(57)【要約】  本発明は、放射線の波長を変換するよう設計された量子ドット（１）を含む変換要素（４）に関する。量子ドット（１）のそれぞれは、表面（１ｄ）を有し、隣接する量子ドット（１）の少なくとも２つの表面（１ｄ）は、少なくとも１つのリンカー（７）を介して接続されている。このリンカー（７）は、互いにある距離だけ離れて上記量子ドット（１）を保持するために設けられており、量子ドット（１）およびリンカー（７）の網状構造が形成されている。【選択図】図４
2019501407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の波長変換のために設計された量子ドット（１）を含む変換要素（４）であって、
前記量子ドット（１）はそれぞれ、表面（１ｄ）を有し、
隣接する量子ドット（１）の少なくとも２つの表面（１ｄ）は、前記量子ドット（１）を間隔を空けて配置するための少なくとも１つのリンカー（７）を有し、それにより量子ドット（１）およびリンカー（７）の網状構造が形成されている、変換要素（４）。
【請求項２】
前記リンカー（７）は、少なくとも２個の反応性基（７ａ）を有し、そのそれぞれは、前記量子ドット（１）の前記各表面（１ｄ）上で共有または配位結合されている、
請求項１に記載の変換要素（４）。
【請求項３】
前記反応性基（７ａ）が、ホスホネート基またはスルフェート基である、
請求項１または２に記載の変換要素（４）。
【請求項４】
前記リンカー（７）が、少なくとも２つのプレリンカー（８）から形成され、
各プレリンカー（８）は、架橋可能またはヒドロシリル化可能な官能基（８ｂ）を有し、それにより前記２つのプレリンカー（８）の架橋またはヒドロシリル化後に前記リンカー（７）が形成される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項５】
前記変換要素（４）が、無機および／または有機マトリックス材料を含まない、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項６】
隣接する量子ドット（１）間の距離（ｄ）が、少なくとも１０ｎｍである、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項７】
前記リンカー（７）が、
ａ）少なくとも３２個の炭素原子を有する炭素鎖（８ｃ）、
ｂ）少なくとも３２個の炭素原子を有するシリル鎖（８ｃ）、
ｃ）炭素鎖中にエステル基を有する炭素鎖（８ｃ）、
ｄ）炭素鎖中に芳香族基を有する炭素鎖（８ｃ）、
ｅ）シリル鎖中にエステル基を有するシリル鎖（８ｃ）、または
ｆ）シリル鎖中に芳香族基を有するシリル鎖（８ｃ）、
ｇ）ポリジメチルシロキサン鎖（８ｃ）またはポリジフェニルシロキサン鎖（８ｃ）
を含み、前記各鎖（８ｃ）ａ）〜ｇ）が、前記２個の反応性基（８ａ）の間に配置構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項８】
前記炭素鎖および／またはシリル鎖（８ｃ）が、さらに、Ｈ、アルコキシ、−ＯＭｅ、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ３、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ３から選択される側鎖を含む、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項９】
前記官能基（８ｂ）が、架橋可能またはヒドロシリル化可能であり、
前記官能基（８ｂ）が、ビニル、アリル、ハロアリル、アクリレート、メタクリレート、Ｓｉ−Ｈ、およびエポキシからなる群から選択される、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１０】
前記量子ドット（１）が、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＣｕＩｎＳｅ２からなる群から選択され、かつ／または
前記量子ドット（１）が、無機もしくは有機コーティング（１ｂ、１ｃ）を含まない、  請求項１〜９のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１１】
前記変換要素（４）が、単相系である、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１２】
少なくとも３つ、かつ最大で５つのリンカー（７）が、量子ドット（１）の表面（１ｄ）に共有または配位的に連結されている、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の変換要素（４）を備えたオプトエレクトロニクス部品（１００）であって、
放射線を放出することが可能な半導体積層体（３）を含み、
前記変換要素（４）は、前記半導体積層体（３）の前記ビーム経路内に配置構成されており、動作中に、前記半導体積層体（３）により放出された前記放射線を、変化した波長を有する放射線に変換する、
オプトエレクトロニクス部品（１００）。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の変換要素（４）を製造する方法であって、
Ａ）それぞれが表面（１ｄ）を有する、少なくとも２つの量子ドットを用意するステップと、
Ｂ）前記少なくとも２つの表面（１ｄ）を、それぞれ１つのプレリンカー（８）で官能化するステップであって、前記各プレリンカー（８）は、前記各量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接共有または配位的に連結されており、前記プレリンカー（８）は端部に官能基（８ａ）を有する、ステップと、
Ｃ）前記官能基（８ａ）を活性化して、前記少なくとも２つのプレリンカー（８）が互いに接続してリンカー（７）を形成し、前記リンカーは、前記量子ドット（１）の前記２つの表面（１ｄ）を接続して、前記リンカーおよび前記量子ドットが網状構造を形成するステップと、
を含む、
変換要素（４）を製造する方法。
【請求項１５】
ステップＣ）が、開始剤を用いるか、ＵＶ放射を用いるか、または熱により実施される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プレリンカー（８）が、それぞれ端部に反応性基（８ｂ）としてのホスホネート基またはスルフェート基と、官能基（８ａ）とを有する、少なくとも１６個の炭素原子を有する炭素鎖を有し、
前記炭素鎖は、前記ホスホネート基またはスルフェート基を介して量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接結合され、
前記炭素鎖は、前記官能基（８ａ）を介して、他の量子ドット（１）の隣接表面（１ｄ）の他のプレリンカー（８）に結合される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのプレリンカー（８）が、それぞれ反応性基としてのホスホネート基またはスルフェート基と官能基（８ａ）とを有する、少なくとも１６個のＳｉ原子を有するシリル鎖を含み、
前記シリル鎖は、前記ホスホネート基またはスルフェート基を介して量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接結合され、
前記シリル鎖は、前記官能基（８ａ）を介して、他の量子ドット（１）の隣接表面（１ｄ）の他のプレリンカー（８）に結合される、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換要素に関する。本発明はさらに、変換要素を特に含むオプトエレクトロニクス部品に関する。本発明はさらに、変換要素の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変換要素はしばしば、変換材料、例えば量子ドットを有する。変換材料は、放射源によって放出された放射を、波長が変化した放射線、例えば波長がより長い放射線に変換する。変換材料は、加工可能な形の変換材料を得るために、一般にポリマー系マトリックス材料中に分散される。しかしながら、ポリマー系マトリックス材料には、環境からの水分および／または酸素および／または酸性ガスを透過させるという欠点がある。さらに、ポリマー系マトリックス材料のエージング安定性は低い。さらに、マトリックス材料への変換材料の均質で、かつ制御可能な分布を実現するのは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、特性が改善された変換要素を提供することである。詳細には、マトリックス材料としてポリマーを含まない、したがってエージング安定性の高い、変換要素を提供することである。さらに、変換要素は高効率であるべきである。本発明はさらに、特性が改善されたオプトエレクトロニクス部品に関する。本発明はさらに、特性が改善された変換要素を得る変換要素の製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの目的は、独立請求項１に記載の変換要素によって達成される。本発明の有利な実施形態およびさらなる形態は、従属請求項２〜１２の主題である。さらに、これらの目的は、請求項１３に記載のオプトエレクトロニクス部品によって達成される。さらに、これらの目的は、請求項１４に記載の変換要素の製造方法によって達成される。方法の有利な実施形態およびさらなる形態は、従属請求項１５〜１７の主題である。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態では、変換要素は、量子ドットを含む。量子ドットは、放射線の波長変換のために設計される。量子ドットはそれぞれ、表面を有する。量子ドット、特に隣接する量子ドットの少なくとも２つの表面は、少なくともリンカーを介して互いに接続される。リンカーは、量子ドットを間隔を空けて配置する働きをする。それにより、量子ドットおよびリンカーの網状構造が形成される。特に、網状構造は、２次元および／または３次元網状構造である。「網状構造」という用語は、ここでおよび下記では、量子ドットが網状構造のいわゆるノードポイントを形成するように、かつリンカーが量子ドット間の接続ラインを形成するように理解される。特に量子ドットとリンカーは、化学結合を介して、詳細には共有および／または配位結合を介して互いに接続される。
【０００６】
変換要素の少なくとも一実施形態によれば、変換要素は、量子ドットを含むか、または量子ドットからなる。量子ドットは、波長変換のために設計される。
【０００７】
波長変換量子ドットは、特に、感受性のある変換材料であり、即ち、酸素、水分、および／または酸性ガスに対して感受性のある変換材料である。好ましくは、量子ドットはナノ粒子であり、即ちそのサイズが、例えば少なくとも１ｎｍから最大で１０００ｎｍ（１〜１０００ｎｍ）の粒径ｄ５０を有するナノメートル範囲にある粒子である。量子ドットは、波長変換特性を有する半導体コアを含む。特に、量子ドットのコアは、ＩＩ／ＩＶ族またはＩＩＩ／Ｖ族半導体からなる。例えば、量子ドットは、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、およびＣｕＩｎＳｅ２からなる群から選択される。半導体コアを、コーティングとしての１つまたは複数の層によって取り囲むことができる。コーティングは、有機および／または無機とすることができる。言い換えれば、半導体コアは、外面または表面上のさらなる層によって完全にまたはほぼ完全に覆うことができる。
【０００８】
半導体コアは、単結晶質または多結晶質凝集体とすることができる。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態によれば、量子ドットの平均直径は、３〜１０ｎｍ、特に好ましくは３〜５ｎｍである。量子ドットのサイズを変えることにより、変換放射線の波長を、狙い通りに変化させることができ、したがって各適用例に相応に適合させることができる。量子ドットは、球状または棒状とすることができる。
【００１０】
量子ドットの第１の包封または被覆層は、例えば、無機材料、例えば硫化亜鉛、硫化カドミウム、および／またはセレン化カドミウムなどで被覆され、量子ドット電位を発生させる働きをする。第１の被覆層および半導体コアは、露出面上で少なくとも１つの第２の被覆層によってほぼ完全に包封される。特に、第１の被覆層は無機配位子シェルであり、これは特に、その平均直径が、半導体コアも含めて１〜１０ｎｍである。第２の被覆層は、例えば、シスタミンまたはシステインなどの有機材料で満たされていてよく、時に、例えばマトリックス材料および／または溶媒への量子ドットの溶解性を改善する働きをする。この場合、第２の被覆層により、マトリックス材料中の量子ドットの空間的に均一な分布を改善することが可能である。マトリックス材料は、例えば下記の物質：アクリレート、シリコーン、混成材料、例えばｏｒｍｏｃｅｒ、例えばｏｒｍｏｃｌｅａｒ、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリジビニルシロキサン、例えばＰＬＴ、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製、またはこれらの混合物の少なくとも１種で形成することができる。
【００１１】
ｏｒｍｏｃｌｅａｒなどのアクリル官能化量子ドットは、例えばｎａｎｏｃｏ社から得ることができる。
【００１２】
量子ドットが無機または有機マトリックス材料中に分散されると、マトリックス材料が非常に安定ではなくなるという問題がしばしば生ずる。さらに、混合物は、透明な２成分混合物である。さらにマトリックス材料は、水分および環境影響物質、例えば酸性ガスを透過させる。さらに、個々の量子ドット間の最適な距離を十分に調節することができず、したがって、放出された放射線の消光が増大する。このことが、変換要素の効率の損失をもたらす。
【００１３】
あるいは、量子ドットのゾルまたは量子ドットの分散体は、変換要素を製造するのに使用することができる。この場合、量子ドット分散体の溶媒、即ち、量子ドットと溶媒との混合物の溶媒が抽出され、この目的のために量子効率を決定する。しかし、量子ドットが凝集形成すると、個々の量子ドット間の距離が短くなるため、量子効率は、非常に小さくなる。その結果、量子ドットの放出が、部分的にまたは完全に相殺され、即ち、消光する。
【００１４】
変換要素の量子ドットは、それぞれ表面を有する。表面は、半導体コアの表面とすることができる。あるいは、表面は、第１の被覆層またはさらなる被覆層、例えば第２の被覆層の表面とすることもできる。隣接する量子ドットの少なくとも２つの表面、特に２つよりも多くの表面は、少なくとも１つのリンカーまたは複数のリンカーを介して互いに接続される。リンカーまたはスペーサーは、ここではおよび以後、量子ドットの少なくとも２つの表面間に配置され、特に量子ドットの表面に共有および／または配位結合され、それにより量子ドットを互いに分離する、分子化合物であると理解される。
【００１５】
少なくとも１つの実施形態によれば、量子ドットは、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＣｕＩｎＳｅ２からなる群から選択され、かつ／または無機もしくは有機コーティングを含まない。したがって、言い換えれば、量子ドットは、半導体コアを除いて、さらなる包封または被覆層をもたない。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、隣接する量子ドット間の距離は、少なくとも２０ｎｍ、１５ｎｍ、１４ｎｍ、１３ｎｍ、１２ｎｍ、１１ｎｍ、１０ｎｍ、９ｎｍ、８ｎｍ、もしくは７ｎｍ、および／または最大で３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、もしくは１００ｎｍである。したがって、放射線の消光は、低減または防止される。隣接する量子ドット間の距離は、例えばリンカーの鎖長によって設定することができる。
【００１７】
リンカーは、各量子ドットの表面に化学結合する。特にリンカーと各量子ドットの表面との化学接続は、共有および／または配位である。少なくとも１つの実施形態によれば、リンカーは、少なくとも２個の反応性基を有する。反応性基は、それぞれ、リンカー上の末端に配置されている。反応性基は、特に、対応する量子ドットの各表面に共有結合および／または配位結合する。
【００１８】
少なくとも１つの実施形態によれば、反応性基は、ホスホネート基および／またはスルフェート基である。言い換えれば、リンカーまたはスペーサーは、それぞれ、それらの側鎖端部に反応性基を有することができる。反応性基は、対応する鎖長を有するアルキル基またはアルケン基によって互いに隔てられうる。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、リンカーは、少なくとも２つのプレリンカーから形成される。プレリンカーのそれぞれは、官能基を有する。官能基は、架橋することができるか、またはヒドロシリル化可能である。したがって、リンカーは、２つのプレリンカーの架橋もしくヒドロシリル化後に生成することができ、または架橋もしくはヒドロシリル化によって生成される。言い換えれば、量子ドットは、変換要素の製造中、プレリンカーを有する。プレリンカーは、１つの鎖端部に反応性基、例えばホスホネート基を有する。上記ホスホネート基は、各量子ドットの対応する表面に共有結合および／または配位結合する。官能基は、対応するプレリンカーの遊離鎖端部に配置構成される。官能基は、例えばビニル基、アクリル基、および／またはＳｉ−Ｈ基である。各量子ドットの対応する表面に接続される、各プレリンカーの官能基は、例えば重合またはヒドロシリル化により、その官能基を介して第２のプレリンカーに共有結合される。重合は、例えばラジカル、カチオン、またはアニオン重合とすることができる。したがって、リンカーは、それらの官能基を介して２つのプレリンカーを接続することにより生成される。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態によれば、変換要素は、無機および／または有機マトリックス材料を含まない。言い換えれば、変換要素は、マトリックス材料、特にポリマー系マトリックス材料を含まない。したがって、各量子ドットは、リンカーを介して互いに化学結合されるので、マトリックス材料なしで済ますことが可能である。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態によれば、リンカーは、少なくとも３２個の炭素原子、特に３２個から最大で４０個までの炭素原子を有する炭素鎖を有する。あるいは、または追加として、リンカーは、少なくとも３２個の炭素原子も含めかつ／または最大で４０個までの炭素原子を含めたシリル鎖を有することができる。
【００２２】
あるいは、または追加として、リンカーは、炭素鎖中にエステル基および／または芳香族基をさらに有する、例えば上述のような炭素鎖を有することができる。
【００２３】
あるいは、または追加として、リンカーは、シリル鎖中にエステル基、Ｈ、アルコキシ、−ＯＭｅ、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ３、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ３、および／または芳香族基をさらに含有する、例えば上述のようなシリル鎖を有することができる。特に、対応する炭素鎖および／またはシリル鎖は、リンカーの２個の反応性基の間に配置される。したがって、プレリンカーは、少なくとも１６個から最大で２０個までの炭素原子を有する少なくとも１つの炭素鎖を有することができる。あるいは、または追加として、プレリンカーは、少なくとも１６個のケイ素原子および／または最大で２０個のケイ素原子を有するシリル鎖を有することができる。このように、量子ドット間の距離を生成することができ、それにより変換放射線の消光を低減または防止する。
【００２４】
あるいは、または追加として、リンカーは、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＤＰＳ（ポリジフェニルシロキサン）、ポリジメチルシロキサン鎖、またはポリジフェニルシロキサン鎖とすることができ、これらの鎖はメチルおよび／またはフェニル側基によって置換されていてもよい。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、プレリンカーは、Ｃ＝Ｃ−（ＳｉＲ２−Ｏ）ｎ−ＰＯ（ＯＨ）２（式中、ｎ＝１６、１７、１８、または２０であり、Ｒ＝ＣＨ３および／またはフェニル）である。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態によれば、炭素鎖および／またはシリル鎖は、Ｈ、アルコキシ、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ３、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ３、メチル（Ｍｅ）、フェニル（Ｐｈ）、Ｏ−Ｍｅ、Ｏ−Ｐｈから選択される側鎖をさらに有する。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態によれば、官能基は、架橋可能またはヒドロシリル化可能である。言い換えれば、官能基は、変換要素の製造中に架橋および／またはヒドロシリル化される。あるいは、または追加として、官能基は、ビニル、アリル、ハロアリル、アクリレート、メタクリレート、Ｓｉ−Ｈ、およびエポキシからなる群から選択される。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、変換要素は単相系または１相系である。言い換えれば、リンカーを介して互いに接続される量子ドットは、ただ１つの相を形成する。このように、例えば従来のマトリックス材料中に分散された量子ドットからなる系でよくあるような、混和性の問題は発生しない。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、各量子ドットの表面または表面の少なくとも８０％には、少なくとも３つ、かつ最大で５つのリンカーがあり、これらは、量子ドットの表面に共有結合または配位結合している。
【００３０】
本発明者は、２峰性リンカー、即ち少なくとも２個の反応性基を備えるリンカーを介した量子ドットの化学接続により、追加の無機および／または有機マトリックス材料なしで済ますことができることを認識した。隣接する量子ドット間の必要な距離も、対応するリンカーの鎖長によって設定することができ、それによって放射線の消光が防止される。さらに、リンカーの短鎖、例えば鎖長が１６から２０原子の鎖を使用することができ、それが無機含量を最大限にし、放出された放射線の青色光成分を増大させ、温度安定性に繋がる。より低い有機物の割合は、変換要素の黄変の受け易さを低減させる。リンカーの長鎖、例えば鎖長が２０原子を超える鎖は、ポリマーのような靭性に調整することができる。
【００３１】
さらに、従来の変換要素で記述されるような、変換要素による量子ドットとマトリックス材料との界面での散乱はなく、したがって変換要素の透明度は高い。
【００３２】
さらに、量子ドットの充填レベルが高い変換要素を提供することができる。量子ドットの充填レベルが高くなるほど、変換要素をより薄く製造することができる。特に、層として形成された変換要素の層厚は、１〜５μｍでありうる。設計の自由度に加え、変換要素のより薄い層は、より良好な放熱ももたらし、それにより特に温度不安定性の量子ドットを保護する。
【００３３】
さらに、本明細書に記述される変換要素において、マクロ相分離は観察されないが、それは、この要素が単相系であり、量子ドットおよび無機または有機マトリックス材料を高い充填レベルで含む２相系ではないからである。
【００３４】
本発明はさらに、オプトエレクトロニクス部品に関する。特に、オプトエレクトロニクス部品は本明細書に記述される変換要素を有する。このことは、変換要素に関して開示された全ての特徴がオプトエレクトロニクス部品に関しても開示され、かつその逆も同様であることを意味する。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス部品は、変換要素と、半導体積層体とを含む。半導体積層体は、放射を放出することが可能である。変換要素は、半導体積層体のビーム経路内に配置され、動作中において、半導体積層体により放出された放射線を、変化した波長の放射線に変換する。例えば青色スペクトル領域から、変化した波長の放射線、例えば赤色または緑色スペクトル領域への、半導体積層体により放出された放射線の変換は、完全または部分的に行うことができる。部分変換の場合、混合有色光、特に白色光が生成されうる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス部品は、発光ダイオード、略してＬＥＤである。次いで、オプトエレクトロニクス部品は、好ましくは青色または白色光を放出するように設計される。
【００３７】
オプトエレクトロニクス部品は、半導体積層体を有する少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを含む。半導体チップの半導体積層体は、好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースにする。半導体材料は、好ましくは、ＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮなどの窒化物化合物半導体、そうでない場合にはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＰなどのリン化物化合物半導体である（式中、各場合において、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、およびｎ＋ｍ≦１である）。半導体材料は、同様にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（式中、０≦ｘ≦１である）とすることができる。この場合、半導体積層体は、ドーパントおよび追加の構成成分を有することができる。しかしながら、簡略化のために、半導体積層体の結晶格子の本質的な成分のみ、即ち、Ａｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、またはＰのみを、これらを少量の他の物質で部分的に置き換えかつ／または補うことができる場合であっても示す。
【００３８】
半導体積層体は、少なくとも１つのｐｎ接合および／または１つもしくは複数の量子ウェル構造を有する活性層を含む。ＬＥＤまたは半導体チップの動作中、電磁放射が活性層内に発生する。放射の波長または波長極大は、好ましくは紫外および／または可視および／または赤外スペクトル領域内にあり、特に４２０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長にあり、例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にある。
【００３９】
変換要素は、半導体積層体のビーム経路内に配置される。変換要素は、特に、半導体積層体により放出された紫外線、ＩＲまたは可視光線を、例えばより長い波長の放射線に変化した、例えば赤色、緑色、または橙色の光に、完全にまたは部分的に変換する。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、変換要素は、半導体チップの半導体積層体上に、直接配置される。ここでおよび下記において、変換要素は、直接適用されるという事実、即ち、半導体積層体と変換要素との間には、さらなる層または要素が配置されないことに言及する。このことは、接着剤などの接続要素が、半導体積層体と変換要素との間に配置されることを排除しない。
【００４１】
あるいは、変換要素を、半導体チップと間隔を空けて配置することもできる。この場合、次いでさらなる要素または層を、半導体積層体と変換要素との間に配置することができる。例えば、接着剤層を、さらなる層として使用することができる。
【００４２】
本発明はさらに、変換要素の製造方法に関する。上述の変換要素は、好ましくはこの方法を使用して製造される。このことは、変換要素に関して開示された全ての特徴が、変換要素を製造する方法に関しても開示されることを意味し、その逆も同様である。同じことが、特に上述の変換要素を含むオプトエレクトロニクス部品にも適用される。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、変換要素の製造方法は：
Ａ）それぞれが表面を有する少なくとも２つの量子ドット、特に２つよりも多い量子ドットを用意するステップ、
Ｂ）少なくとも２つの表面を、それぞれ１つのプレリンカーで官能化するステップであって、各プレリンカーは、各量子ドットの表面に直接または配位的に連結されており、プレリンカーは、端部に官能基を有する、ステップ、
Ｃ）官能基を活性化して、少なくとも２つのまたは厳密に２つのプレリンカーが互いに接続されてリンカーを形成し、このリンカーが、量子ドットの２つの表面を互いに接続して、リンカーおよび量子ドットが網状構造を形成するステップ
を含む。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＣ）は、開始剤を用いるか、ＵＶ放射を用いるか、または熱により実施される。開始剤として、例えばＬｕｃｉｒｉｎ  ＴＰＯ−Ｌを使用することができる。あるいは、官能基は、例えば６０℃〜１８０℃の温度で、熱により活性化することもできる。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態によれば、プレリンカーは、それぞれ、反応性基としてホスホネート基またはスルフェート基と官能基とを有する、少なくとも１６個の炭素原子および／または最大で２０個の炭素原子を有する炭素鎖である。炭素鎖は、ホスホネート基および／またはスルフェート基を介して、量子ドットの表面に直接結合される。炭素鎖は、官能基を介して、他の量子ドットの隣接表面（隣接する他の量子ドットの表面）の他のプレリンカーに化学結合し、特に共有結合する。共有結合は、ヒドロシリル化または重合によって、例えばラジカル重合によって実施することができる。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態によれば、プレリンカーは、少なくとも１６個のケイ素原子および／または最大で２０個のケイ素原子を有するシリル鎖を有する。シリル鎖の端部の一方には、１個のホスホネート基またはスルフェート基が反応性基として配置され、他方には、１個の官能基が配置される。シリル鎖は、ホスホネート基またはスルフェート基を介して量子ドットの表面に、直接、接続することができる。特にシリル鎖は、官能基を介して、他の量子ドットの隣接表面の他のプレリンカーに接続される。官能基同士の接続は、重合によって、即ち、架橋またはヒドロシリル化によって実施することができる。
【００４７】
他の利点、有利な実施形態、およびさらなる形態は、図と併せて以下に記述される例示的な実施形態から明らかにされよう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１Ａ）〜Ｃ）は、それぞれ、一実施形態による量子ドットを示す図である。
【図２】図２Ａ）およびＢ）は、それぞれ実施形態による変換要素を示す図である。
【図３】図３Ａ）〜Ｃ）は、それぞれ実施形態による変換要素を示す図である。
【図４】図４Ａ）〜Ｃ）は、それぞれ実施形態による変換要素を示す図である。
【図５】図５Ａ）〜Ｇ）は、それぞれ実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の概略断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
例示的な実施形態および図では、同一のまたは同一に作用する要素に、各場合に同じ参照符号を付すことができる。図示される要素およびそれらのサイズの互いの関係は、その規模に忠実であるとは見なされない。むしろ、例えば層、成分、および領域などの個々の要素は、より良い表示のためおよび／またはより良い理解のために、誇張されたサイズで表される。
【００５０】
図１Ａ）〜Ｃ）は、それぞれ、実施形態による量子ドットの概略側面図を示す。図１Ａ）に示されるように、量子ドット１は、半導体コア１ａを含むか、または半導体コア１ａからなることができる。量子ドット１が半導体コア１ａからなりまたは後者を含む場合、量子ドット１の表面１ｄは、半導体コア１ａの外面または表面である。半導体コア１ａは、波長変換特性を有することができる。半導体コア１ａは、例えばセレン化カドミウム、硫化カドミウム、リン化インジウム、およびセレン化銅インジウムから形成することができる。量子ドット１は、図１Ｂ）および１Ｃ）に示されるような、さらなるコーティング、例えば無機および／または有機コーティングを含まなくてもよい。
【００５１】
図１Ｂ）は、半導体コア１ａに加えて、包封または外装する第１の層１ｂを有する量子ドット１を示す。包封する第１の層１ｂは、例えば硫化亜鉛から形成することができる。量子ドット１の平均直径は、１〜１０ｎｍとすることができる。それに比較して、図１Ａ）の量子ドット１の平均直径は、５ｎｍとすることができる。
【００５２】
図１Ｃ）は、半導体コア１ａおよび第１の被覆層１ｂに加え、さらなる第２の包封または被覆層１ｃをさらに有しうる量子ドット１を示す。さらなる包封層１ｃは、例えばシリコーン、アクリレート、またはこれらの混合物で作製された有機コーティングとすることができる。各量子ドット１の表面１ｄについて論じる場合、この表面１ｄは、図１Ｂ）の第１の包封層１ｂの表面と、図１Ｃ）の第２の包封層１ｃの表面とに対応する。
【００５３】
図２Ａ）および２Ｂ）は、それぞれ実施形態による変換要素の概略側面図を示す。図２Ａ）は、プレリンカー８が接続された量子ドット１を示す。プレリンカー８は、反応性基８ｂ、この場合は反応性ホスホネート基、を有する。反応性基８ｂは、量子ドット１の表面１ｄに、共有および／または配位的に結合することができる。プレリンカー８は、官能基８ａを有する。官能基８ａは、例えば、ビニル、アリル、ハロアリル、アクリレート、メタクリレート、Ｓｉ−Ｈ、および／またはエポキシとすることができる。鎖８ｃは、官能基８ａと反応性基８ｂとの間に配置され、この実施例では炭素原子が１８個の炭素鎖である。ここでは例として、ビニル基が、官能基８ａとして示される。
【００５４】
図２Ｂ）は、間隔を空けるためにリンカー７を介して互いに接続された、２個の量子ドット１を示す。リンカー７は、鎖の端部に２個の反応性基７ａを有する（図示せず）。例えばホスホネート基またはスルフェート基である反応性基７ａは、各量子ドット１の表面１ｄに結合される。リンカー７は、反応性基７ａの間に鎖を有する。鎖は、例えば炭素鎖および／またはシリル鎖とすることができる。加えて、エーテル基および／または芳香族単位が、鎖の一部であってもよい。したがって、対応する量子ドット１の間に定められた距離は、リンカー７によって生成されうる。特に、この距離は、１０ｎｍ以下であり、例えば７ｎｍである。
【００５５】
図３Ａ）は、リンカー７またはプレリンカー８の、可能性ある鎖を示す。例えば、リンカー７は、炭素鎖とすることができる。さらに、炭素鎖は、１個または複数のエーテル基および／または芳香族基を追加として有することができる。端部では、プレリンカー８は、官能基Ｘ、８ｂを有する。官能基Ｘ、８ｂは、ビニル、アクリレート、メタクリレート、ハロゲン化され、即ち特にフッ素化されたアリル基またはエポキシ基にすることができる。プレリンカー８またはリンカー７の各鎖の他方の端部では、例えばホスホネート基またはスルフェート基である反応性基Ｙ、８ａを有することができる。
【００５６】
図３Ｃ）は、リンカー７を形成するための２つのプレリンカー８の反応を示す。対応するプレリンカー８の官能基Ｘは、互いに反応してリンカー７を形成し、官能基Ｘは、架橋またはヒドロシリル化され、共有結合がプレリンカー８の間に形成される。
【００５７】
図４Ａ）は、変換要素を示し、特に量子ドット１とプレリンカー８との接続の概略図を示す。この実施形態では、２つの量子ドット１が、２つのプレリンカー８を介して接続され、即ち合計４つのプレリンカー８が互いに共有および／または配位的に連結される。この場合、少なくとも１０ｎｍ、例えば１５ｎｍの量子ドット１間の距離ｄが生成される。
【００５８】
図４Ｂ）は、量子ドット１およびリンカー７の２次元網状構造を示す。量子ドット１は、対応する網状構造のノードを形成し、リンカー７は、ノードまたは量子ドット１の間の接続ラインを形成する。
【００５９】
図４Ｃ）は、量子ドット１およびリンカー７の３次元網状構造を示す。
【００６０】
図５Ａ）〜Ｇ）は、様々な実施形態による、オプトエレクトロニクス部品１００の概略側面図を示す。特に、オプトエレクトロニクス部品は、発光ダイオード、略してＬＥＤである。図５Ａ）によれば、光源３は、キャリア２に配置される発光ダイオードチップである。発光ダイオードチップ３の直上には、変換要素４が配置される。このことは、接着剤などの接続要素が、各部品の間に配置されることを排除しない。任意的に、光源３および変換要素４は、反射体キャスティング６によって側面が取り囲まれている。
【００６１】
図５Ｂ）に示されるような例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品１００は、レンズ５をさらに有する。レンズ５は、変換要素４の直接下流に配置されうる。
【００６２】
図５Ｃ）では、変換要素４は、発光ダイオードチップの直上に配置され、またはオプトエレクトロニクス部品１００の半導体積層体３上に配置されることがわかる。この場合、反射体キャスティング６は、図５Ａ）に比べて存在しない。
【００６３】
図５Ｄ）に示されるような例示的な実施形態では、変換要素４は、半導体チップまたは光源３の表面全体を取り囲む。特に変換要素４は、光源３の周りにおいて、一定の厚さを有する。
【００６４】
図５Ｅ）によれば、光源または半導体チップ３は、オプトエレクトロニクス部品１００の凹部１０内に配置される。凹部１０は、例えばシリコーン製の埋め込み材９で満たすことができる。変換要素４は、埋め込み材９の直接下流に配置される。オプトエレクトロニクス部品１００は、ハウジング２１をさらに含む。言い換えれば、変換要素４は、光源３から空間的に離れている。
【００６５】
図５Ｆ）は、変換要素４が、キャップのように半導体チップまたは光源３を取り囲むことを示す。その結果、変換要素４は、その全方向において均一な厚さを有する。変換要素４および光源３は、オプトエレクトロニクス部品１００のハウジング２１の凹部内に配置され、埋め込み材９によって取り囲まれうる。
【００６６】
図５Ｇ）の例示的な実施形態は、変換要素４が、材料同士でぴたりと合うように、光源３を取り囲む、即ちその表面全体を取り囲む、オプトエレクトロニクス部品１００を示す。
【００６７】
図と併せて記述される例示的な実施形態、およびその特徴は、他の例示的な実施形態と互いに組み合わせることもでき、そのような組合せが図に明示的に示されていない場合であっても、上記のように組み合わせることができる。さらに、図と併せて記述される例示的な実施形態は、概説部分の記述による追加のまたは代替の特徴を有することができる。
【００６８】
本発明は、例示的な実施形態に基づく記述によって、例示的な実施形態に制限されるものではない。むしろ本発明は、任意の新しい特徴および任意の特徴の組合せ、特に特許請求項の任意の特徴の組合せを含めたものを包含するが、この特徴またはこの組合せそのものが特許請求項または例示的な実施形態で明示的に特定されない場合であっても、上記特徴および特徴の組合せが含まれる。
【００６９】
本特許出願は、参照によりその開示内容が本明細書に組み込まれている独国特許出願第１０  ２０１５  １２１  ７２０．１号の優先権を主張するものである。
【符号の説明】
【００７０】
１００  オプトエレクトロニクス部品
ｄ  距離
１  １つまたは複数の量子ドット
１ａ  半導体コア
１ｂ  第１の被覆層
１ｃ  第２の被覆層
１ｄ  量子ドットの表面
２  支持体
３  半導体チップ、半導体積層体、光源
４  変換要素
５  レンズ
６  反射埋め込み材
７  リンカー
７ａ  反応性基
８  プレリンカー
８ａ  反応性基
８ｂ  官能基
８ｃ  炭素鎖および／またはシリル鎖
９  埋め込み材
１０  凹部
２１  ハウジング
【図１】
2019501407.tif 000003
【図２】
2019501407.tif 000004
【図３】
2019501407.tif 000005
【図４】
2019501407.tif 000006
【図５】
2019501407.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月13日(2018.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の波長変換のために設計された量子ドット（１）を含む変換要素（４）であって、
前記量子ドット（１）はそれぞれ、表面（１ｄ）を有し、
隣接する量子ドット（１）の少なくとも２つの表面（１ｄ）は、前記量子ドット（１）を間隔を空けて配置するための少なくとも１つのリンカー（７）を有し、それにより前記量子ドット（１）および前記リンカー（７）の網状構造が形成されており、
前記リンカー（７）は、少なくとも２個の反応性基（７ａ）を有し、そのそれぞれは、前記量子ドット（１）の前記各表面（１ｄ）上で共有または配位結合されている、
変換要素（４）。
【請求項２】
前記反応性基（７ａ）が、ホスホネート基またはスルフェート基である、
請求項１に記載の変換要素（４）。
【請求項３】
前記リンカー（７）が、少なくとも２つのプレリンカー（８）から形成され、
各プレリンカー（８）は、架橋可能またはヒドロシリル化可能な官能基（８ｂ）を有し、それにより前記２つのプレリンカー（８）の架橋またはヒドロシリル化後に前記リンカー（７）が形成される、
請求項１または２に記載の変換要素（４）。
【請求項４】
前記変換要素（４）が、無機および／または有機マトリックス材料を含まない、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項５】
隣接する量子ドット（１）間の距離（ｄ）が、少なくとも１０ｎｍである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項６】
前記リンカー（７）が、
ａ）少なくとも３２個の炭素原子を有する炭素鎖、
ｂ）少なくとも３２個の炭素原子を有するシリル鎖、
ｃ）炭素鎖中にエステル基を有する炭素鎖、
ｄ）炭素鎖中に芳香族基を有する炭素鎖、
ｅ）シリル鎖中にエステル基を有するシリル鎖、
ｆ）シリル鎖中に芳香族基を有するシリル鎖、あるいは
ｇ）ポリジメチルシロキサン鎖またはポリジフェニルシロキサン鎖
を含み、
前記鎖ａ）〜ｇ）のいずれかが、前記２個の反応性基（７ａ）の間に配置されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項７】
前記炭素鎖および／またはシリル鎖が、さらに、Ｈ、アルコキシ、−ＯＭｅ、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ３、−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ３から選択される側鎖を含む、
請求項６に記載の変換要素（４）。
【請求項８】
前記官能基（８ｂ）が、架橋可能またはヒドロシリル化可能であり、
前記官能基（８ｂ）が、ビニル、アリル、ハロアリル、アクリレート、メタクリレート、Ｓｉ−Ｈ、およびエポキシからなる群から選択される、
請求項３に記載の変換要素（４）。
【請求項９】
前記量子ドット（１）が、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＣｕＩｎＳｅ２からなる群から選択され、かつ／または
前記量子ドット（１）が、無機もしくは有機コーティング（１ｂ、１ｃ）を含まない、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１０】
前記変換要素（４）が、単相系である、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１１】
少なくとも３つ、かつ最大で５つのリンカー（７）が、量子ドット（１）の表面（１ｄ）に共有または配位的に連結されている、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の変換要素（４）。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の変換要素（４）を備えたオプトエレクトロニクス部品（１００）であって、
放射線を放出することが可能な半導体積層体（３）を含み、
前記変換要素（４）は、前記半導体積層体（３）の前記ビーム経路内に配置構成されており、動作中に、前記半導体積層体（３）により放出された前記放射線を、変化した波長を有する放射線に変換する、
オプトエレクトロニクス部品（１００）。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の変換要素（４）を製造する方法であって、
Ａ）それぞれが表面（１ｄ）を有する、少なくとも２つの量子ドットを用意するステップと、
Ｂ）前記少なくとも２つの表面（１ｄ）を、それぞれ１つのプレリンカー（８）で官能化するステップであって、前記各プレリンカー（８）は、前記各量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接共有または配位的に連結されており、前記プレリンカー（８）は端部に官能基（８ｂ）を有する、ステップと、
Ｃ）前記官能基（８ｂ）を活性化して、前記少なくとも２つのプレリンカー（８）が互いに接続してリンカー（７）を形成し、前記リンカーは、前記量子ドット（１）の前記２つの表面（１ｄ）を接続して、前記リンカーおよび前記量子ドットが網状構造を形成するステップと、
を含み、
前記リンカー（７）は、少なくとも２個の反応性基（７ａ）を有し、そのそれぞれは、前記量子ドット（１）の前記各表面（１ｄ）上で共有または配位結合されている、
変換要素（４）を製造する方法。
【請求項１４】
ステップＣ）が、開始剤を用いるか、ＵＶ放射を用いるか、または熱により実施される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プレリンカー（８）が、それぞれ端部に反応性基（８ａ）としてのホスホネート基またはスルフェート基と、官能基（８ｂ）とを有する、少なくとも１６個の炭素原子を有する炭素鎖を有し、
前記炭素鎖は、前記ホスホネート基またはスルフェート基を介して量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接結合され、
前記炭素鎖は、前記官能基（８ｂ）を介して、他の量子ドット（１）の隣接表面（１ｄ）の他のプレリンカー（８）に結合される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのプレリンカー（８）が、それぞれ反応性基としてのホスホネート基またはスルフェート基と官能基（８ｂ）とを有する、少なくとも１６個のＳｉ原子を有するシリル鎖を含み、
前記シリル鎖は、前記ホスホネート基またはスルフェート基を介して量子ドット（１）の前記表面（１ｄ）に直接結合され、
前記シリル鎖は、前記官能基（８ｂ）を介して、他の量子ドット（１）の隣接表面（１ｄ）の他のプレリンカー（８）に結合される、
請求項１３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図２（Ａ）および２（Ｂ）は、それぞれ実施形態による変換要素の概略側面図を示す。図２（Ａ）は、プレリンカー８が接続された量子ドット１を示す。プレリンカー８は、反応性基８ａ、この場合は反応性ホスホネート基、を有する。反応性基８ａは、量子ドット１の表面１ｄに、共有および／または配位的に結合することができる。プレリンカー８は、官能基８ｂを有する。官能基８ｂは、例えば、ビニル、アリル、ハロアリル、アクリレート、メタクリレート、Ｓｉ−Ｈ、および／またはエポキシとすることができる。鎖８ｃは、官能基８ｂと反応性基８ａとの間に配置され、この実施例では炭素原子が１８個の炭素鎖である。ここでは例として、ビニル基が、官能基８ｂとして示される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2019501407.tif 000008
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2019501407.tif 000009
【国際調査報告】
2019501407.tif 000010
2019501407.tif 000011
2019501407.tif 000012
2019501407.tif 000013
2019501407.tif 000014
2019501407.tif 000015