WO2014044558A1 - Optoelektronisches bauelement, optisches element und deren herstellungsverfahren - Google Patents

Optoelektronisches bauelement, optisches element und deren herstellungsverfahren Download PDF

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nanoparticles
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Kathy SCHMIDTKE
Michael Kruppa
Bert Braune
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component, an optical element for such a component and to methods for producing the optical element and the component.
  • optoelectronic devices for example light emitting diodes (LED), silicones are often called
  • Vergusssilikon optionally spherical Si0 2 ⁇ particles, in particular in the ⁇ range, added, whereby the
  • Thermal conductivity of the potting is moderately increased. As a rule, this is less than 0.4 W / (m * K). However, Si0 2 particles can be a careful adaptation of the
  • a problem to be solved is to provide a optoelek ⁇ tronic component whose optical element having an improved thermal conductivity and by
  • Optoelectronic device and specify for such an optical element and the optical element itself.
  • the optoelectronic component comprises:
  • a radiation-emitting or radiation-receiving semiconductor chip disposed in the housing;
  • Component is arranged
  • optical element comprises an amphiphilic block copolymer containing polysiloxane as the hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer crosslinked therewith, and
  • thermally conductive nanoparticles that are in the amphiphilic
  • Dispersed block copolymer and comprise a material selected from a group comprising a metal, a metal oxide, a metal hydroxide and a combination thereof.
  • the optoelectronic component may also be referred to for short as a “component”.
  • the amphiphilic block copolymer may be referred to as “block copolymer”
  • the thermally conductive nanoparticles are referred to as “nanoparticles”
  • the radiation-emitting or radiation-receiving semiconductor ⁇ chip as a “semiconductor chip” or “chip”.
  • the term “on” means both the direct, ie immediate arrangement of elements with a common interface, and an indirect arrangement in which further elements can be present between the elements arranged on top of each other.
  • an element is arranged "between" a first and a second element when the element is arranged on the first element and the second element is arranged on the side of the element facing away from the first element, "on” being understood as described above.
  • beam path of the device possible paths are understood, get beyond the radiation from the semiconductor chip out of the device and / or can be coupled or injected in radiation-receiving semiconductor chips in the device and can get to the chip.
  • Beam path of the device used synonymously.
  • amphiphilic properties of the block copolymer are based on containing a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer crosslinked therewith. As a result, the block copolymer has both hydrophobic and hydrophilic
  • Polymer strand are polymeric, mutually crosslinked moieties of the block copolymer, each of which may contain several.
  • Hydrophobic and hydrophilic are common names in the field of chemistry and the Materials Science and are used in the context of this application accordingly. Hydrophobic substances, materials or parts of molecules are therefore not or only to a small extent miscible with water, soluble in water or go with water essentially only van der Waals interactions. Hydrophilic substances, materials or parts of molecules behave the other way around and can usually also form hydrogen bonds with water.
  • thermally conductive nanoparticles can be generated in situ, ie directly in the block copolymer, for example by chemical reaction.
  • the heat-conducting nanoparticles in particular are finely and homogeneously distributed in the optical element.
  • nanoparticles have an average diameter of less than 100 nm. In order to introduce such small particles finely distributed in conventional silicones, it sometimes takes hours of mixing processes.
  • the thermal conductivity is within the significantly increased so that heat energy can be dissipated through the optical element better.
  • the mixture of amphiphilic block copolymer and nanoparticles distributed therein may generally have a thermal conductivity of> 0.4 W / (m * K), in particular> 0.6 W / (m * K).
  • the thermal conductivity can, for example, in the range of 0.4 to 5 W / (m * K), in particular 0.6 to
  • the high thermal conductivity in the optical element can be attributed to the heat-conductive nanoparticles in particular ⁇ sondere.
  • thermally conductive according to at least one
  • Embodiment understood materials having a thermal conductivity of> 3 W / (m * K), in particular> 5 W / (m * K),
  • the thermal conductivity of the nanoparticles may preferably be> 10 W / (m * K).
  • the material of the nanoparticles or nano ⁇ particles themselves can largely, for example, to
  • Metal hydroxide or a combination thereof may be a metal in the true sense and / or a semi-metal, in particular a metal in the true sense.
  • the underlying metal in the "metal oxide” and in the “metal hydroxide” a metal in the true sense or a semi-metal, in which it is in particular a metal in the true sense.
  • the semimetals include boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), selenium (Se) and tellurium (Te).
  • Metal in the true sense are thus alkali metals, alkaline earth metals, transition metals ⁇ and the elements of the third to sixth main group with a higher atomic number than the semimetals of each main group. It may may be selected in particular from the transition metals ⁇ .
  • the optical element may be connected to the semiconductor chip in a thermally conductive manner, which may take the form of, for example, at least partially
  • Enveloping encapsulation can be executed.
  • the life of the device is increased and ensures a high light transmission through the optical element over a long period of time.
  • the components including a high luminous efficiency can be maintained over a long period.
  • the thermally conductive nanoparticles in particular have a mean diameter which is significantly smaller than that
  • Wavelength of visible light (about 400 to 800 nm) is, so that little or no light scattering takes place on them.
  • the thermally conductive nanoparticles also hardly affect or not at all negative for the transmission of light through the optical element.
  • Block copolymer and thermally conductive nanoparticles Block copolymer and thermally conductive nanoparticles
  • the thermal conductivity significantly increased and yet a high transmission of light or high
  • the polymers or polymer chains of the amphiphilic block copolymer can have on average at least 100 monomeric units, in particular at least 500 monomeric units.
  • the hydrophobic polymer in the amphiphilic block copolymer is a polysiloxane, ie a silicone, so that the monomeric units are siloxanes.
  • the polysiloxane may in particular be a poly (dialkylsiloxane), a polyalkylarylsiloxane, a poly (diarylsiloxane) and a combination thereof.
  • aryl also include substituted aromatic substituents.
  • Alkyl may be linear, branched or cyclic.
  • the substituents of the polysiloxane are selected from methyl, cyclohexyl, phenyl and a combination thereof.
  • the polysiloxane may be, for example, poly (dimethylsiloxane), poly (dicyclohexylsiloxane), a polymethylphenylsiloxane, poly (diphenylsiloxane), and a combination thereof. It can in particular a
  • the hydrophobic polymer in the amphiphilic block copolymer, is in a mass ratio of 50:50 to 95: 5 to the hydrophilic polymer,
  • amphiphilic especially from 60:40 to 90:10, before.
  • Block copolymer therefore contains predominantly polysiloxanes, ie hydrophobic polymer components and therefore also has the positive properties of polysiloxanes. These are characterized in particular by the fact that they have a high impermeability to humidity and harmful gases, for
  • the amphiphilic block copolymer may have hydrophobic polymers (poly ⁇ siloxanes) and hydrophilic polymers at a ratio of at least 70:30, particularly at least 80:20. Surprisingly, it has been found that even with such a high proportion of polysiloxane, ie hydrophobic polymers in the block copolymer, a uniform distribution and in-situ generation of the heat-conducting nanoparticles in the
  • Block copolymer is possible without doing so
  • this is hydrophilic
  • Polymer selected from a group consisting of polyethylene glycol (PEG), polyacrylamides such as poly (N-isopropyl acrylamide), polyacrylic acid, poly (methyl vinyl ether-maleic anhydride), poly (methyl vinyl ether-old-maleic acid), poly (isobutene-co maleic acid), poly (2-ethylacrylic acid),
  • PEG polyethylene glycol
  • polyacrylamides such as poly (N-isopropyl acrylamide), polyacrylic acid, poly (methyl vinyl ether-maleic anhydride), poly (methyl vinyl ether-old-maleic acid), poly (isobutene-co maleic acid), poly (2-ethylacrylic acid),
  • the hydrophilic polymer is preferably selected from a group comprising polyethylene glycol, polyacrylic acid, poly (methyl vinyl ether-maleic anhydride) and a combination thereof.
  • the specified hydrophilic polymers of the block copolymer allow, in particular, an effective production and uniform , homogeneous distribution of the heat-conducting nanoparticles.
  • the constituents of the block copolymer, ie the hydrophilic and hydrophobic polymers or polymer chains can be detected by NMR spectroscopy.
  • the nanoparticles have an average diameter of ⁇ 50 nm, in particular from 5 to 40 nm. This is many times smaller than the wavelength of the visible light, which is therefore scarcely or not at all scattered at the nanoparticles.
  • the average particle diameter can be determined over sections of the optical element, followed by analysis with the scanning electron microscope ⁇ SEM (Scanning Electron Microscope, SEM). The small diameter and the homogeneous distribution of the nanoparticles in the optical element can be particularly due to the in-situ generation in the amphiphilic block copolymer
  • Nanoparticles a material selected from the group consisting of cobalt, gold, silver, platinum, lanthanide hydroxide, lanthanide oxide, alumina, and a combination thereof.
  • the nanoparticles can largely, so too
  • the materials can be detected by powder diffractometry or energy-dispersive X-ray spectroscopy EDX.
  • the lanthanides are attributed to lanthanum and the fourteen elements in the periodic table from cerium to lutetium. It is preferred lanthanum as
  • the nanoparticles preferably comprise a material selected from a group consisting of
  • the nanoparticles most preferably comprise a material selected from a group comprising cobalt, gold, silver, lanthanum hydroxide (La (OH) 3), and a combination thereof.
  • the optical element may have a content of nanoparticles in the range of 5 to 35% by volume. For example, it has a concentration of at least 10% by volume, which already results in a significant increase in the thermal conductivity of the optical element. At higher concentrations of nanoparticles, the thermal conductivity continues to increase.
  • electrically conductive nanoparticles that is to say nanoparticles which, as described above, consist at least largely of metal or another electrically conductive material, a content of up to 20% by volume is used to achieve the formation of
  • the nanoparticles in the optical element form percolation paths.
  • Such percolation paths are usually formed statistically from a concentration of about 28 to 35% by volume of nanoparticles in the optical element. Since the percolation paths extend through the optical element, it can be a very effective removal of
  • Heat energy done.
  • heat can be applied via the percolation paths from the semiconductor chip to the surface of the optical element and thus out of the system or to a heat sink which may be present in the component.
  • the percolation paths can be within the
  • the optical element comprises particles containing converter materials.
  • Converter materials are used especially in light-emitting
  • the particles containing the converter materials can be finely distributed in the optical element
  • Suitable converter materials are described, for example, in WO 98/12757 A1, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
  • converter materials are not counted among the thermally conductive nanoparticles.
  • the optical element comprises converter materials containing particles, which together with the nanoparticles Perkolationspfade ⁇ form.
  • an interpenetrating network of the amphiphilic block copolymer on the one hand and the percolation paths of particles with converter materials and the thermally conductive nanoparticles on the other hand exists within the optical element. Since the converter material particles are integrated into the percolation paths, the conversion heat can be dissipated particularly effectively via these paths. This leads to the above advantages, namely the avoidance of overheating and a very stable color location of the radiation emitted by the component.
  • the optical element can total up to 50% by volume
  • Containing converter materials containing particles and nanoparticles together Containing converter materials containing particles and nanoparticles together.
  • the content may be in the range of 15 to 45% by volume, in particular 20 to 40% by volume. If the
  • Nanoparticles are formed together without
  • the optical element is a potting that at least partially envelops the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip may for example be arranged in a recess of the housing, which is then partially or completely filled with the optical element.
  • the optical element may also be formed into a lens in this embodiment. It may also be arranged in the beam path separate from the casting lens. Due to the direct contact between the semiconductor chip and the
  • This embodiment is also suitable for so-called volume conversion in which particles containing converter materials are distributed in the optical element.
  • the component is or comprises a light-emitting diode (LED).
  • LED light-emitting diode
  • the device may further include components and elements commonly used to successfully operate an optoelectronic device.
  • it has the necessary electrically conductive connections, for example lead frame, bond pad, bonding wire or the like, on to contact the semiconductor chip.
  • Housing is also not limited according to the application. It preferably consists of a radiation and heat-resistant material. It may include reflective materials to increase the light extraction.
  • the housing may for example be connected to or comprise a carrier substrate.
  • a light-scattering optical element may also comprise scattering particles, for example of TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and a combination thereof.
  • scattering particles have an average diameter of more than 400 nm, for example 400 nm to 7 ⁇ m. The scattering particles are therefore not counted according to the application according to the nanoparticles.
  • a method for producing an optical element for an optoelectronic component is specified. According to at least one
  • the method comprises the steps:
  • polysiloxane as a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer crosslinked therewith;
  • the optical element is formed in which heat-conductive nanoparticles are distributed in the amphiphilic block copolymer and comprise a material selected from a group comprising a metal, a metal oxide, a metal hydroxide and a combination thereof.
  • the process for producing the optical element may also be referred to as "process" for short.
  • an optical element can be produced, which is part of at least one of the above-described embodiments of the component according to the application, so that the statements made above can be transferred to the method and also apply to it. This relates in particular to the stated materials, properties and advantages of the optical element.
  • the method steps A), B), C) and D) can be carried out in succession in the order given here or in each case partially or completely overlap.
  • steps B), C) and D can apply in particular to the steps B), C) and D).
  • the conversion of the precursor into thermally conductive nanoparticles can already begin when step B) is not yet completely completed. This may be the case, for example, if the solution, suspension or dispersion has previously been heated or step B) takes place at elevated temperatures. Elevated temperatures are temperatures higher than room temperature (25 ° C).
  • steps C) and D) may also overlap. That is, for example, at least part of the solvent used can still be removed during the conversion of the precursor into the thermally conductive nanoparticles.
  • Precursor an educt or a starting compound understood. It is a material, a compound or mixture of compounds from which in step C) is usually Bezie ⁇ hung as the material is formed by a chemical reaction, the heat-conducting nanoparticles.
  • the generation of Nanoparticles are thus usually "in situ” (in situ), ie only immediately in the amphiphilic block copolymer.
  • the amphiphilic block copolymer provided in step A) comprises a polysiloxane as a hydrophobic polymer which is at least partially crosslinked with a hydrophilic polymer.
  • the polymer chains in the amphiphilic block copolymer form a kind of network in which cavities or cavities are present.
  • the block copolymer can be suspended or swollen by the solvent, in particular in the region of the hydrophilic polymers.
  • the first solvent may in particular be a polar solvent.
  • the precursor for example a metal salt
  • the precursor can be distributed uniformly in the block copolymer, so that the heat-conducting nanoparticles are also formed homogeneously distributed. This is by conventional particle mixing techniques a diameter ⁇ 100 nm not or only partially possible.
  • By simply flooding the amphiphilic block copolymer with the solution, suspension or dispersion of the precursor tedious, sometimes several hours of mixing processes become superfluous, making the manufacturing process less labor-intensive, faster and more economical.
  • the solution, suspension or dispersion can be added to the amphiphilic block copolymer.
  • an overpressure greater than atmospheric pressure
  • the precursor can be any suitable overpressure (greater than atmospheric pressure) to accelerate the "swelling" or “swelling” of the block copolymer.
  • the first solvent may be a pure solvent or a mixed solvent.
  • step C) the precursor compounds are then converted into the thermally conductive nanoparticles, which is usually done by means of a chemical reaction.
  • the nanoparticles can also be deposited, precipitated or at least partially crystallized.
  • step C) for example, elevated temperatures can be applied and / or reagents added, so that conditions other than those in step B) are present and the conversion takes place.
  • step C for example, be irradiated with UV radiation.
  • nanoparticles in particular their production can be attributed to the smallest possible level by a chemical reaction which takes place directly in the (suspended) amphiphilic block copolymer.
  • the resulting nanoparticles can be characterized in particular by the hydrophilic polymers of the block copolymer. stabilized, whereby an unwanted agglomeration is avoided.
  • Element is formed.
  • the traces are in the optical element, it being possible for the traces to constitute less than 2% by weight, in particular less than 1% by weight, of the first solvent initially employed.
  • a reduced pressure and / or an elevated temperature can be used.
  • a reduced pressure of 50 to 800 mbar, in particular 70 to 500 mbar, for example 90 to 150 mbar can be applied. This can be at 30 ° C to 75 ° C, in particular 40 ° C to 60 ° C, for example 50 ° C, heated.
  • the optical element or the amphiphilic block copolymer can also be cured.
  • Hardening or a hardening step as
  • Sub-step is usually followed by removal of solvents.
  • a further crosslinking of the polymers can take place.
  • step D and possibly even during step C), with sufficient concentration on nanoparticles form percolation paths in the amphiphilic block copolymer or the resulting optical element.
  • concentrations of nanoparticles and optionally also particles with converter materials can be used.
  • step B the precursor in the first
  • Solvent be present dissolved and suspended particles with or from converter material therein.
  • converter materials can already be distributed in the prepared block copolymer in step A) and need not be introduced in step B).
  • the precursor is selected from the group consisting of a metal carbonyl
  • Metal azide a metal halide, a metal oxide, a
  • Metal hydroxide a metal acetate, a metal sulfate, a
  • Metal nitrate and a combination thereof.
  • Metal azides are basically suitable for the application according to the application, but can sometimes pose a danger to safety at work.
  • the precursor is preferably selected from a group comprising a metal carbonyl, a metal halide, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal acetate, a metal sulfate, a metal nitrate, and a combination thereof.
  • the mentioned compound types also include possible derivatives, for example solvates or hydrates.
  • Material of the thermally conductive nanoparticles are formed, ie a metal, a metal oxide or a metal hydroxide.
  • the metal can be released, carbon monoxide (CO) can escape.
  • CO carbon monoxide
  • a gaseous by-product can be used for Example in step C) and / or D) are expelled.
  • Metal halides, metal acetates or metal nitrates are also formed on the metal and nitrogen as the reaction ⁇ products.
  • Metal halides, metal acetates or metal nitrates for example, by adding a
  • Reducing agent are converted into the underlying metal.
  • Metal oxides or metal hydroxides can after introduction of the precursor into the amphiphilic
  • the precursor is selected from a group which comprises dicobaltoctacarbonyl, silver tetrachloroaurate, lanthanoid chloride,
  • H 2 PtCl 6 H 2 PtCl 6
  • lanthanum chloride or lanthanum oxide preferred lanthanum chloride or lanthanum oxide used.
  • Dihydrogenhexachloro ⁇ platinate is counted here to the metal halides.
  • the preferred precursors can be through the above
  • Metal hydroxide or a metal oxide are transferred.
  • the thermal decomposition of dicobalt octacarbonyl gives elemental cobalt.
  • Silver tetrachloroaurate can be reduced with hydridic compounds to silver and gold.
  • Silver nitrate can be converted to silver with a reducing agent or by irradiation, for example with UV radiation.
  • Lanthanoid chloride respectively
  • Lanthanoid oxide can be precipitated and crystallized, for example, as lanthanide hydroxide (Ln (OH) 3). Owing to Thermal action may also form a lanthanide oxide compound from the lanthanide hydroxide.
  • Aluminum sulphate may be formed from aluminum sulphate.
  • step C) for conversion to at least 40 ° C is heated.
  • the temperature may in particular be in the range from 40 ° C to 180 ° C, in particular 40 ° C to 100 ° C or 100 ° C to 160 ° C, for example at about 150 ° C.
  • Reduction reactions generally require lower temperatures of 40 ° C to 100 ° C, in particular 45 ° C to 80 ° C, preferably 45 to 60 ° C.
  • Thermal decompositions generally require higher temperatures, ie greater than 100 ° C, especially 100 ° C to 160 ° C. In such a
  • the steps C) and D) may coincide partially or completely. In such
  • the conversion in step C) is carried out by means of a reagent selected from a group comprising a catalyst, a reducing agent, a base and a combination thereof.
  • the reagent may in particular be a reducing agent.
  • a reduction ⁇ medium may be a hydridic connection, EDTA or hydrazine particular.
  • the reagent may be selected from the group consisting of sodium borohydride, hydrazine, triethylamine, a nitrate, EDTA, sodium hydroxide,
  • Potassium hydroxide and a combination thereof Sodium borohydride (NaBH 4 ) is useful, for example, to reduce halide-containing compounds such as silver tetrachloroaurate to silver and gold, which may then be present as a mixture.
  • sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH) can be used to precipitate lanthanide hydroxides, especially lanthanum hydroxide, due to a pH change.
  • Cobalt acetate can be converted to cobalt with a combination of triethylamine and sodium borohydride or a combination of triethylamine and hydrazine.
  • Aluminum sulfate and nitrate gives alumina.
  • Silver nitrate can be converted to silver with sodium boy hydride or EDTA.
  • dihydrogen hexachloroplatinate yields nanoparticles containing platinum in the reaction with sodium borohydride.
  • step C) one of the following reactions takes place:
  • Silver nitrate under irradiation for example with UV radiation, to silver, or
  • the process comprises, as additional process step E), a washing step in which a second solvent is introduced into the amphiphilic block copolymer and removed again.
  • a washing Step can serve to remove by-products or decomposition products of the conversion in step C).
  • Step E) may be performed before step D).
  • step E) interrupts step D), ie, that
  • the first solvent is at least partially removed, introduced for washing a second solvent and then the second solvent is removed together with any residual first solvent.
  • a curing step as described above is usually performed after the washing step.
  • the second solvent may be a pure solvent or a mixed solvent. Lying first and second
  • step E as in step B), the amphiphilic block copolymer can be suspended in the solvent.
  • By-products for example, salts formed by the reaction in step C), may be in the second
  • Solvents are dissolved or suspended and then removed together with the second solvent. Likewise, volatile by-products can be expelled by a washing step. The removal of the second solvent can
  • Step E causes the concentration of by-products or decomposition products in the optical element or in the amphiphilic block copolymer to be reduced. For this purpose, several washing steps can be performed.
  • Solvent and / or the second solvent are independently selected from a group comprising water, an alcohol and a combination thereof.
  • the precursors used can be well resolved or suspended. You will be in it
  • Solvent for example, to suspend particles containing converter ⁇ materials, so they
  • optical element can also be incorporated in the optical element.
  • a combination of water and alcohol is used as the first solvent and / or as the second solvent.
  • a ratio of water to alcohol in the range of 20:80 to 80:20 can be used.
  • the alcohol may be, for example, methanol, ethanol or a combination thereof, but especially methanol.
  • Water-alcohol mixtures are capable of dissolving or suspending the above-mentioned precursor compounds and allowing for uniform flooding of the amphiphilic block copolymer.
  • an alcohol content in the solvent is helpful since alcohols interact better than water with the hydrophobic polymer of the block copolymer.
  • a method for producing an optoelectronic component with a indicated optical element comprises the steps of:
  • the optical element is preferably generated in a recess of the housing, in which the semiconductor chip is arranged, so that a potting is formed of the
  • Semiconductor chip at least partially enveloped.
  • a component in particular an LED with a light-emitting
  • optical element can largely be attributed to the production method according to the application. It is therefore also an optical element specified by a method according to at least one
  • Embodiment in particular a method according to any one of claims 9 to 15, is available.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a
  • Figure 2 is a schematic cross section through a
  • Figure 3A is a schematic representation of an amphiphilic
  • Figure 3B is a schematic representation of an amphiphilic
  • Figure 3C is a schematic representation of a section of an optical element
  • Figure 3D is a schematic representation of a section of an optical element for volume conversion.
  • a component according to an embodiment of the application is exemplarily shown using the example of an LED.
  • the component here comprises a housing 20 in conjunction with a carrier substrate 15.
  • the housing 20 may comprise a ceramic or a heat and radiation-resistant plastic.
  • a semiconductor chip 10 is arranged, which during operation of the device Emitted radiation.
  • the side walls of the recess 25 are chamfered here and may comprise a reflective material.
  • the semiconductor chip 10 can be energized via electrically conductive connections 30, 31 and a bonding wire 32.
  • the device may comprise further conventional elements, even if these are not shown in detail, example, a ⁇ (patch) lens or a conversion element.
  • the optical element 50 is as potting or
  • volume Verguss formed It encloses the semiconductor chip 10 and fills the recess 25. It can be after one
  • any embodiment of an optical element 50 according to the application can be formed in the component according to FIG. 1 (and also in that according to FIG. 2).
  • the block copolymer 55 may consist of, for example, crosslinked polysiloxane and polyethylene glycol polymers.
  • the nanoparticles 60 have an average diameter of ⁇ 100 nm, in particular ⁇ 50 nm. They are homogeneous in the
  • Block copolymer 55 distributed and in particular hardly agglomerated or sedimented, so that there are no (or only a few) structures, where visible light is scattered.
  • Preferred materials for the nanoparticles 60 are cobalt, gold, silver, platinum, lanthanide hydroxide, for example
  • Example lanthanum hydroxide The nanoparticles 60 can
  • Percolation paths which are characterized by a very high thermal conductivity (not shown here). Percolation paths can form an interpenetrating network with the block copolymer 55. In case of
  • nanoparticles 60 of metal may be present in a concentration of up to 20% by volume.
  • the optical element 50 is characterized by a high heat ⁇ conductivity of> 0.4 W / (m * K), in particular from 0.4 to 5 W / (m * K), so that heat well from the semiconductor chip 10 at the surface of the optical element 50 can be dissipated and released to the environment. Since damage such as embrittlement or cracking due to heat or overheating is reduced, the device has a long service life. Since the nanoparticles 60 scatter little or even little visible light, very high luminous efficiencies are obtained for the device in addition to the improved thermal management.
  • FIG. 2 shows a further component with an optical element 50 according to at least one embodiment, which is similar to the component from FIG.
  • the optical element 50 is formed here as a potting with a lens 51.
  • the optical element 50 there are particles 70 containing converter materials, so that the optical element 50 for
  • volume conversion is formed. During operation of the component, the heat of conversion generated due to the high
  • Thermal conductivity of the optical element 50 are effectively removed from the converter material 70. Overheating is avoided and a stable color locus is obtained in the CIE diagram for the converted radiation.
  • the particles 70 containing the converter materials can together with the nanoparticles 60 form percolation paths, which enables an effective dissipation of the conversion heat. which is usually higher than in embodiments without percolation paths. If the converter materials 70 themselves are not electrically conductive, the percolation paths can also be formed together with metallic nanoparticles 60 without causing short circuits during operation of the component.
  • FIG. 3A shows a schematic representation of an amphiphilic block copolymer 55, as provided, for example, in step A) of the method described above.
  • Particles containing converter materials 70 may be dispersed therein (not shown).
  • Cavities or cavities 56 are present in the network of block copolymer 55 (shown here as ellipses).
  • FIG. 3B is a schematic representation of a
  • amphiphilic block copolymer 55 as may be present in step B) of the process.
  • the cavities or cavities 56 in the block copolymer 55 are enlarged by the "flooding", ie the introduction of the solution, suspension or dispersion of a precursor.
  • the precursor can be distributed as uniformly in the block copolymer 55.
  • FIGS. 3C and 3D show schematic representations of sections of optical elements 50 according to the application, as they are after step D) of the method
  • the nanoparticles 60 produced in situ form percolation paths which, together with the block copolymer 55, form an interpenetrating network.
  • the nanoparticles 60 touch each other at least partially, which is not shown here for the sake of clarity.
  • Figure 3D is in analog form represented, the converter materials containing particles 70 together with the nanoparticles 60 percolation paths
  • Example 1 Exemplary embodiments: Example 1
  • Triethylamine becomes a polymer system at about 40 ° C
  • the method can be carried out directly in a housing, for example an LED, or in a recess of the housing with a semiconductor chip arranged therein, so that an encapsulation, which surrounds the semiconductor chip, is formed as an optical element.
  • Example 2 In step 1), a mixture of water, methanol and
  • Step 2) Silver nitrate introduced. Step 2) is not performed. As step 3) is for 5 to 10 minutes with UV radiation
  • Example 1 the procedure of Example 1 is adopted to produce an optical element with nanoparticles of silver.
  • step 1) a mixture of water, methanol,
  • Example 1 is adopted to produce an optical element with gold-containing nanoparticles.
  • the invention is not by the description based on the
  • Embodiments includes, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Nach zumindest einer Ausführungsform wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Gehäuse (20), einen strahlungemittierenden oder strahlungempfangenden Halbleiterchip (10), der in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, und ein optisches Element (50), das in einem Strahlengang des Bauelements angeordnet ist, umfasst. Das optische Element (50) weist ein amphiphiles Blockcopolymer (55), das Polysiloxan als hydrophobes Polymer sowie ein damit vernetztes hydrophiles Polymer enthält, auf. Des Weiteren weist das optische Element (50) wärmeleitende Nanopartikel (60) auf, die in dem amphiphilen Blockcopolymer (55) verteilt vorliegen und ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid undeine Kombination hiervon umfasst.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement, optisches Element und deren Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, ein optisches Element für ein solches Bauelement sowie Verfahren zur Herstellung des optischen Elements und des Bauelements. In optoelektronischen Bauelementen, zum Beispiel lichtemittierenden Dioden (LED) , werden häufig Silikone als
Vergussmaterialien eingesetzt. Herkömmliche Silikone weisen jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,2 W/ (m*K) auf, sodass es aufgrund von thermischer Belastung beim
Betrieb des Bauelements auf längere Sicht zur Versprödung und Rissbildung im Silikonverguss kommen kann. Hierdurch wird die Lichtausbeute des Bauelements beeinträchtigt und dessen
Lebensdauer gesenkt, da Feuchtigkeit oder schädigende Gase in das Bauelement eindringen können.
Um diese nachteiligen Effekte zu mildern, werden einem
Vergusssilikon gegebenenfalls sphärische Si02~Partikel , insbesondere im μιη-Bereich, zugesetzt, wodurch die
Wärmeleitfähigkeit des Vergusses moderat erhöht wird. In der Regel beträgt diese weniger als 0,4 W/ (m*K) . Allerdings können Si02~Partikel eine sorgfältige Anpassung des
Brechungsindexes des Silikons erfordern, da sonst aufgrund von Lichtstreuung die Lichtausbeute des Bauelements stark gesenkt wird. Es sind daher optoelektronische Bauelemente beziehungsweise optische Elemente hierfür wünschenswert, die eine weiter verbesserte Wärmeleitfähigkeit und nach
Möglichkeit wenig Lichtstreuung im optischen Element
aufweisen, was eine hohe Lichtausbeute ermöglicht. Eine zu lösende Aufgabe besteht daher darin, ein optoelek¬ tronisches Bauelement anzugeben, dessen optisches Element eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist und nach
Möglichkeit eine geringe Lichtstreuung verursacht. Weitere Aufgaben sind es, ein Herstellungsverfahren für das
optoelektronische Bauelement und für ein solches optisches Element sowie das optische Element selbst anzugeben.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch das optoelek- tronische Bauteil, das optische Element sowie den Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement :
ein Gehäuse;
einen strahlungemittierenden oder strahlungempfangenden Halbleiterchip, der in dem Gehäuse angeordnet ist;
- ein optisches Element, das in einem Strahlengang des
Bauelements angeordnet ist;
wobei das optische Element ein amphiphiles Blockcopolymer, das Polysiloxan als hydrophobes Polymer sowie ein damit vernetztes hydrophiles Polymer enthält, und
wärmeleitende Nanopartikel , die in dem amphiphilen
Blockcopolymer verteilt vorliegen und ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid und eine Kombination hiervon umfasst .
Das optoelektronische Bauelement kann anmeldungsgemäß auch kurz als "Bauelement" bezeichnet werden. Analog können das amphiphile Blockcopolymer kurz als "Blockcopolymer", die wärmeleitenden Nanopartikel als "Nanopartikel " und der strahlungemittierende oder strahlungempfangende Halbleiter¬ chip als "Halbleiterchip" oder "Chip" bezeichnet werden. Unter dem Begriff "auf" wird anmeldungsgemäß sowohl die direkte, also unmittelbare Anordnung von Elementen mit einer gemeinsamen Grenzfläche verstanden als auch eine mittelbare Anordnung, bei der weitere Elemente zwischen den aufeinander angeordneten Elementen vorhanden sein können. In analoger Form ist ein Element "zwischen" einem ersten und einem zweiten Element angeordnet, wenn das Element auf dem ersten Element und das zweite Element auf der vom ersten Element abgewandten Seite des Elementes angeordnet ist, wobei "auf" wie vorstehend beschrieben verstanden wird.
Als "Strahlengang des Bauelements" werden mögliche Pfade verstanden, über die Strahlung vom Halbleiterchip aus dem Bauelement hinaus gelangen und/oder ausgekoppelt werden kann beziehungsweise bei strahlungempfangenden Halbleiterchips in das Bauelement eingekoppelt und zum Chip gelangen kann.
Anmeldungsgemäß werden die Begriffe "Strahlengang" und
"Strahlengang des Bauelements" synonym verwendet.
Die amphiphilen Eigenschaften des Blockcopolymers beruhen darauf, dass es ein hydrophobes Polymer und ein damit vernetztes hydrophiles Polymer enthält. Hierdurch weist das Blockcopolymer sowohl hydrophobe als auch hydrophile
Eigenschaften beziehungsweise Bereiche auf. Synonyme für "Polymer" sind in diesem Fall "Polymerkette" oder
"Polymerstrang"; es sind polymere, miteinander vernetzte Molekülteile des Blockcopolymers, von denen es jeweils mehrere enthalten kann. "Hydrophob" und "hydrophil" sind gängige Bezeichnungen aus dem Bereich der Chemie und den Materialwissenschaften und werden im Rahmen dieser Anmeldung entsprechend benutzt. Hydrophobe Substanzen, Materialien oder Molekülteile sind also nicht oder nur im geringen Maße mit Wasser mischbar, in Wasser löslich beziehungsweise gehen mit Wasser im Wesentlichen nur van-der-Waals-Wechselwirkungen ein. Hydrophile Substanzen, Materialien oder Molekülteile verhalten sich umgekehrt und können in der Regel mit Wasser auch Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Überraschend wurde gefunden, dass in dem amphiphilen Netzwerk des Blockcopolymers wärmeleitende Nanopartikel in situ, also direkt in dem Blockcopolymer, zum Beispiel per chemischer Reaktion, erzeugt werden können. Die Folge davon ist, dass die wärmeleitenden Nanopartikel insbesondere fein und homogen im optischen Element verteilt vorliegen. Ungewünschte
Agglomeration oder Sedimentation können dabei weitgehend oder vollständig vermieden werden. Im Gegensatz hierzu werden bei der Fertigung herkömmlicher optischer Elemente vorgefertigte Partikel mit einem Silikon vermischt, sodass diese
agglomerieren und absinken können.
Ein weiterer Vorteil der in-situ-Erzeugung der Nanopartikel ist, dass sehr geringe Partikelgrößen realisiert werden können. Nanopartikel weisen anmeldungsgemäß einen mittleren Durchmesser von weniger als 100 nm auf. Um in herkömmlichen Silikonen derart kleine Partikel fein verteilt einzubringen, sind mitunter stundenlange Mischprozesse notwendig. Die
Gefahr von Agglomeration und Sedimentation bleibt dabei dennoch erhalten.
Aufgrund der in dem amphiphilen Blockcopolymers, genauer in den Kavitäten des Netzwerkes, vorliegenden wärmeleitenden Nanopartikel ist die Wärmeleitfähigkeit innerhalb des optischen Elements signifikant erhöht, sodass Wärmeenergie durch das optische Element hindurch besser abgeführt werden kann. Das Gemisch aus amphiphilen Blockcopolymer und darin verteilten Nanopartikeln kann in der Regel eine Wärmeleit- fähigkeit von > 0,4 W/ (m*K) , insbesondere > 0,6 W/ (m*K) , aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise im Bereich von 0,4 bis 5 W/ (m*K) , insbesondere 0,6 bis
3 W/ (m*K) , liegen, sodass diese signifikant im Vergleich zu herkömmlichen Silikonen, die mit Si02~Partikeln versetzt sind, erhöht ist. In der Regel können mindestens 80 Gew-%, insbesondere mindestens 90 Gew-%, zum Beispiel mindestens 95 Gew-%, der polymeren Verbindungen im optischen Element ein amphiphiles Blockcopolymeren sein (Gew-% = Gewichtsprozent) . Es können auch sämtliche polymeren Verbindungen im optischen Element amphiphile Blockcopolymere sein.
Die hohe Wärmeleitfähigkeit im optischen Element kann insbe¬ sondere auf die wärmeleitenden Nanopartikel zurückgeführt werden. Als "wärmeleitend" werden gemäß zumindest einer
Ausführungsform Materialien verstanden, die eine Wärmeleitfähigkeit von > 3 W/ (m*K) , insbesondere > 5 W/ (m*K) ,
aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit der Nanopartikel kann bevorzugt > 10 W/ (m*K) betragen. Das Material der Nanopartikel beziehungsweise die Nano¬ partikel an sich können weitgehend, zum Beispiel zu
mindestens 90 Gew-%, insbesondere mindestens 95 Gew-%, oder vollständig aus einem Metall, einem Metalloxid, einem
Metallhydroxid oder einer Kombination hiervon bestehen. Das "Metall" kann ein Metall im eigentlichen Sinne und/oder ein Halbmetall, insbesondere ein Metall im eigentlichen Sinne, sein. Ebenso kann das zugrundeliegende Metall im "Metalloxid" und im "Metallhydroxid" ein Metall im eigentlichen Sinne oder ein Halbmetall sein, wobei es insbesondere ein Metall im eigentlichen Sinne ist. Zu den Halbmetallen werden Bor (B) , Silicium (Si) , Germanium (Ge) , Arsen (As) , Antimon (Sb) , Selen (Se) und Tellur (Te) gezählt. "Metalle im eigentlichen Sinne" sind also Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Übergangs¬ metalle und die Elemente der dritten bis sechsten Hauptgruppe mit höherer Ordnungszahl als die Halbmetalle der jeweiligen Hauptgruppe. Es kann dabei insbesondere aus den Übergangs¬ metallen ausgewählt sein kann.
Aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit kann Wärmenergie effektiv durch das optische Element hindurch, zum Beispiel von dem Halbleiterchip weg, an die Oberfläche des optischen Elementes abgeführt werden. Das optische Element kann insbe- sondere wärmeleitend mit dem Halbleiterchip verbunden sein, was beispielsweise in Form eines zumindest teilweise
umhüllenden Vergusses ausgeführt sein kann. Durch die
verbesserte thermische Leitfähigkeit beziehungsweise das verbesserte thermische Management im optischen Element werden Schäden aufgrund von Hitzeeinwirkung während des Betriebs des Bauelements, insbesondere Versprödung und Rissbildung, vermieden oder zumindest hinausgezögert. Hierdurch wird die Lebensdauer des Bauelements erhöht und über einen langen Zeitraum hinweg eine hohe Lichtdurchlässigkeit durch das optische Element gewährleistet. Im Falle von lichtemittieren¬ den Bauelementen kann also auch eine hohe Lichtausbeute über einen langen Zeitraum erhalten bleiben.
Die wärmeleitenden Nanopartikel weisen insbesondere einen mittleren Durchmesser auf, der deutlich kleiner als die
Wellenlänge sichtbaren Lichts (ca. 400 bis 800 nm) ist, sodass an ihnen kaum oder gar keine Lichtstreuung erfolgt. Somit wirken sich die wärmeleitenden Nanopartikel auch kaum oder gar nicht negativ auf die Transmission von Licht durch das optische Element aus. Eine aufwendige Anpassung des
Brechungsindexes, wie sie bei einem herkömmlichen optischen Element aus Silikon mit Si02~Partikeln oftmals notwendig ist, entfällt daher. In dem anmeldungsgemäßen optischen Element wird daher aufgrund der Kombination von amphiphilen
Blockcopolymer und wärmeleitenden Nanopartikeln, die
insbesondere in situ im Blockcopolymer erzeugt werden können, die Wärmeleitfähigkeit signifikant erhöht und dennoch eine hohe Transmission von Licht beziehungsweise ein hohe
Lichtausbeute gewährleistet.
Die Polymere beziehungsweise Polymerketten des amphiphilen Blockcopolymers können im Mittel mindestens 100 monomere Einheiten, insbesondere mindestens 500 monomere Einheiten, aufweisen. Das hydrophobe Polymer im amphiphilen Blockcopolymer ist ein Polysiloxan, also ein Silikon, sodass die monomeren Einheiten Siloxane sind. Dabei kann das Polysiloxan insbesondere ein Poly (dialkylsiloxan) , ein Polyalkyl- arylsiloxan, ein Poly (diarylsiloxan) und eine Kombination hiervon sein. "Aryl"-Substituenten umfassen anmeldungsgemäß auch substituierte aromatische Substituenten. "Alkyl"- Substituenten können linear, verzweigt oder auch cyclisch ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsform sind die Substituenten des Polysiloxans aus Methyl, Cyclohexyl, Phenyl und einer Kombination hiervon ausgewählt. Das Polysiloxan kann zum Beispiel Poly (dimethylsiloxan) , Poly (dicyclohexylsiloxan) , ein Polymethylphenylsiloxan, Poly (diphenylsiloxan) und eine Kombination hiervon sein. Es kann insbesondere ein
Poly (dimethylsiloxan) sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt in dem amphiphilen Blockcopolymer das hydrophobe Polymer zu dem hydrophilen Polymer in einem Massenverhältnis von 50:50 bis 95:5,
insbesondere von 60:40 bis 90:10, vor. Das amphiphile
Blockcopolymer enthält daher überwiegend Polysiloxane, also hydrophobe Polymeranteile und weist daher auch die positiven Eigenschaften von Polysiloxanen auf. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine hohe Dichtigkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit und schädlichen Gasen, zum
Beispiel Sauerstoff, aufweisen und transparent sind. Das amphiphile Blockcopolymer kann hydrophobe Polymere (Poly¬ siloxane) und hydrophile Polymere in einem Verhältnis von mindestens 70:30, insbesondere mindestens 80:20, aufweisen. Überraschend wurde gefunden, dass selbst bei einem solch hohen Anteil an Polysiloxan, also hydrophoben Polymeren im Blockcopolymer, eine gleichmäßige Verteilung und in-situ- Erzeugung der wärmeleitenden Nanopartikel in dem
Blockcopolymer möglich ist, ohne dass es dabei zur
nennenswerten Agglomeration der Nanopartikel kommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das hydrophile
Polymer aus einer Gruppe ausgewählt, die Polyethylenglykol (PEG), Polyacrylamide wie zum Beispiel Poly (N-isopropyl- acrylamid) , Polyacrylsäure, Poly (methylvinylether-alt- maleinsäureanhydrid) , Poly (methylvinylether-alt-maleinsäure) , Poly (isobuten-co-maleinsäure) , Poly (2-ethylacrylsäure) ,
Poly (2-hydroxyethylmethacrylat ) , Poly (2-propylacrylsäure) und eine Kombination hiervon umfasst. Das hydrophile Polymer ist bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, die Polyethylenglykol, Polyacrylsäure, Poly (methylvinylether-alt-maleinsäure- anhydrid) und eine Kombination hiervon umfasst. Die angegebenen hydrophilen Polymere des Blockcopolymers ermöglichen insbesondere eine effektive Erzeugung und gleich¬ mäßige, homogene Verteilung der wärmeleitenden Nanopartikel . Die Bestandteile des Blockcopolymers, also die hydrophilen und hydrophoben Polymere beziehungsweise Polymerketten können mittels NMR-Spektroskopie nachgewiesen werden.
Die Herstellung eines amphiphilen Blockcopolymers ist
beispielsweise in der Publikation G. Lin, X. Zhang, S.R.
Kumar, J.E. Mark, Silicon 2009, Vol. 1, 173-181 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von < 50 nm, insbesondere von 5 bis 40 nm, auf. Dieser ist um ein Vielfaches kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, welches daher an den Nanopartikeln kaum oder gar nicht gestreut wird. Der mittlere Partikeldurchmesser kann über Schnitte durch das optische Element und anschließende Analyse mit dem Rasterelektronen¬ mikroskop REM (Scanning Electron Microscope, SEM) bestimmt werden. Der geringe Durchmesser und die homogene Verteilung der Nanopartikel im optischen Element kann insbesondere auf die in-situ-Erzeugung im amphiphilen Blockcopolymer
zurückgeführt werden, wie es weiter unten anhand des
anmeldungsgemäßen Herstellungsverfahrens beschrieben wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die
Nanopartikel ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Cobalt, Gold, Silber, Platin, Lanthanoidhydroxid, Lanthanoidoxid, Aluminiumoxid, und eine Kombination hiervon umfasst. Die Nanopartikel können weitgehend, also zu
mindestens 90 Gew-% oder vollständig aus dem Material bestehen. Der Nachweis der Materialien kann über Pulver- diffraktometrie sowie über energiedispersive Röntgenspektro- skopie EDX erfolgen. Den Lanthanoiden werden Lanthan und die vierzehn im Periodensystem nachfolgenden Elemente von Cer bis Lutetium zugerechnet. Es wird bevorzugt Lanthan als
Lanthanoid eingesetzt. Die Nanopartikel umfassen bevorzugt ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
Cobalt, Gold, Platin, Silber, Lanthanhydroxid (La (OH) 3) , und eine Kombination hiervon umfasst. Die Nanopartikel umfassen besonders bevorzugt ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Cobalt, Gold, Silber, Lanthanhydroxid (La (OH) 3) , und eine Kombination hiervon umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält das optische Element bis zu 40 Vol-% wärmeleitende Nanopartikel (Vol-% = Volumenprozent) . Das optische Element kann einen Gehalt an Nanopartikeln im Bereich von 5 bis 35 Vol-% aufweisen. Es weist zum Beispiel eine Konzentration von mindestens 10 Vol-% auf, wodurch bereits ein deutlicher Anstieg der Wärmeleit- fähigkeit des optischen Elementes erhalten wird. Bei höheren Konzentrationen an Nanopartikeln steigt die Wärmeleitfähigkeit weiter an. In der Regel werden bei elektrisch leitenden Nanopartikeln, also bei Nanopartikeln, die, wie oben beschrieben, zumindest weitgehend aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen, ein Gehalt von bis zu 20 Vol-% eingesetzt, um die Ausbildung von
elektrisch leitenden Pfaden zu vermeiden, sodass Kurzschlüsse beim Betrieb des Bauelementes innerhalb des optischen
Elements vermieden werden können. Wenn das optische Element von den mit Strom betriebenen Teilen des Bauelements
elektrisch isoliert ist, können auch höhere Konzentrationen an elektrisch leitenden Nanopartikeln vorhanden sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Nanopartikel in dem optischen Element Perkolationspfade aus. Unter
Perkolationspfaden werden zusammenhängende Pfade von
Partikeln verstanden. Solche Perkolationspfade werden in der Regel statistisch ab einer Konzentration von ca. 28 bis 35 Vol-% Nanopartikel im optischen Element ausgebildet. Da sich die Perkolationspfade durch das optische Element erstrecken, kann über sie eine ausgesprochen effektive Abfuhr von
Wärmeenergie erfolgen. Über die Perkolationspfade kann beispielsweise Hitze von dem Halbleiterchip an die Oberfläche des optischen Elementes und damit aus dem System oder hin zu einer gegebenenfalls im Bauelement vorhandenen Wärmesenke erfolgen. Die Perkolationspfade können innerhalb des
optischen Elementes ein Netzwerk ausbilden, sodass zusammen mit dem amphiphilen Blockcopolymer ein interpenetrierendes Netzwerk erhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Element Konvertermaterialien enthaltende Partikel. Konverter- materialien werden insbesondere in lichtemittierenden
Ausführungsformen des Bauelements eingesetzt und dienen dazu, eine vom Halbleiterchip emittierte Strahlung erster
Wellenlänge anteilig oder vollständig hin zu einer zweiten, längeren Wellenlänge zu konvertieren (sogenannte "Down
Conversion" ) . Das anmeldungsgemäße Bauelement kann somit
Licht mit einem beliebigen Farbeindruck, beispielsweise weiß, emittieren. Die Konvertermaterialien enthaltenden Partikel können fein verteilt im optischen Element vorliegen
(sogenannte Volumenkonversion) . Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist die Wahl des Konvertermaterials nicht
beschränkt. Es können grundsätzlich alle dem Fachmann
bekannten und für ein lichtemittierendes Bauelement, zum Beispiel eine LED, geeigneten Konvertermaterialien eingesetzt werden. Geeignete Konvertermaterialien sind zum Beispiel in der WO 98/12757 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Konvertermaterialien werden anmeldungsgemäß nicht zu den wärmeleitenden Nanopartikeln gezählt.
Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des anmeldungsgemäßen optischen Elements kann die durch Konversion gebildete
Wärmeenergie (Konversionswärme) von den Konvertermaterialien gut abgeführt werden. Hierdurch wird zum einen eine hohe Konstanz des Farborts im CIE-Diagramm, also ein geringer temperaturabhängiger Farbortshift für die vom Bauelement emittierte Strahlung erhalten. Des Weiteren können Alterungsschäden sowie ÜberhitZungserscheinungen aufgrund von Konversionswärme bei dem Bauelement weitgehend oder vollständig vermieden werden. In einem herkömmlichen optischen Element, zum Beispiel ein Silikonverguss , kann sich die Konversions¬ wärme stauen und dadurch zu Schäden führen, da Silikone aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit eher als thermische Isolatoren wirken.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform umfasst das optische Element Konvertermaterialien enthaltende Partikel, die mit den Nanopartikeln zusammen Perkolationspfade aus¬ bilden. Nach dieser Ausführungsform liegt also innerhalb des optischen Elements ein interpenetrierendes Netzwerk aus dem amphiphilen Blockcopolymer zum einen und den Perkolations- pfaden aus Partikeln mit Konvertermaterialien und den wärmeleitenden Nanopartikeln zum anderen vor. Da die Konvertermaterialpartikel in die Perkolationspfade integriert sind, kann über diese Pfade besonders effektiv die Konversionswärme abgeführt werden. Dies führt zu den oben genannten Vorteilen, nämlich die Vermeidung von Überhitzung sowie einem sehr stabilen Farbort der vom Bauelement emittierten Strahlung. Bei dieser Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Bauelements kann das optische Element insgesamt bis zu 50 Vol-% an
Konvertermaterialien enthaltenden Partikeln und Nanopartikeln zusammen enthalten. Der Gehalt kann im Bereich von 15 bis 45 Vol-%, insbesondere 20 bis 40 Vol-%, liegen. Wenn die
Konvertermaterialien selbst nicht elektrisch leitend sind, können die Perkolationspfade auch mit metallischen
Nanopartikeln zusammen ausgebildet werden, ohne dass
Kurzschlüsse im Betrieb des Bauelements erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element ein Verguss, der den Halbleiterchip zumindest teilweise umhüllt. Der Halbleiterchip kann beispielsweise hierfür in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet sein, die dann mit dem optischen Element teilweise oder vollständig ausgefüllt ist. Das optische Element kann bei dieser Ausführungsform auch zu einer Linse ausgeformt sein. Es kann auch eine vom Verguss separate Linse im Strahlengang angeordnet sein. Durch den direkten Kontakt zwischen Halbleiterchip und dem
optischen Element kann ein effektiver Wärmetransport
erfolgen. Diese Ausführungsform eignet sich auch zur so genannten Volumenkonversion, bei der Konvertermaterialien enthaltende Partikel im optischen Element verteilt vorliegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bauelement eine Licht emittierende Diode (LED) oder es umfasst diese.
Das Bauelement kann des Weiteren Bestandteile und Elemente umfassen, die üblicherweise zum erfolgreichen Betrieb eines optoelektronischen Bauelements verwendet werden. Es weist insbesondere die notwendigen elektrisch leitenden Anschlüsse, zum Beispiel Leiterrahmen, Bondpad, Bonddraht oder ähnliches, auf, um den Halbleiterchip zu kontaktieren. Die Art des
Gehäuses ist anmeldungsgemäß ebenfalls nicht beschränkt. Es besteht bevorzugt aus einem strahlungs- und hitzebeständigen Material. Es kann reflektierende Materialien umfassen, um die Lichtauskopplung zu erhöhen. Das Gehäuse kann beispielsweise mit einem Trägersubstrat verbunden sein beziehungsweise dieses umfassen.
Falls ein lichtstreuendes optisches Element gewünscht ist, kann dieses auch Streupartikel, zum Beispiel aus Ti02, ZrÜ2, AI2O3 und eine Kombination hiervon umfassen. Streupartikel weisen in der Regel einen mittleren Durchmesser von mehr 400 nm, zum Beispiel 400 nm bis 7 μιτι, auf. Die Streupartikel werden daher anmeldungsgemäß nicht zu den Nanopartikeln gezählt.
Als ein weiterer Aspekt der Anmeldung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Gemäß zumindest einer
Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
A) Bereitstellen eines amphiphilen Blockcopolymers , das
Polysiloxan als hydrophobes Polymer sowie ein damit vernetztes hydrophiles Polymer enthält;
B) Einbringen einer Lösung, einer Suspension oder einer
Dispersion einer Präkursors in einem ersten Lösungsmittel;
C) Umwandeln des Präkursors in wärmeleitende Nanopartikel; und
D) Zumindest teilweises Entfernen des ersten Lösungsmittels, wobei das optische Element ausgebildet wird, bei dem wärme- leitende Nanopartikel in dem amphiphilen Blockcopolymer verteilt vorliegen und ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid und eine Kombination hiervon umfasst. Das Verfahren zur Herstellung des optischen Elementes kann auch kurz als "Verfahren" bezeichnet werden. Über das
Verfahren kann ein optisches Element hergestellt werden, das Bestandteil mindestens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des anmeldungsgemäßen Bauelementes ist, sodass die oben gemachten Ausführungen auf das Verfahren übertragen werden können und auch dafür Geltung haben. Dies bezieht sich insbesondere auf die genannten Materialien, Eigenschaften und Vorteile des optischen Elementes.
Die Verfahrensschritte A) , B) , C) und D) können in der hier angegebenen Reihenfolge hintereinander durchgeführt werden oder jeweils auch teilweise oder vollständig überlappen.
Letzteres kann insbesondere für die Schritte B) , C) und D) gelten. Beispielsweise kann die Umwandlung des Präkursors in wärmeleitende Nanopartikel bereits beginnen, wenn der Schritt B) noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Lösung, Suspension oder Dispersion zuvor erhitzt wurde oder der Schritt B) bei erhöhten Temperaturen erfolgt. Erhöhte Temperaturen sind Temperaturen höher als Raumtemperatur (25°C). Ebenso oder stattdessen können auch die Schritte C) und D) überlappen. Das heißt, es kann beispielsweise noch während der Umwandlung des Präkursors in die wärmeleitenden Nanopartikel zumindest ein Teil des verwendeten Lösungsmittels entfernt werden.
Unter einem "Präkursor" (Precursor) wird eine chemische
Vorstufe, ein Edukt oder eine Ausgangsverbindung verstanden. Es ist ein Material, eine Verbindung oder ein Gemisch von Verbindungen, aus denen im Schritt C) in der Regel durch eine chemische Reaktion die wärmeleitenden Nanopartikel bezie¬ hungsweise deren Material gebildet wird. Die Erzeugung der Nanopartikel erfolgt also in der Regel "in situ" (an Ort und Stelle), also erst unmittelbar im amphiphilen Blockcopolymer.
Es wurde überraschend gefunden, dass ungewünschte
Agglomeration und Sedimentation, wie sie beim Vermischen von Partikeln mit einem herkömmlichen Silikon auftreten können, hierdurch (weitgehend) vermieden werden. Sondern die in-situ- Erzeugung der wärmeleitenden Nanopartikel in dem amphiphilen Blockcopolymer des optischen Elementes bewirkt vielmehr eine homogene Verteilung und nur wenig agglomerierte Nanopartikel. Diese Vorteile beruhen auf der Kombination mehrerer Ursachen, wie im Folgenden dargestellt ist.
Das im Schritt A) bereitgestellte amphiphile Blockcopolymer weist ein Polysiloxan als hydrophobes Polymer auf, welches mit einem hydrophilen Polymer zumindest teilweise vernetzt ist. Die Polymerketten im amphiphilen Blockcopolymer bilden eine Art Netzwerk aus, in dem Hohlräume oder Kavitäten vorhanden sind.
Es sind insbesondere die hydrophilen Polymerketten des
Blockcopolymers , die es ermöglichen, im Schritt B) die
Lösung, Suspension oder Dispersion in das Blockcopolymer einzubringen. Das Blockcopolymer kann durch das Lösungs- mittel, insbesondere im Bereich der hydrophilen Polymere, aufgeschwemmt beziehungsweise aufgequollen werden. Das erste Lösungsmittel kann insbesondere ein polares Lösungsmittel sein. Durch das Aufschwemmen werden in der Regel die
Hohlräume oder Kavitäten im Blockcopolymer aufgeweitet. Der Präkursor, zum Beispiel ein Metallsalz, kann so gleichmäßig in dem Blockcopolymer verteilt werden, sodass auch die wärmeleitenden Nanopartikel homogen verteilt ausgebildet werden. Dies ist durch herkömmliche Mischverfahren mit Partikeln von einem Durchmesser < 100 nm nicht oder nur eingeschränkt möglich. Somit werden durch das einfache Aufschwemmen des amphiphilen Blockcopolymers mit der Lösung, Suspension oder Dispersion des Präkursors langwierige, mitunter mehrstündige Mischprozesse überflüssig, wodurch das Herstellungsverfahren weniger arbeitsintensiv, schneller und wirtschaftlicher wird.
Im Verfahrensschritt B) kann die Lösung, Suspension oder Dispersion auf das amphiphile Blockcopolymer gegeben werden. Hierzu kann auch ein Überdruck (größer als Atmosphärendruck) angewandt werden, um das "Aufschwemmen" oder "Quellen" des Blockcopolymers zu beschleunigen. Der Präkursor kann
insbesondere in dem ersten Lösungsmittel gelöst sein. Das erste Lösungsmittel kann ein reines Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch sein.
Im Schritt C) werden dann die Präkursor-Verbindungen in die wärmeleitenden Nanopartikel umgewandelt, was in der Regel mittels einer chemischen Reaktion geschieht. Im Zuge dieser Umwandlung können die Nanopartikel auch abgeschieden, gefällt oder zumindest teilweise kristallisiert werden. Im Schritt C) können beispielsweise erhöhte Temperaturen angewandt und/oder Reagenzien zugesetzt werden, sodass andere Bedingungen als im Schritt B) vorliegen und die Umwandlung erfolgt. Des Weiteren kann zusätzlich oder alternativ zum Beispiel mit UV-Strahlung bestrahlt werden. Der geringe mittlere Partikeldurchmesser und die homogene Verteilung der Nanopartikel kann
insbesondere auf deren Erzeugung auf kleinstmöglicher Ebene durch eine chemische Reaktion zurückgeführt werden, welche unmittelbar in dem (aufgeschwemmten) amphiphilen Blockcopolymer erfolgt. Die entstehenden Nanopartikel können dabei insbesondere durch die hydrophilen Polymere des Blockcopoly- mers stabilisiert werden, wodurch eine ungewollte Agglomeration vermieden wird.
Im Verfahrensschritt D) wird das erste Lösungsmittel
weitgehend oder vollständig entfernt, wobei das optische
Element ausgebildet wird. In der Regel verbleiben allenfalls Spuren des verwendeten Lösungsmittels im optischen Element, wobei die Spuren weniger als 2 Gew-%, insbesondere weniger als 1 Gew-%, des ursprünglich eingesetzten ersten Lösungs- mittels ausmachen können. Um das erste Lösungsmittel zu entfernen, kann beispielsweise ein verminderter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur eingesetzt werden. Es kann beispielsweise ein verminderter Druck von 50 bis 800 mbar, insbesondere 70 bis 500 mbar, zum Beispiel 90 bis 150 mbar, angelegt werden. Hierbei kann auf 30°C bis 75°C, insbesondere 40°C bis 60°C, zum Beispiel 50°C, erwärmt werden.
Im Zuge des Verfahrensschritts D) kann das optische Element beziehungsweise das amphiphile Blockcopolymer auch gehärtet werden. Das Härten beziehungsweise ein Härtungsschritt als
Unterschritt schließt sich in der Regel an ein Entfernen von Lösungsmitteln an. Dabei kann eine weitere Vernetzung der Polymere erfolgen. Zum Härten kann beispielsweise für mindestens eine Stunde, zum Beispiel 1 bis 4 h, auf
mindestens 120°C, insbesondere 120°C bis 170°C, bevorzugt 120°C bis 160°C, erhitzt werden. In der Regel wird für mehrere Stunden auf etwa 150°C erhitzt. Es wird insbesondere ein dichtes, hartes und thermisch belastbares optisches Element ausgebildet, das zudem eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Transmission für sichtbares Licht zeigt.
Während des Schritts D) , unter Umständen auch schon während des Schritts C) , können sich bei ausreichender Konzentration an Nanopartikeln Perkolationspfade in dem amphiphilen Block- copolymer beziehungsweise dem entstehenden optischen Element ausbilden. Hierzu können, wie oben beschrieben, entsprechende Konzentrationen an Nanopartikeln und gegebenenfalls auch Partikel mit Konvertermaterialien eingesetzt werden. Es kann beispielsweise im Schritt B) der Präkursor im ersten
Lösungsmittel gelöst vorliegen und Partikel mit oder aus Konvertermaterial darin suspendiert sein. Alternativ können auch Konvertermaterialien bereits im Schritt A) im bereitge- stellten Blockcopolymer verteilt vorliegen und müssen nicht im Schritt B) eingebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt, die ein Metallcarbonyl , ein
Metallazid, ein Metallhalogenid, ein Metalloxid, ein
Metallhydroxid, ein Metallacetat , ein Metallsulfat, ein
Metallnitrat und eine Kombination hiervon umfasst.
Metallazide sind grundsätzlich für die anmeldungsgemäßen Anwendungen geeignet, können aber mitunter eine Gefahr für die Arbeitssicherheit darstellen. Der Präkursor ist bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, die ein Metallcarbonyl, ein Metallhalogenid, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid, ein Metallacetat, ein Metallsulfat, ein Metallnitrat und eine Kombination hiervon umfasst. Dabei schließen die genannten Verbindungstypen auch mögliche Derivate, zum Beispiel Solvate oder Hydrate, mit ein.
Aus den Präkursoren kann durch chemische Reaktion das
Material der wärmeleitenden Nanopartikel ausgebildet werden, also ein Metall, ein Metalloxid oder ein Metallhydroxid.
Beispielsweise kann aus einem Metallcarbonyl durch thermische Zersetzung das Metall freigesetzt werden, wobei Kohlenmonoxid (CO) entweichen kann. Ein gasförmiges Nebenprodukt kann zum Beispiel in Schritt C) und/oder D) ausgetrieben werden.
Ähnlich verhält es sich bei einem Metallazid, bei dem
ebenfalls das Metall an sich und Stickstoff als Reaktions¬ produkte entstehen. Metallhalogenide, Metallacetate oder Metallnitrate können beispielsweise durch Zusatz eines
Reduktionsmittels in das zugrundeliegende Metall überführt werden. Metalloxide beziehungsweise Metallhydroxide können nach dem Einbringen des Präkursors in das amphiphile
Blockcopolymer zum Beispiel gefällt und/oder kristallisiert werden, wobei Metallhydroxide gegebenenfalls auch in ein Metalloxid überführt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt, die Dicobaltokta- carbonyl, Silbertetrachloroaurat , Lanthanoidchlorid,
Lanthanoidoxid, Cobaltacetat , Aluminiumsulfat, Silbernitrat, Dihydrogenhexachloroplatinat (Hexachloridoplatinsäure,
H2PtCl6) , und eine Kombination hiervon umfasst. Als Lantha¬ noidchlorid und Lathanoidoxid werden bevorzugt Lanthanchlorid beziehungsweise Lanthanoxid eingesetzt. Dihydrogenhexachloro¬ platinat wird hier zu den Metallhalogeniden gezählt.
Die bevorzugten Präkursoren können durch die oben
beschriebenen chemischen Reaktionen in ein Metall, ein
Metallhydroxid oder ein Metalloxid überführt werden.
Beispielsweise ergibt die thermische Zersetzung von Dicobalt- oktacarbonyl elementares Cobalt. Silbertetrachloroaurat kann mit hydridischen Verbindungen zu Silber und Gold reduziert werden. Silbernitrat kann mit einem Reduktionsmittel oder durch Bestrahlung, zum Beispiel mit UV-Strahlung, zu Silber umgesetzt werden. Lanthanoidchlorid beziehungsweise
Lanthanoidoxid können beispielsweise als Lanthanoidhydroxid (Ln(OH)3) gefällt und kristallisiert werden. Aufgrund von thermischer Einwirkung kann sich aus dem Lanthanoidhydroxid auch eine Lanthanoidoxid-Verbindung bilden. Aus Aluminiumsulfat kann Aluminiumoxid gebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt C) zum Umwandeln auf mindestens 40 °C erhitzt. Die Temperatur kann insbesondere in dem Bereich von 40°C bis 180°C, insbesondere 40°C bis 100°C oder 100°C bis 160°C, zum Beispiel bei ca. 150°C, liegen. Reduktionsreaktionen benötigen in der Regel niedrigere Temperaturen von 40°C bis 100°C, insbesondere 45°C bis 80°C, bevorzugt 45 bis 60°C. Thermische Zersetzungen benötigen in der Regel höhere Temperaturen, also größer 100°C, insbesondere 100°C bis 160°C. Bei einer solchen
Ausführungsform können beispielsweise die Schritte C) und D) teilweise oder vollständig zusammenfallen. Bei solchen
Temperaturen ist eine gewisse Härtung des amphiphilen
Blockcopolymers möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Umwandlung im Schritt C) mittels eines Reagenzes, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Katalysator, ein Reduktionsmittel, eine Base und eine Kombination hiervon umfasst. Das Reagenz kann insbesondere ein Reduktionsmittel sein. Ein Reduktions¬ mittel kann insbesondere eine hydridische Verbindung, EDTA oder Hydrazin sein. Das Reagenz kann insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Natriumborhydrid, Hydrazin, Triethylamin, ein Nitrat, EDTA, Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid und eine Kombination hiervon umfasst. Natriumborhydrid (NaBH4) eignet sich beispielsweise, um halogenidhaltige Verbindungen wie Silbertetrachloroaurat zu Silber und Gold zu reduzieren, die dann als Gemisch vorliegen können. Basen wir Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumhydroxid (KOH) können verwendet werden, um aufgrund einer pH-Änderung Lanthanoidhydroxide, insbesondere Lanthanhydroxid, zu fällen. Cobaltacetat kann mit einer Kombination von Triethylamin und Natriumborhydrid oder einer Kombination Triethylamin und Hydrazin zu Cobalt umgesetzt werden. Die Umsetzung von
Aluminiumsulfat und Nitrat ergibt Aluminiumoxid. Silbernitrat kann mit Natriumboyhydrid oder EDTA zu Silber umgesetzt werden. Dihydrogenhexachloroplatinat ergibt zum Beispiel in der Reaktion mit Natriumborhydrid Nanopartikel enthaltend Platin.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt im Schritt C) eine der folgenden Rektionen:
Silbertetrachloroaurat mit Natriumborhydrid zu Gold,
- Lanthanchlorid zu Lanthanhydroxid,
Cobaltacetat mit Triethylamin und Natriumborhydrid zu
Cobalt,
Cobaltacetat mit Triethylamin und Hydrazin zu Cobalt, Aluminiumsulfat mit Nitrat zu Aluminiumoxid,
- Silbernitrat mit Natriumboyhydrid zu Silber,
Silbernitrat mit EDTA zu Silber,
Silbernitrat unter Bestrahlung, zum Beispiel mit UV- Strahlung, zu Silber, oder
Dihydrogenhexachloroplatinat mit Natriumborhydrid zu
Platin.
Der Übersichtlichkeit halber wird hier auf die Angabe
sämtlicher Nebenprodukte verzichtet. Diese Reaktionstypen sind an und für sich dem Fachmann bekannt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren als zusätzlichen Verfahrensschritt E) einen Waschschritt, bei dem ein zweites Lösungsmittel in das amphiphile Blockcopoly- mer eingebracht und wieder entfernt wird. Ein solcher Wasch- schritt kann zum Entfernen von Nebenprodukten beziehungsweise Zersetzungsprodukten der Umwandlung im Schritt C) dienen. Der Schritt E) kann vor dem Schritt D) durchgeführt werden. Es sind Ausführungsformen denkbar, in denen aus formaler Sicht der Schritt E) den Schritt D) unterbricht, also, dass
zunächst das erste Lösungsmittel zumindest teilweise entfernt wird, zum Waschen ein zweites Lösungsmittel eingebracht und anschließend das zweite Lösungsmittel zusammen mit einem etwaigen Rest ersten Lösungsmittels entfernt wird. Ein Härten beziehungsweise Härtungsschritt, wie er oben beschrieben ist, wird in der Regel nach dem Waschschritt durchgeführt. Das zweite Lösungsmittel kann ein reines Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch sein. Liegen erstes und zweites
Lösungsmittel nebeneinander vor, so können diese mitunter nicht mehr unterscheidbar sein. Sie können zusammen auch nur als "Lösungsmittel" bezeichnet werden.
Im Schritt E) kann ebenso wie im Schritt B) das amphiphile Blockcopolymer durch das Lösungsmittel aufgeschwemmt werden. Es können Nebenprodukte, zum Beispiel Salze, die aufgrund der Reaktion in Schritt C) gebildet werden, in dem zweiten
Lösungsmittel gelöst oder suspendiert und dann zusammen mit dem zweiten Lösungsmittel entfernt werden. Ebenso können flüchtige Nebenprodukte durch einen Waschschritt ausgetrieben werden. Das Entfernen des zweiten Lösungsmittels kann
mechanisch oder über die Gasphase, zum Beispiel durch Anlegen eines Vakuums, erfolgen. Um das zweite Lösungsmittel zu entfernen, kann beispielsweise ein verminderter Druck
und/oder eine erhöhte Temperatur eingesetzt werden. Es kann beispielsweise ein verminderter Druck von 50 bis 800 mbar, insbesondere 70 bis 500 mbar, zum Beispiel 90 bis 150 mbar, angelegt werden. Hierbei kann auf 30°C bis 75°C, insbesondere 40°C bis 60°C, zum Beispiel 50°C, erwärmt werden. Der Schritt E) bewirkt, dass die Konzentration an Neben- oder Zersetzungsprodukten im optischen Element beziehungsweise in dem amphiphilen Blockcopolymer verringert wird. Zu diesem Zweck können auch mehrere Waschschritte durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das erste
Lösungsmittel und/oder das zweite Lösungsmittel unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt, die Wasser, einen Alkohol und eine Kombination hiervon umfasst. In diesen Lösungsmitteln können die verwendeten Präkursoren gut gelöst beziehungsweise suspendiert werden. Sie werden darin
insbesondere gelöst. Des Weiteren eignen sich diese
Lösungsmittel, um beispielsweise Partikel, die Konverter¬ materialien enthalten, zu suspendieren, sodass diese
ebenfalls in das optische Element eingebracht werden können.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird eine Kombination von Wasser und Alkohol als erstes Lösungsmittel und/oder als zweites Lösungsmittel verwendet. Es kann insbesondere ein Verhältnis von Wasser zu Alkohol im Bereich von 20:80 bis 80:20 verwendet werden. Der Alkohol kann zum Beispiel Methanol, Ethanol oder eine Kombination hiervon, insbesondere jedoch Methanol, sein. Wasser-Alkohol-Gemische sind in der Lage, die oben genannten Präkursor-Verbindungen zu lösen beziehungsweise zu suspendieren und erlauben ein gleichmäßiges Aufschwemmen des amphiphilen Blockcopolymers. Hierfür ist insbesondere ein Alkoholanteil im Lösungsmittel hilfreich, da Alkohole besser als Wasser mit dem hydrophoben Polymer des Blockcopolymers wechselwirken.
Als weiterer Aspekt der Anmeldung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optischen Element angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
Bereitstellen eines Gehäuses in dem ein
strahlungemittierender oder strahlungempfangender
Halbleiterchip angeordnet ist; und
Erzeugen eines optischen Elements nach einem Verfahren gemäß zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, in einem Strahlengang des Bauelements.
Es können so insbesondere Bauelemente nach zumindest einer Ausführungsform der Anmeldung hergestellt werden.
Das optische Element wird bevorzugt in einer Ausnehmung des Gehäuses, in der auch der Halbleiterchip angeordnet ist erzeugt, sodass ein Verguss ausgebildet wird der den
Halbleiterchip zumindest teilweise umhüllt. Als Bauelement kann insbesondere eine LED mit einem lichtemittierenden
Halbleiterchip hergestellt werden.
Die vorteilhaften Eigenschaften des optischen Elements können weitgehend auf das anmeldungsgemäße Herstellungsverfahren zurückgeführt werden. Es wird also auch ein optisches Element angegeben, das durch ein Verfahren nach zumindest einer
Ausführungsform, insbesondere einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, erhältlich ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen, insbesondere anhand von exemplarischen
Ausführungsformen, näher erläutert. Dabei sind gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß und/oder vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigen
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch ein
Bauelement mit einem optischen Element,
Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch ein
Bauelement mit einem optischen Element zur Volumenkonversion,
Figur 3A eine schematische Darstellung eines amphiphilen
Blockcopolymers ,
Figur 3B eine schematische Darstellung eines amphiphilen
Blockcopolymers im Schritt B) ,
Figur 3C eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen Element, und
Figur 3D eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen Element zur Volumenkonversion.
In Figur 1 ist stellvertretend ein Bauelement nach einer Ausführungsform der Anmeldung am Beispiel einer LED gezeigt. Das Bauelement umfasst hier ein Gehäuse 20 in Verbindung mit einem Trägersubstrat 15. Das Gehäuse 20 kann eine Keramik oder einen hitze- und strahlungsbeständigen Kunststoff umfassen. In einer Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 ist ein Halbleiterchip 10 angeordnet, der im Betrieb des Bauelements Strahlung emittiert. Die Seitenwände der Ausnehmung 25 sind hier abgeschrägt und können ein reflektierendes Material umfassen. Der Halbleiterchip 10 kann über elektrisch leitende Anschlüsse 30, 31 und einen Bonddraht 32 bestromt werden. Das Bauelement kann weitere herkömmliche Elemente umfassen, auch wenn diese nicht im Einzelnen dargestellt sind, beispiels¬ weise eine (aufgesetzte) Linse oder ein Konversionselement.
Das optische Element 50 ist als Verguss beziehungsweise
Volumenverguss ausgebildet. Es umhüllt den Halbleiterchip 10 und füllt die Ausnehmung 25 aus. Es kann nach einer
anmeldungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens direkt in der Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 erzeugt werden. In dem Bauelement nach Figur 1 (und ebenso auch in dem nach Figur 2) kann prinzipiell jede anmeldungsgemäße Ausführungsform eines optischen Elements 50 ausgebildet sein. Es sind daher nur schematisch (und stark vergrößert) wärmeleitende Nanopartikel 60 aus einem Metall, einem Metalloxid oder einem Metall¬ hydroxid homogen im amphiphilen Blockcopolymer 55 verteilt dargestellt. Das Blockcopolymer 55 kann zum Beispiel aus miteinander vernetzten Polysiloxan- und Polyethylenglykol- Polymeren bestehen.
Die Nanopartikel 60 weisen einen mittleren Durchmesser von < 100 nm, insbesondere < 50 nm auf. Sie sind homogen im
Blockcopolymer 55 verteilt und insbesondere kaum agglomeriert oder sedimentiert , sodass daraus keine (oder nur wenige) Strukturen entstehen, an denen sichtbares Licht gestreut wird. Bevorzugte Materialien für die Nanopartikel 60 sind Cobalt, Gold, Silber, Platin, Lanthanoidhydroxid, zum
Beispiel Lanthanhydroxid. Die Nanopartikel 60 können
Perkolationspfade ausbilden, die sich durch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen (hier nicht gezeigt) . Perkolationspfade können mit dem Blockcopolymer 55 ein interpenetrierendes Netzwerk ausbilden. Im Falle von
Nanopartikeln 60 aus Metall können diese beispielsweise in einer Konzentration von bis zu 20 Vol-% vorliegen.
Das optische Element 50 zeichnet sich durch eine hohe Wärme¬ leitfähigkeit von > 0,4 W/ (m*K) , insbesondere von 0,4 bis 5 W/ (m*K) , aus, sodass Wärme gut von dem Halbleiterchip 10 an die Oberfläche des optischen Elementes 50 abgeführt und an die Umgebung abgegeben werden kann. Da Schäden wie Ver- sprödung oder Rissbildung aufgrund von Hitzeeinwirkung oder Überhitzung reduziert werden, weist das Bauelement eine hohe Lebensdauer auf. Da die Nanopartikel 60 kaum oder gar klein sichtbares Licht streuen, werden sehr hohe Lichtausbeuten für das Bauelement zusätzlich zu dem verbesserten thermischen Management erhalten.
In Figur 2 ist ein weiteres Bauelement mit einem optischen Element 50 nach zumindest einer Ausführungsform gezeigt, das dem Bauelement aus Figur 1 ähnelt. Das optische Element 50 ist hier als Verguss mit einer Linse 51 ausgeformt. In dem optischen Element 50 liegen Konvertermaterialien enthaltende Partikel 70 vor, sodass das optische Element 50 zur
Volumenkonversion ausgebildet ist. Im Betrieb des Bauelements kann die erzeugte Konversionswärme aufgrund der hohen
Wärmeleitfähigkeit des optischen Elements 50 effektiv vom Konvertermaterial 70 abgeführt werden. Eine Überhitzung wird dadurch vermieden und ein stabiler Farbort im CIE-Diagramm für die konvertierte Strahlung erhalten.
Die Konvertermaterialien enthaltende Partikel 70 können mit den Nanopartikeln 60 zusammen Perkolationspfade ausbilden, was eine effektive Ableitung der Konversionswärme ermöglicht, die in der Regel höher ist als bei Ausführungsformen ohne Perkolationspfade . Wenn die Konvertermaterialien 70 selbst nicht elektrisch leitend sind, können die Perkolationspfade auch mit metallischen Nanopartikeln 60 zusammen ausgebildet werden, ohne dass Kurzschlüsse im Betrieb des Bauelements erfolgen .
Die Figur 3A zeigt eine schematische Darstellung eines amphiphilen Blockcopolymers 55, wie es beispielsweise im Schritt A) des oben beschriebenen Verfahrens bereitgestellt wird. Konvertermaterialien enthaltende Partikel 70 können darin verteilt vorliegen (nicht gezeigt) . In dem Netzwerk des Blockcopolymers 55 liegen Hohlräume oder Kavitäten 56 vor (hier als Ellipsen dargestellt) .
In Figur 3B ist eine schematische Darstellung eines
amphiphilen Blockcopolymers 55 gezeigt, wie es im Schritt B) des Verfahrens vorliegen kann. Die Hohlräume oder Kavitäten 56 im Blockcopolymer 55 sind durch das "Aufschwemmen", also dem Einbringen der Lösung, Suspension oder Dispersion eines Präkursors vergrößert. Der Präkursor kann sich so gleichmäßig im Blockcopolymer 55 verteilen.
In den Figuren 3C und 3D sind schematische Darstellungen von Ausschnitten aus anmeldungsgemäßen optischen Elementen 50 gezeigt, wie sie nach dem Schritt D) des Verfahrens
beziehungsweise im fertigen Bauelement, zum Beispiel wie in Figur 1 oder 2 gezeigt, vorliegen können. In Figur 3C bilden die in situ erzeugten Nanopartikel 60 Perkolationspfade, die zusammen mit dem Blockcopolymer 55 ein interpenetrierendes Netzwerk ausbilden. Die Nanopartikel 60 berühren sich dabei zumindest teilweise, was hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. In Figur 3D ist in analoger Form dargestellt, das Konvertermaterialien enthaltende Partikel 70 zusammen mit den Nanopartikeln 60 Perkolationspfade
ausbilden, wodurch die Konversionswärme effektiv abgeführt werden kann und die oben beschriebenen Vorteile erhalten werden .
Ausführungsbeispiele : Beispiel 1 :
1) Ein Gemisch aus Wasser, Methanol, Cobaltacetat und
Triethylamin wird bei etwa 40°C in ein Polymersystem
(amphiphiles Blockcopolymer) mit Poly (dimethylsiloxan) und Polyethylenglycol im Verhältnis 70:30 eingebracht, wobei das Polymersystem aufquillt.
2) Anschließend wird eine wässrige Natriumborhydridlösung
zugegeben .
3) Das erhaltene Gemisch wird für etwa 30 min auf 40°C bis 60°C erhitzt (sogenannte "Staging Time"), wobei Cobalt gebildet wird.
4) Die Lösungsmittel werden im Vakuum, etwa 100 mbar, bei
Temperaturen von etwa 50 °C entfernt. Hierbei werden die Lösungsmittel nahezu vollständig entfernt.
5) Das Polymersystem wird noch einmal mit Wasser versetzt, sodass es aufquillt, und
6) die Lösungsmittel anschließend im Vakuum von etwa 100 mbar bei Temperaturen von etwa 50 °C entfernt.
7) Abschließend wird das Gemisch gehärtet. Hierzu wird für 1 bis 4 h auf 120°C bis 160°C erhitzt.
Durch dieses Verfahren wird ein optisches Element aus
amphiphilen Blockcopolymer aus Poly (dimethylsiloxan) und Polyethylenglycol und darin verteilt vorliegenden Nano- Partikel aus Cobalt mit einem mittleren Durchmesser von < 50 nm ausgebildet. Das Verfahren kann direkt in einem Gehäuse, zum Beispiel einer LED, beziehungsweise in einer Ausnehmung des Gehäuses mit einem darin angeordneten Halbeiterchip durchgeführt werden, sodass als optisches Element ein Verguss gebildet wird, der den Halbleiterchip umhüllt.
Beispiel 2 : In Schritt 1) wird ein Gemisch aus Wasser, Methanol und
Silbernitrat eingebracht. Schritt 2) wird nicht durchgeführt. Als Schritt 3) wird für 5 bis 10 min mit UV-Strahlung
bestrahlt. Ansonsten wird die Vorgehensweise aus Beispiel 1 übernommen, um ein optisches Element mit Nanopartikeln aus Silber zu erzeugen.
Beispiel 3:
In Schritt 1) wird ein Gemisch aus Wasser, Methanol,
Silbertetrachloroaurat und Triethylamin eingebracht.
Ansonsten wird die Vorgehensweise aus Beispiel 1 übernommen, um ein optisches Element mit Gold-haltigen Nanopartikeln herzustellen . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und jede Kombination in den
Ausführungsbeispielen 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 102012108828.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Optoelektronisches Bauelement, umfassend:
ein Gehäuse (20);
einen strahlungemittierenden oder strahlungempfangenden Halbleiterchip (10), der in dem Gehäuse (20) angeordnet ist;
ein optisches Element (50), das in einem Strahlengang des Bauelements angeordnet ist;
wobei das optische Element (50)
ein amphiphiles Blockcopolymer (55) , das Polysiloxan als hydrophobes Polymer sowie ein damit vernetztes
hydrophiles Polymer enthält, und
wärmeleitende Nanopartikel (60) aufweist, die in dem amphiphilen Blockcopolymer (55) verteilt vorliegen und ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid und eine Kombination hiervon umfasst.
Bauelement nach Anspruch 1,
wobei in dem amphiphilen Blockcopolymer (55) das
hydrophobe Polymer zu dem hydrophilen Polymer in einem Massenverhältnis von 50:50 bis 95:5, insbesondere von 60:40 bis 90:10, vorliegt.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das hydrophile Polymer aus einer Gruppe gewählt ist, die Polyethylenglykol (PEG) , Polyacrylamide,
Polyacrylsäure, Poly (methylvinylether-alt- maleinsäureanhydrid) , Poly (methylvinylether-alt- maleinsäure) , Poly (isobuten-co-maleinsäure) , Poly (2- ethylacrylsäure) , Poly (2-hydroxyethylmethacrylat ) , Poly (2-propylacrylsäure) und eine Kombination hiervon umfasst .
Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel (60) einen mittleren Durchmesser von < 50 nm, insbesondere von 5 nm bis 40 nm, aufweisen.
Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel (60) ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Cobalt, Gold,
Silber, Platin, Lanthanoidhydroxid, Lanthanoidoxid, Aluminiumoxid und eine Kombination hiervon umfasst.
Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel (60) in dem optischen Element (50) Perkolationspfade ausbilden.
Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (50) Konvertermaterialien enthaltende Partikel (70) umfasst, die mit den
Nanopartikeln (60) zusammen Perkolationspfade ausbilden.
Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (50) ein Verguss ist, der den
Halbleiterchip (10) zumindest teilweise umhüllt.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements (50) für ein optoelektronisches Bauelement, umfassend die Schritte :
A) Bereitstellen eines amphiphilen Blockcopolymers (55) , das Polysiloxan als hydrophobes Polymer sowie ein damit vernetztes hydrophiles Polymer enthält; B) Einbringen einer Lösung, einer Suspension oder einer Dispersion eines Präkursors in einem ersten
Lösungsmittel ;
C) Umwandeln des Präkursors in wärmeleitende
Nanopartikel (60); und
D) Zumindest teilweises Entfernen des ersten
Lösungsmittels ,
wobei das optische Element (50) ausgebildet wird, bei dem wärmeleitende Nanopartikel (60) in dem amphiphilen Blockcopolymer (55) verteilt vorliegen und ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid und eine Kombination hiervon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9,
wobei der Präkursor aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Metallcarbonyl , ein Metallazid, ein Metallhalogenid, ein Metalloxid, ein Metallhydroxid, ein Metallacetat , ein Metallsulfat, ein Metallnitrat und eine Kombination hiervon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10,
wobei der Präkursor aus einer Gruppe gewählt ist, die Dicobaltoktacarbonyl, Silbertetrachloroaurat ,
Lanthanoidchlorid, Lanthanoidoxid, Cobaltacetat ,
Aluminiumsulfat, Silbernitrat, Dihydrogenhexachloro- platinat und eine Kombination hiervon umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
wobei im Schritt C) zum Umwandeln auf mindestens 40 °C erhitzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Umwandlung im Schritt C) mittels eines Reagenz erfolgt, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Katalysator, ein Reduktionsmittel, eine Base und eine Kombination hiervon umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
das als zusätzlichen Verfahrensschritt E) einen
Waschschritt umfasst, bei dem ein zweites Lösungsmittel in das amphiphile Blockcopolymer (55) eingebracht und wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
wobei das erste Lösungsmittel und/oder das zweite
Lösungsmittel unabhängig voneinander aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Wasser, einen Alkohol und eine Kombination hiervon umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements mit einem optischen Element (50), umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Gehäuses (20), in dem ein strahlungemittierender oder strahlungempfangender Halbleiterchip (10) angeordnet ist;
Erzeugen eines optischen Elements (50) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15 in einem Strahlengang des Bauelements.
17. Optisches Element (50), das durch ein Verfahren nach
einem der Ansprüche 9 bis 15 erhältlich ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI560914B (en) * 2014-06-09 2016-12-01 Prolight Opto Technology Corp Improvement structure for light emitting diode package

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9714370B2 (en) * 2013-09-26 2017-07-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Solvent assisted processing to control the mechanical properties of electrically and/or thermally conductive polymer composites
DE102013222702B4 (de) * 2013-11-08 2026-04-02 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Bauelement, optoelektronische Anordnung, Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
US9551839B2 (en) 2015-03-31 2017-01-24 Raytheon Company Optical component including nanoparticle heat sink
CN105609536A (zh) * 2016-02-15 2016-05-25 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列基板、oled显示面板及显示装置
CN106025052A (zh) * 2016-07-17 2016-10-12 王培培 一种半导体发光元件用封装树脂及其封装结构
JP6825273B2 (ja) * 2016-09-09 2021-02-03 日亜化学工業株式会社 発光装置
US10649156B2 (en) * 2016-12-23 2020-05-12 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Optical sensing device having integrated optics and methods of manufacturing the same
US10662310B2 (en) * 2018-04-24 2020-05-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component having a conversation element with a high refractive index
CN113805340A (zh) * 2021-09-16 2021-12-17 合肥视涯技术有限公司 显示装置及其制造方法
CN113950227B (zh) * 2021-10-14 2024-08-16 视涯科技股份有限公司 光电装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998012757A1 (de) 1996-09-20 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Wellenlängenkonvertierende vergussmasse, deren verwendung und verfahren zu deren herstellung
EP1995281A1 (de) * 2006-03-16 2008-11-26 JSR Corporation Oxidteilchen enthaltende polysiloxanzusammensetzung und herstellungsverfahren dafür
JP2009091380A (ja) * 2007-10-03 2009-04-30 Jsr Corp 発光素子コーティング用組成物および発光装置、ならびに発光素子コーティング用組成物の製造方法
EP2236553A1 (de) * 2009-04-03 2010-10-06 Nitto Denko Corporation Siliconharzzusammensetzung enthaltend feine Metalloxidteilchen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29724847U1 (de) * 1996-06-26 2004-09-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtabstrahlendes Halbleiterbauelement mit Lumineszenzkonversionselement
DE102008030253B4 (de) * 2008-06-25 2020-02-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Konversionselement und Leuchtmittel
JP5106307B2 (ja) * 2008-08-06 2012-12-26 日東電工株式会社 金属酸化物微粒子を含有してなる樹脂組成物
DE102010034915A1 (de) 2010-08-20 2012-02-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Streukörper
DE102010034913B4 (de) 2010-08-20 2023-03-30 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlung emittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung des Strahlung emittierenden Bauelements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998012757A1 (de) 1996-09-20 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Wellenlängenkonvertierende vergussmasse, deren verwendung und verfahren zu deren herstellung
EP1995281A1 (de) * 2006-03-16 2008-11-26 JSR Corporation Oxidteilchen enthaltende polysiloxanzusammensetzung und herstellungsverfahren dafür
JP2009091380A (ja) * 2007-10-03 2009-04-30 Jsr Corp 発光素子コーティング用組成物および発光装置、ならびに発光素子コーティング用組成物の製造方法
EP2236553A1 (de) * 2009-04-03 2010-10-06 Nitto Denko Corporation Siliconharzzusammensetzung enthaltend feine Metalloxidteilchen

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. LIN; X. ZHANG; S.R. KUMAR; J.E. MARK, SILICON, vol. 1, 2009, pages 173 - 181
HYUNGU IM ET AL: "Enhancement of electrical and thermal conductivities of a polysiloxane/metal complex with metal oxides", POLYMER COMPOSITES, vol. 31, no. 10, 16 March 2010 (2010-03-16), pages 1669 - 1677, XP055090711, ISSN: 0272-8397, DOI: 10.1002/pc.20957 *
HYUNGU IM ET AL: "Enhancement of the thermal conductivity of aluminum oxideâ epoxy terminated poly(dimethyl siloxane) with a metal oxide containing polysiloxane", JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, BO, vol. 46, no. 20, 13 May 2011 (2011-05-13), pages 6571 - 6580, XP019930477, ISSN: 1573-4803, DOI: 10.1007/S10853-011-5604-7 *
YONG WOO KIM ET AL: "In situ formation of silver nanoparticles within an amphiphilic graft copolymer film", JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART B: POLYMER PHYSICS, vol. 45, no. 11, 1 January 2007 (2007-01-01), pages 1283 - 1290, XP055090708, ISSN: 0887-6266, DOI: 10.1002/polb.21183 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI560914B (en) * 2014-06-09 2016-12-01 Prolight Opto Technology Corp Improvement structure for light emitting diode package

Also Published As

Publication number Publication date
US9362470B2 (en) 2016-06-07
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CN104662683A (zh) 2015-05-27

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