CN115109464A - 墨水组合物、封装结构和半导体器件 - Google Patents

墨水组合物、封装结构和半导体器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种墨水组合物、封装结构和半导体器件。该墨水组合物包括:可光固化含硅单体组分、活性稀释剂组分和光引发剂组分,可光固化含硅单体组分包括具有如下结构式I所示化合物中的任意一种或者多种:

Description

墨水组合物、封装结构和半导体器件
技术领域
本发明涉及有机封装材料技术领域,具体而言,涉及一种墨水组合物、封装结构和半导体器件。
背景技术
有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Diodes,OLED)因具有主动发光、驱动电压低、发光亮度高、发光效率高、发光视角宽、响应速度快、超薄超轻、低成本、低功耗、工作温度范围广、构造简单和可用于挠曲性面板等优异特性,而成为新一代显示技术的主流和未来显示的发展方向,其在各类智能终端领域的应用潜力巨大。
目前OLED器件的产业化发展及应用受到稳定性不足、可靠性欠缺和使用寿命短等问题的制约,主要是因为OLED器件中的材料和结构对水汽和氧气较为敏感,一旦接触水氧,器件的发光效率、工作性能、稳定性和使用寿命都会迅速下降。薄膜封装通过在OLED器件基板上堆叠沉积致密薄膜的方式将其封装,能够有效阻隔水汽和氧气的侵入,确保了OLED器件的可靠性和使用寿命。
OLED器件封装的复杂性增加对它们所使用的材料的要求越来越苛刻。具体地讲,对于应用于封装的聚合物材料的要求越来越严格。例如,应用于光学器件中作为粘合剂、保护层、隔层等的有机聚合物膜材是朝着重量轻、厚度薄和小型化的需求发展。同时,由于成品结构变得更加复杂,对这些层的物理需求相应地有增加。现有的薄膜封装厚度为1微米的隔层不仅需要平坦化功能并且不能含间隙和孔洞,以便提供适当的间隔功能。由于层与层之间减薄,各层之间的厚度及其成型工艺更精确,这需要精确且一致的喷墨打印方式沉积有机层。另外,薄隔层在多层光学和电子器件中履行的另外一个功能是电绝缘,以便将一层或一系列层与其他附近的层电隔离。
5G通讯时代的到来和各类电子终端应用的更新迭代,对于半导体显示器件的封装材料的功能特性和封装效果也提出了更加严苛和全面的要求,具有优异的介电性能如低介电常数和低介电损耗的有机薄膜封装材料正逐渐成为发展趋势。
3M公司申请号为CN201880082492.X的专利描述了利用单体包含具有12个或更多个碳原子的支链(甲基)丙烯酸烷基酯单体在固化时,形成在1兆赫兹下具有小于或等于3.0的介电常数的非晶态光学清晰层,但全烷链的丙烯酸酯化合物固化成膜时呈现的硬度往往不够。
SDI公司在申请号为TW202130677A的专利中描述了利用环戊二聚体改性的(甲基)丙烯酸单体和含苯基硅烷的(甲基)丙烯酸功能单体加上其他辅料复配INK组合物得到了较低介电常数的材料,但含苯基硅烷往往粘度较大且颜色不容易做到无色透明。
LG公司在申请号为US20220002569的专利中描述了利用二环和三环结构的(甲基)丙烯酸单体加上其他辅料复配INK组合物得到了较低介电常数的材料,但其专利除了报道介电常数数据之外,未报道其他数据。
申请号为CN20200109954.X的专利中描述了利用(甲基)丙烯酯单体衍生物添加低介电的PIB胶低聚物的形式,得到在1兆赫兹下具有小于或等于3.0的介电常数的聚合物层。由于其粘度较大,无法使用喷墨打印工艺方式形成有机层。
此外,公开号为CN113004808A的中国专利申请也披露了一种可得到低介电材料的墨水组合物,采用低沸点含氟单体作为墨水的主要功能单体的形式,但由于其沸点较低,在墨水进行高温喷墨时易堵塞墨孔。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种墨水组合物、封装结构和半导体器件,以解决现有技术中封装材料介电常数偏高和印刷过程中易堵塞喷头的问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种墨水组合物,该墨水组合物包括:可光固化含硅单体组分、活性稀释剂组分和光引发剂组分,可光固化含硅单体组分包括具有如下结构式I所示化合物中的任意一种或者多种:
Figure BDA0003733655750000021
式中,n是0~50的任意一个整数;R1和R2相同或不同,且各自独立地选自单键、取代或未取代的C1~C50的亚烷基、取代或未取代的C3~C50的亚环烷基、取代或未取代的C1~C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6~C50的亚芳基、取代或未取代的C7~C50的芳基亚烷基、-N-(R3)-R4-和-O-R5-中的任意一种;X1、X2、X3、X4、X5、X6相同或不同,且各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的环烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C3~C50的杂芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR6R7中的任意一种,R4、R5、R6、R7为C1~C50的烷基;A1和A2相同或不同,且各自独立地选自:氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR8R9、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C3~C60环氧基烷基、取代或未取代的C2~C60环氧基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,R8、R9为C1~C50的烷基;并且可光固化含硅单体组分中,A1和A2中至少有一个由结构式II中的任意一种表示:
Figure BDA0003733655750000031
其中,*表示结合位置,R3各自独立地选自-F、-CF3中的一种。
进一步地,n是1~10的任意一个整数,优选R1和R2各自独立地选自:取代或未取代的C1~C10的亚烷基和-O-R5-中的任意一种,且R5是取代或未取代的C1~C10的亚烷基中的一种;
优选的,X1、X2、X3、X4、X5、X6各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C10的芳基和取代或未取代的C7~C11的芳烷基中的任意一种;
更优选的,可光固化含硅单体组分为多种具有结构式I所示化合物的组合。
进一步地,可光固化含硅单体组分选自如下所示的化合物结构:
Figure BDA0003733655750000032
进一步地,活性稀释剂组分包括具有结构式V所示结构中的任意一种或多种,
Figure BDA0003733655750000033
式中,Y选自单键、取代或未取代的C1到C50的亚烷基、取代或未取代的C3到C50的亚环烷基、取代或未取代的C1到C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6到C50的亚芳基、取代或未取代的C7到C50的芳基亚烷基、-O-R10-、-N(R11)-R12-中的任意一种;其中,R10选自取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;R11是氢、取代或未取代的C1到C50烷基中的任意一种,R12是取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;Z1、Z2各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,并且Z1、Z2中的至少一个由结构式Ⅵ中的任意一个表示,
Figure BDA0003733655750000041
其中,R4选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基中的任意一种;
优选的,Y选自取代或未取代的C1到C10亚烷基、取代或未取代的C1到C10亚烷基醚基、取代或未取代的C6到C10亚芳基和取代或未取代的C7到C11芳基亚烷基中的任意一种。
进一步地,活性稀释剂组分包括选自单官能活性稀释剂、双官能活性稀释剂和多官能活性稀释剂中的任意一种或者多种;
可选的,单官能活性稀释剂包括选自丙烯酸月桂酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异冰片酯、乙氧化四氢呋喃丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯磷酸酯、2-甲基-2-金刚烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的任意一种或者多种;
可选的,双官能活性稀释剂包括选自乙二醇类二丙烯酸酯、丙二醇类二丙烯酸酯和其他二醇类二丙烯酸酯中的任意一种或者多种;
可选的,多官能活性稀释剂包括选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯、长链脂肪烃缩水甘油醚丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化丙三醇三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇甲氧基单丙烯酸酯中的任意一种或者多种。
进一步地,光引发剂组分包括选自苯偶姻及其衍生物类引发剂、苯偶酰及其衍生物类引发剂、苯乙酮衍生物类引发剂、α-羟基酮衍生物类引发剂、α-氨基酮衍生物类引发剂、苯甲酰甲酸酯类引发剂、酰基磷氧化物类引发剂、二苯甲酮类引发剂、硫杂蒽酮类引发剂和蒽醌及其衍生物类引发剂中的任意一种或者多种。
进一步地,以重量百分比计,墨水组合物包括:0.01~50%的可光固化含硅单体组分,30~80%的活性稀释剂组分,0.01~20%的光引发剂组分;优选地,以重量百分比计,可光固化含硅单体组分的含量为15~50%,活性稀释剂组分的含量为40~80%,光引发剂组分的含量为1~10%。
进一步地,墨水组合物还包括助剂组分,优选的,助剂组分选自阻聚剂、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、流平剂中的任意一种或多种,更优选的,助剂组分的含量为0.01~5wt%。
进一步地,墨水组合物在25℃下的粘度为1~50mPa·s。
根据本发明的另一个方面,提供了一种封装结构,该封装结构包括有机层,有机层采用上述任一种的墨水组合物经光固化形成。
根据本发明的又一个方面,提供了一种半导体器件,该半导体器件包括功能结构和封装结构,其中,封装结构为上述的封装结构。
进一步地,半导体器件为电致发光器件、光致发光器件、照明设备、发光二极管、太阳能电池、薄膜晶体管和光探测器中的任意一种。
应用本发明的技术方案,采用具有上述结构式I的可光固化含硅单体组分作为聚合的单体,该可光固化含硅单体组分中,A1和A2中至少有一个由结构式II中的任意一种表示,即可光固化单体组分为氟取代的可光固化含硅单体。本申请将氟取代的含硅单体与含活性稀释剂组分进行配合使用,可以形成自由基固化体系,该自由基固化体系可以有效地降低介电常数,提高固化速度,并且由于本申请的墨水组合物中该氟取代的含硅单体沸点较高,不易挥发,避免了在使用过程中堵塞墨孔,可更好地满足现有技术中对喷墨打印的要求。另外,本申请的氟取代的含硅单体制备简单,且原料廉价易得,生产成本较低,便于推广应用。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
在本申请中,术语“取代或非取代的”指的是通过选自以下的一个或更多个取代基进行取代:氘;卤素基团;腈基;硝基;羟基;羰基;酯基;酰亚胺基;氨基;氧化膦基;烷氧基;芳氧基;烷基硫基;芳基硫基;烷基磺酰基;甲硅烷基;硼基;烷基;环烷基;烯基;芳基;芳烷基;芳烯基;烷基芳基;烷基胺基;芳烷基胺基;杂芳基胺基;芳基胺基;芳基膦基;或包含N、O和S的至少一者的杂环基,或者没有取代基,或者通过所例示的取代基中的两个或更多个取代基相连接的取代基进行取代,或者没有取代基。例如,术语“两个或更多个取代基相连接的取代基”可以为联苯基。即联苯基可以为芳基,或者可以解释为两个苯基相连接的取代基。
如本申请背景技术所分析的,现有技术中常用的的封装材料的介电常数偏高,已难以满足半导体器件的更新迭代需求,虽然也披露了一些低介电常数的墨水组合物,但是仍然具有各种各样的缺陷,难以推广使用,针对这种情况,本申请提供了一种墨水组合物、封装结构和半导体器件。
根据本申请的一种典型的实施方式,提供了一种墨水组合物,该墨水组合物包括:可光固化含硅单体组分、活性稀释剂组分和光引发剂组分,可光固化含硅单体组分包括具有如下结构式I所示化合物中的任意一种或者多种:
Figure BDA0003733655750000061
式中,n是0~50的任意一个整数;R1和R2相同或不同,且各自独立地选自单键、取代或未取代的C1~C50的亚烷基、取代或未取代的C3~C50的亚环烷基、取代或未取代的C1~C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6~C50的亚芳基、取代或未取代的C7~C50的芳基亚烷基、-N-(R3)-R4-和-O-R5-中的任意一种;X1、X2、X3、X4、X5、X6相同或不同,且各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的环烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C3~C50的杂芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR6R7中的任意一种,R4、R5、R6、R7为C1~C50的烷基;A1和A2相同或不同,且各自独立地选自:氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR8R9、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C3~C60环氧基烷基、取代或未取代的C2~C60环氧基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,R8、R9为C1~C50的烷基;并且可光固化含硅单体组分中,A1和A2中至少有一个由结构式II中的任意一种表示:
Figure BDA0003733655750000062
其中,*表示结合位置,R3各自独立地选自-F、-CF3中的一种。
本申请采用具有上述结构式I的可光固化含硅单体组分作为聚合的单体,该可光固化含硅单体组分中,A1和A2中至少有一个由结构式II中的任意一种表示,即可光固化单体组分为氟取代的可光固化含硅单体。本申请将氟取代的含硅单体与含活性稀释剂组分进行配合使用,可以形成自由基固化体系,该自由基固化体系可以有效地降低介电常数,提高固化速度,并且由于本申请的墨水组合物中该氟取代的含硅单体沸点较高,不易挥发,避免了在使用过程中堵塞墨孔,可更好地满足现有技术中对喷墨打印的要求。另外,本申请的氟取代的含硅单体制备简单,且原料廉价易得,生产成本较低,便于推广应用。
当结构式I中的n是1~10的任意一个整数时,得到的可光固化含硅单体组分,制备相对容易,且更有利于改善墨水组合物的光固化速率和固化收缩率,介电常数较低,提高墨水组合物的综合性能。
在本申请的一些优选的实施例中,结构式I中的R1和R2各自独立地选自:取代或未取代的C1~C10的亚烷基和-O-R5-中的任意一种,且R5是取代或未取代的C1~C10的亚烷基中的一种,能够进一步改善含有该可光固化单体组分的墨水组合物的综合性能。
在本申请的一些优选的实施例中,结构式I中的X1、X2、X3、X4、X5、X6各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C10的芳基和取代或未取代的C7~C11的芳烷基中的任意一种,有利于提高墨水组合物的光固化速率、固化收缩率、透光率和节电损耗等性能,且化合物来源较为丰富。
上述结构式I中的A1和A2可以相同也可以不同,且至少有一个选自如下结构式III或者结构式IV中所表示的基团,即A1和A2中的一个选自如下结构式III或者结构式IV中所表示的基团,或者A1和A2均选自如下结构式III或者结构式IV中所表示的基团中的任意一种或者两种:
Figure BDA0003733655750000071
在本申请的一些优选的实施例中,结构式I中的A1和A2均选自结构式III或者结构式IV中所表示的基团中的任意一种或者两种,相应的墨水组合物在介电常数方面表现尤佳,且具有较好的综合性能。
上述可光固化含硅单体组分可以是具有结构式I所示结构的一种化合物,也可以是具有上述结构的多种化合物的组合,还可以是具有结构式I所示结构的一种或多种化合物与现有技术中光固化含硅单体组分的组合。
在本申请的一些实施例中,为了进一步降低墨水组合物的介电常数,提高其综合性能,可光固化含硅单体选自如下所示的化合物结构:
Figure BDA0003733655750000081
上述活性稀释剂组分可以从现有技术中的光固化单体中进行选择,在本申请的一些实施例中,活性稀释剂组分包括具有结构式V所示结构中的任意一种或多种,
Figure BDA0003733655750000082
式中,Y选自单键、取代或未取代的C1到C50的亚烷基、取代或未取代的C3到C50的亚环烷基、取代或未取代的C1到C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6到C50的亚芳基、取代或未取代的C7到C50的芳基亚烷基、-O-R10-、-N(R11)-R12-中的任意一种;其中,R10选自取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;R11是氢、取代或未取代的C1到C50烷基中的任意一种,R12是取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;Z1、Z2各自独立地选自氢、取代或未经取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,并且Z1、Z2中的至少一个由结构式Ⅵ中的任意一个表示,
Figure BDA0003733655750000083
其中,R4选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基中的任意一种。
在一些优选的实施例中,结构式V中的Y选自经取代或未经取代的C1到C10亚烷基、经取代或未经取代的C1到C10亚烷基醚基、经取代或未经取代的C6到C10亚芳基和经取代或未经取代的C7到C11芳基亚烷基中的任意一种,有利于进一步改善墨水组合物的光固化性能。
具体来讲,活性稀释剂自由基单体可以是单官能单体、双官能单体、多官能单体或者混合物,所述的“单官能”单体是指含有一个可光固化官能团的单体,同理,“双官能”单体是指含有两个可光固化官能团的单体,“多官能”单体是指含有三个或三个以上可光固化官能团的单体。在本申请的一些优选的实施例中,光固化活性稀释剂为含有两个到四个可光固化官能团的单体。活性稀释剂也可以是单官能团可固化单体、双官能团可固化单体和多官能团可固化单体的混合物。示例性的,但不构成对本申请的限制,在墨水组合物中,单官能活性稀释剂单体和双官能活性稀释剂单体或者多官能活性稀释剂单体可以按1:0.1至1:10的范围内混合,可更好的与组合物中的可光固化含硅单体发生协同作用,光固化效果尤佳。
举例而言,上述单官能活性稀释剂单体可以是C1到C30的一元醇或多元醇的单官能(甲基)丙烯酸酯;双官能活性稀释剂单体可以是C2到C30的一元醇或多元醇的双官能(甲基)丙烯酸酯;多官能活性稀释剂单体可以是C3到C30的一元醇或多元醇的多官能(甲基)丙烯酸酯。
在本申请的一些实施例中,单官能活性稀释剂包括丙烯酸烷基酯,(甲基)丙烯酸羟基酯,带有环状结构或苯环的(甲基)丙烯酸酯和乙烯基单体等,具体的可以列举:丙烯酸月桂酯(LA)、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯(EOEOEA)丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异冰片酯、乙氧化四氢呋喃丙烯酸酯(THF(EO)A)甲基丙烯酸酯磷酸酯、2-甲基-2-金刚烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的任意一种或者多种。
在本申请的一些实施例中,双官能活性稀释剂包括选自乙二醇类二丙烯酸酯、丙二醇类二丙烯酸酯和其他二醇类二丙烯酸酯中的任意一种或者多种,具体结构可以列举:二乙二醇二丙烯酸酯(DEGDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯[PEG(200)DA]、聚乙二醇(400)二丙烯酸酯[PEG(400)DA]、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯[PEG(600)DA]、新戊二醇二丙烯酸酯和丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯,1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、1,4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)、20(乙氧基)双酚A二丙烯酸酯[BPA(EO)20DA]、丙三醇二丙烯酸酯(TPGDA)和癸二醇二丙烯酸酯。
在本申请的一些实施例中,多官能活性稀释剂包括选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯(TMPTMA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯、长链脂肪烃缩水甘油醚丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙醇二丙烯酸酯(PDDA)、乙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯[TMP(EO)TMA]、丙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯[TMP(PO)TMA]、丙氧基化丙三醇三丙烯酸酯[G(PO)TA]、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和乙氧基化新戊二醇甲氧基单丙烯酸酯[TMP(PO)MEDA]中的任意一种或者多种。
上述光引发剂组分可以从现有技术中进行选择,在本申请的一些实施例中,光引发剂组分包括选自苯偶姻及其衍生物类引发剂、苯偶酰及其衍生物类引发剂、苯乙酮衍生物类引发剂、α-羟基酮衍生物类引发剂、α-氨基酮衍生物类引发剂、苯甲酰甲酸酯类引发剂、酰基磷氧化物类引发剂、二苯甲酮类引发剂、硫杂蒽酮类引发剂和蒽醌及其衍生物类引发剂中的任意一种或者多种。
墨水组合物中包括可光固化含硅单体组分、活性稀释剂组分和光引发剂组分在内的各个组分的含量可以根据现有技术来确定,在本申请的一些实施例中,以重量百分比计,墨水组合物包括:0.01~50%的可光固化含硅单体组分,30~80%的活性稀释剂组分,0.01~20%的光引发剂组分,具有该含量组成的墨水组合物综合性能较好,且有利于成本的控制。在一些优选的实施例中,墨水组合物中,以重量百分比计,可光固化含硅单体组分的含量为15~50%,活性稀释剂组分的含量为40~80%,光引发剂组分的含量为1~10%,墨水组合物的性能更佳,尤其是形成的封装结构的介电常数更低,介电损耗较小,封装性能更有保障。
在一种优选的实施方式中,除了上述组分外,根据产品应用环境的需要,本申请的墨水组合物还可以选择性的添加本领域常用的有机和/或无机助剂,包括(但不限于此)阻聚剂、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、流平剂等,这对本领域技术人员而言是容易根据自身产品需求进行选择的,在此不多赘述。作为优选,助剂组分的含量为0.01~5wt%,可以在更好的介电常数、光固化效率、透光率等综合性能较优的情况下,发挥助剂的性能。
为了进一步提升墨水组合物的上述性能,在本申请的一些优选的实施例中,墨水组合物包括5~10重量份的可光固化含硅单体组分、70~80重量份的双官能活性稀释剂组分、5~10重量份的光引发剂和1~5重量份的助剂;或者,墨水组合物包括10~20重量份的可光固化含硅单体组分、60~70重量份的双官能活性稀释剂组分、5~10重量份的光引发剂和1~5重量份的助剂;或者,墨水组合物包括20~30重量份的可光固化含硅单体组分、50~60重量份的双官能活性稀释剂组分、5~10重量份的光引发剂和1~5重量份的助剂;或者,墨水组合物包括30~40重量份的可光固化含硅单体组分、40~50重量份的双官能活性稀释剂组分、5~10重量份的光引发剂和1~5重量份的助剂;或者,墨水组合物包括40~50重量份的可光固化含硅单体组分、30~40重量份的双官能活性稀释剂组分、5~10重量份的光引发剂和1~5重量份的助剂;或者,墨水组合物包括30~40重量份的可光固化含硅单体组分、40~50重量份的双官能活性稀释剂组分、10~15重量份的光引发剂。
上述墨水组合物具有较为适宜的粘度,为了更方便的应用,比如典型的喷墨印刷方式,上述墨水组合物在25℃下的粘度为1~50mPa·s。
根据本申请的另一种典型的实施方式,提供了一种封装结构,包括有机层,该有机层采用上述任一种的墨水组合物经光固化形成。
上述封装结构由于采用了含有上述可光固化含硅单体组分的墨水组合物,光固化率高,且固化收缩率较低,形成的有机层不仅透光率较高,性能可靠,而且具有很低的介电常数,能够减少封装结构的介电损耗,综合性能极佳。
根据本申请的又一种典型的实施方式,提供了一种半导体器件,包括功能结构和封装结构,其中的封装结构为上述的封装结构。
本申请提供的半导体器件,其封装结构采用了上述的墨水组合物经光固化形成,光固化率高,且固化收缩率较低,介电常数低,因而封装效果更为稳定可靠,更好的保护半导体器件内的功能结构免遭水汽和氧气的侵蚀,提升了OLED器件的可靠性和使用寿命,同时由于封装结构的介电常数较低,降低介电消耗,进一步提高半导体器件的安全性。
作为优选,上述半导体器件为电致发光器件、光致发光器件、照明设备、发光二极管、太阳能电池、薄膜晶体管和光探测器中的任意一种时,采用上述的封装结构效果更佳。
下面将结合实施例和对比例进一步说明本申请可以实现的有益效果。
制备实施例
实施例1化合物1-1(A1)的制备
在2000mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,放入800mL甲苯、67g四甲基二硅氧烷以及240g烯丙基醇,接着氮气吹扫60min。在这之后,将0.0063g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷放入烧瓶中,将烧瓶的温度增加到70℃,接着搅拌5h。通过蒸馏去除残留溶剂,再将125g所得化合物引入到1L反应容器中,加入200mL甲苯和200mL正庚烷之后,向其中添加112.5g 2-氟丙烯酸,加入对甲氧基苯酚0.75g和氯化亚铜1.8g,接着加入催化剂对甲苯磺酸9.5g,升温至105℃回流反应16h,通过分水器分馏反应生成的水。实验通过检测酸值监测反应进程,停止反应后,通过蒸馏去除残留溶剂,500mL 1%NaOH水溶液洗涤,去离子水洗涤三次后收集有机相,浓缩即得到产物147.5g,收率为75%,由此制备出由式1表示的可光固化含硅单体化合物,记为A1,HPLC测定其具有98%的纯度。m/e:394.14;元素分析:C16H28O5F2Si2,计算值C:48.71,Si:14.24,F:9.63,O:20.27,H:7.15,实测值C:48.77,Si:14.26,F:9.62,O:20.21,H:7.14。
[式1]
Figure BDA0003733655750000111
实施例2化合物1-2(A2)的制备
在500mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,加入200mL二氯甲烷、三苯基硅醇69g和三乙胺36g,将烧瓶移至低温反应槽中,降温至0℃,缓慢滴加43g二甲基-3-氯丙基氯代硅烷,保持温度在0-5℃反应16h后停止反应。过滤掉白色固体,收集滤液,浓缩即得第一步中间体。再将103g所得化合物转移至到1000mL三口瓶中,加入阻聚剂氯化亚铜5g、对甲氧基苯酚1.2g和溶剂甲苯500mL,接着加入2-氟丙烯酸钠盐33.6g,升温至110℃回流反应24h。过滤收集有机相,通过蒸馏去除甲苯溶剂,柱色谱分离(流动相-石油醚:乙酸乙酯=10:1)得到2-氟丙烯酸酯基封端的含硅化合物83.5g,收率为72%,由此制备出由式2表示的化合物,记为A2,HPLC测得其具有97%的纯度,m/e:464.16;元素分析:C26H29O3FSi2,计算值C:67.20,Si:12.09,F:4.09,O:10.33,H:6.29,实测值C:67.33,Si:12.05,F:4.04,O:10.29,H:6.29。
[式2]
Figure BDA0003733655750000121
实施例3化合物1-3(A3)的制备
在2000mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,放入800mL甲苯、67g四甲基二硅氧烷以及240g烯丙基醇,接着氮气吹扫60min。在这之后,将0.0063g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷放入烧瓶中,将烧瓶的温度增加到70℃,接着搅拌5h。通过蒸馏去除残留溶剂,再将125g所得化合物引入到1L反应容器中,加入200mL甲苯和200mL正庚烷之后,向其中添加175g三氟甲基丙烯酸,加入对甲氧基苯酚0.75g和氯化亚铜1.8g,接着加入催化剂对甲苯磺酸9.5g,升温至105℃回流反应16h,通过分水器分馏反应生成的水。实验通过检测酸值监测反应进程,停止反应后,通过蒸馏去除残留溶剂,500mL 1%NaOH水溶液洗涤,去离子水洗涤三次后收集有机相,浓缩即得到产物178g,收率为72%,由此制备出由式3表示的化合物,记为A3,HPLC测定其具有92%的纯度。m/e:494.14;元素分析:C18H28O5F6Si2,计算值C:43.71,Si:11.36,F:23.05,O:16.17,H:5.71,实测值C:43.83,Si:11.26,F:23.04,O:16.17,H:5.70。
[式3]
Figure BDA0003733655750000122
实施例4化合物1-4(A4)的制备
在2000mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,放入800mL甲苯、104g 1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷(上海石洋化工)以及240g烯丙基醇,接着氮气吹扫60min。在这之后,将0.0092g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷放入烧瓶中,将烧瓶的温度增加到70℃,接着搅拌5h。通过蒸馏去除残留溶剂,再将162g所得化合物引入到1L反应容器中,加入200mL甲苯和200mL正庚烷之后,向其中添加112.5g 2-氟丙烯酸,加入对甲氧基苯酚0.75g和氯化亚铜1.8g,接着加入催化剂对甲苯磺酸9.5g,升温至105℃回流反应16h,通过分水器分馏反应生成的水。实验通过检测酸值监测反应进程,停止反应后,通过蒸馏去除残留溶剂,500mL 1%NaOH水溶液洗涤,去离子水洗涤三次后收集有机相,浓缩即得到产物147.4g,收率为63%,由此制备出由式4表示的化合物,记为A4,HPLC测定其具有98%的纯度。m/e:468.16;元素分析:C18H34O6F2Si3,计算值C:46.13,Si:17.98,F:8.11,O:20.48,H:7.31,实测值C:48.77,Si:18.05,F:8.05,O:20.46,H:7.31。
[式4]
Figure BDA0003733655750000131
实施例5化合物1-8(A5)的制备
在1000mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,放入800mL甲苯、54.11g 1,1,3,5,5-五甲基-3-苯基三硅氧烷以及100g烯丙基醇,接着氮气吹扫60min。在这之后,将0.0063g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷放入烧瓶中,将烧瓶的温度增加到70℃,接着搅拌5h。通过蒸馏去除残留溶剂,再将79g所得化合物引入到1L反应容器中,加入200mL甲苯和200mL正庚烷之后,向其中添加45g 2-氟丙烯酸,加入对甲氧基苯酚0.375g和氯化亚铜0.9g,接着加入催化剂对甲苯磺酸4.75g,升温至105℃回流反应16h,通过分水器分馏反应生成的水。实验通过检测酸值监测反应进程,停止反应后,通过蒸馏去除残留溶剂,250mL1%NaOH水溶液洗涤,去离子水洗涤三次后收集有机相,浓缩即得到产物78.5g,收率为74%,由此制备出由式5表示的化合物,记为A5,HPLC测定其具有97%的纯度,m/e:530.18;元素分析:C23H36O6F2Si3,计算值C:52.05,Si:15.87,F:7.16,O:18.09,H:6.84,实测值C:51.89,Si:15.93,F:7.21,O:18.13,H:6.85。
[式5]
Figure BDA0003733655750000132
实施例6化合物1-12(A6)的制备
在1000mL具有冷却管和搅拌器的烧瓶中,放入200mL甲苯、91.7g 1,1,3-三甲基-3苯基二硅氧烷以及174g烯丙基醇,接着氮气吹扫60min。在这之后,将0.0049g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷放入烧瓶中,将烧瓶的温度增加到70℃,接着搅拌5h。通过蒸馏去除残留溶剂,再将156g所得化合物引入到另一个1L反应容器中,加入200mL甲苯和200mL正庚烷之后,向其中添加175g三氟甲基丙烯酸,加入对甲氧基苯酚0.75g和氯化亚铜1.8g,接着加入催化剂对甲苯磺酸9.5g,升温至105℃回流反应16h,通过分水器分馏反应生成的水。实验通过检测酸值监测反应进程,停止反应后,通过蒸馏去除残留溶剂,500mL1%NaOH水溶液洗涤,去离子水洗涤三次后收集有机相,浓缩即得到产物200g,收率为72%,由此制备出由式3表示的化合物,记为A6,HPLC测定其具有96%的纯度。m/e:556.15;元素分析:C23H30O5F6Si2,计算值C:49.63,Si:10.09,F:20.48,O:14.37,H:5.43,实测值C:49.47,Si:10.22,F:20.63,O:14.46,H:5.52。
[式6]
Figure BDA0003733655750000141
测试例
测试实施例和测试对比例中所用的组分详情如下,具体含量见表1和表2:
(A)可光固化含硅单体A1-A6,各测试实施例和测试对比例的含硅单体见表1和表2;
(B)活性稀释剂组分:癸二醇二丙烯酸酯(麦克林);
(C)活性稀释剂组分:2-甲基-2-金刚烷基丙烯酸酯(麦克林)
(D)光引发剂:TPO(凯茵化工)
(E)可光固化单体对比化合物
Figure BDA0003733655750000142
Figure BDA0003733655750000151
(Z)流平剂:BYK399
表1
Figure BDA0003733655750000152
表2
Figure BDA0003733655750000153
Figure BDA0003733655750000161
上述材料按照表1和表2中比例混合均匀后UV固化进行如下测试:
<固化收缩率(%)>
将组合物至于聚四氟乙烯模具中,以100mW/cm2的395nmUV照射10秒进行UV固化,之后在60℃烘箱中放置1h以使组合物完全固化。在固化完毕后,使用卡尺测量试样的长度。根据下列方程式计算封装组合物的固化收缩率:
固化收缩率(%)=(|C-D|/C)×100%。
其中,C是固化前模具的长度,D是UV固化后试样的长度。
<光固化率(%)>
在1635cm-1(C=C)和1720cm-1(C=O)附近的吸收峰的强度,使用FT-IR对用于封装的组合物进行测量。使用喷雾器将组合物施加到玻璃衬底,接着通过以1000mW/cm2的395nmUV照射10秒进行UV固化,之后在60℃烘箱中放置1h以使样品完全固化,由此获得大小为20cm×20cm×3μm(宽度×长度×厚度)的样本。随后,使用FT-IR,在1635cm-1(C=C)和1720cm-1(C=O)附近测量固化膜的吸收峰的强度。通过下列方程式计算光固化率:
光固化率(%)=|1-(A/B)|×100%
其中,A是针对固化膜所测量的在1635cm-1附近的吸收峰的强度与在1720cm-1附近的吸收峰的强度的比率,并且B是针对用于封装的组合物所测量的在1635cm-1附近的吸收峰的强度与在1720cm-1附近的吸收峰的强度的比率。
<介电性能>
将所述光固化组合物喷墨打印于基材上,后置于50-300mW/cm2的395nm的UV光下照射60s及在80℃烘箱中放置30min,制成厚度均匀约为10μm的薄膜。依据平行板法(参考国际标准ASTM D150),通过在两个电极(银)之间插入一个薄膜样品组成一个电容器,然后测量其电容,根据测量结果计算介电常数。在实际测试装置中,两个电极配备在夹持介电材料的测试夹具上。阻抗分析仪(4990ALCR,Agilent)将测量电容和耗散的矢量分量,然后由软件程序按下述公式计算出介电常数和损耗角正切:
Figure BDA0003733655750000171
tanδ=D
其中,Cp为测试薄膜的等效平行电容(F),D为损耗角正切,tm为测试薄膜样品的平均厚度(m),A为电极的表面积(m2),d为电极的直径(m),ε0为自由空间的介电常数=8.854x10-12(F/m)。
<透光率>
将所述光固化组合物喷墨打印于基材上,后置于50-300mW/cm2的395nm的UV光下照射60s及在80℃烘箱中放置30min,制成10cm×10cm×5μm(宽度×长度×厚度)的薄膜。使用紫外可见分光光度计测试系统(Carry 5000,由美国安捷伦科技有限公司制造),在380-780nm的可见光范围中,测试所述有机封装薄膜的透光率。
<喷墨分析>
使用压电式按需滴定(drop-on-demand)打印头(DMC11610),日本喷墨设备DMP2850小型喷墨机进行喷墨打印测试。喷墨头是基于压电材料(PZT),可经由施用电场促使该喷墨头移动。由压电壁构成的油墨通道可根据施用于壁上的电极的电信号来喷射小油墨液滴。使用JetXPert观墨仪器以10微秒(μsec)的固定时间间隔来捕获液滴的图像。
<粘度>
使用平板流变仪在温度为25℃、剪切速率为10r/s的速率下测量样品的粘度。
<硬度>
根据GB/T 6739-2006进行测试。
将上述测试项目和测试结果列于表3和表4。
表3
Figure BDA0003733655750000181
表4
Figure BDA0003733655750000182
由实施例A~E中的引入了含氟的含硅单体的光固化组合物制成的有机封装墨水组合物在水蒸汽透过率、固化体积收缩率、透光率、玻璃化转变温度、耐热性和介电常数等性能上表现优异,尤其是介电常数均超越不含氟的墨水组合物(测试对比例1-3);对比例4和5由于加入了低沸点单体,虽然介电常数较低,但是在喷墨过程中容易挥发造成堵孔现象。
从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:本申请采用的可光固化单体组分为氟取代的可光固化含硅单体,将氟取代的含硅单体与含活性稀释剂组分进行配合使用,可以形成自由基固化体系,该自由基固化体系可以有效地降低介电常数,提高固化速度,并且由于本申请的墨水组合物中该氟取代的含硅单体沸点较高,不易挥发,避免了在使用过程中堵塞墨孔,可更好地满足现有技术中对喷墨打印的要求。另外,本申请的氟取代的含硅单体制备简单,且原料廉价易得,生产成本较低,能够很好地满足现有的OLED器件等电子器件的封装要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种墨水组合物,其特征在于,包括:可光固化含硅单体组分、活性稀释剂组分和光引发剂组分,所述可光固化含硅单体组分包括具有如下结构式I所示化合物中的任意一种或者多种:
Figure FDA0003733655740000011
式中,n是0~50的任意一个整数;R1和R2相同或不同,且各自独立地选自单键、取代或未取代的C1~C50的亚烷基、取代或未取代的C3~C50的亚环烷基、取代或未取代的C1~C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6~C50的亚芳基、取代或未取代的C7~C50的芳基亚烷基、-N-(R3)-R4-和-O-R5-中的任意一种;X1、X2、X3、X4、X5、X6相同或不同,且各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的环烷基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C3~C50的杂芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR6R7中的任意一种,R4、R5、R6、R7为C1~C50的烷基;A1和A2相同或不同,且各自独立地选自:氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的C1~C50的烷基硫化物基团、取代或未取代的C6~C50的芳基、取代或未取代的C7~C50的芳烷基、-NR8R9、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C3~C60环氧基烷基、取代或未取代的C2~C60环氧基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,R8、R9为C1~C50的烷基;并且可光固化含硅单体组分中,A1和A2中至少有一个由结构式II中的任意一种表示:
Figure FDA0003733655740000012
其中,*表示结合位置,R3各自独立地选自-F、-CF3中的一种。
2.根据权利要求1所述的墨水组合物,其特征在于,所述n是1~10的任意一个整数,优选所述R1和R2各自独立地选自:取代或未取代的C1~C10的亚烷基和-O-R5-中的任意一种,且所述R5是取代或未取代的C1~C10的亚烷基中的一种;
优选的,所述X1、X2、X3、X4、X5、X6各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C10的芳基和取代或未取代的C7~C11的芳烷基中的任意一种;
更优选的,所述可光固化含硅单体组分为多种具有所述结构式I所示化合物的组合。
3.根据权利要求2所述的墨水组合物,其特征在于,所述可光固化含硅单体组分选自如下所示的化合物结构:
Figure FDA0003733655740000021
4.根据权利要求1所述的墨水组合物,其特征在于,所述活性稀释剂组分包括具有结构式V所示结构中的任意一种或多种,
Figure FDA0003733655740000022
式中,Y选自单键、取代或未取代的C1到C50的亚烷基、取代或未取代的C3到C50的亚环烷基、取代或未取代的C1到C50的亚烷基醚基、取代或未取代的C6到C50的亚芳基、取代或未取代的C7到C50的芳基亚烷基、-O-R10-、-N(R11)-R12-中的任意一种;其中,R10选自取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;R11是氢、取代或未取代的C1到C50烷基中的任意一种,R12是取代或未取代的C1到C50亚烷基中的任意一种;Z1、Z2各自独立地选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基、取代或未取代的C1~C60的烷基醚基、取代或未取代的丙烯酸酯基、取代或未取代的C2~C60的烯基醚基中的任意一种,并且Z1、Z2中的至少一个由结构式Ⅵ中的任意一个表示,
Figure FDA0003733655740000031
其中,R4选自氢、取代或未取代的C1~C50的烷基中的任意一种;
优选的,所述Y选自取代或未取代的C1到C10亚烷基、取代或未取代的C1到C10亚烷基醚基、取代或未取代的C6到C10亚芳基和取代或未取代的C7到C11芳基亚烷基中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的墨水组合物,其特征在于,所述活性稀释剂组分包括选自单官能活性稀释剂、双官能活性稀释剂和多官能活性稀释剂中的任意一种或者多种;
可选的,所述单官能活性稀释剂包括选自丙烯酸月桂酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异冰片酯、乙氧化四氢呋喃丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯磷酸酯、2-甲基-2-金刚烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的任意一种或者多种;
可选的,所述双官能活性稀释剂包括选自乙二醇类二丙烯酸酯、丙二醇类二丙烯酸酯和其他二醇类二丙烯酸酯中的任意一种或者多种;
可选的,所述多官能活性稀释剂包括选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯、长链脂肪烃缩水甘油醚丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化丙三醇三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和乙氧基化新戊二醇甲氧基单丙烯酸酯中的任意一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的墨水组合物,其特征在于,所述光引发剂组分包括选自苯偶姻及其衍生物类引发剂、苯偶酰及其衍生物类引发剂、苯乙酮衍生物类引发剂、α-羟基酮衍生物类引发剂、α-氨基酮衍生物类引发剂、苯甲酰甲酸酯类引发剂、酰基磷氧化物类引发剂、二苯甲酮类引发剂、硫杂蒽酮类引发剂和蒽醌及其衍生物类引发剂中的任意一种或者多种。
7.根据权利要求1至6任一项所述的墨水组合物,其特征在于,以重量百分比计,所述墨水组合物包括:0.01~50%的所述可光固化含硅单体组分,30~80%的所述活性稀释剂组分,0.01~20%的所述光引发剂组分;
优选地,以重量百分比计,所述可光固化含硅单体组分的含量为15~50%,所述活性稀释剂组分的含量为40~80%,所述光引发剂组分的含量为1~10%。
8.根据权利要求1至6任一项所述的墨水组合物,其特征在于,所述墨水组合物还包括助剂组分,
优选的,所述助剂组分选自阻聚剂、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、流平剂中的任意一种或多种,
更优选的,所述助剂组分的含量为0.01~5wt%。
9.根据权利要求1至6任一项所述的墨水组合物,其特征在于,所述墨水组合物在25℃下的粘度为1~50mPa·s。
10.一种封装结构,包括有机层,其特征在于,所述有机层采用权利要求1~9任一项所述的墨水组合物经光固化形成。
11.一种半导体器件,包括功能结构和封装结构,其特征在于,所述封装结构为权利要求10所述的封装结构。
12.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体器件为电致发光器件、光致发光器件、照明设备、发光二极管、太阳能电池、薄膜晶体管和光探测器中的任意一种。
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