JP2019079934A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】硫化物蛍光体の劣化を十分に抑制することが可能な発光デバイスを提供する。【解決手段】 筐体１及び蓋材２からなるパッケージ３と、筐体１の底部１ｂに配置される、励起光を出射する光源４と、光源４を封止する樹脂層５と、樹脂層５に分散した硫化物蛍光体６と、を備えることを特徴とする発光デバイス１０。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の励起光源を用いた発光デバイス及びその製造方法に関するものである。

近年、白色ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯に代わる次世代の光源として照明用途への応用が期待されている。白色ＬＥＤに用いられる蛍光体として、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋やＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋等の硫化物蛍光体が注目されてきている。硫化物蛍光体は、構成元素を適宜選択することにより、波長３５０〜４８０ｎｍの励起光を青〜赤色光に幅広く変換することが可能であり、白色ＬＥＤに好適である。

しかしながら、硫化物蛍光体は水分や酸素等の環境劣化を受けやすく、発光特性が低下しやすいという問題がある。そこで、硫化物蛍光体の劣化を抑制するため、硫化物蛍光体の表面をシリカ膜等でコーティングする方法が提案されている（特許文献１等参照）。

特開２００２−６９４４２号公報

上記の通り、硫化物蛍光体をコーティングすることにより、ある程度劣化を抑制することはできるものの、蛍光体粒子を完全にコーティングすることは困難である。従って、硫化物蛍光体の劣化を十分に抑制するには至っていない。

以上に鑑み、本発明の目的は、硫化物蛍光体の劣化を十分に抑制することが可能な発光デバイスを提供することにある。

本発明の発光デバイスは、筐体及び蓋材からなるパッケージと、筐体の底部に配置される、励起光を出射する光源と、光源を封止する樹脂層と、樹脂層に分散した硫化物蛍光体と、を備えることを特徴とする。このように、硫化物蛍光体を樹脂に分散させ、かつパッケージ内に封止することにより、硫化物蛍光体が外部の水分や酸素と接触することを抑制できる。その結果、硫化物蛍光体の経時劣化が抑制され、良好な発光特性を維持することが可能となる。また、硫化物蛍光体をパッケージ内に封入することから、大気中の水分との反応による硫化水素ガスの発生を抑制できるため、環境上も好ましい。

本発明の発光デバイスは、筐体の底部に電極層が形成されていてもよい。一般に、電極層は導電性の高い銀により形成されている。仮に樹脂層に大気中の水分が侵入し、硫化物蛍光体と反応して硫化水素ガスが発生すると、電極層の銀成分が硫化水素ガスと反応して、電極層が劣化するおそれがある。一方、本発明の発光デバイスでは、パッケージ内に硫化物蛍光体が封入されており、硫化物蛍光体が外部の水分と接触しにくいため、硫化水素ガスの発生が抑制され、電極層が劣化しにくい。

本発明の発光デバイスは、電極層がメッキされていることが好ましい。このようにすれば、電極層が保護されるため、仮に硫化水素ガスが発生した場合であっても、電極層の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、硫化物蛍光体の劣化を十分に抑制することが可能な発光デバイスを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光デバイスにおいて、筐体１の底部１ｂ付近を示す模式的平面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は本発明の一実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態の発光デバイス１０は、筐体１及び蓋材２からなるパッケージ３と、筐体１の底部に配置される光源４と、光源４を封止する樹脂層５と、樹脂層５に分散した硫化物蛍光体６とを備えている。筐体１の開口部１ａは蓋材２により封止されており、それによりパッケージ３を構成している。

図２は図１の発光デバイスにおいて、筐体１の底部１ｂ付近を示す模式的平面図である。筐体１の底部１ｂには電極層７が形成されている。電極層７は電極層７ａ及び電極層７ｂから構成されている。光源４は電極層７ａの上に設置されており、光源４の上部と電極層７ｂはボンディングワイヤ８により接続されている。このようにして、電気回路が形成されている。

光源４からは、樹脂層５に向けて励起光Ｌ１が出射される。樹脂層５内に分散した硫化物蛍光体６は、励起光Ｌ１を波長変換し、蛍光を出射する。硫化物蛍光体６から出射された蛍光と、樹脂層５を透過した励起光Ｌ１との合成光Ｌ２が、蓋材１１を通り発光デバイス１０から出射される。

筐体１は、例えば、セラミックやガラス等から構成することができる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア、ムライト等が挙げられる。また、セラミックは、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等のガラスセラミックであってもよい。ＬＴＣＣの具体例としては、酸化チタンや酸化ニオブ等の無機粉末とガラス粉末との焼結体等が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等が挙げられる。

蓋材２は、例えば、ガラス等の透明材料から構成することができる。ガラスとしては、パッケージ１０を構成する上記ガラスと同様の材料を用いることができる。なお、蓋材２は例えばガラスフリットにより筐体１に封着している。この場合、ガラスフリットをレーザーシールすることにより、筐体１に蓋材２を封着することが好ましい。このようにすれば、ガラスフリットを局所的に加熱することができるため、封着時における樹脂層５の劣化等の不具合を抑制することができる。

光源４としては、例えば、青色光を励起光Ｌ１として出射するＬＥＤ光源やＬＤ光源等が用いられる。例えば、励起光Ｌ１が青色光である場合、硫化物蛍光体６として緑色光を出射するものと赤色光を出射するものを混合して使用することにより、励起光Ｌ１と蛍光の合成光Ｌ２として白色光が出射される。

樹脂層５を構成する樹脂としては、例えば、透光性を有する紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂が用いられる。具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。

硫化物蛍光体６としては、例えば、ＣａＳ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＺｎＳ、ＳｒＳ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４、ＣａＧａ_２Ｓ_４、ＢａＧａ_２Ｓ_４、ＺｎＧａ_２Ｓ_４、ＢａＡｌ_２Ｓ_４等が挙げられる。硫化物蛍光体６の平均粒子径は１〜５０μｍであることが好ましく、５〜２５μｍであることがより好ましい。硫化物蛍光体６の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。一方、硫化物蛍光体６の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。

なお、硫化物蛍光体６以外の蛍光体を併用しても構わない。そのような蛍光体としては、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体、量子ドット蛍光体等の無機蛍光体が挙げられる。

また、樹脂層５中に硫化物蛍光体６に加えて光拡散材を分散させてもよい。このようにすれば、出射光の均質性を向上（出射光の色むらを抑制）させることができる。光拡散材としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の無機粒子が挙げられる。

光拡散材の平均粒子径（Ｄ_５０）は５μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが特に好ましい。光拡散材の平均粒子径が大きすぎると、光拡散効果が不十分となり、出射光の均質性向上の効果が得られにくくなる。一方、光拡散材の平均粒子径は０．３μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、０．７μｍ以上であることがさらに好ましく、０．９μｍ以上であることが特に好ましい。光拡散材の平均粒子径が小さすぎると、レイリー散乱が優勢となり、出射光に波長依存性が生じ、かえって出射光の均質性が低下するおそれがある。

樹脂層５を構成する樹脂と、光拡散材の屈折率差は０．４以下、０．３以下、０．２以下、０．１以下、０．０５以下、特に０．０３以下であることが好ましく、０．００１以上、０．００３以上、特に０．００５以上であることが好ましい。当該屈折率差が大きすぎると、後方散乱光（光入射側に散乱される光）の成分が多くなり、発光効率が低下する傾向がある。一方、当該屈折率差が小さすぎると、光拡散効果が不十分となり、出射光の均質性を向上させる効果が得られにくくなる。

樹脂層５における光拡散材の含有量は１質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましく、１０質量％以上であることがさらに好ましい。光拡散材の含有量が少なすぎると、光拡散効果が不十分となり、出射光の均質性を向上させる効果が得られにくくなる。一方、樹脂層５における光拡散材の含有量は３０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。光拡散材の含有量が多すぎると、後方散乱光の成分が多くなり、発光効率が低下する傾向がある。また、出射光の均質性が低下するおそれがある。

樹脂層５を構成する樹脂と、光拡散材の密度差が１ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましく、０．５ｇ／ｃｍ^３以下であることがさらに好ましく、０．３ｇ／ｃｍ^３以下であることが特に好ましい。当該密度差が大きすぎると、樹脂マトリクス３中で光拡散材が沈降し、所望の光拡散効果が得られにくくなる。

電極層７は特に限定されないが、一般に導電性の高い銀が使用される。上述したように、硫化物蛍光体６由来の硫化水素ガスが発生すると、電極層７が硫化水素ガスと反応して劣化するおそれがある。そのため、硫化水素ガスと反応性の低い金属（例えば金）で電極層７をメッキすることが好ましい。

ボンディングワイヤ８も一般に銀が使用される。よって、電極層７と同様に、硫化水素ガスとの反応を抑制するため、硫化水素ガスと反応性の低い金属（例えば金）でメッキすることが好ましい。

１…筐体
２…蓋材
３…パッケージ
４…光源
５…樹脂層
６…硫化物蛍光体
７…電極層
８…ボンディングワイヤ
１０…発光デバイス
Ｌ１…励起光
Ｌ２…合成光

Claims (3)

1. 筐体及び蓋材からなるパッケージと、
   筐体の底部に配置される、励起光を出射する光源と、
   光源を封止する樹脂層と、
   樹脂層に分散した硫化物蛍光体と、
   を備えることを特徴とする発光デバイス。
2. 筐体の底部に電極層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
3. 電極層がメッキされていることを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。