KR20150022763A - 광전자 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150022763A
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cyclic siloxane
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케시 슈미트케
미하엘 크룹파
베르트 브라우네
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광전자 소자에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면 상기 광전자 소자는 하우징(20) 및 이 하우징(20) 안에 배치되어 방사선을 방출하거나 또는 방사선을 수신하는 반도체칩(10)을 포함한다. 또한, 상기 소자는 실리콘을 포함하는 고분자 재료를 함유하는 광학 엘리먼트(50)를 포함한다. 상기 실리콘은 환형 실록산을 적어도 40 중량% 함유하며, 이 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 40%가 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 가교되어 있다.

Description

광전자 소자 및 이의 제조 방법{OPTOELECTRONIC COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING IT}
본 특허 출원은 광전자 소자 및 이 광전자 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
광전자 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED)에서 흔히 실리콘이 광학 엘리먼트에, 예를 들어 캐스팅 화합물에 사용된다. 그러나 실리콘이 가지는 단점으로서, 고온에서 황변 및 균열 경향이 실리콘에 있다는 것인데, 그 이유는 이런 실리콘에서 열적 분해가 LED의 작동 동안 이루어질 수 있기 때문이다. LED의 작동 온도는 부분적으로 상대적으로 높아 때로는 120℃ 이상일 수 있다. 이때, 실리콘으로 이루어지는 상기 광학 엘리먼트 안에서 응력이 형성될 수 있으며, 이는 균열을 야기할 수 있다. 황변 및 균열 때문에 LED의 방출 특성이 악화될 수 있다. 그 외에도, 실리콘 캐스팅 화합물 내 균열을 통해 유해한 가스 및 습기가 침투할 수 있어 그 결과 상기 소자를 손상시키거나 또는 이의 수명을 감소시킬 수 있다.
이런 단점들은 예를 들어 폴리(디메틸실록산)(PDMS)으로 이루어지는 종래의 광학 엘리먼트들에서 나타날 수 있으며, 이때 PDMS는 일반적으로 분자 크기에 비해 적은 가교결합점을 갖는 긴, 주로 선형인 사슬들로 이루어진다. 종래의 PDMS에서 상기 열분해는 예를 들어 분자 내 분해 메커니즘에 의한 가닥 파괴(strand break) 후 이루어질 수 있으며, 이때 특히 삼량체 실록산이 분리된다. 종래의 PDMS의 또 다른 단점은 이의 굴절률이 약 1.41의 낮은 굴절률이라는 것이다.
그러므로 열분해 경향이 적으며 상기 소자의 더 오랜 작동 후에도 여전히 매우 양호한 광학 특성들을 갖는 실리콘 함유 광학 엘리먼트를 포함하는 소자의 개발이 요망된다.
그러므로 해결하려는 과제는 개선된 특성들을 갖는 실리콘 함유 광학 엘리먼트를 가지는 광전자 소자를 제공하는 데 있다. 또 다른 과제는 이와 같은 광전자 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이들 과제 중 적어도 하나는 독립항인 제1항 및 제13항에 따라 상기 광전자 소자 및 이 광전자 소자의 제조 방법을 통해 해결된다. 종속항들은 유리한 개선점들을 제시하고 있다.
광전자 소자가 제시되어 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면 광전자 소자는
- 하우징;
- 이 하우징 안에 배치되어 방사선을 방출하거나 방사선을 수신하는 반도체칩; 및
- 실리콘을 포함하는 고분자 재료를 함유하는 광학 엘리먼트를 포함하며,
여기서 실리콘은 환형 실록산의 적어도 40 중량%를 함유하고 이런 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 40%는 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자와 가교되어 있다.
하기에서 상기 광전자 소자는 줄여서 "소자"라 칭할 수도 있다. "중량%"는 중량 비율을 나타낸다. "상기 실리콘의 또 다른 규소 원자"는 실리콘의 임의의 규소 원자일 수 있다. 이것은 실리콘의 선형, 분지형 또는 환형 기의 성분일 수 있다. 상기 광학 엘리먼트는 반도체칩으로부터 방출되거나 또는 반도체칩에 의해 수신되는 방사선의 적어도 일부와 상호 작용한다.
상기 "환형 실록산"의 경우에 환형 구조는 실록산-단위로 형성된다; 고리 내에 다른 연결기, 예를 들어 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기를 갖는 환형 구조가 본 출원에 의하면 환형 실록산을 나타내는 것은 아니다. 그러나 마지막에 언급한 환형 구조들의 일부는 본 출원과 관련하여 환형 실록산에 의해 형성될 수도 있다.
환형 실록산의 중량% 기재는 본 출원에 따르면 실리콘 고유의 총질량과 관련 있다. 그러므로 이 실리콘 안에 매립된 요소들, 예를 들어 어떤 필러라도 실리콘의 총질량에 편입되지 않는다. 환형 실록산에만 결합되어 있거나 환형 실록산만을 서로 가교하는 치환기도 상기 환형 실록산의 질량에 편입된다. 실리콘의, 환형 실록산과 상이한 다른 기, 고분자 재료 또는 상기 소자의 또 다른 성분으로 환형 실록산을 분할하는 치환기는 이들이 결합되어 있는 환형 실록산의 질량에 대하여 그의 질량의 절반 정도로 고려된다.
본 출원에 따르면 상기 실리콘은 상기 광학 엘리먼트에서 고비율의 환형 실록산을 가지며, 상기 실리콘의 다른 규소 원자와 관련하여 많은 가교들이 환형 실록산에 근거한다. 그러므로 상기 실리콘은 매우 높은 가교를 가지며, 이 가교도는 예를 들어 분명 종래의 실리콘의 가교도보다 높다. 가교도가 높기 때문에 상기 실리콘은 매우 높은 열적 안정성 및 경도를 갖는다. 그 결과, 상기 광학 엘리먼트 또는 상기 실리콘은 상기 소자의 더 오랜 작동 후에도 열분해로 인한 손상들, 예컨대 황변 또는 균열을 단지 적게 받는다. 그러므로 본 출원에 의거한 소자의 수명은 종래의 소자들에 비해 증가한다.
이 환형 실록산은 자신의 구조에 근거하여 실리콘에 또는 고분자 재료에 놀라울 정도로 높은 탄성을 부여하므로, 이들은 높은 경도에도 불구하고 취성이나 다공성을 갖지 않는다. 유리하게는 상기 실리콘 또는 상기 고분자 재료는 높은 가교도에 근거해 종래의 실리콘에 비해 향상된 열전도성을 보이는 데, 그 이유는 열 에너지가 공유 결합의 조밀한 네트워크에 의해 더 우수하게 전달되거나 배출될 수 있기 때문이다. 그러므로 상기 소자의 효율이 향상된다.
상기 하우징의 종류는 본 출원에 의하면 제한받지 않으므로, 당업자가 아는 모든 유형들이 상기 소자를 위해 사용될 수 있다. 상기 소자의 하우징은 예를 들어 세라믹 또는 열저항성 및 방사선 저항성 플라스틱을 포함하거나 또는 전부 그것으로 제조될 수 있다. 또한, 이것은 반도체칩이 배치되어 있는 리세스를 가질 수 있다. 이 리세스는 예를 들어 리플렉터를 포함할 수 있다. 이 하우징은 캐리어 기판에 연결될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 반도체칩과의 접촉을 위해 상기 소자는 전도성 단자들, 예를 들어 리드 프레임, 본딩 패드, 본딩 와이어 또는 전극을 포함할 수 있다.
상기 반도체칩은 특히 방사선을 방출하는 반도체칩, 예를 들어 LED칩일 수 있다. 이것은 성장 기판에 연결될 수 있거나 박막 발광 다이오드칩으로서 실시될 수도 있다. 박막 발광 다이오드칩에 대한 예들은 EP 0905797 A2호에 그리고 WO 02/13281 A1호에 기술되어 있으며, 이의 개시 내용은 이 범위에서 참고문헌으로 포함된다.
이 소자는 변환 엘리먼트(conversion element)를 포함할 수 있으며, 이때 변환 엘리먼트는 예를 들어 다이(die)의 형태로 반도체칩에 배치되어 있다. 이와 같은 변환 엘리먼트에 대한 변환 재료들은 본 출원에 의하면 제한받지 않고 선택된다; 적절한 변환 재료들은 예를 들어 WO 98/12757 A1호에 기술되어 있으며, 이의 개시 내용은 이 범위에서 참고문헌으로 포함된다.
본 출원에 의거한 소자는 이것이 방사선을 방출하도록 실시되어 있는 경우 특히 CIE 다이어그램에서 임의의 색 위치(color locus)를 갖는 가시광, 특히 백색광을 방출할 수 있다. 그러므로 상기 소자는 전자 장치 안에서 온갖 목적을 위해, 예를 들어 디스플레이에서, 인디케이터에서 그리고 헤드라이트에서도 발광을 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면 상기 고분자 재료는 실리콘, 실리콘-블록 공중합체 또는 실리콘-에폭시드 혼성 재료이다. 상기 고분자 재료가 실리콘을 포함한다는 것은 앞서 언급한 공중합체 및 혼성 재료를 포함한다. 상기 고분자 재료는 특히 실리콘이 될 수 있으므로, 상기 광학 엘리먼트는 고분자 재료로서 하나의 실리콘 또는 실리콘들의 혼합물을 가질 수도 있다. 이것은 특히 적어도 40 중량% 환형 실록산을 포함하는 고도로 가교된 폴리실록산만을 포함할 수 있다. 이런 고분자 재료 외에 상기 광학 엘리먼트는 일반적으로 또 다른 어떤 고분자 재료도 갖지 않는다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 환형 실록산은 각각의 경우에 서로 독립적으로 3 내지 7개의 규소 원자를 포함한다. 상기 환형 실록산은 각각의 경우에 서로 독립적으로 3 내지 5개의 규소 원자, 특히 4개의 규소 원자를 포함할 수 있다. 이런 실시예에 따르면 상기 환형 실록산은 평균적인 링 크기를 갖는다. 여기에서 상기 실리콘의 강한 가교 외에도 상기 실리콘의 높은 열적 안정성을 위한 또 다른 근거가 있다. 주로 긴, 선형의 폴리실록산 고리를 포함하는 종래의, 단지 약하게 가교된 실리콘에서 분자내 메커니즘에 의해 트리실록산이 분리될 수 있다. 그 자체로 공지된 분해 메커니즘은 상기 환형 실록산에서 나타나지 않거나 또는 단지 예외적인 경우 제한적으로 나타날 수 있으므로, 가닥 파괴 역시 실리콘에서 열분해를 전혀 수반하지 않거나 단지 약간 수반한다. 그러므로 대체로 약하게 가교된, 주로 선형인 폴리실록산에 비해 상기 실리콘의 열적 안정성이 상당히 개선된다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 50%는 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 가교된다. 이와 같은 가교는 상기 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 55%, 특히 적어도 60%에서 존재할 수 있다. 그 결과, 상기 환형 실록산의 적어도 제2의 각 규소 원자는 실리콘에서 가교점을 나타내고, 이는 예외적으로 고도로 가교된 실리콘을 가져온다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 실리콘은 적어도 75 중량%의 환형 실록산을 포함한다. 이 실리콘은 적어도 90 중량%에서 또는 심지어 전부 환형 실록산으로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는 더 적은 양의 주로 선형인, 덜 분지된 폴리실록산이 상기 실리콘에 예를 들어 희석을 위해 첨가될 수 있다. 이런 실시예에서 일반적으로 상기 고분자 재료는 상기 실리콘에 상응한다.
상기 실시예의 실리콘은 매우 높은 열적 안정성, 경도를 특징으로 하고 높은 탄성을 특징으로 하며, 이는 위에서 설명한 장점들을 동반한다. 상기 경도는 약 0.34 GPa에서 나노인덴테이션에 의해 결정될 수 있다. 상기 탄성에 대한 척도로서 E 모듈이 제시되며, 이것은 이 실시예를 위해 약 1.3 GPa 내지 1.7 GPa에서 인장 시험에 의해 결정될 수 있다. 높은 열적 안정성은 고온으로 장시간 가열 시에도 질량 손실이 매우 적게 나타나는 것을 보여준다. 예를 들어 중량 손실은 실온에서 10K/min으로 가열이 이루어지면(TGA 측정) 300℃에서 1% 이하이다. 나노인덴테이션, 인장 시험 및 TGA 측정은 고분자 재료들의 특성을 결정하기 위한 당업자가 잘 아는 방법들이다.
그 외에도, 그와 같은 실리콘은 작은 표면 에너지 및 작은 점착성을 갖는다. 그러므로 이것은 먼지에 덜 민감하고 그 결과 상기 소자의 외면을 형성하는 데 적합하다. 유리하게는 상기 소자의 제조 시에 종래의 실리콘에서 필요한 플라즈마를 이용하면 상기 표면의 글레이징이 추가로 제거될 수 있고 대응 작업 단계가 절약될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 환형 실록산은 하기 식 I의 구조로 나타내어진다:
Figure pct00001
상기 식에서, n은 1, 2, 3, 4, 또는 5에서 선택되고,
R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고,
R2는 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기, H 원자, 식
Figure pct00002
(m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)의 치환기 및 결합된 헤테로원자를 포함하는 군에서 선택되며,
상기 치환기 R2의 적어도 40%는 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 상응하며, 이것에 의해 상기 식 I의 환형 실록산의, R2-치환된 규소 원자는 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 가교되어 있고 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기는 각각의 경우에 서로 독립적으로 식
Figure pct00003
(m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)의 구조를 갖는다.
상기 치환기 R2의 적어도 50%, 특히 55%는 앞서 설명한 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기 중 어느 하나에 상응할 수 있다. 때로 심지어 상기 치환기 R2의 적어도 60%는 이와 같은 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 상응할 수 있다.
상기 식 I의 환형 실록산의 R2-치환된 규소 원자와 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자를 가교하는 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 상응하지 않는 치환기 R2은 가교되어 있지 않은 작용기에 상응할 수 있으며, 여기서 경화 동안 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기는 상기 작용기로 형성된다. 만약 R2가 위에서 설명한 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기 중 어느 것도 아니면, R2은 일반적으로 예를 들어 적어도 90%에서 H-원자일 수 있다. 결합된 헤테로 원자는 이미 경화 전에 존재할 수 있거나 또는 예를 들어 Si-H-결합의 추후 가수분해를 통해서도 도입될 수 있으므로, 상기 헤테로원자는 특히 산소 원자이다. 헤테로원자에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 대한 또 다른 결합 역시 이루어질 수 있다. 원칙적으로 상기 헤테로원자는 또 다른 치환기, 예를 들어 H-원자를 운반할 수 있다.
C1-C4-알킬렌은 1, 2, 3 또는 4개 탄소 원자(C-원자)를 포함할 수 있는, 즉 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 또는 부틸렌을 포함하는 알킬렌기를 나타낸다. 이런 기술 방식은 당업자도 알며 유사한 형태로 다른 치환기에도 사용된다. 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 대한 제시된 식에서 기입이 없는 결합들이 상기 규소 원자에 대한 상기 기의 결합점들에 상응하고, 오리엔테이션은 임의적일 수 있다. 특히 m = 0일 수 있으므로, 에틸렌기에 의한 연결이 이루어진다. 다른 측면에서 m = 1인 군 X에 의해 상기 실리콘의 기계적인 특성들 및/또는 이의 굴절률이 변경될 수 있다.
또한, 식 I에서 n은 각각의 경우에 서로 독립적으로 1, 2 또는 3일 수 있고, 특히 2일 수 있다. 이런 실록산은 일반적으로 더 큰 환형 실록산보다 열적으로 더 안정적이다.
상기 실시예의 다른 일 개선점에 따르면 상기 광학 엘리먼트는 하기 식 II에 의해 나타내어지는 제1의 환형 실록산 및 하기 식 III에 의해 나타내어지는 제2의 환형 실록산을 포함하는 조성물을 경화시켜 얻을 수 있다:
Figure pct00004
상기 식 II 또는 상기 식 III에서
n은 각각의 경우에 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4 또는 5에서 선택되고,
R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고,
R3은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 식
Figure pct00005
(m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)을 통해 표현되는 치환기이다.
식 II에서 또는 식 III에서 각각의 경우에 서로 독립적으로 n = 1, 2 또는 3일 수 있고, 특히 n = 2일 수 있다. 특히, 위에서 설명한 것처럼, m = 0일 수 있다. 유리하게는 제1의 또는 제2의 환형 실록산에서 각 규소 원자는 가교에 적합한 기를 운반하므로, 이 환형 실록산은 가교도가 높은 실리콘을 위해 예정되어 있다. 제1의 환형 실록산은 제2의 환형 실록산에 대하여 ≥ 1의 비율로 사용될 수 있으므로, 일반적으로 H-원자 및 매우 드문 치환기 R3은 상기 식 I의 환형 실록산에서 비연결 치환기 R2로서 제공될 수 있다.
그 외에도, 이런 조성물은 촉매, 예를 들어 백금 촉매를 포함할 수 있다. 경화 시에 제1의 환형 실록산(식 II 참조)과 제2의 환형 실록산(식 III 참조)의 가교가 이루어지고, 이는 예를 들어 수소화규소첨가에 의해 이루어질 수 있다. 적절한 촉매는 예를 들어 칼스테드(Karstedt) 촉매이다. 치환기 R3와 Si-H-결합의 반응으로부터, 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 상응하는 치환기 R2가 형성될 수 있으므로, 가교 시에, 식 I으로 나타내어지는 환형 실록산은 제1의 환형 실록산과 제2의 환형 실록산으로 형성된다. 미량의 촉매가 - 경우에 따라서는 완성된 소자에서도 - 상기 광학 엘리먼트의 실리콘 중에 나타날 수 있다.
실리콘에서 가교도, 실리콘에서 환형 실록산의 비율 및 환형 실록산의 치환기는 NMR 분광법에 의해 결정될 수 있고 증명될 수 있다. 이는 특히 1H-NMR, 13C-NMR 및 29Si-NMR을 포함하는 군에서 선택된 예를 들어 소위 고체 NMR을 이용해 발생할 수 있다. 이런 증명은 원칙적으로 완성 소자에서도 예를 들어 광학 엘리먼트의 절개부에서 가능하다.
또 다른 일 실시예에 따르면 R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, C1-C4-알킬, C5-C6-시클로알킬 및 페닐을 포함하는 군에서 선택된다. 이때, R1은 특히 메틸, 시클로헥실 및 페닐을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. R1은 특히 메틸일 수 있으므로, 어느 정도 고도로 가교된 폴리(디메틸실록산)이 실리콘으로서 얻어진다. 이것은 종래의 덜 가교된 PDMS에 비해 특히 증대된 열적 안정성을 특징으로 한다. R1 = 메틸일 경우 특히 저렴하고 용이하게 처리될 수 있는 실리콘이 얻어진다. 이와 같은 실리콘은 종래의 PDMS와 유사하게 약 1.42의 비교적 낮은 굴절률을 갖는다.
이와 같은 실리콘에 대한 유리한 일례는 조성물의 경화를 통해 형성될 수 있으며, 이 조성물은 특히 1.8:1 내지 2.2:1의 비율로, 예를 들어 2:1의 비율로 상기 식 II의 제1의 환형 실록산과 상기 식 III의 제2의 환형 실록산을 포함하고, 식 II에서 및 식 III에서 n = 0, m = 0 및 R1 = 메틸이다. 상기 실리콘은 그런 경우 n = 0, m = 0 및 R1 = 메틸인 상기 식 I의 환형 실록산을 갖는다. 이때, 상기 고분자 재료는 특히 실리콘 자체일 수 있으며, 이때 실리콘은 적어도 90 중량%까지 또는 전부 상기 식 I의 환형 실록산으로 이루어질 수 있다. 이런 예에 따르면 고도로 가교된 폴리(디메틸실록산)은 고분자 재료로서 획득된다. 이 예에 따른 실리콘은 약 1.3 GPa 내지 1.7 GPa의 E 모듈을 갖는다(인장 시험). 경도는 약 0.34 GPa이다(나노인덴테이션).
상기 실리콘의 굴절률은 규소 원자에서 치환기에 의해 조정될 수 있다. 다수의 메틸기를 갖는 폴리실록산의 굴절률은 낮다. 더 높은 알킬기 또는 시클로알킬기 및 방향족 치환기로 실리콘의 굴절률이 커질 수 있다. 그러므로 예를 들어 메틸기 및 시클로헥실기 또는 페닐기의 조합으로 상기 실리콘의 굴절률이 원하는 대로 조정될 수 있으며, 이는 상기 치환기의 비율로 발생할 수 있다. 광 커플링아웃을 최적화하기 위해 또는 광 엘리먼트의 투명성을 높이기 위해, 이 굴절률은 예를 들어 어떤 필러에도 적응될 수 있다.
대안적인 일 실시예에 따르면 R1은 C2-C4-알킬, C5-C6-시클로알킬 및 페닐을 포함하는 군에서 서로 독립적으로 선택되었다. R1은 시클로펜틸, 시클로헥실 및 페닐을 포함하는 군에서 서로 독립적으로 선택될 수 있다. R1은 특히 시클로헥실 및/또는 페닐일 수 있다. 이러한 실시예에 따르면 환형 실록산은 메틸기를 포함하지 않고 오히려 단지 고급 (시클로)알킬기 또는 페닐기를 포함한다. 이런 실시예의 실리콘은 일반적으로 메틸기 함유 실리콘에서보다 더 높은 굴절률을 갖는다. 상기 실리콘의 굴절률이 더 높기 때문에 예를 들어 소자로부터 광 커플링아웃이 개선될 수 있다.
일반적으로 고급 알킬기, 시클로알킬기 또는 페닐기를 포함하는 폴리실록산은 치환기로서 메틸-치환된 실리콘보다 더 작은 열적 안정성을 갖는다. 이런 부정적 특성은 본 출원에 의한 소자에서 상기 실리콘의 가교도가 높기 때문에 주로 보상될 수 있다. 그러므로 본 출원에 의한 소자는 고굴절이지만 열적 안정성을 갖는 실리콘을 함유하거나 또는 전부 이것으로 이루어지는 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 치환기 R1의 적어도 40%는 서로 독립적으로, C5-C6-시클로알킬 및 페닐을 포함하는 군에서 선택된다. 상기 치환기 R1의 적어도 60%, 특히 적어도 80%가 이 군에서 선택될 수 있다. 전체 치환기 R1가 이 군에서 선택될 수 있다. 이 실시예에 따른 실리콘은 특히 메틸-치환된 실리콘보다 더 높은 굴절률을 갖는다.
그러므로 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 실리콘은 1.44보다 크거나 같은 굴절률(n)을 갖는다. 상기 실리콘의 굴절률(n)은 1.46보다 크거나 같을 수 있으며, 특히 1.48보다 크거나 같을 수 있다. 상기 실리콘이 큰 비율의 페닐기를 가지면, 상기 굴절률(n)은 심지어 1.5보다 크거나 같을 수 있다. n = 1.41의 굴절률을 가지는 종래의 PDMS에 비해, 이 실리콘으로 훨씬 더 우수한 광 커플링아웃이 얻어질 수 있다. 그 외에도, 상기 굴절률은 어떤 필러에도 적응될 수 있다. SiO2 입자들은 예를 들어 약 1.46의 굴절률(n)을 갖는다.
굴절률에 대한 모든 정보는 본 출원에 의하면 632nm의 파장과 25℃(실온)의 온도와 관련 있다. 이 굴절률은 "n"으로 축약될 수 있다; 굴절률은 굴절계로 결정된다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 광학 엘리먼트는 소자 안에서 사용된 방사선에 대해 투과성을 갖는다. 즉, 이 광학 엘리먼트는 사용 방사선을 위해 투명하거나 또는 적어도 투광성으로 형성될 수 있으며, 상대적 전달이 적어도 50%, 특히 적어도 80%이다. 이와 같은 광학 엘리먼트는 특히 상기 소자의 방사선 경로에 배치되어 있다.
"상기 소자의 방사선 경로"는 상기 소자로부터 방사선이 반도체칩에 의해 도달되거나 커플링아웃될 수 있는 가능성 있는 길을 말한다. 본 출원에 의하면 개념들 "방사선 경로" 및 "상기 소자의 방사선 경로"는 비슷하게 사용되고 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 광학 엘리먼트는 반도체칩을 밀봉하는 캐스팅 화합물이다. 이 반도체칩은 캐스팅 화합물 또는 광학 엘리먼트에 의해 직접 밀봉될 수 있다. 열적으로 매우 안정적이고 견고할 뿐만 아니라 탄성적이기도 하고 그리고 개선된 열전도성을 갖는 실리콘의 기계적 특성이 개선되어, 이것은 반도체칩이 작동 동안 매우 높은 온도, 예를 들어 120℃ 이상을 발생할지라도 반도체칩을 밀봉하는 데 매우 우수하게 적합하다. 이 실시예에 따른 소자에서 상기 반도체칩은 일반적으로 하우징의 리세스 안에 배치되어 있으며 캐스팅 화합물은 방출되는 방사선에 대해 투과성을 갖는다. 그런 경우 이 리세스는 예를 들어 캐스팅 화합물로서 광학 엘리먼트로 밀폐될 수 있고 유해한 환경 영향으로부터 반도체칩을 보호할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 광학 엘리먼트는 렌즈를 포함한다. 이때 상기 광학 엘리먼트는 별도로 제조된 렌즈일 수 있으며, 그런 경우 이 렌즈는 추후 상기 소자 위에 배치된다. 이를 위해 예를 들어 접착제가 사용될 수 있다. 이와 같은 렌즈는 예를 들어 일정한 형태로 부어져 경화될 수 있다(소위 몰딩). 그러나 이 광학 엘리먼트는 위에서 설명한 것처럼 상기 반도체칩을 밀봉하고 부분적으로 렌즈로 성형되는 캐스팅 화합물일 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 광학 엘리먼트는 무기 필러를 포함하며, 이 무기 필러는 고분자 재료 안에 매립되어 열전도성 입자, 디퓨저, 변환 재료 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된다. 이것은 특히 변환 재료를 포함할 수 있다. 무기 필러는 상기 광학 엘리먼트의 10 내지 80 중량%, 특히 20 내지 60 중량%일 수 있다. 상기 무기 필러는 이 무기 필러를 포함하거나 또는 이것으로 이루어지는 입자로 존재할 수 있다. 상기 광학 엘리먼트는 또 다른 여러 가지 첨가제를 제외하고 대부분 (95 중량% 이상) 상기 고분자 재료 및 상기 무기 필러로 이루어질 수 있다.
열전도 입자들은 예를 들어 SiO2 입자들, 예를 들어 크리스토발라이트(cristobalite), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 지르코늄(ZrO2) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 특히 SiO2 입자들은, 예를 들어 구형 SiO2 입자의 형태로 사용될 수 있다. 이 열전도 입자는 실리콘보다 더 높은 열전도성을 가지며 그 결과 상기 광학 엘리먼트의 열전도성을 더 높일 수 있다. 상기 실리콘의 또는 상기 고분자 재료의 굴절률은 예를 들어 SiO2 입자에 맞게 적응될 수 있으므로, 예를 들어 동작 동안 이들 입자에서 분산이 거의 또는 전혀 나타나지 않는다. 그러나 원하는 대로 굴절률의 차가 조정될 수 있으므로, 잘 정의된 분산 또는 응답 방사 특성이 달성될 수 있다.
상기 광학 엘리먼트에서 디퓨저로 광 커플링아웃이 개선될 수 있다. 상기 디퓨저들은 예를 들어 TiO2, ZrO2, Al2O3 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 이와 같은 조합에 대한 예는 Al2O3로 코팅되는 TiO2 입자이므로, TiO2-촉매 분해 반응이 중단된다.
상기 변환 재료들의 선택은 본 출원에 의하면 제한받지 않으므로, 체적 변환에 적합한 전체 변환 재료들은 이 실시예에서 적용될 수 있다. 이와 같은 변환 재료들에 대한 예들은 WO 98/12757 A1호에 기술되어 있으며, 이의 내용은 이 범위에서 참고문헌으로 포함된다. 이 변환 재료는 입자의 성분으로서 예를 들어 결합제와 함께 제공될 수 있다. 이 입자들은 변환 재료로 이루어질 수도 있다.
변환을 통해 발생되는 열은 실리콘의 높은 가교도에 근거할 수 있는 실리콘 또는 고분자 재료의 개선된 열전도성 때문에 잘 배출될 수 있다. 그 결과, 상기 소자에 의해 방출되는 광에 대한 안정적인 색 위치가 얻어진다. 이 열전도성은 경우에 따라서는 위에서 설명한 것처럼 열전도 입자를 통해 더 향상될 수 있다.
이용되는 방사선에 대해 투광성을 갖는, 방사선 경로에 배치되는 광학 엘리먼트에 대한 대안으로서 본 출원에 의거한 소자는 또 다른 일 실시예에 따르면 리플렉터로서 형성되고 반사 필러를 포함하는 광학 엘리먼트를 가질 수 있다. 이 광학 엘리먼트는 예를 들어 10 내지 80 중량%, 특히 20 내지 60 중량%의 반사 필러를 포함할 수 있다. 반사 필러로서 예를 들어 TiO2, ZrO2, Al2O3 및 이들의 조합이 사용될 수 있다.
이 실시예의 일 개선점에 따르면 상기 하우징은 반도체칩이 배치되어 있는 리세스를 가지며, 상기 광학 엘리먼트는 상기 리세스의 적어도 일부를 라이닝하거나 이 리세스의 영역에서 상기 하우징의 적어도 일부를 형성한다. 원칙적으로 상기 전체 하우징 역시 고분자 재료를 포함할 수 있으며 적어도 이 리세스의 영역에서 반사 필러를 포함할 수 있으므로, 다시 광학 엘리먼트로서 리플렉터가 얻어질 수 있다. 이 리세스는 캐스팅 화합물로 밀봉될 수 있고, 이것은 예를 들어 종래의 캐스팅 화합물 또는 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 따른 또 다른 광학 엘리먼트일 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상으로서 광학 엘리먼트를 포함하는 상기 광전자 소자의 제조 방법이 제시되어 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 상기 방법은 단계들, 즉
A) 하우징의 제공 단계;
B) 방사선을 방출하거나 또는 방사선을 수신하는 반도체칩을 하우징 안에 배치하는 단계;
C) 실리콘을 포함하는 고분자 재료를 함유하는 광학 엘리먼트의 제조 단계를 포함하고, 이 실리콘은 적어도 40 중량%에서 환형 실록산을 포함하며 상기 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 40%는 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 가교된다.
상기 소자의 제조 방법을 줄여 "방법"이라 칭한다. 이 방법을 통해 소자는 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 따라 제조될 수 있다. 그러므로 상기 소자 및 이의 특성들의 여기에 설명된 실시예들은 비유적 의미에서 본 출원에 따른 방법의 실시예들에도 적용되고 그 반대도 가능하다.
상기 방법 단계들 A), B) 및 C)의 순서는 제조되어야 하는 소자의 실시예에 맞춰져 있다. 방사선 경로에 있는 광학 엘리먼트를 가지는 소자에 대해 여기에 제시된 순서 A), B) 및 C)가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 리플렉터로서 형성된 광학 엘리먼트를 가지는 실시예에서 상기 단계들 B)와 C)의 순서는 변경될 수도 있다. 상기 광학 엘리먼트는 특히 반도체칩에 의해 방출되거나 수신되는 방사선과 상호 작용하도록 제조된다. 만약 이것이 예를 들어 탈부착 렌즈인 경우 별도로 제조되면, 상기 단계 C)는 상기 소자 안에 광학 엘리먼트를 배치하는 단계를 포함하므로, 이와 같은 상호 작용이 가능하다.
상기 방법의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 단계 C)에서 하기 식 II에 의해 나타내어지는 제1의 환형 실록산 및 하기 식 III에 의해 나타내어지는 제2의 환형 실록산을 포함하는 조성물을 경화하여 광학 엘리먼트를 제조한다:
Figure pct00006
상기 식 II 또는 상기 식 III에서
n은 각각의 경우에 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4 또는 5에서 선택되고,
R1은 각각의 경우에 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고 및
R3은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 식
Figure pct00007
(m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)으로 나타내어지는 치환기이다.
상기 조성물의 경화 시에, 상기 식 I으로 나타내어지는 환형 실록산이 형성될 수 있다. 상기 식 I, II 및 III에 따른 상기 환형 실록산의 위에서 설명한 변형예들 및 개선점들은 적절하게 사용 또는 형성될 수 있다.
제1의 환형 실록산과 제2의 환형 실록산의 가교는 수소 규소화에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해 상기 조성물은 촉매, 예를 들어 백금 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 조성물은 백금 촉매의 1 내지 100 ppm을 포함할 수 있다. 백금 촉매로서 H2PtCl6, 비닐 함유 오르가노 실록산을 포함하는 백금의 착체, 예를 들어 칼스테드 촉매 및 다른 유기 리간드를 포함하는 백금의 착체가 사용될 수 있다. 비닐 함유 오르가노 실록산을 포함하는 착체들은 US 3,419,593호, US 3,715,334호, US 3,377,432호 및 US 3,814,730호에 기술되어 있으며, 이의 개시 내용은 이 범위에서 참고문헌으로 포함된다. 다른 유기 리간드들을 포함하는 백금 착체들은 US 3,150,601호, US 3,159,602호, US 3,220,972호, EP 0 057 459호, EP 0 188 978호 및 EP 0 190 530호에 기술되어 있으며, 이의 개시 내용은 이 범위에서 참고문헌으로 포함된다.
또 다른 일 실시예에 따르면 이 조성물에서 제1의 환형 실록산과 제2의 환형 실록산의 비율은 1:1 내지 4:1, 특히 1.2:1 내지 3:1의 범위에 있다. 이 비율은 1.3:1 내지 2.5:1, 특히 1.8:1 내지 2.2:1, 예를 들어 2:1일 수 있다. 즉, 특히 제2의 환형 실록산보다 더 많은 제1의 환형 실록산이 이 조성물에서 이용된다. 그러므로 이 조성물의 경화 시에 상기 비닐기는 치환기 R3에서 주로 또는 전부 반응하고 이때 연결기, 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기를 형성한다. 주로는 이 경우 적어도 90%, 특히 적어도 98%를 의미한다. 이는 유리한 데, 남아있는 비닐기가 광학 엘리먼트 안에서 방해 반응들 또는 분해들을 시작할 수 있기 때문이다. 그러나 실리콘에서 여전히 반응하지 않은 H-원자가 치환기 R2로서 상기 식 I의 환형 실록산에 남을 수 있으며, 이는 위에서 설명한 비율에 원인이 있다. 그러나 비닐기와 반대로 Si-H-결합은 상기 광학 엘리먼트의 저장 수명 및 품질을 위해 (주로) 안전하다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 조성물은 하나 이상의 또 다른 가교가능한 고분자 성분을 함유한다. 이와 같은 가교가능한 고분자 성분은 폴리실록산일 수 있으며, 이것은 예를 들어 희석을 위해 사용된다. 그 외에도, 상기 고분자 재료가 예를 들어 실리콘-에폭시드-혼성 재료 또는 실리콘 블록-공중합체인 경우, 이것은 실리콘과 다를 수도 있다. 이를 위해 경우에 따라서는 종래의, 당업자가 아는 재료들이 사용될 수 있다. 그러나 이 고분자 재료는 바람직하게는 실리콘일 수 있으므로, 조성물에서 다른 가교가능한 고분자 재료들이 주로 또는 전부 제거될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면 상기 조성물은 접착 촉진제, 촉매 억제제, 황변 안정화제 및 요변성제를 포함하는 군에서 적어도 하나를 포함한다. 이들 첨가제의 경우에, 종래의, 당업자가 이미 아는 화합물들이 이용될 수 있으며, 이들은 일반적으로 실리콘들 또는 실리콘 함유 고분자 재료들의 제조를 위해 사용된다.
억제제에 대한 예들은 하나 이상의 알킬기가 알케닐기, 예를 들어 트리메틸비닐테트라실록산, 피리딘, 포스핀, 유기 포스파이트, 불포화 아미드, 알킬 함유 말레에이트, 아세틸렌 알콜 및 이들의 조합으로 치환되는 폴리오르가노실록산, 특히 환형 실록산이다. 아세틸렌 알콜에 대한 예들은 1-에티닐-1-시클로헥사놀, 3-메틸-1-도데신-3-올, 3,7,11-트리메틸-1-도데신-3-올, 1,1-디페닐-2-프로핀-1-올, 3,6-디에틸-1-노닌-3-올, 3-메틸-1-펜타데신-3-올이고, 이때 특히 1-에티닐-1-시클로헥사놀이 사용된다.
접착 촉진제에 대한 예들은 알콕시 함유 유기 실란, 예를 들어 비닐트리메톡시실란, (3-메타크릴옥시프로필)트리메톡시실란, (3-글리시독시프로필)-트리메톡시실란 및 이들의 조합이다.
또 다른 일 실시예에 따르면 경화를 위해 단계 C)에서 적어도 한 시간 동안 140℃ 이상으로 가열이 이루어진다. 경화를 위해 적어도 3시간 동안, 특히 적어도 5시간 동안 150℃ 이상으로 가열이 이루어질 수 있다. 이때, 적어도 3가지 다른, 일반적으로 상승, 온도 단계들이 유지될 수 있다. 이는 가능한 한 장력 없는 그리고 기포 없는 광학 엘리먼트의 제조에 이용된다.
하기에서 본 발명은 도면을 참고하여 특히 실시예들을 이용해 상술된다. 이 경우, 동일한, 동일한 종류의 또는 동일한 효과를 갖는 요소들은 동일한 도면 부호들을 갖는다. 도면들 및 이 도면들에 도시된 요소들의 크기 비율은 축적에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려 개별 요소들은 더 나은 표현을 위해 및/또는 더 나은 이해를 위해 크기적으로 과장되게 및/또는 용이하게 도시되어 있다.
도 1은 광학 엘리먼트 내 실리콘의 절개 부분에 관한 도이다.
도 2는 체적 변환을 위한 광학 요소를 포함하는 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 광학 요소로서 렌즈로 형성된 캐스팅 화합물을 포함하는 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 별도로 형성된 렌즈가 광학 엘리먼트로서 탈부착될 수 있는 소자의 단면도이다.
도 5는 리플렉터로서 형성된 광학 엘리먼트를 포함하는 소자가 개략적인 단면도이다.
도 1에는, 실리콘이 본 출원에 의거한 일 실시예에 따른 상기 소자의 광학 엘리먼트에서 어떻게 존재할 수 있는지를 보여주기 위해 실리콘의 절개 부분이 도시되어 있다. 도면에 도시되어 있는 가교된 환형 실록산은 상기 식 I의 실록산에 상응하고, 이 예에서 통일적으로 n = 2 및 m = 0이다. 그러므로 연결 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기(식 I에서 R2)는 에틸렌 가교이고, 이 에틸렌 가교는 도 1에서 이해의 편의를 위해 줄여 도시되어 있다.
이와 같은 실리콘은 예를 들어 적절한 조성물의 경화를 통한 n = 2인 상기 식 II의 제1의 환형 실록산 및 n = 2와 m = 0인 상기 식 III의 제2의 환형 실록산의 백금 촉매된 수소화규소첨가 반응을 통해 얻을 수 있다. 이때, 제1의 환형 실록산 대 제2의 환형 실록산의 비율은 1:1 내지 4:1, 특히 1.2:1 내지 3:1, 바람직하게는 1.3:1 내지 2.5:1의 범위 안에 있을 수 있으며 예를 들어 2:1일 수 있다. 제1의 환형 실록산이 과잉 사용되면, 상기 실리콘은 비닐기를 거의 또는 더 이상 전혀 갖지 않는다. 그러나 그런 경우 일반적으로 여전히 Si-H-결합은 존재하며, 이는 식 I에서 R2 = H-원자에 상응한다. 비닐기 또는 올레핀과 반대로, Si-H-결합은 열분해와 관련해 문제가 되지 않는다.
도 1에 도시된 실리콘은 환형 실리콘이 풍부하다; 이 실리콘은 환형 실록산의 예를 들어 적어도 40 중량%, 특히 적어도 75 중량% 또는 심지어는 90 중량%를 포함할 수 있거나 또는 전부 이것으로 이루어질 수도 있다. 그 외에도, 상기 실리콘의 가교도가 큰 데, 그 이유는 상기 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 40%, 특히 적어도 50% 또는 심지어는 적어도 60%가 에틸렌기에 의해 또 다른 규소 원자에 가교되어 있기 때문이다. 일반적으로 상기 또 다른 규소 원자는 이 예에서 마찬가지로 환형 실록산의 일부이다.
상기 실리콘의 굴절률은 특히 상기 치환기 R1에 맞춰져 있다. R1은 알킬, 시클로알킬 및 아릴에서 선택되고 특히 C1-C4-알킬, C5-C6-시클로알킬 또는 페닐일 수 있다. 상기 치환기 R1의 적어도 40%가 C5-C6-시클로알킬과 페닐에서 선택되면, 고굴절 실리콘이 얻어질 수 있다.
도 1의 실리콘에 대한 또 다른 유리한 일례는 조성물의 경화를 통해 형성될 수 있으며, 이때 조성물은 특히 1.8:1 내지 2.2:1, 예를 들어 2:1의 비율로 상기 식 II의 제1의 환형 실록산 및 상기 식 III의 제2의 환형 실록산을 포함하며, 식 II에서 및 식 III에서 n = 0, m = 0 및 R1 = 메틸이다. 그런 경우 도 1에 따른 실리콘은 통일적으로 R1 = 메틸을 가지며, 이는 n = 0, m = 0 및 R1 = 메틸인 상기 식 I의 가교된 환형 실록산에 상응한다. 이때, 상기 고분자 재료는 특히 실리콘 자체일 수 있으며, 이 실리콘은 적어도 90 중량%에서 또는 전부 상기 식 I의 환형 실록산으로 이루어질 수 있다. 이런 예에 따르면 고도로 가교된 폴리(디메틸실록산)이 고분자 재료로서 획득된다. 상기 예에 따르면 상기 환형 실록산의 규소 원자의 60% 이상, 특히 65% 이상이 에틸렌 가교에 의해 또 다른 규소 원자에 가교될 수 있다. 상기 실리콘은 1.3 GPa 내지 1.7 GPa의 E-모듈을 가질 수 있다(인장 시험). 경도는 약 0.34 GPa일 수 있다(나노인덴테이션).
도 2에는 LED의 예에서 본 출원의 일 실시예에 따른 소자가 도시되어 있다. 여기에서 상기 소자는 캐리어 기판(15)과 연결된 하우징(20)을 포함한다. 상기 하우징(20)은 세라믹 또는 열저항성 및 방사선 저항성 플라스틱을 포함할 수 있다. 상기 하우징(20)의 리세스(25) 안에 반도체칩(10)이 배치되어 있으며, 이 반도체칩은 상기 소자의 작동 동안 방사선을 방출한다. 여기에서 상기 리세스(25)의 측벽들이 경사져 있으며 반사 재료를 포함할 수 있다. 전도성 단자들(30, 31) 및 본딩 와이어(32)에 의해 상기 반도체칩(10)에 전류가 흐를 수 있다.
상기 소자는 고분자 재료로 이루어지는 광학 엘리먼트(50)를 가지며, 이때 고분자 재료는 여기에서 캐스팅 화합물(51)로서 상기 하우징(20)의 리세스(25)를 채우고 있으며 상기 반도체칩(10)을 밀봉하고 있다. 여기에서 상기 광학 엘리먼트(50)는 반도체칩(10)으로부터 방출되는 방사선을 위해 투명하고 렌즈로서 형성될 수 있다(도시되어 있지 않음). 도 2에 따른 예에서 무기 필러로서 하나 또는 복수의 변환 재료를 포함하는 입자들(60)이 고분자 재료 속에서 균일하게 분포하고 있다(소위 체적 변환). 대안으로서 또는 추가로 상기 소자가 변환 엘리먼트를 포함할 수 있고, 이때 변환 엘리먼트는 예를 들면 다이의 형태로 반도체칩(10) 위에 배치될 수 있다(도시되어 있지는 않음). 또한, 또 다른 무기 필러들은 예를 들어 디퓨저 또는 열전도성 입자, 예를 들어 SiO2 입자가 광학 엘리먼트(50)의 고분자 재료 속에 분포될 수 있다. 상기 무기 필러들은 상기 광학 엘리먼트(50)의 10 내지 80 중량%를 가질 수 있다. 상기 소자는 어떤 색상의 가시광이라도, 특히 백색광을 방출할 수 있다.
상기 고분자 재료는 실리콘을 포함할 수 있으며 특히 실리콘으로 이루어질 수도 있다. 이 실리콘은 도 1에 따른 실리콘에 상응할 수 있다. 이것은 적어도 40 중량%의 환형 실록산을 포함한다. 또한, 상기 실리콘은 고도로 가교되어 있는 데, 왜냐하면 상기 환형 실록산의 규소 원자의 적어도 40%가 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자에 가교되어 있기 때문이다. 높은 가교도 때문에 상기 실리콘은 열분해에 대해 안정적이고 견고하고 향상된 열전도성을 가지며 유리하게는 탄성적이기도 하다.
상기 광학 엘리먼트(50)는 반도체칩(10)으로부터 및 변환 재료로부터 발현되는 열로 인해 거의 또는 전혀 손상되지 않으므로 황변 또는 균열 경향을 보이지 않는다. 그러므로 상기 소자는 유해한 환경 영향들로부터 잘 보호되고 오랜 수명을 갖는다. 필요에 따라, 실리콘에서, 특히 환형 실록산에서 치환기의 선택에 의해 상기 실리콘 또는 광학 엘리먼트(50)의 굴절율이 조정될 수 있다. 예를 들어 적어도 1.44의 굴절율을 갖는 고굴절 실리콘으로 광 커플링아웃이 종래 PDMS에 비해 개선될 수 있다.
도 3에는 또 다른 실시예에 따른 소자의 단면도가 도시되어 있다. 이것은 대체로 도 2의 소자에 상응한다. 변화 재료들을 포함하는 입자들(60) 대신에 여기에서는 변환 엘리먼트(61)가 반도체칩(10)에 배치되어 있다. 광학 엘리먼트(50)는 여기에서는 렌즈(70)로서 형성되어 있으며, 이때 렌즈는 하우징(20) 위로 돌출할 수 있다.
도 4에는 본 출원의 또 다른 실시예에 따른 소자의 단면도가 도시되어 있다. 이 소자는 광학 엘리먼트(50)로서 렌즈(70)를 포함하며, 이 렌즈는 예를 들어 접착제를 이용해 상기 소자 위에 배치되어 있다. 상기 광학 엘리먼트(50)는 본 출원에 의거한 하나 이상의 실시예에 따른 실리콘을 포함한다. 이와 같은 렌즈(70)는 따로, 예를 들어 일정한 형태로, 부어져 경화될 수 있다. 상기 반도체칩(10)은 이 예에서 리세스(25)를 채우는 캐스팅 화합물(51)로 밀봉되어 있다. 상기 캐스팅 화합물(51)은 마찬가지로 본 출원의 일 실시예에 따른 광학 엘리먼트가 될 수 있거나 종래 재료들로 이루어질 수 있다. 상기 소자는 예를 들어 입자 또는 다이의 형태로 변환 재료를 포함할 수 있다(여기에 도시되어 있지는 않음).
도 5에는 본 출원의 또 다른 실시예에 따른 소자의 단면도가 도시되어 있다. 상기 광학 소자(50)는 여기에서 리플렉터(52)로서 형성되어 있으며 반사 필러를 포함한다. 상기 반사 필러는 상기 광학 엘리먼트(50)의 10 내지 80 중량%, 특히 20 내지 60 중량%일 수 있고 예를 들어 TiO2, ZrO2, Al2O3 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 도 5에 도시된 것처럼, 상기 광학 엘리먼트(50)는 리세스(25)의 적어도 일부를 라이닝할 수 있으며 발생된 방사선을 반사할 수 있으므로, 방사 효율이 커진다.
대안으로서 상기 소자(50)는 하우징(20)의 일부를 형성할 수도 있다. 상기 하우징(20)은 상기 광학 엘리먼트(50)의 고분자 재료로 전부 제조될 수 있고 적어도 리세스(25)의 범위에서 반사 필러를 갖는다.
상기 반도체칩(10)은 이 예에서 캐스팅 화합물(51)로 밀봉되고, 이때 캐스팅 화합물(51)은 다시 본 출원의 하나 이상의 실시예에 따른 광학 엘리먼트일 수 있다.
본 특허 출원은 이것으로 그 개시 내용이 참고문헌으로 포함되는 독일 특허 출원 10 2012 104 363.9호의 우선권을 주장하고 있다.
본 발명은 상기 실시예들을 이용해 설명이 이루어졌다고 하여 이들에 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명은 새로운 각 특징을 그리고 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구항들의 특징들의 각 조합을 그리고 상기 실시예들의 각 조합을 포함하고, 이 특징 또는 이 조합 자체가 청구항들에서 또는 실시예들에서 명시적으로 제시되어 있지 않았을지라도 마찬가지이다.

Claims (15)

  1. - 하우징(20);
    - 이 하우징(20) 안에 배치되어 방사선을 방출하거나 방사선을 수신하는 반도체칩(10); 및
    - 실리콘을 포함하는 고분자 재료를 함유하는 광학 엘리먼트(50)
    를 포함하는 광전자 소자로서,
    상기 실리콘은 환형 실록산을 40 중량% 이상 함유하고 이런 환형 실록산의 규소 원자의 40% 이상은 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자와 가교되어 있는 광전자 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환형 실록산의 규소 원자의 50% 이상은 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자와 가교되어 있는 광전자 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘은 환형 실록산을 75 중량% 이상 포함하는 광전자 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 실록산은 하기 식 I의 구조에 의해 나타내어지는 광전자 소자:
    Figure pct00008

    상기 식에서,
    n은 1, 2, 3, 4, 또는 5에서 선택되고,
    R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고,
    R2는 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기, H-원자, 식
    Figure pct00009
    (m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)의 치환기 및 결합된 헤테로원자를 포함하는 군에서 선택되며,
    상기 치환기 R2의 40% 이상은 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 상응하며, 이것에 의해 상기 식 I의 환형 실록산의, R2-치환된 규소 원자가 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자와 가교되어 있고 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기가 각각의 경우에 서로 독립적으로 하기 식
    Figure pct00010
    (m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)의 구조를 갖는다.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학 엘리먼트(50)는, 하기 식 II에 의해 나타내어지는 제1의 환형 실록산 및 하기 식 III에 의해 나타내어지는 제2의 환형 실록산을 포함하는 조성물의 경화를 통해 얻어질 수 있는 광전자 소자:
    Figure pct00011

    상기 식 II 또는 상기 식 III에서
    n은 각각의 경우에 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4 또는 5에서 선택되고,
    R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고,
    R3은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 하기 식
    Figure pct00012
    (m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)에 의해 나타내어지는 치환기이다.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, R1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, C1-C4-알킬, C5-C6-시클로알킬 및 페닐을 포함하는 군에서 선택되는 광전자 소자.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치환기 R1의 40% 이상은 각각의 경우에 서로 독립적으로 C5-C6-시클로알킬 및 페닐을 포함하는 군에서 선택되는 광전자 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 실리콘의 굴절률(n)은 1.44 이상인 광전자 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엘리먼트(50)는 반도체칩(10)을 밀봉하는 캐스팅 화합물(51)인 광전자 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엘리먼트(50)는 무기 필러를 포함하고, 이 무기 필러는 고분자 재료 안에 매립되어 있으며 열전도 입자, 디퓨저, 변환 재료 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 광전자 소자.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 엘리먼트(50)는 리플렉터(52)로서 형성되어 있으며 반사 필러를 포함하는 광전자 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하우징(20)은 반도체칩(10)이 배치되는 리세스(25)를 가지며, 상기 광학 엘리먼트(50)는 상기 리세스(25)의 적어도 일부를 라이닝하거나 이 리세스(25)의 영역에서 상기 하우징(20)의 적어도 일부를 형성하는 광전자 소자.
  13. 광학 엘리먼트(50)를 포함하는 광전자 소자의 제조 방법으로서,
    A) 하우징(10)의 제공 단계;
    B) 방사선을 방출하거나 또는 방사선을 검출하는 반도체칩(10)을 상기 하우징(20) 안에 배치하는 단계;
    C) 실리콘을 포함하는 고분자 재료를 함유하는 광학 엘리먼트(50)의 제조 단계
    를 포함하고, 여기서 실리콘은 환형 실록산을 40 중량% 이상 포함하며 상기 환형 실록산의 규소 원자의 40% 이상은 알킬렌기 및/또는 알킬아릴렌기에 의해 상기 실리콘의 또 다른 규소 원자와 가교되어 있는 광전자 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 단계 C)에서 하기 식 II에 의해 나타내어지는 제1의 환형 실록산 및 하기 식 III에 의해 나타내어지는 제2의 환형 실록산을 포함하는 조성물을 경화하여 광학 엘리먼트(50)를 제조하는 광전자 소자의 제조 방법:
    Figure pct00013

    상기 식 II 또는 상기 식 III에서
    n은 각각의 경우에 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4 또는 5에서 선택되고,
    R1은 각각의 경우에 독립적으로, 알킬, 시클로알킬 및 아릴을 포함하는 군에서 선택되고 및
    R3은 각각의 경우에 서로 독립적으로 하기 식
    Figure pct00014
    (m = 0 또는 1이고 X = C1-C4-알킬렌 또는 페닐렌임)에 의해 나타내어지는 치환기이다.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 조성물에서 제1의 환형 실록산과 제2의 환형 실록산의 비율은 1:1 내지 4:1, 특히 1.2:1 내지 3:1의 범위에 있는 광전자 소자의 제조 방법.
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