JPWO2015060289A1 - 蛍光体組成物、蛍光体シート、蛍光体シート積層体ならびにそれらを用いたledチップ、ledパッケージおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体組成物であって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係を満たし、前記金属化合物粒子がグラフト化されていることを特徴とする蛍光体組成物等により、一回の塗布プロセスでシートを作製でき、かつこれを適用したLEDパッケージの輝度を向上できる蛍光体組成物を提供する。0.20≧|N1−N2|

Description

本発明は、蛍光体組成物、蛍光体シート、蛍光体シート積層体ならびにそれらを用いたLEDチップ、LEDパッケージおよびその製造方法に関する。
発光ダイオード(LED)は、発光効率の目覚ましい向上を背景とし、低消費電力、高寿命、意匠性などを特長とした液晶ディスプレイ(LCD)用バックライト、車載用ヘッドライト、スポットライト、一般照明用途で急激に市場を拡大しつつある。
LEDの発光スペクトルは、LEDを形成する材料に依存するためその発光色は限られている。そのため、LEDを用いてLCD用バックライトや一般照明の白色光を得るためにはLEDチップ上にそれぞれのチップに適合した蛍光体を配置し、発光波長を変換して白色光を得る必要がある。具体的には、青色発光するLEDチップ上に黄色蛍光体を配置する方法、青色発光するLEDチップ上に赤および緑の蛍光体を配置する方法、紫外線を発するLEDチップ上に赤、緑、青の蛍光体を配置する方法などが提案されている。これらの中で、LEDチップの発光効率やコストの面から青色LEDチップ上に黄色蛍光体を配置する方法、および青色LEDチップ上に赤および緑の蛍光体を配置する方法が現在最も広く採用されている。
LEDチップ上に蛍光体を配置する具体的な方法の1つとして、高濃度の蛍光体が均一に分布した樹脂を予めシート状に成型して使用する方法、(蛍光体シート法)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。本方法では、高濃度の蛍光体を含有する樹脂を予めシート状に成型しておくことで、均一な膜厚と蛍光体濃度分布および耐光性を得ることができる。そのため、LEDパッケージやLEDチップに貼り付けた時にLEDパッケージの色ばらつきを抑制することができる。しかし、LEDチップや蛍光体の屈折率が、蛍光体シートに含まれる樹脂の屈折率と比較して高いため、LEDチップや蛍光体界面における反射により、LEDチップ内で発生した光を十分に外部に取り出せていない。
屈折率差に起因する反射を抑制するために、屈折率の異なる薄膜を屈折率順に積層し、屈折率を連続的に変化させることも検討されている。例えば、屈折率が異なる2〜20層の封止層が形成されてなり、最下層の封止層(第1封止層)の屈折率nが1.55〜1.85の範囲にあり、最上層の封止層(n番目の封止層、n=2〜20)の屈折率nが1.30〜1.65の範囲にあり、少なくとも2層以上の屈折率が異なる封止層が屈折率の高い順に積層してなり、各封止層が疎水性ジルコニウム粒子および/または疎水性シリカ系中空粒子とマトリックス樹脂を含むことにより、屈折率傾斜を形成することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、LEDチップ上に配置された変換層に蛍光剤とバインダー材料と複数のナノ粒子を含有させ、蛍光剤粒子の屈折率と厳密に整合するようにナノ粒子を分散することが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平5−152609号公報 特開2012−121941号公報 特許5227252号公報
しかしながら、上記の方法ではLEDチップ上にドライエッチングなどでエッチングしたり、屈折率の異なる薄層を多数回積層したりといったプロセス数が増えるため、コストが増加するという課題があった。また、LEDパッケージの輝度が向上しないという課題もあった。
特に、LEDパッケージの輝度が向上しない点については、以下の2つの理由によることが、本発明者らにより見出された。(1)バインダー材料中に複数のナノ粒子を分散した変換層を利用する場合には、ナノ粒子が凝集してしまう。(2)LEDチップの発光面と蛍光体シートの間に空気などのボイドやクラックなどが発生し、LEDチップと蛍光体シートの密着性が低下することで、LEDチップからの光取出し効率が低下する。
本発明は、上記課題に着目し、LEDパッケージの製造プロセスを削減でき、かつLEDパッケージの輝度を向上させることを目的とする。
本発明の一つの特徴は、蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体組成物であって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係を満たし、前記金属化合物粒子がグラフト化されていることを特徴とする蛍光体組成物である。
0.20≧|N1−N2|。
また本発明の別の特徴は、蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体シートであって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子がグラフト化されており、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係(i)を満たし、シートの粘弾性挙動が以下の関係(ii)、(iii)および(iv)を満たすことを特徴とする蛍光体シートである。
<屈折率の関係>
(i)0.20≧|N1−N2|
<粘弾性挙動>
(ii)温度25℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1
(iii)温度100℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’<1.0×10Paであり、かつtanδ≧1
(iv)温度200℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1。
本発明によれば、簡易なプロセスで、輝度を向上させたLEDパッケージを提供することができる。
実施例10の蛍光体組成物の硬化膜の断面SEM写真(倍率5万倍) 実施例10の蛍光体組成物の硬化膜の断面SEM写真(倍率10万倍) 比較例8の蛍光体組成物の硬化膜の断面SEM写真(倍率5万倍) 比較例8の蛍光体組成物の硬化膜の断面SEM写真(倍率10万倍) 実施例19の蛍光体シートの断面SEM写真(倍率5万倍) 実施例19の蛍光体シートの断面SEM写真(倍率10万倍) 比較例12の蛍光体シートの断面SEM写真(倍率5万倍) 比較例13の蛍光体シートの断面SEM写真(倍率5万倍) 本発明の蛍光体シート積層体を用いた蛍光体シート付きLEDチップの一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの一例。 照度測定系の模式図。 本発明の蛍光体組成物を用いたLEDパッケージ製造方法の一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの製造方法の一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いた蛍光体シート付きLEDチップの製造方法の一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いた蛍光体シート付きLEDチップの製造方法の一例。 本発明の蛍光体シート積層体の貼り付け方法の一例 本発明の蛍光体シート積層体の貼り付け方法の一例 本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの製造方法の一例。 本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの製造方法の一例。
<蛍光体組成物>
本発明の一つの特徴である蛍光体組成物は、蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体組成物であって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係を満たし、前記金属化合物粒子がグラフト化されていることを特徴とする。
0.20≧|N1−N2|。
本発明において蛍光体組成物とは、蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する組成物を指すものとする。
本発明の蛍光体組成物は、金属化合物粒子とマトリックス樹脂の平均屈折率N1が、蛍光体の屈折率N2と以下の関係を満たす。
0.20≧|N1−N2|。
これにより、本発明の蛍光体組成物をLEDチップの発光面に設置したときに、LEDチップから取り出された光を効率よく蛍光体にあてることができ、かつLEDチップの光取り出し性が向上し、結果としてLEDパッケージの輝度が向上する。
その理由は以下のように推測される。マトリックス樹脂が金属化合物粒子を含有することで、それらの混合成分と蛍光体の屈折率差を小さくすることができる。これによって、蛍光体と、金属化合物粒子を含むマトリックス樹脂との界面での光の反射、散乱を抑制することができるため、LEDチップから蛍光体組成物へ入射した光が効率よく蛍光体にあたる。また、マトリックス樹脂が金属化合物粒子を含むことによって、蛍光体組成物全体の屈折率をLEDチップの屈折率に近づけることができる。そのため、LEDチップ内部の全反射も抑制することができ、LEDチップからの光取出し性が向上する。これら2つの効果の結果としてLEDパッケージの輝度を向上することができる。
本発明において、屈折率差|N1−N2|の好ましい上限値は0.20であり、更に好ましくは0.10であり、特に好ましくは0.05である。その上限値以下であることで、上記効果が得られ、LEDパッケージの輝度を向上することができる。なお、屈折率差|N1−N2|が小さければ小さいほど上記効果が大きくなるので、下限としては特に制限はないが、|N1−N2|≧0.02であることが好ましい。
金属化合物粒子を含むマトリックス樹脂の平均屈折率N1は、金属化合物粒子の屈折率と体積分率の積と、マトリックス樹脂の屈折率と体積分率の積の和で表される。
屈折率は、屈折率・膜厚測定装置“プリズムカプラMODEL2010/M”(メトリコン社製)を使用して測定することができる。具体的には、金属化合物粒子をマトリックス樹脂に分散した組成物の透明膜を作製し、測定温度25℃において、633nm(He−Neレーザー使用)における膜面に対する垂直方向の屈折率(TE)を測定することで平均屈折率N1を求めることができる。
蛍光体の屈折率N2はベッケ線法、液浸法、外挿法によって求めることができる。
<金属化合物粒子>
本発明に用いられる金属化合物粒子は、屈折率が1.7以上であり、平均粒子径が1〜50nmである。以下、このような金属化合物粒子を「高屈折率ナノ粒子」と呼ぶ。
高屈折率ナノ粒子は、可視光の波長よりも十分小さいため、マトリックス樹脂に分散することによって、光学的に均質とみなすことができる。また、高屈折率ナノ粒子の屈折率とマトリックス樹脂の屈折率が異なることから、平均粒子径が1〜50nmの金属化合物粒子を含むマトリックス樹脂の平均屈折率は、金属化合物粒子の屈折率と体積分率の積と、マトリックス樹脂の屈折率と体積分率の積の和で表される。すなわち、マトリックス樹脂よりも屈折率が大きい金属化合物粒子であれば、平均屈折率を高くすることができる。
(粒子径)
金属化合物粒子は、平均粒子径が1nmより小さいと粒子として存在することが難しく、50nmより大きいと光を散乱しやすくなり、光透過率が低下する。光散乱を抑制するという観点で、平均粒子径が1〜30nmであることが好ましい。
ここでいう金属化合物粒子の平均粒子径とは、以下の方法で求められる粒子径の平均値である。走査型電子顕微鏡(SEM)で粒子を観察して得られる2次元画像から、粒子の外縁と2点で交わる直線の当該2つの交点間の距離が最大になるものを算出し、それを粒子径と定義する。観測される200個の粒子に対して測定を行い、得られた粒子径の平均値を平均粒子径とする。例えば、蛍光体シート中に存在する金属化合物粒子の粒径を測定する場合は、機械研磨法、ミクロトーム法、CP法(Cross-sect(I)on Pol(I)sher)および集束イオンビーム(F(I)B)加工法のいずれかの方法で、蛍光体シートの断面が観測されるよう研磨を行った後、得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して得られる2次元画像から平均粒子径を算出することができる。
(組成)
金属化合物粒子としては、チタニア、ジルコニア、アルミナ、セリア、酸化スズ、酸化インジウム、ジルコン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニオブ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、チタン酸バリウムダイアモンド等が挙げられ、これらは単独で用いられても良く、2種類以上併用されても良い。高屈折率、入手のし易さという観点から、アルミニウム化合物粒子、スズ化合物粒子、チタン化合物粒子、ジルコニウム化合物粒子、ニオブ化合物粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく用いられる。具体的には、アルミニウム、スズ、チタンまたはジルコニウムの酸化物、硫化物、水酸化物などが挙げられるが、これらのうち、塗膜、硬化膜の屈折率調整の点から酸化ジルコニウム粒子および/または酸化チタン粒子が好ましく用いられる。
金属化合物粒子が高屈折率であると、マトリックス樹脂に分散させたときの平均屈折率を高めることができるため、前述したようにLEDチップとの屈折率差を小さくしてLEDチップからの光取り出し効率を向上させることができる。市販されている金属化合物粒子としては、酸化スズ−酸化チタン複合粒子の”オプトレイクTR−502”、”オプトレイクTR−504”、”オプトレイクTR−520”、酸化ケイ素−酸化チタン複合粒子の”オプトレイクTR−503”、”オプトレイクTR−527”、”オプトレイクTR−528”、”オプトレイクTR−529”、”オプトレイクTR−513”、酸化チタン粒子の”オプトレイクTR−505”(以上、商品名、触媒化成工業(株)製)、酸化ジルコニウム粒子((株)高純度化学研究所製)、酸化スズ−酸化ジルコニウム複合粒子(触媒化成工業(株)製)、酸化スズ粒子((株)高純度化学研究所製)等が挙げられる。これらの金属化合物粒子は、マトリックス樹脂との分散性を向上させるため、後述するグラフト化を行って用いることが好ましい。
(グラフト化)
本発明において、金属化合物粒子がグラフト化されているとは、粒子の表面に存在する水酸基を利用し、ポリマーが粒子表面に化学結合(グラフト)されていることを言う。金属化合物粒子がグラフト化されていることで、LEDチップ等との密着性に優れた蛍光体組成物や蛍光体シートが得られる。
蛍光体組成物とLEDチップの発光面との密着性は、LEDパッケージの輝度向上のための重要な要素である。LEDチップの発光面と蛍光体組成物や蛍光体シートの間に空気などのボイドやクラックなどが発生する等の理由により、LEDチップとの密着性が低下すると、光取出し効率が低下する。
金属化合物粒子がグラフト化されていると、金属化合物粒子のマトリックス樹脂への分散性が良好となり、金属化合物粒子とマトリックス樹脂との相溶性が向上する。これによって、マトリックス樹脂と金属化合物粒子との界面が生じにくくなる。そのため、蛍光体組成物や蛍光体シートをLEDチップ発光面に設置する際、蛍光体組成物や蛍光体シートの硬化時に生じるボイドやクラックを抑制できる。よって、それらをLEDチップの発光面に設置した際に、それらと発光面との密着性が良好になり、LEDチップからの光取出し性が向上して、結果としてLEDパッケージの輝度が向上する。
マトリックス樹脂と金属化合物粒子との界面が生じていない状態の例を図1と図2に、界面が生じている状態の例を図3、図4に示す。図1および図2は、後述の実施例10の蛍光体組成物の硬化膜の断面を切断し走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した写真であり、図3および図4は、後述の比較例8の蛍光体組成物の硬化膜の断面を切断しSEMで観察した写真である。
マトリックス樹脂と金属化合物粒子との界面が生じていない状態では、図1および図2に示されるように、金属化合物粒子がマトリックス樹脂に均一に分散され、金属化合物粒子とマトリックス樹脂の境界部分が不明瞭となる。これに対し、マトリックス樹脂と金属化合物粒子との界面が生じている場合は、図3および図4に示されるように、金属化合物粒子同士が凝集した集合体を形成しているので金属化合物粒子102の集合体とマトリックス樹脂101の境界部分が明瞭に観察される。
なお、蛍光体組成物中にシリコーン微粒子が含まれる場合は、これとは異なる様子が観察される場合がある。その点は後述する。
本発明において金属化合物粒子のグラフト化に用いられるポリマーの種類は、金属化合物粒子の表面に化学結合するものであれば特に限定されない。水溶性ポリマー(例えば、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、レゾール樹脂や尿素樹脂、メラミン樹脂など初期縮合物など)でもよいし、非水溶性ポリマー(例えば、ポリシロキサン、1,4−シス−イソプレン、イソプレンエラストマー、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリメチルメタクリレート、ポリn−ブチルアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸など)でもよい。特に好ましくは、後述するアルコキシシランの縮合物であるポリシロキサンが挙げられる。
本発明においては、粒子表面のグラフト化の有無は、走査型電子顕微鏡(以下、SEMと称する)や透過型電子顕微鏡(以下、TEMと称する)で金属化合物粒子とマトリックス樹脂の境界部分を観察することによって知ることができる。グラフト化されている場合は、金属化合物粒子がマトリックス樹脂に均一に分散されており、金属化合物粒子とマトリックス樹脂の境界部分が不明瞭となるのに対し、グラフト化されていない場合は、金属化合物粒子同士が凝集するため、金属化合物粒子とマトリックス樹脂の境界部分が明確に観察される。なお、先に述べたとおり、蛍光体組成物中にシリコーン微粒子が含まれる場合は、これとは異なる様子が観察される場合がある。
金属化合物粒子表面へのポリマーのグラフト化の方法は特に限定されないが、シロキサン化合物の縮重合によって、粒子表面をグラフト化することが望ましい。特に、金属化合物粒子の存在下で、アルコキシシラン化合物を溶媒中で酸触媒により加水分解した後、該加水分解物を縮合反応させる方法が好ましい。
(ポリシロキサン)
ポリシロキサンはアルコキシシランの縮合物であり、アルコキシシラン化合物を溶媒中、酸触媒により加水分解することによって、シラノール化合物を形成した後、該シラノール化合物を縮合反応させることによって得ることができる。アルコキシシラン化合物としては、下記一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシラン化合物から選ばれた1種以上のアルコキシシラン化合物が好ましい。
Si(OR (1)
は水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはそれらの置換体を表す。耐クラック性の点から、Rとしてメチル基またはフェニル基を有するアルコキシシラン化合物を用いることが好ましい。Rはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基またはブチル基を表し、それぞれ同一でも異なっていても良い。Rはメチル基またはエチル基がより好ましい。
Si(OR (2)
およびRは、それぞれ水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはそれらの置換体を表す。Rはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基またはブチル基を表し、それぞれ同一でも異なっていても良い。R5はメチル基またはエチル基がより好ましい。
Si(OR (3)
はメチル基またはエチル基を表し、それぞれ同一でも異なっていても良い。
一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシラン化合物の具体例を、以下に示す。
一般式(1)で表される3官能性アルコキシシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、β−シアノエチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリプロポキシシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロプロピルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロプロピルエチルトリエトキシシラン、パーフルオロペンチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロペンチルエチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリプロポキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリイソプロポキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシランなどが挙げられる。これらのうち、入手のしやすさの観点から、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、およびフェニルトリエトキシシランが好ましい。
一般式(2)で表される2官能性アルコキシシラン化合物としては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、グリシドキシメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルメトキシエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルエチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルエチルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルビニルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルビニルジエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。これらのうち、入手のしやすさの観点から、ジメチルジアルコキシシランが好ましく用いられる。
一般式(3)で表される4官能性アルコキシシラン化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。
これら一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシラン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いても良い。
本発明においては、フェニル基含有アルコキシシラン化合物とメチル基含有アルコキシシラン化合物を用いることが好ましい。これによって、マトリックス樹脂がシリコーン樹脂の場合、マトリックス樹脂との相溶性が向上し、密着性に優れた蛍光体組成物、蛍光体シートが得られる。
また、本発明においては、3官能性アルコキシシラン化合物のみを用いるか、3官能性アルコキシシラン化合物と2官能性アルコキシシラン化合物を混合して用いることが望ましい。より具体的には、3官能性アルコキシシラン化合物を100〜70モル%、2官能性アルコキシシラン化合物を0〜30モル%含むことが好ましく、3官能性アルコキシシラン化合物を90〜80モル%、2官能性アルコキシシラン化合物を10〜20モル%含むことがより好ましい。こうすることで、金属化合物粒子を含む蛍光体組成物を硬化させた場合の硬化性や硬度を調整し、金属化合物粒子を含む蛍光体シートの取り扱い性を向上することができる。
ここで、蛍光体シートの取り扱い性とは、シートをLEDチップに貼り付ける際のシートの取り扱い易さを示すものである。取り扱い性は蛍光体シートの硬度と相関がある。シートの硬度が硬すぎると、ピンセットや加熱圧着ツールを用いたシートの取り扱い時にシートにクラックが入ったり、割れたりする。また、シートが柔らかすぎるとピンセットや加熱圧着ツールでシートを持ち上げた際、形がくずれたり、ピンセットや加熱圧着ツールに貼りついたりしてLEDチップに貼りにくくなる。
また、前記3官能性アルコキシシラン化合物は一般式(1)で表される3官能性アルコキシシラン化合物であることが好ましく、前記2官能性アルコキシシラン化合物は一般式(2)で表される2官能性アルコキシシラン化合物であることが好ましい。
加水分解反応は、前記金属化合物粒子の存在下、溶媒中、上記したアルコキシシラン化合物に酸触媒および水を1〜180分かけて添加した後、室温〜110℃で1〜180分反応させることが好ましい。このような条件で加水分解反応を行うことにより、急激な反応を抑制することができる。反応温度は、より好ましくは40〜105℃である。
また、加水分解反応によりシラノール化合物を得た後、そのまま、反応液を、50℃以上、溶媒の沸点以下で1〜100時間加熱し、縮合反応を行うことが好ましい。また、ポリシロキサンの重合度を上げるために、再加熱もしくは塩基触媒の添加を行うことも可能である。
加水分解における各種条件は、反応スケール、反応容器の大きさ、形状などを考慮して、たとえば酸濃度、反応温度、反応時間などを設定することによって、目的とする用途に適した物性を得ることができる。
加水分解反応に用いる酸触媒としては、塩酸、酢酸、蟻酸、硝酸、蓚酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、多価カルボン酸あるいはその無水物、イオン交換樹脂などの酸触媒が挙げられる。特に蟻酸、酢酸またはリン酸を用いた酸性水溶液が好ましい。
これら酸触媒の好ましい含有量としては、加水分解反応時に使用される全アルコキシシラン化合物100重量部に対して、好ましくは0.05重量部以上、より好ましくは0.1重量部以上であり、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。ここで、全アルコキシシラン化合物量とは、アルコキシシラン化合物、その加水分解物およびその縮合物の全てを含んだ量のことを言い、以下同じとする。酸触媒の量を0.05重量部以上とすることでスムーズに加水分解が進行し、また10重量部以下とすることで加水分解反応の制御が容易となる。
溶媒は、金属化合物粒子の分散安定性などを考慮して適宜選択する。溶媒は1種類のみならず2種類以上の混合物として用いることも可能である。溶媒はジアセトンアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。透過率と加水分解、縮合反応制御のしやすさの観点から、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、ジアセトンアルコールが特に好ましく用いられる。また、加水分解反応終了後に、さらに溶媒を添加することにより、樹脂組成物として適切な濃度に調整することも好ましい。また、目的に応じて加水分解後に、生成アルコール等を加熱および/または減圧下にて適量を留出、除去し、その後好適な溶媒を添加することも可能である。
加水分解反応時に使用される溶媒の量は、全アルコキシシラン化合物100重量部に対して、50重量部以上が好ましく、80重量部以上がより好ましい。また、500重量部以下が好ましく、200重量部以下がより好ましい。溶媒の量を50重量部以上とすることでゲルの生成を抑制できる。また500重量部以下とすることで加水分解反応が速やかに進行する。
また、加水分解反応に用いる水としては、イオン交換水が好ましい。水の量は任意に選択可能であるが、アルコキシシラン化合物1モルに対して、1.0〜4.0モルの範囲で用いるのが好ましい。
<蛍光体>
蛍光体は、LEDチップから放出される光を吸収し、波長変換を行い、LEDチップの光と異なる波長の光を放出するものである。これにより、LEDチップから放出される光の一部と、蛍光体から放出される光の一部とが混合して、白色を含む多色系のLEDパッケージを作製することが可能である。具体的には、青色LEDチップに、LEDチップからの光によって黄色の発光色を発光する蛍光体を光学的に結合させることによって白色を発光させることができる。上述のような蛍光体には、緑色に発光する蛍光体、青色に発光する蛍光体、黄色に発光する蛍光体、赤色に発光する蛍光体等の種々の蛍光体がある。
蛍光体として、最終的に所定の色を再現できるものであれば特に限定はなく、公知のものを用いることができる。例として、青色LEDチップに対応する蛍光体として、YAG系蛍光体、TAG系蛍光体、シリケート蛍光体、ナイトライド系蛍光体、オキシナイトライド系蛍光体等が挙げられる。
<マトリックス樹脂>
マトリックス樹脂は、連続相を形成するものであり、成型加工性、透明性、耐熱性、接着性等に優れる材料であれば、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などの公知のものを用いることができる。これらの樹脂を適宜設計することで、本発明の蛍光体組成物に有用な樹脂が得られる。
また、添加剤として塗布膜安定化のための分散剤やレベリング剤、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添加することも可能である。また、蛍光体沈降抑制剤としてシリカ粒子やシリコーン微粒子等の無機粒子を添加することも可能である。特に、熱硬化性、または光硬化性のものが好ましい。透明性、耐熱性などの観点から、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはこれらの混合物を好適に用いることができる。
マトリックス樹脂は、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂が最も好ましい。シリコーン樹脂の中でも付加反応硬化型シリコーン組成物が好ましい。付加反応硬化型シリコーン組成物は、常温または50〜200℃の温度で、加熱、硬化し、透明性、耐熱性、接着性に優れる。付加反応硬化型シリコーン組成物は、ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するシリコーンと、ケイ素原子に結合した水素原子を有するシリコーン、触媒量の白金系触媒を含有するものを使用することができる。
本発明には、シロキサン結合を有し、かつアリール基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂が好ましく用いられる。特に、シロキサン結合を有し、かつナフチル基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂であると、高屈折率と耐熱・耐光性を両立できるため好ましい。
シロキサン結合を有し、かつアリール基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂としては、シロキサン結合を有し、かつフェニル基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂、シロキサン結合を有し、かつメチル基とフェニル基がそれぞれ直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂等が挙げられる。
シロキサン結合を有し、かつナフチル基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂としては、シロキサン結合を有し、かつメチル基とナフチル基がそれぞれ直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂、シロキサン結合を有し、かつメチル基、フェニル基およびナフチル基がそれぞれ直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂等が挙げられる。
なお、メチル基とフェニル基がそれぞれ直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂においては、1つのケイ素原子にメチル基とフェニル基が直結している場合と、メチル基が直結したケイ素原子とフェニル基が直結したケイ素原子をそれぞれ有する場合の両方が含まれる。メチル基、フェニル基およびナフチル基がそれぞれ直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂についても同様である。
シリコーン樹脂についてより詳細に説明する。ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するシリコーンと、ケイ素原子に結合した水素原子を有するシリコーンと、ヒドロシリル化反応触媒として白金系触媒を含む付加反応硬化型シリコーン組成物が好ましい。例えば、東レ・ダウコーニング(株)製封止材“OE6630”、“OE6636”などや信越化学工業株式会社製の“SCR−1012”、“SCR1016”などを用いることができる。特に、本発明の蛍光体組成物のマトリックス樹脂としては、(A)〜(D)の組成を含む架橋性シリコーン組成物をヒドロシリル化反応してなる架橋物であることが特に好ましい。この架橋物は、60℃〜250℃で貯蔵弾性率が減少し、加熱によって高い接着力が得られるため、接着剤不要の蛍光体シート用のマトリックス樹脂として好ましく用いることができる。以下、この架橋物を熱融着樹脂という。
(A)平均単位式:
(R SiO2/2)a(RSiO3/2)b(R1/2)c
(式中、Rはフェニル基、炭素原子数1〜6のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数2〜6のアルケニル基であり、ただし、Rの65〜75モル%はフェニルであり、Rの10〜20モル%はアルケニル基であり、Rは水素原子または炭素原子数1〜6のアルキル基であり、a、b、およびcは、0.5≦a≦0.6、0.4≦b≦0.5、0≦c≦0.1、かつa+b=1を満たす数である。)
で表されるオルガノポリシロキサン、
(B)一般式:
SiO(R SiO)SiR
(式中、Rはフェニル基、炭素原子数1〜6のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数2〜6のアルケニル基であり、ただし、Rの40〜70モル%はフェニルであり、Rの少なくとも1個はアルケニル基であり、mは5〜50の整数である。)で表されるオルガノポリシロキサン{(A)成分100重量部に対して5〜15重量部}
(C)一般式:
(HR SiO)SiR
(式中、Rはフェニル基、または炭素原子数1〜6のアルキル基もしくはシクロアルキル基であり、ただし、Rの30〜70モル%はフェニルである。)
で表されるオルガノトリシロキサン{(A)成分中と(B)成分中のアルケニル基の合計に対する本成分中のケイ素原子結合水素原子のモル比が0.5〜2となる量}、および
(D)ヒドロシリル化反応用触媒{(A)成分と(B)成分中のアルケニル基と(C)成分中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するに十分な量}。
(A)成分の一般式においてa、b、およびcの値は得られる架橋物の室温での十分な硬さが得られ、かつ高温での軟化が得られる。(B)成分の一般式において、フェニル基の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られる架橋物の高温での軟化が不十分であり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られる架橋物の透明性が失われ、その機械的強度も低下する。また、式中、Rの少なくとも1個はアルケニル基である。これは、アルケニル基を有さないと、本成分が架橋反応に取り込まれず、得られる架橋物から本成分がブリードアウトするおそれがあるからである。また、式中、mは5〜50の範囲内の整数であり、これは、得られる架橋物の機械的強度を維持しつつ取扱作業性を保持する範囲である。
(B)成分の含有量は、(A)成分100重量部に対して5〜15重量部の範囲内となる量で、得られる架橋物の高温での十分な軟化を得るための範囲である。
(C)成分の一般式において、式中、Rはフェニル基、または炭素原子数1〜6のアルキル基もしくはシクロアルキル基である。Rのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘプチル基が例示される。Rのシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘプチル基が例示される。なお、Rの内、フェニル基の含有量は30〜70モル%の範囲内である。これは、得られる架橋物の高温での十分な軟化が得られ、かつ透明性と機械的強度を保つ範囲である。
(C)成分の含有量は、(A)成分中および(B)成分中のアルケニル基の合計に対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子のモル比が0.5〜2の範囲内となる量であり、これは得られる架橋物の室温での十分な硬さが得られる範囲である。
(D)成分は、(A)成分および(B)成分中のアルケニル基と(C)成分中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するためのヒドロシリル化反応用触媒である。(D)成分としては、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒が例示され、シリコーン組成物の硬化を著しく促進できることから白金系触媒が好ましい。この白金系触媒としては、白金微粉末、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金−アルケニルシロキサン錯体、白金−オレフィン錯体、白金−カルボニル錯体が例示され、特に、白金−アルケニルシロキサン錯体であることが好ましい。このアルケニルシロキサンとしては、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン、これらのアルケニルシロキサンのメチル基の一部をエチル基、フェニル基等で置換したアルケニルシロキサン、これらのアルケニルシロキサンのビニル基をアリル基、ヘキセニル基等で置換したアルケニルシロキサンが例示される。特に、この白金−アルケニルシロキサン錯体の安定性が良好であることから、1,3−ジビニル−1,1,3,3−トテラメチルジシロキサンが好ましい。また、この白金−アルケニルシロキサン錯体の安定性を向上させることができることから、この錯体に1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジアリル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジメチル−1,3−ジフェニルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン等のアルケニルシロキサンやジメチルシロキサンオリゴマー等のオルガノシロキサンオリゴマーを添加することが好ましく、特に、アルケニルシロキサンを添加することが好ましい。
(D)成分の含有量は、(A)成分および(B)成分中のアルケニル基と(C)成分中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するための十分な量であれば特に限定されないが、好ましくは、シリコーン組成物に対して、本成分中の金属原子が質量単位で0.01〜500ppmの範囲内となる量であることが好ましく、さらには、0.01〜100ppmの範囲内となる量であることが好ましく、特には、0.01〜50ppmの範囲内となる量であることが好ましい。これは、得られるシリコーン組成物が十分に架橋し、かつ着色等の問題を生じない範囲である。
シリコーン組成物は、少なくとも上記(A)成分〜(D)成分からなるが、その他任意の成分として、エチニルヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、2−フェニル−3−ブチン−2−オール等のアルキンアルコール;3−メチル−3−ペンテン−1−イン、3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン等のエンイン化合物;1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン、ベンゾトリアゾール等の反応抑制剤を含有してもよい。この反応抑制剤の含有量は限定されないが、シリコーン組成物の重量に対して1〜5,000ppmの範囲内であることが好ましい。反応抑制剤の含有量を調整することにより、得られる架橋物の貯蔵弾性率を調整することもできる。
<シリコーン微粒子>
本発明の蛍光体組成物はシリコーン微粒子を含有していてもよい。シリコーン微粒子を含有することで、接着性や加工性だけでなく、膜厚均一性も良好な蛍光体シートを得ることができる。特に、平均粒子径が0.1μm以上2.0μm以下であるシリコーン微粒子を用いることで、スリットダイコーターを用いた場合の吐出性に優れ、膜厚均一性に優れた蛍光体シートを得ることができる。
また、組成物中にシリコーン微粒子が存在していると、グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆する。これによってさらにマトリックス樹脂と金属化合物粒子との相溶性が向上するので、それらの界面がより生じにくくなる。よって、LEDチップの発光面との密着性が更に向上するので、より一層の輝度向上効果が得られる。また、蛍光体シートにした場合、100℃における貯蔵弾性率(G’)を低貯蔵弾性率化させ、LEDチップとの密着性を向上することができる。
なお、ここで言う「グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆」しているとは、上記グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子の表面を均一に覆っている状態を意味する。その状態は、SEMやTEMで蛍光体組成物の硬化物や蛍光体シート断面を観察することによって知ることができる。
グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆している状態の例を図5および図6に、被覆していない状態の例を図7および図8に示す。図5および図6は、後述の実施例19の蛍光体シートの断面を切断し走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した写真であり、図7および図8は、それぞれ後述の比較例12および13の蛍光体シートの断面を切断しSEMで観察した写真である。
グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆している状態では、図5および図6に示されるように、マトリックス樹脂中101にシリコーン微粒子103が均一に分散しており、シリコーン微粒子表面をグラフト化された金属化合物粒子104が覆っているのが観察される。グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆していない場合は、図7および図8に示されるように、マトリックス樹脂中101に、蛍光体105が存在し、シリコーン微粒子103同士、金属化合物粒子102同士がそれぞれ凝集して集合体を形成しているのが観察される。
図5および図6に示すような、グラフト化された金属化合物粒子がシリコーン微粒子を被覆した状態となるのは、グラフト化された金属化合物粒子とシリコーン微粒子が水素結合やファンデルワールス力などの弱い結合で擬似的な結合を取っているためと考えられる。
シリコーン微粒子は、シリコーン樹脂および/またはシリコーンゴムからなる微粒子が好ましい。特に、オルガノトリアルコキシシランやオルガノジアルコキシシラン、オルガノトリアセトキシシラン、オルガノジアセトキシシラン、オルガノトリオキシムシラン、オルガノジオキシムシランなどのオルガノシランを加水分解し、次いで縮合させる方法により得られるシリコーン微粒子が好ましい。
オルガノトリアルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロキシシラン、メチルトリ−i−プロキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−i−ブトキシシラン、メチルトリ−s−ブトキシシラン、メチルトリ−t−ブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、i−プロピルトリメトキシシラン、n−ブチルトリブトキシシラン、i−ブチルトリブトキシシラン、s−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチルトリブトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどが例示される。
オルガノジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルエチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノイソブチルメチルジメトキシシラン、N−エチルアミノイソブチルメチルジエトキシシラン、(フェニルアミノメチル)メチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシランなどが例示される。
オルガノトリアセトキシシランとしては、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、ビニルトリアセトキシシランなどが例示される。
オルガノジアセトキシシランとしては、ジメチルジアセトキシシラン、メチルエチルジアセトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルエチルジアセトキシシランなどが例示される。
オルガノトリオキシムシランとしては、メチルトリスメチルエチルケトオキシムシラン、ビニルトリスメチルエチルケトオキシムシラン、オルガノジオキシムシランとしては、メチルエチルビスメチルエチルケトオキシムシランなどが例示される。
このようなシリコーン微粒子は、具体的には、特開昭63-77940号公報で報告されている方法、特開平6-248081号公報で報告されている方法、特開2003-342370号公報で報告されている方法、特開平4-88022号公報で報告されている方法などにより得ることができる。また、オルガノトリアルコキシシランやオルガノジアルコキシシラン、オルガノトリアセトキシシラン、オルガノジアセトキシシラン、オルガノトリオキシムシラン、オルガノジオキシムシランなどのオルガノシランおよび/またはその部分加水分解物をアルカリ水溶液に添加し、加水分解・縮合させシリコーン微粒子を得る方法や、水あるいは酸性溶液にオルガノシランおよび/またはその部分加水分解物を添加し、該オルガノシランおよび/またはその部分加水分解物の加水分解部分縮合物を得た後、アルカリを添加し縮合反応を進行させシリコーン微粒子を得る方法、オルガノシランおよび/またはその加水分解物を上層にし、アルカリまたはアルカリと有機溶媒の混合液を下層にして、これらの界面で該オルガノシランおよび/またはその加水分解物を加水分解・重縮合させて粒子を得る方法なども知られており、これらいずれの方法においても、本発明で用いられるシリコーン微粒子を得ることができる。
これらの中で、オルガノシランおよび/またはその部分加水分解物を加水分解・縮合させ、球状オルガノポリシルセスキオキサン微粒子を製造するにあたり、特開2003-342370号公報で報告されているような反応溶液内に高分子分散剤を添加する方法により得られたシリコーン微粒子を用いることが好ましい。
また、シリコーン微粒子を製造するに当たり、オルガノシランおよび/またはその部分加水分解物を加水分解・縮合させ、酸性水溶液に溶媒中で保護コロイドとして作用する高分子分散剤及び塩を存在させた状態で、オルガノシランおよび/またはその加水分解物を添加し加水分解物を得た後、アルカリを添加し縮合反応を進行させることにより製造したシリコーン微粒子を用いることもできる。
高分子分散剤は、水溶性高分子であり、溶媒中で保護コロイドとして作用するものであれば合成高分子、天然高分子のいずれでも使用できるが、具体的にはポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを例示することができる。高分子分散剤の添加方法としては、反応初液に予め添加する方法、オルガノトリアルコキシシランおよび/またはその部分加水分解物と同時に添加する方法、オルガノトリアルコキシシランおよび/またはその部分加水分解物を加水分解部分縮合させた後に添加する方法が例示でき、これらのいずれの方法を選ぶこともできる。ここで、高分子分散剤の添加量は、反応液容量1重量部に対して5×10−7〜10−2重量部の範囲が好ましく、この範囲であるとシリコーン微粒子同士の凝集が起きにくい。
シリコーン微粒子に含まれる有機置換基としては、好ましくはメチル基およびフェニル基であり、これら置換基の含有量によりシリコーン微粒子の屈折率を調整することができる。例えば、マトリックス樹脂がシリコーン樹脂の場合、LEDパッケージの輝度を低下させないためには、シリコーン微粒子の屈折率d1と、当該シリコーン微粒子および蛍光体以外の成分による屈折率d2の屈折率差を小さくすることが好ましい。シリコーン微粒子の屈折率d1と、シリコーン微粒子および蛍光体以外の成分による屈折率d2の屈折率の差は、0.10未満であることが好ましく、0.03以下であることがさらに好ましい。このような範囲に屈折率を制御することにより、シリコーン微粒子とシリコーン樹脂の界面での反射・散乱が低減され、高い透明性、光透過率が得られ、LEDパッケージの輝度を低下させることがない。
屈折率の測定は、全反射法としては、Abbe屈折計、Pulfrich屈折計、液浸型屈折計、液浸法、最小偏角法などが用いられるが、シリコーン樹脂の屈折率測定には、Abbe屈折計、シリコーン微粒子の屈折率測定には、液浸法が有用である。
また、上記屈折率差を制御するための手段としては、シリコーン微粒子を構成する原料の量比を変えることにより調整可能である。すわなち、例えば、原料であるメチルトリアルコキシシランとフェニルトリアルコキシシランの混合比を調整し、メチル基の構成比を多くすることで、1.4に近い低屈折率化することが可能であり、逆に、フェニル基の構成比を多くすることで、比較的高屈折率化することが可能である。
本発明において、シリコーン微粒子の平均粒子径はメジアン径(D50)で表される。この平均粒径は下限としては0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがさらに好ましい。また、上限としては2.0μm以下であることが好ましく、1.0μm以下であることがさらに好ましい。また、単分散で真球状の粒子を用いることが好ましい。本発明において、シリコーン微粒子の平均粒子径すなわちメジアン径(D50)および粒度分布は、SEM観察によって測定することができる。SEMによる測定画像を画像処理して粒径分布を求め、そこから得られる粒度分布において、小粒径側からの通過分積算50%の粒子径をメジアン径D50として求める。この方法であれば、シリコーン微粒子そのものの平均粒径を求めるのと同様の方法で、蛍光体シートとしてからその断面SEMを観察してシリコーン微粒子の粒径分布を求め、そこから得られる体積基準粒度分布において、小粒径側からの通過分積算50%の粒子径をメジアン径D50として求めることも可能である。この場合、蛍光体シートの断面SEM画像から求めたシリコーン微粒子平均粒子径は真の平均粒子径に比較して理論上は78.5%、実際にはおおよそ70%〜85%の値となる。
シリコーン微粒子の含有量としては、樹脂100重量部に対して、下限としては1重量部以上であることが好ましく、10重量部以上であることがさらに好ましい。また、上限としては100重量部以下であることが好ましく、80重量部以下であることがさらに好ましい。シリコーン微粒子を1重量部以上含有することで、特に良好な蛍光体分散安定化効果が得られ、一方、80重量部以下の含有により、蛍光体組成物の粘度を過度に上昇させることがない。
<溶媒>
本発明の蛍光体組成物は溶媒を含んでいてもよい。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。
<その他の成分>
本発明の蛍光体組成物は、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。
また、100℃における貯蔵弾性率(G’)を低下させるため、加熱粘着剤として、シラノール基含有メチルフェニル系シリコーンレジンを含有してもよい。前記シラノール基含有メチルフェニル系シリコーンレジンの構造は、下記一般式(E)であることが特に好ましい。
(E)一般式:(RSiO)d(PhSiO)e(ROHSiO)f(PhOHSiO)g(RSiO)h
式中、RおよびRはそれぞれ炭素原子数1〜6のアルキル基もしくはシクロアルキル基、Phはフェニル基であり、d、e、f、gおよびhは、20≦d≦40、20≦e≦40、5≦f≦15、5≦g≦15、20≦h≦40、かつd+e+f+g+h=100を満たす数である。
<蛍光体シート積層体>
本発明において蛍光体シート積層体とは、基材と、蛍光体組成物を前記基材上に塗布することによって形成された蛍光体シートを含有する積層体をいう。
(基材)
基材としては、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、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、ポリフェニレンスルフィド、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で、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、基材が金属板の場合、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されていてもよい。
これらの中でも、蛍光体シートの作製のし易さや蛍光体シートの個片化のし易さからガラスや樹脂フィルムが好ましく用いられる。特に、蛍光体シートをLEDチップに貼りつける際の密着性から、基材は柔軟なフィルム状であることが好ましい。また、フィルム状の基材を取り扱う際に破断などの恐れがないように強度が高いフィルムが好ましい。それらの要求特性や経済性の面で樹脂フィルムが好ましく、これらの中でも、経済性、取り扱い性の面でPET、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンからなる群より選ばれるプラスチックフィルムが好ましい。また、蛍光体シートを乾燥させる場合や蛍光体シートをLEDチップに貼り付ける際に200℃以上の高温を必要とする場合は、耐熱性の面でポリイミドフィルムが好ましい。シートの剥離のし易さから、基材は、あらかじめ表面が離型処理されていてもよい。
基材の厚さは特に制限はないが、下限としては25μm以上が好ましく、38μm以上がより好ましい。また、上限としては5000μm以下が好ましく、3000μm以下がより好ましい。
(蛍光体シート)
本発明において蛍光体シートとは、内部に蛍光体を含むシートのことをいう。本発明の一つの特徴である蛍光体シートは、蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体シートであって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子がグラフト化されており、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係(i)を満たし、シートの粘弾性挙動が以下の関係(ii)、(iii)および(iv)を満たすことを特徴とする。
<屈折率の関係>
(i)0.20≧|N1−N2|
<粘弾性挙動>
(ii)温度25℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1
(iii)温度100℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’<1.0×10Paであり、かつtanδ≧1
(iv)温度200℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1。
上記蛍光体シートに含まれる蛍光体、マトリックス樹脂、金属化合物粒子およびそのグラフト化、ならびにその他の好ましい成分の詳細については、前述の蛍光体組成物におけるものと共通する。また、平均屈折率N1、N2およびそれらの関係を示す関係式(i)に関する説明も、前述の蛍光体組成物におけるものと共通する。
次に本発明の蛍光体シートの粘弾性挙動について説明する。本発明の蛍光体シートは保管性、運搬性および加工性の観点から、室温付近で弾性が高いことが好ましい。一方で、LEDチップの形状に追従するように変形し、かつLEDチップの光取出し面に密着させる観点から、一定の温度条件下で弾性が低くなり、柔軟性、密着性、流動性を発現することが好ましい。特に本発明の蛍光体シートは60℃以上の加熱で流動性を発現することが好ましい。本発明の蛍光体シートは、LEDチップの光取出し面への密着性が高いことが重要であり、これによって、LEDチップからの光取出し性が飛躍的に向上する。よって、蛍光体シートの粘弾性挙動としては、前述の(ii)〜(iv)を満たすことが必要である。
ここでいう蛍光体シートの貯蔵弾性率(G’)とは、レオメーターにより蛍光体シートの動的粘弾性測定(温度依存性)を行った場合の貯蔵弾性率(G’)である。動的粘弾性とは、材料にある正弦周波数で剪断歪みを加えたときに、定常状態に達した場合に現れる剪断応力を歪みと位相の一致する成分(弾性的成分)と、歪みと位相が90°遅れた成分(粘性的成分)に分解して、材料の動的な力学特性を解析する手法である。
動的粘弾性測定(温度依存性)は、一般的な粘度・粘弾性測定装置を用いて動的粘弾性測定することができる。本発明においては、以下の条件にて測定を行った場合の値とする。
測定装置 :粘度・粘弾性測定装置HAAKE MARSIII
(Thermo Fisher SCIENTIFIC 製)
測定条件 :OSC温度依存測定
ジオメトリー:平行円板型(20mm)
測定時間 :1980秒
角周波数 :1Hz
角速度 :6.2832rad/秒
温度範囲 :25〜200℃(低温温度制御機能あり)
昇温速度 :0.08333℃/秒
サンプル形状:円形(直径18mm)。
ここで剪断歪みに位相が一致する応力成分を剪断歪みで除したものが、貯蔵弾性率(G’)である。貯蔵弾性率(G’)は各温度における動的な歪みに対する材料の弾性を表すものであるので、蛍光体シートの硬さ、すなわち加工性に密接に関連している。
一方、剪断歪みと位相が90°遅れた応力成分を剪断歪みで除したものが損失弾性率(G”)である。損失弾性率は材料の粘性を表すものであるので、蛍光体シート流動性、すなわち密着性に密接に関係してくる。
また、損失弾性率(G”)を貯蔵弾性率(G’)で除したものが損失正接(tanδ)であり、材料が置かれている状態を示す指標となる。tanδが1未満であれば弾性が支配的で、固体の状態である。一方、tanδが1以上であれば粘性が支配的で、液体の状態であることを示す。
本発明における蛍光体シートは、25℃において1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1であることにより、室温(25℃)において十分弾性的である。そのため、刃体による切断加工などの早い剪断応力に対しても、シートが周囲の変形無しに切断され、高い寸法精度での加工性が得られる。蛍光体シートの25℃における貯蔵弾性率は、ハンドリング時の割れ防止や加工性の観点から、より好ましくは、9.0×10Pa以下である。
室温におけるtanδは、貼り付け温度の低温化の観点から、0.7以下であることがより好ましい。また、下限としては特に制限はないが、0.1以上であることが好ましく、0.2以上であることがより好ましく、0.25以上であることがさらに好ましい。
また、蛍光体シートが、100℃において1.0×10Pa≦ G’<1.0×10Paであり、かつtanδ≧1であることによって、100℃においてシートが十分粘性的であり、流動性が高い。そのため、この物性を備えた蛍光体シートを100℃以上で加熱しながらLEDチップへの貼り付けを行えば、LEDチップの発光面の形状に応じて蛍光体シートが素早く流動、変形して、高い密着性が得られる。これによって、LEDチップからの光取出し性が向上し、輝度が向上する。蛍光体シートの100℃における貯蔵弾性率は、貼り付け温度の低温化の観点からより好ましくは、9.0×10Pa以下である。
100℃におけるtanδは、密着性の観点から1.6以上であることがより好ましい。また、上限としては特に制限はないが、4.0以下であることが好ましく、3.6以下であることがより好ましく、3.3以下であることがさらに好ましい。
更に、蛍光体シートが、200℃において1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1であることによって、最終的にLEDチップを安定的に動作させることができる。蛍光体シートを200℃以上で加熱すれば、シートの完全硬化が完了し、樹脂全体が一体化するので、LEDチップ点灯時の熱などの熱的要因の影響を受けなくなるためである。蛍光体シートの200℃における貯蔵弾性率(G’)は、クラック防止の観点から、より好ましくは、9.0×10Pa以下である。
200℃におけるtanδは、熱安定性の観点から、tanδ≦0.08であることがより好ましい。また、下限としては特に制限はないが、0.01以上であることが好ましく、0.02以上であることがより好ましく、0.03以上であることがさらに好ましい。
蛍光体シートとして上記の貯蔵弾性率(G’)が得られるのであれば、そこに含まれる樹脂は未硬化状態のものであってもよい。また、シートの取扱性・保存性等を考慮すると、含まれる樹脂は全体が一体化した完全硬化ではなく、ある程度硬化している状態であることが好ましい。一例としては、室温保存で1ヶ月以上の長期間、貯蔵弾性率(G’)が変化しない程度に硬化が進行していることが好ましい。
<蛍光体シートの製造方法>
本発明の蛍光体シートは、前述した蛍光体組成物から得ることができる。その製造方法の詳細は後述する。
本発明の蛍光体シートの厚みは特に制限はないが、10〜1000μmであることが好ましい。10μmより小さいと、蛍光体粒子に起因する凹凸のため、均一なシート成型が難しい。1000μmを超えると、クラックが生じやすくなり、シート成型が難しい。より好ましくは、30〜100μmである。
一方で、シートの耐熱性を高める観点からは、シートの膜厚は200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがさらに好ましい。
本発明におけるシートの膜厚は、JIS K7130(1999)プラスチック−フィルム及びシート−厚さ測定方法における機械的走査による厚さの測定方法A法に基づいて測定される膜厚(平均膜厚)のことをいう。
耐熱性とはLEDパッケージ内で発生した熱に対する耐性を示す。耐熱性は、LEDパッケージを室温で発光させた場合と高温で発光させた場合の輝度を比較し、高温での輝度がどの程度低下するかを測定することによって評価することができる。
LEDチップは小さな空間で大量の熱が発生する環境にあり、特に、ハイパワーLEDの場合、発熱が顕著である。このような発熱によって蛍光体の温度が上昇することでLEDパッケージの輝度が低下する。したがって、発生した熱をいかに効率良く放熱するかが重要である。本発明においては、シート膜厚を前記範囲とすることで耐熱性に優れたシートを得ることができる。また、シート膜厚にバラツキがあると、LEDパッケージごとに蛍光体量に違いが生じ、結果として、発光スペクトルにバラツキが生じる。従って、シート膜厚のバラツキは、好ましくは±5%以内、さらに好ましくは±3%以内である。なお、ここでいう膜厚バラツキとは、JIS K7130(1999)プラスチック−フィルム及びシート−厚さ測定方法における機械的走査による厚さの測定方法A法に基づいて膜厚を測定し、下記に示す式にて算出される。
より具体的には、機械的走査による厚さの測定方法A法の測定条件を用いて、市販されている接触式の厚み計などのマイクロメーターを使用して膜厚を測定して、得られた膜厚の最大値あるいは最小値と平均膜厚との差を計算し、この値を平均膜厚で除して100分率であらわした値が膜厚バラツキB(%)となる。
膜厚バラツキB(%)=(最大膜厚ズレ値*−平均膜厚)/平均膜厚×100
*最大膜厚ズレ値は膜厚の最大値または最小値のうち平均膜厚との差が大きい方を選択する。
<蛍光体組成物の製造方法>
以下に、本発明の蛍光体組成物の製造方法の一例を説明する。前述した金属化合物粒子、マトリックス樹脂、蛍光体、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、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。
<蛍光体シート積層体の製造方法>
以下に、本発明の蛍光体組成物の製造方法の一例を説明する。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、蛍光体シート積層体を作製する。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。
蛍光体シートの乾燥は熱風乾燥機や赤外線乾燥機等の一般的な加熱装置を用いて行うことができる。蛍光体シートの加熱には、熱風乾燥機や赤外線乾燥機等の一般的な加熱装置が用いられる。この場合、加熱条件は、通常、40〜250℃で1分〜5時間、好ましくは60℃〜200℃で2分〜4時間である。また、ステップキュア等の段階的に加熱硬化することも可能である。
本発明の蛍光体シート中の金属化合物粒子の濃度は、蛍光体組成物の粘度、塗布後の乾燥条件(速度)によって変えることができる。蛍光体組成物の粘度が高いと金属化合物粒子が流動しにくく、濃度一定の領域と濃度変化領域が得られにくい。従って、溶媒を含む蛍光体組成物を作製することが好ましい。ペーストの粘度は好ましくは、3000〜100,000mPa・sである。また、乾燥温度を高くし、乾燥速度を速めても金属化合物粒子が流動しにくくなるので、濃度一定の領域と濃度変化領域が得られにくい。好ましい乾燥条件は前述の通りである。
蛍光体シート積層体を作製した後、必要に応じて基材を変更することも可能である。特に高屈折率ナノ粒子の濃度の大きい側の面をLEDチップの発光面に貼り付ける場合には、基材を変更して貼り付け面を調整することが好ましい。この場合、簡易的な方法としてはホットプレートを用いて貼り替えを行なう方法や、真空ラミネーターやドライフィルムラミネーターを用いた方法などが挙げられるが、これらに限定されない。高屈折率ナノ粒子の濃度の大きい側の面をLEDチップの発光面に対向させる様にする場合にも同様の方法を用いることができる。
<蛍光体シートの適用例>
本発明の蛍光体シート積層体は、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ることで、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チップを形成でき、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。
ここで、LEDチップからの発光面が単一平面の場合と、単一平面ではない場合がある。単一平面の場合としては主に上部発光面のみを有するものが挙げられる。具体的にはバーティカルタイプのLEDチップや、側面を反射層で覆い上面からのみ光が取り出されるようにしたLEDチップなどが例示される。一方、単一平面ではない場合は、上部発光面および側部発光面を有するLEDチップや曲面発光面を持つLEDチップが挙げられる。
側部からの発光を利用でき明るくすることができることから、発光面が単一平面でない場合が好ましい。特に発光面積を大きくできること、およびチップ製造プロセスが容易なことから、上部発光面と側部発光面を有するフリップチップタイプLEDチップが好ましい。また、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良い。
本発明の蛍光体シート積層体は、直接LEDチップに貼付けせずに、透明樹脂などの接着剤を用いて貼付けを行なうことも可能である。一方で、LEDチップを蛍光体シートで直接被覆することで、LEDチップからの光を反射などによってロスすることなく、直接、波長変換層である蛍光体シートへ入射させることができるため好ましい。これにより、色バラツキが少なく高効率で均一な白色光を得ることができる。ここで言う波長変換層とは、LEDチップから放出される光を吸収して波長を変換し、LEDチップの光と異なる波長の光を放出する層を表す。
これらの方法で得られた蛍光体シート付きLEDチップは、金属配線や封止を行ってパッケージ化した後、モジュールに組み込むことで各種照明や液晶バックライト、ヘッドランプをはじめとする様々なLED発光装置に好適に使用することができる。
図9に蛍光体シート付きLEDチップの好適な例を示す。(a)は、LEDチップの上面に蛍光体シートを貼り付けて設置したものである。(b)はLEDチップ1の上面だけでなく側面にも蛍光体シート2を貼り付けて設置したものである。側面からの発光に対しても波長変換できるため好ましい。(c)はフリップチップタイプのLEDを用いて、発光面である上面と側面を蛍光体シート2によって被覆したものである。(d)は高屈折率ナノ粒子の濃度の大きい側の面をLEDチップの発光面に貼り付けたものである。
図10A〜図10BにLEDパッケージの好適な例を示す。(a)は、LEDチップ1を設置したリフレクター5付きの実装基板7に蛍光体組成物4を注入し、その後、透明封止材6によって封止したものである。(b)はリフレクター5付きの実装基板7に設置されたLEDチップ1上に蛍光体シート2を貼り付け、その後、透明封止材6によって封止したものである。(c)はLEDチップ1の上面だけでなく側面にも蛍光体シート2を貼り付けたものであり、側面からの発光に対しても波長変換できるため好ましい。さらに透明封止材6によるレンズも取り付けたものである。
(d)は、リフレクター5を用いず、透明封止材6のレンズ成型体により封止されていること以外は(b)と同様である。(e)はリフレクター5を用いないこと以外は(c)と同様である。
(f)はフリップチップタイプのLEDを用いて、発光面である上面と側面を蛍光体シート2によって被覆した以外は、(c)と同様である。なお、LEDチップ1の側面を蛍光体シート2で被覆する際、(f)に示すように蛍光体シート2が実装基板7の上面まで及ぶようにしてもよい。(g)は、リフレクター5を用いず、透明封止材6のレンズ成型体により封止されていること以外は(e)と同様である。(h)は、LEDチップ1と蛍光体シート2を透明接着剤9によって貼付けしたものであり、それ以外は(b)と同様である。(i)はあらかじめ用意した基材10付き蛍光体シート2を用い、基材10を蛍光体シート2から剥離せずに用いた以外は(h)と同様である。基材10の材質としてはガラスが好ましい。
本発明を適用できるLEDパッケージはこれらに限られない。例えば、(b)において透明封止材6が(c)に示すような形状であり、かつLEDチップ1の上面だけでなく側面にも蛍光体シート2を貼り付けたものであっても構わない。このように、(a)〜(i)に例示された各パーツの構造を適宜組み合わせることが可能である。また、これら以外の公知のパーツに置き換えたり組み合わせたりしてもよい。
ここで透明封止材は、成形加工性、透明性、耐熱性、接着性等に優れる材料であれば、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などの公知のものを用いることができる。また、透明接着剤は、上述した透明封止材を用いることができる。
<LEDパッケージの製造方法への適用例>
本発明の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12に蛍光体組成物を使用したLEDチップの好適な製造方法例を示すが、この方法には限定されない。本発明の蛍光体組成物を用いた製造方法として、特に好ましくは、(A)蛍光体組成物をパッケージフレームに注入する工程、及び(B)その工程の後、封止材でパッケージを封止する工程を少なくとも含むLEDパッケージの製造方法である。
まず、(a)パッケージフレーム18として、リフレクター5付きの実装基板7を用意する。そして(b)その実装基板7上にLEDチップ1を実装して設置する。
次に(c)本発明の蛍光体組成物を、LEDチップ1が設置されているパッケージフレーム18の中に所望の量を注入する。この時の注入の方法は、射出成型、圧縮成型、注型成型、トランスファー成型、コーティング、ポッティング(ディスペンス)、印刷、転写等の方法が挙げられるが、これらに限定されない。特に好ましくは、ポッティング(ディスペンス)を用いることができる。
注入後、蛍光体組成物を加熱硬化させることにより、パッケージの形状にあった形で、蛍光体組成物をLEDチップ上に設置することができる。加熱硬化は、熱風乾燥機や赤外線乾燥機等の一般的な加熱装置を用いて行なうことができる。加熱硬化条件は、通常40〜250℃で1分〜5時間、好ましくは60℃〜200℃で2分〜4時間である。この場合、ステップキュア等の段階的に加熱硬化することも可能である。
その後、(d)透明封止材6を注入し加熱硬化してLEDチップ1を封止する。この時の注入方法および加熱条件は、上述した蛍光体組成物の条件に準ずる。以上の工程によりLEDパッケージ19が製造される。必要に応じて透明樹脂によるオーバーコート層やレンズ等を設置しても構わない。
次に、本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの製造方法を説明する。本発明の蛍光体シート積層体を用いたLEDパッケージの代表的な製造方法は、後述するように、(1)蛍光体シートを個片に切断してから、個別のLEDチップに貼り付ける方法、(2)ダイシング前のLEDチップを作り付けたウェハに一括貼り付けを経て、ウェハのダイシングと蛍光体シートの切断を一括して行う方法があるが、これらに限定されない。特に好ましくは(A)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、および(B)加熱圧着ツールにより加熱しながら加圧して前記シートの前記一の区画と前記一のLEDチップの発光面を接着させる接着工程を少なくとも含むLEDパッケージの製造方法である。さらに、前記(A)の工程が、前記蛍光体シートの一の区画の上面および下面のうち無機粒子の濃度の大きい側の面を前記一のLEDチップの発光面に対向させる位置合わせ工程であるLEDパッケージの製造方法であることが好ましい。
本発明の蛍光体シート積層体は、直接LEDチップに貼付けせずに、透明樹脂などの接着剤を用いて貼付けを行なうことも可能であるが、マトリックス樹脂として熱融着樹脂を用いた蛍光体シートを用いることが、容易に接着剤なしでLEDチップに貼り付けることができるため好ましい。
蛍光体シートは、LEDチップに貼り付ける際、所望の温度で加熱しながら加圧することで圧着して貼り付ける。加熱温度は、60℃以上250℃以下が望ましく、より望ましくは60℃以上160℃以下である。60℃以上にすることで、室温と貼り付け温度での弾性率差を大きくするための樹脂設計が容易となる。また、250℃以下にすることで、基材および蛍光体シートの熱膨張、熱収縮を小さくすることができるので、貼り付けの精度を高めることができる。特に、蛍光体シートに予め孔開け加工を施して、LEDチップ上の所定部分と位置合わせを行う場合などには貼り付けの位置精度は重要である。貼り付けの精度を高めるためには160℃以下で貼り付けることがより好適である。
蛍光体シートをLEDチップ表面に貼り付ける方法としては、所望の温度で圧着できる装置であれば既存の任意の装置が利用でき、マウンターやフリップチップボンダーなどの加熱圧着ツールが利用できる。また、ウェハレベルのLEDチップに一括して貼り付ける際には、真空ラミネーターや100〜200mm角程度の加熱部分を有する加熱圧着ツールなどを用いて貼り付けることができる。いずれの場合も、所望の温度で蛍光体シートをLEDチップに圧着して熱融着させてから、室温まで放冷し、基材を剥離する。本発明のような温度と弾性率の関係を持たせることで、熱融着後に室温まで放冷却した後の蛍光体シートはLEDチップに強固に密着しつつ、基材から容易に剥離することが可能となる。
蛍光体シートを切断加工する方法について説明する。蛍光体シートは、LEDチップへの貼り付け前に予め個片に切断し、個別のLEDチップに貼り付ける方法と、ウェハレベルのLEDチップに蛍光体シートを貼り付けてからウェハのダイシングと同時に一括して蛍光体シートを切断する方法がある。貼りつけ前に予め切断する場合には、均一に形成された蛍光体シートを、レーザーによる加工、あるいは刃物による切削によって所定の形状に加工し、分割する。レーザーによる加工は、高エネルギーが付与されるので樹脂の焼け焦げや蛍光体の劣化を回避することが非常に難しく、刃物による切削が望ましい。刃物での切削方法としては、単純な刃物を押し込んで切る方法と、回転刃によって切る方法があり、いずれも好適に使用できる。回転刃によって切断する装置としては、ダイサーと呼ばれる半導体基板(ウェハ)を個別のチップに切断(ダイシング)するのに用いる装置が好適に利用できる。ダイサーを用いれば、回転刃の厚みや条件設定により、分割ラインの幅を精密に制御できるため、単純な刃物の押し込みにより切断するよりも高い加工精度が得られる。
基材と積層された状態の蛍光体シートを切断する場合には、基材ごと個片化しても良いし、あるいは蛍光体シートは個片化しつつ、基材は切断しなくても構わない。あるいは基材は貫通しない切り込みラインが入る所謂ハーフカットでも良い。そのように個片化した蛍光体シートを、個別のLEDチップの発光面上に熱融着させる。蛍光体シートを基材ごと個片化する場合の、個片化・LEDチップ貼り付け・ダイシングの工程の一例を、図13に示す。図13の工程には、蛍光体シートを個片に切断する工程、および該個片に切断された蛍光体シートを所望の温度で圧着してLEDチップに貼り付ける工程が含まれる。図13の(a)は、基材20と積層された状態の蛍光体シート2を仮固定シート21に固定したところである。図13に示した工程では、蛍光体シート2と基材20はいずれも個片化するので、取り扱いが容易なように仮固定シート21に固定しておく。次に(b)に示すように蛍光体シート2と基材20を切断して個片化する。続いて、(c)に示すように実装基板7に実装されたLEDチップ1の上に、個片化された蛍光体シート2と基材20を位置合わせし、(d)に示すように加熱圧着ツール22を用いて所望の温度で圧着する。このとき、蛍光体シート2とLEDチップ1の間に空気を噛み込まないように、圧着工程は真空下あるいは減圧下で行うことが好ましい。圧着後に室温まで放冷し、(e)に示すように基材20を剥離する。ここで基材20がガラス等の場合、基材を剥離せず、(f)に示すようにそのまま使用しても良い。
また、基材が連続したまま蛍光体シートを個片化した場合には、そのまま一括してダイシング前のウェハレベルのLEDチップに熱融着させても良い。基材が連続したまま蛍光体シートを個片化する場合の、個片化・LEDチップ貼り付け・ダイシングの工程の一例を、図14に示す。図14の工程にも、蛍光体シートを個片に切断する工程、および該個片に切断された蛍光体シートを加熱してLEDチップに貼り付ける工程が含まれる。図14に示す工程の例では、まず(b)に示す工程で蛍光体シート2を個片化する際に、基材20は個片化されない。図14の(b)では基材20は全く切断されていないが、基材20が連続している限りは、部分的に切断されても構わない。次に(c)に示すように、個片化された蛍光体シート2を、ダイシング前のLEDチップを表面に形成したウェハ23に対向させ、位置合わせを行う。(d)に示す工程で、蛍光体シート2とダイシング前のLEDチップを表面に形成したウェハ23を、加熱圧着ツール22を用いて所望の温度で圧着する。このとき、蛍光体シート2とLEDチップ1を表面に形成したウェハ23の間に空気を噛み込まないように、圧着工程は真空下あるいは減圧下で行うことが好ましい。圧着後に室温まで放冷し、(e)に示すように基材20を剥離した後、ウェハをダイシングして個片化し、(f)に示すように個片化された蛍光体シート付きLEDチップ24を得る。
ダイシング前のウェハレベルのLEDチップに一括して蛍光体シートを熱融着する場合には、貼り付け後にLEDチップウェハのダイシングと共に、蛍光体シートを切断することもできる。蛍光体シートとウェハを貼り付け後に一括してダイシングする場合の工程の一例を図15に示す。図15の工程には、複数のLEDチップに蛍光体シートを所望の温度で圧着して一括して貼り付ける工程、および蛍光体シートとLEDチップを一括ダイシングする工程が含まれる。図15の工程では、蛍光体シート2は予め切断加工することなく、図15の(a)に示すように蛍光体シート2の側をダイシング前のLEDチップを表面に形成したウェハ23に対向させて位置合わせする。次に(b)に示すように、加熱圧着ツール22により、所望の温度で蛍光体シート2とダイシング前のLEDチップを表面に形成したウェハ23を圧着する。この場合、蛍光体シート2とLEDチップを表面に形成したウェハ23の間に空気を噛み込まないように、圧着工程は真空下あるいは減圧下で行うことが好ましい。圧着後に室温まで放冷し、(c)に示すように基材20を剥離した後、ウェハをダイシングすると同時に、蛍光体シート2を切断して個片化し、(d)に示すように個片化された蛍光体シート付きLEDチップ24を得る。また、(b)に示すように加熱圧着ツールにより、所望の温度で蛍光体シート2とダイシング前のLEDチップを表面に形成したウェハ23を圧着した後、(e)に示すように、基材20は剥離せず、基材も蛍光体シートと一緒に切断して個片化し、(f)に示す様に個片化された基材付きの蛍光体シート付きLEDチップ24を得る。この場合、基材20がガラス等の場合は、剥離せずそのまま用いても良いし、ガラス以外のプラスチックフィルムの場合は、個片化された基材付きの蛍光体シート付きLEDチップを基板に実装した後、基材を剥離しても良い。
上述の図13〜15いずれの工程を採る場合でも、蛍光体シートを上面に電極があるLEDチップに貼り付ける場合には、電極部分の蛍光体シートを除去するために蛍光体シートの貼り付け前に予めその部分に孔開け加工をしておくことが望ましい。孔開け加工はレーザー加工、金型パンチングなどの公知の方法が好適に使用できるが、レーザー加工は樹脂の焼け焦げや蛍光体の劣化を引き起こすので、金型によるパンチング加工がより望ましい。パンチング加工を実施する場合、蛍光体シートをLEDチップに貼り付けた後ではパンチング加工は不可能であるので、蛍光体シートには貼り付け前にパンチング加工を施すことが必須となる。金型によるパンチング加工は、貼り付けるLEDチップの電極形状などにより任意の形状や大きさの孔を開けることができる。孔の大きさや形状は金型を設計すれば任意のものが形成できるが、1mm角内外のLEDチップ上の電極接合部分は、発光面の面積を小さくしないためには500μm以下であることが望ましく、孔はその大きさに合わせて500μm以下で形成される。また、ワイヤーボンディングなどを行う電極はある程度の大きさが必要であり、少なくとも50μm程度の大きさとなるので、孔はその大きさに合わせて50μm程度である。孔の大きさは電極より大きすぎると、発光面が露出して光漏れが発生し、LEDパッケージの色特性が低下する。また、電極より小さすぎると、ワイヤーボンディング時にワイヤが触れて接合不良を起こす。従って、孔開け加工は50μm以上500μm以下という小さい孔を±10%以内の高精度で加工する必要があり、パンチング加工の精度を向上するためにも、蛍光体シートの25℃での貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1であることが非常に重要となる。
切断加工・孔開け加工を施した蛍光体シートを、LEDチップの所定部分に位置合わせして貼り付ける場合には、光学的な位置合わせ(アラインメント)機構を持つ、貼り付け装置が必要となる。このとき、蛍光体シートとLEDチップを近接させて位置合わせすることは作業的に難しく、実用的には蛍光体シートとLEDチップを軽く接触させた状態で位置合わせを行うことが良く行われる。このとき、蛍光体シートが粘着性を持っていると、LEDチップに接触させて動かすことは非常に困難である。本発明の蛍光体シート積層体であれば、室温で位置合わせを行えば粘着性がないので、蛍光体シートとLEDチップを軽く接触した位置合わせを行うことが容易である。
本発明の蛍光体シート積層体を用いた蛍光体シート付きLEDチップとLEDパッケージの量産的な製造方法を説明する。まず、蛍光体シート付きLEDチップの製造方法を説明する。LEDチップへの蛍光体シートの貼り付け方法としては、図16に示すように個々のLEDチップ毎に個片化した蛍光体シート積層体26により一つずつ貼り付ける方法、および図17に示すように複数のLEDチップに一括で蛍光体シート2を被覆した後、カットして個別化する方法が挙げられるが、いずれの方法を用いてもよい。
蛍光体シートの貼り付けは、基材が軟化流動する状態で押圧して行う。特に熱融着性の蛍光体シートを用いている場合は接着性の強化の観点から、貼り付け温度は60℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。また、蛍光体シートに用いる熱融着性樹脂は加熱により一時的に粘度が下がり、さらに加熱を続けると熱硬化する性質を持っている。そのため貼り付け工程の温度は、接着性を保持する観点から150℃以下であることが好ましく、さらに蛍光体シートの粘度を一定以上に保ち形状を保持する観点から120℃以下であることがより好ましい。また空気溜まりの残存を防ぐため0.01MPa以下の減圧下で貼り付けを行うことが好ましい。
このような貼り付けを行う製造装置としては真空ダイアフラムラミネーター、真空ロールラミネーター、真空油圧プレス、真空サーボプレス、真空電動プレス、TOM成形機などの真空貼り付け機などが例示される。中でも一度に処理できる数が多く、また真上から偏りなく加圧できることが可能であることから真空ダイアフラムラミネーターが好ましい。
次に、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2つの方法を例示する。なおLEDパッケージの製造方法はこれらの例に限定されない。
一つめの製造例を図18に示す。(a)台座30上に両面粘着テープ29を介してLEDチップ1を仮固定する。(b)蛍光体シート積層体26を蛍光体シート2がLEDチップ1に接するようにして積層する。(c)(b)の積層物を真空ダイアフラムラミネーター35の下部チャンバー32に入れた後、加熱しながら上部チャンバー31および下部チャンバー32を減圧する。基材25が流動するまで減圧加熱を行った後、上部チャンバー31に吸気口34を通じて大気を吸入することでダイアフラム33を膨張させ、基材25を通じて蛍光体シート2を押圧し、LEDチップ1の発光面に追従するように貼り付ける。(d)上下チャンバーを大気圧に戻したのち、積層物を真空ダイアフラムラミネーター33から取り出し、放冷後に基材25を剥離する。続いてLEDチップの間36をダイシングカッターなどで切断し、個片化した蛍光体シート付きLEDチップ37を作製する。(e)蛍光体シート付きLEDチップ37を実装基板27上のパッケージ電極28に金バンプ8を介して接合する。(f)以上の工程によりLEDパッケージ38が製造される。必要に応じて透明樹脂によるオーバーコート層やレンズ等を設置する。
二つ目の製造例を図19に示す。(a)LEDチップ1を実装基板27上のパッケージ電極28に金バンプ8を介して接合する。(b)蛍光体シート積層体26を蛍光体シート2がLEDチップ1に接するようにして積層する。(c)(b)の積層物を真空ダイアフラムラミネーター33の下部チャンバー32に入れた後、図10の製造例と同様の方法により蛍光体シート2をLEDチップ1の発光面に貼り付ける。(d)上下チャンバーを大気圧に戻したのち、積層物を真空ダイアフラムラミネーター33から取り出し、放冷後に基材25を剥離する。続いてLEDパッケージの間36を切断し個片化する。(e)以上の工程によりLEDパッケージ39が製造される。必要に応じて透明樹脂によるオーバーコート層やレンズ等を設置する。
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
<金属化合物粒子>
ナノ粒子1:酸化チタン“オプトレイクTR−527”(触媒化成工業(株)製 組成:平均粒子径15nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子20重量%)
ナノ粒子2:酸化チタン“オプトレイクTR−520”(触媒化成工業(株)製 組成:平均粒子径15nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子30重量%)
ナノ粒子3:酸化チタン“オプトレイクTR−521”(触媒化成工業(株)製 組成:平均粒子径15nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子30重量%)
ナノ粒子4:酸化スズ粒子“SN1”(平均粒子径19nm、屈折率2.38)
ナノ粒子5:酸化アルミニウム粒子“SA1”(平均粒子径34nm、屈折率1.76)
ナノ粒子6:酸化セリウム粒子“CS1”(平均粒子径34nm、屈折率2.20)
ナノ粒子7:酸化ジルコニア“ZS1”(平均粒子径15nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子8:酸化マグネシウム粒子“MS1”(平均粒子径44nm、屈折率1.76)
ナノ粒子9:酸化亜鉛粒子“AS1”(平均粒子径94nm、屈折率1.95)
ナノ粒子10:酸化チタン粒子“TS1”(平均粒子径30nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子20重量%)
ナノ粒子11:酸化チタン粒子“TS2”(平均粒子径50nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子20重量%)
ナノ粒子12:酸化チタン粒子“TS3”(平均粒子径70nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子20重量%)
ナノ粒子13:酸化チタン粒子“TS4”(平均粒子径80nm、屈折率2.50、酸化チタン粒子20重量%)
ナノ粒子14:酸化ジルコニア“ZS2”(平均粒子径20nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子15:酸化ジルコニア粒子“ZS3”(平均粒子径30nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子16:酸化ジルコニア粒子“ZS4”(平均粒子径50nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子17:酸化ジルコニア粒子 “ZS5”(平均粒子径70nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子18:酸化ジルコニア粒子“ZS6”(平均粒子径80nm、屈折率2.40、酸化ジルコニア粒子20重量%)
ナノ粒子19:酸化ニオブ粒子“NS1”(平均粒子径15nm、屈折率2.30、酸化ニオブ粒子20重量%)。
(金属化合物粒子のグラフト化)
<グラフト化例1>
メチルトリメトキシシラン 16.6g、フェニルトリメトキシシラン 56.2g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)194g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126.9gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例2>
メチルトリメトキシシラン 20.4g、フェニルトリメトキシシラン 69.4g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−520”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子30重量%、γ−ブチロラクトン70重量%)70.6g、γ−ブチロラクトン44.1gを反応容器に入れ、この溶液に、水30.6gおよびリン酸0.48gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温130℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例3>
メチルトリメトキシシラン 8.2g、フェニルトリメトキシシラン 55.5g、ジメチルジメトキシシラン 7.2g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−521”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子30重量%、ジアセトンアルコール70重量%)71.1g、γ−ブチロラクトン23.9gを反応容器に入れ、この溶液に、水34.5gおよびリン酸1.0gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温130℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例4>
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 28.78g、フェニルトリメトキシシラン 56.4g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)194g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート253.3gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例5>
ビニルトリメトキシシラン 18.1g、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 67.2g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)194g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート253.6gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例6>
ビニルトリメトキシシラン 18.05g、フェニルトリメトキシシラン 56.36g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)205.7g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート131.3gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例7>
メチルトリメトキシシラン 16.6g、フェニルトリメトキシシラン 56.2g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)194g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126.9gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で1時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに1時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例8>
メチルトリメトキシシラン 16.6g、フェニルトリメトキシシラン 56.2g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)194g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126.9gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で1時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに15分加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例9>
酸素と水分の除去されたグローブボックス内において、ガラス製シャーレの上に粉末酸化チタン粒子”TKP−102”(商品名、テイカ(株)製)を薄く広げ、シャーレをプラズマエッチャー(メイワフォーシス、SEDE)内に設置し、15分間プラズマ処理を行なった。プラズマ処理した粒子をキャップ付試験管に移し、あらかじめ準備しておいた9.6mMの2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)スチレン溶液を試験管中に入れ、キャップでシールした後、125℃に加熱しておいたアルミブロックヒーターに差込み、ラジカル重合を行なった。12時間経過後、試験管をヒーターならびにグローブボックスから取り出し、酸素バブリングしておいたクロロホルムを加え、重合を完全に停止した。遠心分離によって、酸化チタン粒子と溶媒を分離した後、酸化チタン粒子を取出した。酸化チタン粒子をアセトンで洗浄して、グラフト処理した酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例10>
メチルトリメトキシシラン 5.59g、フェニルトリメトキシシラン 19.0g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)264.6g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート103.3gを反応容器に入れ、この溶液に、水7.39gおよびリン酸0.12gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例11>
ジメチルジメトキシシラン 4.88g、フェニルトリメトキシシラン 72.46g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)213.4g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート139.6gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.37gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例12>
ジメチルジメトキシシラン 9.76g、フェニルトリメトキシシラン 64.41g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)199.65g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート130.6gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.37gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例13>
ジメチルジメトキシシラン 14.64g、フェニルトリメトキシシラン 56.36g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)185.94g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート121.7gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.36gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例14>
ジメチルジメトキシシラン 19.52g、フェニルトリメトキシシラン 48.31g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)172.22g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート112.7gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.35gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例15>
ジメチルジメトキシシラン 24.40g、フェニルトリメトキシシラン 40.25g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)158.50g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート103.7gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.33gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例16>
ジメチルジメトキシシラン 29.28g、フェニルトリメトキシシラン 32.20g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)144.79g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート94.73gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.31gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例17>
ジメチルジメトキシシラン 34.16g、フェニルトリメトキシシラン 24.15g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)131.07g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート85.75gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.30gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例18>
ジメチルジメトキシシラン 39.04g、フェニルトリメトキシシラン 16.10g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)117.35g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート76.78gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.28gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例19>
ジメチルジメトキシシラン 43.92g、フェニルトリメトキシシラン 8.05g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)103.64g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート67.81gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.27gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
<グラフト化例20>
ジメチルジメトキシシラン 14.64g、ジフェニルジメトキシシラン 35.24g、数平均粒子径15nmの”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)94.59g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート61.89gを反応容器に入れ、この溶液に、水21.9gおよびリン酸0.25gを、撹拌しながら、反応温度が40℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温115℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリシロキサンでグラフト化された酸化チタン粒子を得た。
(金属化合物粒子の表面処理)
<表面処理例1>
メチルトリメトキシシラン 24.5g、フェニルトリメトキシシラン 83.3g、γ−ブチロラクトン124.0gを反応容器に入れ、撹拌しながら、水38gおよびリン酸0.57gを反応温度が30℃を越えないように滴下した。滴下後、フラスコに蒸留装置を取り付け、得られた溶液をバス温105℃で2.5時間加熱撹拌して加水分解により生成したメタノールを留去しつつ反応させた。その後、溶液をバス温130℃でさらに2時間加熱撹拌した後、室温まで冷却し、ポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液を10.0gとり、これに”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)13.3gおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを添加して撹拌し、シロキサン組成物を得た。
<表面処理例2>
反応容器に”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)を400mL入れ、フェニルトリメトキシシラン5.2g(Gelest社製)を加え、60℃で2時間加熱したところ白色沈殿物が生成した。次に、上澄み液を取除き、この白色沈殿物にアセトン100mLを加えたところ、フェニル基の導入により溶媒への親和性向上し、沈殿物は殆ど溶解した。少量の不溶物をろ過により除去した後、このアセトン溶液から溶媒を留去し、80℃で10時間減圧乾燥させることにより、フェニルトリメトキシシランで表面修飾されたチタニア粒子を得た。
<溶剤>
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
γBL:γ−ブチロラクトン
DAA:ジアセトンアルコール
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
酢エチ:酢酸エチル
<基材>
BX9: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)“セラピール”BX9(東レフィルム加工(株)製、平均膜厚50μm)
ガラス:ガラス(青板ガラス 板厚:0.3mm)
HP2: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)“セラピールHP2” (東レフィルム加工(株)製、平均膜厚50μm)
PPS:ポリフェニレンサルファイド(ポリフェニレンサルファイドフィルム)
“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)
PP:ポリプロピレン(ポリプロピレンフィルム)
“トレファン”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)
PI: ポリイミド(ポリイミドフィルム)
“カプトン200H/V”(東レ・デュポン(株)製、平均膜厚50μm)
PO:ポリオレフィン(ポリオレフィンフィルム)
“オーピュランX−44B”(三井化学東セロ(株)製、平均膜厚50μm)
AL:アルミ(アルミ基板 板厚:0.24mm)。
<シリコーン微粒子>
2L四つ口丸底フラスコに攪拌機、温度計、環流管、滴下ロートを取り付け、フラスコに、界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン“BYK333”を1ppm含む2.5%のアンモニア水2Lを入れ、300rpmで攪拌しつつ、オイルバスにて昇温した。内温50℃に到達したところで滴下ロートからメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランの混合物(23/77mol%)200gを30分かけ滴下した。そのままの温度で、さらに60分間撹拌を続けた後、酢酸(試薬特級)約5gを添加、撹拌混合した後、濾過を行った。濾過器上の生成粒子に水600mLを2回、メタノール200mLを1回添加し、濾過、洗浄を行った。濾過器上のケークを取り出し、解砕後、10時間かけ凍結乾燥することにより、白色粉末60gを得た。得られた粒子は、SEMで観察したところ単分散球状微粒子であった。この微粒子を液浸法により屈折率測定した結果、1.54であった。この粒子を断面TEMで観察した結果、粒子内が単一構造の粒子であることが確認できた。
<蛍光体>
蛍光体:(株)ネモト・ルミマテリアル社製“YAG81003”(YAG系蛍光体、メジアン径(D50):8.6μm、屈折率:1.8)。
<マトリックス樹脂>
シリコーン樹脂を配合するための成分
樹脂主成分 (MeViSiO2/2)0.25(Ph2SiO2/2)0.3(PhSiO3/2)0.45(HO1/2)0.03 (平均組成、(A)成分に該当する。)
硬度調整剤 ViMe2SiO(MePhSiO)17.5SiMe2Vi (平均組成、(B)成分に該当する。)
架橋剤 (HMe2SiO)2SiPh2 ((C)成分に該当する。)
※ただしMe:メチル基、Vi:ビニル基、Ph:フェニル基
反応抑制剤 1−エチニルヘキサノール
白金触媒 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) 白金含有量5重量%。
蛍光体組成物作製に用いたシリコーン樹脂1、7〜19は、上記のシリコーン成分を配合し、マトリックス樹脂を作製した。また、シリコーン樹脂2〜6は市販品(2液混合品)を利用し、場合によってはA液とB液の混合比率(A/B比率)を変更してマトリックス樹脂を作製した。
・シリコーン樹脂1:
樹脂主成分16.7重量部、硬度調整剤16.7重量部、架橋剤66.7重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂2:“OE6630(A液、B液)”(東レ・ダウコーニング社製)
A/B比率 1/4
・シリコーン樹脂3:“OE6336(A液、B液)”(東レ・ダウコーニング社製)
A/B比率 1/1
・シリコーン樹脂4:“KER6075(A液、B液)”(信越化学工業製)
A/B比率 1/1
・シリコーン樹脂5:“KER6075(A液、B液)”(信越化学工業製)
A/B比率 1/1.14
・シリコーン樹脂6:“KER6075(A液、B液)”(信越化学工業製)
A/B比率 0.5/1
・シリコーン樹脂7:
樹脂主成分16.7重量部、硬度調整剤20.0重量部、架橋剤66.7重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂8:
樹脂主成分18.2重量部、硬度調整剤18.2重量部、架橋剤63.6重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂9:
樹脂主成分15.4重量部、硬度調整剤15.4重量部、架橋剤69.2重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂10:
樹脂主成分25.0重量部、硬度調整剤20.0重量部、架橋剤50.0重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂11:
樹脂主成分25.0重量部、硬度調整剤25.0重量部、架橋剤50.0重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂12:
樹脂主成分41.7重量部、硬度調整剤9.1重量部、架橋剤41.7重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂13:
樹脂主成分33.3重量部、硬度調整剤43.3重量部、架橋剤23.3重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂14:
樹脂主成分33.3重量部、硬度調整剤33.3重量部、架橋剤33.3重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂15:
樹脂主成分41.7重量部、硬度調整剤18.2重量部、架橋剤41.7重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂16:
樹脂主成分16.7重量部、硬度調整剤4.3重量部、架橋剤70.7重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂17:
樹脂主成分23.3重量部、硬度調整剤53.3重量部、架橋剤23.3重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂18:
樹脂主成分33.3重量部、硬度調整剤5.0重量部、架橋剤33.3重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部
・シリコーン樹脂19:
樹脂主成分18.9重量部、硬度調整剤5.6重量部、架橋剤75.5重量部、
反応抑制剤0.025重量部、白金触媒0.03重量部。
<屈折率測定>
屈折率・膜厚測定装置“プリズムカプラMODEL2010/M”(メトリコン社製)を使用して、屈折率測定サンプルの屈折率を測定することで金属化合物粒子とマトリックス樹脂の平均屈折率N1を測定した。下記式に蛍光体の屈折率N2を導入し屈折率差を|N1−N2|算出した。
<屈折率測定サンプル作製>
マトリックス樹脂中に金属化合物粒子を混合し、クラボウ社製遊星式攪拌脱泡装置“マゼルスターKK−400”を用い、1,000rpmで10分間攪拌、脱泡して分散液を作製した。フィルム基板に分散液を5cc滴下した後、オーブンにて150℃で1時間加熱して平均屈折率N1測定サンプルを作製した。なお、必要であれば、液作製後にエバポレーターによって溶剤を除去しても良い。
<透明性試験>
マトリックス樹脂に金属化合物粒子を分散して透明性評価用サンプルを作製し、サンプルを光学顕微鏡で観察して透明性を評価した。
A:ナノ粒子の凝集による欠点が全くなく、透明な膜が形成されている。
B:ナノ粒子の凝集による欠点が存在しているが、比較的透明な膜が形成されている。
C:ナノ粒子の凝集によって白濁している(光が透過しない)。
<透明性評価用サンプル作製>
マトリックス樹脂中に金属化合物粒子を混合し、クラボウ社製遊星式攪拌脱泡装置“マゼルスターKK−400”を用い、1,000rpmで10分間攪拌、脱泡して分散液を作製した。ガラス基板にアプリケーターを用いて塗膜を作製した後、オーブンにて150℃で1時間加熱して透明性評価用サンプル(75μm)を作製した。なお、必要であれば、液作製後にエバポレーターによって溶剤を除去しても良い。
<吐出性評価>
各実施例および比較例で作製した蛍光体組成物をスリットダイコーターによって塗布する際、吐出圧0.1Paとした時の口金からの樹脂の吐出しやすさを評価した。
非常に良好:吐出スタート後、3秒以内で樹脂が吐出される。
良好:吐出スタート後、3秒を超え10秒以内で樹脂が吐出される。
悪い:吐出スタート後、10秒を超えて樹脂が吐出される。
<膜厚均一性評価>
実施例に基づき作製した蛍光体シートの表面を光学顕微鏡で観察し、ハジキ等の欠点を確認してシート膜の形成しやすさを評価した。
A:ハジキなどの欠点が全くなく、均一な膜が形成されている。非常に良好な膜厚均一性である。
B:ハジキなど欠点の数が10個以内であり、比較的均一な膜が形成されている。実質的に問題ない膜厚均一性である。
C:ハジキの数が11個以上あり、均一な膜が形成されていない。膜厚均一性は悪い。
<蛍光体シートの照度測定>
実施例19〜96、比較例11〜36における蛍光体シートの照度測定は以下の要領でサンプルを作製し測定を行った。
図11に示すようにLED光源17(Prizmatix社製“MS−LED−460”、波長:460nm、出力:>50mW)の上に、LED光源17が覆われるようにカットした拡散シート13((株)オプティカルソリューションズ社製“LSD−60x1PC10−F12”)、直径1mm径の孔があいた黒色金属製の遮光板16、蛍光体シートの屈折率が高い面をGaN基板に気泡が入らないように貼り付けたサンプル(測定サンプル)12、黒色金属製の遮光円筒15、照度計11(コニカミノルタ社製色彩照度計“CL−200A”)の受光部を順におき、測定サンプル12の照度(lx)を測定した。常に一定距離、一定角度で測定すれば、照度は輝度に比例する。比較例11の照度を100とし、これに対する照度の相対値を示した。
(少数第1位を四捨五入)
A:相対値の値が116以上 輝度向上効果が非常に大きい
B:相対値の値が110以上115以下 輝度向上効果が大きい
C:相対値の値が104以上109以下 輝度向上効果がある
D:相対値の値が101以上103以下 若干輝度向上効果がある
E:相対値の値が100以下 輝度向上効果がない。
<照度測定用サンプル作製>
ホットプレート上にGaN基板(板厚0.5mm)を設置し、ホットプレートの温度を130℃に設定した後、GaN基板上に、蛍光体シート面がGaN基板面と接するように、蛍光体シート積層体を重ねた。その後、ゴムローラーを用いて、蛍光体シート積層体の基材(ベースフィルム)側を60秒間しごいて、蛍光体シートをGaN基板に貼り付けた。
ホットプレート上からGaN基板サンプルを移動させて、室温に戻した後、基材を剥がしてサンプル基板を作製した。
<密着性試験>
サンプル基板の表面にNTカッターで縦横1mmの間隔で11本の平行な傷をつけて、100個のマス目を作製した。これにポリエステルフィルム粘着テープ(寺岡製作所製“サーキットテープNo.647”)を強く圧着させた後、テープの端を45°の角度で一挙に剥離し、蛍光体シートが剥離せず残存しているマス目数を目視で確認して密着性を評価した。
S:残存しているマス目数 100個
A: 残存しているマス目数 95〜99個
B:残存しているマス目数 90〜94個
C:残存しているマス目数 85〜89個
D:残存しているマス目数 84個以下。
<密着性試験用サンプル作製>
ホットプレート上にGaN基板(板厚0.5mm)を設置し、ホットプレートの温度を130℃に設定した後、GaN基板上に、蛍光体シート面がGaN基板面と接するように、蛍光体シート積層体を重ねた。その後、ゴムローラーを用いて、蛍光体シート積層体の基材(ベースフィルム)側を60秒間しごいて、蛍光体シートをGaN基板に貼り付けた。
ホットプレート上からGaN基板サンプルを移動させて、室温に戻した後、基材を剥がしてサンプル基板を作製した。
<動的弾性率測定>
測定装置 :粘度・粘弾性測定装置HAAKE MARS III
(Thermo Fisher SCIENTIFIC 製)
測定条件 :OSC温度依存測定
ジオメトリー:平行円板型(20mm)
測定時間 :1980秒
角周波数 :1Hz
角速度 :6.2832rad/秒
温度範囲 :25〜200℃(低温温度制御機能あり)
昇温速度 :0.08333℃/秒
サンプル形状:円形(直径18mm)。
<動的粘弾性測定の測定サンプル作製>
実施例および比較例に基づき作製した蛍光体シート積層体を直径18mmの円形状に切り抜いた後、フィルムを剥離して蛍光体シートのみとして測定サンプルとした。各蛍光体シートの粘弾性挙動を表34、36、38、40に示した。
<耐熱性試験>
蛍光体シートを用いたLEDパッケージに、パッケージの表面温度が室温(25℃)〜170℃になるよう電流を流してLEDチップを点灯させ、瞬間マルチ測光システム(MCPD−3000、大塚電子社製)を用いて輝度を測定した。室温(25℃)と170℃の場合の輝度を測定し、下記式により輝度保持率を算出することで耐熱性を評価した。輝度保持率が高いほど、耐熱性に優れていることを示す。評価B以上であれば実用上問題なく、評価A以上であれば実用上優れている。
輝度保持率I(%)=(170℃の場合の輝度/室温(25℃)の場合の輝度)×100
(少数第1位を四捨五入)
S:保持率 90%以上 耐熱性が非常に良好
A:保持率 81〜89% 耐熱性が良好
B:保持率 51〜80% 耐熱性が実用上問題ない
C:保持率 50%以下 耐熱性が悪い。
<硬度測定および取り扱い性評価>
蛍光体シートを使用する場合の取り扱い性(取り扱い時に割れる、柔らかいため形がくずれるなど)の指標として、硬度測定を実施した。実施例に基づき作製したシートについて、JIS K6253(2012)プラスチックのデューロメータ硬さ試験法に基づき、ゴム・プラスチック軟質硬さ計“デューロメータタイプD”(品番:GSD−720J テクロック社製)を測定装置として用い、室温(25℃)でのシートの硬度を測定した。これまでの経験上、蛍光体シートの硬度と取り扱いやすさに相関があるので、硬度をもとに取り扱い性を評価した。評価B以上であれば実用上問題なく、評価A以上であれば実用上優れている。
S:硬度60〜79 取り扱い性が非常に良好
A:硬度80〜89あるいは50〜59 取り扱い性が良好
B:硬度40〜49 ピンセットの形はつくが、取り扱い性は
実用上問題ない
C:硬度90以上あるいは39以下 取り扱い性が悪い。
<LEDパッケージの作製と輝度評価>
実施例1〜18、比較例1〜10におけるLEDパッケージは以下の要領で作製した。得られた蛍光体組成物を、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。作製したLEDパッケージを、20mAの電流を流して点灯させ、瞬間マルチ測光システム(大塚電子社製“MCPD−7700”)を用いて、試験開始直後の輝度を測定し、10個の平均値を輝度とした。比較例1の照度を100とし、これに対する照度の相対値を示した。
(少数第1位を四捨五入)
A:相対値の値が116以上 輝度向上効果が非常に大きい
B:相対値の値が110以上115以下 輝度向上効果が大きい
C:相対値の値が104以上109以下 輝度向上効果がある
D:相対値の値が101以上103以下 若干輝度向上効果がある
E:相対値の値が100以下 輝度向上効果がない。
実施例1(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子3.0gにシリコーン樹脂1を6.0g添加して混合し、1000rpmで10分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.60であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子30.0gにシリコーン樹脂1を15.0g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.35g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、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物1を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.20であった。この蛍光体組成物1を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。LEDパッケージを作製し、輝度測定を行った結果、比較例1に対して、相対照度が110となり、輝度向上効果が得られた。
比較例1(シリコーン微粒子あり、グラフトの影響)
金属化合物粒子を添加しない以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例1と同様の操作でのLEDパッケージを作製し評価を行った。結果を表3および4に示す。
比較例2(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果)
金属化合物粒子として、粉末酸化チタン粒子”TKP−102”(商品名、テイカ(株)製)に変更した以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例1と同様の操作でのLEDパッケージを作製し評価を行った。結果を表3および4に示す。マトリックス樹脂への分散性が悪く、凝集してしまったため、蛍光体組成物を作製することができなかった。
比較例3(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果)
金属化合物粒子として、”オプトレイクTR−527”(商品名、触媒化成工業(株)製 組成:酸化チタン粒子20重量%、メタノール80重量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例1と同様の操作でのLEDパッケージを作製し評価を行った。結果を表3および4に示す。比較例1に比較して輝度はさらに低下した。
実施例2〜9、比較例4、5(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果)
表1、3に記載の組成に変更した以外は実施例1と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例1と同様の操作でのLEDパッケージを作製し、評価を行った。結果を表1〜4に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物であれば輝度が大きく向上することがわかった。比較例4、5では輝度は向上しなかった。
実施例10〜18、比較例6〜10(シリコーン微粒子なし、グラフトの効果)
シリコーン微粒子を添加せず、表5、7に記載の組成に変更した以外は実施例1と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例1と同様の操作でのLEDパッケージを作製し、評価を行った。結果を表5〜8に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物であれば輝度が向上することがわかった。比較例6〜10では輝度は向上しなかった。
実施例19(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子3.0gにシリコーン樹脂1を6.0g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.60であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子30.0gにシリコーン樹脂1を15.0g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.35g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、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物1を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.20であった。この蛍光体組成物1を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて、蛍光体組成物1を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が110となり、輝度向上効果が得られた。
実施例20〜27、比較例11〜15(シリコーン微粒子あり、グラフトの効果、蛍光体シート)
表9、11に記載の組成に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表9〜12に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであれば膜厚均一性が良好であり、輝度も大きく向上することがわかった。比較例10〜14では膜厚均一性は不良であり、輝度も向上しなかった。
実施例28〜36、比較例16〜20(シリコーン微粒子なし、グラフトの効果、蛍光体シート)
シリコーン微粒子を添加せず、表13、15に記載の組成に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表13〜16に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであれば膜厚均一性は実用範囲であり、輝度も向上することがわかった。比較例16〜20では膜厚均一性は不良であり、輝度も向上しなかった。
実施例37(屈折率の効果、蛍光体シート)

<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子9.52gにシリコーン樹脂1を1.58g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.63であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子47.57gにシリコーン樹脂1を7.93g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.66g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物29を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.17であった。この蛍光体組成物29を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物29を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が111となり、大きな輝度向上効果が得られた。
実施例38(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子12.0gにシリコーン樹脂1を0.6g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.70であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子60.0gにシリコーン樹脂1を3.0g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.89g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、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物30を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.10であった。この蛍光体組成物30を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物30を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が115となり、大きな輝度向上効果が得られた。
実施例39(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例10の方法で得られた酸化チタン粒子7.94gにシリコーン樹脂1を2.26g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.73であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)にて、グラフト化例5の方法で得られた酸化チタン粒子39.67gにシリコーン樹脂1を11.33g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.53g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物31を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.07であった。この蛍光体組成物31を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物31を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が117となり、非常に大きな輝度向上効果が得られた。
実施例40(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例10の方法で得られた酸化チタン粒子8.32gにシリコーン樹脂1を2.08g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.75であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)にて、グラフト化例5の方法で得られた酸化チタン粒子41.60gにシリコーン樹脂1を10.40g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.56g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物32を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.05であった。この蛍光体組成物32を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物32を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が119となり、非常に大きな輝度向上効果が得られた。
実施例41(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例10の方法で得られた酸化チタン粒子9.52gにシリコーン樹脂1を1.58g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.78であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子47.57gにシリコーン樹脂1を7.93g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.66g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物33を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.02であった。この蛍光体組成物33を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物33を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が122となり、非常に大きな輝度向上効果が得られた。
比較例21(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
シリコーン樹脂2を用い、金属化合物粒子を用いずに屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.54であった。また、透明性は非常に良好であった。
次にシリコーン樹脂2を26.67gとり出し、シリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを1.8g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物34を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.26であった。この蛍光体組成物34を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物34を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が90となり、輝度向上効果が得られなかった。
比較例22(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子3.88にシリコーン樹脂1を3.8g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した後、屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.58であった。また、透明性は非常に良好であった。
次に、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)にて、グラフト化例1の方法で得られた酸化チタン粒子19.0gにシリコーン樹脂1を19.0g添加して混合し、1000rpmで3分間撹拌・脱泡した。所望の時間放置した後、エバポレーターによって溶剤を除去して固形分濃度80wt%のサンプルを作製した。次にシリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを2.14g添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物35を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.22であった。この蛍光体組成物35を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シート積層体の作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物35を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。その後、ドライフィルムラミネーターを使用して蛍光シートの貼り替えを実施し、基材フィルムをポリフェニレンサルファイドフィルム“トレリナ3000”(東レ(株)製、平均膜厚50μm)へ変更した。照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が100となり、輝度向上効果が得られなかった。
比較例23(屈折率の効果、蛍光体シート)
<蛍光体組成物の作製>
シリコーン樹脂3を用い、金属化合物粒子を用いずに屈折率測定用サンプルおよび透明性評価用サンプルを作製した。屈折率評価を行った結果、平均屈折率N1は1.40であった。また、透明性は非常に良好であった。
次にシリコーン樹脂3を26.67gとり出し、シリコーン微粒子を6.67g、蛍光体を26.67g、ブチルカルビトールを1.8g添加して混合した。添加して混合した。その後、遊星式撹拌・脱泡装置“マゼルスターKK−400”(クラボウ製)を用い、1000rpmで5分間撹拌・脱泡した後、3本ロールにて6回混合分散し、蛍光体組成物36を作製した。屈折率差|N1−N2|は0.40であった。この蛍光体組成物36を用いて吐出性試験を行った結果、吐出スタートと同時に口金から樹脂が吐出され、良好な吐出性を確認した。
<蛍光体シートの作製>
スリットダイコーターを用いて蛍光体組成物36を基材として“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角の蛍光体シート積層体を得た。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、相対照度が80となり、輝度向上効果が得られなかった。
実施例42〜47(溶剤の効果、蛍光体シート)
表19に記載の溶剤に変更した以外はグラフト化例1と同様にしてグラフト化された酸化チタン粒子を得た。これを用いた以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表19、20に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであればペーストの透明性も良好であり、輝度も向上することがわかった。
実施例48〜52、比較例24(高屈折率ナノ粒子の効果、蛍光体シート)
表22に記載の金属化合物粒子に変更した以外はグラフト化例1と同様にしてグラフト化されたナノ粒子を得た。これを用いた以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表21、22に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであれば輝度が向上することがわかった。比較例24では輝度は向上しなかった。
実施例19、53〜57、比較例25〜28(高屈折率ナノ粒子の粒径の効果、蛍光体シート)
表23に記載の金属化合物粒子に変更した以外はグラフト化例1と同様にしてグラフト化されたナノ粒子を得た。これを用いた以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表23、24に示す。これらの実施例から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであれば輝度が向上することがわかった。比較例25〜28では輝度は向上しなかった。
実施例58〜64(基材の効果、蛍光体シート)
実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、表25記載の基材に変更した以外は実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表25に示す。実施例58〜64は、比較例11に対して膜厚均一性が良好であった。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、実施例58〜64は輝度向上効果が得られた。これらの結果から、基材を変更しても輝度への効果は変わらないことがわかった。
実施例65〜71(蛍光体シート膜厚の効果、蛍光体シート)
実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、表26に記載のシート膜厚に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表26に示す。耐熱性試験を行なった結果、膜厚が厚くなるにしたがって耐熱性が悪くなる傾向が確認できた。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、実施例65〜71は輝度が向上することがわかった。
実施例72(高屈折率ナノ粒子の効果、蛍光体シート)
表19に記載の金属化合物粒子に変更した以外はグラフト化例1と同様にしてグラフト化されたナノ粒子を得た。これを用いた以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表28に示す。実施例72から、本発明の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シートであれば輝度が向上することがわかった。
実施例19、73〜82、比較例14(アルコキシシラン化合物のモル比の効果、蛍光体シート)
表29、31に記載のグラフト方法に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、評価を行った。結果を表29〜32に示す。取り扱い性を評価した結果、比較例11に対して、実施例19、73〜82は実用上問題ない結果が得られ、特に実施例19、73〜75は、良好な取り扱い性であった。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、実施例19、73〜82は大きな輝度向上効果が得られた。
実施例19、83〜91、比較例11、13、14、29〜35(シリコーン微粒子あり、粘弾性挙動、蛍光体シート)
表33、35、37に記載のマトリックス樹脂に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、粘弾性挙動及び各種評価を行った。結果を表33〜38に示す。密着性試験を行なった結果、本発明の粘弾性挙動の範囲に入っている実施例19、83〜91は、良好な密着性が得られたのに対し、比較例11、13、14、29〜35は密着不良の結果であった。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、実施例19、83〜91は輝度向上効果が得られた。比較例11、13、14、29〜35は輝度向上効果が得られなかった。これらの結果から、本発明の蛍光体シートであれば、輝度向上効果が得られることがわかった。
実施例28、92〜96、比較例16、18、19、36(シリコーン微粒子なし、粘弾性挙動、蛍光体シート)
シリコーン微粒子を添加せず、表39に記載のマトリックス樹脂に変更した以外は実施例19と同様の操作で蛍光体組成物を作製した。その後、実施例19と同様の操作での蛍光体シート積層体を作製し、粘弾性挙動及び各種評価を行った。結果を表39、40に示す。密着性試験を行なった結果、本発明の粘弾性挙動の範囲に入っている実施例28、92〜96は、良好な密着性が得られたのに対し、比較例16、18、19、36は密着不良の結果であった。また照度測定を行った結果、比較例11に対して、実施例28、92〜96は輝度向上効果が得られた。比較例16、18、19、36は輝度向上効果が得られなかった。これらの結果から、本発明の蛍光体シートであれば、輝度向上効果が得られることがわかった。
1 LEDチップ
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 照度計
12 測定サンプル
13 拡散シート
14 スタンド
15 遮光円筒
16 遮光板
17 LED光源
18 パッケージフレーム
19 LEDパッケージ
20 基材
21 仮固定シート
22 加熱圧着ツール
23 LEDチップを表面に形成したウェハ
24 蛍光体シート付きLEDチップ
25 基材
26 蛍光体シート積層体
27 パッケージ基板
28 パッケージ電極
29 両面粘着テープ
30 台座
31 上部チャンバー
32 下部チャンバー
33 ダイアフラム
35 真空ダイアフラムラミネーター
34 吸気/排気口
36 切断部分
37 蛍光体シート付きLEDチップ
38,39 LEDパッケージ
101 マトリックス樹脂
102 金属化合物粒子
103 シリコーン微粒子
104 グラフト化された金属化合物粒子
105 蛍光体

Claims (35)

  1. 蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体組成物であって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係を満たし、前記金属化合物粒子がグラフト化されていることを特徴とする蛍光体組成物。
    0.20≧|N1−N2|
  2. さらにシリコーン微粒子を含有する請求項1記載の蛍光体組成物。
  3. 前記シリコーン微粒子の表面が前記グラフト化された金属化合物粒子で被覆されている請求項2記載の蛍光体組成物。
  4. 前記金属化合物粒子がアルコキシシランの縮合物でグラフト化されている請求項1〜3のいずれか記載の蛍光体組成物。
  5. 前記金属化合物粒子がアルコキシシランの縮合物でグラフト化されており、前記アルコキシシランがフェニル基含有アルコキシシランおよびメチル基含有アルコキシシランを含む請求項1〜4のいずれか記載の蛍光体組成物。
  6. 前記金属化合物粒子が、金属化合物粒子の存在下で、アルコキシシラン化合物を溶媒中で酸触媒により加水分解した後、該加水分解物を縮合反応させることによってグラフト化されている請求項1〜5のいずれか記載の蛍光体組成物。
  7. 前記アルコキシシラン化合物が、3官能性アルコキシシラン化合物を100〜70モル%、2官能性アルコキシシラン化合物を0〜30モル%含むことを特徴とする請求項6に記載の蛍光体組成物。
  8. 前記金属化合物粒子がアルミニウム化合物粒子、スズ化合物粒子、チタン化合物粒子、ジルコニウム化合物粒子およびニオブ化合物粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属化合物粒子である請求項1〜7のいずれか記載の蛍光体組成物。
  9. 前記マトリックス樹脂がシリコーン樹脂である請求項1〜8のいずれか記載の蛍光体組成物。
  10. 前記マトリックス樹脂が、シロキサン結合を有し、かつアリール基が直結したケイ素原子を含有するシリコーン樹脂である請求項9記載の蛍光体組成物。
  11. 前記マトリックス樹脂が、シロキサン結合を有し、かつナフチル基が直結したケイ素原子を含有する請求項10記載の蛍光体組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか記載の蛍光体組成物をシート状に形成してなる蛍光体シート。
  13. 蛍光体と、マトリックス樹脂と、金属化合物粒子を含有する蛍光体シートであって、前記金属化合物粒子の屈折率が1.7以上であり、かつ、平均粒子径が1〜50nmであり、前記金属化合物粒子がグラフト化されており、前記金属化合物粒子と前記マトリックス樹脂の平均屈折率N1が、前記蛍光体の屈折率N2と以下の関係(i)を満たし、シートの粘弾性挙動が以下の関係(ii)、(iii)および(iv)を満たすことを特徴とする蛍光体シート。
    <屈折率の関係>
    (i)0.20≧|N1−N2|
    <粘弾性挙動>
    (ii)温度25℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1
    (iii)温度100℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’<1.0×10Paであり、かつtanδ≧1
    (iv)温度200℃において貯蔵弾性率G’が1.0×10Pa≦ G’≦1.0×10Paであり、かつtanδ<1
  14. さらにシリコーン微粒子を含有する請求項13記載の蛍光体シート。
  15. 前記シリコーン微粒子の表面が前記グラフト化された金属化合物粒子で被覆されている請求項14記載の蛍光体シート。
  16. 前記金属化合物粒子がアルコキシシランの縮合物でグラフト化されている請求項13〜15のいずれか記載の蛍光体シート。
  17. 前記金属化合物粒子がアルコキシシランの縮合物でグラフト化されており、前記アルコキシシランがフェニル基含有アルコキシシランおよびメチル基含有アルコキシシランを含む請求項13〜16のいずれか記載の蛍光体シート。
  18. 前記金属化合物粒子が、金属化合物粒子の存在下で、アルコキシシラン化合物を溶媒中で酸触媒により加水分解した後、該加水分解物を縮合反応させることによってグラフト化されている請求項13〜17のいずれか記載の蛍光体シート。
  19. 前記アルコキシシラン化合物が、3官能性アルコキシシラン化合物を100〜70モル%、2官能性アルコキシシラン化合物を0〜30モル%含むことを特徴とする請求項18に記載の蛍光体シート。
  20. 前記金属化合物粒子がアルミニウム化合物粒子、スズ化合物粒子、チタン化合物粒子、ジルコニウム化合物粒子およびニオブ化合物粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属化合物粒子である請求項13〜19のいずれか記載の蛍光体シート。
  21. 前記マトリックス樹脂がシリコーン樹脂である請求項13〜20のいずれか記載の蛍光体シート。
  22. 前記マトリックス樹脂が、シロキサン結合を有し、かつアリール基が直結したケイ素原子を含有する請求項21記載の蛍光体シート。
  23. 前記マトリックス樹脂が、シロキサン結合を有し、かつナフチル基が直結したケイ素原子を含有する請求項22記載の蛍光体シート。
  24. シートの膜厚が10〜1000μmである請求項13〜23のいずれかに記載の蛍光体シート。
  25. 基材と、請求項12〜24のいずれか記載の蛍光体シートを含有する蛍光体シート積層体。
  26. 前記基材がガラスである請求項25記載の蛍光体シート積層体。
  27. 前記基材がポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリプロピレン(PP)からなる群より選ばれるプラスチックフィルムである請求項25に記載の蛍光体シート積層体。
  28. LEDチップの発光面に請求項12〜24のいずれかに記載の蛍光体シートを備えた蛍光体シート付きLEDチップ。
  29. 請求項1〜11のいずれかに記載の蛍光体組成物を用いたLEDパッケージ。
  30. 請求項12〜24のいずれかに記載の蛍光体シートを用いたLEDパッケージ。
  31. 請求項1〜11のいずれか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、(A)前記蛍光体組成物をパッケージフレームに注入する工程、及び(B)前記工程の後、封止材でLEDパッケージを封止する工程を少なくとも含むLEDパッケージの製造方法。
  32. 請求項12〜24のいずれか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、(A)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、および(B)加熱圧着ツールにより加熱しながら加圧して前記シートの前記一の区画と前記一のLEDチップの発光面を接着させる接着工程を少なくとも含むLEDパッケージの製造方法。
  33. 前記(A)の工程が、前記蛍光体シートの一の区画の上面および下面のうち高屈折率ナノ粒子の濃度の大きい側の面を前記一のLEDチップの発光面に対向させる位置合わせ工程である請求項32記載のLEDパッケージの製造方法。
  34. 請求項12〜24のいずれか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、LEDチップの発光面を前記蛍光体シートで被覆する工程を含むLEDパッケージの製造方法。
  35. LEDチップの発光面が単一平面ではないことを特徴とする請求項32〜34のいずれか記載のLEDパッケージの製造方法。
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