(57)【要約】【課題】透明であり、高屈折率である封止材用組成物及び光学デバイスを提供すること。【解決手段】本発明の封止材用組成物は、ポリチタノキサン化合物を含有することを特徴とする。本発明の光学デバイスは、基体上に搭載された光学素子と、前記光学素子上に被覆され、前記封止材用組成物を硬化させてなる封止材と、を具備することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリチタノキサン化合物を含有することを特徴とする封止材用組成物。
【請求項２】
基体上に搭載された光学素子と、前記光学素子上に被覆され、請求項１記載の封止材用組成物を硬化させてなる封止材と、を具備することを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は封止材用組成物及び光学デバイスに関し、特に、透明であり、高屈折性である封止材用組成物及び光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ以下の短波長の光を発光する光学素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが開発されてきており、情報通信、情報記録、ディスプレイの分野において使用されてきている。このような光学素子は、基板などに搭載して封止材で封止されて使用されている。従来、ＬＥＤなどの光学素子の封止材としては透明エポキシ樹脂が使用されている。
【０００３】
しかしながら、発光素子の屈折率は通常１．７以上である一方、前記エポキシ樹脂の屈折率は１．５程度であり、両者の差が大きい。このため、臨界角の影響でＬＥＤ素子の光取り出し効率が悪いという問題があった。
【０００４】
こうした問題を解決するために、高屈折率の封止材用組成物の開発が進められており、例えば特許文献１においては、高屈折率の封止材用組成物として、ポリカルボジイミドを含む半導体素子封止用樹脂が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されたポリカルボジイミド化合物を含む半導体素子封止用樹脂よりも高い屈折性を示す封止材用組成物が望まれている。
【特許文献１】特開２００４−２３８４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、透明であり、高屈折率である封止材用組成物及び光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の封止材用組成物は、ポリチタノキサン化合物を含有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、ポリチタノキサン化合物が高屈折率であるため、封止材を構成する材料が高屈折率になる。その結果、光学素子の光取り出し効率が高くなり、光学素子の輝度が向上する。しかも、ポリチタノキサンは微粒子ではなく、いわゆる高分子化合物であるため、マトリックス樹脂と混合して使用する場合の相溶性が高く、封止材としての透明性が高い。また、ポリチタノキサン化合物を含有する封止材用組成物は、成型後は空気中の水分による化学変化が少ないため、安定性に優れる傾向にある。
【０００８】
本発明の光学デバイスは、基体上に搭載された光学素子と、前記光学素子上に被覆され、上記封止材用組成物を硬化させてなる封止材と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、封止材用組成物が高屈折率であるので、発光素子との間の屈折率差が小さい。このため、光取り出し効率が向上し、高輝度な光学デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の封止材用組成物は、ポリチタノキサン化合物を含有するので、透明であり、高屈折率である。本組成物を光学素子の封止材として使用することにより、光学素子の光取り出し効率が向上し、高輝度な光学デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の封止材用組成物は、ポリチタノキサンを含有することを特徴とする。本発明にいうポリチタノキサン化合物とは、チタン−酸素の繰り返し構造と、有機官能基と、を含む有機無機ハイブリッド化合物である。ポリチタノキサンの構造例としては、下記一般式（１）のものが挙げられる。
【化１】
2007063393.tif 000002
ここでｎは自然数を表す。Ｒは、一価の有機基、水素原子、水酸基であり、それぞれ異なっていても同じでも良い。ただし、一般式（１）の分子中、少なくとも一つのＲは一価の有機基である。
【００１２】
一価の有機基としては、アルコキシル基、アリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭化水素基、ケイ素原子含有基、及びそれらを組み合わせた基が挙げられる。
【００１３】
上記アルコキシル基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロピルオキシ基、ｉ−プロピルオキシ基、ｎ−ブチルオキシ基、ｔ−ブチルオキシ基、ｎ−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などが挙げられる。アルコキシル基の炭素原子数としては１〜６個が好ましい。
【００１４】
上記アリールオキシ基の例としては、フェノキシ基、２，６−ジメチルフェノキシ基などが挙げられる。
【００１５】
上記炭化水素基の例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ブチル（ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｔ−ブチル、sec−ブチル）、ペンチル（ｎ−ペンチル、ｉ−ペンチル、ネオペンチル、シクロペンチルなど）、ヘキシル（ｎ−ヘキシル、ｉ−ヘキシル、シクロヘキシルなど）、ヘプチル（ｎ−ヘプチル、ｉ−ヘプチル、ビシクロヘプチルなど）、オクチル（ｎ−オクチル、ｉ−オクチル、ｔ−オクチルなど）、ノニル（ｎ−ノニル、ｉ−ノニルなど）、デシル（ｎ−デシル、ｉ−デシルなど）、ウンデシル（ｎ−ウンデシル、ｉ−ウンデシルなど）、ドデシル（ｎ−ドデシル、ｉ−ドデシルなど）などの非環式又は環式の脂肪族炭化水素基；ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ノルボルネニル、シクロヘキセニルエチル、ノルボルネニルエチル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、スチレニルなどの非環式又は環式のアルケニル基；ベンジル、フェネチル、２−メチルベンジル、３−メチルベンジル、４−メチルベンジルなどのアラルキル基；ＰｈＣＨ＝ＣＨ−基のようなアラアルケニル基；フェニル基、トリル基あるいはキシリル基のようなアリール基；４−アミノフェニル基、４−ヒドロキシフェニル基、４−メトキシフェニル基、４−ビニルフェニル基のような置換アリール基などが挙げられる。なかでも、シクロへキシル、シクロペンチル、ノルボルネニル、ビシクロヘプチルなどの環式の官能基は、耐熱性が高いので好ましい。
【００１６】
前記炭化水素基の水素原子又は主鎖骨格の一部は、エーテル結合、エステル基（結合）、水酸基、カルボニル基、カルボン酸無水物結合、チオール基、チオエーテル結合、スルホン基、アルデヒド基、エポキシ基、アミノ基、アミド基（結合）、ウレア基（結合）、イソシアネート基、シアノ基などの極性基（極性結合）；フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子などの置換基で部分的に置換されていても良い。
【００１７】
前記置換又は無置換の炭化水素基中の置換基も含めた全炭素原子数は、通常２０個以下であることが好ましいが、これに限定されるものではない。絶縁膜の耐熱性を考慮すると、全炭素原子数は、より好ましくは１６個以下、さらに好ましくは６個以下である。
【００１８】
前記ケイ素含有基としては、例えば、下記一般式（２）、一般式（３）で表す構造の基などが挙げられる。ケイ素原子含有基中のケイ素原子数は、通常１〜１０個、好ましくは１〜６個、より好ましくは１〜３個であるが、これに限定されるものではない。
【化２】
2007063393.tif 000003
一般式（２）において、ｎ’は、通常１〜１０個の整数であり、好ましくは１〜６個の整数、より好ましくは１〜３個の整数であるが、これに限定されるものではない。一般式（２）において、置換基Ｒ１は、水素原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、塩素原子、又は炭素数１〜１０個、好ましくは炭素数１〜６個の有機基である。Ｒ１は同じでも、互いに異なっていても良い。
【００１９】
前記アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
【００２０】
前記炭素数１〜１０個の有機基の例としては、各種の置換又は無置換の炭化水素基が挙げられ、その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基などの脂肪族炭化水素基；ビニル基、プロペニル基などの不飽和炭化水素結合含有基；フェニル基、ベンジル基、又はフェネチル基のような芳香族炭化水素基；ＣＦ3ＣＨ2ＣＨ2−などの含フッ素アルキル基；アミノアルキル基などの極性基置換アルキル基などが挙げられる。
【００２１】
一般式（２）で表されるケイ素原子含有基の具体的な例としては、ジメチルシロキシ基（ＨＭｅ２ＳｉＯ−）、トリメチルシロキシ基（Ｍｅ3ＳｉＯ−）、ジメチルフェニルシロキシ基（Ｍｅ2ＰｈＳｉＯ−）、ジフェニルメチルシロキシ基、フェネチルジメチルシロキシ基、ジメチル−ｎ−ヘキシルシロキシ基、ジメチルシクロヘキシルシロキシ基、ジメチルオクチルシロキシ基、（ＣＨ3）3ＳｉＯ[Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ]q−（ｑ＝１〜９）、２−フェニル−２，４，４，４−テトラメチルジシロキシ基（ＯＳｉＰｈＭｅＯＳｉＭe3）、４，４−ジフェニル−２，２，４−トリメチルジシロキシ（ＯＳｉＭｅ2ＯＳｉＭｅＰｈ2）、２，４−ジフェニル−２，４，４−トリメチルジシロキシ（ＯＳｉＰｈＭｅＯＳｉＰｈＭｅ2）、ビニルジメチルシロキシ基、３−グリシジルプロピルジメチルシロキシ基、３−アミノプロピルジメチルシロキシ基（Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2Ｍｅ2ＳｉＯ−）、Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2Ｍｅ（ＨＯ）ＳｉＯ−、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルジメチルシロキシ基（Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＮＨＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2Ｍｅ2ＳｉＯ−）、Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＮＨＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2Ｍｅ（ＨＯ）ＳｉＯ−などが挙げられる。
【００２２】
【化３】
2007063393.tif 000004
一般式（３）において、Ｒａは炭素数１〜１０個の２価の炭化水素基であり、炭素数は、好ましくは２〜６個であり、より好ましくは２又は３個である。Ｒａの具体例としては、−ＣＨ2ＣＨ2−、−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−、−（ＣＨ2）p−（ｐ＝４〜１０）などのアルキレン基が挙げられる。
【００２３】
一般式（３）におけるＲ１は、一般式（２）におけるＲ１と同じであり、すべて同一でも、互いに異なっていても良い。ｎ’’は、０又は１〜９の整数であるが、好ましくは０又は１〜５の整数、特に好ましくは０，１又は２である。
【００２４】
上述の少なくとも一つのＲ1は、水素原子、ビニル基、アルケニル基を有する重合性置換基、水酸基、又は炭素数１〜６個のアルキル基を有する置換基であることが好ましい。アルケニル基の例としては、ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、シクロヘキセニルエチル、ノルボルネニルエチル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、スチレニルなどの非環式又は環式のアルケニル基などが挙げられる。
【００２５】
前記一般式（１）で示されるポリチタノキサン化合物は、酸素原子又は有機基を介して架橋していても良い。また、本発明のポリチタノキサン化合物の重合形態としては、直鎖状、分枝状、三次元網目状、ペンダント状、ラダー状、いずれであっても良い。
【００２６】
前記ポリチタノキサンを架橋する有機基としては、置換／無置換の炭化水素基、オキシアルキレン基、シロキサン基、それらの重合体、並びにそれらを組み合わせた構造などが挙げられる。
【００２７】
前記炭化水素基及びその重合体としては、−（ＣＨ2）s−、（ｓは自然数）で表されるアルキレン基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。−（ＣＨ2）s−におけるｓは、１以上１００以下が好ましく、１以上２０以下がより好ましい。具体的には、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、ポリエチレン構造などが挙げられ、芳香族炭化水素基としては、フェニレン基などが挙げられる。
【００２８】
前記オキシアルキレン基及びその重合体−（Ｒ’Ｏ）t−（ｔは自然数）としては、オキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレンなどが挙げられる。上記ｔは１以上１０００以下が好ましく、１以上５００以下がより好ましい。
【００２９】
前記シロキサン基及びその重合体としては、例えば、下記一般式（４）で表される構造が挙げられる。
【化４】
2007063393.tif 000005
ここで、Ｒ１は、前記一般式（２）（３）のＲ１と同一であり、すべて同じでも、互いに異なっていてもよい。また、ｎ’’’は自然数である。
【００３０】
上記の炭化水素基、オキシアルキレン基、シロキサン基及びそれらの重合体は、水素原子又は骨格の一部が有機基によって部分的に置換されていても良い。有機基としては、例えば、エーテル結合、エステル基（結合）、水酸基、カルボニル基、カルボン酸無水物結合、チオール基、チオエーテル結合、スルホン基、アルデヒド基、エポキシ基、アミノ基、アミド基（結合）、ウレア基（結合）、イソシアネート基、シアノ基などの極性基（極性結合）、ジエン（結合）、共役ジエン（結合）、フェニレン基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子などが挙げられる。
【００３１】
ポリチタノキサン化合物の数平均分子量は、封止材用組成物の粘度を考慮すると、２００以上４０万以下が好ましく、より好ましくは５００以上５万以下である。
【００３２】
化合物中のチタン含有量としては、成型時クラックの発生防止を考慮すると、１質量％以上８０質量％以下が好ましく、５質量％以上５０質量％以下がより好ましい。
【００３３】
封止剤用組成物中の前記ポリチタノキサン化合物含有量としては、屈折率を考慮すると、１％以上１００％以下、より好ましくは１０％以上１００％以下である。
【００３４】
本発明のポリチタノキサン化合物の合成方法としては、例えばチタニウムアルコキサイドを部分加水分解する方法が挙げられる。例えば、テトライソプロポキシチタンを溶剤に希釈したのち所定量の水を滴下し、還流することによりポリチタノキサンを得ることができる。さらに残存するアルコキシル基を、アセチルアセトンなどのキレート剤やトリメチルクロロシラン、トリメチルエトキシシランなどのシリル化剤により変性、安定化しても良い。
【００３５】
本発明の封止剤用組成物中には、本発明の効果を損なわない範囲でポリチタノキサン以外の成分を含有していても良い。例えば、マトリックス樹脂又はその原料、界面活性剤、溶剤などを含んでいても良い。マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、アルデヒド樹脂、ビニル樹脂、ビニルアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、スチロール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ベンゾイン樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。また、本発明の組成物中に、前記マトリックス樹脂の原料やプレポリマーを含有させておいて、成型時に加熱や光照射によってマトリックス樹脂に変化させても良い。
【００３６】
上述した本発明に係る封止材用組成物が光学デバイスの封止に用いられる場合には、基体上に被封止材である光学素子を搭載し、この光学素子が被覆されるように上記封止材用組成物を供給し、その後封止材用組成物を硬化させる。ここで、光学素子が被覆されるように封止材用組成物を供給する方法としては、封止材用組成物を必要に応じて所定の粘度となるように粘度調整し、光学素子上に吐出して封止材用組成物を硬化させる方法（ポッティング）や、光学素子に吐出した後に、所定の型を用いて封止材用組成物を硬化させる方法などが挙げられる。封止材用組成物の供給の際の条件は、封止材用組成物におけるポリチタノキサン化合物の種類、粘度などを考慮して適宜設定する。また、封止材用組成物を硬化させる方法としては、加熱硬化法や光硬化法などが挙げられる。硬化条件は、封止材用組成物におけるポリチタノキサン化合物の官能基の種類などを考慮して適宜設定する。
【００３７】
このようにして封止材用組成物を硬化させてなる封止材は、チタノキサン化合物を含有するため屈折率が高い。その結果、光学素子の光取り出し効率が向上して輝度が向上する。しかもポリチタノキサン化合物は微粒子ではないため、封止材の透明性が高くなる。また、ポリチタノキサン化合物を含有する封止材用組成物は、成型後は空気中の水分による化学変化が少ないため、安定性に優れる傾向にある。さらに、ポリチタノキサン化合物を含有する封止材用組成物において、二重結合を有しない組成物については、耐光性にも優れる。
【００３８】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
下記実施例中、スピンコートはミカサ社製ミカサコーターを使用した。クリーンオーブンはアドバンテック社製ＦＡ−６２０を使用した。屈折率測定は大塚電子社製ＦＥ−３０００を使用した。
【００３９】
（実施例１）
ポリチタノキサン化合物であるポリジブチルチタネート（ゲレスト社製、商品名：ＰＴＩ−０２３）をドライボックス中でテトラヒドロフラン（和光純薬社製）に溶解し、２５質量％の溶液を調製し、封止剤用組成物を得た。この組成物を１０００ｒｐｍ、３０秒なる条件で無アルカリガラス基板上にスピンコートしたのち、クリーンオーブンにて１００℃、３０分の条件で加熱した。得られた膜は透明で、屈折率は１．８１であり、光学素子との間の屈折率差が相対的に小さいものであった。また、この組成物を用いて光学デバイスを封止した際に、光学デバイスの光取り出し効率は比較的高いものであることが確認された。
【００４０】
（実施例２）
ポリチタノキサン化合物であるポリジブチルチタネート（ゲレスト社製、商品名：ＰＴＩ−０２３）０．７５、ビニルシロキサン（ゲレスト社製、商品名：ＤＭＳ−Ｖ０５）０．１２５ｇ、メチルハイドロジェンシロキサン（信越化学社製、商品名X−２１−５９５３）０．１２５ｇ、白金−ジビニルシロキサン錯体キシレン溶液（アルドリッチ社製）０．２５ｍｇをテトラヒドロフラン４ｇに溶解し、封止剤用組成物を得た。この組成物を１０００ｒｐｍ、３０秒でスピンコートしたのち、クリーンオーブンにて１００℃、３０分の条件で加熱した。得られた膜は透明で、屈折率は１．６３であり、光学素子との間の屈折率差が相対的に小さいものであった。また、この組成物を用いて光学デバイスを封止した際に、光学デバイスの光取り出し効率は比較的高いものであることが確認された。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における数値、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。