KR20120139614A - 경화성 조성물 - Google Patents

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KR20120139614A
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Abstract

본 출원은, 경화성 조성물, 발광 다이오드, 액정표시장치 및 조명 기구에 관한 것이다. 본 출원에서는, 가공성 및 작업성이 뛰어나고, 경화 후에 내크렉성, 경도, 내열성, 내열충격성, 투명성 및 접착성이 우수한 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 상기 조성물은, 적용된 후에 백탁을 나타내지 않고, 표면에서의 끈적임도 없다. 상기 조성물은, 예를 들면, LED, CCD 또는 포토커플러 등과 같은 광반도체 소자의 접착 소재 또는 봉지 소재로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

경화성 조성물{CURABLE COMPOSITION}
본 출원은, 경화성 조성물, 발광 다이오드, 액정표시장치 및 조명 기구에 관한 것이다.
발광 다이오드에 사용되는 접착 또는 봉지 소재로서, 접착성이 높고 내구성이 우수한 에폭시 수지가 주로 이용되고 있었다. 그러나, 에폭시 수지는 청색 내지 자외선 영역의 광에 대한 투과도가 낮고, 내광성이 떨어지기 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1 내지 3 등에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 시도가 있다.
일본특허공개 평11-274571호 일본특허공개 제2001-196151호 일본특허공개 제2002-226551호
본 출원은, 경화성 조성물, 발광 다이오드, 액정표시장치 및 조명 기구를 제공한다.
본 출원의 예시적인 경화성 조성물은, 고리형 에테르기(cyclic ether group)를 포함하는 실리콘 수지 및 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 수지는 아릴기, 예를 들면, 규소 원자에 결합하고 있는 아릴기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 경화제도 아릴기, 예를 들면, 규소 원자에 결합하고 있는 아릴기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「M 단위」는 통상 식 [R3SiO1 /2]로 표시되는 경우가 있는 소위 1관능성 실록산 단위를 의미하고, 용어 「D 단위」는 통상 식 [R2SiO2 /2]로 표시되는 경우가 있는 소위 2관능성 실록산 단위를 의미하며, 용어 「T 단위」는 통상 식 [RSiO3 /2]로 표시되는 경우가 있는 소위 3관능성 실록산 단위를 의미하고, 용어 「Q 단위」는 통상 식 [SiO4/2]로 표시되는 경우가 있는 소위 4관능성 실록산 단위를 의미할 수 있다. 상기에서 R은 규소 원자에 결합하고 있는 치환기로서, 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 수소, 히드록시기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 고리형 에테르기 또는 1가 탄화수소기 등일 수 있다.
실리콘 수지는, 고리형 에테르기를 포함한다. 용어 「고리형 에테르기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 고리 구조 내에 배치되어 있는 에테르 관능기를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유도되는 1가 잔기를 의미한다.
고리형 에테르기로는, 에폭시기; 옥세탄기; 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등이 예시될 수 있다. 에폭시알킬기 또는 글리시독시알킬기로는, 2,3-에폭시프로필기, 3,4-에폭시부틸기, 4,5-에폭시펜틸기, 2-글리시독시에틸기, 3-글리시독시프로필기 또는 4-글리시독시부틸기 등과 같이 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 포함하는 에폭시알킬기 또는 글리시독시알킬기가 예시될 수 있다. 또한, 지환식 에폭시기로는, 3,4-에폭시시클로펜틸기, 3,4-에폭시시클로헥실기, 3,4-에폭시시클로펜틸메틸기, 3,4-에폭시시클로헥실메틸기, 2-(3,4-에폭시시클로펜틸)에틸기, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸기, 3-(3,4-에폭시시클로펜틸)프로필기 또는 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필기 등의 관능기가 예시될 수 있다. 내열성 등을 고려하여, 고리형 에테르기로는, 예를 들면, 지환식 에폭시기가 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
실리콘 수지에서, 상기 수지에 포함되는 전체 규소 원자(Si)에 대한 고리형 에테르기의 몰비(고리형 에테르기/Si)가 0.05 내지 0.3, 0.1 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.18 정도일 수 있다. 상기 몰비를 0.05 이상으로 하여, 조성물의 경화성을 우수하게 유지할 수 있고, 0.3 이하로 하여, 조성물의 점도 및 내열성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있다.
상기 실리콘 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 1의 평균 조성식을 가질 수 있다.
[화학식 1]
(R3SiO1 /2)a(R2SiO2 /2)b(RSiO3 /2)c(SiO4 /2)d
상기 화학식 1에서, R은, 규소 원자에 결합하고 있는 치환기이고, 각각 독립적으로, 수소, 히드록시기, 고리형 에테르기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기이되, R 중 적어도 하나는 고리형 에테르기이며, R 중 적어도 하나는 아릴기이고, a+b+c+d를 1로 환산하는 경우, a는 0 내지 0.5이고, b는 0 내지 0.3이며, c는 0.3 내지 0.85이고, d는 0 내지 0.2이다.
본 명세서에서 실리콘 수지가 소정의 평균 조성식으로 표시된다는 것은, 조성물에 그 소정의 평균 조성식으로 표시되는 하나의 실리콘 수지가 포함되는 경우와 조성물에 다수의 실리콘 수지 성분이 존재하고, 그 다수의 수지 성분의 조성의 평균을 취하면, 그 소정의 평균 조성식으로 표시되는 경우도 포함한다.
상기 화학식 1에서 R은 규소 원자에 직접 결합되어 있는 치환기이고, 각각의 R은 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시기, 고리형 에테르기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기이되, R 중 적어도 하나는 고리형 에테르기이고, 또한 R 중 적어도 하나는 아릴기이다. 상기에서 R은, 경우에 따라서 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다. R에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 할로겐, 히드록시기, 에폭시기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기, 티올기 또는 1가 탄화수소기 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄상, 분지상 또는 고리상일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
용어 「1가 탄화수소기」는 탄소 및 수소로 이루어지는 화합물 또는 탄소 및 수소로 이루어진 화합물의 수소 중 적어도 하나가 임의의 치환기에 의해서 치환되어 있는 화합물로부터 유도되는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 상기 1가 탄화수소기는, 예를 들면, 1개 내지 20개, 1개 내지 16개, 1개 내지 12개, 1개 내지 8개 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 1가 탄화수소기로는, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 또는 아릴기 등이나 지환식 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon) 등이 예시될 수 있다.
용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8, 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 의미할 수 있다. 알킬기는, 직쇄상, 분지상 또는 고리상일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.
또한, 용어 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8, 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 알케닐기는 직쇄상, 분지상 또는 고리형의 알케닐기일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
또한, 용어 「알키닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8, 또는 탄소수 2 내지 4의 알키닐기를 의미할 수 있다. 알키닐기는, 직쇄상, 분지상 또는 고리상일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
용어 「아릴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 고리를 가지거나, 2개 이상의 벤젠 고리가 연결 또는 축합된 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 용어 「아릴기」의 범위에는 통상적으로 아릴기로 호칭되고 있는 관능기는 물론 소위 아르알킬기(aralkyl group) 또는 아릴알킬기 등도 포함될 수 있다. 아릴기는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 25 또는 탄소수 6 내지 21의 아릴기일 수 있으며, 페닐기, 디클로로페닐, 클로로페닐, 페닐에틸기, 페닐프로필기, 벤질기, 톨릴기, 크실릴기(xylyl group) 또는 나프틸기 등이 포함될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 아릴기는, 페닐기일 수 있다.
용어 「지환식 탄화수소기」는, 고리상으로 결합하고 있는 탄소 원자들을 포함하는 화합물로서 방향족 화합물이 아닌 화합물이나, 그러한 화합물의 유도체로부터 유래하는 1가의 잔기를 의미할 수 있다. 상기 지환식 탄화수소기는 탄소수 3 내지 20 또는 탄소수 5 내지 20의 탄화수소기일 수 있다. 이러한 탄화수소기로는, 예를 들면, 시클로헥실기, 노르보나닐기(norbornanyl), 노르보네닐기(norbornenyl), 디시클로펜타디에닐기, 에티닐시클로헥산기, 에티닐시클로헥센기 또는 에티닐데카히드로나프탈렌기 등이 예시될 수 있고, 하나의 예시에서는 노르보나닐기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1에서, a, b, c 및 d는 각 실록산 단위의 몰 분율을 나타내며, 그 총합을 1로 환산할 경우, a는 0 내지 0.5일 수 있고, b는 0 내지 0.3일 수 있으며, c는 0.3 내지 0.85일 수 있고, d는 0 내지 0.2일 수 있으며, 단 b 및 c는 동시에 0이 아니다. 즉, 화학식 1의 수지는, T 단위를 필수적으로 포함하는 수지일 수 있다.
실리콘 수지는, 고리형 에테르기를 포함하고, 따라서 상기 화학식 1의 R 중 적어도 하나는 고리형 에테르기, 예를 들면 지환식 에폭시기일 수 있다. 실리콘 수지에서는 고리형 에테르기가 결합된 규소 원자는 T 단위에 포함되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 화학식 1의 실리콘 수지는, 고리형 에테르기가 결합되어 있는 T 단위로서 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
[R1SiO3 /2]
상기 화학식 2에서, R1은, 고리형 에테르기, 예를 들면, 지환식 에폭시기를 나타낸다.
상기 실리콘 수지는, 경화물의 굴절률 및 경도 특성을 고려하여, 하나 이상의 아릴기를 포함할 수 있다. 따라서, 화학식 1에서 R 중 적어도 하나는 아릴기, 예를 들면, 페닐기일 수 있다. 하나의 예시에서 실리콘 수지에 포함된 전체 규소 원자(Si)에 대한, 아릴기(Ar)의 몰비(Ar/Si)는 0.5 초과, 0.6 이상 또는 0.7 이상일 수 있다. 이러한 범위에서 조성물의 점도, 경화물, 굴절률 및 경도 등의 특성을 적절하게 유지할 수 있다. 상기 아릴기의 몰비(Ar/Si)의 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 2.0, 1.5, 1.0, 0.9, 0.89 또는 0.85일 수 있다.
실리콘 수지에서는 아릴기가 결합된 규소 원자는 D 단위 또는 T 단위에 포함될 수 있다. 하나의 예시에서, 화학식 1의 평균 조성식을 가지는 실리콘 수지에 포함되는 아릴기는 모두 D 또는 T 단위에 포함될 수 있다.
예를 들면, 아릴기가 결합되어 있는 D 단위는 하기 화학식 3으로 표시되는 실록산 단위이고, 아릴기가 결합되어 있는 T 단위는 하기 화학식 4로 표시되는 실록산 단위일 수 있다.
[화학식 3]
[R2R3SiO2 /2]
[화학식 4]
[R4SiO3 /2]
상기 화학식 3 및 4에서, R2 및 R3는, 각각 독립적으로 알킬기 또는 아릴기이되, R2 및 R3 중 적어도 하나는 아릴기이고, R4는 아릴기이다.
화학식 3의 단위는, 적어도 하나의 규소 원자에 결합된 아릴기를 포함하는 D 단위이다. 화학식 3의 실록산 단위는, 예를 들면, 하기 화학식 5 또는 6의 실록산 단위일 수 있다.
[화학식 5]
(C6H5)(CH3)SiO2 /2
[화학식 6]
(C6H5)2SiO2 /2
하나의 예시에서 실리콘 수지에 포함되는 전체 규소 원자(Si)에 대한 화학식 3의 실록산 단위에 포함되는 아릴기(Ar)의 몰비(Ar/Si) 또는 실리콘 수지에 포함되는 전체 규소 원자(Si)의 몰수에 대한 화학식 3의 실록산 단위에 포함되는 아릴기(Ar)의 몰수와 알킬기(Ak)의 몰수의 합의 비율((Ar+Ak)/Si)은 0.5 내지 0.9 또는 0.7 내지 0.85일 수 있다. 상기와 같은 범위에서 경화물의 광추출 효율을 우수하게 유지하고, 또한 조성물의 점도를 공정에 적합한 범위로 유지할 수 있다.
화학식 4는, 규소 원자에 결합되어 있는 아릴기를 포함하는 T 단위이고, 예를 들면, 하기 화학식 7로 표시되는 실록산 단위일 수 있다.
[화학식 7]
(C6H5)SiO3 /2
실리콘 수지에서는, 상기 수지에 포함되는 전체 규소 원자(Si)에 대한 화학식 4의 단위에 포함되는 아릴기(Ar)의 몰비(Ar/Si)는, 예를 들면, 0.5 내지 0.9 또는 0.7 내지 0.85 정도일 수 있다. 이러한 범위에서 경화물의 광추출 효율을 우수하게 유지하고, 또한 조성물의 점도를 공정에 적합한 범위로 유지할 수 있다.
실리콘 수지는, 내열성 등의 물성을 고려하여, 지환식 탄화수소기를 적어도 하나 포함할 수 있다. 따라서, 화학식 1에서 R 중 적어도 하나는 지환식 탄화수소기일 수 있다. 수지에서 지환식 탄화수소기의 양은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 내열성 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
실리콘 수지는, 예를 들면, 25℃에서의 점도가 1,000 mPa?s 내지 20,000 mPa?s 또는 3,000 mPa?s 내지 7,000 mPa?s 정도일 수 있다. 이러한 점도 범위에서 조성물의 가공성이나 경화 후의 경도 등을 우수하게 유지할 수 있다.
실리콘 수지는, 예를 들면, 1,500 내지 7,000 또는 3,000 내지 5,000의 중량평균분자량(Mw: Weight Average Molecular Weight)을 가질 수 있다. 중량평균분자량을 상기 범위로 조절하여, 조성물의 점도나 공정성 등을 우수하게 유지할 수 있다. 용어 「중량평균분자량」은 GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치를 의미한다. 본 명세서에서, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 용어 「분자량」은 중량평균분자량을 의미할 수 있다.
실리콘 수지를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지되어 있는 일반적인 방법으로 합성할 수 있다. 실리콘 수지는, 예를 들면, (1) 규소 원자에 결합된 수소 원자를 포함하는 실리콘 화합물과 규소 원자에 결합된 알케닐기를 포함하는 실리콘 화합물의 수소규소화(hydrosilylation) 반응, (2) 오르가노할로실란 및/또는 오르가노알콕시실란 등의 가수분해 및 축합 반응, (3) 재평형화 중합 반응 또는 (4) 고리형 오르가노실록산의 개환 중합 반응 등을 사용하여 제조할 수 있다. 이 분야에서는 목적하는 수지를 고려하여 사용할 수 있는 다양한 원료 및 반응 조건 등이 공지되어 있고, 평균적인 기술자는 상기와 같은 공지의 원료 및 조건을 채용하여 목적 실리콘 수지를 용이하게 제조할 수 있다.
경화성 조성물은, 경화제로서 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제를 포함한다. 용어 「실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제」는, 실록산 단위를 포함하되, 상기 실록산 단위 내의 규소 원자에 결합되어 있는 치환기 중 하나 이상 또는 2개 이상이 지환식 산무수물(alicyclic anhydride) 관능기인 경화제를 의미한다. 이러한 경화제를 사용하여, 적정한 유리전이온도 및 우수한 경도를 가지는 경화물을 제공할 수 있다. 또한, 우수한 가요성을 가져서 균열이나, 내부 응력으로 인한 소자의 기능 저하 또는 파손 등을 유발하지 않는 경화물을 제공할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 경화제는 하기 화학식 8로 표시될 수 있다.
[화학식 8]
R6 eR7 fSiO(4-e-f)/2
상기 화학식 8에서, R6는,
Figure pat00001
,
Figure pat00002
또는
Figure pat00003
이거나, 또는
Figure pat00004
,
Figure pat00005
또는
Figure pat00006
로 치환된 알킬기이고, R7은 수소, 히드록시기, 1가 탄화수소기 또는 -OR8이며, 상기 R8은 1가 탄화수소기이고, e 및 f는 각각 0 < e ≤ 3, 0 < f ≤ 2.5, 0 < e+f ≤ 3을 만족하는 수이며, R6와 R7이 각각 복수인 경우, 각각은 동일하거나 상이할 수 있다.
화학식 8의 치환기의 정의에서 *의 표시는, 그 부분이 규소 원자에 결합되어 있거나, 알킬기에 치환되어 있는 것을 의미한다.
화학식 8에서 R6는, 예를 들면,
Figure pat00007
또는
Figure pat00008
이거나, 또는
Figure pat00009
,
Figure pat00010
또는
Figure pat00011
로 치환된 알킬기일 수 있다. 상기 R6는 다른 예시에서는
Figure pat00012
또는
Figure pat00013
이거나, 상기로 치환된 알킬기일 수 있다.
또한, 상기 화학식 8에서 R7은 1가 탄화수소기, 예를 들면, 알킬기 또는 아릴기일 수 있다.
상기 경화제는 경화물의 굴절률 및 경도 특성을 고려하여, 하나 이상의 아릴기를 포함할 수 있다. 따라서, 화학식 8에서 R7 중 적어도 하나는 아릴기, 예를 들면, 페닐기일 수 있다. 하나의 예시에서 경화제에 포함된 전체 규소 원자(Si)에 대한, 아릴기(Ar)의 몰비(Ar/Si)는 0.6 초과, 0.6 내지 2.0 또는 0.6 내지 1.5일 수 있고, 이러한 범위에서 조성물의 점도 특성, 경화물의 굴절률 및 경도 특성 등을 우수하게 유지할 수 있다
하나의 예시에서 화학식 8의 화합물은, 하기 화학식 9로 표시될 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00014
상기 화학식 9에서 R9은 각각 독립적으로 상기 R6 또는 R7을 나타내되, R9 중 적어도 하나는 R6를 나타내며, n은 0 내지 10이다.
화학식 9에서 R6, 즉 지환식 산무수물기는 실록산 사슬의 말단의 규소 원자에 결합하고 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기에서 n은 1 내지 10이고, 예를 들면, 1 내지 6이다.
화학식 8의 화합물은, 예를 들면, 하기 화학식 10, 또는 하기 화학식 11로 표시될 수 있다.
[화학식 10]
Figure pat00015
상기 화학식 10에서 R6는 상기 R6과 같고, R7은 알킬기 또는 아릴기이되, R7의 적어도 하나는 아릴기이며, x 및 y는 각각 0 이상의 수이되, x+y는 0 내지 10, 1 내지 10 또는 1 내지 6이다.
[화학식 11]
Figure pat00016
상기 화학식 11에서 R6는 상기 R6과 같고, R7은 알킬기 또는 아릴기이되, R7의 적어도 하나는 아릴기이며, n은 0 내지 10, 1 내지 10 또는 1 내지 6이다.
상기 지환식 산무수물 경화제를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 적절한 원료의 수소 규소화 반응 등을 통하여 제조할 수 있다.
상기 조성물은, 상기 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제를, 예를 들면, 상기 실리콘 수지 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 60 중량부, 5 중량부 내지 40 중량부 또는 5 중량부 내지 30 중량부로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단위 중량부는 각 성분간의 중량의 비율을 의미한다.
상기 조성물은, 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제에 추가로 필요한 경우 다른 경화제를 포함할 수도 있다. 경화제의 종류로는 고리형 에테르기와 반응할 수 있는 관능기를 적어도 하나 포함하는 화합물을 들 수 있고, 예를 들면, 카르본산 화합물; 산무수물; 아미노화합물; 에폭시 수지-디에틸렌트리아민 부가물, 아민-에틸렌옥시드 부가물 또는 시아노에틸화 폴리아민 등과 같은 변성 수지 폴리아민; 또는 페놀, 비스페놀 A, 비스페놀 F 또는 테트라브로모비스페놀 A 등과 같은 페놀 화합물 등이 있으며, 이러한 경화제 중에서 카르본산 화합물 또는 산무수물, 바람직하게는 지환식 카르본산 화합물 또는 지환식 산무수물, 보다 바람직하게는 지환식 산무수물 경화제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 지환식 카르본산 화합물의 예로는, 시클로헥산-1,2,4-트리카르본산, 시클로헥산-1,3,5-트리카르본산 또는 시클로헥산-1,2,3-트리카르본산 등의 시클로헥산 트리카르본산을 들 수 있다. 또한, 상기에서 지환식 산무수물 경화제의 예로는, 시클로헥산-1,3,4-트리카르본산-3,4-무수물, 시클로헥산-1,3,5-트리카르본산-3,5-무수물, 시클로헥산-1,2,3-트리카르본산-2,3-무수물 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 추가적인 경화제의 조성물 내에서의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 조성물의 경화성을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
경화성 조성물은 또한 경화 촉매를 추가로 포함할 수 있다. 경화 촉매로는, 예를 들면, 트리페닐포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀, 트리(노닐페닐)포스핀, 트리페닐포스핀/트리페닐보레이트 또는 트리페닐포스핀/테트라페닐보레이트 등의 포스핀 화합물; 포스포늄염; 트리에틸아민, 벤질디메틸아민 또는 알파-메틸벤질디메틸아민 등의 제3급 아민 화합물; 또는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 또는 2-페닐-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
경화 촉매의 함량은, 예를 들면, 전술한 실리콘 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 중량부 내지 2 중량부일 수 있다.
경화성 조성물은, 또한 한 분자 중에 두개 이상의 에폭시기를 가지는 유기 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 유기 화합물로는, 예를 들면, 공지의 액상 또는 고상의 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 예를 들면, 에피클로로히드린(epichlorohydrin)과 비스페놀을 원료로 하는 각종 노볼락 수지로부터 합성된 에폭시 수지(ex. 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등), 에폭시 시클로헥산 고리를 가지는 지환식 에폭시 수지(ex. 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3',4'-에폭시시클로헥산 카복실레이트 또는 비스(3,4-시클로헥실메틸)아디페이트 등), 비페닐형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 지방족 다가알코올의 글리시딜 에테르 화합물, 다가 카르본산의 글리시딜 에스테르 화합물, 트리글리시딜 이소시아누레이트 또는 염소나 불소 원자 등의 할로겐 원자를 도입한 에폭시 수지 등을 사용할 수 있고, 상기 중 일종 또는 이종 이상의 조합을 사용할 수 있다. 상기 유기 화합물 중에서 특히 착색이 적은 비스페놀형 에폭시 수지(ex. 비스페놀 A형 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 또는 비스페놀 S형 에폭시 수지 등) 또는 지환식 에폭시 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유기 화합물의 함량은, 목적하는 물성을 고려하여 적절히 선택될 수 있고, 예를 들면, 실리콘 수지 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 25 중량부로 포함될 수 있다.
경화성 조성물은, 또한 필요에 따라서, 가소제, 박리제, 난연제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 안료 또는 염료(ex. 이산화 티탄, 카본 블랙 또는 산화철 등)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 조성물은, 실리카, 실리카 에어로겔, 실리카겔 및 상기 중 어느 하나를 유기 실란, 유기 실록산 또는 유기 실라잔으로 처리한 보강성 실리카 충전제, 추가로 아스베스토, 분쇄 용융 석영, 산화 알루미늄, 규산 알루미늄, 규산 지르코늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 탈크, 규조토, 운모, 탄산 칼슘, 클레이, 지르코니아, 유리, 흑연, 초산 바륨, 황산 아연, 알루미늄 분말, 플루오로카본의 중합체 분말, 실리콘 고무 분말 또는 실리콘 수지 분말 등을 포함할 수 있다. 상기 첨가제가 포함될 경우, 그 함량은 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 물성을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 경화성 조성물의 경화물로 봉지된 발광 소자를 포함하는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)에 관한 것이다.
상기에서 발광소자의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판 상에 반도체 재료를 적층하여 형성한 발광소자를 사용할 수 있다. 반도체 재료로서는, 예를 들면, GaAs, GaP, GaAlAs, GaAsP, AlGaInP, GaN, InN, AlN, InGaAlN 또는 SiC 등을 들 수 있다. 기판으로는, 예를 들면, 사파이어, 스핀넬, SiC, Si, ZnO 또는 GaN 단결정 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 발광 다이오드에서는 또한, 필요에 따라서, 기판과 반도체 재료의 사이에 버퍼층을 형성할 수도 있다. 버퍼층으로서는, GaN 또는 AlN 등이 사용될 수 있다. 기판상으로의 반도체 재료의 적층 방법은, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, MOCVD법, HDVPE법 또는 액상성장법 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 발광소자의 구조는, 예를 들면, MIS 접합, PN 접합, PIN 접합을 가지는 모노접합, 헤테로접합, 이중 헤테로 접합 등일 수 있다. 또한, 단일 또는 다중양자우물구조로 상기 발광소자를 형성할 수 있다.
하나의 예시에서, 발광소자의 발광파장은, 예를 들면, 250 nm 내지 550 nm, 300 nm 내지 500 nm 또는 330 nm 내지 470 nm일 수 있다. 발광 파장은, 주발광 피크 파장을 의미할 수 있다. 발광소자의 발광파장을 상기 범위로 설정함으로써, 보다 긴 수명으로, 에너지 효율이 높고, 색재현성이 우수한 백색 발광다이오드를 얻을 수 있다.
상기 발광다이오드는, 발광소자, 특히 발광파장이 250 nm 내지 550 nm의 발광소자를 상기 경화성 조성물로 봉지하는 것으로 제조할 수 있다. 이 경우 발광소자의 봉지는 상기 경화성 조성물만으로 수행될 수 있고, 경우에 따라서는 다른 봉지재와 병용하여 수행될 수 있다. 병용하는 경우, 상기 경화성 조성물을 사용한 봉지 후에, 그 주위를 다른 봉지재로 봉지할 수도 있고, 다른 봉지재로 먼저 봉지한 후, 그 주위를 상기 경화성 조성물로 봉지할 수도 있다. 다른 봉지재로는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레아 수지, 이미드 수지 또는 유리 등이 사용될 수 있다.
상기 경화성 조성물로 발광소자를 봉지하는 방법으로는, 예를 들면, 몰드형 거푸집에 경화성 조성물을 미리 주입하고, 거기에 발광소자가 고정된 리드프레임 등을 침지한 후 경화시키는 방법, 발광소자를 삽입한 거푸집 중에 경화성 조성물을 주입하고 경화하는 방법 등을 사용할 수 있다. 경화성 조성물을 주입하는 방법의 예로서는, 디스펜서에 의한 주입, 트랜스퍼 성형, 사출성형 등을 들 수 있다. 또한, 그 외의 봉지 방법으로서는, 경화성 조성물을 발광소자 상에 적하, 공판인쇄, 스크린 인쇄 또는 마스크를 매개로 도포하여 경화시키는 방법, 저부에 발광소자를 배치한 컵 등에 경화성 조성물을 디스펜서 등에 의해 주입하고, 경화시키는 방법 등이 사용될 수 있다. 또한, 경화성 조성물을, 발광소자를 리드 단자나 패키지에 고정하는 다이본드재, 발광소자 상에 부동화(passivation)막, 패키지 기판 등으로서 이용할 수도 있다. 봉지 부분의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 포탄형의 렌즈 형상, 판상 또는 박막상 등으로 구성할 수 있다.
또한, 종래의 공지에 방법에 따라 발광다이오드의 추가적인 성능 향상을 도모할 수 있다. 성능 향상의 방법으로서는, 예를 들면, 발광소자 배면에 광의 반사층 또는 집광층을 설치하는 방법, 보색 착색부를 저부에 형성하는 방법, 주발광 피크보다 단파장의 광을 흡수하는 층을 발광소자 상에 설치하는 방법, 발광소자를 봉지한 후 추가로 경질 재료로 몰딩하는 방법, 발광다이오드를 관통홀에 삽입하여 고정하는 방법, 발광소자를 플립칩 접속 등에 의해서 리드 부재 등과 접속하여 기판 방향으로부터 광을 취출하는 방법 등을 들 수 있다.
발광다이오드는, 예를 들면, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)의 백라이트, 조명 기구, 각종 센서, 프린터, 복사기 등의 광원, 차량용 계기 광원, 신호등, 표시등, 표시장치, 면상발광체의 광원, 디스플레이, 장식 또는 각종 라이트 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
본 출원에서는, 가공성 및 작업성이 뛰어나고, 경화 후에는 내크렉성, 경도, 내열성, 내열충격성, 투명성 및 접착성이 우수한 경화성 조성물을 제공할 수 있다. 상기 조성물은, 적용된 후에 백탁을 나타내지 않고, 표면에서의 끈적임도 없다. 상기 조성물은, 예를 들면, LED(Light Emitting Diode), CCD(Charge coupled device) 또는 포토커플러(Photo coupler) 등과 같은 광반도체 소자에서의 접착 소재 또는 봉지 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 경화성 조성물을 상세히 설명하나, 상기 조성물의 범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예에서 Ep는 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸기를 나타내고, Me는 메틸기를 나타내며, Ph는 페닐기를 나타낸다.
이하, 실시예에서 각 물성은 하기 방식으로 평가하였다.
1. 광투과도의 측정
실시예 및 비교예의 경화성 조성물을 유리 기판 위에 코팅하고, 경화시켜 두께가 1 mm인 막을 형성한 후에, UV-Vis spectro-photometer를 사용하여, 상기 경화막이 형성된 직후의 350 nm 및 450 nm 파장에서의 광선 투과도를 측정하고, 하기 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 각 파장에서 측정된 광선투과도가 98% 초과인 경우
△: 각 파장에서 측정된 광선 투과도가 97% 내지 96% 인 경우
×: 각 파장에서 측정된 광선 투과도가 95% 미만인 경우
2. 내열성 측정
실시예 및 비교예의 경화성 조성물을 유리 기판 위에 코팅하고, 경화시켜 두께가 1 mm인 막을 형성하였다. 이어서 상기 경화막을 100℃의 오븐에 400 시간 동안 방치한 후, UV-Vis spectro-photometer를 사용하여, 350 nm 및 450 nm 파장에서의 광선 투과도를 측정하고, 경화막 형성 직후의 광선 투과도(초기 투과도)과 비교하여, 하기 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 광선투과도가 초기 투과도 대비 2% 미만으로 감소한 경우
△: 광선 투과도가 초기 투과도 대비 2% 이상, 10% 미만으로 감소한 경우
×: 광선 투과도가 초기 투과도 대비 10% 이상 감소한 경우
3. 내광성 측정
실시예 및 비교예의 경화성 조성물을 유리 기판 위에 코팅하고, 경화시켜 두께가 1 mm인 막을 형성하였다. 이어서 상기 경화막을 150℃의 온도로 설정된 핫 플레이트(Hot plate)에 높고, 스폿 UV 조사기(spot UV radiator)로 상부에서 356 nm의 파장의 광을 상기 경화막에 50 내지 100 Mw/cm2로 조사하고, 500 시간 동안 방치하였다. 그 후, 장비(UV-Vis spectro-photometer)를 사용하여, 350 nm 및 450 nm 파장에서의 광선 투과도를 측정하고, 하기 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 광선투과도가 초기 투과도 대비 10% 미만으로 감소한 경우
△: 광선 투과도가 초가 투과도 대비 10% 이상, 49% 미만으로 감소한 경우
×: 광선 투과도가 초기 투과도 대비 50% 이상 감소한 경우
4. 표면 끈적임 특성
실시예 및 비교예의 경화성 조성물을 유리 기판 위에 코팅하고, 경화시켜 두께가 1 mm인 막을 형성하였다. 이어서 장비(Texture analyzer)를 사용하여, 1.00 인치 볼(1.00 inch ball)로 압입 에너지(indentation energy)를 측정한 후에 하기 기준에 따라서 평가하였다.
<평가 기준>
○: 압입 에너지가 550 gmm 이하인 경우
△: 압입 에너지가 550 gmm 초과, 700 gmm 이하인 경우
×: 압입 에너지가 700 gmm 초과인 경우
합성예 1. 실리콘 수지(A)의 합성
디메톡시메틸페닐 실란 및 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란을 4.78:1의 몰비(디메톡시메틸페닐 실란:2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란)로 혼합하고, 혼합물의 전체 질량과 동일한 질량의 톨루엔으로 혼합물을 희석하였다. 이어서, 반응기에 콘덴서(condenser)를 장착하고, 25℃에서 질소로 퍼징(purging)하면서 혼합물을 교반(stirring)하여 균일하게 하였다. 이어서, 혼합물 내의 상기 실란 화합물에 결합된 전체 알콕시기(메톡시기) 대비 4.00 당량의 물과 혼합물 내의 실란 화합물의 전체 몰수 대비 0.7%의 몰수의 KOH를 혼합하여 KOH 수용액을 제조하고, 이를 상기 혼합물에 적가하였다. 이어서 반응기의 온도를 50℃로 승온시키고, 약 150분 동안 반응시켰다. 반응 후 반응물을 냉각시키고, 아세트산(AcOH)을 상기 KOH 수용액 내에 배합한 KOH 대비 1.2 당량으로 반응물에 가하여, 반응물을 산성화(acidification)시켰다. 이어서, 에테르 및 증류수를 가하여 반응을 종결시키고, 유기층을 물로 3회 세척한 후, MgSO4로 건조(drying)시켰다. 유기 용제를 여과하고, 진공 조건의 약 25℃에서 교반하여 여분의 에테르를 제거하였다. 여분의 에테르가 제거된 반응물을 핫 플레이트(hot plate)에서 120℃의 온도로 20분 동안 건조시킨 후에 질량을 측정하고, 상기 측정된 질량 대비 50 중량%가 TSC(total solid content)가 되도록 톨루엔을 첨가하였다. 이어서 딘-스타크 키트(dean stark kit)를 장착하고, 90℃에서 20분 동안 건조하여 메탄올을 제거하였다. 이어서, 상기 측정된 반응물의 질량 대비 0.4 중량%의 물과 상기 물의 질량 대비 0.004 중량%의 KOH를 혼합하여 KOH 수용액을 제조하고, 이를 메탄올이 제거된 반응물에 가한 후, 딘-스타크 키트에 톨루엔을 채운 상태에서 120℃로 승온시켜 4 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후에 물이 거의 빠진 투명한 반응 혼합물을 상온으로 냉각시키고, 상기 KOH 수용액 내의 KOH 대비 1.2 당량의 아세트산을 가하고, 에테르를 첨가하였다. 증류수를 부은 후 유기층을 3회 세척하고, MgSO4로 건조 후에 유기 용제를 여과하여 제거하였다. 그 후, 반응물을 90℃의 진공 조건에서 하룻밤 유지하고, 톨루엔을 건조하여, 점도가 6000 mPa?s이고, 중량평균분자량이 2413이며, 수평균분자량과 중량평균분자량의 비율(Mw/Mn)이 2.976이고 고리형 에테르기를 가지는 것으로 하기 화학식 A로 표시되는 실리콘 수지(에폭시 당량: 1291.71 g/mol)를 제조하였다.
[화학식 A]
(MePhSiO2 /2)5.20(EpSiO3 /2)1.00
합성예 2. 실리콘 수지(B)의 합성
합성예 1과 동일한 방식으로 반응을 진행하되, 원료의 배합 비율 등을 조절하는 방식으로 반응을 진행하여, 하기 화학식 B로 표시되는 실리콘 수지를 제조하였다.
[화학식 B]
(MePhSiO2 /2)9(EpSiO3 /2)10
합성예 3. 실리콘 변성 산무수물 경화제(A)의 합성
(1) 실리콘 화합물의 합성
투넥 라운드 플라스크(Two neck rounded flask)에 디페닐디실라놀(Aldrich제)을 투입하고, 무수 에테르(anhydrous ether)를 상기 실라놀에 포함되어 있는 페닐기 질량의 12배의 질량으로 첨가하고 교반하였다.
두 개의 분별 깔대기(separate funnel)에 각각 HSiMe2Cl(상기 디실라놀 1 당량 대비 4.0 당량) 및 트리에틸아민(상기 디실라놀 1 당량 대비 3.7 당량)을 로딩하고, 0℃에서 상기 HSiMe2Cl의 첨가 속도가 상기 트리에틸아민의 첨가 속도보다 빠르게 되도록 동시에 첨가하여 반응시켰다. 반응 종결 후에 교반 효율을 고려하여 무수 에테르를 적절히 추가로 첨가하고, 상온으로 승온하여 4.5 시간 동안 교반하였다. 교반 후에 유리 필터를 사용하여 염(salt) 성분을 걸러 내고, 무수 에테르로 세척하고, 유기층을 증류수로 2회 세척하였다. 그 후, NaHCO3 수용액을 사용하여 반응물을 세척하여 중성화하고, 증류수로 2회 더 세척하였다. 이어서, MgSO4로 건조하고, 유기 용제를 여과하여 제거하여, 약 85%의 수율로 하기 화학식 B의 실리콘 화합물을 수득하였다.
[화학식 B]
(Me2HSiO1 /2)(Ph2SiO2 /2)(Me2HSiO1 /2)
(2) 실리콘 변성 산무수물 경화제(A)의 합성
투넥 라운드 플라스크에 화학식 B의 화합물을 투입하고, THF(tetrahydrofuran) 용매로 70 중량%로 희석하였다. 이어서, 백금 촉매(Pt(0)-2,4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)를 상기 화학식 B의 화합물의 질량 대비 0.25 중량%로 첨가하였다. 콘덴서와 적하 깔대기(dropping funnel)를 플라스크에 장착하고, 질소로 내부를 퍼징하였다. 이어서, 50℃로 온도를 승온시킨 상태에서 상기 화학식 B의 화합물 1 당량 대비 2.10 당량의 말레산 무수물(maleic anhydride)을 상기 적하 깔대기에 거치시킨 상태에서 서서히 적하하였다. 적하 후에 4 시간 동안 교반하면서 반응을 진행한 후에, 상온으로 냉각하고, 숯(charcoal, 반응물의 중량 대비 5 중량%의 양)을 넣고 2 시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 필터(Celite filter)를 사용하여 여과함으로써 백금 촉매와 숯을 제거하고, MgSO4로 건조한 후에 유기 용제와 미반응 무수물을 증발시켰다. 그 후, 조(crude) 반응물을 50℃의 진공 조건에서 건조시켜서 하기 화학식 C으로 표시되는 경화제를 수득하였다(무수물의 당량: 264.37 g/mol).
[화학식 C]
Figure pat00017

합성예 4. 실리콘 변성 산무수물 경화제(B)의 합성
투넥 라운드 플라스크에 상기 화학식 B의 화합물을 투입하고, THF 용매로 70 중량%로 희석하였다. 이어서, 백금 촉매(Pt(0)-2,4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)를 상기 화학식 B의 화합물의 질량 대비 0.25 중량%로 첨가하였다. 콘덴서와 적하 깔대기를 플라스크에 장착하고, 질소로 내부를 퍼징하였다. 이어서, 50℃로 온도를 승온시킨 상태에서 상기 화학식 B의 화합물 1 당량 대비 2.10 당량의 시스-5-노르보넨-엑소-2,3-디카르복실산 무수물(cis-5-norbonene-exo-2,3-dicarboxylic acid anhydride)을 상기 적하 깔대기에 거치시킨 상태에서 서서히 적하하였다. 적하 후에 4 시간 동안 교반하면서 반응을 진행한 후에, 상온으로 냉각하고, 숯(반응물의 중량 대비 5 중량%의 양)을 넣고 2 시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 필터(Celite filter)를 사용하여 여과함으로써 백금 촉매와 숯을 제거하고, MgSO4로 건조한 후에 유기 용제와 미반응 무수물을 증발시켰다. 그 후, 조(crude) 반응물을 50℃의 진공 조건에서 건조시켜서 하기 화학식 D로 표시되는 경화제를 수득하였다(무수물의 당량: 330.48 g/mol).
[화학식 D]
Figure pat00018

합성예 5. 실리콘 변성 산무수물 경화제(C)의 합성
투넥 라운드 플라스크에 상기 화학식 B의 화합물을 투입하고, THF(tetrahydrofuran) 용매로 70 중량%로 희석하였다. 이어서, 백금 촉매(Pt(0)-2,4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)를 상기 화학식 B의 화합물의 질량 대비 0.25 중량%로 첨가하였다. 콘덴서와 적하 깔대기를 플라스크에 장착하고, 질소로 내부를 퍼징하였다. 이어서, 50℃로 온도를 승온시킨 상태에서 상기 화학식 B의 화합물 1 당량 대비 2.10 당량의 양의 테트라히드로프탈산 무수물(tetrahydrophthalic anhydride)을 상기 적하 깔대기에 거치시킨 상태에서 서서히 적하하였다. 적하 후에 4 시간 동안 교반하면서 반응을 진행한 후에, 상온으로 냉각하고, 숯(반응물의 중량 대비 5 중량%의 양)을 넣고 2 시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 필터(Celite filter)를 사용하여 여과함으로써 백금 촉매와 숯을 제거하고, MgSO4로 건조한 후에 유기 용제와 미반응 무수물을 증발시켰다. 그 후, 조(crude) 반응물을 70℃의 진공 조건에서 건조시켜서 하기 화학식 E로 표시되는 경화제를 수득하였다(무수물의 당량: 318.47 g/mol).
[화학식 E]
Figure pat00019

합성예 6. 실리콘 변성 산무수물 경화제(D)의 합성
(1) 실리콘 화합물의 합성
투넥 라운드 플라스크에 디클로로페닐실란 및 에테르를 투입하고, 0℃에서, 상기 디클로로페닐실란 1 당량 대비 4 당량의 물을 서서히 첨가하였다. 첨가 후에 상온에서 4 시간 동안 교반한 후에, 혼합물을 물로 3회 세척하고, MgSO4로 건조한 후에 여과하여 유기 용제를 제거하고, 하기 화학식 F으로 표시되는 화합물을 수득하였다(하기 화학식 F에서 n은 2 내지 4의 수이다).
[화학식 F]
(HO)(Ph2SiO2 /2)n(OH)
Two neck rounded flask에 상기 화학식 F의 화합물을 추가하고, 상기 화학식 F의 화합물에 포함되어 있는 페닐기 질량의 12배의 질량으로 무수 에테르를 첨가하고 교반하였다. 두 개의 분별 깔대기에 각각 HSiMe2Cl(상기 화학식 F의 화합물 대비 4.0 당량) 및 트리에틸아민(상기 화학식 F의 화합물 대비 3.7 당량)을 로딩하고, 0℃에서 상기 HSiMe2Cl의 첨가 속도가 상기 트리에틸아민의 첨가 속도보다 빠르게 되도록 동시에 첨가하여 반응시켰다. 반응 종결 후에 교반 효율을 고려하여 무수 에테르를 적절히 추가로 첨가하고, 상온으로 승온하여 4.5 시간 동안 교반하였다. 교반 후에 유리 필터를 사용하여 발생된 염(salt) 성분을 걸러 내고, 무수 에테르로 세척하고, 유기층을 증류수로 2회 세척하였다. 그 후, NaHCO3 수용액을 사용하여 반응물을 세척하여 중성화하고, 증류수로 2회 더 세척하였다. 이어서, MgSO4로 건조하고, 유기 용제를 여과하여 제거하여, 약 85%의 수율로 하기 화학식 G의 실리콘 화합물을 수득하였다(하기 화학식 G에서 n은 2 내지 4의 수이다).
[화학식 G]
(Me2HSiO1 /2)(Ph2SiO2 /2)n(Me2HSiO1 /2)
(2) 실리콘 변성 산무수물 경화제(H)의 합성
Two neck rounded flask에 상기 화학식 G의 화합물을 투입하고, THF 용매로 70 중량%로 희석하였다. 백금 촉매(Pt(0)-2,4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)를 상기 화학식 B의 화합물의 질량 대비 0.25 중량%로 첨가하였다. 콘덴서와 적하 깔대기(dropping funnel)를 플라스크에 장착하고, 질소로 내부를 퍼징하였다. 이어서, 50℃로 온도를 승온시킨 상태에서 상기 화학식 B의 화합물 대비 2.10 당량의 양의 말레산 무수물을 상기 적하 깔대기에 거치시킨 상태에서 서서히 적하하였다. 적하 후에 4 시간 동안 교반하면서 반응을 진행한 후에, 상온으로 냉각하고, 숯(반응물의 중량 대비 5 중량%의 양)을 넣고 2 시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 필터(Celite filter)를 사용하여 여과함으로써 백금 촉매와 숯을 제거하고, MgSO4로 건조한 후에 유기 용제와 미반응 무수물을 증발시켰다. 그 후, 조(crude) 반응물을 50℃의 진공 조건에서 건조시켜서 하기 화학식 H으로 표시되는 경화제를 수득하였다(무수물의 당량: 462.67 g/mol)(하기 화학식 H에서 n은 2 내지 4의 수이다).
[화학식 H]
Figure pat00020

합성예 7. 실리콘 변성 산무수물 경화제(E)의 합성
(1) 실리콘 화합물의 합성
투넥 라운드 플라스크에 메틸페닐디실라놀(Aldrich제)을 투입하고, 무수 에테르(anhydrous ether)를 첨가하고 교반하였다.
두 개의 분별 깔대기(separate funnel)에 각각 HSiMe2Cl(상기 디실라놀 1 당량 대비 4.0 당량) 및 트리에틸아민(상기 디실라놀 1 당량 대비 3.7 당량)을 로딩하고, 0℃에서 상기 HSiMe2Cl의 첨가 속도가 상기 트리에틸아민의 첨가 속도보다 빠르게 되도록 동시에 첨가하여 반응시켰다. 반응 종결 후에 교반 효율을 고려하여 무수 에테르를 적절히 추가로 첨가하고, 상온으로 승온하여 4.5 시간 동안 교반하였다. 교반 후에 유리 필터를 사용하여 염(salt) 성분을 걸러 내고, 무수 에테르로 세척하고, 유기층을 증류수로 2회 세척하였다. 그 후, NaHCO3 수용액을 사용하여 반응물을 세척하여 중성화하고, 증류수로 2회 더 세척하였다. 이어서, MgSO4로 건조하고, 유기 용제를 여과하여 제거하여, 약 85%의 수율로 하기 화학식 I의 실리콘 화합물을 수득하였다.
[화학식 I]
(Me2HSiO1 /2)(MePhSiO2 /2)(Me2HSiO1 /2)
(2) 실리콘 변성 산무수물 경화제(E)의 합성
투넥 라운드 플라스크에 화학식 I의 화합물을 투입하고, THF(tetrahydrofuran) 용매로 70 중량%로 희석하였다. 이어서, 백금 촉매(Pt(0)-2,4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane)를 상기 화학식 I의 화합물의 질량 대비 0.25 중량%로 첨가하였다. 콘덴서와 적하 깔대기(dropping funnel)를 플라스크에 장착하고, 질소로 내부를 퍼징하였다. 이어서, 50℃로 온도를 승온시킨 상태에서 상기 화학식 I의 화합물 1 당량 대비 2.10 당량의 말레산 무수물(maleic anhydride)을 상기 적하 깔대기에 거치시킨 상태에서 서서히 적하하였다. 적하 후에 4 시간 동안 교반하면서 반응을 진행한 후에, 상온으로 냉각하고, 숯(charcoal, 반응물의 중량 대비 5 중량%의 양)을 넣고 2 시간 동안 추가로 교반하였다. 그 후 필터(Celite filter)를 사용하여 여과함으로써 백금 촉매와 숯을 제거하고, MgSO4로 건조한 후에 유기 용제와 미반응 무수물을 증발시켰다. 그 후, 조(crude) 반응물을 50℃의 진공 조건에서 건조시켜서 하기 화학식 J로 표시되는 경화제를 수득하였다(무수물의 당량: 264.37 g/mol).
[화학식 J]
Figure pat00021

실시예 1.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부, 합성예 3에서 제조된 화학식 C의 화합물 20.5 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(tetrabutylphosphonium bromide) 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 깊이가 2 mm인 컵 형태의 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
실시예 2.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부, 합성예 4에서 제조된 화학식 D의 화합물 25.6 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 실시예 1과 동일한 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
실시예 3.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부, 합성예 5에서 제조된 화학식 E의 화합물 24.7 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 실시예 1과 동일한 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
실시예 4.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부, 합성예 6에서 제조된 화학식 H의 화합물 35.8 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 실시예 1과 동일한 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
비교예 1.
3,4-에폭시시클로헥실메틸 3,4-에폭시시클로헥산 카복실레이트(3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexane carboxylate) 100 중량부, 유기 경화제(hexahydro-4-methylphthlic anhydride) 133.3 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 실시예 1과 동일한 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
비교예 2.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부, 유기 경화제(hexahydro-4-methylphthlic anhydride) 13 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 실시예 1과 동일한 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
비교예 3.
합성예 1에서 제조된 화학식 A의 화합물 100 중량부 및 합성예 7에서 제조된 화학식 J의 화합물 20.5 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(tetrabutylphosphonium bromide) 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 깊이가 2 mm인 컵 형태의 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
비교예 4.
합성예 2에서 제조된 화학식 B의 화합물 100 중량부, 합성예 3에서 제조된 화학식 C의 화합물 20.5 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(tetrabutylphosphonium bromide) 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 깊이가 2 mm인 컵 형태의 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
비교예 5.
합성예 2에서 제조된 화학식 B의 화합물 100 중량부, 합성예 7에서 제조된 화학식 J의 화합물 20.5 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(tetrabutylphosphonium bromide) 1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하고, 전체가 균일해질 때까지 탈포하여 경화성 조성물을 제조하였다. 이어서, 경화성 조성물을 질소 분위기 하에서 깊이가 2 mm인 컵 형태의 몰드에 주입하고, 160℃에서 1 시간 동안 유지시켜 경화시켰다.
상기 실시예 및 비교예의 경화물에 대하여 측정한 물성의 측정 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.

 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
초기광선투과도 350 nm ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○ ○
450 nm ○ ○ ○ ○ ○ △ △ △ ○
내열성 ○ ○ ○ ○ × △ ○ ○ ○
내광성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
표면 끈적임 특성 ○ ○ ○ ○ ○ △ × × ×

Claims (18)

  1. 고리형 에테르기 및 아릴기를 포함하고, 전체 규소 원자에 대한 아릴기의 몰 비율이 0.5를 초과하는 실리콘 수지 및 아릴기를 포함하는 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제이고, 전체 규소 원자에 대한 아릴기의 몰 비율이 0.5를 초과하는 경화제를 포함하는 경화성 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지에 포함되는 전체 규소 원자에 대한 상기 수지에 포함되는 전체 고리형 에테르기의 몰비가 0.05 내지 0.3인 경화성 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 고리형 에테르기가 에폭시기, 옥세탄기, 에폭시알킬기, 글리시딜독시알킬기, 또는 지환식 에폭시기인 경화성 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지는, 하기 화학식 1의 평균 조성식으로 표시되는 경화성 조성물:
    [화학식 1]
    (R3SiO1 /2)a(R2SiO2 /2)b(RSiO3 /2)c(SiO4 /2)d
    상기 화학식 1에서, R은, 규소 원자에 결합하고 있는 치환기이고, 각각 독립적으로, 수소, 히드록시기, 고리형 에테르기, 아크릴기, 메타크릴기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기이되, R 중 적어도 하나는 고리형 에테르기이며, R 중 적어도 하나는 아릴기이고, a+b+c+d를 1로 환산하는 경우, a는 0 내지 0.5이며, b는 0 내지 0.3이고, c는 0.3 내지 0.85이며, d는 0 내지 0.2이다.
  5. 제 4 항에 있어서, 화학식 1의 평균 조성식을 가지는 실리콘 수지는, 하기 화학식 2로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 경화성 조성물:
    [화학식 2]
    [R1SiO3 /2]
    상기 화학식 2에서, R1은, 고리형 에테르기이다.
  6. 제 4 항에 있어서, 화학식 1의 평균 조성식을 가지는 실리콘 수지는, 하기 화학식 3으로 표시되는 실록산 단위 또는 하기 화학식 4로 표시되는 실록산 단위를 포함하는 경화성 조성물:
    [화학식 3]
    [R2R3SiO2 /2]
    [화학식 4]
    [R4SiO3 /2]
    상기 화학식 3 및 4에서, R2 및 R3는, 각각 독립적으로 알킬기 또는 아릴기를 나타내되, R2 및 R3 중 적어도 하나는 아릴기이고, R4는 아릴기를 나타낸다.
  7. 제 4 항에 있어서, 화학식 1에서 R 중 적어도 하나는 지환식 탄화수소기인 경화성 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지는, 중량평균분자량이 1,500 내지 7,000인 경화성 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 경화제는 하기 화학식 8로 표시되는 경화성 조성물:
    [화학식 8]
    R6 eR7 fSiO(4-e-f)/2
    상기 화학식 8에서, R6는,
    Figure pat00022
    ,
    Figure pat00023
    또는
    Figure pat00024
    이거나, 상기 중에서 하나 이상의 관능기로 치환된 알킬기이고, R7은 수소, 히드록시기, 1가 탄화수소기 또는 -OR8이며, 상기 R8은 1가 탄화수소기이고, e 및 f는 각각 0 < e ≤ 3, 0 < f ≤ 2.5, 0 < e+f ≤ 3을 만족하는 수이며, R6와 R7이 복수인 경우, 각각은 동일하거나 상이할 수 있다.
  10. 제 1 항에 있어서, 경화제는 하기 화학식 9로 표시되는 경화성 조성물:
    [화학식 9]
    Figure pat00025

    상기 화학식 9에서 R9은 각각 독립적으로,
    Figure pat00026
    ,
    Figure pat00027
    ,
    Figure pat00028
    , 수소, 히드록시기, 1가 탄화수소기 또는 -OR8이거나, 또는,
    Figure pat00029
    ,
    Figure pat00030
    또는
    Figure pat00031
    로 치환된 알킬기이고, 상기 R8은 1가 탄화수소기이며, R9 중 적어도 하나는,
    Figure pat00032
    , 또는
    Figure pat00034
    이거나, 또는,
    Figure pat00035
    ,
    Figure pat00036
    또는
    Figure pat00037
    로 치환된 알킬기이고, n은 0 내지 10의 수이다.
  11. 제 1 항에 있어서, 경화제가 하기 화학식 10으로 나타나는 경화성 조성물:
    [화학식 10]
    Figure pat00038

    상기 화학식 10에서 R6는,
    Figure pat00039
    ,
    Figure pat00040
    또는
    Figure pat00041
    이거나, 상기 중 하나 이상의 관능기로 치환된 알킬기이고, R7은 알킬기 또는 아릴기이며, x 및 y는 각각 0 이상의 정수를 나타내되, x+y는 0 내지 10이다.
  12. 제 1 항에 있어서, 경화제가 하기 화학식 11로 나타나는 경화성 조성물:
    [화학식 11]
    Figure pat00042

    상기 화학식 11에서 R6는,
    Figure pat00043
    ,
    Figure pat00044
    또는
    Figure pat00045
    이거나, 상기 중 하나 이상의 관능기로 치환된 알킬기이고, R7은 알킬기 또는 아릴기이며, n은 0 내지 10이다.
  13. 제 1 항에 있어서, 실리콘 변성 지환식 산무수물 경화제를, 실리콘 수지 100 중량부 대비 5 중량부 내지 60 중량부로 포함하는 경화성 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 경화 촉매를 추가로 포함하는 경화성 조성물.
  15. 제 1 항에 있어서, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 유기 화합물을 추가로 포함하는 경화성 조성물.
  16. 경화된 제 1 항의 경화성 조성물로 피복된 발광 소자를 포함하는 발광 다이오드.
  17. 제 16 항의 발광 다이오드를 백라이트로 포함하는 액정표시장치.
  18. 제 16 항의 발광 다이오드를 포함하는 조명 기구.
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