内である。ある実施形態において、フルオロポリマーのＣＴＥは、金属のＣＴＥの２０％以内である。ある実施形態において、フルオロポリマーのＣＴＥは、金属のＣＴＥの１０％以内である。
他の実施形態において、フィラーを用いて、フルオロポリマーの曲げ弾性率を修正して、充填したフルオロポリマーの曲げ弾性率が、充填したフルオロポリマーを含むＬＥＤ筺体が取り付けられる材料の曲げ弾性率より大きくすることができる。大きいとは、ＬＥＤ筺体の構造上の完全性に大きく影響することなく、ＬＥＤ筺体が取り付けられる材料を操作する（例えば、曲げる）ことができることを意味する。
ポリマーの機械特性を修正するための従来公知のフィラーが、フルオロポリマーの機械特性を修正するのにここでも想定される。有用なフィラーとしては、金属（または金属合金）粉末、金属酸化物およびその他の金属含有化合物、半金属酸化物およびその他の半金属含有化合物、有機ポリマー等またはこれらのブレンドが挙げられる。
フィラーとして有用な金属（または金属合金）粉末としては、ビスマス粉末、黄銅粉末、青銅粉末、コバルト粉末、銅粉末、インコネル金属粉末、鉄金属粉末、マンガン金属粉末、モリブデン粉末、ニッケル粉末、ステンレス鋼粉末、チタン金属粉末、ジルコニウム金属粉末、タングステン金属粉末、ベリリウム金属粉末、亜鉛金属粉末、マグネシウム金属粉末または錫金属粉末が例示される。
フィラーとして有用な金属酸化物およびその他の金属含有化合物としては、これらに限られるものではないが、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、三酸化タングステン、クレイ、タルク、ケイ酸カルシウム等のケイ酸塩、珪藻土、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムが例示される。
フィラーとして有用な半金属酸化物およびその他の半金属含有化合物としては、ホウ素粉末、窒化ホウ素、シリカ、窒化ケイ素およびガラス繊維が例示される。
フィラーとして有用な有機ポリマーとしては、ポリエーテルケトン、例えば、ＰＥＫ、ＰＥＥＫおよびＰＥＫＫならびにアラミド繊維が例示される。さらに、フルオロポリマーの処理性および物理特性を修正するためのフィラーとしての高分子量、溶融処理可能または非溶融処理可能（例えば、焼結可能）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粒子が挙げられる。例えば、フルオロポリマーは、大量のＰＦＡと、それに分散した少量のＰＴＦＥ微粉末、例えば、ＤｕＰｏｎｔより入手可能なＺＯＮＹＬ（登録商標）フルオロ添加剤等級ＭＰ１６００（ＭＦＲ１７ｇ／１０分、３７２℃で３×１０３Ｐａ・ｓの溶融粘度）を含むことができる。
他の実施形態において、フィラーは、フルオロポリマーの曲げ弾性率を修正するためのガラス繊維を含み、充填したフルオロポリマーの曲げ弾性率が、充填したフルオロポリマーを含むＬＥＤ筺体が取り付けられる材料の曲げ弾性率より大きくなるようにする。有用なガラス繊維の一例は、Ｓａｉｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ Ａｍｅｒｉｃａ製高性能Ｅ−ガラスチョップドストランド等級９１０である。
他の実施形態において、フィラーは、フルオロポリマーの曲げ弾性率を修正するための中空ガラスマイクロスフェアを含み、充填したフルオロポリマーの曲げ弾性率が、充填したフルオロポリマーを含むＬＥＤ筺体が取り付けられる材料の曲げ弾性率より大きくなるようにする。有用なガラスマイクロスフェアの一例は、３Ｍ製Ｚｅｅｏｓｐｈｅｒｅｓ（商標）Ｃｅｒａｍｉｃ ＭｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓのＷ−２１０等級である。
４．３フルオロポリマーの熱特性を修正するためのフィラー
一実施形態において、フルオロポリマーは、フルオロポリマーの熱伝導率を修正するためのフィラーを含む。
固体フルオロポリマーは、典型的に、約０．２４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、一方、他の実施形態においては、ＬＥＤ筺体が取り付けられる金属フレーム１００を含むことができる金属、例えば、銅は、約３８６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。このように、フルオロポリマーは、ＬＥＤ素子を含む他の材料に対して断熱性である。ＬＥＤ筺体が、高輝度ＬＥＤチップを含む実施形態において、過剰の熱の蓄積による損傷からＬＥＤチップを保護するために、筺体は、ＬＥＤチップから離れたＬＥＤチップにより生成される熱を消散するのが好ましい。
このように、ある実施形態においては、フィラーを用いて、フルオロポリマーの熱伝導率を修正し、充填したフルオロポリマーの熱伝導率によって、ＬＥＤチップから離れたＬＥＤチップにより生成された熱をより効率的に消散するようにすることができる。
ポリマーの熱伝導率を修正するための従来公知のフィラーが、フルオロポリマーの熱伝導率を修正するのにここでも想定される。有用なフィラーとしては、フルオロポリマーの光学および機械特性を修正するのに有用として本明細書に開示された前述のものが挙げられる。このように、フルオロポリマーの熱伝導率を修正するのに有用なフィラーとしては、金属塩、金属水酸化物、金属酸化物、金属（または金属合金）粉末、金属酸化物およびその他の金属含有化合物、半金属酸化物およびその他の半金属含有化合物、有機ポリマー等またはこれらのブレンドが挙げられる。
本明細書に記載した概念を、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定しない以下の実施例にさらに記載する。
実施例１
Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ３４０ポリマー（ＤｕＰｏｎｔより入手可能なフルオロポリマー）を、１０重量％のＴｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）Ｒ９００二酸化チタン（ＤｕＰｏｎｔより入手可能）と乾式混合した。この混合物を、内径１．５インチで、スクリュー先端にサクソン混合セクションを有するブラベンダー単軸押出し機より供給した。スクリューＲＰＭは、３０〜１００であった。押出し機温度プロフィールは、入口で３１６℃（６００°Ｆ）〜出口で３８２℃（７２０°Ｆ）であった。押出し機の溶融フルオロポリマーの温度プロフィールは、入口の３４３℃（６５０°Ｆ）〜４１６℃（７８０°Ｆ）であった。押出し物ストランドを、押出し機出口でカッターにより切断してペレットを形成する。押出しフルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率は、９６％である。ペレットを射出成形して（標準ＰＦＡ射出成形条件下で）、ＬＥＤ筺体を作製する。
概要または実施例に上述した動作の全てが必要ではなく、具体的な動作の一部は必要ないこともあり、１つ以上のさらなる動作を、説明したものに加えて実施してもよいことに留意する。さらに、動作を示した順番は、必ずしも、実施する順番ではない。
上述の明細書において、特定の実施形態を参照して、概念を説明してきた。しかしながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができる。従って、明細書は、限定的な意味でなく、例示と考えられ、かかる修正は全て、本発明の範囲内に含まれるものとされる。
利益、その他の利点および問題解決策を、特定の実施形態に関して上述してきた。しかしながら、生じる、またはより顕著となる利益、利点、問題解決策、および何らかの利益、利点または解決策を生じるであろう何らかの特徴は、特許請求の範囲のいずれかまたは全ての重要、必要または不可欠な特徴とは解釈されない。
特定の特徴はまた、明瞭にするために、別個の実施形態で記載されているが、単一の実施形態において組み合わせで提供されてもよいものと考えられる。反対に、簡潔にするために、単一の実施形態で記載された様々な特徴は、別個に、または任意のサブコンビネーションで提供されてもよい。さらに、範囲で示された値を示すとき、その範囲内のあらゆる値が含まれる。

Claims (18)

  1. 発光ダイオードチップを支持し、前記発光ダイオードチップから放出される光の少なくとも一部を反射する、フルオロポリマーを含む発光ダイオード筺体。
  2. 請求項１に記載の発光ダイオード筺体により支持される発光ダイオードチップを含む、発光ダイオード。
  3. 前記発光ダイオード筺体が、前記発光ダイオード筺体を構成する全材料の重量を基準として、少なくとも約３０重量％のフルオロポリマーを含む、請求項１に記載の発光ダイオード筺体。
  4. 前記フルオロポリマーが、溶融処理可能な半結晶パーフルオロポリマーを含む、請求項１に記載の発光ダイオード筺体。
  5. 前記フルオロポリマーが、前記フルオロポリマーに分散したフィラーをさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオード筺体。
  6. 前記フィラーが、可視光の散乱体を含む、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  7. 前記可視光の散乱体が、白色顔料を含む、請求項６に記載の発光ダイオード筺体。
  8. 前記白色顔料が、二酸化チタンを含む、請求項７に記載の発光ダイオード筺体。
  9. 前記白色顔料の量が、前記フルオロポリマーおよび前記白色顔料の総合重量を基準として、約０．１〜約４０重量パーセントである、請求項７に記載の発光ダイオード筺体。
  10. 前記発光ダイオード筺体の３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率が、少なくとも約９５％である、請求項７に記載の発光ダイオード筺体。
  11. 前記フルオロポリマーの３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲にわたる明所視反射率が、少なくとも約８０％である、請求項１に記載の発光ダイオード筺体。
  12. 前記フィラーが、前記フルオロポリマーの曲げ弾性率を修正する、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  13. 前記フィラーが、前記フルオロポリマーの線熱膨張率を修正する、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  14. 前記フィラーが、前記フルオロポリマーの熱伝導率を修正する、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  15. 前記フィラーの量が、前記フルオロポリマーおよび前記フィラーの総合重量を基準として、約１〜約７０重量パーセントである、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  16. 前記フィラーが、ガラス繊維を含む、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  17. 前記フィラーが、中空ガラスマイクロスフェアを含む、請求項５に記載の発光ダイオード筺体。
  18. 前記フルオロポリマーが、発光化合物をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオード筺体。
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