JP5024878B2

JP5024878B2 - ポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用樹脂、およびそれを用いて得られる光半導体装置

Info

Publication number: JP5024878B2
Application number: JP2007306816A
Authority: JP
Inventors: 博之片山
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP2009127020A

Description

本発明は、光半導体素子封止用樹脂、およびそれを用いて得られる光半導体装置に関する。

近年の光半導体素子（例えば、LED）においては高輝度化への要求が強く、そのためにLEDに大電力を供給することによって所望する輝度を確保することが行われている。その結果、LED点灯時にLEDからの発熱量が増大して封止樹脂にもかなりの熱が加わることになる。そこで光半導体素子封止用樹脂として、耐熱性が良好なシリコーン樹脂が使用されている（特許文献１、特許文献２）。

一方、光取り出し効率の向上のためには、封止樹脂の屈折率を高くして光半導体素子の屈折率に近づけることが求められており、従来、光半導体素子封止用樹脂として用いられていたエポキシ樹脂よりも、屈折率が高いシリコーン樹脂を使用することが提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特開２００５−２２９０４８号公報特開２００６−３２４５９６号公報

本発明は、シリコーン樹脂と同程度の耐熱性を保持しながら、シリコーン樹脂より高い屈折率を有する光半導体素子封止用樹脂、および向上した光取り出し効率を有する、該樹脂を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置を提供することを課題とする。

即ち、本発明は、
〔１〕ケイ素化合物とホウ素化合物を反応させて得られるポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用材であって、ケイ素化合物が式（I）で表され、

（式中、R¹及びR²は、それぞれ独立してアルキル基又はフェニル基を示し、X¹及びX²は、それぞれ独立してアルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲンを示す）
使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²において、フェニル基が５０モル％以上であることを特徴とする光半導体素子封止用材、並びに
〔２〕〔１〕記載の光半導体素子封止用材を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置
に関する。

シリコーン樹脂と同程度の耐熱性を保持しながら、シリコーン樹脂より高い屈折率を有する光半導体素子封止用樹脂を実現することができ、向上した光取り出し効率を有する、該樹脂を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置を実現することができる。

本発明の光半導体素子封止用樹脂は、ケイ素化合物とホウ素化合物を反応させて得られるポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用樹脂であって、
ケイ素化合物が式（I）で表され、

（式中、R¹及びR²は、それぞれ独立してアルキル基又はフェニル基を示し、X¹及びX²は、それぞれ独立してアルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲンを示す）
使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²において、フェニル基が５０モル％以上であることを特徴とする。

式(I)中のＲ¹及びＲ²は、それぞれ独立してアルキル基又はフェニル基を示し、アルキル基の炭素数は、反応性、安定性、経済性の観点から、１〜１８が好ましく、１〜１２がより好ましく、１〜６がさらに好ましい。アルキル基は具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が例示される。なかでも、Ｒ¹及びＲ²がそれぞれ独立してメチル基もしくはフェニル基であることが好ましい。

式(I)中のＸ¹及びＸ²は、それぞれ独立してアルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲンを示し、アルコキシ基の炭素数は、反応性、安定性、経済性の観点から、1〜4が好ましく、1〜2がより好ましい。具体的には、メトキシ基、エトキシ基等が例示される。また、ハロゲンとしては、塩素、臭素が好ましい。なかでもメトキシ基が好ましい。

かかる式(I)で表されるケイ素化合物としては、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジヒドロキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニ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、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジイソプロピルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、Ｒ¹及びＲ²がメチル基、Ｘ¹及びＸ²がメトキシ基であるジメチルジメトキシシラン、Ｒ¹及びＲ²がフェニル基、Ｘ¹及びＸ²がメトキシ基であるジフェニルジメトキシシランが好ましい。

使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²において、フェニル基は、生成物の高屈折率化の観点から、５０モル％以上であり、好ましくは６０モル％以上、より好ましくは７０モル％以上、さらに好ましくは８０モル％以上であることが好ましい。ここで「使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²において、フェニル基が５０モル％以上である」とは、使用されるケイ素化合物中のR¹及びR²を構成する全ての種類のうち、フェニル基のモル数が、全てのR¹及びR²のモル数に対して５０モル％以上を占める、という意味である。

また、本発明の封止用樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記式(I)で表されるケイ素化合物以外の他のケイ素化合物をさらに用いて調製したものでもよいが、式(I)で表されるケイ素化合物の使用量は、耐熱性、透明性、耐光性の観点から、反応に供される混合物中に３０〜９５重量％が好ましく、５０〜９５重量％がより好ましく、６０〜９５重量％がさらに好ましい。

ホウ素化合物としては、従来からポリボロシロキサンの製造に用いられているものと同様のホウ素化合物が挙げられ、なかでも式(II)：

(式中、Ｙ¹、Ｙ²及びＹ³は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す)
で表されるホウ酸又はホウ酸エステル化合物であることが好ましい。

式(II)中のアルキル基の炭素数は、反応性、安定性、経済性の観点から、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜6、さらに好ましくは1〜3である。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が例示される。

式(II)で表される化合物としては、ホウ酸、ホウ酸メチル、ホウ酸エチル、ホウ酸イソプロピル等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、ホウ酸が好ましい。

なお、反応に供されるケイ素化合物とホウ素化合物の総重量比(ケイ素化合物／ホウ素化合物)は、耐熱性、透明性、耐光性の観点から９５／５〜３０／７０が好ましく、９５／５〜５０／５０がより好ましく、９５／５〜６０／４０がさらに好ましく、９５／５〜７０／３０がさらにより好ましい。

上記の化合物に加えて、他の成分を反応に供してもよく、例えば蒸留水を用いてもよい。蒸留水の使用量は、生成物の収率向上の観点から、反応に供される混合物中に０〜１０重量％が好ましく、０〜８重量％がより好ましく、０〜６重量％がさらに好ましい。

ケイ素化合物とホウ素化合物の反応は、例えば、不活性ガス雰囲気下、好ましくは60〜200℃の温度で、好ましくは２〜４８時間攪拌する条件下で行うことができる。なお、ケイ素化合物を複数用いる場合には、複数の化合物を一度に反応に供してもよいが、化合物の有する官能基により反応性が異なることから、化合物毎に分割して反応に供してもよい。

ケイ素化合物とホウ素化合物の反応後に、例えば、エバポレーターを用いた蒸発処理、または100〜200℃で1〜12時間、次いで200〜300℃で1〜24時間熱処理等を行って副生成物を留去して光半導体素子封止用樹脂を得ることができる。

上記のようにして得られた光半導体素子封止用樹脂は、例えば、１ｍｍ角のLED素子とそのLED素子より５ｍｍ離れた周囲に高さ４００μｍのリフレクターが装着された基板に樹脂を載せて０．５MPaの圧力で光半導体素子を封止することができる。

本発明において、該封止用樹脂の封止後の厚みは、光半導体素子保護の観点から、好ましくは５０〜５０００μｍ、より好ましくは１００〜４０００μｍであることが好ましい。

本発明の樹脂において波長633nmで測定した屈折率は、光取り出し効率向上の観点から、１．５０以上が好ましく、１．５５以上がより好ましい。なお、本明細書において、屈折率は、後述の実施例に記載の方法により測定される。

かくして得られるポリボロシロキサンを含む樹脂は、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイ、広告看板等に用いられる光半導体素子封止用樹脂として好適に使用し得るものである。

本発明は、上記で得られた光半導体素子封止用樹脂を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置に関する。

本発明の光半導体装置の光取り出し効率は、省エネルギーの観点から、１１５％以上が好ましい。なお、輝度は後述の実施例に記載の方法により測定され、本明細書において、光取り出し効率は以下の式で定義される。
光取り出し効率(％)＝（封止後の輝度／封止前の輝度）×100

以下の実施例は、本発明の態様をさらに記載するが、これらの実施例は例示のために示され、本発明を限定するものではない。

実施例１
ジフェニルジメトキシシラン28.10 g (0.115 mol)、ジメチルジメトキシシラン13.92 g (0.116 mol)、ホウ酸2.85 g (0.0460 mol)、および蒸留水2.9 mL (0.16 mol) の混合物を窒素雰囲気下、80 °Cで24時間撹拌した。得られた無色透明液体を室温まで冷却した後、ロータリーエバポレーターにて揮発成分を留去した。残った無色透明オイルを100 °Cで1時間、150 °Cで1時間、200 °Cで12時間熱処理して、ポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用樹脂28.54 g（収率86%）を得た。

次に、青色発光ダイオードが実装された基板を用意し、得られた光半導体素子封止用樹脂を、青色発光ダイオードを覆うように基板上に載せて、100 °Cの金型でプレスして、青色発光ダイオードを封止し、室温まで冷却した後に、金型を取り外すことにより、青色発光ダイオード装置を得た。

実施例２
ジフェニルジメトキシシラン6.00 g (24.5 mmol)、ジメチルジメトキシシラン1.04 g (8.66 mmol)、ホウ酸1.01 g (16.3 mmol)、および蒸留水0.15 mL (8.3 mmol)の混合物を窒素雰囲気下、80 °Cで24時間撹拌し、実施例１と同様に、ポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用樹脂5.35 g（収率88%）を得た後は実施例１と同様にして、青色発光ダイオード装置を得た。

実施例３
ジフェニルジメトキシシラン7.04 g (28.8 mmol)、ホウ酸0.891 g (14.4 mmol)、および蒸留水0.13 mL (7.2 mmol)の混合物を窒素雰囲気下、80 °Cで24時間撹拌し、実施例１と同様に、ポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用樹脂5.90 g（収率95%）を得た後は実施例１と同様にして、青色発光ダイオード装置を得た。

比較例１
封止樹脂にシリコーンエラストマー（ELASTOSIL RT601、旭化成ワッカーシリコーン社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、青色発光ダイオード装置を得た。

上記で得られた各樹脂または装置は以下の各評価に従って調べられ、その結果を表１に示す。

（屈折率）
各実施例及び比較例の樹脂について、プリズムカップラー（SPA-4000；サイロン社製）を用いて屈折率を25℃, 633 nmで測定した。

（光取り出し効率）
得られた青色発光ダイオード装置を発光させ、輝度をMCPD（瞬間マルチ測光システムMCPD-3000、大塚電子社製）で測定した。光取り出し効率は、式：光取り出し効率(％)＝（封止後の輝度／封止前の輝度）×100で表される。

1)使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²におけるフェニル基のモル％

上記の結果により、光半導体素子封止用樹脂は、シリコーン樹脂と同程度の耐熱性を保持しながら、シリコーン樹脂よりも良好な屈折率を有していることが分かる。また、該樹脂を用いて封止してなる光半導体装置は良好な光取り出し効率を有していることが分かる。

光半導体素子封止用樹脂は、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイ、広告看板等に好適に用いられる。

Claims

ケイ素化合物とホウ素化合物を反応させて得られるポリボロシロキサンを含む光半導体素子封止用材であって、ケイ素化合物が式（I）で表され、

（式中、R¹及びR²は、それぞれ独立してアルキル基又はフェニル基を示し、X¹及びX²は、それぞれ独立してアルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲンを示す）
使用されるケイ素化合物中の全てのR¹及びR²において、フェニル基が５０モル％以上であることを特徴とする光半導体素子封止用材。
ホウ素化合物が式（II）で表されるホウ酸又はホウ酸エステル化合物である、請求項１記載の光半導体素子封止用材。

（式中、Y¹、Y²及びY³は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す）
波長633nmで測定した屈折率が1.50以上である、請求項１又は２記載の光半導体素子封止用材。
請求項１〜３いずれか記載の光半導体素子封止用材を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置。
光取り出し効率が１１５％以上である、請求項４記載の光半導体装置。