JP2012502122A

JP2012502122A - 発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2012502122A
Application number: JP2011525452A
Authority: JP
Inventors: アンドレア・マイヤー−リヒター; ロルフ・ヴェーアマン; ミヒャエル・エアケレンツ; アンケ・ボウマンス
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2012-01-26
Also published as: CN102144016A; EP2324097A1; US20110278614A1; WO2010025876A1; KR20110050552A

Abstract

本発明は、特定の濃度範囲内で特定の無機変換顔料を含有するプラスチック組成物に関し、また、成型プラスチック製品、例えば該組成物製の成型プラスチック製品／プラスチック片を製造することに適し、さらには、該成型プラスチック製品を具備する発光素子に関する。

Description

本発明は、プラスチック成形品と併用されるプラスチック成形体と、該プラスチック成形体のキャビティ内に配設される例えば青色ＬＥＤ（発光ダイオード）または紫外線ＬＥＤとを具備し、白色光をもたらすことができる発光素子に関する。

更に本発明は、例えばこのようなプラスチック成形体の製造に適し、特定の濃度範囲内で特定の無機変換顔料を含有するプラスチック材料組成物に関する。

人間環境において照明（周囲照明）を使用するために、照明産業は、良好な色再現性を備える白色光を生じさせる光源にとりわけ関心を示している。なぜならば、白色光は最も自然光に近いからである。

無機ＬＥＤ（発光ダイオード）とＬＥＤＤＩＥ（ＬＥＤチップ）は、長寿命で、サイズが小さく、振動に対する影響を受けにくく、および狭帯域スペクトル発光をもたらすものとして認識されている。低いエネルギー消費のために、特にＬＥＤのみならずエレクトロルミネセント・ランプも、近年、光源として益々注目されている。

ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥ自体によりもたらすことのできない発光色は、外部色変換手段を介してもたらされる。いわゆる変換物質または変換顔料が、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥの周囲に施される。吸収された輻射線は、変換顔料を光ルミネッセンスに励起させる。原理上は、有機または無機顔料が変換顔料として使用できる。

しかしながら、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥなどの無機光源は、単色光、すなわち単一のスペクトル色光しか発光できないという欠点を有する。ＬＥＤの場合、これらの色は、特にブルー、グリーン、イエロー、オレンジ、レッド、バイオレットのスペクトル色または単色性ＵＶ光（ＵＶ-ＬＥＤ）であり、エレクトロルミネセント・ランプの場合、これらの色はブルー、グリーンまたはオレンジのスペクトル色である。更なる補助なく白色光を発光するＬＥＤは、技術的に不可能である。

この欠点を改善するために、ＬＥＤをベースとする白色光源が、様々な方法で製造されている。

基本的に、単色性の発光素子と有機変換顔料および無機変換顔料を併用することで、白色光がもたらされる。例えば、発光素子と変換顔料とを併用することが適当である。

従って、放射される白色光の色（光温度）は、変換顔料、該顔料濃度、および発光素子の波長に基づく。放射される光の均質性は、発光素子または発光装置上に分散した変換顔料の均一性により決定される。

例えば、変換顔料はＬＥＤのブルー光の幾分かを吸収することによりイエロー光を放射できる。残存するブルー光と変換顔料層によりもたらされたイエロー光の加法混色が白色光をもたらす。

原理上、ＣＩＥ１９３１色度図における色度座標は、ブルーＬＥＤの色度座標と変換顔料の色度座標の間の直線上に位置する。使用されるブルーＬＥＤは、２４０〜５１０ｎｍ、３００〜５００ｎｍ、特に４００〜４９０ｎｍ、就中４５０ｎｍ〜４８０ｎｍ、特に４６０〜４７０ｎｍで発光ピークを有する。とりわけ好ましい場合、発光ピークは４６０ｎｍ〜４７０ｎｍの間、好ましくは４６４ｎｍである。

白色光をもたらす方法は、いわゆる分配法と称される（ＶＤＩレポートno.２００６および２００７参照）、粘性を有する透明シリコーンとイエロー燐光物質若しくはグリーン燐光物質を混合させ、該混合物を、ブルーＬＥＤＤＩＥへ液滴形態（グロブ・トップ）で塗布する「グロブトップ流延法」である。

別の方法は、上述した方法に類似した方法でおこなわれ、この場合、複数の燐光物質または種々の適当な燐光物質の混合物が使用される。

最初に記載した方法の別の変形例として、「ＲＧＢ燐光物質」（三色燐光物質）と共にＵＶ-ＬＥＤを使用することもできる。しかし、この変形例はあまり使用されない。なぜならば、ＵＶ-ＬＥＤ／ＬＥＤＤＩＥは極めて高価であり、光収率があまり高くないからである。

別の変形例の場合、ＬＥＤを一体成型する前にスプレーコーティングを用いることにより、燐光物質がＬＥＤＤＩＥへ施される。この方法は極めて複雑であり、クリーンルームの条件下、高価な装置を用いることによってのみ行うことができる。

既知の方法の場合、変換顔料は分散液中で不規則かつ不均一に分散しており、該分散液からもたらされる層を使用するので、結果的に、変換された光は不均一に放射される。人間の目は白色光の色差に対して特に敏感であるので、的確なスペクトル色（光温度）のＬＥＤを得るためには、発光素子のソーティング（ビニング）が重要である。それに続くソーティング処理は、極めて多くの資源およびコストを必要とする。なぜならば、個々の発光素子を比較し、発光スペクトル色に従って選別／分類しなければならないからである（www.ledmagazine.com/news/5/2/11参照)。

別の既知の方法の場合、異なる色の発光ダイオード、例えばブルーおよびイエロー（２つのＬＥＤ）、またはレッド、グリーンおよびブルー（ＲＧＢ）を組合せることにより、結合光が白色光をもたらす。しかしながら、光を良好に混合させるためには更なる光学部材を必要とする。

実用的な理由から、多くの場合、種々の着色ＬＥＤチップが構成部品内へ導入されている。この方法は、幅広く利用されているが、極めて複雑であり、付加的な電子機器を使用するために高価となる。

ＶＤＩレポートno.２００６および２００７ www.ledmagazine.com/news/5/2/11

従って、本発明の目的は、先行技術の上述した欠点を克服することであり、また、本発明は、発光素子において、変換された光の不均一な放射を妨げるプラスチック組成物を提供し、特に、該組成物を含有する成形品を提供する。更に、任意な形態においても単純かつ安価に製造でき、エネルギー消費が少なく、外的影響に無反応である発光素子が提供される。

光の均一性と同様に、十分に高い散乱光強度をもたらすことも重要である。本発明の範囲において、散乱光は、光源／ＬＥＤ面から生じる非散乱光の垂線方向に対し２０°若しくは４５°の角度内で検出できる光であり、この場合、２０°の角度において、０.７よりも大きく、好ましくは０.８５よりも大きい相対散乱光強度が得られ、４５°の角度において、０.４より大きく、好ましくは０.５５よりも大きい相対散乱光強度が得られる。

本発明によるプラスチック組成物、および本発明によるプラスチック組成物から形成される透明または半透明なプラスチック成形品、特に透明または半透明なカバーシート若しくはフィルム、並びに前記プラスチック成型品を使用する本発明による発光素子を用いることにより、これらの目的および他の目的を達成できる。このことは、本発明における以下の詳細から、当業者に明らかとなるであろう。

従って、本発明は、特定の濃度範囲で特定の変換顔料（Ｋ）を含有するプラスチック組成物（Ｚ）および、該プラスチック組成物（Ｚ）を含有する透明または半透明なプラスチック成形品、例えば透明または半透明なプラスチックシート若しくはフィルム、特に発光素子において使用可能な基板（Ａ）を提供する。

また、本発明は、表面上の少なくとも一部にＬＥＤ若しくはＬＥＤＤＩＥを具備する１個または複数個のキャビティを有するプラスチック成型体（以下、基板Ｂと称する）と、該成型体の該キャビティ側を少なくとも部分的に被覆し、所望により、更なる接着促進剤または接着層により該基板Ｂに接合される本発明による基板Ａから製造され、特に白色光を放射する発光素子を提供する。

基板Ａおよび、所望により、キャビティを有する基板Ｂは、光散乱粒子を付加的に含有してもよくおよび／または光を散乱させるような構造を有してもよい。

更に、本発明は、本発明による発光素子を製造する以下の工程ａ）〜ｃ）を含む方法を提供する：
ａ）１または複数のキャビティを有する基板Ｂを製造し、
ｂ）電気的に相互に接続させた１または複数のＬＥＤ、好ましくはＬＥＤＤＩＥを該キャビティへ装備させ、
ｃ）変換顔料Ｋを含有する透明または半透明なプラスチック成形品、例えばフィルムまたはシートである基板Ａを、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを装備したキャビティを少なくとも部分的に被覆するようにして貼り合せる。

本発明の範囲内において「被覆」または「被覆する」という用語は、利用される光が、変換顔料を含有する基板Ａまたは成形体を介して放射されることにより、該光が部分的に色変換されることを意味する。基板Ａは、発光素子の前方、またはエレクトロルミネッセンス素子、１または複数のＬＥＤ、好ましくはＬＥＤＤＩＥを装備する１または複数のキャビティを有する基板Ｂの前方に、直接若しくは一定の距離を保って備え付けることができる。該基板は、透明な接着剤／接着促進剤を用いて発光素子に直接貼り合わせることができ、または例えば、接着または機械的締結などにより、発光素子が配設されるハウジングまたは成形体に取り付けることができ、あるいは発光素子が配設される基板または可撓性導体に取り付けることができる。

発光素子（例えばＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥ）と基板Ａの間に、１または複数の実質的に透明な接着層、フィルム層または空気層を設けてもよい。

また、基板Ａを、基板Ｂの外周部に部分的又は完全に配列させてもよい。好ましくは、基板Ａおよび基板Ｂの製造は、配合工程および射出成型工程または押出し工程で行われる。該製造工程は再現可能であり、規格品を成形できる。

本発明の本質となるものは、均質な態様でＬＥＤ光を光変換すると共に光散乱させ、特定の濃度（濃度Ｂ）で特定の変換顔料Ｋを含有する、本発明によるプラスチック材料組成物（以下「組成物Ｚ］と称する場合がある）である。

本発明による組成物Ｚは、例えば、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを具備する成形体と併用され、例えば上述の発光素子において使用される基板Ａの製造に適している。この発光素子は、本発明による組成物を有利に使用できる方法の１例に過ぎない。更なる可能性は、ＬＥＤを具備する発光素子の技術分野における当業者によって明らかにされるであろう。変換顔料Ｋを含有する基板Ａ、例えば本発明によるフィルムまたはシートを、ＬＥＤ-光源と観察者の間に配設することが重要である。更に、変換顔料Ｋを、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを具備する基板Ｂに存在させてもよい。

本発明による発光素子は、１または複数のキャビティが付与されるプラスチック成型体（基板Ｂ）を具備する。該キャビティは、電気的に相互に接続させたＬＥＤ、好ましくはＬＥＤＤＩＥを装備する。接着層の態様で接着促進剤として所望により塗布される、シリコーンまたはポリウレタンを基剤とする流延材料と共に、ＬＥＤまたはＬＩＤＤＩＥを備えるプラスチック成型体を成形させてもよい。次いで、均一に分散させた変換顔料Ｋを含有し、光散乱特性を有する基板Ａを貼り合わす。

有機顔料および無機顔料は共に、変換顔料Ｋとして適当である。本発明の範囲内における変換顔料は、２種以上の異なる変換顔料の混合物であってもよい。

驚くべきことに、変換顔料Ｋの含量が７〜２０ｗｔ％、好ましくは１０〜１５ｗｔ％の濃度範囲である場合、組成物Ｚは光変換および光散乱性基板の製造に最も適することが判明した。これらの下限値および上限値を超えると、本発明の本質的な目的に関連する組成物Ｚの特性を低減させてしまう。

使用できる有機顔料には、例えば以下のものが含まれる：いわゆる昼光顔料、例えばサワダ社製のＴシリーズまたはＦＴＸシリーズなど、シンロイヒ社製の昼光発光顔料（daylight luminescent pigment)、例えば、FZ-2000シリーズ、FZ-5000シリーズ、FZ-6000シリーズ、FZ-3040シリーズ、FA-40シリーズ、FA-200シリーズ、FA-000シリーズ、FM-100、FX-300またはSB-10など。

無機顔料として使用できる物質は、ガーネットまたは酸化窒化物、例えば、Ceを添加した(Y, Gd, Lu, Tb)_３(Al, Ga)_５O_１２、Euを添加した(Ca, Sr, Ba)_２SiO_４、Ceを添加したYSiO_２N、Ceを添加したY_２Si_３O_３N_４、Ceを添加したGd_２Si_３O_３N_４、Ceを添加した(Y, Gd, Tb, Lu)_３Aｌ_５-xSixO_１２-xNx、Euを添加したBaMgAl_１０O_１７、Euを添加したSrAl_２O_４、Euを添加したSr_４Al_１４O_２５、Euを添加した(Ca, Sr, Ba)Si_２N_２O_２、Euを添加したSrSiAl_２O_３N_２、Euを添加した(Ca, Sr, Ba)_２Si_２N_８、Euを添加したCaAlSiN_３など；モリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジウム酸塩、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムの窒化物および／または酸化物であり、これらを単独で使用する場合またはこれらの混合物を使用する何れの場合においても、１または複数の活性化イオン、例えばCe、Eu、Mn、Cr および／または Biなどが併用される。

特に好ましくは、本発明による変換顔料Ｋは、０ｐｐｍより高い濃度でSi、Sr、Ba、CaおよびEuを含有すると共に、５０ｐｐｍ以下（但し、０ｐｐｍも含む）の濃度でAl、Co、Fe、Mg、Mo、Na、Ni、Pd、P、Rh、Sb、TiおよびZrを含有する無機顔料である。

プラスチック組成物Ｚおよび基板Ａは共に、基剤として好ましくは透明なポリマー材料を含有する。好ましくは、該ポリマー材料は以下のものから成るプラスチック材料の群から選択される：ポリオレフィン、例えばポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）など、ポリエステル、例えばポリアルキレンテレフタレート、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）など、シアノアクリレート（ＣＡ）、セルローストリアセテート（ＣＴＡ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、硝酸セルロース、および上記ポリマーに係る少なくとも２種類のモノマーのコポリマー、並びにこれらのポリマーの２種または複数種の混合物。

本発明の範囲に含まれる適当なポリカーボネートは、既知である全てのポリカーボネートである。これらは、ホモポリカーボネート、コポリカーボネートおよび熱可塑性のポリエステルカーボネートである。

好ましくは、適当なポリカーボネートは、１００００〜５００００、好ましくは１４０００〜４００００、特に１４０００〜３５０００の平均分子量（Ｍｗ）を有する（ジクロロメタン中またはフェノール／ｏ−ジクロロベンゼンの等重量混合物中で溶液の相対粘度を測定し、光散乱により較正することによって決定される）。

好ましくは、ポリカーボネートは、文献に様々な記載がされている界面法、または溶融エステル交換法によって調製される。界面法に関する文献には以下のものが含まれる：例えば、Ｈ.シュネル著「ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓｏｆＰｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｓ」、ＰｏｌｙｍｅｒＲｅｖｉｅｗｓ，第９巻、インターサイエンスパブリッシャーズ、ニューヨーク、１９６４年、第３３頁以下、ＰｏｌｙｍｅｒＲｅｖｉｅｗｓ，第１０巻「界面法および溶液法による縮合ポリマー」ポールＷ.モーガン著、インターサイエンスパブリッシャーズ、ニューヨーク、１９６５年、第８章、第３２５頁、ドレス.Ｕ.グリゴ、Ｋ.キルヒャーおよびＰ.Ｒ.-ミューラー著「ポリカーボネート」ベッカー／ブラウン、「プラスチックハンドブック（Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ）」第３／１巻、「ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエステル、セルロースエステル」カールハンサーバーグ社、ミュンヘン、ウィーン、１９９２年、第１１８頁〜第１４５頁、および欧州特許出願公開第０５１７０４４号Ａ明細書。

溶融エステル交換法は、例えば「高分子科学工学百科事典（ＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ）」第１０巻（１９６９年），「ポリカーボネート化学および物理」ＰｏｌｙｍｅｒＲｅｖｉｅｗｓ，Ｈ．シュネル，第９巻，ＪｏｈｎＷｉｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ，Ｉｎｃ．（１９６４年）、ならびに独国特許第１０３１５１２号Ｂ明細書および米国特許第６２２８９７３号Ｂ明細書に記載されている。

好ましくは、ポリカーボネートは、ビスフェノール化合物と炭酸化合物、特にホスゲンとを反応させることにより調製されるか、あるいは溶融エステル交換法の場合、ビスフェノール化合物とジフェニルカーボネート若しくはジメチルカーボネートから調製される。ビスフェノールＡに基づくホモポリカーボネートと、ビスフェノールＡモノマーおよび1,1-ビス-（４-ヒドロキシフェニル）-3,3,5-トリメチルシクロヘキサンモノマーに基づくコポリカーボネートが特に好ましい。ポリカーボネートの合成に使用できる別のビスフェノールおよびジオール化合物は、とりわけ、国際特許出願公開第２００８０３７３６４号Ａ明細書（第７頁１.２１〜第１０頁１.５まで）および、欧州特許出願公開第１５８２５４９号Ａ明細書（［００１８]〜[００３４]）、国際特許出願公開第２００２０２６８６２号Ａ明細書（第２頁１.２０〜第５頁１.１４まで）、および同第２００５１１３６３９号Ａ明細書（第２頁１.１〜第７頁１.２０まで）に記載されている。

ポリカーボネートは直鎖状であってもよく、分枝鎖状であってもよい。分枝鎖状のポリカーボネートと、非分枝鎖状のポリカーボネートの混合物を使用してもよい。

ポリカーボネート用の適当な分枝剤は文献において既知であり、以下の文献に開示されている：例えば、特許明細書の場合、米国特許第４１８５００９号Ｂ明細書、独国特許出願公開第２５０００９２号Ａ明細書（本発明における3,3-ビス-4-ヒドロキシアリール-オキシインドール、何れの場合も明細書全体を参照されたい）、独国特許出願公開第４２４０３１３号明細書（第３頁１.３３〜第３頁１.５５参照）、独国特許出願公開第１９９４３６４２号Ａ明細書（第５頁１.２５〜第５頁１.３４参照）、および米国特許第５３６７０４４号Ｂ明細書、並びにそれらに記載された参考文献。さらに、使用されるポリカーボネートは、本質的に分枝鎖状であってもよく、この場合、ポリカーボネートの調製に際し分枝剤を添加しなくてもよい。本質的な枝分かれの例は、いわゆるフリース構造であり、欧州特許出願第１５０６２４９号明細書において、溶融ポリカーボネートに関する記載がある。

ポリカーボネートの調製に際し、連鎖停止剤を付加的に使用してもよい。フェノール、例えばフェノールなど、アルキルフェノール、例えばクレソールおよび４-ｔｅｒｔ-ブチルフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、クミルフェノールまたはこれらの混合物が、連鎖停止剤として好ましく使用される。

プラスチック材料は、添加剤、例えば紫外線吸収剤、常套の加工助剤、特に離型剤および流動性向上剤、安定剤、特に熱安定剤、帯電防止剤、光学的光沢剤または着色剤などを更に含有してもよい。本発明の範囲内における着色剤は、有機顔料および無機顔料並びにプラスチック材料に可溶する染料である。

特定の実施態様において、組成物Ｚは、冷延伸可能(cold-stretchable)なプラスチック組成物である。この性質は、特に、プラスチック材料の軟化温度よりも低い処理温度で等高圧成型法(isostatic high-pressure forming)により、三次元に形成されたフィルム素子が製造される場合に必要である。適当な冷延伸性プラスチック材料は、例えば、欧州特許出願公開第０３７１４２５号Ａ明細書に記載されている。熱可塑性材料およびデュロプラスチック（duroplastic)は共に、少なくとも部分的に透明な冷延伸性プラスチック材料が使用できる。室温および使用温度で、低いレジリエンス(resilience)またはレジリエンスを示さない冷延伸性プラスチック材料を使用することが好ましい。特に好ましいプラスチック材料は、以下のものから成る群から選択される少なくとも１種の材料である：ポリカーボネート、好ましくはビスフェノールＡに基づくポリカーボネート、ポリエステル、特に芳香族ポリエステル、例えばポリアルキレンテレフタレート、ポリアミド、例えばＰＡ６またはＰＡ６,６型、高強度「アラミドフィルム」、ポリイミド、例えばポリ-（ジフェニルオキシドピロメリットイミド）に基づくフィルム、ポリアリレート、有機熱可塑性セルロースエステル、特に、それらのアセテート、プロピオネートおよびアセトブチレート。ビスフェノールＡに基づくポリカーボネートが、プラスチック材料として特に好ましく使用される。バイエル・マテリアルサイエンス・ＡＧ社製の、「Ｂａｙｆｏｌ」（登録商標）ＣＲ（ポリカーボネート／ポリブチレンテレフタレートフィルム）、「Ｍａｋｒｏｆｏｌ」（登録商標）ＴＰまたは「Ｍａｋｒｏｆｏｌ」（登録商標）ＤＥの商品名を有するフィルムが特に好ましい。その後、このような成形フィルムは、例えばＬＥＤ／ＬＥＤＤＩＥを有する成型体に接着接合、貼合せまたは取り付けられる。

特定の実施態様において、少なくとも１種の冷延伸性プラスチック組成物から成る基板Ａは、プラスチック成形品、特にフィルムまたはシートである。変換顔料Ｋが、本発明による濃度で組成物Ｚ中に存在することに起因して、基板Ａは、すでに良好な散乱特性を有している。更なる散乱添加剤を補助的に添加することにより、光散乱特性を更に付与してもよい。

光散乱特性は、成型体または成形品および／またはフィルム／シート内へ導入される光拡散粒子、例えばガラス球、ガラス繊維、金属酸化物、ＳｉＯ_２、鉱物、または散乱性の有機添加剤、例えばコア-シェルアクリレート若しくは非相溶性ポリマーのブレンドなどの形態、並びに組成物Ｚの内部構造によりもたらすことができる。該粒子は入射光に対する散乱中心として機能し、該入射光を、プラスチック成型品、特にフィルム／シートの表面に急角度で到達させ、該入射光を全反射させることなく結合させるような態様で散乱させる。同様な効果が、入射光を散乱させる界面を形成するガスを封入することにより、もたらすことができる。粒子は、蛍光体を同様に含有してもよい。

組成物Ｚは、当業者に既知である別の常套なプラスチック添加剤を含有でき、例えば国際特許出願公開第９９／５５７７２号明細書（第１５頁〜第２５頁）、欧州特許出願公開第１３０８８０４号Ａ明細書、「プラスチック添加剤ハンドブック」の関連章（Hans Zweifel、第５版、２０００年、ハンサー・パブリッシャーズ、ミュンヘン）に記載されている。

好ましくは、基板Ｂも同様に、プラスチック材料、特に上述したポリマーの１種または複数種から製造され、所望により、上述した添加剤をさらに含有する。

基板Ａおよび基板Ｂの何れにおいても、更なる散乱特性を付与させるために、光散乱粒子を表面に取り込むことにより、基板表面を構造化させてもよい。粒子は表面上の散乱中心として機能し、入射光を結合させない。

溝、丸溝、うねおよび／または穴により基板、特に基板Ａの表面を構造化させてもよい。この種の表面構造の場合、表面上に散乱中心が形成される１または複数のレンズ形素子がその表面にもたらされるレンチキュラー構造も可能である。

無機発光素子若しくは有機発光素子（ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥ）は、基板Ａにより全体的又は部分的に被覆される。この場合、基板Ａは厚さｄを有している。以下の関係下にある場合、基板Ａによる効果的な光の変換と均質な光の散乱がもたらされることが判明した。

変換顔料の濃度（ｗｔ％）×厚さｄ（ｍｍ）＝１２〜３０、好ましくは１５〜２５（ｗｔ％×ｍｍ）。

ここで、ｗｔ％は全組成に関連し、この場合基板Ａの全組成に関連する。

既に記載したように、本発明の範囲内において「被覆」または「被覆する」という用語は、利用される光が変換顔料を含有する基板Ａまたは成形体を介して放射されることにより、該光が部分的に色変換されることを意味する。基板Ａは、発光素子の前、あるいはエレクトロルミネッセンス素子、１または複数のＬＥＤ、好ましくはＬＥＤＤＩＥを装備する１または複数のキャビティを有する基板Ｂの前方に直接若しくは一定の距離を保って備え付けることができ、該基板は、透明な接着剤／接着促進剤を用いて発光素子に直接貼り合わせることができ、または例えば、接着または機械的締結などにより、発光素子が配設されるハウジングまたは成形体に取り付けることができ、あるいは発光素子が配設される基板または可撓性導体に取り付けることができる。

また、基板Ａを、基板Ｂの外周部に部分的又は完全に配列させてもよい。

発光素子は、１または複数のＬＥＤ、ＬＥＤＤＩＥまたはエレクトロルミネッセンス素子であってもよい。

発光素子の最終的な色温度は、変換顔料または変換顔料混合物の性質、変換顔料の充填度、基板Ａ若しくは成型体の幾何学的形態、および発光素子が本来備える発光波長によって決定される。この色温度は、個々の処理条件に応じて決定され、再現される。

変換顔料を含有する基板Ａおよび／または成型体（基板Ｂ）を製造するために、まず、変換顔料Ｋを、透明または半透明なプラスチック材料内へ混合させる。混合は既知の方法、例えば配合などにより行われるか、またはポリマー材料と共に変換顔料を溶解させ、濃縮させることにより行われる。

変換顔料Ｋを含有する、基板Ａおよびそのプラスチック成形品並びに基板Ｂおよびそのプラスチック成形品は、既知の方法、例えば射出成型、押出成型、共押出成型、ブロー成型または深絞り成型により、変換顔料を含有するプラスチック材料から製造できる。フィルムは、流延または他の既知のコーティング法により溶液から製造できる。変換顔料を含有するフィルムおよびキャリアのラミネートも使用できる。

キャスティング法、印刷法、噴霧法により、変換顔料およびプラスチック材料の溶液を適当な基板へ施してもよい。

粒子、例えばガラス球、あるいはガラス繊維、金属酸化物、ＳｉＯ_２若しくは鉱物、または有機散乱剤を取り込むことにより内部構造化を行うために、プラスチック材料へ添加剤を添加する常套の方法、例えば、配合法が使用される。ガス封入法による内部構造化の場合、常套の方法が使用され、例えば、フォーム形成法が使用できる。

基板Ａおよび／または基板Ｂの表面を構造化させる場合、第１段階において、溶媒中に粒子を懸濁させ、次いで、力学的手段若しくは装置、例えばスタンプまたは印刷機により、該懸濁液を基板表面へ施す。その結果、粒子および溶媒が接触する表面領域が膨潤する。次いで、該溶媒を蒸発させる。最後に、基板Ｂまたは基板Ａは、溶媒が完全に蒸発するまで調質される。

基板Ａおよび／または基板Ｂの表面構造化は、研削、引掻き、剥離、切断、穿孔、しぼ付け、スタンピング、レーザー切断、ドットマトリックス印刷または、結果的に表面の局所的な変形または表面構造を変化させる他の機械的な方法により行うことができる。表面は、溶媒を用いるエッチングにより化学的に構造化させてもよい。

好ましくは、フィルムまたはレンズと一体化させたフィルムとしての基板Ａは、１０μｍ〜３０００μｍ、好ましくは７０μｍ〜１５００μｍ、特に好ましくは１００μｍ〜１０００μｍ、最も好ましくは１２５μｍ〜７５０μｍの厚さを有する。

好ましくは、押出シートまたはレンズと一体化させた押出シートとしての基板Ａは、１０００μｍ〜３００００μｍ、好ましくは１２００μｍ〜１５０００μｍ、特に好ましくは１５００μｍ〜１００００μｍの厚さを有する。

本発明によるプラスチック組成物Ｚは、例えば、屋内および屋外部門、特に輸送分野、例えば動力車、航空機および船舶におけるＬＥＤランプ、照明装置および発光体、並びに居住空間および作業空間用の内部照明、展示スタンド建造物および店舗設営部門におけるＬＥＤ背面光ユニットおよび家具工業、例えばキッチン、ベッドルーム等のアクセント照明におけるランプ、照明装置および発光体などに使用される、例えば成型体、シート若しくはフィルムに使用できる。

特定の実施態様において、ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを具備する１または複数のキャビティを表面上の少なくとも一部に有する基板Ｂを具備し、特に白色光を放射する発光素子で使用される基板Ａが、プラスチック組成物Ｚから製造される。このような態様において、本発明に係る基板Ａは、キャビティを有する基板Ｂの該キャビティ側を少なくとも部分的に被覆し、所望により、接着層を用いることで基板Ｂまたは該キャビティ内に配設されたＬＥＤ若しくはＬＥＤＤＩＥへ接合できる。

図１および図３は、例えば、白色ＬＥＤ光を生じる機構を示す。基板Ｂ（１）は、例えばブルーＬＥＤまたはＬＥＤ-ＤＩＥ（５）を具備するキャビティ（７）を有する。透明なキャスティング化合物または接着層（２）は、基板Ｂ（１）と、変換顔料（６）を含有してＬＥＤ／ＬＥＤ-ＤＩＥ（５）を保護する基板Ａ（３）との間の接着促進層として機能する。基板（Ａ）は、フィルム形態（図１）であるか、集光特性を有するフィルム形態、例えばマイクロレンズ（８）（図３）である。

あるいは、層（２）は空気層であり、基板Ａは、保持手段により、基板ＢおよびＬＥＤの前方に間隔を設けて配設されてもよい。

図２および図４において、例えばＬＥＤの白色光を生じる発光素子は、キャビティ（７）および例えばブルーＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥ（５）を備える成型体（１）と、保護および熱管理用のキャスティング化合物、プラスチック板、セラミック板若しくは金属板（４）とを具有する。透明なキャスティング化合物または接着層（２）は、変換顔料（６）を含有する基板Ａ（３）用の接着促進層として機能する。基板Ａ（３）は、フィルム形態（図２）であるか、集光特性を有するフィルム形態（例えばマイクロレンズ（８））(図４)である。

図５は、ＬＥＤが配設されたキャビティ（７）を具備する成型体（１）における別の実施態様を示す。この場合、該成型体（１）は、組成物Ｚから成り、基板Ａに相当する。キャスティング化合物、プラスチック板、セラミック板若しくは金属板（４）は、保護層および熱管理層として機能する。

本発明による別の実施態様において、例えば、表面の少なくとも一部にＬＥＤ若しくはＬＥＤＤＩＥを備えたキャビティを有するプラスチック成型体と、該キャビティを有する成型体の面を少なくとも部分的に被覆し、所望により接着層を介して該プラスチック成型体へ接着される透明または半透明なプラスチック製のフィルム若しくはシートを具備する発光素子において、該透明または半透明なプラスチックフィルム若しくはシートおよび／または該プラスチック成型体は、その内部に、均一に分散させた変換顔料を含有することを特徴とする。この発光素子は、屋内および屋外部門、特に輸送分野、例えば動力車、航空機および船舶におけるＬＥＤランプ、照明装置および発光体、並びに居住空間および作業空間用の内部照明、展示スタンド建造物および店舗設営部門におけるＬＥＤ背面光ユニットおよび家具工業、例えばキッチン、ベッドルーム等のアクセント照明におけるランプ、照明装置および発光体などに使用できる。

本発明による発光素子の製造方法は、以下の工程を含む：
ａ）キャビティを備えるプラスチック成型体を製造し、
ｂ）電気的に相互に接続させたＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを該キャビティへ装備させ、
ｃ）所望により接着促進層を施し、
ｄ）透明または半透明なプラスチックフィルム若しくはシートを施す、
ただし、透明または半透明プラスチックフィルム若しくはシートおよび／またはプラスチック成型体は均一に分散させた変換顔料を含有する。

本発明による組成物Ｚ、およびこれらに関連した本発明における効果は、以下の実施例により説明される。しかしながら、該実施例は、本発明を限定するものではない。

本発明による組成物Ｚの調製に使用される成分：

ポリカーボネート成分Ａ
Makrolon３１０８（バイエルＡＧ社（レバークーゼン）製の、直鎖状ビスフェノールＡを基剤とするポリカーネート；３００℃、荷重１.２ｋｇの条件下、ＩＳＯ１１３３に従い決定したメルトボリュームフローレート（ＭＶＲ）は６.０ｃｍ^３／１０分を示し、荷重５０Ｎ、１時間あたり５０℃の昇温率でＩＳＯ３０６に従い測定したビカー軟化温度は１４９℃を示し、ならびに、２３℃、試験片の厚さが３ｍｍの条件下、ＩＳＯ１７９／１ｅＡに従い測定したシャルピーノッチ付き衝撃強さは８０ｋＪ／ｍ^２を示す）。

変換顔料Ｂ
ａ）変換顔料Ｆ５６０；ロイクストフベルグ・ブライトゥンゲン（Leuchtstoffwerk Breitungen）ＧｍｂＨ社（９８５９７、ブライトゥンゲン、ドイツ）製の、平均粒径ｄ_５０が１３.４μｍを示す帯黄色で蛍光性の粉末である、ユウロピウム活性化アルカリ土類オルトシリケート。ユウロピウムに加えて、変換顔料ａ）は、以下に示されるような、更なる化学元素により特徴づけられる。

ｂ）変換顔料Ｆ５６５；ロイクストフベルグ・ブライトゥンゲンＧｍｂＨ社（９８５９７、ブライトゥンゲン、ドイツ）製の、平均粒径ｄ_５０が１２.１μｍを示す帯黄色で蛍光性の粉末である、ユウロピウム活性化アルカリ土類オルトシリケート。ユウロピウムの存在に加えて、変換顔料ｂ）は、以下に示されるような、更なる化学元素により特徴づけられる。

ｃ）変換顔料ＬＰ-７９１２、ロイクストフベルグ・ブライトゥンゲンＧｍｂＨ社（９８５９７、ブライトゥンゲン、ドイツ）製の、平均粒径ｄ_５０が１２.１μｍを示す帯黄色で蛍光性の粉末である、ユウロピウム活性化アルカリ土類オルトシリケート。ユウロピウムの存在に加えて、変換顔料ｃ）は、以下に示されるような、更なる化学元素により特徴づけられる。

表１に示された相対濃度で、粒状の変換顔料Ｂとポリカーボネート成分Ａとを相互に混合させた。該混合物を溶解させ、６０秒間、溶融状態で均質化を行った。この目的のために、１５ｃｍ^３の二軸型小型混練機(micro-compounder)を具備する小型押出機（ＤＳＭ）であるＤＳＭＸＰＬＯＲＥを、溶融温度３１０℃で使用した。次いで、金型温度８０℃の条件下で、押出機を付随させたＴＳ／Ｉ-０１（ＤＳＭ）型の射出成型機を用いて、溶融物を射出成型することにより、厚さｄ＝１５ｍｍのシート状のプラスチック成形品を形成し、該シートを室温まで冷却させた。

成形品の試験
散乱光の角度依存性測定
散乱光の角度依存性測定は、ＤＳＭ射出成型機により製造した厚さ１.５ｍｍのシートを用いて行った。この測定のために、インスツールメント・システム社製のＣＡＳ１４０Ｂスペクトロメーターを備えるＧＯＮ３６０ゴニオメーターを使用した。測定に際し、光源のランプ電流を８.５Ａとした。放射した光を透過する該シートを、光源に対して垂直に配置した。まず、シートの平面に対して垂直な（角度０°）位置における、光源から直線的に出現する光の強度を測定した。次いで、０°〜１８０°の測定角において半円弧状のスパニング(semicircular arc spanning)で散乱光を検出した。相対散乱光強度を決定するために、各測定角において検出した光強度を０°（散乱無し）で測定した光の強度と関連づけた。試験の結果を表１に示す。

Claims

０ｐｐｍより高い濃度でＳｉ、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＥｕを含有すると共に、５０ｐｐｍ以下（但し、０ｐｐｍも含む）の濃度でＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｒｈ、Ｓｂ、ＴｉおよびＺｒを含有する無機変換顔料を７〜２０ｗｔ％含有することを特徴とするプラスチック材料組成物。
０ｐｐｍより高い濃度でＳｉ、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＥｕを含有すると共に、５０ｐｐｍ以下（但し、０ｐｐｍも含む）の濃度でＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｒｈ、Ｓｂ、ＴｉおよびＺｒを含有する無機変換顔料を１０〜１５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料組成物。
プラスチック材料がポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレートおよび／またはポリアミドであることを特徴とする請求項１または２に記載の組成物。
ポリカーボネートが、ビスフェノールＡに基づくホモポリカーボネート、およびビスフェノールＡと1,1-ビス-（４-ヒドロキシフェニル）-3,3,5-トリメチル-シクロヘキサンモノマーに基づくコポリカーボネートであることを特徴とする請求項３に記載の組成物。
プラスチック材料が冷延伸可能なプラスチック材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の組成物。
散乱添加剤および／または着色剤を更に含有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の組成物。
請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック材料組成物を含有する、透明または半透明なプラスチック成型体またはプラスチック成形品。
請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック材料組成物を含有する、透明または半透明なプラスチックシートまたはフィルム。
発光素子における、請求項７に記載の透明または半透明なプラスチック成型体またはプラスチック成形品の使用。
発光素子における、請求項８に記載の透明または半透明なプラスチックシートまたはフィルムの使用。
請求項１に記載の組成物から製造されるプラスチック製の成型体、シートまたはフィルムを具備する発光素子。
プラスチック成形品、特にプラスチック製のシートまたはフィルムが、
ＬＥＤまたはＬＥＤＤＩＥを具備する１個または複数個のキャビティを表面上の少なくとも一部に有するプラスチック成型体の該キャビティ側を、少なくとも部分的に被覆することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
屋内および屋外部門、特に輸送分野、例えば動力車、航空機および船舶におけるランプ、照明装置および発光体、並びに居住空間および作業空間用の内部照明、展示スタンド建造物および店舗設営部門におけるＬＣＤ背面光ユニットおよび家具工業、例えばキッチン、ベッドルーム等のアクセント照明におけるランプ、照明装置および発光体としての請求項１１または請求項１２に記載の素子の使用。