TWI558741B - 可固化組成物 - Google Patents
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Description
本申請案係關於可固化組成物及其用途。
發光二極體(LED),特別是發射波長約250奈米至550奈米的藍或紫外光(UV)LED,係使用以GaN為基礎的化合物半導體(如GaN、GaAlN、InGaN、或InAlGaN)之高亮度產品。此外,藉合併紅和綠LED與藍LED之方法,可能形成高品質的全色影像。例如,已經知道藉由令藍或UV LED與螢光材料合併而製造白LED的技術。此LED廣泛作為液晶顯示器(LCD)的背光或作為照明設備。
由於自LED發射的光具有高線性,其必須使光分散至各方向。當直接以肉眼觀察高線性光時,眼腈會非常疲勞,且在一些情況中,會受損。欲分散高線性光,無機粒子(如氧化矽)可摻混至LED的封裝劑中,但摻混的無機粒子會因為密度差異而沉澱,或者提高樹脂黏度,因此而影響加工性。考慮光藉摻混聚合物粒子而散射
的同時,由於聚合物粒子並非皆具有足夠的耐熱性或耐光性,所以當長時間使用粒子時,會有褪色的問題。
廣泛地使用具有高黏著強度和極佳的機械耐久性之環氧樹脂作為LED封裝劑。但是,此環氧樹脂在藍光或UV射線範圍內的透光性較低,且耐光性低。例如,日本專利申請案第H11-274571、2001-196151、和2002-226551號提出解決前述問題之技術。
本申請案提供一種可固化組成物及其用途。
本申請案的一方面提出可固化組成物,其包括能夠藉矽氫化反應(例如,介於脂族不飽和鍵和氫原子之間的反應)而固化的組份。例如,可固化組成物可包括至少一種包括脂族不飽和鍵的聚有機矽氧烷和至少一種包括氫原子結合至矽原子的矽化合物。
例如,可固化組成物可包括具有式1的平均實驗式之聚有機矽氧烷(下文中,稱為“聚有機矽氧烷(A)”);具有式2的平均實驗式之聚有機矽氧烷(下文中,稱為“聚有機矽氧烷(B)”);和式3的化合物(下文中,稱為“化合物(C)”)。
[式1]
(R1 3SiO1/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1SiO3/2)c(SiO4/2)d
[式2](R2 3SiO1/2)e(R2 2SiO2/2)f(R2SiO3/2)g(SiO4/2)h
[式3]HiYjSiO(4-i-j)/2
式1至3中,R1、R2和Y各自獨立地為環氧基或單價烴基,a是0或正數,b是正數,c是0或正數,d是0或正數,b/(b+c+d)是0.65或更高,e、f、g、和h各自為0或正數,f/(f+g+h)低於0.65,i是0.2至1,j是0.9至2。此處,式1和2之組份中之至少一或二者係脂族不飽和鍵,並可包括烯基。據此,至少一個R1和/或至少一個R2可為烯基。此外,如下文將描述者,例如,當式1的組份包括烯基且式2的組份未包括烯基時,可固化組成物具有與式2的組份相同的平均實驗式,並可另包括含括至少一個烯基的組份。另一具體實施例中,當式1的組份未包括烯基且式2的組份包括烯基時,可固化組成物具有與式1的組份相同的平均實驗式,並可另包括含括至少一個烯基的組份。
文中所稱“聚有機矽氧烷以某些平均實驗式表示”是指聚有機矽氧烷為某些實驗式表示的單一組份,或至少兩種組份之混合物,而混合物中之組份的平均組成以平均實驗式表示。
文中所謂“M單元”可以是指單官能性矽氧烷單元,此技術中可能以(R3SiO1/2)表示,所謂“D單元”
可以是指二官能性矽氧烷單元,此技術中可能以(R2SiO2/2)表示,所謂“T單元”可以是指三官能性矽氧烷單元,此技術中可能以(RSiO3/2)表示,而所謂“Q單元”可以是指四官能性矽氧烷單元,可能以(SiO4/2)表示。此處,R係鍵結至矽(Si)原子的官能基,且可為,例如,氫原子、環氧基、或單價烴基。
除非他處特別界定,否則文中所謂“環氧基”可以是指自具有三個成環原子的環狀醚或包括環狀醚的化合物衍生的單價殘基。此環氧基可為環氧丙基、環氧烷基、環氧丙氧基烷基、或脂環狀環氧基。脂環狀環氧基可以是指自包括脂族烴環結構的化合物、和藉脂族烴環的兩個碳原子形成之環氧基結構衍生的單價殘基。此脂環狀環氧基可為具6至12個碳原子的脂環狀環氧基,例如,3,4-環氧基環己基乙基。
除非他處特別界定,否則文中所謂“單價烴基”是指自由碳和氫所組成的化合物或其衍生物衍生的單價殘基。例如,單價烴基可包括1至25個碳原子。單價烴基可為烷基、烯基、炔基、或芳基。
除非他處特別界定,否則文中所謂“烷基”是指,具1至20個碳原子,1至16個碳原子,1至12個碳原子,1至8個碳原子,或1至4個碳原子的烷基。此烷基可具有直鏈、支鏈或環狀結構。此外,此烷基可以任意地經至少一個取代基取代。
除非他處特別界定,否則文中所謂“烯基”是
指具2至20個碳原子,2至16個碳原子,2至12個碳原子,2至8個碳原子,或2至4個碳原子的烯基。此烯基可具有直鏈、支鏈、或環狀結構,且可以任意地經至少一個取代基取代。
除非他處特別界定,否則文中所謂“炔基”是指具2至20個碳原子,2至16個碳原子,2至12個碳原子,2至8個碳原子,或2至4個碳原子的炔基。此炔基可具有直鏈、支鏈、或環狀結構,且可以任意地經至少一個取代基取代。
除非他處特別界定,否則文中所謂“芳基”是指自包括苯環的化合物或至少兩個苯環稠合或藉共價鍵與一或兩個碳原子連接的結構或彼等之衍生物衍生的單價殘基。在芳基的範圍內,除了習慣上稱為芳基的官能基以外,包括習慣上被稱為芳烷基或芳基烷基之官能基。此芳基可為,例如,具有6至25個碳原子,6至21個碳原子,6至18個碳原子或6至12個碳原子的芳基。此芳基的例子可為苯基、二氯苯基、氯苯基、苯乙基、苯丙基、苄基、甲苯基、二甲苯基、或萘基。
任意取代至環氧基或單價烴基的取代基者可為,鹵素(如氯或氟)、環氧丙基、環氧基烷基、環氧丙氧基烷基、環氧基(如脂環狀環氧基)、丙烯醯基、甲基丙烯醯基、異氰酸酯基、巰基、或單價烴基,但本申請案不限於此。
該聚有機矽氧烷(A)可具有,例如,直鏈或
部分交聯的結構。所謂“直鏈結構”是指由M和D單元所組成的聚有機矽氧烷結構。此外,所謂“部分交聯的結構”是指聚有機矽氧烷之夠長的直鏈結構,其衍生自D單元,且部分引入T或Q單元,例如T單元。一個具體實施例中,該具有部分交聯結構的聚有機矽氧烷是指D單元相對於所有D、T和Q單元之比,即,b/(b+c+d)為0.65或更高、或0.7或更高並低於1的聚有機矽氧烷。當聚有機矽氧烷(A)為直鏈時,b/(b+c+d)為1。
式1的平均實驗式中,a、b、c和d係聚有機矽氧烷(A)中所含括之各矽氧烷單元的莫耳比。例如,當莫耳比的總和(a+b+c+d)調整為1時,a可為0至0.5、或0.01至0.15、b可為0.3至0.98、或0.5至0.9、c可為0至0.3、或0至0.2,而d可為0至0.2、或0至0.1。當聚有機矽氧烷(A)具有部分交聯結構時,c可為0.01至0.30。此外,b/(b+c+d)可為0.65或更高、0.65至1、或0.7至1。當聚有機矽氧烷(A)具有部分交聯結構時,b/(b+c+d)可為0.65或更高、或0.7或更高且低於1、0.65至0.97、或0.7至0.97。矽氧烷單元的比經以上控制時,可確保根據應用之適當的物理性質。
聚有機矽氧烷(A)可以包括或不包括脂族不飽和鍵或至少一個官能基包括脂族不飽和鍵,例如,烯基。聚有機矽氧烷(A)包括官能基時,式1中的至少一個R1可為烯基。此情況中,聚有機矽氧烷(A)中,包括脂族不飽和鍵或包括脂族不飽和鍵的官能基之總莫耳數
(Ak)相對於所有矽原子(Si)莫耳數之比(Ak/Si)可為0.2或更低、或0.15或更低。(Ak/Si)比亦可為0.01或更高、或0.02或更高。當聚有機矽氧烷(A)包括脂族不飽和鍵時,藉由控制前述的比(Ak/Si),可以適當地維持固化性,可防止未反應的組份自固化產物表面漏出,且可以極佳地維持固化產物的耐破裂性。如前述者,當聚有機矽氧烷(A)不包括脂族不飽和鍵時,必要時,可固化組成物可以另包括與聚有機矽氧烷(A)具有相同平均實驗式的聚有機矽氧烷,即,式1的平均實驗式,至少一個R1是烯基,並具有前述比(Ak/Si)(下文中,稱為“聚有機矽氧烷(D)”。
該聚有機矽氧烷(A)可以包括或不包括至少一個芳基,例如,結合至矽原子的芳基。例如,根據芳基之存在或比之控制,可以控制介於組份之間的折射指數之關係。當聚有機矽氧烷(A)包括芳基時,式1中的至少一個R1可為芳基。例如,聚有機矽氧烷(A)中,結合至聚有機矽氧烷(A)所含括的所有矽原子的芳基(Ar)莫耳數相對於所有矽原子(Si)莫耳數之比(Ar/Si)可為1.5或更低。此比(Ar/Si)可為,例如,0.5或更低。
以上範圍中,聚有機矽氧烷(B)和化合物(C)之間的折射指數的差可控制於適當範圍內。據此,在固化之後,組成物可具有極佳的加工性和操作性,和耐濕氣性、光分散性、透光性及硬度。
該聚有機矽氧烷(A)可包括式4的單元和式
5的單元作為D單元。
[式4](R1R2SiO2/2)
[式5](R3 2SiO2/2)
式4和5中,R1和R2各自獨立地為環氧基或單價烴基,R3為芳基。一個具體實施例中,R1和R2可以各自獨立地為烷基。
聚有機矽氧烷(A)中,式4的矽氧烷單元(Dm)莫耳數對式5的矽氧烷單元(Dp)莫耳數之比(Dm/Dp)可為例如約0.3至2.0、0.3至1.5、或0.5至1.5。在此比的範圍內,能夠確保極佳的透光性和機械強度,表面不發黏,並藉由控制濕氣和氣體穿透性而能夠確保長期耐久性。
聚有機矽氧烷(A)所含括之式5的矽氧烷單元(Dp)莫耳數對所有D單元(D)莫耳數的百分比(100×Dp/D)可為約30%或更高、30%至65%、或30%至60%。在此百分比範圍內,透光性和機械強度極佳,表面不發黏,且可控制濕氣和氣體穿透性以確保長期耐久性。
聚有機矽氧烷(A)所含括之所有的D單元中,式5的矽氧烷單元(Dp)莫耳數對包括芳基的D單元(ArD)莫耳數之百分比(100×Dp/ArD)可為70%或80%或更高。未特別限制百分比(100×Dp/ArD)的上限,且可為,例如,100%。在此百分比範圍內,在固化之
前,組成物可展現極佳的加工性和操作性,且在固化之後,極佳地維持機械強度、氣體穿透性、耐濕氣性、透光性、折射指數、光萃取效能、和硬度。
當聚有機矽氧烷(A)具有部分交聯的結構時,其可包括式6或7的單元。
式6中,R4、R5、和R6各自獨立地為具1至20個碳原子的烷基、具2至20個碳原子的烯基、或具6至25個碳原子的芳基。式6中,R4、R5、和R6中之至少一者可為烯基。此外,式6中,在另一實例中R6可為芳基,例如具6至25個碳原子、6至21個碳原子、6至18個碳原子、或6至13個碳原子的芳基,或苯基。
式7中,R7是具6至25個碳原子的芳基,R8至R10各自獨立地為具1至20個碳原子的烷基,具2至
20個碳原子的烯基、或具6至25個碳原子的芳基,而R11是具1至20個碳原子的烷基或具6至25個碳原子的芳基。式6中,R8至R10中之至少一者可為烯基。
具有例示部分交聯結構的聚有機矽氧烷(A)可包括式6和7的單元中之至少一者。式6或7的單元係聚有機矽氧烷(A)所含括之矽氧烷單元中之D單元的矽原子和T單元的矽原子藉氧原子而直接彼此結合的類型。當聚有機矽氧烷(A)係至少兩種組份的混合物並以平均實驗式1表示者時,其可包括至少一種具有式6或7的單元之單一組份。此包括式6或7的單元之聚有機矽氧烷可藉由例如下文將描述的開環聚合反應來製造。根據此方法,可製得包括式6或7的單元且結合至矽原子的烷氧基及結合至矽原子的羥基經最小化之聚有機矽氧烷。
在藉1H NMR得到的光譜中,此聚有機矽氧烷(A)之自結合至矽原子的烷氧基衍生的峰面積(OR)對自結合至矽原子的烯基衍生的峰面積(Ak)之比(OR/Ak)為0.05或更低、0.03或更低、0.01或更低、0.005或更低、或0。在以上範圍內,能夠展現適當的黏度,並且能夠極佳地維持其他物理性質。
聚有機矽氧烷(A)或包括彼之聚合產物之藉KOH滴定測得的酸值為0.05毫克KOH/克或更低、0.03毫克KOH/克或更低、0.01毫克KOH/克或更低、或0毫克KOH/克。在以上範圍內,能夠展現適當黏度,並亦能夠極佳地維持其他物理性質。
聚有機矽氧烷(A)或包括彼之聚合產物的25℃黏度可為500cP或更高、1000cP或更高、2000cP或更高、3000cP或更高、4000cP或更高、5000cP或更高、7000cP或更高、9000cP或更高、或9500cP或更高。在以上範圍內,可以適當地維持可固化組成物的加工性和固化之後的硬度。未特別限制黏度上限,且此黏度可為例如300000cP或更低、100000cP或更低、90000cP或更低、80000cP或更低、70000cP或更低、或65000cP或更低。
聚有機矽氧烷(A)或包括彼之聚合產物的重量平均分子量(Mw)可為1000至1000000,或1000至100000。文中所謂“重量平均分子量”可以是指藉凝膠穿透層析法(GPC),相對於標準聚苯乙烯之轉化值。除非特別聲明,否則文中所用的“分子量”是指重量平均分子量。在前述分子量範圍內,能夠適當地維持可固化組成物在固化之後的模製性、和硬度及強度。
聚有機矽氧烷(A)可藉環狀矽氧烷化合物的開環聚合反應製造。例如,聚有機矽氧烷(A)可為包括環狀聚有機矽氧烷之混合物的開環聚合產物中所含括的組份。根據聚合反應結果,此聚合產物可包括低分子量環狀化合物及聚有機矽氧烷(A)。所謂“低分子量環狀化合物”可為環狀化合物,例如,分子量為800,750或更低,或700或更低的環狀聚有機矽氧烷。此聚合產物之低分子量環狀化合物含量可為例如10重量%或更低、7重量%或
更低、5重量%或更低、或3重量%或更低。環狀化合物的比之下限可為例如0重量%或1重量%。藉由控制前述比,能夠提供具有極佳的長期可靠性和耐破裂性之固化產物。
該低分子量環狀化合物可包括,例如,式8所示化合物。
式8中,R12和R13可以各自獨立地為烷基,R14和R15可以各自獨立地為芳基,q和r可為0或正數,g和r的和(g+r)可為2至10、3至10、3至9、3至8、3至7、或3至6。
藉開環聚合反應形成聚有機矽氧烷(A)之混合物中含括的環狀聚有機矽氧烷可為例如式9表示的化合物。
式9中,Ra和Rb各自獨立地為單價烴基,而
o是3至6。
另一實例中,藉開環聚合反應形成聚有機矽氧烷(A)之混合物中所含括的環狀聚有機矽氧烷可為例如式10的化合物和式11的化合物之混合物。
式10和11中,Rc和Rd為烷基,Re和Rf為芳基,p是3至6的數字,而q是3至6的數字。
式9至11中,混合物中之Ra至Rf的特定種類、o、p、和q的特定值及組份的比,可由,例如,聚有機矽氧烷(A)的所欲結構決定。
當聚有機矽氧烷(A)具有部分交聯結構時,施於開環聚合反應的混合物可以另包括,例如,具有式12的平均實驗式之化合物,或具有式13的平均實驗式之化合物。
[式12]
[RgSiO3/2]
[式13][RhRi 2SiO1/2]p[RgSiO3/2]q
式12和13中,Rg至Ri各自獨立地為單價烴基,p是1至3,而q是1至10。當具有式13的平均實驗式之聚有機矽氧烷具有部分籠結構時,p可為1至2,而q可為3至10。
式12和13中,混合物中之Rg至Ri的特定種類、p、和q的特定值及組份的比,可由,例如,聚有機矽氧烷(A)的所欲結構決定。
當環狀聚有機矽氧烷,例如,式9至11的聚有機矽氧烷中之至少一者,與具有籠或部分籠結構的聚有機矽氧烷(如式12或13)反應時,可以適當的分子量合成出具有所欲結構的聚有機矽氧烷。此外,根據該方法,藉由令結合至聚有機矽氧烷或包括聚有機矽氧烷的聚合產物之矽原子的官能基(如烷氧基或羥基)最小化,可製得具有極佳物理性質的所欲產物。
一個具體實施例中,施用於開環聚合反應之混合物可以另包括式14所代表的化合物。
[式14](RhRi 2Si)2O
式14中,Rh和Ri各自為單價烴基。
式14中,混合物中之單價烴基的特定種類或摻混比可由所欲聚有機矽氧烷(A)決定。
混合物中之各組份的反應可以在適當觸媒存在下進行。據此,混合物可以另包括觸媒。
可以使用,例如,鹼觸媒,作為觸媒。適當的鹼觸媒可為,但不限於,金屬氫氧化物,如KOH、NaOH、或CsOH;金屬矽醇酸鹽,包括鹼金屬化合物和矽氧烷;或四級銨化合物,如,氫氧化四甲銨、氫氧化四乙銨、或氫氧化四丙銨。
可以考慮所欲反應性而適當地選擇混合物中的觸媒比例,且例如,相對於100重量份混合物中的反應產物總重,可為0.01至30重量份,或0.03至5重量份。本說明書中,除非他處特別界定,否則單位“重量份”是指組份之間的重量比。
一個具體實施例中,混合物之反應可以在適當溶劑存在下進行。可以使用可用以令混合物中之反應產物(即,二矽氧烷或聚矽氧烷)與觸媒適當地混合且不會干擾反應性之任何種類的溶劑作為溶劑。此溶劑可為但不限於以脂族烴為基礎的溶劑,如正戊烷、異戊烷、正己烷、異己烷、2,2,4-三甲基戊烷、環己烷、或甲基環己烷:芳族溶劑,如苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、或甲基乙苯;以酮為基礎的溶劑,如甲基乙基酮、甲基異丁基酮、二乙基酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、環己酮、甲基環己酮、或乙醯丙酮;以醚為基礎的溶劑,如四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、乙醚、正丙醚、異丙醚、二甘醇二甲醚(diglyme)、二噁、二甲基二噁、乙二醇
單甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇單甲醚或丙二醇二甲醚;以酯為基礎的溶劑,如碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、或乙二醇二乙酸酯;或以醯胺為基礎的溶劑,如N-甲基吡咯啶酮、甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N-乙基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、或N,N-二乙基乙醯胺。
混合物之反應,例如開環聚合反應,可藉由添加觸媒而在例如範圍由0℃至150℃、或30℃至130℃的反應溫度進行。此外,反應時間可以控制在例如1小時至3天的範圍內。
可固化組成物中含括的聚有機矽氧烷(B)可為例如可交聯的聚有機矽氧烷。所謂“可交聯的聚有機矽氧烷”是指基本上包括T或Q單元作為矽氧烷單元,且所具有的D單元相對於所有D、T和Q單元之和的比,例如式2中的(f/(f+g+h)),低於0.65之聚有機矽氧烷。
此聚有機矽氧烷(B)可包括或不包括脂族不飽和鍵,如苯基。當聚有機矽氧烷(B)包括脂族不飽和基時,式2中的至少一或兩個R2可為烯基。例如,聚有機矽氧烷(B)中之烯基(Ak)莫耳數相對於所有矽原子(Si)莫耳數的比(Ak/Si)可為0.4或更低,0.35或更低,或0.3或更低。此比(Ak/Si)可為,例如,0.05或0.15或更高。當聚有機矽氧烷(B)包括脂族不飽和鍵時,將莫耳比(Ak/Si)依前述控制時,能夠適當地維持
反應性,且可防止未反應的組份自固化產物表面漏出。此外,可以極佳地維持固化產物的硬度、耐破裂性、和耐熱衝擊性。如前述者,當聚有機矽氧烷(B)不包括脂族不飽和鍵時,必要時,可固化組成物可以另包括具有與聚有機矽氧烷(B)相同之平均實驗式(即,式2的平均實驗式)的聚有機矽氧烷,其中至少一個R1為烯基,並具有前述比(Ak/Si)(下文中稱為“聚有機矽氧烷(E)”)。
該聚有機矽氧烷(B)可包括或不包括至少一個芳基。例如,根據芳基之存在和/或控制其比,可控制組份之間的折射指數之關係。當聚有機矽氧烷(B)包括芳基時,式2中的至少一個R2可為芳基。例如,聚有機矽氧烷(B)中之芳基(Ak)莫耳數對所有矽原子(Si)莫耳數的比(Ak/Si)可為1.2或更低。此比(Ak/Si)可為例如0.4或更高。莫耳比(Ak/Si)如前述控制時,與聚有機矽氧烷(A)的折射指數之關係能夠控制在所欲範圍內,並且能夠適當地維持固化產物的折射指數、氣體穿透性、濕氣穿透性、耐熱衝擊性、耐破裂性和硬度,及組成物的黏度。
式2的平均實驗式中,e、f、g、和h各自為矽氧烷單元的莫耳比。例如,莫耳比的和(e+f+g+h)調整為1時,e可為0至0.5或0.05至0.5,f可為0至0.5或0至0.3,g可為0至0.95,0.2至0.95或0.2至0.85,而h可為0至0.3或0至0.2。此處,可控制結構,使得(e+f)/(e+f+g+h)成為0.2至0.7或0.2至低於0.7。此
外,聚有機矽氧烷(B)中,f/(f+g+h)可為低於0.65、或0.5、0.4、或0.3或更低。此外,式2中,g/(g+h)可為0.8或更高。未特別限制f/(f+g+h)的下限,且例如,f/(f+g+h)可以大於0。此外,未特別限制g/(g+h)的上限,且例如,g/(g+h)可為1.0。
聚有機矽氧烷(B)的25℃黏度可為5000cP或更高,1000000cP或更高,並因此而能夠適當地維持固化之前的加工性和固化之後的硬度。
此聚有機矽氧烷(B)的分子量可為,例如,800至100000,或1000至100000。分子量控制於800或更高時,能夠有效地維持固化之前的模製性和固化之後的強度,且分子量控制於100000或更低時,黏度能夠維持於適當程度。
聚有機矽氧烷(B)之製法可為,例如,此技術中習知之製造聚矽氧烷的方法,或類似於製造聚有機矽氧烷(A)的方法,如開環聚合法。
此可固化組成物可以另包括含括氫原子結合至矽原子的矽化合物(下文中稱為“矽化合物(C)”,其可為式3的化合物。式3可為,例如,矽化合物(C)的平均實驗式。此矽化合物(C)可具有至少一或兩個氫原子結合至矽原子。
矽化合物(C)可以作為交聯劑,用以藉由與聚有機矽氧烷之含有脂族不飽和鍵的官能基之反應而令組成物交聯。例如,交聯和固化可藉矽化合物(C)的氫原
子與聚有機矽氧烷(A)和/或聚有機矽氧烷(B)的烯基的脂族不飽和鍵之加成反應而進行。
式3的矽化合物(C)所含括之結合至矽原子的氫原子(H)莫耳數對所有矽原子(Si)莫耳數之比(H/Si)可為0.2或更高、或0.3或更高。此比(H/Si)亦可為0.8或更低、或0.75或更低。此莫耳比(H/Si)控制於0.2或更高、或0.3或更高時,能夠極佳地維持組成物的固化性,且此莫耳比控制於0.8或更低、或0.75或更低時,能夠極佳地維持耐破裂性及耐熱衝擊性。
矽化合物(C)可以包括或不包括至少一個芳基。例如,根據芳基之存在及控制其比,可以控制與聚有機矽氧烷(A)之折射指數的關係。當矽化合物(C)包括芳基時,至少一個Y可為芳基。例如,矽化合物(C)中之芳基(Ar)莫耳數對所有矽原子(Si)莫耳數的比(Ar/Si)為1.5或更低。此比(Ar/Si)可為,例如,0.3或更高。莫耳比(Ar/Si)如前述控制時,可控制與聚有機矽氧烷(A)之折射指數的關係,固化產物的折射指數和硬度能夠被最大化,且能夠適當地維持組成物的黏度和耐破裂性。
矽化合物(C)的25℃黏度為0.1cP至100000cP、0.1cP至10000cP、0.1cP至1000cP、或0.1cP至300cP。在上述黏度範圍內,能夠極佳地維持組成物的加工性和固化產物的硬度。
此外,矽化合物(C)的分子量可為,例如,
低於2000、低於1000、或低於800。當分子量為1000或更高時,固化產物的強度會降低。未特別限制矽化合物(C)的分子量下限,且可為例如250。矽化合物(C)中,分子量是指重量平均分子量,或化合物的慣用分子量。
未特別限制製造矽化合物(C)之方法,且可以使用此技術已知之製造聚有機矽氧烷的慣用方法,或類似於製造聚有機矽氧烷(A)之方法。
此可固化組成物可以,例如,滿足等式1。
[等式1]|A-B|>0.03
等式1中,A為聚有機矽氧烷(A)、聚有機矽氧烷(B)、和矽化合物(C)中之任一組份的折射指數,而B是聚有機矽氧烷(A)、聚有機矽氧烷(B)、和矽化合物(C)中之其他兩種組份之混合物的折射指數。此折射指數是指相對於波長為450奈米的光之折射指數。等式1中,介於A和B之間的差的絕對值可為,在另一實例中,0.04或更高、0.05或更高、0.06或更高、0.07或更高、或0.08或更高。介於A和B之間的差的絕對值可為例如5或更低、4.5或更低、4或更低、3.5或更低、3或更低、2.5或更低、2或更低、或1.5或更低。
等式1中,A可為聚有機矽氧烷(A)的折射指數,而B可為聚有機矽氧烷(B)和矽化合物(C)之混合物的折射指數。另一例子中,等式1中,A可為聚有機矽氧烷(B)的折射指數,而B可為聚有機矽氧烷
(A)和矽化合物(C)之混合物的折射指數。
在等式1的關係中,前述之展現折射指數(A)之組份,即,所具有的折射指數不同於其他兩種組份之混合物之組份,可包括或不包括參與矽氫化反應的官能基,如烯基。但是,為達到適當的物理性質,可包括參與矽氫化反應的官能基(例如,烯基)或結合至矽原子的氫原子。
當個別組份經選擇以滿足等式1時,例如,所具有的折射指數與其他兩種組份(即,具有折射指數B的混合物)不同之組份(即,具有折射指數A的組份)可經相分離,並因為介於組份之間的折射指數差而散射或分散光。據此,例如,當可固化組成物作為LED的封裝材料時,能夠有效地控制LED的線性。
如前述者,可以根據,例如,聚有機矽氧烷或矽化合物的芳基之存在和/或控制其比而控制折射指數的關係。一個具體實施例中,為控制折射指數的關係,組份,即,聚有機矽氧烷(A)、聚有機矽氧烷(B)、和矽化合物(C)中之一或兩種組份,不包括芳基,其他組份可包括芳基。例如,聚有機矽氧烷(A)不包括芳基,而聚有機矽氧烷(B)和矽化合物(C)可包括芳基,或者聚有機矽氧烷(A)包括芳基,而聚有機矽氧烷(B)和矽化合物(C)不包括芳基。
另一例子中,聚有機矽氧烷(B)不包括芳基,而聚有機矽氧烷(A)和矽化合物(C)包括芳基,
或者聚有機矽氧烷(B)包括芳基,而聚有機矽氧烷(A)和矽化合物(C)不包括芳基。
可固化組成物中之各組份的比可以根據滿足等式1的類型作控制。例如,等式1中之具有折射指數A的一種組份在可固化組成物中之含量可為0.1重量份至30重量份,此以相對於100重量份具有折射指數B的其他兩種組份計。例如,相對於100重量份聚有機矽氧烷(B)和矽化合物(C)總重,聚有機矽氧烷(A)在可固化組成物中之含量為0.1至30重量份,或者,相對於100重量份聚有機矽氧烷(A)和矽化合物(C)總重,聚有機矽氧烷(B)在可固化組成物中之含量為0.1至30重量份。在以上範圍內,光的散射特性可以控制在適當範圍內,且能夠確保固化產物的機械強度。除非他處特別界定,否則文中所用的單位“重量份”是指組份之間的重量比。
此外,此處,矽化合物(C)可含括於可固化組成物中,其含量使得矽化合物(C)所含括之結合至矽原子的氫原子(H)莫耳數對可固化組成物中含括之所有的脂族不飽和鍵或包括脂族不飽和鍵的官能基(例如,聚有機矽氧烷(A)和/或聚有機矽氧烷(B)中含括之所有的烯基)莫耳數之莫耳數比(H/Ak)為0.5或更高,或0.7或更高。矽化合物(C)在可固化組成物中之含量使得比(H/Ak)為2.0或更低,或1.5或更低。據此,能夠提供在固化之前展現極佳的加工性和操作性,且在固化之後
展現極佳的耐破裂性、硬度、耐熱衝擊性、及黏著性,且在嚴苛條件下不會造成白化或表面發黏之組成物。
此可固化組成物可以另包括矽氫化觸媒。此矽氫化觸媒可用以刺激矽氫化反應。可以使用此技術已知的任何慣用組份作為矽氫化觸媒。可以使用以鉑、鈀、或銠為基礎的觸媒作為觸媒。本說明書中,考慮觸媒效能,可以使用以鉑為基礎的觸媒,且可為但不限於氯鉑酸、四氯化鉑、鉑的烯烴錯合物、鉑的烯基矽氧烷錯合物、或鉑的羰基錯合物。
未特別限制矽氫化觸媒的含量,只要矽氫化觸媒含量為催化量即可,即,能夠作為觸媒的量。習慣上,以鉑、鈀或銠的原子重量計,此矽氫化觸媒的用量可為0.1ppm至500ppm或0.2ppm至100ppm。
可固化組成物可以另包括發黏劑,以增進對於各種基板之黏著性。該發黏劑係能夠改良自身黏著性(特別地,對於金屬或有機黏合劑之黏著性)之組份。
此發黏劑可為,但不限於,具有至少一或兩個選自由烯基(如乙烯基)、(甲基)丙烯醯氧基、氫矽基(SiH基)、環氧基、烷氧基、烷氧矽基、羰基、和苯基所組成之群組之官能基的矽烷;或有機矽化合物,如,具2個矽原子至30個矽原子,或4個矽原子至20個矽原子的環狀或直鏈矽氧烷。本說明書中,可以另混合發黏劑中之一或至少二者。
相對於100重量份可固化組成物中所含其他
化合物(例如,聚有機矽氧烷(A)、聚有機矽氧烷(B)、和/或矽化合物(C))總量,此發黏劑在組成物中的含量為0.1重量份至20重量份,但此含量可以考慮黏合性的所欲改良而經適當改變。
必要時,可固化組成物可以另包括一或至少兩種添加劑,包括反應抑制劑,如2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-1-丁炔-2-醇、3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基環四矽氧烷、或乙炔基環己烷;無機填料,如氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、或氧化鈦;具有環氧基和/或烷氧矽基的碳官能性矽烷、彼之部分水解-縮合產物或矽氧烷化合物;觸變劑,如能夠與聚醚併用的濁相氧化矽;傳導性提供劑,如銀、銅或鋁的金屬粉末或各種碳材料;或顏色調整劑,如顏料或染料。
可固化組成物可以另包括,例如,無機粒子。此粒子可以滿足等式2。
等式2中,P為不包括粒子的可固化組成物或彼之固化產物的折射指數,而Q為粒子的折射指數。此折射指數可為例如相對於波長為450奈米的光之折射指數。在另一例子中,介於P和Q之間的差的絕對值可為0.08或更低、0.07或更低、或0.05或更低。
能夠防止螢光材料沉澱的粒子可摻入可固化
組成物中,並增進耐熱性、熱輻射性、和耐破裂性,及改良整體可靠性。此外,粒子可依前述者施用,並維持組成物或固化產物的透明性,以增進例如裝置的亮度。
只要滿足等式2,作為粒子者可為例如作為填料之用的各種粒子。一個具體實施例中,該粒子的折射指數(Q)為1.40或更高、1.45或更高、1.48或更高、1.50或更高、或1.55或更高。
作為粒子者可為例如氧化矽(SiO2)、有機氧化矽、氧化鋁、氧化矽鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰、氧化鉿、五氧化鈮、五氧化鉭、氧化銦、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅、矽、硫化鋅、碳化鈣、硫酸鋇、矽酸銨、或氧化鎂,且可為多孔或中空粒子。
該粒子的平均直徑可為例如1奈米至50微米,或2奈米至10微米。當平均直徑為1奈米或更高時,粒子可以均勻地分散於組成物或彼之固化產物中,而當平均直徑為50微米或更低時,可以有效地進行粒子之分散,且可防止粒子之沈澱。
相對於100重量份聚有機矽氧烷(A)或聚有機矽氧烷(B)、和矽化合物(C)總重,此粒子含量可為0.1至30重量份或0.2至10重量份。當此粒子含量為0.1重量份或更高時,極佳地抑制燐光體之沉澱或者能夠確保裝置的可靠性獲增進,而當粒子含量為30重量份或更低時,能夠極佳地維持加工性。
此可固化組成物可以另包括螢光材料。此情
況中,未特別限制可使用之螢光材料的種類且例如可以使用施用於LED封裝之慣用種類的螢光材料,以實現白光。
本申請案的另一方面提出半導體元件,例如,光學半導體元件。例示半導體元件可藉包括可固化組成物之固化產物的封裝劑封裝。藉封裝劑封裝之半導體元件的例子包括二極體、電晶體、閘流體、光電偶合器、CCD、固相影像擷取二極體、單相IC、混合IC、LSI、VLSI、或發光二極體(LED)。一個具體實施例中,此半導體元件可為LED。
此LED可藉由將半導體材料堆疊在基板上而形成。此半導體材料可為,但不限於,GaAs、GaP、GaAlAs、GaAsP、AlGaInP、GaN、InN、AlN、InGaAlN、或SiC。此外,可以使用單晶狀藍寶石、尖晶石、SiC、Si、ZnO、或GaN作為基板。
此外,欲製造LED,必要時,可以在基板和半導體材料之間形成緩衝層。可以使用GaN或AlN作為緩衝層。將半導體材料堆疊在基板上的方法可為,但未特別限於,MOCVD、HDVPE、或液體生長。此外,LED結構可為例如同接合面(包括MIS接合面、PN接合面和PIN接合面)、異接合面、或雙重異接合面。此外,LED可以使用單一或多量子井結構形成。
一個具體實施例中,LED的發射波長可為例如250奈米至550奈米、300奈米至500奈米、或330奈
米至470奈米。此發射波長是指主要發射峰波長。LED的發射波長設定於以上範圍內時,能夠得到具有較長壽命、高能量效能、和高顏色表現的白LED。
此LED可以使用此組成物封裝。此外,LED之封裝可以僅以此組成物進行,且在一些情況中,另一封裝劑可以與此組成物併用。當兩種封裝劑併用時,使用組成物封裝之後,經封裝的LED亦可以另一封裝劑封裝。或者,LED可以先以其他封裝劑封裝及之後再以此組成物封裝。可以使用環氧樹脂、矽樹脂、丙烯酸系樹脂、脲樹脂、醯亞胺樹脂、或玻璃作為其他封裝劑。
欲以組成物封裝LED,可以使用例如包括事先將組成物注入模具、浸泡已有LED固定於其中的引線框架及固化該組成物之方法,或包括將組成物注入已有LED插入的模具中及固化該組成物之方法。可以使用藉分佈器、轉移模製、或注射模製注射而注射組成物之方法。此外,可以含括將組成物滴在LED上,網版印刷,藉網版印刷或使用遮罩塗覆該組成物,及固化拆組成物之方法,及藉分佈器將組成物注入LED已置於其底部的杯中並固化該組成物之方法作為其他封裝法。
此外,必要時,此組成物可作為將LED固定至引線末端或包裝、或在LED上的被動層或封裝基板中之固定材料。
須固化該組成物時,未特別限制此固化,且進行方式可為例如藉由使組成物維持於60℃至200℃的溫
度達10分鐘至5小時,或在2或更多個步驟中於適當溫度達適當的時間量。
未特別限制封裝劑的形狀,且例如,可為子彈型的透鏡、平面形、或薄膜形。
此外,根據此技術已知的慣用方法,可以進一步增進LED的性能。欲增進性能,例如可以使用將反射層或光收集層配置於LED的背面上之方法,在其底面上形成互補的著色部分之方法,將具有吸收比主要發射峰之波長為短的光之層放置在LED上之方法,封裝LED並以堅硬材料進一步模製LED之方法,將LED插入待固定的穿透孔之方法,或藉覆晶接觸而令LED與引線元件接觸以自基板方向萃取光之方法。
此光學半導體,例如,LED,可以有效地施用於例如液晶顯示器(LCD)的背光、照明設備、各種感知器、印表機和影印機的光源、用於汽車儀表板、號誌燈、領航燈、顯示裝置的光源、平面型LED、顯示器、裝飾、或各種照明設備的光源。
能夠提出由於具有極佳的加工性、操作性、耐熱性、和耐光性,所以儘管長時間使用,也沒有褪色的問題之可固化組成物。當作為光學半導體(如LED)之封裝劑時,該可固化組成物能夠散射光及分散光的線性。
下文中,將以參考實例和比較例的方式,更詳細地描述根據本申請案之可固化組成物,但可固化組成物的範圍不限於以下實例。
下文中,縮寫“Vi”是指乙烯基,縮寫“Ph”是指苯基,而縮寫“Me”是指甲基。
可固化組成物注於彼此分隔約1毫米的兩個玻璃基板之間並於150℃固化1小時,藉此製造1毫米厚的平板樣品。之後,使用UV-VIS光譜儀,於室溫測定樣品之厚度方向關於波長450奈米之透光率並於之後根據以下標準評估。
○:透光率為70%或更高
×:透光率低於70%
可固化組成物注於彼此分隔約2公分的兩個玻璃基板之間並於150℃固化1小時,藉此製造平板樣品。之後,經固化的平板樣品置於印有字母的紙上,以肉眼觀察字母,藉此根據以下標準評估光散射程度。
○:無法以肉眼辨識位於下方之印刷的字母
×:能夠以肉眼辨識位於下方之印刷的字母
可固化組成物注於彼此分隔約1毫米的兩個玻璃基板之間並於150℃固化1小時,藉此製造1毫米厚的平板樣品。樣品於150℃靜置約500小時,觀察是否發生黃化,藉此根據以下標準評估樣品。
○:未觀察到黃化
×:觀察到黃化
使用Abbe折射儀測定可固化組成物的各組份對於波長450奈米的光之折射指數。
混合30克式A的聚有機矽氧烷、100克式B的聚有機矽氧烷、200克式C的聚有機矽氧烷、和50克式D的聚有機矽氧烷,藉此製得可固化組成物,摻混觸媒(鉑(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷)以使得Pt(0)含量為5ppm,並均勻地混合所得混合物。此處,介
於式A的聚有機矽氧烷之折射指數(A)和式B、C和D的聚有機矽氧烷混合物之折射指數(B)之間的差之絕對值為0.09。
[式A](ViMe2SiO1/2)2(Me2SiO2/2)40
[式B](ViMe2SiO1/2)2(Me2SiO2/2)20(Ph2SiO2/2)15
[式C](ViMe2SiO1/2)2(PhSiO3/2)8
[式D](HMe2SiO1/2)2(HMeSiO2/2)0.5(Ph2SiO2/2)1.5
混合30克式E的聚有機矽氧烷、300克式F的聚有機矽氧烷、和70克式G的聚有機矽氧烷,藉此製得可固化組成物,摻混觸媒(鉑(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷)以使得Pt(0)含量為5ppm,並均勻地混合所得混合物。此處,介於式E的聚有機矽氧烷之折射指數(A)和式F和G的聚有機矽氧烷混合物之折射指數(B)之間的差之絕對值為0.07。
[式E][ViMe2SiO1/2]2[Me2SiO2/2]40[MeSiO3/2]5
[式F][ViMeSiO2/2]2[PhSiO3/2]6.5
[式G][HMe2SiO1/2]2[HMeSiO2/2]0.5[Ph2SiO2/2]1.5
混合30克式H的聚有機矽氧烷、100克式I的聚有機矽氧烷、20克式J的聚有機矽氧烷、和20克式K的聚有機矽氧烷,藉此製得可固化組成物,摻混觸媒(鉑(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷)以使得Pt(0)含量為5ppm,並均勻地混合所得混合物。此處,介於式H的聚有機矽氧烷之折射指數(A)和式I、J和K的聚有機矽氧烷混合物之折射指數(B)之間的差之絕對值為1.1。
[式H](ViMe2SiO1/2)2(Me2SiO2/2)20(Ph2SiO2/2)20
[式I](ViMe2SiO1/2)(Me3SiO1/2)3(SiO4/2)2
[式J](ViMe2SiO1/2)2(Me2SiO2/2)70
[式K](Me3SiO1/2)2(HMeSiO2/2)35
藉與實例1所述之相同的方法製造可固化組成物,但未使用式A的聚有機矽氧烷。
藉與實例3所述之相同的方法製造可固化組成物,但未使用式H的聚有機矽氧烷。
藉與實例1所述之相同的方法製造可固化組成物,但未使用式A的聚有機矽氧烷且摻混30克聚苯乙烯粒子代替。
Claims (18)
- 一種符合等式1的可固化組成物,其包含:(A)聚有機矽氧烷,其具有式1之平均組成式;(B)聚有機矽氧烷,其具有式2之平均組成式;和(C)式3化合物,且其中該聚有機矽氧烷(A)、該聚有機矽氧烷(B)、和該化合物(C)中之一或二者不包含芳基,且其他組份包含芳基:[式1](R1 3SiO1/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1SiO3/2)c(SiO4/2)d [式2](R2 3SiO1/2)e(R2 2SiO2/2)f(R2SiO3/2)g(SiO4/2)h [式3]HiYjSiO(4-i-j)/2 [等式1]|A-B|>0.03其中R1、R2和Y各自獨立地為環氧基或單價烴基,惟至少一個R1或至少一個R2為烯基;a是0或正數,b是正數,c是0或正數,d是0或正數,b/(b+c+d)是0.65或更高,e是0或正數,f是0或正數,g是0或正數,h是0或正數,f/(f+g+h)低於0.65,惟g和h不同時為0;i是0.2至1,j是0.9至2,和A是組份(A)至(C)中之任何一種組份的折射指數,而B是組份(A)至(C)中之其他兩種組份之混合物的折射指數。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中等 式1中的A為該聚有機矽氧烷(A)的折射指數,而等式1中的B為該聚有機矽氧烷(B)和該化合物(C)之混合物的折射指數。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中等式1中的A為該聚有機矽氧烷(B)的折射指數,而等式1中的B為該聚有機矽氧烷(A)和該化合物(C)之混合物的折射指數。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中式1中的至少一個R1是芳基。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中式2中的至少一個R2是芳基。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中式2中的f/(f+g+h)為0.4或更低。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中式2中的g/(g+h)是0.8或更高。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中式3中至少一個Y是芳基。
- 如申請專利範圍第2項之可固化組成物,其中相對於100重量份該聚有機矽氧烷(B)和該矽化合物(C)總重,包含0.1至30重量份該聚有機矽氧烷(A)。
- 如申請專利範圍第3項之可固化組成物,其中相對於100重量份該聚有機矽氧烷(A)和該矽化合物(C)總重,包含0.1至30重量份該聚有機矽氧烷(B)。
- 如申請專利範圍第9或10項之可固化組成物, 其中該矽化合物(C)中之結合至矽原子的氫原子(H)莫耳數對該聚有機矽氧烷(A)和該聚有機矽氧烷(B)中之烯基(Ak)莫耳數之比(H/Ak)為0.5至2.0。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中該聚有機矽氧烷(A)不包含芳基,而該聚有機矽氧烷(B)和矽化合物(C)包含芳基。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中該聚有機矽氧烷(A)包含芳基,而該聚有機矽氧烷(B)和該矽化合物(C)不包含芳基。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中該聚有機矽氧烷(B)不包含芳基,而該聚有機矽氧烷(A)和該矽化合物(C)包含芳基。
- 如申請專利範圍第1項之可固化組成物,其中該聚有機矽氧烷(B)包含芳基,而該聚有機矽氧烷(A)和該矽化合物(C)不包含芳基。
- 一種光學半導體,其經如申請專利範圍第1項之固化組成物封裝。
- 一種液晶顯示器,其背光單元中包含如申請專利範圍第16項之光學半導體。
- 一種照明設備,其包含如申請專利範圍第16項之光學半導體。
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