JP6293566B2 - 組成物 - Google Patents
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Description
前記粒子(1)が、不飽和基を有する表面修飾剤(a)、及び下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
{式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}
で表される表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)を表面修飾して得られた表面修飾金属酸化物(A)を含む、組成物。
[2] 樹脂(2)を更に含む、上記態様1に記載の組成物。
[3] 前記樹脂(2)が、不飽和基を有する樹脂(B)を含む、上記態様2に記載の組成物。
[4] 前記樹脂(B)が有する前記不飽和基がアクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、及びアリル基からなる群から選択される少なくとも一つである、上記態様3に記載の組成物。
[5] 前記樹脂(2)が、ケイ素に直接結合した水素原子を有する樹脂(C)又はチオール基を有する樹脂(D)を含み、かつ、前記組成物が硬化性触媒(E)を更に含む、上記態様2〜4のいずれか一項に記載の組成物。
[6] 前記粒子(1)及び前記樹脂(2)の合計に対する前記粒子(1)の体積比率が40〜99体積%である、上記態様2〜5のいずれか一項に記載の組成物。
[7] 前記表面修飾剤(a)が有する前記不飽和基がアクリル基、メタクリル基、ビニル基、及びアリル基からなる群から選択される少なくとも一つである、上記態様1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
[8] 前記一般式(1)におけるnが0又は1である、上記態様1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
[9] 前記表面修飾金属酸化物(A)の屈折率が1.8以上である、上記態様1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
[10] 前記金属酸化物(c)が酸化チタン、酸化ジルコニウム、又はチタン酸バリウムである、上記態様1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
[11] 前記表面修飾金属酸化物(A)において、前記表面修飾剤(a)に由来する構造、前記表面修飾剤(b)に由来する構造及び前記金属酸化物(c)に由来する構造の合計に対する金属酸化物(c)に由来する構造の比率が70〜99体積%である、上記態様1〜10のいずれか一項に記載の組成物。
[12] 前記粒子(1)の平均一次粒子径が1nm〜100nmである、上記態様1〜11のいずれか一項に記載の組成物。
[13] 上記態様1〜12のいずれか一項に記載の組成物の硬化物を含む、透明複合材。
[14] 周期的な凹凸構造を有する、上記態様13に記載の透明複合材。
[15] 上記態様13又は14に記載の透明複合材を含む、光学素子。
[16] 粒子(1)及び分散媒を含む分散体であって、
前記粒子(1)が、不飽和基を有する表面修飾剤(a)、及び下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}
で表される表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)表面修飾して得られた表面修飾金属酸化物(A)を含む、分散体。
粒子(1)を含む組成物であって、
該粒子(1)が、不飽和基を有する表面修飾剤(a)(本開示で、単に表面修飾剤(a)ともいう。)、及び下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
{式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}
で表される表面修飾剤(b)(本開示で、単に表面修飾剤(b)ともいう。)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)を表面修飾して得られた表面修飾金属酸化物(A)を含む組成物を提供する。
本実施形態はまた、上記の粒子(1)及び分散媒を含む分散体も提供する。
本実施形態の粒子(1)は、表面修飾剤(a)及び表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)を表面修飾して得られる表面修飾金属酸化物(A)を含む。粒子(1)は、表面修飾金属酸化物(A)に加えて、例えば分散補助剤、接着補助剤、硬化触媒、酸化防止剤等を含んでよいが、粒子(1)は、表面修飾金属酸化物(A)を好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含み、更に好ましい態様において、粒子(1)は、実質的に表面修飾金属酸化物(A)からなることができる。本実施形態では、金属酸化物の使用により、高い屈折率を有する組成物が得られる。また本実施形態では、表面修飾剤(a)及び(b)を含む表面修飾剤を用いた表面修飾の寄与により、表面修飾金属酸化物(A)は、例えば後述の樹脂(2)、硬化性触媒(E)、及び溶剤との親和性が良好で、組成物中で良好に分散できる。従って、本実施形態によれば、高い屈折率及び透明性を有する硬化物を与える組成物が得られる。上記のような良好な分散性は、組成物中に比較的高比率で粒子(1)を含有させることを可能にする点で有利である。また、表面修飾剤(a)及び表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤は、組成物の硬化物の耐熱性及び耐光性を損なわない点でも有利である。
表面修飾剤(a)としては、不飽和基(すなわち不飽和結合を含む官能基)を有するシランカップリング剤が挙げられる。即ち、本実施形態の表面修飾金属酸化物(A)は、表面修飾剤(a)で表面修飾されることによって不飽和基を有することとなる。
表面修飾剤(b)は、下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
{式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}で表される。即ち、本実施形態の表面修飾金属酸化物(A)は、表面修飾剤(b)で表面修飾されることによって下記一般式(1’):
R1R2R3Si−Y− (1’)
{式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、Yは二価の結合基である。}で表される基を有することとなる。
表面修飾剤(b)は、例えば、対応するヒドロシラン化合物と、不飽和炭素二重結合を有するシラン化合物(本開示で、アルケニルシラン化合物ともいう)とのヒドロシリル化反応により製造することができる。具体的には、炭化水素系の有機溶媒中若しくは無溶媒において、ヒドロシラン化合物とアルケニルシラン化合物とを等モル量又は一方の化合物がわずかに過剰になるように混合し、金属触媒を加えて加熱撹拌することにより製造できる。
R1R2R3Si−H (2)
{式中、R1〜R3は一般式(1)で定義した通りである。}
で表されるヒドロシラン化合物と下記一般式(3):
R5−SiR6 nX1 (3-n) (3)
{式中、R5は炭素数2〜6の不飽和炭素二重結合含有炭化水素基であり、R6は炭素数1〜4の飽和アルキル基であり、そしてX1はハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、そしてnは0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。}
で表されるアルケニルシラン化合物との組合せ、
又は、下記一般式(4):
R1R2R3Si−R5 (4)
{式中、R1〜R3は一般式(1)で定義した通りであり、そしてR5は炭素数2〜6の不飽和炭素二重結合含有炭化水素基である。}
で表されるアルケニルシラン化合物と下記一般式(5):
H−SiR6 nX1 (3-n) (5)
{式中、R6は炭素数1〜4の飽和アルキル基であり、X1はハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、そしてnは0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。}
で表されるヒドロシラン化合物との組み合わせ、を用いることができる。
金属酸化物(c)は、典型的には粒子であり、金属原子及び酸素原子を含む。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン等の金属酸化物粒子等が挙げられる。
不飽和基を有する表面修飾剤(a)及び一般式(1)で表される表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤を金属酸化物(c)に作用させて表面修飾反応を行うことで、表面修飾剤(a)及び(b)に由来する構造部位を表面に有する表面修飾金属酸化物(A)を製造することができる。
金属酸化物(c)の体積割合=((c)の質量/(c)の密度)/{(a)の質量/(a)の密度)+(b)の質量/(b)の密度)+(c)の質量/(c)の密度)}
上記計算に用いる、実際に金属酸化物(c)の表面に修飾された表面修飾剤(a)及び(b)の量は、表面修飾金属酸化物(A)を重溶媒中に分散させ、1H−NMR(プロトン核磁気共鳴分光分析)を測定することにより定量される。また、表面修飾金属酸化物(A)について、XRF(蛍光X線分析)を用いた元素分析の全定量を行い、金属酸化物に由来する金属原子と表面修飾剤に由来するケイ素原子との原子存在比率を測定することにより計算される。
表面修飾金属酸化物(A)の屈折率=表面修飾剤の屈折率×[(c)の屈折率×(1+2×(c)の体積分率)−表面修飾剤の屈折率)×(2×(c)の体積分率―2)]/[(表面修飾剤の屈折率)×(2+(c)の体積分率)+(c)の屈折率×(1−(c)の体積分率)]
好ましい態様において、組成物は、樹脂(2)を更に含む。組成物において、粒子(1)/(粒子(1)+樹脂(2))で表される粒子体積比率は、40体積%以上であることが好ましい。上記比率は、100体積%であってもよいが、樹脂(2)による利点を良好に得る観点から、99体積%以下であることが好ましい。組成物が樹脂(2)を含むことで、本実施形態の組成物から形成される塗膜において、粒子(1)間の空隙に樹脂(2)が充填されることで塗布膜の屈折率が高くなる傾向にある。
不飽和基を有する樹脂(B)は、1分子中に不飽和官能基を1つ以上有する樹脂であり、不飽和官能基を1分子中に2つ以上有していることが、組成物から得られる塗膜の硬化後の膜強度を向上させる点で好ましい。樹脂(B)は、単量体でもよいし、重合体でもよい。樹脂(B)が有する不飽和基は、汎用性の観点から、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、及びアリル基からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。表面修飾金属酸化物(A)を含む粒子(1)に樹脂(B)を組合せることは、特に耐熱性及び耐光性が良好な硬化物を得る点で有利である。樹脂(2)の全質量に対する、不飽和基を有する樹脂(B)の比率は、好ましくは30〜95質量%、より好ましくは50〜90質量%である。
好ましい態様において、樹脂(2)は、ケイ素に直接結合した水素原子を有する樹脂(C)又はチオール基を有する樹脂(D)と、硬化性触媒(E)とを更に含む。好ましい態様において、樹脂(2)は、前述の樹脂(B)に加えて、樹脂(C)又は樹脂(D)を含む。樹脂(C)の使用は、塗膜強度の観点から有利であり、一方樹脂(D)の使用は、屈折率の観点から有利である。
例えば、樹脂(2)が、不飽和基を有する樹脂(B)に加えてケイ素に直接結合した水素原子を有する樹脂(C)、及び硬化性触媒(E)を有することにより、組成物から塗布膜を形成する際に表面修飾金属酸化物(A)間の空隙を樹脂で良好に埋めることが可能となり、塗布膜の屈折率を高めることができる。この場合、硬化性触媒(E)としてヒドロシリル化触媒(E1)を存在させることは、組成物から得られた塗布膜の硬化後の膜強度を向上させる点で有利である。
(1)ベンゾフェノン誘導体;例えば、ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン等
(2)アセトフェノン誘導体;例えば、トリクロロアセトフェノン、2,2’−ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチルプロパン−1−オン、フェニルグリオキシル酸メチル、(2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン)(BASF株式会社製IRGACURE(登録商標)127)等
(3)チオキサントン誘導体;例えば、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン等
(4)ベンジル誘導体;例えば、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルアセタール等
(5)ベンゾイン誘導体;例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチル−1フェニルプロパン−1−オン等
(6)オキシム系化合物;例えば、1−フェニル−1,2−ブタンジオン−2−(O−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−ベンゾイル)オキシム、1,3−ジフェニルプロパントリオン−2−(O−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−3−エトキシプロパントリオン−2−(O−ベンゾイル)オキシム、1,2−オクタンジオン、1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)](BASF株式会社製IRGACURE(登録商標)OXE−01)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)(BASF株式会社製IRGACURE(登録商標)OXE02)等
(8)α−アミノアルキルフェノン系化合物;例えば、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(BASF株式会社製IRGACURE(登録商標)369)、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)ブタン−1−オン等
(9)フォスフィンオキサイド系化合物;例えば、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド(BASF株式会社製DAOCURE(登録商標)TPO)等
(10)チタノセン化合物;例えば、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニル)チタニウム等
(11)ベンゾエイト誘導体;例えば、エチル−p−(N,N−ジメチルアミノベンゾエイト)等
(12)アクリジン誘導体;例えば、9−フェニルアクリジン等
これら光ラジカル発生剤は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、熱ラジカル発生剤と光ラジカル発生剤を混合して使用しても良い。
また、本実施形態の組成物には必要に応じて溶剤を添加することができる。溶剤としては、従来公知のものを任意に用いることができる。硬化、成形時の発泡、及び硬化物中の溶剤の残存を防止するため、溶剤の含有量は、組成物の固形分100質量部に対し、1900質量部以下であることが好ましく、900質量部以下であることがより好ましい。上記溶剤の含有量は、組成物の固形分100質量部に対し、50質量部以上、更に1100質量部以上であってよい。
本開示はまた、前述した粒子(1)と、分散媒とを含む分散体を提供する。分散媒としては、上記の溶剤と同様の従来公知のものを任意に用いることができる。分散媒の量は、粒子(1)100質量部に対して、塗膜性の観点から、好ましくは1900質量部以下、より好ましくは1500質量部以下であり、塗膜性の観点から、好ましくは100質量部以上、より好ましくは150質量部以上である。該分散体は、前述の組成物の調製に好適に使用できる。又は、該分散体と必要に応じて硬化性触媒とを用いて硬化物を形成することもできる。
本実施形態の別の態様は、上述した組成物の硬化物を含む透明複合材である。好ましい態様において、透明複合材は周期的な凹凸構造を有する。周期的な凹凸構造としては、凹凸構造層について後述するようなものを例示できる。
本開示の組成物の用途の一例として、特にこれに制限されるものではないが、半導体発光素子の輝度向上のための素子表面に形成された凹凸微細構造層としての利用が挙げられる。例えば、このような凹凸構造層を透明基材上に形成することにより、前述の透明複合材を形成できる。
本発明の別の態様は、上記透明複合材を含む光学素子を提供する。
光学素子は発光層、基板、及び上記に開示された凹凸構造層からなる積層体を個片化されることで製造できる。上記の発光素子は、界面での全反射による光のロスが低減されることで光取り出し効率が向上する点で好ましい。
発光層の構成は、半導体発光素子において一般的なものを採用することができ特に限定されないが、例えばGaN系半導体発光層を用いることができる。GaN系半導体発光層は、n−半導体層、p−半導体層、導電層、電極等から構成されている。n−半導体層は、第1のn型クラッド層としてのGaN層及び第2のn型クラッド層としてのIn0.02Ga0.98N層の積層体等である。なお、半導体発光素子の構成としては、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。さらに、量子井戸構造(単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造)を採用することもできる。
基板は、GaN等のガリウム窒化物、炭化珪素、シリコン等の半導体基板、サファイア、スピネル、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の酸化物基板、及びホウ化ジルコニウム等を用いることができる。汎用性の点から、GaN、炭化ケイ素、及びサファイアが好ましく、生産性の点からサファイアが特に好ましい。
上記積層体を発光素子に個片化する方法として、ダイシングを用いることができる。ダイシングの種類としては、機械的に基板を切断するブレードダイシング、レーザーを用いて基板表面でアブレーションを起こさせて基板を切断する方法、レーザーで基板内部に改質層を形成し割断するダイシング等の公知の手法が用いられる。レーザーで基板内部に改質層を形成し割断するダイシングを用いる場合、切除除去エリアが小さく、カケが発生しにくいため生産性の観点で有利である。
合成した表面修飾剤(b)を重クロロホルムに溶解し、1HNMR(日本電子製NMR(核磁気共鳴)装置GSX400)を用いて、パルス幅を0.5秒、待ち時間を2秒、積算回数を16回として積算を行った。
粒子分散液を微細試料捕獲用の膜(コロジオン膜)上に滴下、乾燥後、日本電子製2000−FX透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた観察を行い、50個の粒子の一次粒子径の数平均を算出した。
粒子分散液を一部乾燥させてリガク製X線回折装置RU−200Xを用いて粉末X線回折を行い、文献記載の回折パターンから同定した。
上記体積割合、及び密度は、表面修飾剤(a)及び(b)の密度を1g/mL、金属酸化物(c)の密度を文献値、すなわち酸化チタンであれば4.27、酸化ジルコニウムであれば5.67、チタン酸バリウムであれば6.02g/mLとし、下式により計算した。
金属酸化物(c)の体積割合=(金属酸化物(c)の質量/金属酸化物(c)の密度)/{表面修飾剤(a)の質量/表面修飾剤(a)の密度)+表面修飾剤(b)の質量/表面修飾剤(b)の密度)+金属酸化物(c)の質量/金属酸化物(c)の密度)}
上記計算に用いる、実際に金属酸化物(c)の表面に修飾された表面修飾剤(a)及び(b)の量は、表面修飾金属酸化物(A)を重THFに分散させ、トルエンを内標とし、1H−NMRを測定することにより定量した。調製したサンプル溶液の1H−NMR測定結果から、(a)に対応する官能基の水素原子のピーク面積(3H)、又は(b)に対応する官能基の水素原子のピーク面積(すなわちD−TMSを用いた場合のSiCH3基21H)と、トルエンのベンゼン環のピーク面積(5H)との比より、表面修飾金属酸化物(A)1g当りの表面修飾剤(a)及び(b)の導入量を定量した。また二重結合のピーク((a)に対応する官能基の水素原子のピーク面積(3H))から表面修飾金属酸化物(A)中の不飽和官能基濃度を算出した。
表面修飾金属酸化物(A)の屈折率は下記式(Maxwell−Garnettの式)を用いて概算した。
窒素雰囲気下に置換した容量2Lのセパラブルフラスコにトルエン(和光純薬製、脱水)800g、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン128.6g(東京化成製)、トリメトキシビニルシラン71.4g(東京化成製)、を秤量し、白金のテトラメチルジビニルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)の2wt%キシレン溶液(Gelest製)110μLを加えた。還流管をセットし、窒素雰囲気下で、オイルバスを用いて60℃で加熱反応させた。8時間後、室温まで空冷した。GCによるトリメトキシビニルシランの転化率は100%であった。エバポレータを用いて4kPa、70℃でトルエンを留去した。さらに0.57kPa、120℃で減圧蒸留(沸点103℃、0.57kPa)を行い精製し、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルトリメトキシシラン(D−TMS)を得た。1H−NMRにより同定したビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルトリメトキシシランとビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルトリメトキシシランの生成比率は物質量比で90:10であり、GCにより測定した純度は99%であった。
窒素雰囲気下に置換した容量2Lのセパラブルフラスコにトルエン(和光純薬製、脱水)800g、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン134.4g(東京化成製)、ジメトキシメチルビニルシラン65.6g(東京化成製)、を秤量し、白金のテトラメチルジビニルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)の2wt%キシレン溶液(Gelest製)110μLを加えた。還流管をセットし、窒素雰囲気下で、オイルバスを用いて60℃で加熱反応させた。8時間後、室温まで空冷した。GCによるトリメトキシビニルシランの転化率は100%であった。エバポレータを用いて4kPa、70℃でトルエンを留去した。さらに0.57kPa、120℃で減圧蒸留を行い精製し、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルジメトキメチルシシラン(D−DMS)を得た。1H−NMRにより同定したビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルジメトキシメチルシランとビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルエチルジメトキシメチルシランの生成比率は物質量比で89:11であり、GCにより測定した純度は99%であった。
窒素雰囲気下に置換した容量1Lのセパラブルフラスコに、2−メトキシエタノール(和光純薬製、純度99%以上)500mLを入れた。窒素雰囲気下で、2時間窒素で2−メトキシエタノールをバブリングすることにより脱気した。そこに金属バリウム54.9g(0.4M)(関東化学製、純度99%以上)、テトラエトキシチタン83.7mL(0.4M)(東京化学製、純度97%以上)を入れ、撹拌しながら130℃で2時間加熱し、金属バリウムとテトラエトキシチタンとを完全に溶解させた。2時間後、イオン交換水144mLを2−メトキシエタノールで溶解した液をN2でバブリングし、全液量が1100mLになるように加えた。オイルバスを用いて130℃で3時間撹拌してチタン酸バリウムの分散溶液を得た。TEMにより平均45nmのナノ粒子が得られ、XRD回折ピークがチタン酸バリウムに一致することを確認した。
300mLの三口フラスコ中にSRD−M(堺化学製、17質量%酸化チタンメタノール分散液)50g、合成例1で合成したD−TMS6.99g、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)(東京化成製)2.81gを入れた。1Nの水酸化ナトリウム水溶液1.22gをゆっくりと滴下し、20℃で24h攪拌した。得られた溶液をアセトン250g中に再沈し、11,000rpmで10分間、遠心分離を行い、上澄み液を除去した。さらにアセトン115gを追加し、懸濁させ、再度遠心分離で表面修飾された酸化チタンを沈殿した。洗浄アセトンを除去し、メチルイソブチルケトン(MIBK)(和光純薬製)120gを追加し、超音波中で再分散させた。エバポレータを用いて残アセトンを除去し、15質量%のMIBKの表面修飾金属酸化物分散液を得た。各特性は表1に記載した。
300mLの三口フラスコ中にSZR−M(堺化学製、33質量%酸化ジルコニウムメタノール分散液)50g、D−TMS15.45g、ビニルトリメトキシシラン(東京化成製)2.06gを入れた。1Nの水酸化ナトリウム水溶液0.60gをゆっくりと滴下し、20℃で24h攪拌した。得られた溶液をアセトン250g中に再沈し、11,000rpmで10分間、遠心分離を行い、上澄み液を除去した。さらにアセトン115gを追加し、懸濁させ、再度遠心分離で表面修飾された酸化チタンを沈殿した。洗浄アセトンを除去し、テトラヒドロフラン(THF)(和光純薬製)120gを追加し、超音波中で再分散させた。エバポレータを用いて残アセトンを除去し、20質量%のTHFの表面修飾金属酸化物分散液を得た。各特性は表1に記載した。
合成例3のチタン酸バリウム分散液50gを用いた以外は、合成例4に準じた。
D−TMSからD−DMS9.98gに変えた以外は合成例4に準じた。
D−TMSを10.48gとし、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)に代えて3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)2.34gを用いた以外は合成例4に準じた。
D−TMSを10.48gとし、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)に代えてp−スチリルトリメトキシシラン2.11gを用いた以外は合成例4に準じた。
使用する表面修飾剤を、D−TMS 13.98gとし、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)を使用しなかった以外は合成例4に準じた。
D−TMSを用いず、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)を5.59gに変えた以外は合成例4に準じた
表面処理剤として、D−TMS、及びビニルトリメトキシシラン(VTMS)を用いず、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)を9.36g用いた以外は合成例5に準じた。
窒素雰囲気下に置換した容量2Lのセパラブルフラスコにトルエン(和光純薬製、脱水)を800g、トリメチルビニルシラン(東京化成製)73.5g、トリエトキシシラン(東京化成製)126.5gを秤量し、還流管をセットし、窒素雰囲気下で、オイルバスを用いて60℃で加熱反応した。2時間後、室温まで空冷した。GCによるトリメチルビニルシランの転化率は100%であった。エバポレータを用いて4kPa、70℃でトルエンを留去した。さらに0.3kPa、90℃で減圧蒸留(沸点 65℃、0.3kPa)を行い精製し、トリメチルシリルエチルトリエトキシシランを得た。1H−NMRにより同定した2−トリメチルシリルエチルトリエトキシシランと1−トリメチルシリルエチルトリエトキシシランの生成比率は物質量比で87:13であった。
表面修飾剤を合成例13で合成したトリメチルシリルエチルトリエトキシシラン4.98g、及びビニルトリメトキシシラン(VTMS)(東京化成製)2.81gに変えた以外は合成例4に準じた。
表面修飾剤をD−TMS15.45g、及び3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)4.68gに変えた以外は合成例5に準じた。
シリコンウェハ上に、各実施例に対応する組成物を、スピンコーターを用いて10nm厚に塗布し、120℃で60分加熱・硬化(若しくは光開始剤を入れたものに関しては1,000 mJ/cm2で露光・硬化)し、自動エリプソメーター(溝尻光学工業所製、DVA−36LA)で波長589nmにおける屈折率を測定した。
5cm□のガラス基板の上に膜厚1μmの厚みで組成物を塗布し、120℃で60分加熱・硬化(若しくは光開始剤を入れたものに関しては1,000 mJ/cm2で露光・硬化)した。島津製作所製の紫外可視光分光光度計 UV−1600PCを用いて、波長800nm〜300nmにおける透過率を測定し、400nmでの透過率が80%以上のものを○、80%以下のものを×とした。
5cm□のガラス基板の上に膜厚1μmの厚みで組成物を塗布し、130℃で60分加熱・硬化(若しくは光開始剤を入れたものに関しては1,000 mJ/cm2で露光・硬化)した。大気下120℃のオーブン中で400時間耐熱試験を行った。0時間のYI(E313)と400時間後のYI(E313)を分光測色計CM−3600(コニカミノルタ製)で測定し、そのYI(313)の差をΔYIとし、ΔYIが1以下のものを○、1を超え3以下のものを△、3を超え5以上のものを×とした。
5cm□のガラス基板の上に膜厚1μmの厚みで組成物を塗布し、120℃で60分加熱・硬化(若しくは光開始剤を入れたものに関しては1,000 mJ/cm2で露光・硬化)した。得られた硬化物を、7Wの365nmのUV−LED光源で、50℃で、144時間曝露試験を行った。0時間のYI(E313)と400時間後のYI(E313)を分光測色計CM−3600(コニカミノルタ製)で測定し、そのYI(313)の差をΔYIとし、ΔYIが1以下のものを○、1を超え4以下のものを△、4を超え5以上のものを×とした。
合成例4の表面修飾酸化チタンナノ粒子MIBK15質量%分散液を10g、DMS−V05(Gelest製)0.132g、2,4,6,8,10−ペンタメチル−1,3,5,7,9−ペンタオキサ−2,4,6,8,10−ペンタシラシクロデカン(Aldrich製)0.0269g、(2−エチル−1−ヒドロキシヘキシル)アセチレン(東京化成)1.97mg、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン白金(0)錯体溶液(Aldrich製)2wt%キシレン溶液をPt純分で固形物に対して3ppmになるよう、組成物をよく混合し、均一溶液にすることで組成物を調合した。5cm□のガラス基板上にバーコータを用いて硬化後1μm厚みで塗布し、120℃で2時間硬化することで透明複合材薄膜を得た。
調製法及び硬化は実施例1に準じ、表1の配合割合で組成物を調製し、熱硬化した。
合成例7の表面修飾酸化チタンナノ粒子MIBK20質量%分散液を10g、1,3−ベンゼンジチオール(アルドリッチ製)0.184gにテトラビニルシラン0.073g(信越シリコーン製)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル−フェニルホスフィンオキシド(Irgacure(登録商標)819(BASF(株)製))0.04g、N−ニトロソフェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩(和光純薬工業(株)製:商品名「Q−1301」)0.06mgを配合し、よく混合し組成物を得た。5cm□のガラス基板上にバーコータを用いて硬化後1μm厚みで塗布し、メタルハライドランプ(フュージョンUVシステムズ・ジャパン製CV−110Q−G)を用いて1000mJ/cm2の光量で紫外線照射し、透明複合材薄膜を得た。
調製法及び硬化は実施例4に準じ、表1の配合割合で組成物を調製し、光硬化した。
調製法及び硬化は実施例1に準じ、表1の配合割合で組成物を調製し、熱硬化した。硬化物中で酸化チタンが沈殿し、透明な硬化膜が得られなかった。
調製法及び硬化は実施例4に準じ、表1の配合割合で組成物を調製し、光硬化した。
ダイシング後のチップを1インチSEM台にカーボンペーストを用いて貼り付け、オスミウム蒸着したものを、FE−SEM(日立ハイテク社製の電界放出形走査電子顕微鏡、SU−8010)を用いて50,000倍で観察し、凹凸微細構造層の微細構造の高さ及び幅を確認した。電子顕微鏡像において、凹凸微細構造としての突起の底部Bと頂部Tとを画定し、微細構造の高さhを求めた。また凹凸微細構造としての突起の幅wとして、アスペクト比 =h/wを求めた。
1mm□に個片化した発光素子の上に3mmφ半球レンズ型にLED封止材(SCR1016、信越シリコーン製)を成形し、100℃で1時間、150℃で5時間加熱し、半導体発光素子を作製した。作製した半導体発光素子について、発光量の測定を行い、リファレンスに対して発光量が1.2倍以上のものを◎、1.1倍以上1.2倍未満のものを○、1.05倍以上1.1倍未満のものを△、1.05倍未満のものを×とした。
(11)で作製した素子で、Tjが180℃になるように、外部温度を85℃に設定し、100mAで通電し続けた。96時間後の半導体発光素子について、発光量の測定を行い、通電試験前に対して発光量が0.9倍以上のものを○、0.8倍以上0.9倍未満のものを△、0.8倍未満のものを×とした。
上記の発光層付基板の発光層と反対側の面に、実施例1に記載の組成物を用いて表1に記載の凹凸構造を有する光学シートを張り付けることで、積層体を形成した。積層体を1mm□に個片化した発光素子を作成した。結果は表2に示した。
[実施例13]
実施例3の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例14]
実施例4の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例15]
実施例5の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例16]
実施例6の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例17]
実施例7の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例18]
実施例8の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作成した。
[実施例19]
実施例9の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
[実施例20]
実施例10の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
比較例3の組成物を用い、実施例11に準じ、凹凸構造をもつ個片化された発光素子を作製した。
Claims (12)
- 粒子(1)と、樹脂(2)とを含む組成物であって、
前記粒子(1)が、不飽和基を有する表面修飾剤(a)、及び下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
{式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}
で表される表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)を表面修飾して得られた表面修飾金属酸化物(A)を含み、
前記金属酸化物(c)が酸化チタンであり、
前記樹脂(2)が、分子中に不飽和基を2つ以上有する樹脂(B)を含み、
前記粒子(1)及び前記樹脂(2)の合計に対する前記粒子(1)の体積比率が60体積%〜80体積%である、組成物。 - 前記樹脂(B)が有する前記不飽和基がアクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、及びアリル基からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項1に記載の組成物。
- 前記樹脂(2)が、ケイ素に直接結合した水素原子を有する樹脂(C)又はチオール基を有する樹脂(D)を更に含み、かつ、前記組成物が硬化性触媒(E)を更に含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記表面修飾剤(a)が有する前記不飽和基がアクリル基、メタクリル基、ビニル基、及びアリル基からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記一般式(1)におけるnが0又は1である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面修飾金属酸化物(A)の屈折率が1.8以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面修飾金属酸化物(A)において、前記表面修飾剤(a)に由来する構造、前記表面修飾剤(b)に由来する構造及び前記金属酸化物(c)に由来する構造の合計に対する金属酸化物(c)に由来する構造の比率が70〜99体積%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記粒子(1)の平均一次粒子径が1nm〜100nmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物の硬化物を含む、透明複合材。
- 周期的な凹凸構造を有する、請求項9に記載の透明複合材。
- 請求項9又は10に記載の透明複合材を含む、光学素子。
- 粒子(1)、樹脂(2)及び分散媒を含む分散体であって、
前記粒子(1)が、不飽和基を有する表面修飾剤(a)、及び下記一般式(1):
R1R2R3Si−Y−SiR4 nX3-n (1)
式中、R1、R2及びR3は、各々独立に、炭素数1〜18の炭化水素基、又は置換若しくは非置換のシロキシ基であり、R4は置換若しくは非置換の飽和アルキル基であり、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、又はアセトキシ基であり、Yは二価の結合基であり、そしてnは0〜2の整数である。}
で表される表面修飾剤(b)を含む表面修飾剤で金属酸化物(c)を表面修飾して得られた表面修飾金属酸化物(A)を含み、
前記金属酸化物(c)が酸化チタンであり、
前記樹脂(2)が、分子中に不飽和基を2つ以上有する樹脂(B)を含み、
前記粒子(1)及び前記樹脂(2)の合計に対する前記粒子(1)の体積比率が60体積%〜80体積%である、分散体。
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