JP5739380B2 - 硬化性樹脂組成物、その硬化物及びそれを用いた光半導体デバイス - Google Patents

硬化性樹脂組成物、その硬化物及びそれを用いた光半導体デバイス Download PDF

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Description

本発明は、光学デバイス・光学部品用材料、電子デバイス・電子部品用絶縁材料、コーティング材料等として有用な硬化性樹脂組成物、その硬化物及び光半導体デバイスに関する。
一般にLED(light−emitting diode)に代表される光半導体デバイスは、消費電力が低く、長寿命であるという特徴から、携帯電話用バックライト、液晶テレビ用バックライト、自動車用照明、照明器具及び看板などの幅広い用途で使用されるようになっている。
一般に光半導体デバイスの発光特性は、光波長変換材料(以下蛍光体と呼ぶ)と光半導体素子との組合せから決定され、混入する蛍光体の重量比によって種々目的の演色性の光半導体デバイスを得ることが可能である。しかしながら、このような光半導体デバイスの製造において、安定した演色性の発光装置を連続して作製することが困難であった。具体的な例では、透明性の高い硬化性樹脂組成物に蛍光体が添加された封止剤を、光半導体素子が実装、ワイヤーボンドされた凹形状を有するパッケージ基板に、ディスペンス装置を使って所定量を充填後、硬化することで製造されているが、この工程において、添加された蛍光体は、硬化性樹脂組成物に比べ比重が大きいため、時間の経過と共に前記封止剤が充填された容器の下方に自重で沈降してしまう。このことは、一般的な蛍光体は約4〜6g/cmの密度で20μm以下の平均粒径を有した材料であり、硬化性樹脂組成物は約1g/cmの密度であるため、製造プロセスの封止工程時間中に経時で蛍光体が沈殿することは容易に理解できる。従って、パッケージ基板に蛍光体を混入した封止剤を充填する際、製造初期と製造後期では、蛍光体の分散状態に変化が生じ、製造初期では封止剤中の蛍光体含有量が多く、製造後期では封止剤中の蛍光体含有量が少なくなる現象が生じる。蛍光体含有量の多少は、光変換される光の量と直結するため、当初設計した演色性にばらつきが生じ、安定した特性の製品が得られないという問題が生じている。
前記課題を解決する例として、特許文献1では、熱硬化性樹脂組成物に平均粒径が0.1〜100μmのシリコーンゴム球状微粒子を添加している。しかしながら、本方法では、シリコーンゴム球状微粒子自身、及び表面の処理剤などが、耐熱性、耐光性に劣る場合が多く、問題であった。更に、特許文献2では、平均粒径が1nm以上25nm以下のナノ粒子を、ナノ状態で分散させる方法により、蛍光体の沈降を妨げる方法などが提案されている。
しかしながら、上記提案されているこれらの方法では、比較的高粘度の硬化性樹脂組成物に対しては蛍光体の沈降防止としての効果が得られるものの、低粘度の硬化性樹脂組成物に対しては効果が得られず、依然、設計した演色性にばらつきが生じ、安定した特性の製品が得られないという問題が続いている。
即ち、低粘度の硬化性樹脂組成物を用いて蛍光体を分散した封止剤をパッケージ基板に充填する際、製造初期と製造後期で、蛍光体の分散状態に変化がなく、製造初期と製造後期で同量の蛍光体を含有し、安定した演色性を維持できる光半導体デバイス用硬化性樹脂組成物が求められている。
特許第4591690号公報 特表2005−524737号公報
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、低粘度の硬化性樹脂組成物を用いて無機蛍光体粒子を分散してなる封止剤をパッケージ基板に充填する際においても、製造初期と製造後期で無機蛍光体粒子の分散状態に変化がなく、具体的には製造初期と製造後期で同量の無機蛍光体粒子を含有し、演色性を安定的に維持することの出来る硬化性樹脂組成物、その硬化物及び光半導体デバイスを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明によれば、
少なくとも、無機蛍光体粒子と1nm以上〜100nm未満の1次径ナノ粒子が添加された硬化性樹脂組成物であって、前記ナノ粒子は、体積換算Q3で平均粒径が100nm以上20μm以下の2次凝集粒子の形態で分散されているものであることを特徴とする硬化性樹脂組成物を提供する。
このような硬化性樹脂組成物は、ナノ粒子が二次凝集した状態で硬化性樹脂組成物中に存在することで、無機蛍光体粒子が重力に従って移動しようとする力を効果的に阻害し、沈降を防ぐことが出来る。このことにより、ディスペンス工程が長時間に及ぶ場合であっても、ディスペンス工程の初期と後期での、LEDデバイス中の無機蛍光体粒子をほぼ同量とする事が可能となり、封止剤の取り扱い性を高めることができる。
また、前記硬化性樹脂組成物が、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及び変性エポキシ樹脂の少なくとも1種を含み、かつ前記硬化性樹脂組成物の室温における粘度が100mPa・s以上10000mPa・s以下であることが好ましい。
このような硬化性樹脂組成物であれば、より一層、無機蛍光体粒子の沈降防止作用の効果を得ることができる。
また、前記硬化性樹脂組成物が、シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂を含むものであることが好ましい。
このような硬化性樹脂組成物であれば、発光ダイオード、LED素子封止材料等の光学用コーティング材料として有用である。
更に、前記硬化性樹脂組成物は、
(A)下記一般式(1)で表される構造を有する化合物:
Figure 0005739380
(式中、Rは脂肪族不飽和基であり、Rは同種または異種の、非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、Arは同種または異種の、ヘテロ原子を有してもよいアリール基であり、nは1以上の整数である。)
(B)下記平均組成式(2)で表される構造を有する化合物:
SiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、Rは、互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の、ケイ素原子に結合した一価炭化水素基(但し、脂肪族不飽和基を除く)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を満足する正数である。)
(C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
を含む硬化性シリコーン組成物であることを特徴とする硬化性樹脂組成物であることが好ましい。
前記(A)成分の一般式(1)中のRに脂肪族不飽和基を有することで、付加反応開始前は、本発明組成物を未硬化の状態に安定に維持することができ、かつ、付加反応開始後には該組成物を容易に硬化させることができる。また、(B)成分は、(A)成分とヒドロシリル化付加反応し、架橋剤として作用することができる。(C)成分を有することで、(A)成分と(B)成分のヒドロシリル化付加反応を促進することができる。
また、前記一般式(1)で示される(A)成分において、Arがフェニル基であり1≦n≦100であることが好ましい。
このように(A)成分において、一般式(1)中のArは非置換の芳香族炭化水素基であることが好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
また、前記硬化性樹脂組成物は更に、下記(D)成分を含む硬化性樹脂組成物であることが好ましい。
(D)下記平均組成式(3)で表される構造を有する化合物:
(CSiO(4−c−d)/2(3)
[式中、Rは、同一又は異なり、置換もしくは非置換の、一価炭化水素基又はアルコキシ基及び水酸基のいずれかであり、全Rのうち0.1〜80mol%がアルケニル基であり、c,dは1≦c+d≦2、0.20≦d/(c+d)≦0.95を満たす正数である。]
このような前記(D)成分を有することで、好ましい樹脂組成物の硬化物の硬度を得ることができる。
そして前記硬化性樹脂組成物は、
(E):(X)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する有機ケイ素化合物と、(Y)ヒドロシリル化反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素化合物との付加反応生成物であって、かつ、ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素基含有有機ケイ素化合物、
(F):ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に3個以上有するシロキサン化合物又は有機変性シロキサン化合物及び両者の組み合わせのいずれか、
(C):白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
を含む硬化性変性シリコーン組成物であることが好ましい。
前記の硬化性変性シリコーン組成物であれば、透明性、耐熱性、耐光性を有するため、発光ダイオード、LED素子封止材料等の光学用コーティング材料として有用である。
前記(E)成分中の(X)成分が下記一般式(4)で表される有機ケイ素化合物であることが好ましい。
Figure 0005739380
[式中のAは、下記一般式(5):
Figure 0005739380
(式中、R’は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6のアルコキシ基であり、nは0〜100の整数である)
で表される基、および下記構造式(6):
Figure 0005739380
で表される基から成る群から選ばれる2価の基であり、
R”は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6アルコキシ基である]
このような(X)成分は、(E)成分の原料として特に有用であり、また、上記R”およびR’の全てがメチル基であれば、工業的に製造し易く、容易に入手できる。
前記(Y)成分の多環式炭化水素化合物が、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンまたは前記両者の組み合わせであることが好ましい。
前記のような付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素であれば、ヒドロシリル化反応による付加反応が行われる。
(F)成分が、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンであることが好ましい。
このような(F)成分中のSiHが、上記(E)成分の1分子中に少なくとも2個有する付加反応性炭素−炭素二重結合とヒドロシリル化反応により付加し、3次元網状構造の硬化物を与えることができる。
また、前記(F)成分が、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンまたは前記両者の組み合わせと、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの付加反応生成物であることが好ましい。
このような(F)成分であれば、(E)成分の1分子中に少なくとも2個有する付加反応性炭素−炭素二重結合とヒドロシリル化反応を行うのに特に有用である。
さらに本発明では、前記硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物を提供する。
本発明の硬化性樹脂組成物であれば、低粘度の硬化性樹脂組成物であっても無機蛍光粒子の沈降を防止することができる。
また、本発明では、前記硬化性樹脂組成物の硬化物を使用した光半導体デバイスを提供する。
前記硬化物からなる封止剤をパッケージ基板に充填することで、安定して演色性を維持する光半導体デバイスを提供できる。
以上説明したように、本発明の硬化性樹脂組成物は、低粘度の硬化性樹脂組成物に無機蛍光体粒子を分散した封止剤をパッケージ基板に充填する場合であっても、製造初期と製造後期で同量の無機蛍光体粒子を含有し、安定して演色性を維持することができる硬化性樹脂組成物として有用である。
本発明光半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
前述のように、低粘度の硬化性樹脂組成物を用いて無機蛍光体粒子を分散した封止剤をパッケージ基板に充填する際にも、製造初期と製造後期で同量の無機蛍光体粒子を含有することによって、演色性を維持出来る光半導体デバイス用硬化性樹脂組成物が求められていた。
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、少なくとも、無機蛍光体粒子と1nm以上〜100nm未満の1次径ナノ粒子が添加された硬化性樹脂組成物であって、前記ナノ粒子は、体積換算Q3で平均粒径が100nm以上20μm以下の2次凝集粒子の形態で分散されているものであることを特徴とする硬化性樹脂組成物が本発明の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
以下、本発明について詳細に説明する。尚、本明細書において、「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積基準の積算値50%での粒径を意味する。
本発明は、光変換用に添加される無機蛍光体粒子が沈降することを防止する目的として、1次粒子における平均粒径が1nm以上100nm未満の大きさのナノ粒子が添加された、主に光半導体デバイス用に用いられる硬化性樹脂組成物であって、前記ナノ粒子が硬化性樹脂組成物中において平均粒径が100nm以上20μm以下に二次凝集した形態で存在するものであることを特徴とする。
このように、ナノ粒子が二次凝集した状態で硬化性樹脂組成物中に存在することで無機蛍光体粒子が重力に従って移動しようとする力を効果的に阻害し、沈降を防ぐことが出来る。このことにより、ディスペンス工程が長時間におよぶ場合であっても、ディスペンス工程の初期と後期でのLEDデバイス中の無機蛍光体粒子をほぼ同量とする事が可能となり、封止剤の取り扱い性を高めることができる。
前記ナノ粒子の一次粒子径は1nm以上100nm未満であり、より好ましくは、5nm以上50nm以下である。一次粒子径が100nm以上では、光半導体より発せられる光の散乱が起こり、光半導体デバイスとしたときの輝度低下の原因となるため好ましくない。1nm未満では、添加の際の取り扱い性が難しく、更に、二次凝集粒子の粒径制御が困難となる。
本発明では、前記範囲の一次粒子径を備えたナノ粒子を硬化性樹脂組成物に添加した際に、硬化性樹脂組成物中においてナノ粒子が体積換算Q3で二次凝集粒子の平均粒径が100nm以上20μm以下の形態で分散していることを最大の特徴とする。より好ましくは、100nm以上10μm以下である。二次凝集粒子の平均粒子径が100nm未満であると、無機蛍光体粒子の沈降防止作用の効果が得られず、色ばらつきの原因となるために好ましくない。また、20μmを超えると、二次凝集粒子の粒子径が大きいために、ディスペンス作業で使用するノズルが詰り、封止剤中の無機蛍光体粒子の含有量のばらつきの原因となるため好ましくない。
硬化性樹脂組成物中で、前記範囲の粒径を有する二次凝集粒子の形態は、後述のナノ粒子と硬化性樹脂組成物とを組み合わせて分散することで得ることが出来る。硬化性樹脂組成物にナノ粒子を分散する方法には、公知の方法を用いることが出来、特に制限はない。例えば、種々形式のミキサーによる混合、自公転式攪拌機による混合、ロールを用いた混練り等が挙げられる。攪拌の際に、脱泡を目的として、攪拌系内を真空としてもよい。好ましくは、簡便な、真空引き機能を備えた自公転式攪拌機による混合である。予め目的の粒径に二次凝集させたナノ粒子を分散してもよい。
前記ナノ粒子の例を次に挙げるが、これらに限定されるわけではない。
目的とする製品における、種々形状・比重を有する無機蛍光体粒子の沈降防止効果が得られるように、硬化性樹脂組成物中で適度に凝集した二次粒子(Q3で平均粒径が100nm以上20μm以下)が得られるように選択すればよく、更に、目的に応じた屈折率のナノ粒子を用いればよい。例えば、シリカであれば、ヒュームドシリカ、溶融シリカ等の乾式法で製造されたシリカや、コロイダルシリカ、ゾルゲルシリカ、沈殿シリカ等の湿式法で製造されたシリカが挙げられる。その他、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムが挙げられる。なかでも、揮発成分が少なく、高い透明性が得られるヒュームドシリカやアルミナが好適に用いられる。
ナノ粒子はいずれの形も取ることができ、例えば球体状、フレーク状、針状又は平板状の形を取ることができる。好ましくは二次凝集の形態をとりやすい球体状である。
ナノ粒子の添加量は、無機蛍光体粒子の沈降防止作用の効果が得られれば特に制約はないが、好ましくは硬化性樹脂組成物100質量部に対して、前記ナノ粒子50質量部以下が好ましく、より好ましくは20質量部以下である。前記の添加量であればディスペンス工程中のノズル詰りの原因となる恐れがなくなる。
上記ナノ粒子は、二次粒子径を制御する目的として、シランカップリング剤によって表面処理されていてもよい。ナノ粒子の表面が表面処理されることによって、二次粒子の凝集性が低下し、小粒径の二次粒子を得ることが出来る。従って、目的とする光半導体デバイスにおける、種々形状・比重を有する無機蛍光体粒子の沈降防止効果が得られるように、適度に凝集した二次粒子(Q3で平均粒径が100nm以上20μm以下)が得られる範囲で選択すればよい。シランカップリング剤としては、アルキル基含有シランカップリング剤、アルケニル基含有シランカップリング剤、エポキシ基含有シランカップリング剤、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤、イソシアネート基含有シランカップリング剤、イソシアヌレート基含有シランカップリング剤、アミノ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤等公知のものが例示される。
無機蛍光体粒子は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等のから選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の無機蛍光体粒子を使用することができるが、これに限定されない。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体粒子は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。また、MSi:EuのほかMSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、M0.9Si0.110:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などもある。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体粒子は、MSi:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体粒子には、M(POX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体粒子には、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体粒子には、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、BaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属硫化物蛍光体粒子には、LaS:Eu、YS:Eu、GdS:Euなどがある。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体粒子には、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体粒子などがある。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体粒子には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。)などがある。
上述の蛍光体粒子は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体粒子とは、モル%表示で、CaCO をCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物または遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体粒子である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体粒子では、窒素含有量が15wt%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体粒子以外の蛍光体粒子であって、同様の性能、効果を有する蛍光体粒子も使用することができる。
硬化性樹脂組成物は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂中から選択される少なくとも1種を含むものであり、室温(5〜35℃の範囲内)における粘度が100mPa・s以上10000mPa・s以下、より好ましくは100mPa・s以上5000mPa・s以下である。100mPa・s以上であれば、無機蛍光体粒子の沈降防止作用の効果が得られ、色ばらつきを改善できる。10000mPa・s以下であれば、ディスペンス工程において、塗出する際の速度低下による作業性の低下、封止剤の糸引きによる封止剤充填量のばらつき、及びデバイスの汚れ等の恐れがなくなる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、透明性、耐熱性、耐光性の観点から、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂を含むものであると、なお好ましい。
本発明の硬化性シリコーン樹脂組成物及び硬化性変性シリコーン樹脂組成物は、発光ダイオード、LED素子封止材料等の光学用コーティング材料として有用であって、硬化性シリコーン樹脂組成物であれば次に例示するような組成物が好ましいが、これに限定されるわけではない。
硬化性シリコーン樹脂組成物
以下、本発明に有効な硬化性シリコーン樹脂組成物は以下(A)〜(C)成分、更に(D)成分を含むものであることが好ましい。この各成分につき、詳細に説明する。
(A)成分
本発明で用いられる(A)成分は、主鎖がジアリールシロキサン単位の繰り返しを有する直鎖状のジオルガノポリシロキサンである。(A)成分のオルガノポリシロキサンは、一種単独で用いてもよく、分子量、ケイ素原子に結合した有機基の種類等が相違する二種以上を併用してもよい。
(A)下記式(1)で表される構造を有する化合物:
Figure 0005739380
(式中、Rは脂肪族不飽和基であり、Rは同種または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、Arは同種または異種の、ヘテロ原子を有してもよいアリール基であり、nは1以上の整数である。)
(A)成分において、式(1)中のArとしてのアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、又はフラニル基等のヘテロ原子(O,S,N)を含む芳香族基であり、更に該アリール基はハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子)等の置換基を有してもよい。Arは好ましくは非置換の芳香族炭化水素基であり、特に好ましくはフェニル基である。
(A)成分の式(1)中のRとしての非置換又は置換の一価炭化水素基としては、下記脂肪族不飽和基、及びこの脂肪族不飽和基以外の一価炭化水素基、例えば、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の炭素原子数1〜6のアルキル基;クロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の炭素原子数1〜4のハロアルキル基;フェニル基、トリル基等の炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。脂肪族不飽和基以外の一価炭化水素基の中では、炭素原子数1〜6のアルキル基、フェニル基、ビニル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。
式(1)中のRとしての脂肪族不飽和基は、付加反応開始前には本発明組成物を未硬化の状態を安定的に維持することができ、かつ、付加反応開始後には該組成物を容易に硬化させることができるものであればよく、例えば、エチレン性不飽和基、及びアセチレン性不飽和基が挙げられる。前記脂肪族不飽和基は、同一でも異なってもよく、1分子中に少なくとも2個含有する。このように(A)成分は、両末端に脂肪族不飽和基を含むものがより好ましい。
ここで、「エチレン性不飽和基」とは、炭素−炭素二重結合を含み、更に酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む又は含まない有機基をいい、その具体例としては、ビニル基、アリル基、5−ヘキセニル基、プロペニル基、ブテニル基等の炭素原子数2〜20、好ましくは2〜10のアルケニル基;1,3−ブタジエニル基等の炭素原子数4〜10のアルカジエニル基;アクリロイルオキシ基(−O(O)CCH=CH)、メタクリロイルオキシ基(−O(O)CC(CH)=CH)等の、前記アルケニル基とカルボニルオキシ基との組み合わせ;アクリルアミド基(−NH(O)CCH=CH)等の、前記アルケニル基とカルボニルアミノ基との組み合わせが挙げられる。
また、「アセチレン性不飽和基」とは、炭素−炭素三重結合を含み、更に酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む又は含まない有機基をいい、その具体例としては、エチニル基、プロパルギル基等の炭素原子数2〜20、好ましくは2〜10のアルキニル基;エチニルカルボニルオキシ基(−O(O)CC≡CH)等の、前記アルキニル基とカルボニルオキシ基との組み合わせが挙げられる。
中でも、(A)成分の原料を得るときの生産性及びコスト、(A)成分の反応性等の観点から、前記脂肪族不飽和基としては、前記アルケニル基が好ましく、ビニル基、アリル基及び5−ヘキセニル基がより好ましく、特にビニル基が好ましい。
(A)成分において、ジアリールシロキサン単位の重合度nは1以上の整数であり、1〜100の整数であることが好ましく、1〜20の整数であることがより好ましく、2〜10の整数であることが更に好ましい。
(A)成分は、例えばジクロロジフェニルシランやジアルコキシジフェニルシラン等の二官能性シランを加水分解・縮合させた後、又は加水分解・縮合と同時に、脂肪族不飽和基含有の末端封止剤で末端を封止することにより得ることができる。
(B)成分
(B)成分は、1分子あたり少なくとも2個のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を有し、そして脂肪族不飽和基を有さない有機ケイ素化合物(SiH基含有有機ケイ素化合物)であり、(A)成分とヒドロシリル化付加反応し、架橋剤として作用する。(B)成分は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。(B)成分としては、1分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するケイ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。
(B)成分中のケイ素原子に結合した有機基は、脂肪族不飽和基を有さない、非置換の一価炭化水素基又はハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子)、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である。このような一価炭化水素基としては、例えば、(A)成分の式(1)中のRの非置換又は置換の一価炭化水素基として具体的に例示した炭素原子数1〜6のアルキル基;炭素原子数1〜4のハロアルキル基;炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。該有機基は好ましくは炭素原子数1〜6のアルキル基、又は炭素原子数6〜10のアリール基であり、より好ましくはメチル基、又はフェニル基である。また、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、本発明組成物の硬化物に接着性を付与することができる。
(B)成分が1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限り、該オルガノハイドロジェンポリシロキサン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オルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、1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(通常、3〜200個、好ましくは4〜100個程度)のSiH基を有する。前記オルガノハイドロジェンポリシロキサン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。
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの1分子中のケイ素原子の数(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、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは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。
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、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。
SiO(4−a−b)/2 (2)
(式中、Rは、前記脂肪族不飽和基以外の互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の、ケイ素原子に結合した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。)
上記Rとしては、例えば、(A)成分における式(1)中の、脂肪族不飽和基以外の非置換又は置換の一価炭化水素基として具体的に例示した炭素原子数1〜6のアルキル基若しくは炭素原子数1〜4のハロアルキル基、及び炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。Rは、好ましくは炭素原子数1〜6のアルキル基、又は炭素原子数6〜10のアリール基であり、より好ましくはメチル基又はフェニル基である。
上記平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンポリ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)SiRHで示される化合物、式:HRSiO(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、s及びtは1以下の正数である。
あるいは、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:HSiO1.5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 HSiO0.5で示されるシロキサン単位を含むものであってもよい。該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は前記の通りである。
(B)成分の具体例としては、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 SiO0.5で示されるシロキサン単位と式:R HSiO0.5で示されるシロキサン単位と式:SiO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 HSiO0.5で示されるシロキサン単位と式:SiO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:RHSiOで示されるシロキサン単位と式:RSiO1.5で示されるシロキサン単位及び式:HSiO1.5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。
(B)成分の配合量は、(C)成分のヒドロシリル化触媒の存在下に本組成物を硬化させるに十分な量であるが、通常、(A)成分中の脂肪族不飽和基に対する(B)成分中のSiH基のモル比が0.2〜5、好ましくは0.5〜2となる量である。
(C成分)
(C)成分の白金族金属系ヒドロシリル化触媒としては、(A)成分中のケイ素原子結合脂肪族不飽和基と(B)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。(C)成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。(C)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。
(C)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)及び(B)成分の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で0.1〜1,000ppmの範囲であり、より好ましくは1〜500ppmの範囲である。
(D)成分
本発明に有効に使用される硬化性シリコーン樹脂組成物は、硬化後の硬度を得る目的として、(D)成分を添加しても良い。
使用される(D)成分は、下記平均組成式(3)で示される分岐状または三次元構造のオルガノポリシロキサンである。
(CSiO(4−c−d)/2 (3)
[式中、Rは、同一又は異なり、置換もしくは非置換の一価炭化水素基、アルコキシ基または水酸基であり、全Rのうち0.1〜80mol%がアルケニル基であり、c,dは1≦c+d≦2、0.20≦d/(c+d)≦0.95を満たす正数である。]
このオルガノポリシロキサンは、平均組成式(1)において1≦c+d≦2であることから理解されるように、分子中にRSiO3/2単位、(C)SiO3/2単位、SiO単位の1種又は2種以上を含有する分岐或いは三次元網状構造のものである。
ここで、式(3)において、Cはフェニル基であり、Rはフェニル基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、アルコキシ基もしくは水酸基であり、好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは1〜10の非置換又は置換の一価炭化水素基、アルコキシ基もしくは水酸基であり、このような炭化水素基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基;トリル基、キシリル基、ナフチル基等の、フェニル基を除くアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基等のアルケニル基などの不飽和炭化水素基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基などが挙げられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、フェノキシ基等の非置換のアルコキシ基の他、メトキシエトキシ基、エトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基などが挙げられる。
本発明では、これら全Rのうち0.1〜80モル%、好ましくは0.5〜50モル%がアルケニル基であることが好ましい。アルケニル基の含有量が0.1モル%以上であればシリコーン樹脂としての必要な硬度が得られ、80モル%以下であれば架橋点が多過ぎるためシリコーン樹脂が脆くなる恐れはない。また、c、dは1≦c+d≦2、好ましくは1.2≦c+d<1.9、0.2≦d/(c+d)≦0.95、好ましくは0.25≦d/(c+d)≦0.90を満たす正数であるが、c+dが1以上で、2以下であれば必要な硬度・強度を得ることができる。またフェニル基の含有量がこのような範囲内であれば、シリコーン樹脂として必要な硬度・強度を得ることが出来る。アルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
(D)成分の配合量は、硬化後の樹脂組成物の硬度が目的とする値になるように十分な量であるが、通常、(A)成分100質量部に対して、(D)成分は0質量部〜500質量部となる量である。
硬化性変性シリコーン樹脂組成物
本発明に有効な硬化性変性シリコーン樹脂組成物の各成分につき、詳細に説明する。
(E)成分
(E)成分は、(X)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する有機ケイ素化合物と、(Y)ヒドロシリル化反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素化合物との付加反応生成物であって、かつ、ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素基含有有機ケイ素化合物である。
(X)成分
この(E)成分の反応原料であり、(X)はSiH基を少なくとも2個有する化合物であり、好ましくは、
(X)下記一般式(4):
Figure 0005739380
[式中のAは、下記一般式(5):
Figure 0005739380
(式中、R’は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6のアルコキシ基であり、nは0〜100の整数である)
で表される基、および下記構造式(6):
Figure 0005739380
で表される基から成る群から選ばれる2価の基であり、
R”は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6アルコキシ基である]
(X)上記一般式(4)で表されるケイ素原子に結合した水素原子(以下、「SiH」ということがある)を1分子中に2個有する化合物において、上記一般式(4)中のAが上記一般式(5)で表される2価の基である場合、該化合物としては、下記一般式(7):
Figure 0005739380
(式中、R”およびR’はそれぞれ独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12、好ましくは1〜6の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6、好ましくは1〜4のアルコキシ基であり、nは0〜100、好ましくは0〜10の整数である)
で表される化合物が挙げられる。
上記式中、R”,R’が上記1価炭化水素基である場合としては、例えば、メチル基、エチル、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、sec−ヘキシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、o−,m−,p−トリル等のアリール基;ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基;ビニル基、アリル基、1−ブテニル基、1−ヘキセニル基等のアルケニル基;p−ビニルフェニル基等のアルケニルアリール基;およびこれらの基中の炭素原子に結合した1個以上の水素原子が、ハロゲン原子、シアノ基、エポキシ環含有基等で置換された、例えば、クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基;2−シアノエチル基;3−グリシドキシプロピル基等が挙げられる。
また、R”,R’が上記アルコキシ基である場合としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。
上記の中でも、上記R”およびR’としては、アルケニル基およびアルケニルアリール基以外のものが好ましく、特に、その全てがメチル基であるものが、工業的に製造することが容易であり、入手しやすいことから好ましい。
この上記一般式(7)で表される化合物の好適な具体例の構造式を下記に示すが、前記化合物が下記構造式のものに限定されるものではない。なお、以下、「Me」はメチル基を意味する。
HMeSiOSiMe
HMeSiO(MeSiO)SiMe
HMeSiO(MeSiO)SiMe
HMeSiO(MeSiO)SiMe
HMeSiO(MeSiO)12SiMe
なお、この上記一般式(4)で表される化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
該(E)成分の反応原料である、(X)上記一般式(4)で表されるSiHを1分子中に2個有する化合物において、上記一般式(4)中のAが上記構造式(6)で表される2価の基である場合、該化合物としては、下記一般式(8):
Figure 0005739380
(式中、R”は上記一般式(7)に関して定義したとおりである)
で表される化合物が挙げられる。
上記一般式(8)中のR”としては、上記一般式(7)中のR”について記載したものと同じ基が挙げられ、アルケニル基およびアルケニルアリール基以外のものであるものが好ましく、特に、その全てがメチル基であるものが好ましい。
この上記一般式(8)で表される化合物としては、例えば、
構造式:HMeSi−p−C−SiMe
で表される 1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン、
構造式:HMeSi−m−C−SiMe
で表される 1,3−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン等のシルフェニレン化合物が挙げられる。
なお、この上記一般式(8)で表される化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
更に、この(E)成分の反応原料である上記(X)成分は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
(Y)成分
この(E)成分の反応原料である(Y)付加反応性(ヒドロシリル化反応性)炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素において、前記「付加反応性」とは、ケイ素原子に結合した水素原子の付加(ヒドロシリル化反応として周知)を受け得る性質を意味する。
また、前記(Y)成分は、(i)多環式炭化水素の多環骨格を形成している炭素原子のうち、隣接する2つの炭素原子間に付加反応性炭素−炭素二重結合が形成されているもの、(ii)多環式炭化水素の多環骨格を形成している炭素原子に結合した水素原子が、付加反応性炭素−炭素二重結合含有基によって置換されているもの、または、(iii)多環式炭化水素の多環骨格を形成している炭素原子のうち、隣接する2つの炭素原子間に付加反応性炭素−炭素二重結合が形成されており、かつ、多環式炭化水素の多環骨格を形成している炭素原子に結合した水素原子が付加反応性炭素−炭素二重結合含有基によって置換されているもののいずれかであっても良い。
この(Y)成分としては、例えば、下記構造式(x):
Figure 0005739380
で表される 5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、
下記構造式(y):
Figure 0005739380
で表される 6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、これら両者の組み合わせ(以下、これら3者を区別する必要がない場合は、「ビニルノルボルネン」と総称することがある);下記構造式(z):
Figure 0005739380

で表されるジシクロペンタジエン等が挙げられる。
なお、前記ビニルノルボルネンのビニル基の置換位置は、シス配置(エキソ形)またはトランス配置(エンド形)のいずれであってもよく、また、前記配置の相違によって、該成分の反応性等に特段の差異がないことから、これら両配置の異性体の組み合わせであっても良い。
(E)成分の調製
本発明組成物の(E)成分は、SiHを1分子中に2個有する上記(X)成分の1モルに対して、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する上記(Y)成分の1モル以上10モル以下、好ましくは1モル以上5モル以下の過剰量を、ヒドロシリル化反応触媒の存在下で付加反応させることにより、SiHを有しない付加反応生成物として得ることができる。
こうして得られる(E)成分は、(Y)成分由来の付加反応性炭素−炭素二重結合のほかに、(X)成分に由来する(具体的には、一般式(4)中のR”および/または一般式(5)中のR’に由来する)付加反応性炭素−炭素二重結合を含み得るので、付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含むが、この数は好ましくは2〜6個、より好ましくは2個である。この付加反応性炭素−炭素二重結合が多すぎると、本発明の組成物を硬化させて得られる硬化物に割れが生じやすくなる。
前記ヒドロシリル化反応触媒としては、従来から公知のものが全て使用することができる。例えば、白金金属を担持したカーボン粉末、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応生成物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒;パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等の白金族金属系触媒が挙げられる。また、付加反応条件、溶媒の使用等については、特に限定されず通常のとおりとすればよい。
前記のとおり、(E)成分の調製に際し、上記(X)成分に対して過剰モル量の上記(Y)成分を用いることから、前記(E)成分は、上記(Y)成分の構造に由来する付加反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有するものである。更に、(E)成分は、上記(X)成分に由来する残基を有し、その残基が、上記(Y)成分の構造に由来するが付加反応性炭素−炭素二重結合を有しない多環式炭化水素の二価の残基によって結合されている構造を含むものであってもよい。
即ち、(E)成分としては、例えば、下記一般式(9):
N−M−(N′−M)p−N (9)
(式中、Mは上記(X)成分の化合物の二価の残基であり、Nは上記(Y)成分の多環式炭化水素の一価の残基であり、N′は上記(Y)成分の二価の残基であり、pは0〜10、好ましくは0〜5の整数である)
で表される化合物が挙げられる。
なお、上記 (N′−M) で表される繰り返し単位の数であるpの値については、上記(X)成分1モルに対して反応させる上記(Y)成分の過剰モル量を調整することにより設定することが可能である。
上記一般式(9)中のNとしては、具体的には、例えば、下記構造式:
Figure 0005739380

で表される一価の残基(以下、これら6者を区別する必要がない場合は、これらを「NB基」と総称し、また、前記6者の構造を区別せずに「NB」と略記する。);
Figure 0005739380
で表される一価の残基(以下、これら7者を区別する必要がない場合は、これらの構造を「DCP」と略記する。)が挙げられる。
上記一般式(9)中のN’としては、具体的には、例えば、下記構造式:
Figure 0005739380

で表される二価の残基が挙げられる。
但し、上記構造式で表される非対称な二価の残基は、その左右方向が上記記載のとおりに限定されるものではなく、上記構造式は、実質上、個々の上記構造を紙面上で180度回転させた構造をも含めて示している。
上記一般式(9)で表される(E)成分の好適な具体例を、以下に示すが、これに限定されるものではない。(なお、「NB」および「DCP」の意味するところは、上記のとおりである。)
NB−MeSiOSiMe−NB
NB−MeSiO(MeSiO)SiMe−NB
NB−MeSiO(MeSiO)SiMe−NB
NB−MeSiO(MeSiO)SiMe−NB
NB−MeSiO(MeSiO)12SiMe−NB
NB−MeSi−p−C−SiMe−NB
NB−MeSi−m−C−SiMe−NB
Figure 0005739380
(式中、pは1〜10の整数である。)
Figure 0005739380
(式中、pは1〜10の整数である。)
DCP−MeSiOSiMe−DCP
DCP−MeSiO(MeSiO)SiMe−DCP
DCP−MeSiO(MeSiO)SiMe−DCP
DCP−MeSiO(MeSiO)SiMe−DCP
DCP−MeSiO(MeSiO)12SiMe−DCP
DCP−MeSi−p−C−SiMe−DCP
DCP−MeSi−m−C−SiMe−DCP
Figure 0005739380
(式中、pは1〜10の整数である。)
Figure 0005739380
(式中、pは1〜10の整数である。)
更に、本発明の(E)成分は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
(F)成分
本発明の(F)成分は、SiHを1分子中に3個以上有するシロキサン化合物又は有機変性シロキサン化合物である。該(F)成分中のSiHが、上記(E)成分が1分子中に少なくとも2個有する付加反応性炭素−炭素二重結合とヒドロシリル化反応により付加して、3次元網状構造の硬化物を与える。
該(F)成分としては、例えば、下記一般式(10):
Figure 0005739380
(式中、Rは独立に水素原子またはアルケニル基以外の非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12、好ましくは1〜6の一価炭化水素基であり、qは3〜10、好ましくは3〜8の整数、rは0〜7、好ましくは0〜2の整数であり、かつq+rの和は3〜10、好ましくは3〜6の整数である。)
で表される環状シロキサン系化合物が挙げられる。
上記一般式(10)中のRがアルケニル基以外の非置換もしくは置換の一価炭化水素基である場合としては、例えば、メチル基、エチル、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、sec−ヘキシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、o−,m−,p−トリル等のアリール基;ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基;p−ビニルフェニル基等のアルケニルアリール基;およびこれらの基中の炭素原子に結合した1個以上の水素原子が、ハロゲン原子、シアノ基、エポキシ環含有基等で置換された、例えば、クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基;2−シアノエチル基;3−グリシドキシプロピル基等が挙げられる。
上記の中でも、前記Rとしては、特に、その全てがメチル基であるもの(例えば、(F)成分が、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン)が、工業的に製造することが容易であり、入手しやすいことから好ましい。
また、該(F)成分としては、例えば、上記ビニルノルボルネン(5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン)の一種または二種と 1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとをヒドロシリル化反応させて得られるSiHを1分子中に3個以上有する付加反応生成物、例えば、下記一般式(11)
Figure 0005739380
(式中、sは1〜100、好ましくは1〜10の整数である)
で表される化合物が挙げられる。
上記(F)成分の好適な具体例を、以下に示すが、これに限定されるものではない。
(HMeSiO)
(HMeSiO)
(HMeSiO)(Me2SiO)
(HMeSiO)(Me2SiO)
HMeSiO(Ph2SiO)(MeHSiO)SiMe
(HMeSiO)SiPh
Figure 0005739380
Figure 0005739380
本発明の(F)成分は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
(F)成分の配合量は、次のように設定されることが好ましい。後述するように、本発明の組成物は、(F)成分以外のケイ素原子に結合した水素原子を有する成分、及び/又は(E)成分以外のケイ素原子に結合した付加反応性炭素−炭素二重結合を有する成分を含有することができる。そこで、本組成物中のケイ素原子に結合した付加反応性炭素−炭素二重結合1モルに対して本組成物中のケイ素原子に結合した水素原子の量は、通常0.5〜2.0モル、好ましくは0.8〜1.5モルである。そして、本組成物中のケイ素原子に結合した水素原子に占める前記(F)成分中のケイ素原子に結合した水素原子の割合は、通常、20〜100モル%、好ましくは40〜100モル%である。また、本組成物中のケイ素原子に結合した付加反応性炭素−炭素二重結合に占める前記(E)成分中の付加反応性炭素−炭素二重結合の割合は、通常、20〜100モル%、好ましくは40〜100モル%である。(F)成分の配合量がこのような条件を満たすようになされると、コーティング材料等の用途に適用する場合に十分な硬度を有する硬化物を得ることができる。
上述の(F)成分以外のケイ素原子に結合した水素原子を有する成分及び(E)成分以外のケイ素原子に結合した付加反応性炭素−炭素二重結合を有する成分を含まない場合には、本発明組成物への(F)成分の配合量は、上記(E)成分中の付加反応性炭素−炭素二重結合1モルに対して、該(F)成分中のケイ素原子に結合した水素原子が、通常、0.5〜2.0モル、好ましくは 0.8〜1.5モルとなる量とするのがよい。
(C)成分
本発明の(C)成分であるヒドロシリル化反応触媒は、上記の硬化性シリコーン樹脂組成物で記載したものと同じである。
本発明組成物への(C)成分の配合量は、触媒としての有効量であれば、特に制限されないが、上記(E)成分と(F)成分との合計質量に対して、通常、1〜500ppm、特に2〜100ppm程度となる量を配合することが好ましい。前記範囲内の配合量であれば、硬化反応に要する時間が適度のものとなり、硬化物が着色する等の問題を生じることがない。
その他の成分
本発明の組成物には、前記(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)成分及び、無機蛍光体粒子、ナノ粒子以外にも、その他の任意の成分を配合することができる。その具体例としては、以下のものが挙げられる。これらのその他の成分は、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
(A)または(E)成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物
本発明の組成物には、(B)成分あるいは(F)成分と付加反応する脂肪族不飽和基含有化合物を配合してもよい。このような脂肪族不飽和基含有化合物としては、硬化物の形成に関与するものが好ましく、1分子あたり少なくとも2個の脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサンが挙げられる。その分子構造は、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状等、いずれでもよい。
該脂肪族不飽和基含有化合物の具体例としては、ブタジエン、多官能性アルコールから誘導されたジアクリレートなどのモノマー;ポリエチレン、ポリプロピレン又はスチレンと他のエチレン性不飽和化合物(例えば、アクリロニトリル又はブタジエン)とのコポリマーなどのポリオレフィン;アクリル酸、メタクリル酸、又はマレイン酸のエステル等の官能性置換有機化合物から誘導されたオリゴマー又はポリマーが挙げられる。この脂肪族不飽和基含有化合物は室温で液体であっても固体であってもよい。
付加反応制御剤
本発明の組成物には、ポットライフを確保するために、付加反応制御剤を本発明組成物に配合することができる。付加反応制御剤は、上記(C)成分のヒドロシリル化触媒に対して硬化抑制効果を有する化合物であれば特に限定されず、従来から公知のものを用いることもできる。その具体例としては、トリフェニルホスフィンなどのリン含有化合物;トリブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾールなどの窒素含有化合物;硫黄含有化合物;アセチレンアルコール類(例えば、1−エチニルシクロヘキサノール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール)等のアセチレン系化合物;アルケニル基を2個以上含む化合物;ハイドロパーオキシ化合物;マレイン酸誘導体などが挙げられる。
付加反応制御剤による硬化抑制効果の度合は、その付加反応制御剤の化学構造によって異なる。よって、使用する付加反応制御剤の各々について、その添加量を最適な量に調整することが好ましい。最適な量の付加反応制御剤を添加することにより、組成物は室温での長期貯蔵安定性及び加熱硬化性に優れたものとなる。
シランカップリング剤
また、本組成物は、その接着性を向上させるための接着付与剤を含有してもよい。この接着付与剤としては、シランカップリング剤やその加水分解縮合物等が挙げられる。シランカップリング剤としては、エポキシ基含有シランカップリング剤、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤、イソシアネート基含有シランカップリング剤、イソシアヌレート基含有シランカップリング剤、アミノ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤等公知のものが用いられ、(A)成分と(B)成分の合計100質量部あるいは(E)成分と(F)成分の合計100質量部に対して、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.3〜10質量部用いることができる。
酸化防止剤
本発明の硬化性樹脂組成物の硬化物中には、上記(E)成分中の付加反応性炭素−炭素二重結合が未反応のまま残存している場合があり、或いは、
下記構造式(i):
Figure 0005739380
で表される 2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−5−イル)エチル基および/または
下記構造式(ii):
Figure 0005739380
で表される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−6−イル)エチル基の開環メタセシス反応により生じる炭素−炭素二重結合が含まれている場合がある。前記炭素−炭素二重結合は、大気中の酸素による酸化によって、前記硬化物の着色が起こる。従って本発明では、前記着色を未然に防止するために、硬化樹脂組成物に酸化防止剤を配合することができる。
この酸化防止剤としては、従来から公知のものが全て使用することができ、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,5−ジ−t−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、4,4′−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2′−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2′−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)等が挙げられる。これらは、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
なお、この酸化防止剤を使用する場合、その配合量は、酸化防止剤としての有効量であれば、特に制限されず、上記(E)成分と(F)成分との合計質量に対して、通常、10〜10,000ppm、特に100〜1,000ppm程度配合することが好ましい。前記範囲内の配合量であれば、酸化防止能力が十分発揮され、着色、白濁、酸化劣化等の発生がなく光学的特性に優れた硬化物を得ることができる。
更に、太陽光線、蛍光灯等の光エネルギーによる光劣化に抵抗性を付与するため光安定剤を用いることも可能である。この光安定剤としては、光酸化劣化で生成するラジカルを捕捉するヒンダードアミン系安定剤が適しており、酸化防止剤と併用することで、酸化防止効果がより向上する。光安定剤の具体例としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ベンゾイル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等が挙げられる。
硬化物
本発明の硬化性樹脂組成物は、公知の硬化条件下、公知の硬化方法により硬化させることができる。具体的には、通常、80〜200℃、好ましくは100〜160℃で加熱することにより、該組成物を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度で、1分〜3時間程度でよい。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に制限はなく、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。
光半導体デバイス
本発明の硬化性樹脂組成物の硬化物は、通常の付加硬化性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。図1に本発明の組成物を使用した光半導体デバイスの例を示す。光半導体素子3は、ワイヤー2によりワイヤーボンディングされており、該光半導体素子3に本発明の組成物からなる封止材1を塗布し、塗布された封止剤1を公知の硬化条件下で公知の硬化方法により、具体的には上記した通りに硬化させることによって封止することができる。
本発明の組成物からなる封止材1によって封止される光半導体素子3には、例として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。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例等に制限されるものではない。なお、下記の例において、シリコーンオイル又はシリコーンレジンの平均組成を示す記号は以下の通りの単位を示す。また、各シリコーンオイル又は各シリコーンレジンのモル数は、各成分中に含有されるビニル基又はSiH基のモル数を示すものである。
:(CHHSiO1/2
M:(CHSiO1/2
Vi:(CH=CH)(CHSiO1/2
Vi3:(CH=CH)SiO1/2
:(CH)HSiO2/2
φ:(CSiO2/2
D:(CHSiO2/2
Vi:(CH=CH)(CH)SiO2/2
φ:(C)SiO3/2
Q:SiO4/2
(配合例1)
((A)成分)平均組成式:MVi φ 2.8のシリコーンオイル:100質量部、
((B)成分)平均組成式:M φ で表されるメチルハイドロジェンシロキサン:51.3質量部、
((C)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液:0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール:0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:3質量部
をよく撹拌してシリコーン組成物1を調製した。
組成物1の室温での粘度を測定したところ、700mPa・sであった。
(合成例1)
(E)成分の調製
攪拌装置、冷却管、滴下ロートおよび温度計を備えた500mLの4つ口フラスコに、ビニルノルボルネン(商品名:V0062、東京化成社製;5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンと6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンとの略等モル量の異性体混合物)60g(0.5モル)を加え、オイルバスを用いて85℃に加熱した。これに、5質量%の白金金属を担持したカーボン粉末0.02g添加し、攪拌しながら1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン38.8g(0.2モル)を25分間かけて滴下した。滴下終了後、更に90℃で加熱攪拌を24時間行った後、室温まで冷却した。その後、白金金属担持カーボンをろ過して除去し、過剰のビニルノルボルネンを減圧留去して、無色透明なオイル状の反応生成物(25℃における粘度:1220mm/s)79gを得た。
反応生成物を、FT−IR、NMR、GPC等により分析した結果、この生成物は、
(1)p−フェニレン基を1個有する化合物:NBMeSi−p−C−SiMeNB:約 72モル%、
(2)p−フェニレン基を2個有する化合物:約24モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)、
Figure 0005739380
および、(3)p−フェニレン基を3個有する化合物:約4モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)
Figure 0005739380
の混合物であることが判明した。また、前記混合物全体としての付加反応性炭素−炭素二重結合の含有割合は、0.40モル/100gであった。
(合成例2)
(F)成分の調製
攪拌装置、冷却管、滴下ロートおよび温度計を備えた500mLの4つ口フラスコに、トルエン80gおよび1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン 115.2g(0.48モル)を加え、オイルバスを用いて117℃に加熱した。これに、5質量%の白金金属を担持したカーボン粉末0.05g添加し、攪拌しながらビニルノルボルネン(商品名:V0062、東京化成社製;5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンと6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンとの略等モル量の異性体混合物)48g(0.4モル)を16分間かけて滴下した。滴下終了後、更に125℃で加熱攪拌を16時間行った後、室温まで冷却した。その後、白金金属担持カーボンをろ過して除去し、トルエンを減圧留去して、無色透明なオイル状の反応生成物(25℃における粘度:2,500mm/s152gを得た。
反応生成物を、FT−IR、NMR、GPC等により分析した結果、この生成物は、
(1)テトラメチルシクロテトラシロキサン環を1個有する化合物:約6モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)、
Figure 0005739380
(2)テトラメチルシクロテトラシロキサン環を2個有する化合物:約25モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)、
Figure 0005739380
(3)テトラメチルシクロテトラシロキサン環を3個有する化合物:約16モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)
Figure 0005739380
(4)テトラメチルシクロテトラシロキサン環を4個有する:約11モル%(下記に代表的な構造式の一例を示す)、
Figure 0005739380
および、(5)テトラメチルシクロテトラシロキサン環を5〜12個有する化合物:残余(下記に代表的な構造式の一例を示す)
Figure 0005739380
(式中、nは4〜11の整数である。)
の混合物であることが判明した。なお、前記混合物全体としてのSiHの含有割合は、0.63モル/100gであった。
(配合例2)
((E)成分) 合成例1で得られた反応生成物:60質量部、
((F)成分) 合成例2で得られた反応生成物:30質量部
((C)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液:0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール:0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:3質量部
をよく撹拌してシリコーン組成物2を調製した。
組成物2の室温での粘度を測定したところ、300mPa・sであった。
(配合例3)
((A)成分)平均組成式:MD3.4Vi 6.5φ 8.6Mのシリコーンオイル:23質量部、平均組成式:MVi φ 2.8のシリコーンオイル:80質量部、
((B)成分)平均組成式:M φ で表されるメチルハイドロジェンシロキサン:30質量部、
((C)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液:0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール:0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:3質量部
をよく撹拌してシリコーン組成物3を調製した。
組成物3の室温での粘度を測定したところ、3000mPa・sであった。
(配合例4)
((A)成分)平均組成式:MVi φ 2.8のシリコーンオイル:31質量部、
((B)成分)平均組成式:M φ で表されるメチルハイドロジェンシロキサン:6.4質量部、
((C)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液:0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール:0.05質量部、及び
((D)成分)Tφ 0.75Vi 0.25で表される分岐鎖状オルガノポリシロキサン(25℃で固体状、ケイ素原子結合ビニル基の含有率=20モル%、ケイ素原子結合全有機基中のケイ素原子結合フェニル基の含有率=50モル%、標準スチレン換算の重量平均分子量=1600):59質量部
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:3質量部
をよく撹拌してシリコーン組成物4を調製した。
組成物4の室温での粘度を測定したところ、3200mPa・sであった。
(配合例5)
((A)成分):M単位とMVi単位とQ単位とから構成され、MVi単位に対するM単位のモル比が6.25であり、Q単位に対するM単位とMVi単位との合計のモル比が0.8であるシリコーンレジン65質量部と、平均組成式:MVi 298Vi のシリコーンオイル35質量部とを混合し、室温で粘調な液体とした。
((B)成分)平均構造式:MD 80Mで表されるメチルハイドロジェンシロキサン:8質量部、
((C)成分)塩化白金酸/1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として1質量%含有するトルエン溶液:0.06質量部、
エチニルシクロヘキサノール:0.05質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:3質量部
をよく撹拌してシリコーン組成物5を調製した。
組成物5の室温での粘度を測定したところ、15000mPa・sであった。
(実施例1)
配合例1の組成物1を100質量部にナノ粒子として、ナノアルミナ(日本アエロジル(株)製、製品名:AEROXIDE AluC805、平均一次粒径13nm)1.5質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(a)を調製した。
(実施例2)
配合例2の組成物2を100質量部にナノ粒子として、ナノシリカ((株)トクヤマ製、製品名:レオシロールDM30S、平均一次粒径7nm)1質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(b)を調製した。
(実施例3)
配合例3の組成物3を100質量部にナノ粒子として、ナノアルミナ(日本アエロジル(株)製、製品名:AEROXIDE AluC805、平均一次粒径13nm)7.5質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(c)を調製した。
(実施例4)
配合例1の組成物1を100質量部にナノ粒子として、二次凝集を和らげる目的として、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤で、わずかに表面処理を行ったナノアルミナ(日本アエロジル(株)製、製品名:AEROXIDE AluC805、平均一次粒径13nm)1.5質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(d)を調製した。
(実施例5)
配合例4の組成物4を100質量部にナノ粒子として、ナノアルミナ(日本アエロジル(株)製、製品名:AEROXIDE AluC805、平均一次粒径13nm)1.5質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(e)を調製した。
(比較例1)
ナノ粒子を添加することなく、配合例1の組成物1をそのまま用い、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(f)を調製した。
(比較例2)
配合例5の組成物5を100質量部にナノ粒子として、ナノシリカ((株)トクヤマ製、製品名:レオシロールDM30S、平均一次粒径7nm)1質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(g)を調製した。
(比較例3)
配合例1の組成物1を100質量部にナノ粒子として、二次凝集防止の目的として、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤で十分に表面処理を行ったナノアルミナ(日本アエロジル(株)製、製品名:AEROXIDE AluC805、平均一次粒径13nm)1.5質量部を、真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機((株)シンキー製 製品名:ARV−310)を用いて均一に分散し、このときの二次凝集したナノ粒子の粒径を測定した。更に、比重5g/cmのYAG系の無機蛍光体粒子8質量部を、同様に真空脱気機構を備えた自公転式攪拌機を用いて均一に分散し、組成物(h)を調製した。
上記実施例及び比較例で調製した硬化性樹脂組成物(a)〜(h)における評価を、下記の要領にて行った。
ナノ粒子径分布測定
島津製作所製 SALD−7100を用いてナノ粒子径分布測定を行った。測定溶液は特に希釈せず、ナノ粒子を分散した原液を用いた。測定溶液の一部を50μmくぼみセルに採取し、その上にスライドガラスをのせ試料セルとし、これを測定部にセットし測定した。測定は同一手順で3度測定を行った。10nmから300μmまでの粒径分布を体積換算Q3で測定し、その平均粒子径(d50)の値の平均値を求めた。
全光束値(Lm)、色度座標(x)測定
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3を、SMD5050パッケージ(I−CHIUN PRECISION INDUSTRY CO.,社製、樹脂部PPA)にそれぞれ搭載しワイヤー2によりワイヤーボンディングし、図1に示すような発光半導体装置を使用した。
封止樹脂は、各実施例、比較例において、作成した硬化性樹脂組成物10gに対し、無機蛍光体粒子を1g計量し、均一混合を行った後、無機蛍光体粒子の沈降の影響がないように直ちにディスペンス用の10ccシリンジに5cc量を移し、待機時間を置かずに前記SMD5050パッケージに規定量塗布を行い、5ccの封止剤1を1ccとなるまで継続して塗布を行い、一連の工程とした。一連の工程で封止剤が充填されたパッケージを150℃、4時間加熱硬化して光半導体パッケージとし、この塗布工程初期と塗布工程後期で得られた各々の光半導体装置10個を任意にサンプリングした。この発光半導体装置10個を全光束測定システム HM−9100(大塚電子(株)製)を用い、全光束値(Lm)及び、色度座標(x)を測定し、平均値を求めた(印加電流IF=20mA)。塗布工程初期と塗布工程後期の色度座標(x)の値を比較した。
Figure 0005739380
上記表に示したように、実施例1〜実施例5では、100nm以上20μm以下の大きさに二次凝集したナノ粒子が分散している樹脂組成物に無機蛍光体粒子を分散した封止剤は、無機蛍光体粒子を分散後6時間経過しても無機蛍光体粒子の沈降は確認されず、ディスペンス工程初期と後期の全光束値及び色座標も差が少ないものであった。つまり、工程を通して色のばらつきが小さく、良好な光半導体デバイスを製造することが出来た。特に実施例2のような低粘度であっても、ディスペンス工程初期と後期の全光束値及び色座標も差は少ないものであった。
一方、実施例1で示した硬化樹脂組成物にナノ粒子を分散しなかった比較例1では無機蛍光体粒子の沈降が確認され、また、工程を通して全光束値及び色座標の差が大きく、従って色のばらつきが大きいものであった。
樹脂組成物の粘度の高い材料を用いた比較例2では、分散後のナノ粒子の二次粒子径が25μmと大きく、無機蛍光体粒子の沈降はなかったものの、ディスペンス工程中でノズル詰りが発生し、良好な光半導体デバイスを製造することが出来なかった。
また、実施例1で示した硬化樹脂組成物に表面処理を十分に行ったナノ粒子を分散した比較例3では、ナノ粒子の二次凝集が抑えられてたために二次粒子径が70nmと小さくなった。このため、無機蛍光体粒子の分散後に粒子の沈降が確認され、工程を通して全光束値及び色座標の差が大きく、従って色のばらつきが大きいものであった。
なお、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…無機蛍光体粒子が分散された封止材、2…ワイヤー、3…光半導体素子

Claims (9)

  1. 少なくとも、無機蛍光体粒子と1nm以上〜100nm未満の1次径ナノ粒子が添加された硬化性樹脂組成物であって、前記ナノ粒子は、体積換算Q3で平均粒径が100nm以上20μm以下の2次凝集粒子の形態で分散されているものであり、
    前記硬化性樹脂組成物は、
    (E):(X)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個有する有機ケイ素化合物と、(Y)ヒドロシリル化反応性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素化合物との付加反応生成物であって、かつ、ケイ素原子に結合した炭素−炭素二重結合を1分子中に2個有する多環式炭化水素基含有有機ケイ素化合物、
    (F):ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に3個以上有するシロキサン化合物又は有機変性シロキサン化合物及び両者の組み合わせのいずれか、
    (C):白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
    を含む硬化性変性シリコーン組成物であることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
  2. 前記硬化性樹脂組成物が、更に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及び変性エポキシ樹脂の少なくとも1種を含むものであることを特徴とする請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記硬化性樹脂組成物の室温における粘度が100mPa・s以上10000mPa・s以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記(E)成分中の(X)成分が下記一般式(4)で表されるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 0005739380
    [式中のAは、下記一般式(5):
    Figure 0005739380
    (式中、R’は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6のアルコキシ基であり、nは0〜100の整数である)
    で表される基、および下記構造式(6):
    Figure 0005739380
    で表される基から成る群から選ばれる2価の基であり、
    R”は独立に非置換もしくは置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基または炭素原子数1〜6アルコキシ基である]
  5. 前記(Y)成分の多環式炭化水素化合物が、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンまたは前記両者の組み合わせであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 前記(F)成分が、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンであることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 前記(F)成分が、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、6−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンまたは前記両者の組み合わせと、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの付加反応生成物であることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 請求項1〜のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
  9. 請求項に記載の硬化物を使用したものであることを特徴とする光半導体デバイス。
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