光电子器件、光学元件和其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电子器件、一种用于这种器件的光学元件以及用于制造光学元件和器件的方法。
【背景技术】
[0002]在例如发光二极管(LED)的光电子器件中，通常使用硅树脂作为囊封材料。然而，常用的硅树脂具有例如为0.2ff/(m * K)的小的热导率，使得由于在器件运行时的热负荷更长远来看能够在硅树脂囊封件中出现脆化和裂纹形成。由此，损害器件的光输出并且降低所述器件的使用寿命，因为湿气或有害气体能够进入到器件中。
[0003]为了减轻所述不利的效果，为囊封硅树脂必要时添加尤其在ym范围中的球形的S12颗粒，由此适度地提高囊封件的热导率。通常，该热导率小于0.4ff/(m女K)。当然，S12颗粒能够需要仔细地调整硅树脂的折射系数，因为否则由于光散射会强烈地降低器件的光输出。因此，如下光电子器件或光学元件对此是值得期望的，所述光电子器件或光学元件具有进一步改进的导热性和尽可能在光学元件中的小的光散射，这能够实现高的光输出。
【发明内容】
[0004]因此，要实现的目的在于:提出一种光电子器件，所述光电子器件的光学元件具有改进的导热性并且尽可能引起小的光散射。其他的目的在于:提出一种用于光电子器件和用于这种光学元件的制造方法以及该光学元件本身。
[0005]所述目的中的至少一个目的通过根据独立权利要求所述的光电子构件、光学元件以及用于其制造的方法来实现。从属权利要求提出有利的设计方案。
[0006]提出一种光电子器件。根据至少一个实施方式，光电子器件包括:
[0007]-壳体；
[0008]-发射辐射的或接收辐射的半导体芯片，所述半导体芯片设置在壳体中；
[0009]-光学元件，所述光学元件设置在器件的光路中；
[0010]其中光学元件包含两亲的嵌段共聚物，所述两亲的嵌段共聚物包含作为疏水聚合物的聚硅氧烷以及与其交联的亲水聚合物，和导热的纳米颗粒，所述纳米颗粒以分布在两亲的嵌段共聚物中的方式存在并且包括选自下述组的材料:金属、金属氧化物、金属氢氧化物和它们的组合。
[0011]光电子器件根据本申请也能够简称为“器件”。类似地，两亲的嵌段共聚物能够简称为“嵌段共聚物”，导热的纳米颗粒称作为“纳米颗粒”并且发射辐射的或接收辐射的半导体芯片称作为“半导体芯片”或“芯片”。
[0012]将术语“在……上”根据本申请不仅理解为以共同的边界面直接地、即紧接地设置元件、而且也理解为间接地设置，其中其他的元件能够存在于相叠设置的元件之间。类似地，当元件设置在第一元件上并且第二元件设置在元件的背离第一元件的一侧上时，元件设置在第一和第二元件“之间”，其中“在……上”如在上文中描述的那样理解。
[0013]将下述可能的路径理解为“器件的光路”，半导体芯片的辐射能够经由所述光路离开器件和/或耦合输出或者在接收辐射的半导体芯片中耦合输入到器件中并且能够到达芯片。根据本申请，术语“光路”和“器件的光路”同义地应用。
[0014]嵌段共聚物的两亲的特性基于:其包含疏水聚合物和与其交联的亲水聚合物。由此，嵌段共聚物具有亲水的和疏水的特性或区域。在该情况下，对于“共聚物”同义的是“聚合物链”或者“聚合物支路”;聚合物是嵌段共聚物的彼此交联的分子部分，所述嵌段共聚物能够分别包含多个所述分子部分。“疏水的”和“亲水的”是化学领域和材料科学中的常用术语并且在本申请的范围内相应地使用。疏水的物质、材料或分子部分因此不能够或仅能够少量与水混合、在水中溶解或者与水基本上仅进行范德瓦尔交互作用。亲水的物质、材料或材料分子相反地表现并且通常能够与水也进行氢键结合。
[0015]令人惊讶地发现:在嵌段共聚物的两亲的网络中能够在原位、即直接在嵌段共聚物中例如通过化学反应来产生导热的纳米颗粒。其结果是，导热的纳米颗粒尤其精细地且均匀地分布在光学元件中。不期望的积聚或沉淀在此能够尽可能地或完全地避免。相反于此，在制造常规的光学元件时，将预制的颗粒与硅树脂混合，使得它们能够积聚或下沉。
[0016]在原位产生纳米颗粒的另一个优点是:能够实现极其小的颗粒大小。纳米颗粒根据本申请具有小于10nm的平均直径。为了在常规的硅树脂中以精细分布的方式引入小的颗粒，有时需要数小时长的混合过程。积聚和沉淀的危险在此仍保持。
[0017]由于存在于两亲的嵌段共聚物中、更确切地说存在于网络的腔中的导热的纳米颗粒，显著地提高光学元件之内的热导率，使得能够更好地穿过光学元件导出热能。两亲的嵌段共聚物和分布在其中的纳米颗粒构成的混合物通常能够具有多0.4ff/(m * K)、尤其彡0.6ff/ (m * K)的热导率。热导率例如能够处于0.4至5ff/ (m * K)、尤其0.6至3ff/ (m *K)的范围中，使得所述热导率与混有S12颗粒的常规的硅树脂相比显著地提高。通常，光学元件中的至少80重量％、尤其至少90重量％、例如至少95重量％的聚合物化合物是两亲的嵌段共聚物(重量％=重量百分比)。光学元件中的全部聚合物化合物也都能够是两亲的嵌段共聚物。
[0018]光学元件中的高的热导率尤其能够归因于导热的纳米颗粒。根据至少一个实施方式，将“导热的”理解为如下材料，所述材料具有多3W/(m女K)、尤其多5W/(m女K)的热导率。纳米颗粒的热导率优选能够为彡1ff/(m卡K) ο
[0019]纳米颗粒的材料或纳米颗粒本身能够尽可能地、例如至少90重量％、尤其至少95重量%或完全地由金属、金属氧化物、金属氢氧化物和它们的组合构成。“金属”能是原本意义上的金属和/或是半金属，尤其是原本意义上的金属。同样地，“金属氧化物”和“金属氢氧化物”中所基于的金属能够是原本意义上的金属或半金属，其中其尤其为原本意义上的金属。硼(B)、娃(Si)、锗(Ge)、砷(As)、铺(Sb)、砸(Se)和碲(Te)属于半金属。“原本意义上的金属”因此是碱金属、碱土金属、过渡金属和第三至第六主族的与相应的主族的半金属相比具有更高原子序数的元素。在此，其尤其能够选自过渡金属。
[0020]由于改进的导热性，能够有效地穿过光学元件、例如远离半导体芯片将热能导出到光学元件的表面上。光学元件尤其能够导热地与半导体芯片连接，这例如能够以至少部分包裹的囊封件的形式构成。通过光学元件中的改进的导热性或改进的热管理，避免或至少推迟由于在器件运行期间的热作用引起的损坏、尤其是脆化和裂纹形成。由此，提高器件的使用寿命并且在长的时间段中确保通过光学元件的高的光可穿透性。因此，在发光器件的情况下，也能够在长的时间段中获得高的光输出。
[0021]导热的纳米颗粒尤其具有显著小于可见光的波长(400nm至800nm)的平均直径，使得在其上几乎不进行或完全不进行光散射。因此，导热的纳米颗粒也几乎不或完全不负面地作用于光通过光学元件的透射。如在由具有S12颗粒的硅树脂构成的常规的光学元件中通常所需的对折射率的耗费的调整因此取消。在根据本申请的光学元件中，因此，由于两亲的嵌段共聚物和导热的纳米颗粒的组合，所述纳米颗粒尤其能够在原位在嵌段共聚物中产生，显著地提高热导率进而确保光的高的透射率或高的光输出。
[0022]两亲的嵌段共聚物的聚合物或聚合物链能够平均具有至少100个单体单元、尤其至少500个单体单元。两亲的嵌段共聚物中的疏水聚合物是聚硅氧烷、即硅树脂，使得单体单兀是娃氧烧。在此，聚娃氧烧能够尤其是聚(一■烧基娃氧烧)、聚烧基_芳基娃氧烧、聚(二芳基硅氧烷)和它们的组合。“芳基”取代基根据本申请也包括取代的芳族取代基。“烷基”取代基能够线性地、分枝地或也环形地构成。
[0023]根据另一个实施方式，聚硅氧烷的取代基选自甲基、环己基、苯基和它们的组合。聚娃氧烧例如能够是聚(一■甲基娃氧烧)，聚(一■环乙基娃氧烧)，聚甲苯基娃氧烧，聚(一-苯基硅氧烷)或它们的混合物。其尤其能够是聚(二甲基硅氧烷)。
[0024]根据另一个实施方式，在两亲的嵌段共聚物中，疏水聚合物与亲水聚合物以50:50至95: 5、尤其60:40至90:10的质量比存在。两亲的嵌段共聚物因此主要包含聚硅氧烷、即疏水的聚