JP6469004B2 - 光学組成物 - Google Patents

Description

本発明は、光学組成物、光学組成物を有する接着層、光学組成物を有する光学系、光学組成物、光学接着層及び光学系を各々製造する方法、並びに光学組成物の使用に関する。

光学エレメントのための接着剤又は光学接着層は光学的に透明な接続を提供しなければならない。このような接続は、通常、高い光束及び潜在的に高い温度に曝される。有機成分が使用された場合、光に対する暴露及び高い温度は、しばしば、黄変を生じさせ、当該接着剤での吸収が生じ、結果として光の損失が発生する。このような理由で、良好な温度及び光安定性を有するシリコーンがしばしば使用される。

更に、光学接着剤の屈折率を調整するために（例えば、固体発光デバイスからの高い光導出効率を達成するために屈折率を増加させるために）、所望の屈折率を有するナノ粒子をシリコーン材料と混合することができる。しかしながら、斯かる粒子を安定化させるためには、分散剤が必要とされる。通常の分散剤は有機化合物であるので、接着剤／接着層の黄変を助長する。

米国特許出願公開第2010/0025711号公報は、光学接着組成物及び該組成物を有するＬＥＤ光源を記載している。当該接着層は、ＬＥＤダイと光学エレメントとを結合するアモルファス有機ポリシロキサン網状組織を有している。該光学接着組成物は、表面改質された金属酸化物ナノ粒子と、式(R₁SiO_1.5)_n(OR₄)_n+2を有するシルセスキオキサンと、式(R₂)₂Si(OR₃)₂を有するジアルコキシシランとを有し、ここで、Ｒ_１〜Ｒ_４は有機基であり、ｎは少なくとも５の整数である。しかしながら、多くの有機構成物質の存在は、光及び固体光源の動作温度等の高い温度に曝された場合に当該組成物を黄変しやすくさせる。

従って、当業技術には、許容可能な程度に低い黄変の危険性しか生じない、粒子を安定化させることができる光学組成物を提供する必要性が依然として存在する。

本発明の目的は、この問題を克服すると共に黄変の危険性が低減された光学組成物を提供することである。

本発明の第１態様によれば、上記及び他の目的は、式［R-SiO_1.5］の繰り返し単位を有するポリシルセスキオキサンと、オプションとして置換される、ポリシロキサンと、前記ポリシロキサン中に分散される粒子とを有し、前記式において、各Ｒが、独立に、水素又はＣ_１〜Ｃ_１２アルキル、アリール、アルケン、アリーレン、アルケニル若しくはアルコキシである光学組成物により達成される。

ポリシルセスキオキサンは、如何なる他の有機安定剤の必要性も無しに、適切な溶媒中に粒子を分散させることができる。当該光学組成物中への粒子の組み込みは、電気光変換効率（wall-plug efficiency）の利得につながり得る。本発明の利点は、黄変の危険性が最小化されることに加えて、市販の製品との適合性である。ポリシルセスキオキサンのポリシロキサンとの混合は、当該材料の可撓性を改善すると共に、当該光学組成物の製造コストを減少させる。

一実施態様において、前記ポリシルセスキオキサンは当該光学組成物中で粒子を安定化させる。

他の実施態様において、各Ｒは、独立に、Ｃ_１〜Ｃ_１２アルキル又はアリール、好ましくはＣ_１〜Ｃ_６アルキル又はアリール、より好ましくはメチル（Ｍｅ）又はフェニル（Ｐｈ）である。

他の実施態様において、前記ポリシルセスキオキサンは、０.２〜０.８の範囲内の、好ましくは０.３〜０.５の範囲内のＲの全数に対するメチル基の数の比を有し、及び／又は０.２〜０.８の範囲内の、好ましくは０.５〜０.７の範囲内のＲの全数に対するフェニル基の数の比を有する。更に、当該光学組成物におけるＲの全数（繰り返し単位の数に対応する）に対する水酸基（ＯＨ）の数の比は、０.０２〜０.１の範囲内とすることができる。例えば、ＯＨ対Ｒの比は０.０３５〜０.０７の範囲内とすることができる。

当該光学組成物におけるポリシルセスキオキサンの数平均分子量は、８００〜１５００の範囲内、好ましくは１０００〜１２００の範囲内であり得る。当該光学組成物におけるポリシルセスキオキサンの重量平均分子量は、１５００〜２２００の範囲内、好ましくは１８００〜２０００の範囲内であり得る。当該ポリシルセスキオキサンは、少なくとも部分的に梯子型構造のものとすることができる。

当該光学組成物は、ポリシルセスキオキサン及びポリシロキサンの全重量に基づけば、少なくとも約５０重量％（例えば、少なくとも約８０重量％）に対応するポリシルセスキオキサンの含有量を有することができる。更に、本発明の実施態様において、ポリシルセスキオキサン対ポリシロキサンの重量比は、０.５〜９の範囲内、好ましくは１〜５の範囲内である。

本発明の実施態様において、前記ポリシロキサンはシリコーン樹脂であり得る。

本発明の一実施態様において、当該光学組成物は１００ｎｍより小さい、好ましくは７０ｎｍより小さい、より好ましくは５０ｎｍより小さい、更に一層好ましくは３０ｎｍより小さい粒径を持つ粒子を有する。小さな粒径は、透明性のために好まれ得る。他の実施態様において、当該粒子は、５０ｎｍ〜５μｍ又は１００ｎｍ〜５μｍの範囲内、好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、より好ましくは２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の粒径を有する。

本発明の実施態様において、前記粒子は、TiO₂、BaTiO₃、SrTiO₃、ZrO₂、Al₂O₃及びSiO₂並びにこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの酸化物を有することができる。代わりに又は加えて、当該粒子は蛍光体粒子及び／又は色素粒子を有することができる。

有利には、当該光学組成物における粒子は表面改質されていないものであり得る。当該粒子の表面改質は必要とされない。何故なら、シルセスキオキサンはシリコーン材料中に粒子を安定的に分散させることができるからである。

本発明の他の態様によれば、本明細書で説明される光学組成物を有する光学接着層が提供される。

他の態様によれば、本発明は、本明細書で説明される光学組成物、第１光学エレメント及び第２光学エレメントを有する光学系（光学システム）であって、前記第１光学エレメントが前記第２光学エレメントに前記光学組成物により光学的に結合される光学系を提供する。該光学系は、例えば、上記光学組成物、上記第１光学エレメントとしての光電子デバイス及び他の光学エレメントを有することができ、該他の光学エレメントは上記光電子デバイスに上記光学組成物により光学的に結合される。一実施態様において、上記第１光学エレメント及び第２光学エレメントの少なくとも一方は、固体光源、好ましくはＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードである。

本発明の他の態様によれば、光学組成物を作製する方法は、
ａ）ポリシルセスキオキサンを溶媒内で粒子と混合するステップと、
ｂ）ステップａ）からの混合物を粉砕して、該混合物の所望の平均及び／又は最大粒径を得るステップと、
ｃ）ステップｂ）からの混合物をポリシロキサンと混合するステップと、
ｄ）オプションとして、余分な溶媒を除去するステップと、
を有する。

本明細書で説明する光学接着層を製造する方法は、
ａ）基板を準備するステップと、
ｂ）該基板上に本明細書で説明する光学組成物を塗布するステップと、
ｃ）前記基板上の光学組成物を加熱するステップと、
ｄ）前記基板上の光学組成物を硬化させる又は該光学組成物が硬化するようにさせるステップと、
を有することができる。

本発明の他の態様によれば、光学系を製造する方法は、
ａ）第１光学エレメントを準備するステップと、
ｂ）本明細書で説明する光学組成物を前記第１光学エレメント上に塗布するステップと、
ｃ）前記光学組成物に接触させて第２光学エレメントを配置するステップと、
ｄ）前記光学組成物を硬化させる又は該光学組成物が硬化するようにさせるステップと、
を有する。

前記第１光学エレメントは、光電子デバイスであり得る。

他の態様によれば、本発明は、光学組成物を光学接着剤として使用する方法を提供する。

他の態様によれば、本発明は、式［R-SiO_1.5］の繰り返し単位を有するポリシルセスキオキサンを、ポリシロキサン材料中に粒子を分散させるために使用する方法であって、前記式において、各Ｒが、独立に、水素又はＣ_１〜Ｃ_１２アルキル、アリール、アルケン、アリーレン、アルケニル若しくはアルコキシである方法を提供する。

尚、本発明は請求項に記載されるフィーチャの全ての可能性のある組み合わせに関係するものであることに注意されたい。

本発明の上記及び他の態様は、本発明の実施態様を示す添付図面を参照して後に一層詳細に説明される。

図１は、本発明による光学組成物を有する光学接着層及び比較層の拡散反射対層厚を示すグラフである。

以下、本発明を、本発明の現在のところ好ましい実施態様が示された添付図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる態様で実施化することができるので、ここに記載される実施態様に限定されると見なされるべきではない。むしろ、これらの実施態様は完全さのために提示されたもので、当業者に対して本発明の範囲を十分に伝達するものである。尚、全体を通して同様の符号は同様の構成要素を参照している。

本明細書で使用される場合、光学組成物（optical composition）なる用語は、少なくとも部分的に透光性の組成物であって、オプションとして散乱、波長変換等の１以上の更なる機能を含む組成物を意味する。

本明細書で使用される場合、光学接着層なる用語は、少なくとも２つの光学エレメントの間の光学的に透明な接続をもたらす層を意味する。

本明細書で使用される場合、光学接着剤なる用語は、光学エレメント上に又は少なくとも２つの光学エレメントの間に接着剤として供給されるのに適した、光学的機能を果たす接着材料を意味する。

本明細書で使用される場合、光学エレメントなる用語は、発光、透光、波長変換、光方向変更、反射、散乱等の光学機能を有する如何なるエレメントをも含む。その例は、発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザダイオード及びこれらの部分、蛍光体エレメント又は層、レンズ、コリメータ、反射器、導波器、光学フィルタ等を含む。

発明者は、改質されたポリシルセスキオキサン（polysilsesquioxane）を有する組成物を、粒子の安定した分散をもたらし、かくして高い屈折率を有すると共に接着特性を有する光学組成物を形成するために使用することができることを見出した。有利にも、本発明による組成物は光学接着剤として使用することができる。

本発明による該光学組成物は、式［R-SiO_1.5］の繰り返し単位を有するポリシルセスキオキサン、オプションとして置換されるポリシロキサン（polysiloxane）及び典型的にはナノ粒子である粒子を有する。“Ｒ”は、アルキル（alkyl）、アリール（aryl）、アルケン（alkene）、アリーレン（arylene）、アルケニル（alkenyl）、アルコキシ（alkoxy）及び水素からなる群から選択することができる。

本発明によれば、ポリシルセスキオキサンは小さな粒子を適切な溶媒中に分散させることができる。粒子は光学組成物内に如何なる他の有機／通常の安定剤も必要とせずに分散され得る。従って、通常の安定剤の代わりに本発明による光学組成物を用いることにより、有利にも黄変（yellowing）の危険性が最小化され得る。

本発明による光学組成物は、更に、光学接着剤として使用することもできる。光学部品のための接着剤は、適切な屈折率の光学的に透明な接続を提供しなければならない。このような接続は、通常、高い光束及び潜在的に高い温度に曝される。本発明による光学組成物が優れた温度及び光安定性を提供することは有利である。

ポリシルセスキオキサンは、実験式R-SiO_1.5を有するシルセスキオキサン（silsesquioxane）単位のポリマである。ポリシルセスキオキサンは、完全に又は部分的に、梯子型構造又は立方体構造のものであり得る。

シルセスキオキサンは約１１５〜１５０ppm/Kの熱膨張係数を有している。該熱膨張係数は、光学装置で使用されるElastosil（Wackerにより供給される）及びKJR9226（Shin Etsuにより供給される）等の通常のシリコーンと比較して相対的に小さい。シルセスキオキサンは約１W/mKの熱伝導率を有し、該熱伝導率は通常のシリコーンのもの（０.２W/mK）と比較して相対的に高い。更に、シルセスキオキサンは高度に安定した材料である。

シルセスキオキサン材料は室温において固体であるが、約８０〜１２０℃の上昇された温度では、低分子量シルセスキオキサンは軟化し、このことは粘着性を増加させる。しかしながら、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン及びナノ粒子を有する組成物は、通常ポリシロキサンが室温において粘着性であるので、室温において既に粘着性であり得る。

シルセスキオキサンの屈折率は、典型的に、官能側基Ｒに依存する。本発明において、好ましくは、各シルセスキオキサン単位のＲは、独立に、Ｃ_１〜Ｃ_１２アルキル又はアリール、好ましくはＣ_１〜Ｃ_６アルキル又はアリール、より好ましくはメチル（Me）又はフェニル（Ph）である。官能基Ｒとしてメチル基を持つシルセスキオキサンは、約１.３９の屈折率を有する。官能側基Ｒとしてフェニル基を持つシルセスキオキサンは、約１.５９の屈折率を有する。このように、ポリシルセスキオキサンの屈折率は、或る程度、Ｒを適切に選択することにより調整することができる。或るシルセスキオキサン単位のＲ基は他のシルセスキオキサン単位のものとは相違し得るので、Ｒの全組成はＲの上記定義内で種々の基を有し得る。例えば、当該光学組成物のポリシルセスキオキサンは、Ｒがメチルである幾つかのシルセスキオキサン単位、及びＲがフェニルである他のシルセスキオキサン単位を有することができる。Ｒ基の全数に対するメチル基の数の比は、０〜１の範囲内、好ましくは０.２〜０.８の範囲内、より好ましくは０.３〜０.５の範囲内であり得る。Ｒ基の全数に対するフェニル基の数の比は、０〜１の範囲内、好ましくは０.２〜０.８の範囲内、より好ましくは０.５〜０.７の範囲内であり得る。このように、本発明による光学組成物は、全量の（全てのタイプの）Ｒ基に対する特定のタイプのＲ基の種々の比を有することができる。

シルセスキオキサンの屈折率の範囲は、通常のシリコーンの屈折率の範囲（１.４〜１.５６）より僅かに広くすることができる。ポリシルセスキオキサンを本発明の実施態様により高屈折率ナノ粒子と組み合わせることにより、当該光学組成物の屈折率は１.８まで又は２.０までにもすることができる。しかしながら、用途に依存して、該屈折率は上記ポリシルセスキオキサン及び／又は粒子を適切に選択することにより、より低い値に調整することもできる。

本発明に使用することが可能なポリシルセスキオキサンを有する材料の一例は、約０.７なるＲの全数に対するフェニルの数の比及び約０.３なるＲの全数に対するメチルの数の比を有する市販製品ABCR127719（ＡＢＣＲから供給されている）である。本発明に使用することが可能なポリシルセスキオキサンを有する材料の他の例は、約０.５なるＲの全数に対するフェニルの数の比及び約０.５なるＲの全数に対するメチルの数の比を有するSilres604（Wacker）である。

ポリシルセスキオキサンは、更に、水酸基（hydroxyl groups）を有することができる。Ｒの全数に対する水酸基（ＯＨ）の数の比は、０.０２〜０.１の範囲内とすることができる。Ｒの全数に対する水酸基の数の比は、例えば、０.０３５〜０.０７の範囲内であり得る。完全な籠構造のポリシルセスキオキサン内には、残留ＯＨ基は存在しない。梯子型構造及び／又は部分的に開いた籠構造のポリシルセスキオキサン内には、幾つかのＯＨ基が典型的に存在する。一例は、約０.０３５〜約０.０７の範囲内のＯＨ対Ｒの比を持つSilres604（Wackerにより供給されている）である。水酸基は、主にファンデルワールス力の形態でのナノ粒子との相互作用のみならず、静電相互作用及び／又は立体障害の責任を負うと信じられる。

本発明による光学組成物のポリシルセスキオキサンは、８００〜１５００の範囲内の、好ましくは１０００〜１２００の範囲内の数平均分子量を有し得る。Silres604（Wacker）型のポリシルセスキオキサンを有する材料の分析は、当該ポリシルセスキオキサンに関して約１１００の数平均分子量を示した。

更に、本発明による光学組成物のポリシルセスキオキサンは、１５００〜２２００の範囲内の、好ましくは１８００〜２０００の範囲内の重量平均分子量を有し得る。Silres604（Wacker）型のポリシルセスキオキサンを有する材料の分析は、当該ポリシルセスキオキサンに関して約１９００の重量平均分子量を示した。

当該ポリシルセスキオキサンに関する重量平均分子量対数平均分子量の比は、１.２〜２の範囲内、好ましくは１.４〜１.８の範囲内、より好ましくは約１.６であり得る。

本発明の光学組成物は、更に、ポリシロキサン（polysiloxane）、典型的には通常のシリコーン樹脂を有し得る。

ポリシロキサンは、実験式R^’ ₂SiOを有するシロキサンのポリマである。各繰り返し単位のＲ’は、独立に、水素、アルキル基、アルケン基及びアリール基からなる群から選択される有機基であり得る。上記アルキル基はメチル基であり得る。上記アルケン基はビニル基であり得る。上記アリール基はフェニル基であり得る。当該ポリシロキサンは、例えば、シリコーン樹脂であり得る。

前記ポリシルセスキオキサン及びポリシロキサンを混合することにより、ポリシロキサンの含有量がポリシルセスキオキサンの含有量に対して増加される場合、当該光学組成物の可撓性の増加を得ることができる。更に、当該光学組成物におけるポリシルセスキオキサン及びポリシロキサンの混合は、一層費用効果的な材料をもたらし得る。ポリシロキサンは、自身の粘着性により、良好な接着特性も提供する。

本発明による光学組成物におけるポリシルセスキオキサン対ポリシロキサンの比は、０.５〜９の範囲内で、好ましくは１〜５の範囲内で変化することができる。該ポリシルセスキオキサン対ポリシロキサンの比が９より大きい場合、当該光学組成物が幾つかの応用例に対し過度に脆くなり得る危険性が存在する。一方、該比が過度に小さい、０.５より小さい場合、前記粒子が当該光学組成物内に十分に良好に分散されないという危険性が存在する。

粒子は、移送及び特性の点で完全な単位として振る舞う小さな物体として定義される。本発明の光学組成物の粒子は、１ｎｍから１０μｍまで、好ましくは１ｎｍ〜２μｍの範囲内の平均粒径を有し得る。本発明の幾つかの実施態様において、当該粒子はナノ粒子であり得る。粒子直径又は平均粒径に関して、ナノ粒子は、約１ｎｍから１μｍ未満の、典型的には１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の寸法を有し得る。

本発明の実施態様において、粒子は少なくとも１つの酸化物を有し得る。該酸化物は、TiO₂、BaTiO₃、SrTiO₃、ZrO₂、Al₂O₃及びSiO₂からなる群から選択することができる。好ましいナノ粒子はSrTiO₃である。酸化物粒子は、有利には、１００ｎｍ以下の、好ましくは７０ｎｍ以下の、より好ましくは５０ｎｍ以下の、更に一層好ましくは３０ｎｍ以下の平均粒径を持つナノ粒子であり得る。小さな粒子を用いる利点は、透明性である。ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン及び上記酸化物粒子を混合することにより、適切な屈折率を有する、透明で一層熱伝導的で熱安定性の光学組成物を得ることができる。特に、TiO₂、BaTiO₃、SrTiO₃、ZrO₂及びAl₂O₃からなる群から選択された少なくとも１つの酸化物を有するナノ粒子を用いることにより、透明で高屈折率で熱安定性の光学組成物を得ることができる。

代替実施態様において、上記粒子は蛍光体粒子及び／又は色素粒子（pigment particles）を有することができる。蛍光体粒子及び／又は色素粒子は、１００ｎｍから２０μｍまでの、典型的には１００ｎｍ〜１μｍまでの（例えば２００ｎｍから５００ｎｍまでの）範囲内の平均粒径を有し得る。

本発明による光学組成物に対し、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン、及び相対的に大きな寸法（典型的には、マイクロメートル寸法）の蛍光体粒子を有するナノ粒子を混合することにより、高屈折率散乱コーティング及び改善された熱伝導率を持つ発光層を得ることができる。

本発明による光学組成物に対し、ポリシルセスキオキサン、ポリシロキサン、及び典型的に２００〜４００ｎｍの範囲内の粒径の色素粒子を有するナノ粒子を混合することにより、安定した着色材料、例えば白色反射器材料を得ることができる。

幾つかの実施態様において、当該光学組成物の粒子は、酸化物粒子、蛍光体粒子及び色素粒子の１以上を有することができる。該粒子は、オプションとして、ナノ粒子とすることができる。

本発明によれば、上記粒子は好ましくは表面改質されていない。“表面改質されていない”なる表現によれば、粒子が、例えば分散状態において粒子を安定化させるために、化学的に改質された表面を有さないことを意味する。特に、本発明に使用される粒子は、典型的に、有機表面改質を有さない。“有機表面改質”は、例えば、例えば揮発性炭化水素から生じる除去可能な汚染は含まない。本発明の幾つかの実施態様において、有利には、カルボン酸（carboxylic acids）、ホスホン酸（phosphonic acids）、アルコキシシラン（alkoxysilanes）又はこれらの組み合わせを含む表面改質剤は使用されない。というのは、これらは当該組成物の有機含有量を増加させ得、このことは黄変の危険性の増加につながり得るからである。

本発明によれば、上記粒子は、好ましくは、溶媒内においてAB127719（ＡＢＣＲ）又はSilres604（Wacker）等のポリシルセスキオキサンにより分散される。好適な溶媒の一例はブチルアセテート（butylacetate）を含む。

本発明による光学組成物を作製するために、上記粒子を上記ポリシルセスキオキサン及び上記溶媒と混合することができる。混合の後に、溶媒は取り除くことができる。このようにして、粒子はポリシルセスキオキサン内に実質的に分散されるのみとなり、該ポリシルセスキオキサンに対して粒子は弱い結合力のみにより影響し合うことができる。本発明によれば、粒子は典型的に、当該粒子に共有結合される如何なる表面改質剤によっても、又はカルボン酸塩（carboxylate）、リン酸塩（phosphate）若しくは硫酸塩（sulphate）等の強い相互作用を有するとして知られている基によっても表面改質されない。

当該光学組成物にナノ粒子を組み込むことにより、電気光変換効率（wall-plug efficiency）の利得を達成することができる。放射効率とも呼ばれる電気光変換効率は、当該系が電力を光パワーに変換するエネルギ変換効率である。該電気光変換効率は、入力電力に対する放射光束（即ち、全光出力パワー）の比として定義される。

本発明による光学組成物から光学接着層を形成することができる。この光学接着層は、相対的に厚く、無亀裂で、且つ、透明にすることができる。光学接着層は、オプションとして、２つの光学エレメントを接続するために使用することができる。光学接着層は、例えば固体発光源型発光装置のような光電子デバイス等の光学デバイスの、ドーム又は他の保護若しくはカプセル封入構造等の外部層を構成することもできる。

光学系（光学システム）は、当該光学組成物及び少なくとも１つの光学エレメントを有することができる。該光学組成物は上記少なくとも１つの光学エレメントに物理的に直接接触して配置することができる。本発明の実施態様において、当該光学システムは上記光学組成物と、第１光学エレメントと、第２光学エレメントとを有することができ、第１光学エレメントは本発明の実施態様による上記光学組成物により第２光学エレメントに光学的に結合される。第１光学エレメント及び／又は第２光学エレメントは、光電子デバイスであり得るか、又は光電子デバイスの一部を形成することができる。該光電子デバイスは、例えばＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードを組み込んだ固体型の発光デバイスであり得る。

有利にも、本発明による光学組成物は４５０ｎｍにおいて１.７８の（又はアルミナのものと少なくとも等しい）屈折率を示すことができ、このことは、ＬＥＤモジュールの熱管理に多結晶アルミナのサファイヤ等の高屈折率透明材料が使用される光学システムにおいて光損失を防止するために必要とされる。

上述した光学組成物は、
ａ）ポリシルセスキオキサン及び粒子を溶媒と混合する工程であって、上記粒子が塊状のもの又は凝集されたものであり得ると共に、約１００〜５０００ｎｍの粒径のものである工程と、
ｂ）工程ａからの混合物を粉砕して、該混合物の好ましくは１００ｎｍより小さな所望の平均粒径を得る工程と、
ｃ）オプションとして、工程ｂ）からの混合物をポリシロキサンと混合する工程と、
ｄ）オプションとして、余分な溶媒を除去する工程と、
により製造することができる。

光学組成物を製造するための上記工程は、室温で行うことができる。上記余分な溶媒は、減圧下において僅かに高い温度で除去することができる。僅かに高い温度は当該工程を速めることができる。

Silres604（Wacker）及びAB127719（ABCR）等のポリシルセスキオキサンを基材とする材料に含まれ得るポリシルセスキオキサンは、好ましくは、酸化物、蛍光体及び／又は色素を好ましくは有する選択された粒子、並びにブチルアセテート等の溶媒と混合される。

上記溶媒は、ポリシルセスキオキサン及びポリシロキサンの両方と相溶的（適合的）であり、且つ、減圧下において大幅に上昇された温度を必要とせずに除去することができる如何なる従来の溶媒とすることもできる。上記ポリシルセスキオキサン、粒子及び溶媒を混合して得られた混合物は、例えば、ジルコニア粉砕ボール、ZrSiO₄粉砕ボール、Al₂O₃粉砕ボール、ローラコンベア上のジルコニアビード又はビードミル（Dispermat; Netzsch）等の粉砕装置を用いて粉砕することができる。該粉砕の目的は、所望の平均粒径に到達することである。上記ポリシルセスキオキサン、ナノ粒子及び溶媒を混合並びに粉砕して得られた粉砕された混合物は、更に、ポリシロキサンと混合することができる。該ポリシロキサンは前述したようにシリコーン樹脂とすることができる。

余分な溶媒の除去は通常の又は低下された圧力の下で実行することができる。余分な溶媒の除去は、当該組成物の粘性を増加させる助けとなり、該組成物を小分け（供給）するのに適するようにさせる。また、後の段階において、溶媒は組成物を蒸発させることにより除去することもできる。

本発明の実施態様による光学接着層を製造する方法は：
ａ）基板を準備するステップと、
ｂ）該基板上に光学組成物を供給するステップと、
ｃ）前記基板上の光学組成物を加熱するステップと、
ｄ）前記基板上の光学組成物を硬化させる又は該光学組成物が硬化するようにさせるステップと、
を有することができる。

上記基板は、光学系の任意のエレメント（例えば、ガラス基板；レンズ、導波器等の光学エレメント；又は例えばＬＥＤ、ＯＬＥＤ若しくはレーザダイオードのような固体光源等の光電子デバイス若しくは該光電子デバイスの一部）とすることもできる。

当該光学組成物は、スピンコーティング又はブレードコーティング等の如何なる好適な従来の方法によっても上記基板上に供給することができ、これにより好ましくは該基板上に光学組成物の層を形成する。スピンコーティングは、典型的に、低粘度の組成物に対して使用される。該光学組成物の層の厚さは、１μｍ〜１０００μｍの範囲内、好ましくは１０μｍ〜２００μｍの範囲内、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍの範囲内であり得る。スピンコーティングを用いることにより、該層の厚さは典型的に１０μｍ〜３０μｍの範囲内となり得る。ブレードコーティングを用いることにより、該層の厚さは、典型的に、５０μｍ〜１５０μｍの範囲内、好ましくは８０μｍ〜１２０μｍの範囲内、より好ましくは約１００μｍとなり得る。該光学組成物の層の厚さは、好ましくは、前記基板の面積にわたり均一とする。

上記供給された光学組成物の層上に、追加の光学エレメントを配置することができる。該追加の光学エレメントは、例えば、レンズ、導波器等、又は例えばＬＥＤ、ＯＬＥＤ若しくはレーザダイオードのような固体光源等の光電子デバイス若しくは該光電子デバイスの一部とすることができる。このようにして、光学系を形成することができる。

当該光学組成物が上記基板に強固に付着するのを可能にするために、上記の供給された光学組成物を８０℃〜１２０℃の範囲の温度に加熱することが好ましい。しかしながら、該温度は１２０℃よりも更に一層高くすることもできる。温度の増加は当該光学組成物、特にポリシルセスキオキサンの粘着力を増加させ、これにより該光学組成物の基板に対する付着を向上させる。上記加熱は、余分な溶媒を除去することも助ける。

上記の基板上に供給された光学組成物を有する光学接着層は硬化させることができる。該光学組成物は、凝縮により、触媒反応により又はＵＶ照射により硬化させることができる。ポリシロキサンは、典型的に８０℃〜１２０℃の範囲内の又は更に高い温度までの加熱を要する、熱的に硬化する系であり得る。使用される材料に依存して、凝縮硬化又は触媒硬化の何れかが好まれ得る。ポリシルセスキオキサンは凝縮硬化され得る。該硬化は、ポリシルセスキオキサン及び、オプションとして、ポリシロキサンが網目構造を形成することを可能にする。当該光学組成物においてポリシルセスキオキサンのみをナノ粒子と共に（ポリシロキサンの添加はない）使用する場合、硬化により得られるポリシルセスキオキサン網目構造は相対的に脆くなる傾向があり得る。ナノ粒子と一緒のポリシルセスキオキサン及びポリシロキサンの混合は、硬化により得られる網目構造の可撓性を改善し得る。該可撓性は、相対的に厚く亀裂のない層の作製を可能にする。

加熱及び硬化の前では、ポリシルセスキオキサンは相対的に小さな分子量を有する。

従って、本発明の実施態様による光学組成物は、光を或る光学エレメントから他の光学エレメントに光学的に結合する、又は光学エレメントから光を導出する光学系において、光学接着剤若しくは光学接着層として又は封入剤として適用することができる。当該光学接着剤は透明又は半透明とすることができ、光損失を回避又は低減しながら、光が第１光学エレメントから当該光学組成物を介して、及びオプションとして第２光学エレメントへ伝達することを可能にする。当該光結合部は透明又は半透明とすることができ、光が第２光学エレメントから当該光学組成物及び第１光学エレメントを介して伝達することを可能にし、光損失を回避する。

［実施例１Ａ］光学組成物Ａの作製のためのナノ粒子安定化
試料容器内で、酸化物TiO₂を有する３ｇのナノ粒子、３ｇのシルセスキオキサンを基材とする材料（Wacker により供給されるSilres604、又はABCRにより供給されるAB127719）及び８ｇのブチルアセテートが混合された。

その後、上記混合物はジルコニア粉砕ボールを使用して粉砕された。粉砕の後、５６ｎｍなる粒径が動的光散乱を用いて測定された。相関関数は安定した分散を示すものであった。

［実施例１Ｂ］光学組成物Ｂの作製のためのナノ粒子安定化
試料容器内で、酸化物SrTiO₃を有する６ｇのナノ粒子、３ｇのシルセスキオキサンを基材とする材料（Silres604; Wacker、又はAB127719）及び１６ｇの溶媒（ブチルアセテート）が混合された。

その後、上記混合物はジルコニア粉砕ボールを使用して粉砕された。粉砕の後、６８ｎｍなる粒径が動的光散乱を用いて測定された。相関関数は安定した分散を示すものであった。

［実施例２］光学接着層の作製及び評価
先ず、上述した光学組成物を各々有する光学接着層液材が作製された。該液材を作製するために、シルセスキオキサンを基材とする材料（Silres604; Wacker）、溶媒（ブチルアセテート）及びナノ粒子（各々、TiO₂又はSrTiO₃）が、実施例１Ａ及び１Ｂにおいて説明したものと同様の方法で作製された。ナノ粒子母材比は、４５０ｎｍにおいて１.７５の屈折率（UV/Visスペクトル偏光解析器により測定された）を生じるように選択された。

その後、上記混合物は更にメチル／フェニル基のシリコーン樹脂（X45/717; Shin Etsu）と混合された。余分な溶媒（ブチルアセテート）は減圧下で除去された。

次に、ガラス基板が準備された。各基板上に、各光学接着層液材の層が配された。種々の層厚のものが、従来のスピンコーティング又はブレードコーティングにより塗布された。

その後、上記層は、使用されたシリコーン樹脂（X45/717; Shin Etsu）に関して推奨される硬化プロファイルに従って硬化された（ポリシルセスキオキサンの凝縮硬化及び熱処理により励起される触媒硬化）。結果としてのシルセスキオキサンを基材とする材料（Silres604; Wacker）及びメチル／フェニル基のシリコーン樹脂（X45/717; Shin Etsu）の上記ブレードコーティングされた厚い（１００μｍ）層は、９より小さなシルセスキオキサン基材材料対シリコーン樹脂の比において、完全に透明であり無亀裂を示した。本発明の実施態様（“X45/silres中のSrTiO₃”及び“X45/silres中のHTTi”）により作製された層の拡散反射が、水及びポリビニルピロリドン（polyvinylpyrrolidone）中に分散されたルチルTiO₂から形成された接着層（“pvp中のWJWR”）と比較された。その結果が図１に示されている。本発明の実施態様による光学組成物を有して作製された光学接着層は、TiO₂粒子を有する層に関して５μｍの層厚において小さな拡散反射率（２％）を示した。当該光学組成物を有して作製された光学接着層は、SrTiO₃粒子を有する層に関しても５μｍの層厚において小さな拡散反射率（７％；図には値は示されていない）を示した。SrTiO₃粒子がTiO₂粒子よりも高い拡散反射を示したとしても、TiO₂粒子を有する層が示し得る黄色みがかった色により、SrTiO₃粒子が時には好まれ得る。

［実施例３］ＬＥＤに対する当該光学組成物の高屈折率ドームの付属物を含む光学系の作製及びその評価
この例では、ＬＥＤが光学エレメントとして準備された。当該光学組成物を有する光学接着層液材が、実施例２で説明したように作製され、その後、当該ＬＥＤの発光面上に供給された。

粒子に関する以外上記実施例２において作製されたものと同様の、粒子を有さない他の光学接着層液材も作製され、参照例としての他のＬＥＤの発光面上に供給された。

残留溶媒が両光学接着層から除去され、続いてＬＥＤが８０〜１２０℃の温度まで加熱された。次いで、粒子を含む光学接着層液材及び粒子を含まない光学接着層液材の高屈折率ガラスドームが、各ＬＥＤ上に前記光学接着層と接触して塗布された。

上記ドームの各々を介して見た場合、見掛けのＬＥＤ面積は、粒子を有さない光学系の場合よりも粒子を有する光学系の場合の方が大きかった。この結果は、当該光学組成物内に良好に分散された粒子のお陰で、粒子を有する光学系の屈折率が一層高いことを示すものであった。電気光変換効率の利得が、積分球を用いて定量化された。電気光変換効率は、粒子のない系の場合１.２０であることが分かった。粒子を有する系の場合、電気光変換効率は１.２６まで達することが分かった。このように、電気光変換効率の利得は５％であった。

尚、当業者であれば、本発明が上述した好ましい実施態様に決して限定されるものではないことを理解するものである。逆に、添付請求項の範囲内において、多数の変更及び変形例が可能である。

更に、当業者であれば、請求項に記載された本発明を実施する際の図面、開示内容及び添付請求項の精査から、開示された実施態様に対する変形例を理解し実施化することができる。また、請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものでもない。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。

Claims (17)

1. 式［R-SiO_1.5］の繰り返し単位を有するポリシルセスキオキサンであり、前記式において、各Ｒは、独立に、水素又はＣ _１ 〜Ｃ _１２ アルキル、アリール若しくはアルケニルである、ポリシルセスキオキサンと、
   前記ポリシルセスキオキサンに混合される、式（R ₂ -SiO）の繰り返し単位を有するポリシロキサンであり、前記式において、各Ｒは、独立に、水素又はアルキル若しくはアリール基である、ポリシロキサンと、
   前記ポリシルセスキオキサン又は前記ポリシロキサン中に分散される粒子であり、有機表面改質を欠いている粒子と、
   を有する光学組成物であって、
   前記ポリシルセスキオキサンが当該光学組成物中において前記粒子を安定化させる、光学組成物。
2. 前記式［R-SiO _1.5 ］におけるＲが、Ｃ_１〜Ｃ_１２アルキル又はアリールである、請求項１に記載の光学組成物。
3. 前記ポリシルセスキオキサンが、０.２〜０.８の範囲内のＲの全数に対するメチル基の数の比、及び／又は０.２〜０.８の範囲内のＲの全数に対するフェニル基の数の比を有する、請求項２に記載の光学組成物。
4. 前記ポリシロキサンがシリコーン樹脂である、請求項１に記載の光学組成物。
5. 前記ポリシロキサンに対する前記ポリシルセスキオキサンの重量比が０.５〜９の範囲内である、請求項１に記載の光学組成物。
6. 前記粒子が１００ｎｍより小さな粒径を有する、請求項１に記載の光学組成物。
7. 前記粒子が、１００ｎｍ〜５μｍの範囲内の粒径を有する、請求項１に記載の光学組成物。
8. 前記粒子が、TiO₂、BaTiO₃、SrTiO₃、ZrO₂、Al₂O₃及びSiO₂並びにこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの酸化物を有する、請求項１に記載の光学組成物。
9. 前記粒子が蛍光体粒子を有する、請求項１に記載の光学組成物。
10. 請求項１に記載の光学組成物を有する、光学接着層。
11. 請求項１に記載の光学組成物、第１光学エレメント及び第２光学エレメントを有する光学系であって、前記第１光学エレメントが前記第２光学エレメントに前記光学組成物により光学的に結合される、光学系。
12. 前記第１光学エレメント及び前記第２光学エレメントの少なくとも一方が、固体光源である、請求項１１に記載の光学系。
13. 請求項１に記載の光学組成物を作製する方法であって、
    ａ）ポリシルセスキオキサンを粒子と溶媒内で混合するステップであり、前記粒子は、有機表面改質を欠いている、ステップと、
    ｂ）ステップａ）からの混合物を粉砕して、該混合物の所望の平均及び／又は最大粒径を得るステップと、
    ｃ）ステップｂ）からの混合物をポリシロキサンと混合するステップと、
    ｄ）オプションとして、余分な溶媒を除去するステップと、
    を有する、方法。
14. 請求項１１に記載の光学系を製造する方法であって、
    ａ）第１光学エレメントを準備するステップと、
    ｂ）請求項１に記載の光学組成物又は請求項１３に記載の方法により作製された光学組成物を前記第１光学エレメント上に塗布するステップと、
    ｃ）前記光学組成物に接触させて第２光学エレメントを配置するステップと、
    ｄ）前記光学組成物を硬化させる又は該光学組成物が硬化するようにさせるステップと、
    を有する、方法。
15. 光学接着剤として請求項１に記載の光学組成物の使用。
16. 式（R ₂ -SiO）の繰り返し単位を有するポリシロキサン材料を混合させ、前記ポリシロキサン材料中に粒子を分散させるための、式［R-SiO_1.5］の繰り返し単位を有するポリシルセスキオキサンの使用であって、前記式［R-SiO _1.5 ］において、各Ｒが、独立に、水素又はＣ_１〜Ｃ_１２アルキル、アリール若しくはアルケニルであり、前記式（R ₂ -SiO）において、各Ｒが、独立に、水素又はアルキル若しくはアリール基であり、前記粒子は、有機表面改質を欠いている、ポリシルセスキオキサンの使用。
17. 前記第１光学エレメント及び前記第２光学エレメントの少なくとも一方が、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードである、請求項１２に記載の光学系。