(57)【要約】  本発明は、放射線を放出するように設計された光電子部品（１００）であって、ポリマー材料としてシリコーンを含む光学素子（５０）を備え、当該シリコーンは、交互に配置された環状シロキサンの反復単位と、直鎖状シロキサンの反復単位とを有するものである、光電子部品（１００）に関する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー材料としてシリコーンを含む光学素子（５０）を備え、前記シリコーンは、交互に配置された環状シロキサンの反復単位と、直鎖状シロキサンの反復単位とを有する、
放射線を放出するように設計された光電子部品（１００）。
【請求項２】
前記シリコーンが、以下の構造式で表される、請求項１に記載の光電子部品（１００）。
【化１】
2019528349.tif 000011
（式中、
Ｒ１〜Ｒ１８は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され、
ｎは、１〜１０００の間で選択され、
ｍは、１〜３の間で選択され、
ｒは、１〜１００の間で選択される。）
【請求項３】
前記直鎖状シロキサンが、以下の構造単位を有する、請求項１または２に記載の光電子部品（１００）。
【化２】
2019528349.tif 000012
（式中、Ｒ２〜Ｒ７およびｎは、請求項２の定義と同じである）
【請求項４】
前記環状シロキサンが、以下の構造単位を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【化３】
2019528349.tif 000013
（式中、Ｒ１２〜Ｒ１５およびｍは、請求項２の定義と同じである）
【請求項５】
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンが、ヒドロシリル化により連結している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項６】
Ｒ１がビニル基を含み、Ｒ１８がＨである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項７】
ｍが２である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項８】
ｍが２であり、Ｒ１がビニル含有基であり、Ｒ１２〜Ｒ１４がそれぞれＨである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項９】
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンが、１：１〜１：１０の比で混合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１０】
前記光学素子（５０）が、半導体チップ（１０）を包囲するポッティング（５１）として形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１１】
前記光学素子（５０）内に変換体材料（６０）が埋設されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１２】
前記光学素子（５０）が、レンズ（７０）または反射体（５２）として形成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１３】
光電子部品（１００）を製造するための方法であって、
光学素子（５０）を作製するステップを含み、前記作製は、
環状シロキサンを含む第１の材料を用意し、
直鎖状シロキサンを含む第２の材料を用意し、２種のシロキサンの一方はシランであり、他方は少なくとも１つの二重結合を有し、
触媒を添加し、
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンとをヒドロシリル化により架橋して、ポリマー材料となるシリコーンを製造する
ことを含む方法。
【請求項１４】
前記架橋が、１００℃〜１５０℃で生じる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記触媒が、白金触媒である、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子部品に関する。さらに、本発明は、光電子部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電子部品、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）では、シリコーンが光学素子（例えばポッティング）に使用されることが多い。架橋したシリコーンは、例えば、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４Ｈ）および１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン（Ｄ４Ｖｉ）を架橋させることによって得るものであり、極めて透明であり、且つ温度安定性を有するが、脆性であるガラス状シリコーンを生成し得る。一方、架橋シリコーンは、二成分系として製造することも可能であり、これは通常、純粋な環状のシロキサンと比較して、より柔らかく可撓性であるが、熱安定性が低い。これらの欠点は、例えば、環状のシロキサンを直鎖状のシロキサンと組み合わせることにより克服され得る。これによってシリコーンの安定性および可撓性が増加し、またこのシリコーンは、従来の市販のシリコーン製品よりも良好な温度耐性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの課題は、環境からの影響に対して安定であり、同時に、高い可撓性を有する、光学素子を備えた光電子部品を提供することである。また、高い安定性および可撓性を有する上述の光電子部品を製造するための、光電子部品の製造方法を提供することもまた、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの課題の少なくとも１つは、請求項１に記載の光電子部品によって解決される。本発明の有利な設計および発展型は、従属請求項の主題である。さらに、少なくとも１つの課題は、請求項１３に記載の光電子部品の製造方法によって解決される。従属請求項１４および１５は、本発明の有利な設計および発展型に関する。
【０００５】
光電子部品は、少なくとも１つの実施形態において、放射線を放出するように設計される。光電子部品は、光学素子を備える。光学素子は、ポリマー材料としてシリコーンを含む。シリコーンは、交互に配置された環状シロキサンの反復単位と直鎖状シロキサンの反復単位とを有する。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子部品は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光電子部品は、放射線を放出するように設計される。換言すれば、部品はその動作中に、特に可視スペクトル領域からの放射線、例えば白色混合光を放出する。
【０００７】
以下において、光電子部品はまた、簡潔に部品と呼ばれる場合がある。シリコーンもまた、ポリシロキサンと呼ばれる場合がある。シリコーンは、好ましくは、ポリオルガノシロキサンまたはポリアルキルアリールシロキサンと呼ばれる。本段落、および以下の記載において、シリコーンが１または複数の環状シロキサンの反復単位と、１または複数の直鎖状シロキサンの反復単位とを、（互いに対して）交互に配置された状態で有するということは、シリコーン骨格が、交互に出現する、互いに共有結合によって連結された環状シロキサン単位と直鎖状シロキサン単位とを有することを意味し得る。
【０００８】
環状シロキサンにおいて、環状構造は、Ｓｉ−Ｏ単位から形成される。好ましくは、環状シロキサンは、少なくとも３つまたは４つのＳｉ−Ｏ単位を有する。環状シロキサン中のケイ素原子はまた、置換基、例えばＲ１２基〜Ｒ１５基で置換されていてもよい。置換基は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され得る。
【０００９】
直鎖状シロキサンにおいて、直鎖状構造は、Ｓｉ−Ｏ単位から形成される。換言すれば、直鎖状シロキサンは、環状のリング構造を形成しない。直鎖状構造は、分岐しても、分岐しなくてもよい。例えば、直鎖は、シロキサン骨格で分岐してもよく、これにはアルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリール、またはシロキサンが含まれ得る。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態によれば、環状シロキサンは、以下の構造単位を有する。
【００１１】
【化１】
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【００１２】
式中、Ｒ１２、Ｒ１２’、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１５’基は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され得る。ｍは、１〜３の間で選択され、好ましくは２である。環状シロキサンの分岐は、Ｒ１２もしくはＲ１２’、および／またはＲ１５もしくはＲ１５’を介して生じ得る。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によれば、環状シロキサンは、架橋しており、以下の構造単位を有する。
【００１４】
【化２】
2019528349.tif 000004
【００１５】
Ｒ１２〜Ｒ１５基は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され得る。上記の代わりに、または上記に加えて、Ｒ１４位は分岐していてもよい。分岐は、任意のＳｉ原子で生じてもよい。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、直鎖状シロキサンは、以下の構造単位を有する。
【００１７】
【化３】
2019528349.tif 000005
【００１８】
式中、Ｒ２〜Ｒ７基は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され得る。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーンは、環状シロキサンの反復単位と直鎖状シロキサンの反復単位とから形成される。シリコーンは、好ましくは、以下の構造式を有する。
【００２０】
【化４】
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【００２１】
［式中、
Ｒ１〜Ｒ１８は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキル、シロキサンおよびアリールを含む群から選択され、
ｎは、１〜１０００の間、好ましくは１〜２００の間、または１〜１５の間、または１〜５の間で選択され、
ｍは、１〜３の間で選択され、好ましくは２であり、
ｒは、１〜１００の間、好ましくは１〜２０の間で選択される。］
【００２２】
Ｒ１基およびＲ１８基での伸長の際に、追加の架橋点が生じ得る。
【００２３】
一実施形態によれば、環状シロキサン単位、および直鎖状シロキサン単位は、ヒドロシリル化により連結される。
【００２４】
本発明者は、オリゴマーまたは分子シリコーン種を架橋させること、好ましくは環状シロキサン単位と直鎖状シロキサン単位とを組み合わせることによって、熱安定性および可撓性を同時に有するポリマー材料となるシリコーンを製造することが可能であることを認識した。さらに当該シリコーンは、光電子デバイス用の光学素子における使用に非常に好適であることを認識した。シリコーンは、シロキサンの１つの単位が、例えばＳｉビニル単位のように、１つまたは複数のＣ＝Ｃ二重結合を有し、シロキサンの別の単位が、Ｓｉ−Ｈ単位を有するシランを有し、これらが一緒になってシリコーンを形成するように、ヒドロシリル化を実施することで製造することができる。ヒドロシリル化反応は、下記反応式に従って生じ得る。
【００２５】
【化５】
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【００２６】
反応原理は、多くの市販の製品において使用されているものであり、例えば、Ｗａｃｋｅｒ社、Ｓｈｉｎ−Ｅｔｓｕ社、およびＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社により、光電子部品または他の光電子用途の透明封止部材料を製造するために使用されている。公知の反応混合物は、主に、ビニル官能化末端基またはヒドリド官能化末端基を有する直鎖状ポリシロキサンを含み、さらに接着促進剤や、より高度の架橋を達成するために側鎖で修飾された分子等の様々な添加剤を含有する。これは、例えば、生成物またはシリコーンの触覚学（例えば、それらがゴム様であるかまたは脆性であるか）および材料の耐熱性に対して、影響を与える。
【００２７】
直鎖状シロキサンは、通常、分子内バックバイティングのメカニズムを介して分解し得る（下記反応式を参照）。典型的なシロキサンは、２００℃という低い温度で熱応力による劣化の兆候を示す。
【００２８】
【化６】
2019528349.tif 000008
【００２９】
本明細書に記載のシリコーンの代替として、環状構造を有するシリコーンを２種使用することもできる。しかしながら、この場合の欠点は、比較的強固な架橋が形成されるため、これらの成分を組み合わせると、非常に硬く脆性でガラス状の生成物が生成されることであるが、これは窒素雰囲気中で５００℃まで安定である。例えば、以下の環状シロキサンＤ４Ｈ（右）またはＤ４Ｖｉ（左）が使用され得る。
【００３０】
【化７】
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【００３１】
直鎖状シロキサンの分解を抑制または防止するためには、バックバイティングを防止しなければならない。これは、環状分解生成物の分子内形成を阻害する架橋によって可能となるはずである。ここで、本発明者は、環状シロキサンおよび直鎖状シロキサンを使用してシリコーンを形成することにより、高い熱安定性およびシリコーンの架橋を有すると同時に、ＬＥＤに適用した際に、非常に良好な可撓性を示す光電子デバイス用の光学素子が提供され得ることを知見した。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、Ｒ１は、ビニル基もしくはビニル含有基である、および／またはＲ１８は、水素もしくはＳｉ水素である。換言すれば、置換基Ｒ１およびＲ１８は、ヒドロシリル化に好適である。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、ｍ＝２である。換言すれば、４つのＳｉ−Ｏ単位を有する環状シロキサンが提供され得る。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、ｍ＝２であり、Ｒ１はビニル含有基であり、Ｒ１２〜Ｒ１５は、それぞれ、ＨまたはＣＨ３である。具体的には、シリコーンは以下の構造を有する。
【００３５】
【化８】
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【００３６】
架橋は、上記の代わりに、または上記に加えて、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４および／またはＲ１５を介して生じ得る。Ｒ２〜Ｒ１７およびＲ１４’の定義は、Ｒ１〜Ｒ１８に関して上述したのと同じである。Ｈ基は、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキル、シロキサンまたはアリールであってもよい。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、環状シロキサンおよび直鎖状シロキサンは、１：１〜１：１０、好ましくは化学量論的に１：１の比で混合される。得られるシリコーンは、環状シロキサンおよび直鎖状シロキサンが交互に出現する反復単位を有する。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態によれば、光学素子は、ポッティングとして形成され、半導体チップを包囲する。半導体チップはまた、ポッティングまたは光学素子により直接封止されてもよい。熱的に非常に安定であると同時に可撓性であるシリコーンの改善された機械的特性によって、シリコーンは半導体チップの封止に極めて適している。ポッティングは、好ましくは、半導体チップにより放出される放射線に対して透明である。封止部は、光電子部品のハウジングの陥凹部に配置されてもよい。次いで、陥凹部は、例えば、ポッティングとしての光学素子で封止され、有害な環境の影響から半導体チップを保護する。
【００３９】
半導体チップは、特に、放射放出半導体チップ、例えばＬＥＤチップであってもよい。これは、成長基板と組み合わされてもよい。あるいは、薄膜発光ダイオードチップとして設計してもよい。薄膜発光ダイオードチップの例は、欧州特許出願公開第０９０５７９２号明細書および国際公開第０２／１３２８１号に記載されており、これらの開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。半導体チップは、半導体材料を含有してもよい。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップは、半導体積層体を備える。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とするものである。半導体材料は、好ましくは、窒化物半導体材料をベースとしてもよい。この文脈において、「窒化物半導体材料をベースとする」とは、半導体積層体またはその少なくとも１つの層が、ＩＩＩ族−窒化物半導体材料、好ましくはＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である）を含むことを意味する。この材料は、必ずしも上記式で表される組成と数学的に一致する組成を有さなければならないわけではない。むしろ、材料は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ材料の特徴的な物理特性を本質的に改変しない、１種または複数種のドーパントおよび追加の成分を含有してもよい。しかしながら、単純化のため、上記式は、少量の他の物質により部分的に置き換えられ得るとしても、結晶格子の必須成分（Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ）のみを含有する。
【００４１】
半導体積層体は、少なくとも１つのｐｎ接合部および／または１つもしくは複数の量子井戸構造を有する活性層を備える。変換半導体チップの動作中、活性層内で電磁放射が生成される。放射の波長または最大波長は、好ましくは、紫外および／または可視スペクトル領域内であり、特に４２０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下、例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの間の波長である。
【００４２】
少なくとも１つの実施形態によれば、光学素子は、レンズを備える、またはレンズとして形成される。光学素子は、後にデバイス上に設置される別個に製造されたレンズであってもよい。例えば、レンズを光学素子に取り付けるために、接着剤が使用されてもよい。そのようなレンズは、例えば、金型内で鋳造および硬化されてもよい。しかしながら、光学素子はまた、上述のように、半導体チップを包囲して少なくとも部分的にレンズとして形成されるポッティングであってもよい。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、光学素子は、反射体として形成される。上記の代わりに、または上記に加えて、光学素子はまた、反射充填剤を含有してもよい。例えば、光学素子は、１０〜８０重量％、特に２０〜６０重量％の反射充填剤を含有してもよい。例えば、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよびそれらの組合せが反射充填剤として使用され得る。例えば、反射体は、陥凹部の表面上に配置されてもよく、したがって半導体チップにより放出された放射を反射し、それを部品から脱結合し得る。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態によれば、光学素子内に変換体材料が埋設されてもよい。変換体材料は、半導体チップにより放出された放射を異なる波長、通常はより長い波長の放射に変換するように設計される。変換体材料の選択は本出願により限定されず、したがって体積変換に好適な全ての変換体材料がこの実施形態において使用され得る。そのような変換体材料の例は、国際公開第９８／１２７５７号に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。変換体材料は、粒子の成分として、例えば結合剤と共に存在し得る。粒子はまた、変換体材料からなるものでもよい。変換により生成された熱は、容易に消散させることができるが、これは、シリコーン内の高度の架橋に起因し得る、シリコーンまたはポリマー材料の改善された熱伝導性によるものである。これによって、部品により放出される光の色度座標が安定になる。熱伝導性は、上述のような熱伝導性粒子によってさらに増加させることができる。
【００４５】
本発明はまた、光電子部品の製造方法に関する。上述の光電子部品は、この方法を使用して製造されることが好ましい。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態によれば、当該方法は、以下の工程を含む。
光学素子（５０）を作製するステップを含み、前記作製は、
環状シロキサンを含む第１の材料を用意し、
直鎖状シロキサンを含む第２の材料を用意し、２種のシロキサンの一方はシランであり、他方は少なくとも１つの二重結合を有し、
触媒を添加し、
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンとをヒドロシリル化により架橋して、ポリマー材料となるシリコーンを製造する。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態によれば、架橋は、１００〜１５０℃、例えば１２０℃で生じる。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態によれば、触媒は、白金触媒である。好ましくは、Ｋａｒｓｔｅｄｔ触媒またはＯｓｓｋｏ触媒を触媒として使用する。
【００４９】
本発明者は、本明細書に記載のシリコーンを使用することにより、種々の公知手法の利点と組み合わせることが可能であり、そうして得られるシリコーンが光電子用途に好適であることを見出した。本明細書に記載のシリコーンは、環状分子の割合が高いため、従来のシリコーンよりも架橋度が高い。環状分子の割合は、特に、使用される直鎖状シロキサンの鎖長および／またはモル質量に依存する。環状分子の割合は、好ましくは５〜約３０モル％である。
【００５０】
したがって、高い熱安定性と同時に可撓性を有する光学素子を提供することができる。本明細書に記載の光電子部品または光電子部品を製造するための方法によって、互いに架橋した市販の製品を使用することで、本発明の光学素子を提供することができる。市販の系は、多くの場合、通常、既存の特定の用途に最適化されており、使用が容易であるということを特徴とする。ほとんどの場合、これらは、ビニル成分またはヒドリド成分に加えて、触媒等の他の添加剤を含有する二成分キットである。両方の成分は、ある特定の比率で混合され、規定の硬化プログラムに供される。これらについては、厳密な組成、鎖長または他の分子特性に関する情報を得るのは、通常困難または不可能である。
【００５１】
したがって、少なくとも１つの実施形態によれば、市販の系に対して以下の手順を適用することができる。まず、市販の系から、いずれがビニル含有成分またはヒドリド含有成分であるかを特定することができる。この目的のために、例えば、ＩＲ分光法を使用することができる。その後、２つの成分のどちらを部分的に置き換えるか、または作用させるかを決定する。市販の系は、定義不可能または決定不可能な組成物を含有するため、一般にモル比を計算することは不可能である。したがって、環状添加剤（すなわち環状シロキサン）を種々の重量比で添加し、最適値を実験的に調べる。合計比を一定に維持するために、比に応じて他の成分を追加してもよい。そのような系の熱重量分析曲線を、例えば図１Ｅに示す。
【００５２】
上記の代わりに、他の分子、あるいはオリゴマー前駆体またはポリマー前駆体との間に架橋を形成することもできる。これらは、多くの場合、分子量が既知であり、したがってヒドリド基とビニル基との間の化学量論比を設定することができるという利点を有する。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態によれば、対応する成分またはシロキサンを秤量し、（合計５〜１０ｇに対して）約１μｌの白金触媒溶液（約２〜２．５ｐｐｍの白金）を添加することができる。例えば、Ｋａｒｓｔｅｄｔ触媒またはＯｓｓｋｏ触媒を触媒として使用することができる。シロキサンおよび触媒を混合する。次いで、架橋が生じ得る。触媒およびその総量によって、反応時間は１〜４時間となる。架橋温度は、１００℃〜１５０℃の間とすべきである。
【００５４】
本発明のさらなる利点、有利な実施形態およびさらなる発展形態は、図面と併せて以下で説明する例示的実施形態から得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】ヒドロシリル化反応を示す図である。
【図１Ｂ】バックバイティングメカニズムを示す図である。
【図１Ｃ】２種の環状シロキサンの構造式を示す図である。
【図１Ｄ】環状シロキサンおよび直鎖状シロキサンのヒドロシリル化を示す図である。
【図１Ｅ】例示的な実施形態および比較例における、熱重量分析曲線を示す図である。
【図２】一実施形態による光電子部品の概略側面図である。
【図３】一実施形態による光電子部品の概略側面図である。
【図４】一実施形態による光電子部品の概略側面図である。
【図５】一実施形態による光電子部品の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
例示的実施形態および図面において、同一、同様または等価の要素には、それぞれ同じ符号を付す場合がある。示された要素およびそれらの比率は、縮尺通りとみなすべきではなく、むしろ個々の要素、例えば層、部品、デバイスおよび領域は、より良い表現性および／またはより良い理解のために、誇張して大きく示すことがある。
【００５７】
図１Ａは、白金触媒を使用したシランとビニル含有シロキサンとの反応を示す。換言すれば、シランは、ｓｙｎ選択性逆マルコフニコフ付加で二重結合に結合する。この結合はまた、ヒドロシリル化とも呼ぶことができる。そのような反応は、例えば、"Hydrosilylation - A Comprehensive Review on Recent Advances", B. Marciniec (ed.), Advances in Silicon Science, Springer Science, 2009, doi:10.1007/978-1-4020-8172-9に記載されている。
【００５８】
図１Ｂは、いわゆるバックバイティングメカニズムを概略的に表したものである。バックバイティングメカニズムにおいて、直鎖状シロキサン単位は、分子内メカニズムを介して分解され得る。環状シロキサンおよび直鎖状シロキサン単位の残基が形成される。バックバイティングは、例えば、Brook, M. A., "Silicon in Organic, Organometallic and Polymer Chemistry ", Wiley, New York, 2000, ISBN: 978-0-471-19658-7に記載されている。
【００５９】
図１Ｃは、Ｄ４Ｖｉ（左）およびＤ４Ｈ（右）の分子構造を示す。これらの環式シロキサンは、４つのＳｉ−Ｏ単位を有する。したがって、これは、八員環シロキサンである。これらの２つの環状シロキサンの架橋により、強固な架橋を有し、したがって非常に硬く脆性でガラス状のシリコーンが製造される。したがって、これは、光電子部品用のポッティング化合物としての使用にはあまり好適ではない。
【００６０】
図１Ｄは、一実施形態における光学素子５０用のポリマー材料となるシリコーンを形成するための、環状シロキサンと直鎖状シロキサンとの反応を示す。一般に、これに関しては、市販の製品に添加剤としてＤ４分子を組み込むこと、およびＤ４分子を他の直鎖状または分岐状シロキサンと組み合わせることの両方が可能である。これにより、高い熱安定性と可撓性とを同時に有するシリコーンを提供することができる。シリコーンの熱特性に対する環状系の添加の効果は、熱重量分析測定により示すことができた（図１Ｅ）。パーセントで表した相対重量ｗを、℃で表した温度Ｔの関数としてプロットした。シリコーンの重量は、熱重量測定を用いて測定した（図１Ｅ）。材料として、市販のＳｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  ＬＰＳ３５４１を、酸素雰囲気下、２０Ｋ／分の加熱速度で加熱した。元の系である２つの試料（１−１および１−２）、ならびに５重量％のＤ４Ｖｉを添加した系（１−３）および１０重量％のＤ４Ｈを添加した系（１−４）を示した。
【００６１】
最適な条件が存在するためと言えるため、熱安定性は最初に増加し、環状系が過剰になると、再び減少する、またはそれ以上のさらなる硬化は観察されなくなる。これはおそらく、すでに架橋した鎖の移動度が減少し、したがって全ての反応基が反応する相手を見つけるわけではないことに起因する。しかしながら、遊離のビニル基およびヒドリド基は両方とも、ポリマーの潜在的に弱い点であり、したがってそれらの存在は、完全架橋により回避されるべきである。
【００６２】
製造者によれば、材料であるＳｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  ＬＰＳ３５４１は、以下のように使用される。２つの成分、即ち、ＬＰＳ−３５４１Ａ樹脂およびＬＰＳ−３５４１Ｂ硬化剤に対応するビニル成分Ａおよびヒドリド成分Ｂを１：１の重量比で混合し、シリコーンを形成する。上記２つの成分を、例えば機械的撹拌により十分に混合し、次いで減圧下で約３０分間脱気する。ここで、混合物を所望の金型内に注ぎ込み、次いで１５０℃で４時間硬化させることができる。
【００６３】
例えば、図１Ｅに示したＳｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  ＬＰＳ３５４１系は、製造者によると、１：１の重量比で混合する。１０重量％のＤ４Ｈの添加には、例えば、環状シロキサンとしてのＤ４Ｈを０．１ｇ含む直鎖状シロキサンであるＳｉ−Ｈ成分を１ｇ混合することができる。次いで１．１ｇのＳｉ−ビニル成分を第２の直鎖状シロキサンとして添加することができる。これら成分を撹拌し、それぞれの系に対して指定された温度プログラムに供し、特に、Ｄ４含量が高い場合は、最終的には緩やかな加熱を確保するように注意しなければならない。さもなくば、気泡が容易に形成し得るためである。
【００６４】
別の例において、Ｓｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  ＬＰＳ３５４１は、以下のように環状シロキサンと架橋される。Ｄ４ＶｉまたはＤ４Ｈの所望のシロキサンを、適切な量、例えば、純粋なシリコーンＬＰＳ３５４１の総質量２ｇ（すなわち１ｇの成分Ａおよび１ｇの成分Ｂ）に対して２００ｍｇを添加する。また、追加的な反応基を相殺するために、対応する成分、すなわち、Ｄ４Ｈを使用する場合は成分Ａに、Ｄ４Ｖｉを使用する場合は成分Ｂに、同じ質量で添加する。これにより、例えば１ｇの成分Ａ、２００ｍｇのＤ４Ｖｉおよび１．２ｇの成分Ｂの合計混合物が得られる。
【００６５】
手順の残りは、好ましくはＳｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  ＬＰＳ３５４１に関する手順と同様に行う。それにより、脱気中には環状シロキサンの揮発性を有利に考慮する、すなわち、発泡を回避するために、最終圧力はそれに従って高く選択し、加熱中、特に大量の添加剤が使用される場合は、遅い加熱速度を選択するべきである。他の市販の製品における環状シロキサンの使用にも、同様の手順が好ましい。
【００６６】
環状シロキサンと他の直鎖状または分岐状シロキサンとの架橋には、特に以下が順守されなければならない。上記の例のような市販の製品の使用は、製品の厳密なパラメータ（例えば、鎖長、分岐度、粘度または接着性を調節するための添加剤等）が、多くの場合、正確にはわからないという欠点を有する。一方、個々に利用可能なシロキサンを使用する場合、例えば、反応基の数を推定すること、およびそれらを調整することがより容易である。この目的のために、化学量論比に基づいて最適化することが望ましい。白金触媒の添加量もまた、一方では完全硬化を達成し、他方では過剰量によって生じ得る白金コロイドの形成または変色を回避するように、製品の所望の用途に合わせて最適化されるべきである。
【００６７】
図２は、一実施形態による光電子部品の概略側面図を示す。ここでは、例えばＬＥＤが示されている。部品１００は、キャリア基板１５と組み合わされたハウジング２０を備える。ハウジングは、セラミックまたは耐熱性もしくは耐放射性のプラスチックを含み得る。半導体チップ１０は、ハウジング２０の陥凹部２５に配置され、部品１００の動作中に放射線を放出する。陥凹部２５の側壁は、ここでは斜めであり、反射材料を含んでもよい。半導体チップ１０は、電気伝導性端子３０、３１およびボンディングワイヤ３２を介して電力供給され得る。
【００６８】
部品１００は、光学素子５０を有する。光学素子は、ポリマー材料を含む。ポリマー材料は、シリコーンである。シリコーンは、交互に配置された環状シロキサンの反復単位と直鎖状シロキサンの反復単位とを有する。ここでは、光学素子５０は、半導体チップ１０により放出される放射に対して透明であり、レンズとして成形されてもよい（ここには図示せず）。図２における例では、光学素子５０はまた、ポッティング５１として成形されてもよく、これは半導体チップ１０を包囲する。光学素子５０は、光学素子５０内に均一に分布した粒子６０、例えば変換体材料または無機充填剤を有してもよい。上記の代わりに、または上記に加えて、部品１００は、半導体チップ１０上に小板の形態で配置され得る変換素子６１を含んでもよい（ここには図示せず）。さらに、拡散体や熱伝導性粒子（例えば二酸化ケイ素粒子）等の無機充填剤が、光学素子５０内に埋設されてもよい。例えば、無機充填剤は、光学素子５０の１０〜８０重量％を構成してもよい。部品１００は、任意の色印象を有する可視光、特に白色光を放出し得る。
【００６９】
光学素子５０は、高い熱安定性および高い可撓性を有し、したがって、部品１００の動作中の光学素子５０における亀裂形成が回避される。
【００７０】
図３は、一実施形態による光電子部品１００の概略側面図を示す。デバイスは、本質的に図２のデバイス１００に対応する。粒子６０を含む変換体材料の代わりに、ここでは変換素子６１が半導体チップ１０上に配置されている。ここでは、光学素子５０はレンズ７０として形成され、これはハウジング２０から突出し得る。
【００７１】
図４は、一実施形態による光電子部品１００の概略側面図を示す。光学素子５０として部品１００上に配置されたレンズ７０を備え、レンズ７０は、例えば接着剤を用いて配置されている。光学素子５０は、本出願の少なくとも１つの実施形態によれば、ケイ素を含む。そのようなレンズ７０は、例えば、金型内で別個に鋳造および硬化されてもよい。この例では、半導体チップ１０は、陥凹部２５を充填するポッティング５１内に包み込まれる。ポッティング５１はまた、本出願の一実施形態による光学素子５０であってもよく、または従来の材料からなってもよい。部品１００は、例えば粒子または小板の形態の変換体材料６０を含んでもよい（ここには図示せず）。
【００７２】
図５は、一実施形態による光電子部品１００の概略側面図を示す。ここでは、光学素子５０は、反射体５２として設計され、反射充填剤を含んでもよい。反射充填剤は、光学素子５０の１０〜８０重量％、特に２０〜６０重量％を構成してもよく、また例えば、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよびそれらの組合せから選択することができる。光学素子５０は、陥凹部２５の少なくとも一部を被覆してもよく、したがって、生成された放射を反射し、それにより部品１００の放射収率を増加させることができる。代替として、光学素子５０はまた、ハウジング２０の一部を形成してもよい。ハウジング２０はまた、光学素子５０のポリマー材料で完全に作製されていもよく、次いで、少なくとも陥凹部の領域に反射充填剤を有する。
【００７３】
この例では、半導体チップ１０は、ポッティング５１で封止され、従って、ポッティング５１は、本出願の少なくとも１つの実施形態による光学素子５０となることができる。
【００７４】
図およびその特徴と関連して説明した例示的実施形態はまた、該当する組合せが図に明示的に示されていないとしても、さらなる例示的実施形態に従って互いに組み合わされてもよい。さらに、図と関連して説明した例示的実施形態は、本文中で説明したような追加的または代替的特徴を有してもよい。
【００７５】
本発明は、例示的実施形態の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲または実施形態において明示的に指定されていない特徴や組み合わせであっても、任意の新しい特徴や、これら特徴の任意の組合せ、特に特許請求の範囲内の特徴の任意の組合せ、を包含する。
【００７６】
本特許出願は、独国特許出願公開第１０２０１６１１５９０７．７号明細書の優先権を主張し、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１００  光電子部品
１０  半導体チップ
１５  キャリア基板
２０  ハウジング
２５  陥凹部
３０  第１の接続部
３１  第２の接続部
３２  ボンディングワイヤ
５０  光学素子
５１  ポッティング
５２  反射体
６０  粒子または変換体材料
６１  変換素子
７０  レンズ
【図１Ａ】
2019528349.tif 000014
【図１Ｂ】
2019528349.tif 000015
【図１Ｃ】
2019528349.tif 000016
【図１Ｄ】
2019528349.tif 000017
【図１Ｅ】
2019528349.tif 000018
【図２】
2019528349.tif 000019
【図３】
2019528349.tif 000020
【図４】
2019528349.tif 000021
【図５】
2019528349.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【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】
ポリマー材料としてシリコーンを含む光学素子（５０）を備え、前記シリコーンは、交互に配置された環状シロキサンの反復単位と、直鎖状シロキサンの反復単位とを有する、
放射線を放出するように設計された光電子部品（１００）であって、
前記光学素子（５０）が、半導体チップ（１０）を包囲するポッティング（５１）である、および／または
前記光学素子（５０）が、レンズ（７０）または反射体（５２）である、
光電子部品（１００）。
【請求項２】
前記シリコーンが、以下の構造式で表される、請求項１に記載の光電子部品（１００）。
【化１】
2019528349.tif 000023
（式中、
Ｒ１〜Ｒ１８は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アルキレン、アルキルアリーレン、シクロアルキルおよびアリールを含む群から選択され、
ｎは、１〜１０００の間で選択され、
ｍは、１〜３の間で選択され、
ｒは、１〜１００の間で選択される。）
【請求項３】
前記直鎖状シロキサンが、以下の構造単位を有する、請求項１または２に記載の光電子部品（１００）。
【化２】
2019528349.tif 000024
（式中、Ｒ２〜Ｒ７およびｎは、請求項２の定義と同じである）
【請求項４】
前記環状シロキサンが、以下の構造単位を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【化３】
2019528349.tif 000025
（式中、Ｒ１２〜Ｒ１５およびｍは、請求項２の定義と同じである）
【請求項５】
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンが、ヒドロシリル化により連結している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項６】
Ｒ１がビニル基を含み、Ｒ１８がＨである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項７】
ｍが２である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項８】
ｍが２であり、Ｒ１がビニル含有基であり、Ｒ１２〜Ｒ１４がそれぞれＨである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項９】
前記環状シロキサンの反復単位および前記直鎖状シロキサンの反復単位が、１：１〜１：１０の比で含まれる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１０】
前記光学素子（５０）内に変換体材料（６０）が埋設されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子部品（１００）。
【請求項１１】
光電子部品（１００）を製造するための方法であって、
光学素子（５０）を作製するステップを含み、前記作製は、
環状シロキサンを含む第１の材料を用意し、
直鎖状シロキサンを含む第２の材料を用意し、２種のシロキサンの一方はシランであり、他方は少なくとも１つの二重結合を有し、
触媒を添加し、
前記環状シロキサンおよび前記直鎖状シロキサンとをヒドロシリル化により架橋して、ポリマー材料となるシリコーンを製造する
ことを含む方法であって、
前記光学素子（５０）が、半導体チップ（１０）を包囲するポッティング（５１）として形成さる、および／または
前記光学素子（５０）が、レンズ（７０）または反射体（５２）として形成される、
光電子部品（１００）の製造方法。
【請求項１２】
前記架橋が、１００℃〜１５０℃で生じる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒が、白金触媒である、請求項１１または１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2019528349.tif 000026
2019528349.tif 000027
2019528349.tif 000028
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