(57)【要約】【課題】光の取り出し効率が高く、かつ簡易な工程で製造することができる波長変換部材及びその製造方法並びに発光デバイスを提供する。【解決手段】光源から出射された励起光の波長を変換するための波長変換部材１であって、枠状の側壁４を有する容器２と、容器２内に配置されており、蛍光体を含む樹脂層６と、容器２の上方に配置されており、容器２内を封止するカバー部材５とを備え、カバー部材５が、樹脂層６と密着しており、側壁４とカバー部材５の間に設けられた樹脂層６により、カバー部材５が容器２に封着されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された励起光の波長を変換するための波長変換部材であって、
枠状の側壁を有する容器と、
前記容器内に配置されており、蛍光体を含む樹脂層と、
前記容器の上方に配置されており、前記容器内を封止するカバー部材とを備え、
前記カバー部材が、前記樹脂層と密着しており、前記側壁と前記カバー部材の間に設けられた前記樹脂層により、前記カバー部材が前記容器に封着されている、波長変換部材。
【請求項２】
前記樹脂層が、
前記蛍光体を含む第１の樹脂層と、
前記第１の樹脂層上に設けられる第２の樹脂層と、
を有し、
前記カバー部材が、前記第２の樹脂層と密着しており、前記側壁と前記カバー部材の間に設けられた前記第２の樹脂層により封着されている、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記第２の樹脂層が、前記蛍光体を含んでいない、請求項２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記励起光を出射する光源と、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
を備える、発光デバイス。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換部材を製造する方法であって、
硬化前の前記樹脂層を、該樹脂層の上面が前記側壁の上部より上方に位置するように前記容器内に充填する工程と、
前記カバー部材を、前記樹脂層の上面に密着させて前記容器の上方に配置する工程と、
前記樹脂層を硬化して収縮させることにより、前記カバー部材を硬化後の前記樹脂層と密着させた状態で、前記側壁と前記カバー部材の間に設けられた前記樹脂層により封着する工程とを備える、波長変換部材の製造方法。
【請求項６】
硬化前の前記樹脂層を前記容器内に充填する工程が、
硬化前の前記第１の樹脂層を前記容器内に充填し、前記第１の樹脂層を硬化させた後、硬化前の前記第２の樹脂層を前記第１の樹脂層の上に充填する工程を含む、請求項５に記載の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、光源が発する光の波長を別の波長に変換する波長変換部材及びその製造方法並びに発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプや白熱灯に代わる次世代の光源として、ＬＥＤやＬＤなどの励起光源を用いた発光デバイスが注目を集めている。そのような次世代光源の一例として、青色光を出射するＬＥＤと、ＬＥＤからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材とを組み合わせた発光デバイスが広く知られている。この発光デバイスは、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
【０００３】
下記の特許文献１には、波長変換部材の一例として、容器とカバー部材とにより囲まれた空間に、量子ドットなどの蛍光体を分散させた樹脂が配置された波長変換部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図１には、蛍光体を分散させた樹脂とカバー部材との間に空間が形成された波長変換部材が開示されている。このような空間が存在すると、樹脂と空間の界面で蛍光が屈折し、光の取り出し効率が低下するという問題がある。
【０００６】
特許文献１の図２には、蛍光体を分散させた樹脂とカバー部材とが密着し、上記空間が形成されていない波長変換部材が示されている。容器とカバー部材との接合については、特許文献１の段落［００４９］に、レーザー等を用いた溶接、陽極接合、無機接合材などを用いた接合方法が示されている。これらの接合方法を用いて、容器とカバー部材を接合して図２に示すように樹脂とカバー部材を密着させようとすると、非常に複雑な工程が必要であることが予測される。
【０００７】
本発明は、光の取り出し効率が高く、かつ簡易な工程で製造することができる波長変換部材及びその製造方法並びに発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の波長変換部材は、光源から出射された励起光の波長を変換するための波長変換部材であって、枠状の側壁を有する容器と、容器内に配置されており、蛍光体を含む樹脂層と、容器の上方に配置されており、容器内を封止するカバー部材とを備え、カバー部材が、樹脂層と密着しており、側壁とカバー部材の間に設けられた樹脂層により、カバー部材が容器に封着されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明において、樹脂層は、蛍光体を含む第１の樹脂層と、第１の樹脂層上に設けられる第２の樹脂層とを有し、カバー部材が、第２の樹脂層と密着しており、側壁とカバー部材の間に設けられた第２の樹脂層により封着されていてもよい。この場合、第２の樹脂層は、蛍光体を含んでいなくてもよい。
【００１０】
本発明の発光デバイスは、励起光を出射する光源と、上記本発明の波長変換部材とを備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明の製造方法は、上記本発明の波長変換部材を製造することができる方法であって、硬化前の樹脂層を、該樹脂層の上面が側壁の上部より上方に位置するように容器内に充填する工程と、カバー部材を、樹脂層の上面に密着させて容器の上方に配置する工程と、樹脂層を硬化して収縮させることにより、カバー部材を硬化後の樹脂層と密着させた状態で、側壁とカバー部材の間に設けられた樹脂層により封着する工程とを備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明の製造方法において、硬化前の樹脂層を容器内に充填する工程は、硬化前の第１の樹脂層を容器内に充填し、第１の樹脂層を硬化させた後、硬化前の第２の樹脂層を第１の樹脂層の上に充填する工程を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光の取り出し効率が高く、かつ簡易な工程で製造することができる波長変換部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の波長変換部材を製造する工程を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の波長変換部材を製造する工程を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の波長変換部材を用いた発光デバイスを示す模式的断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。
【図７】比較例の波長変換部材を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。本実施形態の波長変換部材１は、枠状の側壁４を有する容器２と、容器２内に配置されており、蛍光体を含む樹脂層６と、容器２の上方に配置されており、容器２内を封止するカバー部材５とを備えている。容器２は、透明基材からなる底部３と側壁４から構成されている。図１に示すように、本実施形態において、カバー部材５は樹脂層６と密着している。また、カバー部材５は、側壁４とカバー部材５の間に設けられた樹脂層６により容器２に封着されている。
【００１７】
樹脂層６には、蛍光体が含有されており、好ましくは蛍光体粒子が分散して含有されている。樹脂層６に含まれる樹脂としては、例えば、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂が用いられる。具体的には、例えば、エポキシ系硬化樹脂、アクリル系紫外線硬化樹脂、シリコーン系硬化樹脂等を用いることができる。上記硬化性樹脂は、透光性樹脂であることが望ましい。
【００１８】
蛍光体としては、例えば、量子ドットを用いることができる。量子ドットとしては、ＩＩ−ＶＩ族化合物、及びＩＩＩ−Ｖ族化合物が挙げられる。ＩＩ−ＶＩ族化合物としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅなどが挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ又はＩｎＳｂなどが挙げられる。これらの化合物から選択される少なくとも１種、またはこれら２種以上の複合体を量子ドットとして用いることができる。複合体としては、コアシェル構造のものが挙げられ、例えばＣｄＳｅ粒子表面がＺｎＳによりコーティングされたコアシェル構造のものが挙げられる。
【００１９】
蛍光体は、量子ドットに限定されるものではなく、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体又はガーネット系化合物蛍光体などの無機蛍光体粒子などを用いてもよい。
【００２０】
容器２は、上述のように、底部３と側壁４から構成されている。より具体的には、底部３の上に側壁４を設けることにより構成されている。
【００２１】
底部３は、透明な材料により構成することができる。底部３を構成する材料としては、例えばガラスを用いることができる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＴｅＯ２系ガラス又はＢｉ２Ｏ３系ガラスなどを用いることができる。
【００２２】
側壁４は、反射率の高いセラミックスにより構成されていることが好ましい。この場合、励起光や蛍光を反射させることができるので、光の利用効率をより一層高めることができる。反射率の高いセラミックスとしては、例えば、低温同時焼結セラミックス（ＬＴＣＣ）が挙げられる。ＬＴＣＣとしては、例えば、アルミナ−ガラス系セラミックスを用いることができる。
【００２３】
底部３と側壁４は、ガラスフリット等の無機接合材、溶接、金属半田などで接合することができる。また、底部３と側壁４は一体的に形成されたものであってもよい。この場合、側壁４をガラスから形成してもよい。
【００２４】
カバー部材５は、透明な材料により構成することができる。カバー部材５を構成する材料としては、例えばガラスを用いることができる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＴｅＯ２系ガラス又はＢｉ２Ｏ３系ガラスなどを用いることができる。
【００２５】
底部３やカバー部材５がガラスにより構成されている場合、水分や酸素の透過をより一層抑制することができる。この場合、樹脂層６に含まれる蛍光体が劣化し難いため、信頼性の高い波長変換部材とすることができる。
【００２６】
図２及び図３は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を製造する工程を示す模式的断面図である。図２に示すように、硬化前の樹脂層７を、容器２内に充填する。硬化前の樹脂層７は、樹脂層６の硬化前の樹脂からなる。従って、樹脂層７には蛍光体が含有されている。樹脂層７を容器２内に充填するに際しては、樹脂層７の上面７ａが側壁４の上部４ａより上方に位置するように樹脂層７を充填する。これにより、樹脂層７を硬化させて樹脂層６としたときに、樹脂層６の体積が容器２の容積より小さくならないようにしている。尚、樹脂層６の体積が容器２の容積より小さくならないようすることで、カバー部材５が容器２側に湾曲することを抑えてフラットに維持することができるため、例えば、表示装置のバックライトとして適用する場合、導光板に付き合わせる際に、カバー部材５と導光板の間に隙間をなくすことができ、光損失を抑えることができる。
【００２７】
図３に示すように、次に、カバー部材５を樹脂層７の上面７ａに密着させて容器２の上方に配置する。この状態において、樹脂層７の上面７ａは、側壁４の上部４ａより上方に位置している。従って、カバー部材５の底面も側壁４の上部４ａより上方に位置している。
【００２８】
次に、樹脂層７を硬化する。樹脂層７の樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、加熱して樹脂層７を硬化する。このとき、樹脂層７が加熱により軟化して、カバー部材５と側壁４の上部４ａとの間に浸入する。樹脂層７がカバー部材５と側壁４の上部４ａとの間に浸入しながら硬化することにより、硬化後の樹脂層６によってカバー部材５と側壁４とが封着される。
【００２９】
樹脂層７の樹脂が紫外線硬化性樹脂である場合には、カバー部材５を下方に押圧して、樹脂層７を強制的にカバー部材５と側壁４の上部４ａの間に浸入させることが好ましい。この状態で、紫外線を照射して樹脂層７を硬化することにより、硬化後の樹脂層６によってカバー部材５と側壁４とを封着させることができる。樹脂層７の樹脂が熱硬化性樹脂である場合にも、カバー部材５を下方に押圧して、樹脂層７をカバー部材５と側壁４の上部４ａとの間に強制的に浸入させてもよい。
【００３０】
以上のようにして、本実施形態の波長変換部材１を製造することができる。
【００３１】
図４は、第１の実施形態の波長変換部材を用いた発光デバイスを示す模式的断面図である。図４に示すように、発光デバイス１０は、第１の実施形態の波長変換部材１の底部３側に、光源１１が設けられている。光源１１としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などを用いることができる。
【００３２】
光源１１から出射された励起光は、容器２の底部３を通り、樹脂層６に入射する。樹脂層６に含有された蛍光体が励起光により励起され、蛍光体からは蛍光が出射する。樹脂層６からの蛍光は、カバー部材５を通り外部に出射される。例えば、励起光として、青色光を用いる場合、波長変換部材１で青色光を黄色光に変換し、蛍光としての黄色光と、励起光である青色光とを合成して、白色光を出射させることができる。
【００３３】
図７は、比較例の波長変換部材を示す模式的断面図である。比較例の波長変換部材３１は、蛍光体を含む樹脂層３６を、底部３３及び側壁３４からなる容器３２内に配置し、カバー部材３５を、ガラスフリットなどからなる封着材料３８で封着することにより構成されている。図７に示すように、比較例の波長変換部材３１では、樹脂層３６とカバー部材３５との間に空隙３９が形成されている。この空隙３９は、容器３２内に充填された硬化前の樹脂を硬化する際、樹脂が収縮することにより形成されるものである。このような空隙３９が存在すると、樹脂層３６と空隙３９との間で屈折率差が大きくなるため、この界面において、光の一部が反射され、光の取り出し効率が低下する。
【００３４】
これに対し、図１に示す本実施形態の波長変換部材１においては、カバー部材５が樹脂層６と密着しており、空隙が形成されていない。このため、光の取り出し効率を向上させることができる。また、本実施形態の波長変換部材１においては、カバー部材５は側壁４とカバー部材５の間に設けられた樹脂層６により容器２に封着されている。上述のように、カバー部材５の封着を、樹脂層７を硬化させて樹脂層６を形成する工程において行うことができる。従って、本実施形態によれば、光の取り出し効率の高い波長変換部材を、簡易な工程で製造することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図５に示すように、本実施形態においては、図１に示す樹脂層６が、第１の樹脂層６ａと、第１の樹脂層６ａ上に設けられる第２の樹脂層６ｂとから構成されている。カバー部材５は、第２の樹脂層６ｂと密着しており、側壁４とカバー部材５の間に設けられた第２の樹脂層６ｂにより、カバー部材５は容器２に封着されている。第１の樹脂層６ａには、蛍光体が含まれている。第２の樹脂層６ｂには、蛍光体が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。本実施形態では、第２の樹脂層６ｂに蛍光体は含まれていない。従って、本実施形態において、第２の樹脂層６ｂは樹脂のみから構成されている。第２の樹脂層６ｂに蛍光体が含まれる場合、第２の樹脂層６ｂに含まれる蛍光体は、第１の樹脂層６ａに含まれる蛍光体と異なっていてもよい。
【００３６】
なお、第１の樹脂層６ａ上に第２の樹脂層６ｂを設けた場合、第２の樹脂層６ｂにより、蛍光体を含有する第１の樹脂層６ａが水や酸素と接触することを抑えることができるため、蛍光体が劣化することを抑えることも可能となる。
【００３７】
本実施形態では、カバー部材５が、第２の樹脂層６ｂにより封着されるので、第２の樹脂層６ｂの樹脂として、封着性に優れた樹脂を選択することができる。このため、本実施形態によれば、封着性を高めることができる。
【００３８】
また、第２の樹脂層６ｂの樹脂の屈折率は、第１の樹脂層６ａの樹脂やカバー部材５の屈折率に近いことが好ましい。これにより、第１の樹脂層６ａと第２の樹脂層６ｂの界面や、カバー部材５と第２の樹脂層６ｂの界面で光が屈折したり、または反射することを低減することができ、光の取り出し効率を高めることができる。第２の樹脂層６ｂの樹脂の屈折率と第１の樹脂層６ａの樹脂の屈折率との差は、０．１０以下であることが好ましく、より好ましくは０．０８以下であり、さらに好ましくは０．０５以下であり、特に好ましくは０．０３以下であり、０．０１以下であることが最も好ましい。また、カバー部材５の屈折率と第２の樹脂層６ｂの樹脂の屈折率との差は、０．２０以下であることが好ましく、より好ましくは０．１２以下であり、さらに好ましくは０．０８以下であり、特に好ましくは０．０４以下であり、０．０１以下であることが最も好ましい。
【００３９】
本実施形態の波長変換部材の製造方法においては、硬化前の第１の樹脂層を容器２内に充填し、第１の樹脂層を硬化させた後、硬化前の第２の樹脂層を第１の樹脂層６ａの上に充填し、その後第２の樹脂層を硬化させて第２の樹脂層６ｂにすることが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではなく、硬化前の第１の樹脂層の上に硬化前の第２の樹脂層を充填し、その後第１の樹脂層及び第２の樹脂層を同時に硬化させて第１の樹脂層６ａ及び第２の樹脂層６ｂとしてもよい。
【００４０】
本実施形態においても、光の取り出し効率の高い波長変換部材を簡易な工程で製造することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図６に示すように、本実施形態では、容器２の内部に光源１１が設けられている。従って、本実施形態の波長変換部材は、発光デバイス２０として構成されている。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
本実施形態においても、光の取り出し効率の高い波長変換部材を簡易な工程で製造することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…波長変換部材
２…容器
３…底部
４…側壁
４ａ…上部
５…カバー部材
６…樹脂層
６ａ…第１の樹脂層
６ｂ…第２の樹脂層
７…硬化前の樹脂層
７ａ…硬化前の樹脂層の上面
１０…発光デバイス
１１…光源
２０…発光デバイス
【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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【図６】
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【図７】
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