JP2008276175A - 光学部材、光導波路および導光板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】屈折率の異なる2以上の層5,6,7が積層されてなる光学部材であって、前記各層5,6,7のうち互いに接する少なくとも2層が下記の条件を満たすことを特徴とする光学部材。(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、ピークトップの位置および半値幅が特定のものである。(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。
【選択図】図1
Description
例えば、引用文献1には、クラックの発生が少なく、温度サイクルなどの耐環境信頼性に優れた光導波路を提供することを目的として、重量平均分子量および数平均分子量が特定のシロキサンポリマを用いた光導波路の発明が開示されている。
〔1〕屈折率の異なる2以上の層が積層されてなる光学部材であって、前記層のうちの互いに接する少なくとも2層が、下記の条件を満たすことを特徴とする光学部材(以下、「本発明の第一の光学部材」と称することがある。)。
(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。
(5)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.5ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が1.0ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
〔4〕前記の互いに接する層の、少なくとも1層の屈折率が1.45以上であるとともに、他の少なくとも1層の屈折率が1.45未満である前記〔1〕または〔2〕に記載の光学材料。
(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。
(5)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.5ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が1.0ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
〔8〕前記の互いに接する層の少なくとも1層が無機粒子を含有する前記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の光学部材。
〔9〕無機粒子の中央粒径が1〜10nmである前記〔8〕に記載の光学部材。
〔11〕前記の互いに接する層の少なくとも1層が蛍光体を含有する前記〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の光学部材。
〔12〕該光学部材の側面と積層面とで形成される角度が30度以上80度以下である前記〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載の光学部材。
〔13〕前記の互いに接する層のうち少なくとも2層を貫通する境界部を備える前記〔1〕〜〔12〕のいずれかに記載の光学部材。
〔14〕前記〔1〕〜〔13〕のいずれかに記載の光学部材を用いて形成された光導波路。
〔15〕前記〔1〕〜〔13〕のいずれかに記載の光学部材を用いて形成された導光板。
本発明の光学部材を用いて形成された光導波路および導光板は、膜厚設計の自由度が高く、厚膜部においてもクラックの発生が抑制され、基板からの剥離および積層面での剥離が抑制され、さらに耐熱性、耐光性に優れた効果を奏する。
本発明の光学部材は、2以上の層が積層されてなることを特徴とする。そして、本発明の光学部材においては、前記の積層された層のうち、互いに接する少なくとも2層が、下記に示す特性を有する。中でも、前記の積層された層が、いずれも下記に示す特性を有することが好ましい。
特性(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
特性(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
特性(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
特性(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。
特性(5)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.5ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が1.0ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
本発明に係る特定層は、前記の特性(1)又は(5)を満たす。即ち、本発明に係る特定層は、前記の特性(1)又は(5)を満たす材料により形成される。これらの材料は、通常、ケイ素を主成分とする化合物又は当該化合物を含む組成物である。
ケイ素を主成分とする化合物は、SiO2・nH2Oの示性式で表されるが、構造的には、ケイ素原子Siの四面体の各頂点に酸素原子Oが結合され、これらの酸素原子Oに更にケイ素原子Siが結合してネット状に広がった構造を有する。そして、以下に示す模式図は、上記の四面体構造を無視し、Si−Oのネット構造を表わしたものであるが、Si−O−Si−O−の繰り返し単位において、酸素原子Oの一部が他の成員(例えば−H、−CH3など)で置換されているものもあり、一つのケイ素原子Siに注目した場合、模式図の(A)に示す様に4個の−OSiを有するケイ素原子Si(Q4)、模式図の(B)に示す様に3個の−OSiを有するケイ素原子Si(Q3)等が存在する。そして、固体Si−核磁気共鳴スペクトル(固体Si−NMRスペクトル)測定において、上記の各ケイ素原子Siに基づくピークは、順次に、Q4ピーク、Q3ピーク、・・・と呼ばれる。
これに対し、酸素原子が3つ結合し、それ以外の原子(通常は炭素である。)が1つ結合しているケイ素原子は、一般にTサイトと総称される。Tサイトに由来するピークはQサイトの場合と同様に、T0〜T3の各ピークとして観測される。本発明においてはTサイトに由来する各ピークをTnピーク群と呼ぶこととする。Tnピーク群は一般にQnピーク群より高磁場側(通常ケミカルシフト−80〜−40ppm)の領域に連続した多峰性のピークとして観測される。
無機ガラスからなる光学部材を得る方法としては、低融点ガラスを溶融して封止する溶融法と、比較的低温にてアルコキシシランなどを加水分解・重縮合した液を塗布し、乾燥硬化させるゾルゲル法がある。このうち溶融法から得られる部材は主としてQnピークのみが観測されるが、溶融に少なくとも350℃以上の高温を要し、光学部材を熱劣化させるため現実的な方法ではない。
本発明において、−80ppm以上の領域に観測されるピークの半値幅は、これまでにゾルゲル法にて知られている光学部材の半値幅範囲より小さい(狭い)ことを特徴とする。
また、本発明の第二および第四の光学部材において、ピークトップの位置が−80ppm以上−40ppm未満に観測されるTnピーク群の半値幅は、通常5.0ppm以下、好ましくは4.0ppm以下、また、通常1.0ppm以上、好ましくは1.5ppm以上の範囲である(特性(5))。
また、本発明の第二および第四の光学部材において、ピークトップの位置が−40ppm以上0ppm以下に観測されるDnピーク群の半値幅は、分子運動の拘束が小さいために全般にTnピーク群の場合より小さく、通常3.0ppm以下、好ましくは2.0ppm以下、また、通常0.5ppm以上の範囲である(特性(5))。
本発明の光学部材の特定層は、ケイ素含有率が10重量%以上でなければならない(特性(2))。即ち、本発明に係る特定層は、当該特定層を形成する材料のケイ素含有率が10重量%以上でなければならない。
本発明の光学部材の特定層の基本骨格はガラス(ケイ酸塩ガラス)などと同じ無機質のシロキサン結合である。このシロキサン結合は、下記表1の化学結合の比較表からも明らかなように、光学部材として優れた以下の特徴がある。
(I)結合エネルギーが大きく、熱分解・光分解しにくいため、耐光性が良好である。
(II)電気的に若干分極している。
(III)鎖状構造の自由度は大きく、フレキシブル性に富む構造が可能であり、シロキサン鎖中心に自由回転可能である。
(IV)酸化度が大きく、これ以上酸化されない。
(V)電気絶縁性に富む。
光学部材の特定層の単独硬化物を100μm程度に粉砕し、白金るつぼ中にて大気中、450℃で1時間、ついで750℃で1時間、950℃で1.5時間保持して焼成し、炭素成分を除去した後、得られた残渣少量に10倍量以上の炭酸ナトリウムを加えてバーナー加熱し溶融させ、これを冷却して脱塩水を加え、更に塩酸にてpHを中性程度に調整しつつケイ素として数ppm程度になるよう定容し、ICP分析を行なう。
本発明の光学部材の特定層は、シラノール含有率が、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは0.3重量%以上、また、通常10重量%以下、好ましくは8重量%以下、より好ましくは6重量%以下の範囲である(特性(3))。即ち、本発明に係る特定層は、当該特定層を形成する材料のシラノール含有率が、前記の範囲となる。
なお、本発明の光学部材の特定層のシラノール含有率は、例えば以下に説明する方法を用いて固体Si−NMRスペクトル測定を行ない、全ピーク面積に対するシラノール由来のピーク面積の比率より、全ケイ素原子中のシラノールとなっているケイ素原子の比率(%)を求め、別に分析したケイ素含有率と比較することにより算出することができる。
本発明の光学部材の特定層について固体Si−NMRスペクトルを行なう場合、まず、以下の条件で固体Si−NMRスペクトル測定及びデータ解析を行なう。次に、全ピーク面積に対するシラノール由来のピーク面積の比率より、全ケイ素原子中のシラノールとなっているケイ素原子の比率(%)を求め、別に分析したケイ素含有率と比較することによりシラノール含有率を求める。
〔装置条件例〕
装置:Chemagnetics社 Infinity CMX−400 核磁気共鳴分光装置
29Si共鳴周波数:79.436MHz
プローブ:7.5mmφCP/MAS用プローブ
測定温度:室温
試料回転数:4kHz
測定法:シングルパルス法
1Hデカップリング周波数:50kHz
29Siフリップ角:90゜
29Si90゜パルス幅:5.0μs
くり返し時間:600s
積算回数:128回
観測幅:30kHz
ブロードニングファクター:20Hz
本発明の光学部材の特定層については、512ポイントを測定データとして取り込み、8192ポイントにゼロフィリングしてフーリエ変換する。
フーリエ変換後のスペクトルの各ピークについてローレンツ波形及びガウス波形或いは両者の混合により作成したピーク形状の中心位置、高さ、半値幅を可変パラメータとして、非線形最小二乗法により最適化計算を行なう。
なお、ピークの同定はAIChE Journal,44(5),p.1141,1998年等を参考にする。
・フーリエ変換赤外分光法 Fourier Transform Infrared Spectroscopy
・装置:Thermo Electron製 NEXUS670及びNic−Plan
・分解能:4cm-1
・積算回数:64 回
・パージ:N2
測定例:Siウエハ上に膜厚200μmの薄膜試料を塗布作製し、透過法によりSiウエハごと赤外吸収スペクトルを測定し、波数3751cm-1及び3701cm-1のシラノールピーク合計面積を求める。一方で、既知濃度試料としてトリメチルシラノールを無水の四塩化炭素に希釈し、光路長200μmの液セルを用いて透過法にて赤外吸収スペクトルを測定し、実サンプルとのピーク面積比比較によりシラノール濃度を算出することができる。なお、赤外吸収スペクトルにおいてはサンプル吸着水由来のピークがシラノールピークのバックグラウンドとして検出されるので、サンプル薄膜は測定前に常圧にて150℃20分以上加熱するか、100℃で10分以上真空処理するなどの方法にて吸着水を除いておく。
硬度測定値は、本発明の光学部材の特定層の硬度を評価する指標であり、以下の硬度測定方法により測定される。
本発明の光学部材の特定層は、エラストマー状を呈する部材であることが好ましい。即ち、本発明の光学部材は、基板または各層において、熱膨張係数の異なる部材を複数使用することになるが、上記のように特定層がエラストマー状を呈することにより、特定層及び当該特定層を用いた本発明の光学部材が上記の各部剤の伸縮による応力を緩和することができる。したがって、使用中に剥離、クラック、断線などを起こしにくく、耐リフロー性及び耐温度サイクル性に優れる光学部材を提供することができる。
硬度測定値(ショアA)は、JIS K6253に記載の方法により測定することができる。具体的には、古里精機製作所製のA型ゴム硬度計を用いて測定を行なうことができる。
本発明の光学部材の特定層は、上記特性を主な特徴とするが、その他、下記の構造や性質を有していることが好ましい。
本発明の光学部材の特定層は、半導体発光デバイスなどを光源として、光導波路または導光板などに用いる場合には、膜厚1mmでの前記光源の発光波長における光透過率(透過度)が、通常80%以上、中でも85%以上、更には90%以上であることが好ましい。光学部材において特定層を透光性部として用いる場合、この透光性部の透明度が低いと、これを用いた光源の輝度が低減するため、高輝度な光導波路または導光板などの最終製品を得ることが困難になる。
なお、特定層の材料等の光学材料の光透過率は、例えば以下の手法により、膜厚1mmに成形した平滑な表面の単独硬化物膜のサンプルを用いて、紫外分光光度計により測定することができる。
光学材料の、傷や凹凸による散乱の無い厚さ約1mmの平滑な表面の単独硬化物膜を用いて、紫外分光光度計(島津製作所製 UV−3100)を使用し、波長200nm〜800nmにおいて光透過率測定を行なう。
本発明の光学部材の特定層は、次の条件を満たすことが好ましい。即ち、本発明の光学部材の特定層は、上述した固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、(ケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下のピークの総面積)/(ケミカルシフト−40ppm未満のピークの総面積)の比(以下適宜、「本発明にかかるピーク面積比」という)が、通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、また、通常200以下、好ましくは100以下、より好ましくは50以下であることが好ましい。
ただし、特定層は、本発明にかかるピーク面積比についての上記条件を満たさなくともエラストマー状を呈する場合がある。例えば、ケイ素以外の金属のアルコキシド等のカップリング剤を架橋剤として用いて特定層を製造した場合などが、この場合に該当する。特定層がエラストマー状を呈するための手法は任意であり、この本発明にかかるピーク面積比についての上記条件に限定されるものではない。
本発明の光学部材の特定層は、ポリフタルアミドなどの樹脂、セラミック又は金属の表面に存在する所定の官能基(例えば、水酸基、メタロキサン結合中の酸素など)と水素結合可能な官能基を有することが好ましい。光学部材を設置する際の基板は、通常、樹脂、セラミック又は金属で形成されている。また、セラミックや金属の表面には、通常は水酸基が存在する。一方、特定層は、通常、当該水酸基と水素結合可能な官能基を有している。したがって、前記水素結合により、特定層を有する本発明の光学部材は、基板に対する密着性に優れているのである。
本発明の特定層は、これらの官能基を有するために密着性に優れ、重ね塗りによる積層が可能であることが特筆すべき特長である。この性質を利用し、屈折率を調整した2層以上の層を積層し、導光機能を有する光学部材、光導波路、導光板などを容易に作製することができる。
なお、特定層が、前記のように、水酸基に対して水素結合が可能な官能基を有しているか否かは、固体Si−NMR、固体1H−NMR、赤外線吸収スペクトル(IR)、ラマンスペクトルなどの分光学的手法により確認することができる。
本発明の光学部材の特定層は、耐熱性に優れる。即ち、高温条件下に放置した場合でも、所定の波長を有する光における透過率が変動しにくい性質を有する。具体的には、特定層は、200℃に500時間放置した前後において、波長400nmの光に対する透過率の維持率が、通常80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上であり、また、通常110%以下、好ましくは105%以下、より好ましくは100%以下である。
なお、前記の変動比は、紫外/可視分光光度計による透過率測定により、[1−5−1]で前述した光透過率の測定方法と同様にして測定することができる。
本発明の光学部材の特定層は、耐光性に優れる。即ち、UV(紫外光)を照射した場合でも、所定の波長を有する光に対する透過率が変動しにくい性質を有する。具体的には、特定層は、中心波長380nm、放射強度0.4kW/m2の光を72時間照射した前後において、波長400nmの光における透過率の維持率が、通常80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上であり、また、通常110%以下、好ましくは105%以下、より好ましくは100%以下である。
なお、前記の変動比は、紫外/可視分光光度計による透過率測定により、[1−5−1]で前述した光透過率の測定方法と同様にして測定することができる。
本発明の光学部材の特定層は、通常、ジルコニウム、ハフニウム、スズ、亜鉛、及びチタンより選択される少なくとも1種の元素を含む有機金属化合物触媒を用いて製造される。そのため、特定層には、通常は、これらの触媒が残留している。具体的には、特定層は、前記の有機金属化合物触媒を、金属元素換算で、通常0.001重量%以上、好ましくは0.01重量%以上、より好ましくは0.02重量%以上、また、通常0.3重量%以下、好ましくは0.2重量%以下、より好ましくは0.1重量%以下だけ含有する。ただし、特定層の屈折率調整を目的に上記金属元素を含む酸化物粒子を配合した場合は、上記範囲を上回る量の金属元素が検出される。
なお、前記の有機金属化合物触媒の含有率は、ICP分析により測定できる。
本発明の光学部材の特定層は、当該特定層を形成している材料(後述する特定層形成液)をGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、通常500以上、好ましくは900以上、更に好ましくは3200以上であり、通常400,000以下、好ましくは70,000以下、更に好ましくは27,000以下である。重量平均分子量が小さすぎると基板塗布後の硬化時に気泡が発生したり、パッケージや基板の微小な隙間から液漏れが生じたりする傾向があり、大きすぎると特定層形成液が低温でも経時で増粘する傾向や基板上の複雑な形状、配線部分への充填効率が悪くなる傾向がある。
a)特定層形成液が低温保管においても経時で増粘する、
b)保管中の脱水縮合により水分生成し、特定層塗布後に基板やパッケージ等から剥離しやすくなる、
c)高粘度であるために基板塗布後の硬化時に気泡の抜けが悪くなる、
などの可能性がある。
(i)合成時の重合反応を十分に行い未反応原料を消費する。
(ii)合成反応後に軽沸分の留去を十分に行い軽沸の低分子量残留物を除去する。
(iii)合成反応時の反応速度や条件を適切に制御し、重合反応が均一に進行するようにし、分子量分布が必要以上に大きくならないようにする。
反応時間の調整は、GPC及び粘度測定により分子量管理を行ないつつ、適宜行なうことが好ましい。さらに、昇温時間を考慮して調節することが好ましい。
溶媒を用いる場合には、必要に応じて常圧にて溶媒留去を行なうことが好ましい。さらに、溶媒や除去したい低分子量物の沸点が硬化開始温度(通常は120℃以上)である場合には、必要に応じて減圧留去を行なうことが好ましい。一方、導光膜の薄層塗布など、使用目的によっては低粘度化のため溶媒が一部残存していても良く、反応溶媒と異なる溶媒を反応溶媒留去後に後添加しても良い。
本発明の光学部材の特定層形成液、及び特定層はTG−mass(熱分解MSクロマトグラム)において、40℃〜210℃の範囲の加熱発生ガスのクロマトグラム積分面積が小さいものであることが好ましい。
TG−massは、特定層形成液を昇温して前記特定層形成液及び特定層中の低沸点成分を検出するものであるが、40℃〜210℃の範囲にクロマトグラム積分面積が大きい場合、水、溶媒および3員環から5員環の環状シロキサンといった、低沸点成分が成分中に存在することを示す。このような場合、(i)低沸点成分が多くなり、硬化過程において気泡の発生またはブリードアウトし基板との密着性が低くなるほか、硬化不十分となったり、硬化時の重量減が大きくなったりするなどの可能性や、(ii)ランプ発光時やリフロー時の発熱により気泡の発生またはブリードアウトするなどの可能性がある。そこで、特定層形成液及び特定層はかかる低沸点成分が少ないものが好ましい。
[TG−massの測定条件]
加熱炉:フロンティア・ラボ製 PY−2010型
加熱炉昇温プログラム:40℃→10℃/min→400℃
インターフェース温度:100℃
試料カップ:白金大(25μL)
試料量:約10mg
GC:HP製6890型
カラム:空カラム(0.25mm×10m)
キャリアー:ヘリウム 1.5mL/min
注入口温度:100℃
スプリット比:1/50
オーブン:150℃
MS:日本電子製 AMII−15型
測定法:EI法
イオン化電圧:70eV
イオン化電流:300μA
フォトマル電圧:400V
インターフェース温度:150℃
イオン化室温度:200℃
マスレンジ:m/z=10〜400
スキャンスピード:500ms
加熱された試料より発生するガス成分を空カラムを通じてガスクロへ導入し、MS分析を行なう。試料液約10mgを白金セル(カップ)に入れ、He流通下、40℃〜400℃、10℃/minで昇温する。特定層形成液は、120℃〜150℃付近で固化し、その後は固体状態で加熱される。
本発明の光学部材は、当該光学部材が有する層のうちの少なくとも2層が前記の特定層であれば、当該特定層以外にも層を有していても良い。このような特定層以外の層としては、公知の層を任意に適用することが可能である。また、特定層以外の層は、1層のみが設けられていても良く、2層以上が設けられていても良い。
ただし、本発明の効果をより顕著に得るためには、本発明の光学部材が有する層のうち、より多くが前記の特定層としての特性を有していることが好ましく、全ての層が前記の特定層としての特性を有していることがより好ましい。
本発明の光学部材を製造する方法は特に制限されない。したがって、本発明の光学部材を構成する各層は、それぞれ、任意の方法により製造できる。中でも、特定層は、例えば、後述の一般式(1)や一般式(2)で表わされる化合物及び/又はそれらのオリゴマーを加水分解・重縮合し、重縮合物(加水分解・重縮合物)を乾燥させることにより得ることができる。ただし、特定層ではシロキサン結合を主体とすることが好ましいため、一般式(1)で表わされる化合物又はそのオリゴマーを原料の主体とすることが望ましい。また、加水分解・重縮合物が溶媒を含有している場合には、乾燥させる前に事前に溶媒を留去するようにしてもよい。
以下、この特定層の製造方法について詳しく説明する。
原料としては、下記一般式(1)で表わされる化合物(以下適宜「化合物(1)」という。)及び/又はそのオリゴマーを用いる。
一般式(1)中、mは、Mの価数を表わし、1以上、4以下の整数である。また、「m+」とは、それが正の価数であることを表わす。
nは、X基の数を表わし、1以上、4以下の整数である。但し、m≧nである。
さらに、一般式(1)中でXがアセトキシ基やクロル基である場合には、加水分解反応後に酢酸や塩酸を遊離するため、特定層に絶縁性が求められる場合には、酸成分を除去する工程を付加することが好ましい。
Y0:脂肪族化合物、脂環式化合物、芳香族化合物、脂肪芳香族化合物より誘導される1価以上の有機基である。
また、群Y0に属する有機基の炭素数は、通常1以上、また、通常1000以下、好ましくは500以下、より好ましくは100以下、さらに好ましくは50以下である。
ただし、群Y0に属する有機基の水素と置換可能な置換基として例示したもののなかでも、有機官能基は、導入しやすいものの一例であり、使用目的に応じてこの他各種の物理化学的機能性を持つ有機官能基を導入しても良い。
一般式(1)中、Y1は、上記の有用有機基群Y0に属する有機基などから、その目的により様々な基を選択できるが、耐紫外線性、耐熱性に優れる点から、メチル基を主体とすることが好ましい。
また、化合物(1)のうち、Mがジルコニウムである化合物としては、例えば、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラn−プロポキシド、ジルコニウムテトラi−プロポキシド、ジルコニウムテトラn−ブトキシド、ジルコニウムテトラi−ブトキシド、ジルコニウムテトラt−ブトキシド、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシドなどが挙げられる。
ただし、これらに具体的に例示した化合物は、入手容易な市販のカップリング剤の一部であり、更に詳しくは、例えば、科学技術総合研究所発行の「カップリング剤最適利用技術」9章のカップリング剤及び関連製品一覧表により示すことができる。また、当然のことながら、本発明に使用できるカップリング剤は、これらの例示により制限されるものではない。
また、一般式(2)において、sは、Mの価数を表わし、2以上、4以下の整数である。また、「s+」は、それが正の整数であることを表わす。
また、一般式(2)において、tは、1以上、s−1以下の整数を表わす。但し、t≦sである。
上記化合物(2)の具体例及びその製品名を以下に挙げる。
・ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド
(信越化学製、KBE−846)
・2−ジエトキシメチルエチルシリルジメチル−2−フラニルシラン
(信越化学製、LS−7740)
・N,N’−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン
(チッソ製、サイラエースXS1003)
・N−グリシジル−N,N−ビス[3−(メチルジメトキシシリル)プロピル]アミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8227)
・N−グリシジル−N,N−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8228)
・N,N−ビス[(メチルジメトキシシリル)プロピル]アミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8206)
・N,N−ビス[3−(メチルジメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8212)
・N,N−ビス[(メチルジメトキシシリル)プロピル]メタクリルアミド
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8213)
・N,N−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8208)
・N,N−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8214)
・N,N−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]メタクリルアミド
(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、TSL8215)
・N,N’,N”−トリス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]イソシアヌレート
(ヒドラス化学製、12267−1)
・1,4−ビスヒドロキシジメチルシリルベンゼン
(信越化学製、LS−7325)
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製ヒドロキシ末端ジメチルポリシロキサンでは、例えば、XC96−723、XF3905、YF3057、YF3800、YF3802、YF3807、YF3897などが挙げられる。
Gelest社製両末端シラノール ポリジメチルシロキサンでは、例えば、DMS−S12、DMS−S14などが挙げられる。
Gelest社製両末端シラノール ジフェニルシロキサン−ジメチルシロキサン コポリマーでは、例えば、PDS−1615が挙げられる。
Gelest社製両末端シラノール ポリジフェニルシロキサンでは、例えば、PDS−9931が挙げられる。
信越化学工業製 シリコーンアルコキシオリゴマー(メチル/メトキシ型)では、例えば、KC−89S、KR−500、X−40−9225、X−40−9246、X−40−9250などが挙げられる。
信越化学工業製 シリコーンアルコキシオリゴマー(メチルフェニル/メトキシ型)では、例えば、KR−9218、KR−213、KR−510、X−40−9227、X−40−9247などが挙げられる。
但し、本発明の製造方法では原料として、Mとしてケイ素を含有し、且つ、有機基Y1又は有機基Y2を少なくとも1つ有する化合物(1)、化合物(2)及びそのオリゴマー(加水分解されたものを含む)を、少なくとも1種以上用いる必要がある。また、系内の架橋が主としてシロキサン結合を始めとする無機成分により形成されることが好ましいことから、化合物(1)及び化合物(2)をともに使用する場合には、化合物(1)が主体となることが好ましい。
例えば従来のゾルゲル法により製造されていた光学部材では、その原料を加水分解及び重縮合させた加水分解・重縮合物(塗布液(加水分解液)に含有されたもの等を含む)は、高い反応活性を有していた。したがって、その加水分解・重縮合物をアルコール等の溶媒で希釈しないと系内の重合が進み、すぐに硬化するため、成形や取り扱いが困難であった。例えば、従来は溶媒で希釈しない場合には、温度が40℃〜50℃程度であっても硬化することがあった。したがって、加水分解後に得られた加水分解・重縮合物の取り扱い性を確保するためには、加水分解・重縮合物に溶媒を共存させることが必須であった。
さらに、上記の内部応力を緩和するために光学部材を柔軟化する目的で原料として2官能成分モノマーを多用すると、重縮合体中の低沸環状体が多くなる可能性があった。低沸環状体は硬化時に揮発してしまうため、低沸環状体が多くなると重量歩留まりが低下することになる。また、低沸環状体は硬化物からも揮発し、応力発生の原因となることがある。さらに、低沸環状体を多く含む光学部材は耐熱性が低くなることがある。これらの理由により、従来は、光学部材を、性能の良いエラストマー状硬化体として得ることは困難であった。
本発明ではまず、上述の化合物(1)、化合物(2)、及び/又はそれらのオリゴマーを加水分解・重縮合反応させる(加水分解・重縮合工程)。この加水分解・重縮合反応は、公知の方法によって行なうことができる。なお、以下適宜、化合物(1)、化合物(2)、及びそのオリゴマーを区別せずに指す場合、「原料化合物」という。
本明細書では、この加水分解時に必要な水の理論量、即ち、加水分解性基の総量の1/2モル比に相当する水の量を基準(加水分解率100%)とし、加水分解時に使用する水の量をこの基準量に対する百分率、即ち「加水分解率」で表わす。
その具体例を挙げると、ジルコニウムを含有する有機金属化合物触媒の例としては、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシジアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラノルマルブトキシド、ジルコニウムアシレート、ジルコニウムトリブトキシステアレートなどが挙げられる。
また、亜鉛を含有する有機金属化合物触媒の例としては、亜鉛トリアセチルアセトネートが挙げられる。
上記の好ましい有機金属化合物触媒を用いることにより、原料化合物を加水分解・重縮合する際には、副生物の低分子環状シロキサンの生成を抑え、高い歩留まりで特定層形成液を合成することができる。
加水分解・重縮合反応時間は反応温度により異なるが、通常0.1時間以上、好ましくは1時間以上、更に好ましくは3時間以上、また、通常100時間以下、好ましくは20時間以下、更に好ましくは15時間以下の範囲で実施される。反応時間の調整は分子量管理を行いつつ適宜行うことが好ましい。
上記の加水分解・重縮合工程において溶媒を用いた場合には、通常、乾燥の前に加水分解・重縮合物から溶媒を留去することが好ましい(溶媒留去工程)。これにより、溶媒を含まない特定層形成液(液状の加水分解・重縮合物)を得ることができる。上述したように、従来は溶媒を留去すると加水分解・重縮合物が硬化してしまうために加水分解・重縮合物の取り扱いが困難となっていた。しかし、本発明の製造方法では、2官能成分オリゴマーを使用すると加水分解・重縮合物の反応性が抑制されるため、乾燥の前に溶媒を留去しても加水分解・重縮合物は硬化しなくなり、溶媒の留去が可能である。溶媒を乾燥前に留去しておくことにより、脱溶媒収縮によるクラック、剥離、断線などを防止することができる。
溶媒を留去する方法は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、加水分解・重縮合物の硬化開始温度以上の温度で溶媒の留去を行なうことは避けるようにする。
一般に高温・高真空条件で軽沸分は効率良く留去できるが、軽沸分が微量であるため装置形状により精密に留去できない場合には、高温操作によりさらに重合が進み分子量が上がりすぎる可能性がある。さらに、所定の種類の触媒を使用している場合には、長時間高温反応に供すると失活し、特定層形成液を硬化しにくくなる可能性もある。そこで、これらの場合などには、必要に応じ窒素吹き込みや水蒸気蒸留などにより低温常圧で軽沸分を留去しても良い。
これらの方法により溶媒や水分、副生低分子環状シロキサン、溶存空気などの軽沸分を十分に除いた特定層形成液を用いて製造する特定層を備えた光学部材は、軽沸分の気化による硬化時発泡や高温使用時の基板または各層からの剥離を低減させることができるため、好ましい。
こうして得られた特定層形成液は、基板等の所望の部位に塗布し、塗膜を形成させる。この塗膜は、後述するように乾燥させることで特定層となる。なお、前記の溶媒留去を行う場合には、溶媒留去の前に塗布を行なってもよく、溶媒留去の後に塗布を行なってもよい。
また、塗布に用いる手法に制限は無いが、例えば、キャスト法、スピン法、ディップ法などを用いることができる。
上述の加水分解・重縮合反応により得られた加水分解・重縮合物を乾燥させる(乾燥工程。または、硬化工程)ことにより、特定層を得ることができる。この加水分解・重縮合物は上述のように通常は液状であるが、これを目的とする形状の型に入れた状態で乾燥を行なうことにより、目的とする形状を有する特定層を形成することが可能となる。また、この加水分解・重縮合物を前記のように目的とする部位に塗布した状態で乾燥を行なうことにより、目的とする部位に直接、特定層を形成することが可能となる。なお、乾燥工程では必ずしも溶媒が気化するわけではないが、ここでは、流動性を有する加水分解・重縮合物が流動性を失って硬化する現象を含めて、乾燥工程と呼ぶものとする。したがって、溶媒の気化を伴わない場合には、上記「乾燥」は「硬化」と読み替えて認識してもよい。
乾燥の際には、加水分解・重縮合物を所定の硬化温度まで加熱して硬化させるようにする。具体的な温度範囲は加水分解・重縮合物の乾燥が可能である限り任意であるが、メタロキサン結合は通常100℃以上で効率良く形成されるため、好ましくは120℃以上、更に好ましくは150℃以上で実施される。但し、基板や半導体発光装置などの光源を含む光学部材を加熱する場合は、通常は基板や半導体発光装置などの光源などの構成要素の耐熱温度以下の温度、好ましくは200℃以下で乾燥を実施することが好ましい。
なお、乾燥工程における昇温条件は特に制限されない。即ち、乾燥工程の間、一定の温度で保持しても良く、連続的又は断続的に温度を変化させても良い。また、乾燥工程を更に複数回に分けて行なってもよい。さらに、乾燥工程において、温度を段階的に変化させるようにしてもよい。温度を段階的に変化させることにより、残留溶媒や溶存水蒸気による発泡を防ぐことができるという利点を得ることができる。また、低温で硬化させた後、高温で追硬化した場合には、得られる特定層中に内部応力が発生しにくく、クラックや剥離を起こしにくいという利点も得ることができる。
ただし、第1の乾燥工程中でも硬化が進行することはありえるし、第2の乾燥工程中にも溶媒除去が進行する場合はありえる。しかし、第1の乾燥工程中の硬化や第2の乾燥工程中の溶媒除去は、通常は本発明の効果に影響を及ぼさない程度に小さいものである。
上述の乾燥工程の後、得られた特定層に対し、必要に応じて各種の後処理を施しても良い。後処理の種類としては、密着性の改善のための表面処理、反射防止膜の作製、光取り出し効率向上のための微細凹凸面の作製等が挙げられる。
本発明の特定層形成液は、上述したように、加水分解・重縮合工程により得られる液状材料であり、乾燥工程で硬化させられることによって特定層となるものである。
特定層には、本発明の要旨を逸脱しない限り、任意の成分を含有させることができる。したがって、用途によっては、特定層及び特定層形成液は、上述した加水分解・重縮合物以外にその他の成分を含有していてもよい。例えば、必要に応じて特定層及び特定層形成液に蛍光体や無機粒子などを含有させてもよい。また、その他の成分は、1種のみを用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。なお、これらのその他の成分は、光学部材を構成する特定層以外の層に含有させても良い。
以下、蛍光体および無機粒子について説明する。
本発明の光学部材は、例えば、後述する蛍光体含有層中に蛍光体を含有することができる。なお、蛍光体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、蛍光体は、本発明の光学部材を構成する層のうち、2層以上に含有されていても良い。
蛍光体の組成には特に制限はないが、結晶母体であるY2O3、Zn2SiO4等に代表される金属酸化物、Ca5(PO4)3Cl等に代表されるリン酸塩及びZnS、SrS、CaS等に代表される硫化物に、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等の希土類金属のイオンやAg、Cu、Au、Al、Mn、Sb等の金属のイオンを付活剤または共付活剤として組み合わせたものが好ましい。
具体的には、蛍光体として以下に挙げるものを用いることが可能であるが、これらはあくまでも例示であり、本発明で使用できる蛍光体はこれらに限られるものではない。なお、本明細書における蛍光体の例示では、構造の一部のみが異なる蛍光体を、適宜省略して示している。例えば、「Y2SiO5:Ce3+」、「Y2SiO5:Tb3+」及び「Y2SiO5:Ce3+,Tb3+」を「Y2SiO5:Ce3+,Tb3+」と、「La2O2S:Eu」、「Y2O2S:Eu」及び「(La,Y)2O2S:Eu」を「(La,Y)2O2S:Eu」とまとめて示している。省略箇所はカンマ(,)で区切って示す。
赤色の蛍光を発する蛍光体(以下適宜、「赤色蛍光体」という)が発する蛍光の具体的な波長の範囲を例示すると、ピーク波長が、通常570nm以上、好ましくは580nm以上、また、通常700nm以下、好ましくは680nm以下が望ましい。
緑色の蛍光を発する蛍光体(以下適宜、「緑色蛍光体」という)が発する蛍光の具体的な波長の範囲を例示すると、ピーク波長が、通常490nm以上、好ましくは500nm以上、また、通常570nm以下、好ましくは550nm以下が望ましい。
このような緑色蛍光体として、例えば、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行なう(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Euで表わされるユウロピウム付活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行なう(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Euで表わされるユウロピウム付活アルカリ土類シリケート系蛍光体等が挙げられる。
青色の蛍光を発する蛍光体(以下適宜、「青色蛍光体」という)が発する蛍光の具体的な波長の範囲を例示すると、ピーク波長が、通常420nm以上、好ましくは440nm以上、また、通常480nm以下、好ましくは470nm以下が望ましい。
このような青色蛍光体としては、規則的な結晶成長形状としてほぼ六角形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行なうBaMgAl10O17:Euで表わされるユウロピウム付活バリウムマグネシウムアルミネート系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行なう(Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Euで表わされるユウロピウム付活ハロリン酸カルシウム系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ立方体形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行なう(Ca,Sr,Ba)2B5O9Cl:Euで表わされるユウロピウム付活アルカリ土類クロロボレート系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、青緑色領域の発光を行なう(Sr,Ca,Ba)Al2O4:Euまたは(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Euで表わされるユウロピウム付活アルカリ土類アルミネート系蛍光体等が挙げられる。
また、青色蛍光体としては、例えば、ナフタル酸イミド系、ベンゾオキサゾール系、スチリル系、クマリン系、ピラゾリン系、トリアゾール系化合物の蛍光色素、ツリウム錯体等の有機蛍光体等を用いることも可能である。
黄色の蛍光を発する蛍光体(以下適宜、「黄色蛍光体」という。)が発する蛍光の具体的な波長の範囲を例示すると、通常530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上、また、通常620nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあることが好適である。黄色蛍光体の発光ピーク波長が短すぎると黄色成分が少なくなり演色性が劣ることとなる可能性があり、長すぎると光学部材から放射される光の輝度が低下する可能性がある。
また、そのほか、黄色蛍光体としては、CaGa2S4:Eu(Ca,Sr)Ga2S4:Eu、(Ca,Sr)(Ga,Al)2S4:Eu等の硫化物系蛍光体、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu等のSiAlON構造を有する酸窒化物系蛍光体等のEuで付活した蛍光体を用いることも可能である。
本発明の光学部材は、上述したもの以外の蛍光体を含有させることも可能である。例えば、本発明の光学部材を構成する層は、イオン状の蛍光物質や有機・無機の蛍光成分を均一・透明に溶解・分散させた蛍光ガラスとすることもできる。
本発明に使用する蛍光体の粒径は特に制限はないが、中央粒径(D50)で、通常0.1μm以上、好ましくは2μm以上、さらに好ましくは5μm以上である。また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。蛍光体の中央粒径(D50)が上記範囲にある場合は、後述する蛍光体含有層において、光源から伝送された光が充分に散乱される。また、光源から伝達された光が充分に蛍光体粒子に吸収されるため、波長変換が高効率に行われると共に、蛍光体から発せられる光が全方向に照射される。これにより、複数種類の蛍光体からの一次光を混色して白色にすることができると共に、均一な白色光と照度が得られる。一方、蛍光体の中央粒径(D50)が上記範囲より大きい場合は、蛍光体が発光部の空間を充分に埋めることができないため、光源から伝達された光が充分に蛍光体に吸収されない可能性がある。また、蛍光体の中央粒径(D50)が、上記範囲より小さい場合は、蛍光体の発光効率が低下するため、照度が低下する可能性がある。
なお、本発明において、中央粒径(D50)および粒度分布(QD)は、重量基準粒度分布曲線から得ることが出来る。前記重量基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、例えば以下のように測定することが出来る。
(1)気温25℃、湿度70%の環境下において、エチレングリコールなどの溶媒に蛍光体を分散させる。
(2)レーザ回折式粒度分布測定装置(堀場製作所 LA−300)により、粒径範囲0.1μm〜600μmにて測定する。
(3)この重量基準粒度分布曲線において積算値が50%のときの粒径値を中央粒径D50と表記する。また、積算値が25%及び75%の時の粒径値をそれぞれD25、D75と表記し、QD=(D75−D25)/(D75+D25)と定義する。QDが小さいことは粒度分布が狭いことを意味する。
本発明に使用する蛍光体は、耐水性を高める目的で、または蛍光体含有層中で蛍光体の不要な凝集を防ぐ目的で、表面処理が行われていてもよい。かかる表面処理の例としては、特開2002−223008号公報に記載の有機材料、無機材料、ガラス材料などを用いた表面処理、特開2000−96045号公報等に記載の金属リン酸塩による被覆処理、金属酸化物による被覆処理、シリカコート等の公知の表面処理などが挙げられる。
(i)所定量のリン酸カリウム、リン酸ナトリウムなどの水溶性のリン酸塩と、塩化カルシウム、硫酸ストロンチウム、塩化マンガン、硝酸亜鉛等のアルカリ土類金属、Zn及びMnの中の少なくとも1種の水溶性の金属塩化合物とを蛍光体懸濁液中に混合し、攪拌する。
(ii)アルカリ土類金属、Zn及びMnの中の少なくとも1種の金属のリン酸塩を懸濁液中で生成させると共に、生成したこれらの金属リン酸塩を蛍光体表面に沈積させる。
(iii)水分を除去する。
する方法(例えば、特開平3−231987号公報)等が挙げられ、分散性を高める点においてはアルコキシシランを加水分解したものを表面処理する方法が好ましい。
本発明において、蛍光体粒子を加える方法は特に制限されない。例えば、特定層に蛍光体を含有させる場合、蛍光体粒子の分散状態が良好な場合であれば、上述の特定層形成液に後混合するだけでよい。即ち、特定層形成液と蛍光体とを混合し、蛍光体含有層形成液を用意して、この蛍光体含有層形成液を用いて蛍光体含有層を作製すればよい。蛍光体粒子の凝集が起こりやすい場合には、加水分解前の原料化合物を含む反応用溶液(以下適宜「加水分解前溶液」という。)に蛍光体粒子を前もって混合し、蛍光体粒子の存在下で加水分解・重縮合を行なうと、粒子の表面が一部シランカップリング処理され、蛍光体粒子の分散状態が改善される。
本発明の蛍光体含有層における蛍光体の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であり、その適用形態により自由に選定できるが、蛍光体総量として、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上、また、通常35重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは28重量%以下である。
ところで、例えば特定層に蛍光体を含有させて蛍光体含有層を構成する場合には、当該特定層形成液はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂など従来の光学部材形成液と比較して低粘度であり、かつ蛍光体や無機粒子とのなじみが良く、高濃度の蛍光体や無機粒子を分散しても十分に塗布性能を維持することが出来る利点を有する。また、必要に応じて重合度の調整やアエロジル等チキソ材を含有させることにより高粘度にすることも可能であり、目的の蛍光体含有量に応じた粘度の調整幅が大きく、塗布対象物の種類や形状さらにはポッティング・スピンコート・印刷などの各種塗布方法に柔軟に対応できる塗布液を提供することが出来る。
また、本発明の光学部材を構成する層には、光学的特性や作業性を向上させるため、また、以下の<1>〜<5>の何れかの効果を得ることを目的として、更に無機粒子を含有させても良い。中でも、本発明の光学部材を構成する各層のうち、互いに接する特定層が無機粒子を含有していることが好ましい。ただし、この場合には、光学部材が備える2層以上の特定層のうち、少なくとも1層が無機粒子を含有すればよい。なお、無機粒子は、本発明の光学部材を構成する層のうち、1層のみに含有されていてもよく、2層以上に含有されていても良い。
<2>光学部材を構成する層に結合剤として無機粒子を配合することにより、クラックの発生を防止する。
<3>光学部材の各層を構成するための形成液に、粘度調整剤として無機粒子を配合することにより、当該形成液の粘度を高くする。
<4>光学部材を構成する層に無機粒子を配合することにより、その収縮を低減する。
<5>光学部材を構成する層に無機粒子を配合することにより、その屈折率を調整して、光取り出し効率を向上させる。
例えば、無機粒子が粒径約10nmの超微粒子状シリカ(日本アエロジル株式会社製、商品名:AEROSIL#200)の場合、特定層形成液のチクソトロピック性が増大するため、上記<3>の効果が大きい。
また、例えば、特定層に用いられる前記化合物(乾燥させた加水分解・重縮合物)とは屈折率が異なる粒径約1μmの無機粒子を用いると、前記化合物と無機粒子との界面における光散乱が大きくなるので、上記<1>の効果が大きい。
使用する無機粒子の種類としては、シリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化イットリウムなどの無機酸化物粒子やダイヤモンド粒子が例示されるが、目的に応じて他の物質を選択することもでき、これらに限定されるものではない。
これらの無機粒子(一次粒子)の中央粒径は特に限定されないが、通常、蛍光体粒子の1/10以下程度である。具体的には、目的に応じて以下の中央粒径のものが用いられる。例えば、無機粒子を光散乱材として用いるのであれば、その中央粒径は通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上、また、通常50μm以下、好ましくは20μm以下である。また、例えば、無機粒子を骨材として用いるのであれば、その中央粒径は1μm〜10μmが好適である。また、例えば、無機粒子を増粘剤(チキソ剤)として用いるのであれば、その中央粒子は10〜100nmが好適である。また、例えば、無機粒子を屈折率調整剤として用いるのであれば、その中央粒径は1〜10nmが好適である。特に、本発明の光学部材においては、互いに接する特定層のうち、少なくとも1層に中央粒径0.05〜50μmの無機粒子を含有させるとともに、その層及び/又は他の少なくとも1層に中央粒径1〜10nmの無機粒子を含有させることが好ましい。
本発明において、無機粒子を混合する方法は特に制限されない。ただし、形成液に無機粒子を混合する場合には、通常は、蛍光体と同様に遊星攪拌ミキサー等を用いて脱泡しつつ混合することが推奨される。例えばアエロジルのような凝集しやすい小粒子を混合する場合には、粒子混合後必要に応じビーズミルや三本ロールなどを用いて凝集粒子の解砕を行ってから蛍光体等の混合容易な大粒子成分を混合しても良い。
本発明の光学部材の各層における無機粒子の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、その適用形態により自由に選定できる。例えば、無機粒子を光散乱剤として用いる場合は、その含有率は0.01〜10重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を骨材として用いる場合は、その含有率は1〜50重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を増粘剤(チキソ剤)として用いる場合は、その含有率は0.1〜20重量%が好適である。また、例えば、無機粒子を屈折率調整剤として用いる場合は、その含有率は10〜80重量%が好適である。無機粒子の量が少なすぎると所望の効果が得られなくなる可能性があり、多すぎると硬化物の密着性、透明性、硬度等の諸特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、各層を形成するための形成液における無機粒子の含有率は、各層における無機粒子の含有率が前記範囲に収まるように設定すればよい。したがって、形成液が乾燥工程において重量変化しない場合は形成液における無機粒子の含有率は光学部材の各層における無機粒子の含有率と同様になる。また、形成液が溶媒等を含有している場合など、当該形成液が乾燥工程において重量変化する場合は、その溶媒等を除いた形成液における無機粒子の含有率が光学部材の各層における無機粒子の含有率と同様になるようにすればよい。
本発明の第一および第二の光学部材は、屈折率の異なる2以上の層が積層されてなることを特徴とする。
また、本発明の第三および第四の光学部材は、ヘーズ値の異なる2以上の層が積層されてなることを特徴とする。
以下、本発明の光学部材の層構成について説明する。
本発明の第一および第二の光学部材は、屈折率の異なる2以上の層が積層されてなることを特徴とする。本発明の光学部材を光導波路や導光板として用いる場合は、隣接する層間に屈折率差をつけることにより、高屈折率層は光を伝送するコア層を、低屈折率層は光を閉じ込めるクラッド層を、それぞれ形成する。
屈折率は、液浸法(固体対象)のほかPulflich屈折計、Abbe屈折計、プリズムカプラー法、干渉法、最小偏角法などの公知の方法を用いて測定することが出来る。本発明における屈折率の測定波長は、Abbe屈折計などの機器を用いる場合に汎用に用いられるナトリウムD線(589nm)を選択することが出来る。
本発明の第三および第四の光学部材は、ヘーズ値の異なる2以上の層が積層されてなることを特徴とする。本発明の光学部材に光散乱層および/または蛍光体含有層を設ける場合は、前記光散乱層および/または蛍光体含有層のヘーズ値を高くすればよい。
上述の様に、本発明の光学部材は、構成される各層の屈折率および/またはヘーズ値を調整することにより、低屈折率層、高屈折率層、光散乱層および蛍光体含有層を設けることができる。以下、各層について説明する。なお、各層の具体的な設置方法は、[6]章において各実施形態により説明する。
上述の様に本発明の光学部材を光導波路や導光板として用いる場合は、通常、光を閉じ込めるクラッド層としての低屈折率層を設ける。特定層以外の層が低屈折率層となっていても良いが、低屈折率層は、前述の[1]章に記載の特徴を有する化合物からなる特定層により構成されることが好ましい。したがって、本発明の光学部材においては、前記の互いに接する特定層のうちのうちの少なくとも1層が低屈折率層となっていることが好ましい。なお、低屈折率層の屈折率は上述のとおりである。また、低屈折率層は、1層のみを設けてもよく、2層以上を設けても良い。
上述の様に本発明の光学部材を光導波路や導光板として用いる場合は、通常、光を伝送するコア層としての高屈折率層を設ける。特定層以外の層が高屈折率層となっていても良いが、高屈折率層は、前述の[1]章に記載の特徴を有する化合物からなる特定層により構成されることが好ましい。したがって、本発明の光学部材においては、前記の互いに接する特定層のうち少なくとも1層が高屈折率層となっていることが好ましい。
本発明の光学部材は、光源から伝送された光を外部に放射させる光散乱層を設けることができる。光散乱層は、光学部材から外部に放射される光の指向角を広げる働きがある。特定層以外の層が光散乱層となっていても良いが、光散乱層は、前述の[1]章に記載の特徴を有する化合物からなる特定層により構成されることが好ましい。また、光散乱層は、[4−2]章に記載される様に、光散乱材として、中央粒径が通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上、また、通常50μm以下、好ましくは20μm以下の無機粒子を含有させることが好ましい。なお、光散乱層は、1層のみを設けてもよく、2層以上を設けても良い。
また、積層させる各層表面を粗面化する方法としては、例えば、フッ酸やアルカリ等を用いる薬液処理、ブラスト処理、粉体コート、拡散粒子含有コーティング液の塗布、粒子貼り付け、光照射、インクジェット印刷等がある。また、例えば、構成させる層の中に沈降性、あるいは浮遊性の光拡散粒子を含有させ、コーティングしたあとに粒子を沈降または浮遊させて各層の界面により多くの拡散粒子を存在させる手法も、粗面を形成させる手法同様に好ましく用いることができる。
本発明の光学部材は、光源から伝送された光の波長を所望の波長に変換するために蛍光体含有層を設けることができる。蛍光体含有層は、光学部材を構成する層のうち、蛍光体を含有する層のことを言う。この際、特定層以外の層が蛍光体含有層となっていても良いが、蛍光体含有層は前述の[1]章に記載の特徴を有する化合物からなる特定層により構成されることが好ましい。この場合、本発明の光学部材を構成する各層のうち、互いに接する特定層が蛍光体を含有して蛍光体含有層を構成することが好ましい。ただし、この場合には、光学部材が備える2層以上の特定層のうち、少なくとも1層が蛍光体を含有すればよい。
蛍光体含有層は、層内に[4−1]章に記載される蛍光体を含有させて形成される。また、蛍光体含有層には、蛍光体に当たる光量を増加させ、波長変換効率を向上させるために、光散乱材として、中央粒径が0.1〜10μmの無機粒子を含有させてもよい。なお、蛍光体含有層は、1層のみを設けてもよく、2層以上を設けても良い。
本発明の光学部材の形状及び寸法に制限は無く任意である。例えば、光学部材の光導波路や導光板として使用される場合には、本発明の光学部材の形状及び寸法は、その光導波路や導光板の基板の形状及び寸法に応じて決定される。また、基板の表面に形成される場合は、通常は膜状に形成されることが多く、その寸法は用途に応じて任意に設定される。また、形成膜(光学部材を形成する膜)は、前述の様に、屈折率やヘーズ値の異なるものを複数積層させるが、各層の寸法も用途に応じて任意に設定される。
以下、本発明の光学部材の例として、半導体発光装置を光源とする導光板を例に挙げて、実施形態を用いて説明する。但し、これらの実施形態はあくまでも説明の便宜のために用いるものであって、本発明の光学部材を適用した光導波路、導光板その他の例は、これらの実施形態に限られるものではない。
第一の実施形態の導光板8は、図1に示すように、基板1上にLEDチップからなる半導体発光素子2と、場合により、任意に半導体発光素子2を被覆する様に配設された封止材3とからなる半導体発光装置4を光源として備えている。
また、高屈折率層6の接面(例えば上面)には、適宜光散乱層および/または蛍光体含有層7を設けることができる。光散乱層は、高屈折率層6により伝送された光源からの発光を外部に放射させる働きを担保する。蛍光体含有層は、高屈折率層6により伝送された光源からの光に励起されて所望の波長の光を発光する波長変換機能を発揮するものである。なお、本実施形態の導光板8では、主としてこれらの光散乱層および/または蛍光体含有層7から光が放射されることになるため、光散乱層および/または蛍光体含有層7を形成する位置はデザイン性を考慮して設定することが好ましい。
本実施形態では、高屈折率層6の上面の所定の部位に光散乱層および/または蛍光体含有層7が形成され、高屈折率層6の上面のそれ以外の部位には低屈折率層5’が形成されているものとする。
GaN系LEDはこれら発光層、p層、n層、電極、および基板を基本構成要素としたものであり、発光層をn型とp型のAlXGaYN層、GaN層、またはInXGaYN層などでサンドイッチにしたヘテロ構造を有しているものが発光効率が高く、好ましく、さらにヘテロ構造を量子井戸構造にしたものが発光効率がさらに高く、より好ましい。
使用される封止材3としては、本発明の光学部材の高屈折率層6と同じ化合物を用いるのが、密着性などの観点から好ましい。また、封止材3としては、その他の材料を使用することもできる。通常は、封止材3としては樹脂(以下適宜、「封止樹脂」という)を用いる。そのような封止樹脂としては、通常、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。具体的には、例えば、ポリメタアクリル酸メチル等のメタアクリル樹脂;ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエステル樹脂;フェノキシ樹脂;ブチラール樹脂;ポリビニルアルコール;エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;シリコーン樹脂等が挙げられる。また、無機系材料、例えば、金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液又はこれらの組み合わせを固化した無機系材料、例えばシロキサン結合を有する無機系材料を用いることができる。なお、封止樹脂等の封止材3の材料は、1種を用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、本実施形態では高屈折率層6により伝送された光は、その側面部の高屈折率層6が露出している部位からも放射される。
本発明の光学部材を光導波路、導光板などに適用する場合には、本発明を適用する箇所に応じて、適宜変形を加えるのが好ましい。例えば、光源は、基板面の所望の位置に所望の数を適宜設けることができる。光散乱層、蛍光体含有層は、光学部材の所望の位置に所望の数を適宜設けることができる。
なお、低屈折率層5と高屈折率層6の屈折率差を小さくする場合は、低屈折率層5に進入する光を利用して所望の効果を達成させるために、光散乱層および/または蛍光体含有層7を低屈折率層5の一部に設けることもできる(図3)。
さらに、本実施形態に係る導光板8は、前記の点、並びに、光散乱層および/または蛍光体含有層7を低屈折率層5の一部に設けないこと以外の構成は、第三の実施形態と同様に構成されている。したがって、本実施形態の導光板8も、互いに接する特定層である低屈折率層5及び光散乱層7が積層されることで構成されているため、第三の実施形態と同様に、厚膜化が可能であること、クラック及び剥離の抑制が可能であること、耐熱性及び耐光性に優れること等の利点を得ることができるようになっている。
このような光散乱層および/または蛍光体含有層7の作製方法に制限は無い。例えば、第五の実施形態で説明した高屈折率部6aと同様にして作製することができる。ただし、本実施形態では、前記の光散乱層および/または蛍光体含有層7は高屈折率層6の内部に設けられているのであるから、光散乱層および/または蛍光体含有層7を形成した後で、さらにその上に高屈折率層6を積層する。
また、上述した実施形態においては、低屈折率層5,5’、光屈折率層6並びに光散乱層および/または蛍光体含有層7などの特定層が少なくとも2層積層されている限り、導光板8を構成する一部の層を設けないようにしてもよく、また、更に他の層を積層してもよい。例えば、特定層は透光性及び密着性に優れていることから、上述した導光板8の最外層にポリエチレンテレフタレート(PET)等で形成された防湿フィルムを設けることが好適である。
色材は、境界部の各機能向上を目的として、その材料や、色を適宜選択して用いることができる。例えば、異なる色を伝播させる2つの導光層領域を境界部で区切る場合、境界部が白色であると、各々の領域の光を白色の境界部が反射し、隣の領域への光の漏れ出しを防止し混色を防ぐ効果がある。ただし、白色の境界部を非常に細く又は薄くした場合には、光の遮蔽効果が不十分となる可能性がある。この場合には黒色の境界部を用いると、光吸収による導光量のロスが生じるが、隣の領域への光の混色を確実に防止することが出来ると考えられる。
境界部に色材を含有させて白色とする場合は、色材としては無機および/または有機の材料を用いることができ、例えば、無機粒子としてはアルミナ微粉、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の金属塩;窒化硼素、アルミナホワイト、コロイダルシリカ、珪酸アルミニウム、珪酸ジルコニウム、硼酸アルミニウム、クレー、タルク、カオリン、雲母、合成雲母などが挙げられる。また、有機微粒子としては、弗素樹脂粒子、グアナミン樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、シリコン樹脂粒子等の樹脂粒子などを挙げることができるが、いずれもこれらに限定されるものではない。
また、境界部に色材を含有させて黒色とする場合は、無機および/または有機の材料を用いることができ、例えば、無機粒子としてはチタンブラック、カーボンブラック、酸化鉄ブラック、硫酸ビスマス、などが挙げられる。また、有機微粒子としては、アニリンブラック、シアニンブラック、ペリレンブラック等を挙げることができるが、いずれもこれらに限定されるものではない。
また、色材は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[1−1]導光板の製造
実施例1−1の導光板を、以下の手順で作製した。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を1450.82g、フェニルトリメトキシシランを145g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を3.190g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた2Lの三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120℃まで昇温し、120℃全還流下で30分間攪拌しつつ初期加水分解を行った。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を42g、両末端シラノールメチルフェニルシリコーンオイルYF3804を98g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120℃まで昇温し、120℃全還流下で2時間攪拌しつつ初期加水分解を行った。
続いて窒素をSV20で吹き込み生成メタノール及び水分、副生物の低沸ケイ素成分を留去しつつ120℃で攪拌し、さらに6時間重合反応を進めた。
窒素の吹き込みを停止し反応液をいったん室温まで冷却した後、ナス型フラスコに反応液を移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間微量に残留しているメタノール及び水分、低沸ケイ素成分を留去し、無溶剤の特定層(高屈折率層)形成液を得た。
光散乱粒子として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「トスパール145(中央粒径5μm)」0.75gおよびAl2O3微粉 CR1(中央粒径400nm)0.076gを[1−1−2]で前述した特定層(高屈折率層)形成液11.3gおよびヘプタン2.5gと混合し、超音波分散を行い、特定層(光散乱層)形成液を得た。
青色LEDを実装したガラス繊維強化エポキシ積層板に、LED部を囲むようにドーナツ型(外周10mmφ、穴部6mmφ)の東洋アドテック社製低粘着テープ「T120HW」を貼り、このテープ真上に、10mmφの東洋アドテック社製低粘着テープ「T120HW」を貼った。
前記[1−1−1]の特定層(低屈折率層)形成液をスピンコートした。スピンコートは300rpmで5秒間行った後、1200rpmで10秒間行なった。
前述の低粘着テープをはがし、前記特定層形成液を、150℃、2時間の雰囲気下で硬化させたところ、LED部を除いて低屈折率層を塗布することができた。
次に、上記高屈折率層の上面に、前述の[1−1−3]の特定層(光散乱層)形成液を流しながら塗布した。余分な散乱液は下に敷いた紙にしみこませた。30分以上、散乱粒子がレベリングするのを待ち、150℃、2時間の雰囲気下で硬化させた。
[1−2−1]固体Si−NMRスペクトル測定及びシラノール含有率の算出
実施例1−1の導光板の各層について、以下の条件で固体Si−NMRスペクトル測定及び波形分離解析を行なった。得られた波形データより、実施例1−1の導光板の各層について、各々のピークの半値幅を求めた。また、全ピーク面積に対するシラノール由来のピーク面積の比率より、全ケイ素原子中のシラノールとなっているケイ素原子の比率(%)を求め、別に分析したケイ素含有率と比較することによりシラノール含有率を求めた。
装置:Chemagnetics社 Infinity CMX−400 核磁気共鳴分光装置
29Si共鳴周波数:79.436MHz
プローブ:7.5mmφCP/MAS用プローブ
測定温度:室温
試料回転数:4kHz
測定法:シングルパルス法
1Hデカップリング周波数:50kHz
29Siフリップ角:90゜
29Si90゜パルス幅:5.0μs
くり返し時間:600s
積算回数:128回
観測幅:30kHz
ブロードニングファクター:20Hz
512ポイントを測定データとして取り込み、8192ポイントにゼロフィリングしてフーリエ変換した。
フーリエ変換後のスペクトルの各ピークについてローレンツ波形及びガウス波形或いは両者の混合により作成したピーク形状の中心位置、高さ、半値幅を可変パラメータとして、非線形最小二乗法により最適化計算を行なった。
なお、ピークの同定はAIChE Journal,44(5),p.1141,1998年等を参考にした。
実施例1−1の導光板の各層(低屈折率層、高屈折率層、光散乱層)の単独硬化物を100μm程度に粉砕し、白金るつぼ中にて大気中、450℃で1時間、ついで750℃で1時間、950℃で1.5時間保持して焼成し、炭素成分を除去した後、得られた残渣少量に10倍量以上の炭酸ナトリウムを加えてバーナー加熱し溶融させ、これを冷却して脱塩水を加え、更に塩酸にてpHを中性程度に調整しつつケイ素として数ppm程度になるよう定容し、セイコー電子社製「SPS1700HVR」を用いてICP分析を行なった。
実施例1−1の導光板の各層(低屈折率層、高屈折率層、光散乱層)について、古里精機製作所製A型(デュロメータタイプA)ゴム硬度計を使用し、JIS K6253に準拠して硬度(ショアA)を測定した。
[1−2−4]屈折率測定
実施例1−1の導光板の各層(低屈折率層、高屈折率層、光散乱層)の形成液について、25℃でAbbe屈折率計を用いて屈折率を測定した。
実施例1−1の導光板の塗布層(上層)の一端をピンセットでつまんで直角方向にゆっくり引き剥がした際に膜が容易に剥離せず、一部破壊するものを「良」とし、容易にはがれるものを「不良」とした。
目視および/または写真により、実施例1−1の導光板の発光の様子を観察し、所望の箇所目的の箇所全面から均一に光が取り出されていると認められるものを「良」とし、均一に光が取り出されていないと認められるものを「不良」とした。
[2−1.各層の形成液の用意]
[2−1−1]特定層(低屈折率層)形成液の合成
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を1450.82g、フェニルトリメトキシシランを145g、及び、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を3.190g用意した。これを撹拌翼とコンデンサとを取り付けた2Lの三つ口コルベン中に入れ、室温で、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末が十分溶解するまで撹拌した。これにより、15分ほどで溶解した。この液を120℃まで昇温し、30分間還流させながら撹拌を行なった。
窒素の吹き込みを停止しコルベンをいったん室温まで冷却した後、反応液をナス型フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間減圧留去し、特定層(低屈折率層)形成液(粘度282mPa・s;以下適宜「低屈折率バインダ」という)を得た。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を42g、両末端シラノールメチルフェニルシリコーンオイルYF3804を98g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを撹拌翼とコンデンサとを取り付けた200mlの三つ口コルベン中に計量した。室温で、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末が十分溶解するまで撹拌した。これにより、15分ほどで溶解した。この液を120℃まで昇温し、30分間還流させながら撹拌を行なった。
窒素の吹き込みを停止しコルベンをいったん室温まで冷却した後、反応液をナス型フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間減圧留去した。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を105g、両末端シラノールメチルフェニルシリコーンオイルYF3804を35g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた200mlの三つ口コルベン中に計量した。室温で、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末が十分溶解するまで攪拌した。これにより15分ほどで溶解した。この液を120℃まで昇温し、30分間還流させながら攪拌を行なった。
窒素の吹き込みを停止しコルベンをいったん室温まで冷却した後、反応液をナス型フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間減圧留去し、屈折率n=1.43の高屈折率バインダを得た。
容器に無機粒子として超微粒子状シリカ(日本アエロジル株式会社製、商品名:AEROSIL#RX200)0.1g及び上記の高屈折率バインダ1.0gを入れて混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡を行なった。その後、容器を真空チャンバーに入れて、さらに脱泡を行い、n=1.43の特定層(高屈折率)形成液B(以下適宜、「高屈折率バインダB」という)を得た。
容器に無機粒子として、超微粒子状シリカ(日本アエロジル株式会社製、商品名:AEROSIL#130)0.78g、エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン製、商品名:エピコート828US)4.98g、エポキシ樹脂硬化剤(ジャパンエポキシレジン製、商品名:JERエピキュアYLH1230)4.24gを入れて混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡を行なった。その後、容器を真空としさらに脱泡操作を行ない、特定層(堰)形成液Bを得た。
容器に無機粒子として、超微粒子状シリカ(日本アエロジル株式会社製、商品名:AEROSIL#130)0.55g、非凝集タイプアルミナ(Baikowski社製、商品名:CR1、中央粒径0.95ミクロン)2.0g、エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン製、商品名:エピコート828US)4.03g、エポキシ樹脂硬化剤(ジャパンエポキシレジン製、商品名:JERエピキュアYLH1230)3.42gを入れて混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡を行なった。その後、容器を真空としさらに脱泡操作を行ない、特定層(堰)形成液Cを得た。
光散乱粒子として、Al2O3微粉「CR1(中央粒径400nm)」0.1gを[1−1−2]で前述した特定層(高屈折率層)形成液(n=1.46)9.9gと混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡・混合を行なった。その後、容器を真空としてさらに脱泡・混合を行い、特定層(高屈折光散乱層/低散乱型)形成液を得た。
光散乱粒子として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「トスパール145(中央粒径5μm)」1.0g及びAl2O3微粉「CR1(中央粒径400nm)」0.1gを[1−1−2]で前述した特定層(高屈折率層)形成液(n=1.46)8.9gと混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡・混合を行なった。その後、容器を真空としてさらに脱泡・混合を行い、特定層(高屈折光散乱層/中散乱型)形成液を得た。
光散乱粒子として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「トスパール145(中央粒径5μm)」2.0g及びAl2O3微粉「CR1(中央粒径400nm)」0.2gを[1−1−2]で前述した特定層(高屈折率層)形成液(n=1.46)7.8gと混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡・混合を行なった。その後、容器を真空としてさらに脱泡・混合を行い、特定層(高屈折光散乱層/強散乱型)形成液を得た。
光散乱粒子として、2μm球状シリカ2.0g及び[1−1−1]で合成した特定層(低屈折率層)形成液(n=1.42)8.0gを混合し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡・混合を行なった。その後、容器を真空としてさらに脱泡・混合を行い、特定層(低屈折光散乱層)形成液を得た。
[導光板の製造]
厚さ0.43mmのガラス繊維強化エポキシ積層板に、ドリルにて2mmφの穴を開け、この穴の裏側から耐薬テープを貼り穴を塞いだ後、表側から穴の中に高屈折率バインダAを注入し、150℃で一時間保持して硬化させて穴を塞いだ。その後、耐薬テープを剥がした。
また、穴の直下には青色LEDを設置し、この青色LEDから発せられる光が前記の穴を塞ぐ高屈折率バインダAを通じて基板の上部に伝送されるようにした。具体的には、ポリフタルアミド製表面実装パッケージ(3.4mm×2.8mm)に、クリー社製C460MBチップをエポキシ銀ペーストにてダイボンディングし、金線にてワイヤボンディングしたランプを低屈折率バインダを用いて封止し、90℃で1時間、110℃で2時間、及び150℃で3時間保持し、硬化させた青色LEDを用いた。
その後、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で0.5時間保持し、境界部を硬化させた。これにより、高さ500μm、幅1mmの、稜線のない形状の境界部が得られた。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、低屈折率バインダを硬化させて、厚さ35μmの低屈折率層を形成した。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、高屈折率バインダAを硬化させて、厚さ415μmの高屈折率層Aを形成した。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、低屈折率バインダを硬化させて、厚さ30μmの低屈折率層を形成した。
以上のようにして、導光板を製造した。
得られた導光板の穴の下から、発光波長460nmの前記青色LEDを発光させて、その様子を観察した。
さらに、前記の「[1−2−5]密着性評価方法」と同様にして、得られた導光板の各層について、密着性を評価した。なお、表3及び後述する表4,5において、密着性が「良」であるものは「○」で表す。
また、前記の「[1−2−1]固体Si−NMRスペクトル測定及びシラノール含有率の算出」と同様にして、得られた導光板の各層について、固体Si−NMRスペクトル測定及びシラノール含有率を測定した。
さらに、前記の「[1−2−2]ケイ素含有率の測定」と同様にして、得られた導光板の各層について、ケイ素含有率を測定した。
また、前記の「[1−2−3]硬度測定」と同様にして、得られた導光板の各層について、硬度(ショアA)を測定した。
さらに、前記の「[1−2−4]屈折率測定」と同様にして、得られた導光板の各層について、屈折率を測定した。
また、透過率の測定と同様の方法にて作製した厚さ1mmの硬化物を用いて、空気層をリファレンスとし、日本電色工業(株)製COH−300Aにてヘーズ値の測定を行なった。
結果を、図11に示す表3に示す。
また、表3の光取り出し性の項において、「全面が光るか」の欄が「○」であれば堰で区切られた面全体が発光していることを意味し、「△」であればLEDと境界部との中間程度まで発光することを意味し、「×」であればチップ近傍の面のみが発光していることを意味する。
さらに、表3の光取り出し性の項において、「境界部での光の遮蔽」の欄が「○」であれば境界内部の面のみ発光していることを意味し、「×」であれば境界を越え隣接する面に発光が達していることを意味する。
高屈折率層Aの上に低屈折率層を形成しなかったこと以外は実施例2−1と同様にして、導光板を製造した。得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図11に示す表3に示す。
高屈折率層A及びその高屈折率層A上の低屈折率層を形成しなかったこと以外は実施例2−1と同様にして、導光板を製造した。得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図11に示す表3に示す。
特定層(堰)形成液Bの代わりに特定層(堰)形成液Cを用いて境界部を形成したこと、及び、高屈折率層Aの上に低屈折率層を形成しなかったこと以外は実施例2−1と同様にして、導光板を製造した。得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図11に示す表3に示す。
高屈折率層A及びその高屈折率層A上の低屈折率層を形成しなかったこと以外は実施例2−3と同様にして、導光板を製造した。得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図11に示す表3に示す。
[導光板の製造]
厚さ0.43mmのガラス繊維強化エポキシ積層板上の電極に、青色LEDチップ(クリー社製、商品名:C460MB290)を、エポキシ銀ペーストによるダイボンディングとAu線によるワイヤボンディングにより取り付けた。このLEDチップ上に高屈折率バインダAを盛り上げて塗布し、150℃で1時間保持して硬化させ、LEDチップを高屈折率層Aで封止した。
その後、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で0.5時間保持し、境界部を硬化させた。これにより、高さ500μm、幅1mmの、稜線のない形状の境界部が得られた。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、高屈折率バインダAを硬化させて、厚さ500μmの高屈折率層Aを形成した。
なお、表4の光取り出し性の項において、「遠くまで光るか」の欄が「○」であれば堰付近にまで発光面が達していることを意味し、「△」であればLEDと境界部との中間程度まで発光することを意味し、「×」であればチップ直上のみ発光していることを意味する。
また、表4の光取り出し性の項において、「全面が光るか」の欄が「○」であれば堰で区切られた面全体が発光していることを意味し、「△」であればLEDと境界部との中間程度まで発光することを意味し、「×」であればチップ近傍の面のみが発光していることを意味する。
さらに、表4の光取り出し性の項において、「境界部での光の遮蔽」の欄が「○」であれば境界内部の面のみ発光していることを意味し、「×」であれば境界を越え隣接する面に発光が達していることを意味する。
低屈折率層でLEDチップを封止し、基板上に高屈折率層Aの代わりに、実施例2−1と同様にして低屈折率層を形成し、その低屈折率層の上に、以下の要領で光散乱層を形成したこと以外は、比較例2−3と同様にして導光板を製造した。
光散乱層は、低屈折率層上の前記の境界部の内側部分に、特定層(低屈折光散乱層)形成液を塗布し、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持して硬化させて形成した。この際、光散乱層の厚さは470μmであった。なお、この際も、境界部が特定層(低屈折光散乱層)形成液を堰き止める堰として作用し、境界部の内側にのみ特定層(低屈折光散乱層)形成液が塗布され、境界部の外側には漏れ出さなかった。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図12に示す表4に示す。
堰の高さを500μmとするとともに、基板上に高屈折率層Aの代わりに、実施例2−1と同様にして厚さ30μmの低屈折率層を形成し、その低屈折率層の上に、以下の要領で高屈折率層Bを形成したこと以外は比較例2−3と同様にして、導光板を製造した。
高屈折率層Bは、低屈折率層上の前記の境界部の内側部分に、高屈折率バインダBを塗布し、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持して硬化させて形成した。この際、高屈折率層Bの厚さは470μmであった。なお、この際も、境界部が高屈折率バインダBを堰き止める堰として作用し、境界部の内側にのみ高屈折率バインダBが塗布され、境界部の外側には漏れ出さなかった。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図12に示す表4に示す。
特定層(堰)形成液Bの代わりに特定層(堰)形成液Cを用いたこと、高屈折率層Aの代わりに実施例2−1と同様にして低屈折率層を形成したこと、その低屈折率層の上に実施例2−1と同様にして高屈折率層Aを形成したこと、及び、その高屈折率層Aの上に、特定層(低屈折光散乱層)形成液の代わりに特定層(高屈折光散乱層/低散乱型)形成液を用いたこと以外は実施例2−4と同様にして光散乱層を形成したこと以外は比較例2−3と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図12に示す表4に示す。
特定層(堰)形成液Cの代わりに特定層(堰)形成液Bを用い、特定層(低屈折光散乱層)形成液の代わりに特定層(高屈折光散乱層/強散乱型)形成液を用いたこと以外は実施例2−6と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図12に示す表4に示す。
特定層(高屈折光散乱層/強散乱型)形成液の代わりに特定層(高屈折光散乱層/中散乱型)形成液を用いたこと以外は実施例2−7と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図12に示す表4に示す。
[導光板の製造]
厚さ0.43mmのガラス繊維強化エポキシ積層基板上の電極に青色LED(クリー社製、商品名:C460MB290)を、エポキシ銀ペーストによるダイボンディングとAu線によるワイヤボンディングにより取り付けた。このLEDを高屈折率バインダAにてドーム状に封止し、150℃で1時間保持して硬化させた。
その後、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で0.5時間保持し、境界部を硬化させた。これにより、高さ300μm、幅1.3mmの、稜線のない形状の境界部が得られた。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
また、表5の光取り出し性の項において、「全面が光るか」の欄が「○」であれば堰で区切られた面全体が発光していることを意味し、「×」であればチップ近傍の面のみが発光していることを意味する。
さらに、表5の光取り出し性の項において、「境界部での光の遮蔽」の欄が「○」であれば境界内部の面のみ発光していることを意味し、「×」であれば境界を越え隣接する面に発光が達していることを意味する。
境界部を形成する際の描画速度を24cm/秒としたこと以外は実施例2−9と同様にして、導光板を製造した。これにより、高さ150μm、幅0.6mmの稜線の無い形状の境界部を有する導光板が得られた。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
特定層(堰)形成液Bに代えて特定層(堰)形成液Cを用いて境界部を形成したこと以外は実施例2−9と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
特定層(堰)形成液Cの代わりに特定層(堰)形成液Bを用いたこと、及び、境界部を形成する際の描画速度を9cm/秒としたこと以外は実施例2−9と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
低屈折率層を形成せず、基板上に直接高屈折率層Aを形成し、その上に光散乱層を形成したこと以外は実施例2−9と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
光散乱層を形成しなかったこと以外は実施例2−9と同様にして、導光板を製造した。
得られた導光板について、実施例2−1と同様にして評価を行なった。結果を、図13に示す表5に示す。
図11〜図13に表示した表3〜5から、屈折率異なる層の積層により導光を高めたものが遠方への光導光機能に優れ、また光取り出し面に散乱層を設けたものが面内の均一な発光(光取り出し)に優れていることがわかる。さらに境界部を設けることにより発光色の異なる導光層を隣接させても色の遮蔽が行なわれ混色することが無く、必要に応じて境界部を白色とすることにより境界部から導光面内への反射が起こり、LEDから最も遠く暗くなりがちな境界部付近の発光均一性を改善することが出来た。積層した特定層の総厚120μmの薄膜とした場合でも面内発光均一性の劣化は無く、極めて薄層の導光層の形成が可能であった。このように、屈折率が異なる層の積層及び散乱層・境界層の併用により、簡便な構造にて均一に面発光可能な導光層を構成することができる。
[3−1]各層の形成液の用意
[3−1−1]特定層(低屈折率層)形成液A(低屈折率;n=1.41)の調液
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を390g、メチルトリメトキシシランを10.41g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.280gを、攪拌翼と、分留管、ジムロートコンデンサ及びリービッヒコンデンサとを取り付けた500ml三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒の粗大粒子が溶解するまで攪拌した。この後、反応液を100℃まで昇温して触媒を完全溶解し、100℃全還流下で30分間500rpmで攪拌しつつ初期加水分解を行った。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を1450.82g、フェニルトリメトキシシランを145g、及び、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を3.190g用意した。これを撹拌翼とコンデンサとを取り付けた2Lの三つ口コルベン中に入れ、室温で、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末が十分溶解するまで撹拌した。これにより、15分ほどで溶解した。この液を120℃まで昇温し、30分間還流させながら撹拌を行なった。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製両末端シラノールジメチルシリコーンオイルXC96−723を42g、両末端シラノールメチルフェニルシリコーンオイルYF3804を98g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120℃まで昇温し、120℃全還流下で2時間攪拌しつつ初期加水分解を行った。
続いて窒素をSV20で吹き込み生成メタノール及び水分、副生物の低沸ケイ素成分を留去しつつ120℃で攪拌し、さらに6時間重合反応を進めた。
窒素の吹き込みを停止し反応液をいったん室温まで冷却した後、ナス型フラスコに反応液を移し、ロータリーエバポレーターを用いてオイルバス上120℃、1kPaで20分間微量に残留しているメタノール及び水分、低沸ケイ素成分を留去し、粘度150mPa・sの無溶剤の液を得た。
[3−1−3]の特定層(高屈折率層)形成液Cの液を5g、光散乱粒子として、Al2O3微粉「CR−1(中央粒径400nm)」を0.11g、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「トスパール145(中央粒径5μm)」を1.09g混合用容器に計量し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用し、遠心脱泡・混合を行い、特定層(高屈折率光散乱層)形成液Dを得た。
[3−2−1]境界部(堰)形成液A(白色縮合型シリコーン樹脂)の調液
[3−1−2]の低屈折率バインダBの液4.2g、光散乱粒子として、Al2O3微粉「CR−1(中央粒径400nm)」を1.407g、日本アエロジル株式会社製疎水性ヒュームドシリカ アエロジルRX200を1.302gを混合用容器に計量し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用して遠心脱泡・混合を行い、白色の境界部(堰)形成液Aを得た。
東レダウコーニング株式会社製シリコーン樹脂OE6336−A液を2.0g、同B液を2.0g、光散乱粒子として、Al2O3微粉「CR−1(中央粒径400nm)」を0.8g、日本アエロジル株式会社製疎水性ヒュームドシリカ アエロジルRX200を0.7g混合用容器に計量し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用して遠心脱泡・混合を行い、白色の境界部(堰)形成液Bを得た。
東レダウコーニング株式会社製シリコーン樹脂OE6336−A液を2.5g、同B液を2.5g、黒色顔料として、三菱マテリアル製チタンブラック粒子BM−Cを1.5g混合用容器に計量し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用して遠心脱泡・混合を行い、黒色の境界部(堰)形成液Cを得た。
[3−1−2]の低屈折率バインダBの液を15g、光散乱粒子として、Al2O3微粉「CR−1(中央粒径400nm)」を4.34g、日本アエロジル株式会社製疎水性ヒュームドシリカ アエロジルRX200を2.8g混合用容器に計量し、自転・公転方式ミキサー脱泡装置を使用して遠心脱泡・混合を行い、白色の境界部(堰)形成液Dを得た。
[実施例3−1]
以下に堰を設け、塗布型導光層を有する発光装置の作製例を示す。
[導光板の製造]
中央にLEDを設置するための凹部を備え、凹部以外の部分に白色ソルダーペーストを塗布した配線基板を用意した。なお、前記凹部にはリフレクタが装着されている。
前記凹部に緑色LEDを実装した。次に、この基板上に、[3−2−1]で得られた境界部(堰)形成液Aを用いて境界部を描画した。境界部は、当該緑色LEDを囲む堰となるように描画した。また、境界部の描画は、武蔵エンジニアリング株式会社製圧空型ディスペンサを使用し、同社製テーパーノズルTPN−22G(内径0.4mm)を用いて行なった。この際の描画速度は2mm/秒とした。さらに、シリンジから境界部(堰)形成液Aを押し出す際の圧力は、0.364MPaに設定した。
その後、これを空気雰囲気中150℃、大気圧で1.0時間保持し、境界部を硬化させた。これにより高さ約300μmの、稜線のない形状の境界部が得られた。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、特定層(低屈折率層)形成液Aを硬化させて、厚さ約50μmの低屈折率層を形成した。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、特定層(低屈折率層)形成液Bを硬化させて、厚さ約200μmの高屈折率層を形成した。
そして、これを空気雰囲気中、150℃、大気圧で1時間保持し、特定層(高屈折率光散乱層)形成液Dを硬化させて、厚さ約50μmの高屈折率光散乱層を形成した。
以上のようにして、図14に模式的に示すような、塗布型導光層を有する発光装置を製造した。
得られた塗布型導光層を有する発光装置に通電を行い、前記緑色LEDを発光させて、その様子を観察した。
さらに、実施例1−1と同様の要領で、得られた導光板の各層について、固体Si−NMRスペクトル、シラノール含有率、ケイ素含有率、硬度(ショアA)、密着性評価を測定した。
[屈折率測定]
特定層の屈折率は、液浸法(固体対象)のほかPulflich屈折計、Abbe屈折計、プリズムカプラー法、干渉法、最小偏角法などの公知の方法を用いて測定することが出来る。本実施例の各層は硬化前後の屈折率変化は非常に僅かであるため、硬化前の液体状態にてAbbe屈折計(ナトリウムD線(589nm))により実施例3−1の導光板の各層(低屈折率層、高屈折率層、光散乱層)の形成液屈折率を測定した。
[ヘーズ値評価方法]
傷や凹凸による散乱の無い厚さ約1mmの平滑な表面の単独硬化物膜を用意し、この単独硬化膜を用いて、空気層をリファレンスとし、日本電色工業(株)製COH−300Aにてヘーズ値の測定を行なった。
なお、表6において、密着性の評価結果において密着性が良好なものは「○」で示した。
また、表6の光取り出し性の項において、「遠くまで光るか」の欄が「○」であれば堰付近にまで発光面が達していることを意味し、「△」であればLEDと堰の中間付近にまで発光面が達していることを意味し、「×」であればチップ直上のみ発光していることを意味する。
また、表6の光取り出し性の項において、「全面が光るか」の欄が「○」であれば堰で区切られた面全体が発光していることを意味し、「△」であればLEDと境界部との中間程度まで発光することを意味し、「×」であればチップ近傍の面のみが発光していることを意味する。
さらに、表6の光取り出し性の項において、「境界部での光の遮蔽」の欄が「○」であれば境界内部の面のみ発光していることを意味し、「×」であれば境界を越え隣接する面に発光が達していることを意味する。
低屈折率層の形成液として特定層(低屈折率層)形成液Bを用いた他は全て実施例3−1と同様にして実施例3−2の発光装置を製造し、実施例3−1と同様の評価を行なった。結果を表6に示す。
堰の素材をシリコーン樹脂としても堰と導光層が剥離することなく好適に導光層を形成することができた。また、実施例3−2より高屈折率層と低屈折率層の屈折率差が大きな実施例3−1は、実施例3−2より光伝播効率が向上し、LEDより遠方まで均一に面発光させることが出来た。
[5−1]堰の描画と硬化
[5−1−1]白色の堰(付加型シリコーン樹脂)
スライドガラス上に[3−2−2]で得られた白色の境界部(堰)形成液Bを用いて1辺1cmの正方形の堰の描画を行なった。堰の描画は、武蔵エンジニアリング株式会社製圧空型ディスペンサを使用し、同社製テーパーノズルTPN−22G(内径0.4mm)を用いて行なった。この際の描画速度は3mm/秒とした。さらに、シリンジから境界部(堰)形成液Bを押し出す際の圧力は、150kPaに設定した。
その後、これを空気雰囲気中150℃、大気圧で1.0時間保持し、堰を硬化させた。これにより高さ約300μmの、稜線のない形状の白色の堰が得られた。
スライドガラス上に[3−2−3]で得られた黒色の境界部(堰)形成液Cを用いたことの他は[5−1−1]と同様にして堰の描画を行なった。これにより高さ約300μmの、稜線のない形状の黒色の堰が得られた。
堰を描画・硬化したのみのスライドガラスに応力をかけて二つに割り、堰の破断面の形状を実体顕微鏡で観察し、堰の高さや断面構造を調べた。[5−1−1]の堰については堰の内側に実施例3−1と同様の方法で低屈折率層、高屈折率層、光散乱層を積層・硬化させてこれを破断させ、実体顕微鏡で破断面を観察し、堰と導光層素材の密着性や濡れ性を調べた。
実施例3−1および[5−1−1]、[5−1−2]の実験例より縮合型シリコーン樹脂や付加型シリコーン樹脂いずれも好適に堰を形成できることがわかった。また、いずれの樹脂により形成した堰も導光層を形成する特定層との密着性良く、堰と特定層の界面が剥離したり、特定層塗布時にはじきが発生したりすることはなかった。さらに堰を白色や黒色に着色形成できることもわかった。
本発明の光学部材を用いて形成された光導波路および導光板は、膜厚設計の自由度が高く、厚膜部においてもクラックの発生が抑制され、基板からの剥離および積層面での剥離が抑制され、さらに耐熱性、耐光性に優れた効果を奏する。
1H,5H 穴
2 半導体発光素子
3 封止材
4 半導体発光装置
5 低屈折率層
5a 低屈折率部
6 高屈折率層
6a 高屈折率部
7 光散乱層および/または蛍光体含有層
8 光学部材(導光板)
9 光学部材の側面と積層面とで形成される角度
10 高屈折率部および/または低屈折率部(境界部)
11 反射層
Claims (15)
- 屈折率の異なる2以上の層が積層されてなる光学部材であって、
前記層のうちの互いに接する少なくとも2層が、下記の条件を満たす
ことを特徴とする光学部材。
(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。 - 屈折率の異なる2以上の層が積層されてなる光学部材であって、
前記層のうちの互いに接する少なくとも2層が、下記の条件を満たす
ことを特徴とする光学部材。
(5)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.5ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が1.0ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。 - 前記の互いに接する層の少なくとも1層の屈折率が1.45以上である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学部材。 - 前記の互いに接する層の、少なくとも1層の屈折率が1.45以上であるとともに、他の少なくとも1層の屈折率が1.45未満である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学部材。 - ヘーズ値の異なる2以上の層が積層されてなる光学部材であって、
前記層のうちの互いに接する少なくとも2層が、下記の条件を満たす
ことを特徴とする光学部材。
(1)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
(4)デュロメータタイプAによる硬度測定値(ショアA)が5以上90以下である。 - ヘーズ値の異なる2以上の層が積層されてなる光学部材であって、
前記層のうちの互いに接する少なくとも2層が、下記の条件を満たす
ことを特徴とする光学部材。
(5)固体Si−核磁気共鳴スペクトルにおいて、
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.5ppm以上、3.0ppm以下であるピーク、及び、
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が1.0ppm以上5.0ppm以下であるピーク
からなる群より選ばれるピークを、少なくとも1つ有する。
(2)ケイ素含有率が10重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。 - 前記の互いに接する層の少なくとも1層が、ヘーズ値50以上である
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の光学部材。 - 前記の互いに接する層の少なくとも1層が無機粒子を含有する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学部材。 - 該無機粒子の中央粒径が1〜10nmである
ことを特徴とする請求項8に記載の光学部材。 - 前記の互いに接する層の、少なくとも1層が中央粒径0.05〜50μmの無機粒子を含有するとともに、その層及び/又は他の少なくとも1層が中央粒径1〜10nmの無機粒子を含有する
ことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の光学部材。 - 前記の互いに接する層の少なくとも1層が蛍光体を含有する
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学部材。 - 該光学部材の側面と積層面とで形成される角度が30度以上80度以下である
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学部材。 - 前記の互いに接する層のうち少なくとも2層を貫通する境界部を備える
ことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の光学部材。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光学部材を用いて形成された
ことを特徴とする光導波路。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光学部材を用いて形成された
ことを特徴とする導光板。
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- 2007-11-22 JP JP2007303462A patent/JP2008276175A/ja active Pending
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