(57)【要約】【課題】側面方向から出射する光の効率が増大され、かつ観察角度による輝度の不均一が抑えられたＬＥＤランプのような発光装置を提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、凹部を有する支持基材と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を封止するように前記凹部に充填され、上面がドーム状に盛り上げて形成された封止層を備えた発光装置であり、前記封止層が、０．０１〜２０重量％の割合で球状シリコーン微粒子が含有・分散されたポリオルガノシロキサンから構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する支持基材と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を封止するように前記凹部に充填され、ドーム状に盛り上げて形成された封止層を備えた発光装置であり、
前記封止層が、ポリオルガノシロキサンを主体として構成され、かつ該ポリオルガノシロキサン中に０．０１〜２０重量％の割合で球状シリコーン微粒子が含有・分散されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記球状シリコーン微粒子が、ポリオルガノシルセスキオキサンから成る微粒子であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記球状シリコーン微粒子の平均粒子径が０．０１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記ポリオルガノシロキサンが、付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物の硬化物であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項５】
前記付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物が、
（ａ）１分子中に平均０．５個以上のケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサンと、（ｂ）１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを、本成分中のケイ素原子結合水素原子が前記（ａ）成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して０．１〜２．０モルとなる量、および（ｃ）触媒量の白金系触媒をそれぞれ含有することを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に係り、さらに詳しくは、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの発光素子がポリオルガノシロキサンにより封止された、発光輝度が高く信頼性に優れた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプやフォトカプラーなどの発光装置として、支持基材の凹部（キャビティ）内に配置された発光素子（例えば、ＬＥＤチップ）を、光学的に透明な材料により封止した構造が知られている。
【０００３】
発光素子を封止する透明材料には、発光素子を保護する機能の他に、発光素子および発光素子を支持する支持基材に対して、良好かつ安定な接着性を有することが要求される。そして、このような封止用材料としては、従来からエポキシ樹脂などが使用されていた。
【０００４】
しかし、発光素子の封止用材料としてエポキシ樹脂を使用した場合、ＬＥＤランプの高輝度化に伴う発熱量の増大や光の短波長化によって、クラッキングや黄変が生じ、それが輝度低下の原因となっていた。
【０００５】
また近年、ＬＥＤランプは、良好な色度とより高い輝度を達成しつつあるため、ＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ型液晶表示装置）のバックライト用として、使用が拡大しつつある。
【０００６】
しかし、従来からのＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤチップに対してどの方向から観察するかという位置（以下、観察角度という。）によって明るさ（輝度）が変動するため、ＬＣＤの表示面の明るさに不均一が生じやすかった。そして、このような明るさの不均一を解消するために、光を散乱させるフィルムが使用されているが、コストの増大を招くという欠点があった。
【０００７】
また、ＬＥＤランプを用いた照明または表示装置（ディスプレイ）の場合、三原色（ＲＧＢ）を混合して白色光を形成して使用することが一般的に行われている。三原色ＬＥＤランプを用いたディスプレイの場合、各ＬＥＤ（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光が重畳して白色光を形成するため、三原色ＬＥＤからディスプレイスまでの距離を一定値以上に維持しなければならない。そのため表示装置全体の厚さが増大するという問題があった。
【０００８】
このような問題を解決するために、底面と上部反射面を有するレンズの内部に空間を形成することで、ＬＥＤランプの光をレンズの側面に効率よく誘導し、側面から出射する光の効率を増大させたＬＥＤランプ用レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１１３５５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＬＥＤランプの側面から出射する光の効率を増大させるには、光を散乱させるフィルムを使用する方法、あるいは特許文献１に記載するような特殊な構造のレンズを使用する方法があるが、いずれの方法も大幅なコストの増大を招くという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、側方から出射する光の効率が増大され、かつ観察角度による輝度の不均一が抑えられた発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発光装置は、凹部を有する支持基材と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を封止するように前記凹部に充填され、ドーム状に盛り上げて形成された封止層を備えた発光装置であり、前記封止層が、ポリオルガノシロキサンを主体として構成され、かつ該ポリオルガノシロキサン中に０．０１〜２０重量％の割合で球状シリコーン微粒子が含有・分散されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光装置においては、発光素子の封止層が、球状シリコーン微粒子が０．０１〜２０重量％の割合で含有・分散されたポリオルガノシロキサンにより構成されているので、発光素子から発せられた光が、封止層中に分散された球状シリコーン微粒子により散乱されて出射される。そのため、封止層のドーム状の上面において、側方向からも効率よく光が出射されるので、観察角度の違いによる輝度の不均一が解消される。また、三原色ＬＥＤランプを用いたＬＣＤのバックライト用としての使用では、側面方向からの発光効率の上向上により、表示装置の表示面までの距離を短くすることができるので、ＬＣＤ全体の厚さを薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の発光装置の実施形態であるＬＥＤランプ１０は、凹部（キャビティ）１ａを有するカップ状の支持基材１と、この支持基材１の凹部１ａ内に配置されたＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２を封止する封止層３とをそれぞれ備えている。封止層３の上には、例えばシリコーンゴムから成る光学レンズ層（図示を省略。）を配置してもよい。
【００１５】
支持基材１は、例えば、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ガラス繊維強化ＰＰＡ、セラミックスなどで形成され、図示を省略したリード電極を有している。そして、この支持基材１のリード電極上に、ＬＥＤチップ２が銀ペーストなどの導電性接着剤４により接着・固定されており、Ａｕ線などのボンディングワイヤ５により接続されている。
【００１６】
ＬＥＤチップ２を封止する封止層３は、支持基材１の凹部１ａ内に充填され、上面がドーム状になるように盛り上げて形成されている。封止層３は、ポリオルガノシロキサン３ａを主体として構成され、このポリオルガノシロキサン３ａ中に球状シリコーン微粒子３ｂが０．０１〜２０重量％の割合で含有・分散されている。封止層３は、必要に応じて蛍光体を含有することができる。
【００１７】
封止層３を構成するポリオルガノシロキサン（シリコーン）は、付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物を、常温でまたは５０〜２００℃の温度で加熱して硬化させることにより形成される。付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物としては、例えば、（ａ）１分子中に平均０．５個以上のケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサンと、（ｂ）１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを、本成分中のケイ素原子結合水素原子が前記（ａ）成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して０．１〜２．０モルとなる量、および（ｃ）触媒量の白金系触媒をそれぞれ含有するものを使用することができる。
【００１８】
（ａ）成分はベースポリマーであり、ケイ素原子に結合したアルケニル基を１分子中に平均０．５個以上、より好ましくは２個以上有するポリオルガノシロキサンである。１分子中のアルケニル基数の平均値が０．５個未満であると、得られる組成物が十分に硬化しなくなる場合がある。分子構造は特に限定されず、直鎖状でも分岐状でも環状でもよく、またそれらの混合物でもよい。硬化物の機械的強度の点から、直鎖状構造であることが好ましい。
【００１９】
ケイ素原子に結合したアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、１−ブテニル基、１−ヘキセニル基などが例示されるが、合成のし易さからビニル基が最も好ましい。これらのアルケニル基は、ポリオルガノシロキサンの分子鎖の末端部と中間部のいずれに存在してもよく、またその両方に存在してもよいが、硬化物に優れた機械的性質を付与するには、少なくとも末端部に存在することが好ましい。
【００２０】
ケイ素原子に結合したアルケニル基以外の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基などのアルキル基；フェニル基などのアリール基；２−フェニルエチル基、２−フェニルプロピル基などのアラルキル基；クロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基などの置換炭化水素基などが例示される。合成のし易さから、メチル基あるいはフェニル基が好ましい。
【００２１】
（ａ）成分であるアルケニル基含有のポリオルガノシロキサンの粘度は特に限定されないが、２３℃における粘度が５〜１００，０００ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましい。２３℃における粘度が５ｍＰａ・ｓ未満であると、物理的特性が低下する傾向がある。一方、粘度が１００，０００ｍＰａ・ｓを超えると、組成物の取扱い作業性が低下するため好ましくない。
【００２２】
（ｂ）成分である１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、（ａ）成分の架橋剤となる成分である。ケイ素原子に結合した水素原子以外の有機基としては、前述の（ａ）成分におけるアルケニル基以外の基と同様のものが例示される。合成の容易さから、メチル基が最も好ましい。また、このポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、直鎖状、分岐状および環状のいずれであってもよい。
【００２３】
（ｂ）成分であるポリオルガノハイドロジェンシロキサンの配合量は、（ａ）成分のケイ素原子結合アルケニル基（例えばビニル基）の１モルに対して、（ｂ）成分中のケイ素原子結合水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）が０．１〜２．０モル、より好ましくは０．４〜１．２モルとなる量である。０．１モル未満では、得られる組成物が十分に硬化しなくなるおそれがある。反対に２．０モルを超えると、硬化物が硬くなりすぎる。また、硬化後の組成物に未反応のＳｉ−Ｈ基が残留し、硬化物の物理的特性および耐熱性が経時的に低下する。
【００２４】
（ｃ）成分である白金系触媒は、（ａ）成分のアルケニル基と（ｂ）成分のＳｉ−Ｈ基との間の付加反応（ヒドロシリル化反応）を促進する触媒である。この（ｃ）白金系触媒としては、白金の単体、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−リン錯体、白金−アルコール錯体、白金黒などが例示される。白金系触媒の配合量は、（ａ）成分のアルケニル基含有ポリオルガノシロキサンに対し、白金原子に換算して重量で０．０１〜２０００ｐｐｍ、好ましくは１〜２００ｐｐｍとなる量とする。０．０１ｐｐｍより少ないと硬化が十分に進行せず、一方２０００ｐｐｍを超えても、特に硬化速度の向上が期待できない。
【００２５】
封止層３を形成するための付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物は、前記（ａ）〜（ｃ）の各成分を含有するが、その他の成分として、反応抑制剤（硬化遅延剤）を配合してもよい。反応抑制剤としては、例えば、１−エチニル−１−シクロヘキサノール、２−メチル−３−ブチン−２−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、２−フェニル−３−ブチン−２−オールなどのアルキンアルコール；３−メチル−３−ペンテン−１−イン、３，５−ジメチル−３−ヘキセン−１−インなどのエンイン化合物；１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン、ベンゾトリアゾール、マレイン酸ジアリルなどが挙げられる。配合量は、（ａ）成分１００重量部に対して０．００１〜５重量部とすることが好ましい。
【００２６】
また、組成物に接着性を付与するための成分として、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシ官能性基含有アルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ（メトキシエトキシ）シラン等のアルケニル基含有アルコキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有アルコキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアクリル基又はメタクリル基含有アルコキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基含有アルコキシシランなどのアルコキシシランが挙げられる。また、オルガノシロキサンオリゴマーとしては、下記のような化合物が挙げられる。
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【００２７】
このような接着付与成分の配合量は、（ａ）成分１００重量部に対して０．３〜２０重量部、好ましくは０．３〜１０重量部とする。配合量が０．３重量部未満では、十分な接着性が得られない。一方、２０重量部を越えると、コストの点で不経済である。
【００２８】
このようなポリオルガノシロキサン組成物に含有・分散される球状シリコーン微粒子としては、例えば、ポリオルガノシルセスキオキサンから成る微粒子を使用することができる。ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子は、シロキサン結合により三次元的な網目構造を有する高密度に架橋したシリコーン樹脂微粒子であり、有機溶剤に膨潤も溶解もしない耐溶剤性に優れた微粒子である。
【００２９】
微粒子を構成するポリオルガノシルセスキオキサンは、
一般式：Ｒ1Ｓｉ（ＯＲ２）３………………（１）
（式中、Ｒ1は置換または非置換のアルキル基、アルケニル基およびフェニル基から選ばれる１価の基を表し、Ｒ２は互いに同一または異なる置換もしくは非置換のアルキル基を表す。）で示されるオルガノトリアルコキシシランの１種または２種以上を原料として製造される球状シリコーン微粒子、および／または
一般式：ＳｉＹ４………………（２）
（式中、Ｙは互いに同一または異なる加水分解性の基を表す。）で示されるオルガノシランと、上記一般式（１）で示されるオルガノトリアルコキシシランの１種または２種以上を原料として製造される球状シリコーン微粒子である。
【００３０】
これらのポリオルガノシルセスキオキサンの中でも、製造のし易さ、入手のし易さなどから、ケイ素原子に結合する有機基Ｒ1はメチル基が好ましい。その他、本発明の効果を損なわない範囲であれば、各種の変性ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を用いることができる。
【００３１】
実施形態に使用されるポリオルガノシルセスキオキサン微粒子としては、平均粒径が０．０１〜２００μｍのものが好ましく、さらに１〜５０μｍのものが好ましい。また、ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子の形状は、実用面から個々独立した球状であることが好ましく、真球状であることがより好ましい。このようなポリオルガノシルセスキオキサン微粒子は、例えば、特開昭６３−１０１８５７号公報、特開昭６３−７７９４０号公報、特開２０００−１８６１４８公報、特開平２００１−１９２４５２公報などに記載された方法により製造することができる。
【００３２】
前記ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子のような球状シリコーン微粒子の含有量は、ベース成分である前記ポリオルガノシロキサンに対して０．０１〜２０重量％の割合とする。含有割合が少なすぎると球状シリコーン微粒子を配合したことによる光の散乱効果が十分に発揮されない。また、球状シリコーン微粒子の含有割合が多すぎると、かえって発光効率の低下が生じるため好ましくない。
【００３３】
実施形態の封止層３は、前記（ａ）〜（ｃ）の各成分および任意の添加成分を混合して得られる付加反応硬化型シリコーン組成物に、さらに球状シリコーン微粒子を添加して十分に撹拌・混合した組成物を、支持基材１の凹部１ａ内にポッティングにより塗布・充填し、脱泡処理した後硬化させることにより形成される。室温でまたは加熱により硬化が進行するが、迅速に硬化させるためには、５０〜２００℃の温度に加熱することが好ましい。
【００３４】
本発明の実施形態のＬＥＤランプ１０においては、ＬＥＤチップ２を封止する封止層３が、ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子のような球状シリコーン微粒子３ｂが０．０１〜２０重量％の割合で含有・分散されたポリオルガノシロキサン３ａ組成物により構成されているので、ＬＥＤチップ２からの発光Ｌが封止層３中に分散された球状シリコーン微粒子３ｂにより散乱される。そのため、封止層３のドーム状の上面において、側面方向からも効率よく光が放射され、観察角度の違いによる輝度の不均一が防止される。また、このＬＥＤランプ１０をＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトとして使用する場合には、図２に示すように、側面方向からの発光効率の向上により、表示面までの距離を短くすることができるので、ＬＣＤ全体の厚さを薄くすることができる。なお、図２は実施形態のＬＥＤランプ１０をＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトとして使用する態様を示し、図３は、封止層に球状シリコーン微粒子を含有しない従来からのＬＥＤランプ２０をＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトとして使用する態様を示す。これらの図において、符号３０は、ＴＦＴ−ＬＣＤを示す。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（調製例）
以下の各成分を均一に混合して、ポリオルガノシロキサン（シリコーン）組成物を調製した。
（ａ）成分：分子鎖両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された直鎖状のビニル基含有ジメチルポリシロキサン（ケイ素原子結合ビニル基含有量が０．０６ｍモル／ｇで、２３℃における粘度が７０００ｍＰａ・ｓ）１００重量部
（ｂ）成分：分子鎖両末端がトリメチルシリル基で封鎖された直鎖状のハイドロジェン基含有ジメチルポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子含有量が８ｍモル／ｇで２３℃における粘度が４０ｍＰａ・ｓ）１０重量部
（ｃ）成分：白金系触媒（塩化白金酸のビニルシロキサン錯体）（白金原子として１０ｐｍ）０．０５５重量部
その他の成分：接着性付与剤であるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１重量部
反応抑制剤であるマレイン酸ジアリル０．０５重量部
【００３７】
（実施例）
調製例で得られたシリコーン組成物に、トスパール１２０（当社の商品名；ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子、平均粒径２μｍ）１重量部を混合して均一に分散させたものを、ＬＥＤチップが実装されたＰＰＡ製支持基材の凹部（カップ）内に、ポッティングにより充填し、ドーム状に盛り上がった発光面を形成した後、１００℃の熱風循環式加熱炉で１時間加熱してシリコーン組成物を硬化させた。
【００３８】
（比較例）
調製例で得られたシリコーン組成物に、トスパール１２０を添加することなくそのまま、実施例と同様にＬＥＤチップが実装されたＰＰＡ製支持基材の凹部（カップ）内に充填した後、１００℃の熱風循環式加熱炉で１時間加熱して組成物を硬化させた。
【００３９】
こうして実施例および比較例で得られたＬＥＤランプを同一条件で動作させ、発光輝度をイルミネンスメータにより測定した。観察角度を変えて発光輝度の測定を行った。実施例のＬＥＤランプについての測定結果を図４に、比較例のＬＥＤランプについての測定結果を図５にそれぞれ示す。これらのグラフにおいて、横軸は観察角度を表し、縦軸は発光輝度を表す。観察角度０°および１８０°が支持基材の凹部（カップ）の上縁面の方向（水平方向）を示し、観察角度９０°がそれと直交する鉛直方向を示す。また、発光輝度は、比較例における観察角度９０°の発光輝度を１００％としたときの相対値である。
【００４０】
これらのグラフから、実施例で得られたＬＥＤランプにおいては、比較例で得られたＬＥＤランプに比べて、観察角度０°および１８０°に近い側面方向の発光輝度が高いうえに、観察角度の違いによる輝度の不均一性が少ないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の発光装置は、封止層の側面方向からの発光効率が高く、観察角度の違いによる発光輝度の不均一性が小さい。また、側面方向からの発光効率の向上により、表示面までの距離を短くすることができるので、ＬＣＤ全体の厚さを薄くすることができ、ＴＦＴ−ＬＣＤのバックライト用として好適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＥＤランプの構造を示す断面図である。
【図２】実施形態のＬＥＤランプをＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトとして使用する態様を示す図である。
【図３】従来からのＬＥＤランプをＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトとして使用する態様を示す図である。
【図４】実施例で得られたＬＥＤランプの観察角度による発光輝度の変動を示すグラフである。
【図５】比較例で得られたＬＥＤランプの観察角度による発光輝度の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１…支持基材、２…ＬＥＤチップ、３…封止層、３ａ…ポリオルガノシロキサン、３ｂ…球状シリコーン微粒子、５…ボンディングワイヤ、１０…ＬＥＤランプ、３０…ＴＦＴ−ＬＣＤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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