KR20130060302A - 폴리머 조성물，폴리머 조성물의 용도 및 폴리머 조성물을 포함하는 광전자 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 황 함유 화합물용 배리어를 형성하는 폴리머 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 폴리머 조성물의 용도 및 상기 폴리머 조성물을 포함하는 광전자 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리머 조성물, 폴리머 조성물의 용도, 및 폴리머 조성물을 포함하는 광전자 소자에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2010 035 110.5의 우선권을 주장하며, 그 공개 내용이 여기에 참고된다.
본 발명의 실시예의 과제는 개선된 안정성을 가진 폴리머 조성물을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따른 폴리머 조성물에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 실시예들의 과제들은 폴리머 조성물의 용도, 및 폴리머 조성물을 포함하는 광전자 소자를 제공하는 것이다. 이 과제들은 청구항 제10항에 따른 용도 및 청구항 제11항에 따른 광전자 소자에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 실시예들은 종속 청구항에 제시된다.
폴리머 매트릭스, 및 상기 폴리머 매트릭스에 분포되어 있는 ZnO-입자를 포함하는 폴리머 조성물이 제시된다. 폴리머 조성물은 황 함유 화합물용 배리어를 형성한다. 따라서, 황 함유 화합물, 예컨대 H2S 또는 SOX 와 같은 황 함유 부식성 가스에 대해 안정한, 즉 상기 가스 또는 화합물에 대해 낮은 투과성을 갖거나 투과성을 갖지 않는 폴리머 조성물이 제공된다.
그라우팅을 포함하는 LED와 같은 광전자 소자들은 황 함유 첨가제, 예컨대 고무 시일로부터 가스 방출에 노출될 수 있고, 이는 공기 중 습기와 함께 LED의 방출된 방사선과 상호 작용하여 전기적 및 광학적 기능 장애를 일으킬 수 있다. 그 이유는 그라우팅 재료의 습기 및 가스 투과성일 수 있다. 황 함유 화합물이 그라우팅을 통해 침투하면, 예컨대 LED의 전기 콘택팅에서 부식 현상이 나타날 수 있다. 또한, LED의 금속 광 반사기, 예컨대 Ag-반사기에서 반사 특성이 저하될 수 있는데, 이는 무광의 어두운 또는 검은 Ag(Ⅰ) 및/또는 Ag(Ⅱ)-황화물 표면의 형성에 의해 야기된다. 상기 장애는 LED의 광학 품질을 상당히 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 황 함유 화합물에 의해 광 방출 칩의 표면에 침착물이 생길 수 있고, 상기 침착물은 광 강도 또는 휘도를 감소시키거나 또는 방출 특성을 변화시키며, 이는 소자의 수명을 제한할 수 있다.
그라우팅 재료로서 상기 실시예에 따른 폴리머 조성물을 사용함으로써, 그라우팅이 황 함유 화합물에 대해 안정화되므로, 소자의 상기 열화가 줄어들거나 방지될 수 있다.
황 함유 화합물들은 그라우팅과 관련한 상기 메커니즘과 유사하게, 귀금속 입자, 예컨대 Ag 또는 Au를 포함하는 전기 전도성 접착제 내로 그것이 침투하면, 상기 접착제에서 황 침착 및/또는 부식 현상을 일으킬 수 있다. 이러한 전기 전도성 접착제는 예컨대 인쇄 회로 기판 상에 LED의 고정시 또는 기판 상에 에피택시 층들의 고정을 위해 사용될 수 있다. 광전자 소자의 영역에 사용되는 접착층에서 부식 현상은 바람직하지 않은데, 그 이유는 그것이 한편으로는 미적으로 바람직하지 않으며 및/또는 광학 품질을 낮출 수 있고, 다른 한편으로는 전기 전도성 접착제의 전기 전도성을 떨어뜨릴 수 있고, 이는 광전자 소자의 열화된 기능 또는 고장을 일으킨다.
전기 전도성 접착제에 폴리머 조성물의 사용은 상기 부식 현상을 줄이거나 또는 방지할 수 있으므로, 그 기능, 특히 그 전기 전도성이 얻어질 수 있다.
폴리머 조성물의 폴리머 매트릭스는 실리콘, 실리콘 하이브리드, 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 또는 에폭시드 또는 에폭시 수지가 폴리머 매트릭스로서 사용될 수 있다. 폴리머 매트릭스는 추가 가교 실리콘을 포함할 수 있다.
실시예에서, ZnO-입자가 실리콘에 첨가된다. 이 경우, 추가 가교 실리콘이 사용될 수 있다. 이러한 폴리머 조성물의 제조를 위해, ZnO-입자가 실리콘에 첨가된 다음, 함께 열 경화되고, 이때 실리콘이 가교된다. ZnO-입자의 첨가에 의해, 실리콘의 부식성 가스 또는 습기 투과성이 떨어질 수 있다.
ZnO-입자가 폴리머 매트릭스에 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 95% 보다 높은 순도, 바람직하게는 98% 보다 높은 순도를 가진 ZnO-입자가 사용될 수 있다.
ZnO-입자는 실시예에 따라 3 내지 100 nm 범위로부터 선택된 입자 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 범위는 3 내지 50 nm일 수 있다. 폴리머 조성물에 나노 입자인 ZnO-입자가 첨가된다. 매트릭스에 ZnO-입자의 분포는 응집체 없이 이루어질 수 있다. 따라서, ZnO-입자가 폴리머 매트릭스 내에 개별 입자로서 주어지기 때문에, 폴리머 매트릭스의 투명성이 얻어진다.
ZnO-입자는 황에 대해 화학적으로 결합할 수 있다. 예컨대, ZnO로부터 황 함유 가스와의 접촉시 ZnS가 주어질 수 있다. ZnS는 용해되기 어렵다. 따라서, ZnO는 황 함유 부식성 가스가 정화되는데 기여하므로, 황 함유 화합물들이 폴리머 조성물을 통해 더 이상 침투할 수 없다.
따라서, 예컨대 광전자 소자 및 모듈의 에이징 거동이 개선될 수 있다. 첨가된 ZnO-입자의 나노 크기에 의해, 이것이 큰 표면을 가지며, 이는 황 함유 가스의 정화에 긍정적으로 작용할 수 있다.
또한, ZnO-입자의 작은 크기 및 응집체 없는 분포에 의해 폴리머 조성물의 광학 특성 및 투명성이 유지될 수 있다. 폴리머 조성물은 예컨대 파장 > 410 nm를 가진 방사선에 대해 투과성일 수 있다. 또한, 폴리머 조성물은 파장 < 410 nm를 가진 방사선을 흡수할 수 있다. 따라서, 폴리머 조성물이 예컨대 필터로서 사용될 수 있다.
폴리머 조성물은 주조, 성형, 접착, 코팅, 래커링 및 압출을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적용 형태를 가질 수 있다. 따라서, 폴리머 조성물이 사용 목적에 따라 제공 및/또는 형성될 수 있다.
또한, 하우징 재료, 기능 재료 또는 고정 재료로서 상기 특성을 가진 폴리머 조성물의 사용이 제시된다.
폴리머 조성물이 고정 재료로서 사용되면, 예컨대 래커 또는 접착제가 첨가될 수 있다. 상기 래커는 예컨대 PCB(printed circuit board)의 매체 내성 및 부식성 가스 내성을 개선하기 위해 첨가될 수 있다.
실시예에 따라 폴리머 조성물은 전기 전도성 접착제인 고정 재료로서 사용될 수 있다. 상기 전기 전도성 접착제는 전술한 실시예에 따른 폴리머 조성물과 더불어 금속 입자를 포함할 수 있다. 금속 입자는 Ag-입자, Au-입자, Ni-입자 및 Pd-입자를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특히, Ag-입자 또는 Au-입자가 선택될 수 있다. 금속 입자의 양은 폴리머 조성물 중에 70 중량% 보다 크거나 특히 80 내지 90 중량% 이다.
전기 전도성 접착제의 유동학적 특성은 폴리머 매트릭스에 의해 조절될 수 있으므로, ZnO-입자를 포함하지 않는 종래의 전기 전도성 접착제의 유동학적 특성에 완전히 또는 적어도 거의 상응한다. 예컨대, 전기 전도성 접착제의 낮은 점성이 조절될 수 있다. 이는 예컨대 접착제의 간단한 적용을 가능하게 한다.
전기 전도성 접착제에 또한 결합제가 첨가될 수 있다. 이는 접착 특성을 개선할 수 있고 예컨대 실란을 포함할 수 있다. 또한, 전기 전도성 접착제에 가교제가 있을 수 있다. 그러나, 이는 전기 전도성 접착제의 접착 특성에 영향을 주지 않는 양으로만 첨가되어야 한다. 추가로 또는 대안으로서, 필요에 따라 전기 전도성 접착제의 가교 특성은 제공된 접착제 층에서 표면 방법에 의해 조절될 수 있다.
전기 전도성 접착제 중의 ZnO-입자는 예컨대 광전자 소자를 접속 도체, 예컨대 하우징 내의 접속 도체 또는 인쇄 회로 기판에 고정하는 또는 에피택시 층을 기판에 고정하는 접착제의 주변에 존재하는 황 함유 부식성 가스를 정화한다. 따라서, 전기 전도성 접착제가 습기 및 황 함유 부식성 가스에 대해 거의 투과성을 갖지 않거나 또는 전혀 투과성을 갖지 않는다. 따라서, 접착제 내에 분포되어 존재하는 금속 입자, 특히 Ag-입자 또는 Au-입자에 황 함유 화합물과의 반응에 의해 황화물 표면, 예컨대 무광의 어두운 또는 검은 Ag(Ⅰ) 및/또는 Ag(Ⅱ)-황화물 표면이 형성되는 것이 방지된다. 또한, 전기 전도성 금속 입자가 황 함유 화합물로 인해 부식되는 것이 방지된다.
전기 전도성 접착제에 폴리머 조성물을 사용함으로써, 접착제의 열화가 방지되거나 줄어들기 때문에, 접착제가 제공된 광전자 소자의 수명이 연장될 수 있다.
기능 재료로서 폴리머 조성물의 사용시, 폴리머 조성물은 예컨대 포장 포일로 형성될 수 있다. 폴리머 조성물이 기능 재료로서 사용되면, 그것이 예컨대 그라우팅 재료 또는 캡슐 재료로서 광전지 기술 및 태양광 기술에, 의료 기술에, 광학 및 광전자 제품에 사용될 수 있다.
예컨대 폴리머 조성물은 광학 소자, 예컨대 렌즈 또는 프리즘의 제조에 사용될 수 있다.
전술한 특성을 가진 폴리머 조성물을 포함하는 광전자 소자들은 예컨대 자동차 분야에, 전반 조명에, 산업 용도에 그리고 전자 엔터테인먼트 장치에 사용될 수 있다. 폴리머 조성물은 또한 루미네선스 매체에 첨가될 수 있고, 거기서 필터로서 작용할 수 있다.
또한, 기판, 상기 기판 상의 방사선 방출 소자, 및 그라우팅을 포함하는 광전자 소자가 제시된다. 방사선 방출 소자는 제 1 및 제 2 전기 콘택팅에 의해 콘택팅되고, 측면으로 하우징에 의해 둘러싸인다. 그라우팅은 소자 위에 그리고 적어도 소자와 하우징 사이에 배치되며, 그라우팅 및/또는 하우징은 전술한 실시예들 중 하나에 따른 폴리머 조성물을 포함한다.
그라우팅 및/또는 하우징은 방사선 방출 소자에 의해 방출된 방사선에 대해 투과성일 수 있다.
실시예에 따라, 전술한 특성들을 가진 폴리머 조성물을 포함하는 그라우팅 및/또는 하우징은 방사선 방출 소자 및 전기 콘택팅을 황 함유 화합물에 대해 밀봉한다.
광전자 소자의 하우징은 방사선 방출 소자를 향한 반사 내부면을 가지며, 상기 내부면은 그라우팅에 의해 황 함유 화합물에 대해 밀봉된다.
광전자 소자는 LED 일 수 있다. LED는 예컨대 백색 광을 방출하는 LED 일 수 있다.
광전자 소자가 그 그라우팅 및/또는 그 하우징에 ZnO-입자를 포함하는 폴리머 조성물을 포함함으로써, 그 수명이 연장될 수 있고, 그 광 강도 또는 휘도 및 그 방출 특성이 개선될 수 있다.
ZnO-입자는 예컨대 약 100 ppm의 양으로 광전자 소자, 예컨대 LED의 주변에 존재하는 황 함유 부식성 가스를 정화한다. 따라서, 그라우팅 물질 및/또는 하우징 재료가 습기 및 황 함유 부식성 가스에 대해 더 낮은 투과성을 갖고, 상기 습기 또는 부식성 가스는 더 이상 그라우팅 및/또는 하우징을 통해 방사선 방출 소자, 콘택팅 및 하우징 내벽으로 침투할 수 없다. 따라서, 광학 반사기로서 사용될 수 있는 하우징의 내벽에 황 함유 화합물과의 반응에 의해 예컨대 무광의 어두운 또는 검은 Ag(Ⅰ) 및/또는 Ag(Ⅱ)-황화물 표면이 형성될 수 있고 하우징 내벽에서의 반사가 유지될 수 있다.
또한, 전기 콘택팅이 외부 영향, 예컨대 황 함유 화합물로 인해 부식되는 것이 방지된다. 그라우팅 및/또는 하우징 내에 폴리머 조성물의 사용에 의해, 광전자 소자의 전기적 및 광학적 기능이 유지되므로 그 수명이 연장될 수 있다.
본 발명에 의해, 개선된 안정성을 가진 폴리머 조성물이 제공된다.
도 1은 LED의 개략적인 측면도이다.
도면을 참고로 본 발명의 실시예가 상세히 설명된다.
도 1은 LED의 실시예에서 광전자 소자의 개략적인 측면도를 도시한다. 상기 LED는 관통 연결부를 가진 기판(10)을 포함하고, 상기 관통 연결부를 통해 제 1 전기 콘택팅(31) 및 제 2 전기 콘택팅(32)이 안내된다. 제 2 콘택팅(32) 상에 방사선 방출 소자(20)가 배치되고, 상기 방사선 방출 소자는 기판으로부터 떨어진 소자(20)의 표면 상에 고정된 본딩 와이어(33)를 통해 제 1 콘택팅(31)으로 연장된다. 방사선 방출 소자(20) 둘레에 하우징(40)이 배치되고, 상기 하우징은 방출된 방사선의 반사를 개선하기 위해 챔퍼링된 내벽(41)을 포함한다. 하우징(40) 내부에 그라우팅(50)이 존재하며, 상기 그라우팅은 방사선 방출 소자(20), 콘택팅(31, 32) 및 본딩 와이어(33)를 둘러싼다. 그라우팅(50) 및/또는 하우징(40)은 폴리머 매트릭스 및 ZnO-입자를 포함하는 폴리머 조성물을 포함한다. 예컨대, 폴리머 매트릭스는 실리콘, 특히 추가 가교 실리콘을 포함한다. ZnO-입자는 3 내지 50 nm의 입자 크기를 가질 수 있으므로, ZnO-입자는 나노 크기이다. 또한, 입자들은 98% 를 초과하는 순도를 가질 수 있고, 0.01 내지 10 중량%의 함량으로 폴리머 매트릭스 내에 존재한다.
그라우팅(50) 및/또는 하우징(40)은 방사선 방출 소자(20), 콘택팅(31, 32) 및 하우징(41)의 내벽을 외부 영향으로부터 밀봉한다. 습기 및 황 함유 화합물들은 예컨대 그라우팅(50)을 통해 침투할 수 없는데, 그 이유는 ZnO-입자 및 황 함유 화합물로 이루어진 그라우팅(50) 내에 예컨대 ZnS-화합물이 형성되고, 상기 화합물은 용해되기 어려우며 민감한 부품, 예컨대 방사선 방출 소자(20), 콘택팅(31, 32) 및 하우징 내벽(41)으로 침투할 수 없기 때문이다.
이로 인해 콘택팅(31) 및 (32)에서 부식이 발생하지 않고, 하우징의 내벽(41) 및 방사선 방출 소자(20)의 표면이 황과 하우징(40) 또는 방사선 방출 소자(20)의 재료와의 반응에 의해 나타날 수 있는 황 함유 화합물에 의해 변색되지 않는다. 따라서, 광전자 소자의 광학 특성 및 휘도가 얻어진다. 소자는 확실하게 작동할 수 있고, 황 함유 화합물에 대한 그라우팅 및/또는 하우징의 안정화에 의해 연장된 수명을 갖는다. 콘택팅(31 및 32)의 부식이 방지됨으로써, 소자의 전기 특성이 얻어진다.
폴리머 조성물의 적용 형태는 예컨대 주조, 성형, 접착, 코팅, 래커링 또는 압출이다. 상기 적용 형태는 LED의 캡슐링, 조립 및 코팅을 위해 적용될 수 있다. 예컨대, 폴리머 조성물은 Ag-입자 또는 Au-입자와 같은 전기 전도성 입자와 혼합되므로, 전기 전도성 접착제로서 사용될 수 있다. 전기 전도성 접착제는 칩 조립을 위해 사용될 수 있다.
폴리머 조성물은 황 함유 화합물에 대한 안정화제로서 작용하고, 예컨대 상기 폴리머 조성물을 포함하는 그라우팅을 포함하는 많은 소자의 수명을 연장하기 위한 경제적인 해결책이다.
본 발명은 전술한 실시예 및 실시 형태에 제한되지 않으며, 청구범위 또는 상세한 설명에 명확히 제시되지 않은 특징들의 조합도 허용한다.
10 기판
20 소자
31, 32 콘택팅
40 하우징
41 내부면
50 그라우팅
20 소자
31, 32 콘택팅
40 하우징
41 내부면
50 그라우팅
Claims (15)
- 폴리머 조성물로서,
- 폴리머 매트릭스 및
- 상기 폴리머 매트릭스에 분포되어 있는 ZnO-입자를 포함하고,
상기 폴리머 조성물은 황 함유 화합물에 대한 배리어를 형성하는, 폴리머 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 실리콘, 특히 추가 가교 실리콘, 실리콘 하이브리드, 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 폴리머 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 ZnO-입자는 상기 폴리머 매트릭스에 0.01 내지 10 중량%의 양으로 존재하는, 폴리머 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ZnO-입자는 3 내지 100 nm 범위로부터 선택된 입자 크기를 갖는, 폴리머 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스 내에 상기 ZnO-입자의 분포가 응집체 없이 이루어지는, 폴리머 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ZnO-입자가 황에 대해 화학적으로 결합하는, 폴리머 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 조성물이 파장 > 410 nm를 가진 방사선에 대해 투과성인, 폴리머 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 조성물은 주조, 성형, 접착, 코팅, 래커링 및 압출을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적용 형태를 갖는, 폴리머 조성물.
- 하우징 재료, 기능 재료 또는 고정 재료로서 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물의 용도.
- 제9항에 있어서, 상기 고정 재료가 전기 전도성 접착제인, 용도.
- 광전자 소자로서,
-기판(10),
- 상기 기판(10) 상의 방사선 방출 소자(20)로서, 제 1 및 제 2 전기 콘택팅(31, 32)에 의해 콘택팅되며 측면으로 하우징(40)에 의해 둘러싸이는 방사선 방출 소자(20),
- 상기 소자(20) 위의 그리고 적어도 상기 소자(20)와 상기 하우징(40) 사이의 그라우팅(50)으로서, 상기 그라우팅(50) 및/또는 상기 하우징(40)이 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물을 포함하는 그라우팅(50)을 포함하는, 광전자 소자. - 제11항에 있어서, 상기 그라우팅(50) 및/또는 상기 하우징(40)은 방출된 방사선에 대해 투과성인, 광전자 소자.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 방사선 방출 소자(20) 및 상기 제 1 및 제 2 전기 콘택팅(31, 32)은 상기 그라우팅(50) 및/또는 상기 하우징(40)에 의해 황 함유 화합물에 대해 밀봉되는, 광전자 소자.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(40)은 상기 방사선 방출 소자(20)를 향한 반사 내부면(41)을 포함하고, 상기 내부면은 상기 그라우팅(50)에 의해 황 함유 화합물에 대해 밀봉되는, 광전자 소자.
- 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전자 소자가 LED인, 광전자 소자.
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