New polysiloxane based encapsulation materials for high energy LEDs

Abstract

In the development of new high-energy LEDs, there is a great need for encapsulation materials that increase luminous efficacy while being thermally stable at high operating temperatures. Polysiloxanes are widely used as encapsulation materials due to their optical transparency, chemical inertness, thermal stability and resistance to radiation degradation. One of the main drawbacks of them is their low refractive index. The aim of this work was to develop novel polysiloxanes and nanocomposites with increased refractive index while retaining the other positive properties of polysiloxane resins. New nanocomposites embedding hafnia or zirconia nanoparticles in polysiloxane matrices were synthesised. In a second approach, electron-rich atoms (Zr, Sn, Hf, and Ta) were copolymerised with siloxane monomers and thus incorporated into the polymer backbone. Both approaches only have a small increase in refractive index and had a significant effect on other parameters, such as viscosity. The third method investigated was based on the use of highly refractive, self-synthesised siloxane monomers containing oxy- gen or sulphur atoms in combination with phenyl or phenanthrenyl groups in the organic resi- dues on the silicon atom. To increase the mechanical flexibility, the obtained systems were copolymerised with low refractive index siloxane monomers. These copolymers were cured using a platinum-catalysed reaction and tested in real LED castings.

Bei der Entwicklung neuer Hochenergie-LEDs besteht ein großer Bedarf an Verkapselungsma- terialien, die die Lichtausbeute erhöhen und gleichzeitig bei den hohen Betriebstemperaturen thermisch stabil sind. Polysiloxane werden aufgrund ihrer optischen Transparenz, chemischen Inertheit, thermischen Stabilität und Strahlungsstabilität häufig hierfür eingesetzt. Einer ihrer Hauptnachteile ist ihr niedriger Brechungsindex. Ziel dieser Arbeit war es, neuartige Polysilo- xane und Nanokomposite mit erhöhtem Brechungsindex unter Beibehaltung der anderen posi- tiven Eigenschaften von Polysiloxanharzen zu entwickeln. Es wurden neue Nanokomposite synthetisiert, die Hafnia- oder Zirkonia-Nanopartikel in Polysiloxan-Matrizen einbetten. In ei- nem zweiten Ansatz wurden elektronenreiche Atome (Zr, Sn, Hf und Ta) mit Siloxanmonome- ren copolymerisiert und so in das Polymerrückgrat eingebaut. Beide Ansätze führten zur gerin- gen Erhöhung des Brechungsindexes und hatten signifikante Einflüsse auf andere Parameter, wie die Viskosität. Die dritte untersuchte Methode verwendete hochbrechende, selbstsyntheti- sierte Siloxanmonomere, die Sauerstoff- oder Schwefelatome in Kombination mit Phenyl- oder Phenanthrenylgruppen in den organischen Resten am Siliziumatom enthalten. Um die mecha- nische Flexibilität zu erhöhen, wurden die erhaltenen Systeme mit Siloxanmonomeren mit nied- rigem Brechungsindex copolymerisiert. Diese Copolymere wurden mit einer platinkatalysier- ten Reaktion ausgehärtet und in realen LEDs getestet.