JP2015070156A - 発光装置 - Google Patents

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仁 室伏
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Abstract

【課題】封止剤の温度変化に対する粘度変化が十分に抑えられていることにより良好な透光性樹脂が形成された発光装置を提供することを課題とする。
【解決手段】発光装置10は、発光素子12と、発光素子12を封止する透光性樹脂14と、を備える。透光性樹脂14には、発光素子12の発光により蛍光を発する蛍光体16および蛍光体16の沈降を防止する沈降防止材18が含有されている。沈降防止材18は、ポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ素系化合物で表面処理されている酸化ケイ素の粒子であり、透光性樹脂14を100重量部とした場合における酸化ケイ素の粒子の含有量が0.5重量部以上3重量部未満の範囲にされている。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光素子と、発光素子の発光により蛍光を発する蛍光体および蛍光体の沈降を防止する沈降防止材を含有する透光性樹脂と、を有する発光装置に関する。
蛍光体を含有する透光性の封止樹脂で発光素子を封止した発光装置が知られている。このような発光装置では、蛍光体を配合した封止剤で発光素子を封止する際、加熱によって封止剤を硬化させて透光性の封止樹脂としている。
ところで、封止剤を加熱すると封止剤の粘度が低下し、蛍光体の沈降が起こり易い。蛍光体が沈降すると、発光色のばらつきが生じ、特に照明用途では好ましくない事態が生じてしまう。
このため、加熱したときの封止剤の粘度低下を抑えるために沈降防止材を封止剤に含有させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1では、光半導体用の封止剤が沈降防止材として酸化ケイ素の粒子を含有する。このように封止剤が酸化ケイ素の粒子を含有することで、封止剤を固化してなる透光性樹脂の透明性、耐熱性、耐光性を損なうことなく封止剤の粘度特性を所定範囲にすることを意図している。
具体的には、封止剤に含まれるシリコーン樹脂の構造、酸化ケイ素の粒子の比表面積や表面状態等を考慮して、適宜、酸化ケイ素の粒子の配合量を調整することで、粘度特性を所定範囲にしている。
WO2008/153125
しかし、特許文献1では、封止剤が高温になったときの粘度低下の防止が十分であるとは言えない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、封止剤の温度変化に対する粘度変化が十分に抑えられていることにより良好な透光性樹脂が形成された発光装置を提供することを課題とする。
本発明者は、封止剤の温度変化に対する粘度変化を更に抑えることを鋭意検討した。そして、酸化ケイ素の粒子の含有量が増大すると封止剤の粘度が増大することに着目した。図2は、封止剤として用いた熱硬化性エポキシ樹脂を硬化してなる透光性樹脂の温度と粘度との関係を示すグラフ図である。封止剤に含有される酸化ケイ素の粒子の含有量を3重量部(図2の実線)とした場合には、含有量を0重量部(図2の一点鎖線)とした場合に比べ、封止剤の粘度が上昇している。
そして、本発明者は、鋭意検討の結果、酸化ケイ素の粒子の含有量が3重量部未満の場合に、温度変化に対する封止剤の粘度の変化を十分に抑えることが可能であることを見い出し、更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決するために、本発明は、発光素子と、前記発光素子を封止する透光性樹脂と、を備え、前記透光性樹脂には、前記発光素子の発光により少なくとも蛍光を発する蛍光体および前記蛍光体の沈降を防止する沈降防止材が含有されている発光装置において、前記沈降防止材は、ポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ素系化合物で表面処理されている酸化ケイ素の粒子であり、前記透光性樹脂を100重量部とした場合における前記酸化ケイ素の粒子の含有量が0.5重量部以上3重量部未満の範囲であることを特徴とする。
本発明によれば、封止剤の温度変化に対する粘度変化が十分に抑えられていることにより良好な透光性樹脂が形成された発光装置を提供することができる。
本発明の一実施形態の発光装置の構成を示す模式的な側面断面図である。 透光性樹脂の温度と粘度との関係を示すグラフ図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、すでに説明したものと同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を適宜省略している。
図1は、本発明の一実施形態(以下、本実施形態という)の発光装置の構成を示す模式的な側面断面図である。
本実施形態の発光装置10は、発光素子12と、発光素子12を封止する透光性樹脂14と、を備えている。透光性樹脂14には、発光素子12の発光により蛍光を発する蛍光体16および蛍光体16の沈降を防止する沈降防止材18が含有されている。本実施形態では、熱硬化性エポキシ樹脂に蛍光体16および沈降防止材18を含有させたものを封止剤として用い、これを固化することで透光性樹脂14としている。
また、本実施形態では、沈降防止材18は、ポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ素系化合物で表面処理されている酸化ケイ素の粒子である。そして、透光性樹脂14を100重量部とした場合における沈降防止材18(酸化ケイ素の粒子)の含有量を、0.5重量部以上3重量部未満の範囲としている。
3重量部以上であると温度変化に対する封止剤の粘度が不安定であり、また、0.5重量部未満であると封止剤の粘度が所望粘度よりも小さくなり過ぎる。そしてこの含有量は、2重量部以上3重量部未満であることが蛍光体の沈降防止の観点で好ましく、0.5重量部以上2重量部未満であることが樹脂の低粘度化による作業性改善の観点で好ましい。沈降防止材18の平均粒径(d50)は10〜20nmであることが好ましい。
また、蛍光体の平均粒径(d50)は10〜20μmの範囲であることが好ましい。20μmよりも大きいと沈降防止材18(酸化ケイ素の粒子)自体が沈降してしまい、また、10μm未満であると封止剤の粘度が所望の粘度にまで到達せず、何れの場合であっても蛍光体の沈降防止能力が低下するからである。
発光素子12は、例えば波長が320nm以上470nm以下の範囲の光を出射するが、出射する光の波長は特に限定されない。発光素子12には、LEDやレーザダイオードなどの半導体発光素子が採用可能である。
図1に示したように、発光素子12は、凹部20dを有するパッケージ20の凹部底面に配置されている。凹部20dは底部から上部にかけて広がる形状にされており、この凹部20dに透光性樹脂14が充填されている。
パッケージ20は、基板24上に実装されている。図示を省略した電気配線が基板24に配置されており、この電気配線に発光素子12が電気的に接続されている。例えば発光素子12がLEDの場合、発光素子12の正電極と負電極との間に電圧を印加することにより発光素子12に駆動電流が流れ、発光素子12は光を出射する。なお、発光素子12をパッケージ20の凹部20dの底面に配置することにより、出力光Lの指向性が向上する。
本実施形態の発光装置10では、蛍光体16の含有量が5重量部以上60重量部以下の範囲にされている。蛍光体16は複数の種類で構成され、蛍光色として赤色を発する種類の蛍光体を含んでいる。また、本実施形態では透光性樹脂14と沈降防止材18とが無極性である。
以上説明したように、本実施形態では、透光性樹脂14を100重量部とした場合における酸化ケイ素の粒子の含有量が0.5重量部以上3重量部未満の範囲である。従って、
封止剤の温度変化に対する粘度変化が十分に抑えられているので、発光装置10の透光性樹脂14は、蛍光体16が透光性樹脂14の厚さ方向に均一に分散された良好な透光性樹脂14となっている。
また、蛍光体16の含有量が5重量部以上180重量部以下の範囲にされている。これにより、封止剤を固化して透光性樹脂14を形成する際に、蛍光体16の沈降を防止しつつ、温度変化に対する透光性樹脂14の粘度の不安定性を更に十分に抑えることができる。
特に、発光装置10として照明用のLEDを製造する場合には、複数種類の蛍光体を封止剤に入れて硬化させることで透光性樹脂14とすることが多い。ここで、赤色の蛍光色を発光する蛍光体(以下、赤色用蛍光体という)は、黄色等の他の蛍光色を発光する蛍光体(以下、他色用蛍光体という)に比べ、粒子径が小さいため、他色用蛍光体よりも沈降しづらい。従って、赤色用蛍光体と他色用蛍光体とを組み合わせて封止剤に含有させても、赤色用蛍光体は封止剤の上層部に留まり他色用蛍光体は沈降することで2層の蛍光体層が形成され易いという従来からの不都合を本実施形態では解消させることができ、複数種類の蛍光体を封止剤に含有させても透光性樹脂14の厚さ方向に良好に分散させることができる。
また、本実施形態では透光性樹脂14と沈降防止材18とが何れも無極性である。従って、透光性樹脂14と沈降防止材18の一方が極性で他方が無極性であると極性同士や無極性同士で凝集し合って良好に分散され難くなる、という事態が効果的に回避されている。なお、透光性樹脂14と沈降防止材18とが何れも極性であっても同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲はそれらに限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以上のように、本発明にかかる発光装置は、透光性樹脂を100重量部とした場合における酸化ケイ素の粒子の含有量が0.5重量部以上3重量部未満の範囲であるので、封止剤の温度変化に対する粘度変化が十分に抑えられていることにより良好な透光性樹脂が形成された発光装置として用いるのに好適である。
10 発光装置
12 発光素子
14 透光性樹脂
16 蛍光体
18 沈降防止材

Claims (5)

  1. 発光素子と、前記発光素子を封止する透光性樹脂と、を備え、前記透光性樹脂には、前記発光素子の発光により少なくとも蛍光を発する蛍光体および前記蛍光体の沈降を防止する沈降防止材が含有されている発光装置において、
    前記沈降防止材は、ポリジメチルシロキサン基を有する有機ケイ素系化合物で表面処理されている酸化ケイ素の粒子であり、前記透光性樹脂を100重量部とした場合における前記酸化ケイ素の粒子の含有量が0.5重量部以上3重量部未満の範囲であることを特徴とする発光装置。
  2. 前記蛍光体の含有量が5重量部以上180重量部以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 前記蛍光体は複数の種類で構成され、蛍光色として赤色を発する種類を含むことを特徴とする請求項1または2記載の発光装置。
  4. 前記透光性樹脂と前記沈降防止材とがいずれも無極性であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の発光装置。
  5. 前記透光性樹脂と前記沈降防止材とがいずれも極性であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の発光装置。
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