樹脂組成物およびそれを用いた発光源
【課題】耐熱性および熱伝導性に優れ、光透過性を損なうことなく、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化を可能な樹脂組成物およびそれを用いた発光源を提供することを目的とする。
【解決手段】ＬＥＤモジュール１の放熱基板３の基台部３ａと、ＬＥＤチップ５とを接着する接着材４として、高光透過性および高熱伝導性樹脂組成物であるシリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物を用い、さらにシリコーン樹脂は、非アリール基の炭化水素基、水酸基又は水素を側鎖として有するものであることを特徴とする。
【解決手段】ＬＥＤモジュール１の放熱基板３の基台部３ａと、ＬＥＤチップ５とを接着する接着材４として、高光透過性および高熱伝導性樹脂組成物であるシリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物を用い、さらにシリコーン樹脂は、非アリール基の炭化水素基、水酸基又は水素を側鎖として有するものであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂および金属ふっ化物からなる樹脂組成物およびそれを用いた発光源に関する。さらに詳しくは、熱伝導性と光透過性を付与したＬＥＤ用接着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や携帯電話、デジタルカメラなどの幅広い分野においてＬＥＤが使用されている。ＬＥＤはほかの発光デバイスに比べ、軽量、小型、薄型、低消費電力などの面で優れた特性を有するため、輝度や寿命など著しい品質改善を行うことで照明分野での開発も進められている。ＬＥＤには封止材料、レンズや接着剤などの多くの樹脂材料が用いられている。ＬＥＤは、基板の上に接着剤を塗布し、この上にＬＥＤを固定して、さらにその上を樹脂で覆った構成となっている。このような構成のＬＥＤにおいて、ＬＥＤに塗布される接着剤は、ＬＥＤと基板を接着すると共に、ＬＥＤの輝度を上げるためにＬＥＤから発生した光を透過して効率よく光を取り出し、発生した熱を速やかに外部に放出する必要がある。
【０００３】
近年、ＬＥＤは、高輝度化を目的として、発光効率の高効率化、光束の向上と共に、大電流化が進んでいる。大電流化に伴い発熱量が増大し、その際のＬＥＤの周辺温度は１５０〜２００℃にもなるため、ＬＥＤ近傍の樹脂などの周辺材料に及ぼす影響が大きくなり、ＬＥＤの劣化を加速させ、その結果ＬＥＤの使用寿命を短くしてしまう恐れがある。このため、樹脂材料には高い光透過性に加え、高い耐熱性と熱伝導性が求められるようになってきている。現在の白色ＬＥＤは青色＋ＹＡＧ蛍光体の擬似白色が多く使用されているが、将来は演色性の高いＲＧＢ型や紫外ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体型のものがより多く使用される可能性もある。また、接着性の面では、樹脂が軟らかすぎると、ＬＥＤと基板との接着工程の後に行われるワイヤー接着工程において接着ができないという不具合が生じるため、接着剤にはある程度の硬度が必要となる。
【０００４】
従来、この接着剤としては高硬度の接着剤であるエポキシ樹脂が使用されてきた。しかし、エポキシ樹脂は１５０℃以上の高温下では熱劣化し、また紫外光を照射すると吸収し黄変するため出力光が妨げられ、ＬＥＤの輝度の低下およびＬＥＤ自体の劣化を招く。これら２つの理由から、エポキシ樹脂では対応が困難となってきている。
【０００５】
上記のような要求に応えるために、耐熱安定性、透明性および低波長領域での光透過性に優れたシリコーンを用いた樹脂組成物が提案されている（例えば特許文献１）。これにより高硬度、高密着性、優れた耐熱安定性、透明性および低波長領域での光透過性を確保していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４２２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題が生じていた。
【０００８】
すなわち、従来のシリコーン樹脂組成物からなる接着剤では、高い耐熱性、光透過性は確保できるものの、樹脂自身の熱伝導性が低いためにＬＥＤから発生する熱を逃がすことができず、ＬＥＤの温度上昇により変質しその結果ＬＥＤの劣化が進んでしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能な樹脂組成物およびそれを用いた発光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のＬＥＤ用接着剤は、シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上記構成により、広い波長範囲で高い光透過性を有し、高耐熱性かつ高熱伝導性を有することができる。すなわち、シリコーン樹脂は元々透明で高い耐熱性を有している。金属ふっ化物は耐熱性に加えて高熱伝導性を有しており、これをシリコーン樹脂に充填すれば、シリコーン樹脂の熱伝導性の低さを補うことができる。こうして、ＬＥＤを本発明の接着剤を用いて固定させることにより効率よく光を導くと共に、ＬＥＤにおいて発生する熱を外部に逃がすことができるので、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＬＥＤモジュールの断面図
【図２】ＬＥＤから発生した光の進路の例を示す図
【図３】ＬＥＤから発生した熱の伝導経路の例を示す図
【図４】ふっ化リチウムの充填率と樹脂組成物の熱伝導率および全光束透過率の関係を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説明する。
【００１４】
まず、本発明の樹脂組成物をＬＥＤ光源に用いた例について、図１〜３を用いて説明する。図１はＬＥＤモジュールの断面図である。ＬＥＤモジュール１は、リードフレーム２が表面に形成され、樹脂またはセラミックからなる放熱基板３の基台部３ａ上に、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４を用いてＬＥＤチップ５が接着されている。ＬＥＤチップ５のｐ型電極５ａはリードフレーム２のプラス電極部２ａと、ＬＥＤチップ５のｎ型電極５ｂはリードフレーム２のマイナス電極部２ｂと、それぞれボンディングワイヤ６ａおよび６ｂを介して接続される。
【００１５】
放熱基板３のＬＥＤチップ５が実装されている面には、例えば樹脂またはセラミックなどにより成型されるキャビティ７が設けられる。キャビティ７には、ＬＥＤチップ５およびボンディングワイヤ６ａ・６ｂに接触せず取り囲むように、開口部７ａが設けられている。キャビティ７の開口部７ａの内面には通常、テーパが設けられ、開口部７ａには高い光透過性を有する封止樹脂８が充填される。これにより、基台部３ａ、接着剤４、ＬＥＤチップ５、およびボンディングワイヤ６ａ・６ｂの全体と、プラス電極部２ａおよびマイナス電極部２ｂの一部が封止樹脂８により封止され、外気と遮断される。なお、キャビティ７の開口部７ａには、封止樹脂８を開口部７ａ内に留める役割のほかに、ＬＥＤチップ５より発せられる光を効率よく反射し、封止樹脂８の外部へと導く役割を有する。また、封止樹脂８には蛍光体が分散されている場合もある。
【００１６】
プラス電極部２ｂおよびマイナス電極部２ｃは、封止樹脂８により封止されたキャビティ７の開口部７ａからキャビティ７の外部へと配線されている。これらの電極は、放熱基板３が樹脂基板の場合には、銅合金に金メッキや銀メッキが施されたものであり、放熱基板３がセラミック基板の場合には、タングステンやモリブデンに金メッキや銀メッキが施されたものである。キャビティ７の外部において、プラス電極部２ａおよびマイナス電極部２ｂの両端に電圧源９が接続され、ＬＥＤチップ５の発光可能な電圧が印加されると、開口部７ａの内部に配置されたＬＥＤチップ５のｐ型電極５ａおよびｎ型電極５ｂに対し、ボンディングワイヤ６ａおよび６ｂを介して、電圧源９による電圧が印加される。これによりＬＥＤチップ５は光を発する。
【００１７】
図２はＬＥＤチップ５から発せられる光の進路の例を示す図である。ＬＥＤチップ５から発せられる光は、直接光１０ａのほかに、キャビティ７の開口部７ａの内面による反射光１０ｂや１０ｃなどが存在する。
【００１８】
しかしながらこのとき、もし接着剤４が高い光透過性を有しなければ、キャビティ７の開口部７ａから見てＬＥＤチップ５の背面方向に発せられる光は、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量に全く寄与しないことになる。
【００１９】
詳細については後に述べるが、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、高い光透過性を有する組成となっている。これにより、キャビティ７の開口部７ａから見てＬＥＤチップ５の背面方向に発せられる光は、例えば光路１０ｄのように、キャビティ７の開口部７ａの内面へと導かれ、そこで反射した後、ＬＥＤモジュール１の外部へと出射される。その結果、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量の増加が期待できる。
【００２０】
次に、ＬＥＤチップ５からは発光と同時に熱も発生することになる。図３はＬＥＤから発生する熱の伝達経路の例を示す図である。
【００２１】
これまで、ＬＥＤチップ５と放熱基板３とを接着する接着剤としては、光透過性のない高熱伝導性接着剤あるいは熱伝導性のない高光透過性接着剤のどちらかしか用いられていなかった。しかし近年では、高輝度化を目的として、発光効率の高効率化、光束の向上と共に、大電流化が進み、それに伴い発熱量が増大している。そして、その際のＬＥＤチップ５の周辺温度は１５０〜２００℃にもなるため、ＬＥＤチップ５近傍の樹脂などの周辺材料に及ぼす影響が大きくなり、ＬＥＤチップ５の劣化を加速させ、その結果ＬＥＤチップ５の使用寿命を短くしてしまう恐れがある。
【００２２】
先にも述べたように、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量を増加させるために、ＬＥＤチップ５から発生した光を透過して効率よく光を取り出せるよう、光透過性を有する必要がある。それに加えて、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、ＬＥＤチップ５の発光と同時に発生する熱を、図３に示す放熱路１１ａを介して、速やかに放熱基板３へと伝導させて、放熱路１１ｂにより外気へと放熱しなければならない。さらに、それらの高い光透過性や放熱機能は劣化しないようにする必要がある。すなわち、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能でなければならない。
【００２３】
後に詳細を述べる本発明のシリコーン樹脂組成物は、高い光透過性に加え、高い熱伝導性をも有している。その結果、放熱基板から熱を逃がすことができ、その結果ＬＥＤに蓄積される熱の温度が下がるので、ＬＥＤチップ５自体の性能劣化を防ぐことができる。すなわち、本発明の樹脂組成物を接着剤として利用することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００２４】
以上に説明したような、例えばＬＥＤチップと放熱基板との接着に用いることのできる、本発明のシリコーン樹脂組成物の詳細についてこれより述べる。
【００２５】
まず、本発明の樹脂組成物の調製方法については以下のとおりである。
【００２６】
（１）ベース樹脂であるシリコーン樹脂Ａ重量部と、フィラーであるふっ化リチウムもしくはふっ化カルシウムＢ重量部を計り取り、瑪瑙鉢で混ぜ合わせる。
【００２７】
（２）その混合物を自公転式撹拌混合機（Ｖ−ｍｉｎｉ３００、株式会社ＥＭＥ製）の専用容器に入れ、真空環境、自転回転数１６００ｒｐｍ、公転回転数８００ｒｐｍの条件で脱泡撹拌を１分間行う。
【００２８】
なお、シリコーン樹脂と金属ふっ化物との混合方法に関しては、乳鉢を使った混合でもよいし、自公転式の脱泡撹拌混合機やシェーカー方式の混合機等を用いて行ってもよく、特に混合方法に限定はない。脱泡撹拌混合機のように樹脂ペーストを流動させて混合する場合は、粒子同士の摩擦により温度が上昇しやすく、これにより樹脂の硬化反応が進行してしまう恐れがあるため、できるだけ温度が上がらないような、温和な条件で撹拌する必要がある。
【００２９】
本実施例では、硬化性ベース樹脂として、付加硬化型のシリコーン樹脂を用いたが、屈折率が混合する金属ふっ化物の屈折率と等しいあるいは近いシリコーン樹脂であれば縮合反応硬化型のものでも用いることができる。しかしながら縮合硬化型のシリコーン樹脂を用いる場合、大気中の水分を取り込んで硬化反応が進行し、硬化反応中に副生成物としてアルコールやアセトンなどのガスが発生するので、注意が必要である。また、縮合硬化型の硬化収縮率は付加硬化型のそれよりも大きく、硬化反応時間が付加硬化型よりも長いというデメリットがある。これらのことを考えると、硬化時にガスの発生や硬化収縮の心配がなく、硬化反応の時間を温度によって調整可能な付加硬化型のシリコーン樹脂をベース樹脂に用いることがより好ましい。
【００３０】
次に、本発明のポイントである光透過率・熱伝導率・屈折率そのほかの物性の測定方法について説明する。樹脂組成物の物性については、それぞれ以下のようにして測定を行う。
【００３１】
＜屈折率＞
ベースであるシリコーン樹脂の未硬化状態の２５℃における屈折率を、アッベ屈折計（アタゴ社製、ＮＡＲ−２Ｔ）を用いて測定する。なお、測定光には可視光（５８９ｎｍ）の光源を用いる。
【００３２】
＜熱伝導率＞
上記の方法により調製した樹脂組成物を、ガラスで挟んだテフロン（登録商標）製の型枠に流し込み、１００〜１５０℃の恒温槽に１〜４時間保持して硬化させ、長さ２０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍの板状成型物を得た。硬化物の熱伝導率は定常熱流法により測定する。
【００３３】
＜光透過率＞
上記で調製した樹脂組成物をガラスで挟んだテフロン（登録商標）製の型枠に流し込み、１００〜１５０℃の恒温槽に１〜４時間保持して硬化させ、長さ４０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み１ｍｍの板状成型物を得る。硬化物の光透過率は分光光度計（日立社製）を用いて評価する。測定条件は２５℃における波長３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの光透過率を、積分球を用いて測定し、４５０ｎｍにおける全光束透過率を得る。
【００３４】
＜粘度＞
上記の調製方法により調製した未硬化の樹脂組成物の粘度を、ＢＨＩＩ形粘度計（東機産業株式会社製）を用いて評価する。２５℃における樹脂組成物の粘度を、回転数１０ｒｐｍの条件で測定する。
【００３５】
以上に述べる方法により調製され、測定された結果について述べる。（表１）は本実施例における透過率および熱伝導率の全測定結果である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
本発明の樹脂組成物の例として本実施例において用いるシリコーン樹脂は、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ＴＳＥ３１５０、ＴＳＥ３２５０、ＩＶＳ４５４２、信越化学（株）社製ＫＥ１０９の４種類である。金属ふっ化物は和光純薬工業（株）社製ふっ化リチウムである。なお、光透過率および熱伝導率の各データは、１個〜５個の測定値を平均した値となっている。これらの実験結果およびほかの参考データを適宜用いながら、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能な樹脂組成物についての説明を行う。
【００３８】
まず、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂について説明する。今回、（表１）において取り上げているシリコーン樹脂は、全て側鎖にアリール基を持たない。側鎖にアリール基を持つシリコーン樹脂は、可視〜紫外領域の短波長側の光を吸収するため、その光透過性が著しく低下してしまうからである。光吸収物質を紫外〜可視領域の光が通過すると電子が基底状態から励起状態に遷移するエネルギー準位の差に応じた波長の光を吸収することが知られており、特にアリール基を持つ化合物は紫外領域にその物質特有の吸収を持つ。従って、本発明の樹脂組成物が広い波長域にわたって高い光透過性を有するためには、本発明に用いるシリコーン樹脂が側鎖にアリール基を持たない、すなわち非アリール基のみの側鎖を有する必要がある。
【００３９】
より詳細に述べるのならば、一般にシリコーン樹脂は、ケイ素原子に結合した非アリール基を含有し、下記（化１）の化学式で表される。
【００４０】
【化１】
【００４１】
本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂において、側鎖であるＲ1は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）であり、アリール基以外の有機基で構成され、そのほかにも水酸基や水素原子も側鎖となり得る。シリコーン樹脂には付加硬化型と縮合硬化型の２種類があり、その種類としては、例えば、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、メチルエチルシリコーンなどがある。
【００４２】
また、本発明に用いることの可能な付加硬化型シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンと、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとが付加重合することにより生成する。付加硬化型シリコーン樹脂は、ケイ素原子に結合した１分子中に少なくとも２個のアルケニル基と非アリール基を含有するオルガノポリシロキサン、すなわち下記（化２）で表されされるものと、
【００４３】
【化２】
【００４４】
ケイ素原子に結合した１分子中に少なくとも２個の水素原子と非アリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、すなわち下記（化３）を主成分として含有している。
【００４５】
【化３】
【００４６】
ここで、側鎖Ｒ2は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）および／又はアルケニル基（例えば、ビニル基、アリール基など）、Ｒ3は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）であり、アリール基以外の有機基で構成される。また、０＜ａ≦３、ｂ≧０、ｃ≧０、１＜ｂ＋ｃ≦３である。
【００４７】
繰り返しになるが、本発明の樹脂組成物は、アリール基を側鎖として持たないシリコーン樹脂を含有する。言い換えれば、平均組成式が上記一般式（２）と（３）とが付加重合することにより平均組成式が生成されるシリコーン樹脂を含有する場合、すなわち側鎖に非アリール基を有するシリコーン樹脂を含有している、とも言える。これにより本発明の樹脂組成物は、可視〜紫外領域の短波長の光に対する透過性が高く、ＬＥＤと放熱基板とを固定する接着剤として用いた場合に、ＬＥＤの発熱や発光による劣化が無く耐熱性および耐光性に優れたものとなる。
【００４８】
本発明におけるシリコーン樹脂のベースポリマーとなるオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジビニルメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、などや、これらのオルガノポリシロキサンの二種類以上からなる混合物が挙げられる。
【００４９】
本発明におけるシリコーン樹脂の架橋剤として作用するオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン、トリス（ハイドロジェンジメチルシロキシ）メチルシラン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、などが挙げられる。
【００５０】
なお、先に述べた付加硬化型シリコーン樹脂については、市販品を用いる場合、オルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンが混合してある一液性のものを用いてもよいし、別々になっている二液性のものを用いてもよい。
【００５１】
次に、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂および金属ふっ化物が有する光透過率の高さと、互いの光屈折率の重要性について述べることにする。（表２）は、（表１）に示す全測定結果に取り上げている各シリコーン樹脂および金属ふっ化物の一つであるふっ化リチウム（ＬｉＦ）の光透過率、熱伝導率および屈折率を抜き出したものである。
【００５２】
【表２】
【００５３】
参考データとして、ふっ化リチウムと同じ金属ふっ化物であるふっ化カルシウム（ＣａＦ2）、熱伝導性の高いアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の光透過率、熱伝導率および屈折率も併記している。
【００５４】
（表２）を見ればわかるように、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂単体の光透過率はいずれも９３％以上であり、高い光透過率を有するが、熱伝導率については０．１５〜０．１７Ｗ／ｍ・Ｋであり、極めて低い。これに対して従来、シリコーン樹脂による樹脂組成物に高い熱伝導性を持たせるために充填されているアルミナや酸化亜鉛の熱伝導率は２０〜３６Ｗ／ｍ・Ｋあり、桁違いに高い熱伝導率を有するが、光透過性はそれほど高くないことがわかる。
【００５５】
そこで本発明のシリコーン樹脂による樹脂組成物には、ふっ化リチウムやふっ化カルシウムなどの金属ふっ化物を用いることにする。ふっ化リチウムやふっ化カルシウムは、いずれも波長２００〜１５００ｎｍにおいて９０％以上という高い光透過率を有し、同時に、シリコーン樹脂よりも高い熱伝導性を有するからである。
【００５６】
すなわち、本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としては、本実施例において実際に測定を行うために用いたふっ化リチウムのほかに、参考データとして（表２）に掲載したふっ化カルシウムも候補として考えられる。しかしながら（表２）を見ればわかるように、ふっ化カルシウムに比べてふっ化リチウムのほうが光透過率も熱伝導率も高い。よって本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としては、ふっ化リチウムのほうがより望ましいと言える。これにより、耐熱性に加えて高い光透過性と熱伝導率を兼ね備えた樹脂組成物が得られる。
【００５７】
金属ふっ化物はシリコーン樹脂と比べて熱伝導率が高いので、金属ふっ化物の充填率を上げていけば、本発明の樹脂組成物の熱伝導率も当然のことながら高くなるわけであるが、だからといって無制限に充填率を上げればよいというものでもない。ここからは、金属ふっ化物のシリコーン樹脂への充填率と、光透過性・熱伝導率との関係について説明する。
【００５８】
（表３）は、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂としてＴＳＪ３１５０を、金属ふっ化物としてふっ化リチウムを選択し、それらの重量比率を変化させたときの光透過率および熱伝導率の変化を示すものである。
【００５９】
【表３】
【００６０】
これはすなわち、（表１）における試料１〜４のデータを抜き出している。なお、（表３においては参考として、シリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０単体の光透過率および熱伝導率も）併記している。ふっ化リチウムを４種類のシリコーン樹脂のそれぞれに加えることで、それらの樹脂組成物、すなわち試料２および試料５〜７の熱伝導率はいずれも、単体のシリコーン樹脂（ＴＳＪ３１５０）の２倍以上の値が得られていることがわかる。そして、単体のシリコーン樹脂よりは劣るものの、いずれも８０％という高い光透過率をも依然として有している。
【００６１】
これら（表３）のデータをグラフに示したものが図４である。図４は本実施例の樹脂組成物における金属ふっ化物の充填率と、本実施例の樹脂組成物の熱伝導率および全光束透過率との関係を表したグラフである。
【００６２】
図４によれば、まず、ふっ化リチウムの充填量を増加させると共に熱伝導率も高くなっていることがわかる。それはある意味当然のことであるが、同時に、ふっ化リチウムの充填量を増やすと全光束透過率が低くなり、ふっ化リチウムの充填量を減らすと全光束透過率が高くなっていることも、図４からわかる。
【００６３】
ＬＥＤを長寿命化するには高い熱伝導率が必要であるため、その点だけを考えるのならば、できるだけふっ化リチウムの充填量を高くする方が良い。しかしながら、ＬＥＤの輝度を上げるには高い透過率を有する必要があるため、今度はできるだけふっ化リチウムの充填量を少なくする必要がある。これら２つの条件を同時に実現することは困難である。すなわち、ふっ化リチウムを多量に充填すれば熱高伝導率が得られるが、充填量を過剰に増加させると、全光束透過率の低下を招く。
【００６４】
先ほども述べたように、樹脂を光学部材に用いる場合、その樹脂組成物の光透過率は８０％以上を有していることが好ましいことが一般に知られている。図４より、樹脂組成物が８０％以上の光透過率を有するためには、樹脂組成物に対する金属ふっ化物の充填率が６５重量部以下であることが必要であることがわかる。
【００６５】
また、熱伝導率に関しては、図４より、樹脂組成物に対する金属ふっ化物の充填率が３５重量部以上であれば、金属ふっ化物を充填しない場合に比べ、２倍以上の熱伝導率の値を有することがわかる。そうすれば、金属ふっ化物を充填しない場合よりもＬＥＤから発生する熱を、より効率よく放熱基板に伝導し放熱することができる。よって、本発明の金属ふっ化物の充填率は、樹脂組成物に対して３５〜６５重量部であることが好ましいと言える。
【００６６】
ところで先の（表２）に示すように、ＴＳＪ３１５０を始めとする４種類のシリコーン樹脂と、ふっ化リチウムを始めとする２種類の金属ふっ化物は、それぞれ単体で９０％以上という高い光透過率を有している。単純に考えれば、このような元々単体で高い透過性を有する２種類の物質を混ぜ合わせて樹脂組成物を生成しても、その樹脂組成物の光透過性は何ら損なわれないように思える。しかしながら実は、シリコーン樹脂と金属ふっ化物が個別に高い光透過性を有していても、それらを配合することにより得られる樹脂組成物が、必ずしも高い光透過性を有するとは限らない。
【００６７】
（表４）は、本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としてふっ化リチウムを選択し、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂のそれぞれと５０重量部ずつの組み合わせにより生成した樹脂組成物、すなわち（表１）における試料２および試料５〜７の光透過率および熱伝導率の実験データである。
【００６８】
【表４】
【００６９】
ここでも参考として、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂単体の光透過率および熱伝導率を併記している。
【００７０】
一般に、混合する物質同士の屈折率の差が小さいほどその物質は光を透過しやすく、屈折率の差が大きいほど光を透過しにくいことが知られている。よって、高い透過性を有する樹脂組成物を得るには、互いに屈折率の等しい、あるいは近似した屈折率を有する樹脂および熱伝導性粒子を用いる必要がある。例えば（表２）には掲載していないが、ふっ化リチウムなどと同じふっ化物であるふっ化バリウムも、波長２００〜１５００ｎｍにおける光透過率が９０％以上である。しかしながらその屈折率は２．４２であり、シリコーン樹脂の屈折率と大きく離れている。よって、シリコーン樹脂にふっ化バリウムを配合すると、それらの硬化物は光透過率が低下してしまう。このため、ふっ化バリウムは、本発明の樹脂組成物に用いることはできない。
【００７１】
このように、２種類以上の物質による組成物において高い光透過率を確保するためには、それぞれの物質単体の光透過率が高いことはいうまでも無いが、それと同時に、組成物を構成する物質の光屈折率は、互いに同一、または似通ったものでなければならない。
（表２）を参照すると、本実施例において用いる金属ふっ化物であるふっ化リチウムの屈折率は１．３９２であり、参考のために同じ金属ふっ化物として掲載しているふっ化カルシウムの屈折率は１．３９９で、ふっ化リチウムとほぼ同一である。
【００７２】
これに対して、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂の屈折率は、いずれも１．４０４〜１．４１であり、ふっ化リチウムやふっ化カルシウムと非常に近い値となっている。しかしながら、互いの屈折率がこれだけ近い値であるにもかかわらず、先ほどの（表４）に示す本実施例の測定結果によれば、４種類のシリコーン樹脂とふっ化リチウムとの組み合わせによる樹脂組成物の光透過率は、いずれも８０％以上を確保するのが精一杯であり、９０％には届いていない。ということは、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率の差が少なくともこの程度以下で無ければ、高い光透過率を確保できないということを意味している。
【００７３】
一般に樹脂を光学部材に用いる場合、その樹脂組成物の光透過率は８０％以上を有していることが好ましい。それに加えて、（表２）に示すシリコーン樹脂の屈折率も金属ふっ化物の屈折率も、波長５８９ｎｍにおける参考値であり、測定光の波長や測定環境によって変化する。また、（表２）の屈折率および（表４）に示す試料６の光透過率のデータから、屈折率の差が最も大きい組み合わせであるＩＶＳ４５４２とふっ化リチウムを混合した場合でもその樹脂組成物は８０％以上の光透過率を有していることがわかる。これらのことを勘案すれば、樹脂組成物に対する金属ふっ化物（すなわち本実施例１におけるふっ化リチウム）の充填率が５０重量部の場合において、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率との差は、少なくとも１．４１−１．３９２＝０．０１８以内でなければならないと言える。これにより本発明の樹脂組成物は、ＬＥＤと放熱基板とを固定する接着剤として用いた場合に、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも可視〜紫外領域の短波長の光に対して光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００７４】
さらに、先の（表３）および図４におけるシリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０とふっ化リチウムとの組み合わせにおいては、図４より、ふっ化リチウムの充填率が３５重量部以上６５重量部以下であれば、熱伝導性に優れ、しかも光透過性も確保されていることがわかる。（表２）より、シリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０の屈折率は１．４０４、ふっ化リチウムの屈折率は先ほどと同様に１．３９２である。従って、ふっ化リチウムの充填率が３５重量部以上６５重量部以下の場合において、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率との差が１．４０４−１．３９２＝０．０１２以内であれば、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも可視〜紫外領域の短波長の光に対して光透過性をも確保される。これにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００７５】
最後に本発明の樹脂組成物は、シリコーン樹脂と金属ふっ化物を均一に混合させることが必要なので、混合時の作業性も問題となる。ふっ化リチウムを多量に充填すると、粘度の増加による作業性の悪化等の不具合の生じる恐れがあるためである。
【００７６】
（表５）は、（表１）における試料１〜７、すなわち、４種類のシリコーン樹脂とふっ化リチウムとをそれぞれ混合させた各樹脂組成物の粘度と、混合時の作業性の評価（すなわち混ぜやすさ）を示したものである。作業性が特に良好なものは◎、良好なものは○、困難なものは×とした。
【００７７】
【表５】
【００７８】
（表５）によれば、作業性の良好なものは粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓであり、特に良好なものは６．４〜２３．５Ｐａ・ｓであることがわかる。試料４はほかの試料に比べて粘度の値が著しく大きく、またその樹脂組成物が硬いため、成型が非常に困難であった。樹脂組成物の粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓ、特に６．４〜２３．５Ｐａ・ｓの範囲内であれば、各成型方法に応じた適切な流動性を得られるため、樹脂組成物の作業性が良好となる。
【００７９】
以上に説明したように、本発明に記載の樹脂組成物を用いれば、光透過性と熱伝導性を確保できる。すなわち、シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填することにより、高い光透過性を有したまま熱伝導性も同時に有した樹脂組成物が得られる。また、本発明の樹脂組成物を用いてＬＥＤチップと基材とを接着した発光源であれば、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を効率よく放熱基板に伝導させることが可能となるので、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の樹脂組成物およびそれを用いた発光源は、ＬＥＤ用接着剤として使用した場合、ＬＥＤから発生した熱を放熱基板に伝導させながら光を効率よく取り出すことができ、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化を可能にすることができる。よって、ＬＥＤ用接着剤に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１ ＬＥＤモジュール
２ リードフレーム
２ａ プラス電極部
２ｂ マイナス電極部
３ 放熱基板
３ａ 基台部
４ 接着剤
５ ＬＥＤチップ
５ａ ｐ型電極
５ｂ ｎ型電極
６ａ ボンディングワイヤ
６ｂ ボンディングワイヤ
７ キャビティ
７ａ 開口部
７ｂ 開口部
８ 封止樹脂
９ 電圧源
１０ａ 直接光
１０ｂ 反射光
１０ｃ 反射光
１０ｄ 接着剤を透過する光の光路
１１ａ ＬＥＤチップから接着剤への放熱路
１１ｂ 接着剤から放熱基板への放熱路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂および金属ふっ化物からなる樹脂組成物およびそれを用いた発光源に関する。さらに詳しくは、熱伝導性と光透過性を付与したＬＥＤ用接着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や携帯電話、デジタルカメラなどの幅広い分野においてＬＥＤが使用されている。ＬＥＤはほかの発光デバイスに比べ、軽量、小型、薄型、低消費電力などの面で優れた特性を有するため、輝度や寿命など著しい品質改善を行うことで照明分野での開発も進められている。ＬＥＤには封止材料、レンズや接着剤などの多くの樹脂材料が用いられている。ＬＥＤは、基板の上に接着剤を塗布し、この上にＬＥＤを固定して、さらにその上を樹脂で覆った構成となっている。このような構成のＬＥＤにおいて、ＬＥＤに塗布される接着剤は、ＬＥＤと基板を接着すると共に、ＬＥＤの輝度を上げるためにＬＥＤから発生した光を透過して効率よく光を取り出し、発生した熱を速やかに外部に放出する必要がある。
【０００３】
近年、ＬＥＤは、高輝度化を目的として、発光効率の高効率化、光束の向上と共に、大電流化が進んでいる。大電流化に伴い発熱量が増大し、その際のＬＥＤの周辺温度は１５０〜２００℃にもなるため、ＬＥＤ近傍の樹脂などの周辺材料に及ぼす影響が大きくなり、ＬＥＤの劣化を加速させ、その結果ＬＥＤの使用寿命を短くしてしまう恐れがある。このため、樹脂材料には高い光透過性に加え、高い耐熱性と熱伝導性が求められるようになってきている。現在の白色ＬＥＤは青色＋ＹＡＧ蛍光体の擬似白色が多く使用されているが、将来は演色性の高いＲＧＢ型や紫外ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体型のものがより多く使用される可能性もある。また、接着性の面では、樹脂が軟らかすぎると、ＬＥＤと基板との接着工程の後に行われるワイヤー接着工程において接着ができないという不具合が生じるため、接着剤にはある程度の硬度が必要となる。
【０００４】
従来、この接着剤としては高硬度の接着剤であるエポキシ樹脂が使用されてきた。しかし、エポキシ樹脂は１５０℃以上の高温下では熱劣化し、また紫外光を照射すると吸収し黄変するため出力光が妨げられ、ＬＥＤの輝度の低下およびＬＥＤ自体の劣化を招く。これら２つの理由から、エポキシ樹脂では対応が困難となってきている。
【０００５】
上記のような要求に応えるために、耐熱安定性、透明性および低波長領域での光透過性に優れたシリコーンを用いた樹脂組成物が提案されている（例えば特許文献１）。これにより高硬度、高密着性、優れた耐熱安定性、透明性および低波長領域での光透過性を確保していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４２２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題が生じていた。
【０００８】
すなわち、従来のシリコーン樹脂組成物からなる接着剤では、高い耐熱性、光透過性は確保できるものの、樹脂自身の熱伝導性が低いためにＬＥＤから発生する熱を逃がすことができず、ＬＥＤの温度上昇により変質しその結果ＬＥＤの劣化が進んでしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能な樹脂組成物およびそれを用いた発光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のＬＥＤ用接着剤は、シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上記構成により、広い波長範囲で高い光透過性を有し、高耐熱性かつ高熱伝導性を有することができる。すなわち、シリコーン樹脂は元々透明で高い耐熱性を有している。金属ふっ化物は耐熱性に加えて高熱伝導性を有しており、これをシリコーン樹脂に充填すれば、シリコーン樹脂の熱伝導性の低さを補うことができる。こうして、ＬＥＤを本発明の接着剤を用いて固定させることにより効率よく光を導くと共に、ＬＥＤにおいて発生する熱を外部に逃がすことができるので、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＬＥＤモジュールの断面図
【図２】ＬＥＤから発生した光の進路の例を示す図
【図３】ＬＥＤから発生した熱の伝導経路の例を示す図
【図４】ふっ化リチウムの充填率と樹脂組成物の熱伝導率および全光束透過率の関係を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説明する。
【００１４】
まず、本発明の樹脂組成物をＬＥＤ光源に用いた例について、図１〜３を用いて説明する。図１はＬＥＤモジュールの断面図である。ＬＥＤモジュール１は、リードフレーム２が表面に形成され、樹脂またはセラミックからなる放熱基板３の基台部３ａ上に、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４を用いてＬＥＤチップ５が接着されている。ＬＥＤチップ５のｐ型電極５ａはリードフレーム２のプラス電極部２ａと、ＬＥＤチップ５のｎ型電極５ｂはリードフレーム２のマイナス電極部２ｂと、それぞれボンディングワイヤ６ａおよび６ｂを介して接続される。
【００１５】
放熱基板３のＬＥＤチップ５が実装されている面には、例えば樹脂またはセラミックなどにより成型されるキャビティ７が設けられる。キャビティ７には、ＬＥＤチップ５およびボンディングワイヤ６ａ・６ｂに接触せず取り囲むように、開口部７ａが設けられている。キャビティ７の開口部７ａの内面には通常、テーパが設けられ、開口部７ａには高い光透過性を有する封止樹脂８が充填される。これにより、基台部３ａ、接着剤４、ＬＥＤチップ５、およびボンディングワイヤ６ａ・６ｂの全体と、プラス電極部２ａおよびマイナス電極部２ｂの一部が封止樹脂８により封止され、外気と遮断される。なお、キャビティ７の開口部７ａには、封止樹脂８を開口部７ａ内に留める役割のほかに、ＬＥＤチップ５より発せられる光を効率よく反射し、封止樹脂８の外部へと導く役割を有する。また、封止樹脂８には蛍光体が分散されている場合もある。
【００１６】
プラス電極部２ｂおよびマイナス電極部２ｃは、封止樹脂８により封止されたキャビティ７の開口部７ａからキャビティ７の外部へと配線されている。これらの電極は、放熱基板３が樹脂基板の場合には、銅合金に金メッキや銀メッキが施されたものであり、放熱基板３がセラミック基板の場合には、タングステンやモリブデンに金メッキや銀メッキが施されたものである。キャビティ７の外部において、プラス電極部２ａおよびマイナス電極部２ｂの両端に電圧源９が接続され、ＬＥＤチップ５の発光可能な電圧が印加されると、開口部７ａの内部に配置されたＬＥＤチップ５のｐ型電極５ａおよびｎ型電極５ｂに対し、ボンディングワイヤ６ａおよび６ｂを介して、電圧源９による電圧が印加される。これによりＬＥＤチップ５は光を発する。
【００１７】
図２はＬＥＤチップ５から発せられる光の進路の例を示す図である。ＬＥＤチップ５から発せられる光は、直接光１０ａのほかに、キャビティ７の開口部７ａの内面による反射光１０ｂや１０ｃなどが存在する。
【００１８】
しかしながらこのとき、もし接着剤４が高い光透過性を有しなければ、キャビティ７の開口部７ａから見てＬＥＤチップ５の背面方向に発せられる光は、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量に全く寄与しないことになる。
【００１９】
詳細については後に述べるが、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、高い光透過性を有する組成となっている。これにより、キャビティ７の開口部７ａから見てＬＥＤチップ５の背面方向に発せられる光は、例えば光路１０ｄのように、キャビティ７の開口部７ａの内面へと導かれ、そこで反射した後、ＬＥＤモジュール１の外部へと出射される。その結果、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量の増加が期待できる。
【００２０】
次に、ＬＥＤチップ５からは発光と同時に熱も発生することになる。図３はＬＥＤから発生する熱の伝達経路の例を示す図である。
【００２１】
これまで、ＬＥＤチップ５と放熱基板３とを接着する接着剤としては、光透過性のない高熱伝導性接着剤あるいは熱伝導性のない高光透過性接着剤のどちらかしか用いられていなかった。しかし近年では、高輝度化を目的として、発光効率の高効率化、光束の向上と共に、大電流化が進み、それに伴い発熱量が増大している。そして、その際のＬＥＤチップ５の周辺温度は１５０〜２００℃にもなるため、ＬＥＤチップ５近傍の樹脂などの周辺材料に及ぼす影響が大きくなり、ＬＥＤチップ５の劣化を加速させ、その結果ＬＥＤチップ５の使用寿命を短くしてしまう恐れがある。
【００２２】
先にも述べたように、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、ＬＥＤモジュール１全体の発光光量を増加させるために、ＬＥＤチップ５から発生した光を透過して効率よく光を取り出せるよう、光透過性を有する必要がある。それに加えて、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、ＬＥＤチップ５の発光と同時に発生する熱を、図３に示す放熱路１１ａを介して、速やかに放熱基板３へと伝導させて、放熱路１１ｂにより外気へと放熱しなければならない。さらに、それらの高い光透過性や放熱機能は劣化しないようにする必要がある。すなわち、本発明のシリコーン樹脂組成物による接着剤４は、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能でなければならない。
【００２３】
後に詳細を述べる本発明のシリコーン樹脂組成物は、高い光透過性に加え、高い熱伝導性をも有している。その結果、放熱基板から熱を逃がすことができ、その結果ＬＥＤに蓄積される熱の温度が下がるので、ＬＥＤチップ５自体の性能劣化を防ぐことができる。すなわち、本発明の樹脂組成物を接着剤として利用することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００２４】
以上に説明したような、例えばＬＥＤチップと放熱基板との接着に用いることのできる、本発明のシリコーン樹脂組成物の詳細についてこれより述べる。
【００２５】
まず、本発明の樹脂組成物の調製方法については以下のとおりである。
【００２６】
（１）ベース樹脂であるシリコーン樹脂Ａ重量部と、フィラーであるふっ化リチウムもしくはふっ化カルシウムＢ重量部を計り取り、瑪瑙鉢で混ぜ合わせる。
【００２７】
（２）その混合物を自公転式撹拌混合機（Ｖ−ｍｉｎｉ３００、株式会社ＥＭＥ製）の専用容器に入れ、真空環境、自転回転数１６００ｒｐｍ、公転回転数８００ｒｐｍの条件で脱泡撹拌を１分間行う。
【００２８】
なお、シリコーン樹脂と金属ふっ化物との混合方法に関しては、乳鉢を使った混合でもよいし、自公転式の脱泡撹拌混合機やシェーカー方式の混合機等を用いて行ってもよく、特に混合方法に限定はない。脱泡撹拌混合機のように樹脂ペーストを流動させて混合する場合は、粒子同士の摩擦により温度が上昇しやすく、これにより樹脂の硬化反応が進行してしまう恐れがあるため、できるだけ温度が上がらないような、温和な条件で撹拌する必要がある。
【００２９】
本実施例では、硬化性ベース樹脂として、付加硬化型のシリコーン樹脂を用いたが、屈折率が混合する金属ふっ化物の屈折率と等しいあるいは近いシリコーン樹脂であれば縮合反応硬化型のものでも用いることができる。しかしながら縮合硬化型のシリコーン樹脂を用いる場合、大気中の水分を取り込んで硬化反応が進行し、硬化反応中に副生成物としてアルコールやアセトンなどのガスが発生するので、注意が必要である。また、縮合硬化型の硬化収縮率は付加硬化型のそれよりも大きく、硬化反応時間が付加硬化型よりも長いというデメリットがある。これらのことを考えると、硬化時にガスの発生や硬化収縮の心配がなく、硬化反応の時間を温度によって調整可能な付加硬化型のシリコーン樹脂をベース樹脂に用いることがより好ましい。
【００３０】
次に、本発明のポイントである光透過率・熱伝導率・屈折率そのほかの物性の測定方法について説明する。樹脂組成物の物性については、それぞれ以下のようにして測定を行う。
【００３１】
＜屈折率＞
ベースであるシリコーン樹脂の未硬化状態の２５℃における屈折率を、アッベ屈折計（アタゴ社製、ＮＡＲ−２Ｔ）を用いて測定する。なお、測定光には可視光（５８９ｎｍ）の光源を用いる。
【００３２】
＜熱伝導率＞
上記の方法により調製した樹脂組成物を、ガラスで挟んだテフロン（登録商標）製の型枠に流し込み、１００〜１５０℃の恒温槽に１〜４時間保持して硬化させ、長さ２０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍの板状成型物を得た。硬化物の熱伝導率は定常熱流法により測定する。
【００３３】
＜光透過率＞
上記で調製した樹脂組成物をガラスで挟んだテフロン（登録商標）製の型枠に流し込み、１００〜１５０℃の恒温槽に１〜４時間保持して硬化させ、長さ４０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み１ｍｍの板状成型物を得る。硬化物の光透過率は分光光度計（日立社製）を用いて評価する。測定条件は２５℃における波長３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの光透過率を、積分球を用いて測定し、４５０ｎｍにおける全光束透過率を得る。
【００３４】
＜粘度＞
上記の調製方法により調製した未硬化の樹脂組成物の粘度を、ＢＨＩＩ形粘度計（東機産業株式会社製）を用いて評価する。２５℃における樹脂組成物の粘度を、回転数１０ｒｐｍの条件で測定する。
【００３５】
以上に述べる方法により調製され、測定された結果について述べる。（表１）は本実施例における透過率および熱伝導率の全測定結果である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
本発明の樹脂組成物の例として本実施例において用いるシリコーン樹脂は、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ＴＳＥ３１５０、ＴＳＥ３２５０、ＩＶＳ４５４２、信越化学（株）社製ＫＥ１０９の４種類である。金属ふっ化物は和光純薬工業（株）社製ふっ化リチウムである。なお、光透過率および熱伝導率の各データは、１個〜５個の測定値を平均した値となっている。これらの実験結果およびほかの参考データを適宜用いながら、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能な樹脂組成物についての説明を行う。
【００３８】
まず、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂について説明する。今回、（表１）において取り上げているシリコーン樹脂は、全て側鎖にアリール基を持たない。側鎖にアリール基を持つシリコーン樹脂は、可視〜紫外領域の短波長側の光を吸収するため、その光透過性が著しく低下してしまうからである。光吸収物質を紫外〜可視領域の光が通過すると電子が基底状態から励起状態に遷移するエネルギー準位の差に応じた波長の光を吸収することが知られており、特にアリール基を持つ化合物は紫外領域にその物質特有の吸収を持つ。従って、本発明の樹脂組成物が広い波長域にわたって高い光透過性を有するためには、本発明に用いるシリコーン樹脂が側鎖にアリール基を持たない、すなわち非アリール基のみの側鎖を有する必要がある。
【００３９】
より詳細に述べるのならば、一般にシリコーン樹脂は、ケイ素原子に結合した非アリール基を含有し、下記（化１）の化学式で表される。
【００４０】
【化１】
【００４１】
本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂において、側鎖であるＲ1は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）であり、アリール基以外の有機基で構成され、そのほかにも水酸基や水素原子も側鎖となり得る。シリコーン樹脂には付加硬化型と縮合硬化型の２種類があり、その種類としては、例えば、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、メチルエチルシリコーンなどがある。
【００４２】
また、本発明に用いることの可能な付加硬化型シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンと、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとが付加重合することにより生成する。付加硬化型シリコーン樹脂は、ケイ素原子に結合した１分子中に少なくとも２個のアルケニル基と非アリール基を含有するオルガノポリシロキサン、すなわち下記（化２）で表されされるものと、
【００４３】
【化２】
【００４４】
ケイ素原子に結合した１分子中に少なくとも２個の水素原子と非アリール基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、すなわち下記（化３）を主成分として含有している。
【００４５】
【化３】
【００４６】
ここで、側鎖Ｒ2は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）および／又はアルケニル基（例えば、ビニル基、アリール基など）、Ｒ3は各々同種もしくは異種のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基など）であり、アリール基以外の有機基で構成される。また、０＜ａ≦３、ｂ≧０、ｃ≧０、１＜ｂ＋ｃ≦３である。
【００４７】
繰り返しになるが、本発明の樹脂組成物は、アリール基を側鎖として持たないシリコーン樹脂を含有する。言い換えれば、平均組成式が上記一般式（２）と（３）とが付加重合することにより平均組成式が生成されるシリコーン樹脂を含有する場合、すなわち側鎖に非アリール基を有するシリコーン樹脂を含有している、とも言える。これにより本発明の樹脂組成物は、可視〜紫外領域の短波長の光に対する透過性が高く、ＬＥＤと放熱基板とを固定する接着剤として用いた場合に、ＬＥＤの発熱や発光による劣化が無く耐熱性および耐光性に優れたものとなる。
【００４８】
本発明におけるシリコーン樹脂のベースポリマーとなるオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジビニルメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、などや、これらのオルガノポリシロキサンの二種類以上からなる混合物が挙げられる。
【００４９】
本発明におけるシリコーン樹脂の架橋剤として作用するオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン、トリス（ハイドロジェンジメチルシロキシ）メチルシラン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、などが挙げられる。
【００５０】
なお、先に述べた付加硬化型シリコーン樹脂については、市販品を用いる場合、オルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンが混合してある一液性のものを用いてもよいし、別々になっている二液性のものを用いてもよい。
【００５１】
次に、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂および金属ふっ化物が有する光透過率の高さと、互いの光屈折率の重要性について述べることにする。（表２）は、（表１）に示す全測定結果に取り上げている各シリコーン樹脂および金属ふっ化物の一つであるふっ化リチウム（ＬｉＦ）の光透過率、熱伝導率および屈折率を抜き出したものである。
【００５２】
【表２】
【００５３】
参考データとして、ふっ化リチウムと同じ金属ふっ化物であるふっ化カルシウム（ＣａＦ2）、熱伝導性の高いアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の光透過率、熱伝導率および屈折率も併記している。
【００５４】
（表２）を見ればわかるように、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂単体の光透過率はいずれも９３％以上であり、高い光透過率を有するが、熱伝導率については０．１５〜０．１７Ｗ／ｍ・Ｋであり、極めて低い。これに対して従来、シリコーン樹脂による樹脂組成物に高い熱伝導性を持たせるために充填されているアルミナや酸化亜鉛の熱伝導率は２０〜３６Ｗ／ｍ・Ｋあり、桁違いに高い熱伝導率を有するが、光透過性はそれほど高くないことがわかる。
【００５５】
そこで本発明のシリコーン樹脂による樹脂組成物には、ふっ化リチウムやふっ化カルシウムなどの金属ふっ化物を用いることにする。ふっ化リチウムやふっ化カルシウムは、いずれも波長２００〜１５００ｎｍにおいて９０％以上という高い光透過率を有し、同時に、シリコーン樹脂よりも高い熱伝導性を有するからである。
【００５６】
すなわち、本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としては、本実施例において実際に測定を行うために用いたふっ化リチウムのほかに、参考データとして（表２）に掲載したふっ化カルシウムも候補として考えられる。しかしながら（表２）を見ればわかるように、ふっ化カルシウムに比べてふっ化リチウムのほうが光透過率も熱伝導率も高い。よって本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としては、ふっ化リチウムのほうがより望ましいと言える。これにより、耐熱性に加えて高い光透過性と熱伝導率を兼ね備えた樹脂組成物が得られる。
【００５７】
金属ふっ化物はシリコーン樹脂と比べて熱伝導率が高いので、金属ふっ化物の充填率を上げていけば、本発明の樹脂組成物の熱伝導率も当然のことながら高くなるわけであるが、だからといって無制限に充填率を上げればよいというものでもない。ここからは、金属ふっ化物のシリコーン樹脂への充填率と、光透過性・熱伝導率との関係について説明する。
【００５８】
（表３）は、本発明の樹脂組成物に用いるシリコーン樹脂としてＴＳＪ３１５０を、金属ふっ化物としてふっ化リチウムを選択し、それらの重量比率を変化させたときの光透過率および熱伝導率の変化を示すものである。
【００５９】
【表３】
【００６０】
これはすなわち、（表１）における試料１〜４のデータを抜き出している。なお、（表３においては参考として、シリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０単体の光透過率および熱伝導率も）併記している。ふっ化リチウムを４種類のシリコーン樹脂のそれぞれに加えることで、それらの樹脂組成物、すなわち試料２および試料５〜７の熱伝導率はいずれも、単体のシリコーン樹脂（ＴＳＪ３１５０）の２倍以上の値が得られていることがわかる。そして、単体のシリコーン樹脂よりは劣るものの、いずれも８０％という高い光透過率をも依然として有している。
【００６１】
これら（表３）のデータをグラフに示したものが図４である。図４は本実施例の樹脂組成物における金属ふっ化物の充填率と、本実施例の樹脂組成物の熱伝導率および全光束透過率との関係を表したグラフである。
【００６２】
図４によれば、まず、ふっ化リチウムの充填量を増加させると共に熱伝導率も高くなっていることがわかる。それはある意味当然のことであるが、同時に、ふっ化リチウムの充填量を増やすと全光束透過率が低くなり、ふっ化リチウムの充填量を減らすと全光束透過率が高くなっていることも、図４からわかる。
【００６３】
ＬＥＤを長寿命化するには高い熱伝導率が必要であるため、その点だけを考えるのならば、できるだけふっ化リチウムの充填量を高くする方が良い。しかしながら、ＬＥＤの輝度を上げるには高い透過率を有する必要があるため、今度はできるだけふっ化リチウムの充填量を少なくする必要がある。これら２つの条件を同時に実現することは困難である。すなわち、ふっ化リチウムを多量に充填すれば熱高伝導率が得られるが、充填量を過剰に増加させると、全光束透過率の低下を招く。
【００６４】
先ほども述べたように、樹脂を光学部材に用いる場合、その樹脂組成物の光透過率は８０％以上を有していることが好ましいことが一般に知られている。図４より、樹脂組成物が８０％以上の光透過率を有するためには、樹脂組成物に対する金属ふっ化物の充填率が６５重量部以下であることが必要であることがわかる。
【００６５】
また、熱伝導率に関しては、図４より、樹脂組成物に対する金属ふっ化物の充填率が３５重量部以上であれば、金属ふっ化物を充填しない場合に比べ、２倍以上の熱伝導率の値を有することがわかる。そうすれば、金属ふっ化物を充填しない場合よりもＬＥＤから発生する熱を、より効率よく放熱基板に伝導し放熱することができる。よって、本発明の金属ふっ化物の充填率は、樹脂組成物に対して３５〜６５重量部であることが好ましいと言える。
【００６６】
ところで先の（表２）に示すように、ＴＳＪ３１５０を始めとする４種類のシリコーン樹脂と、ふっ化リチウムを始めとする２種類の金属ふっ化物は、それぞれ単体で９０％以上という高い光透過率を有している。単純に考えれば、このような元々単体で高い透過性を有する２種類の物質を混ぜ合わせて樹脂組成物を生成しても、その樹脂組成物の光透過性は何ら損なわれないように思える。しかしながら実は、シリコーン樹脂と金属ふっ化物が個別に高い光透過性を有していても、それらを配合することにより得られる樹脂組成物が、必ずしも高い光透過性を有するとは限らない。
【００６７】
（表４）は、本発明の樹脂組成物に用いる金属ふっ化物としてふっ化リチウムを選択し、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂のそれぞれと５０重量部ずつの組み合わせにより生成した樹脂組成物、すなわち（表１）における試料２および試料５〜７の光透過率および熱伝導率の実験データである。
【００６８】
【表４】
【００６９】
ここでも参考として、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂単体の光透過率および熱伝導率を併記している。
【００７０】
一般に、混合する物質同士の屈折率の差が小さいほどその物質は光を透過しやすく、屈折率の差が大きいほど光を透過しにくいことが知られている。よって、高い透過性を有する樹脂組成物を得るには、互いに屈折率の等しい、あるいは近似した屈折率を有する樹脂および熱伝導性粒子を用いる必要がある。例えば（表２）には掲載していないが、ふっ化リチウムなどと同じふっ化物であるふっ化バリウムも、波長２００〜１５００ｎｍにおける光透過率が９０％以上である。しかしながらその屈折率は２．４２であり、シリコーン樹脂の屈折率と大きく離れている。よって、シリコーン樹脂にふっ化バリウムを配合すると、それらの硬化物は光透過率が低下してしまう。このため、ふっ化バリウムは、本発明の樹脂組成物に用いることはできない。
【００７１】
このように、２種類以上の物質による組成物において高い光透過率を確保するためには、それぞれの物質単体の光透過率が高いことはいうまでも無いが、それと同時に、組成物を構成する物質の光屈折率は、互いに同一、または似通ったものでなければならない。
（表２）を参照すると、本実施例において用いる金属ふっ化物であるふっ化リチウムの屈折率は１．３９２であり、参考のために同じ金属ふっ化物として掲載しているふっ化カルシウムの屈折率は１．３９９で、ふっ化リチウムとほぼ同一である。
【００７２】
これに対して、本実施例において用いる４種類のシリコーン樹脂の屈折率は、いずれも１．４０４〜１．４１であり、ふっ化リチウムやふっ化カルシウムと非常に近い値となっている。しかしながら、互いの屈折率がこれだけ近い値であるにもかかわらず、先ほどの（表４）に示す本実施例の測定結果によれば、４種類のシリコーン樹脂とふっ化リチウムとの組み合わせによる樹脂組成物の光透過率は、いずれも８０％以上を確保するのが精一杯であり、９０％には届いていない。ということは、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率の差が少なくともこの程度以下で無ければ、高い光透過率を確保できないということを意味している。
【００７３】
一般に樹脂を光学部材に用いる場合、その樹脂組成物の光透過率は８０％以上を有していることが好ましい。それに加えて、（表２）に示すシリコーン樹脂の屈折率も金属ふっ化物の屈折率も、波長５８９ｎｍにおける参考値であり、測定光の波長や測定環境によって変化する。また、（表２）の屈折率および（表４）に示す試料６の光透過率のデータから、屈折率の差が最も大きい組み合わせであるＩＶＳ４５４２とふっ化リチウムを混合した場合でもその樹脂組成物は８０％以上の光透過率を有していることがわかる。これらのことを勘案すれば、樹脂組成物に対する金属ふっ化物（すなわち本実施例１におけるふっ化リチウム）の充填率が５０重量部の場合において、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率との差は、少なくとも１．４１−１．３９２＝０．０１８以内でなければならないと言える。これにより本発明の樹脂組成物は、ＬＥＤと放熱基板とを固定する接着剤として用いた場合に、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも可視〜紫外領域の短波長の光に対して光透過性をも確保することにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００７４】
さらに、先の（表３）および図４におけるシリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０とふっ化リチウムとの組み合わせにおいては、図４より、ふっ化リチウムの充填率が３５重量部以上６５重量部以下であれば、熱伝導性に優れ、しかも光透過性も確保されていることがわかる。（表２）より、シリコーン樹脂ＴＳＪ３１５０の屈折率は１．４０４、ふっ化リチウムの屈折率は先ほどと同様に１．３９２である。従って、ふっ化リチウムの充填率が３５重量部以上６５重量部以下の場合において、シリコーン樹脂の屈折率と金属ふっ化物の屈折率との差が１．４０４−１．３９２＝０．０１２以内であれば、耐熱性および熱伝導性に優れ、しかも可視〜紫外領域の短波長の光に対して光透過性をも確保される。これにより、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【００７５】
最後に本発明の樹脂組成物は、シリコーン樹脂と金属ふっ化物を均一に混合させることが必要なので、混合時の作業性も問題となる。ふっ化リチウムを多量に充填すると、粘度の増加による作業性の悪化等の不具合の生じる恐れがあるためである。
【００７６】
（表５）は、（表１）における試料１〜７、すなわち、４種類のシリコーン樹脂とふっ化リチウムとをそれぞれ混合させた各樹脂組成物の粘度と、混合時の作業性の評価（すなわち混ぜやすさ）を示したものである。作業性が特に良好なものは◎、良好なものは○、困難なものは×とした。
【００７７】
【表５】
【００７８】
（表５）によれば、作業性の良好なものは粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓであり、特に良好なものは６．４〜２３．５Ｐａ・ｓであることがわかる。試料４はほかの試料に比べて粘度の値が著しく大きく、またその樹脂組成物が硬いため、成型が非常に困難であった。樹脂組成物の粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓ、特に６．４〜２３．５Ｐａ・ｓの範囲内であれば、各成型方法に応じた適切な流動性を得られるため、樹脂組成物の作業性が良好となる。
【００７９】
以上に説明したように、本発明に記載の樹脂組成物を用いれば、光透過性と熱伝導性を確保できる。すなわち、シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填することにより、高い光透過性を有したまま熱伝導性も同時に有した樹脂組成物が得られる。また、本発明の樹脂組成物を用いてＬＥＤチップと基材とを接着した発光源であれば、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を効率よく放熱基板に伝導させることが可能となるので、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の樹脂組成物およびそれを用いた発光源は、ＬＥＤ用接着剤として使用した場合、ＬＥＤから発生した熱を放熱基板に伝導させながら光を効率よく取り出すことができ、ＬＥＤの高輝度化および長寿命化を可能にすることができる。よって、ＬＥＤ用接着剤に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１ ＬＥＤモジュール
２ リードフレーム
２ａ プラス電極部
２ｂ マイナス電極部
３ 放熱基板
３ａ 基台部
４ 接着剤
５ ＬＥＤチップ
５ａ ｐ型電極
５ｂ ｎ型電極
６ａ ボンディングワイヤ
６ｂ ボンディングワイヤ
７ キャビティ
７ａ 開口部
７ｂ 開口部
８ 封止樹脂
９ 電圧源
１０ａ 直接光
１０ｂ 反射光
１０ｃ 反射光
１０ｄ 接着剤を透過する光の光路
１１ａ ＬＥＤチップから接着剤への放熱路
１１ｂ 接着剤から放熱基板への放熱路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物。
【請求項２】
前記シリコーン樹脂は、非アリール基の炭化水素基、水酸基又は水素を側鎖として有する請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
前記金属ふっ化物が少なくともふっ化リチウムである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項４】
前記金属ふっ化物の充填率が樹脂組成物に対して３５重量部以上６５重量部以下である請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項５】
前記樹脂組成物に対する前記金属ふっ化物の充填率が５０重量部の場合において、前記シリコーン樹脂の屈折率と前記金属ふっ化物の屈折率との差が少なくとも０．０１８以内である請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項６】
前記シリコーン樹脂の屈折率と前記金属ふっ化物の屈折率との差が少なくとも０．０１２以内である請求項４に記載の樹脂組成物。
【請求項７】
粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項８】
粘度が６．４〜２３．５Ｐａ・ｓである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の樹脂組成物を用いてＬＥＤチップと基材とを接着することにより構成される発光源。
【請求項１】
シリコーン樹脂に金属ふっ化物を充填した樹脂組成物。
【請求項２】
前記シリコーン樹脂は、非アリール基の炭化水素基、水酸基又は水素を側鎖として有する請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
前記金属ふっ化物が少なくともふっ化リチウムである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項４】
前記金属ふっ化物の充填率が樹脂組成物に対して３５重量部以上６５重量部以下である請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項５】
前記樹脂組成物に対する前記金属ふっ化物の充填率が５０重量部の場合において、前記シリコーン樹脂の屈折率と前記金属ふっ化物の屈折率との差が少なくとも０．０１８以内である請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項６】
前記シリコーン樹脂の屈折率と前記金属ふっ化物の屈折率との差が少なくとも０．０１２以内である請求項４に記載の樹脂組成物。
【請求項７】
粘度が２．０〜１０４Ｐａ・ｓである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項８】
粘度が６．４〜２３．５Ｐａ・ｓである請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の樹脂組成物を用いてＬＥＤチップと基材とを接着することにより構成される発光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２７５４０５（Ｐ２０１０−２７５４０５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２８４７２（Ｐ２００９−１２８４７２）
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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