JP2013159004A - 蛍光体含有層と白色顔料含有層を有する熱硬化性シリコーン樹脂シート、それを使用する発光装置の製造方法及び封止発光半導体装置 - Google Patents

蛍光体含有層と白色顔料含有層を有する熱硬化性シリコーン樹脂シート、それを使用する発光装置の製造方法及び封止発光半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】LED素子表面に容易に蛍光体を均一分散させることができ、かつ光拡散効果によりまぶしさを低減することができる熱硬化性シリコーン樹脂シート、それを使用する発光装置の製造方法及び封止発光半導体装置を提供する。
【解決手段】常温で可塑性の固体状もしくは半固体状の蛍光体を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(1)と、常温で可塑性の固体状もしくは半固体状で白色顔料を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(2)の、少なくとも2層を含む熱硬化性シリコーン樹脂シート。
【選択図】図1

Description

本発明は、LED素子のチップ表面に積層させ接着することでLEDの青色光及び紫外光の波長を変換させることが可能な、蛍光体含有層および白色顔料を含有する光拡散層の少なくとも二層のシリコーン樹脂層を有する熱硬化型シリコーン樹脂シート、それを使用する発光装置の製造方法、並びに該発光装置に関する。
発光ダイオード(LED)の分野では波長変換のために蛍光体を使用することは知られている(特許文献1)。シリコーン樹脂は耐光性に優れることからLED素子を封止、保護のために被覆する材料として注目されている(特許文献2)。
一般に、白色LEDでは、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂やエポキシ樹脂でLEDチップを被覆するなどの方法により蛍光体をチップ近傍に分散させて青色光を擬似白色光に変換させている。しかし蛍光体の樹脂層中での分散が不均一であったり偏りがあったりすると色ずれが起こりやすいため、均一な白色光を作り出すには蛍光体が被覆樹脂層中に均一に分散することが必要である。そのために、例えば、蛍光体を含有するシリコーン樹脂組成物をスクリーン印刷する方法が検討されている。また、組成物をチップに施与後に蛍光体を沈降によりチップ近傍に均一に分散させるとともに、そうして得られる蛍光体分散層の上に透明ないし半透明な保護層を形成する方法等が検討されている。しかし、この方法は得られる蛍光体分散層と保護透明層との品質の安定性が不十分である上に製造工程が複雑化する問題があった。また、従来、蛍光体を含有する熱硬化性シリコーン樹脂シートをLED素子上に貼り付け、硬化させた後、透明樹脂を注型し保護層を形成することが行われていた。この方法も製造工程が複雑であるという問題がある。
白色LEDを使用する電球が普及しつつある。LED電球は光源が小さいにも拘わらず輝度が高いために従来の電球に比べてまぶしく、また、非点灯時に蛍光体が黄色に見えることを好まない人もいる。そこで、LED素子を被覆する樹脂層に白色顔料を添加し、光拡散によりまぶしさを低減し、非点灯時に蛍光体の色を隠す工夫が要求されている。
また、LED等においては、LED素子を被覆する樹脂層に白色顔料を添加し、光拡散や非点灯時に蛍光体の色を隠す工夫が要求されている。加えて、この被覆材は高い耐熱性、耐紫外線性等も求められる。さらに、従来の製造装置でかかる蛍光体が均一に分散した樹脂層を形成することができると好都合である。
特表2005−524737号公報 特開2004−339482号公報
そこで、本発明の課題は、LED素子表面に容易に蛍光体を均一分散させるとともに、光拡散効果によりまぶしさを低減し、非点灯時には蛍光体の色が隠され意匠性のよい、硬化性シリコーン樹脂シートを提供することである。
本発明は上記課題を解決するものとして、第一に、
常温で可塑性の固体もしくは半固体の状態の蛍光体を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(1)と、常温で可塑性の固体もしくは半固体の状態で白色顔料を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(2)とを含む熱硬化性シリコーン樹脂シートを提供する。
本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートは、LED素子表面に貼付、熱により硬化、封止することができる。
さらに、本発明は、第二に、LED素子の表面に、上記の熱硬化性シリコーン樹脂シートを配置し、該樹脂シートを加熱硬化させることにより、蛍光体含有硬化シリコーン樹脂層と蛍光体を含有せず白色顔料を含有し、白色もしくは白色半透明な硬化シリコーン樹脂層を有する硬化物でLED素子表面を被覆、封止する、LED素子を有する発光装置の製造方法をも提供する。
さらに、また、本発明は、該製造方法により得られる、蛍光体含有硬化シリコーン樹脂層と白色顔料を含有する硬化シリコーン樹脂層を有する硬化物でLED素子が封止された発光装置を提供する。
上記本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートの特に好適な実施形態としては、
前記の層(1)が、
(A)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(ここで、R1、R2、及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、又はフェニル基を示し、R4は独立にビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1又は2で、かつa+bは2又は3である。)、上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
(B)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位からなり(ここで、R1、R2及びR3は独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:
(A)成分中のビニル基及びアリル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比で0.1〜4.0となる量、
(C)白金族金属系触媒、及び
(D)蛍光体
を含有する熱硬化型シリコーン樹脂組成物からなり、
前記の層(2)が、
(A)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位を含んでなり(ここで、R1、R2、及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、又はフェニル基を示し、R4は独立にビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1又は2で、かつa+bは2又は3である。)、上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
(B)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位を含んでなり(ここで、R1、R2及びR3は独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:
(A)成分中のビニル基及びアリル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子がモル比で0.1〜4.0となる量、及び
(C)白金族金属系触媒、及び
(E)白色顔料
を含有し、かつ蛍光体を含有しない熱硬化型シリコーン樹脂組成物からなる、熱硬化性シリコーン樹脂シートが挙げられる。
本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シート(該シートは少なくとも二層を有するものであるが、説明の便宜上、以下、二層熱硬化性シリコーン樹脂シートともいう)は未硬化状態で可塑性の固体又は半固体であるので取り扱い易く作業性が良好であるため、LEDチップ表面に容易に積層させ接着することができる。また、未硬化状態で可塑性の固体又は半固体であるので、充填された蛍光体の分散状態が経時的に安定であり、保管中に樹脂から分離したり沈降したりすることがなく、蛍光体が均一に分散した樹脂層を安定して維持することができる。
本発明の二層熱硬化性シリコーン樹脂シートの場合はこれ一つをLEDチップ表面に貼付することで蛍光体層と保護層(封止層)を同時に形成できることから、生産性も格段に向上し、量産性に優れたものである。二層熱硬化性シリコーン樹脂シートは通常のダイボンドマウンター等のマウント装置でも容易にLEDチップ表面に積層、接着させることができる。
そして、こうして積層した組成物シートを硬化させることで、蛍光体が均一に分散した硬化樹脂層を均一な層厚で効率よく安定に形成することができる。また、得られる蛍光体樹脂層では蛍光体が均一に分散しているので色ずれは起こり難く、演色性が良好で、均一な白色光を得ることができる。また、硬化保護層は白色顔料を含有するため光拡散効果が得られ、まぶしさが低減され、しかも非点灯時には蛍光体の色が白色顔料に隠され見た目にもよい。
上記の好ましい実施形態の組成物を使用した場合には、硬化物が硬質樹脂でありながら可撓性に優れ、表面のタックが少ない硬化樹脂層を形成する。しかも従来の成型装置でも容易に成型可能であるという利点がある。
実施例1で製造した本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートの構造を示す断面図である。 セラミックス基板上に配列したLED素子の封止を説明する概念図である。 リフレクター内に搭載したLED素子の封止を説明する概念図である。 フリップチップ方式で接合したLED素子の封止を説明する概念図である。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートは少なくとも層(1)と層(2)とからなり、いずれも常温で可塑性の固体もしくは半固体である。ここで、「常温」とは通常の状態における周囲温度を意味し、通常15〜30℃の範囲の温度であり、典型的には25℃である。「半固体」とは可塑性を有し、特定の形状に成形されたときに少なくとも1時間、好ましくは8時間以上その形状を保持し得る物質の状態を云う。したがって、例えば、常温で非常に高い粘度を有する流動性物質が本質的には流動性を有するものの、非常に高い粘度のために少なくとも1時間という短時間では付与された形状に変化(即ち、くずれ)を肉眼では認めることができないとき、その物質は半固体の状態にある。固体又は半固体の状態であるので組成物は取り扱い性がよく作業性が高い。また、層(1)では蛍光体の良好な分散状態が経時的に維持される。
本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートは常温においてそのような可塑性の固体又は半固体の状態であるが、加熱により硬化し始める。その際の硬化過程において、現象としてはまず軟化する。即ち、固体状態の場合は僅かに流動性を示す状態になり、半固体状態の場合は僅かに流動性が高まった状態になる。その後に粘度が再上昇し固体化へ向かう。
本発明において、層(1)は蛍光体を含み、LED素子から発光される光の波長を所要の波長に変換する役割を果たすとともに、素子を被覆し保護・封止する。層(2)は層(1)の発光の白色度向上と光の拡散及びLEDの外観を黄色に見せない遮色効果が期待出来るとともに素子の保護を高める働きをする。層(1)は厚みが、良好な波長変換性能が得られる点で、通常、20〜100μmが好ましく、30〜80μmがより好ましい。なお、蛍光体の粒径、分散濃度にもよるのでそれらを考慮した厚みを選択することが望ましい。蛍光体の量が多すぎると、例えば青色LEDから白色光を得ることが困難になる。また、蛍光体が均一に分散した一定の厚さを得るには形成作業上薄すぎない方がよい。層(2)の厚みは素子保護の点で20〜300μmが好ましく、30〜200μmがより好ましい。
以下の記載において、前記の層(1)に使用される組成物を組成物(1)と称し、層(2)に使用される組成物を組成物(2)と称することがある。Meはメチル基、Etはエチル基、Phはフェニル基、そしてViはビニル基を示す。
先ず、組成物(1)及び組成物(2)に、上記好適実施形態で使用される成分について説明する。組成物(1)と組成物(2)に共通する成分についての説明は、特記しない限り、組成物(1)及び(2)に当てはまる。
−(A)樹脂構造のアルケニル基含有オルガノポリシロキサン−
本発明組成物の重要な(A)成分である樹脂構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノポリシロキサンは、R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(ここで、R1、R2、及びR3はメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、又はフェニル基を示し、R4はビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1又は2で、かつa+bは2又は3である。)、
上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である構造を部分的に含有する樹脂構造のオルガノポリシロキサンである。
なお、上記のR2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造とは、一般式(1):
Figure 2013159004
(ここで、mは5〜300の整数)
で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を意味する。
(A)成分のオルガノポリシロキサン中に存在するR2 2SiO単位全体の少なくとも一部、好ましくは50モル%以上(50〜100モル%)、特には80モル%以上(80〜100モル%)が、分子中でかかる一般式(1)で表される連鎖構造を形成していることが好ましい。
(A)成分の分子中においては、R2 2SiO単位はポリマー分子を直鎖状に延伸するように働き、R1SiO1.5単位はポリマー分子を分岐させ或いは三次元網状化させる。R3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位の中のR4(ビニル基又はアリル基)は、後述する(B)成分が有するR3 cdSiO(4-c-d)/2単位のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)とヒドロシリル化付加反応することにより本発明の組成物を硬化させる役割を果たす。
(A)成分を構成する必須の三種のシロキサン単位のモル比、即ち、R1SiO1.5単位:R2 2SiO単位:R3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位のモル比は、90〜24:75〜9:50〜1、特に70〜28:70〜20:10〜2(但し、合計で100)であることが得られる硬化物の特性上好ましい。
3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位は、該オルガノポリシロキサン中に、ビニル基及びアリル基が合計で0.001mol/100g以上存在することが好ましく、0.025mol/100g以上がより好ましく、0.03〜0.3mol/100gであることがさらに好ましい。
また、この(A)成分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量は3,000〜1,000,000、特に10,000〜100,000の範囲にあると、該ポリマーは固体もしくは半固体状であり作業性、硬化性などから好適である。
このような樹脂構造のオルガノポリシロキサンは、各単位の原料となる化合物を、生成ポリマー中で上記三種のシロキサン単位が所要のモル比となるように組み合わせ、例えば酸の存在下で共加水分解縮合を行うことによって合成することができる。
ここで、R1SiO1.5単位の原料としては、MeSiCl3、EtSiCl3、PhSiCl3、プロピルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン等のクロロシラン類、これらそれぞれのクロロシラン類に対応するメトキシシラン類などのアルコキシシラン類などを例示できる。
2 2SiO単位の原料としては、
ClMe2SiO(Me2SiO)SiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)(PhMeSiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)(Ph2SiO)nSiMe2Cl、
HOMe2SiO(Me2SiO)SiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)(PhMeSiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)(Ph2SiO)nSiMe2OH、
MeOMe2SiO(Me2SiO)SiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)(PhMeSiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)(Ph2SiO)nSiMe2OMe
(ここで、m=5〜150の整数(平均値)、n=5〜300の整数(平均値))
等を例示することができる。
また、R3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位は、R34SiO単位、R3 24SiO0.5単位、R4 2SiO単位、及びR34 2SiO0.5単位から選ばれる1種のシロキサン単位又は2種以上のシロキサン単位の組み合わせであることを示す。その原料としては、Me2ViSiCl、MeViSiCl2、Ph2ViSiCl、PhViSiCl2等のクロロシラン類、これらのクロロシランのそれぞれに対応するメトキシシラン類等のアルコキシシラン類などを例示することができる。
なお、本発明において、(A)成分のオルガノポリシロキサンが「実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり」とは(A)成分を構成するシロキサン単位の90モル%以上(90〜100モル%)、特には95モル%以上(95〜100モル%)がこれら3種のシロキサン単位であって、0〜10モル%、特には0〜5モル%がその他のシロキサン単位であってもよいことを意味する。具体的には、(A)成分のオルガノポリシロキサンを上記の原料化合物の共加水分解及び縮合により製造する際には、R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位及び/又はR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位の他に、シラノール基を有するシロキサン単位が副生することがある。(A)成分のオルガノポリシロキサンは、かかるシラノール基含有シロキサン単位を、通常、全シロキサン単位に対して10モル%以下(0〜10モル%)、好ましくは5モル%以下(0〜5モル%)程度含有するものであってもよい。上記シラノール基含有シロキサン単位としては、例えば、R1(HO)SiO単位、R1(HO)2SiO0.5単位、R2 2(HO)SiO0.5単位、R3 a4 b(HO)SiO(3-a-b)/2単位、R3 a4 b(HO)2SiO(2-a-b)/2単位(ここで、R1〜R4、a及びbは前記の通りである)が挙げられる。
−(B)樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン−
本発明組成物の重要な(B)成分である樹脂構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位からなり(ここで、R1、R2、R3は上記の通りであり、cは0,1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である)、
上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である直鎖状のシロキサン構造を部分的に含有する樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
なお、R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造とは、(A)成分に関して上述した通り、(B)成分中に存在するR2 2SiO単位の少なくとも一部、好ましくは50モル%以上(50〜100モル%)、特には80モル%以上(80〜100モル%)が、(B)成分の分子中で、前記一般式(1)で表される直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を形成していることを意味する。
(B)成分の分子中においても、R2 2SiO単位はポリマー分子を直鎖状に延伸するように働き、R1SiO1.5単位はポリマー分子を分岐させ或いは三次元網状化させる。R3 cdSiO(4-c-d)/2単位の中のケイ素に結合した水素原子は、上述した(A)成分が有するアルケニル基とヒドロシリル化付加反応することにより本発明の組成物を硬化させる役割を果たす。
(B)成分を構成する必須の三種のシロキサン単位のモル比、即ち、R1SiO1.5単位:R2 2SiO単位:R3 cdSiO(4-c-d)/2単位のモル比は、90〜24:75〜9:50〜1、特に70〜28:70〜20:10〜2(但し、合計で100)であることが得られる硬化物の特性上好ましい。
また、この(B)成分のGPCによるポリスチレン換算重量平均分子量は3,000〜1,000,000、特に10,000〜100,000の範囲にあるものが作業性、硬化物の特性などの点から好適である。
このような樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、各単位の原料となる化合物を、生成ポリマー中で上記三種のシロキサン単位が所要のモル比となるように組み合わせ、共加水分解を行うことによって合成することができる。
ここで、R1SiO1.5単位の原料としては、MeSiCl3、EtSiCl3、PhSiCl3、プロピルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシランや、それぞれのクロロシランに対応するメトキシシランなどのアルコキシシラン等が例示できる。
2 2SiO単位の原料としては、
ClMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2Cl、
HOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OH、
MeOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OMe
(ここで、m=5〜150の整数(平均値)、n=5〜300の整数(平均値))
等を例示することができる。
また、R3 cdSiO(4-c-d)/2単位は、R3HSiO単位、R3 2HSiO0.5単位、H2SiO単位、R32SiO0.5単位から選ばれる1種又は2種以上のシロキサン単位の任意の組み合わせであることを示し、その原料としては、Me2HSiCl、MeHSiCl2、Ph2HSiCl、PhHSiCl2等のクロロシラン類、これらのクロロシラン類に対応するメトキシシラン類などのアルコキシシラン類などを例示することができる。
なお、本発明において、(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンが「実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位からなり」とは(B)成分を構成するシロキサン単位の90モル%以上(90〜100モル%)、特には95モル%以上(95〜100モル%)がこれら3種のシロキサン単位であって、0〜10モル%、特には0〜5モル%がその他のシロキサン単位であってもよいことを意味する。具体的には、(B)成分のオルガノポリシロキサンを上記の原料化合物の共加水分解及び縮合により製造する際には、R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位の他に、シラノール基を有するシロキサン単位が副生することがある。(B)成分のオルガノポリシロキサンは、かかるシラノール基含有シロキサン単位を、通常、全シロキサン単位に対して10モル%以下(0〜10モル%)、好ましくは5モル%以下(0〜5モル%)程度含有するものであってもよい。上記シラノール基含有シロキサン単位としては、例えば、R1(HO)SiO単位、R1(HO)2SiO0.5単位、R2 2(HO)SiO0.5単位、R3 cd(HO)SiO(3-c-d)/2単位、R3 cd(HO)2SiO(2-c-d)/2単位(ここで、R〜R、c及びdは前記の通りである)が挙げられる。
(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(A)成分中のビニル基及びアリル基の合計量に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)のモル比で0.1〜4.0となる量、特に好ましくは0.5〜3.0、更に好ましくは0.8〜2.0となる量であることが好ましい。0.1未満では硬化反応が進行せず、シリコーン硬化物を得ることが困難であり、4.0を超えると未反応のSiH基が硬化物中に多量に残存するため、硬化物の物性が経時的に変化する原因となる。
−(C)白金族金属系触媒−
この触媒成分は、本発明の組成物の付加硬化反応を促進させるために配合されるものであり、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものがある。コスト等の見地から白金、白金黒、塩化白金酸などの白金系のもの、例えば、H2PtCl6・mH2O,K2PtCl6,KHPtCl6・mH2O,K2PtCl4,K2PtCl4・mH2O,PtO2・mH2O,(mは、正の整数)等や、これらと、オレフィン等の炭化水素、アルコール又はビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等を例示することができる。これらの触媒は一種単独でも、2種以上の組み合わせでも使用することができる。
(C)成分の配合量は、硬化のための有効量でよく、通常、前記(A)及び(B)成分の合計量に対して白金族金属として質量換算で0.1〜500ppm、特に好ましくは0.5〜100ppmの範囲で使用される。
−(D)蛍光体−
(D)成分の蛍光体は、公知の蛍光体であればいずれのものであってもよく、その配合量は蛍光体含有層(1)を構成する組成物(1)中(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して通常、0.1〜300質量部が好ましく、10〜300の範囲がより好ましい。(D)成分の蛍光体の平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。通常その平均粒径が10nm以上であればよく、好適には10nm〜10μm、より好適には10nm〜1μm程度のものが使用される。
蛍光物質は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体及び酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類金属硫化物蛍光体、アルカリ土類金属チオガレート蛍光体、アルカリ土類金属窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。以下において、MはSr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種の元素であり、XはF、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種であり、RはEu、Mn、又はEuとMnとの組合せのいずれかである。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、MSi:Euなどがある。また、MSi:EuのほかMSi10:Eu、M1.8Si0.2:Eu、M0.9Si0.110:Euなどもある。
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、MSi:Euなどがある。
Eu等のランタノイド系もしくはMn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体には、M(POX:Rなどがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、MX:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl:R、SrAl1425:R、CaAl:R、BaMgAl1627:R、BaMgAl1612:R、BaMgAl1017:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)などがある。
アルカリ土類金属硫化物蛍光体には、LaS:Eu、YS:Eu、GdS:Euなどがある。
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体などがある。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ceなどもある。
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、ZnGeO:Mn、MGa:Euなどがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。
Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル%表示で、CaCOをCaOに換算して20〜50モル%、Alを0〜30モル%、SiOを25〜60モル%、AlNを5〜50モル%、希土類酸化物または遷移金属酸化物を0.1〜20モル%とし、5成分の合計が100モル%となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が15質量%以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に0.1〜10モル%の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
−(E)白色顔料−
本発明のシリコーン樹脂組成物には、白色顔料を配合する。(E)成分の白色顔料は、光の拡散材として、また白色着色材として白色度を高めるために配合するものであり、白色顔料としては二酸化チタン、アルミナ、酸化イットリウムを代表とする希土類酸化物、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等を一種単独であるいは数種を併用して用いることができる。該白色顔料は、樹脂や無機充填材との相溶性、分散性を高めるため、AlやSiなどの含水酸化物等で予め表面処理することができる。白色顔料としては、二酸化チタンを用いることが好ましく、この二酸化チタンの単位格子はルチル型、アナタース型、ブルカイト型のいずれを選択しても良い。また、平均粒径や形状も限定されないが、平均粒径は好ましくは50nm〜5.0μmである。なお、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。
白色顔料の配合は、白色顔料含有層(2)を構成する成分中(A)成分及び(B)成分の合計100質量部に対し、0.05〜10質量部の範囲が好ましく、0.1〜5質量部がより好ましい。少なすぎると十分な光拡散が得られない場合がある。また、10質量部を超えると光が遮蔽される効果が大きくて輝度が低下することがある。
蛍光体を含有せず白色顔料を含有し、白色もしくは白色半透明な硬化シリコーン樹脂層は可視光の領域において、具体的には、少なくとも波長400〜500nmの領域、好ましくは400〜600nm、さらに好ましくは400〜800nmの領域において、光透過率が好ましくは50%以下、より好ましくは40〜0.1%であり、さらに好ましくは30〜0.5%である。ここで、光透過率は、厚さ100μmの厚さの試料シートのある特定波長の入射光強度に対する透過光強度の比I/I(%)(ここでIは入射光の強度、Iは透過光の強度である)により定義される。
−その他の配合剤−
本発明においての組成物には、上述した成分以外にも、必要に応じて、それ自体公知の各種の添加剤を配合することができる。
・無機充填材:
無機充填材は層(1)及び/又は層(2)の熱膨張係数を低減するためなどの目的で、添加してもよい。例えば、ヒュームドシリカ等の補強性無機充填材、溶融シリカ、ケイ酸カルシウム等の非補強性無機充填材等を挙げることができる。これらの無機充填材は、合計で、(A)及び(B)成分の合計量100質量部当り100質量部以下(0〜100質量部)の範囲で、かつ本発明の目的、効果を損なわない範囲で適宜配合することができる。
・接着助剤:
また、本発明の組成物には、接着性を付与するため、接着助剤を必要に応じて添加できる。接着助剤としては、例えば、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)、ケイ素原子に結合したアルケニル基(例えばSi−CH=CH2基)、アルコキシシリル基(例えばトリメトキシシリル基)、エポキシ基(例えばグリシドキシプロピル基、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル基)から選ばれる官能性基を少なくとも2種、好ましくは2種又は3種含有する直鎖状又は環状のケイ素原子数4〜50個、好ましくは4〜20個程度のオルガノシロキサンオリゴマー、下記一般式(2)で示されるオルガノオキシシリル変性イソシアヌレート化合物及び/又はその加水分解縮合物(オルガノシロキサン変性イソシアヌレート化合物)などが挙げられる。
Figure 2013159004
〔式中、R19は、下記式(3)
Figure 2013159004
(ここで、R20は水素原子又は炭素原子数1〜6の一価炭化水素基であり、sは1〜6、特に1〜4の整数である。)
で表される有機基、又は脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基であるが、R19の少なくとも1個は式(3)の有機基である。〕
一般式(2)におけるR19の脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の炭素原子数2〜8、特に2〜6のアルケニル基、シクロヘキセニル基等の炭素原子数6〜8のシクロアルケニル基などが挙げられる。また、式(3)におけるR20の一価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、上記R19について例示したアルケニル基及びシクロアルケニル基、さらにフェニル基等のアリール基などの炭素原子数1〜8、特に1〜6の一価炭化水素基が挙げられ、好ましくはアルキル基である。
さらに、接着助剤としては、1,5−グリシドキシプロピル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1−グリシドキシプロピル−5−トリメトキシシリルエチル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン等、並びに、下記式に示される化合物が例示される。
Figure 2013159004
(式中、g及びhは各々0〜50の範囲の正の整数であって、しかもg+hが2〜50、好ましくは4〜20を満足するものである。)
Figure 2013159004
Figure 2013159004
上記の有機ケイ素化合物の内、得られる硬化物に特に良好な接着性をもたらす化合物としては、一分子中にケイ素原子結合アルコキシ基と、アルケニル基もしくはケイ素原子結合水素原子(SiH基)とを有する有機ケイ素化合物である。
接着助剤の配合量は、(A)成分100質量部に対して、通常10質量部以下(即ち、0〜10質量部)、好ましくは0.1〜8質量部、より好ましくは0.2〜5質量部程度配合することができる。多すぎると硬化物の硬度に悪影響を及ぼしたり表面タック性を高めたりする恐れがある。
さらに必要に応じて本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートが常温で固体ないし半固体を維持し液状にならない程度に液状シリコーン成分を添加することができる。このような液状シリコーン成分としては、常温(25℃)で粘度1〜100,000mPa・s程度のものが好ましく、例えばビニルシロキサン、ハイドロジェンシロキサン、アルコキシシロキサン、ハイドロキシシロキサン及びこれらの混合物が挙げられ、添加量はシリコーン組成物シートが常温で固体ないし半固体を維持することが条件であり、通常シリコーン組成物シート全体に対して50質量%以下である。
・反応抑制剤:
本発明の組成物には必要に応じて適宜反応抑制剤を配合することができる。反応抑制剤はヒドロシリル化による硬化反応を抑制し、保存性を改善する目的で添加する。該反応抑制剤としては、例えば、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンのようなビニル基高含有オルガノポリシロキサン、トリアリルイソシアヌレート、アルキルマレエート、アセチレンアルコール類及びそのシラン変性物及びシロキサン変性物、ハイドロパーオキサイド、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる化合物等が挙げられる。反応抑制剤は(A)成分100質量部当り通常0.001〜1.0質量部、好ましくは0.005〜0.5質量部添加される。
本発明の組成物の一典型例として、実質的に(A)〜(D)成分からなる蛍光体含有シリコーン樹脂シートと実質的に(A)〜(C)及び(E)成分からなる白色顔料含有シリコーン樹脂シートが貼り合わされた二層のシリコーン樹脂シートが挙げられる。
−調製及び硬化条件−
本発明のシリコーン樹脂シートの製造に使用される組成物(1)は、(A)〜(D)成分及び必要に応じて配合される任意成分を均一に混合することによって、また、組成物(2)は(A)〜(C)、(E)成分及び必要に応じて配合される任意成分を均一に混合することによって、調製する。通常は、硬化が進行しないように二液に分けて保存され、使用時に二液を混合して次工程に移される。勿論、前述したアセチレンアルコール等の反応抑制剤を少量添加して一液として用いることもできる。
本発明の二層積層シリコーン樹脂シートを製造するには、この蛍光体含有シリコーン樹脂組成物(1)と白色顔料を含有した白色の熱硬化性シリコーン樹脂組成物(2)を個別に剥離フィルム上にフィルムコータや熱プレス機でシート状に加工する。
通常、蛍光体を含有するシリコーン樹脂組成物はフィルムコータなどで好ましくは20〜100μmのシート厚みでシート状に加工する。
一方、白色顔料を含有した白色のシリコーン樹脂組成物(2)は同様な方法でシート状に加工するが、シートの厚みは好ましくは20〜300μmである。薄すぎると外力から素子や素子とリードを電気的に接続する金線を保護することができない。保護層としては300μmの厚みがあれば十分で、厚すぎると、光透過性が低下するため望ましいものではない。
ここで、それぞれ個別に成型加工した二種類のシリコーン樹脂シートを熱ラミネータや熱プレスで貼り合わせることで上下面に剥離フィルムを有する二層シリコーン樹脂シートを製造することができる。さらに他の方法としては蛍光体含有シリコーン樹脂組成物(1)で先にフィルムを作成しその上に再度白色顔料含有熱硬化性シリコーン樹脂組成物をスプレーコート、フィルムコータや熱プレス機でシート状に加工し作成できる。製造した二層シリコーン樹脂シートは通常冷凍して保存する。
ここで得られた二層の熱硬化性シリコーン樹脂シートを用いてLED素子を封止する方法としては下記方法が例示される。
例えば、図2(Aは本発明のシート11を、LED素子3を搭載したセラミックス基板5に貼付しようとしている状態を概念的に示す断面図で、Bは貼付した状態を概念的に示す断面図である)で示されるような外部接続端子(図示略)を有するセラミックス基板5上に青色LED3を樹脂ダイボンド材で接合した後、外部接続端子とLED素子3を、金線4を使用して接続する。この形式のLED装置を封止するには本発明の二層シリコーン樹脂シートを、LED搭載基板全体を被覆できるように貼付し、加熱してLED素子全体を硬化封止する。
本発明のシリコーン樹脂シート11は加熱することで硬化するが硬化過程で一旦軟化しその後に粘度の上昇、固体化に向かうので、金線4上に貼付しても金線4にダメージを与えることなく封止することができる。通常、この方式で封止した複数のLED3を搭載した基板5はシリコーン樹脂シートで被覆し、硬化封止したあとダイシングし個片化する。外部端子との接続が金線の変わりに金バンプなどで接合するLED装置においても金線接続の場合同様に封止することができる。
また、リフレクター6内に搭載されたLED素子の場合は図3(Aは本発明のシート11を、LED素子3を搭載した外部リード7に貼付しようとしている状態を概念的に示す断面図で、Bは貼付した状態を概念的に示す断面図である)で示されるように二層からなるシリコーン樹脂シート11をLED素子3と外部リード7とを接続した金線4が被覆されるように貼付し、加熱し硬化封止する。
また、透明なシリコーン保護層も同時に硬化できることから、従来の蛍光体を含有する注型用シリコーン樹脂を流し込んで、蛍光体を沈降させ硬化させる方式に比べ色ずれもなく、均一な白色光を効率よく生産できる。
硬化したシリコーン樹脂は高い硬度と表面タックのない可撓性硬化物を形成し、蛍光体を含有するシリコーン樹脂層と白色顔料を含有するシリコーン樹脂層からなるため、LEDから発光する青色を色ずれもなく、均一な白色光に変換することができる上に、白色顔料含有シリコーン樹脂層で白色光を拡散することができるため、目に優しい軟らかい光を発光することができる。また、白色顔料含有シリコーン樹脂層によって蛍光体含有シリコーン樹脂層を隠蔽することができるため、非点灯時も蛍光体含有シリコーン樹脂層の色が視認されず、意匠性の高いLEDを製造することが可能となる。
フリップチップ形式で基板とLED素子を接合する場合は、図4に示されるようにあらかじめLED素子3と外部リード7とを金バンプ9などで接合した後、シリカなどを含有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなるアンダーフィル材8を注入し、硬化させ、バンプ9と素子3の保護を行う。その後、二層からなるシリコーン樹脂シート11を貼付し、加熱することでシートを硬化させる。蛍光体を含有するシリコーン樹脂層2と白色顔料を含有するシリコーン樹脂層1の厚みで色合いや封止形状を制御することができる。
なお、二層シリコーン樹脂シートのLED素子上への圧着は、通常、室温〜300℃以下で、10MPa以下(通常0.01〜10MPa)の加圧下で行うことができ、好ましくは5MPa以下(例えば0.1〜5MPa)、特には0.5〜5MPaである。
本発明の二層シリコーン樹脂シートは前述したようにAステージ(未反応)状態のシリコーン樹脂でできているため、上記温度で容易に軟化し、その後固体化する。そのため、金線で接続されているようなLEDも金線を変形させることなく封止することができる。
Aステージ(未反応状態)で加熱時の粘度が低くなりすぎる場合、あらかじめ50℃〜100℃の温度雰囲気下で希望する粘度になるまで放置し、反応を進めることができる。これは本発明の範囲内で自由に選択できる内容である。
また、二層を形成するシリコーン樹脂組成物(1)と(2)は前者が(D)成分(蛍光体)を含み、後者が(E)成分(白色顔料)を含む以外は、同一種類の組成物であることがもっとも望ましい。組成物(1)と(2)とが同一組成でない場合には、望ましくはそれぞれの樹脂組成物の軟化温度の差が10℃以内にあることが好ましく、5℃以内であることがより好ましい。ただ、軟化温度が大きくずれていてもLEDの構造によっては問題とならない場合もある。ここで、「軟化温度」とは、樹脂が軟化する温度で軟化点であり各種方法があるが、本発明においてはSII社製のSS6100のような装置を用い、サーモメカニカルアナリシス(TMA)でペネトレーション法(針が樹脂に埋まっていく過程を測定し、試料の変形から軟化温度を測定する方法)により測定される軟化温度を意味する。シリコーン樹脂組成物(1)及び(2)の軟化温度は通常35〜100℃、好ましくは40〜80℃の範囲である。
硬化は、通常50〜200℃、特に70〜180℃で1〜30分、特に2〜10分である。また、50〜200℃、特に70〜180℃で0.1〜10時間、特に1〜4時間のポストキュアを行うことができる。
以下、合成例、調製例、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で粘度は25℃の値である。また、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算値である。
[合成例1]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeViSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A1)を合成した。この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2] 0.01[MeViSiO2/2] 0.03で示される。この樹脂の重量平均分子量は62,000、融点は60℃であった。
[合成例2]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeHSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B1)を合成した。この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2] 0.01[MeViSiO2/2] 0.03で示される。この樹脂の重量平均分子量は58,000、融点は58℃であった。
[合成例3]
−ビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A2)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、Me2ViSiCl:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有樹脂(A2)を合成した。この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2] 0.01[MeViSiO1/2] 0.03で示される。この樹脂の重量平均分子量は63,000、融点は63℃であった。
[合成例4]
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B2)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、Me2HSiCl:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有樹脂(B2)を合成した。この樹脂は、構成するシロキサン単位及び[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2]で表される構造の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[-SiMe2O-(Me2SiO)33-SiMe22/2] 0.01[MeHSiO1/2] 0.03で示される。この樹脂の重量平均分子量は57,000、融点は56℃であった。
[調製例1]
(組成物(1)の調製例)
合成例1のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えたベース組成物90質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を10質量部加え60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物(1)を調製した。この組成物(1)は、25℃において可塑性の固体であった。得られた組成物の軟化点をTMAによるペネトレーション法[使用装置:SII社製SS6100]で測定したところ、60℃であった。
[調製例2]
(組成物(2)の調製例)
合成例1のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えたベース組成物99質量部に対して酸化チタン(石原産業製 PF-691)を1質量部添加し、70℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物(2)を調製した。この組成物(2)は、25℃において可塑性の固体であった。得られた組成物の軟化点を調製例1と同様にして測定したところ、62℃であった。
[調製例3]
(蛍光体非含有・白色顔料非含有の組成物の調製)
合成例1のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(A1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサン樹脂(B1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えた組成物を60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。得られた組成物の軟化点を調製例1と同様にして測定したところ、62℃であった。
[調製例4]
合成例1で調製したビニル基含有オルガノポリシロキサン(A1)に代えて、繰り返し単位数5〜300個の直鎖状ジオルガノポリシロキサン連鎖構造を含有せず常温で液体のビニル基含有オルガノポリシロキサン樹脂を主剤とする市販の付加反応硬化型シリコーンワニスであるKJR−632L−1(商品名、信越化学工業(株)製)70質量部に対して、実施例1と同じ粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)30質量部を加えた後、60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく攪拌した組成物を製造した。
[実施例1]
(1)蛍光体含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例1の組成物(1)を、2枚のETFEフィルム(アサヒガラス製、商品名:アフレックス)(以下、「剥離フィルム」という)の間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、両面に剥離フィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(2)白色顔料含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例2の組成物(2)を、2枚のETFEフィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、二つの面に剥離フィルムが付着した厚さ100μmのシート状に成形した。
(3)二層シリコーン樹脂シートの作製
(1)で作製した蛍光体含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムを剥がし、(2)で作製した白色顔料含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムを剥がし、それぞれのシートの樹脂露出面を合わせて、貼り合わせ装置を使用して、40℃の温度で加圧しボイドや隙間もない状態で貼り合わせた。得られた二層シリコーン樹脂シートは、図1に示すように、蛍光体含有シリコーン樹脂層2と、白色顔料含有シリコーン樹脂層1の両方の外側に剥離フィルム10a、10bが貼付された、シート11である。
[調製例5]
(組成物(1)の調製例)
合成例3のビニル基含有樹脂(A2):189g、合成例4のヒドロシリル基含有樹脂(B2):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えた組成物70質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を30質量部加えた後、これらを60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。得られた組成物の軟化点を調製例1と同様にして測定したところ、65℃であった。
[調製例6]
(組成物(2)の調製例)
合成例3のビニル基含有樹脂(A2):189g、合成例4のヒドロシリル基含有樹脂 (B2):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えた組成物99質量部に対して酸化チタン(石原産業製 PF-691)を1質量部添加し、60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。得られた組成物の軟化点を調製例1と同様にして測定したところ、63℃であった。
〔実施例2〕
(1)蛍光体含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例5の組成物を2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、両面にETFEフィルムが付着した厚さ70μmのシート状に成形した。
(2)白色顔料含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例6の組成物を2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、二つの面にそれぞれのフィルムが付着した厚さ125μmのシート状に成形した。
(3)二層シリコーン樹脂シートの作製
(1)で作製した蛍光体含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムと(2)で作製した白色顔料含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムをはがし、それぞれのシートの樹脂露出面を合わせて、貼り合わせ装置(熱ラミネーション)を使用して、40℃の温度で加圧しボイドや隙間もない状態で貼り合わせた。得られた二層シリコーン樹脂シートは蛍光体含有シリコーン樹脂及び白色顔料含有シリコーン樹脂の両方の外側に剥離フィルムが貼付されたシートである。
〔実施例3〕
(セラミックス基板LED素子の封止)
実施例1で得られた二層熱硬化性シリコーン樹脂シートを図4のAで示されるように剥離フィルムごとチップサイズに切断して小片化した。得られたシート片の片面から剥離フィルム10bを剥がした後、露出した蛍光体含有シリコーン樹脂面がLEDチップに接触するようにGaN系LED素子3上に載せた後、他方の片面から剥離フィルム10aを除去した。次に、150℃で5分間加熱したところ、LED素子上でシリコーン樹脂シートが一旦軟化し素子全体を被覆、硬化した蛍光体含有樹脂層2と白色顔料含有シリコーン樹脂層1を形成した。更にこれを150℃で60分間加熱して2次硬化させた。この様にして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂層2と白色顔料含有シリコーン樹脂層1で被覆されたフリップチップ構造の発光半導体(LED)装置を作製した。図中、9は金バンプ、8はシリカを60質量%含有するシリコーンアンダーフィル材である。試料のLEDを3個用意し、それぞれ発光させて色度座標を大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
〔実施例4〕
(リフレクター内に搭載したLED素子の封止)
実施例2で得られた二層熱硬化性シリコーン樹脂シートを用いて、図3で示されるリフレクター6に搭載したGaN系LED素子3の封止を行うため、剥離フィルムごとチップサイズに切断して小片化した。LED素子3はリフレクター6内にシリコーン樹脂ダイボンド材で接着、搭載し、LED素子3と外部電極(図示略)とは金線4で接続した。
得られたシート片11の片面から剥離フィルムを剥がし、露出した蛍光体含有シリコーン樹脂層2の表面がLEDチップ3に接触するようにGaN系LED素子3上に載せた後、他方の片面側の剥離フィルムを除去した。次に、150℃で5分間加熱したところ、LED素子3上にシリコーン樹脂シート11が図3のBに示されるように、素子全体を被覆、硬化して蛍光体含有樹脂層2と白色顔料含有シリコーン樹脂層1を形成した。更にこれを150℃で60分間加熱して2次硬化させた。この様にして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂層2と白色顔料含有シリコーン樹脂層1で被覆されたリフレクター搭載の発光半導体(LED)装置を作製した(図3のB)。試料のLEDを3個用意し、それぞれを発光させて色度座標を大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
〔比較例1〕
(1)蛍光体含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例1の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、両面に剥離フィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(2)セラミックス基板LED素子の封止
(1)で得られた蛍光体含有熱硬化性シリコーン樹脂シートを剥離フィルムごとチップサイズに切断して小片化した。得られたシート片の片面から剥離フィルムを剥がし、図4のAで示されるようにシート片の露出した蛍光体含有シリコーン樹脂面がLEDチップに接触するようにGaN系LED素子3上に載せた後、他方の片面側の剥離フィルムを除去した。次に、150℃で5分間加熱したところ、LED素子上でシリコーン樹脂シートが一旦軟化し素子全体を被覆、硬化して蛍光体含有樹脂層を形成した。更にこれを150℃で60分間加熱して2次硬化させた。この様にして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂層だけで被覆されたフリップチップ構造の発光半導体(LED)装置を作製した。図中、9は金バンプ、8はシリカを60質量%含有するシリコーンアンダーフィル材である。試料のLEDを3個用意し、それぞれを発光させて色度座標を大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
[比較例2]
(1)蛍光体含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例1の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、両面にPETフィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(2)透明シリコーン樹脂シートの作製
調製例3の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、二つの面にそれぞれのフィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(3)二層シリコーン樹脂シートの作製
(1)で作製した蛍光体含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムを剥がし、(2)で作製した透明シリコーン樹脂シートの片面の剥離フィルムを剥がし、それぞれのシートの樹脂露出面を合わせて、貼り合わせ装置を使用して、40℃の温度で加圧しボイドや隙間もない状態で貼り合わせた。得られた二層シリコーン樹脂シートは、図1に示すように、蛍光体含有シリコーン樹脂層2と透明シリコーン樹脂層1’の両方の外側に剥離フィルム10a,10bが貼付された、シート11である。
(4)セラミックス基板LED素子の封止
(3)で得られた二層熱硬化性シリコーン樹脂シートを図4のAで示されるように剥離フィルムごとチップサイズに切断して小片化した。得られたシート片の片面の剥離フィルムを剥がし、露出した蛍光体含有シリコーン樹脂面がLEDチップに接触するようにGaN系LED素子3上に載せた後、他方の片面から剥離フィルムを除去した。次に、150℃で5分間加熱したところ、LED素子上でシリコーン樹脂シートが一旦軟化し素子全体を被覆、硬化して蛍光体含有樹脂層2と透明シリコーン樹脂層1’を形成した。更にこれを150℃で60分間加熱して2次硬化させた。この様にして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂層2と透明シリコーン樹脂層1’で被覆されたフリップチップ構造の発光半導体(LED)装置を作製した。図中、9は金バンプ、8はシリカを60質量%含有するシリコーンアンダーフィル材である。試料のLEDを3個用意し、それぞれを発光させて色度座標を大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
〔比較例3〕
GaN系LED素子をリフレクター6内にシリコーン樹脂ダイボンド材で接着、搭載し、LED素子3と外部電極とは金線4で接合した。次に調製例4で製造したシリコーン樹脂組成物をリフレクター内全体を被覆できる量注入し、60℃で30分、120℃で1時間、更に150℃で1時間硬化させることで発光半導体装置を作製した。試料のLEDを3個用意し、それぞれを発光させて色度座標を大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
<特性評価>
・二層シリコーンシート内での蛍光体の分散性
実施例1および2で製造した10cm角の二層シリコーンシートを120℃で30分、150℃で1時間硬化させた後、1cm角に切り出した100個の小片の切断面の蛍光体層の厚みと白色顔料層の厚みを顕微鏡で測定した。その結果、実施例1の二層シリコーンシートの場合、蛍光体層の厚みは48〜51μm、白色顔料層の厚みは98〜102μm、実施例2のシートの場合は蛍光体層が67〜71μm、白色顔料層の厚みは122〜126μmの範囲に制御されていた。
・二層シリコーンシート間の接着力
蛍光体層と白色顔料層をそれぞれ形成する、蛍光体含有シリコーン樹脂シートと蛍光体非含有で白色顔料含有シリコーン樹脂シートとの接着力を測定するため実施例1,2のシリコーン樹脂シートを120℃で30分、150℃で1時間硬化させた。その後、蛍光体層と白色顔料層とを引き剥がそうとしたが完全に接着しており、蛍光体層及び白色顔料層において凝集破壊した。
・発光半導体装置内の蛍光体の分散性
蛍光体の発光半導体装置内での分散性を確認するため、実施例4と比較例3で作製したリフレクター内に搭載した発光半導体装置をそれぞれ10個切断し、断面の蛍光体の素子上の厚みを顕微鏡で測定した。その結果、二層シリコーンシートを使用した実施例4の場合は素子上に蛍光体層が素子面から48〜51μmの厚さで均一に分散していたのに対し、比較例3の場合は素子面から素子上部100μm程度のところに蛍光体が存在し、素子に近づくほど蛍光体の密度が高くなっていた。蛍光体の分散状態としては不均一な状態であった。
・色度座標の測定
実施例3と4で作製した発光半導体装置を各々3個用意し、それぞれを発光させて大塚電子製LED光学特性モニタ(LE-3400)により色度座標を測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
(注:u’、v’:CIE1976色度座標。JIS Z8726に記載の求め方による。)
Figure 2013159004
実施例3、4と比較例1のv’の値を比較すると実施例3、4の測定された光のv’の値が大きくなっている。また実施例3、4と比較例2のv’の値を比較すると実施例3、4の測定された光のv’の値が大きくなっている。このことから白色層を貼り合わせることによりv’の値を大きくすることができる。このことは少量の蛍光体量でより目的とする白色の光に近づけることができることを意味する。
また、実施例3、4のv’の値を比較すると実施例4の方が測定された光のv’の値が大きくなっている。このことから白色層の条件を変えることでv’の値を調節することができる。
通常v’の値を大きくするためには蛍光体の充填量を大きくする必要がある。しかし、上記の結果から白色含有量含有層を貼り合わせることにより、より少ない量の蛍光体で同じv’の値を出すことができることが示された。
・色度座標のバラツキ
実施例3,4と比較例1で作製した発光半導体装置を各々3個用意し、それぞれを発光させて大塚電子製(LE-3400)により色度座標のバラツキを測定した。3個についての測定値の平均値を得た。
Figure 2013159004
実施例3、4の結果と比較例1の結果とを比べると、白色顔料含有層を貼り合わせても色度座標のバラツキはほとんど変わらないことが分かった。
また、実施例3、4の結果と比較例3の結果とを比べると実施例3、4の方がバラツキが小さい。したがって、本発明の二層シリコーン樹脂シートを用いることにより、均一で色ずれのない発光半導体装置を得ることができることが分かった。
〔実施例5〕
(1)シリコーン樹脂シートの作製
調製例3の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、両面にETFEフィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(2)白色顔料含有シリコーン樹脂シートの作製
調製例6の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、二つの面にそれぞれのフィルムが付着した厚さ50μmのシート状に成形した。
(3)二層シリコーン樹脂シートの作製
(1)で作製したシリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムと(2)で作製した白色顔料含有シリコーン樹脂シートの片方の剥離フィルムをはがし、それぞれのシートの樹脂露出面を合わせて、貼り合わせ装置(熱ラミネーション)を使用して、40℃の温度で加圧しボイドや隙間もない状態で貼り合わせた。得られた二層シリコーン樹脂シートはシリコーン樹脂及び白色顔料含有シリコーン樹脂の両方の外側に剥離フィルムが貼付されたシートである。
[比較例4]
(1)透明シリコーン樹脂シートの作製
調製例3の組成物を、2枚の剥離フィルムの間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、二つの面にそれぞれのフィルムが付着した厚さ100μmのシート状に成形した。
・光透過率の測定
実施例5と比較例4で作成した厚さ100μmのサンプルシートをガラス板にラミネートし、光透過率を分光光度計U−4100(日立ハイテック社製)を用い、走査速度200nm/min、走査波長範囲300nm〜800nmにて測定した。450nm及び750nmにおける光透過率の測定結果を表3に示す。
Figure 2013159004
実施例5と比較例4を比較すると実施例5の光透過率が低くなっている。このことは実施例5の白色顔料含有層により光が拡散・散乱されていることを意味する。
本発明の熱硬化性シリコーン樹脂シートはLED素子等の光発光素子の被覆、封止、光発光装置の製造に有用である。
1:白色顔料を含有するシリコーン樹脂層
1’:透明シリコーン樹脂層(比較例2のみ)
2:蛍光体を含有するシリコーン樹脂層
3:LED素子
4:金線
5:外部電極を有するセラミックス基板
6:リフレクター
7:外部リード
8:アンダーフィル材
9:金バンプ
10a、10b:剥離フィルム
11:二層シリコーン樹脂シート

Claims (10)

  1. 常温で可塑性の固体もしくは半固体の状態の蛍光体を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(1)と、常温で可塑性の固体もしくは半固体の状態で白色顔料を含有する熱硬化性シリコーン樹脂組成物からなる層(2)とを含む熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  2. 蛍光体を含有する層(1)の厚みが20〜100μmであり、白色顔料を含有する層(2)の厚みが20〜300μmである請求項1に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  3. 層(1)が、
    (A)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(ここで、R1、R2、及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、又はフェニル基を示し、R4は独立にビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1又は2で、かつa+bは2又は3である。)、上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
    (B)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位からなり(ここで、R1、R2及びR3は独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
    上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:
    (A)成分中のビニル基及びアリル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比で0.1〜4.0となる量、
    (C)白金族金属系触媒 及び
    (D)蛍光体
    を含有する熱硬化型シリコーン樹脂組成物からなり、
    層(2)が、
    (A)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 a4 bSiO(4-a-b)/2単位を含んでなり(ここで、R1、R2、及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、又はフェニル基を示し、R4は独立にビニル基又はアリル基を示し、aは0、1又は2で、bは1又は2で、かつa+bは2又は3である。)、上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である構造を含む樹脂構造のオルガノポリシロキサン、
    (B)実質的にR1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cdSiO(4-c-d)/2単位を含んでなり(ここで、R1、R2及びR3は独立に上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、かつc+dは2又は3である。)、
    上記R2 2SiO単位の少なくとも一部が連続して繰り返してなり、その繰り返し数が5〜300個である、樹脂構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:
    (A)成分中のビニル基及びアリル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子がモル比で0.1〜4.0となる量、及び
    (C)白金族金属系触媒 及び
    (E)白色顔料
    を含有し、蛍光体を含有しない熱硬化型シリコーン樹脂組成物からなる、請求項1又は2に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  4. 層(1)において、(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して(D)成分の蛍光体が0.1〜300質量部である請求項1〜3のいずれか一項に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  5. 層(1)において、(D)成分の蛍光体の平均粒径が10nm以上である請求項1〜4のいずれか一項に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  6. 層(2)において、(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して(E)成分の白色顔料が0.05〜10質量部である請求項1〜5のいずれか一項に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  7. 層(2)において、(E)成分の白色顔料の平均粒径が50nm以上である請求項1〜6のいずれか一項に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  8. 層(1)及び層(2)それぞれの軟化温度の差が10℃以内である請求項1〜7のいずれか1項に係る熱硬化性シリコーン樹脂シート。
  9. LED素子の表面に、請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱硬化性シリコーン樹脂シートを配置し、該樹脂シートを加熱硬化させることにより、蛍光体含有硬化シリコーン樹脂層と蛍光体を含有せず白色顔料を含有し、白色もしくは白色半透明な硬化シリコーン樹脂層を有する硬化物でLED素子表面を被覆、封止する、LED素子を有する発光装置の製造方法。
  10. 請求項9に記載の方法により得られる、蛍光体含有硬化シリコーン樹脂層と蛍光体を含有せず白色顔料を含有し、白色もしくは白色半透明な硬化シリコーン樹脂層を有する硬化物でLED素子が封止された発光装置。
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