WO2013156325A1 - Transparenter körper, optoelektronisches bauelement mit einem transparenten körper und verfahren zur herstellung eines transparenten körpers - Google Patents

Transparenter körper, optoelektronisches bauelement mit einem transparenten körper und verfahren zur herstellung eines transparenten körpers Download PDF

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Kathy SCHMIDTKE
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Definitions

  • Transparent body optoelectronic component with a transparent body and method for producing a transparent body
  • the present invention relates to a transparent
  • a polymer matrix which may be part of a transparent body of an optoelectronic component, for example, usually has a very low
  • Aging of the polymer matrix for example, yellowing and cracking of the polymer matrix and, in the worst case, failure of the optoelectronic device may be the result of insufficient thermal conductivity of the polymer matrix.
  • An object to be solved is to use an optoelectronic component, for example a device that can be used therein
  • a transparent body comprises a polymer matrix and at least one filler, wherein the filler is chemically functionalized, and wherein the functionalized
  • Filler is chemically incorporated into the polymer matrix.
  • Filler be improved.
  • a higher amount of filler can be introduced into the polymer matrix.
  • An increased thermal conductivity can be generated.
  • Filler here and in the following denotes an additional chemical substance which comprises at least one atom and / or molecule or a combination of atoms and / or molecules, for example an aggregation of molecules to a highly ordered structural unit, and which itself is thermally conductive and by the chemical functionalization and chemical incorporation of the filler into the polymer matrix transfers the heat-conducting properties to the polymer matrix, the thermal conductivity of the polymer matrix
  • the filler comprises particles or is configured in the form of particles.
  • the particles have a size of 1 to 5000 nm, preferably 1 to 200 nm, particularly preferably a size smaller than 100 nm,
  • the size of the particles makes it possible to maintain the transparency of the transparent body or to set it to a certain value.
  • the electromagnetic radiation for example that emitted by an optoelectronic component
  • Transparency means that a transmission of greater than or equal to 70%, in particular greater than or equal to 80%,
  • Electromagnetic radiation here and below preferably comprises electromagnetic radiation with one or more
  • the electromagnetic radiation is visible light having wavelengths or wavelength ranges from a visible spectral range between about 350 nm and about 800 nm.
  • the geometry of the particles is arbitrary.
  • the particle is for example
  • form anisotropic means that the particle has a different geometric shape depending on the direction or is irregularly shaped.
  • Form anisotropic means, for example, that the height, width and depth of the particle are different.
  • the particles are in the form of a sphere, a tube, a Wired or a stick designed.
  • Particle is in the nanometer range.
  • the filler is crystalline or liquid crystalline.
  • the filler is one
  • Liquid crystals here and below designate a chemical substance which comprises or consists of, for example, monomers, oligomers or polymers, and which has both properties of a crystal, for example the
  • A1N, S1 3 N 4 , SiC, BN, Al 2 O 3 are to be understood as meaning ceramic fillers.
  • ceramic fillers are inorganic and / or crystalline materials. Nanoparticles here and in the following designates an association of atoms and / or molecules which have a size in the nanometer range, for example 1 to 1000 nm, the nanoparticles being direction-dependent
  • Nanowire is a fine elongated piece of metal
  • Nanometers The length of the nanowires can be several
  • Carbon (carbon nanowires), silicon or germanium, or III / V or II / VI compound semiconductor materials are carbon (carbon nanowires), silicon or germanium, or III / V or II / VI compound semiconductor materials.
  • An I I / V compound semiconductor material comprises at least one element of the third main group such as B, Al, Ga, In, and a fifth main group element such as N, P, As.
  • the third main group such as B, Al, Ga, In
  • a fifth main group element such as N, P, As.
  • I I / V compound semiconductor material means the group of binary, ternary or quaternary compounds which
  • At least one element from the third main group and at least one element from the fifth main group for example, nitride and phosphide compound semiconductors.
  • Such a binary, ternary or quaternary compound may also have, for example, one or more dopants and additional constituents.
  • an II / VI compound semiconductor material has at least one element of the second main group such as Be, Mg, Ca, Sr, and a sixth main group element such as 0, S, Se.
  • an II / VI compound semiconductor material comprises a binary, ternary or quaternary compound that
  • Such a binary, ternary or quaternary compound may additionally have, for example, one or more dopants and additional constituents.
  • the II / VI compound semiconductor materials include: ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO.
  • Boehmite rods in this context means a substance with the chemical composition AIO (OH) or ⁇ -AlOOH, which has a rod-shaped geometry.
  • Nanotubes refers in this context tubes whose diameter is smaller than 100 nanometers. Typically, the diameter is only a few nanometers, and the inner tubes in multiwall nanotubes can be as thin as 0.3 nm.
  • nanutubes have carbon atoms, the carbon atoms occupying a honeycomb-like structure with hexagons and three binding partners each. The carbon atom has an sp 2 hybridization in nanotubes.
  • the diameter of the tubes is usually in the range of 0.4 to 50 nm. The length is several millimeters to a few centimeters for individual tubes, for example, up to 20 cm.
  • a Ce organyl-containing compound is, for example
  • a Ti-organyl-containing compound is, for example
  • a Ti-alkoxide-containing compound is, for example
  • An AI Organyl-containing compound is, for example A1-C (CH3) 2 _ C (CH 3) 2 -H.
  • Si-alkoxide-containing compounds are, for example
  • Oxidic fillers may be selected from a group comprising alumina, silica, zirconia, magnesia and mica.
  • the filler comprises particles, wherein a multiplicity of first compounds which have a functional group are chemically and / or physically attached to each particle.
  • a particle is present on each particle
  • the formation of at least one covalent bond between at least one particle and a first compound can be carried out by a spacer, a vinyl group and / or Si-H bond.
  • Spacer here and below refers to molecules which create a spatial distance between the first compound and the particle.
  • First compound and particles are not directly connected by an atom-atom bond
  • the transparent body has a thermal conductivity which is anisotropic. Particles which have a large ratio of the depth and / or height of the particle compared to the width of the particle chemically incorporated in the polymer matrix produce a high thermal conductivity parallel to the longer dimension.
  • chemically functionalized fillers in the form of a tube, a wire or a rod produce
  • the polymer matrix is selected from a group comprising silicone and its derivatives, epoxy resin and its derivatives, polyacrylic resin and derivatives thereof,
  • the polymer matrix may in particular be a methyl-substituted silicone, for example poly (dimethylsiloxane) and / or
  • Silicone for example poly (dicyclohexyl) siloxane, or a combination thereof, or consist thereof.
  • the filler has a higher thermal conductivity than the polymer matrix.
  • the thermal conductivity of the pure polymer matrix is
  • silicone typically between 0.1 and 0.3 W / mK.
  • silicone has a thermal conductivity of about 0.2 W / mK.
  • the filler has a thermal conductivity of greater than or equal to 1 W / mK, in particular greater than or equal to 10 W / mK.
  • the transparent body has a thermal conductivity of greater than or equal to 1 W / mK, in particular between 1 W / mK and 2 W / mK, for example 1.4 W / mK.
  • the combination of polymer matrix and chemically bonded filler has a higher thermal conductivity than the pure polymer matrix.
  • a filler which is normally non-functionalized is hydrophilic and thereby incompatible with a hydrophobic polymer matrix
  • Functionalization hydrophobized Or it is usually hydrophilized without functionalization and thus hydrophilized with the filler incompatible with a hydrophilic polymer matrix by functionalization. This allows the functionalized filler in the polymer matrix to be fine
  • Hydrophilic means in this context that the filler or the polymer matrix is water-loving, that interacts with and is compatible with polar substances.
  • Hydrophobic in this context means that the filler or the polymer matrix is water-repellent, that is interacts with non-polar substances and is compatible with them. Hydrophilic and hydrophobic substances are usually incompatible with each other and can not be mixed homogeneously, since separation and conglomeration takes place.
  • the first compound is selected from a group comprising organosilicon compounds, Silanes and their derivatives, siloxanes and their derivatives, ethers containing compounds, esters of carbonic acid with diols, esters of acrylic acid and acrylic acid derivatives, phosphonates and their derivatives, and combinations thereof.
  • the functional group is selected from a group comprising vinyl and its derivatives, as well as hydrogen-containing compounds.
  • the hydrogen-containing compounds are capable of
  • the first compound comprises at least one functional group which is terminally and remotely from a respective particle of the filler disposed on the first compound.
  • the chemical incorporation of the filler for example of Ta-organyl-containing compounds, Ce organyl-containing compounds, Ti-organyl-containing compounds or liquid crystals, in the main or side chains of
  • Polymer matrix for example, in the main or side chains of the silicone, the thermal conductivity of the polymer matrix and thus the thermal conductivity of the transparent body.
  • the transparency of the transparent body can be adjusted.
  • the chemical incorporation of the functionalized filler increases, for example
  • Polymer matrix of inorganic-organic hybrid polymers (ORMOCER ® s) of less than 200 ° C can also be used.
  • the filler is characterized by co
  • the co-polymerization proceeds depending on the polymer matrix according to different mechanisms:
  • Polymer matrix produces a copolymer.
  • the filler is chemically and / or physically attached to the first compound and the first compound chemically attached to the polymer matrix.
  • an optoelectronic component with a transparent body is specified, wherein the optoelectronic component has a beam path of the electromagnetic
  • Beam path is arranged.
  • the transparent body in the optoelectronic component for example a
  • LED Light-emitting diode
  • Optoelectronic component resulting heat due to the improved thermal conductivity of the transparent body are easily dissipated and the life of the
  • optoelectronic component can be increased. Yellowing and cracks in the transparent body are caused by the
  • the transparent body of the optoelectronic component is provided with converter materials, which extend the electromagnetic primary radiation emitted by a semiconductor layer sequence into an electromagnetic secondary radiation of usually longer duration
  • the transparent body can be any transparent body.
  • the converter material is at least partially in direct contact with the filler.
  • the transparent body is in direct contact with the radiation source. If the transparent body additionally comprises converter materials, then the conversion of the electromagnetic primary radiation into the electromagnetic secondary radiation may be at least partially close to the radiation source, for example at a distance
  • Converter material and radiation source of less than or equal to 200 ym, preferably less than or equal to 50 ym done (so-called “chip-level conversion”).
  • the transparent body is spaced from the radiation source. If the transparent body additionally comprises converter materials, then the conversion of the electromagnetic energy can at least partly take place
  • Radiation source of greater than or equal to 200 ym, preferably greater than or equal to 750 ym, more preferably greater than or equal to 900 ym (so-called "remote phosphor conversion").
  • the radiation source of the optoelectronic component has a semiconductor layer sequence which is referred to as
  • Epitaxial layer sequence or as a radiation-emitting semiconductor chip with Epitaxie Anlagen, can be designed as epitaxially grown semiconductor layer sequence. The occurring in the semiconductor layer sequence
  • Semiconductor materials are not limited, provided that they can at least partially have electroluminescence. There are, for example, compounds from the elements
  • An active region layer sequence may be based, for example, on nitride compound semiconductor materials.
  • a nitride compound semiconductor material preferably comprises or consists of Al n Ga m In n - m N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula exhibit. Rather, it may, for example, have one or more dopants and additional constituents.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor layer sequence can be used as active region
  • a conventional pn junction for example, a conventional pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure) have.
  • the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, for example p-doped or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Such structures include the active region or the further functional layers and
  • the transparent body in the optoelectronic component forms a lens.
  • the lens may fill an opening of the recess or be arranged in this.
  • the lens may have a cavity that may be filled with other materials.
  • This material may include or consist of, for example, gas, a gas mixture, a plastic or polymeric material, a glass or other material, or a combination of multiple materials.
  • OLED organic light emitting diode
  • the transparent body is used as encapsulation and / or potting.
  • Process step includes:
  • the functionalized filler and the polymer matrix are mixed, the mixing preferably taking place by stirring, dispersing, ultrasonication, extrusion and / or milling.
  • the method may additionally comprise substances added in functionalizing or chemically binding and selected from a group comprising catalysts, inhibitors, coupling agents, and combinations thereof.
  • the catalysts may in particular be platinum catalysts, for example chloroplatinic acid H 2 PtCl 6 or Chloroplatinic acid hexahydrate H 2 PtCl6 x 6H 2 O, complexes of platinum with vinyl-containing organosiloxanes, as they are
  • the inhibitors may be selected from the group consisting of polyorganosiloxanes which are preferably ring-shaped and / or wherein at least one Si atom is substituted by at least one alkenyl radical
  • Tetramethylvinyl tetrasiloxane is particularly preferred
  • inhibitors are acetylenic alcohols, such as
  • Primer may alkoxy organosilane, in particular vinyltrimethoxysilane (VTMS) or
  • Methacyrloxypropyltrimethoxysilane be.
  • the coupling agent may be 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
  • Figure 1 schematically the chemical functionalization of a
  • Figure 2 schematically shows the chemical functionalization of a filler and the chemical integration of a functionalized filler in the
  • Figure 3 schematically shows the chemical integration of a
  • Figure 4 schematically an optoelectronic device with a transparent body in the beam path.
  • FIG. 1 schematically shows the chemical
  • Polymer matrix 3 shows. Nanoparticles 1-1, formanistropic particles 1-2 and / or nanotubes 1-3, for example carbon nanotubes, can be used as filler 1 (FIG. 1). Particularly preferred as particles are nanoparticles which are inorganic and crystalline, such as AlN, Si 3 N 4 or SiC.
  • the filler may be spherical or formanisotropic. Under formanisotropic becomes in this
  • the filler comprises particles having a size of 1 to 5000 nm, preferably 1 to 200 nm, more preferably less than 100 nm, for example 80 nm. Particles having a size of, in particular, less than or equal to 100 nm do not act as scattering centers for the electromagnetic radiation emitted by a radiation source
  • First compounds 2 may be, for example, silanes functionalized with vinyl groups and / or siloxanes functionalized with vinyl groups and derivatives thereof.
  • the connection can be done chemically and / or physically.
  • the first compound 2, whose functional group 2-1 is terminal and remote from a respective particle of the filler 1 is disposed on the first compound 2, adsorbed on the surface of the particles of the filler 1 and / or by formation of covalent bonds and / or hydrogen bonds are connected.
  • An example hydrophilic surface of the particles of the filler 1 is hydrophobized by the first compound 2, or the hydrophobic surface of the
  • Particles of the filler 1 is hydrophilized by the first compound 2 and can chemically in the next step, as shown in Figure 2 in step B, in the
  • Polymer matrix 3 are involved.
  • the polymer matrix 3 is in particular a silicone, for example a
  • Methyl-substituted silicone such as vinylated
  • Polymer matrix 3 can be obtained by linking the functional Groups 2-1, for example, the vinyl-containing groups 2-1 of the first compound 2 with the polymer matrix 3.
  • the filler for example in the form of nanoparticles 1-1, formanisotropic particles 1-2, nanowires 1-3 or
  • Carbon nanotubes are homogeneously distributed in the polymer matrix 3, whereby an aggregation of the filler is prevented and the transparency of the transparent body is obtained.
  • FIG. 3 schematically shows the chemical incorporation of a functionalized filler 1-4, in this case using the example of a vinyl group-functionalized liquid crystal in the polymer matrix 3.
  • the functionalized filler 1- 4 is already functionalized from the start.
  • polymer matrix 3 vinylated poly (dimethylsiloxane) B-1 and / or
  • Poly (dimethyl) (methylphenyl) siloxane B-3 can be used.
  • the indices n, r, q, p, and t stand for the number of
  • Liquid crystal is chemically incorporated into the polymer matrix 3 by co-polymerization. By varying the proportion of the liquid crystal component can directly
  • Transparency of the transparent body can be influenced.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a
  • the optoelectronic component on the embodiment of a light emitting diode (LED).
  • the optoelectronic component has a layer sequence 1 with an active region (not explicitly shown), a first electrical connection 2, a second electrical connection 3, a bonding wire 4, a transparent body 5, a recess 6, a
  • a transparent body 5 In the beam path of the electromagnetic radiation, a transparent body 5 is arranged.
  • the transparent body 5 comprises a polymer matrix and at least one filler.
  • the filler is chemically functionalized and in the
  • the transparent body 5 is directly in direct mechanical and / or
  • the transparent body 5 is of the
  • Layer sequence 1 with an active area spaced.
  • the good bonding and homogeneous distribution of the filler in the polymer matrix in the transparent body allows better dissipation during operation of the polymer
  • Optoelectronic device generated heat. This increases both the life of the transparent body and that of the optoelectronic component.
  • a filler configured as a particle for example A1N, BN and / or Al 2 O 3 particles, is mixed with a first compound, for example vinylated siloxane, and chemically functionalized.
  • the filler is with the
  • Polymer matrix for example silicone, wherein a copolymer is produced.
  • the chemical incorporation of the functionalized filler can be initiated thermally or UV.
  • Thermal conductivity of the transparent body is reduced by chemical integration of the filler from approx. 0.2 W / mK (pure silicone) to 1 to 2 W / mK, depending on the filling content of the filler.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen transparenten Körper, der eine Polymermatrix (3) und zumindest einen Füllstoff (1) umfasst, wobei der Füllstoff (1) chemisch funktionalisiert ist, und wobei der funktionalisierte Füllstoff (1) in die Polymermatrix (3) chemisch eingebunden ist. Weiterhin wird ein optoelektronisches Bauelement umfassend den erfindungsgemäßen transparenten Körper, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers angegeben.

Description

Beschreibung
Transparenter Körper, optoelektronisches Bauelement mit einem transparenten Körper und Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers
Die vorliegende Erfindung betrifft einen transparenten
Körper, ein optoelektronisches Bauelement mit einem
transparenten Körper und ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers.
Eine Polymermatrix, welche beispielsweise Bestandteil eines transparenten Körpers eines optoelektronischen Bauelements sein kann, besitzt in der Regel eine sehr geringe
Wärmeleitfähigkeit. Somit entsteht häufig das Problem, dass die bei Betrieb eines optoelektronischen Bauelements
entstehende Wärme nicht ausreichend abgeleitet werden kann. Eine Alterung der Polymermatrix, beispielsweise Vergilbung und Reißen der Polymermatrix und im schlimmsten Fall Ausfall des optoelektronischen Bauelements können die Folge der unzureichenden Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix sein.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement, einen zum Beispiel darin einsetzbaren
transparenten Körper, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers anzugeben, der eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ein transparenter Körper umfasst eine Polymermatrix und zumindest einen Füllstoff, wobei der Füllstoff chemisch funktionalisiert ist, und wobei der funktionalisierte
Füllstoff in die Polymermatrix chemisch eingebunden ist.
Durch das chemische Funktionalisieren des Füllstoffs und die chemische Einbindung des Füllstoffs in die Polymermatrix kann eine gute Anbindung und homogene Verteilung des Füllstoffs in der Polymermatrix erfolgen. Ein Füllgrad der Polymermatrix, welcher die Menge an Füllstoff in der Polymermatrix
beschreibt, kann durch die chemische Einbindung des
Füllstoffs verbessert werden. So kann beispielsweise eine höhere Menge an Füllstoff in die Polymermatrix eingebracht werden. Eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit kann erzeugt werden. Beispielsweise in einer Anwendung des transparenten Körpers bei optoelektronischen Bauelementen kann die während des
Betriebs des optoelektronischen Bauelements erzeugte Wärme nun durch den transparenten Körper besser abgeführt werden. Dies erhöht sowohl die Lebensdauer des transparenten Körpers als auch die des optoelektronischen Bauelements.
Füllstoff bezeichnet hier und im Folgenden einen zusätzlichen chemischen Stoff, welcher zumindest ein Atom und/oder Molekül oder ein Zusammenschluss von Atomen und/oder Molekülen, beispielsweise eine Aggregation von Molekülen zu einer hochgeordneten Struktureinheit umfasst, und welcher selbst wärmeleitend ist und durch die chemische Funktionalisierung und chemische Einbindung des Füllstoffs in die Polymermatrix die wärmeleitenden Eigenschaften auf die Polymermatrix überträgt, die Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix
verbessert und damit die Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers erhöht. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Füllstoff Partikel oder ist in Form von Partikeln ausgestaltet. Die Partikel weisen eine Größe von 1 bis 5000 nm, bevorzugt 1 bis 200 nm, besonders bevorzugt eine Größe kleiner als 100 nm,
beispielsweise 80 nm auf. Die Größe der Partikel ermöglicht es, die Transparenz des transparenten Körpers zu erhalten oder auf einen bestimmten Wert einzustellen. Insbesondere wird die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise die von einem optoelektronischen Bauelement emittierende
elektromagnetische Strahlung, von Partikeln mit einer Größe von kleiner oder gleich als 100 nm nicht gestreut und damit die Transparenz des transparenten Körpers erhalten.
Transparenz bedeutet, dass eine Transmission von größer oder gleich 70%, insbesondere größer oder gleich 80%,
beispielswe.LSG 85% bei einer entsprechenden Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung vorliegt.
Elektromagnetische Strahlung umfasst hier und im Folgenden bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder
mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen aus einem ultravioletten bis infraroten Spektralbereich. Insbesondere ist die elektromagnetische Strahlung sichtbares Licht mit Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen aus einem sichtbaren Spektralbereich zwischen etwa 350 nm und etwa 800 nm.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Geometrie der Partikel beliebig wählbar. Das Partikel ist beispielsweise
formanisotrop. Formanisotrop bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Partikel richtungsabhängig eine unterschiedliche geometrische Form aufweist oder irregulär geformt ist.
Formanisotrop bedeutet beispielsweise, dass die Höhe, Breite und Tiefe des Partikels unterschiedlich ist. Insbesondere sind die Partikel in Form einer Kugel, einer Röhre, eines Drahts oder eines Stäbchen ausgestaltet. Die Größe der
Partikel liegt im Nanometerbereich .
Gemäß einer Ausführungsform ist der Füllstoff kristallin oder flüssigkristallin.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Füllstoff aus einer
Gruppe ausgewählt, die Flüssigkristalle, keramische
Füllstoffe, A1N, Si3N4, SiC, BN, A1203, Nanopartikel ,
Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanodrähte, Böhmit-Stäbchen, AIO(OH), Nanotubes, Ta-organylhaltige Verbindungen, Ce-organylhaltige Verbindungen, Ti-organylhaltige Verbindungen, Ti-Alkoxid- haltige Verbindungen, Al-Alkoxid-haltige Verbindungen, Si- Alkoxid-haltige Verbindungen, Zr-Alkoxid-haltige
Verbindungen, oxidische Füllstoffe, Al-Organyl-haltige
Verbindungen und Kombinationen daraus umfasst.
Flüssigkristalle bezeichnet hier und im Folgenden einen chemischen Stoff, welcher beispielsweise Monomere, Oligomere oder Polymere umfasst oder daraus besteht, und welcher sowohl Eigenschaften eines Kristalls, beispielsweise die
Richtungsabhängigkeit physikalischer Eigenschaften
(Anisotropie) , als auch Eigenschaften einer Flüssigkeit, beispielsweise elektrische und optische Eigenschaften oder Fließverhalten, zeigen, wobei in einem bestimmten
Temperaturbereich beide Phasen (flüssig und kristallin) nebeneinander vorliegen (Mesophasen) .
Unter keramische Füllstoffe sind insbesondere A1N, S13N4, SiC, BN, AI2O3 zu verstehen. Insbesondere sind keramische Füllstoffe anorganische und/oder kristalline Materialien. Nanopartikel bezeichnet hier und im Folgenden einen Zusammenschluss von Atomen und/oder Molekülen, welche eine Größe im Nanometerbereich, beispielsweise 1 bis 1000 nm aufweisen, wobei die Nanopartikel richtungsabhängige
(anisotrope) physikalische Eigenschaften aufweisen können.
Nanodraht ist ein feines langgestrecktes Stück Metall,
Halbmetall oder Verbindungshalbleiter mit einem Durchmesser von einigen hundert Nanometern bis hinab zu wenigen
Nanometern. Die Länge der Nanodrähte kann dabei mehrere
Mikrometer erreichen. Insbesondere weisen Nanodrähte
Halbleitermaterialien der vierten Hauptgruppe, wie z.B.
Kohlenstoff (Kohlenstoffnanodrähte) , Silizium oder Germanium, oder III/V- oder II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien auf.
Ein I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B, AI, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der
Begriff " I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial " die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die
wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter . Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
Entsprechend weist ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise 0, S, Se, auf.
Insbesondere umfasst ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die
wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien : ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO. Böhmit-Stäbchen bedeutet in diesem Zusammenhang eine Substanz mit der chemischen Zusammensetzung AIO(OH) beziehungsweise γ- AlOOH, welche eine stäbchenförmige Geometrie aufweist.
Nanotubes bezeichnet in diesem Zusammenhang Röhren, deren Durchmesser kleiner als 100 Nanometer ist. Typischerweise beträgt der Durchmesser nur wenige Nanometer und die inneren Röhren bei mehrwandigen Nanotubes können bis zu 0,3 nm dünn werden. Insbesondere weisen Nanutubes Kohlenstoff-Atome auf, wobei die Kohlenstoffatome eine wabenartige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen. Das Kohlenstoff-Atom weist in Nanotubes eine sp2-Hybridisierung auf. Der Durchmesser der Röhren liegt meist im Bereich von 0,4 bis 50 nm. Die Länge beträgt mehrere Millimetern bis einigen Zentimetern für einzelne Röhren, beispielsweise bis zu 20 cm.
Eine Ce-organylhaltige Verbindung ist beispielsweise
(Cp) 3Üe (Cp=C5H5) , wobei Cp Cyclopentadienyl-Anion bedeutet. Eine Ti-organylhaltige Verbindung ist beispielsweise
Cp2TiCl2, wobei Cp Cyclopentadienyl-Anion bedeutet.
Eine Ti-Alkoxid-haltige Verbindung ist beispielsweise
Ti(OiPr)4, wobei iPr Isopropyl-Rest bedeutet. Eine AI- Organyl-haltige Verbindung ist beispielsweise A1-C(CH3)2_ C(CH3)2-H.
Si-Alkoxid-haltige Verbindungen sind beispielsweise
Tetramethoxysilan und deren analoge Verbindungen.
Oxidische Füllstoffe können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid und Glimmer umfasst. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Füllstoff Partikel, wobei an jedem Partikel eine Vielzahl erster Verbindungen, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, chemisch und/oder physikalisch angebunden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist an jedem Partikel eine
Vielzahl erster Verbindungen durch Adsorption und/oder durch Ausbildung von kovalenten Bindungen und/oder
Wasserstoffbrückenbindungen angebunden . Die Ausbildung zumindest einer kovalenten Bindung zwischen zumindest einem Partikel und einer ersten Verbindung kann durch einen Spacer, eine Vinyl-Gruppe und/oder Si-H-Bindung erfolgen . Spacer bezeichnet hier und im Folgenden Moleküle, welche einen räumlichen Abstand zwischen der ersten Verbindung und dem Partikel erzeugen. Erste Verbindung und Partikel sind nicht direkt über eine Atom-Atom-Bindung miteinander
verknüpft. Spacer sind insbesondere Phosphonatgruppen mit Organosilikonketten, beispielsweise R-PO(OH)2, wobei R für - CH2-Si (CH3) 2H steht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der transparente Körper eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche anisotrop ist. Partikel, welche ein großes Verhältnis aus der Tiefe und/oder Höhe des Partikels im Vergleich zur Breite des Partikels aufweisen, erzeugen chemisch eingebunden in der Polymermatrix eine hohe Wärmeleitfähigkeit parallel zur längeren Dimension. Insbesondere erzeugen chemisch funktionalisierte Füllstoffe in Form einer Röhre, eines Drahts oder eines Stäbchen
chemisch eingebunden in der Polymermatrix eine hohe
Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen
Polymermatrix, welche normalerweise kein chemisch
funktionalisierten Füllstoff enthält.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Polymermatrix aus einer Gruppe ausgewählt, die Silikon und deren Derivate, Epoxidharz und deren Derivate, Polyacrylharz und deren Derivate,
Polyurethan und deren Derivate, Polycarbonat und deren
Derivate, Hybridpolymere und deren Derivate (ORMOCER®e) und Kombinationen daraus umfasst.
Die Polymermatrix kann insbesondere ein Methyl substituiertes Silikon, beispielsweise Poly (dimethylsiloxan) und/oder
Polymethylphenylsiloxan, ein Cyclohexyl substituiertes
Silikon, beispielsweise Poly (dicyclohexyl ) siloxan, oder eine Kombination daraus umfassen oder daraus bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besitzt der Füllstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Polymermatrix. Die Wärmeleitfähigkeit der reinen Polymermatrix beträgt
typischerweise zwischen 0,1 und 0,3 W/mK. Beispielsweise weist Silikon eine Wärmeleitfähigkeit von zirka 0,2 W/mK auf. Der Füllstoff weist hingegen eine Wärmeleitfähigkeit von größer oder gleich 1 W/mK, insbesondere größer oder gleich 10 W/mK auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der transparente Körper eine Wärmeleitfähigkeit von größer oder gleich 1 W/mK, insbesondere zwischen 1 W/mK und 2 W/mK, beispielsweise 1,4 W/mK auf. Die Kombination aus Polymermatrix und chemisch eingebundenem Füllstoff weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die reine Polymermatrix auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein ohne Funktionalisierung normalerweise hydrophiler und dadurch mit einer hydrophoben Polymermatrix unverträgliche Füllstoff durch
Funktionalisierung hydrophobisiert . Oder es ist ein ohne Funktionalisierung normalerweise hydrophober und dadurch mit der einer hydrophilen Polymermatrix unverträglicher Füllstoff durch Funktionalisierung hydrophilisiert . Dadurch kann der funktionalisierte Füllstoff in der Polymermatrix fein
verteilt, eine Separation des Füllstoffs vermieden und die Transparenz des transparenten Körpers erhalten werden.
Hydrophil bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Füllstoff oder die Polymermatrix wasserliebend ist, das heißt mit polaren Stoffen wechselwirkt und mit diesen verträglich ist. Hydrophob bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Füllstoff oder die Polymermatrix wasserabweisend ist, das heißt mit unpolaren Stoffen wechselwirkt und mit diesen verträglich ist. Hydrophile und hydrophobe Stoffe sind in der Regel gegenseitig nicht verträglich und lassen sich nicht homogen mischen, da Separation und somit Konglomeration stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Verbindung aus einer Gruppe ausgewählt, die Siliciumorganische Verbindungen, Silane und deren Derivate, Siloxane und deren Derivate, Etherhaltige Verbindungen, Ester der Kohlensäure mit Diolen, Ester der Acrylsäure und der Acrylsäurederivate, Phosphonate und deren Derivate und Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die funktionelle Gruppe aus einer Gruppe ausgewählt, die Vinyl und deren Derivate, sowie Wasserstoff-haltige Verbindungen umfasst. Insbesondere sind die Wasserstoff-haltigen Verbindungen in der Lage ein
Wasserstoff-Atom abzuspalten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Verbindung zumindest eine funktionelle Gruppe, welche endständig und von einem jeweiligen Partikel des Füllstoffs entfernt an der ersten Verbindung angeordnet ist.
Insbesondere erhöht die chemische Einbindung des Füllstoffs, beispielsweise von Ta-organylhaltigen Verbindungen, Ce- organylhaltigen Verbindungen, Ti-organylhaltigen Verbindungen oder Flüssigkristallen, in die Haupt- oder Seitenketten der
Polymermatrix, beispielsweise in die Haupt- oder Seitenketten des Silikons, die Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix und damit die Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers. Durch die Auswahl des Füllstoffs und durch Einstellen dessen
Füllgrads in der Polymermatrix kann die Transparenz des transparenten Körpers eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erhöht die chemische Einbindung des funktionalisierten Füllstoffs, beispielsweise
vinylhaltige funktionalisierte Ti-Alkoxid-haltige
Verbindungen, Al-Alkoxid-haltige Verbindungen, Al-Organyl- haltige Verbindungen, Si-Alkoxid-haltige Verbindungen oder Zr-Alkoxid-haltige Verbindungen, in die Polymermatrix, beispielsweise in anorganisch-organische Hybridpolymere
(ORMOCER®e) , die Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix und damit die Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers. Zusätzlich oder alternativ können funktionalisierte oxidische Füllstoffe der Polymermatrix zugesetzt werden, welche
ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix und damit die Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers erhöhen. Durch die niedrigen Herstellungstemperaturen einer
Polymermatrix aus anorganisch-organischen Hybridpolymeren (ORMOCER®en) von unter 200 °C können auch
temperaturempfindliche Füllstoffe chemisch in die
Polymermatrix eingebunden werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Füllstoff durch Co-
Polymerisation in der Polymermatrix eingebunden. Dadurch wird eine Separation der Polymermatrix, beispielsweise Silikon, von dem Füllstoff und das Entstehen von Streuzentren
verhindert, so dass die Transparenz des transparenten Körpers erhalten bleibt.
Die Co-Polymerisation läuft je nach Polymermatrix nach unterschiedlichen Mechanismen ab:
- Polyaddition, beispielsweise bei Silikon als
Polymermatrix
- Polykondensation, beispielsweise bei Polyurethan als Polymermatrix
- Anionische Polymerisation, beispielsweise bei Polystyrol als Polymermatrix
- Kationische Polymerisation, beispielsweise bei
Polyisobuten als Polymermatrix
- Radikalische Polymerisation, beispielsweise bei
Polymethylmethacrylat als Polymermatrix Gemäß einer Ausführungsform wird durch das chemische
Einbinden des funktionalisierten Füllstoffs in die
Polymermatrix ein Copolymer erzeugt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Füllstoff chemisch und/oder physikalisch an die erste Verbindung und die erste Verbindung chemisch an die Polymermatrix angebunden.
Dadurch wird eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit des
transparenten Körpers, eine gute Anbindung des Füllstoffs an die Polymermatrix und gleichzeitig die Transparenz des transparenten Körpers erhalten. Durch die chemische Anbindung des Füllstoff in die Polymermatrix wird eine Separation des Füllstoffs vermieden. Alternativ kann der Füllstoff bereits von haus aus
funktionalisiert sein. Das bedeutet, dass der Füllstoff von alleine bereits funktionelle Gruppen aufweist, welche dazu befähigt sind den funktionalisierten Füllstoff in die
Polymermatrix chemisch einzubinden. Das Funktionalisieren eines solchen Füllstoffs mit einer ersten Verbindung ist nicht erforderlich.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement mit einem transparenten Körper angegeben, wobei das optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der elektromagnetischen
Strahlung vorsieht, wobei der transparente Körper im
Strahlengang angeordnet ist.
Für das optoelektronischen Bauelement mit einem transparenten Körper gelten die gleichen Definitionen und Ausführungen eines transparenten Körpers wie sie vorstehend in der
Beschreibung für einen transparenten Körper angegeben wurden. Gemäß einer Ausführungsform kann der transparente Körper in dem optoelektronischen Bauelement, beispielsweise einer
Leuchtdiode (LED) als Linse, Verguss und/oder Gehäuse
ausgeformt sein. Dadurch kann die bei Betrieb des
optoelektronischen Bauelements entstehende Wärme aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers leichter abgeführt werden und die Lebensdauer des
optoelektronischen Bauelements erhöht werden. Vergilbung und Risse in dem transparenten Körper werden durch die
verbesserte Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers in dem optoelektronischen Bauelement vermieden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der transparente Körper des optoelektronischen Bauelements mit Konvertermaterialien versetzt, welche die von einer Halbleiterschichtenfolge emittierende elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit meist längerer
Wellenlänge umwandelt. Der transparente Körper kann
beispielsweise zusammen mit dem Konvertermaterial durch
Verguss hergestellt sein, wobei die Vergussmasse eine
Ausnehmung für das optoelektronische Bauelement ganz oder teilweise umschließt. Das Konvertermaterial steht dabei zumindest teilweise in direktem Kontakt mit dem Füllstoff.
Gemäß einer Ausführungsform ist der transparente Körper in direktem Kontakt mit der Strahlungsquelle. Umfasst der transparente Körper zusätzlich Konvertermaterialien, so kann die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungsquelle, beispielsweise in einem Abstand
Konvertermaterial und Strahlungsquelle von kleiner oder gleich 200 ym, bevorzugt kleiner oder gleich 50 ym erfolgen (sogenannte „chip-level conversion") . Gemäß einer Ausführungsform ist der transparente Körper von der Strahlungsquelle beabstandet. Umfasst der transparente Körper zusätzlich Konvertermaterialien, so kann zumindest teilweise die Konversion der elektromagnetischen
Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem großen Abstand zur Strahlungsquelle erfolgen, beispielsweise in einem Abstand Konvertermaterial und
Strahlungsquelle von größer oder gleich 200 ym, bevorzugt größer oder gleich 750 ym, besonders bevorzugt größer oder gleich 900 ym (sogenannte „remote phosphor conversion") .
Die Strahlenquelle des optoelektronischen Bauelements weist eine Halbleiterschichtenfolge auf, die als
Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit Epitaxieschichtenfolge, als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge ausgeführt sein kann. Die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommende
Halbleitermaterialien sind nicht beschränkt, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen können. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen
verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silicium, Kohlenstoff und
Kombination daraus gewählt sein können. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die
Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich
beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW- Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW- Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und
Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform bildet der transparente Körper im optoelektronischen Bauelement eine Linse. Die Linse kann eine Öffnung der Ausnehmung ausfüllen oder in dieser angeordnet sein. Die Linse kann einen Hohlraum aufweisen, der mit weiteren Materialien gefüllt sein kann. Dieses Material kann beispielsweise Gas, ein Gasgemisch, ein Kunststoff- oder ein Polymermaterial, ein Glas oder ein anderes Material oder eine Kombination von mehreren Materialien umfassen oder daraus bestehen . Alternativ ist es möglich, eine organische Leuchtdiode (OLED) als optoelektronisches Bauelement auszuwählen, wobei
beispielsweise der transparente Körper als Verkapselung und/oder Verguss eingesetzt wird.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
transparenten Körpers angegeben, welches folgende
Verfahrensschritt umfasst:
Funktionalisieren des Füllstoffs und gleichzeitiges chemisches Einbinden des Füllstoffs in die Polymermatrix oder
Funktionalisieren des Füllstoffs, nachfolgendes Mischen des funktionalisierten Füllstoffs mit der Polymermatrix und chemisches Einbinden des funktionalisierten Füllstoffes in die Polymermatrix.
Für das Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers gelten die gleichen Definitionen und Ausführungen eines transparenten Körpers wie sie vorstehend in der Beschreibung für einen transparenten Körper angegeben wurden.
Gemäß einer Ausführungsform werden der funktionalisierte Füllstoff und die Polymermatrix vermischt, wobei das Mischen bevorzugt durch Rühren, Dispergieren, Ultraschallbehandlung, Extrudieren und/oder Mahlen erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren zusätzlich Stoffe umfassen, die beim Funktionalisieren oder chemischen Einbinden zugesetzt werden und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Katalysatoren, Inhibitoren, Haftvermittler und Kombinationen daraus umfasst.
Die Katalysatoren können insbesondere Platin-Katalysatoren sein, beispielsweise Chlorplatinsäure H2PtCl6 oder Chlorplatinsäure Hexahydrat H2PtCl6 x 6H2O, Komplexe von Platin mit vinylhaltigen Organosiloxanen, wie sie
beispielsweise in US 3,419,593, US 3,715,334 und/oder US 3,814,730 beschrieben sind, Komplexe von Platin und einem organischen Produkt, wie sie beispielsweise in US 3,220,972, EP 0057459, EP 0188978 und/oder EP 0190530 beschrieben sind.
Die Inhibitoren können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Polyorganosiloxane, welche vorzugsweise ringförmig sind und/oder wobei zumindest an einem Si-Atom zumindest ein Alkenyl-Rest substituiert ist, wobei
Tetramethylvinyltetrasiloxan besonders bevorzugt ist,
Pyridin, Phosphin, organische Phosphite, ungesättigte Amide, alkylhaltige Maleate, und Acetylenalkohole umfasst.
Beispielsweise sind Inhibitoren Acetylenalkohole, wie
Ethynyl-l-Cyclohexanol, Methyl-3 Dodecyn-1 ol-3, Trimethyl- 3,7,11 Dodecyn-1 ol-3, Dipheny-1,1 Propyn-2 ol-l, Ethyl-3 Ethyl-6 Nonyn-1 ol-3 und/oder Methyl-3 Pentadecyn-1 ol-3. Haftvermittler kann alkoxyhaltiges Organosilan, insbesondere Vinyltrimethoxysilan (VTMS) oder
Methacyrloxypropyltrimethoxysilan sein. Beispielsweise kann der Haftvermittler 3-Glycidoxypropyl trimethoxysilan sein. Im Folgenden werden weitere Vorteile sowie vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Figur 1 schematisch die chemische Funktionalisierung eines
Füllstoffs, Figur 2 schematisch die chemische Funktionalisierung eines Füllstoffs und die chemische Einbindung eines funktionalisierten Füllstoffes in die
Polymermatrix,
Figur 3 schematisch die chemische Einbindung eines
funktionalisierten Füllstoffes in die
Polymermatrix, und
Figur 4 schematisch ein optoelektronisches Bauelement mit einem transparenten Körper im Strahlengang.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Die Figur 1 zeigt schematisch die chemische
Funktionalisierung eines Füllstoffs 1 gemäß Schritt A, während die Figur 2 zusätzlich im Schritt B die chemische Einbindung eines funktionalisierten Füllstoffes in die
Polymermatrix 3 zeigt. Als Füllstoff 1 können Nanopartikel 1- 1, formanistrope Partikel 1-2 und/oder Nanotubes 1-3, beispielsweise Kohlenstoff-Nanotubes eingesetzt werden (Figur 1). Besonders bevorzugt als Partikel sind Nanopartikel, welche anorganisch und kristallin sind, wie beispielsweise A1N, S13N4 oder SiC. Der Füllstoff kann sphärisch oder formanisotrop sein. Unter formanisotrop wird in diesem
Zusammenhang verstanden, dass die Geometrie des Füllstoffes richtungsabhängig ist. Der Füllstoff umfasst Partikel, welche eine Größe von 1 bis 5000 nm, bevorzugt 1 bis 200 nm, besonders bevorzugt kleiner als 100 nm, beispielsweise 80 nm aufweisen. Partikel mit einer Größe von insbesondere kleiner oder gleich 100 nm wirken nicht als Streuzentren für die von einer Strahlungsquelle emittierende elektromagnetische
Strahlung eines optoelektronischen Bauelements, so dass eine erhöhte Transparenz des transparenten Körpers die Folge ist.
An jedem Partikel des Füllstoffes 1 wird nun im Schritt A eine Vielzahl erster Verbindungen 2, welche eine funktionelle Gruppe 2-1 aufweisen, angebunden. Erste Verbindungen 2 können beispielsweise mit Vinyl-Gruppen funktionalisierte Silane und/oder mit Vinyl-Gruppen funktionalisierte Siloxane und deren Derivate sein. Die Anbindung kann dabei chemisch und/oder physikalisch erfolgen. So kann die erste Verbindung 2, deren funktionelle Gruppe 2-1 endständig ist und von einem jeweiligen Partikel des Füllstoffes 1 entfernt an der ersten Verbindung 2 angeordnet ist, auf der Oberfläche der Partikel des Füllstoffes 1 adsorbiert und/oder durch Ausbildung von kovalenten Bindungen und/oder Wasserstoffbrückenbindungen angebunden werden. Eine zum Beispiel hydrophile Oberfläche der Partikel des Füllstoffs 1 wird durch die erste Verbindung 2 hydrophobisiert , oder die hydrophobe Oberfläche der
Partikel des Füllstoffs 1 wird durch die erste Verbindung 2 hydrophilisiert und kann im nächsten Schritt, wie es in der Figur 2 im Schritt B gezeigt ist, chemisch in die
Polymermatrix 3 eingebunden werden. Die Polymermatrix 3 ist insbesondere ein Silikon, beispielsweise ein
Methylsubstituiertes Silikon, wie vinyliertes
Poly (dimethylsiloxan) B-l und/oder Poly (dimethyl ) (methyl- Wasserstoff) siloxan B-2. Die Indices n, r und q stehen für die Anzahl der entsprechenden Monomereinheiten. Die chemische Einbindung des funktionalisierten Füllstoffs in die
Polymermatrix 3 kann durch Verknüpfung der funktionellen Gruppen 2-1, zum Beispiel der vinylhaltigen Gruppen 2-1 der ersten Verbindung 2 mit der Polymermatrix 3 erfolgen. Dadurch kann der Füllstoff 1, beispielsweise in Form von Nanopartikel 1-1, formanisotrope Partikel 1-2, Nanodrähte 1-3 oder
Kohlenstoff-Nanotubes homogen in der Polymermatrix 3 verteilt werden, wobei eine Aggregation des Füllstoffs verhindert wird und die Transparenz des transparenten Körpers erhalten wird.
Neben der bereits beschriebenen physikalischen und/oder chemischen Anbindung der funktionellen Gruppen 2-1 der ersten Verbindung 2 an die Partikel des Füllstoffs 1 besteht auch die Möglichkeit, durch direkte Anbindung von Polymeren mit zumindest einer reaktiven Gruppe an den Füllstoff 1 diesen zu funktionalisieren (sogenanntes "grafting onto") .
Figur 3 zeigt schematisch die chemische Einbindung eines funktionalisierten Füllstoffes 1-4, hier am Beispiel eines mit Vinyl-Gruppen funktionalisierten Flüssigkristalls in die Polymermatrix 3. Dabei ist der funktionalisierte Füllstoff 1- 4 bereits von haus aus funktionalisiert . Als Polymermatrix 3 kann vinyliertes Poly (dimethylsiloxan) B-l und/oder
Poly (dimethyl ) (methyl-wasserstoff) siloxan B-2 und/oder
Poly (dimethyl ) (methylphenyl ) siloxan B-3 verwendet werden. Die Indices n, r, q, p, und t stehen für die Anzahl der
entsprechenden Monomereinheiten. Der Füllstoff 1, hier in
Form eines Flüssigkristalls 1-4 wird als Seitenkette in die Polymermatrix 3 eingebunden. Die Vinylgruppe 2-1 des
Flüssigkristalls wird dabei chemisch in die Polymermatrix 3 durch Co-Polymerisation eingebunden. Durch Variation des Anteils der Flüssigkristallkomponente kann direkt die
Transparenz des transparenten Körpers beeinflusst werden. Durch die Einbindung des Flüssigkristalls 1-4 in die
Seitenketten der Polymermatrix 3 wird die Wärmeleitfähigkeit erhöht und gleichzeitig die Transparenz des transparenten Körpers erhalten.
Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements am Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode (LED) . Das optoelektronische Bauelement weist eine Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich (nicht explizit gezeigt), einen ersten elektrischen Anschluss 2, einen zweiten elektrischen Anschluss 3, einen Bonddraht 4, einen transparenten Körper 5, eine Ausnehmung 6, eine
Gehäusewand 7 und ein Gehäuse 8 auf.
Im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ist ein transparenter Körper 5 angeordnet. Der transparente Körper 5 umfasst eine Polymermatrix und zumindest einen Füllstoff. Der Füllstoff ist chemisch funktionalisiert und in die
Polymermatrix chemisch eingebunden. Der transparente Körper 5 ist unmittelbar in direktem mechanischem und/oder
elektrischem Kontakt auf der Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich angeordnet.
Alternativ ist der transparente Körper 5 von der
Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich beabstandet. Die gute Anbindung und homogene Verteilung des Füllstoffs in der Polymermatrix in dem transparenten Körper ermöglicht eine bessere Abführung der während des Betriebs des
optoelektronischen Bauelements erzeugten Wärme. Dies erhöht sowohl die Lebensdauer des transparenten Körpers als auch die des optoelektronischen Bauelements.
Herstellung eines transparenten Körpers Ein als Partikel ausgestalteter Füllstoff, beispielsweise A1N-, BN- und/oder Al203-Partikel , wird mit einer ersten Verbindung, beispielsweise vinyliertem Siloxan, vermischt und chemisch funktionalisiert . Der Füllstoff wird mit der
Polymermatrix oder mit mono- oder oligomeren
Polymermatrixkomponenten vor der Co-Polymerisation vermischt. Anschließend erfolgt das chemische Einbinden durch Co- Polymerisation des funktionalisierten Füllstoffs in die
Polymermatrix, beispielsweise Silikon, wobei ein Copolymer erzeugt wird. Die chemische Einbindung des funktionalisierten Füllstoffs kann thermisch oder UV initiiert werden. Die
Wärmeleitfähigkeit des transparenten Körpers wird durch chemische Einbindung des Füllstoffs von ca. 0,2 W/mK (reines Silikon) auf 1 bis 2 W/mK, abhängig vom Füllgehalt des
Füllstoffs, erhöht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 103393.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Transparenter Körper,
umfassend eine Polymermatrix (3) , und
- zumindest einen Füllstoff (1),
wobei der Füllstoff (1) chemisch funktionalisiert ist, und
wobei der funktionalisierte Füllstoff in die
Polymermatrix (3) chemisch eingebunden ist.
2. Transparenter Körper nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Füllstoff (1) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Flüssigkristalle, keramische Füllstoffe, A1N, S13N4, SiC, BN, AI2O3, Nanopartikel , Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanodrähte, Böhmit-Stäbchen, AIO(OH), Nanotubes, Ta-organylhaltige
Verbindungen, Ce-organylhaltige Verbindungen, Ti- organylhaltige Verbindungen, Ti-Alkoxid-haltige Verbindungen, Al-Alkoxid-haltige Verbindungen, Si-Alkoxid-haltige
Verbindungen, Zr-Alkoxid-haltige Verbindungen, oxidische Füllstoffe, Al-Organyl-haltige Verbindungen und Kombinationen daraus umfasst.
3. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Füllstoff (1) Partikel umfasst, wobei an jedem Partikel eine Vielzahl erster Verbindungen (2), die eine funktionelle Gruppe (2-1) aufweisen, chemisch und/oder physikalisch angebunden ist.
4. Transparenter Körper nach Anspruch 3, wobei an jedem Partikel eine Vielzahl erster Verbindungen (2) durch
Adsorption und/oder durch Ausbildung von kovalenten Bindungen und/oder Wasserstoffbrückenbindungen angebunden ist.
5. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der transparente Körper eine
Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche anisotrop ist.
6. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei ein ohne Funktionalisierung normalerweise hydrophiler und dadurch mit einer hydrophoben Polymermatrix (3) unverträgliche Füllstoff (1) durch Funktionalisierung hydrophobisiert ist, oder bei dem ein ohne Funktionalisierung normalerweise hydrophober und dadurch mit der einer
hydrophilen Polymermatrix (3) unverträgliche Füllstoff (1) durch Funktionalisierung hydrophilisiert ist.
7. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die erste Verbindung (2) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Siliciumorganische Verbindungen, Silane und deren Derivate, Siloxane und deren Derivate, Etherhaltige Verbindungen, Ester der Kohlensäure mit Diolen, Ester der Acrylsäure und der Acrylsäurederivate, Phosphonate und deren Derivate und Kombinationen daraus umfasst.
8. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die funktionelle Gruppe (2-1) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vinyl und deren Derivate, sowie Wasserstoff-haltige Verbindungen umfasst.
9. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die erste Verbindung (2) zumindest eine funktionelle Gruppe (2-1) umfasst, welche endständig und von einem jeweiligen Partikel des Füllstoffs entfernt an der ersten Verbindung (2) angeordnet ist.
10. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Polymermatrix (3) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silikon und deren Derivate, Epoxidharz und deren Derivate, Polyacrylharz und deren Derivate,
Polyurethan und deren Derivate, Polycarbonat und deren
Derivate, Hybridpolymere und deren Derivate (ORMOCER®e) und Kombinationen daraus umfasst.
11. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Füllstoff (1) durch Co-Polymerisation in der Polymermatrix (3) eingebunden ist.
12. Transparenter Körper nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Füllstoff (1) chemisch und/oder
physikalisch an die erste Verbindung (2) und die erste
Verbindung (2) chemisch an die Polymermatrix (3) angebunden ist .
13. Optoelektronisches Bauelement mit einem transparenten Körper nach den Ansprüchen 1 bis 12, wobei das
optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der
elektromagnetischen Strahlung vorsieht, wobei der
transparente Körper im Strahlengang angeordnet ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Körpers nach den Ansprüchen 1 bis 12, das folgenden Verfahrensschritt umfasst :
Funktionalisieren des Füllstoffs und gleichzeitiges chemisches Einbinden des Füllstoffs in die Polymermatrix (3) oder
Funktionalisieren des Füllstoffs, nachfolgendes Mischen des funktionalisierten Füllstoffs mit der Polymermatrix (3) und chemisches Einbinden des funktionalisierten Füllstoffes in die Polymermatrix (3) .
15. Verfahren nach Anspruch 14, das zusätzlich Stoffe umfasst, die beim Funktionalisieren oder chemischen Einbinden zugesetzt werden und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Katalysatoren, Inhibitoren, Haftvermittler und Kombinationen daraus umfasst.
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