JP2024035629A - 樹脂組成物及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】Mn賦活のフッ化物蛍光体を含む発光装置における信頼性を向上させることができる樹脂組成物及びそれを用いた発光装置を提供する。【解決手段】樹脂組成物は、シリコーン樹脂とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含む。キレート剤は、例えばアミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。発光装置は、基板と基板上に配置される発光素子と発光素子を被覆する波長変換部材とを備える。発光装置の波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含む。【選択図】なし
Description
本開示は、樹脂組成物及び発光装置に関する。
発光素子と蛍光体を組み合わせた発光装置が、照明、車載照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等の幅広い分野で利用されている。例えば、液晶表示装置用バックライト用途の発光装置に用いられる蛍光体には、発光ピークの半値幅が狭く、色純度が高いことが求められている。特許文献1には特定の組成を有するMn賦活複フッ化物である赤色蛍光体が記載され、その耐湿性を改善する表面処理方法が提案されている。
本開示の一態様は、Mn賦活のフッ化物蛍光体を含む発光装置における信頼性を向上させることができる樹脂組成物及びそれを用いた発光装置を提供することを目的とする。
第1態様は、シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む樹脂組成物である。
第2態様は、基板と、前記基板上に配置される発光素子と、前記発光素子を被覆する波長変換部材と、を備える発光装置である。発光装置の波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含む。
本開示の一態様によれば、Mn賦活のフッ化物蛍光体を含む発光装置における信頼性を向上させることができる樹脂組成物及びそれを用いた発光装置を提供することができる。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。さらに本明細書に記載される数値範囲の上限及び下限は、数値範囲として例示された数値をそれぞれ任意に選択して組み合わせることが可能である。本明細書において、蛍光体又は発光材料の組成を表す式中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、これらの複数の元素のうち少なくとも1種の元素を組成中に含有することを意味する。また、蛍光体の組成を表す式中、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。本明細書において、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、JIS Z8110に従う。蛍光体の半値幅は、蛍光体の発光スペクトルにおいて、最大発光強度に対して発光強度が50%となる発光スペクトルの波長幅(半値全幅;FWHM)を意味する。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、樹脂組成物及びそれを用いた発光装置を例示するものであって、本発明は、以下に示す樹脂組成物及びそれを用いた発光装置に限定されない。
樹脂組成物
樹脂組成物は、シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む。樹脂組成物がキレート剤を含むことで、樹脂組成物を硬化して形成される波長変換部材を備える発光装置において、Mn賦活のフッ化物蛍光体の経時変化による発光装置の光束の低下が低減され、発光装置として信頼性が向上する。これは例えば、波長変換部材の吸湿によりMn賦活のフッ化物蛍光体から生成するMnイオンを、キレート剤が捕捉してMnイオンからマンガンを含む酸化物が生成することを低減することができるためと考えることができる。
樹脂組成物は、シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む。樹脂組成物がキレート剤を含むことで、樹脂組成物を硬化して形成される波長変換部材を備える発光装置において、Mn賦活のフッ化物蛍光体の経時変化による発光装置の光束の低下が低減され、発光装置として信頼性が向上する。これは例えば、波長変換部材の吸湿によりMn賦活のフッ化物蛍光体から生成するMnイオンを、キレート剤が捕捉してMnイオンからマンガンを含む酸化物が生成することを低減することができるためと考えることができる。
シリコーン樹脂は、分子内にシロキサン構造を有する樹脂であり、硬化型シリコーン樹脂であってよい。硬化型シリコーン樹脂としては、付加硬化型シリコーン樹脂、縮合硬化型シリコーン樹脂、紫外線又は電子線硬化型シリコーン樹脂などを挙げることができる。付加硬化型シリコーン樹脂としては、例えば、末端又は側鎖に不飽和炭化水素基が導入されたオルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンシロキサンとを、白金触媒を用いて反応させて硬化させるものが挙げられる。縮合硬化型シリコーン樹脂としては、例えば、末端にヒドロキシ基をもつオルガノポリシロキサンと末端にケイ素-水素原子結合を有するオルガノポリシロキサンとを、有機スズ触媒を用いて縮合反応させ、3次元架橋構造をつくるものが挙げられる。紫外線硬化型シリコーン樹脂としては、例えば通常のシリコーンゴム架橋と同じラジカル反応を利用するもの、不飽和基を導入して光硬化させるもの、エポキシ基を導入して開始剤から発生する強酸で架橋させるもの、ビニルシロキサンへのチオールの付加反応で架橋するもの等が挙げられる。また、紫外線の代わりに電子線を用いることもできる。電子線は紫外線よりもエネルギーが強く、紫外線硬化の場合のように開始剤を用いなくても、ラジカルによる架橋反応を行うことが可能である。
シリコーン樹脂としては、フェニルシリコーン樹脂、ジフェニルシリコーン樹脂、アルキルシリコーン樹脂、ジアルキルシリコーン樹脂、アルキルフェニルシリコーン樹脂等を挙げることができる。またシリコーン樹脂は、エポキシ変性等の変性シリコーン樹脂であってもよい。シリコーン樹脂は、好ましくはフェニルシリコーン樹脂を含んでいてよい。シリコーン樹脂は、入手可能なものから適宜選択して、樹脂組成物に含有させることができる。
一態様においてシリコーン樹脂は、付加硬化型シリコーン樹脂であってよく、1分子中に架橋反応可能な官能基及びアリール基を含有するオルガノポリシロキサンと1分子中に水素原子が結合するケイ素原子(SiH基)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とヒドロシリル化触媒とを含んでいてよい。
オルガノポリシロキサンに含まれる架橋反応可能な官能基は、1分子中に少なくとも2個含有され、好ましくは2個以上100個以下の範囲内で含有され、より好ましくは2個以上50個以下の範囲内で含有されていてよい。オルガノポリシロキサンに含まれる架橋反応可能な官能基は、ケイ素原子に結合する脂肪族不飽和炭化水素基であることが好ましい。脂肪族不飽和炭化水素基は、例えば不飽和結合を有する炭素数2から8の1価の脂肪族炭化水素基であってよく、好ましくは炭素数2から8のアルケニル基であってよい。ケイ素原子に結合するアルケニル基としては、例えば、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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等が挙げられる。架橋反応可能な官能基は、好ましくはビニル基であってよい。脂肪族不飽和炭化水素基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖末端のケイ素原子、分子鎖途中のケイ素原子のいずれに結合していてもよく、両者に結合していてもよい。
オルガノポリシロキサンに含まれるアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられ、好ましくはフェニル基であってよい。オルガノポリシロキサンにおいて、ケイ素原子に結合する置換基(シロキサン結合を形成する酸素原子を除く)のアリール基含有量は、例えば5モル%以上であってよく、好ましくは10モル%以上80モル%以下の範囲内、又は20モル%以上70モル%以下の範囲内であってよい。
オルガノポリシロキサンに含まれる架橋反応可能な官能基及びアリール基以外のケイ素原子に結合する有機基は、例えば炭素数1から18、好ましくは炭素数1から10、又は炭素数1から8の、非置換又は置換の1価炭化水素基であってよい。1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、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、又は、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられる。架橋反応可能な官能基及びアリール基以外のケイ素原子に結合する有機基は、メチル基であってよい。
オルガノポリシロキサンの分子構造は、架橋反応が可能であればよく、直鎖状、分岐鎖状、一部分岐又は環状構造を有する直鎖状等が挙げられる。オルガノポリシロキサンは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。例えば、オルガノポリシロキサンは、直鎖状のシリコーンオイルと分岐構造を有するシリコーンレジンとを含んでいてよい。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、1分子中に水素原子が結合するケイ素原子(SiH基)を少なくとも2個(通常2個以上300個以下の範囲内)含有していてよく、好ましくは3個以上、3個以上200個以下、3個以上100個以下、又は3個以上20個以下の範囲内で含有してよい。オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、分子中のSiH基が、前記オルガノポリシロキサンが含有する官能基の脂肪族不飽和炭化水素基とヒドロシリル化触媒の存在下で付加反応し、架橋構造を形成できるものであればよい。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ケイ素原子に結合する有機基を有する。ケイ素原子に結合する有機基としては、脂肪族不飽和炭化水素基以外の1価炭化水素基が挙げられる。ケイ素原子に結合する有機基は、例えば炭素数1から12、好ましくは炭素数1から10の、非置換又は置換の1価炭化水素基である。ケイ素原子に結合する有機基としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、2-フェニルエチル基、2-フェニルプロピル基等のアラルキル基、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等、及び2-グリシドキシエチル基、3-グリシドキシプロピル基、4-グリシドキシブチル基等のエポキシ基含有有機基(グリシジル基又はグリシジルオキシ基置換アルキル基)が挙げられる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンのケイ素原子に結合する有機基は、アリール基を少なくとも含むことが好ましい。オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ケイ素原子に結合する置換基(シロキサン結合を形成する酸素原子を除く)の5モル%以上70モル%以下の範囲内が、アリール基、特にはフェニル基であってよい。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造としては、直鎖状、分岐鎖状、環状、一部分岐又は環状構造を有する直鎖状等が挙げられる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンとして具体的には、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)メチルシラン、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)フェニルシラン、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、(CH3)2HSiO1/2単位とSiO4/2単位とから成る共重合体、(CH3)2HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C6H5)SiO3/2単位とから成る共重合体等が挙げられる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、オルガノポリシロキサン中の架橋反応可能な官能基、好ましくは脂肪族不飽和炭化水素基の総数に対するSiH基の個数が0.5個以上5個以下の範囲内となる量であってよく、好ましくは0.8個以上3個以下の範囲内、又は1個以上2.5個以下の範囲内となる量であってよい。オルガノポリシロキサン中の架橋反応可能な官能基に対するオルガノハイドロジェンポリシロキサンのSiH基が上記範囲となる量のオルガノハイドロジェンポリシロキサンが含まれていれば、付加反応が意図せず進行し、架橋構造が不均一となったり、組成物の保存性が悪化したりすることが低減される。
ヒドロシリル化触媒としては、白金系、パラジウム系、ロジウム系等のものが挙げられる。白金系のヒドロシリル化触媒としては、白金、白金黒、塩化白金酸等が挙げられる。
シリコーン樹脂の硬化後の屈折率は、例えば1.35以上1.55以下であってよく、好ましくは1.38以上1.54以下の範囲であってよい。シリコーン樹脂の屈折率は、これらの範囲であれば透光性に優れており、波長変換部材を構成する樹脂として好適に用いることができる。ここでシリコーン樹脂の硬化後の屈折率は、JIS K7142:2008に準拠して測定される。
樹脂組成物は、キレート剤の少なくとも1種を含む。キレート剤は、複数の配位座を有し、金属イオンに多座配位可能な化合物であればよく、少なくともマンガンイオンに配位可能なものであってよい。キレート剤は、カルボン酸系キレート剤、アミノカルボン酸系キレート剤、ホスホン酸系キレート剤等のいずれであってもよい。キレート剤は、好ましくはアミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。樹脂組成物に含まれるキレート剤は1種単独であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。また、樹脂組成物が含むキレート剤は、遊離酸の状態であっても、アルカリ金属等を含む金属塩の状態であってもよい。
キレート剤として具体的には、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレントリアミン六酢酸(TTHA)、1,3-プロパンジアミン三酢酸(PDTA)、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA-OH)、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジカルボキシメチルグルタミン酸(CMGA)、エチレンジアミン二コハク酸(EDDS)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)等を挙げることができ、これらからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。
キレート剤は、好ましくは、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。
樹脂組成物におけるキレート剤の含有量は、シリコーン樹脂の含有量に対する質量比として、例えば0.005以上0.3以下であってよく、好ましくは0.008以上、0.01以上、又は0.012以上であってよく、また好ましくは0.1以下、0.05以下、0.03以下、又は0.02以下であってよい。
樹脂組成物は、Mn賦活のフッ化物蛍光体(以下、単に「フッ化物蛍光体」ともいう)の少なくとも1種を含む。樹脂組成物に含まれるフッ化物蛍光体は1種単独であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。
フッ化物蛍光体は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む元素Mと、アルカリ金属と、Mnと、Fと、を含む組成を有していてよい。フッ化物蛍光体の組成は、アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Mnのモル数が0を超えて0.2未満であってよく、好ましくは0.01以上0.12以下であってよい。またフッ化物蛍光体の組成は、アルカリ金属のモル数を2とする場合に、元素Mのモル数が0.8を超えて1未満であってよく、好ましくは0.88以上0.99以下であってよい。フッ化物蛍光体の組成は、アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Fのモル数が5を超えて7未満であってよく、好ましくは5.9以上6.1以下であってよい。フッ化物蛍光体の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって測定することができる。
フッ化物蛍光体の組成におけるアルカリ金属は、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)及びセシウム(Cs)からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。またアルカリ金属は、少なくともカリウム(K)を含み、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、ルビジウム(Rb)及びセシウム(Cs)からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。組成におけるアルカリ金属の総モル数に対するKのモル数の比は、例えば0.90以上であってよく、好ましくは0.95以上、又は0.97以上である。Kのモル数の比の上限は、例えば1又は0.995以下であってよい。フッ化物蛍光体の組成においては、アルカリ金属の一部がアンモニウムイオン(NH4
+)に置換されていてもよい。アルカリ金属の一部がアンモニウムイオンに置換される場合、組成におけるアルカリ金属の総モル数に対するアンモニウムイオンのモル数の比は、例えば0.10以下であってよく、好ましくは0.05以下、又は0.03以下である。アンモニウムイオンのモル数の比の下限は、例えば0を超えていてよく、好ましくは0.005以上であってよい。
フッ化物蛍光体の組成における元素Mは、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む。第4族元素としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。第13族元素としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。第14族元素としては、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。元素Mは、少なくとも第14族元素の少なくとも1種を含んでいてよく、好ましくは少なくともSi及びGeの少なくとも一方を含んでいてよく、より好ましくは少なくともSiを含んでいてよい。また、元素Mは、少なくとも第13族元素の少なくとも1種と第14族元素の少なくとも1種とを含んでいてよく、好ましくは少なくともAlとSi及びGeの少なくとも一方とを含んでいてよく、より好ましくは少なくともAlとSiとを含んでいてよい。
フッ化物蛍光体の組成の一態様である第1組成は、元素Mとして第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよく、好ましくは第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよく、より好ましくはSi及びGeの少なくとも一方を含んでいてよく、さらに好ましくは少なくともSiを含んでいてよい。また、フッ化物蛍光体の第1組成は、アルカリ金属のモル数2に対して、SiとGeとMnの総モル数が0.9以上1.1以下であってよく、好ましくは0.95以上1.05以下、又は0.97以上1.03以下であってよい。
フッ化物蛍光体の第1組成は、下記式(1)で表される組成であってもよい。
A1 c[M1 1-bMnbFd] (1)
A1 c[M1 1-bMnbFd] (1)
式(1)中、A1は、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種を含んでよい。M1は、少なくともSi及びGeの少なくとも一方を含み、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を更に含んでもよい。Mnは4価のMnイオンであってよい。bは0<b<0.2を満たし、cは[M2
1-bMnbFd]イオンの電荷の絶対値であり、dは5<d<7を満たす。
式(1)におけるA1は、少なくともKを含み、Li、Na、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種を更に含んでもよい。また、A1はその一部がアンモニウムイオン(NH4
+)に置換されていてもよい。A1の一部がアンモニウムイオンに置換される場合、組成におけるA1の総モル数に対するアンモニウムイオンのモル数の比は、例えば0.10以下であってよく、好ましくは0.05以下、又は0.03以下である。アンモニウムイオンのモル数の比の下限は、例えば0を超えていてよく、好ましくは0.005以上であってよい。
式(1)におけるbは、好ましくは0.005以上0.15以下、0.01以上0.12以下、又は0.015以上0.1以下である。cは、例えば1.8以上2.2以下であってよく、好ましくは1.9以上2.1以下、又は1.95以上2.05以下であってよい。dは好ましくは5.5以上6.5以下、5.9以上6.1以下、5.92以上6.05以下、又は5.95以上6.025以下であってよい。
フッ化物蛍光体の組成の一態様である第2組成は、元素Mとして第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種と、第13族元素の少なくとも1種とを含んでいてよく、好ましくは第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種と、第13族元素の少なくとも1種とを含んでいてよく、より好ましくは少なくともSi及びAlを含んでいてよい。また、フッ化物蛍光体の第2組成は、アルカリ金属のモル数2に対して、SiとAlとMnの総モル数が、0.9以上1.1以下であってよく、好ましくは0.95以上1.05以下、又は0.97以上1.03以下であってよい。さらにフッ化物蛍光体の第2組成は、アルカリ金属のモル数2に対して、Alのモル数が0を超えて0.1以下であってよく、好ましくは0を超えて0.03以下、0.002以上0.02以下、又は0.003以上0.015以下であってよい。
フッ化物蛍光体の第2組成は、下記式(2)で表される組成であってもよい。
A2 f[M2 1-eMneFg] (2)
A2 f[M2 1-eMneFg] (2)
式(2)中、A2は、少なくともKを含み、Li、Na、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種を更に含んでもよい。M2は、少なくともSi及びAlを含み、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を更に含んでもよい。Mnは4価のMnイオンであってよい。eは0<e<0.2を満たし、fは[M2
1-eMneFg]イオンの電荷の絶対値であり、gは5<g<7を満たす。
式(2)におけるA2は、その一部がアンモニウムイオン(NH4
+)に置換されていてもよい。A2の一部がアンモニウムイオンに置換される場合、組成におけるA2の総モル数に対するアンモニウムイオンのモル数の比は、例えば0.10以下であってよく、好ましくは0.05以下、又は0.03以下である。アンモニウムイオンのモル数の比の下限は、例えば0を超えていてよく、好ましくは0.005以上であってよい。
式(2)におけるeは、好ましくは0.005以上0.15以下、0.01以上0.12以下、又は0.015以上0.1以下である。fは、例えば1.8以上2.2以下であってよく、好ましくは1.9以上2.1以下、又は1.95以上2.05以下であってよい。gは好ましくは5.5以上6.5以下、5.9以上6.1以下、5.92以上6.05以下、又は5.95以上6.025以下であってよい。
第2組成を有するフッ化物蛍光体は、その粒子表面に凹凸を有していてもよい。凹凸は点在する凹凸だけでなく、溝を含んでいてもよい。粒子表面の状態は、例えば、フッ化物蛍光体からなる粉体の安息角を測定することで評価することができる。第2組成を有するフッ化物蛍光体からなる粉体の安息角は例えば、70°以下であってよく、好ましくは65°以下、又は60°以下であってよい。安息角の下限は例えば30°以上である。安息角は、例えば、注入法によって測定される。
フッ化物蛍光体の体積基準のメディアン径は、例えば、輝度の向上の観点から、5μm以上90μm以下であってよく、好ましくは10μm以上70μm以下、又は15μm以上50μm以下であってよい。フッ化物蛍光体の粒度分布は、例えば、輝度の向上の観点から、単一ピークの粒度分布を示してよく、好ましくは分布幅の狭い単一ピークの粒度分布を示してよい。具体的には、体積基準の粒度分布において、小径側からの体積累積10%に対応する粒径をD10、体積累積90%に対応する粒径をD90とすると、D10に対するD90の比(D90/D10)が、例えば3.0以下であってよい。なお、体積基準のメディアン径は、体積基準の粒度分布において、小径側からの体積累積50%に対応する粒径であり、体積基準の粒度分布はレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される。
フッ化物蛍光体は、例えば、4価のマンガンで賦活される蛍光体であり、可視光の短波長領域の光を吸収して赤色発光してよい。フッ化物蛍光体に照射される光は、主に青色領域の光であってよく、そのピーク波長は、例えば、380nm以上485nm以下の波長範囲内であってよい。フッ化物蛍光体の発光スペクトルにおける発光ピーク波長は、例えば、610nm以上650nm以下の波長範囲内であってよい。フッ化物蛍光体の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば、10nm以下であってよい。
フッ化物蛍光体は、良好な発光効率を示すことができる。フッ化物蛍光体の内部量子効率は、例えば88%以上であってよく、好ましくは93%以上、又は94%以上であってよい。フッ化物蛍光体の内部量子効率は、例えば、量子効率測定装置を用いて、450nmの励起光によって測定される。
フッ化物蛍光体は公知の方法で製造することができる。第1組成を有するフッ化物蛍光体の製造方法は、例えば特開2014-141684号公報、特開2015-143318号公報、特開2015-188075号公報等を参照することができる。また、第2組成を有するフッ化物蛍光体の製造方法は、例えば特開2010-254933号公報、特開2022-099232号公報等を参照することができる。
樹脂組成物におけるフッ化物蛍光体の含有量は、シリコーン樹脂の含有量に対するフッ化物蛍光体の含有量の質量比として、例えば0.1以上2以下であってよく、好ましくは0.2以上、又は0.3以上であってよく、また好ましくは1.5以下、又は1以下であってよい。
また、樹脂組成物におけるキレート剤の含有量は、フッ化物蛍光体の含有量に対するキレート剤の含有量の質量比として、例えば0.0025以上3以下であってよく、好ましくは0.005以上、0.01以上、0.02以上、又は0.03以上であってよく、また好ましくは2以下、1以下、0.5以下、0.1以下、又は0.05以下であってよい。
樹脂組成物は、フッ化物蛍光体に加えて、フッ化物蛍光体以外の蛍光体、量子ドット等の発光材料を更に含んでいてもよい。蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム(ガリウムドープ)・ガーネット、ユウロピウムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(ストロンチウム)、βサイアロン系蛍光体等を挙げることができる。蛍光体として具体的には、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce)、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Lu3(Al,Ga)5O12:Ce)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(例えば、Tb3(Al,Ga)5O12:Ce)、CCA系蛍光体(例えば、Ca10(PO4)6Cl2:Eu)、SAE系蛍光体(例えば、Sr4Al14O25:Eu)、クロロシリケート系蛍光体(例えば、Ca8MgSi4O16Cl2:Eu)、シリケート系蛍光体(例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えば、(Si,Al)3(O,N)4:Eu)若しくはαサイアロン系蛍光体(例えば、Ca(Si,Al)12(O,N)16:Eu)等の酸窒化物系蛍光体、LSN系蛍光体(例えば、(La,Y)3Si6N11:Ce)、BSESN系蛍光体(例えば、(Ba,Sr)2Si5N8:Eu)、SLA系蛍光体(例えば、SrLiAl3N4:Eu)、CASN系蛍光体(例えば、CaAlSiN3:Eu)若しくはSCASN系蛍光体(例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)等の窒化物系蛍光体、MGF系蛍光体(例えば、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn)等のフッ化物系蛍光体等を挙げることができる。量子ドットとしては、ペロブスカイト構造を有する量子ドット(例えば、(Cs,FA,MA)(Pb,Sn)(F,Cl,Br,I)3、ここで、FAはホルムアミジニウムを、MAはメチルアンモニウムを表す。)、II-VI族量子ドット(例えば、CdSe)、III-V族量子ドット(例えば、InP)、カルコパイライト構造を有する量子ドット(例えば、(Ag,Cu)(In,Ga)(S,Se)2)等を挙げることができる。
樹脂組成物は、無機粒子を更に含んでいてもよい。無機粒子は、例えば光拡散材であってよい。無機粒子の材料としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等を挙げることができる。無機粒子のメディアン径は、例えば5nm以上5μm以下であってよい。また、樹脂組成物における無機粒子の含有量は、シリコーン樹脂の含有量に対する無機粒子の含有量の質量比として、例えば0.002以上0.02以下であってよい。樹脂組成物は、無機粒子を1種単独で含んでいてもよく、2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。
樹脂組成物は、シリコーン樹脂とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを混合することで調製することができる。混合方法は通常用いられる混合方法から適宜選択することができる。混合方法として具体的には、自転公転式ミキサー、三本ロールミル、回転式混合機、二軸ミキサー等の公知の混合機を使用する方法を挙げることができる。
発光装置
発光装置は、基板と基板上に配置される発光素子と発光素子を被覆する波長変換部材とを備える。波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含んでいてよい。発光素子を被覆する波長変換部材が、Mn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含むことで、Mn賦活のフッ化物蛍光体の経時変化による発光装置の光束の低下が低減される。
発光装置は、基板と基板上に配置される発光素子と発光素子を被覆する波長変換部材とを備える。波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含んでいてよい。発光素子を被覆する波長変換部材が、Mn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含むことで、Mn賦活のフッ化物蛍光体の経時変化による発光装置の光束の低下が低減される。
発光装置が備える波長変換部材は、上述した樹脂組成物の硬化物であってよい。従って波長変換部材の構成の詳細については、上述した樹脂組成物の構成を参照することができる。
発光装置の一例を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。この発光装置は、表面実装型発光装置の一例である。発光装置100は、可視光の短波長側(例えば380nm以上485nm以下の範囲内)に発光ピーク波長を有する光を発する発光素子10と、発光素子10を載置する成形体40と、を有する。成形体40は第一のリード20と第二のリード30とを有しており、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂により一体成形されている。成形体40は基板に対応する底面と側面を持つ凹部が形成されており、凹部の底面に発光素子10が載置されている。発光素子10は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第一のリード20及び第二のリード30とワイヤ60を介して電気的に接続されている。発光素子10は波長変換50により被覆されている。波長変換部材50は、発光素子10からの光を波長変換するフッ化物蛍光体を含む蛍光体70とシリコーン樹脂の硬化物とキレート剤とを含有している。蛍光体70は、前記フッ化物蛍光体に加えて、発光素子10からの励起光によりフッ化物蛍光体とは異なる波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光材料を含んでいてもよい。
発光素子は、可視光の短波長領域である380nm以上485nm以下の波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発してよい。発光素子は、フッ化物蛍光体を励起する励起光源であってよい。発光素子は、380nm以上480nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することが好ましく、410nm以上480nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することがより好ましく、430nm以上480nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することがさらに好ましい。励起光源としての発光素子には、半導体発光素子を用いることが好ましい。励起光源に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出力の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。半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体を用いた半導体発光素子を用いることができる。発光素子の発光スペクトルにおける発光ピークの半値幅は、例えば、30nm以下であってよい。
本開示に係る発明は、以下の態様を包含してよい。
[1] シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む樹脂組成物。
[1] シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む樹脂組成物。
[2] 前記キレート剤は、アミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む[1]に記載の樹脂組成物。
[3] 前記キレート剤は、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレントリアミン六酢酸(TTHA)、1,3-プロパンジアミン三酢酸(PDTA)、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA-OH)、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジカルボキシメチルグルタミン酸(CMGA)、エチレンジアミン二コハク酸(EDDS)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)及びエチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)からなる群から選択される少なくとも1種を含む[1]に記載の樹脂組成物。
[4] 前記フッ化物蛍光体は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む元素Mと、アルカリ金属と、Mnと、Fと、を含み、前記アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Mnのモル数が0を超えて0.2未満であり、元素Mのモル数が0.8を超えて1未満であり、Fのモル数が5を超えて7未満である組成を有する[1]から[3]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[5] 前記シリコーン樹脂の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.005以上0.3以下である[1]から[4]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[6] 前記フッ化蛍光体の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.0025以上3以下である[1]から[5]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[7] 基板と、前記基板上に配置される発光素子と、前記発光素子を被覆する波長変換部材と、を備え、前記波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含む発光装置。
[8] 前記キレート剤は、アミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む[7]に記載の発光装置。
前記キレート剤は、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレントリアミン六酢酸(TTHA)、1,3-プロパンジアミン三酢酸(PDTA)、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA-OH)、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジカルボキシメチルグルタミン酸(CMGA)、エチレンジアミン二コハク酸(EDDS)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)及びエチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)からなる群から選択される少なくとも1種を含む[7]に記載の発光装置。
[10] 前記フッ化物蛍光体は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む元素Mと、アルカリ金属と、Mnと、Fと、を含み、前記アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Mnのモル数が0を超えて0.2未満であり、元素Mのモル数が0.8を超えて1未満であり、Fのモル数が5を超えて7未満である組成を有する[7]から[9]のいずれかに記載の発光装置。
[11] 前記波長変換部材は、前記シリコーン樹脂の硬化物の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.005以上0.3以下である[7]から[10]のいうずれかに記載の発光装置。
[12] 前記波長変換部材は、前記フッ化蛍光体の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.0025以上3以下である[7]から[11]のいずれかに記載の発光装置。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1
付加硬化型シリコーン樹脂(OE7660;東レ・ダウコーニング社製)100質量部に対して、キレート剤としてヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)の1.6質量部と、K2SiF6:Mnで表される理論組成を有するフッ化物蛍光体(KSF)の50質量部と、を添加し、常温(25℃)で撹拌して樹脂組成物を得た。発光素子が実装されたLED用パッケージ(NFSW757G-V3;日亜化学工業株式会社製)の凹部に樹脂組成物を充填し、150℃で4時間熱処理して樹脂組成物を硬化させて、実施例1の発光装置1を作製した。
付加硬化型シリコーン樹脂(OE7660;東レ・ダウコーニング社製)100質量部に対して、キレート剤としてヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)の1.6質量部と、K2SiF6:Mnで表される理論組成を有するフッ化物蛍光体(KSF)の50質量部と、を添加し、常温(25℃)で撹拌して樹脂組成物を得た。発光素子が実装されたLED用パッケージ(NFSW757G-V3;日亜化学工業株式会社製)の凹部に樹脂組成物を充填し、150℃で4時間熱処理して樹脂組成物を硬化させて、実施例1の発光装置1を作製した。
実施例2
キレート剤をニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の発光装置2を作製した。
キレート剤をニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の発光装置2を作製した。
実施例3
キレート剤をジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の発光装置3を作製した。
キレート剤をジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の発光装置3を作製した。
実施例4
キレート剤をエチレンジアミン四酢酸(EDTA)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4の発光装置4を作製した。
キレート剤をエチレンジアミン四酢酸(EDTA)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4の発光装置4を作製した。
実施例5
キレート剤をホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の発光装置5を作製した。
キレート剤をホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)ナトリウム塩(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の発光装置5を作製した。
実施例6
キレート剤をホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の発光装置6を作製した。
キレート剤をホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)(キレスト株式会社社製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の発光装置6を作製した。
比較例1
キレート剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の発光装置C1を作製した。
キレート剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の発光装置C1を作製した。
信頼性評価
上記で得られた発光装置について、保管試験前に65mAの電流値で点灯させて光束を測定した。次いで85℃、85%RH雰囲気下で858時間の保管試験後に同様の条件で点灯させて光束を測定した。保管試験後の光束を保管試験前の光束で除して、光束維持率(%)を算出した。結果を表1に示す。
上記で得られた発光装置について、保管試験前に65mAの電流値で点灯させて光束を測定した。次いで85℃、85%RH雰囲気下で858時間の保管試験後に同様の条件で点灯させて光束を測定した。保管試験後の光束を保管試験前の光束で除して、光束維持率(%)を算出した。結果を表1に示す。
表1に示すように、シリコーン樹脂にキレート剤を添加した樹脂組成物を用いて波長変換部材を形成することで、発光装置の信頼性が向上する。
10:発光素子、20:第一のリード、30:第二のリード、40:成形体、50:波長変換部材、60:ワイヤ、70:蛍光体、100:発光装置。
Claims (12)
- シリコーン樹脂と、Mn賦活のフッ化物蛍光体と、キレート剤と、を含む樹脂組成物。
- 前記キレート剤は、アミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記キレート剤は、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレントリアミン六酢酸(TTHA)、1,3-プロパンジアミン三酢酸(PDTA)、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA-OH)、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジカルボキシメチルグルタミン酸(CMGA)、エチレンジアミン二コハク酸(EDDS)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)及びエチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記フッ化物蛍光体は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む元素Mと、アルカリ金属と、Mnと、Fと、を含み、前記アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Mnのモル数が0を超えて0.2未満であり、元素Mのモル数が0.8を超えて1未満であり、Fのモル数が5を超えて7未満である組成を有する請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記シリコーン樹脂の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.005以上0.3以下である請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記フッ化蛍光体の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.0025以上3以下である請求項1に記載の樹脂組成物。
- 基板と、前記基板上に配置される発光素子と、前記発光素子を被覆する波長変換部材と、を備え、
前記波長変換部材は、シリコーン樹脂の硬化物とMn賦活のフッ化物蛍光体とキレート剤とを含む発光装置。 - 前記キレート剤は、アミノカルボン酸系キレート剤及びホスホン酸系キレート剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項7に記載の発光装置。
- 前記キレート剤は、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレントリアミン六酢酸(TTHA)、1,3-プロパンジアミン三酢酸(PDTA)、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA-OH)、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジカルボキシメチルグルタミン酸(CMGA)、エチレンジアミン二コハク酸(EDDS)、ヒドロキシエチレンジアミンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)、ホスホノブタントリカルボン酸(PBTC)及びエチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項7に記載の発光装置。
- 前記フッ化物蛍光体は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を含む元素Mと、アルカリ金属と、Mnと、Fと、を含み、前記アルカリ金属のモル数を2とする場合に、Mnのモル数が0を超えて0.2未満であり、元素Mのモル数が0.8を超えて1未満であり、Fのモル数が5を超えて7未満である組成を有する請求項7に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材は、前記シリコーン樹脂の硬化物の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.005以上0.3以下である請求項7に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材は、前記フッ化蛍光体の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.0025以上3以下である請求項7に記載の発光装置。
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