JP2020122035A - 付加硬化型シリコーン樹脂組成物及び光学素子 - Google Patents

付加硬化型シリコーン樹脂組成物及び光学素子 Download PDF

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Abstract

【課題】高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与える付加硬化型シリコーン樹脂組成物を提供する。【解決手段】(A)珪素原子結合脂肪族不飽和基及び珪素原子結合CF3−(CF2)m−(CH2)n−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン:0質量部以上50質量部未満、(B)珪素原子結合脂肪族不飽和基及び珪素原子結合CF3−(CF2)o−(CH2)p−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン:50質量部より多く100質量部以下、(C)珪素原子結合水素原子を有する有機珪素化合物:(A)、(B)成分の合計脂肪族不飽和基と(C)成分のSiH基とのモル比が、0.2≦SiH基/脂肪族不飽和基≦5.0となる量、(D)白金族金属系触媒を含有するものである付加硬化型シリコーン樹脂組成物。【選択図】 図1

Description

本発明は、付加硬化型シリコーン樹脂組成物及び光学素子に関し、特に、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、可視光において低屈折率を有する製品信頼性に優れた硬化物を与える付加硬化型シリコーン樹脂組成物、及び該組成物の硬化物で封止された光学素子に関する。
付加硬化型シリコーン組成物は、付加反応性炭素−炭素二重結合を含有するオルガノポリシロキサン及びケイ素に結合した水素原子を有する有機ケイ素化合物を含み、ヒドロシリル化反応によって硬化して硬化物を与える。このようにして得られた硬化物は耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れ、また、透明であるため、LEDの封止材料などの各種光学用途に用いられている。(特許文献1、特許文献2)
光学用途に使用される付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物からなる光学素子用封止材は、高い透明性が要求され、これを達成するために高屈折率のものとして主骨格にジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体又はポリメチルフェニルシロキサンを有するオルガノポリシロキサンが一般に使用されてきた。
そこで、特許文献3において、光取り出し効率の観点からフッ素を含有させることで低屈折率を有し、透明性及び光透過率が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物からなる光学素子用封止材を提案した。
しかしながら、近年、光学素子の高機能化の観点から、さらなる低屈折率化が要求されており、付加硬化型シリコーン組成物の硬化物を従来よりもさらに低屈折率とした場合に、樹脂強度が脆くなり、引張り強さが低下し、さらには光学素子用の封止材料として用いた場合、クラックが発生しやすくなり、光学パッケージの信頼性を低下させてしまうという問題があった。
特開2004−186168号公報 特開2004−143361号公報 特開2013−010881号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、低屈折率を有する製品信頼性に優れた硬化物を与える付加硬化型シリコーン樹脂組成物、及び該組成物の硬化物で封止された光学素子を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、
(A)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)0質量部以上50質量部未満、
(B)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン(ただし、oは5以上の整数、pは1以上の整数である)50質量部より多く100質量部以下、
(但し、前記(A)成分及び前記(B)成分の合計は100質量部である。)
(C)一分子中に珪素原子結合水素原子を2個以上有する有機珪素化合物:前記(A)、(B)成分の合計脂肪族不飽和基と前記(C)成分のSiH基とのモル比が、0.2≦SiH基/脂肪族不飽和基≦5.0となる量、
(D)白金族金属系触媒:有効量、
を含有するものであることを特徴とする付加硬化型シリコーン樹脂組成物を提供する。
このような本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与えることができ、光学用途に好適となる。
またこのとき、前記(C)成分が、さらに一分子中に1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する(ただし、qは0以上の整数、rは1以上の整数である。)ものであることが好ましい。
このように、(C)成分にCF−(CF−(CH−基を導入すれば、更なる低屈折率化を図ることができる。
また、前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化して可視光(589nm)の屈折率(25℃)が1.37以下の硬化物を与えるものであることが好ましい。
このようなものであれば、25℃における可視光、特に波長400nmの光透過率を優れたものとすることができると共に光取出し効率も優れたものとすることができる。
また、前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化して25℃における波長300〜800nmの光透過率が、厚さ2mmの層状態で80%以上の硬化物を与えるものであることが好ましい。
このようなものであれば、25℃における可視光、特に波長400nmの光透過率をより確実に優れたものとすることができると共に光取出し効率も優れたものとすることができる。
また、前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化後の引張り強さが0.5MPa以上のものであることが好ましい。
このようなものであれば、特に良好なゴム的性質及び強度特性を有するものとなる。
また、前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物が、光学素子封止用のものであることが好ましい。
本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、光学素子封止用として特に好適に用いることができる。
また、本発明は、上記記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止されたものであることを特徴とする光学素子を提供する。
このような光学素子であれば、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与えることができる付加硬化型シリコーン樹脂組成物を用いているため、信頼性に優れたものとなる。
本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与えることができ、光学用途に好適となる。
本発明の光学素子の一例(発光半導体装置)を示す概略断面図である。
以下、本発明について詳しく説明する。
上述のように、近年、光学素子の高機能化の観点から、付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物のさらなる低屈折率化が要求されているが、低屈折率化と強度とをどちらも良好にすることは困難であった。
本発明者らは鋭意検討を行った結果、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン(ただし、mは5以上の整数、nは1以上の整数であり、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基である)を、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)よりも多い割合で導入することで、高透明、低屈折率かつ高強度のシリコーン硬化物が得られることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、
(A)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)0質量部以上50質量部未満、
(B)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン(ただし、oは5以上の整数、pは1以上の整数である)50質量部より多く100質量部以下、
(但し、前記(A)成分及び前記(B)成分の合計は100質量部である。)
(C)一分子中に珪素原子結合水素原子を2個以上有する有機珪素化合物:前記(A)、(B)成分の合計脂肪族不飽和基と前記(C)成分のSiH基とのモル比が、0.2≦SiH基/脂肪族不飽和基≦5.0となる量、
(D)白金族金属系触媒:有効量、
を含有するものであることを特徴とする付加硬化型シリコーン樹脂組成物である。
このような本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与えることができ、光学用途に好適となる。
[付加硬化型シリコーン樹脂組成物]
本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、下記(A)〜(D)成分を含むものである。
<(A)成分>
(A)成分は、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)である。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、例えば下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンが好ましい。
Figure 2020122035
(式中、Rは脂肪族不飽和基、Rは脂肪族不飽和基以外の炭素数1〜8の置換又は非置換の一価炭化水素基、RfはCF−(CF−(CH−基(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)であり、aは1〜3の整数、x、y、zは、それぞれx≧0、y≧1、z≧0の整数である。式中、R、Rが複数ある場合には、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
上記一般式(1)において、Rの脂肪族不飽和基としてはアルケニル基が好ましく、ビニル基、アリル基、エチニル基等の炭素数2〜10、特に2〜6のアルケニル基が好ましく、なかでもビニル基が好ましい。
の脂肪族不飽和基以外の炭素数1〜8の置換又は非置換の一価炭化水素としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基、クロロメチル基、クロロプロピル基、クロロシクロヘキシル基等のハロゲン化炭化水素基等が例示される。好ましくは、非置換の炭素数1〜6の一価炭化水素基であり、特に好ましいのはメチル基である。
RfはCF−(CF−(CH−基(mは0以上の整数、nは1以上の整数)で定義され、mは好ましくは0≦m≦9を満たす整数であり、nは好ましくは1≦n≦10を満たす整数である。Rfは、複数ある場合(yが2以上の場合)には、それぞれ同一の基であっても異なる基であってもよい。
本発明において、合成面から特に好ましいのは、CF−(CH−、CF−(CF−(CH−、CF−(CF−(CH−基である。
また、上記一般式(1)において、xは0以上の整数であり、好ましくは0〜50の整数、yは1以上の整数であり、好ましくは2〜5,000、より好ましくは5〜1,000の整数である。zは0以上の整数、好ましくは0〜10,000、より好ましくは0〜5,000の整数である。x+y+zは、好ましくは5〜10,000、より好ましくは5〜1,000、特に好ましくは5〜100である。また、y/(x+y+z)の値は、好ましくは1/50〜1/1、より好ましくは1/10〜1/1、特に好ましくは1/5〜1/1の範囲である。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、25℃における粘度が100〜10,000,000mPa・s以下、特に200〜10,000mPa・sの範囲にあることが好適である。これらのオルガノポリシロキサンは、1種単独でも2種以上の組み合わせでも使用することができる。尚、粘度は回転粘度計にて測定する粘度である。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、それ自体公知の方法で製造することができる。例えば、下記一般式(i)で表されるシクロトリシロキサンと下記一般式(ii)で表されるシクロトリシロキサンと下記一般式(iii)で表されるオルガノシロキサン、及び必要により下記一般式(iv)で表されるシクロトリシロキサンとを、アルカリ又は酸触媒存在下で共重合させることによって得ることができる。
Figure 2020122035
(式中、R、R、Rf、aは前記の通りである。)
<(B)成分>
(B)成分は、付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物の透明性を維持したまま、補強性を得るための成分であり、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン(ただし、oは5以上の整数、pは1以上の整数である。)である。(B)成分中のCF−(CF−(CH−基のoが5より小さい場合、屈折率を十分に低くすることができない。
珪素原子結合脂肪族不飽和基としては、(A)成分で記載した上記Rの脂肪族不飽和基と同様のものが例示される。
(B)成分のオルガノポリシロキサンは、分岐構造を有するものである。(B)成分のオルガノポリシロキサンは、SiO4/2単位からなる分岐構造を必須とするが、さらにメチルビニルシロキシ単位、ジメチルシロキシ単位等のR SiO2/2、ジメチルビニルシロキシ単位、トリメチルシロキシ単位等のR SiO1/2単位を含んでもよい(式中、Rは置換又は非置換の一価炭化水素基で、上記したR及びRが例示される。また、Rを有するシロキサン単位が複数ある場合には、Rはそれぞれ同一の基であっても異なる基であってもよい。)。SiO4/2単位の含有量は、好ましくは(B)成分のオルガノポリシロキサン樹脂中の全シロキサン単位の5モル%以上、より好ましくは10モル〜95モル%、特に好ましくは20〜60モル%である。
またこのオルガノポリシロキサンは、単離の面から重量平均分子量が500〜100,000の範囲であるものが好適である。
このような樹脂構造のオルガノポリシロキサンの合成は、それぞれの単位源となる化合物を、生成単位が所要の割合となるように組み合わせ、例えば酸の存在下で(共)加水分解を行うことによって容易に行うことができる。
(B)成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
また、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、(A)成分を0質量部以上50質量部未満、(B)成分を50質量部より多く100質量部以下含み、(A)成分及び(B)成分を合計で100質量部含むものである。(A)、(B)成分の質量部数が上記範囲外である場合、引っ張り強さを十分に保つことができず、光学素子等に用いたときに十分な強度を得ることができない。
<(C)成分>
(C)成分は、一分子中に珪素原子結合水素原子(即ち、SiH基)を2個以上有する有機珪素化合物、好ましくは脂肪族不飽和基を有さない有機珪素化合物(SiH基含有有機珪素化合物)であり、(A)、(B)成分とヒドロシリル化反応し、架橋剤として作用する。(C)成分は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(C)成分としては、一分子中に珪素原子結合水素原子を2個以上有する有機珪素化合物である限り、公知のいかなる化合物でも使用することができるが、例えば、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、オルガノハイドロジェンシラン類、有機オリゴマー又は有機ポリマーであって、一分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するもの等が挙げられ、中でも一分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましい。
(C)成分中の珪素に結合した有機基は、脂肪族不飽和基を有さないことが好ましく、非置換の一価炭化水素基、又はハロゲン原子、エポキシ基含有基(例えば、エポキシ基、グリシジル基、グリシドキシ基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基)等で置換された一価炭化水素基を例示することができる。このような置換又は非置換の一価炭化水素基としては、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、より好ましくはメチル基又はエチル基が挙げられ、あるいはこれらの基が上記例示の置換基によって置換された基を挙げることができる。また、該一価炭化水素基の置換基としてエポキシ基含有基及び/又はアルコキシ基を有する場合、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物に接着性を付与することができる。また、一価炭化水素基の置換基としてハロゲン原子を有する場合、例えば、塩素原子、臭素原子であれば、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物の貯蔵安定性及び硬化に悪影響を与えることがない。
さらに、上述した(A)成分中のCF−(CF−(CH−基と同様のCF−(CF−(CH−基(qは0以上の整数、rは1以上の整数)で定義された置換基を(C)成分に導入することが、さらなる低屈折率化を図ることからより好ましい。本発明として合成面から特に好ましいのは、CF−(CH−、CF−(CF−(CH−、CF−(CF−(CH−基である。
(C)成分は、一分子あたり少なくとも2個のSiH基を有する有機珪素化合物である限り、該有機珪素化合物の分子構造に特に制限はなく、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状構造(樹脂状)等の、従来製造されている各種の有機珪素化合物を使用することができる。
(C)成分の有機珪素化合物は、一分子中に少なくとも2個(通常、2〜300個程度)、好ましくは3個以上(より好ましくは、3〜200個、特に好ましくは4〜100個程度)のSiH基を有する。(C)成分の有機珪素化合物が直鎖状構造又は分岐鎖状構造を有する場合、これらのSiH基は、分子鎖末端及び分子鎖非末端部分のどちらか一方にのみ位置していても、その両方に位置していてもよい。
(C)成分の有機珪素化合物の一分子中の珪素原子の数(重合度)は、好ましくは2〜1,000個、より好ましくは3〜200個、更により好ましくは4〜100個程度である。更に、(C)成分の有機珪素化合物は25℃で液状であることが好ましく、回転粘度計により測定された25℃における粘度は、好ましくは1〜1,000mPa・s、より好ましくは10〜100mPa・s程度である。
(C)成分の有機珪素化合物としては、例えば、下記平均組成式(2)で示されるものを用いることができる。

a’SiO(4−a’−b)/2 ・・・(2)

(式中、Rは、互いに同一又は異種の、脂肪族不飽和基以外の置換又は非置換の、珪素原子結合一価炭化水素基であり、a’及びbは、0.7≦a’≦2.1、0.001≦b≦1.0、かつ0.8≦a’+b≦3.0、好ましくは1.0≦a’≦2.0、0.01≦b≦1.0、かつ1.5≦a’+b≦2.5を満足する正数である。)
の脂肪族不飽和基以外の置換又は非置換の、珪素原子結合一価炭化水素基としては、上記脂肪族不飽和基以外の非置換又は置換の1価炭化水素基として具体的に例示した炭素数1〜6のアルキル基又はハロアルキル基、及び炭素数6〜10のアリール基等の置換又は非置換の基が挙げられる。Rは、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、又はハロアルキル基である。
上記平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンシロキサンとしては、例えば、式:RHSiOで示されるオルガノハイドロジェンシロキサン単位を少なくとも4個含む環状化合物、式:R SiO(HRSiO)SiR で示される化合物、式:HR SiO(HRSiO)SiR Hで示される化合物、式:HR SiO(HRSiO)(R SiO)SiR Hで示される化合物等が挙げられる。上記式中、Rは前記の通りであり、c〜fは少なくとも1である。
また、上記平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンシロキサンは、式:HSiO1/2で示されるシロキサン単位、式:RHSiOで示されるシロキサン単位及び/又は式:R HSiO1/2で示されるシロキサン単位を含むものであってもよい。上記オルガノハイドロジェンシロキサンは、SiH基を含まないモノオルガノシロキサン単位、ジオルガノシロキサン単位、トリオルガノシロキサン単位及び/又はSiO4/2単位を含んでいてもよい。上記式中のRは上記の通りである。
(C)成分が一分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである場合、その具体例としては、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジフェニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、これらの各例示化合物において、メチル基の一部又は全部がエチル基、プロピル基等の他のアルキル基で置換されたオルガノハイドロジェンポリシロキサン、式:R SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R HSiO1/2で示されるシロキサン単位と式:SiO4/2で示されるシロキサン単位とからなるオルガノシロキサン共重合体、式:R HSiO1/2で示されるシロキサン単位と式:SiO4/2で示されるシロキサン単位とからなるオルガノシロキサン共重合体、式:RHSiO2/2で示されるシロキサン単位と式:RSiO3/2で示されるシロキサン単位及び式:HSiO1/2で示されるシロキサン単位のどちらか一方又は両方とからなるオルガノシロキサン共重合体、及び、これらのオルガノポリシロキサンの2種以上からなる混合物が挙げられる。上記式中のRは、前記と同様の意味を有する。
(C)成分の配合量は、(A)、(B)成分中の脂肪族不飽和基に対する(C)成分中のSiH基のモル比が0.2≦SiH基/脂肪族不飽和基≦5.0、好ましくは0.5≦SiH基/脂肪族不飽和基≦2.0となる量である。
<(D)成分>
(D)成分は、(A)、(B)成分と(C)成分とのヒドロシリル化付加反応を促進する、白金族金属系触媒である。
(D)成分の白金族金属系触媒としては、(A)、(B)成分中の珪素原子結合脂肪族不飽和基と(C)成分中のSiH基とのヒドロシリル化付加反応を促進するものであれば、いかなる触媒を使用してもよい。
(D)成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
(D)成分としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の白金族金属や、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸とオレフィン類、ビニルシロキサン又はアセチレン化合物との配位化合物、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム等の白金族金属化合物が挙げられるが、特に好ましくは白金化合物である。
(D)成分の配合量は、ヒドロシリル化触媒としての有効量でよく、好ましくは(A)、(B)及び(C)成分の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で0.1〜1000ppmの範囲であり、より好ましくは1〜500ppmの範囲である。
≪その他の任意成分≫
本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物には、硬化物の着色、白濁、酸化劣化等の発生を抑えるために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の公知の酸化防止剤を配合してもよい。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を配合してもよい。さらに、必要に応じて、強度を向上させるためにヒュームドシリカ等の無機質充填剤を配合してもよいし、染料、顔料、難燃剤等を配合してもよい。
[硬化物]
本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、公知の硬化方法により公知の硬化条件下で硬化させることができる。具体的には、通常、室温〜200℃、好ましくは80〜160℃で加熱することにより、組成物を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度、特に1分〜3時間程度でよいが、LED封止用等精度が要求される場合は、硬化時間を長めにすることが好ましい。得られる硬化物の形態は特に制限されず、例えば、ゲル硬化物、エラストマー硬化物及び樹脂硬化物のいずれであってもよい。
なお、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物は、25℃における波長300〜800nmの光透過率が、厚さ2mmの層状態で80%以上であることが好ましい。このようなものであれば、25℃における可視光、特に波長400nmの光透過率を優れたものとすることができると共に光取出し効率も優れたものとすることができる。
また、本来所望されるLED等の光学素子性能、特に25℃における波長400nmの光透過率を向上させるためには、硬化物の可視光(589nm)における屈折率(25℃)が1.37以下であることが好ましく、1.35〜1.37であることが特に好ましい。このようなものであれば、25℃における可視光、特に波長400nmの光透過率をより確実に優れたものとすることができると共に光取出し効率も優れたものとすることができる。
また、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、光透過性等の特性を満たすようにするために、上記記載の任意成分の添加量を調整することができる。
また、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物は、引張り強さが0.5MPa以上のものであることが好ましい。このようなものであれば、特に良好なゴム的性質及び強度特性を有するものとなる。
また、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物が、光学素子封止用のものであることが好ましい。このようなものであれば、付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物が無色透明かつ低屈折率であるため、光学素子封止用として特に好適に用いることができる。
[光学素子]
また本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物の硬化物は、通常の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物と同様に耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れる。本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物から成る封止材によって封止される光学素子としては、例えば、LED、半導体レーザー、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、CCD等が挙げられる。このような光学素子は、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物を塗布し、塗布した組成物を公知の硬化方法により硬化させることによって封止させることが出来る。
図1は、本発明の光学素子の一例(発光半導体装置)を示す概略断面図である。図1に示される発光半導体装置(光半導体デバイス)10では、発光素子(光半導体素子)2はリード電極3、4を有する筐体1にダイボンド材5を用いて固定されている。発光素子2とリード電極3、4は金線6にて接続され、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物を光学素子封止用に用いて硬化させた封止樹脂7で封止されている。
このような光学素子であれば、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、かつ、可視光における屈折率が従来よりも低い、高透明、低屈折率かつ高強度である製品信頼性に優れた硬化物を与えることができる付加硬化型シリコーン樹脂組成物を用いているため、信頼性に優れたものとなる。
以下、合成例、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、オルガノポリシロキサン組成物及びその硬化物の特性は次のようにして測定した。
実施例及び比較例中の粘度は回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。屈折率はATAGO製デジタル屈折計RX−5000を用いて589nmの屈折率を25℃で測定した値(nD25)である。
[硬化物の硬さ及び引張り強さ]
組成物を150℃の熱風循環式オーブンで2時間加熱することにより硬化物を作製した。その後JIS−K6289に準じて測定した。
[硬化物の光透過率]
組成物を150℃の熱風循環式オーブンで2時間加熱することにより作製した、厚さ2mmの硬化物の波長400nmの光に対する透過率を25℃において分光光度計により測定した。
[光半導体パッケージ]
光半導体素子として、InGaNからなる発光層を有し、主発光ピークが450nmのLEDチップを、SMD3020パッケージ及びSMD5050パッケージ(I−CHIUN PRECISION INDUSTRY CO.,社製、樹脂部はPPA(ポリフタルアミド))にそれぞれ搭載しワイヤーボンディングした、図1に示すような構造の発光半導体装置(光半導体デバイス)10を光半導体パッケージとして使用した。ここで、図1中、上述の通り1が筐体、2が発光素子(光半導体素子)、3、4がリード電極、5がダイボンド材、6が金線、7が封止樹脂である。封止樹脂7の硬化条件は150℃、2時間である。
[耐クラック性]
発光半導体装置を5個作製し、作製した発光半導体装置5個を繰り返し−45℃、125℃(各15分間)の温度条件にし、100サイクル後にクラックが発生したLED数について、全てクラックしなかった場合は○、1つでもクラックが発生した場合は×とした(PKG試験)。すなわち、○であるときは耐クラック性に優れ、信頼性に優れることを意味する。
以下、合成例、実施例及び比較例を説明するが、下記例において、組成式における記号は以下の単位を示す。

:(CHSiO1/2
:H(CHSiO1/2
vi :(CH=CH)(CHSiO1/2
:(CHSiO2/2
:H(CH)SiO2/2
Vi :(CH=CH)(CH)SiO2/2
F1 :(CF−CH−CH)(CH)SiO2/2
F2 :[CF−(CF―CH−CH](CH)SiO2/2
F3 :[CF−(CF―CH−CH](CH)SiO2/2
:CHSiO3/2
F1 :(CF−CH−CH)SiO3/2
F3 :[CF−(CF―CH−CH]SiO3/2
:SiO4/2
[合成例1]
撹拌装置、冷却管、滴下ロート、及び温度計を備えた2000mlの4つ口フラスコに、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)トリメトキシシラン280.8g、メチルポリシリケート117.5g、ヘキサメチルジシロキサン32.4g、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン19.5g、イソプロピルアルコール24.0g及びメタンスルホン酸5.7gを入れ、撹拌混合した。そこへ水51.6gを滴下し、ヘキサフルオロメタキシレン1050gを加え、その後70℃で5時間加水分解反応を行った。そこへ50%水酸化カリウム水溶液9.3gを加え、昇温して低沸点成分を留去し、120℃で5時間縮合反応を行った。中和剤としてメタンスルホン酸3.0gを添加し、120℃で2時間中和処理を行った。冷却後、濾過をすることでオルガノポリシロキサンを得た。反応生成物をNMR、GPC等により分析した結果、このレジンは平均組成式MVi 2.110F3 であった。
[合成例2]
撹拌装置、冷却管、滴下ロート、及び温度計を備えた2000mlの4つ口フラスコに、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)トリメトキシシラン280.8g、メチルポリシリケート152.8g、ヘキサメチルジシロキサン32.4g、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン27.9g、イソプロピルアルコール49.4g及びメタンスルホン酸6.3gを入れ、撹拌混合した。そこへ水60.6gを滴下し、ヘキサフルオロメタキシレン1152gを加え、その後70℃で5時間加水分解反応を行った。そこへ50%水酸化カリウム水溶液10.2gを加え、昇温して低沸点成分を留去し、120℃で5時間縮合反応を行った。中和剤としてメタンスルホン酸3.3gを添加し、120℃で2時間中和処理を行った。冷却後、濾過をすることでオルガノポリシロキサンを得た。反応生成物をNMR、GPC等により分析した結果、このレジンは平均組成式MVi 13F3 であった。
[合成例3]
10Lのフラスコにメタノールを1183g、ビニルトリメトキシシランを930g、メチルビニルジメトキシシランを200g、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)トリクロロシランを2192g及びメタンスルホン酸を59g入れ、撹拌混合した。そこで水を429g滴下し、ヘキサフルオロメタキシレン4551gを加え、その後70℃で5時間加水分解反応を行った。そこで50%水酸化カリウム水溶液0.76gを加え、昇温して低沸点成分を留去し、120℃で5時間縮合反応を行った。中和剤としてメチルトリクロロシラン1.67g、酢酸カリウム7.3gをいれ、常温で12時間撹拌することで中和反応を行った。反応生成物をNMR、GPC等により分析した結果、このレジンは平均組成式DVi 1.7F3 5.07.5であった。
[合成例4]
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び温度計を備えた1Lの4つ口フラスコに、3,3,3−トリフルオロプロピル−トリメトキシシラン152.6g、テトラメトキシシラン35.3g、ヘキサメチルジシロキサン10.5g、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン20.9g、イソプロピルアルコール32g及びメタンスルホン酸2.8gを入れ、撹拌混合した。そこへ水34.8gを滴下し、ヘキサフルオロメタキシレン220gを加え、その後70℃で5時間加水分解反応を行った。そこへ50%水酸化カリウム水溶液4.6gを加え、昇温して低沸点成分を留去し、120℃で5時間縮合反応を行った。中和剤としてメタンスルホン酸1.5gを添加し、120℃で2時間中和処理を行った。冷却後、濾過をすることでレジンを得た。反応生成物をNMR、GPC等により分析した結果、このレジンは平均組成式M1.8Vi 3.24.3F1 10.0であった。
[実施例1]
(B)成分として合成例1で得られた反応生成物1を100質量部、(C)成分としてM F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン29.0質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、(D)成分として白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[実施例2]
(A)成分としてMVi F2 F1 12で表される粘度200mPa・sのオルガノポリシロキサン40質量部、(B)成分として合成例1で得られた反応生成物1を60質量部、(C)成分としてM F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン29.2質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、(D)成分として白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[実施例3]
(B)成分として合成例2で得られた反応生成物1を100質量部、(C)成分としてM F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン38.7質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、(D)成分として白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[実施例4]
(A)成分としてMVi F2 F1 12で表される粘度200mPa・sのオルガノポリシロキサン45質量部、(B)成分として合成例1で得られた反応生成物1を55質量部、(C)成分としてM F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン29.2質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、(D)成分として白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[比較例1]
合成例3で得られた反応生成物77.1質量部、M F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン11質量部とM F3 を5.4質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で15ppmとなる量。)。
[比較例2]
Vi F1 27で表される粘度2000mPa・sのオルガノポリシロキサン50質量部、合成例4で得られた反応生成物を50質量部、M 14F1 14で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン18.9質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[比較例3]
Vi F2 F1 12で表される粘度200mPa・sのオルガノポリシロキサン70質量部、合成例1で得られた反応生成物1を30質量部、M F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン29.3質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
[比較例4]
Vi 436で表される粘度5000mPa・sのオルガノポリシロキサン50質量部、MVi 1.27.410で表されるシリコーンレジン50質量部、M で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン4.5質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.5である。)。さらに、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で15ppmとなる量。)。
[比較例5]
Vi F2 F1 12で表される粘度200mPa・sのオルガノポリシロキサン50質量部、合成例1で得られた反応生成物1を50質量部、M F3 F1 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン29.2質量部、並びに1−エチニルシクロヘキサノール0.1質量部を均一に混合した(なお、上記組成物中のSiH炭素−炭素二重結合のモル比は1.0である。)。さらに、白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体と混合して組成物を得た(上記錯体の添加量は、該組成物において、上記錯体中の白金金属が質量単位で6ppmとなる量。)。
Figure 2020122035
表1に示されるように、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物を封止材料として使用した実施例1、2、3、4は屈折率が1.37以下と低く、透明性及び光透過性に優れ、特に引っ張り強さが優れたものであった。
一方、比較例1ではSiO4/2で示されるシロキサン単位を有さないレジンであり、引っ張り強さが実施例より劣っており、PKG試験での信頼性(耐クラック性)に劣っていた。比較例2では長鎖のフルオロアルキル基を含まず、屈折率値を満足することが出来なかった。比較例3、5ではSiO4/2で示されるシロキサン単位を有しているレジンを使用しているが、配合量が少ないために引っ張り強さが実施例よりも劣っていることに加え、クラックが発生し信頼性に劣っていることが分かる。比較例4はジメチルオルガノポリシロキサンであり、SiO4/2で示されるシロキサン単位を有し硬度・引張強さ高く耐クラック性にも優れるものの、屈折率が高く、また光透過率が実施例よりも劣っていた。
以上のことから、本発明の付加硬化型シリコーン樹脂組成物であれば、低屈折率で、透明性及び光透過性に優れ、かつ硬度と引っ張り強さが良好かつ信頼性に優れた硬化物を与えることができ、光学用途に好適となる付加硬化型シリコーン樹脂組成物を提供できることが明らかにされた。
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
1…筐体、 2…発光素子(光半導体素子)、 3、4…リード電極。
5…ダイボンド材、 6…金線、 7…封止樹脂、
10…発光半導体装置(光半導体デバイス)。
本発明者らは鋭意検討を行った結果、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン(ただし、は5以上の整数、は1以上の整数である)を、一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)よりも多い割合で導入することで、高透明、低屈折率かつ高強度のシリコーン硬化物が得られることを見出し、本発明に到達した。

Claims (7)

  1. (A)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン(ただし、mは0以上の整数、nは1以上の整数である。)0質量部以上50質量部未満、
    (B)一分子中に、2個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有し、かつSiO4/2で示されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン(ただし、oは5以上の整数、pは1以上の整数である)50質量部より多く100質量部以下、
    (但し、前記(A)成分及び前記(B)成分の合計は100質量部である。)
    (C)一分子中に珪素原子結合水素原子を2個以上有する有機珪素化合物:前記(A)、(B)成分の合計脂肪族不飽和基と前記(C)成分のSiH基とのモル比が、0.2≦SiH基/脂肪族不飽和基≦5.0となる量、
    (D)白金族金属系触媒:有効量、
    を含有するものであることを特徴とする付加硬化型シリコーン樹脂組成物。
  2. 前記(C)成分が、さらに一分子中に1個以上の珪素原子結合CF−(CF−(CH−基を有する(ただし、qは0以上の整数、rは1以上の整数である。)ものであることを特徴とする請求項1に記載の付加硬化型シリコーン樹脂組成物。
  3. 前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化して可視光(589nm)の屈折率(25℃)が1.37以下の硬化物を与えるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の付加硬化型シリコーン樹脂組成物。
  4. 前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化して25℃における波長300〜800nmの光透過率が、厚さ2mmの層状態で80%以上の硬化物を与えるものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の付加硬化型シリコーン樹脂組成物。
  5. 前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物は、硬化後の引張り強さが0.5MPa以上のものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  6. 前記付加硬化型シリコーン樹脂組成物が、光学素子封止用のものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のシリコーン樹脂組成物の硬化物で封止されたものであることを特徴とする光学素子。
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