JPWO2013005441A1 - エポキシ重合性組成物、および有機elデバイス - Google Patents

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Abstract

その硬化物の屈折率が高く、高いせん断力での粘度が一定以下である重合性樹脂組成物を提供することを目的とする。(A1)下記一般式で表されるS含有エポキシ樹脂と、(A2)70℃以下の軟化点を有するエポキシ化合物と、(B)硬化促進剤と、(C)1分子内に2つ以上のチオール基を有するチオール化合物とを含み、B型粘度計で測定された25℃、60rpmでの粘度が100〜15000mPa・sであるエポキシ重合性組成物を提供する。一般式において、A1及びA2は、それぞれ独立にベンゼン環、または1,3,5−トリアジン環を示し、X11はそれぞれ独立に−S−、−SO2−、−O−、−C(R21)2−(R21は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜3のアルキル基)を示し、Y11およびY12は、それぞれ独立に−O−又は−S−を示し、Z1及びZ2は、それぞれ独立に、−O−又は−S−を示す。【化1】

Description

本発明は、エポキシ重合性組成物、および有機ELデバイスに関する。
有機EL素子は、消費電力が少なく、かつ視野角依存性が低いことから、次世代のディスプレイまたは照明装置として期待されている。しかし、有機EL素子は、大気中の水分や酸素によって劣化しやすいという問題がある。そのため有機EL素子はシール部材で封止されて使用される。
有機EL素子を封止する方法には、「枠封止」と称される方法と「面封止」と称される方法とがある。枠封止とは、基板上に配置された有機EL素子の上に、封止キャップを配した構造体において、封止キャップの周縁部をシール部材で封止する方法である(特許文献1などを参照)。面封止とは、有機EL素子を覆うようにして封止する方法をいう。その一例に、基板上に配置された有機EL素子の上に封止板を配した構造体において、封止板と基板との間、および有機EL素子と封止板との間に存在する空間に、封止材を充填してシールする方法が挙げられる(特許文献2などを参照)。
面封止は、有機ELのパネルサイズが大きい場合や、いわゆるトップエミッション方式で光を取り出す場合に有効であるとされている。トップエミッション方式の場合、面封止のシール部材は、有機EL素子と封止板との間に形成される空間のいずれかの位置に配置される。そのため、シール部材の屈折率が高い(透明な電極との屈折率の差が小さい)ことが必要とされる。シール部材の屈折率が低いと、電極とシール部材との間で全反射が生じて、有機EL素子からの発光の取り出し効率が低下するからである。
スクリーン印刷法やディスペンス法などで面封止をする場合、シール材組成物には、室温付近の温度で液状であることが要求される。シール材組成物が室温付近の温度で液状でないと、作業性が悪く、有機EL素子を封止する際に、シール材組成物を加熱して溶融させる必要がある。加熱をすると、ディスプレイ部材の熱歪みが生じるため、十分に封止できないことがある。また、シール材組成物を加熱すると、硬化反応が進み粘度が不安定になりやすい。
光学部品の張り合わせに適した接着剤組成物として、チオール化合物と、エポキシ化合物とを含む光硬化型接着剤組成物が提案されている(特許文献3などを参照)。この光硬化型接着剤組成物は、硫黄元素を多く含むため、その硬化物は高い屈折率を有するとされている。また、光硬化型接着剤組成物は、フルオレン骨格のような剛直な分子構造を有しないため軟化点が低く、室温での作業性に優れるが、一方で耐熱性が低いという問題点があった。
硫黄原子を含有するエポキシ化合物と、(メタ)アクリル酸を含む光硬化性接着剤が提案されており;高接着力と高屈折率とを有し、耐熱性に優れるとされている(特許文献4参照)。また、硫黄原子を含有するエポキシオリゴマーと、それと共重合可能な化合物とを含む硬化性樹脂組成物が知られており;その硬化物が高屈折率を有しているとされている(特許文献5参照)。
特開平11−45778号公報 特開2001−357973号公報 特開2004−35857号公報 特開平10−324858号公報 特開平8−183816号公報
有機EL素子の面封止材の屈折率を高めれば、有機ELデバイスの光取り出し効率が向上する。面封止材の屈折率を高めるためには、一般的に面封止材を構成する樹脂硬化物の電子密度を高めればよい。樹脂硬化物の電子密度を高めるには、樹脂重合性組成物の重合成分の一部を、チオール含有化合物などの硫黄含有化合物とすればよい。
また、電子材料用の重合性樹脂組成物には、成形性が求められる。例えば、有機EL素子を面封止するには、重合性樹脂組成物をスクリーン印刷などの印刷塗布法などで有機EL素子に塗布することが多い。印刷塗布は、高いせん断力で重合性樹脂組成物を高速塗布することが好ましく、そのためには重合性樹脂組成物の粘度を一定以下とすることが好ましい。
重合性樹脂組成物の粘度を低下させるために、例えば溶媒を添加することがある。しかしながら、有機溶媒は、有機EL素子などの精密電子部材を劣化させるおそれがある。例えば、重合性樹脂組成物中の有機溶媒は、加熱環境下に置かれることでアウトガスとして揮発し、精密電子部材を劣化させる恐れがある。一方、高沸点の有機溶媒が重合性樹脂組成物に含まれていると、硬化物中に溶媒が残留するため、硬化物に所望の特性(例えば、屈折率)を付与しにくい。
また、重合性樹脂組成物の粘度を低下させるために、重合成分の一部を低分子量成分とすることがある。しかしながら、低分子量成分は、他の重合成分との相溶性が低いことがあるため、硬化物の透明性が低下する(白濁する)ことがある。また、重合性樹脂組成物の高いせん断力での粘度は、それに含まれる各成分の組み合わせによって影響されやすいので、適切な成分を選択する必要がある。
一方で、粘度が低すぎると、印刷時に輪郭が不鮮明になるなどの印刷性が低下する場合がある。そこで本発明は、その硬化物の屈折率が高く、高いせん断力での粘度が一定以下である重合性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明の第一は、以下に示すエポキシ重合性組成物またはその硬化物などに関する。
[1] (A1)下記一般式(i)で表され、かつ屈折率が1.66〜1.80である、S含有エポキシ化合物と、(A2)70℃以下の軟化点を有するエポキシ化合物(ただし、前記(A1)S含有エポキシ化合物を除く)と、(B)硬化促進剤と、(C)1分子内に2つ以上のチオール基を有するチオール化合物と、を含み、B型粘度計で測定された25℃、60rpmでの粘度が100〜15000mPa・sである、エポキシ重合性組成物。
Figure 2013005441
[前記一般式(i)中、
及びAは、それぞれ独立にベンゼン環、または1,3,5−トリアジン環を示し、
11はそれぞれ独立に−S−、−SO−、−O−、−C(R11−(R11は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜3のアルキル基)を示し、
11およびY12は、それぞれ独立に−O−又は−S−を示し、
及びZは、それぞれ独立に、−O−又は−S−を示し、
11およびR12は、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示し、
は0〜10のいずれかの整数を示し、
はAがベンゼン環である場合には1〜5の整数を示し、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には1または2を示し、
及びnはAまたはAがベンゼン環である場合には、それぞれ独立に0〜4の整数を示し、AまたはAが1,3,5−トリアジン環である場合には、それぞれ独立に0または1を示し、
j及びkは、AまたはAがベンゼン環である場合には、それぞれ独立に1〜5の整数を示し、AまたはAが1,3,5−トリアジン環である場合には、それぞれ独立に1または2を示し、
とjとの和は、Aがベンゼン環である場合には5以下であり、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には2以下であり、
とkとmとの和は、Aがベンゼン環である場合には6以下であり、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には3以下であり、
が0のとき、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも一つが−S−であり、
が1〜10のとき、X11、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも一つがSを含む基である。]
[2]前記一般式(i)で表されるS含有エポキシ化合物が、下記一般式(1)で表されるS含有エポキシ化合物である、[1]に記載のエポキシ重合性組成物。
Figure 2013005441
[前記一般式(1)中、
Xは−S−または−SO−を示し、
およびYは、それぞれ独立に−O−又は−S−を示し、
mは0〜10のいずれかの整数を示し、
m1及びnは、それぞれ独立に0〜4のいずれかの整数を示し、
およびRは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示し、
mが0のとき、YおよびYの少なくとも一方が−S−である]
[3](A3)下記一般式(2)または一般式(3)で表されるフルオレン型エポキシ化合物をさらに含む、[1]または[2]に記載のエポキシ重合性組成物。
Figure 2013005441
[一般式(2)において、
は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し;
は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し;
は、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表し;
は、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表し;
mは、2以上の整数を表し;
nは、それぞれ独立に0〜3の整数を表し;
pは、それぞれ独立に0〜4の整数を表し;
qは、それぞれ独立に0〜5の整数を表す]
Figure 2013005441
[一般式(3)において、
Yは、単結合、酸素原子または硫黄原子を表し;
qは、それぞれ独立に0〜4の整数を表し;
〜R、m、n、及びpは、一般式(2)と同様に定義される]
[4](A2)エポキシ化合物が、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、アミノエポキシ化合物、下記一般式(4)で表されるエポキシ化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種類のエポキシ化合物である、[1]〜[3]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
Figure 2013005441
[一般式(4)において、
12は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキル基またはハロゲン原子を表し、
sは0〜4である]
[5](A2)エポキシ化合物が3官能エポキシ化合物である、[1]〜[4]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
[6](C)チオール化合物のチオール当量が80〜100g/eqであり、かつ(C)チオール化合物の硫黄含有率が50〜80%である、[1]〜[5]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
[7](C)チオール化合物の分子量が、140〜500である、[6]に記載のエポキシ重合性組成物。
[8]前記エポキシ重合性組成物に含まれるエポキシ化合物の含有量100質量部に対して、(A1)S含有エポキシ化合物の含有量が50質量部以上である、[1]〜[7]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
[9]前記エポキシ重合性組成物に含まれる、エポキシ基とチオール基とのモル比が、1:0.9〜1.1である、[1]〜[8]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
[10]含水率が0.1質量%以下である、[1]〜[9]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物。
[11]前記[1]〜[10]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物を含む、光学材料用透明樹脂。
[12]前記[1]〜[10]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物を含む、有機EL素子面封止剤。
[13]前記[1]〜[10]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物の硬化物であって、屈折率が1.68以上の硬化物。
本発明の第二は、以下に示す有機ELデバイスおよびその製造方法などに関する。
[14]有機EL素子が配置された表示基板と、前記表示基板と対になる対向基板と、前記表示基板と前記対向基板との間に介在し、かつ前記有機EL素子と前記対向基板との間に形成される空間に充填されているシール部材と、を含む有機ELパネルであって、前記シール部材は、[1]〜[10]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物の硬化物である、有機ELデバイス。
[15]有機EL素子と、前記有機EL素子と接するシール部材と、前記シール部材と接するパッシベーション膜と、を含む有機ELデバイスであって、前記シール部材は、[1]〜[10]のいずれかに記載のエポキシ重合性組成物の硬化物である、有機ELデバイス。
[16]前記[14]または[15]に記載の有機ELデバイスを具備する有機ELディスプレイパネル。
[17]表示基板上に有機EL素子を形成する第1の工程と;前記有機EL素子を、[1]〜[10]のいずれかに記載の組成物で封止する第2の工程と;前記表示基板に対向し、かつ前記組成物を介するように対向基板を積層する第3の工程と;前記組成物を硬化させて封止部材を形成する第4の工程とを含む、有機ELデバイスの製造方法。
[18]基板上に有機EL素子を形成する第1の工程と;前記有機EL素子を、[1]〜[10]のいずれかに記載の組成物で封止する第2の工程と;前記組成物を硬化させて封止部材を形成する第3の工程と;前記封止部材にパッシベーション膜を形成する第4の工程とを含む、有機ELデバイスの製造方法。
本発明のエポキシ重合性組成物を、作業性よく硬化物に成形することができ、しかもその硬化物の屈折率が高い。そのため本発明のエポキシ重合性組成物は、例えば、光学デバイス、特に発光デバイスの面封止材を成膜するために特に好適に用いられる。
有機ELデバイスの構造を例示する図である。 有機ELデバイスの製造フローを例示する図である。 実施例および比較例で得たエポキシ重合性組成物の粘度と、その硬化物の屈折率とをプロットしたグラフである。
1.エポキシ重合性組成物について
本発明のエポキシ重合性組成物は、(A1)S含有エポキシ化合物と、(A2)低軟化点を有する低軟化点エポキシ化合物((A1)を除く)と、(B)硬化促進剤と、(C)チオール化合物とを含む。さらに、(A3)フルオレン型エポキシ化合物を含んでいてもよい。
(A1)S含有エポキシ化合物は、以下の一般式(i)で示される。なお、本願明細書における「エポキシ基」には、「チオエポキシ基」も含むものとする。また(A1)S含有エポキシ化合物には、チオエポキシ基を有するチオエポキシ化合物も含まれる。
Figure 2013005441
上記一般式(i)において、A及びAは、それぞれ独立にベンゼン環、または1,3,5−トリアジン環を示す。
11はそれぞれ独立に−S−、−SO−、−O−、−C(R21−(R21は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜3のアルキル基である)を示す。複数のX11が含まれる場合、各X11は同一であってもよく、異なっていてもよい。
11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示す。炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状または分枝状のアルキル基であってよく;例えば、メチル、エチル、n−プロピル、iso-プロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシルなどでありうる。ハロゲン基の例には、塩素、臭素、ヨウ素などが含まれる。
及びnは、それぞれR11及びR12の個数を示し、独立に0〜4のいずれかの整数を示し、好ましくは0である。m及びnが大きいと(A1)S含有エポキシ化合物の軟化点が下がり、エポキシ重合性組成物を成膜する際の作業性が向上する。その一方で、エポキシ重合性組成物の硬化物の耐熱性や屈折率が低くなり過ぎる場合がある。
は0〜10のいずれかの整数を示し、好ましくは1である。
は、Aがベンゼン環である場合には1〜5の整数を示す。一方、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には1または2を示す。mの数が大きいと、一般式(i)の化合物中のエポキシ基(チオエポキシ基も含む)の数が増え、エポキシ重合性組成物の硬化物の耐熱性が高まるが、硬化収縮率が大きくなり過ぎる場合がある。
11及びY12は、それぞれ独立に−O−又は−S−を示す。Z及びZは、それぞれ独立に−O−又は−S−を示す。
j及びkは、それぞれ独立に1〜5の整数を示す。j及びkが大きい場合にも、エポキシ重合性組成物の硬化物の耐熱性が高まるが、硬化収縮率が大きくなりすぎる場合がある。
ここで、一般式(i)に含まれるmが全て0のときには、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも一つが−S−である。一方、一般式(i)に含まれるmのいずれかが1〜10のときには、X11、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも1つがSを含む;つまりY11、Y12、Z、及びZのうち少なくとも一つが−S−、もしくはX11が−S−または−SO−である。すなわち、上記一般式(i)で表される化合物は、必ずS原子を含む。
また、nとkとmとの和は、Aがベンゼン環である場合には6以下であり、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には3以下である。さらに、一般式(i)において、下記式で表される基が結合するフェニル基におけるmとjとの和は5以下である。
Figure 2013005441
上記一般式(i)で示される化合物の屈折率は1.66〜1.80である。一般式(i)で示される(A1)S含有エポキシ化合物の屈折率が1.66以上であると、エポキシ重合性組成物の硬化物の屈折率が高まる。屈折率は、ナトリウムD線(589nm)で測定した値をいう。屈折率は公知の方法で測定できるが、一般的にアッベ屈折率計による臨界角法で測定することができる。
一般式(i)で示されるS含有エポキシ化合物の例には、下記一般式(ii)〜(iv)で表される化合物が含まれる。
Figure 2013005441
Figure 2013005441
一般式(iii)において、R11、R12、X11、Y11、Y12、Z、Z、m、n、j、及びkは、前述の一般式(i)と同様である。
Figure 2013005441
一般式(iv)において、R11、R12、X11、Y11、Y12、Z、Z、m、n、j、及びkは、前述の一般式(i)と同様である。
一般式(i)で示されるS含有エポキシ化合物の特に好ましい例には、以下の一般式(1)で示されるS含有エポキシ化合物が含まれる。
Figure 2013005441
上記一般式(1)において、Xは−S−または−SO−を示す。YおよびYは、それぞれ独立に−O−又は−S−を示す。mは0〜10のいずれかの整数を示すが、好ましくは1である。mが0のとき、YおよびYの少なくとも一方が−S−である。つまり、上記一般式(1)で表される化合物は、必ずS原子を含む。
およびRは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示す。炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状または分枝状のアルキル基であってよく;例えば、メチル、エチル、n−プロピル、iso-プロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシルなどでありうる。ハロゲン基の例には、塩素、臭素、ヨウ素などが含まれる。m1及びnは、それぞれ独立に0〜4のいずれかの整数を示すが、好ましくは0である。
一般式(1)で示されるS含有エポキシ化合物の具体例には、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3-メチルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3−エポキシプロピルチオ)-3,5-ジメチルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-2,3,5,6-テトラメチルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3-ヘキシルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3,5-ジヘキシルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3-クロロフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3,5-ジクロロフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-2,3,5,6-テトラクロロフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3-ブロモフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3,5-ジブロモフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-2,3,5,6-テトラブロモフェニル]スルフィドなどが含まれる。
一般式(1)で示されるS含有エポキシ化合物の好ましい具体例には、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3-メチルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3,5-ジメチルフェニル]スルフィド、ビス[4-(2,3-エポキシプロピルチオ)-3,5-ジブロモフェニル]スルフィドなどが含まれる。
(A1)S含有エポキシ化合物を製造する方法は特に限定されない。例えば、前述の一般式(ii)で示されるS含有エポキシ化合物は、下記式のトリチオール化合物と、エピハロヒドリンとを反応させて得られる。
Figure 2013005441
また、一般式(1)で示されるS含有エポキシ化合物は、例えば、下記式(X,Y,Y,m,R,R,m1,nは、それぞれ一般式(1)と同様に定義される)のジチオール化合物またはジオール化合物と、エピハロヒドリンとを反応させて得られる。
Figure 2013005441
(A1)S含有エポキシ化合物は、エポキシ重合性組成物の硬化物の屈折率を高めやすい。しかも、過剰に粘度が高い化合物ではないので、エポキシ重合性組成物の粘度を必要以上に高めることもない。また後述する(A2)低軟化点エポキシ化合物などとの相溶性にも優れる。
本願のエポキシ重合性組成物は、高いせん断力をかけても粘度が低い。例えば一般式(i)で表される(A1)S含有エポキシ化合物では、m及びmaが1以上であっても、X11が比較的短い架橋部であり、Y11及びY12も短い架橋部である。そのため、環A、環A、及びエポキシ基(チオエポキシ基)のコンフォメーションの自由度が低く、(A1)S含有エポキシ化合物がコンパクトな構造となりやすい。また環Aや環Aが、ベンゼン環や1,3,5-トリアジン環といった比較的小さな環であるため、(A1)S含有エポキシ化合物のかさが低い。したがって、エポキシ重合性組成物に高いせん断をかけても、その粘度を低く保つことができると考えられる。さらに、1分子内に一定以上の環Aや環Aを有するため、後述する(A2)低軟化点エポキシ化合物(特にベンゼン環を有する化合物)や、(A3)フルオレン型エポキシ化合物と相溶性が高く、エポキシ重合性組成物の硬化物の透明性が高い。
(A2)低軟化点エポキシ化合物は、70℃以下の軟化点を有することが好ましく、室温で液状であってもよい。本願明細書でいう(A2)低軟化点エポキシ化合物には、(A1)S含有エポキシ化合物を含まないものとする。(A2)低軟化点を有するエポキシ化合物は、エポキシ重合性組成物の作業性をさらに向上させうる。また前述の(A1)S含有エポキシ化合物などの成分との相溶性にも優れ、本発明の組成物の硬化物が白濁するのを防ぐ効果もある。軟化点は環球法(JIS K7234に準拠)により測定される。
(A2)低軟化点エポキシ化合物は、特に限定されないが、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、アミノエポキシ化合物、下記一般式(4)で表されるエポキシ化合物などが含まれる。
ビスフェノールA型エポキシ化合物およびビスフェノールF型エポキシ化合物は、それぞれ以下の式で示されうる。式におけるR10は、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基、好ましくはメチル基であり;式におけるpは、置換基R10の置換数を示し、0〜4であり、好ましくは0である。
Figure 2013005441
Figure 2013005441
アミノエポキシ化合物は、例えば以下に示すアニリン型エポキシ化合物が典型的であり、アニリン型エポキシ化合物の例には、以下の化合物が含まれる。式におけるR11は、炭素数1〜5のアルキル基またはハロゲン原子を表し、qは0〜5であり、rは0〜4である。
Figure 2013005441
一般式(4)におけるR12は、それぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基またはハロゲン原子を表し、sは0〜4である。
Figure 2013005441
(A2)低軟化点を有するエポキシ化合物の少なくとも一部は、3官能エポキシ化合物であることが好ましい。3官能エポキシ化合物であれば、エポキシ重合性組成物の硬化物の架橋度を高め、硬化物の耐熱性を高めることができる。
(A3)フルオレン型エポキシ化合物は、それを含む重合性樹脂組成物の硬化物の屈折率を高めることができる。また、フルオレンは剛直な芳香族基であるため、フルオレン型エポキシ化合物を含むエポキシ重合性組成物の硬化物のガラス転移温度Tgが高まり、硬化物の耐熱性が高くなる。
(A3)フルオレン型エポキシ化合物の軟化点は、50℃〜200℃であることが好ましく、80℃〜160℃であることがより好ましい。本発明の組成物の作業性をよくして、かつ硬化物の耐熱性を高めるためである。また(A3)成分を含むことで、プラズマ耐性や耐候性を高めることができる。
フルオレン型エポキシ化合物は、一般式(2)または(3)で表される。
Figure 2013005441
一般式(2)におけるRは、それぞれ独立して水素原子またはメチル基を表すが、エポキシ基の反応性を高めるために、水素原子であることが好ましい。一般式(2)におけるRは、それぞれ独立して水素原子またはメチル基であるが、エポキシ基の反応性に優れるため、Rは水素原子であることが好ましい。
一般式(2)におけるnは、アルキレンエーテルユニットの繰り返し数を表す。nはそれぞれ独立して0〜3の整数である。nが大きいほど化合物の軟化点が低下するので、後述するように、樹脂組成物としたときの作業性が向上する。しかし、nが大きすぎると、その硬化物の耐熱性が低下することがある。よってnは0または1であることが好ましい。
一般式(2)におけるmは、エポキシ基含有置換基の置換数を表し、2以上の整数であり、通常、4以下である。「エポキシ基含有置換基」とは、ベンゼン環に結合している、エポキシ基を含む置換基を意味する。エポキシ基含有置換基は、いずれのベンゼン環に結合していてもよい。mが大きいと硬化物としたときの耐熱性に優れるが、硬化収縮率が高くなりすぎることがある。よって、mは2であることが好ましい。
一般式(2)におけるpは、Rの置換数を表し、それぞれ独立に0〜4の整数である。pが大きいと軟化点が下がり作業性が向上するが、硬化物としたときの耐熱性や屈折率が低くなりすぎることがある。よってpは0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。一般式(2)おけるRは、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表す。炭素数が大きいと、軟化点が下がり作業性が向上するが、硬化物としたときの耐熱性や屈折率が低くなりすぎることがあるため、Rはメチル基であることが好ましい。
一般式(2)におけるqは、Rの置換数を表し、それぞれ独立に0〜5の整数である。qが大きいと軟化点が下がり作業性が向上するが、硬化物としたときの耐熱性や屈折率が低くなりすぎることがある。よってqは0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。一般式(2)おけるRは、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表す。炭素数が大きいと、軟化点が下がり作業性が向上するが、硬化物としたときの耐熱性や屈折率が低くなりすぎることがあるため、Rはメチル基であることが好ましい。
上記一般式(2)で表されるフルオレン型エポキシ化合物は、好ましくは下記一般式(2−1)で表される化合物である。
Figure 2013005441
一般式(2−1)におけるmは、それぞれ独立に1〜3の整数を示し、好ましくは1である。一般式(2−1)におけるqはそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。一般式(2−1)におけるR〜R、n、及びpは、一般式(2)と同様に定義される。
Figure 2013005441
一般式(3)におけるYは、単結合、酸素原子または硫黄原子を表す。一般式(3)におけるqは、それぞれ独立に0〜4の整数を表す。一般式(3)におけるR〜R、m、n、及びpは、一般式(2)と同様に定義される。
上記一般式(3)で表されるフルオレン型エポキシ化合物は、好ましくは下記一般式(3−1)で表される化合物である。
Figure 2013005441
一般式(3−1)におけるmは、それぞれ独立に1〜3の整数を示し、好ましくは1である。一般式(3−1)におけるqはそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。一般式(3−1)におけるR〜R、n、及びpは、一般式(3)と同様に定義される。
一般式(3)で表される化合物は、一般式(2)で表される化合物の分子構造に比べて、剛直な分子構造を有する。そのため、一般式(3)で表される化合物の硬化物の耐熱性は高くなる。特に、Yが単結合である場合は、硬化物の耐熱性が著しく向上するが、軟化点が高くなり過ぎて作業性が低下することがある。一方で、Yが酸素原子または硫黄原子である場合は、上記のバランスに優れる。
(A3)フルオレン型エポキシ化合物は、例えば、フルオレン骨格を有するフェノールと、エピクロルヒドリン(「3-クロロ-1,2-エポキシプロパン」ともいう)を公知の方法で反応させて得ることができる。エピクロルヒドリンとフルオレン骨格を有するフェノールの構造を適宜選択することで、所望のエポキシ化合物を合成できる。すなわち、エピクロロヒドリンの代わりに、エピクロルヒドリン誘導体を原料とすれば一般式(2)におけるRを適宜変更できる。例えば、3-クロロ-1,2-エポキシプロパンの2位にメチル基が置換されたエピクロルヒドリン誘導体を原料とすれば、一般式(2)におけるRがメチル基であるフルオレン型エポキシ化合物を合成できる。
フルオレン骨格を有するフェノールは、特開2001−206862号公報に記載されている方法に準じて合成できる。フルオレン骨格を有するフェノールの骨格を選択すれば、一般式(2)におけるmとRとpを適宜変更できる。また、特許文献3に記載の多官能水酸基含有フルオレン化合物を原料とすれば、一般式(2)におけるRが水素原子またはメチル基であって、nが0でないフルオレン型エポキシ化合物を合成できる。
以上の通り、本発明のエポキシ重合性組成物には、(A1)S含有エポキシ化合物と、(A2)低軟化点エポキシ化合物が含まれ、より好ましい態様として(A3)フルオレン型エポキシ化合物がさらに含まれる。エポキシ重合性組成物に含まれる(A1)S含有エポキシ化合物と(A2)低軟化点を有するエポキシ化合物との合計含有量、または(A3)フルオレン型エポキシ化合物を含む場合は(A1)成分と(A2)成分と(A3)成分との合計含有量を100質量部としたときに、(A1)成分の含有量が50質量部以上であることが好ましい。エポキシ重合性組成物の硬化物の屈折率を高めるためには、(A1)S含有エポキシ化合物の含有量を高めることが好ましい。より具体的には、(A1)S含有エポキシ化合物の前記含有量を50質量部以上とすると、硬化物の屈折率を1.68以上に調整しやすい。
また本願発明の組成物が(A3)フルオレン型エポキシ化合物を含む場合は、(A1)成分と(A2)成分と(A3)成分との合計含有量を100質量部としたときに、(A3)フルオレン型エポキシ化合物は、1〜60重量部であるのが好ましく、5〜50重量部以上であることがより好ましく、10〜30重量部がさらに好ましい。(A3)フルオレン型エポキシ化合物の含有量を上記範囲とすると、エポキシ重合性組成物の硬化物の耐熱性やプラズマ耐性・耐候性を向上させることができる。
(B)硬化促進剤
エポキシ化合物の硬化を促進する(B)硬化促進剤の例には、イミダゾール化合物やアミン化合物が含まれる。イミダゾール化合物の例には、2-エチル-4-メチルイミダゾールなどが含まれ、アミン化合物の例には、トリスジメチルアミノメチルフェノールなどが含まれる。(B)硬化促進剤は、ルイス塩基化合物であってもよい。本発明のエポキシ重合性組成物を発光素子、特に有機EL素子の封止剤として用いる場合には、(B)硬化促進剤は熱硬化促進剤であることが好ましく、本発明の組成物は光硬化促進剤を実質的に含まない方が好ましい。熱硬化促進剤に比べて光硬化促進剤は、硬化を促進する際に分解して発光素子を劣化させるガスなどを発生する場合が多いためである。
エポキシ重合性組成物における(B)硬化促進剤の含有量は、エポキシ化合物の合計量100質量部に対して0.1〜5質量部であることが好ましい。エポキシ重合性組成物の硬化性と保存安定性のバランスに優れるからである。
(C)チオール化合物
(C)チオール化合物は、1分子内に2以上のチオール基を有することを特徴とする。(C)チオール化合物は、エポキシ化合物の硬化剤として作用しうる。つまり(C)チオール化合物のチオール基は、エポキシ化合物のエポキシ基(チオエポキシ基も含む)と反応することにより、これらのエポキシ化合物を互いに架橋反応させて、耐熱性や接着強度等に優れた硬化物とすることができる。チオール化合物によって、エポキシ重合性組成物の硬化物の透明性を高めることもできる。これは(C)チオール化合物がエポキシ化合物を架橋することで、エポキシ化合物中のベンゼン環、または1,3,5−トリアジン環が集積するのを防ぐことができるからだと推測される。硬化物の透明性を高めるという観点からは、(C)チオール化合物はベンゼン環や1,3,5−トリアジン環を有さない化合物の方が好ましい。
(C)チオール化合物は、1分子内に2つ以上のチオール基を有すればよく、特に限定されない。チオール基の数が多いと、得られるエポキシ組成物の硬化物(以下単に「硬化物」ともいう)の架橋密度が向上するため、硬化物の耐熱性が向上する。しかし、チオール基の数が多すぎると、チオール化合物の分子内にチオール基が接近して存在することとなり立体障害が起こりやすくなり、エポキシ基(チオエポキシ基も含む)との反応性が低下する。一分子内におけるチオール基の含有量はチオール当量(g/eq)で表される。
(C)チオール化合物のチオール当量は、80〜100g/eqであり、好ましくは85〜95g/eqであり、より好ましくは86〜92g/eqである。チオール当量とは、(C)チオール化合物の分子量を、その分子に含まれるチオール基の数で除して得られる値である。チオール当量が80g/eq未満であると、硬化物の架橋点同士の距離が短くなるため、エポキシ基(チオエポキシ基も含む)との反応性が低下して、転化率が上がらないことがある。一方、チオール当量が100g/eqを超えると、硬化物の架橋点同士の距離が長くなりすぎるため、硬化物の耐熱性が低下することがある。
(C)チオール化合物は、その分子内にチオール基以外の硫黄原子を含んでいてもよい。分子内に硫黄元素を含むチオール化合物は、エポキシ重合性組成物の硬化物の屈折率を高める。このため、エポキシ重合性組成物における(C)チオール化合物の硫黄含有率は50〜80%であり、好ましくは60〜75%である。
硫黄含有率は、チオール化合物を質量分析して得た各元素の割合(全元素に対する硫黄元素の割合)から求められる。前記硫黄含有率が50%未満であると、これを含む樹脂組成物の硬化物の屈折率が十分に高まらないことがある。また、前記硫黄含有率が80%を超えるチオール化合物は、分子内にS−S結合を含むものが多いため、これを含む樹脂組成物の硬化物は、ラジカルを生成したり、化学的安定性が劣ったりする場合がある。
(C)チオール化合物の分子量は、140〜500であることが好ましい。(C)チオール化合物の分子量が高いと粘度が高くなりすぎたり、均一硬化しなくなったりすることがある。分子量は、質量分析により求めればよい。
(C)チオール化合物は、チオール当量と硫黄含有率が前記範囲にあるものであれば、特に限定されない。(C)チオール化合物の具体例には、以下の式(4)、(5)および(6)で示される化合物が含まれる。式(4)、(5)および(6)で示される化合物は公知の方法で合成されうるが、市販もされている。式(4)の化合物のチオール当量は87g/eq、硫黄含有率は62%であり;式(5)の化合物のチオール当量は91g/eq、硫黄含有率は61%であり;式(6)の化合物のチオール当量は89g/eq、硫黄含有率は72%である。
Figure 2013005441
本発明のエポキシ重合性組成物における(C)チオール化合物の含有量は、特に限定されないが、エポキシ重合性組成物中に含まれるチオール基とエポキシ基(チオエポキシ基も含む)とのモル量の比率で決定されることがある。(C)チオール化合物は、エポキシ化合物の硬化剤として作用するためである。エポキシ重合性組成物中にチオール基が過剰に含まれると、硬化物中にエポキシ基(チオエポキシ基も含む)と反応しなかったチオール基が残存する。そのため、硬化物付近の部材を汚染するおそれがある。一方、チオール基が過少であると、架橋密度を十分に高めることができず、得られる硬化物の耐熱性が低下することがある。
例えば、本発明のエポキシ重合性組成物に含まれるエポキシ基(チオエポキシ基も含む)が1モルであるときに、0.9〜1.1モルのチオール基が含まれることが好ましく、0.95〜1.05モルのチオール基が含まれることがより好ましく、1モルのチオール基が含まれることが特に好ましい。
(D)シランカップリング剤
エポキシ重合性組成物には、(D)シランカップリング剤が含まれていてもよい。(D)シランカップリング剤を含むエポキシ重合性組成物は、有機EL用シール材組成物としたときに基板などとの密着性が高い。(D)シランカップリング剤の例には、エポキシ基、カルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基などの反応性基を有するシラン化合物が含まれる。シラン化合物の具体例には、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-(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などが含まれる。シランカップリング剤は、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
エポキシ重合性組成物における(D)シランカップリング剤の含有量は、エポキシ重合性組成物100質量部に対して、0.05〜30質量部であることが好ましく、0.1〜20質量部であることがより好ましく、0.3〜10質量部であることがさらに好ましい。
(E)その他の任意成分
エポキシ重合性組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他樹脂成分、充填剤、改質剤、安定剤などの任意成分をさらに含有することができる。他の樹脂成分の例には、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエーテル、ポリエステル、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系オリゴマー、シリコン系オリゴマー、ポリスルフィド系オリゴマーが含まれる。これらの1種単独を、または複数種の組み合わせを含有することができる。
充填剤の例には、ガラスビーズ、スチレン系ポリマー粒子、メタクリレート系ポリマー粒子、エチレン系ポリマー粒子、プロピレン系ポリマー粒子が含まれる。充填剤は、複数種の組み合わせであってもよい。改質剤の例には、重合開始助剤、老化防止剤、レベリング剤、濡れ性改良剤、界面活性剤、可塑剤などが含まれる。これらは、複数種を組み合わせて使用してもよい。安定剤の例には、紫外線吸収剤、防腐剤、抗菌剤が含まれる。改質剤は、複数種の組み合わせであってもよい。
ただし、本発明の組成物の硬化物に透明性が求められる場合には、エポキシ化合物と相分離し、かつエポキシ化合物との屈折率差が大きい成分;具体的には、エポキシ化合物の硬化物との屈折率差が0.1以上でかつ直径が0.1μm以上の無機フィラーや有機フィラーなどを実質的に含まないことが好ましい。
本発明のエポキシ重合性組成物の含水率は、特に発光素子のシール剤として用いられる場合は、0.1質量%以下であることが好ましく、0.06質量%以下であることがより好ましい。有機EL素子自体や発光素子が配置された電気回路は水分により劣化しやすいので、エポキシ重合性組成物の含水率をできるだけ低減することが好ましい。エポキシ重合性組成物の含水率は、試料サンプルを約0.1g計量し、カールフィッシャー水分計を用いて150℃に加熱し、その際に発生する水分量を測定することにより求めることができる(固体気化法)。
本発明のエポキシ重合性組成物は、塗布作業の容易性などの点から、25℃における粘度が100〜15000mPa・sであることが好ましく、100〜10000mPa・sであることがより好ましく、100〜6000mPa・sであることがさらに好ましい。25℃での組成物の粘度は、B型粘度計(東機産業製 BL型)によって、回転速度60rpmの条件で測定される。このように、高回転速度(60rpm)で測定される粘度を調整することで、スクリーン印刷などによる印刷作業性を高めることができる。スクリーン印刷は、塗布物である樹脂組成物にせん断力を与えながら行う印刷法だからである。
本発明のエポキシ重合性組成物は、硬化収縮率が小さいことが好ましい。硬化収縮率は10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましい。硬化収縮率は、硬化前の組成物の比重と、硬化後の硬化物の比重とを、下記式に当てはめることにより求めることができる。
硬化収縮率(%)={(硬化物の比重−未硬化の組成物の比重)/硬化物の比重}×100
面封止のシール部材を作製するためのシール材組成物は、硬化収縮率が低いことが重要である。硬化収縮率が高いと、内部応力によって硬化物であるシール部材と基板などとの間に微細な隙間ができ、接着強度が低下し、さらには耐透湿性が低下するからである。
本発明のエポキシ重合性組成物の硬化物は高屈折率を有する。硬化物の屈折率は、1.60を超えることが好ましく、1.64以上であることがより好ましく、1.66以上がさらに好ましく、1.68以上が特に好ましい。屈折率は、ナトリウムD線(589nm)で測定した値をいう。屈折率は公知の方法で測定できるが、一般的にアッベ屈折率計による臨界角法で測定することができる。
本発明のエポキシ重合性組成物の硬化物は、可視光領域において透明であることが好ましい。透明性は、紫外/可視分光光度計を用いて光線透過率により評価できる。本発明の硬化物の光線透過率は、450nmにおいて30%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは80%以上である。光デバイス(有機EL素子を含む)のシール部材としたときに、その表示性を良くするためである。
エポキシ重合性硬化物の光線透過率の測定は、以下の手順で行うことができる。
1)エポキシ重合性硬化物を、基材上に塗布および乾燥させた後、硬化させて、厚み100μmの硬化物を得る。
2)得られた硬化物の、波長450nmにおける光線透過率を、紫外/可視光光度計(島津製作所製のMULTISPEC−1500)を用いて測定する。
本発明のエポキシ重合性組成物は、硬化されることによりシール部材として用いられうる。さらに、光デバイスからの光が通過するシール部材または光学材料に適用されることが好ましい。光デバイスの例には、有機ELパネル、液晶ディスプレイ、LED、電子ペーパー、太陽電池、CCDなどが含まれる。光学材料の例には、光学接着剤、光学フィルム、ホログラム材料、フォトニック結晶、回折格子、プリズム、屈折率分布レンズ、光ファイバー、光導波路フィルム等が含まれる。
さらに、本発明のエポキシ重合性組成物は、発光素子(特にトップエミッション構造の有機EL素子)のシール部材となるシール材組成物(または光学材料用透明樹脂組成物)として用いられることが好ましい。トップエミッション構造の有機EL素子のシール部材としたときに、有機EL素子から発した光の取り出し効率を高めるためである。すなわち、トップエミッション構造の有機EL素子は、有機EL層の上に、ITOなどの透明なカソード電極層が配置される。ITOの屈折率は約1.8であるため、カソード電極層上に配置されるシール部材の屈折率が低すぎると、有機EL素子から発した光の取り出し効率が低下する。
本発明のエポキシ重合性組成物は、発明の効果を損なわない限り、任意の方法で製造されうる。例えば、エポキシ重合性組成物は、各エポキシ化合物((A1)〜(A3)を含む)を混合してエポキシ混合物とする工程1と、エポキシ混合物と(C)チオール化合物とを30℃以下にて混合する工程2とを含む。混合は、これらの成分をフラスコに装入して攪拌する方法や、三本ロールで混練する方法が含まれる。(B)硬化促進剤や、その他の任意成分は、工程2で得られた混合物と混合されることが好ましい。
工程1は、加熱条件下で行ってもよい。エポキシ成分をできるだけ均一にするために、各エポキシ成分の軟化点に応じて加熱温度を設定する。
工程2は、エポキシ混合物と(C)チオール化合物とを、例えば非加熱条件下(30℃以下)で混合させる。エポキシ混合物と(C)チオール化合物の硬化反応の進行(ゲル化など)を抑制するためである。(B)硬化促進剤も同様に、30℃以下で混合されることが好ましい。
2.有機ELデバイスについて
前記の通り、本発明のエポキシ重合性組成物は、有機EL素子のシール部材を作製するための組成物として有用である。つまり本発明の有機ELデバイスは、有機EL素子が配置された表示基板と、表示基板と対になる対向基板と、表示基板と対向基板との間のいずれかに配置された前記有機EL素子を封止するシール部材とを有する。
有機EL素子を覆うように封じる方法を面封止といい、その一例として有機EL素子と対向基板との間に形成される空間にシール部材を充填して封止する方法が挙げられる。一方、対向基板の周縁部にシール部材が配置して封止することを枠封止という。本発明のエポキシ重合性組成物は、面封止および枠封止のいずれのシール部材に適用されてもよいが、面封止のシール部材に適用されることが好ましく、トップエミッション構造の有機ELデバイスの面封止型のシール部材に適用されることがより好ましい。
図1Aは、面封止型の有機ELデバイスの第一の例を模式的に示す断面図である。図1Aに示された有機ELデバイス20は、表示基板22と、有機EL素子24と、封止基板26と、面封止する封止部材28とを有する。有機EL素子24は、画素電極30と、有機EL層32と、対向電極34とを有する。図1Aにおける封止部材28が、前述のエポキシ重合性組成物の硬化物となる。図1Aに示されないが、対向電極34は、酸化シリコンや、窒化シリコンなどの向き化合物からなるパッシベーション膜で覆われていてもよい。
図1Bは、面封止型の有機ELデバイスの第二の例を模式的に示す断面図である。図1Bに示された有機ELデバイス20’は、表示基板22と、有機EL素子24と、封止基板26と、面封止する封止部材28とを有する。有機EL素子24は、画素電極30と、有機EL層32と、対向電極34とを有する。図1Bにおける封止部材28は、樹脂の硬化物層28−1と、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機化合物からなるパッシベーション層28−2と、接着樹脂層28−3とを有する。図1Bにおける樹脂の硬化物層28−1が、前述のエポキシ重合性組成物の硬化物でありうる。
有機ELデバイスは、任意の方法で製造されうる。例えば、図1Aに示された有機ELデバイス20は、有機EL素子24が積層された表示基板22にシール材組成物を塗布する工程1と、シール材組成物が塗布された表示基板22の上に、対になる封止基板26を重ね合わせて積層体を得る工程2と、得られた積層体のシール材組成物(前述のエポキシ重合性組成物)を硬化させて封止部材28とする工程3と、を含む方法で製造されうる。各工程は、公知の方法に準じて行えばよい。シール材組成物を塗布する方法の例には、スクリーン印刷やディスペンサーを使用する方法が含まれる。本発明のエポキシ重合性組成物の粘度は、100〜15000mPa・sに調整されているので、塗布がしやすい。硬化工程は、25〜100℃で0.1〜2時間とすることが好ましい。
図2には、図1Bに示された有機ELデバイス20’の製造プロセスが模式的に示される。まず、有機EL素子24が積層された表示基板22を用意する(図2A)。有機EL素子には、画素電極30と、有機EL層32と、対向電極34とが含まれるが、さらに他の機能層を有していてもよい。次に、表示基板22に積層された有機EL素子24上に(対向電極34を覆うように)、シール材組成物(前述のエポキシ重合性組成物)を塗布した後、硬化させて硬化物層28-1を成膜する(図2B)。
次に、硬化物層28-1上に、パッシベーション層28-2を成膜する(図2C)。パッシベーション層(透明無機化合物層)28-2は、任意の方法で成膜されるものの、プラズマCVD法やスパッタ法などで成膜することができる。さらに、パッシベーション層28-2を樹脂層で覆い(図2D)、さらに封止基板26を重ねあわせて、この状態で樹脂層を硬化させて第2の樹脂硬化物層28-3とするとともに、封止基板26を貼り合わせる(図2E)。このようにして、本発明の有機ELデバイス20’が得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物は、プラズマに曝されても透明性が低下しにくい。そのため、硬化物層28-1を本発明のエポキシ重合性組成物の硬化物とすれば、パッシベーション層28-2をプラズマCVD法などで成膜するときに、硬化物層28-1がプラズマに曝されるにも係わらず、硬化物層28-1の透明性が維持される。また有機ELデバイスは、長時間日光などに曝される態様で使用されることが多いため、有機EL素子面封止材の硬化物にも耐候性が必要とされるが、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物は、前述のようにプラズマに曝されても透明性が維持されるため、耐候性にも優れていることがわかる。
図2では、表示基板22に、1つの有機EL素子24を形成して、それを封止するフローを示したが;表示基板22に形成した複数の有機EL素子24を、同様の手順で1回のフローで封止することができる。
本発明の有機ELデバイスは、有機ELディスプレイパネルに適用することができる。通常、有機ELディスプレイパネルにおいて、有機ELデバイスは、基板上にマトリックス状に配置される。
本発明を、実施例を参照してより詳細に説明するが、これにより本発明の範囲は限定して解釈されない。
以下に示す成分を用いて、エポキシ重合性組成物を製造した。
(A1)S含有エポキシ樹脂:TBBTエポキシ(特開平10−324858号に記載の方法で合成できる)、屈折率1.68
Figure 2013005441
(A2)低軟化点エポキシ:EP3950S(アデカ社製)アニリン型3官能エポキシ、室温で液体
(A2)低軟化点エポキシ:VG3101(プリンテック社製)軟化点 38〜46℃
Figure 2013005441
(A2)低軟化点エポキシ:YL983U(三菱化学社製)ビスフェノールF型エポキシ,室温で液体
(A3)フルオレン型エポキシ:PG−100(大阪ガスケミカル株式会社製)
Figure 2013005441
(B)硬化促進剤:2E4MZ(2-エチル-4-メチルイミダゾール)
(B)硬化促進剤:TMDPO(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)
(C)チオール化合物:GST(三井化学株式会社製)
Figure 2013005441
(C)チオール化合物:FSH(三井化学株式会社製)
Figure 2013005441
(C)チオール化合物:OPST(三井化学株式会社製)
Figure 2013005441
(C)チオール化合物:TBBT(4,4'-チオビスベンゼンチオール)
Figure 2013005441
酸無水物:リカシッドMH700(新日本理化株式会社製)
アクリル酸:アクリル酸 (東京化成社製)
[実施例1]
フラスコに、50質量部のTBBTエポキシ((A1)S含有エポキシ)と、20質量部のEP3950S((A2)低軟化点エポキシ)と、30質量部のPG−100((A3)フルオレン型エポキシ)とを装入し、加温しながら混合した。これに、52質量部のGST((C)チオール化合物)を添加して室温で混合し、さらに0.4質量部の2E4MZ((B)硬化促進剤)を添加して室温で攪拌してエポキシ重合性組成物を得た。
[実施例2〜9]
表1に示すように、(A1)S含有エポキシの量、(A2)低軟化点エポキシの種類および量、(A3)フルオレン型エポキシの量、(C)チオール化合物の種類および量を変更し、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。
[比較例1]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(C)チオール化合物の代わりに、酸無水物を配合した。
[比較例2]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(C)チオール化合物を配合しなかった。
[比較例3〜4]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(A1)S含有エポキシを配合しなかった。
[比較例5]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(A2)低軟化点エポキシを配合しなかった。
[比較例6]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(A2)低軟化点エポキシおよび(A3)フルオレン型エポキシを配合しなかった。
[比較例7]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(A2)低軟化点エポキシ、(A3)フルオレン型エポキシおよび(C)チオール化合物を配合せず、アクリル酸を配合した。
[比較例8]
表2に示す組成で、実施例1と同様の手順でエポキシ重合性組成物を得た。(A2)低軟化点エポキシおよび(A3)フルオレン型エポキシを配合しなかった。
実施例1〜9および比較例1〜8で得たエポキシ重合性組成物を、以下の項目について評価した。評価結果を、表1および表2に示す。
[組成物の状態]
エポキシ重合性組成物を目視観察して、無色透明であるかどうかを確認した。
[組成物の粘度]
B型粘度計(東機産業社製のBL型VISCOMETER/ローターNo4)を用いて、60rpmの回転条件で、25℃におけるエポキシ重合性組成物の粘度を測定した。
実施例1〜9および比較例1〜6で得たエポキシ重合性組成物を型に流し込み、90℃で1h加熱して、厚み0.2mmの硬化物を得た。また、比較例7で得たエポキシ重合性組成物を型に流し込み、10mW/cmのUV光を5分間、さらに60℃で2h加熱して、厚み0.2mmの硬化物を得た。比較例8で得たエポキシ重合性組成物は硬化させることができなかった。
[硬化物の状態]
得られた硬化物を目視観察して、無色透明かどうかを確認した。
[硬化収縮率]
硬化前の組成物の比重と、硬化後の硬化物の比重とを、下記式に当てはめることにより硬化収縮率を求めた。
硬化収縮率(%)={(硬化物の比重−未硬化の組成物の比重)/硬化物の比重}×100
[硬化物の屈折率]
得られた硬化物の屈折率を、屈折率測定計(アタゴ社製の多波長アッベ屈折計DR−M4)を用いて、ナトリウムD線(589nm)を照射して測定した。
[硬化物のガラス転移温度]
得られた硬化物について、TMA(セイコーインスツルメンツ社製のTMA/SS6000)を用いて、昇温速度5℃/分の条件で線膨張係数を測定し、その変曲点からTgを求めた。
[硬化物のヘイズ値]
得られた硬化物のヘイズ値(%)を、ヘイズメーター(東京電飾製、機種名TC-H3DPK)を用いて測定した。その後、硬化物をプラズマ処理装置(ヤマト科学製、機種名PDC210、平行平板型)に設置し、酸素流量20mL/分、RF出力500Wの条件で20分間プラズマ処理を実施した。プラズマ処理後の硬化物層のヘイズ値(%)を、ヘイズメーター(東京電飾製、機種名TC-H3DPK)を用いて測定した。
このように、プラズマ処理し、ヘイズの変化を評価することで、面封止剤の硬化物にプラズマが照射される工程を含む有機ELデバイスの製法において、好適な面封止剤であるか否かを評価できるとともに、耐候性の加速評価も可能となる。
[組成物の含水量]
エポキシ重合性組成物の含水量をカールフィッシャー法で測定したところ、実施例1〜9および比較例1〜8の組成物の含水率は、いずれも0.1重量%以下であった。
Figure 2013005441
Figure 2013005441
[比較例9〜10]
窒素で置換したフラスコで、表3に示す組成のエポキシ樹脂100重量部と、85重量部の酸無水物と、4重量部のシランカップリング剤と、表3に示す重量部の硬化促進剤とを攪拌混合して、面封止剤を得た。
比較例9および10で得られた面封止剤の粘度を測定した。E型粘度計(BROOKFIEL社製デジタルレオメーター型式DII-III ULTRA)を用いて、25℃におけるエポキシ重合性組成物の粘度を測定した。測定結果を表1に示す。
比較例9および10で得られた面封止剤の硬化性を、以下の手法で評価した。各面封止剤を、2枚のNaCl結晶板(厚み5mm)の間に挟んでサンプルを用意した。2枚のNaCl結晶板(2センチ角)の間に面封止剤を封入し、NaCl結晶板同士の間隔が15μmとなるようにした。このサンプルを、100℃で30分熱処理した前後の赤外線透過スペクトルを、FT-IR測定装置によって測定した。得られたスペクトルに基づき、エポキシ基の逆対称環伸縮に由来する吸収ピーク(910cm−1付近)高さを、ベンゼン環の環内C-C伸縮に由来する吸収ピーク(1600cm−1付近)高さで除して規格化した。そして、熱処理によるエポキシ基由来のピークの減少度合いからエポキシ基の反応率を算出した。
熱処理前のエポキシ基ピークの規格値をx1、熱処理後のエポキシ基ピークの規格値をx2とした場合、{(x1−x2)/x1}×100(%)で算出される値をエポキシ転化率として算出した。エポキシ転化率が、80%以上である場合に、評価を○とした。
硬化物層の調製
比較例9および10で得られた面封止剤を、予めオゾン処理によって洗浄したガラス基板(7cm×7cm×0.7mm厚)に、スクリーン印刷機(Screen Printer Model 2200、MITANI製)を用いて印刷した(5cm×5cm×3μm厚)。印刷したガラス基板を100℃に加熱したホットプレート上で30分間加熱し硬化物層とした。
硬化物層のヘイズ値(%)を、ヘイズメーター(東京電飾製、機種名TC-H3DPK)を用いて測定した。その後、硬化物層を形成したガラス基板を、プラズマ処理装置(ヤマト科学製、機種名PDC210、平行平板型)に設置し、酸素流量20mL/分、RF出力500Wの条件で20分間プラズマ処理を実施した。そして、プラズマ処理後の硬化物層のヘイズ値(%)を、ヘイズメーター(東京電飾製、機種名TC-H3DPK)を用いて測定した。それぞれのヘイズ測定値を、表1に示す。
Figure 2013005441
YL-983U:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製)VG-3101L:3官能エポキシ樹脂:分子量592(プリンテック社製)MH-700:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物(新日本理化製)KBM-403:3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、分子量236(信越化学製)2E4MZ:2-フェニル-4-メチルイミダゾール(キュアゾール 2P4MZ、四国化成製)SA-810:ジアザシクロウンデセンフタル酸塩(サンアプロ製)
各実施例で得られたエポキシ重合性組成物は、無色透明であり、その粘度が低く抑えられている(14000mPa・s以下)。しかも、その硬化物の屈折率が高い(1.67超)ことがわかる。一方で、比較例1〜4で得られたエポキシ重合性組成物は、屈折率が低い(1.67以下)ことがわかる。比較例5〜6で得られたエポキシ重合性組成物は白濁しており、その硬化物も白濁していた。比較例7で得られたエポキシ重合性組成物は、硬化収縮率が高く、屈折率は1.65以下、薄膜硬化時に酸素阻害があり硬化不十分となり薄膜を形成できなった。比較例8で得たエポキシ重合性組成物は、ペースト状となり硬化させることが困難であった。
図3は、実施例1〜9のエポキシ重合性組成物および比較例1〜4のエポキシ重合性組成物について、粘度と、その硬化物の屈折率とをプロットしたグラフである。図3に示されるように、実施例で得られたエポキシ重合性組成物が、粘度を低く維持しながら、その硬化物の屈折率を高めていることがわかる。
実施例1〜6で得たエポキシ重合性組成物の硬化物のガラス転移温度(51℃〜78℃)は、実施例7〜9で得たエポキシ重合性組成物の硬化物のガラス転移温度(42〜59℃)よりも相対的に高い。このことから、フルオレン型エポキシ樹脂を添加することで、耐熱性のよいエポキシ樹脂硬化物が得られることがわかる。
実施例1〜9で得たエポキシ重合性組成物の硬化物のプラズマ耐性は、比較例9および10に比較して高い。このことから本発明の組成物は、プラズマに曝される有機ELデバイスの製造に適し、また本発明の組成物の硬化物は耐候性にも優れることがわかる。
本発明のエポキシ重合性組成物は、高いせん断をかけても粘度が低く、印刷法などの手法で容易に成形することができるにも係わらず、その硬化物の屈折率が高い。そのため、光学デバイス、特に発光デバイスの封止材として特に好適に用いられる。
20,20’ 有機ELデバイス
22 表示基板
24 有機EL素子
26 封止基板
28 封止部材
28−1 硬化物層
28−2 パッシベーション層
28−3 接着樹脂層
30 画素電極
32 有機EL層
34 対向電極

Claims (18)

  1. (A1)下記一般式(i)で表され、かつ屈折率が1.66〜1.80である、S含有エポキシ化合物と、
    Figure 2013005441
    [前記一般式(i)中、
    及びAは、それぞれ独立にベンゼン環、または1,3,5−トリアジン環を示し、
    11はそれぞれ独立に−S−、−SO−、−O−、−C(R21−(R21は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜3のアルキル基)を示し、
    11およびY12は、それぞれ独立に−O−又は−S−を示し、
    及びZは、それぞれ独立に、−O−又は−S−を示し、
    11およびR12は、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示し、
    は0〜10のいずれかの整数を示し、
    はAがベンゼン環である場合には1〜5の整数を示し、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には1または2を示し、
    及びnはAまたはAがベンゼン環である場合には、それぞれ独立に0〜4の整数を示し、AまたはAが1,3,5−トリアジン環である場合には、それぞれ独立に0または1を示し、
    j及びkは、AまたはAがベンゼン環である場合には、それぞれ独立に1〜5の整数を示し、AまたはAが1,3,5−トリアジン環である場合には、それぞれ独立に1または2を示し、
    とjとの和は、Aがベンゼン環である場合には5以下であり、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には2以下であり、
    とkとmとの和は、Aがベンゼン環である場合には6以下であり、Aが1,3,5−トリアジン環である場合には3以下であり、
    が0のとき、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも一つが−S−であり、
    が1〜10のとき、X11、Y11、Y12、Z、及びZで表される基の少なくとも一つがSを含む基である。]
    (A2)70℃以下の軟化点を有するエポキシ化合物(ただし、前記(A1)S含有エポキシ化合物を除く)と、
    (B)硬化促進剤と、
    (C)1分子内に2つ以上のチオール基を有するチオール化合物と、を含み、
    B型粘度計で測定された25℃、60rpmでの粘度が100〜15000mPa・sである、エポキシ重合性組成物。
  2. 前記一般式(i)で表されるS含有エポキシ化合物が、下記一般式(1)で表されるS含有エポキシ化合物である、請求項1に記載のエポキシ重合性組成物。
    Figure 2013005441
    [前記一般式(1)中、
    Xは−S−または−SO−を示し、
    およびYは、それぞれ独立に−O−又は−S−を示し、
    mは0〜10のいずれかの整数を示し、
    m1及びnは、それぞれ独立に0〜4のいずれかの整数を示し、
    およびRは、それぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基またはハロゲン基を示し、
    mが0のとき、YおよびYの少なくとも一方が−S−である]
  3. (A3)下記一般式(2)または一般式(3)で表されるフルオレン型エポキシ化合物
    Figure 2013005441
    [一般式(2)において、
    は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し;
    は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し;
    は、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表し;
    は、それぞれ独立に炭素数が1〜5のアルキル基を表し;
    mは、2以上の整数を表し;
    nは、それぞれ独立に0〜3の整数を表し;
    pは、それぞれ独立に0〜4の整数を表し;
    qは、それぞれ独立に0〜5の整数を表す]
    Figure 2013005441
    [一般式(3)において、
    Yは、単結合、酸素原子または硫黄原子を表し;
    qはそれぞれ独立に0〜4の整数を表し;
    〜R、m、n、及びpは、一般式(2)と同様に定義される]
    をさらに含む、請求項1または2に記載のエポキシ重合性組成物。
  4. (A2)エポキシ化合物が、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、アミノエポキシ化合物、下記一般式(4)で表されるエポキシ化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種類のエポキシ化合物である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
    Figure 2013005441
    [一般式(4)において、
    12は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキル基またはハロゲン原子を表し、
    sは0〜4である]
  5. (A2)エポキシ化合物が3官能エポキシ化合物である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  6. (C)チオール化合物のチオール当量が、80〜100g/eqであり、かつ、
    (C)チオール化合物の硫黄含有率が、50〜80%である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  7. (C)チオール化合物の分子量が、140〜500である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  8. 前記エポキシ重合性組成物に含まれるエポキシ化合物の含有量100質量部に対して、(A1)S含有エポキシ化合物の含有量が50質量部以上である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  9. 前記エポキシ重合性組成物に含まれる、エポキシ基とチオール基とのモル比が、1:0.9〜1.1である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  10. 含水率が0.1質量%以下である、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物。
  11. 請求項3に記載のエポキシ重合性組成物を含む、光学材料用透明樹脂。
  12. 請求項3に記載のエポキシ重合性組成物を含む、有機EL素子面封止剤。
  13. 請求項3に記載のエポキシ重合性組成物の硬化物であって、屈折率が1.68以上の硬化物。
  14. 有機EL素子が配置された表示基板と、前記表示基板と対になる対向基板と、前記表示基板と前記対向基板との間に介在し、かつ前記有機EL素子と前記対向基板との間に形成される空間に充填されているシール部材と、を含む有機ELパネルであって、
    前記シール部材は、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物の硬化物である、有機ELデバイス。
  15. 有機EL素子と、前記有機EL素子と接するシール部材と、前記シール部材と接するパッシベーション膜と、を含む有機ELデバイスであって、
    前記シール部材は、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物の硬化物である、有機ELデバイス。
  16. 請求項14または15に記載の有機ELデバイスを具備する有機ELディスプレイパネル。
  17. 表示基板上に有機EL素子を形成する第1の工程と、
    前記有機EL素子を、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物で封止する第2の工程と、
    前記表示基板に対向し、かつ前記組成物を介するように対向基板を積層する第3の工程と、
    前記組成物を硬化させて封止部材を形成する第4の工程と、を含む、有機ELデバイスの製造方法。
  18. 基板上に有機EL素子を形成する第1の工程と、
    前記有機EL素子を、請求項3に記載のエポキシ重合性組成物で封止する第2の工程と、
    前記組成物を硬化させて封止部材を形成する第3の工程と、
    前記封止部材にパッシベーション膜を形成する第4の工程と、を含む、有機ELデバイスの製造方法。
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