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TWI678551B - 智慧型光學材料、配方、方法、用途、物品、及裝置 - Google Patents

智慧型光學材料、配方、方法、用途、物品、及裝置 Download PDF

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TWI678551B
TWI678551B TW105114813A TW105114813A TWI678551B TW I678551 B TWI678551 B TW I678551B TW 105114813 A TW105114813 A TW 105114813A TW 105114813 A TW105114813 A TW 105114813A TW I678551 B TWI678551 B TW I678551B
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藍道Ｇ 施密特
Randall G. Schmidt
羅倫Ｍ 托吉
Lauren M. Tonge
徐勝清
Shengqing Xu
Original Assignee
美商道康寧公司
Dow Corning Corporation
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Publication date
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Abstract

一種智慧型光學材料，其特徵在於當該材料在環境溫度(

Description

智慧型光學材料、配方、方法、用途、物品、及裝置
本發明大致上係關於智慧型光學材料及相關的可固化配方、方法、用途、物品、及裝置。
不良的光輸出或透射效率係照明管理(light-managing)產業中的一大問題。如所預期般，之前的調方工程師未設想到使用霧的或混濁的材料作為光學封裝材料、波導、或連接器之情況。在邏輯上，他們使配方之成分的折射率匹配以使配方的透明度最大化。
B.Keller之US 2012/0235190 A1中提及了LED封裝之折射率匹配的材料。Keller考慮到發光二極體(LED)封裝中光散射的問題，該發光二極體封裝含有封裝材料，該封裝材料含有觸變劑，該觸變劑具有與該封裝材料的折射率不同之折射率。他聲稱未處理的發煙二氧化矽可具有近似1.46之折射率，並可混合於習知封裝材料，諸如具有1.51或更大折射率(index or refraction)的聚矽氧，中。Keller說明該觸變劑與該封裝材料之間的此折射率差可能導致該封裝材料展示出來自該LED之穿透該封裝材料的光之散射特性。折射率失配向給了封裝材料混濁的(即，非清透的)外觀，其可藉由減小來自該封裝的總光輸出而減小封裝發射效率。Keller之解決方案係含 有具有折射率匹配的增稠劑或觸變劑的封裝材料的LED封裝。該LED封裝展示出封裝材料混濁的減小或消除，以及封裝發射效率的增加。此允許增稠劑或觸變劑改變封裝材料的某些性質(例如機械性質或熱性質)同時不顯著改變封裝材料的光學性質。
光學配方之成分的折射率匹配不僅係光學封裝材料的標準，而且係波導及連接器的標準。調方工程師使用折射率匹配以使波導(如J.DeGroot等人之US 7,551,830 B2中所述)及光學連接器(如Z.Bilkadi等人之US 5,783,115中所提及)中的光透射率最大化。
在B.Ketola等人之WO 2010/141697A2中，折射率匹配亦用於太陽能模組。Ketola等人考慮到基於材料的選擇或操縱來改變光伏打模組之組件的光學性質。在一個實施例中，可為所欲的係選擇覆蓋(superstrate)材料(諸如玻璃)及封裝材料，此兩者提供在其折射率之間的小(即，<0.05)的失配以減少在玻璃-封裝材料界面處的反射量。該封裝材料可包含具有在玻璃折射率的特定範圍內(諸如在玻璃折射率的±0.05內)的折射率之聚矽氧材料。在另一實施例中，封裝材料的折射率係經選擇以大於覆蓋材料的折射率以減少逸出錐損失，如其中所述。
在K.S.Beom等人之KR 2014-085250 A中，折射率匹配用於顯示裝置。Beom等人考慮到某些顯示裝置之有機塑膠基材展示出黃變及混濁或霧度的問題。他們使用聚矽氧烷-聚碳酸酯共聚物基質與補強材料的複合片材，其中該補強材料的折射率及基質的折射率的差可小於0.01。該複合片材具有改良的透明度、光學穿透性、抗撓曲性、及表面強度。
如您可見，之前的調方工程師將霧的或混濁的光學材料視為 欲避免的問題。為了使透明度在室溫及高於室溫的溫度下最大化，他們捨棄了霧的或混濁的材料並使材料之成分的折射率匹配。混濁的或霧的材料(其使用未處理的填料)可在關閉狀態之光學裝置中略微遮蔽磷光體，但不可隱藏磷光體。且未處理的填料會降低材料在熱老化之後的抗龜裂性，並因此其可降低材料的光透射率及在導通狀態下的光學裝置的光輸出或透射效率。
其他調方工程師則使用偽裝的方式以欺騙眼睛，使其忽略不美觀的特徵。W.J.Ray之US 2014/0203316 A1中提及了在關閉狀態之LED裝置中將磷光體偽裝的技術。Ray考慮到調整含有磷光體層(諸如釔鋁石榴石(YAG)磷光體層)的LED發光結構的關閉狀態顏色的問題，故關閉狀態顏色在美觀上更令人滿意。在關閉狀態下，白色環境光線(ambient light)(諸如日光)射在該磷光體層上並提供磷光體粒子能量，使發光結構之整個表面呈現黃色。Ray使用LED晶粒，該LED晶粒含有藍色LED及透明黏合劑、黃色磷光體粉末、紫紅色玻璃珠、及青藍色玻璃珠的混合物。Ray將該混合物印在發光表面上方並使其固化以形成波長轉換層。當LED晶粒通電時，黃色磷光體光及藍色LED光的組合產生白光。當LED晶粒斷電時，環境光線(諸如日光)致使轉換層呈現出黃光、紫紅光、及青藍光的混合。為了美觀目的，Ray選擇了紫紅色珠粒及青藍色珠粒在混合物中的百分比，以產生轉換層的所欲關閉狀態顏色(諸如中性色(neutral color))。Ray之裝置中之磷光體雖然係可見的，但有經過偽裝，因此觀察者較難以單獨區分。
吾等(本發明者)所欲的是一種用來覆蓋或隱藏關閉狀態之 光學裝置中之波長轉換器(諸如磷光體)，且當裝置通電時，增加裝置的光輸出或透射效率之材料。材料應在室溫下係不透明的，但當加熱時具有良好的光透射率，且在熱老化後係抗龜裂的。
霧的或混濁的材料展示出略微的遮蔽，這個現象一般係由懸浮的微細粒子造成。光及模糊影像可穿透該等材料，但詳細的影像則無法穿透；可看見材料後面的物件，但無法明顯區分。因此，霧的或混濁的材料不能解決吾等之問題。
而偽裝也同樣不能解決吾等之問題。因為在關閉狀態之裝置中的磷光體仍係可見的，而偽裝材料(例如，有色玻璃珠)改變了黏合劑的顏色，且可能使其抗龜裂性更差。
在探索、測試、及初始失敗之後，吾等欣然地報告吾等對吾等問題的成功且具發明性的解決方案。該解決方案在照明中及照明之外皆具有用途。
本發明大致上提供智慧型光學材料，其藉助於不可自所屬技術領域預測的性質組合來解決吾等之問題。該智慧型光學材料可覆蓋或隱藏關閉狀態之光學裝置中之波長轉換器(諸如磷光體)，且當此類光學裝置通電時，增加來自此類光學裝置的光輸出或其光透射效率。該智慧型光學材料在25℃下係不透明的，但當加熱時具有良好的光透射率，且在熱老化之後係抗龜裂的。該智慧型光學材料之最基本的組成物對於人類肉眼而言係無色的。該智慧型光學材料之組成物相異於波長轉換器(諸如磷光體)之組成物。本發明亦提供有用於製造該等智慧型光學材料的可固化配方、製造該等智慧型光學材料的方法、在光學及非光學應用中使用該等智慧型 光學材料的方法、由該等智慧型光學材料組成的光學及非光學物品、使用該等智慧型光學材料的光學裝置、及在光學應用中使用該等光學裝置的方法。
本發明之實施例及某些優點可參照下列隨附之圖示加以說明描述。
圖1顯示本發明智慧型光學材料之實例及一種比較性非本發明材料的斷裂伸長率的曲線圖，所有數據皆在熱老化之前(第0天)以及在200℃下在空氣中熱老化1至7天之後測量。
發明內容及摘要以引用方式併入本文中。本發明在本文中係以說明性方式藉由揭示複數個代表性、非限制性實施例及實例而描述。
在一些實施例中，本發明係以下編號態樣中之任一者：
態樣1. 一種光學裝置，其經智慧型光學材料組態，根據不透明性測試方法1，該智慧型光學材料在小於30攝氏度(℃)之溫度下係不透明的且在80°至200℃的溫度下係光學透明的，且根據斷裂伸長率測試方法，該智慧型光學材料具有至少15%之在熱老化之前在第0天及至少12%之在200℃下在空氣中熱老化7天之後在第7天的斷裂伸長率，且該熱老化的智慧型光學材料的該斷裂伸長率自第0天至第7天以小於50%的程度減小；該裝置包含一發光元件；一產熱元件，該產熱元件可與該發光元件相同或不同，且該產熱元件與該智慧型光學材料熱連通(經由間接或直接接觸)；一波長轉換器，該波長轉換器與該發光元件及該智慧型光學材料獨立地光 學連通(例如，該智慧型光學材料可在該發光元件與該波長轉換器之間包含一光路徑)；及該智慧型光學材料，該智慧型光學材料係當該智慧型光學材料在小於30℃之溫度下時，隱藏該波長轉換器，而當該智慧型光學材料在80°至200℃之溫度下時，透射來自該發光元件及/或來自該波長轉換器之光。在一些態樣中，智慧型光學材料係藉由根據透射率測試方法(稍後描述)在80℃下，在λ 600nm，至少50%、可替代地至少54%、可替代地至少57%、可替代地前述T%中之任一者及至多59%的T%而表徵。在一些態樣中，智慧型光學材料係藉由根據透射率測試方法(稍後描述)在100℃下，在λ 600nm，至少53%、可替代地至少至少60%、可替代地至少65%、可替代地前述T%中之任一者及至多70%的T%而表徵。在一些態樣中，智慧型光學材料係藉由根據透射率測試方法(稍後描述)在125℃下，在λ 600nm，至少60%、可替代地至少65%、可替代地至少69%、可替代地至少75%、可替代地前述T%中之任一者及至多80%的T%而表徵。在一些態樣中，智慧型光學材料係藉由根據透射率測試方法(稍後描述)在150℃下，在λ 600nm，至少65%、可替代地至少73%、可替代地至少80%、可替代地前述T%中之任一者及至多85%的T%而表徵。在一些態樣中，智慧型光學材料係藉由根據透射率測試方法(稍後描述)在200℃下，在λ 600nm，至少70%、可替代地至少75%、可替代地至少78%、可替代地前述值中之任一者及至多82%的T%而表徵。
態樣2. 如態樣1之光學裝置，其中該光學裝置包含含有至少一個波長轉換元件之一波長轉換器或含有複數個波長轉換元件之一波長轉換層。
態樣3. 如態樣2之光學裝置，其中該裝置經組態使得該智慧型光學材料經設置與該波長轉換器直接接觸。
態樣4. 如態樣2之光學裝置，其中該裝置經組態使得該智慧型光學材料與該波長轉換器間隔開，以在該智慧型光學材料與該波長轉換器之間界定一間隙。
態樣5. 如態樣4之光學裝置，其中該間隙係以氣體填充。
態樣6. 如態樣1至5中任一者之光學裝置，其中該波長轉換器包含一磷光體或一磷光體層，該磷光體層包含複數個磷光體。複數個磷光體包含磷光體粒子。
態樣7. 如態樣1至6中任一者之光學裝置，其中該波長轉換器係在暴露於可見光時，回應地發射黃光、或橙光、或紅光、或綠光之材料。在一些態樣中，發射的光係黃色或橙色、可替代地黃色、可替代地橙色、可替代地綠色或紅色、可替代地綠色、可替代地紅色。
態樣8. 如前述態樣中任一者之光學裝置，其中該發光元件係一發光二極體(LED)。
態樣9. 如態樣8之光學裝置，其中該發光元件及該產熱元件係相同的。
態樣10. 如前述態樣中任一者之光學裝置，其進一步包含一電源供應器，從而具有一未供電關閉狀態及一供電導通狀態，使得在該供電導通狀態下，該智慧型光學材料加熱至80°至200℃之溫度。該未供電關閉狀態可藉由導通該電源供應器，而轉換成該供電導通狀態，而該供電導通狀態可藉由關閉該電源供應器，而轉換成該未供電關閉狀態。
態樣11. 如態樣10之光學裝置，其中當該光學裝置在未供電關閉狀態下時，該智慧型光學材料係在小於30℃之溫度下，且其中當該光學裝置在供電導通狀態時，該智慧型光學材料係在100°至<120℃、120°至<150℃、150°至<180℃、或180°至200℃之溫度下。
態樣12. 一種使用態樣1至11中任一者之光學裝置阻隔及/或透射光之方法，該方法包含：使該光學裝置暴露於可見光，當該智慧型光學材料在-40°至30℃下時，使得該智慧型光學材料阻隔足夠的可見光而不使該可見光到達該波長轉換器及/或阻隔足夠的來自該波長轉換器之轉換光而不使該轉換光離開該光學裝置，以隱藏該波長轉換器；或對該光學裝置供電，當該智慧型光學材料在至少80℃之溫度下時，使得該發光元件發射在一第一波長的光，該第一波長的光然後透射至該波長轉換器，該波長轉換器回應地發射在一第二波長的光，該第二波長的光透過該智慧型光學材料之至少一部分透射至一光接收器，其中該第一波長與該第二波長不同；或在不同時間進行該暴露步驟及該供電步驟兩者。
態樣13. 如態樣12之方法，其中該波長轉換器係一磷光體，其回應地發射黃光或橙光，使得該第二波長係570至600nm；或其中該光接收器係一光偵檢器、一需要照明之表面、或一眼睛。
態樣14. 一種智慧型光學材料，其係如前述態樣中任一者所述。
態樣15. 如態樣14之智慧型光學材料，其包含熱光基質之第一組成物及非熱光填料之第二組成物，該非熱光填料係呈細碎固體微粒之形式，該非熱光填料以基於該智慧型光學材料之總重量計>5至40重量 百分比(wt%)之裝載分散於該熱光基質中；其中該非熱光填料係處理的微粒填料，該處理的微粒填料係藉由用填料處理劑處理未處理的微粒填料而製備，其中該非熱光填料(在填料處理之後)具有>8nm至500nm之平均粒徑(直徑)，條件是當該非熱光填料包含處理的二氧化矽時，其係至少50%當量的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；其中該熱光基質之該第一組成物具有熱光係數(dn/dT)M，且該非熱光填料之該第二組成物具有熱光係數(dn/dT)F，且該等第一組成物及第二組成物失配，使得(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；且其中該熱光基質之該第一組成物在23攝氏度(℃)下使用在633nm的光，具有折射率n 23/q M，且該非熱光填料之該第二組成物在23℃下使用在633nm的光，具有折射率n 23/q F，且該等第一組成物及第二組成物失配，使得n 23/q M-n 23/q F
Figure TWI678551B_D0001
0.020且n 23/q M/n 23/q F之比值係1.009至1.094；且因此對於具有已知的n 23/q F及(dn/dT)F值的該非熱光填料之該第二組成物而言，該熱光基質之該第一組成物係調配成具有失配n 23/q M值，該值具有大於n 23/q F的預定差，使得當該智慧型光學材料之測試樣本在25℃下並具有5.0毫米(mm)之厚度時，根據不透明性測試方法1，該智慧型光學材料對在波長600奈米(nm)的光係不透明的，而當該智慧型光學材料之該測試樣本在80°至200℃之高溫TZ下時，該熱光基質具有折射率n z/q M，且該非熱光填料具有折射率n z/q F，且n z/q M及n z/q F匹配，使得n z/q M/n z/q F之比值係1.000±0.008，且該智慧型光學材料對在波長600nm的光係光學透明的；且條件是，該智慧型光學材料不含有未處理的二氧化矽。在一些態樣中，非熱光基質係二氧化矽，其經充分或完全處理，使得所得處理的二氧化矽可以高達45wt%的裝載分散於可固化聚矽氧組成物中。若二氧化矽未經充分處理，則其與熱光基質的相 互作用過強，會導致起縐。
態樣16. 如態樣15之智慧型光學材料：其中該熱光基質包含具有1.470至1.54的n 23/q M的有機聚合物，且該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；或其中該熱光基質包含具有1.470至1.54的n 23/q M的聚(乙酸乙烯酯)，且該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽。在一些態樣中，處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽之平均粒徑係8.5至100nm、可替代地8.5至49nm。
態樣17. 如態樣15之智慧型光學材料：其中該熱光基質係具有1.475至1.55的n 23/q M的Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)；或其中該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；或其中基於該智慧型光學材料之總重量計，該非熱光填料的裝載係>5至35wt%；其中n 23/q M/n 23/q F之比值係1.010至1.090；或其中(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；或其中TZ係100°至200℃；或其中該熱光基質係具有1.475至1.55的n 23/q M的Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)；該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及大於8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；基於該智慧型光學材料之總重量計，之裝載係>5至35wt%；n 23/q M/n 23/q F之比值係1.010至1.090；(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；且TZ係100°至200℃。在一些態樣中，處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽之平均粒徑係8.5至100nm、可替代地8.5至49nm。
態樣18. 如態樣17之智慧型光學材料，其中該熱光基質之該Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)係由通式(I)：RnSi(4-n)/2(I)表示，其中下標n係1或2，且各R獨立地係(C6-C12)芳基或(C1-C12)烷基，條件是至少某R係(C6-C12)芳基且至少某R係(C1-C12)烷基。
態樣19. 如態樣16或17之智慧型光學材料：其中(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文(Kelvin)至-5×10-4/克耳文且n 23/q M係1.480至1.490；或其中(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文且n 23/q M係1.490至1.510；或其中(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文且n 23/q M係1.510至1.530；或其中(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文且n 23/q M係1.530至1.550。
態樣20. 如態樣16至19中任一者之智慧型光學材料：其中(dn/dT)F係<0/克耳文；或其中(dn/dT)F係>0/克耳文。
態樣21. 如態樣16至20中任一者之智慧型光學材料：其中該熱光基質係具有1.475至1.54的n 23/q M的Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)且(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文；或其中該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F、9至300nm之平均粒徑、及-1.5×10-5/克耳文至+1.5×10-5/克耳文之(dn/dT)F的處理的發煙二氧化矽；或其中基於該智慧型光學材料之總重量計，該非熱光填料的裝載係>5至35wt%；或其中n 23/q M/n 23/q F之比值係1.020至1.050；或(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至10；或其中TZ係120°至600℃；或其中該熱光基質係具有1.475至1.54的n 23/q M及-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文(dn/dT)M的Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)；該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F、9至300nm之平均粒徑、及0.5×10-5/克耳文至2×10-5/克耳文之(dn/dT)F的處理的發煙二氧化矽； 基於該智慧型光學材料之總重量計，之裝載係>5至35wt%；n 23/q M/n 23/q F之比值係1.020至1.050；(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至10；且TZ係120°至200℃。
態樣22. 如態樣21之智慧型光學材料，其中該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F、9至49nm之平均粒徑、及-1.5×10-5/克耳文至+1.5×10-5/克耳文之(dn/dT)F的處理的發煙二氧化矽。
態樣23. 如態樣16至22中任一者之智慧型光學材料，其包含使包含成分(A)至(D)之可固化有機矽氧烷組成物矽氫化固化之反應產物：(A)Si-芳基及Si-烷基官能性有機聚矽氧烷，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結烯基；(B)Si-芳基及/或Si-烷基官能性有機矽化合物，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結氫原子；(C)矽氫化催化劑；及(D)該非熱光填料；其中該非熱光填料係在與成分(A)至(C)接觸之前預形成的；其中基於該可固化有機矽氧烷組成物的總重量計，該非熱光填料的濃度係1至45重量百分比。
態樣24. 如態樣16至23中任一者之智慧型光學材料，條件是該智慧型光學材料不含有未處理的非熱光填料。在一些態樣中，該非熱光基質係經充分或完全處理的二氧化矽。態樣25. 一種製造如態樣14至24中任一者之智慧型光學材料之方法，該方法包含使可固化配方經歷固化條件，該可固化配方包含廣泛分散於兩種或更多種形成基質之前驅物的混合物中的該非熱光填料之均勻混合物，該固化條件足以使該等形成基質之前驅物轉換成該熱光基質，並從而製造該智慧型光學材料。
態樣26. 一種包含如態樣14至24中任一者之智慧型光學材料之透鏡，其經組態成一形狀而會聚或發散光線。
態樣27. 一種包含如態樣14至24中任一者之智慧型光學材料之熱導體，其經設置與一熱能量源接觸或熱連通。
態樣28. 如前述編號態樣中任一者之發明，其中該非熱光填料係處理的非熱光填料母料，可替代地該非熱光填料係沉澱二氧化矽或發煙二氧化矽。
在上文編號態樣1至28中任一者中，非熱光填料諸如處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽可為原位處理的填料母料，諸如原位處理的沉澱二氧化矽或原位處理的發煙二氧化矽。在其他實施例中，諸如處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽的非熱光填料可為預處理的填料，諸如預處理的沉澱二氧化矽或預處理的處理的發煙二氧化矽。
本發明提供智慧型光學材料及相關的可固化配方、方法、用途、物品、及裝置。智慧型光學材料由熱光基質及非熱光填料組成。智慧型光學材料之特徵在於，當材料在25℃下時，其對可見光譜中的至少一種色光係不透明的，而當材料在至少80℃的高溫下時，其對該至少一種色光係實質上透明的。智慧型光學材料亦特徵在於，具有至少15%之在熱老化之前及未改變或至少12%之在200℃下在空氣中熱老化七天之後的斷裂伸長率，且該斷裂伸長率以>0%至小於50%之程度減小。該智慧型光學材料之最基本的組成物對於人類肉眼而言係無色的。該智慧型光學材料之組成物相異於波長轉換器(諸如磷光體)之組成物。
智慧型光學材料具有許多優點及益處，並實現具有許多優點及益處的光學裝置。智慧型光學材料適用於許多終端用途及應用，包括照明及非照明應用。舉例而言，照明應用包括光學封裝材料，而非照明應用 包括密封劑。
本發明物品包含智慧型光學材料。該等方法包括將智慧型光學材料成形成成形(shaped)物品(例如，圓頂、透鏡、膜、板、及其他形狀)的方法。該等用途包括將智慧型光學材料用作光學封裝材料、波導、或光學連接器。該等用途亦包括非光學用途，諸如建築材料。光學裝置包含智慧型光學材料及與其接觸的一光學元件。本發明態樣適用於許多終端用途及應用，包括照明、建築、及其他應用。
茲以引用方式將下文中引用的所有美國專利申請公開案和專利、或其一部分(若只引用該部分)在以併入的標的物不與本實施方式抵觸之程度併入本文中，若有任何這樣的抵觸，則以本實施方式為準。
本發明之描述使用特定縮寫。單位縮寫：°係度；℃係攝氏度；g係公克；K係克耳文；λ或拉目達(lambda)係光波長；μm係微米；mm係毫米；mol係莫耳；nm係奈米；%係百分比；T%係百分透射率；n係折射率；TOC或dn/dT係熱光係數；wt係重量；wt%係重量百分比。
本發明之描述使用特定用語及表述。當用於本文時，「或者(alternatively)」係指單獨且不同之實施例。如本文所用，「接觸(contacting)」意謂使進行物理接觸。「操作性(operative)」意謂功能有效，其中效果可以係直接效果，或者間接影響。舉例而言，反應物可在其等之反應中在有催化劑下或無催化劑下進行直接物理接觸；且物品或裝置之組件可進行「操作性接觸(operative contact)」，其包括直接物理觸碰、可替代地經由一或多個中間組件的間接接觸。「可選(地)(optionally)」代表可存在或不存在。任何包含一個屬及其次屬的馬庫西群組包括該屬中的次屬，例如在「R係烴基或 烯基(R is hydrocarbyl or alkenyl)」中，R可以是烯基，或者R可以是烴基，而該烴基除了其他次屬之外還包括烯基。如本文中所使用，「可(may)」係賦予一選擇，而非必要的。巨分子材料之所有「分子量(molecular weight)」，如聚合物之數量平均分子量(Mn)或重量平均分子量(Mw)，係使用凝膠滲透層析法及聚苯乙烯標準而判定，除非在本文中另外提及。用語「聚矽氧(silicone)」包括直鍊、支鍊、或直鍊及支鍊混合之聚有機矽氧烷巨分子。除非另有指明，所有「wt%」(重量百分比)係基於用於製造組成物或配方之所有組成分或成分之總重量計，該等組成分或成分合計達100wt%。
在一些態樣中，本文所述之任何組成物可含有元素週期表第1至18族之化學元素中之任何一或多者。在一些態樣中，將至少一種此類化學元素特別地排除在組成物之外，除了以下不排除：Si、O、H、C、N、F、Cl、Br、及I；可替代地Si、O、H、C、F、及Cl。在一些態樣中，特別排除的化學元素可為：(i)第2至13及18族中任一者之至少一種化學元素，包括鑭系元素及錒系元素；(ii)元素週期表第三至第六列中任一者之至少一種化學元素，包括鑭系元素及錒系元素；或(iii)(i)及(ii)兩者，除了不排除Si、O、H、C、N、F、Cl、Br、或I。
「原位(in situ)」處理意謂藉由使未處理的微粒固體上的表面官能基與填料處理劑反應而修飾其表面化學，該反應係藉由使未處理的微粒固體(例如，未處理的非熱光填料)與填料處理劑及一些但非所有的形成基質之前驅物的混合物接觸，以使填料處理劑與未處理的微粒固體在(多個)形成基質之前驅物的存在下選擇性地反應，以產生包含原位處理的微粒固體(例如，原位處理的非熱光填料)及(多個)形成基質之前驅物的 處理混合物。混合物可進一步包含來自反應的一或多種副產物。填料處理劑在以下中之至少一者方面相異於形成(多個)基質之前驅物：官能基、反應性官能基、結構、分子量、或對未處理的微粒固體(例如，未處理的填料)的天然表面化學的自由官能基的反應性。在一些態樣中，形成基質之前驅物的量及/或組成係以使得原位處理產生適用於與更多形成基質之前驅物及/或與額外成分組合以產生單一可固化配方的處理混合物之方式進行選擇。在一些態樣中，原位處理形成基質之前驅物的量及/或組成係以使得原位處理產生母料的方式進行選擇。在一些態樣中，在原位處理之後，然後將母料細分成較小批，各批可獨立地與更多形成基質之前驅物及/或與一或多種額外成分組合以產生兩種或更多種不同的可固化配方。舉例而言，原位處理的發煙二氧化矽母料可藉由使未處理的發煙二氧化矽與填料處理劑(例如，六甲基二矽氮烷)及一些或所有脂族不飽和官能性成分同時或依序接觸而製備，以給出基本上由原位處理的發煙二氧化矽及脂族不飽和官能性成分組成，但缺乏或不含SiH官能性矽烷或SiH官能性矽氧烷或矽氫化催化劑的原位處理的發煙二氧化矽母料。矽氫化可固化有機矽氧烷組成物可稍後藉由使處理的發煙二氧化矽母料與SiH官能性矽烷或SiH官能性矽氧烷、或者SiH官能性矽烷及矽氫化催化劑或SiH官能性矽氧烷及矽氫化催化劑接觸而製備，以給出矽氫化可固化有機矽氧烷組成物。可替代地，處理的發煙二氧化矽母料可細分成兩個或更多個批，且各批可獨立地與不同量及/或不同組成的SiH官能性矽烷或SiH官能性矽氧烷、或者SiH官能性矽烷及矽氫化催化劑或SiH官能性矽氧烷及矽氫化催化劑接觸，以給出兩種或更多種矽氫化可固化有機矽氧烷組成物。
「不透明(opaque)」通常意謂不能看透。如本文所用，用語「不透明(opaque)」意謂在稍後所述的不透明性測試方法1或2中在25℃下，具有「0(不可見黃色/橙色)」的評比。在一些實施例中，不透明意謂在不透明性測試方法1中，具有「0(不可見黃色/橙色)」之評比；可替代地，在不透明性測試方法2中，具有「0(不可見的黃色/橙色)」之評比；可替代地，在不透明性測試方法1中及不透明性測試方法2中，具有「0(不可見黃色/橙色)」之評比。相反，霧的或混濁的材料獲得「1(略微可見黃色/橙色)」之評比，而清透的材料獲得「2(可見黃色/橙色)」之評比。
「預處理的(pretreated)」意謂在使所得處理的微粒固體粉末與任何形成基質之前驅物接觸之前，修飾未處理的微粒固體的表面化學，並將所得處理的微粒固體分離成粉末。原位處理的非熱光填料及預處理的非熱光填料在至少一個態樣中彼此相異：諸如表面化學、是否共價鍵結至基質、表面處理的程度、聚結或聚集的程度。
「折射率(refractive index)」亦稱為絕對折射指數(absolute refractive index)或折射率(index of refraction)，並係指出在特定溫度下，特定波長的光如何透過介質傳播之量測。折射率藉由無因次數n表示。當針對獲自商業供應商的材料報告折射率n時，其一般係在20℃或22℃下，使用具有氦的夫朗和斐線(Fraunhofer line)之光測量，其具有588奈米(nm)(例如，587.5618nm)之波長，且分別指定為n 20/f 或n 22/f ；或當在20℃或22℃下測量時，使用具有鈉D線之光，其具有589.3nm之波長，且分別指定為n 20/d 或n 22/d 。當針對如本文中所述合成或製備之材料報告折射率n時，其一般係在23℃下，使用具有633nm波長之光測量，且指定為n 23/q 。預期n 23/q 與n 22/d 係 實質上相同的。舉例而言，對於未處理的發煙二氧化矽而言，n 22/d 減n 23/q 可為0.0014。當折射率n係在本發明之高操作溫度Tz下，使用具有633奈米波長之光測量時，指定為n z/q 。n 20/d 、n 20/f 、n 23/q 及n z/q 量測可在稜鏡耦合器(Prism coupler)Metricon 2010儀器(Metricon Company,Pennington,New Jersey,USA)上進行。
「熱光係數(Thermo-optic coefficient)」(TOC或dn/dT)意謂自23°至100℃，折射率n隨溫度(T)變化(即，△或d)的變化(即，△或d)，或dn/dT。溫度係以克耳文(K)表示。舉例而言，-1.0×10-4K-1之dn/dT與-1.0×10-4/K之dn/dT相同，意謂著溫度每增加1.0K，n減小0.0001。相反地，+1.0×10-5/K之dn/dT意謂溫度每增加1.0K，n增加0.00001。在20℃至至少80℃的光學裝置操作溫度Tz範圍，dn/dT可以係有效的。最大Tz可為稍後所述之最大操作溫度Tz中之任一者。如本文中所使用，用語「非熱光(athermo-optic)」意謂具有K -1至<-2.0×10-4K-1；可替代地0K -1至<-1.6×10-4 K -1；可替代地>0K -1至-1.0×10-4 K -1之dn/dT。如本文中所使用，用語「熱光(thermo-optic)」意謂具有大於或等於-2.0×10-4 K -1、可替代地
Figure TWI678551B_D0002
-2.5×10-4 K -1、可替代地
Figure TWI678551B_D0003
-3.0×10-4 K -1之dn/dT。
如獨立地應用於微粒固體(例如，微粒固體填料及磷光體)之「處理的(treated)」意謂藉由以下方式修飾微粒固體的表面化學：使微粒與稱為填料處理劑(或簡單地稱為處理劑，其在稍後描述)之反應物接觸，使得微粒上之大部分、實質上所有、或所有表面基團(例如，發煙二氧化矽上之SiOH基團)官能化，以修飾微粒與主體材料(host material)(例如，基質，例如，熱光基質)之間的相互作用，且一般不降低微粒的折射率。 表面基團可藉由與填料處理劑的鍵結而官能化，其中鍵結可為共價鍵或凡得瓦爾鍵(van der Waals bond)。舉例而言，該劑可共價鍵結或緊緊吸收至微粒表面上。在此類態樣中，處理的可意謂原位處理的或預處理的。
如獨立地應用於微粒固體(例如，二氧化矽或磷光體)的「未處理的(untreated)」意謂具有如獲自其之製造過程的自然形成的表面化學。舉例而言，未處理的發煙二氧化矽可具有經由四氯化矽或石英砂的火焰熱解而自其製造過程獲得之自然形成的表面化學，其中自然形成的表面化學基本上由自由SiOH基團組成。一旦未處理的發煙二氧化矽製造完成，若暴露至空氣的話，就可能吸收其表面上的水分子，但此類二氧化矽仍係未處理的。在非本發明態樣中，未處理的微粒固體可與形成基質之前驅物混合，以給出非本發明之可固化組成物，其基本上由未處理的微粒固體及形成基質之前驅物組成，但缺乏或不含作用為填料處理劑的成分。即使在使形成基質之前驅物固化之後，只要不存在填料處理劑，微粒固體仍保持未處理的。「填料處理劑(filler treating agent)」一般係有機或基於Si之化合物(非水)，其較佳與未處理的微粒固體的自然表面化學的自由官能基而非與形成基質之前驅物反應。填料處理劑在以下方面相異於形成基質之前驅物：官能基、反應性官能基、結構、分子量、或對未處理的微粒固體(例如，未處理的填料)的天然表面化學的自由官能基的反應性。非本發明可固化組成物可然後在無任何填料處理劑存在下經固化，以給出設置於基質中的未處理的微粒固體，其中未處理的微粒固體可在一些但非所有表面官能基處共價鍵結至基質之官能基，或可不如此。
如本文所用，「可見光(visible light)」意謂光譜中可由人類肉 眼偵測的電磁輻射，一般係380nm至750nm。可見光譜係由紫光、藍光、綠光、黃光、橙光、及紅光組成。如本文所用，紫光意謂380至450nm之電磁輻射；藍光係450至495nm；綠光係495至570nm；黃光係570至590nm；橙光係590至620nm；而紅光係620至750nm。
本發明態樣涵蓋使用任何類型的處理的非熱光填料，包括預處理的非熱光填料或原位處理的非熱光填料，或至少一種預處理的非熱光填料及至少一種原位處理的熱光填料的任何混合物。在一些實施例中，某些類型的處理的非熱光填料可為較佳的。一些態樣使用預處理的非熱光填料、可替代地原位處理的非熱光填料、可替代地預處理的非熱光填料及原位處理的非熱光填料的組合。任何此類預處理的非熱光填料及/或原位處理的非熱光填料可以係母料的形式，如上文所述。對於大多數實施例而言，吾等相信原位處理的非熱光填料將表現優於使用預處理的非熱光填料，且比起使用預處理的非熱光填料係較佳的。至於使用預處理的非熱光填料，可固化配方係藉由混合其成分(包括填料處理劑)而製備，該混合產生加工剪切，該加工剪切轉而非所欲地打開預處理的非熱光填料上未處理的區域，然而當製備原位處理的非熱光填料母料時，相同的混合藉由打開未處理的非熱光填料上未處理的區域而對吾等有利，未處理的區域然後可與填料處理劑反應。合適的原位母料處理方法及預處理方法通常係已知的且可容易地在本文中採用。舉例而言，用於製備處理的二氧化矽母料的合適的原位母料處理方法描述於Fang等人之WO 2013/037148A1及Jiang等人之WO 2014/124362A1中。預處理的非熱光填料可商購自供應商或藉由已知方法容易地製備。
智慧型光學材料表徵為「智慧型(smart)」，是因為當材料在環境溫度(ambient temperature)(在關閉狀態下的光學裝置周圍的環境，一般係例如
Figure TWI678551B_D0004
30℃，例如，-10°至30℃)下時，該材料對可見光譜中之至少一種色光係不透明的，但當該材料在至少80℃、可替代地至少100℃、可替代地至少120℃、可替代地至少150℃、可替代地至少180℃、可替代地前述溫度中之任一者至220℃、可替代地200℃之高溫下時，該材料對該至少一種色光係實質上透明的。舉例而言，如下文所述，智慧型光學材料可以實現前述「智慧型」功能性的任何方式而設計，使得根據稍後所述的不透明性測試方法1或2，當智慧型光學材料在25℃下時，其對黃光或橙光係不透明的，並當智慧型光學材料在至少80℃之高操作溫度Tz下時，其對黃光或橙光(例如，λ 600nm)係實質上透明的。智慧型光學材料本身可在25℃下係實質上無色的或無色的。智慧型光學材料可缺乏著色劑，該著色劑在組成方面不同並相異於波長轉換器(諸如磷光體)。可替代地，智慧型光學材料可進一步包含著色劑，如稍後所述。
有利的是，智慧型光學材料可調諧以使在預期操作溫度下的光透射率最大化，且本發明包括一種「調諧(tuning)」智慧型光學材料之方法。調諧調整或調適智慧型光學材料之成分以實現在環境溫度下的覆蓋功能及在其預期的操作溫度Tz下的增強的(最佳化的)透射功能。舉例而言，根據不透明性測試方法1或2，智慧型光學材料自在25℃下係不透明的，變成在Tz下係實質上更加透射的至光學清透的。此調諧確保智慧型光學材料被賦予了「智慧型」之特性或性質。
調諧不可隨機地進行，而是以科學為基礎而進行。此係因為 隨機調配的封裝材料在25℃下未必係不透明的(例如，參見稍後比較性板)，且在25℃下可能碰巧係不透明者，在Tz下未必會變為光學清透的。舉例而言，若隨機調配的封裝材料之成分之熱光係數近似相同或無顯著差異，則開始在25℃係不透明的封裝材料，在Tz下仍會維持不透明。
調諧可藉由超過一種方式來進行，包括調整一級因素，該等調整一級因素係諸如藉由使智慧型光學材料之成分中之一或多者之溶解度失配及/或折射率及熱光係數失配。如稍後所述，若為所欲，除調整一級因素之外，還可調整二級因素來進行微調。所有此類方式皆包括在本文中。調諧智慧型光學材料之主要方式中之一者係藉由調整其不同成分之溶解度以實現前述「智慧型」功能性。舉例而言，在此類態樣中，智慧型光學材料可包含兩種成分的不透明分散體，一種成分包含連續相，而另一種成分在環境溫度下分散於其中的不連續相，其中在高操作溫度Tz下，不連續相溶解於連續相中，以在Tz下原位形成均質的、光學清透的溶液。在將溶液冷卻至環境溫度之後，不連續相可能沉澱以再形成不透明分散體。藉由調整溶解度以調諧智慧型光學材料的主要方式中之另一者，係使用包含一系列巨分子之成分(例如，熱光基質)，各巨分子具有兩個彼此共價鍵結的相域(phase domain)。一個相域可包含不連續相部分，而另一個相域可包含連續相部分。此類多相域材料之實例係含有直鏈嵌段及非直鏈嵌段之嵌段有機矽氧烷聚合物，其包括於以下中描述的嵌段有機矽氧烷：EP 1074574A1、WO 2012/040302、WO 2012/040305、WO 2012/040367、WO 2012/040453、WO 2012/040457、WO 2013/082451、WO 2013/109607、WO 2013/130574、WO 2013/134018、WO 2013/138089、WO 2013/142138、WO 2013/142140、WO 2013/142252、WO 2013/148979、WO 2013/154718、WO 2014/150841、WO 2014/186556、及WO 2014/197617。
調諧智慧型光學材料之主要方式之另一者係藉由調整在23℃下的折射率(分別是n 23/q M及n 23/q F)及熱光係數(分別是(dn/dT)M及(dn/dT)F)。此調諧包含調配其成分(例如，熱光基質及非熱光填料)以具有失配的熱光係數(分別是(dn/dT)M及(dn/dT)F)及在23℃下失配的折射率(分別是n 23/q M及n 23/q F)及在Tz下匹配的折射率(分別是n z/q M及n z/q F)。此等失配係以可使用智慧型光學材料之5.0毫米(mm)厚之測試樣本表徵的方式進行。具體而言，進行n 23/q 失配，使得智慧型光學材料之測試樣本在25℃下對600奈米(nm)波長的光係不透明的。進行dn/dT失配及所得n z/q 匹配，使得測試樣本在Tz下對此類光係至少50%，更加透射的至清透的、且包括係清透的(T%=100%)(例如，在25℃下T%=<50%至在Tz下T%
Figure TWI678551B_D0005
60%)。顯著地，尤其考慮到在照明技術領域中要設計出具有令人滿意的隨時間的光輸出及/或光透射效率，可在高溫(例如，Tz 120℃或更高)下操作的光學封裝材料的困難，智慧型光學材料有益地藉由在120℃下之高光輸出及/或光透射效率、或高於在80°至100℃下或在25℃下之光輸出及/或光透射效率而表徵，且一般有益地藉由在150℃下高於在120℃下之光輸出及/或光透射效率而表徵。
一般而言，基於折射率的調諧方法之實施例之起始點包括使用具有已知的在23℃下的折射率(即，n 23/q F)之非熱光填料及使用具有高於填料之n 23/q F至少0.0200、可替代地高於其至少0.025、可替代地高於其至少0.030、可替代地高於其至少0.040、可替代地高於其至少0.050、可替代地高於其至少0.055的在23℃下的折射率(即，n 23/q M)之熱光基質。起始點亦包 括具有相對於熱光基質之熱光係數(即，(dn/dT)M)無足輕重值的非熱光填料之熱光係數(即，(dn/dT)F)。舉例而言，以絕對數字之形式，｜(dn/dT)F｜
Figure TWI678551B_D0006
0.1×｜(dn/dT)F｜。在+60°至+180℃溫度變化內(例如，25℃至85℃至205℃)，非熱光填料之熱光係數(即，(dn/dT)F)對其折射率n z/q F的作用無足輕重。舉例而言，非熱光填料在Tz下的折射率(n z/q )F以下列程度而不低於其在23℃下的折射率(n 23/q )F：超過0.005、可替代地0.0020、可替代地0.0010。進一步地，基於折射率的調諧之起始點亦包括使用具有熱光係數(即，(dn/dT)M)之熱光基質，該熱光係數給出自(n 23/q )M至(n z/q )M的其折射率降低，該降低大於非熱光填料中由於其熱光係數(dn/dT)F而折射率自(n 23/q )F至(n z/q )F的降低至少一個數量級(大於
Figure TWI678551B_D0007
10倍(10x))。舉例而言，填料之(dn/dT)F可為0/K至
Figure TWI678551B_D0008
-1×10-5/K，而基質之(dn/dT)M可為-1×10-4/K至-1×10-3/K。
基於折射率的調諧方法之態樣可包括調整熱光基質之熱光係數((dn/dT)M)。(dn/dT)M係可由普通熟習此項技術者藉由修飾組成而調整的，但大的組成變化並不相應地導致大的(dn/dT)M變化，故調整係限制於在1.1倍至3倍的相對較窄的範圍(即，1.1x至3x範圍)內的範疇，例如，諸如就聚矽氧熱光基質而言，-2.5×10-4/K至-5×10-4/K的2倍(2x)範圍。(dn/dT)M調整可藉由改變熱光基質之化學組成，同時較佳地使非熱光填料之化學組成維持相同不變的而實現。為了調整熱光基質之(dn/dT)M之目的，熱光基質之化學組成可藉由改變用於合成熱光基質的形成基質之前驅物之化學組成而改變，如稍後所述。
當智慧型光學材料之基於折射率的調諧實施例在特定預期或預定的裝置操作溫度Tz下使用時，熱光基質之熱光係數(dn/dT)M與非熱光 填料之熱光係數(dn/dT)F失配(或反之亦然)的程度係部分基於其等各自在23℃下的折射率n 23/q M及n 23/q F之相對差異。為了此目的，對於一給定組的具有相同n 23/q M的熱光基質材料的選擇及對於特定的非熱光填料而言所有其他情況皆相等，填料之熱光係數(dn/dT)F可設定為等於0K -1而進行計算。預期的裝置操作溫度Tz越高，則預期的智慧型光學材料的操作溫度越高，且因此選擇具有較大(dn/dT)M的熱光基質(在此意義上說，(dn/dT)M=-5×10-4 K -1(-0.0005K -1)指示的折射率(n z/q )M隨溫度變化的變化大於(dn/dT)M=-1×10-4 K -1(-0.0001K -1)指示的變化)。在一些態樣中，熱光基質之(dn/dT)M及非熱光填料之(dn/dT)F獨立地係負數，且熱光基質之(dn/dT)M與非熱光填料之(dn/dT)F失配，或反之亦然，使得(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20、可替代地>2.5、可替代地>3、可替代地>4、可替代地>5、可替代地>6、可替代地>7、可替代地>8、可替代地>9、可替代地>10；及獨立地<20、可替代地<18、可替代地<15、可替代地<12、可替代地<10。在一些態樣中，(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係2至10。在其他態樣中，熱光基質之(dn/dT)M係負數，而非熱光填料之(dn/dT)F係正數，且前述(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值之值係絕對值｜(dn/dT)M/(dn/dT)F｜。熱光基質組成物、或用於製備熱光基質組成物之形成基質之前驅物之(dn/dT)M係以以下方式選擇，使得在將智慧型光學材料之實施例加熱至裝置之操作溫度時，在23℃下的n 23/q M會收斂以給出在操作溫度Tz下的n z/q M，該n z/q M係在預期的裝置操作溫度Tz下的n z/q F(或作為第一近似，在23℃下的n 23/q F)之±0.014內、可替代地±0.010內、可替代地±0.005內、可替代地±0.002內、可替代地±0.001內、可替代地±0.0005內。
同樣，當智慧型光學材料之基於折射率的調諧實施例在特定 預期的裝置操作溫度Tz下使用時，熱光基質之折射率n 23/q M與非熱光填料之折射率n 23/q F失配(或反之亦然)的程度係部分基於其等各自熱光係數(dn/dT)M及(dn/dT)F之相對差異。為了此目的，對於一給定組的具有相同熱光係數(dn/dT)M的熱光基質材料的選擇及對於特定的非熱光填料而言，所有其他情況皆相等，且將填料之熱光係數設定為(dn/dT)F=0而進行計算，預期的裝置操作溫度Tz越高，預期的智慧型光學材料之操作溫度越高，因而選擇具有在23℃下較高的n 23/q M之熱光基質。在23℃下的n 23/q M係以以下方式選擇，使得在將智慧型光學材料之實施例加熱至其操作溫度之後，在23℃下的n 23/q M會收斂以給出在操作溫度Tz下的n z/q M，該n z/q M係在相同操作溫度Tz下的n z/q F(或作為第一近似，在23℃下的n 23/q F)之±0.014內、可替代地±0.010內、可替代地±0.005內、可替代地±0.002內。表徵智慧型光學材料之操作溫度可為Tz=120°或150℃，因此在該溫度下的n z/q M分別係n 120/q M或n 150/q ，而在該溫度下的n z/q F分別係n 120/q F或n 150/q 。
在一些態樣中，熱光基質之折射率n 23/q M與非熱光填料之折射率n 23/q F失配，或反之亦然，使得熱光基質之折射率(n 23/q M)高於非熱光填料之折射率(n 23/q F)0.02至0.2。也就是說，n 23/q M-n 23/q F之差係0.02至0.2。在一些態樣中，n 23/q M高於n 23/q F 0.025至0.15、可替代地0.03至0.13、可替代地0.03至0.10。在一些態樣中，n 23/q M高於n 23/q F至少0.029、可替代地至少0.035、可替代地至少0.04、可替代地至少0.05、可替代地至少0.06、可替代地至少0.07。在一些態樣中，熱光基質之折射率n 23/q M及非熱光填料之折射率n 23/q F失配，使得n 23/q M/n 23/q F之比值係1.009至1.094。
在一些態樣中，熱光基質之折射率n 23/q M及非熱光填料之折 射率n 23/q F失配，使得n 23/q M/n 23/q F之比值係1.009至1.094，而(dn/dT)M/(dn/dT)F(或｜(dn/dT)M/(dn/dT)F｜)之比值係2至10。在一些態樣中，熱光基質之折射率n 23/q M及非熱光填料之折射率n 23/q F失配，使得n 23/q M/n 23/q F之比值係1.009至1.094，而(dn/dT)M/(dn/dT)F(或｜(dn/dT)M/(dn/dT)F｜)之比值係2至10，而當在高操作溫度Tz下時，熱光基質之折射率n z/q M及非熱光填料之折射率n z/q F失配，使得n z/q M/n z/q F之比值係0.995至1.005、可替代地0.0999至1.0005。在一些前述態樣中，條件是智慧型光學材料不含有任何未處理的二氧化矽、可替代地任何未處理的二氧化矽或部分預處理的二氧化矽。在一些態樣中，非熱光填料由以下組成：預處理的非熱光填料或原位處理的非熱光填料、可替代地預處理的非熱光填料、可替代地原位處理的非熱光填料及預處理的非熱光填料的組合。在一些此類態樣中，預處理的填料及/或原位處理的填料係母料的形式。
在一些實施例中，熱光基質具有以下在23℃下的折射率n 23/q ：1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540、可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540，以上所有值皆係在633nm之波長；而非熱光填料具有以下之在23℃下的折射率n 23/q ：1.450至1.460、可替代地1.451至1.459、可替代地1.4570至1.4590、可替代地1.4580至1.4589，以上所有值皆係在633nm之波長。在其他此類實施例中，熱光基質具有以下在20℃下的折射率n 20/d ：1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540、可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540，以上所有值皆係在589nm之波長；而非熱光填料具有以下之在20℃下的折射率n 20/d ：1.450至1.460、可替代地1.451至1.459、可替代地1.4570至1.4590、 可替代地1.4580至1.4589，以上所有值皆係在589nm之波長。
如上文所述，儘管基於折射率的調諧方法產生針對給定操作溫度Tz的失配熱光係數((dn/dT)M及(dn/dT)F)及失配折射率(n 23/q M及n 23/q F)，但智慧型光學材料之不同組成物可藉由其總體折射率而彼此便利地區分，該總體折射率係其成分之折射率(包括n 23/q M及n 23/q F)以該等成分之相對量而加權的摻合。同樣地，其中在智慧型光學材料中使用兩種或更多種不同熱光基質材料的一些實施例中，調諧方法中所用的n 23/q M等於不同熱光基質材料的摻合n 23/q M值。同樣地，其中在智慧型光學材料中使用兩種或更多種不同非熱光填料的一些實施例中，調諧方法中所用的n 23/q F等於不同非熱光填料的摻合n 23/q F值。儘管在一些態樣中，智慧型光學材料(諸如具有聚矽氧熱光基質的智慧型光學材料)可具有1.51之總體折射率，但是在一些實施例中，智慧型光學材料或智慧型光學材料之成分不具有1.505至1.515之折射率n 23/q 。在一些實施例中，熱光基質可具有1.465至1.504或1.516至1.56、可替代地1.465至1.504、可替代地1.516至1.554、可替代地1.475至1.504、可替代地1.516至1.540之折射率n 23/q 。可替代地或另外地，熱光基質之折射率n 23/q M及非熱光填料之折射率n 23/q F失配，使得n 23/q M/F之比值係1.009至1.027或1.042至1.094、可替代地1.009至1.027、可替代地1.042至1.094。
有利的是，在預期的操作溫度Tz增加時，基於折射率的調諧方法之態樣變得更簡單，且因此智慧型光學材料變得更好地能夠根據不透明性測試方法1或2，在25℃下係不透明的，且在Tz下係實質上更(>50%)透射的或清透的。也就是說，經調諧在Tz 200℃下使用的智慧型光學材料之實施例可比經調諧在Tz 180℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更「智慧 型」的，該經調諧在Tz 180℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 170℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，該經調諧在Tz 17()℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 160℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，該經調諧在Tz 160℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 150℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，該經調諧在Tz 150℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 140℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，該經調諧在Tz 140℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 130℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，該經調諧在Tz 130℃下使用的智慧型光學材料之實施例繼而可比經調諧在Tz 120℃下使用的智慧型光學材料之實施例係更智慧型的，等等。因此，在一些實施例中，Tz係100°至200℃、可替代地120°至200℃、可替代地
Figure TWI678551B_D0009
125°、可替代地
Figure TWI678551B_D0010
130°、可替代地
Figure TWI678551B_D0011
140°、可替代地
Figure TWI678551B_D0012
150°、可替代地150°至200℃。
在一些態樣中，智慧型光學材料之組成係使用基於折射率的方法調諧，使得當智慧型光學材料在25℃之溫度下時，根據不透明性測試方法1或2，智慧型光學材料係不透明的；而當智慧型光學材料在至少120℃之高操作溫度Tz下時，智慧型光學材料係實質上更透射的至(且包括)在Tz下係100%透射的。智慧型光學材料之有用的操作溫度可等於發光二極體(LED)裝置之操作溫度Tz。因此在一些態樣中，智慧型光學材料之操作溫度係至少125℃、可替代地至少130℃、可替代地至少140℃、可替代地至少150℃。一般而言，智慧型光學材料之操作溫度係至多250℃、可替代地至多210℃、可替代地至多200℃、可替代地至多180℃。一般而言，智慧 型光學材料之操作溫度係120°至180℃、可替代地120°至160℃、可替代地120°至150℃。
為了藉助於非限制性實施例來說明基於折射率的調諧智慧型光學材料的方法之態樣，可在當智慧型光學材料之熱光基質係含有烷基及芳基(諸如(C1-C6)烷基及(C6-C12)芳基)，且可選地進一步含有其他基團，諸如脂族不飽和烴基(諸如烯基或炔基)、鹵基、及/或羥基時之聚合材料執行調整。(C1-C6)烷基可為(C1-C4)烷基，甲基、乙基、丙基、或丁基；可替代地三氟丙基；可替代地甲基或乙基、可替代地甲基。(C6-C12)芳基可為苯基、萘基、或聯苯基；可替代地苯基。調整可藉由改變聚合材料中芳基與烷基之莫耳比(芳基/烷基比值)，從而基於芳基/烷基比值調整包含該聚合材料的基質之折射率而進行。芳基/烷基比值越高，聚合材料之n 23/q M越高。改變芳基/烷基比值可藉由調整可固化配方中所用的基質前驅物之組成而進行。組成可藉由相較於含烷基的基質前驅物之莫耳量而改變含芳基的基質前驅物之莫耳量，及/或藉由相對於烷基含量而選擇具有更高或更低芳基含量的基質前驅物來調整。舉例而言，當烷基及芳基係甲基及苯基時，調整可藉由改變聚合材料中苯基與甲基之莫耳比(Ph/Me比值)，並從而基於Ph/Me比值調整包含該聚合材料的基質之折射率而進行。Ph/Me比值越高，聚合材料之n 23/q M越高。
舉例而言，在一個實施例中，熱光基質可由包含彼此以變化之比例的甲基及苯基之聚合材料組成，以給出具有以下之在23℃下的折射率n 23/q 的熱光基質：1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540，以上所有值皆係 在633nm的波長。在另一實施例中，熱光基質可由聚合材料組成，該聚合材料包含不含烷基之基於苯基之聚合材料。在又另一實施例中，熱光基質可由聚合材料組成，該聚合材料包含了不含芳基之基於甲基之聚合物片段及甲基/基於苯基之(methyl/phenyl-based)聚合物片段之共聚物。在又另一實施例中，熱光基質可由聚合材料組成，該聚合材料包含不含芳基之基於甲基之聚合材料及不含烷基之基於苯基之聚合材料之混合物。在此等實施例中，熱光基質之光學性質會取決於其總體組成物中甲基及苯基之相對量。在一些態樣中，此類熱光基質亦具有在-2.5×10-4/K至-5×10-4/K的(dn/dT)M之窄的2倍(2x)範圍內的熱光係數。在一些前述實施例中，熱光基質係聚矽氧熱光基質。
使用上文之方法，聚矽氧熱光基質之折射率(n 23/q )M可根據前述的Ketola等人(WO 2010/141697A2)之方法調諧或可變地調配以具有基於其化學組成而變化的折射率。通常聚矽氧熱光基質可包含烷基取代及芳基取代的聚矽氧烷，其可選地可進一步含有其他基團，諸如脂族不飽和烴基，諸如烯基或炔基。烷基可為(C1-C6)烷基，而芳基可為(C6-C12)芳基。(C1-C6)烷基可為(C1-C4)烷基，甲基、乙基、丙基、或丁基；可替代地甲基或乙基、可替代地甲基。(C6-C12)芳基可為苯基、萘基、或聯苯基；可替代地苯基。可選地，聚矽氧烷可進一步包含烯基、炔基、鹵基、及/或羥基。
舉例而言，在一個實施例中，聚矽氧熱光基質可包含彼此以變化比例的甲基及苯基，以形成具有以下之在23℃下的折射率(n 23/q )M的聚甲基苯基矽氧烷(PMPS)：1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540，以上所有值皆係 在633nm的波長。在另一實施例中，聚矽氧熱光基質可包含聚二苯基矽氧烷(PDPS)。在又一實施例中，聚矽氧熱光基質可包含聚二甲基矽氧烷(PDMS)及PMPS之共聚物、或PDMS聚合物及PMPS聚合物及/或PDPS聚合物之混合物，其中光學性質取決於聚矽氧熱光基質之總體組成中甲基及苯基之相對量。聚矽氧熱光基質亦具有在-2.5×10-4/K至-5×10-4/K的(dn/dT)M之窄的2倍(2x)範圍內的熱光係數。
下文表I說明前述基於折射率的調諧方法，其使用包含式[PhSiO3/2]之含有苯基的T型單元(縮寫為T(Ph))及式[(CH3)2SiO2/2]之標準D單元(縮寫為D(Me2))之聚矽氧熱光基質實施例。該等實施例藉由變化苯基/甲基(「Ph/Me」)莫耳比而彼此不同。聚矽氧熱光基質之給定實施例之Ph/Me莫耳比係其T(Ph)單元中Ph基團之莫耳數比其D(Me2)單元中Me基團之莫耳數。一般而言，此等實施例不含式[CH3SiO3/2]之標準T單元，且不含式[(CH3)(Ph)SiO2/2]或式[(Ph)2SiO2/2]之苯基取代的D單元。此等實施例亦可包含(可替代地可不含)式[(CH3)3SiO1/2]之標準M單元及/或式[(CH3)3-y(Ph)ySiO1/2]之苯基取代的M單元，其中各y獨立地係1、2、或3。在此等實施例中，所有組成物皆具有-3.4×10-4/K之(dn/dT)M，且使用原位處理的發煙二氧化矽(例如，其母料)作為非熱光填料，該非熱光填料具有(dn/dT)F=-1.2×10-5/K，及1.4584的n 23/q F。如表I顯示，聚矽氧智慧型光學材料之實施例可藉由調諧聚矽氧熱光基質組成物而製備，從而實現在越來越高的Tz下的最大光透射率，此係藉由增加其Ph/Me莫耳比，從而使聚矽氧熱光基質組成物之n 23/q M隨著預定的Tz增加而增加至越來越高的值。在調諧聚矽氧智慧型光學材料中，原位處理的發煙二氧化矽之(dn/dT)F=-1.2×10-5/K相對於-3.4× 10-4/K的聚矽氧熱光基質之(dn/dT)M係無足輕重的。實施例列於以下表I中。
在一些態樣中，智慧型光學材料係實施例a至m中之任一者、可替代地實施例b至m中之任一者、可替代地實施例c至m中之任一者、可替代地實施例a或b、可替代地實施例c至e中之任一者、可替代地實施例f至h中之任一者、可替代地實施例i或j、可替代地實施例k至m中之任一者、可替代地實施例m；可替代地實施例a至m，其中任一實施例係經刪除。
在25℃下，智慧型光學材料之特定外觀或不透明性(例如，根據不透明性測試方法1或2)取決於其光散射的程度。轉而，光散射的程度主要取決於前述失配的熱光係數((dn/dT)M及(dn/dT)F)及失配的折射率((n 23/q M及n 23/q F)，如上文針對調諧方法所述。又在一些態樣中，光散射的程 度進一步(小部分地)取決於一或多個二級因素。針對一或多個二級因素加以微調智慧型光學材料包括以下，該一或多個二級因素可能無論如何會增加智慧型光學材料在25℃下的光散射的程度，並因此增加透射的程度：相對於用於使智慧型光學材料之不透明性可視化的光波長之非熱光填料之粒徑、非熱光填料之粒子之任何聚集或聚結的程度、用於使智慧型光學材料之不透明性可視化的光的特定波長、成分(尤其是熱光基質)之化學組成、成分之相對比例(例如，非熱光填料在熱光基質中之裝載)、及智慧型光學材料之厚度(即，透過智慧型光學材料之光路徑的長度)。
在一些額外實施例中，智慧型光學材料之組成的微調可使用基於折射率的調諧方法之態樣，藉由基於給定的熱光基質之組成調整非熱光之組成及/或粒徑而執行。可藉由選擇不同處理劑來對非熱光填料執行調整。填料處理可調整非熱光填料之表面組成而修飾非熱光填料，以在形成基質之前驅物中及/或在藉由使含有該等形成基質之前驅物的可固化配方固化所形成的熱光基質中的分散性。前述二級因素之前提係不減小智慧型光學材料在操作溫度Tz下的光透射率；例如非熱光填料之粒徑係如本文別處所定義，但可關於在智慧型光學材料中或透過智慧型光學材料所透射的光之波長在該定義內調整，只要不使得光透射率減小即可。
如在比較性非本發明態樣中，若非熱光填料處理地不夠好，則可能難以使非熱光填料廣泛地分散於熱光基質中，取而代之的是未處理的非熱光填料或部分的非熱光填料將不均勻地分散，反而以在其中呈聚結物而存在或會吸收形成基質之前驅物，該吸收可能不利地影響可固化配方之加工性或固化。此類聚集體或聚結團(agglomerate)可能致使所得的含有該 等聚集體或聚結團的非本發明光學材料阻隔過多的可見光，且預期所得光學材料非為「智慧型」，因為其在Tz下不具有足夠的百分透射率(T%)。進一步地，預期所得非本發明光學材料之斷裂伸長率在熱老化之前低於15%及/或在200℃下在空氣中熱老化七天之後會減小超過50%、可替代地超過55%。對於給定填料及填料處理劑，熟習此項技術者將能夠使智慧型光學材料中非熱填料之性能最佳化。
可替代地或另外，微調智慧型光學材料之方法可包括調整非熱光填料之平均粒徑及/或非熱光填料之表面積及/或智慧型光學材料中非熱光填料之裝載。舉例而言，當智慧型光學材料在LED光學裝置中與磷光體層間隔開(藉由一氣隙)，並與LED光學裝置之LED熱連通時，非熱光填料之裝載可為智慧型光學材料之5wt%至40wt%。可替代地，當智慧型光學材料在LED光學裝置中與磷光體層直接接觸時，非熱光填料之裝載可為智慧型光學材料之>10wt%至35wt%、可替代地>10%至30%。非熱光填料之平均粒徑可如下文所述。調整平均粒徑、表面積、及填充光學材料中之填料裝載通常係所屬技術領域中所熟知的且可容易地在本文中採用。
在微調智慧型光學材料之組成的額外實施例中，非熱光填料(即，在填料處理之後)之平均粒徑可調整至>8nm至500nm、可替代地>8.5nm至200nm、可替代地>8.5nm至250nm、可替代地8.5nm至<100nm、可替代地>8nm至49nm、可替代地8.5nm至49nm、可替代地9nm至44nm、可替代地10nm至40nm(例如，10nm、15nm、20nm、或30nm)。若非熱光填料之平均粒徑係300至400nm，則智慧型光學材料有用於透射近紫外光，該近紫外光具有300至400nm之波長。若非熱光填料之平均粒 徑係200至300nm，則智慧型光學材料有用於透射中紫外光(middle ultraviolet light)，該中紫外光具有200至300nm之波長。若非熱光填料之平均粒徑係100至200nm，則智慧型光學材料有用於透射遠紫外光，該遠紫外光具有100至200nm之波長。若非熱光填料之平均粒徑係10至100nm、可替代地9至49nm，則智慧型光學材料有用於透射極紫外光(extreme ultraviolet light)，該極紫外光具有10至100nm之波長。約10nm之粒徑一般係一次粒徑，而約200nm或更大之粒徑可為聚集體粒徑。平均粒徑係根據稍後所述之粒徑測試方法而測定。調整平均粒徑之技術通常係已知的，包括了發煙、碾磨、沉澱、及篩分。此類技術可容易地在本文中採用。
若非熱光填料(在填料處理之後)之平均粒徑係500nm或更大，則預期所得智慧型光學材料會不利地具有在熱老化之前及/或在200℃下熱老化7天之後低於在非熱光填料之平均粒徑係500nm或更小時的斷裂伸長率。
若非熱光填料(在填料處理之後)之平均粒徑係7.4nm或更小，則預期所得光學材料(含有該非熱光填料)非為「智慧型」，因為其在25℃下根據不透明性測試方法1或2不會覆蓋波長轉換材料(諸如Nd：YAG磷光體)。若非熱光填料(在填料處理之後)之平均粒徑大於500nm，則預期所得光學材料(含有該非熱光填料)會阻隔過多可見光，且預期所得光學材料非為「智慧型」，因為其在Tz下，不具有足夠的百分透射率以顯露波長轉換材料(諸如Nd：YAG磷光體)。
藉由設計，智慧型光學材料之不同態樣可如上文所述調諧成根據不透明性測試方法1或2在環境溫度下對至少黃光或橙光係不透明 的，而在至少80℃之高操作溫度Tz下，材料對一或多種不同顏色係光學透明的，可替代地對所有顏色(即，跨黃色或橙色)係光學透明的。因此，根據不透明性測試方法1或2，當智慧型光學材料在環境溫度下時，該智慧型光學材料可覆蓋或隱藏反射或發射的黃光或橙光，及可選地其他顏色的可見光。儘管智慧型光學材料係藉由黃光或橙光而表徵，但是智慧型光學材料可在未供電關閉狀態光學裝置中用以阻隔任何有色光包括紫光、藍光、綠光、黃光、橙光、或紅光、或非可見光之透射，並可在供電導通狀態光學裝置中用以透射任何有色光包括紫光、藍光、綠光、黃光、橙光、或紅光、或非可見光。當裝置在未供電關閉狀態下時，由智慧型光學材料阻隔的光可與當裝置在供電導通狀態下時，由智慧型光學材料透射的光係相同的或不同的。
舉例而言，在一些態樣中，智慧型光學材料對黃光或橙光(根據不透明性測試方法1或2)、橙光、及紅光係不透明的；並含有磷光體，該磷光體吸收可見光，並回應地分別發射紫光、藍光、綠光、黃光、橙光、及紅光中之至少一者，使得該磷光體在環境溫度及光條件下的智慧型光學材料實施例中不會係可見的。在一些態樣中，至少一種光係紫光、可替代地藍光、可替代地綠光、可替代地黃光、可替代地橙光、可替代地紅光。在此類態樣中，至少一種磷光體吸收可見光並回應地分別發射紫光、可替代地藍光、可替代地綠光、可替代地黃光(例如，YAG磷光體、或Nd：YAG磷光體)、可替代地橙光、可替代地紅光中之至少一者。該至少一種磷光體在環境溫度下的智慧型光學材料中會係不可見的。
出於上文所述的原因，智慧型光學材料係「智慧型」，因為 其以針對可見光譜中之至少一種色光之設計方式光學回應於溫度變化。舉例而言，在環境溫度(
Figure TWI678551B_D0014
30℃，例如，-10°至30℃)下，根據不透明性測試方法1或2，智慧型光學材料可對黃光或橙光係不透明的，並因此當智慧型光學材料在周圍溫度下時，隱藏(避免人類觀察者看見)反射或發射此類色彩之物件，諸如封裝於智慧型光學材料中或設置與智慧型光學材料接觸的波長轉換器(例如，磷光體或磷光體層)。在25℃下使用在波長600nm的光及係1.65mm厚板的智慧型光學材料之測試樣本，智慧型光學材料可具有小於或等於55%、可替代地<50%、可替代地<45%、可替代地<40%、可替代地<35%、可替代地<30%之透過該厚度的百分透射率(T%)。當在高溫Tz下加熱智慧型光學材料時，其自不透明狀態變換至實質上更透射的至光學清透狀態、且包括光學清透狀態，並允許可見光譜中至少黃光或橙光之透射。進一步地，在高溫Tz下，相較於如前述照明技術領域中由具有匹配的折射率n 23/q 的基質及光學填料製造的非本發明比較性材料，智慧型光學材料具有在高溫Tz下顯著增強的清透度(例如，減小的霧度或增加的光透射)。因此，當其用於在未供電關閉狀態的光學裝置中時，智慧型光學材料覆蓋或隱藏物件(諸如封裝於其中的磷光體)，且當相同光學裝置在供電導通狀態時，智慧型光學材料實現增強的來自其之光輸出或其光透射效率。
有利的是，吾等發現，智慧型光學材料在導通狀態的光學裝置之較高操作溫度Tz下，相較於在關閉狀態下的光學裝置之環境溫度或相較於低於Tz之溫度表現更好。也就是說，其前述Tz範圍越高，具有智慧型光學材料的光學裝置之光輸出或光透射效率越好。在一些實施例中，根據不透明性測試方法1或2，智慧型光學材料(包括具有聚矽氧熱光基質之智 慧型光學材料)係智慧型，因為在25℃下的起始T%小於50%，所以使得當智慧型光學材料在30℃或更低溫度下時，材料可能隱藏黃色或橙色磷光體。同樣，智慧型光學材料(包括具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料)係有益的，因為在一些實施例中，在100℃或更高溫度下的T%(例如，在125℃或150℃下的T%)實質上優於在25℃下的T%，且在一些情況下大於在25℃下的T%超過50%，這意謂智慧型光學材料之清透度有利地隨遞增的溫度而增加。因此，智慧型光學材料可隱藏在未供電關閉狀態下的光學裝置中的黃色或橙色磷光體，並增加在供電導通狀態下的光學裝置的光輸出或光透射效率。當智慧型光學材料在至少100℃、可替代地至少120℃、可替代地至少150℃、可替代地至少180℃、可替代地前述溫度中之任一者至200℃的高溫下時，其對至少一種色光係實質上透明的。許多磷光體在當其高於150℃時損失相當大的效率，因此在智慧型光學材料用於亦具有在高於150℃損失相當大的效率之磷光體或磷光體層的光學裝置中時，Tz係100°至150℃。
除了其「智慧型」光學性質，智慧型光學材料達成良好的機械性能，若該智慧型光學材料或設置其的光學裝置受到外部機械力(諸如振動或衝擊)，該機械性能足以避免該智慧型光學材料龜裂。使用稍後描述之抗龜裂性測試方法，智慧型光學材料可在120℃下抗龜裂。
智慧型光學材料，其特徵在於根據斷裂伸長率，其具有測試方法(稍後描述)在熱老化之前在第0天至少15%及在200℃下在空氣中熱老化7天在第7天至少12%之斷裂伸長率。同樣地，熱老化的智慧型光學材料之斷裂伸長率將保持與第0天無變化或係至少12%並自第0天至第7 天以>0%至小於50%之程度減小。舉例而言，此優點可藉由利用智慧型光學材料在熱老化之前(第0天)及在200℃下在空氣中加熱1至7天之後的斷裂伸長率測試而展現，其中熱老化之前的斷裂伸長率係大於15%，例如>15%至<40%、可替代地20%至35%、可替代地20%至34%；且在200℃下在空氣中熱老化之後的斷裂伸長率係至少12%、可替代地至少15%、可替代地至少20%、可替代地至少24%、可替代地至少26%。進一步地，熱老化的智慧型光學材料之斷裂伸長率將保持與第0天無變化，或自第0天至第7天以小於50%、可替代地小於35%、可替代地小於33%、可替代地小於30%、可替代地小於27%、可替代地15%至49%、可替代地20%至49%、可替代地15%至35%、可替代地20%至33%、可替代地20%至29%的程度減小。此意謂當熱老化的智慧型光學材料受到外部機械力時或之後不久，其不太可能最終龜裂、裂開、或以上兩者，而相對於具有未處理的非熱光填料之比較性非本發明材料，更可能達成有利地長的操作壽命。斷裂伸長率係根據稍後描述之斷裂伸長率測試方法而測量。
因此，智慧型光學材料實現本發明複合光學裝置之態樣，以具有未操作時美觀上令人滿意的外觀、操作時改良的光輸出及光透射效率、令人滿意的或改良的操作壽命、及引導光輸出之靈活性。進一步地，智慧型光學材料達成良好的機械性能，若該智慧型光學材料或設置其的光學裝置受到外部機械力(諸如振動或衝擊)，該機械性能足以避免該智慧型光學材料龜裂。使用稍後描述之抗龜裂性測試方法，智慧型光學材料可在120℃下抗龜裂。此設計的特徵及優點之組合先前未見於照明領域中之光學材料中。
智慧型光學材料之熱光基質可由適用於在高溫Tz下透射光且在高溫下具有低於其在23℃下的折射率之的折射率的任何巨分子材料組成，諸如有機聚合物、聚矽氧材料、或其組合。
在一些實施例中，熱光基質具有1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540、可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540之在23℃下的折射率n 23/q ，以上所有值皆係在633nm之波長。在其他實施例中，熱光基質具有以下在20℃下的折射率n 20/d ：1.480至1.56、可替代地1.480至1.540、可替代地1.485至1.540、可替代地1.485至1.499、可替代地1.516至1.540，以上所有值皆係在589nm之波長。
智慧型光學材料之熱光基質之組成可為具有足以提供大於或等於-2.0×10-4K-1、可替代地
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-2.5×10-4K-1、可替代地
Figure TWI678551B_D0016
-3.0×10-4K-1之熱光係數(dn/dT)M的熱脹係數(CTE)之任何材料。在一些態樣中，(dn/dT)M係-2.5×10-4K-1至-6×10-4K-1；可替代地-2.5×10-4K-1至-5.5×10-4K-1；可替代地-3.0×10-4K-1至-5.5×10-4K-1；可替代地-3.1×10-4K-1至-5×10-4K-1；可替代地-3.2×10-4K-1至-4.9×10-4K-1。進一步地，熱光基質之(dn/dT)M小於非熱光填料之(dn/dT)F；例如，(dn/dT)M係-4×10-4 K -1(0.0004K -1)而(dn/dT)F係-1×10-4 K -1(0.0001K -1)。
一般而言，熱光基質包含在裝置之操作溫度Tz下係(至少實質上)光學透明的聚合材料、基本上由其組成、或由其組成。熱光基質之聚合材料可具有足以提供前述(dn/dT)M值中任一者的CTE。聚合材料可具有低於裝置之操作溫度Tz之玻璃轉移溫度(Tg)。亦涵蓋未來開發並發現具有前述(dn/dT)M值中任一者之任何熱光基質材料。
一般而言，熱光基質由有機聚合物或聚矽氧材料組成。有機聚合物可為聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚(乙烯醇縮丁醛)、聚碳酸酯(n 23/q 1.5860)、聚酯(例如，聚(對苯二甲酸乙二酯)或聚(對苯二甲酸丁二酯))、或聚丙烯酸酯(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)，n 23/q 1.4893；或聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯))。更一般而言，熱光基質由聚(乙酸乙烯酯)或聚矽氧材料、可替代地聚矽氧材料組成。有機聚合物可為聚(乙酸乙烯酯)、可替代地具有n 23/q M 1.4665之聚(乙酸乙烯酯)。有機聚合物可在80°至150℃、可替代地100°至150℃、可替代地120°至150℃之操作溫度Tz下係有用的。聚矽氧材料可為聚矽氧聚合物、聚矽氧樹脂、或聚矽氧聚合物及聚矽氧樹脂之組合。聚矽氧材料可根據前述Ketola等人(WO 2010/141697A2)之方法而調諧或可變地調配。聚矽氧材料可在80°至225℃、可替代地100°至200℃、可替代地120°至180℃之Tz下係有用的。
在一些態樣中，熱光基質係有機聚合物、(有機)無機聚合物、或有機-(有機)無機共聚物。合適的有機-(有機)無機共聚物之實例係聚(乙酸乙烯酯)-有機聚矽氧烷嵌段共聚物。「(有機)無機聚合物((organo)inorganic polymer)」意謂具有經側基及/或末端有機基取代之無機主鏈的巨分子。「有機-(有機)無機共聚物(organic-(organo)inorganic copolymer)」意謂一巨分子，其具有複數個具有經側基及/或末端有機基取代之無機主鏈的重複單元，且具有複數個具有經氫原子或有機基取代之有機主鏈的重複單元，其中該等重複單元可以係任何次序，儘管一般係以類似重複單元之鏈段之形式。
在一些態樣中，熱光基質係(有機)無機聚合物。合適的(有機)無機聚合物之實例係聚有機矽烷、聚有機矽氮烷、聚有機矽氧烷、或其任 何兩者或更多者之共聚物。
在一些態樣中，智慧型光學材料之熱光基質係有機聚矽氧烷。此類熱光基質在本文中稱為聚矽氧熱光基質。聚矽氧熱光基質可為Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)，諸如Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)。Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)可具有以下之Si-苯基對Si-甲基之莫耳比：0.20至0.90、可替代地0.20至0.70、可替代地0.20至0.50。
聚矽氧熱光基質可藉由經由任何合適的固化方法固化可固化配方而製備以給出經固化的聚矽氧產物。可固化配方包含有用於藉由合適的固化方法形成固化的聚矽氧產物的兩種或更多種形成基質之前驅物之混合物。合適的固化方法之實例係縮合固化、自由基固化、及矽氫化固化。在一些實施例中，聚矽氧熱光基質係藉由使可縮合固化有機矽氧烷配方縮合固化、可替代地藉由使可自由基固化有機矽氧烷配方自由基固化而製備。在其他實施例中，可固化配方可為可藉由矽氫化固化及縮合或自由基固化而固化的雙固化系統，一般而言以上所有皆如所屬技術領域中所熟知並可容易地在本文中採用。
在一些實施例中，聚矽氧熱光基質係藉由使矽氫化可固化有機矽氧烷配方矽氫化固化而製備。適用於矽氫化固化之兩種或更多種形成基質之前驅物之實例係稍後詳細描述之矽氫化可固化配方之成分(A)及(B)。在一些實施例中，藉由矽氫化反應之固化係藉由加熱可固化配方而啟動。在一些實施例中，矽氫化催化劑係可光活化矽氫化催化劑，且固化係藉由以下過程啟動：將可光活化矽氫化催化劑曝露於如紫外線及/或可見光的輻射，從而活化催化劑，並加熱可固化配方，從而開始矽氫化固化。在 固化之後，製成固化產物，該固化產物係聚矽氧熱光基質。一般而言，輻射若非寬頻紫外線就是I線(365nm)UV光。
在一些態樣中，係有用於製造智慧型光學材料之矽氫化可固化配方，該矽氫化可固化配方包含：成分(A)至(D)。成分(A)係有機聚矽氧烷，其每分子平均含有至少兩個烯基。成分(B)係有機矽化合物，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結氫原子(SiH官能性有機矽化合物)；成分(C)係矽氫化催化劑。成分(D)係非熱光填料。特定成分(A)及(B)可選自下文所述者，使得自其製備之熱光基質實現藉由調整在23℃下的折射率(分別是n 23/q M及n 23/q F)及熱光係數(分別是(dn/dT)M及(dn/dT)F)而調諧智慧型光學材料。此調諧包含調配欲固化的矽氫化可固化配方之成分(例如，(A)及(B))以給出相對於非熱光填料而言，具有失配的熱光係數(分別是(dn/dT)M及(dn/dT)F)及失配的在23℃下的折射率(分別是n 23/q M及n 23/q F)及匹配的在Tz下的折射率(分別是n z/q M及n z/q F)的熱光基質。調諧方法於先前描述。
成分(A)係有機聚矽氧烷，其每分子平均含有至少兩個烯基，其亦稱為成分(A)或有機聚矽氧烷。有機聚矽氧之結構可為直鏈、支鏈、樹脂狀、或其至少兩者之組合。例如，此組合結構可以係所謂的樹脂狀-直鍊有機聚矽氧烷。有機聚矽氧烷可以係均聚物或共聚物。烯基一般具有2至10個碳原子，且係由(但不限於)乙烯基、烯丙基、丁烯基、以及己烯基所例示。丁烯基可以係1-丁烯-1-基、1-丁烯-2-基、2-丁烯-1-基、1-丁烯-4-基、或2-甲基丙烯-3-基。己烯基可以係1-己烯-1-基、1-己烯-2-基、2-己烯-1-基、1-己烯-6-基、或2-甲基戊烯-5-基。烯基可位於有機聚矽氧烷中的終端位置、側接位置、或終端及側接位置兩者。有機聚矽氧烷一般而言缺乏SiH 官能性，使得除了那些鍵結至烯基或鍵結至氧(有機聚矽氧烷的矽氧烷部分)之外的矽原子價係鍵結至飽和及/或芳族有機基團，該些飽和及/或芳族有機基團也就是以R1代表之有機基團，而非不飽和脂族基。有機聚矽氧烷中的飽和及/或芳香族有機基團R1係獨立地選自不含脂族不飽和的單價烴基以及單價鹵化烴基。各R1一般而言獨立地具有1至20個碳原子、可替代地1至10個碳原子、可替代地1至6個碳原子。R1基團的實例係烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、及其鹵化取代的衍生物。鹵化取代衍生物的各鹵素獨立地係氟基、氯基、溴基、或碘基；可替代地係氟基、氯基、或溴基；可替代地係氟基或氯基；可替代地係氟基；可替代地係氯基。烷基的實例係甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一基、以及十八基。環烷基的實例係環戊基及環已基。芳基的實例係苯基及萘基。烷基芳基的實例係甲苯基及二甲苯基。芳基烷基的實例係苯甲基及2-苯乙基。其鹵化取代衍生物之實例係3,3,3,-三氟丙基、3-氯丙基、以及二氯苯基。
有機聚矽氧烷可以係單一有機聚矽氧烷或二或更多種有機聚矽氧烷的混合物，該二或更多種有機聚矽氧烷在下列特性之至少一者有差異：結構、黏度(動黏度，25℃)、平均分子量(數量平均或重量平均)、矽氧烷單元組成、以及矽氧烷單元序列。
成分(A)有機聚矽氧烷在25℃可具有隨著有機聚矽氧烷的分子量及結構而變之動黏度。動黏度可係0.001至100,000帕斯卡-秒(Pa．s)、可替代地係0.01至10,000Pa．s、可替代地係0.01至1,000Pa．s，可替代地係1至500Pa．s。
適當直鍊有機聚矽氧烷之成分(A)的實例係具有下列式(1)至 式(6)中任一者的聚二有機矽氧烷：MViDaMVi(1)；MViD0.25aDPh 0.75aMVi(2)；MViD0.95aDPh,Ph 0.05aMVi(3)；MViD0.98aDVi 0.02aMVi(4)；MD0.95aDVi 0.05aM(5)；及MPh,viDaMPh,Vi(6)；其中下標「a」具有使得聚二有機矽氧烷的動黏度係0.001至100,000Pa.s.之值；各M單元係式[((CH3)3SiO1/2]；各MVi單元係乙烯基單取代M單元，並且係式[((CH3)2(CH=CH2)SiO1/2]；各MPh,Vi單元係苯基單取代及乙烯基單取代M單元，並且係式[((CH3)(Ph)(CH=CH2)SiO1/2]；各D單元係式[((CH3)2SiO2/2]；各DVi單元係乙烯基單取代D單元，並且係式[((CH3)(CH=CH2)SiO2/2]；各DPh單元係苯基單取代D單元，並且係式[((CH3)(Ph)SiO2/2]；各DPh,Ph單元(即，DPh 2)係苯基雙取代D單元，並且係式[((Ph)2SiO2/2]。
支鏈有機聚矽氧烷之成分(A)的實例係具有下列式(1)至式(6)中任一者的聚二有機矽氧烷：MViDD’ DaMVi(1)；MViD’ D0.25aDD’ DPh 0.75aMVi(2)；MViDD’ D0.95aDD’ DPh,Ph 0.05aMVi(3)；MViDD’ D0.88aDD’ DVi 0.02aMVi(4)；MDD’ D0.95aDD’ DVi 0.05aM(5)；及MPh,ViDD’ DaMPh,Vi(6)；其中下標a具有使得聚二有機矽氧烷的動黏度係0.001至100,000Pa.s.值；各M單元係式[((CH3)3SiO1/2]；各MVi單元係乙烯基單取代M單元，並且係式[((CH3)2(CH=CH2)SiO1/2]；各MPh,Vi單元係苯基單取代及乙烯基單取代M單元，並且係式[((CH3)(Ph)(CH=CH2)SiO1/2]；各D單元係式[((CH3)2SiO2/2]；各D'單元係式[(CH3)RSiO2/2]，其中各R獨立地係-CH3、-(CH2)nCH3、-(CH2)nCH=CH2、-O-Si(Me2)n-OSi(Me,H)m-O-SiMePhCH=CH2、-O-Si(MeH)n-O-SiMePhCH=CH2、或-O-Si(Me2)n-O-SiMePhCH=CH2，且下標n及m獨立地係1至9之整數；各DVi單元係乙烯基單取代D單元，並且係式[((CH3)(CH=CH2)SiO2/2]；各DPh單元係苯基單取代D單元，並且係式[((CH3)(Ph)SiO2/2]；且各DPh,Ph單元係苯基雙 取代D單元，並且係式[((Ph)2SiO2/2]。
適當有機聚矽氧烷樹脂之成分(A)的實例係烯基取代MQ樹脂、烯基取代TD樹脂、烯基取代MT樹脂、烯基取代MTD樹脂、及其任何二或更多者的組合。有機聚矽氧烷可以係有機聚矽氧烷樹脂、其中有機聚矽氧烷樹脂係烯基取代MQ樹脂、烯基取代TD樹脂、烯基取代MT樹脂、或烯基取代MTD樹脂；可替代地係烯基取代TD樹脂、烯基取代MT樹脂、或烯基取代MTD樹脂；可替代地係烯基取代MQ樹脂、烯基取代MT樹脂、或烯基取代MTD樹脂；可替代地係烯基取代MQ樹脂；可替代地係烯基取代TD樹脂；可替代地係烯基取代MT樹脂；可替代地係烯基取代MTD樹脂。烯基取代MQ樹脂含有式[(烯基)(R1)2SiO1/2]v之M烯基型單元，其中下標v係樹脂中M烯基型單元的莫耳分率。Q型單元係式[SiO4/2]q，其中下標q係樹脂中Q型單元的莫耳分率。烯基取代MT樹脂可含有M烯基型單元及/或T烯基型單元中之一或多者，其係式[烯基SiO3/2]t，其中下標t係MT樹脂中T型單元的莫耳分率。
有機聚矽氧烷可包含烯基取代MTD樹脂。烯基取代MTD樹脂基本上由下列所組成：M型單元、T型單元、D型單元、以及M烯基型單元、D烯基型單元、及T烯基單元之至少一者。也就是說，在本文上下文中的用詞「基本上由……所組成(consists essentially of)」表示烯基取代MTD樹脂係實質上不含(即，0至<0.10莫耳分率之)或完全不含(即，0.00莫耳分率之)Q單元。M型單元係式[((R1)3SiO1/2]m1，其中下標m1係樹脂中M型單元的莫耳分率。M烯基型單元係式[(烯基)(R1)2SiO1/2]v，其中下標v係樹脂中M烯基型單元的莫耳分率。D型單元係式[(R1)2SiO2/2]d，其中下標d係樹脂中D 型單元的莫耳分率。D烯基型單元係式[(R1)(烯基)SiO2/2]d，其中下標d係樹脂中D烯基型單元的莫耳分率。T型單元係式[R1SiO3/2]t，其中下標t係樹脂中T型單元的莫耳分率。T烯基型單元係式[烯基SiO3/2]t，其中下標t係樹脂中T型單元的莫耳分率。
有機聚矽氧烷可包含烯基取代MT樹脂。烯基取代MT樹脂基本上由下列所組成：M型單元、T型單元、以及M烯基型單元與T烯基單元之至少一者。也就是說，在本文上下文中的用詞「基本上由……所組成(consists essentially of)」表示烯基取代MT樹脂係實質上不含(即，0至<0.10莫耳分率之)或完全不含(即，0.00莫耳分率之)D單元及Q單元。M型單元、M烯基型單元、T型單元、及T烯基型單元係獨立地如上所述。
有機聚矽氧烷可包含烯基取代TD樹脂。烯基取代TD樹脂基本上由下列所組成：T型單元、D型單元、以及D烯基型單元與T烯基單元之至少一者。也就是說，在本文上下文中的用詞「基本上由……所組成(consists essentially of)」表示烯基取代TD樹脂係實質上不含(即，0至<0.10莫耳分率之)或完全不含(即，0.00莫耳分率之)M單元及Q單元。D型單元、D烯基型單元、T型單元、及T烯基型單元係如上所定義。
有機聚矽氧烷可包含烯基取代MQ樹脂。烯基取代MQ樹脂基本上由下列所組成：M型單元、M烯基型單元、以及Q單元。也就是說，在本文上下文中的用詞「基本上由……所組成(consists essentially of)」表示烯基取代MQ樹脂係實質上不含(即，0至<0.10莫耳分率之)或完全不含(即，0.00莫耳分率之)T型單元及Q單元。M型單元及M烯基型單元係如上所定義。Q單元係式[SiO4/2]q，其中下標q係樹脂中Q單元的莫耳分率。M型單 元對Q單元的莫耳比值可以係0.6至1.9。
有機聚矽氧烷樹脂可含有平均3至30mol%烯基。樹脂中烯基的mol%樹脂中含烯基矽氧烷單元莫耳數對樹脂中矽氧烷單元總莫耳數的比值乘以100。
有機聚矽氧烷樹脂可藉由所屬技術領域中眾所周知的方法製備，且可容易地在本文中採用。例如，烯基取代MQ樹脂可藉由製備樹脂共聚物來製備，此係藉由頒給Daudt等人之US 2,676,182的二氧化矽水溶膠加蓋程序達成，然後以至少一含烯基封端試劑處理該樹脂共聚物，以給出有機聚矽氧烷樹脂。含烯基封端試劑的實例係矽氮烷、矽氧烷、以及矽烷，該等實例係如下列文件中所例示者：頒給Blizzard等人的US 4,584,355；頒給Blizzard等人的US 4,591,622；以及頒給Homan等人的US 4,585,836。單一封端試劑或二或更多種此等試劑的混合物可用來製備烯基取代MQ樹脂。
Daudt等人的程序涉及在酸性條件下將二氧化矽水凝膠與下列者進行反應：例如三甲基氯矽烷(矽單體的實例)之可水解三有機矽烷、例如六甲基二矽氧烷(矽寡聚物的實例)之有機矽氧烷、或其混合物；然後重獲具有M及Q單元的樹脂共聚物。樹脂共聚物通常含有2至5重量百分比的矽鍵結羥基(SiOH)基團。將樹脂共聚物與含烯基封端試劑(例如，(H2C=C(H))(CH3)2SiCl)進行反應，或與含烯基封端試劑以及不含脂族取代的封端劑(例如，(H2C=C(H))(CH3)2SiCl及(CH3)3SiCl)的混合物)之混合物進行反應，然後給出烯基取代MQ樹脂，該烯基取代MQ樹脂具有0至小於2wt% SiOH基團且一般具有3至30mol%的烯基(例如，H2C=C(H)-)。
在一些態樣中，智慧型光學材料可含有未處理的聚矽氧樹脂 粒子，諸如含有T及/或Q單元之未處理的聚矽氧樹脂粒子(例如，MQ樹脂、MT樹脂、MDQ樹脂、MDT樹脂、MTQ樹脂)。此類樹脂之實例在上文描述。在其他態樣中，智慧型光學材料缺乏或不含未處理的聚矽氧樹脂粒子。
矽氫化可固化配方之成分(B)係有機矽化合物，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結氫原子，在本文中又稱為成分(B)或SiH官能性有機矽化合物。矽鍵結氫原子可位於SiH官能性有機矽化合物中的終端位置、側接位置、或終端及側接位置兩者。SiH官能性有機矽化合物可以係單一化合物或二或更多種此類化合物的混合物，該二或更多種此類化合物在下列特性之至少一者有差異：結構、平均分子量(數量平均或重量平均)、黏度(動黏度，25℃)、矽烷單元組成、矽氧烷單元組成、以及單元序列。除不飽和脂族基團之外，有機矽化合物含有飽和及/或芳族有機基，即由R1表示的有機基。有機矽化合物中的飽和及/或芳香族有機基團R1係獨立地選自不含脂族不飽和的單價烴基以及單價鹵化烴基。各R1一般獨立地如上文所定義。
SiH官能性有機矽化合物可以係有機氫矽烷或有機氫矽氧烷。有機氫矽烷可以係含有有機基團及SiH基團的有機單矽烷、有機二矽烷、有機三矽烷、或有機聚矽烷。有機氫矽氧烷可以係有機氫二矽氧烷、有機氫三矽氧烷、或有機氫聚矽氧烷。例如，SiH官能性有機矽化合物可以係有機氫矽氧烷，可替代地係有機氫聚矽氧烷。SiH官能性有機矽化合物之結構可以係直鍊、支鍊、環狀、或樹脂狀；可替代地係直鍊；可替代地係支鍊；可替代地係環狀；可替代地係樹脂狀。SiH官能性有機矽化合物中至 少50mol%的有機基團可以係甲基，而任何剩餘有機基團可以係乙基及/或苯基。
適合用作SiH官能性有機矽化合物的有機氫矽烷的實例係有機單矽烷，例如二苯基矽烷及2-氯乙基矽烷；有機二矽烷，例如1,4-雙(二甲基矽基)苯、雙[(4-二甲基矽基)苯基]醚、以及1,4-二甲基二矽基乙烷；有機三矽烷，例如1,3,5-三(二甲基矽基)苯以及1,3,5-三甲基-1,3,5-三矽烷；以及有機聚矽烷，例如聚(甲基矽烯)伸苯以及聚(甲基矽烯)甲烯。
適合用作siH官能性有機矽化合物的有機氫矽氧烷的實例係二矽氧烷，例如1,1,3,3-四甲基二矽氧烷及1,1,3,3-四苯基二矽氧烷；三矽氧烷，例如苯基三(二甲基矽氧基)矽烷以及1,3,5-三甲基環三矽氧烷；以及聚矽氧烷，例如三甲基矽氧基終端聚(甲基氫矽氧烷)、三甲基矽氧基終端聚(二甲基矽氧烷/甲基氫矽氧烷)、二甲基氫矽氧基終端聚(甲基氫矽氧烷)、以及基本上由H(CH3)2SiO1/2單元、(CH3)2SiO2/2單元、及SiO4/2單元所組成的MDQ型樹脂。也就是說，在本文上下文中的用詞「基本上由……所組成(consisting essentially of)」表示MDQ型樹脂係除了各別H(CH3)2SiO1/2單元以及(CH3)2SiO2/2單元外，實質上不含(即，0至<0.10莫耳分率之)或完全不含(即，0.00莫耳分率之)T單元及M單元和D單元。
製備成分(B)SiH官能性有機矽化合物的方法係所屬技術領域內眾所周知的且可容易地在本文中採用。例如，有機聚矽烷可藉由在鈉金屬或鋰金屬存在之下，在烴溶劑中的有機氯矽烷反應(所謂伍茲(Wurtz)反應的一實例)來製備。有機聚矽氧烷可藉由有機鹵矽烷的水解及縮合加以製備。
本文中所述之各單元下標係獨立地定義。本文中獨立描述的各R1係如上述針對有機聚矽氧烷所定義者。為確保成分(A)及(B)的相容性，各成分(A)及(B)中主要的R1係同一類型(例如，主要地係烷基或主要地係芳基)。在一些實施例中，各成分(A)及(B)中主要的R1基團係烷基、可替代地係甲基。如果有任何剩餘的R1基團，則可能係乙基及/或苯基。烯基係如上述針對有機聚矽氧烷所定義者。一般而言，各烯基獨立地係乙烯基、烯丙基、1-丁烯-4-基、或1-己烯-6-基；可替代地係乙烯基、烯丙基、或1-丁烯-4-基；可替代地係乙烯基或烯丙基；可替代地係乙烯基或1-丁烯-4-基；可替代地係乙烯基；可替代地係烯丙基；可替代地係1-丁烯-4-基；可替代地係1-己烯-6-基。
矽氫化可固化配方中成分(B)的量係足以固化配方的濃度。配方可被認為係藉由從其製備的經固化聚矽氧產物中成分(A)的烯基與成分(B)的SiH基團之間的矽氫化反應程度而經固化。矽氫化可固化配方中成分(B)的濃度可藉由所屬技術領域中具有通常知識者輕易調整，以得到在經固化聚矽氧產物中的所欲固化程度。一般而言，配方中成分(B)的濃度係足以提供成分(A)之每個烯基0.5至3個SiH基團，可替代地0.7至1.2個SiH基團。當成分(A)之每分子烯基的平均數與成分(B)之每分子矽鍵結氫原子的平均數之總和大於四，會出現交聯且經固化聚矽氧產物可藉由其中之交聯程度或交聯密度表徵。所有其他東西都相等，當總和增加(例如，由>4至4.5、5、或6，如藉由選取各別具較高之每分子平均烯基數及較高之每分子SiH基團數的成分(A)和成分(B)的實施例)，從其製備的經固化聚矽氧產物中的交聯程度或交聯密度係增加的。分開來看，所有其他東西都相等，隨著配 方中成分(B)的濃度增加，從其製備的經固化聚矽氧產物中的交聯程度或交聯密度係增加的。總和及/或濃度可由所屬技術領域中具有通常知識者輕易調整以達成經固化聚矽氧產物中的所欲交聯程度。
在矽氫化可固化配方中(因此在聚矽氧熱光基質中)成分(A)及(B)可以此方式成比例，以用SiH對烯基比值(例如，SiH對乙烯基莫耳比，SiH/Vi比值)組態配方。SiH對烯基比值(例如，SiH/Vi比值)可使用紅外線(IR)或質子核磁共振(1H-NMR)光譜，例如，使用設在400百萬赫茲(MHz)的Agilent 400-MR NMR分光光度計，加以測量。矽氫化可固化配方可依任何所欲的SiH對烯基比值(例如，SiH/Vi比值)成比例，例如0.01至1,000；可替代地0.05至100；可替代地0.1至10。SiH對烯基比值可為特定應用或用途量身打造。在一些態樣中，成分(A)有機聚矽氧烷每分子平均含有至少三個烯基、可替代地成分(B)SiH官能性有機矽化合物每分子平均含有至少三個SiH官能基、或以上兩者。
矽氫化可固化配方的成分(C)係矽氫化催化劑，一般而言係可光活化矽氫化催化劑。矽氫化催化劑(除了可光活化矽氫化催化劑外)可以係一旦加熱配方之時，就能夠催化成分(A)與成分(B)之矽氫化的任何矽氫化催化劑。可光活化矽氫化催化劑可以係一旦將催化劑曝露於具有包含I線輻射(例如，365nm)之波長的輻射並加熱該配方之時/之後，就能夠催化成分(A)與成分(B)之矽氫化的任何矽氫化催化劑。一般而言，輻射若非寬頻紫外線就是僅係I線(365nm)之UV光。矽氫化可固化配方可在曝露於輻射步驟之前、之同時、或之後經加熱。一般而言，矽氫化催化劑包含金屬，例如，鉑族金屬。金屬可以係鈀、鉑、銠、釕、或其任何二或更多者的組 合。金屬可以係鈀，可替代地係鉑、可替代地係銠、可替代地係釕、可替代地係鉑與鈀、銠、及釕之至少一者的組合。金屬可以係金屬-配位子錯合物的一部分。金屬-配位子錯合物的配位子可以係任何單牙配位子、多牙配位子、或其組合。成分(C)可為無色的，或在成分(C)係有色的(例如，Rh催化劑可為紅色)態樣中，顏色不干擾智慧型光學材料之預定用途。
在一些實施例中，該矽氫化催化劑可能係Rh催化劑。此類Rh催化劑為[Rh(cod)2]BF4(其中cod為1,5-環辛二烯)、威氏(Wilkinson’s)催化劑(Rh(PPh3)3Cl，其中Ph為苯基)、Ru(η6-芳烴)Cl2]2(其中芳烴為苯或對異丙基甲苯，其中對異丙基甲苯為1-甲基-4-(1-甲基乙基)苯)、葛氏(Grubb’s)催化劑(例如：Ru=CHPh(PPh3)2Cl2，其中Ph為苯基)、或[Cp*Ru(CH3CN)3]PF6)(其中Cp*為1,2,3,4,5-五甲基環戊二烯陰離子)。可替代地，矽氫化催化劑可能係Pt催化劑。Pt催化劑的實例係史氏(Speier's)催化劑(H2PtCl6；US 2,823,218及US 3,923,705)或卡氏(Karstedt’s)催化劑(Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)；US 3,715,334及US 3,814,730)。或者鉑催化劑包括但不限於氯鉑酸與含有末端脂族不飽和之有機矽化合物的反應產物，包括描述於US 3,419,593中之催化劑。可替代地，矽氫化催化劑包括具有雙牙配位子的Pt錯合物，雙牙配位子係如1,3-丁二烯，可替代地乙醯丙酮基。矽氫化催化劑也包括氯化鉑和二乙烯基四甲基二矽氧烷的中和錯合物，如US 5,175,325中所述。此外，合適之矽氫化催化劑說明於US 3,159,601；US 3,220,972；US 3,296,291；US 3,516,946；US 3,989,668；US 4,784,879；US 5,036,117；US 5,175,325；及EP 0 347 895 B1。
適當可光活化矽氫化催化劑的實例係在US 6,617,674 B2，第 6欄65行至第7欄25行中所述者；其中之催化劑在此以引用方式併入本文中。本文所述的一些可光活化矽氫化催化劑也在之前段落中說明過。可光活化矽氫化催化劑可由所屬技術領域中眾所周知的方法製備而得並可容易地在本文中採用，如US 6,617,674 B2，第7欄，39至48行中所述。
在一些實施例中，(C)矽氫化催化劑係可光活化矽氫化催化劑且方法包含以具有300至800nm波長的光照射催化劑以給出經照射聚矽氧配方，並加熱經照射聚矽氧配方以給出經固化聚矽氧產物，該經固化聚矽氧產物係聚矽氧熱光基質。光線可以係I線輻射(365nm)或寬頻輻射(其含有I線輻射)。
矽氫化可固化配方中所用(C)矽氫化催化劑的催化量可用衍生自矽氫化催化劑的任何大於0百萬分點(ppm)的金屬的原子量而表徵。以矽氫化可固化配方的總重量計，金屬的原子量可以係大於0至1000ppm。金屬的原子量可以係0.1至500ppm、可替代地0.5至200ppm、可替代地0.5至100ppm、可替代地1至25ppm。金屬可能係鉑族金屬(例如，鉑)的任何一者。
矽氫化可固化配方的成分(D)係非熱光填料。
非熱光填料可由任何微粒材料組成，諸如無機微粒材料、有機微粒材料或二氧化矽微粒材料，其適用於在高溫Tz下透射光，且具有與在23℃下的折射率實質上相同的在高溫下之折射率。非熱光填料係非晶的，且當廣泛分散於熱光基質中時係未聚結的，具有如下文所述之平均粒徑。非熱光填料在粒徑、組成、或分子量方面相異於聚矽氧樹脂粒子。
在一些實施例中，非熱光填料具有以下之在23℃下的折射 率n 23/q ：1.450至1.460、可替代地1.451至1.459、可替代地1.4570至1.4590、可替代地1.4580至1.4589，以上所有值皆係在633nm之波長。在一些實施例中，非熱光填料具有以下之在20℃下的折射率n 20/d ：1.450至1.460、可替代地1.451至1.459、可替代地1.4570至1.4590、可替代地1.4580至1.4559，以上所有值皆係在589nm之波長。
非熱光填料之組成可為任何材料，該材料具有一不良熱脹係數(CTE)，使得該材料之熱光係數(dn/dT)F係>-1.0×10-4 K -1(-0.0001K -1)、可替代地>-5×10-5 K -1(-0.00005K -1)、可替代地>-2×10-5 K -1(-0.00002K -1)。對於清透度而言，-2×10-5 K -1>-5×10-5 K -1>-1.0×10-4 K -1。進一步地，熱光基質之(dn/dT)M小於非熱光填料之(dn/dT)F；例如，(dn/dT)M係-4×10-4 K -1(-0.0004K -1)而(dn/dT)F係-1.2×10-5 K -1(-0.000012K -1)。
非熱光填料可包含處理的微粒固體，諸如處理的二氧化矽。處理的二氧化矽可為預處理的二氧化矽、可替代地原位處理的二氧化矽、可替代地預處理的二氧化矽及原位處理的二氧化矽之組合。處理的二氧化矽可為處理的發煙二氧化矽。處理的微粒固體可藉由以下過程製備：使相應未處理的微粒固體與處理劑接觸，使得在未處理的微粒固體之表面的官能基(例如，粒子上的HO-基團，即，HO-粒子)與處理劑反應，以產生處理的微粒固體，其中官能基與處理劑之一部分形成共價鍵(例如，R3SiCl+HO-粒子->R3Si-O-粒子，其中各R獨立地係烷基或烷氧基)。可將處理的微粒固體製備成含有可固化配方之至少一種其他成分中之至少一些的母料。未處理的微粒固體及處理的微粒固體各自獨立地具有平均粒徑。(處理的)非熱光填料(例如，處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽)之平均 粒徑可為>8nm至500nm、可替代地8.5nm至350nm、可替代地8.5nm至250nm、可替代地9nm至250nm、可替代地8.5nm至<100nm、可替代地9nm至44nm、可替代地9nm至40nm(例如，10nm、15nm、20nm、或30nm)。類似地，非熱光填料(例如，預處理的發煙二氧化矽及/或原位處理的發煙二氧化矽)之平均粒徑可為>8nm至500nm、可替代地8.5nm至<100nm、可替代地9nm至44nm、可替代地9nm至40nm(例如，10nm、15nm、20nm、或30nm)。
非熱光填料係處理的微粒固體，且在熱光基質中、或在用於製造熱光基質的形成基質之前驅物中、或在兩者中，相較於其親體(parent)未處理的微粒固體而言，具有增加的分散性。增加的分散性有助於避免聚集體(aggregate)聚結形成聚結團(agglomerate)，或有助於避免不利地導致起縐硬化的基質吸附。然而，處理的微粒固體一般不溶解，且不必要溶解於熱光基質中以實現智慧型光學材料之「智慧型」功能。
一般而言，非熱光填料由經填料處理劑(例如，有機或含有矽的填料處理劑)表面處理的固體無機微粒組成，該填料處理劑有效地使非熱光填料與熱光基質化學相容化，使得填料可廣泛地並精細地分散於基質中。可替代地，填料處理劑有效地使非熱光填料與兩種或更多種形成基質之前驅物之混合物化學相容化，然後該等形成基質之前驅物在填料之存在下聚合，以給出具有廣泛地且精細地分散於其中之處理的非熱光填料的熱光基質。出於本發明目的，非熱光填料在經填料處理劑處理之前在20℃下的折射率可等於非熱光填料在經填料處理劑處理之後的折射率。
成分(D)非熱光填料可為處理的二氧化矽、可替代地原位處 理的二氧化矽或預處理的二氧化矽、可替代地預處理的二氧化矽、可替代地原位處理的二氧化矽、可替代地預處理的二氧化矽及原位處理的二氧化矽的組合或混合物。處理的二氧化矽可為處理的發煙二氧化矽。一般而言，非熱光填料由處理的二氧化矽組成，諸如處理的沉澱二氧化矽母料、處理的發煙二氧化矽母料、或其混合物。在一些實施例中，非熱光填料係處理的沉澱二氧化矽母料。一般而言，非熱光填料製備成原位處理的發煙二氧化矽母料。非熱光填料可為處理的微粒固體，其在以下中之至少一個特性方面不同於製備(藉由使未處理的微粒固體與填料處理劑接觸以產生處理的微粒固體)其的未處理的微粒固體：粒徑、表面積、組成、折射率(總體)、dn/dT(總體)、其聚集特性或匱乏、於成分(A)及/或(B)中之分散性、或於熱光基質中之分散性。
在一些實施例中，智慧型光學材料不含有未處理的二氧化矽；可替代地，智慧型光學材料不含有任何未處理的非熱光填料。在此類實施例中，未處理的非熱光填料包括但不限於未處理的二氧化矽，且部分處理的非熱光填料包括但不限於部分處理的二氧化矽。在其他態樣中，智慧型光學材料缺乏或不含未處理的二氧化矽及未處理的聚矽氧樹脂粒子兩者，可替代地智慧型光學材料缺乏未處理的非熱光填料及未處理的聚矽氧樹脂粒子兩者。
預處理的二氧化矽可於預備步驟中製備，然後與成分(A)至(C)混合以形成矽氫化可固化配方。一般而言，原位處理的二氧化矽可在成分(A)之存在，但無成分(B)或(C)之存在下製備，然後一旦其製備完成，其便可與成分(B)及(C)混合以形成矽氫化可固化配方。在任何製備中，填料處理 劑用於處理未處理的二氧化矽以製備處理的二氧化矽。智慧型光學材料中非熱光填料之有效量可為>5至45wt%、可替代地>5至10wt%、可替代地10至45wt%、可替代地15至35wt%、可替代地20至30wt%，以上所有皆基於智慧型光學材料之總重量計。處理的發煙二氧化矽當在23℃下時可具有1.455至1.460之折射率n 23/q M及-1×10-5之熱光係數(dn/dT)F。可替代地，一些未處理的發煙二氧化矽可具有高達+1×10-5至+1.5×10-5之正熱光係數(dn/dT)F。(發煙二氧化矽之正熱光係數意謂其折射率隨遞增的溫度而增加。)
處理的非熱光填料可藉由使未處理的填料與成分(E)填料處理劑接觸而形成，該填料處理劑有用於化學修飾未處理的填料，以產生非熱光填料。填料處理劑含有至少一種官能基，該至少一種官能基與未處理的非熱光填料上之官能基係有反應性的。舉例而言，未處理的二氧化矽含有羥基，且因此羥基官能性有機矽氧烷可用於處理未處理的二氧化矽，而僅含有脂族不飽和反應基(諸如乙烯基)之有機矽氧烷無法用於處理未處理的二氧化矽。非熱光填料可藉由預處理方法，可替代地原位處理方法來製備。(E)填料處理劑作用使得未處理的填料相容化，該未處理的填料可能無法以未處理的形式分散於熱光基質中及/或分散於其兩種或更多種形成基質之前驅物之混合物中而不聚集、聚結、及/或沉降。接觸步驟產生非熱光填料，該非熱光填料係如處理的填料，其至少在表面官能基處經化學修飾，使得非熱光填料可細碎並廣泛地分散於熱光基質及其任何形成基質之前驅物中。所用之特定填料處理劑可由普通熟習此項技術者基於以下因素而容易地判定：熱光基質及/或其形成基質之前驅物之組成、未處理的填料之組成、及所用之特定填料處理劑。二氧化矽粒子及微粒磷光體可獨立地經基 於矽烷或基於矽氧烷之填料處理劑處理以在微粒上形成共價鍵結的表面基團。此類填料處理劑及方法甚至自1992年之前就為熟知的且在本文中可容易地採用：例如，參見US 2993809；US 3024126；US 3128196；DE 1951620；US 3635743；GB 1371218；US 3847848；US 3920865；US 3929718；US 4111890；US 4454288；以及US 4985477。某些填料處理劑在下文描述。
成分(E)之量會依據多種因素而有所變化，例如所選用的填料處理劑種類、以及所要處理的微粒(例如成分(D)及/或磷光體粒子)的種類與量、以及該等微粒是否僅係處理的粒子或該等粒子是否係如本文中所述之經處理及未處理的粒子之混合物。成分(E)可以以下範圍的量使用：在0.01%至20%的範圍、可替代地0.1%至15%、可替代地0.5%至10%、以及可替代地0.5%至5%，此係基於該組成物中之所有組成分或成分的重量計。微粒(諸如非熱光填料、物理乾燥劑、某些阻燃劑)當存在時，可以可選地用成分(E)進行表面處理。微粒可於添加至組成物前，用成分(E)進行處理，或原位處理。成分(E)可包含烷氧基矽烷、烷氧基官能性寡聚矽氧烷、環狀聚有機矽氧烷、羥基官能性寡聚矽氧烷(諸如二甲基矽氧烷或甲基苯基矽氧烷)、或脂肪酸。脂肪酸的實例包括硬脂酸鹽，例如硬脂酸鈣。
可用作成分(E)之一些代表性有機矽填料處理劑包括通常用於預處理二氧化矽填料之組成物，諸如有機氯矽烷、有機矽氧烷、有機二矽氮烷諸如六烷基二矽氮烷、及有機烷氧基矽氧烷諸如C6H13Si(OCH3)3、C8H17Si(OC2H5)3、C10H21Si(OCH3)3、C12H25Si(OCH3)3、C14H29Si(OC2H5)3、及C6H5CH2CH2Si((OCH3)3。在一些態樣中，成分(E)係有機二矽氮烷，諸如六烷基二矽氮烷。其他可使用之填料處理劑包括烷基硫醇、脂肪酸、鈦酸酯 (titanate)、鈦酸酯(titanate)偶合劑、鋯酸酯(zirconate)偶合劑、及其組合。此類填料處理劑亦可用於原位處理未處理的二氧化矽。
可替代地，成分(E)可包含具有下式之烷氧基矽烷：R11 mSi(OR12)(4-m)，其中下標m可具有在1至3之範圍內的值，可替代地下標m係3。各R11獨立地係單價有機基，諸如1至50個碳原子、可替代地8至30個碳原子、可替代地8至18個碳原子的單價烴基。R11之實例係由以下所例示：烷基，諸如己基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、及十八烷基；以及芳族基團，諸如苄基及苯基乙基。R11可為飽和的或不飽和的，且可為支鏈或非支鏈。或者，R11可為飽和的且為非支鏈。
各R12獨立地係1至4個碳原子、可替代地1至2個碳原子的飽和烴基。適合作為成分(E)使用的烷氧基矽烷係由己基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十四烷基三甲氧基矽烷、苯基乙基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三乙氧基矽烷、及其組合所例示。
烷氧基官能性寡聚矽氧烷亦可用作為(E)填料處理劑。舉例而言，合適的烷氧基官能性寡聚矽氧烷包括式(V)之該些：(R13O)nSi(OSiR14 2R15)(4-n)。在此式中，下標n為1、2、或3，可替代地下標n為3。各R13可為烷基。各R14可為1至10個碳原子的不飽和單價烴基。各R15可為具有至少10個碳原子的不飽和單價烴基。
某些微粒(諸如金屬填料)可用(E)填料處理劑進行處理，該等填料處理劑係烷基硫醇，諸如十八基硫醇；脂肪酸，諸如油酸與硬脂酸；以及上述者之組合。
用於氧化鋁或鈍化氮化鋁的填料處理劑(E)可包括烷氧基矽基官能性烷基甲基聚矽氧烷(例如，R16 oR17 pSi(OR18)(4-o-p)之部分水解縮合物、或共水解縮合物、或混合物)或其中的可水解基團可包含矽氮烷基、醯氧基、或肟基(oximo)的類似材料。在所有這些者中，連接(tethered)至Si的基團(例如上式中的R16)為長鏈不飽和單價烴或單價芳族官能性烴。各R17獨立地係單價烴基，且各R18獨立地係1至4個碳原子的單價烴基。在上式中，下標o為1、2、或3，而下標p為0、1、或2，條件是(o+p)之和為1、2、或3。
其他填料處理劑(E)包括烯基官能性聚有機矽氧烷。合適烯基官能性聚有機矽氧烷包括但不限於：
Figure TWI678551B_D0017
 其中下標q1係
Figure TWI678551B_D0018
0，下標q2係>1，且q1+q2之和具有至多1,50之值。其他填料處理劑包括單端加蓋烷氧基官能性之聚二有機矽氧烷，即在一端具有烷氧基的聚二有機矽氧烷。此類填料處理劑係由式：R25R26 2SiO(R26 2SiO)uSi(OR27)3所例示，其中下標u具有0至100、可替代地1至50、可替代地1至10、以及可替代地3至6之值。各R25係獨立地選自烷基，諸如Me、Et、Pr、Bu、己基、及辛基；以及烯基，諸如Vi、烯丙基、丁烯基、及Hex。各R26係獨立烷基(例如Me、Et、Pr、Bu、己基、與辛基)。 各R27係獨立烷基(例如Me、Et、Pr、與Bu)。可替代地，各R25、各R26、及各R27係Me。可替代地，各R25係Vi。可替代地，各R26及各R27係Me。
可替代地，能夠進行氫鍵結的聚有機矽氧烷可用作填料處理劑(E)使用。此策略利用多個氫鍵(無論是叢集的、或分散的、或兩者皆有)作為將相容化部分連接至填料表面的方法。該能夠進行氫鍵結的聚有機矽氧烷平均每分子具有至少一個能夠進行氫鍵結的矽鍵結基團。該基團可選自：具有多重羥基官能性的有機基或具有至少一個胺基官能基的有機基。該能夠進行氫鍵結的聚有機矽氧烷意指氫鍵結為該聚有機矽氧烷接附至一填料的主要模式。該聚有機矽氧烷可為無法與該填料形成共價鍵者。該能夠進行氫鍵結的聚有機矽氧烷可選自由一醣-矽氧烷聚合物、一胺基官能性聚有機矽氧烷與上述者之組合所組成之群組。或者，能夠進行氫鍵結的聚有機矽氧烷可為一醣-矽氧烷聚合物。
用於處理如上文所述之未處理的非熱光填料並製備處理的非熱光填料的任何未反應的、殘餘的或剩餘的(E)填料處理劑只要不會避免可固化配方的固化，就可留在處理的非熱光填料中，包括原位處理的填料母料，儘管一般而言沒有填料處理劑留在預處理的非熱光填料中，尤其當預處理的填料係獲自商業供應商時或當填料處理劑係可作用為成分(C)矽氫化催化劑之抑制劑(諸如矽氮烷)之材料時。預處理的非熱光填料可稍後與形成基質之前驅物混合以製備可固化配方。舉例而言，任何未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑可留在預處理的發煙二氧化矽中，而預處理的發煙二氧化矽稍後可與成分(A)、(B)、及(C)混合以製備矽氫化可固化配方。可替代地，在製造出預處理的非熱光填料之後，任何未反應的、殘餘 的、或剩餘的(E)填料處理劑可從其分離，以給出不含(即，不含有)任何未處理的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑的預處理的非熱光填料。不含未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑的預處理的非熱光填料可然後稍後與形成基質之前驅物混合以製備可固化配方。舉例而言，在製造出預處理的發煙二氧化矽之後，任何未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑可從其分離，以給出不含(即，不含有)任何未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑的預處理的發煙二氧化矽。不含未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑的預處理的發煙二氧化矽可然後稍後與成分(A)、(B)、(C)、及(D)混合以製備矽氫化可固化配方。因此儘管填料處理劑被用於製備非熱光填料，但是當非熱光填料係預處理的非熱光填料時，(E)填料處理劑係可固化配方(諸如矽氫化可固化配方)之可選成分，並因此係自其製造的經固化產物(諸如矽氫化經固化產物)之可選成分。當非熱光填料係原位處理的填料母料時，可固化配方可進一步包含未反應的、殘餘的、或剩餘的(E)填料處理劑(若有任何存在)。
在一些前述實施例中，未處理的非熱光填料係未處理的沉澱二氧化矽、可替代地未處理的發煙二氧化矽；且處理的非熱光填料分別係處理的沉澱二氧化矽母料、可替代地處理的發煙二氧化矽母料。
在製備矽氫化可固化配方中，成分(A)、(B)、及(C)之混合物可能在環境溫度(例如，25°±3℃)下開始固化。為獲得配方的更長的工作時間或「適用期(pot life)」，(C)矽氫化催化劑在環境條件之下的活性可以可選地藉由降低配方的溫度及/或藉由添加至少一種成分(F)：(C)矽氫化催化劑之適當的抑制劑，而延遲或壓抑。鉑催化劑抑制劑延遲了配方在環境溫度 下的固化，但並不避免配方在高溫(例如，40°至250℃)固化。適合的鉑催化劑抑制劑包括各種「烯-炔」系統，例如3-甲基-3-戊烯-1-炔以及3,5-二甲基-3-己烯-1-炔；炔醇，如3,5,-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基-1-環己醇、以及2-苯基-3-丁炔-2-醇；順丁烯二酸酯和反丁烯二酸酯，諸如順丁烯二酸及反丁烯二酸之二烷酯、二烯酯、以及二烷氧基烷酯；以及環乙烯基矽氧烷。在一些實施例中，抑制劑可包含炔醇。
可選成分(F)催化劑抑制劑在矽氫化可固化配方中的濃度，係足以延遲配方在環境溫度下固化，而不會在高溫避免固化或過度延長固化。此濃度可依據所使用特定抑制劑、矽氫化催化劑的本質及濃度、以及成分(B)的本質而變化。低至每莫耳鉑族金屬一個莫耳抑制劑的抑制劑濃度會在一些情況中得到令人滿意的儲存穩定性及固化速率。在其他例子中，每莫耳鉑族金屬可能需要高達500莫耳或更多莫耳抑制劑的抑制劑濃度。若為所欲，用於給定配方中特定抑制劑的最佳濃度可藉常規試驗輕易判定。
矽氫化可固化配方可選地可進一步包含(G)溶劑，諸如聚矽氧流體或有機溶劑，諸如烷烴(例如，庚烷)、芳烴(例如，甲苯或二甲苯)、酮(例如，甲基乙基酮)、或羧酸酯(例如，乙酸乙酯)。當存在時，基於配方之總重量計，成分(G)溶劑於配方中的濃度可為>0至50wt%。溶劑可在配方矽氫化固化之前或固化期間移除。
可選地，矽氫化可固化配方可獨立地進一步包含除成分(A)至(D)及獨立地可選的成分(E)至(G)之外的一或多種額外成分。合適的額外成分之實例係(H)黏著性促進劑、(I)有機填料、(J)光敏劑、(K)界面活性劑、及熱穩定劑。在一些實施例中，矽氫化可固化配方進一步包含熱穩定劑，其 抑制自矽氫化可固化配方所製備的熱光基質的降解。合適的熱穩定劑之實例係有機自由基捕獲劑(諸如經取代的酚類)及無機自由基捕獲劑(諸如鐵及鈰化合物)。
任何可選的成分可添加至用於製備智慧型光學材料之可固化配方中，只要其不嚴重影響配方在經固化的聚矽氧產物、物品、及裝置中之用途，或該配方用於製備固化的聚矽氧產物、物品、及裝置之用途，條件是可選的成分缺乏(即，不含)未處理的二氧化矽或部分處理的二氧化矽，可替代地缺乏未處理的或部分處理的非熱光填料，以上所有皆如上文所述。因此，智慧型光學材料中除熱光基質及非熱光填料之外的任何成分將係可選的，且僅當其不使智慧型光學材料之調諧方法或所得「智慧型」功能性無效時才會被包括在內。在一些實施例中，智慧型光學材料不含(即，不含有)且用於製備智慧型光學材料之可固化配方不含(即，不含有)：可選的成分(E)至(K)中之任一者、可替代地可選的成分(F)至(K)中之任一者、可替代地成分(G)至(K)中之任一者、可替代地所有可選的成分(E)至(K)、可替代地所有可選的成分(F)至(K)、可替代地所有可選的成分(G)至(K)。
作為聚矽氧熱光基質之經固化聚矽氧產物係藉由使矽氫化可固化配方矽氫化固化以給出經固化聚矽氧產物而形成，其係智慧型光學材料之一實施例。矽氫化可固化配方一般含有在固化期間呈細碎並廣泛分散於其中的非熱光填料。非熱光填料可以係對矽氫化固化反應呈現惰性的，因此缺乏或不含與聚矽氧熱光基質的共價鍵。可替代地，非熱光填料亦可與矽氫化可固化配方之一或多種成分及/或在該固化期間所形成的中間物反應以變成共價鍵結至聚矽氧熱光基質。在一些實施例中，智慧型光學 材料具有藉由矽氫化固化此類矽氫化可固化配方而製備的聚矽氧熱光基質，以及在其中廣泛且精細分散的處理的發煙二氧化矽，其中處理的發煙二氧化矽未共價鍵結至該聚矽氧熱光基質，可替代地共價鍵結至該聚矽氧熱光基質。
矽氫化可固化配方可獨立地為一份(one-part)配方，該一份配方包含呈單一份之成分(A)至(D)，或可替代地，矽氫化可固化配方可為多份(multi-part)配方，該多份配方包含呈二或更多份的成分(A)至(D)之不同者。在多份配方中，成分(A)、(B)、及(C)一般而言並不以相同份數存在，除非可選的成分(F)抑制劑亦存在。舉例而言，多份配方可包含含有一部分(portion)成分(A)、所有的成分(B)、以及一部分(portion)的成分(D)之第一份；及含有剩餘部分的成分(A)、所有的成分(C)、剩餘部分的成分(D)、以及(若有使用的話)所有的可選成分(G)之第二份。
一份配方一般而言係在環境溫度下，以所述比例藉由組合成分(A)至(D)以及任何所欲可選成分而製備。雖然各種成分的添加順序並非關鍵，但若配方係要立即使用，成分(C)矽氫化催化劑較佳地係在低於約30℃的溫度下最後添加，以避免所得矽氫化可固化配方過早固化。多份配方可藉由組合為各份設計的特定組分以給出二或更多份而製備。臨用前，可將兩份或更多份組合在一起以給出矽氫化可固化配方。
智慧型光學材料可製備成獨立式(standalone)或自支撐式(free-standing)物品或製備成設置於基材上之物品。獨立式物品可用作光學裝置(諸如光學感測器、望遠鏡、及濾光器)中之光學膜。在一些實施例中，智慧型光學材料可以膜、塗層、板、或塊材之形狀而成形或應用。塗層或 膜可經圖案化並用作在裝置晶圓(如半導體裝置晶圓)上的光阻層。本發明包括可固化配方、物品、及裝置的其它用途及應用，如密封劑、黏著劑、熱及/或電絶緣層等等。
使用在所製造物品之一些實施例中的基材可以係剛性或可撓的。合適剛性基材的實例包括無機材料，例如玻璃板；包含一無機層的玻璃板；陶瓷；以及含矽晶圓，例如矽晶圓、具有設置於其上之一層碳化矽的矽晶圓、具有設置於其上之一層氧化矽的矽晶圓、具有設置於其上之一層氮化矽的矽晶圓、具有設置於其上之一層碳氮化矽的矽晶圓、或具有設置於其上之一層氧碳氮化矽的矽晶圓。單獨使用的用語「矽晶圓(silicon wafer)」(即，並未指定在其上之一層不同材料)基本上可由單結晶矽或多結晶矽所組成。在本文上下文中，用詞「基本上由……所組成(consist essentially of)」表示該矽晶圓並不含有一層碳化矽、氮化矽、氧化矽、碳氮化矽、氧碳氮化矽、藍寶石、氮化鎵、或砷化鎵。合適基材材料的額外實例係藍寶石、具有設置於其上之一層氮化鎵的矽晶圓、以及砷化鎵晶圓。在一些實施例中，基材包含矽晶圓或具有設置於其上之一層碳化矽、氮化矽、氧化矽、碳氮化矽、氧碳氮化矽、藍寶石、氮化鎵、或砷化鎵的矽晶圓。在一些實施例中，基材包含一矽晶圓、可替代地包含具有設置於其上之一層碳化矽的矽晶圓、可替代地包含具有設置於其上之一層氮化矽的矽晶圓。可使用任何合適方法，如化學汽相沉積，其可經電漿強化，將設置層施加、沉積、或建造於矽晶圓上。
在其他實施例中，可能所欲的是某些所製造物品之基材係可撓的。在這些實施例中，可撓基材的特定實例包括那些包含各種聚矽氧或 有機聚合物者。以透明度、折射率、耐熱性、以及耐久性的觀點來看，可撓基材的特定實例包括那些包含聚烯烴類(聚乙烯、聚丙烯等等)、聚酯類(聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(對苯二甲酸丁二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)等等)、聚醯胺類(尼龍6、尼龍6，6、等等)、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物，諸如聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)、聚氯乙烯、聚亞醯胺類、聚碳酸酯類、聚降莰烯類、聚胺甲酸酯類、聚乙烯醇、聚(乙烯-共-乙烯醇)、聚丙烯酸類(polyacrylic)、纖維素類(例如，三乙醯基纖維素、二乙醯基纖維素、賽珞凡(cellophane)等等)、或此等有機聚合物的互聚物(例如，共聚物類)。一般而言，可撓基材係由具有足以經受在170°至270℃(例如，180°至250℃，例如約210℃)之高溫的固化的步驟之耐熱性的材料製成。可替代地，以透明度、折射率、耐熱性、以及耐久性的觀點看來，可撓基材的特定實例包括那些包含聚有機矽氧烷配方者，諸如含有矽倍半氧烷的聚有機矽氧烷配方。如本發明所屬技術領域中所知，以上提及之有機聚合物及聚矽氧聚合物可以係剛性或可撓的。進一步，基材可，例如以填料及/或纖維而經強化。基材可在其上具有一塗層，如在下文中詳加說明。若為所欲，基材可自物品分離以給出包含智慧型光學材料且缺乏基材的另一本發明物品，或基材可以係物品的一整體部分。
在一些實施例中，為了比較之目的，1.65mm厚的智慧型光學材料板係經製備並用於測量其百分透射率(T%)。在25℃下使用在波長600nm之光，1.65mm厚智慧型光學材料板可具有小於或等於55%、可替代地<50%、可替代地<45%、可替代地<40%、可替代地<35%、可替代地<30%之透過該厚度的T%。
在一些態樣中，可固化配方(諸如矽氫化可固化配方)可應用在基材上，諸如磷光體層或LED晶片。將矽氫化可固化配方應用於基材上之步驟可包含濕式塗佈法。適合用於該方法的濕式塗佈方法之特定實例包括簾塗佈(curtain coating)、浸塗、旋轉塗佈、淋塗、噴塗、輥塗、凹版塗佈、濺鍍(sputtering)、縫塗(縫模塗佈)、卷塗佈(web coating)、及其組合。矽氫化可固化配方可被塗佈(例如旋轉塗佈)、噴灑、壓光(calendared)、或類似者於LED裝置晶圓上，旋轉塗佈可採最高旋轉速度，並持續一段足以獲得合適厚度的矽氫化可固化配方之膜的旋轉時間。最高旋轉速度可能係400rpm至5,000rpm、可替代地係500rpm至4,000rpm、可替代地係800rpm至3,000rpm。
智慧型光學材料可用於光學裝置中。光學裝置可為含有智慧型光學材料及波長轉換器(例如，波長轉換元件或包含複數個波長轉換元件之波長轉換層)，且具有80℃或更高之操作溫度Tz的任何發光裝置。光學裝置可缺乏或不含發光元件，可替代地光學裝置可進一步含有發光元件。發光元件可為在接收電流時產生光的物品或裝置。發光元件可在功能及組成方面不同於波長轉換器，且獨立於波長轉換器。發光元件可經由包括智慧型光學材料的光路徑與波長轉換器光學連通。智慧型光學材料具有大於或等於操作溫度Tz的最大使用溫度。波長轉換器可包括發射黃色或橙色的元件、或可替代地可不包括發射黃色或橙色的元件。特定光學裝置之Tz將依據其特定類型及構造而變化。舉例而言，光學裝置可含有磷光體及不為LED之發光元件、及可選地產熱元件。可替代地，光學裝置可為LED裝置，該LED裝置含有LED晶片、磷光體層(例如，黃色磷光體層)、及作用為 該LED晶片及/或磷光體層之智慧型光學封裝材料的智慧型光學材料。
在一些實施例中，智慧型光學材料係預定在80°至120℃之Tz下使用，且可採用熱光基質，該熱光基質係有機聚合物(例如，在20℃下具有1.4665之折射率n 23/q M的聚(乙酸乙烯酯))或聚矽氧。智慧型光學材料之預定操作溫度與光學裝置之特定操作溫度Tz相同。目前而言，通常發現基於聚矽氧之光學封裝材料之於目前在用的非智慧型封裝材料(諸如習知有機光學封裝材料)在對於在具有120℃或更高的Tz的光學裝置中使用之主要比較性優點。因此，在一些實施例中，智慧型光學材料係預計在120°至200℃(或更高)之Tz下使用，且可採用係聚矽氧的熱光基質。
智慧型光學材料實現額外的發明態樣。舉例而言，智慧型光學材料可組態以作用為任何智慧型光學物品。智慧型光學物品可為智慧型光學封裝材料、智慧型光波導、智慧型光學連接器、或另外的智慧型光學組件。在一些態樣中，智慧型光學材料係組態以作用為智慧型光學封裝材料、可替代地智慧型光波導、可替代地光學連接器，以上所有皆在亦含有波長轉換器(諸如磷光體或磷光體層)之光學裝置中。因此智慧型光學封裝材料、波導、或連接器覆蓋或隱藏關閉狀態下含有波長轉換器的光學裝置中的波長轉換器，而當此類光學裝置供電且在其導通狀態下時，亦增加來自其之光輸出或其光透射效率。可替代地，智慧型光學材料可為光學鈍化層。
在一些實施例中，智慧型光學材料或含有智慧型光學材料之光學裝置缺乏或不含偽裝材料(即，有色材料，諸如有色玻璃珠)。同時在一些態樣中，智慧型光學材料封裝、覆蓋、或毗連光學裝置之有色元件， 諸如有色發光元件或波長轉換器(諸如磷光體)，該智慧型光學材料本身可缺乏(不含)偽裝材料，諸如著色劑(即，任何有色成分)，該智慧型光學材料在組成方面不同並相異於波長轉換器(諸如磷光體)。舉例而言，智慧型光學材料可不含係顏料、染料、墨水、或色料(tint)的成分。舉例而言，智慧型光學材料可缺乏諸如二氧化鈦的白色顏料、或藍色的諸如群青的有色顏料。智慧型光學材料亦可缺乏諸如橙色苯胺染料的染料。在其他態樣中，智慧型光學材料可進一步包含著色劑，該著色劑可以不同於二氧化鈦或群青。
一些額外態樣包括複合材料光學裝置，其含有產熱元件；發光元件，該發光元件可與該產熱元件相同(例如，LED)或不同；及一磷光體層；其中該智慧型光學材料覆蓋該等發熱及發光元件以及磷光體層。磷光體層可為任何顏色，例如，黃色磷光體層、藍色磷光體層、或綠色磷光體層。稍後進一步描述複合材料光學裝置。藉由設計，智慧型光學材料，當複合材料光學裝置在關閉狀態時，覆蓋或隱藏磷光體層，而當複合材料光學裝置在導通狀態時，增加來自其之光輸出或其光透射效率。
在一些態樣中，智慧型光學材料可組態成一形狀使得其作用為透鏡。成形成透鏡之智慧型光學材料可會聚或發散自發光元件及/或自波長轉換器(例如，磷光體或磷光體層)發射的光，以改變最終自含有智慧型光學材料之光學裝置所發射的光之方向。
在一些態樣中，智慧型光學材料可保護發熱及發光元件及/或與之封裝的波長轉換器(例如，磷光體層)元件或含有元件之複合材料光學裝置免於可能暴露的不利條件。此類不利條件包括不利的環境條件諸 如濕氣或氧氣及/或不利的機械條件諸如應力(stress force)(例如，振動)及物理衝擊。
在一些態樣中，智慧型光學材料可組態成作用為一熱導體。因此，智慧型光學材料可設置與導通狀態的產熱元件(例如，LED或LED晶片)熱連通，以自產熱元件傳導出熱，從而避免元件過熱。此改良了產熱元件的操作壽命及含有產熱元件的裝置的操作壽命。在一些態樣中，智慧型光學材料可進一步作用為熱導體及透鏡。
在一些態樣中，智慧型光學材料可用光源及接收器組態，以作用為溫度感測器，其中將光源透射至光接收器之材料的光學清透度與溫度相關聯，且透射越高，測得的溫度越高。光接收器可為需要接收光的任何無生命的物件或有生命的事物，諸如任何戶外區域或表面；任何室內區域或表面；任何運輸載具；任何感光底片；任何光偵檢器；或任何動物或植物。合適的戶外區域或表面之實例係道路或外牆。合適的室內區域或表面之實例係內部地板或牆或展示櫃。合適的光偵檢器之實例係主動像素感測器、電荷耦合裝置、LED、光導體、光伏打電池、光二極體、光電倍增器、光阻器、及光電晶體。
智慧型光學材料之用途不限於光學裝置。舉例而言，智慧型光學材料可用作建築材料諸如填隙劑(caulk)、玻璃、或密封劑，諸如窗戶之填隙劑、瓷磚之密封劑、或窗戶之玻璃。在此類實施例中，智慧型光學材料可作用以例如在輻射地暖(radiant floor heating)應用中將熱傳導至建築材料或將熱自其傳導開，及/或保護建築材料免遭諸如水損害的不利條件。
在一些實施例中，某些製造物品之基材包含含有複數個波長 轉換元件之波長轉換器。在一些實施例中，波長轉換器係波長轉換層。在一些實施例中，波長轉換元件係磷光體，而波長轉換器係磷光體層。諸如磷光體層之波長轉換層可包含複數個設置在由光學材料形成的基材上或基材中的波長轉換元件(諸如磷光體)。在一些實施例中，基材係智慧型光學材料。
在一些態樣中，某些製造物品之波長轉換器係未處理的微粒固體、可替代地處理的微粒固體。波長轉換器可包含於光學裝置中的波長轉換層。未處理的微粒固體波長轉換器可與合適於修飾波長轉換器之表面化學的轉換器處理劑接觸。在一些實施例中，轉換器處理劑係較早描述用於處理非熱光填料的填料處理劑。可替代地，波長轉換器處理劑可為含有氮的鹼。使波長轉換器與轉換器處理劑接觸製造出處理的微粒固體波長轉換器，該在至少一個特性方面相異於未處理的波長轉換器，諸如組成、大小、熔融溫度、及表面反應性。波長轉換器亦在至少一個特性方面不同並相異於非熱光填料，諸如組成、大小、裝載水平、(在材料中之濃度)、熔融溫度、及顏色。
在一些態樣中，某些製造物品之波長轉換器係包含複數個磷光體之磷光體層。磷光體可為微粒固體。在一些態樣中，磷光體係未處理的微粒固體、可替代地處理的微粒固體。微粒固體磷光體可為奈米微粒固體。奈米微粒固體磷光體可具有大於0nm至50nm、可替代地5至20nm、可替代地5至10nm、可替代地1至5nm之最大尺寸或平均最大尺寸。非熱光填料在至少一個特性方面不同並相異於磷光體，諸如組成、大小、裝載水平、(在材料中之濃度)、熔融溫度、及顏色。
在一些態樣中，某些製造物品之磷光體係鈰摻雜磷光體、鋁酸鹽(aluminate phosphor)磷光體、矽酸鹽磷光體、石榴紅磷光體、及氮化物磷光體中之至少一者。前述磷光體中之任一者可為未處理的、可替代地為處理的。許多磷光體係所屬技術領域中已知的，且容易地在本文中採用，且通常可商購自例如Intematix Corporation,Freemont,California,USA。亦涵蓋將來將發現或開發的磷光體。
用於某些製造物品中的合適微粒/奈米微粒磷光體之實例包括以下中之至少一者：Ce：YAG；Nd：YAG；Zn2SiO4：Mn(矽鋅礦)；ZnS：Ag+(Zn,Cd)S：Ag；ZnS：Ag+ZnS：Cu+Y2O2S：Eu；ZnO：Zn；KCl；ZnS：Ag,Cl或ZnS：Zn；(FK,MgF2)：Mn；(Zn,Cd)S：Ag或(Zn,Cd)S：Cu；Y2O2S：Eu+Fe2O3,ZnS：Cu,Al；ZnS：Ag+Co-摻雜(on)-25 Al2O3；(KF,MgF2)：Mn；(Zn,Cd)S：Cu,Cl；ZnS：Cu或ZnS：Cu,Ag；MgF2：Mn；(Zn,Mg)F2：Mn；Zn2SiO4：Mn,As；ZnS：Ag+(Zn,Cd)S：Cu；Gd2O2S：Tb；Y2O2S：Tb；Y3Al5O12：Ce；Y2SiO5：Ce；Y3Al5O12：Tb；ZnS：Ag,Al；ZnS：Ag；ZnS：Cu,Al或ZnS：Cu,Au,Al；(Zn,Cd)S：Cu,Cl+(Zn,Cd)S：Ag,Cl；Y2SiO5：Tb；Y2OS：Tb；Y2(Al,Ga)5O12：Ce；Y3(Al,Ga)5O12：Tb；InBO3：Tb；InBO3：Eu；30InBO3：Tb+InBO3：Eu；InBO3：Tb+InBO3：Eu+ZnS：Ag；(Ba,Eu)Mg2Al16O27；(Ce,Tb)MgAl11O19；BaMgAl10O17：Eu,Mn；BaMg2Al16O27：Eu(II)；BaMgAl10O17：Eu,Mn；BaMg2Al16O27：Eu(II),Mn(II)；Ce0.67Tb0.33MgAl11O19：Ce,Tb；Zn2SiO4：Mn,Sb2O3；CaSiO3：Pb,Mn；CaWO4(白鎢礦)；CaWO4：Pb；MgWO4；(Sr,Eu,Ba,Ca)5(PO4)3Cl；Sr5Cl(PO4)3：Eu(II)；(Ca,Sr,Ba)3(PO4)2Cl2：Eu；(Sr,Ca,Ba)10(PO4)6Cl2：Eu；Sr2P2O7：Sn(II)；Sr6P5BO20：Eu；Ca5F(PO4)3：Sb；(Ba,Ti)2P2O7：Ti； 3Sr3(PO4)2.SrF2：Sb,Mn；Sr5F(PO4)3：Sb,Mn；Sr5F(PO4)3：5 Sb,Mn；LaPO4：Ce,Tb；(La,Ce,Tb)PO4；(La,Ce,Tb)PO4：Ce,Tb；Ca3(PO4)2.CaF2：Ce,Mn；(Ca,Zn,Mg)3(PO4)2：Sn；(Zn,Sr)3(PO4)2：Mn；(Sr,Mg)3(PO4)2：Sn；(Sr,Mg)3(PO4)2：Sn(II)；Ca5F(PO4)3：Sb,Mn；Ca2(F,Cl)(PO4)3：Sb,Mn；(Y,Eu)2O3；Y2O3：Eu(III)；Mg2(F)GeO6：Mn；Mg4(F)(Ge,Sn)O6：Mn；Y(P,V)O4：Eu；YVO4：Eu；Y2O2S：Eu；3.510 MgO π 0.5 MgF2 π GeO2：Mn；Mg5As2O11：Mn；SrAl2O7：Pb；LaMgAl11O19：Ce；LaPO4：Ce；SrAl12O19：Ce；BaSi2O5：Pb；SrFB2O3：Eu(II)；SrB4O7：Eu；Sr2MgSi2O7：Pb；MgGa2O4：Mn(II)；Gd2O2S：Tb；Gd2O2S：Eu；Gd2O2S：Pr；Gd2O2S：Pr,Ce,F；Y2O2S：Tb；Y2O2S：Eu；Y2O2S：Pr；Zn(0.5)Cd(0.4)S：Ag；Zn(0.4)Cd(0.6)S：Ag；CdWO4；CaWO4：MgWO4；Y2SiO5：Ce；YAlO3：Ce；15 Y3Al5O12：Ce；Y3(Al,Ga)5O12：Ce；CdS：In；ZnO：Ga；ZnO：Zn；(Zn,Cd)S：Cu,Al；ZnS：Cu,Al,Au；ZnCdS：Ag,Cu；ZnS：Ag；蒽，EJ-212,Zn2SiO4：Mn；ZnS：Cu；NaI：Tl；CsI：Tl；LiF/ZnS：Ag；LiF/ZnSCu,Al,Au；及氮化物諸如LaAl(Si6Al3)N7O3：Ce3+；Ca0.898Ce0.068Si9Al3ON15；La4.9Ce0.1Si3O12N；La0.96Ce0.04SiO2N；La2.82Ce0.18Si8O4N11；(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2：Eu2+；20(Sr,Ba)YSi4N7：Eu2+；(Ca,Sr,Ba)2Si5N8：Eu2+；及(Sr,Ca)AlSiN3：Eu2+。前述磷光體中之任一者可為未處理的、可替代地為處理的(例如，預處理或原位處理)。
未處理的微粒填料不同並相異於未處理的波長轉換器(諸如未處理的磷光體)。在一些態樣中，智慧型光學材料或光學裝置含有未處理的波長轉換器(諸如未處理的磷光體)，但不含有任何未處理的微粒填料。由此，處理的微粒填料不同並相異於處理的波長轉換器(諸如處理的磷光體)。差異及獨特性可以係官能基、反應性官能基、結構、分子量、或反應性中之任何一或多者。
在光學裝置中，可使用任何產熱元件或發熱及光元件(根據情況而定)，只要其具有至少80℃並小於智慧型光學材料之最大操作溫度(例如，<300℃、可替代地<250℃、可替代地<200℃)的前述操作溫度Tz或在該前述操作溫度Tz下使用。合適的產熱元件或發熱及光元件(根據情況而定)可為金屬絲或帶、陶瓷加熱元件、複合材料加熱元件、金屬加熱元件(在足夠低的溫度下)、及半導體裝置諸如發光二極體。合適的發熱及光元件之實例係發光二極體(LED)及有機發光二極體(OLED)，其包含係有機化合物之發射層。除非指定為OLED，否則本文中所述之任何LED係由無機發射材料組成。在一些態樣中，複合材料光學裝置含有至少一種發熱及光元件、可替代地至少一種LED或OLED、可替代地至少一種OLED、可替代地至少一種LED。不同發光元件(諸如LED裝置晶片)在不同溫度Tz下操作，該溫度係光學裝置之穩態操作溫度。對於LED，Tz一般自80°跨越至200℃。將來可能開發出在高於200℃下操作的LED，且其包括在本發明範疇內。
在光學裝置中，作用為智慧型光學封裝材料的智慧型光學材料可與產熱元件或產熱及光元件(諸如LED晶片)直接物理接觸。在一些實施例中，智慧型光學材料亦與波長轉換器(諸如磷光體層)光連通。在一些實施例中，光學裝置包含LED裝置，其包含LED晶片、智慧型光學材料、及波長轉換器，其中智慧型光學材料經設置與該波長轉換器直接接觸。
可替代地，智慧型光學材料可藉由間隙(諸如氣隙)與產熱元件或產熱及光元件(諸如LED晶片)間隔開，但仍與該元件(諸如LED晶片)熱連通。間隙可以氣體、蒸氣、惰性液體(諸如聚矽氧流體)、或固 體(諸如光學聚合物)。一般而言，間隙係以氣體，諸如空氣、氮氣、氬氣、或氦氣，而填充。(例如，氣隙或以非智慧型光學材料填充的間隙)。在一些實施例中，智慧型光學材料亦與波長轉換器(諸如磷光體層)光連通。在此類光學裝置之實施例中，LED或LED晶片可與波長轉換器光連通，但不與智慧型光學材料光連通。可替代地，LED或LED晶片可與智慧型光學材料光連通並經由智慧型光學材料與波長轉換器光連通。
在任一實施例中，波長轉換器以如下方式與智慧型光學材料光學連通：當智慧型光學封裝材料在30℃或更低溫度下時，智慧型光學材料隱藏波長轉換器。此外，當光學裝置在供電導通狀態下時，波長轉換器回應地發射光並獨立地與智慧型光學材料光學連通。光學裝置可進一步包含發電單元，用於在照明應用中對光學裝置之產熱元件及/或產熱及光元件供電，使得光學裝置在供電導通狀態下。在一些實施例中，在供電導通狀態下的光學裝置可具有至少80℃、可替代地至少100℃、可替代地至少120℃、可替代地至少140℃之操作溫度Tz。
在一些態樣中，前述光學裝置中之任一者可經設計以照射其外部的環境，諸如牆、天花板、地板、外空間、內空間、或類似者。在其他態樣中，光學裝置可經設計以在光學裝置內，內部地使用光，諸如在其中光學裝置進一步含有用於透射光的波導及/或用於感測光的光偵檢器的實施例中。
當前述光學裝置中之任一者通電時，任一產熱元件或發熱及光元件(諸如LED或LED晶片)發射熱，且波長轉換器接受在第一波長的發射光，並回應地發射在第二波長的光，該第二波長的光可透過智慧型光 學材料被看到。此類裝置稱為處於供電「導通狀態(on-state)」。在其供電導通狀態下的光學裝置具有前述至少80℃之操作溫度Tz。
當前述光學裝置中之任一者斷電(若先前通電，則係在冷卻之後)時，產熱元件或任一發熱及光元件(諸如LED或LED晶片)不發射熱，則波長轉換器由智慧型光學材料隱藏而看不見。此類裝置稱為處於未供電「關閉狀態(off-state)」。若光學裝置先前已處於供電導通狀態，則波長轉換器在智慧型光學材料冷卻至30℃或更低溫度之後，由智慧型光學材料隱藏而看不見。
以下測試方法可用於表徵材料。
抗龜裂性測試方法：用測試樣本填充25公克玻璃小瓶的一半，蓋上瓶蓋，並將其內容物加熱至120℃。3小時之後，藉由大小2mm的單點(single-pointed)織針對加熱的測試樣本之頂部表面施加力。
斷裂伸長率測試方法：將測試樣本於兩個熱板上在125℃下用5百萬帕斯卡(MPa)之壓力30分鐘，然後在130℃下在大氣壓力(約101千帕斯卡)下12小時而製備。使用模具(D1708,½,Fremont)從測試樣本切割出一啞鈴狀樣品，且使用該啞鈴狀樣品及質地分析儀器(TA.HDPlus Texture Analyser,Texture Technologies Corporation,New York,USA)在23℃±1℃及每秒2mm之拉伸速度下測試該測試樣本之斷裂伸長率。然後將該測試樣本放置於200C烘箱中在空氣中7天，在1、2、3、及7天後進行額外的斷裂伸長率量測。
不透明性測試方法1：波長轉換器包含磷光體層，該磷光體層包含50wt%釹摻雜釔-鋁-石榴石(Nd-YAG)磷光體設置於彈性體中的固體 膜，該彈性體係由組成(PhMeSiO2/2)0.52(PhSiO3/2)0.42的PhMe樹脂直鏈有機矽氧烷(45wt%苯基-T)所組成，其藉由Horstman等人之US 8,921,493 B2之實例12之方法而製備。單獨使用矽氫化可固化配方，具有聚矽氧熱光基質的智慧型光學材料之樣本根據稍後所述之方法(例如，在下文實例(e4)及(f4)中)製備成5.0mm厚的板，以給出以具有5.0mm厚度之板形式的具有聚矽氧熱光基質的智慧型光學材料之樣本。在25℃下，將Nd-YAG磷光體層放置在樣本板下面並與其直接接觸(即，0mm間隙)，且用人類肉眼檢查樣本板之從Nd-YAG磷光體層透過該樣本板的黃色或橙色的可見度。將樣本板評比為「2(可見黃色/橙色)」、「1(略微可見黃色/橙色)」、或「0(不可見黃色/橙色)」。
不透明性測試方法2：以與不透明性測試方法1相同的方式，不同處在於放置於樣本板下面的Nd-YAG磷光體層藉由4mm之氣隙而與樣本板間隔開；且在25℃下如之前用人類肉眼檢查樣本板之從Nd-YAG磷光體層透過該樣本板的黃色的可見度。將樣本板評比為「2(可見黃色/橙色)」、「1(略微可見黃色/橙色)」、或「0(不可見黃色/橙色)」。
不透明性測試方法1及2中所用之光的顏色在本文中稱為黃色或橙色。當使用在588nm的光進行不透明性測試方法1或2時，描述為使用黃光。類似地，當使用在600nm的光進行時，不透明性測試方法1或2描述為使用橙光。在一些實施例中，不透明性測試方法1及2使用在588nm的光；在其他實施例中，不透明性測試方法1及2使用在600nm的光；在其他實施例中，不透明性測試方法1使用在588nm的光，而不透明測試方法2使用在600nm的光；而在又其他實施例中，不透明性測試方法1使用 在600nm的光，不透明測試方法2使用在588nm的光。
為了比較的便利性、一致性、及簡易性起見，在上文及下文將智慧型光學材料關於黃光或橙光而表徵。如此進行係因為對於不透明性測試方法1及2而言，使用係黃色或橙色之Nd：YAG磷光體係便利的。然而，智慧型光學材料不限於藉由具有黃光或橙光之磷光體表徵或與其一起作用。也就是說，在其他態樣中，智慧型光學材料可藉由可見光譜中另一色光諸如紫光、藍光、綠光、橙光、或紅光而表徵，且其可與該光一起作用以在25℃下係不透明的，且在80℃或更高溫度下係實質上透明的。在此類其他態樣中，在不透明性測試方法1及/或2中，代替Nd：YAG磷光體或除Nd：YAG磷光體之外，可使用適當不同的有色磷光體。在又其他態樣中，可使用非為磷光體之波長轉換器。
粒徑測試方法及BET表面積測試方法：平均粒徑係使用來自JEOL USA,Peabody,Massachusetts,USA之JEOL JEM2100F穿透式電子顯微鏡(TEM)測量，而布厄特(Brunauer-Emmett-Teller,BET)表面積係使用Micromeritics Tristar II 3020表面積分析儀(Micromeritics Instrument Corporation,Norcross,Georgia,USA)測量。
折射率測試方法：材料之折射率係在稜鏡耦合器，Metricon 2010(Metricon Company,Pennington,New Jersey,USA)上，以在633nm波長的光，使用材料膜測量。
熱光係數測試方法：熱光係數dn/dT係在光譜反射率干涉計Filmetrics F-20(Filmetrics,San Diego,California,USA)上，使用溫度控制密閉樣本台在23°至150℃之範圍內測定。
透射率測試方法：紫外-可見(UV-Vis)光譜係於具有一種溫度可控設定的Perkin Elmer Lamda 950 UV/Vis NIR光譜儀上獲得，其中槽(具有兩個CaF2窗的透射光譜精確加熱槽，Ventacon,United Kingdom)設定至多200℃的溫度。樣本(例如，板)之百分透射率(T%)係在不同溫度下藉由在200至800nm之波長(λ)範圍內掃描而測量。資料可針對588nm、600nm、或633nm之波長而報告。
材料清單：
未處理的發煙二氧化矽1：CAB-O-SIL MS-75D發煙二氧化矽，其藉由以下表徵：折射率n 20/d F，1.4585；dn/dT-1.2×10-5/K；BET表面積每公克255平方公尺(m2/g)；及10nm的平均一次粒徑(直徑)。
未處理的發煙二氧化矽2：發煙二氧化矽(Aldrich Chemical,S5130)，其藉由以下表徵：折射率n 20/d F，1.4583；dn/dT-1.2×10-5/K；BET表面積395m2/g；及7nm的平均一次粒徑。
未處理的發煙二氧化矽3(預示)：發煙二氧化矽，其藉由以下表徵：折射率n 20/d F，1.4580至1.4589；dn/dT-1.2×10-5/K；及40nm平均粒徑(直徑)。
形成基質之前驅物：液態乙烯基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷。
形成基質之前驅物：二甲基氫終端苯基矽倍半氧烷。
形成基質之前驅物：液態乙烯基終端聚(二甲基-共-二苯基)矽氧烷，具有7,500g/mol之平均數量平均分子量(Mn)。
形成基質之前驅物：乙烯基終端聚(二甲基-共-二苯基)矽氧烷，具有23,000g/mol之Mn。
形成基質之前驅物：二甲基氫終端苯基矽倍半氧烷。
形成基質之前驅物：乙烯基終端苯基矽倍半氧烷。
形成基質之前驅物：乙烯基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷。
填料處理劑：羥基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷。
填料處理劑：羥基終端聚(二甲基-共-甲基,乙烯基)矽氧烷。
填料處理劑：六甲基二矽氮烷。
矽氫化催化劑：卡氏(Karstedt’s)催化劑(Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)。
製備1：液態形成基質之前驅物第1號(LMP1)之製備。在室溫下於牙科用混合器中混合液態乙烯基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷(100份)及二甲基氫終端苯基矽倍半氧烷(10.7份)持續1分鐘以給出呈透明液態之LMP1。LMP1具有1.5390之折射率n 23/q F及-3.4×10-4/K之dn/dT。
製備2：液態形成基質之前驅物第2號(LMP2)之製備。在室溫下於牙科用混合器中混合具有7,500g/mol之平均數量平均分子量Mn的液態乙烯基終端聚(二甲基-共-二苯基)矽氧烷(40.5份)、具有23,000g/mol之平均數量平均分子量Mn的乙烯基終端聚(二甲基-共-二苯基)矽氧烷(40份)、二甲基氫終端苯基矽倍半氧烷(12.6份)、及乙烯基終端苯基矽倍半氧烷(6.9份)持續1分鐘以給出呈透明液態之LMP2。LMP2具有1.4859之折射率n 23/q F及-3.8×10-4/K之dn/dT。
製備3：液態形成基質之前驅物第3號(LMP3)之製備。在室溫下於牙科用混合器中混合具有23,000g/mol之平均數量平均分子量Mn的液態乙烯基終端聚(二甲基-共-二苯基)矽氧烷(69.1份)、二甲基氫終端聚二 苯基矽氧烷(13.8份)、乙烯基終端苯基矽倍半氧烷(13.6份)、及四(二甲基乙烯基矽氧烷)矽烷(3.5份)持續1分鐘以給出呈透明液態之LMP3。LMP3具有1.4965之折射率n 23/q F及-3.7×10-4/K之dn/dT。
製備A：於有機矽氧烷流體中之26.8wt%處理的發煙二氧化矽膏的原位處理的二氧化矽母料之製備。於1-夸脫(950毫升(mL))捏合混合器中添加未處理的發煙二氧化矽1(135公克(g))、乙烯基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷(331g，65.9wt%)、羥基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷(33g，6.7wt%)、羥基終端聚(二甲基-共-甲基,乙烯基)矽氧烷(2.5g，0.5%)、及六甲基二矽氮烷(0.5g，0.1wt%)，並混合，然後在約160℃下加熱1.5小時以給出約503g呈白色不透明膏的原位處理的發煙二氧化矽之母料。處理的發煙二氧化矽母料具有1.5329之折射率n 23/q F及-2.5×10-4/K之dn/dT。
製備B(預示)：於有機矽氧烷流體中之25wt%處理的發煙二氧化矽膏的原位處理的二氧化矽母料之製備。於1-夸脫(950毫升(mL))捏合混合器中添加未處理的發煙二氧化矽3(135g)、乙烯基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷(330g，66wt%)、羥基終端聚(苯基,甲基)矽氧烷(33g，7wt%)、羥基終端聚(二甲基-共-甲基,乙烯基)矽氧烷(2.5g，0.5%)、及六甲基二矽氮烷(0.5g，0.1wt%)，並混合，然後在約160℃下加熱1.5小時以給出約500g呈白色不透明膏的原位處理的發煙二氧化矽母料。
以下比較性樣本(非本發明)意圖說明非本發明組成物之某些不足。不應將其解釋為先前技術。
比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4：分別製備比較性矽氫化可固化配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4。比較性配方ce(a)及ce(b)之製備 不包括或使用任何二氧化矽，因此比較性配方ce(a)及ce(b)缺乏(不含)任何二氧化矽。對於比較性配方ce1至ce4，在室溫下，將未處理的發煙二氧化矽2之不同部分及製備2之LMP2部分使用牙科用混合器在2.5百萬分點(ppm)的卡氏催化劑(Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)之Pt的存在下混合在一起15分鐘，以給出比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce2至ce4。比較性配方ce(a)、cd(b)、及ce1至ce4之組成稍後在表A中描述。(不預期以混合90分鐘取代混合15分鐘會導致任何顯著變化)。
比較性膜(CEA-f)、(CEB-f)、及(CE1-f)至(CE4-f)：分別自比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4製備比較性膜(CEA-f)、(CEB-f)、及CE1-f至CE4-f。將在甲苯中之比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4部分(1/1 wt/wt比例)旋轉塗佈至不同矽晶圓上，且在130℃下加熱3小時，且使其冷卻以給出具有2至15μm之厚度之薄膜的形式分別指定為(CEA-f)、(CEB-f)、及CE1-f至CE4-f的非本發明經固化材料之比較性實例分別的樣本CEA、CEB、CE1至CE4。比較性膜(CEA-f)、(CEB-f)、及(CE1-f)至(CE4-f)中之各者在633nm的n 23/q 係使用折射率測試方法測定，且在以下表A中報告。預期比較性配方之膜具有與藉由將該等比較性配方固化所製備的經固化膜相同的在633nm的n 23/q 。
如上文表A中所示，大部分比較性配方及由其製備之比較性膜具有1.4824至1.4859之在λ 633nm的n 23/q ，且一個n 23/q 係在1.5390。
比較性實例(CEA-s)、(CEB-s)、(CE1-s)至(CE4-s)：分別係比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4之樣本板之製備。將比較性配方ce(a)、ce(b)、及ce1至ce4之部分於熱壓機上在125℃下固化5分鐘，然後在130℃下後固化30分鐘，然後使其冷卻至室溫以給出以獨立地具有1.65mm厚度的板形式，分別指定為(CEA-s)、(CEB-s)、(CE1-s)至(CE4-s)之非本發明固化材料的比較性實例的分別樣本CEA、CEB、CE1至CE4。比較性板(CEA-s)、(CEB-s)、及(CE1-s)至(CE4-s)中之各者之在600nm的T%係使用透射率測試方法測定，並報告於以下表B中。
如上文表B中所示，比較性配方及由其製備之比較性膜非係有用於製造智慧型光學材料的，因為該等比較性膜之在25℃下的起始T%大於70%，使得當其在30℃下或更低溫度下時隱藏黃色或橙色磷光體存在 問題。同樣，比較性配方係不足的，因為在125℃下及更高溫度下的T%不高於，且在一些情況下低於比較性膜在25℃下的T%，此表示比較性配方之清透度不隨遞增的溫度而增加。也就是說，比較性配方在高溫下的透射率基本上係不優於或者係劣於在室溫下的透射率。因此，比較性配方無法隱藏在未供電關閉狀態下的光學裝置中的黃色或橙色磷光體，且無法增加在供電導通狀態下的光學裝置的光輸出或光透射效率。比較性實例(CE1-s)至(CE4-s)失敗，因為在25℃下的T%高於50%許多，例如，大於或等於74%，且因此材料ce1至ce4將不能夠在該溫度下隱藏Nd：YAG磷光體。此失敗係歸因於ce1至ce4中所用之未處理的填料具有小於8nm之平均粒徑。(CE1-s)之失敗亦係歸因於低於5wt%之填料裝載。亦預期根據本文所述之方法，經固化材料CE1至CE4在熱老化之前及/或在熱老化之後會具有不良的斷裂伸長率，如稍後表4中針對CE1所示。
因此，與智慧型光學材料相反，若習知(非智慧型)光學封裝材料(具有匹配的折射率)在未供電狀態下的比較性(非本發明)光學裝置中代替智慧型光學材料而使用，則預期其磷光體會暴露至環境光線，諸如日光或非特定人造光，且該磷光體會係可見的並呈現出有色的，準確的顏色取決於所用的特定磷光體。例如，在此類環境光線條件下，釔鋁石榴石(YAG)會吸收環境光線之某些第一波長，並回應地發射在某些第二波長(在570至590nm的範圍內或600nm)的光，所以當暴露至環境光線時呈現出黃色。其他磷光體可呈現出另一顏色，諸如紅色、藍色、綠色、青藍色、或紫紅色。此等顏色在美觀上可能不令人滿意，尤其當比較性光學裝置係關閉狀態的白色，諸如螢光燈，的置換時，或當比較性光學裝置意圖 用於具有與此等光衝突色調的位置，諸如對著木櫃或白色牆時。本發明智慧型光學材料藉由在25℃下係不透明的，且在Tz下係實質上光透射的而解決此問題。
進一步，當此類比較性光學裝置被供電且在導通狀態下時，習知封裝材料將導致其光輸出或其光透射效率之降低。此係因為，在將習知封裝材料自23℃加熱至Tz時，比較型基質及光學填料之匹配的折射率n 23/q 可能會彼此偏離，使得其變得在高操作溫度Tz下顯著不同(失配)。此失配會導致加熱的習知封裝材料在Tz下散射並反射光，並減小比較性光學裝置之光輸出或光透射效率。本發明智慧型光學材料藉由在Tz下比在25℃下實質上透射更多(以>50%的程度更多)光(例如，在25℃下T%=40% vs.在Tz下T%
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70%)而解決此問題。
若比較性(非本發明)覆蓋材料僅含有熱光基質；或包含熱光基質及填料，該填料係係100%未處理的填料的，則吾等會預期熱老化的覆蓋材料之斷裂伸長率在七天內會以超過50%，可替代地超過55%的程度減小，且當其受到外部機械力時或之後不久最終龜裂、裂開、或以上兩者。舉例而言，比較性覆蓋材料的這個缺點可藉由斷裂伸長率測試用在200。℃下在空氣中加熱7天的材料而展現，其中在熱老化之前在第0天的斷裂伸長率係約29%，而在熱老化7天後(第7天)的斷裂伸長率係12%，減少了58%。當覆蓋材料在200℃下在空氣中熱老化7天後之斷裂伸長率以超過50%、可替代地超過55%的程度減小時，覆蓋材料可能容易變得太脆而無法承受具有大於或等於200℃導通狀態操作溫度的光學裝置所受到的機械力。此表示比較性覆蓋材料顯著地更可能龜裂及黃變，且從而使光學裝置 之環境敏感組件暴露至分子氧、水蒸氣、及其他有害物質，會減少光學裝置之操作壽命。
因此，本發明智慧型光學材料藉助於其調諧設計解決了許多問題並相對於習知(非智慧型)封裝材料具有許多益處及優點。根據不透明性測試方法1或2，智慧型光學材料在含有該智慧型光學材料的未供電關閉狀態光學裝置中時，覆蓋或隱藏波長轉換器(諸如磷光體或磷光體層)，且當此類光學裝置在供電導通狀態時，亦增加來自此類光學裝置之光輸出或光透射效率。除了其「智慧型」光學性質，智慧型光學材料達成良好的機械性能，若該智慧型光學材料或設置其的光學裝置受到外部機械力(諸如振動或衝擊)，該機械性能足以避免該智慧型光學材料龜裂。
以下實例意圖說明本發明，而且不應被以任何方式視為限制本發明的範圍。除非另有指明，份數係以總重量計的重量份。
實例1至5：分別係矽氫化可固化配方1至5之製備。在室溫下，將不同比例的製備A之處理的發煙二氧化矽母料及製備1之LMP1的部分(portion)使用牙科用混合器在2.5百萬分點(ppm)的卡氏催化劑(Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)存在下混合在一起2分鐘，以分別給出矽氫化可固化配方1至5。配方有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例。配方實例1至5之組成稍後於表1中描述。
實例6：矽氫化可固化配方6之製備。在室溫下，將基於混合物之總重量計，三分之二(67wt%)的製備A之處理的發煙二氧化矽母料及三分之一(33wt%)的未處理的發煙二氧化矽1之混合物及一部分(portion)製備2之LMP2使用牙科用混合器在2.5百萬分點(ppm)的卡氏催化劑 (Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)存在下混合在一起15分鐘以給出矽氫化可固化配方6。配方6有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例。實例6之配方6之組成稍後於表1中描述。
實例7至10(預示)：矽氫化可固化配方7至10之製備。在室溫下，將不同比例的製備B之處理的發煙二氧化矽母料及一部分(portion)的製備3之LMP3使用牙科用混合器在2.5百萬分點(ppm)的卡氏催化劑(Pt[H2C=CH-Si(CH3)2]2O)存在下混合在一起15分鐘，以給出含有分別6.0wt%、10wt%、20wt%、及25wt%的處理的發煙二氧化矽母料之矽氫化可固化配方7至10，以上所有皆基於矽氫化可固化配方7至10之總重量計。配方7至10有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例。
實例(A1)至(F1)：分別係實例1至6之矽氫化可固化配方之樣本膜之製備。分別將在甲苯(1/1 wt/wt)中之實例1至6之矽氫化可固化配方的部分旋轉塗佈於矽晶圓上，且在130℃下加熱3小時以分別給出具有2至15μm厚度的實例(A1)至(F1)之膜。實例(A1)至(F1)中之各者之在λ 633nm的n 23/q 值係使用折射率測試方法測定，且報告於下表1中。咸信實例1至6之可固化配方有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例。
如上表1中所示，本發明可固化配方及由其製備之本發明聚矽氧智慧型光學材料具有1.5194至1.5369之在λ 633nm的n 23/q 。
實例(a1)至(f1)：分別係來自實例1至6之矽氫化可固化配方之具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之樣本板之製備。分別將實例1至6之矽氫化可固化配方部分於熱壓機上在125℃下固化5分鐘，然後在130℃下後固化30分鐘，然後使其冷卻至室溫以給出以獨立地具有1.65mm厚度的板之形式的分別具有實例(a1)至(f1)之聚矽氧熱光基質的智慧型光學材料。各板在600nm的T%係使用透射率測試方法測定，並報告於表2中。
如可利用表2中之資料看出，實例1至6之矽氫化可固化配方之板具有含量自5.9wt%至32.5wt%的不同非熱光填料(處理的發煙二氧化矽母料，製備A)。然而以上所有在25℃下皆具有小於50%之在600nm的T%，且以上所有在200℃下皆具有大於70%之T%，且以上所有在125℃下皆具有大於或等於60%之在600nm的T%。本發明配方有用於製造具有 聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例，因為在25℃下的起始T%係小於50%，使得本發明配方可能製備出，當本發明配方在30℃或更低溫度下時，能夠隱藏黃色或橙色磷光體之智慧型光學材料。同樣，本發明配方係有利的，因為在100℃下或更高溫度下的T%實質上優於在25℃下的T%，且在一些情況下大於在25℃下的T%超過50%，這意謂本發明配方及板之清透度有利地隨遞增的溫度而增加。因此，本發明配方可隱藏在未供電關閉狀態下的光學裝置中的黃色或橙色磷光體，並增加在供電導通狀態下的光學裝置的光輸出或光透射效率。
實例(e2)至(e4)及(f2)至(f4)：以類似於分別實例(e1)及(f1)之方法的方式，不同處在於不同的板厚度，具有1.65mm、3.30mm、及5.00mm厚度的板係使用實例5之矽氫化可固化配方而製備，以分別給出具有實例(e2)至(e4)之聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料，並使用實例6之矽氫化可固化配方，以分別給出具有實例(f2)至(f4)之聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料。一些實例(e2)至(e4)及(f2)至(f4)之板之不透明性係根據包括不透明性測試方法1及2之許多方法中之至少一者而測試。使用不透明性測試2之非限定性修改版本來測試一些板之不透明性，其中使用1mm、2mm、或3mm之氣隙代替不透明性測試方法2之4mm之氣隙。在室溫下根據不透明性測試方法1，實例(e4)及(f4)之5.0mm厚的板係不透明的，且評比為「0(不可見黃色/橙色)」。在室溫下根據不透明性測試方法2，實例(e3)之3.30mm厚的板係不透明的，且評比為「0(不可見黃色/橙色)」。在室溫下根據不透明性測試方法2，實例(f2)之1.65mm厚的板係不透明的，且評比為「0(不可見黃色/橙色)」。儘管利用1mm、2mm、或3mm之氣隙使用不透明性測試 方法2之修改版本獲得的不透明性資料係非限定性的，但是為了完整起見，稍後於表3中報告所有此等資料。
如表3中所示，本發明配方有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例，因為其可經Nd：YAG磷光體層組態，以當本發明配方在30℃或更低溫度下時，隱藏黃色Nd：YAG磷光體。同樣地，本發明配方係有利的，因為基於表2中實例(E1)及(F1)之資料，在100℃或更高溫度下，其T%實質上增加，且在一些情況下大於在25℃下的T%超過50%。如所提及的，後者這點表示智慧型光學材料之清透度有利地隨遞增的溫度而增加。因此，智慧型光學材料可隱藏在未供電關閉狀態下的光學裝置中的黃色磷光體或黃色磷光體層(諸如Nd：YAG磷光體層)，並增加在供電導通狀態下的光學裝置的光輸出或光透射效率。
斷裂伸長率：實例2至5之矽氫化可固化配方之測試樣本係分別根據上文製備斷裂伸長率測試樣本之程序製備。測試樣本之斷裂伸長 率係使用斷裂伸長率測試方法在熱老化之前(第0天)及在200℃下在空氣中熱老化1、2、3、及7天後而測定。結果係圖解描繪於圖1中。第0天及第7天之斷裂伸長率、及第0天至第7天之百分比減少報告於下表4中。
如圖1及表4中所示，本發明配方有用於製造具有聚矽氧熱光基質之智慧型光學材料之實例，因為其具有增強的機械性質，例如藉由斷裂伸長率所測得之結果。在200℃下熱老化七天的熱老化智慧型光學材料之斷裂伸長率以22%至48%之程度減小，且在除了一個實例之外的所有實例中以小於33%之程度，在大部分實例中以小於27%之程度減小。此意謂當熱老化的智慧型光學材料受到外部機械力時或之後不久，其不太可能最終龜裂、裂開、或以上兩者，且更可能達成有利地長時間的操作壽命。相反地，熱老化比較性材料之斷裂伸長率在200℃下熱老化經七天以超過55%的程度減小。
以下的申請專利範圍係以引用方式併入本文中，並且用語「請求項(claim)」可以用語「態樣(aspect)」取代。本發明之實施例也包括這些產生的有編號態樣。

Claims (15)

  1. 一種光學裝置，其經智慧型光學材料組態，根據不透明性測試方法1，該智慧型光學材料在小於30攝氏度(℃)之溫度下係不透明的且在80°至200℃的溫度下係光學透明的，且根據斷裂伸長率測試方法，該智慧型光學材料具有至少15%之在熱老化之前在第0天及至少12%之在200℃下在空氣中熱老化7天之後在第7天的斷裂伸長率，且該熱老化的智慧型光學材料的該斷裂伸長率自第0天至第7天以小於50%的程度減小；該裝置包含一發光元件；一產熱元件，該產熱元件可與該發光元件相同或不同，且該產熱元件與該智慧型光學材料熱連通；一波長轉換器，該波長轉換器與該發光元件及該智慧型光學材料獨立地光學連通；及該智慧型光學材料，該智慧型光學材料係當該智慧型光學材料在小於30℃之溫度下時，隱藏該波長轉換器，而當該智慧型光學材料在80°至200℃之溫度下時，透射來自該發光元件及/或來自該波長轉換器之光。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中該光學裝置包含含有至少一個波長轉換元件之一波長轉換器或含有複數個波長轉換元件之一波長轉換層。
  3. 如請求項1之光學裝置，其中該波長轉換器包含一磷光體或包含複數個磷光體之一磷光體層。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中該發光元件係一發光二極體(LED)。
  5. 如請求項1之光學裝置，其進一步包含一電源供應器，從而具有一未供電關閉狀態及一供電導通狀態，使得在該供電導通狀態下，該智慧型光學材料加熱至80°至200℃之溫度。
  6. 一種使用如請求項1至5中任一項之光學裝置阻隔及/或透射光之方法，該方法包含：使該光學裝置暴露於可見光，當該智慧型光學材料在-40°至30℃下時，使得該智慧型光學材料阻隔足夠的可見光而不使該可見光到達該波長轉換器及/或阻隔足夠的來自該波長轉換器之轉換光而不使該轉換光離開該光學裝置，以隱藏該波長轉換器；或對該光學裝置供電，當該智慧型光學材料在至少80℃之溫度下時，使得該發光元件發射在一第一波長的光，該第一波長的光然後透射至該波長轉換器，該波長轉換器回應地發射在一第二波長的光，該第二波長的光透過該智慧型光學材料之至少一部分透射至一光接收器，其中該第一波長與該第二波長不同；或在不同時間進行該暴露步驟及該供電步驟兩者。
  7. 一種智慧型光學材料，其係如請求項1至6中任一項所述。
  8. 如請求項7之智慧型光學材料，其包含熱光基質之第一組成物及非熱光填料之第二組成物，該非熱光填料係呈細碎固體微粒之形式，該非熱光填料以基於該智慧型光學材料之總重量計>5至40重量百分比(wt%)之裝載分散於該熱光基質中；其中該非熱光填料係處理的微粒填料，該處理的微粒填料係藉由用填料處理劑處理未處理的微粒填料而製備，其中該非熱光填料具有>8nm至500nm之平均粒徑(直徑)，條件是當該非熱光填料包含處理的二氧化矽時，其係至少50%當量的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；其中該熱光基質之該第一組成物具有熱光係數(dn/dT)M，且該非熱光填料之該第二組成物具有熱光係數(dn/dT)F，且該等第一組成物及第二組成物失配，使得(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；且其中該熱光基質之該第一組成物在23攝氏度(℃)下使用在633nm的光，具有折射率n 23/q M，且該非熱光填料之該第二組成物在23℃下使用在633nm的光，具有折射率n 23/q F，且該等第一組成物及第二組成物失配，使得n 23/q M-n 23/q F 0.020且n 23/q M/n 23/q F之比值係1.009至1.094；且因此對於具有已知的n 23/q F及(dn/dT)F值的該非熱光填料之該第二組成物而言，該熱光基質之該第一組成物係調配成具有失配n 23/q M值，該值具有大於n 23/q F的預定差，使得當該智慧型光學材料之測試樣本在25℃下並具有5.0毫米(mm)之厚度時，根據不透明性測試方法1，該智慧型光學材料對在波長600奈米(nm)的光係不透明的，而當該智慧型光學材料之該測試樣本在80°至200℃之高溫TZ下時，該熱光基質具有折射率n z/q M，且該非熱光填料具有折射率n z/q F，且n z/q M及n z/q F匹配，使得n z/q M/n z/q F之比值係1.000±0.008，且該智慧型光學材料對在波長600nm的光係光學透明的；且條件是，該智慧型光學材料不含有未處理的二氧化矽。
  9. 如請求項8之智慧型光學材料：其中該熱光基質包含具有1.470至1.54之n 23/q M之有機聚合物，且該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F及8.5至300nm之平均粒徑之處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；或其中該熱光基質包含具有1.470至1.54的n 23/q M的聚(乙酸乙烯酯)，且該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽。
  10. 如請求項8之智慧型光學材料：其中該熱光基質係具有1.475至1.55的n 23/q M的Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)；或其中該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；或其中基於該智慧型光學材料之總重量計，非熱光填料的裝載係>5至35wt%；其中n 23/q M/n 23/q F之比值係1.010至1.090；或其中(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；或其中TZ係100°至200℃；或其中該熱光基質係具有1.475至1.55的n 23/q M的Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)；該非熱光填料包含具有1.450至1.465的n 23/q F及大於8.5至300nm的平均粒徑的處理的沉澱二氧化矽或處理的發煙二氧化矽；基於該智慧型光學材料之總重量計，之裝載係>5至35wt%；n 23/q M/n 23/q F之比值係1.010至1.090；(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至20；且TZ係100°至200℃。
  11. 如請求項10之智慧型光學材料，其中該熱光基質之該Si-芳基及Si-烷基官能性聚(有機矽氧烷)係由通式(I)：RnSi(4-n)/2(I)表示，其中下標n係1或2，且各R獨立地係(C6-C12)芳基或(C1-C12)烷基，條件是至少某R係(C6-C12)芳基且至少某R係(C1-C12)烷基。
  12. 如請求項10至11中任一項之智慧型光學材料：其中該熱光基質係具有1.475至1.54的n 23/q M的Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)且(dn/dT)M係-2.5×10-4/克耳文(Kelvin)至-5×10-4/克耳文；或其中該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F、9至300nm之平均粒徑、及-1.5×10-5/克耳文至+1.5×10-5/克耳文之(dn/dT)F之處理的發煙二氧化矽；或其中基於該智慧型光學材料之總重量計，非熱光填料的裝載係>5至30wt%；或其中n 23/q M/n 23/q F之比值係1.020至1.050；或其中(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至10；或其中TZ係120°至200℃；或其中該熱光基質係具有1.475至1.54的n 23/q M及-2.5×10-4/克耳文至-5×10-4/克耳文之(dn/dT)M之Si-苯基及Si-甲基官能性聚(有機矽氧烷)；該非熱光填料包含具有1.450至1.465之n 23/q F、9至300nm之平均粒徑、及0.5×10-5/克耳文至2×10-5/克耳文之(dn/dT)F的處理的發煙二氧化矽；基於該智慧型光學材料之總重量計，之裝載係>5至30wt%；n 23/q M/n 23/q F之比值係1.020至1.050；(dn/dT)M/(dn/dT)F之比值係>2至10；且TZ係120°至200℃。
  13. 如請求項10至11中任一項之智慧型光學材料，其包含使包含成分(A)至(D)之可固化有機矽氧烷組成物矽氫化固化之反應產物：(A)Si-芳基及Si-烷基官能性有機聚矽氧烷，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結烯基；(B)Si-芳基及/或Si-烷基官能性有機矽化合物，其每分子平均含有至少兩個矽鍵結氫原子；(C)矽氫化催化劑；及(D)該非熱光填料；其中該非熱光填料係在與成分(A)至(C)接觸之前預形成的；其中基於該可固化有機矽氧烷組成物的總重量計，該非熱光填料的濃度係1至45重量百分比(wt%)。
  14. 一種製造如請求項7至13中任一者之智慧型光學材料之方法，該方法包含使可固化配方經歷固化條件，該可固化配方包含廣泛分散於兩種或更多種形成基質之前驅物的混合物中的該非熱光填料之均勻混合物，該固化條件足以使該等形成基質之前驅物轉換成該熱光基質，並從而製造該智慧型光學材料。
  15. 一種包含如請求項7至13中任一項之智慧型光學材料之透鏡，其經組態成一形狀而會聚或發散光線。
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