本発明のLED装置用封止剤は、(A)一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物、(B)一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物、および(C)イソシアネート系化合物を必須成分として含む。まず、(A)一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物について説明する。
<(A)一分子中に二個以上のSiH基を有する化合物>
一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物(A)としては、例えば、アルケニル基を有する多面体構造ポリシロキサン系化合物(a)と、ヒドロシリル基を有する化合物(b)と、1分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物(c)および/または1分子中に炭素−炭素2重結合を1個持つ環状オレフィン化合物(d)をヒドロシリル化反応して得られる化合物が含まれる(以下、一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物(A)を多面体構造ポリシロキサン変性体(A)という場合がある)。
・アルケニル基を有する多面体構造ポリシロキサン系化合物(a)
本発明におけるアルケニル基を有する多面体構造ポリシロキサン系化合物(a)は、分子中にアルケニル基を有する、多面体骨格を有するポリシロキサンであれば、特に限定はない。具体的には、例えば、以下の一般式:
[R6SiO3/2]x[R7SiO3/2]y
(x+yは6〜24の整数;xは1以上の整数、yは0または1以上の整数;R6はアルケニル基、または、アルケニル基を有する基;R7は、任意の有機基、または、他の多面体骨格ポリシロキサンと連結している基)
で表されるシロキサン単位から構成されるアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物を好適に用いることができ、さらには、下記一般式:
[AR1 2SiO−SiO3/2]a[R2 3SiO−SiO3/2]b
(a+bは6〜24の整数、aは1以上の整数、bは0または1以上の整数;Aは、アルケニル基;R1は、アルキル基またはアリール基;R2は、水素原子、アルキル基、アリール基、または、他の多面体骨格ポリシロキサンと連結している基)
で表されるシロキサン単位から構成されるアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物が好ましいものとして例示される。
アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等が例示されるが、耐熱性・耐光性の観点から、ビニル基が好ましい。
R1は、アルキル基またはアリール基である。アルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が例示され、また、アリール基としては、フェニル基、トリル基等のアリール基が例示される。本発明におけるR1としては、耐熱性・耐光性の観点から、メチル基が好ましい。
R2は、水素原子、アルキル基、アリール基、または、他の多面体骨格ポリシロキサンと連結している基である。アルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が例示され、また、アリール基としては、フェニル基、トリル基等のアリール基が例示される。本発明におけるR2としては、耐熱性・耐光性の観点から、メチル基が好ましい。
aは1以上の整数であれば、特に制限はないが、化合物の取り扱い性や得られる硬化物の物性から、2以上が好ましく、3以上がさらに好ましい。また、bは、0または1以上の整数であれば、特に制限はない。
aとbの和(=a+b)は、6〜24の整数であるが、化合物の安定性、得られる硬化物の安定性の観点から、6〜12であることが好ましく、さらには、6〜10であることが好ましい。
(a)成分の合成方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いて合成することができる。合成方法としては、例えば、R8SiXa 3(式中R8は、上述のR6、R7を表し、Xaは、ハロゲン原子、アルコキシ基等の加水分解性官能基を表す)の一般式で表されるシラン化合物の加水分解縮合反応が挙げられる。または、R8SiXa 3の加水分解縮合反応によって分子内に3個のシラノール基を有するトリシラノール化合物を合成したのち、さらに、同一もしくは異なる3官能性シラン化合物を反応させることにより閉環し、多面体構造ポリシロキサンを合成する方法も知られている。
その他にも、例えば、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランを4級アンモニウムヒドロキシド等の塩基存在下で加水分解縮合させる方法が挙げられる。本合成方法においては、テトラアルコキシシランの加水分解縮合反応により、多面体構造を有するケイ酸塩を得、さらに得られたケイ酸塩をアルケニル基含有シリルクロライド等のシリル化剤と反応させることにより、多面体構造を形成するSi原子とアルケニル基とが、シロキサン結合を介して結合した多面体構造ポリシロキサンを得ることが可能となる。本発明においては、テトラアルコキシランの替わりに、シリカや稲籾殻等のシリカを含有する物質からも、同様の多面体構造ポリシロキサンを得ることが可能である。
・ヒドロシリル基を有する化合物(b)
本発明で用いるヒドロシリル基を有する化合物(b)は、分子中に1個以上のヒドロシリル基を有していれば特に制限はないが、得られる多面体構造ポリシロキサン変性体(A)の透明性、耐熱性、耐光性の観点から、ヒドロシリル基を有するシロキサン化合物であることが好ましく、さらには、ヒドロシリル基を有する環状シロキサンあるいはヒドロシリル基を有する直鎖状ポリシロキサンであることが好ましい。特にガスバリア性の観点からは、環状シロキサンであることが好ましい。
ヒドロシリル基を有する直鎖状ポリシロキサンとしては、ジメチルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ジフェニルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、メチルフェニルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ジメチルハイドロジェンシリル基で末端が封鎖されたポリジメチルシロキサン、ジメチルハイドロジェンシリル基で末端が封鎖されたポリジフェニルシロキサン、ジメチルハイドロジェンシリル基で末端が封鎖されたポリメチルフェニルシロキサンなどが例示される。
特に、ヒドロシリル基を有する直鎖状ポリシロキサンとしては、変性させる際の反応性や得られる硬化物の耐熱性、耐光性等の観点から、ジメチルハイドロジェンシリル基で分子末端が封鎖されたポリシロキサン、さらにはジメチルハイドロジェンシリル基で分子末端が封鎖されたポリジメチルシロキサンを好適に用いることができ、具体的には、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルトリシロキサンなどが、好ましい例として例示される。
ヒドロシリル基を有する環状シロキサンとしては、1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1−プロピル−3,5,7−トリハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,5−ジハイドロジェン−3,7−ジヘキシル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5−トリハイドロジェン−1,3,5−トリメチルシクロトリシロキサン、1,3,5,7,9−ペンタハイドロジェン−1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、1,3,5,7,9,11−ヘキサハイドロジェン−1,3,5,7,9,11−ヘキサメチルシクロヘキサシロキサンなどが例示できる。環状シロキサンとしては、工業的入手性および反応性、あるいは、得られる硬化物の耐熱性、耐光性、強度等の観点から、例えば、1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを好適に用いることができる。
これら(b)成分である、ヒドロシリル基を有する化合物は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
・一分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物(c)
一分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物(c)はヒドロシリル基を有する化合物(b)のヒドロシリル基と反応する。(c)成分を用いることで、本発明のLED装置用封止剤から得られる硬化物の弾性率を低下させることができ、耐冷熱衝撃性を向上させることができる。
(c)成分が有するアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等が例示されるが、耐熱性・耐光性の観点から、ビニル基が好ましい。
本発明における(c)成分は、一分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物であれば特に限定はされないが、一分子中に少なくともアリール基を1個以上含有していることが、ガスバリア性や屈折率の観点から好ましく、さらには、該アリール基が直接ケイ素原子に結合していることが、耐熱性、耐光性の観点から、さらに好ましい。
(c)成分としては、耐熱性、耐光性の観点から、シラン、またはポリシロキサンであることが好ましい。(c)成分が、一分子中にアルケニル基を1個有するシランである場合としては、具体的には、トリメチルビニルシラン、ジメチルフェニルビニルシラン、メチルジフェニルビニルシラン、トリフェニルビニルシラン、トリエチルビニルシラン、ジエチルフェニルビニルシラン、エチルジフェニルビニルシラン、アリルトリメチルシラン、アリルジメチルフェニルシラン、アリルメチルジフェニルシラン、アリルトリフェニルシラン、アリルトリエチルシラン、アリルジエチルフェニルシラン、アリルエチルジフェニルシラン等が例示される。中でも、耐熱性、耐光性の観点から、トリメチルビニルシラン、ジメチルフェニルビニルシラン、メチルジフェニルビニルシラン、トリフェニルビニルシランが好ましい例として挙げられ、さらに、ガスバリア性や屈折率の観点から、ジメチルフェニルビニルシラン、メチルジフェニルビニルシラン、トリフェニルビニルシランが好ましい例として挙げられる。
一方(c)成分がポリシロキサンである場合としては、アルケニル基を1個有する直鎖構造のポリシロキサン、分子末端にアルケニル基を1個有するポリシロキサン、アルケニル基を1個有する環状シロキサン等が例示される。
(c)成分が、アルケニル基を1個有する直鎖構造のポリシロキサンである場合としては、具体的には、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたポリジメチルシロキサン、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたポリメチルフェニルシロキサン、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたポリジフェニルシロキサン、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたジメチルシロキサン単位とメチルフェニルシロキサン単位との共重合体、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたジメチルシロキサン単位とジフェニルシロキサン単位との共重合体、ジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端がそれぞれ1個ずつ封鎖されたメチルフェニルシロキサン単位とジフェニルシロキサン単位との共重合体等が例示される。
分子末端にアルケニル基を1個有するポリシロキサンである場合としては、具体的には、先に例示したジメチルビニルシリル基とトリメチルシリル基で末端が1個ずつ封鎖されたポリシロキサン、SiO2単位、SiO3/2単位、SiO単位、SiO1/2単位からなる群において選ばれる少なくとも1つのシロキサン単位および1つのジメチルビニルシロキサン単位からなるポリシロキサンなどが例示される。
(c)成分が、アルケニル基を1個有する環状シロキサンである場合としては、具体的には、1−ビニル−1,3,3,5,5,7,7−ヘプタメチルシクロテトラシロキサン、1−ビニル−3−フェニル−1,3,5,5,7,7−ヘキサメチルシクロテトラシロキサン、1−ビニル−3,5−ジフェニル−1,3,5,7,7−ペンタメチルシクロテトラシロキサン、1−ビニル−3,5,7−トリフェニル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン等が例示される。
これら(c)成分である、一分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
・一分子中に炭素−炭素2重結合を1個有する環状オレフィン化合物(d)
一分子中に炭素−炭素2重結合を1個有する環状オレフィン化合物(d)は、ヒドロシリル基を有する化合物(b)のヒドロシリル基とヒドロシリル化反応する。(d)成分を用いることで、得られる硬化物の弾性率を低下させることができ、耐冷熱衝撃性を向上させることができる。また、(d)成分を用いることで、得られる硬化物のガスバリア性、光取り出し効率性を向上させられる。
(d)成分は、一分子中に炭素−炭素2重結合を1個有する環状オレフィン化合物であればよく、この炭素−炭素2重結合は、ビニレン基、ビニリデン基、アルケニル基のいずれであってもよい。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等が例示されるが、耐熱性・耐光性の観点から、ビニル基が好ましい。
また、(d)成分は、平均分子量が1000以下であることが(b)成分との反応性の観点から好ましい。このような環状オレフィン化合物(d)としては、脂肪族環状オレフィン化合物、置換脂肪族環状オレフィン化合物等が挙げられる。
脂肪族環状オレフィン化合物としては、具体的には、シクロへキセン、シクロへプテン、シクロオクテン、ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロヘプタン、ビニルシクロオクタン、アリルシクロヘキサン、アリルシクロヘプタン、アリルシクロオクタン、メチレンシクロヘキサン等が挙げられる。
置換脂肪族環状オレフィン化合物としては、具体的には、ノルボルネン、1−メチルノルボルネン、2−メチルノルボルネン、7−メチルノルボルネン、2−ビニルノルボルナン、7−ビニルノルボルナン、2−アリルノルボルナン、7−アリルノルボルナン、2−メチレンノルボルナン、7−メチレンノルボルナン、カンフェン、ビニルノルカンフェン、6−メチル−5−ビニル−ビシクロ[2.2.1]−ヘプタン、3−メチル−2−メチレン−ビシクロ[2.2.1]−ヘプタン、α−ピネン、β−ピネン、6、6−ジメチル−ビシクロ[3.1.1]−2−ヘプタエン、2−ビニルアダマンタン、2−メチレンアダマンタン等が挙げられる。
中でも入手性の観点から、シクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ノルボルネン、カンフェン、ピネンが好ましい例として挙げられる。
これら(d)成分は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物(A)は、後述のヒドロシリル化触媒の存在下、アルケニル基を有する多面体構造ポリシロキサン系化合物(a)と、一分子中にアルケニル基を1個有する有機ケイ素化合物(c)および/または一分子中に炭素−炭素2重結合を1個有する環状オレフィン化合物(d)を、ヒドロシリル基を有する化合物(b)とヒドロシリル化反応させることにより得られる。
化合物(A)を得る方法としては、特に限定されず種々設定できるが、予め(a)成分と(b)成分を反応させた後、(c)成分および/または(d)成分を反応させてもよいし、予め(c)成分および/または(d)成分と(b)成分を反応させた後、(a)成分を反応させてもよいし、(a)成分と(c)成分および/または(d)成分を共存させて(b)成分と反応させてもよい。各反応の終了後に、例えば減圧・加熱条件下にて、揮発性の未反応成分を留去し、目的物あるいは次のステップへの中間体として用いてもよい。(c)成分および/または(d)成分と(b)成分のみが反応し、(a)成分を含まない化合物の生成を抑制するためには、(a)成分と(b)成分を反応させ、未反応の(b)成分を留去した後、(c)成分および/または(d)成分を反応させる方法が好ましい。(c)成分および/または(d)成分と(b)成分のみが反応し、(a)成分を含まない化合物の生成を抑制することは耐熱性の観点から好ましい。
こうして得られた化合物(A)は、(a)成分のアルケニル基に(b)成分のSiH基が付加した結合と、(c)成分及び/又は(d)成分のアルケニル基(炭素−炭素2重結合)に(b)成分のSiH基が付加した結合とを有する。また、化合物(A)には、反応に用いた(a)成分のアルケニル基が一部残存していてもよい。
(b)成分の添加量は、(a)成分が有するアルケニル基1個に対し、ヒドロシリル基の数が2.5〜20個になるように用いることが好ましい。添加量が少ないと、架橋反応によりゲル化が進行するため、多面体構造ポリシロキサン変性体のハンドリング性が劣る場合があり、添加量が多いと、硬化物の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
(c)成分の添加量は、(b)成分が有するヒドロシリル基1個に対し、(c)成分のアルケニル基の数が0.01〜0.36個になるように用いることが好ましい。添加量が少ないと、得られる硬化物の耐冷熱衝撃性が低下する場合があり、添加量が多いと、得られる硬化物に硬化不良が生じる場合がある。
(d)成分の添加量は、(b)成分が有するヒドロシリル基1個に対し、(d)成分の炭素−炭素2重結合の数が0.01〜0.5個になるように用いることが好ましい。添加量が少ないと、得られる硬化物の耐冷熱衝撃性が低下する場合があり、添加量が多いと、得られる硬化物に硬化不良が生じる場合がある。
化合物(A)の合成時に用いるヒドロシリル化触媒の添加量としては特に制限はないが、反応に用いる(a)成分、(c)成分および/または(d)成分のアルケニル基1モルに対して10-1〜10-10モルの範囲で用いるのがよい。好ましくは10-4〜10-8モルの範囲で用いるのがよい。ヒドロシリル化触媒が多いと、ヒドロシリル化触媒の種類によっては、短波長の光に吸収を示すため、硬化物の着色原因になったり、得られる硬化物の耐光性が低下する虞があり、また硬化物が発泡する恐れもある。一方、ヒドロシリル化触媒が少ないと、反応が進まず、目的物が得られ難くなる虞がある。
ヒドロシリル化反応の反応温度としては30℃〜400℃が好ましく、より好ましくは40℃〜250℃であり、さらに好ましくは45℃〜140℃である。温度が低すぎると反応が十分に進行し難くなる傾向があり、一方温度が高すぎると、ゲル化が生じ、ハンドリング性が悪化する虞がある。
このようにして得られた化合物(A)は、各種化合物、特にはシロキサン系化合物との相溶性を確保でき、さらに、分子内にヒドロシリル基が導入されていることから、各種アルケニル基を有する化合物と反応させることが可能となる。具体的には、後述の一分子中にアルケニル基を2個以上有する化合物(B)と反応させることにより、硬化物を得ることができる。
また、化合物(A)は温度20℃において液状とすることも可能である。化合物(A)が液状であればハンドリング性に優れることから好ましい。
本発明における化合物(A)は、一般式:
[XR3 2SiO−SiO3/2]a[R4 3SiO−SiO3/2]b
[一般式中、a+bは6〜24の整数、aは1以上の整数、bは0または1以上の整数;R3は、アルキル基またはアリール基;R4は、アルケニル基、水素原子、アルキル基、アリール基、または、他の多面体骨格ポリシロキサンと連結している基、Xは、下記一般式(1)あるいは一般式(2)のいずれかの構造を有し、Xが複数ある場合は一般式(1)あるいは一般式(2)の構造が異なっていてもよく、また一般式(1)あるいは一般式(2)の構造が混在していてもよい。
{lは2以上の整数;mは0以上の整数;nは2以上の整数;Yは水素原子、アルケニル基、アルキル基、アリール基、もしくは、アルキレン鎖を介して多面体構造ポリシロキサンと結合している部位であり、同一であっても異なっていてもよい;Zは、水素原子、アルケニル基、アルキル基、アリール基、もしくは、アルキレン鎖を介して多面体構造ポリシロキサンと結合している部位であり、同一であっても異なっていてもよい。ただし、YあるいはZの少なくとも1つは水素原子であり、少なくとも1つは下記一般式(3)の構造を有する。
−[CH2]l−R5 (3)
(一般式(3)中、lは2以上の整数;R5は有機ケイ素化合物を含有する基);Rは、アルキル基またはアリール基}]
で表されるシロキサン単位から構成される多面体構造ポリシロキサン系化合物である。
R5はケイ素化合物を含有する基であれば特に限定はされないが、1分子中に少なくともアリール基を1個以上含有していることが、ガスバリア性や屈折率の観点から好ましく、さらには、該アリール基が直接ケイ素原子に結合していることが、耐熱性、耐光性の観点から、さらに好ましい。
<(B)一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物>
本発明のLED装置用封止剤は、一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物(B)を含有する。化合物(B)のアルケニル基を化合物(A)のヒドロシリル基とヒドロシリル化反応させることにより硬化物となすことができる。
化合物(B)としては、例えば、一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)や、有機化合物(B2)等が好ましい。化合物(B)は、(B1)成分又は(B2)成分を単独で使用してもよく、また(B1)成分と(B2)成分とを併用してもよい。
・一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)
一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)のシロキサンのユニット数は、特に限定されないが、2個以上が好ましく、さらに好ましくは2〜10個である。一分子中のシロキサンのユニット数が少ないと、組成物から揮発しやすくなり、硬化後に所望の物性が得られないことがある。また、シロキサンのユニット数が多いと、得られた硬化物のガスバリア性が低下する場合がある。
上記一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)は、アリール基を有していることが、ガスバリア性の観点から好ましい。また、アリール基を有する一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサンは、耐熱性、耐光性の観点から、Si原子上に直接結合したアリール基を有していることが好ましい。また、アリール基は分子の側鎖または末端いずれにあってもよく、このようなアリール基含有ポリシロキサンの分子構造は限定されず、例えば直鎖状、分岐鎖状、一部分岐鎖状を有する直鎖状の他に、環状構造を有してもよい。
このようなアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、2−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、4−エチルフェニル基、2−プロピルフェニル基、3−プロピルフェニル基、4−プロピルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、2−ブチルフェニル基、3−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、3−イソブチルフェニル基、4−イソブチルフェニル基、3−t−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、3−ペンチルフェニル基、4−ペンチルフェニル基、3−ヘキシルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、3−シクロヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,3−ジエチルフェニル基、2,4−ジエチルフェニル基、2,5−ジエチルフェニル基、2,6−ジエチルフェニル基、3,4−ジエチルフェニル基、3,5−ジエチルフェニル基、ビフェニル基、2,3,4−トリメチルフェニル基、2,3,5−トリメチルフェニル基、2,4,5−トリメチルフェニル基、3−エポキシフェニル基、4−エポキシフェニル基、3−グリシジルフェニル基、4−グリシジルフェニル基等が挙げられる。中でも、耐熱・耐光性の観点から、フェニル基が好ましい例として挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上併用して用いてもよい。
上記一分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)としては、耐熱性、耐光性の観点から、アルケニル基を2個以上有する直鎖状ポリシロキサン、分子末端にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン、アルケニル基を2個以上有する環状シロキサンなどが好ましい例として挙げられる。
アルケニル基を2個以上有する直鎖状ポリシロキサンの具体例としては、ジメチルシロキサン単位とメチルビニルシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ジフェニルシロキサン単位とメチルビニルシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、メチルフェニルシロキサン単位とメチルビニルシロキサン単位及び末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ジメチルビニルシリル基で末端が封鎖されたポリジメチルシロキサン、ジメチルビニルシリル基で末端が封鎖されたポリジフェニルシロキサン、ジメチルビニルシリル基で末端が封鎖されたポリメチルフェニルシロキサンなどが例示される。
分子末端にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサンの具体例としては、先に例示したジメチルビニルシリル基で末端が封鎖されたポリシロキサン、ジメチルビニルシロキサン単位2つ以上とSiO2単位、SiO3/2単位、SiO単位からなる群において選ばれる少なくとも1つのシロキサン単位からなるポリシロキサン等が例示される。
アルケニル基を2個以上有する環状シロキサン化合物としては、1,3,5,7−ビニル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−ビニル−1−フェニル−3,5,7−トリメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−ビニル−1,3−ジフェニル−5,7−ジメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−ビニル−1,5−ジフェニル−3,7−ジメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−ビニル−1,3,5−トリフェニル−7−メチルシクロテトラシロキサン、1−フェニル−3,5,7−トリビニル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3−ジフェニル−5,7−ジビニル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5−トリビニル−1,3,5−トリメチルシクロシロキサン、1,3,5,7,9−ペンタビニル−1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロシロキサン、1,3,5,7,9,11−ヘキサビニル−1,3,5,7,9,11−ヘキサメチルシクロシロキサン等が例示される。
1分子中にアルケニル基を2個以上有するポリシロキサン(B1)は、単独で用いてもよく、2種類以上併用して用いてもよい。
・有機化合物(B2)
本発明における(B2)成分は、具体的には、(A)成分の架橋剤としての役割を果たすものであり、(B2)成分を使用することにより、硬化物の耐熱性、耐光性、およびガスバリア性を向上させることが可能となる。
有機化合物(B2)としては、一分子中にアルケニル基を2個以上含有する有機化合物であれば特に限定はされないが、例えば下記一般式(4)で表される有機化合物が挙げられる。
(一般式(4)中、R9は炭素数1〜50の一価の有機基または水素原子を表し、それぞれのR9は異なっていても同一であってもよい。)
(B2)成分は、一分子中にアルケニル基を2個以上含有しているため、得られる硬化物の強度やガスバリア性、耐熱性、耐光性等が優れることとなる。また、ガスバリア性の観点から、(B2)成分は数平均分子量900未満であることが好ましい。
有機基としては、アルキル基、アルケニル基、エポキシ基、アクリル基(アクリロイル基)及びこれらの内2以上の基を併せ持つ基等が挙げられる。なお、有機化合物(B2)が有する有機基にはヘテロ原子が含まれていてもよいが、ケイ素原子は含まれない。また化合物(B2)は、1つのR9が2個以上のアルケニル基を有するものであってもよく、また2以上のR9が夫々1個以上のアルケニル基を有するものであってもよい。
(B2)成分としては、例えば封止剤(硬化物)と基材との接着性の観点から、上記一般式(4)で表される、一分子中にアルケニル基を2個以上含有するイソシアヌル酸誘導体であることが好ましく、更に耐熱性・耐光性のバランスの観点からは、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルイソシアヌレート、ジアリルモノメチルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートがより好ましく、特に耐冷熱衝撃性の観点からはジアリルモノメチルイソシアヌレートがさらに好ましい。
(B2)成分はその骨格中にアルケニル基以外の官能基を有していても構わないが、化合物(A)との相溶性との観点から、メチル基、エチル基、プロピル基等の直鎖状の脂肪族炭化水素系基をはじめとする極性の低い官能基である方が好ましく、耐熱性、耐光性の観点から、メチル基が特に好ましい。
有機化合物(B2)は、単独で用いてもよく、2種類以上併用して用いてもよい。
化合物(B)の添加量は種々設定できるが、化合物(B)が有するアルケニル基1個あたり、化合物(A)に含まれるヒドロシリル基が0.3〜5個、好ましくは、0.5〜3個となる割合で添加することが望ましい。アルケニル基の割合が少なすぎると、発泡等による外観不良が生じやすくなり、一方、アルケニル基の割合が多すぎると、硬化後の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
<(C)イソシアネート系化合物>
本発明のLED装置用封止剤は(C)イソシアネート系化合物を含有する。本発明では、硬化物のガスバリア性を一層向上させることを目的としてイソシアネート系化合物(C)を用いる。
イソシアネート系化合物(C)としては、イソシアネート基を有する化合物であればよく、具体的には、脂肪族イソシアネート系化合物;脂環族イソシアネート系化合物;芳香族イソシアネート化合物;イソシアヌレート環変性体;イソシアネート系シランカップリング剤等が挙げられる。また、イソシアネート系化合物(C)としては、上記各種イソシアネート系化合物の付加体や多量体も用いることができる。これらイソシアネート系化合物(C)は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、イソシアネート系化合物(C)はアルケニル基を有さない点で、上述の(B2)成分とは異なる。また(C)成分はエポキシ基を有さないことが好ましい。
脂肪族イソシアネート化合物としては、例えば、エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式イソシアネート化合物としては、例えば、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナートメチル)シクロヘキサン等が挙げられる。
芳香族イソシアネート化合物としては、例えば、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−1,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナートメチル)ベンゼン等が挙げられる。
イソシアヌレート環変性体とは、一分子中に2個以上のイソシアネート基を独立して及び/又は多量化して有するポリイソシアネート系化合物であり、例えば、下記一般式(5)で表される。
一般式(5)中、R11は、水素原子、−R12−SiMesX1 (3-s)、または炭素数1〜20のアルキルイソシアネート基を表し、R12は炭素数2〜6のアルキレン基を表し、1つ以上のR11が−R12−SiMesX1 (3-s)、または炭素数1〜20のアルキルイソシアネート基であり、sは0〜2の整数を表す。加水分解性基X1は炭素数1〜20のアルコキシ基であるのが好ましく、具体的なアルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、2−メトキシエトキシ基等が好ましく例示できる。
一般式(5)で表される化合物としては、イソシアネート化合物の3量体であって、イソシアヌレート環を有する化合物、又はイソシアヌレート環とイソシアネート基とを有する化合物が挙げられる。具体的には、ヘキサメチレンジイソシアネートを付加して得られるN,N’,N’’−トリ(1−イソシナアナートヘキシル)イソシアヌル酸や、大日本インキ化学工業(株)製のバーノックDN−950、DN−980、DN−902S、DN−990等のイソシアヌレート型ポリイソシアネート;トリス−(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、トリス−(トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等のイソシアヌレート型シランカップリング剤が挙げられる。
イソシアネート系シランカップリング剤としては、分子中にイソシアネート基と、ケイ素原子に結合した加水分解性基とを各々少なくとも1個有する化合物であれば特に限定されない。具体的なイソシアネート系シランカップリング剤としては、分子中に、イソシアネート基と、反応性を有する加水分解性基X1とを有する下記一般式(6)で表される化合物が挙げられる。
X1 (3-s)MesSi−R10−N=C=O・・・(6)
一般式(6)中、R10はエチレン基またはプロピレン基を表し、sは0〜2の整数を表す。加水分解性基X1は炭素数1〜20のアルコキシ基であるのが好ましく、具体的なアルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、2−メトキシエトキシ基等が好ましく例示できる。
上記一般式(6)で表される具体的なイソシアネート系シランカップリング剤としては、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルジメトキシメチルシラン、3−イソシアネートプロピルジエトキシメチルシラン等が挙げられる。
イソシアネート系化合物(C)は、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
化合物(C)として、脂肪族イソシアネート化合物、脂環式イソシアネート化合物、芳香族イソシアネート化合物、および/又はイソシアヌレート型ポリイソシアネートを用いる場合は、イソシアネート基を2以上有するポリイソシアネート化合物を用いるのが好ましい。イソシアネート基の数は一分子中1個以上であるのがより好ましく、3個以下であるのが好ましく、2個以下であるのがより好ましい。
イソシアネート系化合物(C)の中でも、イソシアネート系シランカップリング剤、又は一分子中に2個以上のイソシアネート基を独立して及び/又は多量化して有するポリイソシアネート系化合物が好ましく用いられる。また、イソシアネート系化合物(C)が分子末端にイソシアネート基を有する場合には、硬化物のガスバリア性が一層高まる傾向にあるので好ましい。
イソシアネート系化合物(C)の添加量としては、化合物(A)と一分子中にアルケニル基を2個以上有する化合物(B)の混合物100質量部に対して、0.001質量部以上、50質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.05質量部以上、30質量部以下であり、さらに好ましくは0.1質量部以上、30質量部以下である。添加量が少なすぎるとガスバリア性向上効果が得られ難くなる虞があり、一方添加量が多すぎると硬化物の物性に悪影響を及ぼす虞がある。
<(D)一分子中に1個以上のエポキシ基を有する化合物>
本発明のLED装置用封止剤は、(D)一分子中に1個以上のエポキシ基を有する化合物を含有してもよい。上記化合物(A)〜(C)に加えて化合物(D)を使用することで硬化物のガスバリア性を一層向上させることができる。
化合物(D)は一分子中に1個以上のエポキシ基を有していれば特に制限は無く、例えば、ジグリシジルヘキサンジオール、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等のポリオールのグリシジルエーテル又はポリオールのジグリシジルエーテル;フェノールノボラック型エポキシ樹脂及びオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの;ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ビスフェノールAジグリシジルエーテル等)、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ビスフェノールFジグリシジルエーテル等)、ビスフェノールS型エポキシ樹脂及びアルキル置換ビスフェノール等のジグリシジルエーテル;ジグリシジルイソシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレート、及び、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸又は1,4−シクロヘキサンジカルボン酸から誘導されるジカルボン酸ジグリシジルエステル(例えば1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジル等);ジアミノジフェニルメタン及びイソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂;並びに脂環族エポキシ樹脂;(D1)アルケニル基とエポキシ基とを同一分子中に有する化合物と、(D2)一分子中に2個以上のSiH基を含有する化合物と、(D3)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を一分子中に2個以上含有する化合物とのヒドロシリル化反応生成物等が挙げられる。これらの中でも、上記化合物(A)、(B)との相溶性の観点からは、一分子中にエポキシ基とSiH基とを併せ持つ化合物が好ましい。
一分子中にエポキシ基とSiH基とを併せ持つ化合物としては、例えば、(D1)アルケニル基とエポキシ基とを同一分子中に有する化合物と、(D2)一分子中に2個以上のSiH基を含有する化合物と、(D3)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を一分子中に2個以上含有する化合物とのヒドロシリル化反応生成物が挙げられる。
(D1)成分としては、アルケニル基とエポキシ基とを同一分子中に有する化合物であれば特に限定はされないが、例えば、ビニルシクロヘキセンオキシド、アリルグリシジルエーテル、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等が挙げられる。
(D2)成分としては、一分子中に2個以上のヒドロシリル基を有していれば特に制限はないが、最終的に得られる硬化物の透明性、耐熱性、耐候性の観点から、ヒドロシリル基を有するシロキサン化合物であることが好ましく、さらには、ヒドロシリル基を有する環状シロキサンあるいはヒドロシリル基を有する直鎖状ポリシロキサンであることが好ましい。特に化合物(A)との相溶性からは環状シロキサンであることが好ましい。
具体的な(D2)成分としては上記(b)成分と同じものが挙げられる。なお、工業的入手性および反応性、あるいは、得られる硬化物の耐熱性、耐光性、強度等の観点からは、例えば、1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンが好適に用いられる。
(D3)成分としては、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を一分子中に2個以上含有する化合物であれば特に制限はないが、例えば、上記(B)一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物と同じものが使用でき、上記化合物(B)の中でも、(B2)成分が好ましく、イソシアヌレート環構造を有する一般式(4)で表される化合物がより好ましい。上記(D1)〜(D3)成分が反応したものの中でも、例えば、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(D2)のSiH基の一部が、アリルグリシジルエーテル(D1)及びトリアリルイソシアヌレート(D3)と反応したものが好ましい。
化合物(D)の合成方法は特に限定されないが、(D1)成分と(D2)成分とを反応させた後、(D3)成分を反応させてもよいし、(D2)成分と(D3)成分とを反応させた後、(D1)成分を反応させてもよいし、(D1)成分と(D3)成分とを共存させて(D2)成分を反応させてもよい。
(D2)成分の使用量は、(D1)成分が有するアルケニル基1個当たり、(D2)成分に含まれるヒドロシリル基が2〜6個とするのが好ましく、より好ましくは3個〜5個であり、さらに好ましくは3個〜4個である。
(D3)成分の使用量は、(D3)成分の有するアルケニル基1個あたり、化合物(D2)に含まれるヒドロシリル基が2〜6個となる範囲で使用するのが好ましく、より好ましくは3〜5個であり、さらに好ましくは3〜4個である。
化合物(D)の合成時に用いるヒドロシリル化触媒の添加量としては特に制限はないが、反応に用いる(D1)成分、(D3)成分のアルケニル基1モルに対して10-8〜10-1モルの範囲で用いるのがよい。好ましくは10-6〜10-2モルの範囲で用いるのがよい。ヒドロシリル化触媒が多いと、ヒドロシリル化触媒の種類によっては、短波長の光に吸収を示すため、硬化物の着色原因になったり、得られる硬化物の耐光性が低下する虞があり、また硬化物が発泡する虞もある。一方、ヒドロシリル化触媒が少ないと、反応が進まず、目的物が得られ難くなる虞がある。
ヒドロシリル化反応の反応温度としては30℃〜400℃が好ましく、より好ましくは40℃〜250℃であり、さらに好ましくは45℃〜140℃である。温度が低すぎると反応が十分に進行し難くなる傾向があり、一方温度が高すぎると、ゲル化が生じ、ハンドリング性が悪化する虞がある。
このようにして得られた化合物は、(D1)成分及び(D3)成分のアルケニル基(炭素−炭素二重結合基)に(D2)成分のSiH基が付加した結合を有する。また、(D1)〜(D3)成分から得られる化合物(D)は一分子中に2個以上のSiH基を有することで、化合物(A)として用いることもできる。
化合物(D)の分子量は50〜3000であるのが好ましく、より好ましくは800〜2500であり、さらに好ましくは900〜2000である。この範囲を超える分子量のものは溶解性の観点から好ましくない。
化合物(D)の添加量としては、化合物(A)と一分子中にアルケニル基を2個以上有する化合物(B)の混合物100質量部に対して、1質量部以上、100質量部以下であることが好ましく、より好ましくは5質量部以上、95質量部以下であり、さらに好ましくは10質量部以上、90質量部以下である。添加量が少なすぎると硬質化がおきる虞があり、一方添加量が多すぎると着色の虞がある。
<ヒドロシリル化触媒>
本発明では、化合物(A)の合成、および、該化合物(A)を含有するLED装置用封止剤を硬化させる際に、ヒドロシリル化触媒を用いる。ヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化触媒として従来公知のものを用いることができ、特に制限はない。
具体的なヒドロシリル化触媒としては、白金−オレフィン錯体、塩化白金酸、白金の単体、担体(アルミナ、シリカ、カーボンブラック等)に固体白金を担持させたもの、白金−ビニルシロキサン錯体(例えば、Ptn(ViMe2SiOSiMe2Vi)n、Pt〔(MeViSiO)4〕m;白金−ホスフィン錯体、例えば、Pt(PPh3)4、Pt(PBu3)4;白金−ホスファイト錯体、例えば、Pt〔P(OPh)3〕4、Pt〔P(OBu)3〕4(式中、Meはメチル基、Buはブチル基、Viはビニル基、Phはフェニル基を表し、n、mは整数を表す)、Pt(acac)2、また、Ashbyらの米国特許第3159601及び3159662号明細書中に記載された白金−炭化水素複合体、並びにLamoreauxらの米国特許第3220972号明細書中に記載された白金アルコラート触媒も挙げられる。
また、白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh3)3、RhCl3、Rh/Al2O3、RuCl3、IrCl3、FeCl3、AlCl3、PdCl2・2H2O、NiCl2、TiCl4、等が挙げられる。これらの触媒は単独で使用してもよく、2種以上併用しても構わない。触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、Pt(acac)2等が好ましい。
<硬化遅延剤>
硬化遅延剤は、本発明のLED装置用封止剤の保存安定性を改良あるいは、硬化過程でのヒドロシリル化反応の反応性を調整するための成分である。硬化遅延剤としては、ヒドロシリル化触媒による付加型硬化性組成物で用いられている公知のものが使用でき、具体的には脂肪族不飽和結合を含有する化合物、有機リン化合物、有機イオウ化合物、窒素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物等が挙げられる。これらを単独使用、または2種以上併用してもよい。
脂肪族不飽和結合を含有する化合物としては、具体的には3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチン、3−ヒドロキシ−3−フェニル−1−ブチン、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等のプロパギルアルコール類、エン−イン化合物類、無水マレイン酸、マレイン酸ジメチル等のマレイン酸エステル類等が例示できる。
有機リン化合物としては、具体的にはトリオルガノフォスフィン類、ジオルガノフォスフィン類、オルガノフォスフォン類、トリオルガノフォスファイト類等が例示できる。
有機イオウ化合物としては、具体的にはオルガノメルカプタン類、ジオルガノスルフィド類、硫化水素、ベンゾチアゾール、チアゾール、ベンゾチアゾールジサルファイド等が例示できる。
窒素含有化合物としては、具体的にはN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジブチルエチレンジアミン、N,N−ジブチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエチルエチレンジアミン、N,N−ジブチル−1,4−ブタンジアミン、2,2’−ビピリジン等が例示できる。
スズ系化合物としては、具体的にはハロゲン化第一スズ2水和物、カルボン酸第一スズ等が例示できる。
有機過酸化物としては、具体的にはジ−t−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、過安息香酸t−ブチル等が例示されうる。これらのうち、マレイン酸ジメチル、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニル−1−シクロヘキサノールが、特に好ましい硬化遅延剤として例示できる。これらの硬化遅延剤は単独で使用してもよく、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
硬化遅延剤の添加量は、特に限定はされないが、ヒドロシリル化触媒1モルに対して10-1〜103モルの範囲で用いるのが好ましく、1〜100モルの範囲で用いるのがより好ましい。
<蛍光体>
本発明のLED装置用封止剤は、従来公知の蛍光体であればいずれの蛍光体とも組み合わせて使用することができる。本発明のLED装置用封止剤と組み合わせることのできる蛍光体としては、特に限定されないが、例えば、YAG系蛍光体、LuAG系蛍光体、TAG系蛍光体、BOS系蛍光体、オルトシリケートアルカリ土類系蛍光体、α−サイアロン系蛍光体、β−サイアロン系蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体、ニトリドおよびオキシニトリド系蛍光体等が挙げられる。蛍光体は1種または2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いることができる。
本発明者等も今のところ詳しい理由までは把握できていないが、これらの蛍光体の中でも、YAG系蛍光体、β−サイアロン系蛍光体をLED装置用封止剤と共に使用する場合には、蛍光体の経時劣化を抑制できるので好ましい。
蛍光体の使用量には特に制限は無く、LED装置が必要とする発光色を得るために任意の量を使用することができるが、あえて例示するならば、LED装置用封止剤中に好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは35質量%以下である。蛍光体の使用量が少ないと、蛍光体による波長変換が不十分となり、目的とする発光色が得られなくなる場合があり、蛍光体の使用量が多いと、封止剤のハンドリング性が低下したり、光学的な干渉作用により蛍光体の利用効率が低くなったりする可能性がある。
<その他の添加剤>
本発明のLED装置用封止剤は、必要に応じてLED装置用封止剤の硬化物と基材との接着性を向上させる接着付与剤を含んでいてもよい。接着性付与剤としては、特に制限はないが、分子中に有機基と反応性のある官能基と加水分解性のケイ素基を各々少なくとも1個有するシランカップリング剤が好ましい例として挙げられる。有機基と反応性のある基としては、取扱い性の点からエポキシ基、メタクリル基、アクリル基、ビニル基、カルバメート基から選ばれる少なくとも1個の官能基が好ましく、硬化性及び接着性の点から、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基が特に好ましい。加水分解性のケイ素基としては取扱い性の点からアルコキシシリル基が好ましく、反応性の点からメトキシシリル基、エトキシシリル基が特に好ましい。
好ましいシランカップリング剤としては、具体的には3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−(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、2−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、2−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシラン等のエポキシ官能基を有するアルコキシシラン類:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシメチルトリエトキシシラン等のメタクリル基あるいはアクリル基を有するアルコキシシラン類が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。
シランカップリング剤の添加量としては、化合物(A)と化合物(B)の混合物100質量部に対して、0.05〜30質量部であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜10質量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
本発明においては、接着性付与剤の効果を高めるために、公知の接着性促進剤を用いることができる。接着性促進剤としては、エポキシ含有化合物、エポキシ樹脂、ボロン酸エステル化合物、有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、本発明のLED装置用封止剤は、必要に応じて無機フィラーを添加することができる。無機フィラーを用いることにより、得られる成形体の強度、硬度、弾性率、熱膨張率、熱伝導率、放熱性、電気的特性、光の反射率、難燃性、耐火性、およびガスバリア性等の諸物性を改善することができる。
無機フィラーは、無機物もしくは無機物を含む化合物であれば特に限定されないが、具体的に例えば、石英、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、溶融シリカ、結晶性シリカ、超微粉無定型シリカ等のシリカ系無機フィラー、アルミナ、ジルコン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、ガラス繊維、ガラスフレーク、アルミナ繊維、炭素繊維、マイカ、黒鉛、カーボンブラック、フェライト、グラファイト、ケイソウ土、白土、クレー、タルク、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マンガン、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、ケイ酸カルシウム、無機バルーン、銀粉等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。
無機フィラーは、適宜表面処理をほどこしてもよい。表面処理としては、アルキル化処理、トリメチルシリル化処理、シリコーン処理、シランカップリング剤による処理等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
無機フィラーの形状としては、破砕状、片状、球状、棒状等、各種用いることができる。無機フィラーの平均粒径や粒径分布は、特に限定されるものではないが、ガスバリア性の観点から、平均粒径が0.005〜50μmであることが好ましく、さらには0.01〜20μmであることがより好ましい。同様に、BET比表面積についても、特に限定されるものでないが、ガスバリア性の観点から、70m2/g以上であることが好ましく、100m2/g以上であることがより好ましく、さらに200m2/g以上であることが特に好ましい。
無機フィラーの添加量は特に限定されないが、化合物(A)と化合物(B)の混合物100質量部に対して、1〜1000質量部とするのが好ましく、より好ましくは3〜500質量部、さらに好ましくは5〜300質量部である。無機フィラーの添加量が多いと、流動性が悪くなる場合があり、無機フィラーの添加量が少ないと、所望の物性が得られない場合がある。
無機フィラーの混合の順序としては、特に限定されないが、貯蔵安定性が良好になりやすいという点においては、化合物(B)と無機フィラーとの混合物に、化合物(A)を混合する方法が望ましい。また、反応成分である化合物(A)、化合物(B)がよく混合され安定した成形物が得られやすいという点においては、化合物(A)と化合物(B)とを混合したものに、無機フィラーを混合することが好ましい。
<LED装置用封止剤>
本発明のLED装置用封止剤は、一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物(A)、一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物(B)及びイソシアネート系化合物(C)に、必要に応じて、ヒドロシリル化触媒、硬化遅延剤及び蛍光体を加えることにより得ることができる。本発明のLED装置用封止剤は、液状樹脂組成物として取り扱うことが可能である。液状樹脂組成物とすることにより、型、パッケージ、基板等に、注入あるいは塗布して硬化させることで、型等に発光素子を封止することができる。本発明のLED装置用封止剤は優れたガスバリア性を有する硬化物を与えるため、酸素系ガスや硫黄系ガスの硬化物内の透過が抑制され、電極やリードフレーム、LED素子と電極等とをつなぐボンディングワイヤ、場合によっては反射板といったLED素子と同時に封止されるLED装置の構成材料の腐食が抑制される結果、光度や全光束の低下が抑制され、高い輝度を維持できるLED装置の提供が可能となる。
LED装置用封止剤を硬化させる際の条件は特に限定されないが、硬化温度は好ましくは30℃〜400℃であり、より好ましくは50℃〜250℃である。硬化温度が高くなり過ぎると、得られる硬化物に外観不良が生じる虞があり、一方硬化温度が低すぎると硬化が不十分となる虞がある。また、2段階以上の温度条件を組み合わせて硬化させてもよい。具体的には、70℃、120℃、150℃の様に段階的に硬化温度を引き上げていくことで、良好な硬化物を得ることができるので好ましい。
硬化時間は硬化温度、用いるヒドロシリル化触媒の量及び反応性基の量、その他LED装置用封止剤に含まれる成分に応じて適宜決定することができるが、あえて例示すれば、1分〜12時間とするのが好ましく、より好ましくは10分〜8時間硬化反応を行うことにより、良好な硬化物が得やすくなる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、以下においては、特に断りのない限り「%」は「質量%」を意味する。
(重量平均分子量)
合成した反応物の重量平均分子量は、東ソー製 HLC−8220GPC(カラム:TSKgel SuperHZM−N(4本)+同HZ1000(1本) 内径4.6mm×15cm、溶媒:トルエン、流速:0.35ml/min)を用い、標準ポリスチレン換算法により測定した。
(多面体構造ポリシロキサン単位の分析)
多面体構造ポリシロキサン単位の分析は、VARIAN社製INOVAAS600を使用し、29Si−NMRにより測定した。多面体構造ポリシロキサン単位を含有する場合はシャープなピークが見られる。
(SiH価)
下記製造例で得られた化合物とジブロモエタンの混合物を重クロロホルムに溶解させた試料についてNMR測定(バリアン・テクノロジーズ・ジャパン・リミテッド製、300MHz NMR)を行い、得られた積分値を下記計算式(1)に代入してSiH価を算出した。
SiH価(mol/kg)=[化合物のSiH基に帰属されるピークの積分値]/[ジブロモエタンのメチル基に帰属されるピークの積分値]×4×[混合物中のジブロモエタン重量]/[ジブロモエタンの分子量]/[混合物中の化合物重量] (1)
(製造例1)
48%コリン水溶液(トリメチル−2ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液)1262gにテトラエトキシシラン1083gを加え、室温で2時間激しく攪拌した。反応系内が発熱し、均一溶液になった段階で、攪拌を緩め、さらに12時間反応させた。次に、固形物が生成した反応系内にメタノール1000mLを加え、均一溶液とした。ジメチルビニルクロロシラン716g、トリメチルシリクロリド516gおよびヘキサン1942mLの溶液を激しく攪拌しながら、ここに上記メタノール溶液をゆっくりと滴下した。滴下終了後、1時間反応させた後、有機層を抽出、濃縮することにより、固形物を得た。この生成した固形物をメタノール中で激しく攪拌することにより洗浄し、ろ別することにより、Si原子16個と、ビニル基4個を有するアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物であるテトラキス(ビニルジメチルシロキシ)テトラキス(トリメチルシロキシ)オクタシルセスキオキサン(Fw=1178.2)を白色固体として601g得た。
(製造例2)
製造例1で得られたアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物であるテトラキス(ビニルジメチルシロキシ)テトラキス(トリメチルシロキシ)オクタシルセスキオキサン100gと、ビニルジフェニルメチルシラン105.1g(使用した1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンのヒドロシリル基1個に対し、アルケニル基0.34個となる量)をトルエン420gに溶解させ、白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有する白金ビニルシロキサン錯体、ユミコアプレシャスメタルズジャパン製、Pt−VTSC−3X)18.6μLを加えた。このようにして得られた溶液を、1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン81.7g(使用したテトラキス(ビニルジメチルシロキシ)テトラキス(トリメチルシロキシ)オクタシルセスキオキサンのアルケニル基1個に対し、ヒドロシリル基4個となる量)とトルエン81.7gの溶液にゆっくりと滴下し、105℃で2時間反応させた。反応終了後、エチニルシクロヘキサノール35.5μL、マレイン酸ジメチル8.2μLを加え、トルエンを留去することにより、液状の多面体構造ポリシロキサン変性体280.1g(SiH価1.80mol/kg)を得た。
(製造例3)
2Lオートクレーブにトルエン720g、1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン240gを入れ、気相部を窒素で置換した後、ジャケット温50℃で加熱、攪拌した。アリルグリシジルエーテル171g、トルエン171g及び白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)0.049gの混合液を90分かけて滴下した。滴下終了後にジャケット温を60℃に上げて40分反応、1H−NMRでアリル基の反応率が95%以上であることを確認した。
ここにトリアリルイソシアヌレート17g、トルエン17gの混合液を滴下した後、ジャケット温を105℃に上げて、さらにトリアリルイソシアヌレート66g、トルエン66g及び白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)0.033gの混合液を30分かけて滴下した。滴下終了から4時間後に1H−NMRでアリル基の反応率が95%以上であることを確認し、冷却により反応を終了した。1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの未反応率は0.8%だった。
未反応の1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとトルエンとアリルグリシジルエーテルの副生物(アリルグリシジルエーテルのビニル基の内転移物(シス体およびトランス体))の合計が5,000ppm以下となるまで減圧留去し、無色透明の液体を得た。1H−NMRの測定によりこのものは1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンのSiH基の一部がアリルグリシジルエーテル及びトリアリルイソシアヌレートと反応したものであることがわかった。
(配合例1)
製造例2で得られた多面体構造ポリシロキサン変性体6.91gと製造例3で得られたトリアリルイソシアネート変性体2.37gに、1,5−ジビニル−3,3−ジフェニル−1,1,5,5−テトラメチルトリシロキサン2.64gを加えて撹拌した後、Thinky社製あわとり練太郎(登録商標)ARV−310を用いて真空撹拌3分を行うことで、有機変性された多面体構造ポリシロキサンを含有する硬化性組成物を作製した。
(実施例1〜4)
配合例1で得られた硬化性組成物に対して、表1に記載のイソシアネート系化合物を0.065g加えて攪拌し、さらに、インテマティックス社製蛍光体(品番:N−YAG4454EL)1.14gを加えてThinky社製あわとり練太郎(登録商標)ARV−310を用いて真空撹拌3分を行った。別途、ジェネライツ社製12mil×13mil角 青色LEDチップ(品番:B1213AAA0 S46B/C−19/20)を、金ワイヤーと信越化学工業社製ダイボンド剤KER−3000を用い、MAPタイプのパッケージに実装した。ここに得られた組成物を注入し、対流式オーブンで80℃×2時間、100℃×1時間、150℃×5時間熱硬化させた。
得られた評価サンプルを、大塚電子社製全光束測定(φ300mm)システム(品番:HM−0930)を用いて、温度25℃、電流30mA、待機時間30秒の条件で通電して発光させ、その発光色の輝度を測定し、測定したサンプル500個の発光色の輝度の平均値を算出した。
この後、このサンプルを、フロー式ガス腐食試験機(ファクトケイ製KG130S)内に入れ、40℃、80%RH、硫化水素3ppmの条件下で、96時間、硫化水素暴露試験を行った。試験後、再度大塚電子社製全光束測定(φ300mm)システム(品番:HM−0930)を用いて、温度25℃、電流30mA、待機時間30秒の条件で通電して発光させ、発光色の輝度を測定し、測定したサンプル500個の発光色の輝度の平均値を算出した。下記式(2)よりで試験前後の輝度維持率を比較した。結果を表1に示す。
輝度維持率(%) =(試験後の輝度)/(試験前の輝度)×100 (2)
(比較例1〜4)
配合例1で得られた硬化性組成物に対して、表2に記載の化合物を0.065g加えて攪拌し、さらに、インテマティックス社製蛍光体(品番:N−YAG4454EL)1.14gを加えてThinky社製あわとり練太郎(登録商標)ARV−310を用いて真空撹拌を3分行った。別途、ジェネライツ社製12mil×13mil角 青色LEDチップ(品番:B1213AAA0 S46B/C−19/20)を、金ワイヤーと信越化学社製ダイボンド剤KER−3000を用い、MAPタイプのパッケージに実装した。ここに得られた組成物を注入し、対流式オーブンで80℃×2時間、100℃×1時間、150℃×5時間熱硬化させた。
得られた評価サンプルを、大塚電子社製全光束測定(φ300mm)システム(品番:HM−0930)を用いて、温度25℃、電流30mA、待機時間30秒の条件で通電して発光させ、その発光色の輝度を測定し、測定したサンプル500個の発光色の輝度の平均値を算出した。
この後、このサンプルを、フロー式ガス腐食試験機(ファクトケイ製KG130S)内に入れ、40℃、80%RH、硫化水素3ppmの条件下で、96時間、硫化水素暴露試験を行った。試験後、再度大塚電子社製全光束測定(φ300mm)システム(品番:HM−0930)を用いて、温度25℃、電流30mA、待機時間30秒の条件で通電して発光させ、その発光色の輝度を測定し、測定したサンプル500個の発光色の輝度の平均値を算出した。上記式(2)より、測定したサンプル500個の発光色の輝度の平均値を算出した。結果を表2に示す。
表1に示すように、イソシアネート系化合物(C)を含む実施例1〜4のLED装置用封止剤を用いた場合には、ガス腐食試験後も高い輝度維持率を有していた。これに対して、イソシアネート系化合物(C)を含まない比較例1〜4のLED装置用封止剤を用いた場合には、ガス腐食試験後には輝度は試験前の約80%にまで輝度が低下した。
以上の結果より、一分子中に2個以上のSiH基を有する化合物(A)と、一分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物(B)と、イソシアネート系化合物(C)とを必須成分とするLED装置用封止剤は優れたガスバリア性を有する硬化物を与えるものであることが分かる。