透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体
【課題】貼付する発熱体の稼動温度で透明性と伝導性に優れる透明熱伝導性組成物および透明熱伝導性成形体を提供すること。
【解決手段】高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物において、下記数式（１）
【数１】
（但し、数式（１）において、ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率、α：マトリクス材の線膨張係数、(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数、ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率、Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。）によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材とでなる透明熱伝導性組成物とした。
【解決手段】高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物において、下記数式（１）
【数１】
（但し、数式（１）において、ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率、α：マトリクス材の線膨張係数、(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数、ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率、Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。）によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材とでなる透明熱伝導性組成物とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透明性と熱伝導性を兼ね備えた透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの画像表示装置は、高性能化が進むのに伴い制御モジュールや光源などからの発熱が大きくなっている。そこで、現状の熱対策としては、放熱シートや放熱グリスなどを用いて、熱源からヒートシンクや筐体に熱を逃がすなどの手法が採られている。しかし、さらなる高性能化が進むに従い現状の熱対策では対応できなくなる可能性がある。新たな対策として、画像表示部から放熱させることが考えられるが、画像表示部を構成している透明樹脂は熱伝導性が低いため実現が難しく、この対策を具現化するには透明かつ高熱伝導性を有する材料が求められている。
【０００３】
また、液晶ディスプレイのバックライトや照明の光源などに用いられる発光ダイオードにおいて特に高輝度タイプのものは、これら発光素子より発生した熱をより効率的に逃がす放熱経路が必要である。通常輝度タイプの放熱経路は発生した熱をリードフレームや基板を通じて逃がしているが、高輝度タイプの放熱要求に応えるためにはこの放熱経路だけでは不十分である。新たな放熱経路として、レンズ部側から熱を逃がすことが考えられるが、レンズに用いられているエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透明樹脂は熱伝導性に乏しいため、これらの透明樹脂に熱伝導性を付与することが求められている。
【０００４】
以上のような要求に応えるものとして、例えば、熱伝導性に優れる気相法炭素繊維を透明樹脂に配合した特開２００７−０９１８８４号公報（特許文献１）に記載の透明高熱伝導性樹脂組成物及びそれを用いた発光ダイオードや、平均繊維径が可視光の波長（３８０〜８００ｎｍ）より小さいセルロース繊維を透明樹脂に配合することで透明性と熱伝導性を両立した特開２００７−１４６１４３号公報（特許文献２）に記載の繊維強化複合樹脂組成物及び接着剤、封止剤が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９１８８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの特許文献に記載された発明では透明樹脂内部の充填材の大きさを可視光の波長（３８０〜８００ｎｍ）以下にして、透明樹脂の中で光を散乱せずに透明に見えることを利用している。しかし、一般にナノオーダーの大きさの充填材は比表面積が大きいために、樹脂に配合すると粘度が上昇し易く、大量に充填するのが困難である。特に繊維状の充填材の場合は繊維どうしの絡み合いも関係するため、著しく増粘し易い。このため特開２００７−０９１８８４号公報（特許文献１）記載の樹脂組成物は、気相法炭素繊維の充填量が少なく、不十分な熱伝導率となっている。また特開２００７−１４６１４３号公報（特許文献２）記載の樹脂組成物は、直径が可視光の波長より小さい繊維を最大で７５％含んでおり、熱伝導性、透明性ともに良好な特性を示している。しかし、これだけの量の繊維を充填するためには、セルロース繊維の希薄な水懸濁液と液状樹脂を混ぜ、攪拌しながらの加圧と減圧を何回も繰り返して水と液状樹脂を置換するという非常に煩雑な製造工程を必要としている。
【０００７】
このような背景から出願人は、比較的粒径の大きい熱伝導性充填材と、この熱伝導性充填材の屈折率と略同一の屈折率を有するマトリクス材を含む透明な熱伝導性組成物を創作した。このような熱伝導性組成物は、固化させてシート状成形体とすることで発熱体に貼付し、発熱体の熱量や熱設計に応じた温度まで加熱された状態で用いる。ところが、発明者らの実験において、常温で透明な熱伝導性成形体が、温度の上昇にともなって、その透明性が低下することが見出され、見た目には透明な熱伝導性成形体であっても、実際の使用温度では透明性を維持できないことが懸念された。
【０００８】
以上のような技術を背景としてなされたのが本発明である。すなわち、本発明の目的は、熱伝導性に優れ、貼付する発熱体の稼動温度で透明性にも優れる透明熱伝導性組成物および透明熱伝導性成形体を提供することにある。また、本発明の目的は簡易な工程で製造できる透明熱伝導性組成物および透明熱伝導性成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく以下の構成を提供する。
即ち、高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物であって、下記数式（１）
【数１】
但し、数式（１）において、
ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率
α：マトリクス材の線膨張係数
(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数
ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率
Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。
によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材でなる透明熱伝導性組成物である。
【００１０】
マトリクス材の２５℃における実際の屈折率と数式（１）により求められる２５℃におけるマトリクス材の最適屈折率（以下、本明細書において単に「最適屈折率」ともいう）との差の絶対値を０．０１未満としたため、所定温度Ｔにおいてマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値を０．０１未満とすることができる。なぜなら、所定温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率と同じ値である所定温度Ｔにおけるマトリクス材の屈折率を基準に数式（１）により求めた２５℃におけるマトリクス材の屈折率が最適屈折率ｎ’ｍ２５であるからである。よって、最適屈折率ｎ’ｍ２５に対し差の絶対値が０．０１未満となる屈折率を２５℃で有するマトリクス材を用いれば、その値から数式（１）を介して所定温度Ｔにおける屈折率を求めると、その温度Ｔでの熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値が０．０１未満となる。
【００１１】
したがって、所定温度Ｔにおいて、マトリクス材中で熱伝導性充填材によって光を拡散しにくくすることができ、所定温度Ｔで透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。即ち、所定温度Ｔを、発熱体が稼動している状態の温度とすれば、発熱体が稼動する温度において透明性の高い透明熱伝導性組成物となる。そしてこの透明熱伝導性組成物で成形体を形成すれば、透明性を維持することができ、曇り難く透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができる。
マトリクス材の２５℃における屈折率と数式（１）により求められる２５℃における最適屈折率との差の絶対値は０．０１未満であるが、０．００５未満であることがより好ましい。０．００５未満であれば全光線透過率がより高く、ヘイズ値がより低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体となるからである。
所定温度Ｔを、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を貼付する発熱体の発熱したときの温度、または発熱したと想定したときの想定温度である稼動温度Ｔとすれば、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が実際に用いられる際の温度、または実際に用いられる温度での透明性を高くすることができる。
【００１２】
マトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ'ｍ２５は、マトリクス材の線膨張係数（α）と、熱伝導性充填材の屈折率温度係数（（ｄｎ／ｄＴ)ｆ）、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率が分かれば所定温度（Ｔ）の関数として表されるため、所望の温度（Ｔ）において透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。
また、この透明熱伝導性組成物を得るには、マトリクス材と熱伝導性充填材とを配合し混練と脱泡を行って製造することができるため、加圧や減圧などの煩雑な工程を繰り返す必要がない簡単な工程で製造することができる。
【００１３】
前記所定温度Ｔを５０℃〜１４０℃とすることができる。即ち、所定温度Ｔを５０℃〜１４０℃の範囲内で設定した任意の温度において、透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。５０℃より低い温度では、こうした低温で稼動する発熱体は放熱の必要がほとんどなく透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を適用する必要が少ないからである。また、１４０℃を超える温度では、こうした高温まで発熱してしまう発熱体を冷却するには透明性が劣っても熱伝導率の高い材料を用いる方が好ましく、この場合も透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を適用する必要が少ないからである。
【００１４】
厚さ５００μｍ、温度Ｔで測定したヘイズ値が０％を超え５０％以下である透明性を有する透明熱伝導性組成物である。
温度Ｔにおける５００μｍの厚さで測定したヘイズ値を０％を超え５０％以下の値とすれば、温度Ｔにおいて高い透明性を有するため、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００１５】
熱伝導性充填材の屈折率は等方性とすることができる。熱伝導性充填材の屈折率を等方性とすれば、熱伝導性充填材の方向によらず温度Ｔでのマトリクス材の屈折率との差を小さくすることができる。
【００１６】
主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を該マトリクス材に含有することができる。主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を含有することとしたため、主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率と最適屈折率ｎ’ｍ２５との差が絶対値で０．０１以上あったとしても、屈折率調整剤を含むマトリクス材としては、その差を絶対値で０．０１未満とすることができる。そのため、主材となる高分子組成物だけでは透明性が悪い場合であっても屈折率調整剤の添加で透明性を高くすることができる。
【００１７】
主材となる高分子組成物と硬化反応を起こす硬化剤をマトリクス材に含有することができる。主材となる高分子組成物との間で硬化反応を起こす硬化剤をマトリクス材の中に含むため、硬化剤独自の屈折率を考慮せずともマトリクス剤の屈折率に反映される。そのため、硬化剤を含んでいても透明性が高く光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００１８】
熱伝導性充填材の含有量を５０体積％〜７０体積％とすることができる。熱伝導性充填材を５０体積％〜７０体積％の割合で含有したため、熱伝導性が良く成形が容易な透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を実現することができる。熱伝導性充填材が５０体積％未満では熱伝導性を高め難い。また、７０体積％を超えると、透明熱伝導性組成物の粘度が上昇し、また気泡が入り易くなるためその製造が困難になる。また、温度Ｔにおいてヘイズ値が上がり、曇ってしまうおそれがある。
熱伝導性充填材の含有量は６０体積％〜７０体積％であることがより好ましい。熱伝導性が低くなく、透明性が高くヘイズ値が低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が得られるからである。
【００１９】
２５℃における１０ｒｐｍでの粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓとすることができる。２５℃における１０ｒｐｍでの粘度が、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓとすれば、透明熱伝導性組成物を幅広い用途に適用することができる。例えば、シート状やフィルム状に容易に成形することができる。また発熱体を含む電子部品間の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んで成形することができ、入り組んだ隙間であってもその隙間を透明熱伝導性成形体で埋めることができる。また、透明熱伝導性成形体を発熱体に密着させることができ、熱伝導性能の高まりを期待することができる。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満であると、加工性は良好であるが熱伝導性充填材の配合量が少なくなりがちで熱伝導性が低い傾向にあり、粘度が３０００００ｍＰａ・ｓを超えると、透明熱伝導性組成物が流動し難くなり、また製造も困難である。
【００２０】
そして、前記何れかの透明熱伝導性組成物の固化体である透明熱伝導性成形体を提供する。前記何れかの透明熱伝導性組成物を固化した透明熱伝導性成形体であれば、熱伝導性に優れ、所定温度Ｔにおいて透明性が高い成形体であり、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。また、所定温度Ｔを適宜変更しても、その変更した温度において透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができ、発熱体の性能に応じた透明熱伝導性成形体を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、発熱体の稼動温度に応じた温度で透明性が高い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を実現することができる。
また、本発明の透明熱伝導性組成物は、加圧や減圧などの煩雑な工程を繰り返す必要が無くマトリクス材と熱伝導性充填材とを配合し、混練と脱泡を行う簡単な工程で製造することができる。さらに本発明の透明熱伝導性成形体もこの透明熱伝導性組成物を固化することで簡単に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を具体的な実施形態に基づいて説明する。なお、以下の説明において稼動温度Ｔとは、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を用いて放熱する発熱体の発熱したときの温度、または発熱したと想定したときの想定温度を示す。換言すれば、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が実際に用いられる際の温度、または実際に用いられる温度と想定される温度を示す。
【００２３】
透明熱伝導性組成物：
透明熱伝導性組成物は、高分子組成物を主材とした液状で透明なマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有している。
マトリクス材は、熱伝導性充填材を包含するバインダーの役割を果すものであり、液状で透明または半透明である。このマトリクス材は、主材となる高分子組成物を含んでいる。
マトリクス材の屈折率は、稼動温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率との差が絶対値で０．０１未満であることが要求される。稼動温度Ｔでのマトリクス材と熱伝導性充填材との屈折率差がその絶対値で０．０１未満とすれば、稼動温度Ｔにおいてマトリクス材中で熱伝導性充填材による光の散乱を起こしにくくすることができ、透明性の高い透明熱伝導性組成物を実現することができる。そしてこの透明熱伝導性組成物で成形体を形成すれば、透明性を維持することができ、稼動温度Ｔにおいて透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができる。
【００２４】
絶対値の差が０．０１以上であると、マトリクス材中を透過する光がマトリクス材と熱伝導性充填材の界面で屈折し、光が散乱してしまい透明性が損なわれる。
このように稼動温度Ｔにおけるマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値の値を０．０１未満にするためには、２５℃における熱伝導性充填材の屈折率と、以下に説明するマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５との差を０．０１未満にすれば良い。このマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５について説明する。
【００２５】
透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体は、電子機器の発熱体に貼付される放熱部材であるから室温より高い温度環境下で用いられる。しかし、マトリクス材の屈折率温度係数と熱伝導性充填材の屈折率温度係数は異なるため、室温でのマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率とが略同等であっても、稼動温度Ｔではマトリクス材と熱伝導性充填剤の屈折率に差が出てしまう。その結果、稼動温度Ｔでの透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体の透明性が損なわれてしまう。稼動温度Ｔで透明性を高くするためには、稼動温度Ｔでのマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率を略同等にする必要がある。
【００２６】
熱伝導性充填材の稼動温度Ｔでの屈折率をｎｆＴ、２５℃での屈折率をｎｆ２５とすると、熱伝導性充填材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆは、次の数式（２）で表せる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｆ ＝（ｎｆT−ｎｆ２５）／（Ｔ−２５）・・・（２）
【００２７】
これを変形すると、次の数式（３）となる。
ｎｆＴ＝ｎｆ２５＋（Ｔ−２５）（ｄｎ／ｄＴ）ｆ・・・・・（３）
即ち、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率ｎｆ２５と屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆから稼動温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率ｎｆＴを計算することができる。
熱伝導性充填材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆは、温度調整機能の付属する屈折率測定装置（例えばＳＡＩＲＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製の「プリズムカプラＳＰＡシリーズ」）で測定することができる。例えばシリカでは（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６である。また、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率ｎｆ２５は、ベッケ法などの測定手法により測定することができる。例えばシリカではｎｆ２５＝１．４５８５である。
【００２８】
一方、マトリクス材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｍは、次の数式（４）で表すことができる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｍ＝（ｎ'ｍ２５−１）×（−３α）・・・・・（４）
但し、ｎ'ｍ２５はマトリクス材の２５℃での最適屈折率
αはマトリクス材の線膨張係数を示す。
また、マトリクス材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｍは、熱伝導性充填材の屈折率温度係数を表す数式（２）と同様に次の数式（５）でも表すことができる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｍ＝（ｎｍＴ−ｎｍ２５）／（Ｔ−２５）・・・・（５）
【００２９】
数式（４）と数式（５）から、次の数式（６）を導くことができる。
（ｎｍＴ−ｎｍ２５）／（Ｔ−２５）＝（ｎ'ｍ２５−１）×（−３α）・・・（６）
数式（６）を変形すると次の数式（７）になる。
ｎ'ｍ２５＝｛ｎｍＴ−３α（Ｔ−２５）｝／｛１−３α（Ｔ−２５）｝・・・（７）
【００３０】
ここで、稼動温度Ｔでの透明熱伝導性組成物の透明性を高めるためには、ｎｍＴがｎｆＴと略同等であることを発明者らは見出している。そのことから、ｎｍＴ＝ｎｆＴとして、数式（７）のｎｍＴにｎｆＴである数式（３）の右辺を代入すると、次の数式（１）を導くことができる。
【数２】
【００３１】
この数式（１）の中で、マトリクス材の線膨張係数αは熱機械分析装置などでその値を容易に測定することができる。例えば、シリコーンゴムでは２９０×１０−６／℃程度である。
したがって、稼動温度Ｔで稼動する発熱体に用いるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５は、マトリクス材の線膨張係数α、熱伝導性充填剤の２５℃における屈折率ｎｆ２５、熱伝導性充填剤の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆから数式（１）を用いて計算で求めることができるのである。
数式（１）を用いることにより、透明熱伝導性組成物を製造する場合に、稼動温度Ｔの下でマトリクス材の屈折率を測定する必要がなくなり、透明熱伝導性組成物の設計効率を大幅に高めることができる。
【００３２】
液状のマトリクス材の主材となる高分子組成物には、液状樹脂材料のほか、樹脂前駆体も含んでも良いものとし、この樹脂前駆体には、反応して樹脂材料となるモノマーやオリゴマーが含まれる。さらに高分子組成物は熱伝導性充填材を多量に配合するため、液状で低粘度であることが好ましい。
また、このマトリクス材には、主材となる高分子組成物以外にこの高分子組成物との間で硬化反応に寄与する硬化剤や、架橋剤、反応開始剤、可塑剤、溶剤などの更なる添加材を含んでいても良い。また、後述する屈折率調整剤を含んでいても良い。
例えば、主材である高分子組成物の粘度が高い場合や成形後の成形体の硬度を小さくしたい場合に可塑剤を添加したり、主材となる高分子組成物を可溶な溶剤で希釈したりすることができる。こうした添加材は透明性が高い方が好ましく、透明であることがより好ましい。
なお、上記添加材は、マトリクス材の２５℃における最適屈折率との差の絶対値が０．０１未満となる範囲で添加されている必要がある。
【００３３】
高分子組成物の材質としては、例えば、ビニル基を有する液状シリコーン、官能基を有する（メタ）アクリレート、２つ以上のエポキシ基を持つエポキシモノマーなどが挙げられる。また、硬化剤には、高分子組成物との間で硬化反応を起こす種々の硬化剤を用いることができる。例えば、Ｓｉ−Ｈ基を有するシリコーン、無水フタル酸化合物などが挙げられる。硬化剤も透明または半透明の硬化剤を用いることが好ましい。
そして、紫外線や電子線などの活性エネルギー線による方法、熱をかけて熱重合させる方法など、またこれらを併用して、液状の高分子組成物を架橋、硬化させることができる。
【００３４】
屈折率調整剤は、主材となる高分子組成物の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との稼動温度Ｔにおける差が大きい際に、マトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との稼動温度Ｔにおける差を絶対値で０．０１未満に調整するものである。
但し、透明熱伝導性組成物の調製時においては、最適屈折率との差の絶対値が０．０１以上である場合に添加して、２５℃におけるマトリクス材の実際の屈折率と最適屈折率の差が絶対値で０．０１未満にするものである。
【００３５】
主材となる高分子組成物の屈折率と最適屈折率との差が０．０１未満となるような材料の組合せは選択肢が少ないので、その差が大きい組合せであっても、屈折率調整剤を用いることによって透明性の高い透明熱伝導性組成物を実現することができる。
【００３６】
このような屈折率調整剤は、高分子組成物と混ざり合って透明になる必要がある。そして、高分子組成物の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より大きい場合には、屈折率調整剤の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より小さいものを選定する。また、高分子組成物の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より小さい場合には、屈折率調整剤の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より大きいものを選定する。
なお、屈折率調整剤は、高分子組成物と反応する官能基を持っていてもよい。また、硬化剤を屈折率調整剤として用いることもできる。
屈折率調整剤は、例えば、高分子組成物がシリコーン樹脂の場合にそのシリコーン樹脂とは別のシリコーン樹脂やシリコーンオイル等が挙げられる。
【００３７】
次に、屈折率調整剤の適用例を例示する。主材となる高分子組成物に液状シリコーン樹脂を用い、熱伝導性充填剤にシリカを用いた場合は、稼動温度Ｔ＝１００℃とすると、マトリクス材の線膨張係数α＝２９０×１０−６／℃（主材となる液状シリコーン樹脂の線膨張係数と略同一であるため主材となる高分子組成物である液状シリコーン樹脂の線膨張係数で代替）、熱伝導性充填剤の２５℃における屈折率ｎｆ２５＝１．４５８５、熱伝導性充填剤の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６であるから、これを上記数式（１）に代入してマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５を計算すると、１．４９１３となる。そこで、液状シリコーン樹脂に屈折率調整剤としてシリコーンオイル等を添加して、２５℃における実際のマトリクス材の屈折率を１．４８１３を超え１．５０１３未満に調整すれば、１００℃で透明性が高い透明熱伝導性組成物が得られることになる。
【００３８】
同様の計算を各温度に対して行うと、稼動温度が５０℃のときは２５℃での屈折率を１．４６８９±０．０１に（理解の容易のために「１．４６８９±０．０１」としたが、正確には『１．４５８９を超えて１．４７８９未満』の意である。以下同様とする）、６０℃のときは１．４７３３±０．０１に、７０℃のときは１．４７７６±０．０１に、８０℃のときは１．４８２１±０．０１に、９０℃のときは１．４８２１±０．０１に、１１０℃のときは１．４９６０±０．０１に、１２０℃のときは１．５００８±０．０１に、１３０℃のときは１．５０５８±０．０１に、１４０℃のときは１．５１０８±０．０１に、それぞれ調整すれば良い。
【００３９】
熱伝導性充填材としては、無機物や有機物でなる充填材を用いることができる。なかでも熱伝導率が高いことから無機物充填材を用いることが好ましいが、光を透過しない金属製の無機物充填材を用いることは難しい。
熱伝導性充填材としての無機物充填材は、その２５℃での屈折率が１．３８〜１．６５であることが好ましく、１．４２〜１．６０であることがより好ましい。２５℃での屈折率が１．６５より大きい無機物充填材や１．３８より小さい無機物充填材を用いると、屈折率の差の絶対値を０．０１未満にするように調整できるマトリクス材がある程度決まってくるため、マトリクス材の選択範囲が狭まり、また透明熱伝導性組成物の調製が困難になる。２５℃の屈折率が１．４２〜１．６０となる無機物充填材であれば、高分子組成物や屈折率調整剤の選択が容易になる。
【００４０】
２５℃で屈折率が１．４２〜１．６０である無機物充填材としては、水酸化アルミニウムや、水酸化マグネシウム、シリカなどが挙げられる。ここで、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムは、それらを熱伝導性成形体の熱伝導率値から推定して８Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有すると予想されている。シリカは、結晶性のもので８Ｗ／ｍ・Ｋ程度（結晶ｃ軸方向で１０．４Ｗ／ｍ・Ｋ、ｃ軸に垂直方向で６．２Ｗ／ｍ・Ｋ）、非結晶性のものでは１．３８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。
【００４１】
熱伝導性充填材の屈折率は、異方性が小さいほど好ましく、屈折率の異方性が無いこと、即ち、屈折率が等方性であることがより好ましい。熱伝導性充填材の屈折率が等方性であれば、熱伝導性充填材の方向によらずマトリクス材の屈折率との差を小さくすることができる。
熱伝導性充填材の形状は、略球状であることが好ましい。表面が滑らかでない破砕されたままの熱伝導性充填材を用いると、マトリクス材と熱伝導性充填材との界面で光が散乱してしまうおそれや、界面の気泡が抜けずに残ってしまい、透明性を低下させるおそれがある。こうした観点から球状シリカの方が破砕状シリカに比べて好ましい。
【００４２】
熱伝導性充填材の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましい。平均粒径が小さい熱伝導性充填材は比表面積が大きいため、平均粒径が大きい熱伝導性充填材と比較して得られる透明熱伝導性組成物の粘度が高くなり、熱伝導性充填材の高充填が困難になる。より好ましい熱伝導性充填材の平均粒径は４μｍ以上である。
また、熱伝導性充填材の最大粒子の粒径は１５μｍ以下であることが好ましい。形状が略球状である充填材は、粗大粒子に気泡を含有していることが多いため、マトリクス材に配合した際に透明性が低下するおそれがある。より好ましくは、１０μｍ以下である。
【００４３】
熱伝導性充填材の含有量は、透明熱伝導性組成物全体に対して５０体積％〜７０体積％であることが好ましい。熱伝導性充填材の含有量が５０体積％未満では熱伝導性を高め難い。熱伝導性充填材の含有量が７０体積％を超えると、透明熱伝導性組成物の粘度が上昇し、また気泡が入り易くなって、透明熱伝導性組成物の製造が困難になるからである。また、熱伝導率を高める観点からは、熱伝導性充填材を６０体積％〜７０体積％含有することがより好ましい。熱伝導性が低くなく、透明性が高くヘイズ値が低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が得られるからである。
【００４４】
以上のような透明熱伝導性組成物の製造当初の粘度は、２５℃で回転速度１０ｒｐｍの条件において、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満である場合、熱伝導性組成物が流れ易く加工性が悪く、また熱伝導性も高くなりにくい。粘度が３０００００ｍＰａ・ｓを超えると、透明熱伝導性組成物の流動性が劣り、攪拌し難く、脱泡し難いためにこの透明熱伝導性組成物から得られる透明熱伝導性成形体に気泡が入り易くなる。さらに透明熱伝導性成形体が硬く脆くなり易い。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓの範囲であれば、容易にシート状やフィルム状に成形することができ、また発熱体を含む電子部品間の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んで成形することもできるなど、透明熱伝導性組成物を幅広い用途に用いることができる。
【００４５】
透明熱伝導性成形体：
上記の透明熱伝導性組成物から形成される透明熱伝導性成形体は、稼動温度Ｔで厚さ５００μｍにおけるヘイズ値（曇価）が５０％以下であることが好ましい。ヘイズ値は、透明熱伝導性成形体の内部又は表面の不明瞭な曇り様の外観の度合いを意味し、ヘイズ値が高い程この曇り様の外観の度合いが強く表れていることを示す。全光線透過率が９０％以上と高い値を示しても、白い曇り様の外観となるようなヘイズ値が高い場合は透明性に優れるとはいえない。したがって、稼動温度Ｔにおいてヘイズ値を５０％以下とすると、透明性に優れ、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００４６】
透明熱伝導性成形体の製造方法について説明する。
まず、マトリクス材と熱伝導性充填材とを混合して透明熱伝導性組成物を調製する。次に真空下で攪拌することにより脱泡する。そして、透明熱伝導性組成物を金型等に注入し固化させることで透明熱伝導性成形体を得る。
また、高分子組成物が溶剤に可溶な熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし、屈折率調整剤と熱伝導性充填材を添加して撹拌したのち、キャストしてシート状やフィルム状に成形することもできる。
さらにまた、ディスプレイの表面や照明の光源の表面に透明熱伝導性組成物を塗布したり、発熱体を含む電子部品等の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んだりした後、この透明熱伝導性組成物を硬化させて透明熱伝導性成形体を形成することができる。
【実施例】
【００４７】
次に実験例から本発明を説明する。
［１．試料の調製］ 本実験例では、マトリクス材に以下の液状シリコーンＡを用い、熱伝導性充填材に以下の非晶性球状シリカを用いて、稼動温度Ｔを１００℃としたときの上記数式（１）に基づいてマトリクス材の最適屈折率を計算した。そして、この最適屈折率の値に対する屈折率値の差が種々に変化するように、さらに屈折率調整剤を調整添加した以下に示す試料１〜試料３を作製した。
実験に用いた液状シリコーンＡの硬化物の線膨張係数はα＝２９０×１０−６／℃であり、シリカの２５℃における屈折率はｎｆ２５＝１．４５８５、非晶性球状シリカの屈折率温度係数は（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６である。これを数式（１）に代入するとマトリクス材の最適屈折率がｎ'ｍ２５＝１．４９１３と計算される。なお、液状シリコーンＢ、Ｃの硬化物の線膨張率の値は略同じであったため、それらの混合物の最適屈折率も同じ値であるとした。
【００４８】
試料１： 高分子組成物としての液状シリコーンＡ（主剤であるモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名：ＸＥ５８４４（Ａ））２５．０重量部と、その硬化剤Ａ（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名：ＸＥ５８４４（Ｂ)）２５．０重量部の液状混合物５０．０重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＢ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＰＤＶ−１６２５）４５．５重量部と、液状シリコーンＣ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＨＤＰ−１１１）４．５重量部を混合し、さらに硬化触媒（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名ＳＩＰ６８３２．２）０．００２５重量部を添加してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として屈折率が等方性で略球状の非晶性球状シリカ（株式会社龍森製、ＰＬＶ−６、平均粒径４．３μｍ、屈折率１．４５８５）４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。なお、透明熱伝導性組成物において前記熱伝導性充填剤は６６．７ｖｏｌ％である。
【００４９】
その透明熱伝導性組成物を樹脂フィルム上に塗布して、もう一枚の樹脂フィルムで挟み、気泡を生じないようにして一定の厚さとなるようにロールで延伸し、それを１２０℃の恒温槽で２０分間放置して透明熱伝導性組成物を硬化させてシート状の透明熱伝導性成形体を製造した。
一定の厚さとしては、全光線透過率及びヘイズ値の測定用試験片としての５００μｍと、熱伝導率測定用の試験片としての５ｍｍの２種類とした。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料１とした。試料１の組成は表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．４８９３であり、最適屈折率との差の絶対値は０．００２０であった。
【００５０】
試料２： 高分子組成物として上記液状シリコーンＡ：４５．０重量部と、その上記硬化剤Ａ：４５．０重量部の液状混合物：９０．０重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＤ（東レダウコーニング社製、商品名：ＯＥ−６５２０Ａ）５．０重量部とその硬化剤Ｄ（商品名：ＯＥ−６５２０Ｂ）５．０重量部の液状混合物：１０．０重量部を混合してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として上記非晶性球状シリカ：４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。
この透明熱伝導性組成物を試料１と同様にして透明熱伝導性成形体を製造した。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料２とした。試料２の組成も表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．５１０８であり、最適屈折率との差の絶対値は０．０１９５であった。
【００５１】
試料３： 高分子組成物として上記液状シリコーンＢ：８０．６重量部と、硬化剤Ｂ（東レダウコーニング社製、商品名：ＰＲＫ−３ ＣＡＴＡＬＹＳＴ−Ａ）１．０重量部の液状混合物：８１．６重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＥ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＤＭＳ−Ｈ０３）１８．４重量部と、上記硬化触媒：０．００５０重量部を混合してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として上記非晶性球状シリカ：４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。
この透明熱伝導性組成物を試料１と同様にして透明熱伝導性成形体を製造した。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料３とした。試料３の組成も表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．４６０４であり、最適屈折率との差の絶対値は０．０３０９であった。
【００５２】
【表１】
【００５３】
［２．試験方法］ 試料１〜試料３について、透明熱伝導性組成物の「粘度」と、マトリクス材の「２５℃での屈折率」、透明熱伝導性成形体の「１００℃での全光線透過率」、「１００℃でのヘイズ値」、「熱伝導率」を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
粘度： 試料１〜試料３の透明熱伝導性組成物の回転速度１０ｒｐｍ、２５℃での粘度を回転粘度計（ブルックフィールド社製、商品名：ＤＶ−Ｅ型、スピンドルＮｏ．１４）を用いて測定した。
２５℃での屈折率： 熱伝導性充填材を添加する前の試料１〜試料３のマトリクス材を硬化させ、マトリクス材のみでなる成形体を製造した後、２５℃での波長５８９ｎｍにおける屈折率を屈折計（株式会社アタゴ製、アッベ屈折計ＤＲ−Ｍ２）を用いて測定した。
１００℃での全光線透過率および１００℃でのヘイズ： 厚さ５００μｍの透明熱伝導性成形体である試料１〜試料３で全光線透過率及びヘイズ値測定用の試験片を作製した。そして、スガ試験機株式会社製ＴＭダブルビーム方式ヘイズコンピューターＨＺ−２を用いて、発熱体の稼動温度を想定した１００℃で全光線透過率及びヘイズ（曇価）を測定した。なお、上記温度条件を除いてＪＩＳ Ｋ７１３６記載の条件とした。
熱伝導率： 透明熱伝導性組成物である試料１〜試料３から厚さ５ｍｍの熱伝導率測定用の試験片を作製し、各試験片について、京都電子工業株式会社製迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて薄膜測定法にて熱伝導率を測定した。
【００５５】
［３．試験結果］ 試料１の透明熱伝導性成形体は、１００℃での高い全光線透過率と低いヘイズを有しており、かつ高い熱伝導率を示している。
試料２の透明熱伝導性成形体は、熱伝導率は高い値を示したものの、マトリクス材の１００℃での屈折率が熱伝導性充填材の１００℃での屈折率よりも高くなり、その差は０．０１９５と大きくなっている。この結果、透過光が散乱して全光線透過率が低下し、ヘイズが高くなっている。
試料３の透明熱伝導性成形体についても、熱伝導率は高い値を示したものの、マトリクス材の１００℃での屈折率が熱伝導性充填材の１００℃での屈折率よりも低くなり、その差が０．０３０９と大きくなっている。その結果、透過光が散乱して全光線透過率が低下し、ヘイズが高くなっている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は透明性と熱伝導性を兼ね備えた透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの画像表示装置は、高性能化が進むのに伴い制御モジュールや光源などからの発熱が大きくなっている。そこで、現状の熱対策としては、放熱シートや放熱グリスなどを用いて、熱源からヒートシンクや筐体に熱を逃がすなどの手法が採られている。しかし、さらなる高性能化が進むに従い現状の熱対策では対応できなくなる可能性がある。新たな対策として、画像表示部から放熱させることが考えられるが、画像表示部を構成している透明樹脂は熱伝導性が低いため実現が難しく、この対策を具現化するには透明かつ高熱伝導性を有する材料が求められている。
【０００３】
また、液晶ディスプレイのバックライトや照明の光源などに用いられる発光ダイオードにおいて特に高輝度タイプのものは、これら発光素子より発生した熱をより効率的に逃がす放熱経路が必要である。通常輝度タイプの放熱経路は発生した熱をリードフレームや基板を通じて逃がしているが、高輝度タイプの放熱要求に応えるためにはこの放熱経路だけでは不十分である。新たな放熱経路として、レンズ部側から熱を逃がすことが考えられるが、レンズに用いられているエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透明樹脂は熱伝導性に乏しいため、これらの透明樹脂に熱伝導性を付与することが求められている。
【０００４】
以上のような要求に応えるものとして、例えば、熱伝導性に優れる気相法炭素繊維を透明樹脂に配合した特開２００７−０９１８８４号公報（特許文献１）に記載の透明高熱伝導性樹脂組成物及びそれを用いた発光ダイオードや、平均繊維径が可視光の波長（３８０〜８００ｎｍ）より小さいセルロース繊維を透明樹脂に配合することで透明性と熱伝導性を両立した特開２００７−１４６１４３号公報（特許文献２）に記載の繊維強化複合樹脂組成物及び接着剤、封止剤が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９１８８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの特許文献に記載された発明では透明樹脂内部の充填材の大きさを可視光の波長（３８０〜８００ｎｍ）以下にして、透明樹脂の中で光を散乱せずに透明に見えることを利用している。しかし、一般にナノオーダーの大きさの充填材は比表面積が大きいために、樹脂に配合すると粘度が上昇し易く、大量に充填するのが困難である。特に繊維状の充填材の場合は繊維どうしの絡み合いも関係するため、著しく増粘し易い。このため特開２００７−０９１８８４号公報（特許文献１）記載の樹脂組成物は、気相法炭素繊維の充填量が少なく、不十分な熱伝導率となっている。また特開２００７−１４６１４３号公報（特許文献２）記載の樹脂組成物は、直径が可視光の波長より小さい繊維を最大で７５％含んでおり、熱伝導性、透明性ともに良好な特性を示している。しかし、これだけの量の繊維を充填するためには、セルロース繊維の希薄な水懸濁液と液状樹脂を混ぜ、攪拌しながらの加圧と減圧を何回も繰り返して水と液状樹脂を置換するという非常に煩雑な製造工程を必要としている。
【０００７】
このような背景から出願人は、比較的粒径の大きい熱伝導性充填材と、この熱伝導性充填材の屈折率と略同一の屈折率を有するマトリクス材を含む透明な熱伝導性組成物を創作した。このような熱伝導性組成物は、固化させてシート状成形体とすることで発熱体に貼付し、発熱体の熱量や熱設計に応じた温度まで加熱された状態で用いる。ところが、発明者らの実験において、常温で透明な熱伝導性成形体が、温度の上昇にともなって、その透明性が低下することが見出され、見た目には透明な熱伝導性成形体であっても、実際の使用温度では透明性を維持できないことが懸念された。
【０００８】
以上のような技術を背景としてなされたのが本発明である。すなわち、本発明の目的は、熱伝導性に優れ、貼付する発熱体の稼動温度で透明性にも優れる透明熱伝導性組成物および透明熱伝導性成形体を提供することにある。また、本発明の目的は簡易な工程で製造できる透明熱伝導性組成物および透明熱伝導性成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく以下の構成を提供する。
即ち、高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物であって、下記数式（１）
【数１】
但し、数式（１）において、
ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率
α：マトリクス材の線膨張係数
(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数
ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率
Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。
によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材でなる透明熱伝導性組成物である。
【００１０】
マトリクス材の２５℃における実際の屈折率と数式（１）により求められる２５℃におけるマトリクス材の最適屈折率（以下、本明細書において単に「最適屈折率」ともいう）との差の絶対値を０．０１未満としたため、所定温度Ｔにおいてマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値を０．０１未満とすることができる。なぜなら、所定温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率と同じ値である所定温度Ｔにおけるマトリクス材の屈折率を基準に数式（１）により求めた２５℃におけるマトリクス材の屈折率が最適屈折率ｎ’ｍ２５であるからである。よって、最適屈折率ｎ’ｍ２５に対し差の絶対値が０．０１未満となる屈折率を２５℃で有するマトリクス材を用いれば、その値から数式（１）を介して所定温度Ｔにおける屈折率を求めると、その温度Ｔでの熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値が０．０１未満となる。
【００１１】
したがって、所定温度Ｔにおいて、マトリクス材中で熱伝導性充填材によって光を拡散しにくくすることができ、所定温度Ｔで透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。即ち、所定温度Ｔを、発熱体が稼動している状態の温度とすれば、発熱体が稼動する温度において透明性の高い透明熱伝導性組成物となる。そしてこの透明熱伝導性組成物で成形体を形成すれば、透明性を維持することができ、曇り難く透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができる。
マトリクス材の２５℃における屈折率と数式（１）により求められる２５℃における最適屈折率との差の絶対値は０．０１未満であるが、０．００５未満であることがより好ましい。０．００５未満であれば全光線透過率がより高く、ヘイズ値がより低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体となるからである。
所定温度Ｔを、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を貼付する発熱体の発熱したときの温度、または発熱したと想定したときの想定温度である稼動温度Ｔとすれば、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が実際に用いられる際の温度、または実際に用いられる温度での透明性を高くすることができる。
【００１２】
マトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ'ｍ２５は、マトリクス材の線膨張係数（α）と、熱伝導性充填材の屈折率温度係数（（ｄｎ／ｄＴ)ｆ）、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率が分かれば所定温度（Ｔ）の関数として表されるため、所望の温度（Ｔ）において透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。
また、この透明熱伝導性組成物を得るには、マトリクス材と熱伝導性充填材とを配合し混練と脱泡を行って製造することができるため、加圧や減圧などの煩雑な工程を繰り返す必要がない簡単な工程で製造することができる。
【００１３】
前記所定温度Ｔを５０℃〜１４０℃とすることができる。即ち、所定温度Ｔを５０℃〜１４０℃の範囲内で設定した任意の温度において、透明性の高い透明熱伝導性組成物を得ることができる。５０℃より低い温度では、こうした低温で稼動する発熱体は放熱の必要がほとんどなく透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を適用する必要が少ないからである。また、１４０℃を超える温度では、こうした高温まで発熱してしまう発熱体を冷却するには透明性が劣っても熱伝導率の高い材料を用いる方が好ましく、この場合も透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を適用する必要が少ないからである。
【００１４】
厚さ５００μｍ、温度Ｔで測定したヘイズ値が０％を超え５０％以下である透明性を有する透明熱伝導性組成物である。
温度Ｔにおける５００μｍの厚さで測定したヘイズ値を０％を超え５０％以下の値とすれば、温度Ｔにおいて高い透明性を有するため、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００１５】
熱伝導性充填材の屈折率は等方性とすることができる。熱伝導性充填材の屈折率を等方性とすれば、熱伝導性充填材の方向によらず温度Ｔでのマトリクス材の屈折率との差を小さくすることができる。
【００１６】
主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を該マトリクス材に含有することができる。主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を含有することとしたため、主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率と最適屈折率ｎ’ｍ２５との差が絶対値で０．０１以上あったとしても、屈折率調整剤を含むマトリクス材としては、その差を絶対値で０．０１未満とすることができる。そのため、主材となる高分子組成物だけでは透明性が悪い場合であっても屈折率調整剤の添加で透明性を高くすることができる。
【００１７】
主材となる高分子組成物と硬化反応を起こす硬化剤をマトリクス材に含有することができる。主材となる高分子組成物との間で硬化反応を起こす硬化剤をマトリクス材の中に含むため、硬化剤独自の屈折率を考慮せずともマトリクス剤の屈折率に反映される。そのため、硬化剤を含んでいても透明性が高く光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００１８】
熱伝導性充填材の含有量を５０体積％〜７０体積％とすることができる。熱伝導性充填材を５０体積％〜７０体積％の割合で含有したため、熱伝導性が良く成形が容易な透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を実現することができる。熱伝導性充填材が５０体積％未満では熱伝導性を高め難い。また、７０体積％を超えると、透明熱伝導性組成物の粘度が上昇し、また気泡が入り易くなるためその製造が困難になる。また、温度Ｔにおいてヘイズ値が上がり、曇ってしまうおそれがある。
熱伝導性充填材の含有量は６０体積％〜７０体積％であることがより好ましい。熱伝導性が低くなく、透明性が高くヘイズ値が低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が得られるからである。
【００１９】
２５℃における１０ｒｐｍでの粘度は、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓとすることができる。２５℃における１０ｒｐｍでの粘度が、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓとすれば、透明熱伝導性組成物を幅広い用途に適用することができる。例えば、シート状やフィルム状に容易に成形することができる。また発熱体を含む電子部品間の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んで成形することができ、入り組んだ隙間であってもその隙間を透明熱伝導性成形体で埋めることができる。また、透明熱伝導性成形体を発熱体に密着させることができ、熱伝導性能の高まりを期待することができる。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満であると、加工性は良好であるが熱伝導性充填材の配合量が少なくなりがちで熱伝導性が低い傾向にあり、粘度が３０００００ｍＰａ・ｓを超えると、透明熱伝導性組成物が流動し難くなり、また製造も困難である。
【００２０】
そして、前記何れかの透明熱伝導性組成物の固化体である透明熱伝導性成形体を提供する。前記何れかの透明熱伝導性組成物を固化した透明熱伝導性成形体であれば、熱伝導性に優れ、所定温度Ｔにおいて透明性が高い成形体であり、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。また、所定温度Ｔを適宜変更しても、その変更した温度において透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができ、発熱体の性能に応じた透明熱伝導性成形体を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、発熱体の稼動温度に応じた温度で透明性が高い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を実現することができる。
また、本発明の透明熱伝導性組成物は、加圧や減圧などの煩雑な工程を繰り返す必要が無くマトリクス材と熱伝導性充填材とを配合し、混練と脱泡を行う簡単な工程で製造することができる。さらに本発明の透明熱伝導性成形体もこの透明熱伝導性組成物を固化することで簡単に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を具体的な実施形態に基づいて説明する。なお、以下の説明において稼動温度Ｔとは、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を用いて放熱する発熱体の発熱したときの温度、または発熱したと想定したときの想定温度を示す。換言すれば、透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が実際に用いられる際の温度、または実際に用いられる温度と想定される温度を示す。
【００２３】
透明熱伝導性組成物：
透明熱伝導性組成物は、高分子組成物を主材とした液状で透明なマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有している。
マトリクス材は、熱伝導性充填材を包含するバインダーの役割を果すものであり、液状で透明または半透明である。このマトリクス材は、主材となる高分子組成物を含んでいる。
マトリクス材の屈折率は、稼動温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率との差が絶対値で０．０１未満であることが要求される。稼動温度Ｔでのマトリクス材と熱伝導性充填材との屈折率差がその絶対値で０．０１未満とすれば、稼動温度Ｔにおいてマトリクス材中で熱伝導性充填材による光の散乱を起こしにくくすることができ、透明性の高い透明熱伝導性組成物を実現することができる。そしてこの透明熱伝導性組成物で成形体を形成すれば、透明性を維持することができ、稼動温度Ｔにおいて透明性の高い透明熱伝導性成形体を得ることができる。
【００２４】
絶対値の差が０．０１以上であると、マトリクス材中を透過する光がマトリクス材と熱伝導性充填材の界面で屈折し、光が散乱してしまい透明性が損なわれる。
このように稼動温度Ｔにおけるマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との差の絶対値の値を０．０１未満にするためには、２５℃における熱伝導性充填材の屈折率と、以下に説明するマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５との差を０．０１未満にすれば良い。このマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５について説明する。
【００２５】
透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体は、電子機器の発熱体に貼付される放熱部材であるから室温より高い温度環境下で用いられる。しかし、マトリクス材の屈折率温度係数と熱伝導性充填材の屈折率温度係数は異なるため、室温でのマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率とが略同等であっても、稼動温度Ｔではマトリクス材と熱伝導性充填剤の屈折率に差が出てしまう。その結果、稼動温度Ｔでの透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体の透明性が損なわれてしまう。稼動温度Ｔで透明性を高くするためには、稼動温度Ｔでのマトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率を略同等にする必要がある。
【００２６】
熱伝導性充填材の稼動温度Ｔでの屈折率をｎｆＴ、２５℃での屈折率をｎｆ２５とすると、熱伝導性充填材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆは、次の数式（２）で表せる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｆ ＝（ｎｆT−ｎｆ２５）／（Ｔ−２５）・・・（２）
【００２７】
これを変形すると、次の数式（３）となる。
ｎｆＴ＝ｎｆ２５＋（Ｔ−２５）（ｄｎ／ｄＴ）ｆ・・・・・（３）
即ち、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率ｎｆ２５と屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆから稼動温度Ｔにおける熱伝導性充填材の屈折率ｎｆＴを計算することができる。
熱伝導性充填材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆは、温度調整機能の付属する屈折率測定装置（例えばＳＡＩＲＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製の「プリズムカプラＳＰＡシリーズ」）で測定することができる。例えばシリカでは（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６である。また、熱伝導性充填材の２５℃における屈折率ｎｆ２５は、ベッケ法などの測定手法により測定することができる。例えばシリカではｎｆ２５＝１．４５８５である。
【００２８】
一方、マトリクス材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｍは、次の数式（４）で表すことができる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｍ＝（ｎ'ｍ２５−１）×（−３α）・・・・・（４）
但し、ｎ'ｍ２５はマトリクス材の２５℃での最適屈折率
αはマトリクス材の線膨張係数を示す。
また、マトリクス材の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｍは、熱伝導性充填材の屈折率温度係数を表す数式（２）と同様に次の数式（５）でも表すことができる。
（ｄｎ／ｄＴ）ｍ＝（ｎｍＴ−ｎｍ２５）／（Ｔ−２５）・・・・（５）
【００２９】
数式（４）と数式（５）から、次の数式（６）を導くことができる。
（ｎｍＴ−ｎｍ２５）／（Ｔ−２５）＝（ｎ'ｍ２５−１）×（−３α）・・・（６）
数式（６）を変形すると次の数式（７）になる。
ｎ'ｍ２５＝｛ｎｍＴ−３α（Ｔ−２５）｝／｛１−３α（Ｔ−２５）｝・・・（７）
【００３０】
ここで、稼動温度Ｔでの透明熱伝導性組成物の透明性を高めるためには、ｎｍＴがｎｆＴと略同等であることを発明者らは見出している。そのことから、ｎｍＴ＝ｎｆＴとして、数式（７）のｎｍＴにｎｆＴである数式（３）の右辺を代入すると、次の数式（１）を導くことができる。
【数２】
【００３１】
この数式（１）の中で、マトリクス材の線膨張係数αは熱機械分析装置などでその値を容易に測定することができる。例えば、シリコーンゴムでは２９０×１０−６／℃程度である。
したがって、稼動温度Ｔで稼動する発熱体に用いるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５は、マトリクス材の線膨張係数α、熱伝導性充填剤の２５℃における屈折率ｎｆ２５、熱伝導性充填剤の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆから数式（１）を用いて計算で求めることができるのである。
数式（１）を用いることにより、透明熱伝導性組成物を製造する場合に、稼動温度Ｔの下でマトリクス材の屈折率を測定する必要がなくなり、透明熱伝導性組成物の設計効率を大幅に高めることができる。
【００３２】
液状のマトリクス材の主材となる高分子組成物には、液状樹脂材料のほか、樹脂前駆体も含んでも良いものとし、この樹脂前駆体には、反応して樹脂材料となるモノマーやオリゴマーが含まれる。さらに高分子組成物は熱伝導性充填材を多量に配合するため、液状で低粘度であることが好ましい。
また、このマトリクス材には、主材となる高分子組成物以外にこの高分子組成物との間で硬化反応に寄与する硬化剤や、架橋剤、反応開始剤、可塑剤、溶剤などの更なる添加材を含んでいても良い。また、後述する屈折率調整剤を含んでいても良い。
例えば、主材である高分子組成物の粘度が高い場合や成形後の成形体の硬度を小さくしたい場合に可塑剤を添加したり、主材となる高分子組成物を可溶な溶剤で希釈したりすることができる。こうした添加材は透明性が高い方が好ましく、透明であることがより好ましい。
なお、上記添加材は、マトリクス材の２５℃における最適屈折率との差の絶対値が０．０１未満となる範囲で添加されている必要がある。
【００３３】
高分子組成物の材質としては、例えば、ビニル基を有する液状シリコーン、官能基を有する（メタ）アクリレート、２つ以上のエポキシ基を持つエポキシモノマーなどが挙げられる。また、硬化剤には、高分子組成物との間で硬化反応を起こす種々の硬化剤を用いることができる。例えば、Ｓｉ−Ｈ基を有するシリコーン、無水フタル酸化合物などが挙げられる。硬化剤も透明または半透明の硬化剤を用いることが好ましい。
そして、紫外線や電子線などの活性エネルギー線による方法、熱をかけて熱重合させる方法など、またこれらを併用して、液状の高分子組成物を架橋、硬化させることができる。
【００３４】
屈折率調整剤は、主材となる高分子組成物の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との稼動温度Ｔにおける差が大きい際に、マトリクス材の屈折率と熱伝導性充填材の屈折率との稼動温度Ｔにおける差を絶対値で０．０１未満に調整するものである。
但し、透明熱伝導性組成物の調製時においては、最適屈折率との差の絶対値が０．０１以上である場合に添加して、２５℃におけるマトリクス材の実際の屈折率と最適屈折率の差が絶対値で０．０１未満にするものである。
【００３５】
主材となる高分子組成物の屈折率と最適屈折率との差が０．０１未満となるような材料の組合せは選択肢が少ないので、その差が大きい組合せであっても、屈折率調整剤を用いることによって透明性の高い透明熱伝導性組成物を実現することができる。
【００３６】
このような屈折率調整剤は、高分子組成物と混ざり合って透明になる必要がある。そして、高分子組成物の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より大きい場合には、屈折率調整剤の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より小さいものを選定する。また、高分子組成物の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より小さい場合には、屈折率調整剤の屈折率が熱伝導性充填材の屈折率より大きいものを選定する。
なお、屈折率調整剤は、高分子組成物と反応する官能基を持っていてもよい。また、硬化剤を屈折率調整剤として用いることもできる。
屈折率調整剤は、例えば、高分子組成物がシリコーン樹脂の場合にそのシリコーン樹脂とは別のシリコーン樹脂やシリコーンオイル等が挙げられる。
【００３７】
次に、屈折率調整剤の適用例を例示する。主材となる高分子組成物に液状シリコーン樹脂を用い、熱伝導性充填剤にシリカを用いた場合は、稼動温度Ｔ＝１００℃とすると、マトリクス材の線膨張係数α＝２９０×１０−６／℃（主材となる液状シリコーン樹脂の線膨張係数と略同一であるため主材となる高分子組成物である液状シリコーン樹脂の線膨張係数で代替）、熱伝導性充填剤の２５℃における屈折率ｎｆ２５＝１．４５８５、熱伝導性充填剤の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６であるから、これを上記数式（１）に代入してマトリクス材の最適屈折率ｎ'ｍ２５を計算すると、１．４９１３となる。そこで、液状シリコーン樹脂に屈折率調整剤としてシリコーンオイル等を添加して、２５℃における実際のマトリクス材の屈折率を１．４８１３を超え１．５０１３未満に調整すれば、１００℃で透明性が高い透明熱伝導性組成物が得られることになる。
【００３８】
同様の計算を各温度に対して行うと、稼動温度が５０℃のときは２５℃での屈折率を１．４６８９±０．０１に（理解の容易のために「１．４６８９±０．０１」としたが、正確には『１．４５８９を超えて１．４７８９未満』の意である。以下同様とする）、６０℃のときは１．４７３３±０．０１に、７０℃のときは１．４７７６±０．０１に、８０℃のときは１．４８２１±０．０１に、９０℃のときは１．４８２１±０．０１に、１１０℃のときは１．４９６０±０．０１に、１２０℃のときは１．５００８±０．０１に、１３０℃のときは１．５０５８±０．０１に、１４０℃のときは１．５１０８±０．０１に、それぞれ調整すれば良い。
【００３９】
熱伝導性充填材としては、無機物や有機物でなる充填材を用いることができる。なかでも熱伝導率が高いことから無機物充填材を用いることが好ましいが、光を透過しない金属製の無機物充填材を用いることは難しい。
熱伝導性充填材としての無機物充填材は、その２５℃での屈折率が１．３８〜１．６５であることが好ましく、１．４２〜１．６０であることがより好ましい。２５℃での屈折率が１．６５より大きい無機物充填材や１．３８より小さい無機物充填材を用いると、屈折率の差の絶対値を０．０１未満にするように調整できるマトリクス材がある程度決まってくるため、マトリクス材の選択範囲が狭まり、また透明熱伝導性組成物の調製が困難になる。２５℃の屈折率が１．４２〜１．６０となる無機物充填材であれば、高分子組成物や屈折率調整剤の選択が容易になる。
【００４０】
２５℃で屈折率が１．４２〜１．６０である無機物充填材としては、水酸化アルミニウムや、水酸化マグネシウム、シリカなどが挙げられる。ここで、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムは、それらを熱伝導性成形体の熱伝導率値から推定して８Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有すると予想されている。シリカは、結晶性のもので８Ｗ／ｍ・Ｋ程度（結晶ｃ軸方向で１０．４Ｗ／ｍ・Ｋ、ｃ軸に垂直方向で６．２Ｗ／ｍ・Ｋ）、非結晶性のものでは１．３８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。
【００４１】
熱伝導性充填材の屈折率は、異方性が小さいほど好ましく、屈折率の異方性が無いこと、即ち、屈折率が等方性であることがより好ましい。熱伝導性充填材の屈折率が等方性であれば、熱伝導性充填材の方向によらずマトリクス材の屈折率との差を小さくすることができる。
熱伝導性充填材の形状は、略球状であることが好ましい。表面が滑らかでない破砕されたままの熱伝導性充填材を用いると、マトリクス材と熱伝導性充填材との界面で光が散乱してしまうおそれや、界面の気泡が抜けずに残ってしまい、透明性を低下させるおそれがある。こうした観点から球状シリカの方が破砕状シリカに比べて好ましい。
【００４２】
熱伝導性充填材の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましい。平均粒径が小さい熱伝導性充填材は比表面積が大きいため、平均粒径が大きい熱伝導性充填材と比較して得られる透明熱伝導性組成物の粘度が高くなり、熱伝導性充填材の高充填が困難になる。より好ましい熱伝導性充填材の平均粒径は４μｍ以上である。
また、熱伝導性充填材の最大粒子の粒径は１５μｍ以下であることが好ましい。形状が略球状である充填材は、粗大粒子に気泡を含有していることが多いため、マトリクス材に配合した際に透明性が低下するおそれがある。より好ましくは、１０μｍ以下である。
【００４３】
熱伝導性充填材の含有量は、透明熱伝導性組成物全体に対して５０体積％〜７０体積％であることが好ましい。熱伝導性充填材の含有量が５０体積％未満では熱伝導性を高め難い。熱伝導性充填材の含有量が７０体積％を超えると、透明熱伝導性組成物の粘度が上昇し、また気泡が入り易くなって、透明熱伝導性組成物の製造が困難になるからである。また、熱伝導率を高める観点からは、熱伝導性充填材を６０体積％〜７０体積％含有することがより好ましい。熱伝導性が低くなく、透明性が高くヘイズ値が低い透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体が得られるからである。
【００４４】
以上のような透明熱伝導性組成物の製造当初の粘度は、２５℃で回転速度１０ｒｐｍの条件において、５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ未満である場合、熱伝導性組成物が流れ易く加工性が悪く、また熱伝導性も高くなりにくい。粘度が３０００００ｍＰａ・ｓを超えると、透明熱伝導性組成物の流動性が劣り、攪拌し難く、脱泡し難いためにこの透明熱伝導性組成物から得られる透明熱伝導性成形体に気泡が入り易くなる。さらに透明熱伝導性成形体が硬く脆くなり易い。粘度が５０００ｍＰａ・ｓ〜３０００００ｍＰａ・ｓの範囲であれば、容易にシート状やフィルム状に成形することができ、また発熱体を含む電子部品間の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んで成形することもできるなど、透明熱伝導性組成物を幅広い用途に用いることができる。
【００４５】
透明熱伝導性成形体：
上記の透明熱伝導性組成物から形成される透明熱伝導性成形体は、稼動温度Ｔで厚さ５００μｍにおけるヘイズ値（曇価）が５０％以下であることが好ましい。ヘイズ値は、透明熱伝導性成形体の内部又は表面の不明瞭な曇り様の外観の度合いを意味し、ヘイズ値が高い程この曇り様の外観の度合いが強く表れていることを示す。全光線透過率が９０％以上と高い値を示しても、白い曇り様の外観となるようなヘイズ値が高い場合は透明性に優れるとはいえない。したがって、稼動温度Ｔにおいてヘイズ値を５０％以下とすると、透明性に優れ、光学用途の熱伝導性部材として好適に用いることができる。
【００４６】
透明熱伝導性成形体の製造方法について説明する。
まず、マトリクス材と熱伝導性充填材とを混合して透明熱伝導性組成物を調製する。次に真空下で攪拌することにより脱泡する。そして、透明熱伝導性組成物を金型等に注入し固化させることで透明熱伝導性成形体を得る。
また、高分子組成物が溶剤に可溶な熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし、屈折率調整剤と熱伝導性充填材を添加して撹拌したのち、キャストしてシート状やフィルム状に成形することもできる。
さらにまた、ディスプレイの表面や照明の光源の表面に透明熱伝導性組成物を塗布したり、発熱体を含む電子部品等の隙間に透明熱伝導性組成物を流し込んだりした後、この透明熱伝導性組成物を硬化させて透明熱伝導性成形体を形成することができる。
【実施例】
【００４７】
次に実験例から本発明を説明する。
［１．試料の調製］ 本実験例では、マトリクス材に以下の液状シリコーンＡを用い、熱伝導性充填材に以下の非晶性球状シリカを用いて、稼動温度Ｔを１００℃としたときの上記数式（１）に基づいてマトリクス材の最適屈折率を計算した。そして、この最適屈折率の値に対する屈折率値の差が種々に変化するように、さらに屈折率調整剤を調整添加した以下に示す試料１〜試料３を作製した。
実験に用いた液状シリコーンＡの硬化物の線膨張係数はα＝２９０×１０−６／℃であり、シリカの２５℃における屈折率はｎｆ２５＝１．４５８５、非晶性球状シリカの屈折率温度係数は（ｄｎ／ｄＴ）ｆ＝１０×１０−６である。これを数式（１）に代入するとマトリクス材の最適屈折率がｎ'ｍ２５＝１．４９１３と計算される。なお、液状シリコーンＢ、Ｃの硬化物の線膨張率の値は略同じであったため、それらの混合物の最適屈折率も同じ値であるとした。
【００４８】
試料１： 高分子組成物としての液状シリコーンＡ（主剤であるモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名：ＸＥ５８４４（Ａ））２５．０重量部と、その硬化剤Ａ（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名：ＸＥ５８４４（Ｂ)）２５．０重量部の液状混合物５０．０重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＢ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＰＤＶ−１６２５）４５．５重量部と、液状シリコーンＣ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＨＤＰ−１１１）４．５重量部を混合し、さらに硬化触媒（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名ＳＩＰ６８３２．２）０．００２５重量部を添加してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として屈折率が等方性で略球状の非晶性球状シリカ（株式会社龍森製、ＰＬＶ−６、平均粒径４．３μｍ、屈折率１．４５８５）４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。なお、透明熱伝導性組成物において前記熱伝導性充填剤は６６．７ｖｏｌ％である。
【００４９】
その透明熱伝導性組成物を樹脂フィルム上に塗布して、もう一枚の樹脂フィルムで挟み、気泡を生じないようにして一定の厚さとなるようにロールで延伸し、それを１２０℃の恒温槽で２０分間放置して透明熱伝導性組成物を硬化させてシート状の透明熱伝導性成形体を製造した。
一定の厚さとしては、全光線透過率及びヘイズ値の測定用試験片としての５００μｍと、熱伝導率測定用の試験片としての５ｍｍの２種類とした。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料１とした。試料１の組成は表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．４８９３であり、最適屈折率との差の絶対値は０．００２０であった。
【００５０】
試料２： 高分子組成物として上記液状シリコーンＡ：４５．０重量部と、その上記硬化剤Ａ：４５．０重量部の液状混合物：９０．０重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＤ（東レダウコーニング社製、商品名：ＯＥ−６５２０Ａ）５．０重量部とその硬化剤Ｄ（商品名：ＯＥ−６５２０Ｂ）５．０重量部の液状混合物：１０．０重量部を混合してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として上記非晶性球状シリカ：４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。
この透明熱伝導性組成物を試料１と同様にして透明熱伝導性成形体を製造した。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料２とした。試料２の組成も表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．５１０８であり、最適屈折率との差の絶対値は０．０１９５であった。
【００５１】
試料３： 高分子組成物として上記液状シリコーンＢ：８０．６重量部と、硬化剤Ｂ（東レダウコーニング社製、商品名：ＰＲＫ−３ ＣＡＴＡＬＹＳＴ−Ａ）１．０重量部の液状混合物：８１．６重量部と、屈折率調整剤として液状シリコーンＥ（Ｇｅｌｅｓｔ社製、商品名：ＤＭＳ−Ｈ０３）１８．４重量部と、上記硬化触媒：０．００５０重量部を混合してマトリクス材を調製した。次にこのマトリクス材に、熱伝導性充填材として上記非晶性球状シリカ：４１３重量部を加え、攪拌と真空脱泡を行い、透明熱伝導性組成物を調製した。
この透明熱伝導性組成物を試料１と同様にして透明熱伝導性成形体を製造した。こうして得た透明熱伝導性組成物及び透明熱伝導性成形体を試料３とした。試料３の組成も表１に示す。
マトリクス材の２５℃での屈折率は１．４６０４であり、最適屈折率との差の絶対値は０．０３０９であった。
【００５２】
【表１】
【００５３】
［２．試験方法］ 試料１〜試料３について、透明熱伝導性組成物の「粘度」と、マトリクス材の「２５℃での屈折率」、透明熱伝導性成形体の「１００℃での全光線透過率」、「１００℃でのヘイズ値」、「熱伝導率」を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
粘度： 試料１〜試料３の透明熱伝導性組成物の回転速度１０ｒｐｍ、２５℃での粘度を回転粘度計（ブルックフィールド社製、商品名：ＤＶ−Ｅ型、スピンドルＮｏ．１４）を用いて測定した。
２５℃での屈折率： 熱伝導性充填材を添加する前の試料１〜試料３のマトリクス材を硬化させ、マトリクス材のみでなる成形体を製造した後、２５℃での波長５８９ｎｍにおける屈折率を屈折計（株式会社アタゴ製、アッベ屈折計ＤＲ−Ｍ２）を用いて測定した。
１００℃での全光線透過率および１００℃でのヘイズ： 厚さ５００μｍの透明熱伝導性成形体である試料１〜試料３で全光線透過率及びヘイズ値測定用の試験片を作製した。そして、スガ試験機株式会社製ＴＭダブルビーム方式ヘイズコンピューターＨＺ−２を用いて、発熱体の稼動温度を想定した１００℃で全光線透過率及びヘイズ（曇価）を測定した。なお、上記温度条件を除いてＪＩＳ Ｋ７１３６記載の条件とした。
熱伝導率： 透明熱伝導性組成物である試料１〜試料３から厚さ５ｍｍの熱伝導率測定用の試験片を作製し、各試験片について、京都電子工業株式会社製迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて薄膜測定法にて熱伝導率を測定した。
【００５５】
［３．試験結果］ 試料１の透明熱伝導性成形体は、１００℃での高い全光線透過率と低いヘイズを有しており、かつ高い熱伝導率を示している。
試料２の透明熱伝導性成形体は、熱伝導率は高い値を示したものの、マトリクス材の１００℃での屈折率が熱伝導性充填材の１００℃での屈折率よりも高くなり、その差は０．０１９５と大きくなっている。この結果、透過光が散乱して全光線透過率が低下し、ヘイズが高くなっている。
試料３の透明熱伝導性成形体についても、熱伝導率は高い値を示したものの、マトリクス材の１００℃での屈折率が熱伝導性充填材の１００℃での屈折率よりも低くなり、その差が０．０３０９と大きくなっている。その結果、透過光が散乱して全光線透過率が低下し、ヘイズが高くなっている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物であって、下記数式（１）
【数１】
但し、数式（１）において、
ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率
α：マトリクス材の線膨張係数
(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数
ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率
Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。
によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材でなる透明熱伝導性組成物。
【請求項２】
前記所定温度Ｔが、５０℃〜１４０℃である請求項１記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項３】
厚さ５００μｍ、温度Ｔで測定したヘイズ値が０％を超え５０％以下である透明性を有する請求項１または請求項２記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項４】
前記熱伝導性充填材の屈折率が等方性である請求項１〜請求項３何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項５】
主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を該マトリクス材に含有する請求項１〜請求項４何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項６】
前記主材となる高分子組成物と硬化反応を起こす硬化剤を前記マトリクス材に含有する請求項１〜請求項５何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項７】
熱伝導性充填材の含有量が５０体積％〜７０体積％である請求項１〜請求項６何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項８】
請求項１〜請求項７何れか１項記載の透明熱伝導性組成物の固化体である透明熱伝導性成形体。
【請求項１】
高分子組成物を主材とする液状のマトリクス材中に熱伝導性充填材を含有し所定温度Ｔ（℃）で透明性を有する透明熱伝導性組成物であって、下記数式（１）
【数１】
但し、数式（１）において、
ｎ’ｍ２５：マトリクス材の２５℃における最適屈折率
α：マトリクス材の線膨張係数
(ｄｎ／ｄＴ)ｆ：熱伝導性充填材の屈折率温度係数
ｎｆ２５：熱伝導性充填材の２５℃における屈折率
Ｔ：所定温度、をそれぞれ表す。
によって求められるマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５とマトリクス材の２５℃における実際の屈折率の差が絶対値で０．０１未満となる関係を有するマトリクス材と熱伝導性充填材でなる透明熱伝導性組成物。
【請求項２】
前記所定温度Ｔが、５０℃〜１４０℃である請求項１記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項３】
厚さ５００μｍ、温度Ｔで測定したヘイズ値が０％を超え５０％以下である透明性を有する請求項１または請求項２記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項４】
前記熱伝導性充填材の屈折率が等方性である請求項１〜請求項３何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項５】
主材となる高分子組成物の２５℃における実際の屈折率とマトリクス材の２５℃における最適屈折率ｎ’ｍ２５との差を絶対値で０．０１未満にする屈折率調整剤を該マトリクス材に含有する請求項１〜請求項４何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項６】
前記主材となる高分子組成物と硬化反応を起こす硬化剤を前記マトリクス材に含有する請求項１〜請求項５何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項７】
熱伝導性充填材の含有量が５０体積％〜７０体積％である請求項１〜請求項６何れか１項記載の透明熱伝導性組成物。
【請求項８】
請求項１〜請求項７何れか１項記載の透明熱伝導性組成物の固化体である透明熱伝導性成形体。
【公開番号】特開２０１２−８２３１４（Ｐ２０１２−８２３１４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９５８８（Ｐ２０１０−２２９５８８）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
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