JP2013004901A - Led device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED(発光ダイオード)デバイスに関するものであり、詳しくは、光取出し効率が高く、また信頼性、耐久性に優れると共に、製造も容易なLEDデバイスに関する。 The present invention relates to an LED (light emitting diode) device, and more particularly to an LED device that has high light extraction efficiency, is excellent in reliability and durability, and is easy to manufacture.
近年、省電力化、環境への影響性及び長寿命などの観点から、各種光源や照明の代替として発光ダイオード(LED)が利用されつつある。 In recent years, light-emitting diodes (LEDs) are being used as alternatives to various light sources and illumination in terms of power saving, environmental impact, and long life.
従来、LEDデバイスとして、凹型パッケージ、該凹型パッケージの凹部内に収納されたLED素子、及び該凹型パッケージ内に充填された封止材を有するLEDデバイスが知られている。しかし、このLEDデバイスは、デバイスの組立て時に、LED素子を封止する封止材層がダメージを受けたり、封止材表面のベタツキにより、製造ラインでパッケージがくっついたり、パッケージに汚れが付着するという問題があった。また、LEDデバイス中の銀ワイヤーなどの金属部材の酸化劣化、変色、封止材である樹脂の透湿による加水分解劣化、封止材である樹脂の硫黄吸着による変色などの問題もあった。 Conventionally, as an LED device, an LED device having a concave package, an LED element housed in a concave portion of the concave package, and a sealing material filled in the concave package is known. However, in this LED device, when the device is assembled, the encapsulant layer for encapsulating the LED element is damaged, or the package sticks on the production line due to the sticky surface of the encapsulant, or the package is contaminated. There was a problem. There are also problems such as oxidation deterioration and discoloration of metal members such as silver wires in the LED device, hydrolysis deterioration due to moisture permeation of the resin as the sealing material, and discoloration due to sulfur adsorption of the resin as the sealing material.
また、LEDデバイスでは、一般にLED素子から出た光を、蛍光体を有する封止材層で拡散させ、波長変換された光を取り出している。その際、封止材層の屈折率の影響により、光取出し側から出射しようとする光のうち、層界面に臨界角以上で出射しようとする光は、全反射して封止材層内に閉じ込められてしまい、外部に取り出すことができない。よって、光取出し効率の向上は大きな課題となっている。 Further, in an LED device, light emitted from an LED element is generally diffused by a sealing material layer having a phosphor, and wavelength-converted light is extracted. At that time, of the light to be emitted from the light extraction side due to the refractive index of the sealing material layer, the light to be emitted at the critical angle or more to the layer interface is totally reflected and enters the sealing material layer. It is trapped and cannot be taken out. Therefore, improvement of the light extraction efficiency is a big issue.
特許文献1には、外部からの水分や酸素等の素子劣化因子が素子内部に入るのを抑制するために、光散乱層と同程度の屈折率を有する保護層を設けることが示されている。しかし、特許文献1では、第1の散乱部、第2の散乱部、保護層と多層に積層しており、積層工程が増える点において工業化が困難である。 Patent Document 1 discloses that a protective layer having a refractive index comparable to that of the light scattering layer is provided in order to prevent external element deterioration factors such as moisture and oxygen from entering the element. . However, in Patent Document 1, the first scattering portion, the second scattering portion, and the protective layer are stacked in multiple layers, and industrialization is difficult in that the number of stacking steps increases.
特許文献2には、発光素子の全面を均一な厚さのハイブリット材料からなる連続膜で被覆して、光学特性、耐変色性、耐候性を安定させることが示されている。しかし、発光素子の全面をハイブリット材料膜で被覆する工程は、非常に複雑な工程であり、製造が難しい。また、特許文献2に記載される被覆タイプでは、光が多方向に放出されてしまい、所望の一方向に高い光束密度の明るい光を取り出すことが要求される照明用途では、明るさが不十分であった。
本発明は、上記従来の問題点を解決し、光取出し効率が高く、光が一方向に放出されるため、照明用途として明るい光を得ることができ、また、封止材や内部の金属部材の劣化や変色等の問題がなく、信頼性、耐久性に優れ、しかも、デバイス組立て時の封止材層のダメージの問題や、封止材表面のベタツキの問題もなく、更には製造も容易なLEDデバイスを提供することを課題とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, has high light extraction efficiency, and emits light in one direction, so that bright light can be obtained for illumination use, and a sealing material and an internal metal member can be obtained. There are no problems such as deterioration or discoloration, and it is excellent in reliability and durability. Moreover, there is no problem of damage to the sealing material layer during device assembly, stickiness of the sealing material surface, and easy manufacture. An object is to provide a simple LED device.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、凹型パッケージの凹部内にLED素子を配設して蛍光体と共に封止材で封止したLEDデバイスにおいて、凹型パッケージの凹部の開口部にシリカ膜を設けることによって、上記課題を解決することができることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have found that in an LED device in which an LED element is disposed in a concave portion of a concave package and sealed together with a phosphor, a sealing material is used. It has been found that the above-mentioned problem can be solved by providing a silica film in the opening.
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。 The present invention has been achieved on the basis of such findings, and the gist thereof is as follows.
[1] 凹型パッケージ、該凹型パッケージの凹部内に収納されたLED素子、及び該凹型パッケージ内に充填された蛍光体及び封止材を有するLEDデバイスであって、該凹型パッケージの前記凹部の開口部がシリカ膜で被覆されていることを特徴とするLEDデバイス。 [1] A concave package, an LED element housed in a concave portion of the concave package, and an LED device having a phosphor and a sealing material filled in the concave package, the opening of the concave portion of the concave package An LED device characterized in that a part is coated with a silica film.
[2] 前記シリカ膜は、空隙率が25%以上の多孔性膜であり、該シリカ膜の屈折率が前記封止材の屈折率より低いことを特徴とする[1]に記載のLEDデバイス。 [2] The LED device according to [1], wherein the silica film is a porous film having a porosity of 25% or more, and the refractive index of the silica film is lower than the refractive index of the sealing material. .
[3] 前記シリカ膜の最頻空隙径が0.5〜10nmであることを特徴とする[2]に記載のLEDデバイス。 [3] The LED device according to [2], wherein the mode gap diameter of the silica film is 0.5 to 10 nm.
[4] 前記シリカ膜の膜厚が60〜160nmであることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか1項に記載のLEDデバイス。 [4] The LED device according to any one of [1] to [3], wherein the silica film has a thickness of 60 to 160 nm.
本発明によれば、凹型パッケージの凹部の開口部、即ち、封止材層の上に、シリカよりなる被覆膜を設けることにより、以下のような優れた作用効果で、光取出し効率が高く、また光が一方向に放出されるため、照明用途として明るい光を得ることができ、封止材や内部の金属部材の劣化や変色等の問題がなく、信頼性、耐久性に優れ、しかも、デバイス組立て時の封止材層のダメージの問題や、封止材表面のベタツキの問題もなく、更には製造も容易なLEDデバイスが提供される。 According to the present invention, by providing the coating film made of silica on the opening of the concave portion of the concave package, that is, the sealing material layer, the light extraction efficiency is high with the following excellent effects. In addition, since light is emitted in one direction, bright light can be obtained for lighting applications, there are no problems such as deterioration or discoloration of the sealing material or internal metal members, and it is excellent in reliability and durability. Thus, there is provided an LED device that is free from the problem of damage to the sealing material layer during device assembly, the problem of stickiness on the surface of the sealing material, and easy to manufacture.
(1) 凹型パッケージの封止材層の上にシリカ膜を設けることにより、デバイスの組立て時に生じる問題を回避することができる。例えば、LED素子を封止する封止材層がデバイスの組立て時にダメージを受けることを防ぐことができ、また、封止材のベタツキにより、製造ラインでデバイスがくっついたり、デバイスに汚れが付着したりすることを防ぐことができる。
(2) 表面にシリカ膜の無機材料被覆層が存在することで、銀ワイヤーなどの金属部材の酸化劣化や変色、封止材である樹脂の透湿による加水分解劣化、樹脂の硫黄吸着による変色などを防ぐことができる。
(3) シリカは、LED素子から出る光や熱によって分解されず、劣化しにくい。また、ガスや不純物の発生がないため、素子を汚染させることがない。このため、シリカ膜の形成により、LED素子としての性能を損なうことはない。
(4) シリカは屈折率が低いため、光の出射界面にシリカ膜を設けることにより、凹型パッケージ内部で光を反射させずに、効率よく光を取り出すことができる。
(5) シリカ膜が凹型パッケージの開口部に設けられることにより、光が封止材層内で全反射せず、凹型パッケージの開口部から一方向に放出されるため、照明用途においてより明るい光を得ることができる。
(6) シリカ膜は、一般的な塗布手法にて低温での製膜が可能であり、製造プロセスに容易に組み込むことができる。
(7) シリカ膜は、単層で低屈折率を実現することができ、積層工程も不要であり、工業化が容易である。
(1) By providing the silica film on the encapsulant layer of the concave package, it is possible to avoid problems that occur during device assembly. For example, the sealing material layer that seals the LED element can be prevented from being damaged during the assembly of the device, and the sticking of the sealing material can cause the device to stick to the production line or cause the device to become dirty. Can be prevented.
(2) Due to the presence of an inorganic material coating layer of silica film on the surface, oxidation degradation and discoloration of metal members such as silver wires, hydrolysis degradation due to moisture permeation of resin as a sealing material, discoloration due to sulfur adsorption of resin Etc. can be prevented.
(3) Silica is not decomposed by light or heat emitted from the LED element and is not easily deteriorated. Further, since no gas or impurities are generated, the element is not contaminated. For this reason, the performance as an LED element is not impaired by the formation of the silica film.
(4) Since silica has a low refractive index, it is possible to extract light efficiently without reflecting light inside the concave package by providing a silica film at the light exit interface.
(5) Since the silica film is provided in the opening of the concave package, the light is not totally reflected in the encapsulant layer and is emitted in one direction from the opening of the concave package. Can be obtained.
(6) The silica film can be formed at a low temperature by a general coating method, and can be easily incorporated into the manufacturing process.
(7) The silica film can achieve a low refractive index with a single layer, does not require a lamination step, and is easy to industrialize.
以下に図面を参照して本発明のLEDデバイスの実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the LED device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
図1,2は本発明のLEDデバイスの実施の形態を示す模式的な断面図である。 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing embodiments of the LED device of the present invention.
図1のLEDデバイス10は、LED素子を収容する凹部を形成するためのカップ部1aと、これを支持する基板部1bが一体成形されたパッケージ一体型のLEDデバイスであり、カップ部1aと基板部1bからなる凹型パッケージ1と、この凹型パッケージ1の凹部2内に収納されたLED素子3と、凹部2内に充填された蛍光体(赤色蛍光体4A、青色蛍光体4B、緑色蛍光体4C)4及び封止材5とを有する。LED素子3は凹部2の底部にダイボンド材6により接着されている。また、LED素子3の上面の電極3A,3Bと、リード7A,7Bとは導電性ワイヤー8A,8Bによって導通され、電力が供給される構造とされている。
凹型パッケージ1の凹部2に充填された蛍光体4を含む封止材5により形成される封止材層の上面5Aは、凹型パッケージ1の上面1Aと面一となっており、この凹型パッケージ1の上面1Aと封止材層の上面5Aとを覆うようにシリカ膜20が設けられている。
The
The
図2に示すLEDデバイス10Aは、LED素子を収容する凹部を形成するためのカップとこれを支持する基板とが別体とされたLEDデバイスであり、凹型パッケージ9が、カップ9aと基板9bとで構成されている点が図1のLEDデバイス10とは異なり、その他は同様の構成とされている。図2において、図1と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
このLEDデバイス10Aにあっても、凹型パッケージ9の凹部2に充填された蛍光体4を含む封止材5により形成される封止材層の上面5Aは、凹型パッケージ9の上面9Aと面一となっており、この凹型パッケージ9の上面9Aと封止材層の上面5Aとを覆うようにシリカ膜20が設けられている。
An
Even in this
なお、以下において、凹型パッケージの凹部にLED素子が配設され、蛍光体及び封止材が充填された状態のもの(図1,2において、シリカ膜20を製膜する前の状態のもの)を「封入パッケージ」と称す場合がある。 In the following, the LED element is disposed in the concave portion of the concave package and filled with the phosphor and the sealing material (in FIGS. 1 and 2 before the silica film 20 is formed). May be referred to as an “encapsulated package”.
本発明のLEDデバイスは、後述の凹型パッケージにLED素子を配設、導通し、更に蛍光体及び封止材をパッケージの凹部に充填して封入パッケージを作製し、この封入パッケージの封止材層及びパッケージ上面に、後述の製膜方法でシリカ膜を製膜することにより作製することができる。また、市販の封入パッケージの封止材層及びパッケージ上面に、後述の製膜方法でシリカ膜を製膜して本発明のLEDデバイスとすることもできる。 In the LED device of the present invention, an LED element is disposed in a concave package, which will be described later, and is electrically connected. Further, a phosphor and a sealing material are filled in the concave portion of the package to produce an encapsulated package. And it can produce by forming a silica film on the package upper surface by the film forming method described later. Moreover, it is also possible to form a silica film on a sealing material layer and a package upper surface of a commercially available encapsulated package by a film forming method described later to obtain the LED device of the present invention.
[シリカ膜]
まず、本発明のLEDデバイスに形成されるシリカ膜(以下、「本発明のシリカ膜」と称す場合がある。)について説明する。
[Silica film]
First, a silica film (hereinafter sometimes referred to as “the silica film of the present invention”) formed in the LED device of the present invention will be described.
本発明のシリカ膜は、酸化ケイ素(SiO2)組成を主体とするものであることが好ましい。
なお、このシリカ膜には、例えばゾル−ゲル法によるシリカ合成において有機シラン類を共重合するなどの方法でシリカ組成の一部にケイ素原子−炭素原子結合が存在してSiOx組成(但し、xは0を超え2未満の正数である)となるものも含まれる。
The silica film of the present invention is preferably composed mainly of a silicon oxide (SiO 2 ) composition.
The silica film has a SiO x composition (provided that a silicon atom-carbon atom bond is present in a part of the silica composition by a method such as copolymerization of organic silanes in silica synthesis by a sol-gel method, for example. x is a positive number greater than 0 and less than 2).
<空隙率>
本発明のシリカ膜は、空隙率が25%以上の多孔性膜であって、かつ屈折率が封止材の屈折率より低いことが好ましい。
シリカ膜の空隙率が25%以上であることで、シリカ膜の屈折率を下げることができる。
シリカ膜の屈折率が封止材の屈折率より低いことによって、封止材層内で拡散した光がシリカ膜/封止材層の界面で反射しにくくなり、屈折光として透過しやすくなる。よって、光取出し効率が向上することになる。
<Porosity>
The silica film of the present invention is a porous film having a porosity of 25% or more, and preferably has a refractive index lower than that of the sealing material.
When the porosity of the silica film is 25% or more, the refractive index of the silica film can be lowered.
When the refractive index of the silica film is lower than the refractive index of the encapsulant, the light diffused in the encapsulant layer is less likely to be reflected at the interface of the silica film / encapsulant layer and is easily transmitted as refracted light. Therefore, the light extraction efficiency is improved.
ここで、シリカ膜の空隙率とは、シリカ膜中の「シリカ粒子間の隙間」が占める割合であり、以下の方法で測定することができる。 Here, the porosity of the silica film is a ratio occupied by “a gap between silica particles” in the silica film, and can be measured by the following method.
<空隙率の測定方法>
基材上にシリカ膜を形成したサンプルについて、分光エリプソメータによりシリカ膜の屈折率nを測定し、シリカ膜を構成するシリカの屈折率をn1、空気の屈折率をn0、シリカ膜の空隙率をX(%)とした場合、以下の(i)式が成り立つため、以下の(ii)式よりシリカ膜の空隙率Xを求めることができる。
n1×(100−X)+n0×X=n×100 (i)
X=(100n1−100n)/(n1−n0) (ii)
例えば、シリカの屈折率n1=1.47、空気の屈折率n0=1.00であるので、
1.47×(100−X)+1.00×X=n
であり、
X=(147−100n)/0.47
で求められる。
<Measurement method of porosity>
For a sample in which a silica film is formed on a substrate, the refractive index n of the silica film is measured by a spectroscopic ellipsometer, the refractive index of silica constituting the silica film is n 1 , the refractive index of air is n 0 , and the voids of the silica film When the rate is X (%), the following equation (i) holds, and therefore the porosity X of the silica film can be obtained from the following equation (ii).
n 1 × (100-X) + n 0 × X = n × 100 (i)
X = (100n 1 -100n) / (n 1 -n 0 ) (ii)
For example, since the refractive index n 1 of silica = 1.47 and the refractive index of air n 0 = 1.00,
1.47 × (100−X) + 1.00 × X = n
And
X = (147-100n) /0.47
Is required.
シリカ膜の空隙率は特に30%以上、とりわけ35%以上であることが、屈折率を下げて光取出し効率を高める上で好ましいが、空隙率が過度に高いと、シリカ膜の機械的強度が不足し、シリカ膜が壊れ易くなり、また、シリカ膜の下地(封止材層又は凹型パッケージの上面)との密着性が悪くなるため、55%以下、特に50%以下であることが好ましい。 The porosity of the silica film is preferably 30% or more, particularly 35% or more, in order to lower the refractive index and increase the light extraction efficiency. However, if the porosity is excessively high, the mechanical strength of the silica film is increased. Insufficient, the silica film is easily broken, and the adhesion with the base of the silica film (the sealing material layer or the upper surface of the concave package) is deteriorated, so 55% or less, particularly 50% or less is preferable.
シリカ膜の屈折率を下げるには、シリカ膜中の空気の含有率を上げるとよく、その方法としては、上述の空隙率を上げる方法の他、シリカ膜中のシリカ(即ち、シリカ膜形成のためのシリカ)として、一部もしくはすべてに中空シリカ(粒子内部に空洞をもつもの)を用いてもよい。
シリカ粒子については、TEM観察することで、粒子径、粒子の壁の厚さを計測することができ、空洞を有することを確認できる。中空シリカの市販品としては、日揮触媒化成社の中空シリカを用いることができる。
In order to lower the refractive index of the silica film, it is preferable to increase the air content in the silica film. As the method, in addition to the above-described method of increasing the porosity, silica in the silica film (that is, silica film formation) As silica), hollow silica (having cavities inside the particles) may be used partially or entirely.
About a silica particle, a particle diameter and the thickness of the wall of a particle can be measured by TEM observation, and it can confirm that it has a cavity. As a commercial product of hollow silica, JGC Catalysts &Chemicals' hollow silica can be used.
<最頻空隙径>
本発明のシリカ膜が上記のような多孔性シリカ膜である場合、その最頻空隙径は0.5〜10nmであることが好ましい。最頻空隙径が大きすぎると、シリカ膜の機械的強度が弱くなり、製造途中で膜が脱落する恐れがある。最頻空隙径が小さすぎると、シリカ膜の空隙率を上げることが困難になり、屈折率を下げることができない。
<Mode of air gap>
When the silica film of the present invention is a porous silica film as described above, the mode pore diameter is preferably 0.5 to 10 nm. If the most frequent gap diameter is too large, the mechanical strength of the silica film becomes weak, and the film may fall off during production. If the mode gap diameter is too small, it is difficult to increase the porosity of the silica film, and the refractive index cannot be decreased.
なお、本発明におけるシリカ膜の最頻空隙径は、シリカ膜のサンプルを用いて、BET窒素吸着等温線を測定して求めることができる。BET窒素吸着等温線は、例えばカンタクローム社製AS−1により測定することができる。
シリカ膜のサンプルは、本発明のLEDデバイスから剥離して得てもよいし、シリカ膜形成用塗布液を、本発明のシリカ膜形成時と同等の条件でテフロンやシリコーン樹脂或いはガラス等の基材に塗布、乾燥して得てもよい。
The mode pore diameter of the silica film in the present invention can be determined by measuring a BET nitrogen adsorption isotherm using a sample of the silica film. The BET nitrogen adsorption isotherm can be measured by, for example, AS-1 manufactured by Cantachrome.
The sample of the silica film may be obtained by peeling from the LED device of the present invention, or the coating solution for forming the silica film may be obtained from a substrate such as Teflon, silicone resin or glass under the same conditions as those for forming the silica film of the present invention. It may be obtained by applying to a material and drying.
<膜厚>
本発明のシリカ膜の膜厚は、60〜160nmであることが好ましい。
本発明のシリカ膜の膜厚が厚すぎると、最小反射率が高波長側にずれ、可視光領域の低波長側において効率よく光を取り出すことができない場合がある。逆に、膜厚が薄すぎると、最小反射率が低波長側にずれ、可視光領域の高波長側において効率よく光を取り出すことができない場合がある。
本発明のシリカ膜の膜厚は80〜120nmであることがより好ましい。
<Film thickness>
The film thickness of the silica film of the present invention is preferably 60 to 160 nm.
If the thickness of the silica film of the present invention is too thick, the minimum reflectance may shift to the high wavelength side, and light may not be extracted efficiently on the low wavelength side of the visible light region. On the other hand, if the film thickness is too thin, the minimum reflectance may shift to the low wavelength side, and light may not be extracted efficiently on the high wavelength side of the visible light region.
The thickness of the silica film of the present invention is more preferably 80 to 120 nm.
なお、シリカ膜の膜厚は、例えば、SEM写真、エリプソメーターから解析したり、触針式段差・表面粗さ・微細形状測定装置(ケーエルエー・テンコール社製:P−15)を用い、測定条件はスタイラス・フォース(触圧)0.2mg、スキャン速度10μm/秒で測定することができる。 In addition, the film thickness of a silica film can be analyzed using, for example, an SEM photograph or an ellipsometer, or a stylus type step / surface roughness / fine shape measuring device (manufactured by KLA-Tencor Corporation: P-15). Can be measured at a stylus force (tactile pressure) of 0.2 mg and a scanning speed of 10 μm / second.
<製膜方法>
本発明のシリカ膜の製膜方法は特に制限されないが、本発明で好適な空隙率を有する多孔性シリカ膜(以下、「本発明の多孔性シリカ膜」と称す場合がある。)を効率よく、高い生産性で製膜することができる方法の例を以下に詳述する。
<Film forming method>
The method for producing the silica film of the present invention is not particularly limited, but a porous silica film having a porosity suitable for the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the porous silica film of the present invention”) is efficiently used. An example of a method capable of forming a film with high productivity will be described in detail below.
(多孔性シリカ膜の製膜方法)
本発明の多孔性シリカ膜は、以下の工程により形成される。
(イ)多孔性シリカ膜形成用の原料液を調製する工程
(ロ)原料液から多孔性シリカ膜を形成する工程
(ハ)多孔性シリカ膜を乾燥する工程
以下、各工程について説明する。
(Method for forming porous silica film)
The porous silica film of the present invention is formed by the following steps.
(A) Step of preparing a raw material liquid for forming a porous silica film (b) Step of forming a porous silica film from the raw material liquid (c) Step of drying the porous silica film Hereinafter, each step will be described.
(イ)多孔性シリカ膜形成用の原料液を調製する工程;
多孔性シリカ膜形成用の原料液は、アルコキシシラン類を主体とするものであり、加水分解反応及び脱水縮合反応により高分子量化を起こすことができる原料化合物を含む含水有機溶液である。
(A) a step of preparing a raw material liquid for forming a porous silica film;
The raw material liquid for forming the porous silica film is a hydrous organic solution mainly containing alkoxysilanes and containing a raw material compound capable of increasing the molecular weight by a hydrolysis reaction and a dehydration condensation reaction.
本発明の多孔性シリカ膜形成用の原料液である含水有機溶液は、アルコキシシラン類、有機溶媒、水、及び、必要に応じて加えられる触媒を含有している。 The water-containing organic solution that is the raw material liquid for forming the porous silica film of the present invention contains alkoxysilanes, an organic solvent, water, and a catalyst that is added as necessary.
アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン等のテトラアルコキシシラン類、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン類、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,3,5−トリス(トリメトキシシリル)ベンゼン等の有機残基が2つ以上のトリアルコキシシリル基を結合したもの、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−カルボキシプロピルトリメトキシシランなどのケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有するものが挙げられ、更にこれらの部分加水分解物やオリゴマーであってもよい。 Examples of alkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetraisopropoxysilane, tetra (n-butoxy) silane, and the like, trimethoxysilane, triethoxysilane, and methyl. Trialkoxysilanes such as trimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dialkoxysilanes such as dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, bis (Trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane, 1,4-bis (tri Toxylsilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, 1,3,5-tris (trimethoxysilyl) benzene and the like, in which two or more trialkoxysilyl groups are bonded, 3- Aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, An alkyl group substituted on a silicon atom, such as 3-carboxypropyltrimethoxysilane, has a reactive functional group, and may be a partial hydrolyzate or oligomer.
これらの中でも特に好ましいのが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン若しくはテトラエトキシシランのオリゴマーである。特に、テトラメトキシシランのオリゴマーは、反応性とゲル化の制御性から最も好ましく用いられる。 Among these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, tetramethoxysilane, or tetraethoxysilane oligomer is particularly preferable. In particular, tetramethoxysilane oligomers are most preferably used because of their reactivity and controllability of gelation.
さらに、前記アルコキシシラン類には、ケイ素原子上に2〜3個の水素、アルキル基又はアリール基を持つモノアルコキシシラン類を混合することも可能である。モノアルコキシシラン類を混合することにより、得られる多孔性シリカ膜を疎水化して耐水性を向上させることができる。モノアルコキシシラン類としては、例えば、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリプロピルメトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、ジフェニルメチルメトキシシラン、ジフェニルメチルエトキシシラン等が挙げられる。モノアルコキシシラン類の混合量は、全アルコキシシラン類の70モル%以下となるようにすることが望ましい。その混合量が70モル%を超えると、理想的なゲル化が起こらない場合がある。 Furthermore, monoalkoxysilanes having 2 to 3 hydrogen, alkyl groups, or aryl groups on silicon atoms can be mixed with the alkoxysilanes. By mixing monoalkoxysilanes, the resulting porous silica membrane can be hydrophobized to improve water resistance. Examples of monoalkoxysilanes include triethylmethoxysilane, triethylethoxysilane, tripropylmethoxysilane, triphenylmethoxysilane, triphenylethoxysilane, diphenylmethylmethoxysilane, diphenylmethylethoxysilane, and the like. The mixing amount of monoalkoxysilanes is desirably 70 mol% or less of the total alkoxysilanes. If the mixing amount exceeds 70 mol%, ideal gelation may not occur.
また、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン等のフッ化アルキル基やフッ化アリール基を有するアルコキシシラン類を併用すると、優れた耐水性、耐湿性、耐汚染性等が得られる場合がある。 Further, fluorinated alkyls such as (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltriethoxysilane When an alkoxysilane having a group or a fluorinated aryl group is used in combination, excellent water resistance, moisture resistance, stain resistance and the like may be obtained.
この原料液に於けるオリゴマーの形状としては特に制限はないが、例えば、線形、架橋、カゴ型分子(シルセスキオキサンなど)などが挙げられる。塗布時の反応性制御という点では線形を主成分としたものが好ましい。
なお、上記した原料液を塗布する際には、すでにある程度の高分子量化(つまり縮合がある程度進んだ状態)が達成されていることが必要であり、その高分子量化の程度としては、見た目に不溶物ができない程度の高分子量化が達成されていることが好ましい。その理由としては、塗布前の原料液中に目視可能な不溶物が存在していると、膜構造が不均一になり、不溶物を起点にクラックが入り、機械的強度を低下させてしまう恐れがあるからである。
The shape of the oligomer in the raw material liquid is not particularly limited, and examples thereof include linear, cross-linked, cage-type molecules (silsesquioxane, etc.) and the like. In view of reactivity control at the time of coating, those having linear as the main component are preferable.
In addition, when applying the above-described raw material liquid, it is necessary that a certain degree of high molecular weight (that is, a state in which condensation has progressed to some extent) has already been achieved. It is preferable that high molecular weight is achieved to such an extent that insoluble matter cannot be formed. The reason for this is that if a visible insoluble material exists in the raw material solution before coating, the film structure becomes non-uniform, cracks may occur from the insoluble material, and mechanical strength may be reduced. Because there is.
有機溶媒は、原料液を構成するアルコキシシラン類、水やその他有機化合物を混和させる能力を持つものが好ましく用いられる。使用可能な有機溶媒としては、炭素数1〜4の一価アルコール、炭素数1〜4の二価アルコール、グリセリンやペンタエリスリトールなどの多価アルコール等のアルコール類;ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、2−エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等、前記アルコール類のエーテル又はエステル化物;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジンなどのアミド類;γ−ブチロラクトンのようなラクトン類;テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミダゾリジンなどのウレア類;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。これらの有機溶媒を、単独又は混合物として用いてもよい。 As the organic solvent, those having the ability to mix alkoxysilanes constituting the raw material liquid, water and other organic compounds are preferably used. Usable organic solvents include alcohols such as monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, dihydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, polyhydric alcohols such as glycerin and pentaerythritol; diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Glycol dimethyl ether, 2-ethoxyethanol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate and the like, ethers or esterified products of the above alcohols; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; formamide, N-methylformamide, N-ethylformamide, N , N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-die Ruacetamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-acetylmorpholine, N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N′-diformylpiperazine, N, N Amides such as' -diformylpiperazine and N, N'-diacetylpiperazine; Lactones such as γ-butyrolactone; Ureas such as tetramethylurea and N, N'-dimethylimidazolidine; Dimethylsulfoxide and the like . These organic solvents may be used alone or as a mixture.
本発明の多孔性シリカ膜を適度な安定構造とするには揮発性の高い有機溶媒が好ましく、中でも、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロピルアルコール、アセトンが更に好ましく、メタノール又はエタノールが最も好ましい。 In order to make the porous silica film of the present invention have an appropriate stable structure, an organic solvent having high volatility is preferable, among which methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, and acetone are more preferable, and methanol or ethanol is most preferable.
本発明の多孔性シリカ膜を形成するために、上述した有機溶媒に加えて、高沸点の親水性有機化合物を含有するとよい。高沸点の親水性有機化合物とは、水酸基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、カルボキシル基、アミド結合、ウレタン結合、尿素結合等の親水性官能基を分子構造中に有する有機化合物のことである。この親水性有機化合物には、これらの親水性官能基のうち、複数個を分子構造中に有していてもよい。ここでいう沸点とは、760mmHgの圧力下での沸点である。沸点は80℃以上が好ましく、沸点が80℃に満たない親水性有機化合物を用いた場合には、多孔性シリカ膜の空隙率が極端に減少することがある。沸点が80℃以上の親水性有機化合物としては、炭素数3〜8のアルコール類、炭素数2〜6の多価アルコール類、フェノール類を好ましく挙げることができる。より好ましい親水性有機化合物としては、炭素数3〜8のアルコール類、炭素数2〜8のジオール類、炭素数3〜8のトリオール類、炭素数4〜8のテトラオール類が挙げられる。更に好ましい親水性有機化合物としては、n−ブタノール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、n−ペンタノール、シクロペンタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の炭素数4〜7のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等の炭素数2〜4のジオール類、グリセロールやトリスヒドロキシメチルエタン等の炭素数3〜6のトリオール類、エリスリトールやペンタエリストール等の炭素数4〜5のテトラオール類が挙げられる。この親水性有機化合物において、炭素数が多過ぎると、親水性が低下しすぎる場合があり、加水分解反応前のアルコキシシラン類の分散性を不安定化することがある。 In order to form the porous silica film of the present invention, a high-boiling hydrophilic organic compound may be contained in addition to the organic solvent described above. A high-boiling hydrophilic organic compound is an organic compound having a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a carboxyl group, an amide bond, a urethane bond, or a urea bond in the molecular structure. That is. The hydrophilic organic compound may have a plurality of these hydrophilic functional groups in the molecular structure. The boiling point here is a boiling point under a pressure of 760 mmHg. The boiling point is preferably 80 ° C. or higher, and when a hydrophilic organic compound having a boiling point of less than 80 ° C. is used, the porosity of the porous silica film may be extremely reduced. Preferable examples of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher include alcohols having 3 to 8 carbon atoms, polyhydric alcohols having 2 to 6 carbon atoms, and phenols. More preferred hydrophilic organic compounds include alcohols having 3 to 8 carbon atoms, diols having 2 to 8 carbon atoms, triols having 3 to 8 carbon atoms, and tetraols having 4 to 8 carbon atoms. More preferable hydrophilic organic compounds include alcohols having 4 to 7 carbon atoms such as n-butanol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, n-pentanol, cyclopentanol, n-hexanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, C2-C4 diols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, C3-C6 triols such as glycerol and trishydroxymethylethane, C4 such as erythritol and pentaerythritol -5 tetraols. In this hydrophilic organic compound, if there are too many carbon atoms, the hydrophilicity may be lowered too much, and the dispersibility of the alkoxysilanes before the hydrolysis reaction may be destabilized.
触媒は、必要に応じて配合される。触媒としては、上述したアルコキシシラン類の加水分解及び脱水縮合反応を促進させる物質を挙げることができる。具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マレイン酸などの酸類;アンモニア、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;ピリジンなどの塩基類;アルミニウムのアセチルアセトン錯体などのルイス酸類;などが挙げられる。 A catalyst is mix | blended as needed. Examples of the catalyst include substances that promote the hydrolysis and dehydration condensation reactions of the alkoxysilanes described above. Specific examples include acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid and maleic acid; amines such as ammonia, butylamine, dibutylamine and triethylamine; bases such as pyridine; Lewis such as acetylacetone complex of aluminum Acids; and the like.
触媒として用いる金属キレート化合物の金属種としては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、アンチモン等が挙げられる。具体的な金属キレート化合物としては、例えば以下のようなものが挙げられる。 Examples of the metal species of the metal chelate compound used as the catalyst include titanium, aluminum, zirconium, tin, and antimony. Specific examples of the metal chelate compound include the following.
アルミニウム錯体としては、ジ−エトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−イソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物等を挙げることができる。 Examples of aluminum complexes include di-ethoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-propoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-isopropoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-butoxy. Mono (acetylacetonato) aluminum, di-sec-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-tert-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, monoethoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n -Propoxy bis (acetylacetonato) aluminum, monoisopropoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-sec-butoxy bi (Acetylacetonato) aluminum, mono-tert-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, tris (acetylacetonato) aluminum, diethoxy mono (ethylacetoacetate) aluminum, di-n-propoxy mono (ethylacetoacetate) ) Aluminum, diisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-tert-butoxy mono (Ethyl acetoacetate) aluminum, monoethoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, monoisoprop Xy-bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Examples thereof include aluminum chelate compounds such as aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum.
チタン錯体としては、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等を挙げることができる。 Titanium complexes include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, triisopropoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-butoxy mono (acetyl). Acetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-tert-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-propoxy bis (Acetylacetonato) titanium, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-tert -Butoxy bis (ace Ruacetonate) titanium, monoethoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, monoisopropoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-butoxy tris (acetyl) Acetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-tert-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, triethoxy mono (ethylacetoacetate) titanium , Tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, triisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-sec-butyl Xy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-tert-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, diiso Propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Titanium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, monoisopropoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) Acetate) titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-tert-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (ethyl aceto) Acetate) titanium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) titanium and the like.
また、これらの触媒以外に、弱アルカリ性の化合物、例えばアンモニアなどの塩基性の触媒を使用してもよい。この際には、シリカ濃度調整、有機溶媒種等を適宜調整することが好ましい。また、含水有機溶液を調整する際には、溶液中の触媒濃度を急激に増加させないことが好ましい。具体例としては、アルコキシシラン類と有機溶媒の一部を混合し、次いでこれに水を混合し、最後に残余の有機溶媒、及び塩基を混合するという順序にて混合する方法が挙げられる。 In addition to these catalysts, weak alkaline compounds such as basic catalysts such as ammonia may be used. In this case, it is preferable to appropriately adjust the silica concentration, the organic solvent species, and the like. Moreover, when preparing a water-containing organic solution, it is preferable not to increase the catalyst concentration in a solution rapidly. As a specific example, there is a method of mixing alkoxysilanes and a part of an organic solvent, then mixing water, and finally mixing the remaining organic solvent and base.
触媒の添加量は原料の反応速度によって、調整することが好ましい。加水分解反応と脱水縮合反応を同時に進行させてもよく、その際はpH3〜7に調整することが好ましく、さらにはpH4〜6になるよう調整することが好ましい。また、酸性条件下で加水分解反応を優位に、アルカリ条件下で脱水縮合反応を優位に進行させてもよい。加水分解反応はpH8以下になるよう調整することが好ましく、さらに好ましくはpH5以下になるように調整する。脱水縮合反応はpH6以上になるよう調整することが好ましく、さらに好ましくはpH9以上になるように調整する。 The addition amount of the catalyst is preferably adjusted according to the reaction rate of the raw material. The hydrolysis reaction and the dehydration condensation reaction may proceed simultaneously. In that case, the pH is preferably adjusted to 3 to 7, more preferably adjusted to 4 to 6. Alternatively, the hydrolysis reaction may proceed preferentially under acidic conditions, and the dehydration condensation reaction may proceed preferentially under alkaline conditions. The hydrolysis reaction is preferably adjusted to pH 8 or lower, more preferably adjusted to pH 5 or lower. The dehydration condensation reaction is preferably adjusted to have a pH of 6 or more, and more preferably adjusted to have a pH of 9 or more.
本発明の多孔性シリカ膜形成用の原料液は、上述した原料を配合して形成される。
アルコキシシラン類の配合割合は、原料液全体に対して、1〜60重量%であることが好ましく、5〜40重量%であることがより好ましい。アルコキシシラン類の配合割合が60重量%を超える場合には、原料液の安定性を保つことが難しく、成膜時に多孔性シリカ膜が割れることがある。一方、アルコキシシラン類の配合割合が1重量%未満の場合は、加水分解反応及び脱水縮合反応が極端に遅くなることや、成膜性の悪化(膜ムラ)が生じることがある。
The raw material liquid for forming the porous silica film of the present invention is formed by blending the above-mentioned raw materials.
The blending ratio of the alkoxysilanes is preferably 1 to 60% by weight and more preferably 5 to 40% by weight with respect to the whole raw material liquid. When the blending ratio of alkoxysilanes exceeds 60% by weight, it is difficult to maintain the stability of the raw material liquid, and the porous silica film may be broken during film formation. On the other hand, when the compounding ratio of alkoxysilanes is less than 1% by weight, the hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction may be extremely slow, or the film formability may be deteriorated (film unevenness).
水は、アルコキシシラン類の加水分解に必要であり、塗布液の安定性、多孔性シリカ膜の造膜性の観点から重要である。よって、加水分解に必要な水の量をアルコキシ基の量に対するモル比で規定すると、アルコキシシラン中のアルコキシ基1モルに対して0.1〜1.6モル倍量、中でも0.3〜1.2モル倍量、特に0.5〜0.7モル倍量であることが好ましい。塗布液中の水の量はこれに限るものでなく、塗布液の安定性、造膜性の調整のため、加水分解反応後に上限50モル倍量、好ましくは上限40モル倍量で添加してもよい。 Water is necessary for the hydrolysis of alkoxysilanes, and is important from the viewpoint of the stability of the coating solution and the film forming property of the porous silica film. Therefore, when the amount of water required for hydrolysis is defined by a molar ratio with respect to the amount of alkoxy groups, it is 0.1 to 1.6 mol times the amount of 1 mol of alkoxy groups in the alkoxysilane, particularly 0.3 to 1 .2 mole times, particularly 0.5 to 0.7 mole times is preferred. The amount of water in the coating solution is not limited to this, and in order to adjust the stability of the coating solution and the film forming property, it is added in an upper limit of 50 mol times, preferably 40 mol times after the hydrolysis reaction. Also good.
水の添加はアルコキシシラン類を有機溶媒に溶解させた後であればいつでもよいが、望ましくはアルコキシシラン類、触媒及びその他の添加物を十分、溶媒に分散させた後、水を添加する。加水分解反応は、水を添加することによって引き起こされるが、水は液体のまま、アルコール水溶液として、又は、水蒸気として加えることができ、特に限定されない。また、水の添加を急激に行うと、アルコキシシランの種類によっては加水分解反応と脱水縮合反応とが速く起こりすぎ、沈殿が生じることがある。そのため、そのような沈殿が起こらないように、水の添加に十分な時間をかけること、アルコール溶媒を共存させて水を均一に添加する状態にすること、水を低温で添加して添加時の反応を抑制すること、等の手段を単独で又は組み合わせて用いることが好ましい。 Water may be added at any time after the alkoxysilanes are dissolved in an organic solvent. Desirably, the alkoxysilanes, catalyst and other additives are sufficiently dispersed in the solvent, and then water is added. The hydrolysis reaction is caused by adding water, but the water can be added as an aqueous alcohol solution or as water vapor without being particularly limited. In addition, if water is added rapidly, depending on the type of alkoxysilane, the hydrolysis reaction and the dehydration condensation reaction occur too quickly, and precipitation may occur. Therefore, in order to prevent such precipitation, take sufficient time to add water, make the alcohol solvent coexist in a state where water is added uniformly, and add water at a low temperature. It is preferable to use means such as suppressing the reaction alone or in combination.
用いる水の純度は、イオン交換、蒸留、いずれか一方又は両方の処理をしたものを用いればよい。より純度の高い多孔性シリカ膜が必要とされる場合には、蒸留水をさらにイオン交換した超純水を用いるのが望ましく、この際には例えば0.01〜0.5μmの孔径を有するフィルターを通した水を用いればよい。 What is necessary is just to use the purity of the water to be used which processed either or both of ion exchange and distillation. When a porous silica membrane with higher purity is required, it is desirable to use ultrapure water obtained by further ion-exchanged distilled water. In this case, for example, a filter having a pore size of 0.01 to 0.5 μm Water that has been passed through may be used.
含水有機溶液に沸点80℃以上の親水性有機化合物を用いる際には、沸点80℃以上の親水性有機化合物の含有量が、有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物の合計含有量に対して、特定量以下であることが重要である。この合計含有量に対する、沸点80℃以上の親水性有機化合物の含有量は90重量%以下であり、好ましくは85重量%以下である。 When a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is used in the water-containing organic solution, the content of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is equal to the total content of the organic solvent and the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher. On the other hand, it is important that the amount is not more than a specific amount. The content of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher with respect to the total content is 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less.
沸点80℃以上の親水性有機化合物の配合割合が少なすぎると、塗布直後に膜構造が固定化される場合がある。一方、沸点80℃以上の親水性有機化合物の配合割合が多すぎると、塗布直後の膜が安定構造とならない、乾燥時の温度・時間などプロセス上の制約が生じ、製造効率に影響を与えることがある。 If the blending ratio of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is too small, the film structure may be fixed immediately after coating. On the other hand, if the blending ratio of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is too large, the film immediately after coating does not have a stable structure, and process restrictions such as temperature and time during drying occur, which may affect production efficiency. There is.
原料液の調製における雰囲気温度や、混合順序は任意であるが、原料液中での均一な構造形成を得るため、水は最後に混合するのが好ましい。また、原料液中でのアルコキシシラン類の極端な加水分解や脱水縮合反応を抑えるため、原料液の調整は0〜60℃、中でも15〜40℃、特に15〜30℃の温度範囲において、常湿条件下で行うことが好ましい。
調液時においては、原料液の攪拌操作は任意であるが、混合毎にスターラーにより攪拌を行うのがより好ましい。
The atmospheric temperature in the preparation of the raw material liquid and the mixing order are arbitrary, but in order to obtain a uniform structure formation in the raw material liquid, water is preferably mixed last. Further, in order to suppress extreme hydrolysis and dehydration condensation reaction of alkoxysilanes in the raw material liquid, the raw material liquid is usually adjusted at 0 to 60 ° C., particularly 15 to 40 ° C., particularly 15 to 30 ° C. It is preferable to carry out under wet conditions.
At the time of liquid preparation, the stirring operation of the raw material liquid is arbitrary, but it is more preferable to stir with a stirrer for each mixing.
さらに原料液調整後、アルコキシシラン類の加水分解、脱水縮合反応を進行させるため、溶液の熟成をすることが好ましい。この熟成期間中においては、生成するアルコキシシラン類の加水分解縮合物が、原料液内においてより均一に分散した状態であることが好ましいので、液を攪拌することが好ましい。 Furthermore, after the raw material solution is adjusted, the solution is preferably aged in order to proceed with hydrolysis and dehydration condensation reaction of alkoxysilanes. During this ripening period, it is preferable that the hydrolyzed condensate of the alkoxysilanes to be produced is in a state of being more uniformly dispersed in the raw material liquid, so that the liquid is preferably stirred.
熟成期間中の温度は任意であり、一般的には室温、若しくは連続的又は断続的に加熱してもよい。中でも、アルコキシシラン類の加水分解縮合物による均一な3次元ネットワーク構造を形成させるために、加熱熟成が好ましい。具体的な温度は使用する有機溶媒の沸点以下であれば、特に制限はなく、加圧下の条件で使用する有機溶媒の沸点以上で加熱熟成することも可能である。加熱熟成の時間は加える温度によって適宜調整するが、15時間以下が好ましく、5時間以下がさらに好ましい。 The temperature during the aging period is arbitrary, and in general, it may be heated at room temperature or continuously or intermittently. Among these, heat aging is preferable in order to form a uniform three-dimensional network structure by the hydrolysis condensate of alkoxysilanes. The specific temperature is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the boiling point of the organic solvent to be used, and heat aging can be performed at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent used under pressure. The heat aging time is appropriately adjusted depending on the temperature to be applied, but is preferably 15 hours or less, and more preferably 5 hours or less.
(ロ)原料液から多孔性シリカ膜を形成する工程;
多孔性シリカ膜は、上記で調製した原料液を封入パッケージ表面に直接塗布して形成される。
原料液はそのまま用いてもよく、塗布手法によっては、原料液の調製に使用した有機溶媒によって希釈されたものであってもよい。希釈する場合は、原料液を通常5重量倍以下、好ましくは2重量倍以下に希釈する。
(B) forming a porous silica film from the raw material liquid;
The porous silica film is formed by directly applying the raw material liquid prepared above onto the surface of the encapsulated package.
The raw material liquid may be used as it is, or may be diluted with the organic solvent used for preparing the raw material liquid depending on the coating method. In the case of dilution, the raw material solution is usually diluted 5 times or less, preferably 2 times or less.
原料液の封入パッケージ表面への直接塗布方法としては、スピンコート、スプレーコートなど一般的なコーターや、スタンプにより塗布する方法が挙げられる。このうち、特に、リード線などに塗布する原料液が付着することを防ぐことができるため、スタンプによる塗布が好ましい。 Examples of the direct application method of the raw material liquid onto the encapsulated package surface include a general coater such as spin coating and spray coating, and a method of applying with a stamp. Among these, since it can prevent that the raw material liquid apply | coated to a lead wire etc. adheres especially, application | coating by a stamp is preferable.
また、塗布中の雰囲気は、空気中又は窒素やアルゴン等の不活性気体中でもよく、温度は通常0〜60℃、好ましくは10〜50℃、更に好ましくは20〜40℃であり、雰囲気の相対湿度は通常5〜90%、好ましくは10〜80%、更に好ましくは15〜70%である。 The atmosphere during coating may be air or an inert gas such as nitrogen or argon, and the temperature is usually 0 to 60 ° C., preferably 10 to 50 ° C., more preferably 20 to 40 ° C. The humidity is usually 5 to 90%, preferably 10 to 80%, more preferably 15 to 70%.
(ハ)多孔性シリカ膜を乾燥する工程;
乾燥工程は、多孔性シリカ膜に残存する揮発成分を除去する目的及び/又はアルコキシシラン類の加水分解縮合反応を最大限に進める目的で行われる。乾燥温度は、20〜200℃、好ましくは30〜120℃、更に好ましくは50〜100℃であり、乾燥時間は、1分〜50時間、好ましくは3分〜30時間、更に好ましくは5分〜15時間である。
(C) a step of drying the porous silica membrane;
The drying step is performed for the purpose of removing volatile components remaining in the porous silica membrane and / or for the purpose of maximizing the hydrolysis condensation reaction of alkoxysilanes. The drying temperature is 20 to 200 ° C., preferably 30 to 120 ° C., more preferably 50 to 100 ° C., and the drying time is 1 minute to 50 hours, preferably 3 minutes to 30 hours, more preferably 5 minutes to 15 hours.
乾燥方式は、送風乾燥、減圧乾燥等の公知の方式で行うことができ、それらを組み合わせてもよい。送風乾燥の後は、揮発成分の十分な除去を目的とした減圧乾燥を追加することもできる。 The drying method can be performed by a known method such as blow drying or drying under reduced pressure, and may be combined. After the blast drying, vacuum drying for the purpose of sufficiently removing volatile components can be added.
なお、本発明の多孔性シリカ膜は、上述のように、原料液を封入パッケージに直接塗布して製膜する他、原料液をPETフィルム等に塗布して熱処理して乾燥してPETフィルム等の上に製膜したものを封入パッケージに転写することにより形成することもできる。 As described above, the porous silica film of the present invention is formed by directly applying the raw material liquid to the encapsulated package to form a film, or by applying the raw material liquid to a PET film or the like, heat-treating it, and drying it. It is also possible to form the film by transferring the film formed thereon onto an encapsulated package.
<その他の処理>
本発明のシリカ膜には、封止材との密着性を上げるために、組成にシリコーンを添加しても構わない。従って、前述の原料液にシリコーンを配合してシリカ膜の製膜を行ってもよい。このシリコーンとしては、特に変性シリコーンオイルが好ましく、側鎖型、両末端型、片末端型、側鎖両末端型の有機基を導入した変性シリコーンオイルが好ましい。ここで、有機基としてはアミノ変性、エポキシ変性、カルビノール変性、メタクリル変性、ポリエーテル変性、メルカプト変性、カルボキシル変性、フェノール変性、シラノール変性、ジオール変性、メタクリル変性、アルコキシ変性したものを用いることができる。
このようなシリコーンの添加量としては、シリカ膜(固形分)中において0.5〜5重量%が好ましい。
<Other processing>
In the silica film of the present invention, silicone may be added to the composition in order to increase the adhesion with the sealing material. Therefore, a silica film may be formed by blending silicone with the above raw material liquid. As the silicone, a modified silicone oil is particularly preferable, and a modified silicone oil into which an organic group of a side chain type, a both terminal type, a single terminal type, or a side chain both terminal type is introduced is preferable. Here, as the organic group, amino-modified, epoxy-modified, carbinol-modified, methacryl-modified, polyether-modified, mercapto-modified, carboxyl-modified, phenol-modified, silanol-modified, diol-modified, methacryl-modified, alkoxy-modified may be used. it can.
The amount of silicone added is preferably 0.5 to 5% by weight in the silica film (solid content).
また、上述のようにして製膜された多孔性シリカ膜をシリル化剤で処理することで、より機能性に優れた表面にする事ができる。即ち、シリル化剤で処理することにより、多孔性シリカ膜に疎水性が付与され、アルカリ水などの不純物により空孔が汚染されるのを防ぐことができる。シリル化剤としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロソラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、メチルクロロジシラン、トリフェニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、ジフェニルジクロロシランなどのクロロシラン類、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、N−トリメチルシリルアセトアミド、ジメチルトリメチルシリルアミン、ジエチルトリエチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾールなどのシラザン類、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン等のフッ化アルキル基やフッ化アリール基を有するアルコキシシラン類などが挙げられる。シリル化は、シリル化剤を多孔性シリカ膜に塗布したり、多孔性シリカ膜をシリル化剤の蒸気中に曝したりすることにより行うことができる。 Further, by treating the porous silica film formed as described above with a silylating agent, the surface can be made more excellent in functionality. That is, by treating with a silylating agent, hydrophobicity is imparted to the porous silica film, and the pores can be prevented from being contaminated by impurities such as alkaline water. Examples of the silylating agent include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyldiethoxysilane, dimethylvinylmethoxysilane, and dimethyl. Alkoxysilanes such as vinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosolane, dimethylvinylchlorosilane , Methyl vinyl dichlorosilane, methyl chloro disilane, triphenyl chloro silane, methyl diphenyl chloro Chlorosilanes such as silane, diphenyldichlorosilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, N-trimethylsilylacetamide, dimethyltrimethylsilylamine, diethyltriethylsilylamine, trimethylsilylimidazole and other silazanes, (3, 3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltriethoxysilane, etc. And alkoxysilanes having a group. Silylation can be carried out by applying a silylating agent to the porous silica film or exposing the porous silica film to the vapor of the silylating agent.
[凹型パッケージ]
パッケージとは、LEDデバイスにおいて発光素子を積載する部材をさし、本発明に係るパッケージは、LED素子を設けると共に蛍光体と封止材を充填するための凹部が形成された凹型パッケージである。
[Concave package]
A package refers to a member on which a light emitting element is stacked in an LED device, and the package according to the present invention is a concave package provided with a LED element and a recess for filling a phosphor and a sealing material.
凹型パッケージの構成材料としては、通常、有機材料、無機材料などが挙げられる。 As a constituent material of the concave package, an organic material, an inorganic material, etc. are usually mentioned.
有機材料としては、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ABS樹脂、ナイロン系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリエチレン樹脂、などの有機樹脂、及びこれらの樹脂とガラスフィラーや無機粉末を混合し、耐熱性や機械的強度を向上させ、熱膨張率を低減した強化プラスチックなどが挙げられる。 Organic materials include polycarbonate resins, polyphenylene sulfide resins, epoxy resins, acrylic resins, silicone resins, ABS resins, nylon resins, polyphthalamide resins, polyethylene resins, and the like, and these resins and glass fillers. Examples thereof include reinforced plastics in which inorganic powder is mixed, heat resistance and mechanical strength are improved, and a coefficient of thermal expansion is reduced.
無機材料としては、ガラス材料の他、SiNx、SiCx、SiOx、AlN、Al2O3などのセラミックス材料;鉄、銅、真鍮、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム等の金属材料或いはこれらの合金が挙げられる。 Inorganic materials include glass materials, ceramic materials such as SiN x , SiC x , SiO x , AlN, and Al 2 O 3 ; metals such as iron, copper, brass, aluminum, nickel, gold, silver, platinum, and palladium Materials or alloys thereof may be mentioned.
発熱・発光量の多いパワーデバイスにおいては、変色などの劣化を起こしやすい有機材料より、耐熱・耐光耐久性に優れた無機材料が好適である。 For power devices that generate a large amount of heat and emit light, an inorganic material that is superior in heat resistance and light resistance is more suitable than an organic material that easily undergoes deterioration such as discoloration.
パッケージの形状は凹部型であればよく、他に制限はなく、公知のパッケージを用いることができる。具体的な形状としては、図1に示すようにカップ部と基板部とが一体型のものや、図2に示すようにこれらが別体のもの、LED素子の直下の部分に銅やアルミニウムなどからなるヒートシンクを設けたもの、凹部の反射面(内壁面)を銀等の反射膜で被覆したものなどを挙げることができる。
なお、図2に示すようなカップ/基板別体型のものにおいて、カップの構成材料と基板の構成材料とは、同一であってもよく、異なるものであってもよい。
The shape of the package is not particularly limited as long as it is a concave shape, and a known package can be used. As specific shapes, the cup portion and the substrate portion are integrated as shown in FIG. 1, they are separate as shown in FIG. 2, copper or aluminum is directly under the LED element, etc. There may be mentioned those provided with a heat sink composed of the above, and those in which the reflecting surface (inner wall surface) of the recess is coated with a reflecting film such as silver.
In the cup / substrate separate type as shown in FIG. 2, the constituent material of the cup and the constituent material of the substrate may be the same or different.
[LED素子]
本発明に用いられるLED素子としては、具体的にGaN系化合物半導体、ZnSe系化合物半導体、ZnO系化合物半導体を挙げることができる。中でもGaN系化合物半導体を使用することが好ましい。なぜなら、GaN系化合物半導体は、この領域の光を発するSiCx系化合物半導体に比べ、発光出力や外部量子効率が格段に大きく、蛍光体と組み合わせることによって、非常に低電力で非常に明るい発光が得られるからである。例えば、同じ電流負荷に対し、通常GaN系素子はSiCx系素子の100倍以上の発光強度を有する。GaN系素子においては、InxGayN発光層を有するものが発光強度が非常に強いので、特に好ましい。
なお、上記において、x+yの値は通常0.8〜1.2の範囲の値である。GaN系素子において、これら発光層にZnやSiをドープしたものやドーパントなしのものが発光特性を調節する上で好ましい。
[LED element]
Specific examples of the LED element used in the present invention include a GaN-based compound semiconductor, a ZnSe-based compound semiconductor, and a ZnO-based compound semiconductor. Among these, it is preferable to use a GaN compound semiconductor. This is because GaN-based compound semiconductors have significantly higher light output and external quantum efficiency than SiC x- based compound semiconductors that emit light in this region, and when combined with phosphors, emit very bright light with very low power. It is because it is obtained. For example, for the same current load, a GaN-based device usually has a light emission intensity 100 times or more that of a SiC x- based device. Among GaN-based devices, those having an In x Ga y N light-emitting layer are particularly preferable because the light emission intensity is very high.
In the above, the value of x + y is usually in the range of 0.8 to 1.2. In the GaN-based device, those in which the light emitting layer is doped with Zn or Si or those without a dopant are preferable for adjusting the light emission characteristics.
[蛍光体]
蛍光体としては、上述のLED素子の発する光に直接的または間接的に励起され、異なる波長の光を発する物質であれば特に制限はなく、無機系蛍光体であっても有機系蛍光体であっても用いることができる。例えば、以下に例示するような青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、橙色ないし赤色蛍光体の1種または2種以上を用いることができる。所望の発光色を得られるよう、用いる蛍光体の種類や含有量を適宜調整することが好ましい。
[Phosphor]
The phosphor is not particularly limited as long as it is a substance that is directly or indirectly excited by the light emitted from the LED element and emits light of a different wavelength. Even if it is an inorganic phosphor, it is an organic phosphor. Even if it exists, it can be used. For example, one or more of blue phosphor, green phosphor, yellow phosphor, orange to red phosphor as exemplified below can be used. It is preferable to appropriately adjust the type and content of the phosphor used so that a desired emission color can be obtained.
<青色蛍光体>
青色蛍光体としては、発光ピーク波長が、通常420nm以上、中でも430nm以上、更には440nm以上、また、通常490nm以下、中でも480nm以下、更には470nm以下の範囲にあるものが好ましい。
具体的には、(Ca,Sr,Ba)MgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6(Cl,F)2:Eu、(Ba,Ca,Mg,Sr)2SiO4:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6(Cl,F)2:Eu、(Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8:Euが好ましく、(Ba,Sr)MgAl10O17:Eu、(Ca,Sr,Ba)10(PO4)6(Cl,F)2:Eu、Ba3MgSi2O8:Euがより好ましい。
<Blue phosphor>
As the blue phosphor, those having an emission peak wavelength of usually 420 nm or more, particularly 430 nm or more, more preferably 440 nm or more, and usually 490 nm or less, especially 480 nm or less, and further 470 nm or less are preferable.
Specifically, (Ca, Sr, Ba) MgAl 10 O 17 : Eu, (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 (Cl, F) 2 : Eu, (Ba, Ca, Mg, Sr) 2 SiO 4 : Eu, (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 (Cl, F) 2 : Eu, (Ba, Ca, Sr) 3 MgSi 2 O 8 : Eu are preferred, Ba, Sr) MgAl 10 O 17 : Eu, (Ca, Sr, Ba) 10 (PO 4 ) 6 (Cl, F) 2 : Eu, and Ba 3 MgSi 2 O 8 : Eu are more preferable.
<緑色蛍光体>
緑色蛍光体としては、発光ピーク波長が、通常500nm以上、中でも510nm以上、更には515nm以上、また、通常550nm以下、中でも542nm以下、更には535nm以下の範囲にあるものが好ましい。
具体的には、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、(Sr,Ba)2SiO4:Eu、β型サイアロン、(Ba,Sr)3Si6O12:N2:Eu、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mnが好ましい。
<Green phosphor>
The green phosphor preferably has an emission peak wavelength in the range of usually 500 nm or more, particularly 510 nm or more, more preferably 515 nm or more, and usually 550 nm or less, especially 542 nm or less, and even 535 nm or less.
Specifically, Y 3 (Al, Ga) 5 O 12: Ce, CaSc 2 O 4: Ce, Ca 3 (Sc, Mg) 2 Si 3 O 12: Ce, (Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu Β-sialon, (Ba, Sr) 3 Si 6 O 12 : N 2 : Eu, SrGa 2 S 4 : Eu, and BaMgAl 10 O 17 : Eu, Mn are preferable.
<黄色蛍光体>
黄色蛍光体としては、発光ピーク波長が、通常530nm以上、中でも540nm以上、更には550nm以上、また、通常620nm以下、中でも600nm以下、更には580nm以下の範囲にあるものが好適である。
黄色蛍光体としては、Y3Al5O12:Ce、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Sr,Ca,Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ca,Sr)Si2N2O2:Eu、(La,Y,Gd,Lu)3(Si,Ge)6N11:Ceが好ましい。
<Yellow phosphor>
As the yellow phosphor, those having an emission peak wavelength of usually 530 nm or more, particularly 540 nm or more, more preferably 550 nm or more, and usually 620 nm or less, especially 600 nm or less, further 580 nm or less are suitable.
The yellow phosphor, Y 3 Al 5 O 12: Ce, (Y, Gd) 3 Al 5 O 12: Ce, (Sr, Ca, Ba, Mg) 2 SiO 4: Eu, (Ca, Sr) Si 2 N 2 O 2 : Eu, (La, Y, Gd, Lu) 3 (Si, Ge) 6 N 11 : Ce are preferable.
<橙色ないし赤色蛍光体>
橙色ないし赤色蛍光体としては、発光ピーク波長が、通常570nm以上、中でも580nm以上、更には585nm以上、また、通常780nm以下、中でも700nm以下、更には680nm以下の範囲にあるものが好ましい。
具体的には、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、(Sr,Ba)3SiO5:Eu、(Ca,Sr)S:Eu、(La,Y)2O2S:Eu、Eu(ジベンゾイルメタン)3・1,10−フェナントロリン錯体等のβ−ジケトン系Eu錯体、カルボン酸系Eu錯体、K2SiF6:Mnが好ましく、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Sr,Ca)AlSi(N,O):Eu、(La,Y)2O2S:Eu、K2SiF6:Mnがより好ましい。
また、橙色蛍光体としては、(Sr,Ba)3SiO5:Eu、(Sr,Ba)2SiO4:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Ceが好ましい。
<Orange to red phosphor>
As the orange to red phosphor, those having an emission peak wavelength in the range of usually 570 nm or more, particularly 580 nm or more, more preferably 585 nm or more, and usually 780 nm or less, particularly 700 nm or less, further 680 nm or less are preferable.
Specifically, (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 (N, O) 8 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si (N, O) 2 : Eu, (Ca, Sr, Ba) AlSi ( N, O) 3: Eu, (Sr, Ba) 3 SiO 5: Eu, (Ca, Sr) S: Eu, (La, Y) 2 O 2 S: Eu, Eu ( dibenzoylmethane) 3 · 1, Β-diketone Eu complex such as 10-phenanthroline complex, carboxylic acid Eu complex, K 2 SiF 6 : Mn is preferable, (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 (N, O) 8 : Eu, (Sr, Ca) AlSi (N, O): Eu, (La, Y) 2 O 2 S: Eu, and K 2 SiF 6 : Mn are more preferable.
As the orange phosphor, (Sr, Ba) 3 SiO 5 : Eu, (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu, (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 (N, O) 8 : Eu, ( Ca, Sr, Ba) AlSi (N, O) 3 : Ce is preferred.
[封止材]
封止材はLED素子を凹型パッケージの凹部内に封止するために用いられ、LEDデバイスに必要な耐熱性や耐光性、耐久性等の条件を満たす透明材料であればよく、特に制限はないが、本発明において、封止材は、前述のような蛍光体を分散させた蛍光体含有組成物として、予め内部にLED素子を配設して導電性ワイヤーを取り付けた凹型パッケージの凹部に充填されるものであることから、該蛍光体の性能を目的の範囲で損なうことがなく、また、所望の使用条件下において液状の性質を示し、蛍光体を好適に分散させるとともに、好ましくない反応を生じない材料の範囲において、任意の無機系材料及び/又は有機系材料を使用することができる。
[Encapsulant]
The sealing material is used for sealing the LED element in the concave portion of the concave package, and may be any transparent material that satisfies the conditions such as heat resistance, light resistance, and durability required for the LED device, and is not particularly limited. However, in the present invention, the sealing material is filled in the concave portion of the concave package in which the LED element is previously disposed and the conductive wire is attached as the phosphor-containing composition in which the phosphor is dispersed as described above. Therefore, the phosphor does not impair the performance of the phosphor within the intended range, and exhibits a liquid property under the desired use conditions, suitably disperses the phosphor, and performs an undesirable reaction. Any inorganic and / or organic material can be used within the range of materials that do not occur.
封止材としての無機系材料としては、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)等を挙げることができる。 As the inorganic material as the sealing material, for example, a solution obtained by hydrolyzing a solution containing a metal alkoxide, a ceramic precursor polymer or a metal alkoxide by a sol-gel method, or a combination thereof is solidified. Examples thereof include materials (for example, inorganic materials having a siloxane bond).
有機系材料としては、例えば、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。 Examples of organic materials include thermoplastic resins, thermosetting resins, and photocurable resins. Specifically, for example, methacrylic resin such as polymethylmethacrylate; styrene resin such as polystyrene and styrene-acrylonitrile copolymer; polycarbonate resin; polyester resin; phenoxy resin; butyral resin; polyvinyl alcohol; Cellulose resins such as cellulose acetate butyrate; epoxy resins; phenol resins; silicone resins.
これらの中で特に照明など大出力のLEDデバイスに適用される場合には、耐熱性や耐光性等の確保を目的として珪素含有化合物を使用することが好ましい。 Among these, in particular, when applied to high-power LED devices such as lighting, it is preferable to use a silicon-containing compound for the purpose of ensuring heat resistance and light resistance.
珪素含有化合物とは分子中に珪素原子を有する化合物をいい、例えば、ポリオルガノシロキサン等の有機材料(シリコーン系材料)、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料、及びホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩等のガラス材料を挙げることができる。中でも、ハンドリングの容易さ等の点から、シリコーン系材料が好ましい。 The silicon-containing compound refers to a compound having a silicon atom in the molecule, for example, an organic material (silicone material) such as polyorganosiloxane, an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and borosilicate, Examples thereof include glass materials such as phosphosilicate and alkali silicate. Among these, silicone materials are preferable from the viewpoint of ease of handling.
上記シリコーン系材料とは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、例えば下記一般式(i)で表される化合物及び/又はそれらの混合物が挙げられる。
(R1R2R3SiO1/2)M(R4R5SiO2/2)D
(R6SiO3/2)T(SiO4/2)Q …(i)
The silicone material generally refers to an organic polymer having a siloxane bond as a main chain, and examples thereof include a compound represented by the following general formula (i) and / or a mixture thereof.
(R 1 R 2 R 3 SiO 1/2 ) M (R 4 R 5 SiO 2/2 ) D
(R 6 SiO 3/2 ) T (SiO 4/2 ) Q (i)
一般式(i)において、R1〜R6は、それぞれ独立に、有機官能基、水酸基、及び水素原子からなる群から選択されるものを表す。なお、R1〜R6は、同じであってもよく、異なってもよい。
また、上記一般式(i)において、M、D、T及びQは、それぞれ0以上1未満であり、M+D+T+Q=1を満足する数である。
In general formula (i), R < 1 > -R < 6 > represents what is selected from the group which consists of an organic functional group, a hydroxyl group, and a hydrogen atom each independently. R 1 to R 6 may be the same or different.
In the general formula (i), M, D, T, and Q are each a number that is 0 or more and less than 1, and satisfies M + D + T + Q = 1.
該シリコーン系材料は、液状のものを用い、前述の蛍光体をこの液状のシリコーン系材料に分散させた蛍光体含有組成物を調製し、この蛍光体含有組成物を凹型パッケージの凹部に充填して封止した後、熱や光によって硬化させて用いることができる。 A liquid material is used as the silicone material, and a phosphor-containing composition is prepared by dispersing the above-mentioned phosphor in the liquid silicone material, and the phosphor-containing composition is filled in the concave portion of the concave package. Can be used after being cured by heat or light.
シリコーン系材料を硬化のメカニズムにより分類すると、通常、付加重合硬化タイプ、縮重合硬化タイプ、紫外線硬化タイプ、パーオキサイド加硫タイプなどのシリコーン系材料を挙げることができる。これらの中では、付加重合硬化タイプ(付加型シリコーン樹脂)、縮合硬化タイプ(縮合型シリコーン樹脂)、紫外線硬化タイプが好適である。以下、付加型シリコーン系材料、及び縮合型シリコーン系材料について説明する。 When silicone materials are classified according to the mechanism of curing, silicone materials such as an addition polymerization curing type, a condensation polymerization curing type, an ultraviolet curing type, and a peroxide vulcanization type can be generally cited. Among these, addition polymerization curing type (addition type silicone resin), condensation curing type (condensation type silicone resin), and ultraviolet curing type are preferable. Hereinafter, the addition type silicone material and the condensation type silicone material will be described.
付加型シリコーン系材料とは、ポリオルガノシロキサン鎖が、有機付加結合により架橋されたものをいう。代表的なものとしては、例えばビニルシランとヒドロシランをPt触媒などの付加型触媒の存在下反応させて得られるSi−C−C−Si結合を架橋点に有する化合物等を挙げることができる。これらは市販のものを使用することができ、例えば付加重合硬化タイプの具体的商品名としては信越化学工業社製「LPS−1400」「LPS−2410」「LPS−3400」等が挙げられる。 The addition-type silicone material refers to a material in which a polyorganosiloxane chain is crosslinked by an organic addition bond. A typical example is a compound having a Si—C—C—Si bond at a crosslinking point obtained by reacting vinylsilane and hydrosilane in the presence of an addition catalyst such as a Pt catalyst. As these, commercially available products can be used. Specific examples of addition polymerization curing type trade names include “LPS-1400”, “LPS-2410”, and “LPS-3400” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
一方、縮合型シリコーン系材料とは、例えば、アルキルアルコキシシランの加水分解・重縮合で得られるSi−O−Si結合を架橋点に有する化合物を挙げることができる。
具体的には、下記一般式(ii)及び/又は(iii)で表される化合物、及び/又はそのオリゴマーを加水分解・重縮合して得られる重縮合物が挙げられる。なお、これらの化合物及び/又はそのオリゴマーは、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。
On the other hand, examples of the condensation type silicone material include a compound having a Si—O—Si bond obtained by hydrolysis and polycondensation of an alkylalkoxysilane at a crosslinking point.
Specific examples include polycondensates obtained by hydrolysis and polycondensation of compounds represented by the following general formula (ii) and / or (iii) and / or oligomers thereof. In addition, only 1 type may be used for these compounds and / or its oligomer, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
Gm+XnY1 m−n …(ii)
(一般式(ii)中、Gは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンより選択される少なくとも1種の元素を表し、Xは、加水分解性基を表し、Y1は、1価の有機基を表し、mは、Gの価数を表す1以上の整数を表し、nは、X基の数を表す1以上の整数を表す。但し、m≧nである。)
G m + X n Y 1 m -n ... (ii)
(In General Formula (ii), G represents at least one element selected from silicon, aluminum, zirconium, and titanium, X represents a hydrolyzable group, and Y 1 represents a monovalent organic group. M represents one or more integers representing the valence of G, and n represents one or more integers representing the number of X groups, provided that m ≧ n.
(Gs+XtY1 s−t)uY2 …(iii)
(一般式(iii)中、Gは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンより選択される少なくとも1種の元素を表し、Xは、加水分解性基を表し、Y1は、1価の有機基を表し、Y2は、u価の有機基を表し、sは、Gの価数を表す1以上の整数を表し、tは、1以上、s−1以下の整数を表し、uは、2以上の整数を表す。)
(G s + X t Y 1 s-t) u
(In General Formula (iii), G represents at least one element selected from silicon, aluminum, zirconium, and titanium, X represents a hydrolyzable group, and Y 1 represents a monovalent organic group. Y 2 represents a u-valent organic group, s represents an integer of 1 or more representing the valence of G, t represents an integer of 1 or more and s−1 or less, and u represents 2 (It represents the integer above.)
また、縮合型シリコーン系材料には、硬化触媒を含有させても良い。この硬化触媒としては、例えば、金属キレート化合物などを好適なものとして用いることができる。金属キレート化合物は、Ti、Ta、Zrのいずれか1以上を含むものが好ましく、Zrを含むものが更に好ましい。なお、硬化触媒は、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。 Further, the condensation type silicone material may contain a curing catalyst. As this curing catalyst, for example, a metal chelate compound or the like can be suitably used. The metal chelate compound preferably contains one or more of Ti, Ta, and Zr, and more preferably contains Zr. In addition, only 1 type may be used for a curing catalyst and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
このような縮合型シリコーン系材料としては、例えば特願2006−47274号〜47277号明細書(例えば特開2007−112973号〜112975号公報、特開2007−19459号公報)及び特願2006−176468号明細書に記載の半導体発光デバイス用部材が好適である。 Examples of such condensation-type silicone materials include Japanese Patent Application Nos. 2006-47274 to 47277 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2007-119297 to 112975 and Japanese Patent Application No. 2007-19459) and Japanese Patent Application No. 2006-176468. The member for semiconductor light-emitting devices described in the specification is suitable.
上述の封止材としてのシリコーン系材料等の無機系材料及び/又は有機系材料に、前述の蛍光体を分散させてなる蛍光体含有組成物中の蛍光体及び封止材の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、封止材については、蛍光体含有組成物全体に対して、通常50重量%以上、好ましくは75重量%以上であり、通常99重量%以下、好ましくは95重量%以下である。また、蛍光体については、蛍光体含有組成物全体に対して通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上であり、通常50重量%以下、好ましくは25重量%以下である。封止材の量が多い場合には特段の問題は起こらないが、LEDデバイスとして所望の色度座標、演色指数、発光効率等を得るには、通常、上記のような配合比率で封止材及び蛍光体を用いることが望ましい。一方、封止材が少な過ぎると流動性がなく取り扱い難くなる可能性がある。 The phosphor and the content of the encapsulant in the phosphor-containing composition obtained by dispersing the aforementioned phosphor in an inorganic material and / or an organic material such as a silicone material as the encapsulant described above are: Although it is optional as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, the sealing material is usually 50% by weight or more, preferably 75% by weight or more, and usually 99% by weight or less, based on the entire phosphor-containing composition. Preferably, it is 95 weight% or less. Further, the phosphor is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 25% by weight or less based on the entire phosphor-containing composition. When the amount of the sealing material is large, no particular problem occurs. However, in order to obtain the desired chromaticity coordinates, color rendering index, luminous efficiency, etc. as an LED device, the sealing material is usually used at the blending ratio as described above. It is desirable to use a phosphor. On the other hand, when there are too few sealing materials, there exists a possibility that it may become difficult to handle because there is no fluidity.
封止材は、蛍光体含有組成物において、主にバインダーとしての役割を有する。封止材は、1種を単独で用いてもよいが、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。例えば、耐熱性や耐光性等を目的として珪素含有化合物を使用する場合は、当該珪素含有化合物の耐久性を損なわない程度に、エポキシ樹脂など他の熱硬化性樹脂を含有してもよい。この場合、他の熱硬化性樹脂の含有量は、バインダーである封止材全量に対して通常25重量%以下、好ましくは10重量%以下とすることが望ましい。 The sealing material mainly has a role as a binder in the phosphor-containing composition. The sealing material may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. For example, when a silicon-containing compound is used for the purpose of heat resistance, light resistance, etc., other thermosetting resins such as an epoxy resin may be contained to the extent that the durability of the silicon-containing compound is not impaired. In this case, the content of the other thermosetting resin is usually 25% by weight or less, preferably 10% by weight or less based on the total amount of the sealing material as the binder.
なお、上記の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、蛍光体及び封止材以外に、その他の成分を含有させてもよい。その他の成分としては、例えば、色調補正用の色素、酸化防止剤、燐系加工安定剤等の加工・酸化及び熱安定化剤、紫外線吸収剤等の耐光性安定化剤及びシランカップリング剤等が挙げられ、これらは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。 The phosphor-containing composition may contain other components in addition to the phosphor and the sealing material as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of other components include color correction dyes, antioxidants, processing / oxidation and heat stabilizers such as phosphorus-based processing stabilizers, light-resistant stabilizers such as ultraviolet absorbers, and silane coupling agents. These may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
[実施例1]
<多孔性シリカ膜形成LEDデバイスの作製>
メチルトリメトキシシラン0.85g、ジメチルジメトキシシラン0.15g、及びテトラメトキシシラン縮合物(メチルシリケート 7量体)1.00gをエタノール2.00g中で常温にて攪拌した。この溶液に0.1mol/L塩酸0.30gと水1.00gを添加して酸性(pH2)下で常温にて攪拌し、加水分解させた。このエタノール中での攪拌〜酸性下での攪拌は合計で30分行った。その後、60℃の恒温槽で30分攪拌することで、熟成させた。さらに常温にて攪拌しながら、エタノール3.00g、水15.00g、0.25mol/L水酸化ナトリウム水溶液4.00g、及びエタノール7.00gを、この順番で添加し、塩基性(pH11)下で脱水縮合させた。その後、60℃の恒温槽で60分攪拌することで熟成させ、多孔性シリカ膜形成用原料液を得た。
この原料液を目的となる膜を得るためにエタノールで2重量倍に希釈してシリカ塗布液とした。
[Example 1]
<Preparation of LED device with porous silica film formation>
0.85 g of methyltrimethoxysilane, 0.15 g of dimethyldimethoxysilane, and 1.00 g of a tetramethoxysilane condensate (methyl silicate heptamer) were stirred at room temperature in 2.00 g of ethanol. To this solution, 0.30 g of 0.1 mol / L hydrochloric acid and 1.00 g of water were added and stirred at room temperature under acidity (pH 2) for hydrolysis. Stirring in ethanol to stirring under acidic conditions was performed for a total of 30 minutes. Then, it was made to age | cure | ripen by stirring for 30 minutes in a 60 degreeC thermostat. Further, with stirring at room temperature, ethanol (3.00 g), water (15.00 g), 0.25 mol / L aqueous sodium hydroxide solution (4.00 g), and ethanol (7.00 g) were added in this order. And dehydrated. Then, it aged by stirring for 60 minutes in a 60 degreeC thermostat, and obtained the raw material liquid for porous silica film formation.
In order to obtain the target film, this raw material solution was diluted 2 times with ethanol to obtain a silica coating solution.
上記シリカ塗布液2μLを、封入パッケージであるLEDデバイス(Osram Power TOPLEDデバイス)の表面に載せ、スピンコーター(1000rpm、30秒)で塗布した。その後、120℃で10分熱処理を行い、膜厚100nmの多孔性シリカ膜を製膜した。 2 μL of the silica coating solution was placed on the surface of an LED device (Osram Power TOPLED device) as an encapsulated package, and applied with a spin coater (1000 rpm, 30 seconds). Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 10 minutes to form a porous silica film having a thickness of 100 nm.
<多孔性シリカ膜/ガラス基板サンプルの作製>
上記シリカ塗布液を用いて、ガラス基板上に、上記の多孔性シリカ膜形成LEDデバイス作製時と同様の条件で、スピンコーターで塗布した後熱処理を行って、膜厚100nmの多孔性シリカ膜を製膜した。
<Preparation of porous silica film / glass substrate sample>
Using the above silica coating solution, a porous silica film having a film thickness of 100 nm is formed on a glass substrate by applying a heat treatment after applying with a spin coater under the same conditions as those for producing the porous silica film forming LED device. A film was formed.
<多孔性シリカ膜の最頻空隙径の測定>
テフロンシャーレに10cm×20cmのベンコット(旭化成せんい(株)製)を2つ折りにして入れる。ベンコットの上に上記シリカ塗布液を10g染み込ませ、室温にて真空乾燥30分、その後120℃にて加熱乾燥30分、さらに90℃にて真空乾燥3時間を行った。シャーレから回収した固形分100mgを用い、カンタクローム社製AS−1にてBET窒素吸着等温線を測定し、最頻空隙径を求めた。その結果、最頻空隙径は4.2nmであった。
<Measurement of the most frequent pore diameter of porous silica membrane>
A 10 cm × 20 cm Bencot (manufactured by Asahi Kasei Fibers Co., Ltd.) is folded in a Teflon petri dish. 10 g of the above silica coating solution was impregnated on the bencott, vacuum-dried at room temperature for 30 minutes, then heated and dried at 120 ° C. for 30 minutes, and further vacuum-dried at 90 ° C. for 3 hours. The BET nitrogen adsorption isotherm was measured using AS-1 manufactured by Cantachrome Co., Ltd., using 100 mg of the solid content recovered from the petri dish, and the most frequent pore diameter was determined. As a result, the most frequent gap diameter was 4.2 nm.
<多孔性シリカ膜の空隙率の測定>
上記の多孔性シリカ膜/ガラス基板サンプルについて、分光エリプソメータにより多孔性シリカ膜の屈折率nを測定し(n=1.28)、前述の式(i),(ii)より空隙率Xを算出したところ(n0=1.00,n1=1.47)、多孔性シリカ膜の空隙率は40%であった。
<Measurement of porosity of porous silica film>
For the above porous silica film / glass substrate sample, the refractive index n of the porous silica film is measured with a spectroscopic ellipsometer (n = 1.28), and the porosity X is calculated from the above formulas (i) and (ii). As a result (n 0 = 1.00, n 1 = 1.47), the porosity of the porous silica film was 40%.
<光取出し効率の評価>
オーシャンオプティクス社製分光器「USB2000」(積算波長範囲:380〜780nm、受光方式:38.1mmφの積分球)を用いて、多孔性シリカ膜形成LEDデバイスについて全光束の測定を行った。積分球点灯15秒後の全光束を測定したところ、1.5343lmであった。
<Evaluation of light extraction efficiency>
The total luminous flux of the porous silica film-formed LED device was measured using a spectroscope “USB2000” (integrated wavelength range: 380 to 780 nm, light receiving method: 38.1 mmφ integrating sphere) manufactured by Ocean Optics. When the total luminous flux was measured 15 seconds after the integrating sphere was turned on, it was 1.5343 lm.
[比較例1]
LEDパッケージ(Osram Power TOPLEDパッケージ)について、多孔性シリカ膜を形成せずに、実施例1におけると同様に積分球を用いて全光束測定を行った。積分球点灯15秒後の全光束を測定したところ、1.5238lmであった。
[Comparative Example 1]
For the LED package (Osram Power TOPLED package), the total luminous flux was measured using an integrating sphere in the same manner as in Example 1 without forming a porous silica film. When the total luminous flux was measured 15 seconds after the integrating sphere was turned on, it was 1.5238 lm.
以上の結果から、シリカ膜を形成することにより光束が上がり、光取出し効率が向上することが確認された。 From the above results, it was confirmed that forming the silica film increased the luminous flux and improved the light extraction efficiency.
なお、上記実施例1において、多孔性シリカ膜を形成したLEDデバイスに使用されている封止材の屈折率が確認されていないため、多孔性シリカ膜の屈折率と封入材の屈折率との関係は明らかにされていないが、通常LEDデバイスに使用されている封止材の屈折率は1.53程度であるため、多孔性シリカ膜の屈折率(n=1.28)の方が封止材の屈折率よりも低いと考えられる。 In Example 1 above, since the refractive index of the sealing material used in the LED device on which the porous silica film is formed has not been confirmed, the refractive index of the porous silica film and the refractive index of the encapsulating material Although the relationship is not clarified, the refractive index of the sealing material usually used in LED devices is about 1.53, so the refractive index of the porous silica film (n = 1.28) is more sealed. It is considered to be lower than the refractive index of the stopper.
1,9 凹型パッケージ
1a カップ部
1b 基板部
2 凹部
3 LED素子
3A,3B 電極
4 蛍光体
5 封止材
6 ダイボンド材
7A,7B リード
8A,8B 導電性ワイヤー
9a カップ
9b 基板
10,10A LEDデバイス
20 シリカ膜
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