含氧雜環(huán)丁烷的化合物及其組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了含氧雜環(huán)丁烷的化合物，和含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸、和/或具有羧酸和潛在的羧酸官能團的化合物的組合物。所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物及其組合物用作粘合劑、密封劑和封裝劑，特別是用于LED器件的部件和用于LED器件的組件中。
【專利說明】含氧雜環(huán)丁烷的化合物及其組合物
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請要求2011年9月28日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/540，097的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其內(nèi)容并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及含氧雜環(huán)丁烷的化合物，以及含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸、和/或具有羧酸和潛在的羧酸官能團的化合物的組合物。含氧雜環(huán)丁烷的化合物及其組合物可用作粘合劑、密封劑和封裝劑(encapsulants),特別是用于LED器件的部件和LED器件的組件中。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)光二極管(“LED”)，特別是具有高功率或高亮度的那些，代替作為用于零售用途、建筑照明、汽車用途和街道照明的白熾燈和熒光燈，在照明和光能產(chǎn)生應(yīng)用中日益增長。
[0004]在LED制造中使用的封裝劑材料提供對硫化合物、氮氧化物、水分和氧的阻隔保護。在這些中，防硫化合物的保護是特別重要的，因為用作汽車上的頭燈或尾燈的LED暴露于來自輪胎和環(huán)境中的其它來源的硫化合物。硫化合物例如硫化氫氣體可透過LED封裝劑，并與LED封裝件中的任何鍍銀的引線框架表面反應(yīng)，由此將鍍覆的銀變成硫化銀。這導(dǎo)致鍍覆銀的表面黑化， 這可引起LED器件的光輸出的顯著減少。
[0005]封裝劑材料也有助于光提取(light extraction)。大多數(shù)LED半導(dǎo)體材料的折射率(η)相當高(例如，對于GaN LED n ^ 2.5并且對于AlGaInP LED n ^ 3.0);這意味著，顯著量的光在材料/空氣界面(對于空氣η = I)將被反射回到半導(dǎo)體材料中，導(dǎo)致LED效率的明顯損失。商用LED封裝劑通常具有介于半導(dǎo)體材料和空氣之間的1.41-1.57的折射率，并因此允許從半導(dǎo)體材料提取出更多的光并進入空氣中。高折射率、不變黃的封裝劑材料(η > 1.6)對于有效的光提取會是有利的。
[0006]將耐熱聚合物和/或聚合物復(fù)合材料用作封裝劑材料，并且已知其在熱老化條件下保持機械性質(zhì)(模量、延伸率、韌性、粘合強度)。這些對于LED應(yīng)用是重要的，但在連續(xù)使用下沒有良好的光學(xué)透明度，該聚合物仍然不合適。
[0007]傳統(tǒng)上，環(huán)氧樹脂已用作用于這種應(yīng)用的封裝劑材料，因為它們具有低透濕性、高折射率、高硬度和低的熱膨脹。然而，在暴露于光子通量和約100°C的溫度后環(huán)氧樹脂變黃。由于高耗電量，LED可達到高達150°C的操作溫度；因此，當使用環(huán)氧樹脂時，顯著影響了來自LED的光輸出。
[0008]已知基于硅樹脂的材料承受高溫和光子轟擊而不發(fā)展黃色著色。然而，硅樹脂通常顯示差的濕氣阻隔性、粘合性和機械性質(zhì)。在熱老化下聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯也具有合理的光學(xué)穩(wěn)定性，但本質(zhì)上為熱塑性的，當高于這些材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使用它們時，它們傾向于蠕變，損害了它們在這樣的應(yīng)用中的有用性。[0009]氧雜環(huán)丁烷也是已知的，但是它們沒有用于密封或包封LED。已知使用陽離子或陰離子催化劑的氧雜環(huán)丁烷的開環(huán)聚合導(dǎo)致聚醚結(jié)構(gòu)，其具有差的穩(wěn)定性、氧化和變黃(ZWWicks等人，Organic Coatings:Science and Technology,第 3版，John ffiley&Sons, Inc.,99(2007)。聚酯通常具有比聚醚更好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，并且可通過氧雜環(huán)丁烷與酸酐的共聚合來獲得。然而，氧雜環(huán)丁烷與酸酐的共聚合受所使用的催化劑影響。在許多情況下，該反應(yīng)得到聚酯-聚醚共聚物，由于存在具有易于氧化的氫(例如-CH2-O-CH2-上的那些)的醚鍵，這是不理想的。只有當使用某些鎗鹽作為催化劑時，獲得純聚酯。鎗催化劑引起變黃；它們還包含鹵素陰離子，這導(dǎo)致潛在的腐蝕，在清晰度、裝飾性和/或透過率是所需的性質(zhì)時使得它們?yōu)椴焕硐氲摹?br> [0010]提供具有改進的密封劑和封裝劑性質(zhì)、同時保持在高溫應(yīng)用中例如用于LED和光伏器件的優(yōu)異光學(xué)特性的可固化組合物將是有利的，其平衡了優(yōu)化的機械性質(zhì)，保留了熱老化后的光學(xué)透明度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸和/或具有羧酸官能團和潛在的羧酸官能團的化合物的組合物，該組合物用作粘合劑、密封劑和封裝劑，特別是用作LED器件的部件和用于LED器件的組件中?？蓡为毣蚪M合使用含氧雜環(huán)丁烷的化合物。為此目的，該含氧雜環(huán)丁烷的化合物可以是單官能團的氧雜環(huán)丁烷或多官能團的氧雜環(huán)丁烷。這里，多官能團意味著兩個或更多個；即，兩個或更多個氧雜環(huán)丁烷官能團。當組合使用時，含氧雜環(huán)丁烷的化合物可以是兩種或更多種單官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物、兩種或更多種多官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物、或一種或多種單官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物和一種或多種多官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物的組合。 [0012]特別關(guān)注的含氧雜環(huán)丁烷的化合物是氧雜環(huán)丁烷酯或氧雜環(huán)丁烷醚。
[0013]例如，由以下的一般結(jié)構(gòu)式所表示的單官能團或多官能團的脂族或芳族氧雜環(huán)丁烷酯樹脂是理想的，其中R為甲基或乙基，且η為1-6。
(U問
【權(quán)利要求】
1.可固化的組合物，其包含至少一種含氧雜環(huán)丁烷的化合物和如下物質(zhì)中的至少一種:羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物包含至少一個氧雜環(huán)丁烷官能團和至少一個潛在的羧酸官能團。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其還包含催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物是芳族含氧雜環(huán)丁烷的化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物具有至少一個與芳族底物連接的氧雜環(huán)丁烷酯官能團。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物具有至少一個與脂族底物連接的氧雜環(huán)丁烷酯官能團。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述羧酸是芳族羧酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述羧酸是脂族羧酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述潛在的羧酸是芳族潛在的羧酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述潛在的羧酸是脂族潛在的羧酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述潛在的羧酸是脂族酸酐。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述潛在的羧酸是芳族酸酐。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物與所述羧酸或所述潛在的羧酸以約0.7至約1:3的摩爾比存在。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述羧酸與所述潛在的羧酸各自存在于所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，當所述潛在的羧酸是脂族酸酐時，還包含催化劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中，所述催化劑選自含鋅的催化劑、含鉍的催化劑、含錫的催化劑和它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的組合物，其中，所述催化劑是含鋅的催化劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物,其還包含醇化合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其還包含選自環(huán)氧乙烷、硫雜環(huán)丙烷和硫代氧雜環(huán)丁烷的共反應(yīng)物。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其還包含選自光穩(wěn)定劑、抗氧化劑及它們的組合的穩(wěn)定劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物具有以下結(jié)構(gòu)，其中R為甲基或乙基，Ar為芳基:
22.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述含氧雜環(huán)丁烷的化合物選自以下的一種或多
23.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，其中，所述芳族羧酸選自苯甲酸、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、1，2，4-苯三甲酸、均苯三甲酸、萘甲酸、萘二甲酸的異構(gòu)體、和TMAn與二醇的加成物。
24.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，其中，所述具有羧酸和潛在的羧酸官能團的化合物選自:
25.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述潛在的羧酸選自:
26.根據(jù)權(quán)利要求8的組合物，其中，所述脂族羧酸是環(huán)己烷三羧酸1，2_酸酐。
27.LED器件，其包含: 基材，在所述基材上電連接LED，在LED上方和/或周圍形成包含含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物的封裝劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的LED組件，其還包含尺寸化且設(shè)置成位于LED周圍的反射器元件。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的LED組件，其還包含透鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的LED組件，其中，所述封裝劑還包含磷光體。
31.用于LED組件的反射器，其包含含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個 羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的反射器，其還包含反射元件。
33.用于LED組件的透鏡，其包含含氧雜環(huán)丁烷的化合物與羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
34.組合物，其包含磷光體、和含氧雜環(huán)丁烷的化合物、和羧酸或潛在的羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的組合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
37.制造用于LED組件的封裝劑組合物的方法，該方法的步驟包括: 提供一種或多種含氧雜環(huán)丁烷的化合物；和 提供如下物質(zhì)中的至少一種:羧酸、潛在的羧酸、具有至少一個羧酸官能團和至少一個潛在的羧酸官能團的化合物、或它們的混合物， 其中當在25°C至200°C的溫度下固化約I至約2小時的時間段時，封裝劑組合物表現(xiàn)出:通過UV/VIS分光光度計在450nm處測量的至少約85%的初始透明度并且在暴露于150°C的溫度下持續(xù)1，000小時的時間段后百分比透明度下降約10%;暴露于150°C下持續(xù)500小時的時間段后，通過BYK CIE測色儀測量的就變黃而言的小于10或百分比透射率下降小于約10%的熱穩(wěn)定性；具有大于1.5的折射率；和通過利用MOCON PERMATRAN-W-3/33在100%的相對濕度下在50°C下的水蒸汽透過率測量的小于2g*cm/[m2*天]的阻隔性能。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中，在暴露于150°C的溫度持續(xù)1，000小時的時間段后，測量百分比透明度下降。
39.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，所述至少一種含氧雜環(huán)丁烷的化合物包括單官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物和多官能團的含氧雜環(huán)丁烷的化合物的組合。
40.由下式表示的化合物:
41.由下式表示的化合物:
42.由下式表示的化合物:
43.根據(jù)權(quán)利要求42的化合物，其中R是乙基，X為直接鍵，且Y不存在。
【文檔編號】C08G61/12GK103958562SQ201280058222
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月28日
【發(fā)明者】孔勝前, 劉圃偉, S·吉利森, 謝東航, 曹荔蓉, D·J·達菲, A·Y·肖, E·巴里奧 申請人:漢高知識產(chǎn)權(quán)控股有限責任公司, 漢高股份有限及兩合公司