JP2020057774A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで本発明の一態様は、耐硫化性を改善し、光束の維持率が高い発光装置を提供することを目的とする。
前記導電部材が銀を含み、
前記封止部材が、下記成分(A)、(B)、(C)および(D)を含むシリコーン組成物を硬化させてなる、発光装置である。
(A)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個含有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)ヒドロシリル化触媒、および
(D)下記式(1)で表される亜鉛シラノラート。
発光装置100は、ピーク波長が320nm以上の光を発する発光素子10と、一対の導電部材20、30を含む基体40と、発光素子10を被覆する封止部材50と、を備える。封止部材50は、発光素子10からの光により励起されて発光する蛍光体70を含んでいてもよい。
基体40は、側壁を構成する凹部を有するパッケージ部材42と、このパッケージ部材42の凹部の底部を構成する一対の導電部材20、30とを含み、樹脂組成物により一体的に成形されてなるものである。発光素子10は、パッケージ部材42の底面となる導電部材20に載置されている。発光素子10は、一対の導電部材20、30と、それぞれワイヤ60を介して電気的に接続されている。パッケージ部材42の凹部の底面となる導電部材20に載置された発光素子10は、封止部材50により封止されている。一対の導電部材20、30は、基体40の外方に向けてその一部が露出され、外部からの電力の供給を受けて発光装置100を発光させることができる。
一対の導電部材20、30は、銀を含む。一対の導電部材20、30の母材は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくとも1種の金属、または、鉄−ニッケル合金、燐青銅などの合金からなる板状体を用いることができ、一対の導電部材20、30の表面には、発光素子10からの光を効率よく取り出すために、銀、アルミニウム、金およびこれらの合金、または銀からなる金属の膜が形成されていてもよい。一対の導電部材20、30の表面は、銀を含む銅、アルミニウム、金、タングステン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくとも1種の金属、若しくは、鉄−ニッケル合金、燐青銅などの合金、または、銀が存在していてもよい。導電部材は、光の取り出し効率を高めるために、反射率を考慮して、表面に銀を含む膜を有するものであることが好ましい。導電部材は、導電部材の表面の少なくとも一部は、銀または銀合金からなるものであることがより好ましい。導電部材の表面に形成される膜は、単層膜でもよく、多層膜でもよい。導電部材の表面に形成される膜はメッキ処理により施されることが好ましい。
発光素子10は、発光装置100の励起光源として用いられる。発光素子10は、ピーク波長が320nm以上である。発光素子10から発せられる光のピーク波長が320nm以上の紫外光領域及び可視光領域であると、導電部材に含まれる銀の反射率が高く、発光装置100の光の取り出し効率を良くすることができる。発光素子10から発せられる光のピーク波長は、320nm以上550nm以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは350nm以上500nm以下の範囲であり、さらに好ましく400nm以上490nm以下の範囲であり、よりさらに好ましくは420nm以上475nm以下の範囲であり、特に好ましくは450nm以上475nm以下の範囲である。発光素子10の発光スペクトルの半値幅は、例えば30nm以下でもよく、25nm以下でもよく、20nm以下でもよい。半値幅は、発光スペクトルにおける発光ピークの半値全幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)をいい、各発光スペクトルにおける発光ピークの最大値の50%の値を示す発光ピークの波長幅をいう。発光素子10は、例えば、窒化物系半導体(InxAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた半導体発光素子であることが好ましい。発光素子として、半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対するリニアリティが高く機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
封止部材は、下記成分(A)、(B)、(C)および(D)を含むシリコーン組成物を硬化させてなるものであることが好ましい。
(A)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個含有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)ヒドロシリル化触媒、および
(D)下記式(1)で表される亜鉛シラノラート
シリコーン組成物中の(A)成分は、1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個含有するオルガノポリシロキサンである。シリコーン組成物中の(A)成分は、組成物の主剤(ベースポリマー)となる成分であり、1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個有し、好ましくは2から20個のケイ素原子に結合したアルケニル基を有し、より好ましくは2から10個のケイ素原子に結合したアルケニル基を有する。
また、(A)成分は、組成物の粘度が低いという観点から、1分子中に1個のビニル基および/またはヒドロシリル基を有するポリシロキサンであっても良い。
なお、(メタ)アクリロイル基は、アクリロイル基およびメタクリロイル基のうちのいずれか一方または両方であることを意味する。
なかでも、耐熱性に優れるという観点から、アルケニル基以外のケイ素原子に結合した有機基は、メチル基、フェニル基であることが好ましい。
また、(A)成分の分子末端は、シラノール基(ケイ素原子結合水酸基)、アルコキシシリル基で停止しているか、トリメチルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基またはビニル基で封鎖することができる。
ポリシロキサンが、不飽和炭化水素基としてアルケニル基を有するポリシロキサンとしては、例えば、式:(R8)3SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:(R8)2R9SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:(R8)2SiO2/2で示されるシロキサン単位と式:SiO4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノシロキサン共重合体、式:(R8)3SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:(R8)2R9SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:SiO4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノシロキサン共重合体、式:(R8)2R9SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:(R8)2SiO2/2で示されるシロキサン単位と式:SiO4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノシロキサン共重合体、式:(R8)2R9SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R8SiO3/2で示されるシロキサン単位もしくは式:R9SiO3/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノシロキサン共重合体が挙げられる。
ポリシロキサンがアルケニル基として不飽和炭化水素基を有するポリシロキサンである場合、ポリシロキサンの構造中にアルキレン基およびまたはフェニレン骨格を有しても良
い。
アルケニル基以外の1価の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、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基などが挙げられる。
また、上記式(I)中のR9はアルケニル基である。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、へプテニル基が挙げられる。
シリコーン組成物中の(B)成分は、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくも2個含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。シリコーン組成物中の(B)成分は、シリコーン組成物のポリシロキサン架橋剤である。シリコーン組成物中の(B)成分は、1分子中にケイ素原子に結合した水素基(即ち、SiH基)を少なくとも2個含有し、主鎖としてポリシロキサン構造を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであれば特に制限されない。
なかでも、耐熱性、耐光性に優れるという観点から、メチル基等の炭素原子数1から3の低級アルキル基、フェニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基が好ましい。
SiH基量が0.1モル以上である場合、硬化が十分で、強度のあるゴム硬化物(シリコーン樹脂)が得られる。
SiH基量が5モル以下である場合、硬化物が脆くなることがなく、強度のあるゴム硬化物が得られる。
シリコーン組成物中の(C)成分は、ヒドロシリル化反応触媒(ポリシロキサン触媒)である。シリコーン組成物中の(C)成分は、シリコーン組成物のポリシロキサン架橋剤である。シリコーン組成物中の(C)成分は、(A)成分が有するアルケニル基と、(B)成分が有する、ケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)との付加反応を促進するための触媒である。シリコーン組成物は(C)成分を含むことにより、硬化性に優れている。
シリコーン組成物中、(D)成分である下記式(1)で表される亜鉛シラノラートは、発光装置の耐硫化性を改善するものとして作用する。シリコーン組成物中に、(D)成分である下記式(1)で表される亜鉛シラノラートが含まれていると、シリコーン組成物を硬化させてなる封止部材中に亜鉛シラノラートまたは亜鉛シラノラートの分解物が存在し、封止部材を透過する空気中に含まれている硫化物が、導電部材に含まれている銀よりもイオン化傾向が高く、反応性の良い亜鉛シラノラートまたは亜鉛シラノラートの分解物と反応して結合し、導電部材に含まれている銀の腐食を抑制することができる。そのため、発光装置は、耐硫化性が改善され、導電部材の反射率が維持されて、光束の維持率を高くすることができる。(D)成分である亜鉛シラノラートは、主鎖にシロキサン鎖を有するものであり、(A)成分および(B)成分との相溶性が良好であり、光透過性に優れた封止部材を形成することができる。(D)成分である亜鉛シラノラートは、封止部材である光透過性を損なわないように、着色していないものが好ましい。例えば450nmにおける封止部材の透過率は、85%以上であってもよく、好ましくは90%以上であってもよい。
(D)成分の亜鉛シラノラートの製造方法は、塩化亜鉛または亜鉛カルボン酸塩とシラノール基含有オルガノポリシロキサンのアルカリ金属塩との反応により製造することができる。例えば、両末端にシラノール基を有する直鎖状のポリシロキサンに2当量のナトリウムメトキシドを加え、水酸基の脱プロトン化を行う。次いで、1当量のトリメチルクロロシランを反応させ、直鎖状のポリシロキサンの片側の末端をトリメチルシリル基で保護する。得られた溶液を、アルコールと芳香族炭化水素を混合した混合溶媒に溶解させた亜鉛の塩化物の溶液に加えることで、式(1)または式(2)の亜鉛シラノラートを得ることができる。
シリコーン組成物には、発光素子10からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換する蛍光体70を含むことが好ましい。蛍光体70としては、例えば、Ce(セリウム)で賦活されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Ceで賦活されたLAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Eu(ユーロピウム)及び/又はCr(クロム)で賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)系蛍光体、Euで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF(K2SiF6:Mn)系蛍光体等を用いることができる。蛍光体を表す組成中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、カンマで区切られた複数の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を含み、前記複数の元素から2種以上を組み合わせて含んでいてもよいことを表す。蛍光体を表す組成中、コロン(:)の前は母体結晶を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。
発光装置の製造方法の一例を以下に説明する。
パッケージ部材の凹部の底部を構成する一対の導電部材を、パッケージ部材の凹部に相当する凹みを有する上金型と、下金型で挟み込む。導電部材を挟み込んだ下金型および上金型によって形成された凹み部分を含む空間部に例えばトランスファー・モールド工程により、パッケージ部材を構成する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物を流し込む。導電部材を挟み込んだ下金型および上金型によって形成された空間部に流し込まれた樹脂組成物を硬化させて、側壁を構成する凹部を有するパッケージ部材42と、このパッケージ部材の凹部の底部を構成する一対の導電部材を一体的に成形した基体40を製造する。
両末端にシラノ―ル基を有する直鎖状のジメチルポリシロキサンに2当量のナトリウムメトキシドを加え、水酸基の脱プロトン化を行った。次いで、1当量のトリメチルクロロシランを反応させ、直鎖状のポリシロキサンの片側の末端をトリメチルシリル基で保護した。得られた溶液を、1−メトキシ−2−プロパノール及びトルエンを混合した混合溶媒に溶解させた塩化亜鉛溶液に滴下して反応させ、式(2)で表される亜鉛シラノラートを製造した。式(2)中、R1及びR2は、共にメチル基であり、mは、11であった。
図1に示される側壁を構成する凹部を有するパッケージ部材42と、パッケージ部材の凹部の底部を構成する一対の導電部材20、30を有する基体40を準備した。一方の導電部材20に発光ピーク波長が450nmである窒化物半導体を発光素子10として載置し、ワイヤ60を介して、導電部材20および30と発光素子10を電気的に接続した。
シリコーン組成物として、(A)成分、(B)成分および(C)成分を含有する熱硬化性ジメチルシリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング株式会社、商品名:OE6351)を用いた。(C)成分の含有量は、熱硬化性ジメチルシリコーン樹脂中、500ppm(0.05質量%)以下と少量なので、熱硬化性ジメチルシリコーン樹脂の量を、(A)成分および(B)成分の合計量とした。製造した式(2)で表される亜鉛シラノラートを(D)成分として、熱硬化性ジメチルシリコーン樹脂100質量部に対して、(D)成分の亜鉛シラノラートを0.14質量部、K2SiF6:Mnを25.92質量部、(Si,Al)6(O,N)8:Euを16.2質量部、CaAlSiN3:Euを2.88質量部フィラーとしてシリカ(二酸化ケイ素)を36.2質量部加えて、シリコーン組成物を製造した。得られたシリコーン組成物を、滴下手段を用いてパッケージ部材42の凹部にポッティングし、発光素子10を封止した。シリコーン組成物を80℃で2時間、次いで、150℃で3時間硬化させ、シリコーン組成物からなる封止部材で発光素子10を封止した発光装置を製造した。
熱硬化性ジメチルシリコーン樹脂100質量部に対して、(D)成分の亜鉛シラノラートを0.3質量部含有するシリコーン組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして発光装置を製造した。
シリコーン組成物に(D)成分の亜鉛シラノラートを含まないシリコーン組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
積分球を使用した全光束測定装置を用いて、各実施例および比較例の発光装置の光束を測定した。比較例1の発光装置の光束を100%として、各実施例の相対光束を測定した。結果を表1に示した。
1gの硫化ナトリウム9水和物を配置した容積が120cm3のオートクレーブ内に各実施例および比較例の発光装置を配置し、100℃で24時間加熱し、耐硫化試験を行った。耐硫化試験後の各発光装置の光束を初期値の光束の測定と同様にして測定した。前記計算式(a)に示すように、耐硫化試験後の光束を耐硫化試験前の光束で除した数値の100の積を光束維持率として算出した。結果を表1に示した。
また、実施例1および2の発光装置は、耐硫化試験後の光束維持率が80%以上であり、導電部材に含まれる銀または銀合金が、空気中に含まれる硫化物によって変色しておらず、耐硫化性が改善されていることが確認できた。
Claims (9)
- ピーク波長が320nm以上の光を発する発光素子と、前記発光素子が載置される導電部材を含む基体と、発光素子を被覆する封止部材と、を備え、
前記導電部材が銀を含み、
前記封止部材が、下記成分(A)、(B)、(C)および(D)を含むシリコーン組成物を硬化させてなる、発光装置。
(A)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも2個含有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)ヒドロシリル化触媒、および
(D)下記式(1)で表される亜鉛シラノラート
- 前記式(1)中、R1からR7が、互いに独立して、直鎖状または分岐鎖状の炭素数1から10のアルキル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、シクロへキシル基、フェニル基、トリル基、ベンジル基、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、mが2から11の整数である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記式(1)中、R1が、メチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、フェニル基、トリル基、ベンジル基、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基である、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記式(1)中、R2が、メチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、フェニル基、トリル基、ベンジル基、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基であり、R3からR7がメチル基である、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記成分(A)のオルガノポリシロキサンが、ジメチルポリシロキサンおよび/または変性ジメチルポリシロキサンである、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記シリコーン組成物中の成分(D)の含有量が、成分(A)および(B)の合計量100質量部に対して、0.1質量部以上0.5質量部以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記導電部材の表面の少なくとも一部が銀または銀合金からなる、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基体が、側壁を構成する凹部を有するパッケージ部材と、前記パッケージ部材の凹部の底部を構成する前記導電部材を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
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