KR20140006792A - 높은 굴절률을 갖는 실리콘 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 말단 수소 기를 갖는 실리콘 수지, 적어도 하나의 C1-6 알킬 기를 갖는 금속 알콕사이드, 및 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1-6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란을 포함하는 실리콘 수지 조성물에 관한 것이다. 경화된 조성물은 굴절률이 1.4 초과이다. 본 발명은 또한 전술한 조성물로 봉지된 광전자 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리콘 수지 조성물 및 상기 조성물의 경화된 생성물로 봉지된 광전자 소자에 관한 것이다.
실리콘 수지가 에폭시 수지보다 더욱 신뢰할 만하다는 것은 말할 것도 없이, 실리콘 수지는 높은 열안정성, 내후성, 광안정성, 및 가요성과 같은 탁월한 광학 특성을 갖기 때문에, 광전자 소자에 실리콘 수지가 흔히 사용된다. 그러나, 실리콘 수지의 굴절률은 약 1.4이며; 그 결과로, 실리콘 수지가 발광 다이오드(LED)와 같은 광전자 소자를 위한 봉지제로서 사용되는 경우에, 낮은 굴절률이 낮은 추출 효율을 야기할 것이며 그에 의해 LED 명도를 감소시킬 것이다.
관련된 종래 기술은 유기 합성 기술에 의해 고굴절률의 재료를 생성하는 것을 교시한다. 예를 들어, 일본 특허 제63-077872호는 주 구조에서 브롬 대 요오드 원자비를 증가시킴으로써 재료의 굴절률을 증가시키는 방법을 개시하지만; 이러한 방법에 의해 달성되는 굴절률 증가는 상당히 제한적일 뿐만 아니라, 전술한 할로겐-함유 재료의 적용은 점점 더 높아지는 환경 인식(green awareness)으로 인해 점차 제한되고 있다.
대만 특허 공개 제200609299호는 LED 봉지제로서 사용하기 위한 실리콘 수지 조성물을 제공하며, 방향족 기의 함량을 증가시킴으로써 고굴절률의 실리콘 수지 조성물을 얻는 방법을 개시한다. 그러나, 이 방법은 조성물의 안정성을 감소시킬 것이며, 그 조성물은 고온에서 황변되기 쉽다.
본 발명의 발명자들은 본 발명의 실리콘 수지 조성물이 실리콘 수지의 이점을 유지하면서도 높은 굴절률을 가짐을 알아내었다.
일 태양에서, 본 발명은
(a) 적어도 하나의 말단 수소 기를 갖는 실리콘 수지;
(b) 적어도 하나의 C1 -6 알콕시 기를 갖는 금속 알콕사이드; 및
(c) 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1 -6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란을 포함하는 실리콘 수지 조성물을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은
(a) 광전자 소자를 제공하는 단계; 및
(b) 광전자 소자를 전술한 실리콘 수지 조성물로 봉지하는 단계를 포함하는, 광전자 소자를 봉지하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양은 발광 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 다른 태양은 실리콘 수지의 굴절률을 조정하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 조성물로부터 생성된 경화 실리콘 수지를 포함하는 LED 소자의 단면도.
도 2는 금속 알콕사이드와 비닐실란 사이의 반응의 생성물의 적외선 스펙트럼을 도시한 도면.
도 2는 금속 알콕사이드와 비닐실란 사이의 반응의 생성물의 적외선 스펙트럼을 도시한 도면.
본 발명은
(a) 적어도 하나의 말단 수소 기를 갖는 실리콘 수지;
(b) 적어도 하나의 C1 -6 알콕시 기를 갖는 금속 알콕사이드; 및
(c) 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1 -6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란을 포함하는 실리콘 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 특징 및 이점을 분명하고 알기 쉽게 하기 위해서, 본 발명은 이하에서 바람직한 실시 형태 및 도면을 사용하여 설명된다.
실리콘 수지
본 발명의 조성물의 성분 (a)는 적어도 하나의 말단 수소 기를 갖는 실리콘 수지이다. 실리콘 수지는 하기와 같이 표시되는 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
(HR1SiO)x-(R2R3SiO)y
여기서, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이한 C1-6 알킬 기, 또는 바람직하게는 C1-4 알킬 기일 수 있으며; x 및 y는 중합수(polymerization number)를 나타내고, x는 1 이상이다.
실리콘 수지는 필요한 특성 (예를 들어, 내열성, 내구성, 및 기계적 강도)에 따라 선택된다. 그렇게 선택된 실리콘 수지는 단일 실리콘, 또는 상이한 점도, 구조, 평균 분자량, 규소-산소 단위, 및 배열의 둘 이상의 폴리다이실록산의 조합의 형태로 입수된다.
본 발명의 실리콘 수지의 분자량에 대한 특별한 제한은 없다. 본 발명의 실리콘 수지의 평균 분자량은 바람직하게는 500 내지 200,000의 범위이거나, 또는 더욱 바람직하게는 700 내지 60,000의 범위이다. 본 발명의 조성물의 실리콘 수지 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 20 중량% 내지 60 중량%, 또는 바람직하게는 약 30 중량% 내지 40 중량%이다.
금속
알콕사이드
본 발명의 조성물의 성분 (b)는 하기와 같이 표시되는 구조를 갖는 금속 알콕사이드이다:
Rm-M(OR')n
여기서, R 및 R'는 동일하거나 상이한 C1 -6 알킬 기, 또는 바람직하게는 C1 -4 알킬 기일 수 있다. M은 비어있는 오비탈을 갖는 반도체 또는 금속, 바람직하게는 티타늄 (Ti), 지르코늄 (Zr), 알루미늄 (Al), 니오븀 (Nb), 인듐 (In), 세륨 (Ce), 하프늄 (Hf), 탄탈륨 (Ta), 규소 (Si), 또는 게르마늄 (Ge), 또는 더욱 바람직하게는 티타늄, 지르코늄, 또는 알루미늄을 나타내고; m은 0 내지 3의 범위인 정수를 나타내고, n은 1 내지 4의 범위인 정수를 나타내며, 
이다.
바람직하게는, 금속 알콕사이드에는 Zr(OBu)4, Ti(OBu)4, 또는 그 혼합물이 포함된다.
본 발명의 조성물의 금속 알콕사이드 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30 중량% 내지 70 중량, 또는 바람직하게는 약 50 중량% 내지 60 중량%이다.
실란
본 발명의 조성물의 성분 (c)는 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1-6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란이다. 본 발명의 조성물에 적용가능한 실란에는, 비닐트라이메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, 비닐트라이(2-메톡시에톡시)실란, 비닐메틸다이메톡시실란, 비닐메틸다이에톡시실란, 비닐페닐다이메톡시실란, 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명의 조성물의 실란 수지 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 10 중량%이다.
광전자 소자의 봉지
본 발명의 조성물은 발광 반도체 소자와 같은 광전자 소자의 봉지에 적용가능하다. 발광 반도체 소자는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 광전자 소자에 적용가능한 봉지 기술은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 광전자 소자가 미경화 실리콘 수지 조성물에 봉지된 후에, 보통 경화 공정이 주형 안쪽에서 조성물에 대해 수행된다. 조성물은 하나 이상의 단계에서 가열됨으로써 경화될 수 있다. 예를 들어, 경화 공정은 실온 내지 200℃ 범위의 온도에서 일어날 수 있다.
도 1은 본 발명의 조성물로부터 생성된 경화 실리콘 수지를 갖는 LED 소자(1)의 단면도이다. LED 소자(1)는 LED 칩(11)을 포함한다. LED 칩(11)은 리드프레임(12)의 애노드 또는 캐소드에 직접 전기적으로 접속될 수 있으며, 와이어(13)를 통해 리드프레임(12)의 다른 캐소드 또는 애노드에 접속될 수 있다. LED 칩(11)은 필요한 광을 방출할 수 있는 임의의 반도체 층을 포함하는 p-n 접합 LED 칩일 수 있다. 예를 들어, LED 칩(11)은 III족 내지 V족 화합물, 예를 들어, 갈륨 아르세나이드, 알루미늄 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 나이트라이드, 또는 갈륨 포스파이드의 임의의 필요한 반도체 층, 또는 II족 내지 IV족 화합물, 예를 들어, 아연 셀레나이드, 카드뮴 텔루라이드, 또는 아연 설포셀레나이드의 임의의 필요한 반도체 층, 또는 IV족 내지 IV족 화합물, 예를 들어, 탄화규소의 임의의 필요한 반도체 층을 포함할 수 있다. LED 칩(11)은 본 발명의 실리콘 수지 조성물로부터 생성된 봉지제(14)로 봉지된다.
본 발명은 하기 실시 형태들에 의해 추가로 설명되며, 이들은 단지 본 발명의 예시를 위해 제공되며 어떠한 식으로도 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 따라서, 당업자에 의해 쉽게 이루어질 수 있는 수정 및 변경은 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위에 포함된 본 발명의 범주에 속한다.
실시예
실리콘 수지 조성물의 합성
실시예
1
14 g의 비닐트라이메톡시실란, 5 g의 다이페닐다이메톡시실란, 30 g의 톨루엔, 10 g의 에탄올, 및 몇 방울의 아세트산을 3구 플라스크에 부가하고 혼합하였다. 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반한 후에, 12.5 g의 Zr(OBu)4를 첨가하고, 이어서 80℃에서 3시간 동안 역증류(reverse distillation)에 의해 증류하였다. 역증류가 완료되었을 때, 상층 용액을 회전식 증발기 (뷔치(Buechi))에 부가하여 70℃에서 용매를 제거하였다. 그 후에, 19 g의 다소 황색을 띤, 그러나 극히 투명한 액체를 얻었다. 얻어진 액체에 대해 적외선 (IR) 스펙트럼 분석을 수행하였고 그 결과가 도 2에 나타나있다.
실시예
2
10 g의 Ti(OBu)4, 30 g의 톨루엔, 4.5 g의 에탄올, 몇 방울의 아세트산, 및 5 g의 비닐트라이메톡시실란을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이어서, 혼합물 및 15 g의 트라이메틸메톡시실란을 3구 플라스크에 부가하고 혼합하고, 이어서 80℃에서 3시간 동안 역증류에 의해 증류하였다. 역증류가 완료되었을 때, 상층 용액을 회전식 증발기 (뷔치)에 부가하여 70℃에서 용매를 제거하였다. 그 후에, 16 g의 다소 황색을 띤, 그러나 극히 투명한 액체를 얻었다.
실시예
3
0.6 g의 실시예 2에서 얻은 용액, 1.55 g의 X-101 (실리콘 수지, 애드셋 머티어리얼스 컴퍼니(ADSET MATERIALS COMPANY)), 및 2% 백금을 실온에서 30분 동안 교반하였다.
비교예
1
1366A 및 1366B (실리콘 수지, 애드셋 머티어리얼스 컴퍼니), 각각 0.5 g을 실온에서 30분 동안 교반하였다.
실리콘 수지 조성물의 굴절률 시험
희석된 용액이 중량 기준으로 원래 농도의 50%와 동일한 농도를 가질 때까지, 실시예 3 및 비교예 1에서 얻은 용액의 소정량을 각각 톨루엔으로 희석하였다. 그 후에, 몇 방울의 희석된 용액을 칩 상에 부가하고, 이를 회전 속도가 500 RPM으로 설정된 스핀 코팅기 내에 위치시키고, 30초 동안 작동시키고, 이어서 150℃에서 30분 동안 베이킹하였다. 마지막으로, 베이킹된 재료의 굴절률을 632.8 nm에서 프리즘 커플러 (메트리콘(Metricon) 모델 2010)를 사용하여 측정하였고, 그 결과가 표 1에 나타나있다.
본 발명의 범주 및 원리를 벗어나지 않는다면, 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 당업자는 본 발명이 전술한 예시적인 실시 형태에 과도하게 제한되지 않음을 이해할 것이다. 모든 특허 출원 공개 및 등록 특허는 각각의 특허 출원 공개 또는 등록 특허가 구체적으로 그리고 개별적으로 표시된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함되는 것과 동일한 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
Claims (16)
- (a) 적어도 하나의 말단 수소 기를 갖는 실리콘 수지;
(b) 적어도 하나의 C1 -6 알콕시 기를 갖는 금속 알콕사이드; 및
(c) 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1 -6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란을 포함하는 실리콘 수지 조성물. - 제1항에 있어서, 약 20 중량% 내지 60 중량%의 실리콘 수지를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 약 30 중량% 내지 70 중량%의 금속 알콕사이드를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 약 1 중량% 내지 10 중량%의 실란을 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 경화된 때 굴절률이 1.4 초과인 조성물.
- 제1항에 있어서, 금속 알콕사이드는 하기와 같이 나타내어지는 구조를 갖는 조성물:
Rm-M(OR')n
(여기서, M은 비어있는 오비탈을 갖는 반도체 또는 금속을 나타내고, R 및 R'는 독립적으로 동일하거나 상이한 C1 -6 알킬 기일 수 있고, m은 0 내지 3의 범위의 정수를 나타내고, n은 1 내지 4의 범위의 정수를 나타내며,임).
- 제6항에 있어서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 니오븀, 인듐, 세륨, 하프늄, 탄탈륨, 규소, 및 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
- 제6항에 있어서, R 및 R'는 독립적으로 동일하거나 상이한 C1-4 알킬 기일 수 있는 조성물.
- 제6항에 있어서, m은 0이고 n은 4인 조성물.
- 제1항에 있어서, 금속 알콕사이드는 Zr(OBu)4 또는 Ti(OBu)4인 조성물.
- 제1항에 있어서, 실란은 비닐트라이메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, 비닐트라이(2-메톡시에톡시)실란, 비닐메틸다이메톡시실란, 비닐메틸다이에톡시실란, 비닐페닐다이메톡시실란, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
- (a) 광전자 소자를 제공하는 단계; 및
(b) 광전자 소자를 제1항의 실리콘 수지 조성물로 봉지하는 단계를 포함하는, 광전자 소자를 봉지하는 방법. - 제12항에 있어서, 실리콘 수지 조성물을 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항의 조성물의 경화된 생성물로 봉지된 구성요소를 포함하는 발광 반도체 소자.
- 적어도 하나의 C1 -6 알콕시 기를 갖는 금속 알콕사이드 및 적어도 하나의 말단 비닐 기 및 적어도 하나의 말단 C1 -6 알콕시 또는 하이드록실 기를 갖는 실란을 적어도 하나의 말단 티올 기를 갖는 실리콘 수지에 첨가하는 단계를 포함하는, 실리콘 수지의 굴절률을 조정하는 방법.
- 제15항에 있어서, 굴절률은 1.4 초과인 방법.
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