JP5874425B2 - Wavelength conversion element and method for manufacturing the same, light emitting device and method for manufacturing the same - Google Patents
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本発明は発光素子と、発光素子から出射される光の波長を変換する波長変換部とを有する発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device having a light emitting element and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element.
近年、窒化ガリウム(GaN)系の青色LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)チップの近傍にYAG蛍光体等の蛍光体を配置し、青色LEDチップから出射される青色光と、蛍光体が青色光を受けて二次発光することにより出射される黄色光との混色により白色LEDを得る技術が広く用いられている。 In recent years, a phosphor such as a YAG phosphor is disposed in the vicinity of a gallium nitride (GaN) -based blue LED (Light Emitting Diode) chip, and the blue light emitted from the blue LED chip and the phosphor are blue light. In general, a technique for obtaining a white LED by mixing with yellow light emitted by secondary light emission in response to the light is widely used.
このような白色LEDでは、蛍光体を分散させた透明樹脂を用いてLEDチップや実装部を封止する方法が一般的である。しかし、蛍光体の比重は透明樹脂よりも大きいため、樹脂が硬化する前に蛍光体が沈降してしまい、発光時の色度ばらつき等の原因となっていた。 In such a white LED, a method of sealing an LED chip or a mounting portion using a transparent resin in which a phosphor is dispersed is generally used. However, since the specific gravity of the phosphor is larger than that of the transparent resin, the phosphor settles before the resin is cured, which causes chromaticity variations during light emission.
そこで、蛍光体の沈降を抑制して色度ばらつきの発生を防止する方法が種々提案されており、例えば特許文献1には、樹脂硬化時の粘度が100〜10000mPa・sのシリコーン樹脂を封止体として用いることにより、蛍光体の沈降や偏析を抑制することが記載されている。
Accordingly, various methods for preventing the occurrence of chromaticity variation by suppressing the sedimentation of the phosphor have been proposed. For example,
また、特許文献2には、筒状容器の上端開口と下端開口の間にLED素子を配置し、上端開口から下端開口までを透光性樹脂で充填するとともに、LED素子からの出射光が上端開口側へ反射するように容器の内壁面を形成したチップ部品型LEDが開示されている。
In
さらに、特許文献3には、液状の透光性封止材料に、蛍光体の沈降防止剤として粘土鉱物を主とする層状化合物に有機カチオンを添加してなる親油性化合物を加えた発光装置及びその製造方法が開示されている。
Further,
しかしながら、特許文献1では、LEDチップをシリコーン樹脂で封止しているため、LEDチップからの発光やLEDチップ及び蛍光体の発熱などにより封止材料の着色等の劣化が進行し易く、長期間の使用に耐えうるだけの耐久性を得ることが困難であった。また、特許文献2の構成ではLEDの構成が複雑となり、コストアップに繋がるという問題点もあった。さらに、特許文献2、3においても、透光性封止材料の具体例としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料が挙げられており、特許文献1と同様に封止材料の耐久性の面で十分ではなかった。
However, in
そこで、加熱後にセラミックとなる封止材料を用いてLEDチップを封止することにより、LEDチップの耐熱性や耐光性を向上させることが考えられる。この場合、蛍光体の沈降抑制剤として、特許文献3に記載されている層状化合物を添加すると、蛍光体の分散状態が安定し、色度ばらつきの発生を低減することができる。しかし、溶液中において蛍光体と透光性セラミック材料とが反応して部分的に粘度が上昇し、固化して塗布することができなくなる問題、すなわちポットライフが短くなる問題が生じることが明らかになった。
Therefore, it is conceivable to improve the heat resistance and light resistance of the LED chip by sealing the LED chip using a sealing material that becomes ceramic after heating. In this case, when the layered compound described in
このように1液の構成では、塗布液自体のポットライフが短くなる問題があるが、蛍光体を含有する第1液と、透光性セラミック材料を含有する第2液を順に塗布することにより、ポットライフの問題は低減される。 Thus, in the configuration of one liquid, there is a problem that the pot life of the coating liquid itself is shortened, but by sequentially applying the first liquid containing the phosphor and the second liquid containing the translucent ceramic material. The pot life problem is reduced.
しかしながら、第1液を塗布した後に第2液を塗布すると、膜の密着性が悪く基板から剥がれるという問題、また膜の密着性が良くても膜自体にクラックが入るという新たな問題が生じる。 However, when the second liquid is applied after the first liquid is applied, there arises a problem that the adhesion of the film is poor and peels off from the substrate, and a new problem that the film itself is cracked even if the adhesion of the film is good.
本発明は、蛍光体を含有する蛍光体分散液を塗布した後に透光性セラミック材料を含有するセラミック前駆体液を塗布して発光装置を製造する場合に、膜の密着性が良く、膜にクラックが入りにくい発光装置を提供することを目的とする。また、その発光装置の製造方法、その発光装置に用いられる波長変換素子及びその製造方法を提供することも目的とする。 In the case of manufacturing a light emitting device by applying a ceramic precursor liquid containing a translucent ceramic material after applying a phosphor dispersion liquid containing a phosphor, the film has good adhesion and cracks in the film. An object of the present invention is to provide a light-emitting device that is difficult to enter. Further, a method of manufacturing the light emitting device, also aims to provide a wavelength conversion element and a manufacturing how used in the light-emitting device.
上記目的を達成するために本発明は、蛍光体、膨潤性粒子、及び第1溶媒を含む蛍光体分散液を発光素子上に塗布して成膜する工程と、その上に、透光性セラミック材料、及び第2溶媒を含むセラミック前駆体液を塗布して加熱する工程と、を有し、前記蛍光体は、体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径が5μm以上、かつ、体積換算での相対粒子量の積算値が90%のときの粒径が60μm以下であることを特徴とする発光装置の製造方法とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a step of coating a phosphor dispersion containing a phosphor, swellable particles, and a first solvent on a light emitting element to form a film, and a translucent ceramic thereon. And a step of applying a material and a ceramic precursor solution containing a second solvent, and heating the phosphor. The phosphor has a particle size of 5 μm or more when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 10%. And the particle diameter is 60 μm or less when the integrated value of the relative particle amount in volume conversion is 90%.
上記の発光装置の製造方法において、前記膨潤性粒子が膨潤性粘土鉱物であることが好ましい。 In the above method for manufacturing a light emitting device, the swellable particles are preferably swellable clay minerals.
また上記の発光装置の製造方法において、前記透光性セラミック材料が有機金属化合物であることが好ましい。 In the above method for manufacturing a light-emitting device, the translucent ceramic material is preferably an organometallic compound.
また上記の発光装置の製造方法において、前記透光性セラミック材料がポリシロキサンであることが好ましい。 In the above method for manufacturing a light emitting device, the translucent ceramic material is preferably polysiloxane.
また上記の発光装置の製造方法において、前記第1溶媒がアルコールであることが好ましい。 In the method for manufacturing the light emitting device, the first solvent is preferably an alcohol.
また上記の発光装置の製造方法において、前記蛍光体分散液の粘度が80〜1000mPa・sであることが好ましい。 In the above method for producing a light emitting device, the phosphor dispersion preferably has a viscosity of 80 to 1000 mPa · s.
また上記の発光装置の製造方法において、前記加熱後に、シリコーン封止剤を塗布して加熱することが好ましい。 In the above method for manufacturing a light-emitting device, it is preferable to apply and heat a silicone sealant after the heating.
また本発明の発光装置は、上記の発光装置の製造方法の何れかによって製造されたものである。 The light-emitting device of the present invention is manufactured by any one of the above-described methods for manufacturing a light-emitting device.
また本発明は、蛍光体、膨潤性粒子、及び第1溶媒を含む蛍光体分散液を透光性基板の少なくとも片面に塗布して成膜する工程と、その上に、透光性セラミック材料、及び第2溶媒を含むセラミック前駆体液を塗布して加熱する工程と、を有し、前記蛍光体は、体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径が5μm以上、かつ、体積換算での相対粒子量の積算値が90%のときの粒径が60μm以下であることを特徴とする波長変換素子の製造方法とする。 The present invention also includes a step of applying a phosphor dispersion liquid containing phosphor, swellable particles, and a first solvent on at least one surface of a translucent substrate to form a film, and a translucent ceramic material thereon, And a step of applying and heating a ceramic precursor liquid containing a second solvent, and the phosphor has a particle diameter of 5 μm or more when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 10%, and The method for producing a wavelength conversion element is characterized in that the particle diameter is 60 μm or less when the integrated value of relative particle amounts in terms of volume is 90%.
上記の波長変換素子の製造方法において、前記膨潤性粒子が膨潤性粘土鉱物であることが好ましい。 In the above method for producing a wavelength conversion element, the swellable particles are preferably swellable clay minerals.
また上記の波長変換素子の製造方法において、前記透光性セラミック材料が有機金属化合物であることが好ましい。 In the method for manufacturing a wavelength conversion element, the translucent ceramic material is preferably an organometallic compound.
また上記の波長変換素子の製造方法において、前記透光性セラミック材料がポリシロキサンであることが好ましい。 In the above method for manufacturing a wavelength conversion element, the translucent ceramic material is preferably polysiloxane.
また上記の波長変換素子の製造方法において、前記第1溶媒がアルコールであることが好ましい。 In the method for manufacturing a wavelength conversion element, the first solvent is preferably alcohol.
また上記の波長変換素子の製造方法において、前記蛍光体分散液の粘度が80〜1000mPa・sであることが好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of said wavelength conversion element, it is preferable that the viscosity of the said phosphor dispersion liquid is 80-1000 mPa * s.
また上記の波長変換素子の製造方法において、前記加熱後に、シリコーン封止剤を塗布して加熱することが好ましい。 In the method for manufacturing a wavelength conversion element, it is preferable that a silicone sealant is applied and heated after the heating.
また本発明の波長変換素子は、上記の波長変換素子の製造方法によって製造されたものである。 Moreover, the wavelength conversion element of this invention is manufactured by said manufacturing method of a wavelength conversion element.
また本発明の発光装置の製造方法は、上記の波長変換素子の製造方法において波長変換素子を発光素子の発光面側に設置する工程を加えたものである。 Moreover, the manufacturing method of the light-emitting device of this invention adds the process of installing a wavelength conversion element in the light emission surface side of a light-emitting element in the manufacturing method of said wavelength conversion element.
本発明によると、蛍光体分散液を塗布した後にセラミック前駆体液を塗布して発光装置を製造することにより、耐熱性及び耐光性に優れ、色度ばらつきを抑制し、塗布液自体のポットライフを長くすることができる。それに加え、適切な粒度分布の蛍光体を用いることで、膜の密着性を良くし、膜にクラックが入りにくくすることができる。 According to the present invention, by applying a phosphor dispersion liquid and then applying a ceramic precursor liquid to produce a light emitting device, it has excellent heat resistance and light resistance, suppresses chromaticity variation, and reduces the pot life of the coating liquid itself. Can be long. In addition, by using a phosphor having an appropriate particle size distribution, the adhesion of the film can be improved and cracks can be prevented from entering the film.
以下、本発明の波長変換素子及びそれを備えた発光装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態の発光装置の概略断面図である。図1に示すように、発光装置100は、断面凹状のLED基板1の底部にメタル部2が設けられ、メタル部2上に発光素子としてLED素子3を配置している。LED素子3は、メタル部2に対向する面に、突起電極4が設けられており、メタル部2とLED素子3とを突起電極4を介して接続している(フリップチップ型)。
Hereinafter, embodiments of a wavelength conversion element and a light emitting device including the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the
本実施形態では、LED素子3として青色LED素子を用いている。青色LED素子は、例えばサファイア基板上にn−GaN系クラッド層、InGaN発光層、p−GaN系クラッド層、及び透明電極を積層してなる。
In the present embodiment, a blue LED element is used as the
また、LED素子3を覆うようにLED基板1の凹部に波長変換部6が設けられている。波長変換部6は、LED素子3を覆う波長変換層7と、波長変換層7上に形成されたセラミック層8とを有している。波長変換層7は、LED素子3から出射される所定波長の光を異なる波長の光に変換する部分であり、LED素子3からの波長により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体が含まれている。セラミック層8は、波長変換層7を封止して保護するための層であり、少なくともLED素子3の光及び波長変換層7の蛍光を透過する透光性を有する。
Moreover, the
次に、波長変換部6(波長変換層7及びセラミック層8)の構成及び形成方法と、発光装置100の製造方法とについて詳述する。波長変換層7は、少なくとも蛍光体、膨潤性粒子、及び溶媒(第1溶媒)を含む混合液(以下、蛍光体分散液と記す)を塗布し、加熱(乾燥)して得られる層である。なお、蛍光体分散液は無機粒子(無機微粒子)などを含んでいてもよい。
Next, the configuration and formation method of the wavelength conversion unit 6 (the
セラミック層8は、少なくとも透光性セラミック材料及び溶媒を含む混合液(以下、セラミック前駆体液と記す)を塗布し、加熱(焼成)して得られる透明セラミック層(ガラス体)である。なお、セラミック前駆体液は膨潤性粒子、水、無機粒子などを含んでいてもよい。
(蛍光体)
The
(Phosphor)
蛍光体は、LED素子3からの出射光の波長(励起波長)により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色LED素子から出射される青色光(波長420nm〜485nm)を黄色光(波長550nm〜650nm)に変換するYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光体を使用している。 The phosphor is excited by the wavelength of the light emitted from the LED element 3 (excitation wavelength) and emits fluorescence having a wavelength different from the excitation wavelength. In this embodiment, a YAG (yttrium, aluminum, garnet) phosphor that converts blue light (wavelength 420 nm to 485 nm) emitted from the blue LED element into yellow light (wavelength 550 nm to 650 nm) is used.
このような蛍光体は、Y、Gd、Ce、Sm、Al、La、Gaの酸化物、または高温で容易に酸化物となる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して混合原料を得る。或いは、Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶液をシュウ酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。そして、得られた混合原料にフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し、成形体を得る。得られた成形体を坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成し、蛍光体の発光特性をもつ焼結体を得る。蛍光体は篩にかけて粒子径で分級する。そして、分級された蛍光体を適宜混合して所望の粒度分布の蛍光体を得る。 Such phosphors use oxides of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La, and Ga, or compounds that easily become oxides at high temperatures, and are mixed well in a stoichiometric ratio. A mixed raw material is obtained. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, or Sm in an acid with a stoichiometric ratio with oxalic acid, and aluminum oxide or gallium oxide. Mix to obtain a mixed raw material. Then, an appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with the obtained mixed raw material as a flux and pressed to obtain a molded body. The obtained molded body is packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the phosphor emission characteristics. The phosphor is classified by particle size through a sieve. Then, the classified phosphors are appropriately mixed to obtain a phosphor having a desired particle size distribution.
なお、本実施形態ではYAG蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではなく、例えばCeを含まない非ガーネット系蛍光体等の他の蛍光体を使用することもできる。
(膨潤性粒子)
In this embodiment, the YAG phosphor is used. However, the type of the phosphor is not limited to this. For example, other phosphors such as non-garnet phosphors containing no Ce are used. You can also.
(Swellable particles)
膨潤性粒子としては、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム等のフッ化物粒子、層状ケイ酸塩鉱物、イモゴライト、アロフェンなどを用いることができる。層状ケイ酸塩鉱物としては、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましく、膨潤性に富むスメクタイト構造がより好ましい。層状ケイ酸塩鉱物は、混合液中においてカードハウス構造をとるため、少量で混合液の粘度を大幅に増加させる効果がある。また、層状ケイ酸塩鉱物は平板状を呈するため、波長変換層7の膜強度を向上させる効果もある。
As the swellable particles, fluoride particles such as magnesium fluoride, aluminum fluoride, and calcium fluoride, layered silicate minerals, imogolite, and allophane can be used. As the layered silicate mineral, a swellable clay mineral having a structure such as a mica structure, a kaolinite structure, or a smectite structure is preferable, and a smectite structure rich in swelling properties is more preferable. Since the layered silicate mineral has a card house structure in the mixed solution, it has an effect of greatly increasing the viscosity of the mixed solution in a small amount. Further, since the layered silicate mineral has a flat plate shape, there is an effect of improving the film strength of the
ここでの鉱物とは、天然又は合成の無機質で一定の化学組成と結晶構造を有する固体物質であるとする。このような層状ケイ酸塩鉱物としては、天然または合成の、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト、ハイデライト、モンモリロナイト、ノントライト、ベントナイト等のスメクタイト属粘土鉱物や、Na型テトラシリシックフッ素雲母、Li型テトラシリシックフッ素雲母、Na型フッ素テニオライト、Li型フッ素テニオライト等の膨潤性雲母属粘土鉱物およびバーミキュラライトやカオリナイトまたはこれらの混合物が挙げられる。 The mineral here is a solid substance having a certain chemical composition and crystal structure, which is a natural or synthetic inorganic substance. Such layered silicate minerals include natural or synthetic hectrite, saponite, stevensite, hydelite, montmorillonite, nontrinite, bentonite, and other smectite clay minerals; Examples thereof include swellable mica genus clay minerals such as silicic fluorine mica, Na-type fluorine teniolite, Li-type fluorine teniolite, vermiculite and kaolinite, and mixtures thereof.
また、混合液中における膨潤性粒子の含有量が0.1重量%未満になると混合液中の蛍光体や微粒子、金属アルコキシドなどの固形成分の割合が高くなり、それらの分散性が悪化する。一方、膨潤性粒子の含有量が60重量%を超えると膨潤性粒子による励起光の散乱が多く発生し、波長変換層7では発光輝度が低下し、セラミック層8では透光性が低下する。従って、混合液において膨潤性粒子の含有量は0.1重量%以上60重量%以下とすることが好ましく、0.5重量%以上30重量%以下がより好ましい。
In addition, when the content of the swellable particles in the mixed solution is less than 0.1% by weight, the ratio of solid components such as phosphors, fine particles, and metal alkoxide in the mixed solution increases, and the dispersibility thereof deteriorates. On the other hand, when the content of the swellable particles exceeds 60% by weight, the scattering of excitation light by the swellable particles is often generated, the emission luminance of the
膨潤性粒子には増粘効果があるが、波長変換層7やセラミック層8中での割合が高ければ混合液の粘度が高くなるわけではなく、混合液の粘度は溶媒、蛍光体など他の成分との比率で決まる。なお、溶媒との相溶性を考慮して、膨潤性粒子の表面をアンモニウム塩等で修飾(表面処理)したものを適宜用いることもできる。
(溶媒)
The swelling particles have a thickening effect, but if the ratio in the
(solvent)
溶媒としては、水、有機溶媒、又は水と有機溶媒の混合溶媒を用いることができる。水は親水性の膨潤性粒子を膨潤させる役割がある。例えば、フッ化物粒子に水を添加することにより混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。なお、水に不純物が含まれていると膨潤を阻害するおそれがあるため、添加する水は不純物を含まない純水を用いる必要がある。 As the solvent, water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent can be used. Water has a role of swelling hydrophilic swellable particles. For example, the addition of water to the fluoride particles increases the viscosity of the liquid mixture, so that sedimentation of the phosphor can be suppressed. In addition, since there exists a possibility that swelling may be inhibited when the impurity is contained in water, it is necessary to use the pure water which does not contain an impurity as the water to add.
有機溶媒は、混合液のぬれ性向上、粘度調整のために用いられる。例えば、フッ化物粒子に有機溶媒を添加することにより混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。親水性の膨潤性粒子に水を添加して膨潤させる場合には、有機溶媒として、水との相溶性に優れたメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価アルコール類を用いることが好ましい。また、エチレングリコールやプロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等の2価以上のアルコールであってもよい。また、2種以上のアルコールを組み合わせてもよい。 The organic solvent is used for improving the wettability of the mixed solution and adjusting the viscosity. For example, the addition of an organic solvent to the fluoride particles increases the viscosity of the liquid mixture, so that sedimentation of the phosphor can be suppressed. When water is added to the hydrophilic swellable particles to swell, it is preferable to use monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol having excellent compatibility with water as the organic solvent. Further, it may be a dihydric or higher alcohol such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, glycerin, 1,3-butanediol, or 1,4-butanediol. Moreover, you may combine 2 or more types of alcohol.
一方、親油性の膨潤性粒子を用いる場合は、膨潤性粒子の膨潤に水は作用しないが、水を加えることにより粘度が増加するため、水との相溶性に優れた有機溶媒を用いることが好ましい。また、エチレングリコールやプロピレングリコールなどの高沸点の有機溶媒を用いることにより、混合液のポットライフが短くならず、またスプレー塗布時にはノズルの詰まりを防ぎ、取り扱い性に優れる。
(無機粒子)
On the other hand, when lipophilic swellable particles are used, water does not act on the swelling of the swellable particles, but the viscosity increases by adding water, so an organic solvent having excellent compatibility with water should be used. preferable. Moreover, by using an organic solvent having a high boiling point such as ethylene glycol or propylene glycol, the pot life of the mixed solution is not shortened, and the nozzle is prevented from being clogged at the time of spray coating, and the handling property is excellent.
(Inorganic particles)
無機粒子は、蛍光体と膨潤性粒子との界面に生じる隙間を埋める充填効果、加熱前の混合液の粘性を増加させる増粘効果を有する。使用可能な無機粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等の酸化物微粒子等が挙げられる。なお、セラミック材料や溶媒との相溶性を考慮して、無機粒子の表面をシランカップリング剤やチタンカップリング剤で処理したものを適宜用いることもできる。 The inorganic particles have a filling effect that fills a gap generated at the interface between the phosphor and the swellable particles, and a thickening effect that increases the viscosity of the mixed solution before heating. Examples of usable inorganic particles include fine oxide particles such as silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide. In consideration of compatibility with ceramic materials and solvents, inorganic particles whose surfaces are treated with a silane coupling agent or a titanium coupling agent can be used as appropriate.
また、波長変換層7における無機粒子の含有量が0.5重量%未満になると蛍光体分散液中の蛍光体などの固形成分の割合が高くなり、それらの分散性が悪化して塗布時のハンドリングが悪化したり、均一な色度で塗布したりすることが困難になる。一方、無機粒子の含有量が70重量%を超えると無機粒子による励起光の散乱が多く発生し、波長変換層7の発光輝度が低下する。従って、蛍光体分散液において無機粒子の含有量は0.5重量%以上70重量%以下とすることが好ましく、0.5重量%以上65重量%以下がより好ましく、1重量%以上60重量%以下がさらに好ましい。
In addition, when the content of the inorganic particles in the
無機粒子には増粘効果があるが、波長変換層7中での割合が高ければ混合液の粘度が高くなるわけではなく、混合液の粘度は溶媒、蛍光体など他の成分との比率で決まる。
The inorganic particles have a thickening effect, but if the ratio in the
無機粒子の粒径分布には特に制限はなく、広範囲に分布していてもよいし、比較的狭い範囲に分布していてもよい。なお、無機粒子の粒径としては、一次粒径の中心粒径が0.001μm以上50μm以下であり、蛍光体より小さいものが好ましく、加熱後の波長変換層7の厚さより小さいものを用いる。無機粒子の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
(透光性セラミック材料)
The particle size distribution of the inorganic particles is not particularly limited, and may be distributed over a wide range or may be distributed over a relatively narrow range. As the particle size of the inorganic particles, the central particle size of the primary particle size is 0.001 μm or more and 50 μm or less, preferably smaller than the phosphor, and smaller than the thickness of the
(Translucent ceramic material)
透光性セラミック材料はセラミック前駆体であり、無機又は有機の金属化合物を用いることができる。金属化合物としては、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、金属硝酸塩、金属酸化物等が挙げられるが、加水分解と重合反応によりゲル化し易い金属アルコキシドが好ましい。 The translucent ceramic material is a ceramic precursor, and an inorganic or organic metal compound can be used. Examples of the metal compound include metal alkoxides, metal acetylacetonates, metal carboxylates, metal nitrates, metal oxides, and the like, and metal alkoxides that are easily gelled by hydrolysis and polymerization reaction are preferable.
金属アルコキシドは、テトラエトキシシランのような単分子のものでもよいし、有機シロキサン化合物が鎖状または環状に連なったポリシロキサンでもよいが、混合液の粘性が増加するポリシロキサンが好ましい。なお、透光性のガラス体を形成可能であれば金属の種類に制限はないが、形成されるガラス体の安定性や製造の容易性の観点から、ケイ素を含有していることが好ましい。また、複数種の金属を含有していてもよい。
(蛍光体分散液の調整手順)
The metal alkoxide may be a single molecule such as tetraethoxysilane, or may be a polysiloxane in which an organic siloxane compound is linked in a chain or a ring, but a polysiloxane that increases the viscosity of the mixed solution is preferable. In addition, there is no restriction | limiting in the kind of metal if a translucent glass body can be formed, but it is preferable to contain a silicon | silicone from a viewpoint of the stability of the glass body formed and the ease of manufacture. Moreover, you may contain multiple types of metal.
(Procedure for adjusting phosphor dispersion)
蛍光体分散液の調製手順としては、単に蛍光体、膨潤性粒子、溶媒等を混合すればよい。蛍光体分散液は、粘度が高すぎるとスプレー塗布時にノズルが詰まりやすくなり、一方粘土が低すぎると蛍光体が沈降しやすくなる。よって、蛍光体分散液の粘度は、通常は10〜1000mPa・sであり、80〜1000mPa・sであることが好ましく、200〜450mPa・sであることがさらに好ましい。 As a procedure for preparing the phosphor dispersion liquid, a phosphor, swellable particles, a solvent and the like may be simply mixed. If the viscosity of the phosphor dispersion liquid is too high, the nozzles are likely to be clogged during spray coating, while if the clay is too low, the phosphor tends to settle. Therefore, the viscosity of the phosphor dispersion liquid is usually 10 to 1000 mPa · s, preferably 80 to 1000 mPa · s, and more preferably 200 to 450 mPa · s.
また、蛍光体分散液に透光性セラミック材料を含むと、蛍光体と透光性セラミック材料が反応して部分的に粘度が上昇し、個化して塗布することができなくなる問題、すなわちポットライフが短くなる問題が生じる。したがって、蛍光体、膨潤性粒子、溶媒等を含む蛍光体分散液は、透光性セラミック材料を含まないことが好ましい。
(セラミック前駆体液の調整手順)
Further, when the phosphor dispersion liquid contains a translucent ceramic material, the phosphor and the translucent ceramic material react with each other to increase the viscosity partially, making it impossible to singulate and apply, that is, pot life. The problem of shortening occurs. Therefore, it is preferable that the phosphor dispersion liquid containing phosphor, swellable particles, solvent and the like does not contain a translucent ceramic material.
(Ceramic precursor liquid adjustment procedure)
セラミック前駆体液の調製手順としては、透光性セラミック材料を溶媒に分散させた溶液に、必要に応じて膨潤性粒子、水、無機粒子を混合すればよい。セラミック前駆体液に膨潤性粒子を添加することにより、厚塗りしてもクラックの発生しにくい透光性セラミック層ができる。 As a procedure for preparing the ceramic precursor liquid, swellable particles, water, and inorganic particles may be mixed in a solution in which a translucent ceramic material is dispersed in a solvent as necessary. By adding swellable particles to the ceramic precursor liquid, a translucent ceramic layer that is less prone to cracking even when thickly applied can be formed.
セラミック前駆体液としては、ゾル状の前駆体溶液を加熱によりゲル状態とし、さらに焼成する、いわゆるゾル・ゲル法により透明セラミック層を形成するものであってもよいし、焼成することによりゲル化することなく直接透明セラミック層を形成するものであってもよい。ゾル・ゲル法を用いる場合、例えば、金属アルコキシド、加水分解用の水、溶媒、触媒等を適宜混合することが好ましい。触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、フッ酸、アンモニア等を用いることができる。金属アルコキシドとしてテトラエトキシシランを用いる場合、テトラエトキシシラン100質量部に対して、エチルアルコール138質量部、純水52質量部とすることが好ましい。この場合、ゲルの加熱温度は120〜250℃が好ましく、LED素子3の劣化をより抑制する観点からは120〜200℃が好ましい。また、金属アルコキシドとしてポリシロキサンを用いる場合、塗布後の加熱温度は120〜500℃が好ましく、LED素子3の劣化をより抑制する観点からは120〜350℃が好ましい。
(発光装置の製造方法)
As the ceramic precursor liquid, the sol-like precursor solution may be heated to a gel state, and further fired to form a transparent ceramic layer by a so-called sol-gel method, or gelled by firing. Alternatively, the transparent ceramic layer may be directly formed. When using the sol-gel method, it is preferable to appropriately mix, for example, a metal alkoxide, water for hydrolysis, a solvent, a catalyst, and the like. As the catalyst, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrofluoric acid, ammonia and the like can be used. When tetraethoxysilane is used as the metal alkoxide, it is preferable to use 138 parts by mass of ethyl alcohol and 52 parts by mass of pure water with respect to 100 parts by mass of tetraethoxysilane. In this case, the heating temperature of the gel is preferably 120 to 250 ° C., and 120 to 200 ° C. is preferable from the viewpoint of further suppressing the deterioration of the
(Method for manufacturing light emitting device)
以上のようにして得られた蛍光体分散液をLED素子3が搭載されたLED基板1上にスプレーコート法により所定量噴霧する。図2に、スプレーコート法を用いた塗布装置及び製造方法を概略的に説明するための模式図を示す。塗布装置10は、主に、上下、左右、前後に移動可能な移動台20と、蛍光体分散液を噴射可能なスプレー装置30とを有している。
A predetermined amount of the phosphor dispersion liquid obtained as described above is sprayed on the
スプレー装置30は移動台20の上方に配置されている。スプレー装置30はエアーが送り込まれるノズル32を有しており、ノズル32にはエアーを送り込むためのエアーコンプレッサー(図示略)が接続されている。ノズル32の先端部の孔径は20μm〜2mmであり、好ましくは0.1〜0.3mmである。ノズル32は移動台20と同様に、上下、左右、前後に移動可能となっている。
The
例えば、ノズル32としてはアネスト岩田社製スプレーガンW-101-142BPGが、コンプレッサーとしてはアネスト岩田社製OFP-071Cがそれぞれ使用される。ノズル32は角度調整も可能であり、移動台20(またはこれに設置されるLED基板1)に対し傾斜させることができるようになっている。被噴射物(LED基板1)に対するノズル32の角度は、当該被噴射物から垂直方向を0°とした場合、0〜60°の範囲であることが好ましい。
For example, the spray gun W-101-142BPG manufactured by Anest Iwata is used as the
ノズル32には連結管34を介してタンク36が接続されている。タンク36には蛍光体分散液40が貯留されている。タンク36には撹拌子が入っており、蛍光体分散液40が常に撹拌されている。蛍光体分散液40を撹拌すれば、比重の大きい蛍光体の沈降を抑止することができ、蛍光体が蛍光体分散液40中で分散した状態を保持することができる。例えば、タンクとしてはアネスト岩田社製PC-51が使用される。
A
実際に蛍光体分散液40を塗布する場合には、(LED素子3をあらかじめ実装した)複数のLED基板1を移動台20に設置し、LED基板1とスプレー装置30のノズル32との位置関係を調整する(位置調整工程)。
When the
詳しくは、LED基板1を移動台20に設置し、LED基板1とノズル32の先端部とを対向配置する。LED基板1とノズル32との距離を離すほど蛍光体分散液40を均一に塗布することが可能であるが、膜強度が低下する傾向もあるため、LED基板1とノズル32の先端部との距離は3〜30cmの範囲に保持することが適している。
Specifically, the
その後、LED基板1とノズル32とを互いに相対移動させながら、ノズル32から蛍光体分散液40を噴射してLED基板1に蛍光体分散液40を塗布する(噴射・塗布工程)。詳しくは、一方では、移動台20とノズル32とを移動させてLED基板1とノズル32とを前後左右に移動させる。移動台20とノズル32とのうちいずれか一方の位置を固定し、他方を前後左右に移動させてもよい。また、移動台20の移動方向と直交する方向にLED素子3を複数配置し、ノズル32を移動台20の移動方向と直交する方向に移動させながら塗布する方法も好ましく用いられる。
Thereafter, while the
他方では、ノズル32にエアーを送り込み、蛍光体分散液40をノズル32の先端部からLED基板1に向けて噴射する。LED基板1とノズル32との距離についてはエアーコンプレッサーの圧力を考慮して上記の範囲で調整可能である。例えば、ノズル32の入り口部(先端部)の圧力(スプレー圧)が0.14MPaとなるようにコンプレッサーの圧力を調整する。以上の操作により、蛍光体分散液40をLED素子3上に塗布することができる。
On the other hand, air is sent to the
なお、塗布装置10を用いるのに代えて、ディスペンサーやインクジェット装置を用いて蛍光体分散液及びセラミック前駆体液を塗布(滴下または吐出)するようにしてもよい。ディスペンサーを使用する場合は、塗布液の滴下量を制御可能で、蛍光体などのノズル詰まりが発生しないようなノズルを用いる。たとえば、武蔵エンジニアリング社製の非接触ジェットディスペンサーや同社のディスペンサーを用いることができる。インクジェット装置を使用する場合も、塗布液の吐出量を制御可能で、蛍光体などのノズル詰まりが発生しないようなノズルを用いる。たとえば、コニカミノルタIJ社製のインクジェット装置を用いることができる。
Instead of using the
このようにして塗布した蛍光体分散液を加熱(乾燥)することで、LED素子3上に均一な厚さ(均一な蛍光体分布)の波長変換層7が形成される。次に、波長変換層7の上にセラミック前駆体液をスプレーコート法により所定量噴霧する。ここでも塗布装置10を用いることができる。塗布されたセラミック前駆体液の一部は蛍光体や膨潤性粒子の隙間に浸透する。これを加熱(焼成)することでセラミック層8が形成される。
By heating (drying) the phosphor dispersion liquid thus applied, the
ここで、波長変換層7に浸透したセラミック前駆体液はセラミックに変化するため、セラミックは蛍光体と膨潤性粒子とLED素子3に対してバインダとして作用する。また、セラミック前駆体液が適度な粘度を有することで、波長変換層7上にセラミック層8が明確に形成され、波長変換層7を封止するという機能もある。
Here, since the ceramic precursor liquid that has penetrated into the
蛍光体分散液に小粒径の蛍光体が数多く存在すると、セラミック前駆体液が、これらの比表面積の大きな小径粒子に含浸又は吸着してしまい、セラミック前駆体液がLED素子3まで到達しない。これによって、焼成後のLED素子3に対する膜の密着性が低下し、膜剥がれが生じ易くなる。
If there are many phosphors having a small particle diameter in the phosphor dispersion liquid, the ceramic precursor liquid is impregnated or adsorbed on these small diameter particles having a large specific surface area, and the ceramic precursor liquid does not reach the
一方、大粒径の蛍光体が数多く存在すると、蛍光体粒子間距離が長くなるため、蛍光体粒子間に充填されるセラミック前駆体液の厚みが増すため、焼成時の収縮でセラミック層8にクラックが生じ易くなる。よって、膜剥がれが生じにくく、焼結時のクラックが発生しないようにするには、適切な粒度分布の蛍光体を用いる必要がある。これについては後で詳しく説明する。
On the other hand, if a large number of phosphors having a large particle diameter are present, the distance between the phosphor particles becomes long, so that the thickness of the ceramic precursor liquid filled between the phosphor particles increases, so that the
また、形成された波長変換部7の厚みが5μm未満である場合は波長変換効率が低下して十分な蛍光が得られず、波長変換層7の厚みが500μmを超える場合は膜強度が低下してクラック等が発生し易くなる。従って、波長変換層7の厚みは5μm以上500μm以下であることが好ましい。
Moreover, when the thickness of the formed
図3は、本発明の第2実施形態の発光装置の概略断面図である。図3に示すように、発光装置101は、平板状のLED基板1上にメタル部2を設け、メタル部2上に発光素子としてLED素子3を配置している。LED素子3は、メタル部2に対向する面に、突起電極4が設けられており、メタル部2とLED素子3とを突起電極4を介して接続している(フリップチップ型)。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the light emitting device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the
また、LED素子3の上面には波長変換素子9が設けられている。波長変換素子9は、ガラス基板5と、ガラス基板5の上面に形成された波長変換部6とを有している。ガラス基板5の形状には特に限定はなく、平板状、レンズ状等を採用できる。なお、波長変換部6はガラス基板5の下面に形成してもよい。波長変換部6は、ガラス基板5上に形成された波長変換層7と、波長変換層7上に形成されたセラミック層8とを有している。
A
発光装置101の製造方法としては、蛍光体分散液をガラス基板5の片面に所定量塗布し、加熱して所定の膜厚の波長変換層7を形成する。次に、波長変換層7の上面にセラミック前駆体液を所定量塗布する。塗布されたセラミック前駆体液の一部は蛍光体粒子や膨潤性粒子の隙間に浸透する。セラミック前駆体液が塗布されたガラス基板5を焼成することでセラミック層8が形成される。
As a manufacturing method of the
なお、蛍光体分散液及びセラミック前駆体液の塗布方法は特に限定されるものではなく、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等、従来公知の種々の方法を用いることができる。 The method for applying the phosphor dispersion liquid and the ceramic precursor liquid is not particularly limited, and various conventionally known methods such as a bar coating method, a spin coating method, and a spray coating method can be used.
そして、波長変換部6が形成されたガラス基板5を所定の大きさ(例えば2×2mm)に切断してLED素子3上に配置することにより、発光装置101を製造することができる。
And the light-emitting
なお、上記実施形態ではガラス基板5を使用しているが、ガラス基板に限らず、透光性の無機材料からなる基板であれば、例えば、単結晶サファイア等の結晶基板やセラミック基板を用いてもよい。
In addition, although the
図4は、本発明の第3実施形態の発光装置の概略断面図である。図4に示すように、発光装置102は、断面凹状のLED基板1の底部にメタル部2が設けられ、メタル部2上にLED素子3が配置されるとともに、LED基板1の凹部に蓋をするように波長変換素子9が設けられている。波長変換素子9を含む他の部分の構成は第2実施形態と同様であるため説明を省略する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the
本実施形態の発光装置102は、LED基板1の凹部にLED素子3を配置し、第2実施形態で用いた波長変換素子9をLED基板1の側壁の上端に凹部を覆うように接着して製造することができる。
In the
本実施形態の発光装置102は、第2実施形態に比べて、LED素子3の側面から出射される光も効率良く蛍光に変換される。
In the
なお、LED基板1の凹部の形状や大きさは発光装置102の仕様に応じて適宜設計することができる。例えば、凹部の側面をテーパ状としてもよい。また、凹部の内面を反射面とすることにより、発光装置102の発光効率を高める構成としてもよい。
The shape and size of the concave portion of the
その他、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態では青色LEDと蛍光体とを併用することで白色発光する発光装置を例に挙げて説明したが、緑色LEDや赤色LEDと蛍光体とを併用する場合にも同様に適用できるのはもちろんである。さらに言えば、蛍光体は1種類だけでなく、紫外光を吸収して赤色、緑色、青色の光をそれぞれ放射する3種類の蛍光体や、青色光を吸収して赤色、緑色の光をそれぞれ放射する2種類の蛍光体を併用してもよい。また、蛍光体分散液を塗布する前に、ガラス基板5又はLED素子3の表面に、上述したセラミック層8のような透光性のセラミック層を形成しておいてもよい。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention. In each of the above embodiments, a light emitting device that emits white light by using a blue LED and a phosphor together has been described as an example. However, the same applies to a case where a green LED or a red LED and a phosphor are used in combination. Of course you can. Furthermore, not only one type of phosphor, but also three types of phosphors that absorb ultraviolet light and emit red, green, and blue light, respectively, and red and green light that absorb blue light, respectively. You may use together two types of fluorescent substance to radiate | emit. In addition, a translucent ceramic layer such as the above-described
以下、本発明の発光装置について実施例及び比較例により更に具体的に説明する。実施例1〜3は第1実施形態の発光装置100の例であり、比較例1〜5は第1実施形態の発光装置100と同形状の発光装置の例である。なお、第2及び第3実施形態の実施例については省略しているが、実施例1〜3と同様の結果が得られた。
(蛍光体の調製例)
Hereinafter, the light emitting device of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. Examples 1 to 3 are examples of the
(Phosphor preparation example)
各実施例及び比較例で用いる蛍光体は、蛍光体原料として、Y2O37.41g、Gd2O34.01g、CeO20.63g、Al2O37.77gを十分に混合し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを適量混合したものをアルミニウム製の坩堝に充填し、水素含有窒素ガスを流通させた還元雰囲気中において、1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して焼成品((Y0.72Gd0.24)3Al5O12:Ce0.04)を得た。
Phosphor used in the Examples and Comparative Examples, mixing the phosphor material, Y 2 O 3 7.41g, Gd 2
得られた焼成品を粉砕、洗浄、分離、乾燥、分級して、黄色蛍光体粒子を得た。波長465nmの励起光における発光波長を測定したところ、おおよそ波長570nmにピーク波長を有していた。 The obtained fired product was pulverized, washed, separated, dried, and classified to obtain yellow phosphor particles. When the emission wavelength of excitation light with a wavelength of 465 nm was measured, it had a peak wavelength at a wavelength of approximately 570 nm.
蛍光体の分級は、篩にかけることにより、体積換算での相対粒子量の積算値が50%のときの粒径が、それぞれ3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90μmとなるように分級した。そして、分級されたそれぞれの蛍光体を適宜混合することにより、図5に示す換算粒子径を有する蛍光体A〜Hを得た。図5におけるD10は体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径、D50は体積換算での相対粒子量の積算値が50%のときの粒径、D90は体積換算での相対粒子量の積算値が90%のときの粒径を表している。 The classification of the phosphors is performed by sieving, so that the particle size when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 50% is 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, respectively. , 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 μm. And the fluorescent substance AH which has the conversion particle diameter shown in FIG. 5 was obtained by mixing each classified fluorescent substance suitably. In FIG. 5, D10 is the particle size when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 10%, D50 is the particle size when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 50%, and D90 is in terms of volume. Represents the particle diameter when the integrated value of the relative particle amounts is 90%.
蛍光体の粒度分布は、蛍光体分散液に対して、レーザー回折式粒度分布測定装置SALD-7000(島津製作所)を用いて粒度分布を測定した。この測定装置では、個数換算での粒度分布と体積換算での粒度分布を求められるが、ここでは体積換算での粒度分布を使用した。
(実施例1〜3及び比較例1〜5の蛍光体分散液の調製)
The particle size distribution of the phosphor was measured with respect to the phosphor dispersion using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-7000 (Shimadzu Corporation). In this measuring apparatus, the particle size distribution in terms of number and the particle size distribution in terms of volume can be obtained. Here, the particle size distribution in terms of volume was used.
(Preparation of phosphor dispersions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5)
実施例1〜3では蛍光体D〜F、比較例1〜5では蛍光体A〜C、G、Hをそれぞれ用いて以下のように蛍光体分散液を調製した。蛍光体100重量部に対し、溶媒としてブタンジオール90重量部及びイソプロピルアルコール50重量部、膨潤性粘土鉱物としてベンゲル(ホージュン社販売の天然ベントナイト)3重量部、無機微粒子としてRX300(日本アエロジル社販売のシリカ)3重量部を加えて混合し、これをTKホモミクサー(プライミクス社製)を用いて分散することで蛍光体分散液を得た。この蛍光体分散液の粘度を測定したところ、実施例1〜3及び比較例1〜5の何れも150mPa・sであった。粘度測定は、振動式粘度計VM-10A(セコニック社製)を用い、振動子を液に浸漬してから1分後の値を読み取った。
(実施例1〜3及び比較例1〜5のセラミック前駆体液の調製)
In Examples 1 to 3, phosphor dispersions were prepared as follows using phosphors D to F and Comparative Examples 1 to 5 using phosphors A to C, G, and H, respectively. For 100 parts by weight of the phosphor, 90 parts by weight of butanediol and 50 parts by weight of isopropyl alcohol as a solvent, 3 parts by weight of Bengel (natural bentonite sold by Hojun Co.) as a swellable clay mineral, and RX300 (sold by Nippon Aerosil Co., Ltd.) as inorganic fine particles (Silica) 3 parts by weight was added and mixed, and this was dispersed using a TK homomixer (manufactured by Primix) to obtain a phosphor dispersion. When the viscosity of this fluorescent substance dispersion liquid was measured, all of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-5 were 150 mPa * s. Viscosity measurement was performed using a vibration viscometer VM-10A (manufactured by Seconic Corp.) and reading the value one minute after the vibrator was immersed in the liquid.
(Preparation of ceramic precursor solutions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5)
ポリシロキサン15重量部と、イソプロピルアルコール85重量部とを混合することでセラミック前駆体液を得た。
(発光装置の作製)
A ceramic precursor liquid was obtained by mixing 15 parts by weight of polysiloxane and 85 parts by weight of isopropyl alcohol.
(Production of light emitting device)
上記の蛍光体分散液を塗布装置10を用いてスプレー圧0.2MPa、移動台20の移動速度100mm/sにてLED基板1の凹部及びLED素子3表面に噴霧し、150℃で1時間加熱して乾燥させることで、波長変換層7を作製した。次に、上記のセラミック前駆体液を塗布装置10を用いてスプレー圧0.1MPa、移動台20の移動速度100mm/sにて波長変換層7上に噴霧し、150℃で1時間加熱して焼成させることで、波長変換層7の蛍光体を固着させるとともにセラミック層8を作製し、発光装置100を得た。
(評価、検討)
The phosphor dispersion liquid is sprayed onto the concave portion of the
(Evaluation, examination)
各実施例及び比較例のサンプルについて、クラックの評価及び膜剥がれの評価を行った。図5にその結果を示す。クラックの評価は、発光装置の波長変換部を顕微鏡で観察し、クラックが見られず実用に耐え得るものを「○」、僅かにクラックがみられ実用上好ましくないものを「△」、はっきりとクラックが確認でき実用不可であるものを「×」とした。 About the sample of each Example and the comparative example, evaluation of a crack and evaluation of film peeling were performed. FIG. 5 shows the result. For the evaluation of the crack, the wavelength conversion part of the light emitting device is observed with a microscope, the crack is not seen and it can be used practically, `` ○ '', the slightly cracked thing that is not practically preferable is `` △ '', clearly The case where cracks could be confirmed and was impractical was designated as “x”.
膜剥がれの評価は、発光装置を50cmの高さから鉄板上に繰り返し落下させ、LED素子3表面から波長変換部6が剥がれていないかを目視で確認した。そして、波長変換部6の剥がれが発生したときの落下回数が50回以上のものを、実用に耐え得るとして「○」、30回以上49回以下のものを実用上好ましくないとして「△」、29回以下のものを実用不可であるとして「×」とした。
For the evaluation of film peeling, the light emitting device was repeatedly dropped on the iron plate from a height of 50 cm, and it was visually confirmed whether or not the
その結果、図5に示すように、実施例1〜3の発光装置はクラックの評価も膜剥がれの評価も良好で実用に耐え得るものであった。一方、比較例1〜3では膜剥がれの評価が×又は△となっており、比較例3〜5ではクラックの評価が×又は△となっている。 As a result, as shown in FIG. 5, the light emitting devices of Examples 1 to 3 were able to withstand practical use with good evaluation of cracks and evaluation of film peeling. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the evaluation of film peeling is x or Δ, and in Comparative Examples 3 to 5, the evaluation of crack is x or Δ.
まず、膜剥がれについて考察するため、実施例1〜3と比較例1〜5の粒度分布を比較する。膜剥がれの評価が○である、実施例1〜3及び比較例4、5において、体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径(D10)は5〜15μmである。一方、膜剥がれの評価が×又は△である、比較例1〜3において、D10は3〜4μmである。 First, in order to consider film peeling, the particle size distributions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 are compared. In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 and 5 in which the evaluation of film peeling is ○, the particle diameter (D10) when the integrated value of the relative particle amount in terms of volume is 10% is 5 to 15 μm. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 in which the evaluation of film peeling is x or Δ, D10 is 3 to 4 μm.
このことから、膜の密着性が良く、膜剥がれを抑制するためには、蛍光体が5μm≦D10であればよいといえる。これは蛍光体分散液に小粒径の蛍光体が数多く存在すると、セラミック前駆体液が、これらの比表面積の大きな小径粒子に含浸又は吸着してしまい、セラミック前駆体液がLED素子3まで到達せず、焼成後のLED素子3に対する膜の密着性が低下し、膜剥がれが生じ易くなると考えられる。
From this, it can be said that the phosphor should have a thickness of 5 μm ≦ D10 in order to have good film adhesion and suppress film peeling. This is because when a large number of small-diameter phosphors are present in the phosphor dispersion liquid, the ceramic precursor liquid is impregnated or adsorbed on these small-diameter particles having a large specific surface area, and the ceramic precursor liquid does not reach the
次に、クラックについて考察するため、実施例1〜3と比較例1〜5の粒度分布を比較する。クラックの評価が○である、実施例1〜3及び比較例1、2において、D90は40〜60μmである。一方、クラックの評価が×又は△である、比較例3、4、5において、D90は65〜80μmである。 Next, in order to consider cracks, the particle size distributions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 are compared. In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 in which the evaluation of the crack is ○, D90 is 40 to 60 μm. On the other hand, in Comparative Examples 3, 4, and 5 where the crack evaluation is x or Δ, D90 is 65 to 80 μm.
このことから、焼結時のクラックが発生しないようにするには、D90≦60μmであればよいといえる。これは蛍光体分散液に大粒径の蛍光体が数多く存在すると、蛍光体粒子間距離が長くなるため、蛍光体粒子間に充填されるセラミック前駆体液の厚みが増すため、焼成時の収縮でセラミック層8にクラックが生じ易くなると考えられる。
From this, it can be said that D90 ≦ 60 μm is sufficient to prevent cracking during sintering. This is because when a large number of phosphors having a large particle size are present in the phosphor dispersion liquid, the distance between the phosphor particles becomes long, and the thickness of the ceramic precursor liquid filled between the phosphor particles increases, which causes shrinkage during firing. It is considered that cracks are likely to occur in the
よって、蛍光体分散液の蛍光体の粒度分布を5μm≦D10かつD90≦60μmとすることにより、膜剥がれが生じにくく、焼結時のクラックが発生しない発光装置が得られるといえる。 Therefore, it can be said that when the particle size distribution of the phosphor in the phosphor dispersion liquid is 5 μm ≦ D10 and D90 ≦ 60 μm, a light-emitting device is obtained in which film peeling hardly occurs and cracks do not occur during sintering.
なお、本発明の発光装置においては、ガスバリア性向上、物理的強度向上、光取り出し効率向上などの目的で、セラミック前駆体液を塗布して加熱した後に、シリコーン封止剤を塗布して加熱することで、セラミック層8上にシリコーン封止層を設けてもよい。シリコーン封止剤としては、アルキル基やアリール基などの有機基をもつケイ素原子が酸素原子と交互に結合した構造を骨格として有する樹脂を用いることができる。なお、この骨格に他の添加元素を付与してもよい。例えば、セラミック層8上にフェニルシリコーン(信越化学工業株式会社;KER−6000)を塗布し、150℃で1時間加熱することで、シリコーン封止層を形成することができる。
In the light emitting device of the present invention, for the purpose of improving the gas barrier property, improving the physical strength, improving the light extraction efficiency, etc., the ceramic precursor liquid is applied and heated, and then the silicone sealing agent is applied and heated. Thus, a silicone sealing layer may be provided on the
1 LED基板
3 LED素子(発光素子)
5 ガラス基板(透光性基板)
6 波長変換部
7 波長変換層
8 セラミック層
9 波長変換素子
100、101、102 発光装置
1
5 Glass substrate (translucent substrate)
6
Claims (17)
その上に、透光性セラミック材料、及び第2溶媒を含むセラミック前駆体液を塗布して加熱する工程と、を有し、
前記蛍光体は、体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径が5μm以上、かつ、体積換算での相対粒子量の積算値が90%のときの粒径が60μm以下であることを特徴とする発光装置の製造方法。 Applying a phosphor dispersion containing a phosphor, swellable particles, and a first solvent on a light emitting element to form a film;
On top of that, a step of applying and heating a translucent ceramic material and a ceramic precursor liquid containing a second solvent,
The phosphor has a particle size of 5 μm or more when the integrated value of relative particle amount in terms of volume is 10%, and a particle size of 60 μm or less when the integrated value of relative particle amount in terms of volume is 90%. A method for manufacturing a light-emitting device.
その上に、透光性セラミック材料、及び第2溶媒を含むセラミック前駆体液を塗布して加熱する工程と、を有し、
前記蛍光体は、体積換算での相対粒子量の積算値が10%のときの粒径が5μm以上、かつ、体積換算での相対粒子量の積算値が90%のときの粒径が60μm以下であることを特徴とする波長変換素子の製造方法。 Applying a phosphor dispersion liquid containing phosphor, swellable particles, and a first solvent to at least one surface of a translucent substrate;
On top of that, a step of applying and heating a translucent ceramic material and a ceramic precursor liquid containing a second solvent,
The phosphor has a particle size of 5 μm or more when the integrated value of relative particle amount in terms of volume is 10%, and a particle size of 60 μm or less when the integrated value of relative particle amount in terms of volume is 90%. A method for producing a wavelength conversion element, wherein
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