(57)【要約】【課題】  青色発光ＬＥＤ素子や紫外発光ＬＥＤ素子から発せられる光の波長を、蛍光体を用いて変換する波長変換部材に関し、使用する蛍光体の劣化を防ぎ、且つ低廉な蛍光体の封止手段を備える波長変換部材の提供を目的とする。【解決手段】  ＬＥＤ光源から発せられる光を、蛍光体を介して波長を変換する波長変換部材であって、その蛍光体を板厚５０μｍ以上、２００μｍ以下、線膨張係数が５０×１０−７［１／Ｋ］以下であるガラス材で挟み、蛍光体の側面をガラス部材で覆うことによって、蛍光体を封止した箱型形状であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材。【選択図】  図１
2013115351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源から発せられる光を、蛍光体を介して波長を変換する波長変換部材であって、
前記蛍光体がガラス材で封止され、
前記蛍光体を封止する前記ガラス材の厚みが５０μｍ以上であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材。
【請求項２】
ＬＥＤ光源から発せられる光を、蛍光体を介して波長を変換する波長変換部材であって、
前記蛍光体を、板厚５０μｍ以上、２００μｍ以下、線膨張係数が５０×１０−７［１／Ｋ］以下であるガラス材で挟み、前記蛍光体の側面をガラス材で覆うことによって、前記蛍光体を封止した箱型形状であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材。
【請求項３】
封止される蛍光体が、蛍光体粒子の集合体、もしくは前記蛍光体粒子を透明樹脂に練りこんだ分散体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ波長変換部材。
【請求項４】
前記蛍光体粒子が、オルトシリケート系、硫化物系、酸化物系、窒化物系蛍光体のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤ波長変換部材。
【請求項５】
請求項１から４に記載のＬＥＤ波長変換部材の製造方法であって、
第一のガラス材上に碁盤目状にガラスペーストを塗布し、
塗布されたガラスペーストで囲まれた井形区画に、蛍光体粒子をエポキシ樹脂またはシリコン樹脂の透明樹脂に分散して形成された蛍光体をポッティングし、
前記ガラスペーストおよび蛍光体に密着するように第二のガラス材を重ね、
次いで予備加熱を施し、
次に加重をかけながら加熱して前記蛍光体を乾燥し、
前記ガラスペースト、前記第一及び第二のガラス材で前記蛍光体を封止状態とするように、前記ガラスペーストに沿って炭酸ガスレーザを用いて切断する、
ことを特徴とするＬＥＤ波長変換部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源、特に青色発光ＬＥＤや紫外発光ＬＥＤ素子から発せられる光の波長を変換するための波長変換部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、白色ＬＥＤが高効率で長寿命な光源として注目されている。この白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ素子や近紫外ＬＥＤ素子を発光させ、蛍光体により波長変換して白色にしているものである。
近年、携帯電話やスマートフオン、テレビなどは、液晶表示装置が多く用いられ、そこに用いられている液晶素子を照明するために、高輝度の白色ＬＥＤが使用されている。
【０００３】
この表示装置の照明に用いられているＬＥＤは、発光素子がリードフレームやカップの中央にダイボンディングされ、電極から導電性ワイヤーにより接続されている。その上から蛍光体が均一に分散された透明樹脂によりモールドされる。この樹脂モールドによりＬＥＤ素子や蛍光体を外部応力、水分および砂塵などから保護している。（特許文献１参照）
【０００４】
しかしながら、青色ＬＥＤ素子はエネルギーが強いので樹脂を劣化させやすい。また透明樹脂は熱放散性が悪く、発光素子（ＬＥＤチップ）と蛍光体が接近していると温度が上昇しやすく、その温度上昇に伴い発光色が黄色側にシフトするという問題点がある。
【０００５】
これを解決するために、特許文献２では軟化点が５００℃以上のガラスに無機蛍光体を分散させると開示されている。
しかし、ガラスに蛍光体を均一に分散させるのは難しく工程が複雑になり、樹脂に分散する手法よりコストがかかる。さらに、ガラスと反応する蛍光体は使用できず、対象はＹ３Ａｌ１．５Ｏ１２などの酸化物に限定されている。
【０００６】
また、ＹＡＧ系蛍光体は発光効率の高さや高い安定性のために多用されるが、高温での発光効率の低下が大きな問題になっている。
さらに、窒化物系、シリケート系蛍光体や硫化物系、セレン化物、テルルなどの蛍光体は耐湿性が悪く大気の湿気により変質し、樹脂モールドだけでは長期安定性にかけるという問題があり、特許文献３に開示される窒化物蛍光体は、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性に優れているが、高温になると急激に発光効率が低下するという問題を抱え、さらに、ベーク劣化しやすいために蛍光体を被覆すると示されている。その被覆方法は、蛍光体をマイクロカプセルで被覆するとあり、工程が複雑でコスト的に見て一般的な方法とは言えない。
【０００７】
同様に、特許文献４には蛍光体粒子をフィルムに包み、それをフィルムに分散させる方法が開示されている。しかし、その工程が複雑で実用的な方法ではない。
特許文献５には、窒化物系蛍光体の耐久性や吸湿性改善手法が開示されている。それらは、蛍光体に被服処理を行う手法であり、蛍光体全面全てを覆うことは困難であり、信頼性に欠け、従来より高価になる欠点がある。
【０００８】
また、ＬＥＤはＬＥＤ素子がマウントされたリードフレームやカップに、蛍光体が含有された透明樹脂をポッティングして製造されるが、この様に製造されたＬＥＤは、樹脂の耐久性が問題視されることがある。さらに蛍光体がコーティングして使用される場合には、安価なコーティング手法が望まれていた。
そこで、工業生産の観点からより簡便で安価な工法で蛍光体の耐久性を向上させる方法が望まれていると同時に、量産性を向上させ、安価な提供が希求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１１９０７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７４２４６号公報
【特許文献３】特許第４５２９３４９号公報
【特許文献４】特開２００６−２９１０６４号公報
【特許文献５】特開２００４−１６１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような課題を解決するため、本発明は青色発光ＬＥＤ素子や紫外発光ＬＥＤ素子から発せられる光の波長を、蛍光体を用いて変換する波長変換部材に関し、使用する蛍光体の劣化を防ぎ、且つ低廉な蛍光体の封止手段を備える波長変換部材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の発明は、ＬＥＤ光源から発せられる光を、蛍光体を介して波長を変換する波長変換部材であって、その蛍光体がガラス材で封止され、蛍光体を封止するガラス材の厚みが５０μｍ以上であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材である。
【００１２】
本発明の第２の発明は、ＬＥＤ光源から発せられる光を、蛍光体を介して波長を変換する波長変換部材であって、その蛍光体を板厚５０μｍ以上、２００μｍ以下、線膨張係数が５０×１０−７［１／Ｋ］以下であるガラス材で挟み、蛍光体の側面をガラス材で覆うことによって、その蛍光体を封止した箱型形状であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材である。
【００１３】
本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における封止される蛍光体が、蛍光体粒子の集合体、もしくは蛍光体粒子を透明樹脂に練りこんだ分散体であることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材である。
【００１４】
本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における蛍光体粒子が、オルトシリケート系、硫化物系、酸化物系、窒化物系蛍光体のいずれかであることを特徴とするＬＥＤ波長変換部材である。
【００１５】
本発明の第５の発明は、第１から第４の発明のＬＥＤ波長変換部材の製造方法であって、第一のガラス材上に碁盤目状にガラスペーストを塗布し、塗布されたガラスペーストで囲まれた井形区画に、蛍光体粒子をエポキシ樹脂またはシリコン樹脂の透明樹脂に分散して形成された蛍光体をポッティングした後、ガラスペーストおよび蛍光体に密着するように第二のガラス材を重ね、次いで予備加熱を施し、次に加重をかけながら加熱して蛍光体を乾燥し、ガラスペースト、第一及び第二のガラス材で蛍光体を封止状態とするように、ガラスペーストに沿って炭酸ガスレーザを用いて切断することを特徴とするＬＥＤ波長変換部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＬＥＤ波長変換部材は、化学的に安定で熱伝導性が高いガラスで遮蔽されているので、耐環境性に優れ、蛍光体や樹脂を外気から遮断するので耐環境性が低い蛍光体の信頼性が向上し、高出力の青色ＬＥＤに長時間さられても、先にガラスにより放熱されるので、素子の温度上昇が少なく、ＬＥＤの波長シフトや出力低下がない。
また、蛍光体とＬＥＤ素子の距離を自由に選ぶことが出来るので、ＬＥＤ素子の放熱性向上、最適な発光強度、分散性が得られる。
さらに、蛍光体が分散された透明樹脂も大気から遮断されているので樹脂劣化も起きないので、発光強度の低下も抑えられる。
【００１７】
本発明のＬＥＤ波長変換部材の製造方法によれば、ガラス封止蛍光体を任意のサイズに切断する際に、レーザを用いて行うことで切断と同時に、レーザにより発生する熱でガラスペーストを溶解し、ガラス同士を固着もしくは樹脂を硬化させることが可能であることから量産性に優れた安価な製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の波長変換部材の断面図で、薄型透明ガラス材で蛍光体を挟み、ガラス硬化物で封止して大気から遮断されている様子を示す図である。
【図２】本発明の波長変換部材の製造方法を説明する図で、大判の薄型透明ガラス材に封止材となるガラスペーストを碁盤目状に塗布し、その井形中央部に樹脂分散体である蛍光体を入れ込んだ状態を示す実装図である。
【図３】ＬＥＤ波長変換部材をマウントしたＬＥＤパッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
一例を図１に示す本発明によるＬＥＤ波長変換部材１は、２枚の薄型透明のガラス材２が蛍光体３を挟み、さらに硬化物の封止材４によって、薄型透明のガラス材２が封止していない蛍光体３の部位（図１中では、蛍光体３の側面側）を被覆して蛍光体３を大気から遮断するために封止する構成を有している。また、図示していないが、封止材４がガラス材２、蛍光体３の両者の側面端部を覆う形で封止しても良い。
即ち、蛍光体３全体をガラスで完全に覆い、封止していることを特徴とするものである。
【００２０】
蛍光体を封止するガラス材の厚みは、５０μｍ以上の厚みであれば、薄板ガラスの通常の取扱い装置を用いて取扱うことが可能であり、また、大気を遮断して蛍光体を封止可能である。また、薄型透明のガラス材を用いて封止を行う場合には、その厚みは、５０μｍ以上、２００μｍ以下が望ましい。
【００２１】
即ち、本発明の波長変換部材を製造する際、図２に示すように、大判の薄型透明のガラス材１２を用意し、側面封止用のガラスペースト１４を所定の配置（例えば、図２のような碁盤目を構成）になるように塗布し、その碁盤目の井形の中央、所定の位置に蛍光体１３をポッティングして固定した後、上部に大判の薄型透明のガラス材１２と同形の薄型透明のガラス材（図示せず）を、蛍光体１３及びガラスペースト１４と密着して蛍光体１３を封止するように置く。次に、ガラスペースト１４を硬化させて、ガラス硬化物の封止材を形成して蛍光体１３を封止し、大気から蛍光体１３を遮断するものである。
【００２２】
そのため、板厚が５０μｍ未満であると大判の薄型透明のガラス材１２が撓み易くなり、蛍光体１３を挟んで密着状態にすると時、ガラス材が変形して端部が浮き上がる可能性がある。また、２００μｍを超えて厚くなると、逆に撓み難くなり、柔軟性に欠け透過率も低下し、硬くなることにより、ＬＥＤパッケージ収納時に割れたり、熱ショックで割れ易くなるためである。望ましくは１００μｍ程度の厚みが良い。
【００２３】
また、その線膨張係数は、５０×１０−７［１／Ｋ］以下であることが望ましい。
線膨張係数が、５０×１０−７［１／Ｋ］より大きくなると蛍光体１３を挟んで加熱処理を行っている時に割れたり、熱衝撃で割れる可能性がある。
望ましくは３０〜４０×１０−７［１／Ｋ］程度が適している。
【００２４】
本発明の波長変換部材は、酸化、湿度から蛍光体を守るために、蛍光体３を挟み込んだガラス材２の端部、端面を封止しているが、２枚の薄型透明のガラス材に挟まれる蛍光体３を、大気から遮断する封止材料４に、密閉性（封止性）と作業性（製造性）の点から硬化時にガラス硬化物となるガラスペーストを用いる。その硬化方法は熱、ＵＶ、レーザを用いた加熱溶融を用いる。
さらに、ガラス材を溶接することで、封止しても良い。
【００２５】
ガラス材に封止される蛍光体３、１３は、蛍光体粒子、もしくはエポキシ樹脂、シリコン樹脂、耐硫化性シリコン樹脂などの透明樹脂に蛍光体粒子を練りこんだ樹脂分散体を用いる。即ち、蛍光体粒子の集合体を直接、ガラス材で封止しても良いし、作業性を考慮して、エポキシ樹脂やシリコン透明樹脂に分散させ、シート状にしてガラス材に挟んでも良い。
【００２６】
使用する蛍光体３、１３を構成する蛍光体粒子は、ＹＡＧなどの酸化物系、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４などのシリケート系、ＣａＳｉＮ２などの窒化物系、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＺｎＳなどの硫化物系と種類を限定せず用いることができるが、大気の湿気や酸化と反応しやすいシリケート系、硫化物系蛍光体に用いることが望ましい。
【００２７】
樹脂分散体である蛍光体３、１３を構成するために、樹脂に分散する蛍光体粒子の量は、変換効率、発光強度、波長により変化するが、１０〜４０ｗｔ％が適切である。蛍光体粒子が少ないと変換する波長の発光強度が不足し、多すぎると発光強度が低下する。
さらに蛍光体粒子と共に拡散剤として、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウムなどを含有させても良い。また、光安定化材料、着色剤や紫外線吸収剤を含有させても良い。
【００２８】
次に、本発明の波長変換部材を用いたＬＥＤパッケージの一例を図３に示す。
図３の断面図に示されるＬＥＤパッケージ２０は、図が示すようにＬＥＤケース２１内に、ガラス材及び封止材によって封止された蛍光体からなる波長変換部材１が、ＬＥＤ素子２２から距離ｄｍｍの間隔を空けて設置された構造となっている。
【００２９】
このようにＬＥＤ素子２２と波長変換部材１との間に距離を置くことで、ＬＥＤ素子２２の熱が発散し、波長変換材１を構成するガラス材（図１の符号２）の変形や蛍光体（図１の符号３）の熱劣化が抑えられえる。
その距離ｄは、１ｍｍから１０ｍｍ程度が望ましく、１ｍｍ未満ではＬＥＤ素子２２と近すぎるために熱拡散の効果が少ない。また、１０ｍｍを超えて離れるとＬＥＤパッケージとして大きくなりすぎるためである。より望ましくは２から５ｍｍ程度が良い。
【００３０】
次に、波長変換部材の製造方法を図２を参照しながら説明する。
数多くのガラス封止蛍光体である波長変換部材を製造するときは、ある程度の大きさの大判の薄型透明のガラス材１２に、ガラスペースト１４をスクリーン印刷もしくはディスペンサーで碁盤目状パターンを描き、そのパターンの井形中央の所定位置に、蛍光体粒子を練り込んで分散せしめた樹脂分散体の蛍光体１３をディスペンサーで塗布する。
【００３１】
碁盤目状パターンを描くガラスペースト１４の線幅は０．５ｍｍから１．５ｍｍが望ましい。
線幅が狭すぎると封止面積が少なくシール性に問題が生じ、１．５ｍｍを越えるとＬＥＤ蛍光体とは関係ない部分が大きくなるので望ましくない。その線幅は、１ｍｍ程度が望ましい。
【００３２】
次に同じ大きさのガラス材（図示せず）を、ガラスペースト１４と共に蛍光体１３を封止するために、蛍光体１３とガラスペースト１４に密着するように乗せ、位置合わせを行った後、位置ずれを起こさないように切断装置の所定位置に載置する。
【００３３】
次にＣＯ２レーザによる切断装置を用いて、ガラスペースト１４の線幅の中心（図２の一点鎖線で示す線）に焦点を合わせ、切断を行う。
切断時には、取れたガラスを吹き飛ばす役目と酸化熱を発生させるために酸素ガスを流すのが望ましい。ガラス材が熱で溶融し、ガスの圧力で吹き飛び、切断される過程を経るが、ガラス材が溶融されるときに、塗布したガラスペースト１４も同時に溶解し、切断終了時に固化し、ガラス硬化体を形成して蛍光体１３を、薄型透明のガラス材１２と共に封止してガラス封止蛍光体を形成して波長変換部材１を製造する。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【実施例１】
【００３５】
ガラス材として、日本電気硝子社製  ＯＡ-１０Ｇ  板厚１００μｍ  低膨張ガラスを用い、図２に示すように、そのガラス材１２上にガラスペースト１４（ＡＧＣ低温焼成シール用ガラスペースト５２９０Ｄ１）を厚み１００μｍ、線幅１ｍｍ、線間隔５ｍｍの大きさでスクリーン印刷した。
【００３６】
その５ｍｍサイズに区切られた箇所（例えば図２のＡに示す箇所）に、ディスペンサーを使用して２０ｗｔ％の（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ硫化物蛍光体粒子をシリコン樹脂（信越化学株式会社製）に分散して形成した蛍光体１３を、７０μｍの厚みになるようにポッティングし、１００℃で１０分、予備加熱を行い、その蛍光体１３上にガラス材（図示せず）を乗せて、１ｋｇの加重をかけて、１５０℃で１時間乾燥させ、シリコン樹脂を硬化させた。
【００３７】
次に、そのガラスを出力１ｋＷ炭酸ガスレーザで５×５ｍｍの大きさに切断した。
アシストガスとして酸素は３ｋｇ／ｃｍ２の圧力で流した。
炭酸ガスレーザによる切断により発生した熱は約６００℃なので、ガラスペーストの溶融温度４５０℃を越え、ガラスペーストを溶融し、その冷却時に固化することで、形成したガラス硬化体（封止材）が、蛍光体の側面部を封止して大気から遮断した。
【００３８】
この波長変換部材を用いて耐湿試験を行い、試験前後の分光特性を測定した。
耐湿試験は、８５℃×８５％、暴露時間は５００時間まで行った。分光特性は４５０ｎｍ時の発光強度を測定した。
その結果、暴露時間が３００時間では発光強度の低下が見られず、５００時間でも９０％の発光強度を維持していた。
【００３９】
（比較例１）
ガラス材及びガラスペーストによる封止をせずに、実施例１と同じシリコン樹脂に（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ硫化物蛍光体を２０ｗｔ％分散させたものを、実施例１と同じ耐湿試験を行った。
その結果、暴露時間が１００時間経過後から強度が下がり始め、２００時間で約５０％に低下し、３００時間で発光しなくなった。
【符号の説明】
【００４０】
１    波長変換部材
２    薄型透明のガラス材
３    蛍光体
４    封止材（ガラスペースト硬化後：ガラス硬化体）
１２    大判の薄型透明のガラス材
１３    蛍光体
１４    封止材（ガラスペースト：硬化前）
２０    ＬＥＤパッケージ
２１    ＬＥＤケース
２２    ＬＥＤ素子
【図１】
2013115351.tif 000003
【図２】
2013115351.tif 000004
【図３】
2013115351.tif 000005