JP5015571B2 - 発光ダイオード素子用紫外線硬化型シリコーン組成物 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の保護、接着、波長変更・調整、レンズ材料に好適な発光ダイオード素子用シリコーン樹脂組成物に関する。

従来、発光ダイオード素子の封止材料としては、一般的にエポキシ樹脂が用いられている。シリコーン樹脂を発光ダイオード素子の材料に使用することは、特許文献１、特許文献２などにレンズ材料として、特許文献３には波長調整用コーティングとして試みが記載されているが、実際の使用例は少ない。

一方、白色ＬＥＤが注目される中で、エポキシ樹脂系封止材や加熱硬化型シリコーン樹脂は実際の使用中に紫外線などにより黄変が起ったり、小型化に伴う発熱量の増加によりクラックが発生しやすくなるなどの新たな問題が生じてきた。

特開平１０−２２８２４９号公報 特開平１０−２４２５１３号公報 特開２０００−１２３９８１号公報 特開平１１−１６１９号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、透明性に優れ、経時による変色の少ない硬化物を与える発光ダイオード（ＬＥＤ）素子用シリコーン樹脂組成物を提供することを目的とする。

そこで本発明者らは鋭意検討を行った結果、上記の課題が、
（Ａ）一般式（１）：

（１）

（式中、ｍは0、1又は2の整数、R¹は水素原子、フェニル基又はハロゲン化フェニル基、R²は水素原子又はメチル基、R³は１価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基、Z¹は−R⁴−、−R⁴O−、又は、−R⁴(CH₃)₂SiO−（ここで、R⁴は２価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基）で表される２価の基、Z²は酸素原子、又は、２価の同一若しくは異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基である。）
で表される構造を分子中に少なくとも1つ有するオルガノポリシロキサン 100質量部、及び、

（Ｂ）光重合開始剤0.01〜10質量部
を含有する発光ダイオード素子用紫外線硬化型シリコーン組成物により解決することができることを見出した。

即ち、上記組成物は、硬化により耐熱性、耐変色性に優れた透明硬化物を与える。したがって、この組成物は発光ダイオード素子用として好適であり、該素子の保護（封止）、接着、波長変更・調整の材料、及びレンズ材料として有用である。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。なお、以下の説明において、ポリスチレン換算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て測定したものである。

−（Ａ）成分−
（Ａ）成分としては、一般式（１）：

（１）

（式中、ｍは0、1又は2の整数、R¹は水素原子、フェニル基又はハロゲン化フェニル基、R²は水素原子又はメチル基、R³は１価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基、Z¹は−R⁴−、−R⁴O−、又は、−R⁴(CH₃)₂SiO−（ここで、R⁴は２価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基）で表される２価の基、Z²は酸素原子、又は、２価の同一若しくは異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基である。）
で表される構造を分子中に少なくとも1つ有するオルガノポリシロキサンが使用される。

一般式（１）において、Ｒ³で示される炭素原子１〜１０の一価有機基としては、通常、炭素原子数１〜１０、好ましくは１〜８程度のものが挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基；ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基などの炭化水素基；これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換した置換炭化水素基、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基、シアノエチル基等が挙げられ、さらにこれらの置換または非置換の炭化水素基において炭化水素鎖の一部にエーテル結合（エーテル性酸素原子）、アミド結合などを含むものも包含される。

Ｒ^４又はＺ^２表される２価の炭素原子数1〜10の有機基の例としては、２価の置換また非置換の炭化水素基、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基等のアルキレン基等が挙げられ、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部はフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換されていてもよく、さらに、これらの炭化水素鎖中にエーテル結合、アミド結合等を含むものも包含される。

上記一般式（１）においては、
Ｚ¹が−R⁴−で表される２価の有機基であるときは、Ｚ²は酸素原子であることが好ましく、
Ｚ¹が−R⁴O−又は−R⁴(CH₃)₂SiO−で表される２価の基であるときは、Ｚ²は２価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基であることが好ましい。

上記一般式（１）で表される構造は、好ましい一実施形態において、下記一般式（２）：

（２）
（式中、ｍ、R¹、R²、R³及びR⁴は一般式（１）に関して定義の通りである。）
で表される構造として存在する。この一般式（２）の具体例としては、

等が挙げられる。

（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、分子中に存在する全シロキサン単位に対してＳｉＯ₂単位を平均で０．１ｍｏｌ％以上であることが好ましく、１〜５０ｍｏｌ％であることがより好ましい。

以下に（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンを例示する。
（ａ−１）

（ａ−２）

（ａ−３）
下記のＭＡ単位とＭ単位とＱ単位とからなり、これら単位のモル比がＭＡ：Ｍ：Ｑ＝1：4：6であって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5000であるオルガノポリシロキサン、
・ＭＡ単位：

・Ｍ単位：

・Ｑ単位：

（ａ−４）
下記のＭＡ−Ｄ単位とＤ単位とＴ単位とからなり、モル比がMA-D：D：T＝2：6：7であって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3500であるオルガノポリシロキサン。
・ＭＡ−Ｄ単位：

・Ｄ単位：

・Ｔ単位：

これらのオルガノポリシロキサンは（Ａ）成分として一種単独でも二種以上組合わせて使用することもできる。

−（Ｂ）成分−
（Ｂ）成分の光重合開始剤としては、アクリル系官能基の光硬化に使用されるものとして公知のものをいずれも使用することができる。例えば、ベンゾインおよび置換ベンゾイン(例えば、アルキルエステル置換ベンゾイン)、ミカエル(Michler's)ケトン、ジエトキシアセトフェノン(“ＤＥＡＰ”)のようなジアルコキシアセトフェノン、ベンゾフェノンおよび置換ベンゾフェノン、アセトフェノンおよび置換アセトフェノン、キサントンおよび置換キサントンなどである。望ましい光重合開始剤の具体例としては、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ジエトキシキサントン、クロロ-チオ-キサントン、アゾビスイソブチロニトリル、N-メチルジエタノールアミンベンゾフェノン、およびこれらの混合物がある。可視光線開始剤も用いることができ、その例としては、カムホキノンパーオキシエステル開始剤および非フルオレン-カルボン酸パーオキシエステルがある。とりわけ望ましい光重合開始剤は、DEAPである。

光重合開始剤は商業的にも入手でき、例えば、ニューヨーク州タリータウンのCiba Specialty Chemicals社からIRGACUREおよびDAROCURの商品名で入手することができる。具体的には、例えば、IRGACURE 184 (1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、907 (2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン)、369 (2-ベンジル-2-N,N-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-1-ブタノン)、500 (1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンとの組合せ)、651 (2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン)、1700 (ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル-2,4-,4-トリメチルフェニル)ホスフィンオキサイドと2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンとの組合せ)および819 [ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド]；DAROCUR 1173 (2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパン)および4265 (2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニル-ホスフィンオキサイドと2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンとの組合せ)があり、可視光線(青色)光重合開始剤としては、d1-カムホルキノンおよびIRGACURE 784DC (ビス(η^５-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス[2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)フェニル]チタン)がある。

（Ｂ）成分である光重合開始剤の配合量は、通常、（Ａ）成分100質量部に対して0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部である。

光重合開始剤は、開始剤同士を反応させ結合させたポリマーでもあり得る。そのような光重合開始剤は、米国特許第4,477,326号および第4,587,276号に記載されている。パーオキシ開始剤のような他のフリーラジカル開始剤も（Ｂ）成分と併用可能である。

−その他の成分−
本発明の組成物には、必要に応じて、本発明の目的、効果を害さない範囲でその他の成分を配合することができる。
・反応性希釈材：
組成物の粘度や硬化物の硬度を調整する等の目的で、シリコーンを含む反応性希釈剤や、シリコーンを含まない反応性希釈剤を添加することが出来る。

シリコーンを含む反応性希釈剤としては、以下の化学式で例示されるオルガノポリシロキサンが挙げられ、１種単独でも二種以上を組合わせて使用することができる。

（式中、l=18、m=180）、

（式中、l=20、m=180）、

（式中、l=18、m=180）

シリコーンを含まない反応性希釈剤としては、H₂C=CGCO₂R⁵によって示されるような（メタ）アクリレート類があり、上記式中、Gは、水素、ハロゲン、または炭素原子数1〜約4個のアルキルであり；R⁵は、炭素原子数1〜約16個のアルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニル、アルカリル、アラルキルまたはアリール基から選ばれ、これらのいずれかは、必要に応じ、シラン、ケイ素、酸素、ハロゲン、カルボニル、ヒドロキシル、エステル、カルボン酸、尿素、ウレタン、カルバメート、アミン、アミド、イオウ、スルホネート、スルホン等で置換または封鎖し得る。

反応性希釈剤としてとりわけ望ましい(メタ)アクリレート類のより具体的な例としては、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノール-A(メタ)アクリレート(“ＥＢＩＰＡ”または“ＥＢＩＰＭＡ”)のようなビスフェノール-Aジ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフラン(メタ)アクリレートおよびジ(メタ)アクリレート、シトロネリルアクリレートおよびシトロネリルメタクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート(“ＨＤＤＡ”または“ＨＤＤＭＡ”)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラヒドロジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート(“ＥＴＴＡ”)、トリエチレングリコールジアクリレートおよびトリエチレングリコールジメタクリレート(“ＴＲＩＥＧＭＡ”)、並びに、イソボルニルアクリレートおよびイソボルニルメタクリレートがある。もちろん、これらの(メタ)アクリレート類の二種以上の組合せも反応性希釈剤として使用できる。

反応性希釈剤を使用する場合には （Ａ）成分100質量部に対して0.05〜240質量部配合すればよい。

・改質剤：
本発明の組成物は、特定の用途において所望されるような硬化または未硬化特性を改変させる他の成分も含ませ得る。例えば、(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリアルキル-またはトリアリル-イソシアヌレート、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のような接着促進剤を、約5質量％までの量で含ませ得る。

また、約30重量％までの量で非(メタ)アクリルシリコーン希釈剤または可塑剤を添加することができる。非(メタ)アクリルシリコーン類としては、２５℃において100〜500ｍＰａ・ｓの粘度を有するトリメチルシリル末端化オイル、およびシリコーンゴムである。非(メタ)アクリルシリコーン類は、ビニル基のような共重合性基を含んでもよい。

・無機充填剤：
この組成物には、目的とする透明性を失わない量の無機充填剤を添加しても良い。すなわち、ヒュームドシリカのような補強用シリカ類であってもよいし、それは未処理のまま(親水性)でも、処理して疎水性にしたものでもよい。いずれの補強用ヒュームドシリカも使用できる。

−調製及び硬化−
本発明は、組成物の調製方法も提供し、その方法の各工程は、上述の各成分を使用し、一緒に混合することを含む。
本発明の組成物から得られる硬化物の物理特性は、一般式（１）の反応性シリコーンの分子量、使用する硬化方法に依存する。一般に、反応性シリコーンの分子量が大きいほど、より軟質の硬化反応生成物を与える。
本発明組成物を硬化させるのに有用なUV線源としては、種々の紫外線波長帯域において紫外線エネルギーを発出するように設計された通常の水銀蒸気ランプが挙げられる。例えば、有用なUV線波長範囲は、220〜400 nmである。

以下、本発明の実施例、参考例、比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［実施例１〜２、参考例１］

下記（Ａ）成分および（Ｂ）成分を用意し、表１に示す組成のシリコーン組成物を調製した。得られた組成物を硬化条件：日本電池社製コンベアタイプＵＶ照射装置にて高圧水銀灯（80W/cm）、高圧水銀灯から被照射試料までの距離10cm、コンベア移動速度、即ち、試料の速度1m/minの条件で高圧水銀灯下を通過させる工程を３回行って紫外線の照射を３回行い、厚み３ｍｍの硬化物を得た。その硬化物の硬さ・透過率を下記方法で評価した。結果を表2に示す。

硬さ：ＪＩＳ６２４９の規定に順じて、島津製作所製デュロメータタイプAにより測定した。

光透過率：作成した硬化物の試料の光透過率を分光光度計（日立製作所製U-3310）を用いて４００ｎｍの波長で測定し初期値とした。次にその試料を１５０℃の乾燥機内に暴露した状態で５００時間処理後の光透過率を測定した。

〔（Ａ）成分〕
（Ａ−１）
下記のＭＡ単位とＭ単位とＱ単位とからなり、これら単位のモル比がＭＡ：Ｍ：Ｑ＝1：4：6であって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5000であるオルガノポリシロキサン、
・ＭＡ単位：

・Ｍ単位：

・Ｑ単位：

（Ａ−２）

（Ａ−３）
下記のＭＡ−Ｄ単位とＤ単位とＴ単位とからなり、モル比がMA-D：D：T＝2：6：7であって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3500であるオルガノポリシロキサン。
・ＭＡ−Ｄ単位：

・Ｄ単位：

・Ｔ単位：

〔（Ｂ）成分〕
（Ｂ）ジエトキシアセトフェノン

［比較例１］
（Ｃ_６Ｈ_５）ＳｉＯ_３／２単位、（ＣＨ_２＝ＣＨ）（ＣＨ_３）ＳｉＯ_２／２単位及び（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ_２／２単位からなり、平均組成が、
（ＣＨ_３）_０．６５（Ｃ_６Ｈ_５）_０．５５（ＣＨ_２＝ＣＨ）_０．２５ＳｉＯ_１．２８
で示されるオルガノポリシロキサン樹脂共重合体（シリコーンレジン）１００質量部
に対して、ケイ素原子に結合したメチル基、フェニル基、水素原子（ＳｉＨ基）の合計に対してフェニル基を２０モル％有する水素ガス発生量が１５０ｍｌ／ｇである２５℃において粘度１０ｍＰａ・ｓのフェニルメチルハイドロジェンシロキサンを２０質量部、
エチニルシクロヘキサノールを０．２質量部、この混合物に白金触媒を白金原子として２０ｐｐｍ添加して組成物を調製した。この組成物をガラス板で組んだ型の中に３ｍｍ厚になるよう流し込み、１２０℃で３０分加熱して硬化させた。得られた硬化物を型より脱型後、１８０℃の乾燥機内で２時間ポストキュアーを行い、サンプルを得た。

［比較例２］
（Ｃ_６Ｈ_５）ＳｉＯ_３／２単位、（ＣＨ_２＝ＣＨ）（ＣＨ_３）ＳｉＯ_２／２単位及び（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ_２／２単位からなり、平均組成が、
（ＣＨ_３）_０．６５（Ｃ_６Ｈ_５）_０．５５（ＣＨ_２＝ＣＨ）_０．２５ＳｉＯ_１．２８
で示されるオルガノポリシロキサン樹脂共重合体（シリコーンレジン）の１００質量部に対して、ケイ素原子に結合したメチル基、フェニル基、水素原子（ＳｉＨ基）の合計に対してフェニル基を２０モル％有する水素ガス発生量が１５０ｍｌ／ｇである２５℃において粘度１０ｍＰａ・ｓのフェニルメチルハイドロジェンシロキサンを２０質量部、ケイ素原子に結合したメチル基、フェニル基、水素原子（ＳｉＨ基）の合計に対してフェニル基を１０モル％有する水素ガス発生量が１２０ｍｌ／ｇである２５℃において粘度２０ｍＰａ・ｓのフェニルメチルハイドロジェンシロキサンを１０質量部、エチニルシクロヘキサノールを０．２質量部、白金触媒を白金原子として２０ｐｐｍ添加して組成物を調製した。この組成物を比較例１と同様の型に流し込み、１２０℃で３０分加熱して硬化させた。得られた硬化物を型より脱型後、１８０℃の乾燥機内で２時間ポストキュアーを行い、サンプルを得た。

比較例１、２で得られた硬化物について、実施例１、２と同様にして硬さ、透過率（初期値及び１５０℃×５００時間加熱処理後）を測定した。結果を表２に示す。

本発明の発光ダイオード素子用シリコーン樹脂組成物は、発光ダイオード素子の保護、接着、波長変更・調整、レンズ材料に好適に使用することができる。

Claims (4)

1. （Ａ）一般式（１）：
   

   

   （１）
   （式中、ｍは0、1又は2の整数、R¹は水素原子、フェニル基又はハロゲン化フェニル基、R²は水素原子又はメチル基、R³は１価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基、Z¹は−R⁴−、−R⁴O−、又は、−R⁴(CH₃)₂SiO−（ここで、R⁴は２価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基）で表される２価の基、Z²は酸素原子、又は、２価の同一若しくは異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基である。）
   で表される構造を分子中に少なくとも1つ有するオルガノポリシロキサンであって、全シロキサン単位に対してＳｉＯ₂単位を平均で１〜５０ｍｏｌ％有する該オルガノポリシロキサン 100質量部、及び、
   （Ｂ）光重合開始剤0.01〜10質量部
   を含有する発光ダイオード素子用紫外線硬化型シリコーン組成物。
2. （Ａ）成分のオルガノポリシロキサンを表す一般式（１）において、
   Ｚ¹が−R⁴−で表される２価の有機基であるとき、Ｚ²は酸素原子であり；
   Ｚ¹が−R⁴O−又は−R⁴(CH₃)₂SiO−で表される２価の基であるとき、Ｚ²は２価の同一又は異なってもよい炭素原子数1〜10の有機基である、
   請求項１に係る紫外線硬化型シリコーン組成物。
3. （Ａ）成分のオルガノポリシロキサンが、前記一般式（１）で表される構造を下記一般式（２）：
   

   

   （２）
   （式中、ｍ、R¹、R²、R³及びR⁴は請求項１において定義の通りである。）
   として有する請求項１に係る組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物に紫外線を照射して硬化させることにより得られた硬化物。