JP2006316264A - 高屈折材料形成用組成物およびその硬化体、ならびに高屈折材料形成用組成物の製造方法 - Google Patents

高屈折材料形成用組成物およびその硬化体、ならびに高屈折材料形成用組成物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱性、耐紫外線性、光透過性に優れ、かつ高い屈折率を有する硬化体が得られるシロキサン系組成物およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る高屈折材料形成用組成物は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、シロキサン系縮合物(B)を完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、およびキレート化剤(C)を1〜100重量部含有する組成物であり、該組成物を硬化して形成された硬化体の25℃における波長633nmの光の屈折率が1.55〜3.00であり、該組成物を硬化して形成された厚さ10μmの硬化膜の波長500〜700nmの光透過率が90%以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、発光ダイオード素子などに用いられる高屈折性封止材に用いられる組成物、その製造方法、およびその硬化体に関する。
発光ダイオード(LED)素子は、通常、LED素子の保護や発色変更のために、封止材で覆われている。そして、LED素子から発せられた光を効率的に取り出すためにこの封止材には高屈折性が要求されている。
従来、この封止材に用いられる樹脂としてはエポキシ樹脂が一般であった(たとえば、特許文献1および2参照)が、発光素子として青色LED素子や紫外線LED素子を用いたLED素子では、青色LED素子から発せられる近紫外光や紫外線LED素子から発せられる紫外光により、発光素子近傍でエポキシ樹脂封止材が黄変したり、発光素子の発熱により熱劣化したりするという問題があった。特に、電灯などの高輝度が要求される用途では、青色LED素子や紫外線LED素子からの発光量も多く、黄変や熱劣化が起こり易かった。
このため、高輝度環境下においても、近紫外光や紫外光による黄変が発生せず、耐熱性を有する封止材としてシリコーン樹脂封止材が検討されてきた。しかしながら、ジメチルシロキサンからなるシリコーン樹脂は、屈折率が低く、またLED素子や基板との密着性が悪く、さらにタック性を有するためゴミなどが付着しやすいという問題があった。
特許文献3および4には、ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するシリコーンレジンとSi−H結合を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンとを含有するシリコーン樹脂組成物が開示されている。特許文献3および4では、このシリコーン樹脂組成物をヒドロシリル化反応により架橋させて硬化物を形成している。しかしながら、この硬化物は屈折率が低く、また、この硬化物の架橋構造には炭素−炭素結合が存在するため、近紫外光や紫外光により分解して封止材としての性能が損なわれることがあった。
ところで、反射防止膜には、高屈折性微粒子とポリシロキサンとを含有する高屈折率膜が使用されている。特許文献5には、酸化ジルコニウムなどの金属酸化物微粒子とエポキシ基等有するシリコーン化合物とを含有するコーティング剤の硬化物からなる高屈折率層が開示されている。しかしながら、この硬化物の架橋構造にも炭素−炭素結合が存在するため、近紫外光や紫外光により分解して劣化しやすいという問題があった。また、特許文献6には、酸化ジルコニウムなどの無機微粒子と、ビニル基含有ポリシロキサンと熱硬化性樹脂とからなるバインダーとを用いた高屈折率層が開示されている。しかしながら、この高屈折率層の架橋構造にも炭素−炭素結合が存在し、近紫外光や紫外光により分解して劣化しやすい。
一方、アルコキシシランモノマーを加水分解・縮合して形成したポリシロキサン膜は、厚膜を形成すると割れが発生しやすく、LED用封止材には不適であった。
特開2000−281868号公報 特開2004−339319号公報 特開2004−186168号公報 特開2004−221308号公報 特開2004−117704号公報 特開2003−240906号公報
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、近紫外光や紫外光に対する耐性(以下、「耐紫外線性」という)、耐熱性、光透過性に優れ、高い屈折率を有する硬化体が得られるシロキサン系組成物およびその製造方法を提供することを目的としている。
本発明者は、上記問題点を解決すべく鋭意研究した結果、アルコキシ基含有シロキサンポリマーまたはその縮合物とキレート化剤とを併用することによって、高屈折性金属酸化物微粒子の分散安定性が向上し、均一かつ透明な高屈折性硬化体が得られること、特に、アルコキシ基含有シロキサンポリマーが特定の分子量を有する場合、および/または、アルコキシ基含有シロキサンポリマーまたはその縮合物とキレート化剤との共存下で高屈折性金属酸化物微粒子を分散処理した場合に、上記特性が顕著に現われることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る高屈折材料形成用組成物は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、シロキサン系縮合物(B)を完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、およびキレート化剤(C)を1〜100重量部含有する組成物であり、該組成物を硬化して形成された硬化体の25℃における波長633nmの光の屈折率が1.55〜3.00であり、該組成物を硬化して形成された厚さ10μmの硬化膜の波長500〜700nmの光透過率が90%以上であることを特徴とする。
また、本発明に係る高屈折材料形成用組成物は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、
下記平均組成式(1)
1 a2 bSiOc(OR3d (1)
(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R3はアルキル基であり、R1、R2およびR3がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、aおよびbはそれぞれ独立に0以上1未満かつa+bは0を超えて2未満、cは0を超えて2未満、dは0を超えて4未満、かつa+b+c×2+d=4である)
で表され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲にあるアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)を完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、
水酸基含有ポリシロキサン(b2)を完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、および
キレート化剤(C)を1〜100重量部
含有することが好ましい。
さらに、本発明に係る高屈折材料形成用組成物は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、
下記平均組成式(1)
1 a2 bSiOc(OR3d (1)
(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R3はアルキル基であり、R1、R2およびR3がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、aおよびbはそれぞれ独立に0以上1未満かつa+bは0を超えて2未満、cは0を超えて2未満、dは0を超えて4未満、かつa+b+c×2+d=4である)
で表され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲にあるアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)と水酸基含有ポリシロキサン(b2)とのシロキサン系縮合物(B)、あるいは該シロキサン系縮合物(B)と該アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)および/または水酸基含有ポリシロキサン(b2)との混合物を、アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)と水酸基含有ポリシロキサン(b2)との完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、および
キレート化剤(C)を1〜100重量部
含有することが好ましい。
前記水酸基含有ポリシロキサン(b2)は、下記式(2)
Figure 2006316264
(式中、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R4およびR5がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、nは5〜2000の整数である)
で表される1種または2種以上の水酸基含有ポリシロキサンからなり、
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が500〜100,000であることが好ましい。
前記キレート化剤(C)は、β−ジケトン、ケトエステル、ジカルボン酸およびその誘導体、ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体、ケトアルコール、ジヒドロキシ化合物、オキシアルデヒド化合物、ならびにアミン化合物およびその誘導体からなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることが好ましく、下記式(3)
6COCH2COR7 (3)
(式中、R6は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R7は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基または炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基を表す)
で表されるβ−ジケトンおよびβ−ケトエステルからなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることがより好ましい。
本発明に係る硬化体は、上記高屈折材料形成用組成物を硬化して得られ、厚さが10μm〜1mmであることを特徴とする。
本発明に係るLED素子は、発光素子および該発光素子を覆うように形成された封止材からなり、前記発光素子の少なくとも近傍の封止材が、上記高屈折材料形成用組成物を硬化して得られる硬化体であることを特徴とする。
本発明に係る高屈折材料形成用組成物の製造方法は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)100重量部を、完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部のアルコキシ基含有シロキサンポリマーと1〜100重量部のキレート化剤(C)との共存下で、有機溶媒中に分散させる工程と、
該金属酸化物微粒子分散液と完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部の水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを混合する工程と
を有することを特徴とする。
また、本発明に係る高屈折材料形成用組成物の製造方法は、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを縮合させてシロキサン系縮合物(B)を調製する工程と、
酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、前記シロキサン系縮合物(B)あるいは該シロキサン系縮合物(B)と前記アルコキシ基含有シロキサンポリマーおよび/または水酸基含有ポリシロキサン(b2)との混合物を、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)との完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、およびキレート化剤(C)1〜100重量部を有機溶媒中で混合して、該金属酸化物微粒子(A)を有機溶媒中に分散させる工程と
を有することが好ましい。
前記キレート化剤(C)は、β−ジケトン、ケトエステル、ジカルボン酸およびその誘導体、ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体、ケトアルコール、ジヒドロキシ化合物、オキシアルデヒド化合物、ならびにアミン化合物およびその誘導体からなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることが好ましく、下記式(3)
6COCH2COR7 (3)
(式中、R6は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R7は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基または炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基を表す)
で表されるβ−ジケトンおよびβ−ケトエステルからなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることがより好ましい。
本発明によると、耐熱性、耐紫外線性、光透過性に優れ、高い屈折率を有する硬化体、特にポリシロキサン厚膜を得ることができる。具体的には、発光素子として青色LED素子や紫外線LED素子を用いたLED素子の封止材に用いることができ、特に高輝度のLED素子の封止材に好適に使用できる。また、従来のエポキシ樹脂封止材を用いたLED素子におけるエポキシ樹脂封止材と発光素子との界面保護という観点から、発光素子/上記硬化体/エポキシ系封止材からなるLED素子を形成することもできる。
まず、本発明に用いられる各成分について詳細に説明する。
(A)金属酸化物微粒子
本発明では、硬化体に高屈折性を付与するために高屈折性の微粒子を使用する。このような微粒子は、25℃における波長633nmの光の屈折率が好ましくは1.55以上、より好ましくは1.60以上、特に好ましくは1.70以上の微粒子であれば特に制限されないが、たとえば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体などの金属酸化物微粒子(以下、「金属酸化物微粒子(A)」という)が挙げられる。また、上記酸化チ
タンは、TiO2構造を有すれば特に限定されず、たとえばアナターゼ型、ルチル型、ブ
ルッカイト型が挙げられる。これらの金属酸化物微粒子(A)は、1種単独で、または2種以上を混合して使用してもよい。これらの金属酸化物微粒子のうち、ZrO2が好まし
い。
金属酸化物微粒子(A)の1次平均粒子径は、好ましくは0.1〜100nm、より好ましくは0.1〜70nm、特に好ましくは0.1〜50nmである。金属酸化物微粒子(A)の1次平均粒子径が上記範囲にあると、光透過性に優れた硬化体を得ることができる。
このような金属酸化物微粒子(A)は、粉体、水に分散した水系のゾルもしくはコロイド、イソプロピルアルコールなどの極性溶媒中やトルエンなどの非極性溶媒中に分散した溶媒系のゾルもしくはコロイドの状態で使用することができる。溶媒系のゾルもしくはコロイドの場合、金属酸化物微粒子(A)の分散性によっては、さらに水や溶媒により希釈してもよく、あるいは金属酸化物微粒子(A)を表面処理して分散性を向上させてもよい。
(B)シロキサン系縮合物
本発明に用いられるシロキサン系縮合物(B)は、本発明の目的を達成できるものであれば特に限定されないが、たとえば、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサンとの縮合物が挙げられる。
<アルコキシ基含有シロキサンポリマー>
本発明に用いられるアルコキシ基含有シロキサンポリマーは、本発明の目的を達成できるものであれば特に限定されないが、たとえば、
下記平均組成式(1)
1 a2 bSiOc(OR3d (1)
(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R3はアルキル基であり、R1、R2およびR3がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、aおよびbはそれぞれ独立に0以上1未満かつa+bは0を超えて2未満、cは0を超えて2未満、dは0を超えて4未満、かつa+b+c×2+d=4である)
で表され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲にあるアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)が挙げられる。
このようなシロキサンポリマー(b1)のうち、分岐状または3次架橋されたシロキサンポリマーが好ましい。また、このシロキサンポリマー(b1)には、本発明の目的を損なわない範囲、具体的には脱アルコール反応を阻害しない範囲で水酸基が残存していてもよい。
上記重量平均分子量は、好ましくは1,000〜80,000、より好ましくは1,500〜70,000である。上記範囲の重量平均分子量を有するシロキサンポリマー(b1)を使用すると、硬化体形成時におけるクラック発生の抑制と良好な硬化性を両立できる。
上記1価の無置換炭化水素基としては、炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、トリル基が挙げられる。炭素数1〜8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられる。また、上記1価の置換炭化水素基としては、炭素数1〜8の
置換アルキル基が挙げられる。上記置換アルキル基の置換基としては、ハロゲン、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基、グリシジル基、グリシドキシ基、ウレイド基などが挙げられる。
また、上記R3で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イ
ソプロピル基、ブチル基などが挙げられる。これらのアルキル基のうち、メチル基、エチル基が好ましい。
このシロキサンポリマー(b1)は、たとえば、多官能のアルコキシシランまたは多官能クロロシランを加水分解・縮合させることによって製造できる。
上記多官能のアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシランなどのテトラアルコキシシラン類;
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、i−プロピルトリメトキシシラン、i−プロピルトリエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ペンチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘプチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどのトリアルコキシシラン類;
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジエトキシシラン、ジ−i−プロピルジメトキシシラン、ジ−i−プロピルジエトキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジエトキシシラン、ジ−n−ペンチルジメトキシシラン、ジ−n−ペンチルジエトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジエトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジメトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジエトキシシラン、ジ−n−オクチルジメトキシシラン、ジ−n−オクチルジエトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどのジアルコキシシラン類が挙げられる。これらのアルコキシシラン類は1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、多官能のアルコキシシランに加えて、1官能のアルコキシシランを併用することもできる。1官能のアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシランなどが挙げられる。これらの1官能のアルコキシシランは、使用するアルコキシシラン全量に対して、10重量%以下、好ましくは7重量%以下、より好ましくは5重量%以下で使用することが望ましい。
また、シロキサンポリマー(b1)として、信越シリコーン社製のX40−9220、
X40−9225(以上、商品名)、GE東芝シリコーン社製のXR31−B1410、XR31−B0270、XR31−B2733(以上、商品名)などの市販のオルガノシロキサンポリマーを用いることもできる。
<水酸基含有ポリシロキサン>
本発明に用いられる水酸基含有ポリシロキサン(b2)は、本発明の目的を達成できるものであれば特に限定されないが、たとえば、
下記式(2)
Figure 2006316264
(式中、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R4およびR5がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、nは5〜2000の整数である)
で表される1種または2種以上の水酸基含有ポリシロキサンからなる。
この水酸基含有ポリシロキサンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が500〜100,000、好ましくは1,000〜80,000、より好ましくは1,500〜70,000の範囲にある。上記範囲の重量平均分子量を有する水酸基含有ポリシロキサンを使用すると、硬化体形成時におけるクラック発生の抑制と良好な硬化性を両立できる。
上記置換もしくは無置換の1価の炭化水素基としては、上記シロキサンポリマー(b1)で例示した1価の炭化水素基と同様のものを挙げることができる。
この水酸基含有ポリシロキサンは、たとえば、ジアルコキシシランまたはジクロロシランを加水分解・縮合させることによって製造できる。
上記ジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジエトキシシラン、ジ−i−プロピルジメトキシシラン、ジ−i−プロピルジエトキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジエトキシシラン、ジ−n−ペンチルジメトキシシラン、ジ−n−ペンチルジエトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジエトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジメトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジエトキシシラン、ジ−n−オクチルジメトキシシラン、ジ−n−オクチルジエトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジエトキシシランなどが挙げられる。これらのジアルコキシシランは1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、上記水酸基含有シロキサンオリゴマーは、環状オルガノシロキサンを開環縮合させることによっても製造できる。環状オルガノシロキサンとしては、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、テチラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデ
カメチルシクロヘキサシロキサン等が挙げられる。
また、水酸基含有ポリシロキサンとして、GE東芝シリコーン社製のXC96−723、YF−3800、YF−3905、YF−3804(以上、商品名)などの市販の2官能のオルガノポリシロキサンを用いることもできる。
<3官能アルコキシ基含有シロキサンオリゴマー>
本発明では、金属酸化物微粒子(A)をより均一に分散させるために、必要に応じて、3官能のアルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b3)を使用することができる。この3官能シロキサンオリゴマー(b3)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が300以上1,000未満、好ましくは500〜800の範囲にある。上記範囲の重量平均分子量を有する3官能シロキサンオリゴマー(b3)を使用すると、金属酸化物微粒子(A)の分散性の安定化が図れ、クラックの発生がなく、光透過性に優れた厚さが10μm以上の硬化体(膜)を得ることができる。
この3官能シロキサンオリゴマー(b3)は、たとえば、多官能のアルコキシシランまたは多官能クロロシランを加水分解・縮合させることによって製造できる。
上記多官能のアルコキシシランとしては、シロキサンポリマー(b1)で例示したテトラアルコキシシラン類、トリアルコキシシラン類、ジアルコキシシラン類などと同様のものが挙げられる。これらの多官能アルコキシシランは1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、3官能アルコキシ基含有シロキサンオリゴマーとして、GE東芝シリコーン社製のXC96−B0446(商品名)などの市販の3官能アルコキシ基含有シロキサンオリゴマーを用いることもできる。
(C)キレート化剤
本発明に用いられるキレート化剤(C)は、たとえば、β−ジケトン、ケトエステル、ジカルボン酸およびその誘導体、ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体、ケトアルコール、ジヒドロキシ化合物、オキシアルデヒド化合物、ならびにアミン化合物およびその誘導体などが挙げられる。このようなキレート化剤(C)は、配位力が強く、上記金属酸化物微粒子(A)の表面に配位して微粒子の溶媒濡れ性を向上させることができる。キレート化剤が配位した金属酸化物微粒子の凝集体は、機械的に容易に破砕され、シロキサン系縮合物を用いてより安定に分散させることができる。
β−ジケトンおよびケトエステルとしては、下記式(3)
6COCH2COR7 (3)
で表される化合物が挙げられる。
上記式(3)中、R6は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R7は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基または炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基を表す。R6および
7における炭素数1〜6個の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プ
ロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基などが挙げられる。また、炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ラウリルオキシ基、ステアリルオキシ基などが挙げられる。
上記β−ジケトンの具体例としては、β−ジケトンとしては、アセチルアセトン、ヘキ
サン−2,4−ジオン、ヘプタン−2,4−ジオン、ヘプタン−3,5−ジオン、オクタン−2,4−ジオン、ノナン−2,4−ジオン、5−メチルヘキサン−2,4−ジオンなどが挙げられ、β−ケトエステルの具体例としては、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−n−プロピル、アセト酢酸−i−プロピル、アセト酢酸−n−ブチル、アセト酢酸−sec−ブチル、アセト酢酸−tert−ブチルなどが挙げられる。
上記ジカルボン酸としては、マロン酸、シュウ酸、フタル酸などが挙げられ、ジカルボン酸の誘導体としては、マロン酸ジエチルエステルなどが挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸、サリチル酸、リンゴ酸、酒石酸などが挙げられ、ヒドロキシカルボン酸の誘導体としては、乳酸メチル、乳酸エチル、サリチル酸メチル、サリチル酸エチル、サリチル酸フェニル、リンゴ酸メチル、リンゴ酸エチル、酒石酸メチル、酒石酸エチルなどのヒドロキシカルボン酸エステル;乳酸アンモニウム塩などのヒドロキシカルボン酸塩等が挙げられる。
ケトアルコールとしては、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ヘプタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ヘプタノンなどが挙げられる。
ジヒドロキシ化合物としては、グリコール、カテコールなどが挙げられ、オキシアルデヒド化合物としては、サリチルアルデヒドなどが挙げられる。
アミン化合物およびその誘導体としては、エチレンジアミン、2,2−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、ジエチレントリアミンなどのポリアミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチル−モノエタノールアミン、N−エチル−モノエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミンなどのアミノアルコール;アミノ酢酸、イミノ酢酸、エチレンジアミン四酢酸などのカルボキシル基含有アミン化合物;メチロールメラミン、メチロール尿素、メチロールアクリルアミドなどのエノール性水酸基含有窒素化合物;ジチゾン;メチオニン;ジメチルグリオキシムなどが挙げられる。
このようなキレート化剤(C)は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
これらのキレート化剤(C)のうち、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルが好ましい。
(D)チタンアルコキシドの縮合物
本発明では、必要に応じてチタンアルコキシドの縮合物(D)を併用することができる。チタンアルコキシドの縮合物(D)は、たとえば、下記式(4)
8 mTi(OR94-m (4)
(式中、R8は炭素数1〜8個の有機基を表し、複数個存在する場合には同じであっても
異なっていてもよく、R9は炭素数1〜6個のアルキル基、炭素数1〜6個のアシル基お
よびフェニル基からなる群から選択される有機基を表し、複数個存在する場合には同じであっても異なっていてもよく、R8およびR9は同じであっても異なっていてもよく、mは0〜3の整数である)
で表されるチタンアルコレートの縮合物が挙げられる。
上記式(4)において、R8は炭素数1〜8個の有機基であり、具体的には、メチル基
、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基などのアルキル基;
ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ベンゾイル基、
トリオイル基、カプロイル基などのアシル基;
ビニル基、アリル基、シクロヘキシル基、フェニル基、エポキシ基、グリシジル基、(メタ)アクリルオキシ基、ウレイド基、アミド基、フルオロアセトアミド基、イソシアネート基などが挙げられる。
さらに、R8として、上記有機基の置換誘導体などが挙げられる。R8の置換誘導体の置換基としては、たとえば、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアミノ基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、グリシドキシ基、3,4−エポキシシクロヘキシル基、(メタ)アクリルオキシ基、ウレイド基、アンモニウム塩基などが挙げられる。ただし、これらの置換誘導体からなるR8の炭素数は、置換基中の炭素原子を含めて8個以下が好ま
しい。式(4)中にR8が複数個存在する場合には、それぞれ同じであっても異なってい
てもよい。
炭素数が1〜6個のアルキル基であるR9として、たとえば、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基などが挙げられる。
チタンアルコキシドの縮合物(D)は、上記チタンアルコレートが加水分解して生成する加水分解物中のTi−OH基が縮合してTi−O−Ti結合を形成したものである。本発明では、このTi−OH基がすべて縮合している必要はなく、前記縮合物は、僅かな一部のTi−OH基が縮合したもの、大部分(全部を含む)のTi−OH基が縮合したもの、さらには、Ti−OR基とTi−OH基とが混在している縮合物の混合物なども包含する。
このチタンアルコキシドの縮合物(D)の平均縮合度は2〜20、すなわち該縮合物が2量体から20量体であることがより好ましく、平均縮合度が2〜15、すなわち該縮合物が2量体から15量体であることが特に好ましい。この縮合物は、1種または2種以上のチタンアルコレートを、予め加水分解・縮合したものを使用してもよく、あるいは市販されている縮合物を使用してもよい。市販されているチタンアルコレートの縮合物(2量体から10量体)として、日本曹達(株)製のA−10、B−2、B−4、B−7、B−10等が挙げられる。このようなチタンアルコキシドの縮合物(D)は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
<高屈折材料形成用組成物>
本発明に係る高屈折材料形成用組成物は、上記アルコキシ基含有シロキサンポリマーおよびキレート化剤(C)、ならびに必要に応じて3官能のアルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b3)またはチタンアルコキシドの縮合物(D)の共存下で、金属酸化物微粒子(A)を有機溶媒中に分散させ、この金属酸化物微粒子分散液と水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを混合することによって製造することができる(第一の製造方法)。上記のようにして金属酸化物微粒子(A)を有機溶媒中に分散させることにより、金属酸化物微粒子(A)は均一に分散され、均一かつ光透過性に優れた硬化体(膜)を形成することができる。
上記第一の製造方法において、金属酸化物の微粒子(A)100重量部に対して、アルコキシ基含有シロキサンポリマーを完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、好ましくは5〜100重量部、より好ましくは10〜70重量部;水酸基含有ポリシロキサン(b2)を完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、好ましくは5〜100重量部、より好ましくは10〜70重量部;3官能のアルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b3)またはチタンアルコキシドの縮合物(D)を完全加水分解縮合物換算で1〜50重量部、好ましくは2〜45重量部、より好ましくは5〜40重量部;キレート化剤(C)を1
〜100重量部、好ましくは1〜70重量部、より好ましくは2〜50重量部の範囲で使用することが好ましい。このようにして製造された上記高屈折材料形成用組成物は各成分を上記範囲で含有する。このような高屈折材料形成用組成物を使用することによって、均一かつ光透過性に優れた硬化体(膜)を形成することができる。
また、上記高屈折材料形成用組成物は、上記アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを混合して縮合させてシロキサン系縮合物(B)を調製した後、このシロキサン系縮合物(B)あるいはこのシロキサン系縮合物(B)と前記アルコキシ基含有シロキサンポリマーおよび/または水酸基含有ポリシロキサン(b2)との混合物と、上記金属酸化物の微粒子(A)と、キレート化剤(C)と、有機溶媒と、必要に応じて3官能のアルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b3)またはチタンアルコキシドの縮合物(D)とを混合して、該金属酸化物微粒子(A)を有機溶媒中に分散させることによって製造することもできる(第二の製造方法)。
上記第二の製造方法において、金属酸化物の微粒子(A)100重量部に対して、シロキサン系縮合物(B)またはこのシロキサン系縮合物(B)を含む上記混合物を、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)との完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、好ましくは10〜200重量部、より好ましくは20〜140重量部;3官能のアルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b3)またはチタンアルコキシドの縮合物(D)を完全加水分解縮合物換算で1〜50重量部、好ましくは2〜45重量部、より好ましくは5〜40重量部;キレート化剤(C)を1〜100重量部、好ましくは1〜70重量部、より好ましくは2〜50重量部の範囲で使用することが好ましい。このようにして製造された上記高屈折材料形成用組成物は各成分を上記範囲で含有する。このような高屈折材料形成用組成物を使用することによって、均一かつ光透過性に優れた硬化体(膜)を形成することができる。
上記第二の製造方法において、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを脱アルコール反応により縮合させることが好ましい。さらに、この脱アルコール反応後に加水分解・縮合させてもよい。この脱アルコール反応によって調製したポリシロキサン縮合物を用いると、均一かつ光透過性に優れた硬化体(膜)を形成することができる。なお、水酸基含有ポリシロキサン(b2)とアルコキシ基含有シロキサンポリマーとを脱アルコール反応させることなく加水分解・縮合させると、アルコキシ基含有シロキサンポリマーが選択的に加水分解・縮合するため、均一かつ光透過性に優れた硬化体(膜)を形成することが困難なことがある。
上記製造方法により得られる高屈折材料形成用組成物の体積平均分散粒径は、好ましくは0.1〜200nm、より好ましくは0.1〜150nm、特に好ましくは0.1〜100nmである。分散粒径が上記範囲にあると光透過率に優れた硬化体を得ることができる。
このような分散粒径を有する高屈折材料形成用組成物は、アルコキシ基含有シロキサンポリマーまたはその縮合物とキレート化剤との共存下で金属酸化物微粒子(A)を分散処理することにより調製できる。このとき、ボールミル、サンドミル(ビーズミル,ハイシェアビーズミル)、ホジナイザー、超音波ホモジナイザー、ナノマイザー、プロペラミキサー、ハイシェアミキサー、ペイントシェーカーなどの公知の分散機を用いてもよい。
上記縮合反応の温度は、好ましくは20〜150℃、より好ましくは30〜100℃、特に好ましくは40〜80℃である。
また、上記脱アルコール反応を行う際、この反応を促進する触媒を使用することが好ましい。脱アルコール反応に用いられる触媒としては、酸性化合物、アルカリ性化合物、塩
化合物、アミン化合物、有機金属化合物および/またはその部分加水分解物(以下、有機金属化合物および/またはその部分加水分解物をまとめて、「有機金属化合物類」という)が挙げられる。
上記酸性化合物として、たとえば、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸、アルキルチタン酸、p−トルエンスルホン酸、フタル酸などが挙げられ、これらのうち酢酸が好ましい。
上記アルカリ性化合物として、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられ、これらのうち水酸化ナトリウムが好ましい。
上記塩化合物として、ナフテン酸、オクチル酸、亜硝酸、亜硫酸、アルミン酸、炭酸などのアルカリ金属塩などが挙げられる。
上記アミン化合物として、たとえば、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ピペリジン、ピペラジン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、エタノールアミン、トリエチルアミン、3−アミノプロピル・トリメトキシシラン、3−アミノプロピル・トリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)−アミノプロピル・トリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)−アミノプロピル・トリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)−アミノプロピル・メチル・ジメトキシシラン、3−アニリノプロピル・トリメトキシシラン、アルキルアミン塩類、水酸化テトラメチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩類が挙げられる。また、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる各種変性アミンなどを用いることもできる。これらのうち、3−アミノプロピル・トリメトキシシラン、3−アミノプロピル・トリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)−アミノプロピル・トリメトキシシランが好ましい。
上記有機金属化合物類としては、たとえば、下記式(5)
M(OR10r(R11COCHCOR12s (5)
(式中、Mは、ジルコニウム、チタン、アルミニウムおよびナトリウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子を表し、R10およびR11は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基などの炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R12は、前記炭素数1〜6個の1価の炭化水素基、または、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ラウリルオキシ基、ステアリルオキシ基などの炭素数1〜16個のアルコキシル基を表し、rおよびsは、それぞれ独立に0〜4の整数であって、(r+s)=(Mの原子価)の関係を満たす)
で表される化合物(以下、「有機金属化合物(5)」という)、
1つのスズ原子に炭素数1〜10個のアルキル基が1〜2個結合した4価のスズの有機金属化合物(以下、「有機スズ化合物」という)、あるいは、
これらの部分加水分解物などが挙げられる。
また、有機金属化合物類として、上記式(4)で表されるチタンアルコレートおよびその縮合物を用いることができる。
有機金属化合物(5)として、たとえば、テトラ−n−ブトキシジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・エチルアセトアセテートジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(n−プロピルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウムなどの有機ジルコニウム化合物;
テトラ−i−プロポキシチタニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセテート)チタニウム、ジ−
i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトン)チタニウムなどの有機チタン化合物;
トリ−i−プロポキシアルミニウム、ジ−i−プロポキシ・エチルアセトアセテートアルミニウム、ジ−i−プロポキシ・アセチルアセトナートアルミニウム、i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノアセチルアセトナート・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウムなどの有機アルミニウム化合物;
ナトリウムメトキシドなどのナトリウムアルコキシドが挙げられる。
有機スズ化合物として、たとえば、
Figure 2006316264
などのカルボン酸型有機スズ化合物;
Figure 2006316264
などのメルカプチド型有機スズ化合物;
Figure 2006316264
などのスルフィド型有機スズ化合物;
Figure 2006316264
などのクロライド型有機スズ化合物;
(C492SnO、(C8172SnOなどの有機スズオキサイドや、これらの有機ス
ズオキサイドとシリケート、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、フタル酸ジオクチルなどのエステル化合物との反応生成物;
などが挙げられる。
これらの触媒のうち、アルコキシチタニウム、アルコキシシルコニウム、アルコキシアルミニウム、これらのキレート化物、およびこれらの部分加水分解物、ならびにナトリウムアルコキシドが好ましく、より好ましくは、トリ−n−ブトキシ・エチルアセトアセテートジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタニウム、ジ−i−プロポキシ・エチルアセトアセテートアルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、これらの部分加水分解物、およびナトリムムメトキシドが用いられる。
上記第二の製造方法において形成されたシロキサン系縮合物(B)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が2,000〜200,000、好ましくは3,000〜150,000、より好ましくは4,000〜100,000の範囲にあることが好ましい。重量平均分子量が上記範囲にあると、上記のような特性を有する膜、特に厚膜を容易に形成することができる。
また、上記第二の製造方法において形成されたシロキサン系縮合物(B)は、アルコキシ基含有シロキサンポリマーから誘導されたブロック(α)と、水酸基含有ポリシロキサン(b2)から誘導されたブロック(β)とを含有する。具体的には、ブロック(α)の両末端にブロック(β)が結合したブロック構造を形成していると考えられる。さらに、このブロック(β)には他のブロック(α)が結合して、ブロック(β)をブロック(α)で架橋した構造を形成していることが好ましい。このようなブロック構造のポリシロキサン縮合物は、基板等との密着性や柔軟性に優れ、膜厚が好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、特に好ましくは100μm以上の厚膜を容易に形成することができる。また、乾燥硬化時(たとえば、150℃、1時間)にクラックが発生せず、波長500〜700nmの光透過率が好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の透明性に優れた膜を形成することができる。
上記製造方法において、上記アルコキシ基含有シロキサンポリマーがアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)の場合、アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)と水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを、完全加水分解縮合物換算の重量比(b1/b2)が好ましくは1/50〜50/1、より好ましくは1/40〜40/1、特に好ましくは1/25〜25/1の範囲で混合することが望ましい。シロキサンポリマー(b1)と(b2)とを上記割合で反応させると、上記製造時または硬化体形成時にシロキサン系縮合物(B)が生成した場合に、貯蔵安定性および分散安定性に優れ、さらに塗膜透明性に優れたシロキサン系縮合物を得ることができる。
上記有機溶媒としては、たとえば、アルコール類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ケトン類、エステル類などを挙げることができる。上記アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、i−ブチルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−オクチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレンモノメチルエーテルアセテート、ジアセ
トンアルコールなどを挙げることができる。また、芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられ、エーテル類としては、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどが挙げられ、ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどが挙げられ、エステル類としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、炭酸プロピレン、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ノルマルプロピル、乳酸イソプロピル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチルなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。これらの有機溶媒のうち、脱アルコール反応を促進する観点から、アルコール以外の有機溶媒、たとえば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレンなどが好ましい。また、これらの有機溶媒は、予め脱水処理を施して、水分を除去した状態で使用することが好ましい。
上記有機溶媒の使用量は、金属酸化物微粒子(A)を均一に分散できる量であれば特に制限されないが、得られる高屈折材料形成用組成物の固形分濃度が、好ましくは5〜80重量%、より好ましくは7〜70重量%、特に好ましくは10〜60重量%となる量である。
上記高屈折材料形成用組成物は、硬化体の収縮−膨張を緩和するためにガラス繊維を含有することが好ましい。ガラス繊維を含有する組成物を使用すると厚膜の硬化体を形成することができる。また、硬化体の透明性を確保するために、組成物中のシロキサン成分(シロキサン系縮合物(B)、アルコキシ基含有シロキサンオリゴマー(b1)および水酸基含有ポリシロキサン(b2))と上記ガラス繊維との屈折率差は0.01以下が好ましく、0.007以下がより好ましく、0.005以下が特に好ましい。
<硬化体>
本発明に係る硬化体は、有機溶剤を含有する上記高屈折材料形成用組成物を、基板上などに塗工し、乾燥により溶媒を除去することによりポリシロキサン縮合物を硬化させて、硬化体(膜)を形成する。このとき、硬化体の厚さを、好ましくは10μm〜1mmにすることができる。乾燥条件は、使用する乾燥機の性能等により適宜設定されるが、たとえば、乾燥温度は好ましくは70〜250℃、より好ましくは100〜230℃、乾燥時間は好ましくは0.1〜24時間、より好ましくは0.2〜3時間である。また、乾燥温度を多段で変更する多段階乾燥を実施してもよい。
このようにして得られた硬化体には、架橋構造に炭素−炭素結合が存在せず、耐紫外線性、耐熱性に優れている。たとえば、上記ポリシロキサン縮合物の硬化体は、5000mW/m2、200時間の紫外線照射によっても黄変(黄色化)せず、また、150℃、1
000時間の加熱によっても熱劣化しない。
また、この硬化体(膜)は、25℃における波長633nmの光の屈折率が1.55〜3.00、好ましくは1.58〜3.00、より好ましくは1.60〜2.50である。また、厚さ10μmにおいて波長500〜700nmの光透過率が90%以上、好ましくは93%以上、より好ましくは95%以上である。さらに、上記硬化体(膜)は、厚さ10μmにおいて波長350〜400nmにおける光透過率が好ましくは90%以上、より好ましくは93%以上、特に好ましくは95%以上である。この特性により、青色LEDまたは紫外線LED素子から発せられる光を減衰させることなく取り出すことができる。
このような硬化体は、LED素子の封止材として有用であり、耐紫外線性、耐熱性に優れることから、発光素子が青色LED素子や紫外線LED素子であるLED素子の封止材として特に有用であり、高輝度環境下においても優れた耐久性を示す。さらに、この封止材は、屈折率が高く、効率的に発光素子からの光を取り出すことができる。
本発明に係るLED素子は、青色LED素子や紫外線LED素子などからなる発光素子、およびこの発光素子を覆うように形成された封止材からなり、この封止材として上記硬化体を適用したLED素子である。本発明では、この封止材全体に上記硬化体を使用してもよいし、封止材のうちの発光素子近傍部分に上記硬化体を使用してもよい。特に、発光素子近傍の封止材に上記硬化体を使用する場合、上記硬化体からなる封止材は発光素子を覆うように形成されていることが好ましい。
[実施例]
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例および比較例中の「部」および「%」は、特記しない限り、「重量部」および「重量%」を示す。また、実施例および比較例における各種測定は、下記の方法により行なった。
(1)保存安定性
ポリエチレン製容器内で常温で1ヶ月間密栓保存して、ゲル化の有無を目視により判定した。ゲル化していないものについては東京計器社製のBM型粘度計により粘度測定を行い、下記基準で評価した。
A:保存前後の粘度変化率が20%以下
B:保存前後の粘度変化率が20%超
(2)分散粒径
得られた組成物中の微粒子について、体積平均粒径および最大粒径を日機装社製のマイクロトラック超微粒子粒度分析計(UPA150)により測定した。
(3)光透過性
得られた組成物を、乾燥膜厚が10μmになるように石英ガラス上に塗布した後、100℃で1時間乾燥硬化させ、次いで200℃で1時間乾燥硬化させて硬化体を作製した。この硬化体について、波長500〜700nmの分光透過率を紫外可視分光光度計により測定し、下記基準で評価した。
A:光透過率が90%超
B:光透過率が70〜90%
C:光透過率が70%未満
(4)黄色度
得られた組成物を、乾燥膜厚が10μmになるように石英ガラス上に塗布した後、100℃で1時間乾燥硬化させ、次いで200℃で1時間乾燥硬化させて硬化体を作製した。この硬化体について、波長350〜400nmの光透過率を紫外可視分光光度計により測定して、下記基準で評価した。
A:光透過率が90%超
B:光透過率が70〜90%
C:光透過率が70%未満
(5)屈折率
得られた組成物を、乾燥膜厚が50μmになるようにテフロン(登録商標)シート上に塗布した後、100℃で1時間乾燥硬化させ、次いで200℃で1時間乾燥硬化させて硬化体を作製した。この硬化体について、25℃における波長633nmの光の屈折率をプリズムカプラー(メトリコン社製)で測定した。
(6)耐光性
得られた組成物を、乾燥膜厚が10μmになるように石英ガラス上に塗布した後、100℃で1時間乾燥硬化させ、次いで200℃で1時間乾燥硬化させて硬化体を作製した。この硬化体に、紫外線LED素子の発光波長に近似させるために波長350nm以下の光
をカットしたスポットUV照射装置(ウシオ電機社製:SP−V)を使用して照度5000mW/cm2の紫外線を200時間照射した。紫外線照射後の硬化体の外観を目視で観
察し、下記基準で評価した。
A:変化なし(着色なし、クラック発生なし)
B:わずかに変色
C:黄色化した
(7)GPC測定
シロキサンの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより下記条件で測定したポリスチレン換算値として示した。
装置:HLC−8120C(東ソー社製)
カラム:TSK−gel MultiporeHXL−M(東ソー社製)
溶離液:THF、流量0.5mL/min、負荷量5.0%、100μL
金属酸化物微粒子(A)として酸化ジルコニウム(一次平均粒子径:15nm)100部、キレート化剤(C)としてアセチルアセトン20部、アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)としてMw=2,000のアルコキシ末端シリコンポリマー(信越化学工業社製、商品名:X40−9225)30部、有機溶媒としてメチルイソブチルケトン620部を容器に入れ、これに粒径0.1mmのジルコニアビーズ(ニッカトー社製)2000部を加えて、ビーズミルにより、1500rpm、1時間攪拌して金属酸化物微粒子(A)を分散させた。
得られた金属酸化物微粒子(A)分散液に、水酸基含有ポリシロキサン(b2)としてMw=3500のシラノール末端ポリジメチルシロキサン(GE東芝シリコーン社製、商品名:YF−3800)30部を加え、固形分濃度が約20重量%の高屈折材料形成用組成物を得た。
この組成物を上記方法に従って評価したところ、保存安定性はA、体積平均粒径は30nm、最大粒径は60nm、透明性はA、黄色度はA、屈折率は1.60、耐光性はAであった。
アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)としてMw=2,000のアルコキシ末端シリコンポリマー(信越化学工業社製、商品名:X40−9225)50部、水酸基含有ポリシロキサン(b2)としてMw=3500のシラノール末端ポリジメチルシロキサン(GE東芝シリコーン社製、商品名:YF−3800)50部、縮合触媒としてプロピレンブリコールモノプロピルエーテルで500倍に希釈したナトリウムメトキシド0.6部、溶媒としてメチルイソブチルケトン66部を加えて、60℃で4時間脱アルコール反応させてシロキサン系縮合物(B1)を得た。得られたシロキサン系縮合物(B1)の重量平均分子量は5,000であった。
次に、金属酸化物微粒子(A)として酸化ジルコニウム(一次平均粒子径:15nm)100部、キレート化剤(C)としてアセチルアセトン30部、シロキサン系縮合物(B)として上記シロキサン系縮合物(B1)100部、有機溶媒としてメチルイソブチルケトン570部を容器に入れ、これに粒径0.1mmのジルコニアビーズ(ニッカトー社製)2000部を加えて、ビーズミルにより、1500rpm、1時間攪拌して金属酸化物微粒子(A)を分散させ、固形分濃度が約20重量%の高屈折材料形成用組成物を得た。
この組成物を上記方法に従って評価したところ、保存安定性はA、体積平均粒径は35nm、最大粒径は70nm、透明性はA、黄色度はA、屈折率は1.59、耐光性はAで
あった。
シロキサン系縮合物(B1)を100部から47部、アセチルアセトンを30部から20部、メチルイソブチルケトンを570部から537部に変更した以外は、実施例2と同様にして固形分濃度が約20重量%の高屈折材料形成用組成物を得た。
この組成物を上記方法に従って評価したところ、保存安定性はA、体積平均粒径は40nm、最大粒径は75nm、透明性はA、黄色度はA、屈折率は1.64、耐光性はAであった。
アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)としてMw=10,000のアルコキシ末端シリコンポリマー(GE東芝シリコーン社製、商品名:XR31−B0270)40部、水酸基含有ポリシロキサン(b2)としてMw=3500のシラノール末端ポリジメチルシロキサン(GE東芝シリコーン社製、商品名:YF−3800)19部、縮合触媒としてジ−i−プロポキシ・エチルアセトアセテートアルミニウムのi−プロピルアルコール溶液(濃度75重量%)0.2部を加え、60℃で4時間脱アルコール反応させてシロキサン系縮合物(B2)を得た。得られたシロキサン系縮合物(B2)の重量平均分子量は25,000であった。
シロキサン系縮合物(B)としてシロキサン系縮合物(B2)を用いた以外は、実施例2と同様にして固形分濃度が約20重量%の高屈折材料形成用組成物を得た。
この組成物を上記方法に従って評価したところ、保存安定性はA、体積平均粒径は35nm、最大粒径は70nm、透明性はA、黄色度はA、屈折率は1.58、耐光性はAであった。
[比較例1]
水素添加ビスフェノールAグリシジルエーテル(ジャパンエポキシレジン社製、エピコートYX8000)100部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(MH700)90部を十分に攪拌混合した後、100℃で1時間乾燥硬化させ、次いで150℃で1時間乾燥硬化させた。得られた硬化体を上記方法に従って評価したところ、透明性はA、黄色度はB、耐光性Cであった。
[比較例2]
キレート化剤(C)を使用しなかった以外は実施例1と同様にして、ビーズミルにより、1500rpm、1時間分散させたが、分散不良のためジルコニアビーズと分離できなかった。

Claims (12)

  1. 酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、シロキサン系縮合物(B)を完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、およびキレート化剤(C)を1〜100重量部含有する組成物であり、
    該組成物を硬化して形成された硬化体の25℃における波長633nmの光の屈折率が1.55〜3.00であり、
    該組成物を硬化して形成された厚さ10μmの硬化膜の波長500〜700nmの光透過率が90%以上であることを特徴とする高屈折材料形成用組成物。
  2. 酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、
    下記平均組成式(1)
    1 a2 bSiOc(OR3d (1)
    (式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R3はアルキル基であり、R1、R2およびR3がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、aおよびbはそれぞれ独立に0以上1未満かつa+bは0を超えて2未満、cは0を超えて2未満、dは0を超えて4未満、かつa+b+c×2+d=4である)
    で表され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲にあるアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)を完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、
    水酸基含有ポリシロキサン(b2)を完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部、および
    キレート化剤(C)を1〜100重量部
    含有することを特徴とする高屈折材料形成用組成物。
  3. 酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、
    下記平均組成式(1)
    1 a2 bSiOc(OR3d (1)
    (式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R3はアルキル基であり、R1、R2およびR3がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、aおよびbはそれぞれ独立に0以上1未満かつa+bは0を超えて2未満、cは0を超えて2未満、dは0を超えて4未満、かつa+b+c×2+d=4である)
    で表され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲にあるアルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)と水酸基含有ポリシロキサン(b2)とのシロキサン系縮合物(B)、あるいは該シロキサン系縮合物(B)と該アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)および/または水酸基含有ポリシロキサン(b2)との混合物を、アルコキシ基含有シロキサンポリマー(b1)と水酸基含有ポリシロキサン(b2)との完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、および
    キレート化剤(C)を1〜100重量部
    含有することを特徴とする高屈折材料形成用組成物。
  4. 前記水酸基含有ポリシロキサン(b2)が、
    下記式(2)
    Figure 2006316264
    (式中、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の1価の炭化水素基であり、R4およびR5がそれぞれ複数存在する場合には互いに同じであっても異なっていてもよく、nは5〜2000の整数である)
    で表される1種または2種以上の水酸基含有ポリシロキサンからなり、
    ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が500〜100,000であることを特徴とする請求項2または3に記載の高屈折材料形成用組成物。
  5. 前記キレート化剤(C)が、β−ジケトン、ケトエステル、ジカルボン酸およびその誘導体、ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体、ケトアルコール、ジヒドロキシ化合物、オキシアルデヒド化合物、ならびにアミン化合物およびその誘導体からなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の高屈折材料形成用組成物。
  6. 前記キレート化剤(C)が、下記式(3)
    6COCH2COR7 (3)
    (式中、R6は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R7は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基または炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基を表す)
    で表されるβ−ジケトンおよびβ−ケトエステルからなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることを特徴とする請求項5に記載の高屈折材料形成用組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の高屈折材料形成用組成物を硬化して得られ、厚さが10μm〜1mmであることを特徴とする硬化体。
  8. 発光素子および該発光素子を覆うように形成された封止材からなり、前記発光素子の少なくとも近傍の封止材が、請求項1〜6のいずれかに記載の高屈折材料形成用組成物を硬化して得られる硬化体であることを特徴とするLED素子。
  9. 酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)100重量部を、完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部のアルコキシ基含有シロキサンポリマーと1〜100重量部のキレート化剤(C)との共存下で、有機溶媒中に分散させる工程と、
    該金属酸化物微粒子分散液と完全加水分解縮合物換算で5〜200重量部の水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを混合する工程と
    を有することを特徴とする高屈折材料形成用組成物の製造方法。
  10. アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)とを縮合させてシロキサン系縮合物(B)を調製する工程と、
    酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化ニオブおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも1種の金属酸化物の微粒子(A)を100重量部、前記シロキサン系縮合物(B)あるいは該シロキサン系縮合物(B)と前記アルコキシ基含有シロキサンポリマーおよび/または水酸基含有ポリシロキサン(b2)との混合物を、アルコキシ基含有シロキサンポリマーと水酸基含有ポリシロキサン(b2)との完全加水分解縮合物換算で10〜400重量部、およびキレート化剤(C)1〜100重量部を有機溶媒中で混合して、該金属酸化物微粒子(A)を有機溶媒中に分散させる工程と
    を有することを特徴とする高屈折材料形成用組成物の製造方法。
  11. 前記キレート化剤(C)が、β−ジケトン、ケトエステル、ジカルボン酸およびその誘導体、ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体、ケトアルコール、ジヒドロキシ化合物、オキシアルデヒド化合物、ならびにアミン化合物およびその誘導体からなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることを特徴とする請求項9または10に記載の高屈折材料形成用組成物の製造方法。
  12. 前記キレート化剤(C)が、下記式(3)
    6COCH2COR7 (3)
    (式中、R6は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基を表し、R7は炭素数1〜6個の1価の炭化水素基または炭素数1〜16個の1価のアルコキシ基を表す)
    で表されるβ−ジケトンおよびβ−ケトエステルからなる群から選択される少なくとも1種のキレート化剤であることを特徴とする請求項11に記載の高屈折材料形成用組成物の製造方法。

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