DE102015101598A1 - A radiation-emitting optoelectronic device and method for producing a radiation-emitting optoelectronic device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung angegeben, welche einen Gehäusekörper (1), zumindest einen optoelektronischen strahlungsemittierenden Halbleiter (2) und ein vom Gehäusekörper (1) verschiedenes strahlungsdurchlässiges Element (3) umfasst. Der Gehäusekörper (1) umgibt dabei den zumindest einen optoelektronischen strahlungsemittierenden Halbleiter (2) zumindest stellenweise. Das strahlungsdurchlässige Element (3) ist im Strahlengang des strahlungsemittierenden Halbleiters (2) angeordnet und weist ein Fluorpolymer auf. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung.The invention relates to a radiation-emitting optoelectronic device which comprises a housing body (1), at least one optoelectronic radiation-emitting semiconductor (2) and a radiation-transmissive element (3) different from the housing body (1). The housing body (1) surrounds the at least one optoelectronic radiation-emitting semiconductor (2) at least in places. The radiation-transmissive element (3) is arranged in the beam path of the radiation-emitting semiconductor (2) and has a fluoropolymer. Furthermore, the invention relates to a method for producing a radiation-emitting optoelectronic device.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung. The present invention relates to a radiation-emitting optoelectronic device and to a method for producing a radiation-emitting optoelectronic device.
Aufgabe der Erfindung ist es eine strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung bereitzustellen, die sich durch eine besonders hohe Stabilität und eine lange Lebensdauer auszeichnet. The object of the invention is to provide a radiation-emitting optoelectronic device, which is characterized by a particularly high stability and a long service life.
Diese Aufgabe wird durch eine strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.This object is achieved by a radiation-emitting optoelectronic device according to
Gegenstand der Erfindung nach dem Hauptanspruch 1 ist eine strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtung umfassend einen Gehäusekörper (
Das strahlungsdurchlässige Element kann sich beispielsweise im Bereich der Hauptstrahlungsaustrittsfläche der strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung befinden. Unter Fluorpolymeren sind insbesondere organische Fluorpolymere aufweisend Kohlenstoff-Fluor-Bindungen sowie ein Grundgerüst umfassend Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zu verstehen. The radiation-transmissive element can be located, for example, in the region of the main radiation exit surface of the radiation-emitting optoelectronic device. Fluoropolymers are to be understood in particular as meaning organic fluoropolymers comprising carbon-fluorine bonds and a skeleton comprising carbon-carbon bonds.
In herkömmlichen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen kommen als vom Gehäusekörper verschiedene, strahlungsdurchlässige Elemente im Bereich der Hauptstrahlungsaustrittsfläche Silikone, Polymere oder auch glasartige Materialien zum Einsatz. In conventional radiation-emitting optoelectronic devices, radiation-permeable elements in the region of the main radiation exit surface, which are different from the housing body, are silicones, polymers or even vitreous materials.
Während glasartige Materialien zwar eine gute Robustheit aufweisen, sind sie jedoch für gewöhnlich mit hohen Kosten verbunden und aufwendig in der Fertigung. While vitreous materials have good robustness, they are usually associated with high costs and expensive to manufacture.
Epoxide und herkömmliche Polymere finden rege Anwendung. Sie verfügen jedoch jeweils nur über limitierte Lebensdauern. Hohe Temperaturen, wie sie in vielen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen vorzufinden sind in Kombination mit Strahlung von zumindest teilweise hoher Intensität und hoher Energie (zum Beispiel kurzwelliges blaues Licht mit ca. 420 nm Wellenlänge oder Ultraviolette Strahlung mit Wellenlängen unter 410 nm), führen zu Polymerdegradation, also zur Spaltung von kovalenten Bindungen in den Polymerketten. Dies macht sich im Betrieb häufig durch ein Vergilben des strahlungsdurchlässigen Elements, sowie durch einen Helligkeitsverlust der gesamten strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung bemerkbar. Epoxies and conventional polymers are in widespread use. However, they only have limited lifetimes. High temperatures, such as are found in many radiation-emitting optoelectronic devices in combination with radiation of at least partially high intensity and high energy (for example short-wavelength blue light with about 420 nm wavelength or ultraviolet radiation with wavelengths below 410 nm), lead to polymer degradation, ie the cleavage of covalent bonds in the polymer chains. This is often noticeable in operation by a yellowing of the radiation-transmissive element, as well as by a loss of brightness of the entire radiation-emitting optoelectronic device.
Strahlungsdurchlässige Elemente können weiterhin in herkömmlichen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen auch aus Silikonen bestehen, die zwar häufig stabiler als beispielsweise epoxidbasierte Materialien sind, deren Stabilität aber dennoch für viele Anwendungen, nicht ausreichend ist. Insbesondere gegenüber hochenergetischer Strahlung wie Ultraviolette Strahlung sind sie nicht hinreichend beständig. Radiation-transmissive elements may also consist of silicones in conventional radiation-emitting optoelectronic devices, which are often more stable than, for example, epoxy-based materials, but whose stability is nevertheless insufficient for many applications. In particular, they are not sufficiently resistant to high-energy radiation such as ultraviolet radiation.
Für das strahlungsdurchlässige Element bestehen hohe Anforderungen an die Transparenz bzw. Strahlendurchlässigkeit nicht nur für sichtbares Licht, sondern in einem breiten Spektralbereich. Der Spektralbereich kann dabei elektromagnetische Strahlung umfassen, die beispielsweise Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht sowie insbesondere auch Ultraviolette-Strahlung (UV-Strahlung) einschließen kann. For the radiation-transmissive element, there are high demands on the transparency or radiolucency not only for visible light, but in a broad spectral range. The spectral range may include electromagnetic radiation, which may include, for example, infrared radiation, visible light and in particular also ultraviolet radiation (UV radiation).
Aufgrund der hohen Transparenz bzw. Strahlendurchlässigkeit von strahlungsdurchlässigen Elementen für einen breiten Spektralbereich, wirkt die vom optoelektronischen Halbleiter ausgesandte Strahlung auf das gesamte strahlungsdurchlässige Element ein und nicht nur auf dessen Oberfläche wie im Falle von strahlungsundurchlässigen oder gar reflektierenden Komponenten. Dies führt zu besonders hohen Anforderungen an die Stabilität gegenüber hochenergetischer Strahlung wie etwa UV-Strahlung.Due to the high transparency or radiolucency of radiation-transmissive elements for a broad spectral range, the radiation emitted by the optoelectronic semiconductor acts on the entire radiation-transmissive element and not only on its surface as in the case of radiopaque or even reflective components. This leads to particularly high demands on the stability to high-energy radiation such as UV radiation.
Erfindungsgemäße strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen – umfassend ein strahlungsdurchlässiges Element, das ein organisches Fluorpolymer aufweist – sind besonders langlebig. Sie ermöglichen zudem über eine lange Betriebszeit hinweg eine vergleichsweise konstante Strahlungsemission, da sie gegenüber herkömmlichen Polymeren deutlich weniger zur Vergilbung neigen. Aufgrund der hohen Stabilität müssen keine weiteren Additive zur Stabilisierung eingesetzt werden, welche wiederum ein zusätzliches Vergilbungsrisiko darstellen.Radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention - comprising a radiation-transmissive element comprising an organic fluoropolymer - are particularly durable. They also allow a comparatively constant radiation emission over a long period of operation, since they are much less prone to yellowing than conventional polymers. Due to the high stability, no further additives have to be used for stabilization, which in turn represent an additional yellowing risk.
Organische Fluorpolymere besitzen eine äußerst starke C-F Bindung (460 KJ/mol). Die Fluorgruppen schirmen zudem das Polymerrückgrat, aufweisend C-C Bindungen, nach Außen ab. Aus diesem Grund eignen sich Fluorpolymere für Dauergebrauchstemperaturen von etwa 260°C. Dies liegt deutlich über Temperaturen von etwa 150°C wie sie in strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauteilen beispielsweise in LEDs auftreten können. Daneben sind Fluorpolymere auch resistent gegenüber einer großen Bandbreite an Chemikalien und besitzen eine geringe Entflammbarkeit. Hinzu kommt eine sehr hohe Transparenz und Strahlendurchlässigkeit sogar gegenüber kurzwelliger Strahlung, wie UV-Strahlung.Organic fluoropolymers have an extremely strong C-F bond (460 KJ / mol). The fluorine groups also shield the polymer backbone, having C-C bonds, to the outside. For this reason, fluoropolymers are suitable for long-term use temperatures of about 260 ° C. This is well above temperatures of about 150 ° C as they can occur in radiation-emitting optoelectronic components, for example in LEDs. In addition, fluoropolymers are also resistant to a wide range of chemicals and have low flammability. In addition, there is a very high transparency and radiolucency even against short-wave radiation, such as UV radiation.
Die hohe thermische Stabilität von Fluorpolymeren lässt sich experimentell dadurch zeigen, dass sie vielfach auch bei sehr hohen Temperaturen von bis zu 488°C keinen hohen Massenverlust, oftmals weniger als ein Gewichtsprozent aufweisen. Ihre Eigenschaften sind zudem in einem breiten Temperaturbereich von bis zu –260°C bis +260°C phasenweise bis hin zu plus 300°C weitgehend konstant.The high thermal stability of fluoropolymers can be experimentally demonstrated by the fact that they often have no high mass loss, often less than one percent by weight, even at very high temperatures of up to 488 ° C. Their properties are also largely constant over a wide temperature range of up to -260 ° C to + 260 ° C up to plus 300 ° C.
Fluorpolymere besitzen eine hohe Stabilität in einem breiten Spektralbereich gegenüber kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung. Beispielsweise sind sie auch gegenüber UV-Strahlung stabil und halten sogar einer Dauerbestrahlung mit hochenergetischer UV-Strahlung stand. Diese hohe Langzeitstabilität gegenüber kurzwelliger Strahlung ist überraschenderweise auch für Fluorpolymere gegeben, welche eine hohe Transmission gegenüber hochenergetischer Strahlung (z.B. Ultraviolette Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 410 bis 230 nm) aufweisen. Bei derartigen Fluorpolymeren mit hoher Durchlässigkeit für kurzwellige Strahlung wird die Strahlung nicht bereits durch die äußeren Schichten des Polymermaterials reflektiert oder absorbiert. Fluoropolymers have a high stability in a broad spectral range compared to short-wave electromagnetic radiation. For example, they are also stable to UV radiation and even withstand a continuous irradiation with high-energy UV radiation. This high long-term stability with respect to short-wave radiation is surprisingly also given for fluoropolymers which have a high transmission to high-energy radiation (for example ultraviolet radiation with wavelengths in the range from 410 to 230 nm). For such short wavelength radiation transmissive fluoropolymers, the radiation is not already reflected or absorbed by the outer layers of the polymeric material.
Strahlungsdurchlässige Fluorpolymere sind überraschenderweise auch bei hoher Temperatur (Temperaturen von teilweise deutlich über 150° C), bei gleichzeitiger Anwesenheit kurzwelliger Strahlung, wie UV-Strahlung, aufgrund ihrer Stabilität, insbesondere jedoch ihrer gleichbleibenden Strahlungsdurchlässigkeit hervorragend für strahlungsdurchlässige Elemente von strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen geeignet. Sogar im Bereich der größten Strahlenbelastung, dem Bereich der Hauptstrahlungsaustrittsfläche, sind sie über lange Betriebszeiten hinweg stabil und strahlendurchlässig.Radiation-permeable fluoropolymers are surprisingly also suitable at high temperature (in some cases well above 150 ° C.), in the simultaneous presence of short-wave radiation, such as UV radiation, due to their stability, but in particular their constant radiation transmission for radiation-transmissive elements of radiation-emitting optoelectronic devices. Even in the area of the largest radiation exposure, the area of the main radiation exit surface, they are stable and radiolucent over long periods of operation.
An strahlendurchlässige Elemente werden zudem deutlich höhere Anforderungen an die Strahlendurchlässigkeit (für einen breiten Strahlungsbereich z.B. auch für UV-Strahlung) über eine lange Betriebszeit hinweg gestellt, als an andere Komponenten der strahlungsemittierenden Vorrichtung z.B. Gehäusekomponenten, die sich nicht im Bereich der Hauptstrahlungsaustrittsfläche befinden. Fluorpolymere können jedoch auch für derartige Anwendungen eingesetzt werden. Radiolucent elements also have significantly higher requirements for radiopacity (for a wide radiation range, e.g., also for UV radiation) over a long period of operation than for other components of the radiation-emitting device, e.g. Housing components that are not in the area of the main radiation exit surface. However, fluoropolymers can also be used for such applications.
Im Gegensatz zu herkömmlichen optoelektronischen Vorrichtungen zeichnen sich die erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen also durch eine längere Lebensdauer, eine geringere Neigung zur Vergilbung und damit geringere Helligkeitsverluste aus.In contrast to conventional optoelectronic devices, the radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention are therefore characterized by a longer service life, a lower tendency to yellowing and thus lower brightness losses.
Im Folgenden wird auf verschiedene Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung eingegangen:In the following, various embodiments of the present invention will be discussed:
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung besteht das strahlungsdurchlässige Element aus dem Fluorpolymer.In one embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the radiation-transmissive element consists of the fluoropolymer.
In einer davon verschiedenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung weist das strahlungsdurchlässige Element das Fluorpolymer auf, sowie zumindest einen Zusatzstoff. Bei dem Zusatzstoff kann es sich z.B. um einen Farbstoff handeln. Es kann sich bei dem Zusatzstoff insbesondere um einen Wellenlängenkonversionsstoff handeln, der die vom strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiter ausgesandte Strahlung zumindest teilweise in eine längerwellige, also niederenergetischere, Strahlung überführen kann. In a different embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the radiation-transmissive element comprises the fluoropolymer and at least one additive. The additive may be e.g. to trade a dye. In particular, the additive may be a wavelength conversion substance which can at least partially convert the radiation emitted by the radiation-emitting optoelectronic semiconductor into radiation of longer wavelength, that is to say with lower energy.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich bei dem strahlungsdurchlässigen Element um ein Vergussmaterial. Hierbei weist das Vergussmaterial das Fluorpolymer auf oder kann aus dem Fluorpolymer bestehen.In a particularly preferred embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the radiation-transmissive element is a potting material. Here, the potting material on the fluoropolymer or may consist of the fluoropolymer.
Die Anforderungen an die Stabilität, insbesondere die Anforderungen an eine gleichbleibend gute Transmission gegenüber einem breiten Strahlungsspektrum bis hin zur UV-Strahlung sind für Vergussmaterialien besonders hoch, da das Vergussmaterial und der strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiter in direktem Kontakt miteinander stehen können. Das Vergussmaterial erfährt hierbei eine zusätzliche Temperaturerhöhung (z.B. aufgrund eines Stokes-Shifts). Insbesondere erfolgt die Abfuhr von Wärme über den Verguss und das Gehäuse sehr langsam, was zu erhöhten Temperaturen im Bereich des Vergussmaterials führen kann.The requirements for stability, in particular the requirements for a consistently good transmission over a broad radiation spectrum up to UV radiation are for Potting materials particularly high, since the potting material and the radiation-emitting optoelectronic semiconductor can be in direct contact with each other. The potting material experiences here an additional increase in temperature (eg due to a Stokes shift). In particular, the dissipation of heat via the potting and the housing takes place very slowly, which can lead to elevated temperatures in the region of the potting material.
Dadurch, dass es sich bei dem strahlungsdurchlässigen Element um ein Vergussmaterial handelt, ist es zudem möglich die erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelemente mit geringem Aufwand und somit kostengünstig zu fertigen.Due to the fact that the radiation-transmissive element is a potting material, it is also possible to manufacture the radiation-emitting components according to the invention with little effort and thus cost-effectively.
In einer davon verschiedenen Weiterbildung der Erfindung ist das strahlungsdurchlässige Element vom strahlungsemittierenden Halbleiter beabstandet (auch häufig als „Remote Anwendung“ bezeichnet). Es kann also beispielsweise ein Hohlraum zwischen dem strahlungsdurchlässigen Element und dem strahlungsemittierenden Halbleiter vorliegen. Auf diese Weise kann z.B. die thermische Belastung durch Vermeidung eines direkten Kontakts mit dem Halbleiter reduziert werden. In a different development of the invention, the radiation-transmissive element is spaced from the radiation-emitting semiconductor (often referred to as "remote application"). Thus, for example, there may be a cavity between the radiation-transmissive element and the radiation-emitting semiconductor. In this way, e.g. the thermal load can be reduced by avoiding direct contact with the semiconductor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung emittiert der strahlungsemittierende Halbleiter zumindest teilweise ultraviolette Strahlung. Ultraviolette strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen, wie z.B. UV-LEDs, werden für eine Vielzahl möglicher Anwendungen herangezogen. Sie werden zum Beispiel für Sterilisationszwecke eingesetzt, etwa zur Sterilisation von Oberflächen oder Wasser. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Zahnmedizintechnik, etwa das Aushärten von Zahnfüllungen. UV-Strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen kommen aber auch in der optischen Sensorik zum Einsatz. Eine Vielzahl von Analysetechniken im Bereich der Forensik wie auch der Human- oder Tiermedizin etwa zur Untersuchung von Körperflüssigkeiten, z.B. zur Proteinanalyse, greifen auf UV-Strahlungsemittierende Vorrichtungen zurück. Hinzu kommen Geräte zur Anwendung für Lichttherapien. Außerdem spielen UV-Strahlungsemittierende Vorrichtungen eine wichtige Rolle bei einer Reihe von Drucktechniken. Zudem können eine Reihe von Leuchtstoffbasierten strahlungsemittierenden Vorrichtungen mit UV-LED-Pumpen besonders effizient betrieben werden. In a particularly preferred embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the radiation-emitting semiconductor at least partially emits ultraviolet radiation. Ultraviolet radiation-emitting opto-electronic devices, such as e.g. UV LEDs are used for a variety of possible applications. They are used, for example, for sterilization purposes, for example for the sterilization of surfaces or water. Another field of application is dentistry, such as the hardening of dental fillings. However, UV radiation-emitting optoelectronic devices are also used in optical sensors. A variety of analysis techniques in the field of forensics as well as human or veterinary medicine, for example for the examination of body fluids, e.g. for protein analysis, rely on UV radiation emitting devices. There are also devices for use in light therapy. Additionally, UV radiation emitting devices play an important role in a variety of printing techniques. In addition, a number of phosphor-based radiation-emitting devices can be operated particularly efficiently with UV-LED pumps.
Die Stabilitätsanforderungen sind hierbei besonders hoch gegenüber der hochenergetischen UV-Strahlung. Auch muss das strahlendurchlässige Element trotz Einwirkung der kurzwelligen UV-Strahlung mit Wellenlängen kleiner 410 nm eine hohe Transmission gegenüber UV-Strahlung über die gesamte Betriebsdauer hinweg aufweisen. The stability requirements here are particularly high compared to the high-energy UV radiation. In addition, despite the action of the short-wave UV radiation having wavelengths of less than 410 nm, the radiolucent element must have a high transmission with respect to UV radiation over the entire service life.
Die Erfinder haben erkannt, dass strahlendurchlässige Elemente aufweisend Fluorpolymere, diese hohen Anforderung erfüllen. Herkömmliche Polymere sind dagegen meist nicht hinreichend stabil und in der Regel im UV-Bereich nicht strahlendurchlässig.The inventors have recognized that radiolucent elements comprising fluoropolymers meet this high requirement. Conventional polymers, however, are usually not sufficiently stable and usually not radiolucent in the UV range.
Die Transmission für UV-Strahlung ist bei Fluorpolymeren deutlich höher als bei herkömmlichen Polymeren. Herkömmliche Polymere besitzen in der Regel eine Absorptionskante bei etwa 350–400 nm, d.h. bei Wellenlängen kleiner 350 nm findet keine nennenswerte Transmission mehr statt. Fluorpolymere, wie sie im Falle der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, haben im Gegensatz zu herkömmlichen Polymeren oftmals auch noch bei Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 300 nm eine Transmission von mehr als 90%, oft größer oder gleich 94%. The transmission for UV radiation is significantly higher for fluoropolymers than for conventional polymers. Conventional polymers typically have an absorption edge at about 350-400 nm, i. at wavelengths smaller than 350 nm, no appreciable transmission takes place. Fluoropolymers, as used in the case of the present invention, often have a transmission of more than 90%, often greater than or equal to 94%, even at wavelengths in the range of 250 nm to 300 nm, in contrast to conventional polymers.
In einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung emittiert der strahlungsemittierende Halbleiter zumindest teilweise UV-Strahlung im Bereich von 400–320 nm (Nahes UV-Licht, Abkürzung UVA). Weiterhin kann der strahlungsemittierende Halbleiter auch zumindest teilweise UV-Strahlung im Bereich von 320–290 nm (Mittleres UV, Abkürzung UVB) oder gar UV-Strahlung im Bereich von 290–100 nm (Fernes UV, Abkürzung UVC) emittieren. In another development of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the radiation-emitting semiconductor at least partially emits UV radiation in the range of 400-320 nm (near UV light, abbreviation UVA). Furthermore, the radiation-emitting semiconductor can also at least partially emit UV radiation in the range of 320-290 nm (average UV, abbreviation UVB) or even UV radiation in the range of 290-100 nm (far UV, abbreviation UVC).
Strahlungsdurchlässige Elemente aufweisend Fluorpolymere sind gegenüber den genannten UV-Strahlungsarten und häufig sogar gegenüber noch kurzwelligeren UV-Strahlungsarten (z.B. Vakuum UV oder gar extremes UV) stabiler als herkömmliche Polymere und für gewöhnlich auch strahlendurchlässiger als herkömmliche Polymere.Radiation-permeable elements comprising fluoropolymers are more stable than conventional polymers and more radiolucent than conventional polymers over the aforementioned types of UV radiation, and often even against even shorter wavelength UV radiation (e.g., vacuum UV or even extreme UV).
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung weist einen Gehäusekörper auf, der ebenfalls zumindest ein Fluorpolymer umfasst, wobei der Gehäusekörper mit dem strahlungsdurchlässigen Element in Kontakt steht. A further preferred embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention has a housing body, which likewise comprises at least one fluoropolymer, wherein the housing body is in contact with the radiation-transmissive element.
Dadurch, dass sowohl Gehäusekörper wie auch das strahlendurchlässige Element gleichermaßen ein Fluorpolymer aufweisen, kann die Stabilität der strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen weiter erhöht werden. Beispielsweise ist es möglich, dass an den Kontaktstellen zwischen dem strahlungsdurchlässigen Element und dem Gehäusekörper aufgrund hoher Temperaturen und hochenergetischer Strahlung in manchen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen Degradation bevorzugt aufritt und diese Stellen daher einen Schwachpunkt in der Gesamtanordnung darstellen. Durch die Fertigung beider Komponenten, Gehäusekörper und strahlungsdurchlässiges Element, jeweils aus Fluorpolymeren mit ähnlichen chemischen Eigenschaften ist eine besonders innige Verbindung der Komponenten möglich, was sich positiv auf die Gesamtlebensdauer auswirken kann. Auch ein Vergilben im Bereich der Kontaktstellen könnte so möglicherweise vermieden werden. The fact that both housing body as well as the radiolucent element equally comprise a fluoropolymer, the stability of the radiation-emitting optoelectronic devices can be further increased. For example, it is possible for degradation to occur at the contact points between the radiation-transmissive element and the housing body due to high temperatures and high-energy radiation in some radiation-emitting optoelectronic devices, and these points therefore represent a weak point in the overall arrangement. By manufacturing both components, housing body and radiation-transmissive element, each of fluoropolymers with similar chemical properties, a particularly intimate connection of the components is possible, which can have a positive effect on the overall service life. Also, a yellowing in the area of the contact points could possibly be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform besteht der Gehäusekörper aus einem Fluorpolymer.In a further embodiment, the housing body is made of a fluoropolymer.
Es ist darüber hinaus möglich, dass sowohl der Gehäusekörper als auch das strahlungsdurchlässige Element dasselbe Fluorpolymer aufweisen oder aus demselben Fluorpolymer bestehen. Bei einer Verwendung des gleichen Fluorpolymers ist es möglich die Verbindung der beiden Komponenten besonders stabil zu gestalten.It is also possible that both the housing body and the radiation-transmissive element have the same fluoropolymer or consist of the same fluoropolymer. When using the same fluoropolymer, it is possible to make the compound of the two components particularly stable.
Alternativ ist es auch möglich, dass das strahlungsemittierende Element ein Fluorpolymer aufweist oder aus einem Fluorpolymer besteht, während der Gehäusekörper ein Fluorpolymer lediglich als Matrixmaterial aufweist, in das weitere Materialien z.B. strahlungsreflektierende Partikel aus anorganischen Oxiden, wie etwa TiO2, eingebracht sein können. Auf diese Weise kann das Gehäusematerial weiß und damit hoch reflektierend eingefärbt werden. Beispielsweise kann das Gehäuse auch poröse Fluorpolymere aufweisen, die eine besonders hohe Reflexion z.B. größer 90% z.B. 95% aufweisen. So kann z.B. ein strahlendurchlässiges Fluorpolymer für das strahlendurchlässige Element mit einem reflektierenden Fluorpolymer für das Gehäuse kombiniert werden.Alternatively, it is also possible for the radiation-emitting element to comprise a fluoropolymer or to consist of a fluoropolymer, while the housing body has a fluoropolymer merely as matrix material, into which further materials, for example radiation-reflecting particles of inorganic oxides, such as TiO 2 , can be introduced. In this way, the housing material can be colored white and thus highly reflective. For example, the housing can also have porous fluoropolymers which have a particularly high reflection, for example greater than 90%, for example 95%. For example, a radiolucent fluoropolymer for the radiolucent element may be combined with a reflective fluoropolymer for the housing.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung weist das Fluorpolymer eine erste wiederkehrende Struktureinheit A der folgenden allgemeinen Formel auf: wobei die Substituenten X1 bis X4 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend:
- – Wasserstoff,
- – Halogen, insbesondere Chlor und Fluor,
- – R
- – OR wobei der Rest R jeweils ein Kohlenwasserstoffrest C1-C10 oder ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest C1-C10 sein kann,
- - hydrogen,
- Halogen, in particular chlorine and fluorine,
- - R
- OR wherein the radical R may in each case be a hydrocarbon radical C 1 -C 10 or a fluorinated hydrocarbon radical C 1 -C 10 ,
Hierbei und im Folgenden steht das Zeichen „*“ für Bindungsstellen der wiederkehrenden Struktureinheit, welche mit der nächsten wiederkehrenden Struktureinheit verbunden sind. Außerdem können am Ende der Polymerkette Endgruppen das Polymer abschließen, die beispielsweise aus der gleichen Gruppe von Substituenten ausgewählt sein können wie die Substituenten X1 bis X4. Es sind aber auch andere gängige Endgruppen denkbar.Here and below, the symbol "*" stands for binding sites of the recurring structural unit, which are connected to the next recurring structural unit. In addition, at the end of the polymer chain end groups can close the polymer, which may for example be selected from the same group of substituents as the substituents X 1 to X 4 . But there are also other common end groups conceivable.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass Polymere mit der besagten wiederkehrenden Struktureinheit A besonders gut geeignet für die erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen sind. The inventors of the present invention have recognized that polymers having said repeating structural unit A are particularly suitable for the radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn zumindest zwei der Reste X1-X4 Fluoratome sind. Noch weiter bevorzugt ist es, wenn zumindest drei oder genau drei der Reste X1-X4 Fluoratome sind. In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform sind vier der Reste Fluoratome. Insgesamt gilt, dass sich die Stabilität mit zunehmender Zahl der Fluoratome erhöht. In particular, it is preferred if at least two of the radicals X 1 -X 4 are fluorine atoms. Still more preferably, if at least three or exactly three of the radicals X 1 -X 4 fluorine atoms. In another particularly preferred embodiment, four of the radicals are fluorine atoms. Overall, the stability increases with increasing number of fluorine atoms.
R kann ein Kohlenwasserstoffrest C1-C10 sein, wobei es bevorzugt ist, wenn R ein Kohlenwasserstoffrest C1-C5, insbesondere C1-C3 ist. Bei dem Kohlenwasserstoffrest kann es sich beispielsweise um gesättigte, ungesättigte, normale oder verzweigte sowie zyklische Kohlenwasserstoffreste, insbesondere Alkylreste handeln. Aber auch aromatische Reste sind denkbar. R kann unsubstituiert oder substituiert sein. R can be a hydrocarbon radical C 1 -C 10 , it being preferred for R to be a hydrocarbon radical C 1 -C 5 , in particular C 1 -C 3 . The hydrocarbon radical may be, for example, saturated, unsaturated, normal or branched and cyclic hydrocarbon radicals, in particular alkyl radicals. But also aromatic residues are conceivable. R can be unsubstituted or substituted.
Insbesondere bevorzugt ist es, wenn R ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest C1-C10 ist, beispielsweise ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest mit bis zu fünf (C1-C5) oder weiter bevorzugt mit bis zu drei Kohlenstoffatomen (C1-C3). R kann beispielsweise die allgemeine Formel -CnF2n+1 aufweisen (mit n kleiner oder gleich 10, bevorzugt n kleiner oder gleich 5, oder mit n kleiner oder gleich 3). Beispielsweise kann der Rest R also eine CF3-Gruppe sein, eine C2F5-Gruppe oder eine C3F7-Gruppe. Aber auch nicht vollständig fluorierte Gruppierungen oder längere Ketten sind denkbar. Je höher der Grad der Fluorierung umso stabiler ist im Allgemeinen das Fluorpolymer.It is particularly preferred if R is a fluorinated hydrocarbon radical C 1 -C 10 , for example a fluorinated hydrocarbon radical having up to five (C 1 -C 5 ) or more preferably having up to three carbon atoms (C 1 -C 3 ). R can, for example, have the general formula -C n F 2n + 1 (with n less than or equal to 10, preferably n less than or equal to 5, or with n less than or equal to 3). For example, the radical R can thus be a CF 3 group, a C 2 F 5 group or a C 3 F 7 group. But not completely fluorinated groups or longer chains are conceivable. The higher the degree of fluorination, the more stable the fluoropolymer in general.
Besonders bevorzugt ist es allgemein wenn R ein perfluorierter Kohlenwasserstoffrest ist. Die Einführung eines Restes R oder OR für zumindest einen oder genau einen der Substituenten X1 bis X4 führt zu einer besseren Verarbeitbarkeit des Fluorpolymers, insbesondere wird das Fluorpolymer dadurch besser gießbar. Dies eröffnet eine Verarbeitung über vielfältige thermoplastische Verfahren und ist beispielsweise auch für die Nutzung von Fluorpolymeren als Teil von Vergussmaterialien von entscheidender Bedeutung. It is particularly preferred in general if R is a perfluorinated hydrocarbon radical. The introduction of a radical R or OR for at least one or exactly one of the substituents X 1 to X 4 leads to a better processability of the fluoropolymer, in particular the fluoropolymer is thereby better castable. This opens up processing through a variety of thermoplastic processes and is also crucial for the use of fluoropolymers as part of potting materials, for example.
Eine Verarbeitung mittels Gießen, Spritzgießen, Folien- oder Schlauch-Extrusion sind nur einige wenige Beispiele von möglichen Verarbeitungstechniken. Derartige Fluorpolymere haben also gegenüber herkömmlichen Fluorpolymeren Vorteile in der Verarbeitung und ermöglichen insbesondere eine großtechnische Fertigung. Processing by casting, injection molding, film or tube extrusion are but a few examples of possible processing techniques. Such fluoropolymers thus have advantages over conventional fluoropolymers in processing and in particular enable large-scale production.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei A um eine wiederkehrende Struktureinheit ausgewählt aus der Gruppe der wiederkehrenden Struktureinheiten der folgenden allgemeinen Formeln: In a preferred embodiment, A is a repeating structural unit selected from the group of repeating structural units of the following general formulas:
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Fluorpolymer um ein zum Spritzgießen geeignetes Fluorpolymer. Besonders bevorzugt sind schmelzbare fluorhaltige Thermoplaste als Fluorpolymere. Diese Polymere sind mittels Spritzguss oder Extrusion leicht zu verarbeiten.In a particularly preferred embodiment, the fluoropolymer is a fluoropolymer suitable for injection molding. Particular preference is given to meltable fluorine-containing thermoplastics as fluoropolymers. These polymers are easy to process by injection molding or extrusion.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Fluorpolymer um spritzgießfähiges modifiziertes Polytetrafluorethylen (PTFE). (Herkömmliches PTFE ist nicht zum Spritzguss geeignet. PTFE geht zwar bei Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand über, ist aber nach dem Aufschmelzen der kristallinen Bereiche nicht genügend fließfähig und kann daher nicht thermoplastisch verarbeitet werden.) Ein Beispiel für ein thermoplastisches, spritzgießfähiges auf modifiziertem PTFE basierendes Fluorpolymer ist das Fluorpolymer mit Markenname Moldflon® der Firma Elring Klinger.In another embodiment, the fluoropolymer is injection-moldable modified polytetrafluoroethylene (PTFE). (Conventional PTFE is not suitable for injection molding.) PTFE is thermoset when heated, but does not flow sufficiently after melting the crystalline areas and therefore can not be thermoplastic.) An example of a thermoplastic, injection moldable on modified PTFE based fluoropolymer is the fluoropolymer brand name Moldflon ® Elring Klinger.
In einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, ist das Fluorpolymer ein Copolymer, das neben der ersten Struktureinheit A zumindest eine weitere von der ersten Struktureinheit A verschiedene Struktureinheit B der allgemeinen Formel umfasst,
wobei die Substituenten Y1 bis Y4 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend:
- – Wasserstoff,
- – Halogene, insbesondere Chlor und Fluor,
- – R,
- – OR, wobei der Rest R jeweils ein Kohlenwasserstoffrest oder ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest C1-C10 sein kann
wherein the substituents Y 1 to Y 4 are each independently selected from the group comprising:
- - hydrogen,
- Halogens, in particular chlorine and fluorine,
- - R,
- - OR, wherein the radical R may each be a hydrocarbon radical or a fluorinated hydrocarbon radical C 1 -C 10
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass Copolymere der beschriebenen Form mit zwei verschiedenen wiederkehrenden Struktureinheiten A und B besonders gut geeignet für strahlungsdurchlässige Elemente für erfindungsgemäße strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen sind. Durch den Einsatz von Copolymeren der beschriebenen Form sind Fluorpolymere zugänglich, die sich besonders gut zum Vergießen eignen. Die Verschiedenartigkeit der Struktureinheiten A und B erlaubt es die Eigenschaften des Copolymers flexibel anzupassen und z.B. die Gießfähigkeit zu optimieren oder andere Eigenschaften des Polymers einzustellen (z.B. Flexibilität, chemische Beständigkeit, Temperaturbeständigkeit, Feuerfestigkeit, mechanische Stärke, Verarbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen, optische Eigenschaften).The inventors of the present invention have found that copolymers of the described form having two different repeating structural units A and B are particularly suitable for radiation-transmissive elements for radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention. The use of copolymers of the form described makes it possible to obtain fluoropolymers which are particularly suitable for casting. The diversity of the structural units A and B allows the properties of the copolymer to be flexibly adapted and e.g. to optimize pourability or to adjust other properties of the polymer (e.g., flexibility, chemical resistance, temperature resistance, refractoriness, mechanical strength, low temperature processability, optical properties).
Optoelektronische Vorrichtungen der beschriebenen Form sind mit einem besonders geringen Aufwand anzufertigen und somit kostengünstig herstellbar. Gleichzeitig zeichnen sie sich durch eine hohe Transmission gegenüber einem breiten Strahlungsspektrum, z.B. auch im UV-Bereich aus, welche auch bei fortwährendem Betrieb trotz der Strahlenbelastung und hohen Temperaturen bestand hat. Optoelectronic devices of the form described are to be made with a particularly low cost and thus inexpensive to produce. At the same time they are characterized by a high transmission over a wide radiation spectrum, e.g. also in the UV range, which also existed during continuous operation despite the radiation exposure and high temperatures.
Insbesondere in dem Fall, dass zumindest einer oder genau einer der vier Substituenten Y1 bis Y4 eine Gruppe R oder eine Gruppe OR ist, wird die Gießfähigkeit des Polymers beträchtlich verbessert.In particular, in the case that at least one or exactly one of the four substituents Y 1 to Y 4 is a group R or a group OR, the pourability of the polymer is considerably improved.
Für R sind grundsätzlich jeweils die gleichen Reste denkbar, wie bereits für die Struktureinheit A beschrieben. Die im Zusammenhang mit der Struktureinheit A aufgeführten Effekte für bestimmte Reste R sind auch im Hinblick auf die Struktureinheit B zutreffend. Besonders bevorzugt ist es dabei wiederum, wenn R ein fluorierter oder gar perfluorierter Kohlenwasserstoffrest z.B. mit der allgemeinen Formel -CnF2n+1 ist (mit n kleiner oder gleich 10, bevorzugt n kleiner oder gleich 5, oder mit n kleiner oder gleich 3). Beispielsweise kann R gleich -CF3, -C2F5 oder -C3F7 sein.For R, in principle, the same radicals are conceivable, as already described for the structural unit A. The effects for certain radicals R listed in connection with the structural unit A are also applicable with regard to the structural unit B. It is again particularly preferred in this case if R is a fluorinated or even perfluorinated hydrocarbon radical, for example of the general formula -C n F 2n + 1 (where n is less than or equal to 10, preferably n is less than or equal to 5, or n is less than or equal to 3 ). For example, R may be -CF 3 , -C 2 F 5 or -C 3 F 7 .
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung handelt es sich bei dem Fluorpolymer um ein Copolymer mit einer ersten Struktureinheit A und einer zweiten Struktureinheit B, wobei die Struktureinheit A ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: und wobei die Struktureinheit B ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: wobei R jeweils ein Kohlenwasserstoffrest C1-C10 oder ein fluorierter Kohlenwasserstoffrest C1-C10 sein kann. In a further embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention, the fluoropolymer is a copolymer having a first structural unit A and a second structural unit B, wherein the structural unit A is selected from the group comprising: and wherein the structural unit B is selected from the group comprising: where each R can be a hydrocarbon radical C 1 -C 10 or a fluorinated hydrocarbon radical C 1 -C 10 .
R kann jeweils wiederum die schon zuvor beschriebenen Reste umfassen.In turn, R may in each case comprise the radicals already described above.
Copolymere der beschriebenen Form sind nicht nur UV-stabil, thermisch stabil, chemisch resistent und zugleich nachhaltig durchlässig für UV-Strahlung, sondern sie sind zugleich auch gekennzeichnet durch ihre gute Gießbarkeit und Verarbeitbarkeit und erlauben damit die Darstellung besonders leicht zu fertigender und kostengünstiger strahlungsemittierender optoelektronischer Vorrichtungen. Copolymers of the form described are not only UV-stable, thermally stable, chemically resistant and at the same time permanently permeable to UV radiation, but at the same time they are characterized by their good castability and processability and thus make the presentation particularly easy to manufacture and cost-effective radiation-emitting optoelectronic devices.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der das strahlungsdurchlässige Element ein Copolymer aufweist, das als Struktureinheit A eine Einheit der Formel umfasst. Copolymere mit dieser Struktureinheit A sind besonders stabil und strahlendurchlässig. Particularly preferred is an embodiment in which the radiation-transmissive element comprises a copolymer having as structural unit A a unit of the formula includes. Copolymers with this structural unit A are particularly stable and radiolucent.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymer um ein Blockcopolymer.In one embodiment, the polymer is a block copolymer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Fluorpolymer um ein Copolymer, das ein statistisches Copolymer ist. D.h. die Struktureinheiten A und B liegen statistisch verteilt vor.In a further embodiment of the invention, the fluoropolymer is a copolymer which is a random copolymer. That the structural units A and B are statistically distributed.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Copolymer ein periodisches Copolymer in welchem die Struktureinheiten A und B in einer wiederkehrenden regelmäßigen Ordnung vorliegen (z.B. ...-AAAA-B-AAAA-B-AAAA-... etc.). In one embodiment of the invention, the copolymer is a periodic copolymer in which the structural units A and B are in a recurring regular order (eg... AAAA-B-AAAA-B-AAAA -... etc.).
In einer weiteren und zugleich besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Copolymer eine alternierende Abfolge der Struktureinheiten A und B (also ...-A-B-A-B-A-B-...).In a further and at the same time particularly preferred embodiment, the copolymer has an alternating sequence of the structural units A and B (ie... A-B-A-B-A-B -...).
Insbesondere alternierende Copolymere zeichnen sich durch eine besonders gute Kombination guter UV-Strahlungsdurchlässigkeit, Beständigkeit und Verarbeitbarkeit aus.In particular, alternating copolymers are distinguished by a particularly good combination of good UV radiation permeability, stability and processability.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist das Fluorpolymer noch eine weitere von den Struktureinheiten A und B jeweils verschiedene Struktureinheit C auf, welche mit derselben allgemeinen Formel wie Struktureinheit B beschrieben werden kann.In a further embodiment of the invention, the fluoropolymer has a further structural unit C which differs in each case from the structural units A and B and which can be described by the same general formula as structural unit B.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nutzt als strahlungsdurchlässiges Element, ein strahlungsdurchlässiges Element aufweisend ein Fluorpolymer, bei dem es sich um ein
- – Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer (ECTFE),
- – Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE),
- – Perfluoralkoxy-Polymere (PFA),
- – Fluoriertes-Ethylen-Propylene-Copolymer(FEP),
- – Polyvinylfluorid (PVF),
- – Polychlortrifluorethylen (PCTFE),
- – Copolymer aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid (THV),
- – Copolymer aus Tetrafluorethylen und 2,2 Bis(trifluor methyl)-4,5-Difluor-1,3-Dioxolan (PTFE-AF)
- Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE),
- Ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE),
- Perfluoroalkoxy polymers (PFA),
- Fluorinated ethylene-propylene copolymer (FEP),
- Polyvinyl fluoride (PVF),
- - polychlorotrifluoroethylene (PCTFE),
- Copolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride (THV),
- Copolymer of tetrafluoroethylene and 2,2-bis (trifluoromethyl) -4,5-difluoro-1,3-dioxolane (PTFE-AF)
Das strahlungsdurchlässige Element kann auch Mischungen der genannten Polymere aufweisen oder aus einem oder mehreren der genannten Polymere bestehen. Zudem ist es möglich, dass das strahlungsdurchlässige Element modifizierte Formen der genannten Polymere aufweist. The radiation-transmissive element can also comprise mixtures of the stated polymers or consist of one or more of the stated polymers. In addition, it is possible that the radiation-transmissive element has modified forms of said polymers.
Besonders geeignet als strahlungsdurchlässiges Element für strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind strahlungsdurchlässige Elemente aufweisend das Polymer ECTFE. ECTFE ist ein Fluorpolymer, das durch Copolymerisation von Chlortrifluorethylen und Ethylen erhalten wird. Es weist somit als Struktureinheit A auf. Particularly suitable as a radiation-transmissive element for radiation-emitting optoelectronic devices according to the present invention are radiation-transmissive elements comprising the polymer ECTFE. ECTFE is a fluoropolymer obtained by copolymerization of chlorotrifluoroethylene and ethylene. It thus has as structural unit A on.
Als Struktureinheit B weist es auf.As structural unit B, it has on.
Die Struktureinheiten können beispielsweise in alternierender Abfolge vorliegen.The structural units can be present, for example, in alternating sequence.
Besonders geeignet als strahlungsdurchlässiges Element für strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch strahlungsdurchlässige Elemente aufweisend das Polymer ETFE, wobei es sich um ein Copolymer von Tetrafluorethylen und Ethylen handelt. Das Polymer besitzt als Struktureinheit A: Particularly suitable as a radiation-transmissive element for radiation-emitting optoelectronic devices according to the present invention are also radiation-transmissive elements comprising the polymer ETFE, which is a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene. The polymer has as structural unit A:
Als Struktureinheit B weist ETFE auf.Structural unit B is ETFE on.
ETFE besitzt eine besonders hohe UV-Strahlendurchlässigkeit und besitzt zudem eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine gute chemische Beständigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit. ETFE has a particularly high UV radiation permeability and also has high temperature resistance, good chemical resistance and high mechanical strength.
Bevorzugt sind auch strahlungsemittierende optoelektronische Vorrichtungen wobei das strahlungsdurchlässige Element PFA oder ähnliche Polymere aufweist. Insbesondere bevorzugt ist es dabei, wenn die Struktureinheit A aufweist und die Struktureinheit B aufweist.Radiation-emitting optoelectronic devices are also preferred, wherein the radiation-transmissive element comprises PFA or similar polymers. It is particularly preferred in this case if the structural unit A and the structural unit B having.
R ist definiert, wie für die allgemeine Formel der Struktureinheiten A und B bereits beschrieben. R is defined as already described for the general formula of the structural units A and B.
PFA besitzt eine gute chemische Beständigkeit, thermische Beständigkeit und zeigt eine hohe Feuerfestigkeit.PFA has good chemical resistance, thermal resistance and high fire resistance.
Beispielsweise kann ein entsprechendes Polymer durch Copolymerisation von Tetrafluorethylen und Perfluorvinylpropylether erhalten werden. PFA-basierte Polymere weisen einen fluorierten Alkoxy-Substituenten auf, der die Verformbarkeit des Polymers erhöht. Die Sauerstofffunktionalität verbessert zudem die Transparenz des Materials, zum Beispiel die Durchlässigkeit für UV-Strahlung wie dies für Vergussmaterialien der vorliegenden Erfindung erwünscht ist. Auf PFA basierte Fluorpolymere mit besonders guter Verarbeitbarkeit sind zum Beispiel die unter dem Markennamen „Hyflon® PFA“ von der Firma Solvay vertriebenen Fluorpolymere. Vielfach vergleichbare Eigenschaften weisen auch andere unter dem Markennamen „Hyflon®“ vertriebene Fluropolymere auf (z.B. „Hyflon® MFA“). For example, a corresponding polymer can be obtained by copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluorovinylpropyl ether. PFA-based polymers have a fluorinated alkoxy substituent that increases the plasticisability of the polymer. The oxygen functionality also enhances the transparency of the material, for example the transmission of UV radiation as desired for potting materials of the present invention. In PFA based fluoropolymers with particularly good processability include those sold under the brand name "Hyflon ® PFA" by Solvay Fluoropolymers. In many cases, comparable properties have other under the brand name "Hyflon ®" sold Fluoropolymers on (eg "Hyflon ® MFA").
Anstelle der Einführung eines Alkoxy-Substituenten ist es auch möglich durch die Einführung eines Alkyl-, insbesondere eine fluorierten Alkylsubstituenten die Verformbarkeit und damit die Gießbarkeit entsprechender Polymere zu erhöhen. Dies erfolgt zum Beispiel bei FEP, wobei es sich um ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und einer davon verschiedenen Monomereinheit auf der Basis eines zumindest teilweise fluorierten Olefins handelt (z.B. Hexafluorpropylen). FEP-Polymere besitzen als Struktureinheit A: Instead of introducing an alkoxy substituent, it is also possible to increase the ductility and thus the castability of corresponding polymers by introducing an alkyl, in particular a fluorinated, alkyl substituent. This is done, for example, in FEP, which is a copolymer of tetrafluoroethylene and a different monomer unit based on an at least partially fluorinated olefin (eg hexafluoropropylene). FEP polymers have as structural unit A:
Die Struktureinheit B ist: The structural unit B is:
R ist wiederum definiert, wie für die allgemeine Formel der Struktureinheiten A und B bereits beschrieben. R is in turn defined as already described for the general formula of the structural units A and B.
FEP-Polymere besitzen eine besonders gute UV-Strahlendurchlässigkeit chemische und thermische Beständigkeit und hohe Feuerfestigkeit. Sie ermöglichen zudem besonders glatte Oberflächen.FEP polymers have a particularly good UV radiation permeability chemical and thermal resistance and high fire resistance. They also allow particularly smooth surfaces.
Geeignet als Fluorpolymer in einer erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Vorrichtung ist zudem Polyvinylfluorid (PVF), das als wiederkehrende Struktureinheit A aufweist.Also suitable as a fluoropolymer in a radiation-emitting device according to the invention is polyvinyl fluoride (PVF), which is the recurring structural unit A having.
Ebenfalls geeignet als Fluorpolymer ist Polychlortrifluorethylen (PCTFE), dass als wiederkehrende Struktureinheit A aufweist.Also suitable as the fluoropolymer is polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), which as the repeating structural unit A having.
Besonders geeignet als Fluorpolymer in strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen ist zudem das Polymer THV. THV steht für das durch Copolymerisation von Tetrafluorethlyen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid gebildete Copolymer. Es weist als Struktureinheit A als Struktureinheit B und als eine dritte davon verschiedene wiederkehrende Struktureinheit C auf.In addition, the polymer is particularly suitable as a fluoropolymer in radiation-emitting optoelectronic devices. THV stands for the copolymer formed by copolymerization of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride. It has as structural unit A as structural unit B and as a third of them, a different recurring structural unit C on.
THV ist also ein Copolymer, das drei verschiedene wiederkehrende Struktureinheiten umfasst. Es besitzt besonders vorteilhafte optische Eigenschaften, eine hohe Flexibilität und ist auch bei niedrigen Temperaturen sehr gut verarbeitbar. Insbesondere die gute Verarbeitbarkeit auch bei tiefen Temperaturen des THV stellt einen besonderen Vorteil gegenüber vielen herkömmlichen Fluorpolymeren bei der Verwendung in den erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen dar.THV is thus a copolymer comprising three different repeating structural units. It has particularly advantageous optical properties, high flexibility and is very easy to process even at low temperatures. In particular, the good processability even at low temperatures of the THV is a particular advantage over many conventional fluoropolymers when used in the radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention.
Besonders geeignet als Fluorpolymer in erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtungen ist zudem das Polymer PTFE-AF, wobei es sich um ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und 2,2 Bis(trifluormethyl)-4,5-Difluor-1,3-Dioxolan handelt. PTFE-AF weist als wiederkehrende Struktureinheit A auf.Also particularly suitable as a fluoropolymer in radiation-emitting optoelectronic devices according to the invention is the polymer PTFE-AF, which is a copolymer of tetrafluoroethylene and 2,2-bis (trifluoromethyl) -4,5-difluoro-1,3-dioxolane. PTFE AF has as repeating structural unit A on.
Als weitere wiederkehrende Struktureinheit B weist PTFE-AF zudem auf.Another recurring structural unit B is PTFE-AF on.
Auch PTFE-AF zeigt besonders gute UV-Strahlendurchlässigkeit und Verarbeitbarkeit.Also PTFE AF shows particularly good UV ray transmission and processability.
Die aufgeführten Polymere sind Beispiele für besonders gut geeignete Fluorpolymere, bei denen es sich jeweils um fluorhaltige Thermoplaste handelt. Schmelzbare fluorhaltige Thermoplaste können mittels Spritzgießen und Extrusion gefertigt werden und sind somit besonders gut auch in großtechnischen Prozessen zu verarbeiten. Die genannten Fluorpolymere sind gängige im Handel verfügbare Polymere und sind somit leicht erhältlich. Auch modifizierte Formen der angeführten Polymere können in der vorliegenden Erfindung Anwendung finden. Wie am Beispiel von PFA aufgezeigt werden soll, gibt es häufig eine Vielzahl von Modifikationen der jeweiligen Polymere. So besitzt PFA als handelsübliche Modifikationen „PFA N“ mit verbesserten Adhäsionseigenschaften, „PFA FLEX“ mit erhöhter Verformbarkeit und „PFA UHP“ besitzt eine besonders hohe Reinheit. PFA FLEX und PFA UHP zeigen jeweils auch eine verbesserte Transmission und eine geringere „Crack-Anfälligkeit“ (also eine geringere Neigung unerwünschte Risse bzw. Spalte auszubilden) und sind somit besonders für strahlendurchlässige Elemente geeignet. Strahlendurchlässige Elemente umfassend die genannten Polymere zeigen zudem in der Regel eine deutlich geringere Neigung zu vergilben als herkömmliche Polymere.The polymers listed are examples of particularly suitable fluoropolymers, which in each case are fluorine-containing thermoplastics. Meltable fluorine-containing thermoplastics can be manufactured by means of injection molding and extrusion, making them particularly suitable for use in large-scale processes. The fluoropolymers mentioned are common commercially available polymers and are thus readily available. Modified forms of the listed polymers can also be used in the present invention. As will be shown by the example of PFA, there are often a large number of modifications of the respective polymers. Thus, PFA has commercially available modifications "PFA N" with improved adhesion properties, "PFA FLEX" with increased ductility and "PFA UHP" has a particularly high purity. PFA FLEX and PFA UHP also each show an improved transmission and a lower "crack susceptibility" (ie a lower tendency to form undesirable cracks or gaps) and are thus particularly suitable for radiolucent elements. Radiation-permeable elements comprising said polymers also generally show a significantly lower tendency to yellow than conventional polymers.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannten Fluorpolymere beschränkt. However, the invention is not limited to the above fluoropolymers.
In einer weiteren Ausführungsform kann die mittlere Molekulare Masse der Fluorpolymere des strahlungsdurchlässigen Elements der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung im Bereich von 1000 g/mol bis 10000000 g/mol liegen, insbesondere zwischen 1000 g/mol und 1000000 g/mol, weiterhin bevorzugt zwischen 2000 g/mol und 800000 g/mol und am meisten bevorzugt zwischen 4000 g/mol und 500000 g/mol.In a further embodiment, the average molecular mass of the fluoropolymers of the radiation-transmissive element of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention in the range of 1000 g / mol to 10,000,000 g / mol, in particular between 1000 g / mol and 1,000,000 g / mol, more preferably between 2000 g / mol and 800,000 g / mol, and most preferably between 4000 g / mol and 500,000 g / mol.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung ist als lichtemittierende Diode (LED) ausgestaltet, die UV-Licht emittiert. Es handelt sich also um eine UV-LED.Another preferred embodiment of the radiation-emitting optoelectronic device according to the invention is designed as a light-emitting diode (LED) which emits UV light. It is therefore a UV LED.
Beispielsweise kann es sich bei der LED um einen Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip handeln. Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
- – an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche des Gehäusekörpers einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke
im Bereich von 20 µm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 µm auf; und - – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht – also einen strahlungsemittierenden optoeletkronischen Halbleiter – mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- On a first main surface of the housing body facing a carrier element of a radiation-generating epitaxial layer sequence, a reflective layer is applied or formed which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence;
- - The epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range of 10 microns; and
- - The epitaxial layer sequence contains at least one semiconductor layer - that is, a radiation-emitting optoeletkronischen semiconductor - with at least one surface having a mixing structure, which leads to an almost ergodic distribution of light in the epitaxial epitaxial layer sequence, that is, it has a possible ergodisch stochastic scattering behavior.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer strahlungsemittierenden optoelektronischen Vorrichtung, wobei es sich bei dem strahlungsdurchlässigen Element um ein Vergussmaterial (
Schritt A: Vorlegen eines Gehäusekörpers (
Schritt B: Vergießen des Halbleiters (
Durch die Nutzung eines gießfähigen Vergussmaterials kann das Fertigungsverfahren ohne großen technischen Aufwand und damit kostengünstig gestaltet werden. Eine direkte Verbindung der Komponenten des Gehäusekörpers, welcher den strahlungsemittierenden Halbleiter zumindest teilweise umgibt, mit dem Vergussmaterial ist durch das Vergießen leicht herstellbar. Auch ein Umschließen des Halbleiters mit dem Vergussmaterial, wobei beide in direktem Kontakt miteinander stehen kann so umgesetzt werden. Das Verfahren ist zeitsparend und geeignet für den großtechnischen Maßstab.By using a pourable potting the manufacturing process can be designed without great technical effort and thus cost. A direct connection of the components of the housing body, which at least partially surrounds the radiation-emitting semiconductor, with the potting material is easily produced by casting. Also enclosing the semiconductor with the Potting material, both of which are in direct contact with each other can be implemented. The process is time-saving and suitable for the industrial scale.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und Ausführungsformen. Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the following description of the figures and embodiments.
In den Figuren zeigt:In the figures shows:
Im Folgenden werden die jeweiligen Figuren bzw. Ausführungsformen zur Veranschaulichung näher beschrieben.In the following, the respective figures or embodiments are described in more detail for illustration.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0091] I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174-2176 [0091]
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