(57)【要約】  本発明は、シリコーン組成物に関する。シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含む。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計に対して０．１質量パーセント（端点を含む）〜５．０質量パーセント（端点を含む）であり、高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーン内で内包物を形成する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含み、前記高屈折率シリコーンの割合が、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して、（両端を含む）０．１〜５．０質量パーセントであり、前記高屈折率シリコーンが、前記低屈折率シリコーン内で内包物を形成する、シリコーン組成物。
【請求項２】
前記高屈折率シリコーンが、前記低屈折率シリコーン中に均一に分布している、請求項１に記載のシリコーン組成物。
【請求項３】
光を散乱および／または反射させるための、請求項１または２に記載のシリコーン組成物の使用。
【請求項４】
光を散乱および／または反射させるための散乱体（３）における使用である、請求項３に記載のシリコーン組成物の使用。
【請求項５】
前記散乱体（３）が発光デバイスの一部である、請求項４に記載のシリコーン組成物の使用。
【請求項６】
請求項１または２に記載のシリコーン組成物を製造するための方法であって、
Ａ）低屈折率シリコーンの前駆体を第１の硬化剤と混合するステップ、
Ｂ）高屈折率シリコーンの前駆体を第２の硬化剤と混合するステップ、
Ｃ）ステップＡ）およびＢ）において得た混合物を混合して、エマルションを形成するステップと、
Ｄ）ステップＣ）において形成した前記エマルションを硬化させて、前記シリコーン組成物を形成するステップと
を含む方法。
【請求項７】
請求項１または２に記載のシリコーン組成物を含む、または前記シリコーン組成物からなる散乱体（３）を備える発光デバイス、特に発光ダイオード（１）。
【請求項８】
前記散乱体（３）が、前記発光デバイスの発光表面上に配置される、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項９】
電磁一次放射を放出する活性層を有する少なくとも１つの積層体（２）を備え、前記散乱体（３）が前記電磁一次放射のビーム経路内に配置される、発光ダイオード（１）として形成された、請求項７または８に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記散乱体（３）が、層、ポッティングおよび／またはハウジングとして形成される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコーン組成物、シリコーン組成物の使用、シリコーン組成物を製造するための方法、およびシリコーン組成物を含む発光デバイスに関する。
【０００２】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１６１１４９２１．７号の優先権を主張し、その開示内容は、参照により本明細書に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
発光デバイスにより生成される光を、可能な限り外部環境へカップリングアウトするためには、高反射層および／または光散乱層が必要である。通常、光散乱、ひいては光抽出の増加のために、シリコーンポッティングにポッティング材料よりも高い屈折率を有する固体粒子を添加する。代替として、光を散乱させるために、外部から使用される光学系、例えば拡散レンズを、光源のビーム経路内に装備することもできる。白色顔料である二酸化チタンは、しばしば反射層に高濃度（＞２５％）で使用される。例えば、二酸化チタンは、高い屈折率を有し、したがって入射光を効率的に散乱すると共に反射することができる。しかしながら、これには、含まれる粒子に対する極めて精密な接着性が必要である。カップリングアウトする光の均一性を増加させるためには、例えば、１つまたは複数の半導体チップを有する発光デバイス内のポッティングに固体粒子を混ぜる。また、多重反射は、照らされる表面上の個々の半導体チップの画像化を防止する。光散乱に固体粒子を使用することの欠点は、光の吸収に起因する光損失があり、したがって光散乱は生じるものの、発光デバイスは効率損失を示すことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、光を散乱および／または反射すると同時に、光を全く吸収しない、またはほとんど吸収しないシリコーン組成物を提供することである。さらなる課題は、シリコーン組成物の用途およびそれを製造する方法を提供することである。さらなる課題は、光が効率的に散乱および／または反射され、極めて高い効率を達成する発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの課題は、独立項の主題により解決される。本発明の有利な実施形態およびさらなる発展形態は、それぞれの従属項に記載されている。
【０００６】
シリコーン組成物を提供する。シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの混合物を含む。屈折率ｎ２５Ｄ５８９は、２５℃において、波長λ＝５８９ｎｍの条件で測定する。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含む。低屈折率シリコーンと高屈折率シリコーンとの多相混合物であるとは、本説明およびそれ以降において、特にシリコーン組成物中で、低屈折率シリコーンが１つの相を形成し、高屈折率シリコーンが別の相を形成することを意味する。換言すれば、低屈折率シリコーンおよび高屈折率シリコーンは、混合不可能である。したがって、シリコーン組成物は、ポリマーブレンドまたはシリコーンブレンドと記述することができ、特に不均一なポリマーブレンドまたはシリコーンブレンドと記述することができる。
【０００８】
シリコーン組成物は、低屈折率シリコーンと高屈折率シリコーンとの多相混合物であるため、シリコーン組成物は、いくつかの、特に２つのガラス温度を有する。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．３５〜１．４５（端点を含む）の範囲内の低屈折率シリコーンおよび屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０〜１．６０（端点を含む）の範囲内の高屈折率シリコーンを含む。好ましくは、低屈折率シリコーンは、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が（両端を含む）１．３８〜１．４３の範囲内であり、高屈折率シリコーンは、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が（両端を含む）１．５０〜１．５５の範囲内である。例えば、低屈折率シリコーンは、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０または１．４１または１．４２であり、高屈折率シリコーンは、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５１または１．５２である。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して、（両端を含む）０．１〜５．０質量パーセント、好ましくは（両端を含む）０．４〜３．０質量パーセント、特に好ましくは（両端を含む）０．５〜２．０質量パーセントである。この実施形態によれば、低屈折率シリコーンは、高屈折率シリコーンと比較して過剰に存在する。高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの上記質量分率は、光散乱に関して特に効率的であることが証明されている。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーンの中に均一にまたは少なくとも大部分が均一に分布している。換言すれば、高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーン内で、内包物としても知られる液滴構造を形成する。高屈折率シリコーンの屈折率は、低屈折率シリコーンよりも高いため、入射光は、これら液滴構造上で効率的に散乱および／または反射され得る。したがって、高屈折率シリコーンによる液滴構造または内包物は、シリコーン組成物内で散乱中心を形成する。驚くべきことに、入射光、特に可視光は、本シリコーン組成物によって散乱および／または反射され得るが、入射光の吸収を全く、またはほとんど示さない。したがって、シリコーン組成物は、発光デバイスの散乱体における使用に特に好適である。本発明者らは、組成物を発光デバイスの散乱体に使用した場合、所望の散乱効果があるにもかかわらず、驚くべきことに、カップリングアウトした光の効率が増加し得ることを見出した。さらに、散乱粒子を使用した従来の構成と比較して、散乱効果の均一性の改善が得られる。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、散乱粒子を含有しない。換言すれば、シリコーン組成物は、光が散乱および／または反射され得る粒子を含まない。本発明によれば、光散乱および／または光反射が、本発明にしたがって、特に高屈折率シリコーンで作られた内包物で生じるため、散乱粒子は必要ではない。
【００１３】
一実施形態において、高屈折率シリコーン内包物は、（両端を含む）１μｍ〜１５μｍ、好ましくは（両端を含む）２μｍ〜１０μｍ、好ましくは（両端を含む）２μｍ〜６μｍの直径を有する。したがって、高屈折率シリコーンによる内包物は、シリコーン組成物の試験中に検出可能である。直径は、例えば顕微鏡を使用して決定することができる。特に、上記のような直径では、入射光が特に良好に散乱および／または反射され得る。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、拡散性または乳白色の半透明である。
【００１５】
シリコーン組成物の使用を提供する。シリコーン組成物の全ての特徴は、その使用に関してもまた開示され、逆もまた同様である。
【００１６】
光、特に可視光、を散乱および／または反射させるためのシリコーン組成物の使用を提供する。シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含む。
【００１７】
少なくとも１つの実施形態によれば、光を散乱および／または反射させるための散乱体におけるシリコーン組成物の使用を提供する。散乱体は、発光デバイスの一部であってもよい。
【００１８】
発光デバイスは、少なくとも１つの実施形態に係る発光ダイオード、ランプ、または照明器具であってもよい。例えば、ランプまたは照明器具は、ハロゲンランプまたは蛍光ランプである。例えば、散乱体は、ランプの前の拡散スクリーンとして適用されてもよいが、ランプのガラス体上の層として直接適用されてもよい。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、発光デバイスの発光表面上に配置される。したがって、発光デバイス内で生成された光は、環境にカップリングアウトされる前にシリコーン組成物を通過し、カップリングアウトされる前に散乱および／または反射される。
【００２０】
シリコーン組成物を製造するための方法を提供する。シリコーン組成物の全ての特徴は、その方法に関してもまた開示され、逆もまた同様である。
【００２１】
シリコーン組成物を製造するための方法を提供する。シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの混合物を含む。この方法は、以下のステップを含む。
Ａ）低屈折率シリコーンの前駆体を第１の硬化剤と混合するステップ。低屈折率シリコーンは、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満である。
Ｂ）高屈折率シリコーンの前駆体を第２の硬化剤と混合するステップ。高屈折率シリコーンの屈折率ｎ２５Ｄ５８９は、１．５０超である。
Ｃ）ステップＡ）およびＢ）において得た混合物を混合して、エマルションを形成するステップ。
Ｄ）ステップＣ）において形成されたエマルションを硬化させて、シリコーン組成物を形成するステップ。
【００２２】
特に、ステップＡ）〜Ｄ）は、ここに示した順番で行われる。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＣ）は、低屈折率シリコーンの（完全）硬化または（完全）形成、および高屈折率シリコーンの（完全）硬化または（完全）形成を防止するために、ステップＡ）およびＢ）の完了直後に実施する。シリコーンの形成は、ステップＣ）においては開始されないことが好ましい。
【００２４】
シリコーンの硬化または形成の進行は、粘度測定により決定することができる。ステップＣ）が行われる際には、低屈折率シリコーンの前駆体と第１の硬化剤との混合物の粘度、および高屈折率シリコーンの前駆体と第２の硬化剤との混合物の粘度は、それぞれステップＡ）およびＢ）において、対応する前駆体と対応する硬化剤とを混合した直後の初期粘度に対して、それぞれ２０パーセント、好ましくは１０パーセント以上増えるべきではない。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＢ）で得た混合物は、ステップＣ）において形成されたエマルション内で液滴を形成する、すなわち、エマルション内で内相を形成し、ステップＡ）で調製して混合物は、エマルションの外相または連続相を形成する。ステップＤ）で形成したエマルションの硬化後にシリコーン組成物が形成されるが、ここで高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーン中に均一に分布し、したがって低屈折率シリコーンと高屈折率シリコーンとの多相混合物となる。このように、ステップＡ）およびＢ）で得た混合物同士は互いに混ざり合うことはできず、したがってステップＣ）において、エマルションが形成されると共に、低屈折率シリコーンおよび高屈折率シリコーンが形成される。よって、ステップＤ）において、不均一なポリマーブレンドまたはシリコーンブレンドが形成される。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、この実施形態は、以下のステップＥ）を含む。
Ｅ）ステップＣ）において形成された混合物を、例えば分注機を用いて分注し、基板に塗布するステップ。このステップは、ステップＣ）とＤ）との間に行うことができる。ごく低い割合の結晶性固体粒子、例えば変換体粒子または反射体粒子の存在または非存在は、混合物の流動特性を有利に改善する。特に、ステップＣ）において形成された混合物は、ステップＥ）において塗布されるときは液状である。ステップＥ）における塗布は、塗布の間は混合物の液体状態を維持するために、特にステップＣ）の直後に行われる。ステップＡ）およびＢ）において前駆体と硬化剤とを混合した時点から、対応するシリコーンの完全な硬化または形成が達成されるのは、例えば、約８時間後である。これにより処理時間は約８時間となり、この間に、ステップＡ）、Ｂ）、Ｃ）およびＥ）が適切な処理を確実にするために完了されなければならない。
【００２７】
低屈折率シリコーンの前駆体および第１の硬化剤、ならびに高屈折率シリコーンの前駆体および第２の硬化剤は、信越化学工業株式会社からそれぞれＫＪＲ９０ｘｘおよびＬＰＳ５５ｘｘの商品名で市販されている。
【００２８】
特に、第１および第２の硬化剤は、異なる硬化剤であってもよい。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンは、白金触媒付加架橋シリコーンである。ステップＤ）において、白金触媒付加反応が生じ、これが対応するシリコーンの形成をもたらす。
【００３０】
発光デバイスを提供する。発光デバイスは、混合物、特に、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４５未満の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０超の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含む、シリコーン組成物を有する散乱体を備える。
【００３１】
シリコーン組成物の全ての特徴は、発光デバイスの散乱体のシリコーン組成物に関してもまた開示され、逆もまた同様である。
【００３２】
発光デバイスは、例えば照明器具、ランプまたは発光ダイオードであってもよい。例えば、ランプまたは照明器具は、ハロゲンランプまたは蛍光ランプである。
【００３３】
電磁放射（特に電磁スペクトルの可視範囲内の電磁放射）または光が散乱体に衝突した場合、放射は、高屈折率シリコーンで作製された内包物で屈折および／または全反射し、したがって散乱する。驚くべきことに、放射は、シリコーン組成物によって全く、またはほとんど吸収されない。したがって、驚くべきことに、吸収損失が回避または概ね回避され得る。通常、放射の吸収は不可避であり、当然ながら、放射の吸収はＴｉＯ２粒子等の散乱粒子の場合には、望ましくない副次的効果であり、これはデバイスから外部に放出された放射が結果としてより低い光度を有することから、デバイスがより非効率的となるためである。驚くべきことに、本発明のシリコーン組成物は、効率の損失を防止するだけでなく、デバイスの効率を増加させる。特に、本発明に係るシリコーン組成物によって、結晶性固体の添加なしでも放射の散乱および／または反射を達成することができる。一般的に使用される結晶性固体粒子は、通常、外部保護層を有する。これらの保護層が損傷した場合、光化学反応が生じ、変色をもたらし、透明性に悪影響を及ぼす、または光束を低減する。本発明に係るシリコーン組成物により、散乱および／または反射を達成するために結晶性固体粒子の添加はもはや必要ではないため、これらの粒子により通常発生する吸収もまた防止される。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、シリコーン組成物は、散乱粒子を含有しない。換言すれば、シリコーン組成物は、光の散乱および／または反射を生じ得る粒子を含まない。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、散乱体は、シリコーン組成物からなる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、散乱体は、発光デバイスの発光表面上に配置される。発光デバイスにより放出された光は、発光表面を介して外部に放出される。したがって、生成された光は、環境に現れる前に効果的に散乱および／または反射され得る。これによって、発光効率が増加し、放射光の均一性が確実となる。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光デバイスは、発光ダイオードである。発光ダイオードは、デバイスの動作中に電磁一次放射を放出する活性層を有する少なくとも１つの積層体を備える。散乱体は、特に、電磁一次放射のビーム経路内に配置される。
【００３８】
これに関連して、「積層体」は、２つ以上の層、例えば、一連のｐ−ドープ半導体層およびｎ−ドープ半導体層を備える積層体を意味し、層は互いに重ねて配置され、電磁一次放射を放出する少なくとも１つの活性層を含む。
【００３９】
積層体は、エピタキシャル積層体として、またはエピタキシャル積層体を有する放射放出半導体チップとして、すなわち、エピタキシャル成長半導体積層体として形成することができる。積層体は、例えばＩｎＧａＡｌＮをベースとして形成され得る。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする半導体チップおよび半導体積層体は、特に、エピタキシャルに生成された半導体積層体が、異なる個別の層からなる積層体を含み、当該積層体が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である）から選ばれた材料を有する少なくとも１つの個別の層を含有するものである。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層体は、例えば、紫外から緑の波長範囲内の電磁放射を放出し得る。
【００４０】
上記に代えて、または上記に加えて、半導体積層体または半導体チップはまた、ＩｎＧａＡｌＰをベースとしてもよい、すなわち、半導体積層体は、異なる個別の層を有してもよく、そのうち少なくとも１つの個別の層が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である）から選ばれた材料を含む。ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層体または半導体チップは、例えば、好ましくは、緑から赤の波長範囲内の１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出する。
【００４１】
上記に代えて、または上記に加えて、半導体積層体または半導体チップはまた、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系、例えばＡｌＧａＡｓをベースとする材料、またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系の材料を含有してもよい。特に、ＡｌＧａＡｓをベースとする材料を含む活性層は、赤から赤外波長範囲内の１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出することができてもよい。
【００４２】
活性層に加えて、活性半導体積層体は、他の機能層および機能領域、例えばｐ−またはｎ−ドープ電荷キャリア輸送層、すなわち電子または正孔輸送層、非ドープまたはｐ−もしくはｎ−ドープ閉じ込め、クラッドまたは導波層、バリア層、平坦化層、緩衝層、保護層および／または電極、ならびにそれらの組合せを含んでもよい。さらに、１つまたは複数のミラー層が、成長基板とは反対向きの半導体積層体の側面に堆積されてもよい。ここで説明される構造、活性層または他の機能層および領域は、特に組成、機能および構造に関して当業者に知られており、したがってここでは詳細に説明しない。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、体積放出性（ｖｏｌｕｍｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ）半導体チップ、すなわち、放射が、半導体チップの全ての表面に放射されるもの、であってもよい。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光ダイオードは、電磁スペクトルの青色領域内の一次電磁放射を放出する少なくとも１つの積層体を備える。特に、一次放射が電磁スペクトルの青色領域内であることで、一方では光が散乱され、他方ではダイオードの効率の驚くべき増加が観察されるため、シリコーン組成物を含む散乱体は有利であることが証明されている。ダイオードの構造によるが、低屈折率シリコーンで作製された散乱体を有する同じ構造の発光ダイオードと比較して、効率の増加は最大２０パーセントとなり得る。したがって、高屈折率シリコーンで作製された散乱中心において、青色範囲内の電磁一次放射の吸収は全くない、またはごくわずかである。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光ダイオードは、いくつかの積層体、例えば３つ以上の積層体を備える。例えば、個別の積層体は、電磁スペクトルの赤色、緑色および青色領域内の一次放射を放出することが可能であり、これらが重なって白色発光の印象を残す。総合して、発光ダイオードから外部環境に白色光を放出することができる。特に、この実施形態では、カップリングアウトした白色混合光の均一性を保証するために、一次放射の散乱が必要である。
【００４６】
また、全ての積層体が青色一次放射を放出することも可能である。白色光を生成するために、一次放射のビーム経路内に変換体粒子が配置されてもよく、変換体粒子は、一次放射を、例えば緑色および赤色のスペクトル範囲内の二次放射に変換する。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態によれば、散乱体は、層、ポッティングおよび／またはハウジングとして形成される。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態によれば、散乱体は、層として、特にミラー層として、成長基板とは反対向きの少なくとも１つの積層体の１つの側面上に設けられる。特に、入射一次放射は、積層体へと反射により戻されるため、ミラー層とは反対側の積層体の主要表面から放射させることもできる。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光ダイオードは、少なくとも１つの積層体を設けるための担体を備える。担体と積層体との間に、散乱体を層またはミラー層の形態で配置することができる。また、ミラー層として形成される散乱体を、積層体の側部表面に設けることも可能である。
【００５０】
一実施形態において、発光ダイオードは、ハウジングを備える。ハウジングの中央に凹部が設けられてもよい。ハウジングの凹部に、少なくとも１つの積層体が位置してもよい。また、凹部に、積層体を被覆するポッティングを充填することも可能である。しかしながら、凹部はまた、空間からなってもよい。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングは、シリコーン組成物を含む、またはそれからなる。ハウジング全体がシリコーン組成物を含有する、またはそれからなることが可能である。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングの表面は、凹部の領域において、シリコーン組成物を含む、またはそれからなる層で完全に、または部分的にコーティングされている。
【００５３】
層の形態の散乱体は、一実施形態において、積層体上に直接実装されてもよい。層が積層体の表面全体を被覆することが可能である。
【００５４】
一実施形態において、層の形態の散乱体は、ハウジングの凹部の上に配置される。散乱体のこの実施形態において、散乱体と少なくとも１つの積層体との間に直接的な、および／または形状嵌合による接触はない。これはすなわち、散乱体と積層体との間に距離があり得るということである。換言すれば、散乱体は、積層体の下流側に配置され、一次放射により照らされる。次いで、散乱体と積層体との間にポッティングまたは空隙が形成され得る。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光ダイオードは、ポッティングを備える。ポッティングは、好ましくは、少なくとも１つの積層体を完全に被覆する。
【００５６】
少なくとも１つの実施形態によれば、散乱体は、充填剤粒子を含有する。充填剤粒子は、例えば、反射体粒子および／または変換体粒子であってもよい。また、例えば、いくつかの異なる種類の充填剤をシリコーン組成物中に同時に埋め込むことも可能である。
【００５７】
例えば、反射体粒子として、二酸化チタンまたは二酸化ケイ素粒子を使用することができる。これによって、シリコーン組成物中の高屈折率シリコーンとして、より質量分率の低いものを選択することが可能になるが、このような選択をしても、反射体粒子の割合が低く維持されるため、光学的特性、特に発光効率の損失はごくわずかとなる。特に、反射体粒子の割合は、散乱体の全質量に対して１質量パーセント未満となり得る。従来の散乱体における散乱粒子の割合は、通常、２質量パーセント未満である。代替として、シリコーン組成物中の高屈折率シリコーンの所与の質量割合に対して、反射体粒子を添加することにより、光散乱および／または反射をさらに改善することも可能である。
【００５８】
変換体粒子は、一次電磁放射を部分的または完全に二次電磁放射に変換する。一次電磁放射が部分的に二次電磁放射に変換されるとは、一次電磁放射が変換体粒子により少なくとも部分的に吸収され、一次放射とは少なくとも部分的に異なる波長範囲の二次放射として放出されることを意味する。一次および二次電磁放射は、赤外から紫外波長範囲内、特に可視波長範囲内の１つまたは複数の波長および／または波長範囲を含んでもよい。例えば、一次電磁放射は、紫外から緑色波長範囲までの波長範囲でもよく、二次電磁放射は、青色から赤外波長範囲までの波長範囲でもよい。特に好ましくは、一次放射および二次放射は、互いに重なり合って白色発光の印象を形成し得る。この目的のために、一次放射は、好ましくは、青色発光の印象を形成してもよく、二次放射は、黄色発光の印象を形成してもよく、これは、黄色波長範囲内の二次放射のスペクトル成分および／または緑色および赤色波長範囲内のスペクトル成分により形成することができる。
【００５９】
変換体粒子が一次電磁放射を二次電磁放射に完全に変換するとは、一次電磁放射が変換体粒子により完全またはほぼ完全に吸収され、二次電磁放射の形態で放出されることを意味する。この実施形態に係る光電子部品の放出放射は、電磁二次放射に完全に、またはほぼ完全に対応する。ほぼ完全な変換とは、９０％超、特に９５％超の変換を意味する。
【００６０】
変換体粒子は、例えば、以下の蛍光体の１つから形成することができる。希土類金属がドープされたガーネット、希土類金属がドープされたアルカリ土類硫化物、希土類金属がドープされたチオガレート、希土類金属がドープされたアルミネート、希土類金属がドープされたシリケート、例えばオルトシリケート、希土類金属がドープされたクロロシリケート、希土類金属がドープされたアルカリ土類窒化ケイ素、希土類金属がドープされた酸窒化物、および希土類金属がドープされた酸窒化アルミニウム、希土類金属がドープされた窒化ケイ素、サイアロン。
【００６１】
特に、イットリウムアルミナ（ＹＡＧ）、ルテチウムアルミナ（ＬｕＡＧ）およびテルビウムアルミナ（ＴＡＧ）等のガーネットを蛍光体として使用することができる。
【００６２】
蛍光体には、例えば、以下の活性物質：セリウム、ユーロピウム、テルビウム、プラセオジム、サマリウム、マンガンの１つがドープされている。
【００６３】
一実施形態によれば、散乱体は、異なる蛍光体の変換体粒子を含む。
【００６４】
実施形態によれば、散乱体は、シリコーン組成物および変換体粒子からなる。
【００６５】
本発明のさらなる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】
【００６６】
【図１】発光ダイオードの様々な実施形態の概略側面図である。
【図２】発光ダイオードの様々な実施形態の概略側面図である。
【図３】発光ダイオードの様々な実施形態の概略側面図である。
【図４】発光ダイオードの様々な実施形態の概略側面図である。
【図５Ａ】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図５Ｂ】発光ダイオードの上面図である。
【図６Ａ】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図６Ｂ】発光ダイオードの上面図である。
【図７Ａ】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図７Ｂ】発光ダイオードの上面図である。
【図８Ａ】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図８Ｂ】発光ダイオードの上面図である。
【図９】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図１０】種々の発光ダイオードの輝度を示す図である。
【図１１】発光ダイオードの様々な実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
例示的実施形態および図面において、同一の、または同一機能の構成要素は、それぞれ同じ参照符号で示した。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、特に層厚は、より良い理解のために誇張して大きく示していることがある。
【００６８】
図１に示した発光ダイオード１は、リードフレーム６を有する担体５を示す。積層体２は、担体５の上に配置され、ボンディングワイヤ７を介してリードフレーム６に電気的に接続される。層状の散乱体３は、積層体２の上に設けられる。散乱体３は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０〜１．４１の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５１の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含むシリコーン組成物を含む。低屈折率シリコーンの前駆体および第１の硬化剤として、ならびに高屈折率シリコーンの前駆体および第２の硬化剤として、信越化学工業株式会社のＫＪＲ９０ｘｘおよびＬＰＳ５５ｘｘが使用され得る。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５〜２．０質量パーセントである。高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーン内で液滴構造または内包物を形成する。これらの内包物は、散乱中心として機能し、積層体２の活性層により放出された一次放射は回折または全反射される、したがって散乱される。一次放射は、シリコーン組成物によって吸収されない、またはごくわずかに吸収される。
【００６９】
一次放射は、透明な積層体２および散乱体３を介して上方にカップリングアウトされる。
【００７０】
図２に示されるような発光ダイオード１は、リードフレーム６を有するハウジング８を示す。ハウジング８は、中央に凹部を有し、ここに積層体２が配置され、積層体２はリードフレーム６に導電的に接続されている。凹部は、ポッティング４で充填されている。ポッティング４は、例えば、低屈折率シリコーンを含む。
【００７１】
散乱体３は、ハウジング８の凹部およびハウジング８の上に配置される。散乱体３は、層状に形成され、積層体２における活性層（ここでは別個に図示せず）により放出される電磁一次放射のビーム経路内に配置される。
【００７２】
散乱体３は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０または１．４１の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５１の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含むか、またはそれからなる。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５〜２．０質量パーセントである。散乱体３およびポッティング４のシリコーン組成物の低屈折率シリコーンは、同一であってもよい。
【００７３】
図３による発光ダイオード１の場合、散乱体３は、図１の発光ダイオード１と比較して、担体５と積層体２との間に配置される。積層体２は、体積放出性積層体２である、すなわち、一次放射は、積層体２の全ての表面に放射される。一次放射は、散乱体３により再び積層体２に反射され、したがって、散乱体とは反対の積層体２の主要表面２ａに放出されてもよい。さらに、散乱体３は、積層体２の側部表面に設けられてもよい（ここでは図示せず）。
【００７４】
図４に示されるような発光ダイオード１は、リードフレーム６を有するハウジング８を示す。積層体２は、ハウジング８の凹部に配置され、ボンディングワイヤ７を介してリードフレーム６に電気的に接続される。ハウジング８の表面は、凹部の領域内に、層として形成された散乱体３を全体的または部分的に有する。散乱体３は、シリコーン組成物を含むかまたはそれからなり、当該シリコーン組成物は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０または１．４１の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５１の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含むか、またはそれからなる。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５〜２．０質量パーセントである。代替として、ハウジング８は、散乱体３（図示せず）を形成するように完全にシリコーン組成物からなってもよく、またはそれを含んでもよい。
【００７５】
図５Ｂ、６Ｂ、７Ｂおよび８Ｂは、それぞれ、鏡面仕上げ金属板上に配置され、ボンディングワイヤにより互いに配線された（図示せず）２４個のサファイア半導体チップ２を備える発光ダイオード１を示す。シリコーンで作製されたハウジング８が、サファイア半導体チップ２の周りに配置される。ハウジング８により形成されたキャビティは、ポッティング４で充填される、したがってポッティングは、半導体チップ２の上に配置される。サファイア半導体チップ２は、電磁スペクトルの青色領域内の一次放射を放出する。サファイア半導体チップ２は、体積放出性である。
【００７６】
図５Ｂの発光ダイオードにおいて、ポッティング４は、１．４０〜１．４１の屈折率を有する低屈折率シリコーンからなる。半導体チップ２は、ボンディングワイヤ（図示せず）により接続される。ダイオードの動作中は、ボンディングワイヤは目に見えるが、これは、半導体チップ２により放出され、ポッティング４により外部に放射される一次放射は、散乱されないためであ。これはまた、ｃｄ／ｍ２で表した輝度Ｌを、μｍで表した空間分解長さ（ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｌｅｎｇｔｈ）に対してプロットした図５Ａの図面でも確認することができる。この図面は、輝度測定カメラを利用して作成されたが、図５Ｂの６つのチップによる最長チップチェーンを通る断面を示している。測定は室温および動作電流が２００ｍＡの条件で行われた。図面から、各チップ上での輝度が最大値Ｍを有するが、チップの間では、半導体チップ２により放出される一次放射の散乱がないためにゼロに降下することを確認することができる。
【００７７】
それに対して、半導体チップ２の間の図６Ｂ、７Ｂおよび８Ｂの発光ダイオード１の輝度測定は、ある特定の輝度を示し（図６Ａ、７Ａ、８Ａ）、これは本発明に係るシリコーン組成物内の高屈折率シリコーンの割合の増加と共に増加する。図６Ａ、７Ａおよび８Ａは、輝度測定カメラを利用して作成したが、それぞれ、対応する図６Ｂ、７Ｂおよび８Ｂの６つのチップによる最長チップチェーンを通る断面を示している。測定は室温および動作電流が２００ｍＡの条件で行われた。図６Ｂ、７Ｂおよび８Ｂによるダイオード１のポッティング４は、散乱体３として形成され、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０〜１．４３の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５１〜１．５４の高屈折率シリコーンとの多相混合物からなるシリコーン組成物からなる。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５質量パーセント（図６Ｂ）、１．０質量パーセント（図７Ｂ）および２．０質量パーセント（図８Ｂ）である。高屈折率シリコーンは、低屈折率シリコーン内で液滴構造または内包物を形成する。これらの内包物は、散乱中心として機能し、半導体チップ２の活性層により放出された一次放射は散乱される。ボンディングワイヤは、図６Ｂ、７Ｂおよび８Ｂのデバイスでは、その動作中には半導体チップ２の間の光散乱に起因して見えない。驚くべきことに、光散乱が観察されるにもかかわらず、図５Ｂの発光ダイオード１と比較して、効率の増加を達成することができる。高屈折率シリコーンの割合が２．０質量パーセントのとき、１７％という効率増加の最大値が達成される。
【００７８】
図９および１０は、個々の発光デバイスの輝度Ｌを示す。参照記号を付した発光ダイオードを、以下の発光ダイオードに関連付ける。
【００７９】
Ｒ１：図５Ｂの発光ダイオード１（参照）
【００８０】
Ｉａ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して高屈折率シリコーンの割合が０．５質量パーセントである、図６Ｂの発光ダイオード。
【００８１】
ＩＩａ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して高屈折率シリコーンの割合が１．０質量パーセントである、図６Ｂの発光ダイオード。
【００８２】
ＩＩＩａ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して高屈折率シリコーンの割合が２．０質量パーセントである、図６Ｂの発光ダイオード。
【００８３】
Ｒ２：ポッティングがさらに４つの変換体粒子を含み、変換体粒子は青色一次放射を緑色および赤色スペクトルの範囲内の二次放射に部分的に変換する、図５Ｂの発光ダイオード。発光ダイオードは、これらは総合して、白色光を発光する。（参照）
【００８４】
Ｉｂ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５質量パーセントの高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンを含有する、図６Ｂの発光ダイオード。散乱体３はまた、青色一次放射を緑色および赤色スペクトルの範囲内の二次放射に部分的に変換する変換体粒子を含有する。発光ダイオードは、これらを総合して、白色光を発光する。
【００８５】
ＩＩｂ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対する、高屈折率シリコーンの割合が１．０質量パーセントである、図６Ｂの発光ダイオード。散乱体３はまた、青色一次放射を緑色および赤色スペクトルの範囲内の二次放射に部分的に変換する変換体粒子を含有する。発光ダイオードは、これらを総合して、白色光を発光する。
【００８６】
ＩＩＩｂ：高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対する、高屈折率シリコーンの割合が２．０質量パーセントである、図６Ｂの発光ダイオード。散乱体３はまた、青色一次放射を緑色および赤色スペクトルの範囲内の二次放射に部分的に変換する変換体粒子を含有する。発光ダイオードは、これらを総合して、白色光を発光する。
【００８７】
図９は、シリコーン組成物中の高屈折率シリコーンの質量分率が２．０％である、参照記号ＩＩＩａの発光ダイオードによる効率増加の最大値が、参照Ｒ１と比較して、１７％であることを示す。
【００８８】
図１０は、シリコーン組成物中の高屈折率シリコーンの質量分率が０．５％である、参照記号Ｉｂの発光ダイオードによる効率増加の最大値が、参照Ｒ２と比較して、５％であることを示す。
【００８９】
図１１に示されるような発光ダイオード１は、リードフレーム６を有するハウジング８を示す。ハウジング８は、中央に凹部を有し、ここに積層体２が配置され、積層体２はリードフレーム６に導電的に接続されている。凹部は、ポッティング４の形態の散乱体３で充填されている。散乱体３は、屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．４０または１．４１の低屈折率シリコーンと屈折率ｎ２５Ｄ５８９が１．５０の高屈折率シリコーンとの多相混合物を含む、またはそれからなる。高屈折率シリコーンの割合は、高屈折率シリコーンおよび低屈折率シリコーンの合計質量に対して０．５〜２．０質量パーセントである。
【００９０】
本発明は、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。
【符号の説明】
【００９１】
１  発光ダイオード
２  積層体、半導体チップ
２ａ  積層体の主要表面
３  散乱体
４  ポッティング
５  担体
６  リードフレーム
７  ボンディングワイヤ
８  ハウジング
Ｌ  輝度
ｎ２５Ｄ５８９  ２５℃および波長λ＝５８９ｎｍで測定された屈折率
λ  波長
ｃｄ  カンデラ
ｍｍ２  平方ミリメートル
ｎｍ  ナノメートル
μｍ  マイクロメートル
Ｒ１、Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａ、Ｒ２、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ  輝度
【図１】
2019525469.tif 000003
【図２】
2019525469.tif 000004
【図３】
2019525469.tif 000005
【図４】
2019525469.tif 000006
【図５Ａ】
2019525469.tif 000007
【図５Ｂ】
2019525469.tif 000008
【図６Ａ】
2019525469.tif 000009
【図６Ｂ】
2019525469.tif 000010
【図７Ａ】
2019525469.tif 000011
【図７Ｂ】
2019525469.tif 000012
【図８Ａ】
2019525469.tif 000013
【図８Ｂ】
2019525469.tif 000014
【図９】
2019525469.tif 000015
【図１０】
2019525469.tif 000016
【図１１】
2019525469.tif 000017
【国際調査報告】
2019525469.tif 000018
2019525469.tif 000019
2019525469.tif 000020
2019525469.tif 000021