JP6760077B2 - 蛍光体組成物、蛍光体シート並びにそれらを用いた形成物、ledチップ、ledパッケージ、発光装置、バックライトユニット、ディスプレイおよびledパッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一つの実施形態である蛍光体組成物は、一般式(1)で表される有機化合物および無機蛍光体と、マトリックス樹脂とを含有する。本実施の形態において、この有機化合物は有機物の発光材料(すなわち有機発光材料)であり、これらの有機化合物および無機蛍光体は、各々、発光体から発光された光(発光光)をこの発光光よりも長波長の光へ変換するものである。また、蛍光体組成物に含有のマトリックス樹脂は、これらの有機化合物および無機蛍光体と混合して連続相を形成する樹脂である。
本実施の形態における有機化合物を表す一般式(1)において、R1、R2、Ar1〜Ar5およびLは、同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、複素環基、ハロゲン、ハロアルキル基、ハロアルケニル基、ハロアルキニル基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、隣接置換基との間に形成される縮合環および脂肪族環の中から選ばれる。Mは、m価の金属を表し、ホウ素、ベリリウム、マグネシウム、クロム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、白金から選ばれる少なくとも一種である。上記の全ての基において、水素は重水素であってもよい。このことは、以下に説明する有機化合物またはその部分構造においても同様である。
本発明の実施の形態における無機蛍光体は、上述した一般式(1)で表される有機化合物(有機発光材料)と組み合わせて用いられる無機物の蛍光体であり、発光体からの発光光を、この有機化合物とは異なる波長範囲の光へ変換する。本実施の形態における無機蛍光体として、特に、発光スペクトルが500〜700nmの領域にピークを有する無機蛍光体が好ましく用いられる。このような無機蛍光体は、400〜500nmの範囲の励起光によって励起され、500〜700nmの領域で発光する。
β型サイアロンは、β型窒化ケイ素の固溶体であり、β型窒化ケイ素結晶のケイ素(Si)位置にアルミニウム(Al)が置換固溶し、窒素(N)位置に酸素(O)が置換固溶したものである。β型サイアロンの単位胞(単位格子)に2式量の原子があるので、β型サイアロンの一般式として、Si6-ZAlzOzN8-zが用いられる。ここで、組成zは、0〜4.2であり、固溶範囲は非常に広く、また(Si、Al)/(N、O)のモル比は、3/4を維持する必要がある。β型サイアロンの一般的な製法は、窒化ケイ素の他に、酸化ケイ素と窒化アルミニウムとを、あるいは酸化アルミニウムと窒化アルミニウムとを加えて、加熱する方法である。β型サイアロンは、結晶構造内に希土類などの発光元素(Eu、Sr、Mn、Ceなど)を取り込むことで、紫外から青色の光で励起して520〜550nmの緑色発光を示すβ型サイアロン蛍光体となる。
Mn賦活複フッ化物錯体蛍光体は、マンガン(Mn)を付活剤とし、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物錯体塩を母体結晶とする無機蛍光体である。この無機蛍光体は、その母体結晶を形成するフッ化物錯体の配位中心が4価金属(Si、Ti、Zr、Hf、Ge、Sn)であることが好ましく、その周りに配位するフッ素原子の数は6であることが好ましい。この無機蛍光体は、A2MF6:Mnという一般式で表され、この一般式においてK2SiF6:Mnであるものが、KSF蛍光体である。ここで、Aは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)およびセシウム(Cs)からなる群より選ばれ、かつNaおよびKのうち少なくとも1つを含む1種以上のアルカリ金属である。Mは、Si、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ゲルマニウム(Ge)および錫(Sn)からなる群より選ばれる1種以上の4価元素である。
マトリックス樹脂は、一般式(1)で表される有機化合物および上記無機蛍光体と混合して、あるいは、少なくとも上記無機蛍光体と混合して、連続相を形成する樹脂である。本実施の形態において、マトリックス樹脂は、成型加工性、透明性、耐熱性等に優れる材料であればよい。このようなマトリックス樹脂として、例えば、アクリル酸系、メタクリル酸系、ポリケイ皮酸ビニル系、環ゴム系等の反応性ビニル基を有する光硬化型レジスト材料、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂(シリコーンゴム、シリコーンゲル等のオルガノポリシロキサン硬化物(架橋物)を含む)、ウレア樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、脂肪族エステル樹脂、芳香族エステル樹脂、脂肪族ポリオレフィン樹脂、芳香族ポリオレフィン樹脂などの公知のものを用いることができる。また、マトリックス樹脂として、これらの共重合樹脂を用いても構わない。これらの樹脂を適宜設計することにより、本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物および後述の蛍光体シートに有用なマトリックス樹脂が得られる。
本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物は、溶媒を含んでいてもよい。この溶媒は、流動状態の樹脂の粘度を調整できるものであれば、特に限定されない。例えば、トルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ヘキサン、アセトン、テルピネオール、テキサノール、メチルセルソルブ、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。
本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物は、塗布膜安定化のための分散剤やレベリング剤、蛍光体シートとした場合のシート表面の改質剤としてシランカップリング剤等の接着補助剤等を含有していてもよい。
(R5SiO3)d(PhSiO3)e(R5OHSiO2)f(PhOHSiO2)g(R6SiO2)h ・・・一般式(E)
以下に、本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物の製造方法の一例を説明する。この製造方法では、前述した、一般式(1)で表される有機化合物、無機蛍光体およびマトリックス樹脂、並びに必要に応じてシリコーン微粒子および溶剤等を所定量混合する。上記の成分を所定の組成になるよう混合した後、ホモジナイザー、自公転型攪拌機、3本ローラー、ボールミル、遊星式ボールミル、ビーズミル等の撹拌・混練機で均質に混合分散することで、蛍光体組成物が得られる。混合分散後、もしくは混合分散の過程で、真空もしくは減圧条件下で脱泡することも好ましく行われる。また、ある特定の成分を事前に混合することや、エージング等の処理をしても構わない。エバポレーターによって溶剤を除去して所望の固形分濃度にすることも可能である。
本発明の実施の形態に係る形成物は、上述した蛍光体組成物またはその硬化物を含有する蛍光体形成物である。例えば、本発明の一つの実施形態である形成物は、上述した無機蛍光体および一般式(1)で表される有機化合物と、マトリックス樹脂またはその硬化物とを含有する。これらの無機蛍光体、一般式(1)で表される有機化合物およびマトリックス樹脂、ならびにその他に本発明の形成物に含まれていてもよい成分については、上述の蛍光体組成物におけるものと同様である。この形成物は、上述の蛍光体組成物や後述の蛍光体シートを成型して得ることができる。この形成物の製造では、必要に応じ、蛍光体組成物や蛍光体シートの成型工程においてマトリックス樹脂が硬化されていてもよい。
本発明の実施の形態に係る蛍光体シートは、上述した蛍光体組成物をフィルム化したもの(シート形状に成型したもの)であり、一般式(1)で表される有機化合物と、無機蛍光体と、マトリックス樹脂またはその硬化物とを含有する。本実施の形態に係る蛍光シートおいて、これらの有機化合物および無機蛍光体は、各々、発光体からの発光光をこの発光光よりも長波長の光へ変換するものである。また、蛍光体シートに含有のマトリックス樹脂は、少なくとも上記無機蛍光体と混合して連続相を形成する樹脂である。これらの無機蛍光体、一般式(1)で表される有機化合物およびマトリックス樹脂、ならびにその他に本発明の蛍光体シートに含まれていてもよい成分については、上述の蛍光体組成物におけるものと同様である。また、蛍光体シートにおける有機発光材料(一般式(1)で表される有機化合物)と無機蛍光体との色変換の関係についても、上述の蛍光体組成物におけるものと同様である。
蛍光体層(例えば図1に示す蛍光体層34等)は、無機蛍光体(粒子状の無機蛍光体36等)とマトリックス樹脂とを含有する層であり、好ましくは、主として無機蛍光体とマトリックス樹脂とを混合した層である。無機蛍光体、マトリックス樹脂、ならびにその他に本発明の蛍光体層に含まれていてもよい成分については、上述の蛍光体組成物におけるものと同様である。
有機発光材料層(例えば図1に示す有機発光材料層35等)は、一般式(1)で表される有機化合物を含有する層であり、好ましくは、主として一般式(1)で表される有機化合物とマトリックス樹脂とを混合した層である。一般式(1)で表される有機化合物およびマトリックス樹脂については、上述の蛍光体組成物におけるものと同様である。有機発光材料層は、これらの有機化合物およびマトリックス樹脂以外に、塗布膜安定化のための分散剤やレベリング剤、有機発光材料層とした場合の表面の改質剤としてシランカップリング剤等の接着補助剤等を含有していてもよい。また、有機発光材料層は、微粒子を含有していてもよい。この微粒子の例としては、チタニア、シリカ、アルミナ、シリコーン、ジルコニア、セリア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどが挙げられる。これらのうち、入手しやすいという観点から、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、シリコーン微粒子が好ましく用いられる。
基材(例えば図1に示す基材14等)としては、特に制限無く公知の金属、フィルム、ガラス、セラミック、紙等を使用することができる。具体的には、基材として、アルミニウム(アルミニウム合金も含む)、亜鉛、銅、鉄などの金属板や箔、セルロースアセテート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、アラミド、シリコーン、ポリオレフィン、熱可塑性フッ素樹脂、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)などのプラスチックのフィルム、α−ポリオレフィン樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂およびこれらとエチレンの共重合樹脂からなるプラスチックのフィルム、前記プラスチックがラミネートされた紙、または前記プラスチックによりコーティングされた紙、前記金属がラミネートまたは蒸着された紙、前記金属がラミネートまたは蒸着されたプラスチックフィルムなどが挙げられる。また、基材が金属板である場合、その表面にクロム系やニッケル系などのメッキ処理やセラミック処理が施されていてもよい。
蛍光体シートに含まれる上述したその他の層の一例として、バリア層が挙げられる。このバリア層としては、特に制限なく、蛍光体シートに対してガスバリア性を向上する場合などにおいて適宜用いられ、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウムなど、またはこれらの混合物、またはこれらに他の元素を添加した金属酸化物薄膜、あるいはポリ塩化ビニリデン、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂などの各種樹脂から成る膜を挙げることができる。また、水分に対してバリア機能を有する膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデンと塩化ビニル、塩化ビニリデンとアクリロニトリルの共重合物、フッ素系樹脂などの各種樹脂から成る膜を挙げることができる。
以下に、本発明の実施の形態に係る蛍光体シートの製造方法の一例を説明する。本発明の実施の形態に係る蛍光体シートは、前述した蛍光体組成物から得ることができる。すなわち、この蛍光体シートの製造方法では、上述した方法で作製した蛍光体組成物を、基材上に塗布し、乾燥させ、加熱硬化させる。この結果、蛍光体シートを作製することができる。基材上への蛍光体組成物の塗布は、リバースロールコーター、ブレードコーター、スリットダイコーター、ダイレクトグラビアコーター、オフセットグラビアコーター、キスコーター、ナチュラルロールコーター、エアーナイフコーター、ロールブレードコーター、バリバーロールブレードコーター、トゥーストリームコーター、ロッドコーター、ワイヤーバーコーター、アプリケーター、ディップコーター、カーテンコーター、スピンコーター、ナイフコーター等により、行うことができる。蛍光体シートの膜厚均一性を得るためには、スリットダイコーターで塗布することが好ましい。
以下に、本発明の実施の形態に係る蛍光体シートの製造方法の別例を説明する。この製造方法では、まず、蛍光体層形成用の塗布液として、無機蛍光体をマトリックス樹脂中に分散させた蛍光体組成物を作製する。この際、前述した無機蛍光体、マトリックス樹脂、シリコーン微粒子、溶剤等を所定量混合する。上記の成分を所定の組成になるよう混合した後、これらの混合物を、ホモジナイザー、自公転型攪拌機、3本ローラー、ボールミル、遊星式ボールミル、ビーズミル等の撹拌・混練機で均質に混合分散する。これにより、上記の蛍光体組成物が得られる。この混合分散後、もしくは、この混合分散の過程において、真空もしくは減圧条件下で脱泡することも好ましく行われる。
本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物は、好ましくは、ラテラル、バーティカル、フリップチップなどの一般的な構造のLEDチップに好適に用いることができる。LEDチップは、発光効率を向上させるために、光学的な設計に基づいて、発光表面をテクスチャーなどに加工してもよい。なお、発光面とは、LEDチップからの光が取り出される面をいう。
本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物を用いたLEDパッケージの製造方法について説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物を用いたLEDパッケージの製造方法の一例を示す図である。ただし、本発明は、図2に示される製造方法には限定されない。本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物を用いたLEDパッケージの製造方法として、特に好適なものは、LEDチップが設置されているパッケージフレームに蛍光体組成物を注入する注入工程と、この注入工程の後、封止材でパッケージフレーム内のLEDチップを封止する封止工程と、を少なくとも含む。
本発明の実施の形態に係る蛍光体シートは、好ましくは、ラテラル、バーティカル、フィリップチップなどの一般的な構造のLEDチップの発光面に貼り付けられる。これにより、LEDチップの表面に蛍光体シートが積層された蛍光体シート付きLEDチップを形成することができる。蛍光体シートは、特に、発光面積が大きいバーティカル、フリップチップタイプのLEDチップに好適に用いることができる。なお、発光面とは、LEDチップからの光が取り出される面をいう。
本発明の実施の形態に係る蛍光体シートを用いたLEDパッケージの製造方法について説明する。本発明の実施の形態に係る蛍光体シートを用いたLEDパッケージの代表的な製造方法では、LEDパッケージの製造に用いる蛍光体シート付きLEDチップの製造方法が、主に2つある。1つは、蛍光体シートを個片に切断してから、個別のLEDチップに、個片化した蛍光体シートを貼り付ける方法である。もう1つは、LEDチップを作り付けたウェハに対し、そのダイシング前に蛍光体シートを一括に貼り付けし、その後、このウェハのダイシングと蛍光体シートの切断とを一括して行う方法である。これら2つの方法の詳細は、後述する。本発明の実施の形態に係る蛍光体シートを用いたLEDパッケージの製造方法は、これら2つの方法に限定されない。
本発明の実施の形態に係る発光装置は、上述した蛍光体組成物、蛍光体シート、または蛍光体形成物の一適用例である。例えば、この発光装置は、上述した蛍光体組成物またはその硬化物を含有する蛍光体形成物と、この蛍光体形成物に含まれる蛍光体組成物によって発光光が色変換されるLEDチップ(発光体)を有するLEDパッケージと、を備える。本発明の実施の形態に係るバックライトユニットは、この発光装置の一応用例である。例えば、このバックライトユニットは、上述した蛍光体組成物の硬化物を有するLEDパッケージ、あるいは、上述した蛍光体シートまたはその硬化物を有するLEDパッケージを備える。このように構成されるバックライトユニットは、ディスプレイ、照明、インテリア、標識、看板、などの用途に使用できるが、特にディスプレイや照明用途に好適に用いられる。本発明の実施の形態に係るディスプレイ(例えば液晶ディスプレイ)は、このバックライトユニットの一適用例である。例えば、このディスプレイは、上述した蛍光体組成物の硬化物を有するLEDパッケージ、あるいは、上述した蛍光体シートまたはその硬化物を有するLEDパッケージを備える。
基材は、離型処理済みポリエチレンテレフタレート(ポリエチレンテレフタレートフィルム)である“セラピール”BX9(東レフィルム加工(株)製、平均膜厚50μm)を用いた。
無機蛍光体の一例としてのYAG系蛍光体のタイプ1(YAG1)は、(株)ネモト・ルミマテリアル社製“YAG81003”である。無機蛍光体の一例としてのβ型サイアロン蛍光体のタイプ1(β1)は、デンカ(株)社製“GR−SW529Y”である。このβ型サイアロン蛍光体(β1)のピーク波長は、529nmであり、平均粒径(D50)は、16μmである。β型サイアロン蛍光体のタイプ2(β2)は、デンカ(株)社製“GR−MW540H”である。このβ型サイアロン蛍光体(β2)のピーク波長は、544nmであり、平均粒径(D50)は、20μmである。β型サイアロン蛍光体のタイプ3(β3)は、デンカ(株)社製“GR−SW532D”である。このβ型サイアロン蛍光体(β3)のピーク波長は、538nmであり、平均粒径(D50)は、16μmである。無機蛍光体の一例としてのKSF蛍光体のタイプ1(KSF1)は、(株)ネモト・ルミマテリアル社製のKSF蛍光体サンプルAである。このKSF蛍光体(KSF1)の平均粒径(D50)は、50μmである。KSF蛍光体のタイプ2(KSF2)は、(株)ネモト・ルミマテリアル社製のKSF蛍光体サンプルBである。このKSF蛍光体(KSF2)の平均粒径(D50)は、30μmである。
有機発光材料の合成例を以下に示す。1H−NMRは、超伝導FTNMR EX−270(日本電子(株)製)を用い、重クロロホルム溶液にて測定を行った。HPLCは、高速液体クロマトグラフ LC−10((株)島津製作所製)を用い、0.1g/Lのクロロホルム溶液にて測定した。カラムの展開溶媒としては、0.1%リン酸水溶液とアセトニトリルとの混合溶液を用いた。吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルは、それぞれ、U−3200形分光光度計、F−2500形蛍光分光光度計(ともに日立製作所(株)製)を用い、4×10-6mol/Lのジクロロメタン溶液中にて測定を行った。
以下に、合成例1の有機発光材料(タイプ21)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ21)の合成方法では、4−t−ブチルベンズアルデヒド12.2g、4−メトキシアセトフェノン11.3g、3M水酸化カリウム水溶液32mlとエタノール20mlの混合溶液を窒素気流下、室温で12時間撹拌した。析出した固体をろ取し、冷エタノール50mlで2回洗浄した。真空乾燥した後、3−(4−t−ブチルフェニル)−1−(4−メトキシフェニル)プロペノン17gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.18(s,18H)、1.35(s,9H)、3.85(s,3H)、6.37−6.99(m,17H)、7.45(d,2H)、7.87(d,4H)。
以下に、合成例2の有機発光材料(タイプ22)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ22)の合成方法では、4−(4−t−ブチルフェニル)−2−(4−メトキシフェニル)ピロール300mg、2−メトキシベンゾイルクロリド201mgとトルエン10mlの混合溶液を窒素気流下、120℃で6時間加熱した。ついで、室温に冷却後、エバポレートした。エタノール20mlで洗浄し、真空乾燥した後、2−(2−メトキシベンゾイル)−3−(4−t−ブチルフェニル)−5−(4−メトキシフェニル)ピロール260mgを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.19(s,18H)、3.42(s,3H)、3.85(s,6H)、5.72(d,1H)、6.20(t,1H)、6.42−6.97(m,16H)、7.89(d,4H)。
以下に、合成例3の有機発光材料(タイプ23)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ23)の合成方法では、1,2−ジクロロエタン30ml中に、2−(2−メトキシベンゾイル)−3,5−ビス(4−t−ブチルフェニル)ピロール5.0g、2,4−ビス(4−t−ブチルフェニル)ピロール3.3g、オキシ塩化リン1.5gを入れ、加熱環流下、12時間反応させた。ついで、室温に冷却した後、ジイソプロピルエチルアミン5.2g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体5.6gを加え、6時間撹拌した。50mlの水を加え、ジクロロメタンを投入後、有機層を抽出し、濃縮して、シリカゲルを用いたカラムクロマトグラフィーによる精製をした後、さらに昇華精製を行い、下記に示す有機発光材料(タイプ23)を合成した。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.07(s,9H)、2.13(s,6H)、2.39(s,6H)、6.47(t,4H)、6.63(s,8H)、6.75(d,2H)、7.23(d,4H)、7.80(d,4H)。
以下に、合成例4の有機発光材料(タイプ24)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ24)の合成方法では、3,5−ジブロモベンズアルデヒド(3.0g)、4−t−ブチルフェニルボロン酸(5.3g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.4g)、炭酸カリウム(2.0g)をフラスコに入れ、窒素置換した。ここに、脱気したトルエン(30mL)および脱気した水(10mL)を加え、4時間還流した。反応溶液を室温まで冷却し、有機層を、分液した後に飽和食塩水で洗浄した。この有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過後、溶媒を留去した。得られた反応生成物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、3,5−ビス(4−t−ブチルフェニル)ベンズアルデヒド(3.5g)を白色固体として得た。
1H−NMR(CDCl3,ppm):7.95(s,1H)、7.63−7.48(m,10H)、6.00(s,2H)、2.58(s,6H)、1.50(s,6H)、1.37(s,18H)。
以下に、合成例5の有機発光材料(タイプ25)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ25)の合成方法では、ピロール原料として、2,4−ジメチルピロールの代わりに2,4−ジメチルピロール−3−カルボン酸エチルを用いた以外は、合成例4と同様にして、有機発光材料(タイプ25)を合成した。
以下に、合成例6の有機発光材料(タイプ26)の合成方法について説明する。有機発光材料(タイプ26)の合成方法では、ボロン酸原料として、4−t−ブチルフェニルボロン酸の代わりに4−(メトキシカルボニル)フェニルボロン酸を用いた以外は、合成例5と同様にして、有機発光材料(タイプ26)を合成した。
マトリックス樹脂として、シリコーン樹脂を用いる場合は、以下のものを使用した。シリコーン樹脂を配合するための成分において、樹脂主成分は、(MeViSiO2/2)0.25(Ph2SiO2/2)0.3(PhSiO3/2)0.45(HO1/2)0.03(平均組成)である。これは、上述した(A)成分に該当する。硬度調整剤は、ViMe2SiO(MePhSiO)17.5SiMe2Vi(平均組成)である。これは、上述した(B)成分に該当する。架橋剤は、(HMe2SiO)2SiPh2である。これは、上述した(C)成分に該当する。ただし、Meはメチル基を表し、Viはビニル基を表し、Phはフェニル基を表す。反応抑制剤は、1−エチニルヘキサノールである。触媒は白金触媒であり、白金触媒として、白金含有量が5重量%の白金錯体(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン溶液)が用いられる。
実施例におけるLEDパッケージの製造方法−1では、作製した蛍光体組成物を、LEDチップ(昭和電工(株)製“GM2QT450G”、平均波長:453.4nm)が実装されたパッケージフレーム(エノモト社製フレーム“TOP LED BASE”)に、ディスペンサー(武蔵野エンジニアリング社製“MPP−1”)を用いて流し込み、80℃で1時間、150℃で2時間キュアすることによって、LEDパッケージを作製した。
実施例におけるLEDパッケージの製造方法−2では、作製した5cm角の蛍光体シートをカッティング装置(UHT社製GCUT)によりカットし、1mm角の個片の蛍光体シートを100個、作成した。ダイボンディング装置(東レエンジニアリング製)を用いて、1mm角にカットした蛍光体層をコレットで真空吸着して基材から剥離した。これをフリップチップ型青色LED発光素子が実装され、かつ発光素子の周囲にリフレクターが形成されたLEDパッケージの発光素子表面に位置合わせして貼り付けた。このとき、前記フリップチップ型青色LED発光素子上に予め接着剤を塗布し、接着剤を介して蛍光体層を貼り付けた。接着剤にはシリコーン樹脂(OE6630)を使用した。得られた発光装置を直流電源につないで点灯させ、点灯することを確認した。
作製したLEDパッケージに1Wの電力を投入してLED素子を点灯させ、全光束測定システム(HM−3000、大塚電子社製)を用いて、CIE1931 XYZ表色系の色度(Cx、Cy)および発光スペクトルを測定した。また、全光束(lm)を測定し、後述の比較例1における全光束を100としたときの相対的な輝度を後述の表1に記載した(蛍光体シートの場合は、後述の比較例5における全光束を100とした)。
色度測定によって得られた発光スペクトルデータと、カラーフィルターの透過率のスペクトルデータとから、カラーフィルターにより色純度を向上させた場合の(u’,v’)色空間における色域を算出した。また、算出された(u’,v’)色空間における色域の面積は、BT.2020規格の色域面積を100%とした場合の割合により評価した。この割合が高いほど色再現性が良好である。色再現性の評価結果として、「A」は、上記の割合が91%以上であり、「色再現性が非常に良好である」ことを示す。「B」は、上記の割合が86%以上、90%以下であり、「色再現性が良好である」ことを示す。「C」は、上記の割合が75%以上、85%以下であり、「色再現性が実用上問題ない」ことを示す。「D」は、上記の割合が74%以下であり、「色再現性が良好ではない」ことを示す。
作製したLEDパッケージに1Wの電力を投入してLED素子を点灯させた状態で、温度85℃、湿度85%の条件下で放置し、300時間経過後の全光束を測定した。下記式により全光束保持率を算出することで耐久性を評価した。全光束保持率が高いほど、耐久性に優れていることを示す。
全光束保持率(%)=(300時間経過後の全光束/試験開始直後の全光束)×100)
耐久性の評価結果として、「A」は、全光束保持率が91%以上であり、「耐久性が非常に良好である」ことを示す。「B」は、全光束保持率が86%以上、90%以下であり、「耐久性が良好である」ことを示す。「C」は、全光束保持率が81%以上、85%以下であり、「耐久性が実用上問題ない」ことを示す。「D」は、全光束保持率が80%以下であり、「耐久性が悪い」ことを示す。
実施例1では、容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を16.0g、無機蛍光体としてタイプ1のYAG系蛍光体(YAG1)を8.0g、有機発光材料として合成例1の有機発光材料(タイプ21)を1.24×10−3g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌、脱泡し、蛍光体組成物(タイプ1)を作製した。蛍光体組成物(タイプ1)を用いて、前述した方法でLEDパッケージを作製し、色度、全光束、全光束維持率を測定した。相対輝度、色再現性および耐久性の結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、相対輝度に変化はなかったが、色再現性が良好で耐久性も良好な結果が得られた。
比較例1では、有機発光材料を添加しないこと以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ12)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ12)を用いて、実施例1と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、比較例1では、耐久性は向上するが、色再現性は改善されなかった。
比較例2では、合成例1の有機発光材料(タイプ21)の代わりに、下記の一般式で表される有機発光材料(タイプ27)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ13)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ13)を用いて、実施例1と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、比較例2では、色再現性も耐久性も改善されなかった。
比較例3では、有機発光材料の代わりに、タイプ1のKSF蛍光体(KSF1)を20g添加したこと以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ14)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ14)を用いて、実施例1と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、比較例3では、耐久性は向上するが、色再現性は改善されなかった。
比較例4では、無機蛍光体の代わりに、下記の一般式で表される有機発光材料(タイプ28)を使用したこと以外は、比較例2と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ15)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ15)を用いて、比較例2と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、比較例4では、色再現性は若干改善されるが、耐久性は改善されなかった。
実施例2〜10では、後述の表1に示すように無機蛍光体と有機発光材料とを適宜変更したこと以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ2〜タイプ10)を各々作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ2〜タイプ10)を各々用いて、実施例1と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表1に示す。表1に示されるように、これらの実施例2〜10の評価結果から、本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物であれば、色再現性が向上することがわかった。また、耐久性も良好なことがわかった。
実施例11では、表1に示すように無機蛍光体、有機発光材料およびマトリックス樹脂を変更したこと以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ11)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ11)を用いて、実施例1と同様の操作でLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、表1に示す。表1に示されるように、実施例11の評価結果から、本発明の実施の形態に係る蛍光体組成物であれば、色再現性が向上することがわかった。また、耐久性も良好なことがわかった。
実施例12では、容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を16.0g、無機蛍光体としてタイプ1のYAG系蛍光体(YAG1)を8.0g、有機発光材料として合成例1の有機発光材料(タイプ21)を1.24×10-3g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡し、蛍光体組成物(タイプ1)を作製した。
比較例5では、有機発光材料を添加しないこと以外は、実施例12と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ12)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ12)を用いて実施例12と同様の操作で蛍光体シート(タイプ44)を作製した後、蛍光体シート(タイプ44)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表2に示す。表2に示されるように、比較例5では、耐久性は向上するが、色再現性は改善されなかった。
比較例6では、有機発光材料(タイプ21)の代わりに、有機発光材料(タイプ27)を使用したこと以外は、実施例12と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ13)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ13)を用いて実施例12と同様の操作で蛍光体シート(タイプ45)を作製した後、蛍光体シート(タイプ45)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表2に示す。表2に示されるように、比較例6では、色再現性も耐久性も改善されなかった。
比較例7では、有機発光材料の代わりに、タイプ1のKSF蛍光体(KSF1)を20g添加したこと以外は、実施例12と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ14)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ14)を用いて実施例12と同様の操作で蛍光体シート(タイプ46)を作製した後、蛍光体シート(タイプ46)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表2に示す。表2に示されるように、比較例7では、耐久性は向上するが、色再現性は改善されなかった。
比較例8では、無機蛍光体の代わりに、有機発光材料(タイプ28)を使用したこと以外は、比較例6と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ15)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ15)を用いて比較例6と同様の操作で蛍光体シート(タイプ47)を作製した後、蛍光体シート(タイプ47)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表2に示す。表2に示されるように、比較例8では、色再現性は若干改善されるが、耐久性は改善されなかった。
実施例13〜21では、後述の表2に示すように無機蛍光体と有機発光材料とを適宜変更したこと以外は、実施例12と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ2〜タイプ10)を各々作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ2〜タイプ10)を各々用いて実施例12と同様の操作で蛍光体シート(タイプ32〜タイプ40)を作製した後、蛍光体シート(タイプ32〜タイプ40)を各々用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、後述の表2に示す。表2に示されるように、これらの実施例13〜21の評価結果から、本発明の実施の形態に係る蛍光体シートであれば、色再現性が向上することがわかった。また、耐久性も良好なことがわかった。
実施例22では、表2に示すように無機蛍光体、有機発光材料およびマトリックス樹脂を変更したこと以外は、実施例12と同様の操作で蛍光体組成物(タイプ11)を作製した。その後、蛍光体組成物(タイプ11)を用いて実施例12と同様の操作で蛍光体シート(タイプ41)を作製した後、蛍光体シート(タイプ41)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。その結果は、表2に示す。表2に示されるように、実施例22の評価結果から、本発明の実施の形態に係る蛍光体シートであれば、色再現性が向上することがわかった。また、耐久性も良好なことがわかった。
実施例23では、以下に示すように、蛍光体組成物(タイプ16)および有機発光材料組成物(タイプ16)を作製し、これらを用いて、2層蛍光体シートである蛍光体シート(タイプ42)を作製し、その後、蛍光体シート(タイプ42)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。
容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を15.0g、無機蛍光体としてタイプ3のβ型サイアロン蛍光体(β3)を20g、ブチルカルビトールを5g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、蛍光体組成物(タイプ16)を作製した。
容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を20.0g、有機発光材料として合成例3の有機発光材料(タイプ23)を1.24×10-3g、トルエンを2g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、有機発光材料組成物(タイプ16)を得た。
スリットダイコーターを用いて、蛍光体組成物(タイプ16)を、基材としての“セラピール”BX9(東レフィルム加工(株)製、平均膜厚50μm)の離型処理面上に塗布し、120℃で30分間加熱、乾燥し、80μm、100mm角の蛍光体層を得た。得られた蛍光体層上にスリットダイコーターを用いて、有機発光材料組成物(タイプ16)を塗布した。その後、120℃で30分間加熱、乾燥し、50μm、100mm角の有機発光材料層を形成し、蛍光体シート(タイプ42)を得た。
実施例24では、以下に示すように、蛍光体組成物(タイプ17)および有機発光材料組成物(タイプ17)を作製し、これらを用いて、2層蛍光体シートである蛍光体シート(タイプ43)を作製し、その後、蛍光体シート(タイプ43)を用いてLEDパッケージを作製し、評価を行った。
容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を15.0g、無機蛍光体としてタイプ2のKSF蛍光体(KSF2)を20g、ブチルカルビトールを5g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、蛍光体組成物(タイプ17)を作製した。
容積100mlのポリエチレン製容器を用いて、マトリックス樹脂としてタイプ1のシリコーン樹脂(Si1)を20.0g、有機発光材料として合成例6の有機発光材料(タイプ26)を1.24×10-3g、トルエンを2g、添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、有機発光材料組成物(タイプ17)を得た。
スリットダイコーターを用いて、蛍光体組成物(タイプ17)を、基材としての“セラピール”BX9(東レフィルム加工(株)製、平均膜厚50μm)の離型処理面上に塗布し、120℃で30分間加熱、乾燥し、80μm、100mm角の蛍光体層を得た。得られた蛍光体層上にスリットダイコーターを用いて、有機発光材料組成物(タイプ17)を塗布した。その後、120℃で30分間加熱、乾燥し、50μm、100mm角の有機発光材料層を形成し、蛍光体シート(タイプ43)を得た。
2 蛍光体シート
3 電極
4 蛍光体組成物
5 リフレクター
6 透明封止材
7 実装基板
8 金バンプ
9 透明接着剤
10 基材
11 形成物
12 パッケージフレーム
13 LEDパッケージ
14 基材
15 仮固定シート
16 加熱圧着ツール
17 LEDウェハ
18 蛍光体シート付きLEDチップ
19 基材
20 蛍光体シート積層体
21 パッケージ基板
22 パッケージ電極
23 両面粘着テープ
24 台座
25 上部チャンバー
26 下部チャンバー
27 ダイアフラム
28 真空ダイアフラムラミネーター
29a 吸気口
29b 排気口
30 切断部分
31 蛍光体シート付きLEDチップ
32 LEDパッケージ
33 蛍光体シート積層体
34 蛍光体層
35 有機発光材料層
36 無機蛍光体
37,38 積層物
Claims (46)
- 発光体からの発光光を該発光光よりも長波長の光へ変換する、一般式(1)で表される有機化合物および無機蛍光体と、
前記有機化合物および前記無機蛍光体と混合して連続相を形成するマトリックス樹脂と、
を含有し、
前記無機蛍光体がβ型サイアロン蛍光体である、
ことを特徴とする蛍光体組成物。
- 発光体からの発光光を該発光光よりも長波長の光へ変換する、一般式(1)で表される有機化合物および無機蛍光体と、
前記有機化合物および前記無機蛍光体と混合して連続相を形成するマトリックス樹脂と、
を含有し、
前記無機蛍光体がKSF蛍光体である、
ことを特徴とする蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar5が一般式(2)で表される基であることを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1とAr2とが異なる構造の基である、または、Ar3とAr4とが異なる構造の基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のアルキル基であることを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが水素であることを特徴とする請求項7に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが電子吸引基であることを特徴とする請求項7に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のアルキル基であることを特徴とする請求項3に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが水素であることを特徴とする請求項10に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが電子吸引基であることを特徴とする請求項10に記載の蛍光体組成物。
- 前記有機化合物のAr5を表す一般式(2)において、rが電子吸引基であることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一つに記載の蛍光体組成物。
- 前記無機蛍光体の発光スペクトルが500〜700nmの領域にピークを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の蛍光体組成物。
- 前記β型サイアロン蛍光体の発光スペクトルが535〜550nmの領域にピークを有することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体組成物。
- 前記β型サイアロン蛍光体の平均粒径が16μm以上、19μm以下であることを特徴とする請求項15に記載の蛍光体組成物。
- 前記KSF蛍光体の平均粒径が10μm以上、40μm以下であることを特徴とする請求項2に記載の蛍光体組成物。
- 前記マトリックス樹脂がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の蛍光体組成物。
- 発光体からの発光光を該発光光よりも長波長の光へ変換する、一般式(1)で表される有機化合物および無機蛍光体と、
少なくとも前記無機蛍光体と混合して連続相を形成するマトリックス樹脂と、
を含有し、
前記無機蛍光体がβ型サイアロン蛍光体である、
ことを特徴とする蛍光体シート。
- 発光体からの発光光を該発光光よりも長波長の光へ変換する、一般式(1)で表される有機化合物および無機蛍光体と、
少なくとも前記無機蛍光体と混合して連続相を形成するマトリックス樹脂と、
を含有し、
前記無機蛍光体がKSF蛍光体である、
ことを特徴とする蛍光体シート。
- 前記無機蛍光体と前記マトリックス樹脂とを含有する蛍光体層と、一般式(1)で表される前記有機化合物を含有する有機発光材料層との積層構造を含むことを特徴とする請求項19または20に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar5が一般式(2)で表される基であることを特徴とする請求項19〜21のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のフェニル基であることを特徴とする請求項19〜22のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1とAr2とが異なる構造の基である、または、Ar3とAr4とが異なる構造の基であることを特徴とする請求項19〜24のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のアルキル基であることを特徴とする請求項19〜21のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが水素であることを特徴とする請求項26に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが電子吸引基であることを特徴とする請求項26に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、Ar1〜Ar4は、それぞれ同じでも異なっていてもよく、置換もしくは無置換のアルキル基であることを特徴とする請求項22に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが水素であることを特徴とする請求項29に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物を表す一般式(1)において、R1およびR2のうち少なくとも一つが電子吸引基であることを特徴とする請求項29に記載の蛍光体シート。
- 前記有機化合物のAr5を表す一般式(2)において、rが電子吸引基であることを特徴とする請求項29〜31のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記無機蛍光体の発光スペクトルが500〜700nmの領域にピークを有することを特徴とする請求項19〜25のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 前記β型サイアロン蛍光体の発光スペクトルが535〜550nmの領域にピークを有することを特徴とする請求項19に記載の蛍光体シート。
- 前記β型サイアロン蛍光体の平均粒径が16μm以上、19μm以下であることを特徴とする請求項34に記載の蛍光体シート。
- 前記KSF蛍光体の平均粒径が10μm以上、40μm以下であることを特徴とする請求項20に記載の蛍光体シート。
- 前記マトリックス樹脂がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項19〜36のいずれか一つに記載の蛍光体シート。
- 請求項1〜18のいずれか一つに記載の蛍光体組成物またはその硬化物を含有することを特徴とする形成物。
- 請求項19〜37のいずれか一つに記載の蛍光体シートまたはその硬化物を発光面に備えることを特徴とするLEDチップ。
- 請求項1〜18のいずれか一つに記載の蛍光体組成物の硬化物を備えることを特徴とするLEDパッケージ。
- 請求項19〜37のいずれか一つに記載の蛍光体シートまたはその硬化物を備えることを特徴とするLEDパッケージ。
- 請求項1〜18のいずれか一つに記載の蛍光体組成物を用いたLEDパッケージの製造方法であって、
LEDチップが設置されているパッケージフレームに前記蛍光体組成物を注入する注入工程と、
前記注入工程の後、封止材で前記LEDチップを封止する封止工程と、
を少なくとも含むことを特徴とするLEDパッケージの製造方法。 - 請求項19〜37のいずれか一つに記載の蛍光体シートを用いたLEDパッケージの製造方法であって、
複数の区画に分割された状態にある前記蛍光体シートの一の区画を、一のLEDチップの発光面に対向させる位置合わせ工程と、
対向させた前記蛍光体シートの前記一の区画と前記一のLEDチップの発光面とを、加熱圧着ツールにより加熱しながら加圧して接着する接着工程と、
を少なくとも含むことを特徴とするLEDパッケージの製造方法。 - 請求項38に記載の形成物と、
前記形成物に含まれる蛍光体組成物によって発光光が色変換される発光体であるLEDチップを有するLEDパッケージと、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 請求項40または41に記載のLEDパッケージを含むことを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項40または41に記載のLEDパッケージを含むことを特徴とするディスプレイ。
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