CN101313416A - 光反射用材料、发光元件收纳用封装体、发光装置及发光元件收纳用封装体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在陶瓷上未被覆金属镀层的情况下使反射率提高的发光元件收纳用封装体。发光装置具有基板(2)、框体(4)和发光元件(1),所述基板(2)由陶瓷构成,且具有导体装载部(8),在导体装载部的上面装载发光元件(1),所述框体以贯通孔(3)的内周面(7)向外侧扩展的方式形成在基板(2)的上面,由含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的光反射材料构成,所述发光元件(1)装载于基板(2)的导体装载部(8)。从而在未被覆金属镀层的情况下使框体(4)的反射率提高。
Description
技术领域
本发明涉及光反射用材料、发光元件收纳用封装体、发光装置及发光元件收纳用封装体的制造方法。
背景技术
以往,作为用于收纳高亮度的发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)等发光元件的发光元件收纳用封装体(以下,也简称为封装体),使用以陶瓷作为基板的封装体。
以往的将陶瓷作为基板的封装体具备装载发光元件的基板和设于基板上且具有通孔的框体。在基板上设有用于从外部通电从而使发光元件发光的配电导体,该配电导体与发光元件通过接合线而电连接。接着,介由配电导体、接合线等从外部通电的发光元件发光,发光元件中所发出的光直接射到外部,或者在框体的贯通孔的内周面上反射后射到外部。因此,框体的贯通孔的内周面的形状、组成对装载有发光元件的发光装置的发光效率产生很大的影响。
作为在这种发光装置的框体中所使用的光反射用材料,已知有反射率比较高的金属。另外,作为其他的反射用材料,已知有在与基板的热膨胀系数相合的陶瓷等材料上被覆金属镀层的材料(例如,参见专利文献1)。作为相对反射率高的镀材,已知有Ag。使用Ag作为镀材时,相对于硫酸钡对于约460nm波长的光的反射率为约90%的反射率,但对于约460nm以下波长的光则反射率低,若在250nm~800nm的范围内平均的话则反射率为77%。
进而,还提出了不分别形成框体和基板,而是将包围发光元件的反射壁与基板一体地形成的、由氧化铝构成的发光元件收纳用封装体。该光反射用材料由烧结后平均粒径为4μm的氧化铝构成。
专利文献1:特开2004-228531号公报
发明内容
然而,如果使用金属作为光反射用材料,与陶瓷那样的热膨胀系数不同的基板接合,则由于热膨胀系数不合而出现基板的翘曲、框体的剥离。
另外,如果如专利文献1中记载的材料那样,使用以陶瓷作为基材的框体,则虽然可以抑制基板的翘曲、框体的剥离,但即使被覆了金属镀层,反射率的提高也有限,而且产生使镀层被覆的工作,制造成本增大。
进而,用上述的氧化铝的烧结物得不到充分的反射率,依据波长区域不同,反射率比使用Ag的金属镀层还差。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供在陶瓷上未被覆金属镀层的情况下使反射率提高的光反射用材料、使用其的发光元件收纳用封装体及发光装置以及发光元件收纳用封装体的制造方法。
为实现上述目的,本发明提供一种光反射用材料,其含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝。
另外,在上述光反射用材料中,优选含有钡元素。
另外,在上述光反射用材料中,优选含有0.698质量%~22.4质量%的上述钡元素。
另外,为实现上述目的,本发明提供发光元件收纳用封装体,其具有由陶瓷构成的基板、以及在所述基板上面形成的框体,所述框体由含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的光反射材料构成。
另外,在上述发光元件收纳用封装体中,优选所述框体含有钡元素。
另外,在上述发光元件收纳用封装体中,优选所述框体含有0.698质量%~22.4质量%的上述钡元素。
另外,在上述发光元件收纳用封装体中,优选所述基板具有导体装载部,并在导体装载部的上面装载发光元件。
另外,为了实现上述目的,本发明提供发光装置,其具有基板、框体、以及发光元件,所述基板由陶瓷构成,且具有导体装载部,在导体装载部的上面装载发光元件,所述框体以包围所述导体装载部的方式而形成在所述基板的上面,由含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的光反射材料构成,所述发光元件装载于所述基板的所述导体装载部上。
另外,在上述发光装置中,优选所述框体含有钡元素。
另外,在上述发光装置中,优选所述框体含有0.698质量%~22.4质量%的上述钡元素。
另外,为实现上述目的,本发明提供发光元件收纳用封装体的制造方法,其是在制造具有由陶瓷构成的基板、在所述基板的上面形成的框体的发光元件收纳用封装体时,包含下述工序:生成含有氧化铝粒子的原料粉末的工序;将所述原料粉末成型,制备框体形状物的工序;煅烧所述框体形状物,得到含有74.6质量%以上的平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的所述框体的工序。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选在得到所述框体的工序中得到含有钡元素的所述框体。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选在得到所述框体的工序中得到含有0.698质量%~22.4质量%的钡元素的所述框体。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选在得到所述框体的工序中的煅烧温度为1350~1650℃。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选所述原料粉末含有碳酸钡。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选在制备所述框体形状物的工序中,通过在模具中加入所述原料粉末并施加压力,从而制备所述框体形状物。
另外,在上述发光元件收纳用封装体的制造方法中,优选在制备所述框体形状物的工序中,通过由所述原料粉末制备原料片(greensheet),以规定的形状冲裁该原料片,从而制备所述框体形状物。
根据本发明,可以在陶瓷上未被覆金属镀层的情况下使反射率提高。
附图说明
图1:表示本发明的一种实施方式的发光装置的纵向截面图。
图2:使用粉体成型法的反射用材料的制造方法的工序说明图。
图3A:将原料粉末加压成型时的说明图,是原料粉末被填充于上下的模具内的图。
图3B:将原料粉末加压成型时的说明图,是原料粉末被上下的模具压缩的图。
图3C:将原料粉末加压成型时的说明图,是框体形状物从上下的模具被排出的图。
图4:使用原料片法的反射用材料的制造方法的工序说明图。
图5:由原料粉末生成原料片时的说明图。
图6:一种实施例,用电子显微镜观察样品J的表面组织而得到的照片。
图7:比较例,用电子显微镜观察样品C的表面组织而得到的照片。
图8:表示烧结后氧化铝的平均粒径为0.6μm、1.3μm及3.5μm的光反射材料、由氧化铝构成的光反射用材料、在陶瓷上被覆Ag镀层的光反射用材料的入射光的波长和反射率之间的关系的图。
图9:本发明的其他方式的发光装置的纵向截面图。
图10:本发明的其他方式的发光装置的纵向截面图。
符号说明
1发光元件
2基板
3密封部件
4框体
5配电导体
6接合线
7内周面
8导体装载部
10发光元件收纳用封装体
100发光装置
θ倾斜角
具体实施方式
图1是表示本发明的第一种实施方式的发光装置的纵向截面示意图。
如图1所示,发光元件收纳用封装体10具有由陶瓷构成的基板2和框体4,所述框体4是在该基板2的上面的外周部以贯通孔的内周面7向外侧(图1中的上侧)扩展的方式而形成的。发光装置100具有发光元件收纳封装体10、装载于发光元件收纳用封装体10上的发光元件1、以及密封发光元件1的密封部件3。
发光元件1装载固定于导电性的导体装载部8上,介由配电导体5、接合线6、导体装载部8可以由外部通电。本实施方式的发光元件1例如为GaN系的LED元件,发出蓝色光。
上述基板2形成为板状,例如形成为近似圆形、长方形、正方形等的形状。
上述基板2可以使用例如氧化铝质烧结体(氧化铝陶瓷)、氮化铝质烧结体、莫来石质烧结体、玻璃陶瓷等的陶瓷、各种树脂。
上述基板2的制造方法没有特别限定,在使用陶瓷的情况下,可以使用原料片法,即,在上述原料的粉末中添加混合适当的有机粘合剂、溶剂等制成泥浆状,通过刮刀法、压延辊法等将其成型为片状得到原料片,然后,通过在高温(约1600℃)下进行煅烧来进行制作。另外,也可以使用将上述原料的粉体填充于成型机成型后进行煅烧的粉体成型法等。在本实施方式中,由于基板2是板状的关系,优选用原料片法进行制造。
上述配线导体5由例如W、Mo、Cu、Ag等金属构成,为了易于电连接,有时预先使1~10μm的Ni被覆,然后在其上使0.03~3μm的Au被覆。在本实施方式中,配线导体5在基板2的上面延伸至外缘部、并经由基板2的侧部回绕到基板2的下面。
发光元件1的装载部如图1所示是由导体制成的导体装载部8时,导体装载部8及配线导体5是如下制造的:向例如W、Mo、Cu、Ag、Au等的金属粉末中添加混合适当的有机溶剂、溶剂得到金属浆,将该金属浆预先用筛网印刷法以规定图案印刷涂布于成为基板2的陶瓷或原料片上,从而在基板2的规定位置上形成被覆,干燥后进行煅烧来制造。
密封部件3,由例如环氧类、硅酮类等的透明树脂构成,填塞框体4的贯通孔。另外,也可以用透明玻璃来形成密封部件3。通过密封部件3可以实现对发光元件1、接合线6等的保护。
框体4为例如圆柱状、四角柱状等的柱状物并在内部具有贯通孔的形状,包围导体装载部8。为了使发光元件1发出的光在内周面7的表面向封装体的上方均匀反射而高效地放射到外部,上述贯通孔的内周面7以向外侧扩展的方式形成。图1所示的内周面7的倾斜角θ可以根据发光装置100的使用用途而适当地选择。发光装置100用于室内照明、液晶背光时,优选将倾斜角θ设为例如45°那样较小的角以使配光的扩散增大。另外,发光装置100用于运动灯、车辆用车头灯时,优选将倾斜角θ设为例如70°那样较大的角以使配光的扩散减小。框体4的组成至少含有氧化铝,优选含有钡元素。
本实施方式的框体4,作为原材料的氧化铝粒子不完全熔融而残留有粒子形状,且粒子成长、粒径变大,从而成为以整体结合的状态,可以测定粒子形状的粒径。
在本实施方式中规定的光反射用材料的氧化铝烧结后平均粒径是指,用电子显微镜观察光反射用材料的表面,即在框体4中为其内周面7,测定未完全熔融而残留有粒子形状状态下的氧化铝粒子的粒径,取该数值的平均值。
另外,在本实施例中规定的光反射用材料中含有的氧化铝的质量%是指,相对于如此烧结的氧化铝的质量的全部烧结体的质量百分比。
由于从发光元件1射出的光被内周面7反射,因此框体4优选对于发光元件1的射出光的反射率高的框体。另外,从构成发光元件收纳用封装体10的角度考虑,框体4优选具有规定的强度。在此,对于在框体4中使用的光反射用材料而言,使烧结后的氧化铝粒径变化而制备多个样品,测定反射率及强度。另外,制备在氧化铝中混有钡等的多个样品,测定反射率及强度。
其结果是发现了,以氧化铝100%进行煅烧时,随着温度升高平均粒径变大。另外,在不含有钡的情况下,煅烧温度优选1250℃~1600℃,进而优选1300℃~1570℃。并且,发现如果混合碳酸钡,则平均粒径变小。由此发现,煅烧物中含有的钡元素不被着色,而且也没有光吸收,因此,对于抑制氧化铝的平均粒径的增大且确保反射率而言是优选的。
另外,当烧结后的氧化铝的平均粒径为3.5μm时为81%的反射率,而当平均粒径为2.5μm时得到91%的反射率,反射率比以往明显地提高了。在此所称的反射率是对于250nm~800nm波长的光的反射率平均值,是将硫酸钡的反射率设为100%时的相对值。即,通过将平均粒径设为2.5μm以下,可以得到比以往的氧化铝高的反射率。另外,当平均粒径为1.3μm时得到95%的反射率,为了进一步使反射率提高,优选将平均粒径设为1.3μm以下。进而,当平均粒径为1.0μm时,得到102%的反射率,由于超过了硫酸钡的反射率,因而更优选将平均粒径设为1.0μm以下。
另外,如果烧结后氧化铝为74.6质量%以上,则可以确保13.6MPa以上的抗折强度,优选适用于发光元件收纳用封装体。另外,如果烧结后的氧化铝为87.5质量%以上,则可以确保90MPa以上的抗折强度,是更优选的。在不要求强度的装置等中使用光反射用材料时,例如,即使烧结后含56.0质量%的氧化铝,也没有任何问题。
由以上可知,从用高温使平均粒径变小,确保规定的强度的观点考虑,优选煅烧前的碳酸钡的质量百分比为1.0%~30%,即煅烧后的钡元素的质量百分比为0.698%~22.4%。进而,更优选煅烧前的碳酸钡的质量百分比为5.0%~15%,即煅烧后的钡元素的质量百分比为3.52%~10.8%。
另外,煅烧物中含有的钡元素的形态可以是任何形态,但优选以氧化钡的形态含在框体组合物中。
此外,在不损害框体组合物中的上述氧化铝、钡元素的含量条件的范围内,还可以存在其他元素或化合物。作为这些其他的元素或化合物,可以举出镁、硅、钛、钙、锆、锡等元素或它们的化合物。
框体4的制造方法没有特别限制,可以通过上述原料片法、粉体成型法等来制造,但从能制造正确形状的框体的观点出发,优选粉体成型法。
在框体4中使用的陶瓷原材料混合粉体是配合下述物质而制成的:满足构成框体4的组成物的氧化铝的量和钡元素的量的配合比例的氧化铝、钡化合物、根据需要而配合的其他陶瓷原料粉末、粘合剂树脂等。
作为钡化合物,没有特别限定,可以举出氢化钡、氟化钡、氯化钡、氢氧化钡、氧化钡、氯酸钡、硫酸钡、硝酸钡、碳酸钡等,从可以得到良好的发光效率的角度出发优选碳酸钡。
以下,参照图2的工序说明图,对使用粉体成型法来制造在框体4中使用的反射用材料的方法进行说明。
如图2所示,首先,在有必要粉碎原料时,将原料粉碎为规定的大小,制备原料粉末后(粉碎工序),在原料粉末中加入树脂、润滑剂及水并进行混合得到浆(混合工序)。在原料的粉碎和原料粉末的混合中,可以使用例如球磨机。还可以适当省略粉碎工序。另外,在混合工序中混合的氧化铝粉末的平均粒径的数值,优选比煅烧后想要得到的煅烧物中的氧化铝粒子的平均粒径的数值小。
作为在混合工序中混合的原料,使用氧化铝及碳酸钡,作为树脂使用例如丙烯酸系、PVA(聚乙烯醇)系等的粘合剂。另外,相对于浆中的固态成分,树脂的含量优选0.5质量%~5.0质量%,更优选1.5质量%~3.5质量%。如果固态成分中的树脂的量大,则原料粉末造粒时,粒子变硬,容易出现疏密。另外,如果树脂的量少,则粉末成型品的强度变弱。作为润滑剂,可以使用例如硬脂酸乳浊液,固态成分中的含量优选0.05质量%~0.5质量%,更优选0.1质量%~0.3质量%。而且,加水而得到的浆优选30体积%~70体积%,进一步优选40体积%~50体积%。
接着,将被混合的原料粉末的粒子造粒至适于用粉末成型机成型的大小(造粒工序)。粒子的造粒,可以使用例如喷雾干燥器。造粒后的粒径优选25μm~200μm,更优选30μm~150μm。接着,使用筛等将已实施造粒处理的粉末进行分级(分级工序)。如果粉末成型时粒子过大,则向模具的填充性恶化,如果粒子过细,则粒子容易进入模具的缝隙而产生毛边(burr)。
接着,将造粒后的原料粉末填充于模具中,在常温下施加压力进行成型(加压成型工序)。图3A、图3B、图3C是将原料粉末加压成型时的说明图。如图3A~图3C所示,加压成型装置200具有固定于装置本体的上下一对的成套模具201,在各成套模具201上分别形成对应于框体4的俯视图形状的孔201a。另外,加压成型装置200具有插通下侧的成套模具201的孔201a且上下自由移动的下模202,和对着上侧的成套模具201的孔201a可插拔的自由移动的上模203。下模202对应于框体4的上面而形成截面,上侧203对应于框体4的下面而形成截面。加压成型装置200还具有配置于下模202的内侧、上下自由移动的核204。核204的上端对应于框体4的内周面7而形成。
接着,如图3A所示,设置下模202及核204,使得在它们的上端形成框体4的上面及内周面7,并且用上侧的成套模具201的孔201a形成框体4的外周面。然后,将原料粉末400填充于上侧成套模具201的孔201a中。由该状态,如图3B所示,将上模203下降并且使下模202及核204上升,压缩原料粉末400。此时,施加于粉末的压力优选0.5t/cm2~2.0t/cm2、进而优选0.7t/cm2~1.5t/cm2。接着,如图3C所示,使核204下降并且使上模203上升,进而使下模202上升,从而由上侧的成套模具201排出对应于框体4的框体形状物401。
将如此成型的框体形状物用煅烧炉煅烧得到框体4(煅烧工序)。煅烧的温度条件优选1350℃~1650℃。煅烧可以通过例如升温10小时、在目标温度保持5小时、降温8小时的方式进行。煅烧后,为了去除毛边等,使用例如转鼓式研磨机进行研磨(研磨工序)。可如此制造框体4。
以下,参照图4的工序说明图,对使用原料片法来制造框体4中使用的反射用材料的方法进行说明。
如图4所示,在有必要粉碎原料时,将原料粉碎为规定的大小,制备原料粉末后(粉碎工序),在原料粉末中加入溶剂、树脂、分散剂、增塑剂等进行混炼从而得到浆(混合工序)。在原料的粉碎和原料粉末的混炼中,可以使用例如球磨机。
作为被粉碎的原料,使用氧化铝及碳酸钡,作为树脂可以使用例如丙烯酸系、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)系等的粘合剂。另外,相对于浆中的固态成分,树脂的含量优选4.0质量%~20质量%,更优选6.0质量%~8.0质量%。作为分散剂,可使用各种活性剂,相对于固态成分的含有率优选为0.1质量%~1.0质量%,更优选0.3质量%~0.5质量%。作为增塑剂,可以使用例如DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等,相对于固态成分的含量优选3.0质量%~15质量%,更优选4.0质量%~6.0质量%。作为溶剂,可以使用例如甲苯,优选固态成分的总和为70质量%~80质量%。另外,浆的粘度优选3000cps~30000cps,更优选15000cps~20000cps。
接着,将得到的浆流到涂布有脱模剂的膜(涂布工序)上,通过干燥使溶剂蒸发(干燥工序)。图5是由原料粉末生成原料片时的说明图。具体而言,如图5所示,由输出辊301,经由张紧辊302、固定辊303等输出涂布有脱模剂的膜304,利用刮刀305将浆410涂布于膜304上。接着,在干燥炉306内利用热风使涂布的浆410干燥。此时,作为干燥温度,优选80℃~130℃,更优选100℃~120℃。接着,作为干燥速度,优选0.2m/min~2.0m/min。
此后,由膜进行剥离(剥离工序),生成原料片(原料片生成工序)。具体而言,如图5所示,通过上下成对的分离辊307后,将膜304输出至卷取辊308侧,将原料片411输出至松紧调节辊309侧,从而分离出原料片411。分离后的原料片411通过固定辊310后,利用切割刀311切割使得宽幅方向成为规定的尺寸,之后卷取到卷取辊312上(卷取工序)。
用挤压成型机以对应于框体4的形状的方式冲裁该原料片得到框体形状物(冲裁工序)。接着,用煅烧炉煅烧框体形状物得到框体4(烧结工序)。煅烧的温度条件优选1400℃~1700℃。煅烧可以通过例如升温10小时、在目标温度保持5小时、降温8小时的方式进行。煅烧后,使用例如喷砂研磨机进行研磨(研磨工序)。如此可制造框体4。
本实施方式的发光元件收纳用封装体10是使具备配线导体5的基板2和框体4结合而制造的。
对于基板2和框体4的结合,可以通过具有700~900℃熔点的银-铜焊料、热固化型环氧树脂、硅酮树脂等各种树脂粘接剂、玻璃等来固定。
本实施方式的发光装置100,如图1所示,是通过将发光元件1固定于导体装载部8上,用接合线6将发光元件1和配线导体5结合而制造的。
[实施例1]
在图1中,在成为基板2的陶瓷板的配线导体5的位置涂布导体糊,干燥后煅烧。具体而言,具有配线导体5的基板2是通过如下制备的:使用北陆陶瓷公司制的纯度96%的氧化铝基板作为基板2,在其上涂布杜邦公司制的等级名为“5164”的导体糊,然后在150℃的温度下使其干燥10分钟后,在最高温度850℃保持10分钟。
接着,将90重量份住友化学社制的高纯度氧化铝“AES-12”(纯度99.5%)、10重量份日本化学社制的高纯度碳酸钡“LSR”、3重量份大日本油墨公司制的粘合剂“NCB-156”及0.1重量份中京油脂社制的润滑剂“セロゾ一ル920”混合,加水,用球磨机混合,从而得到50体积%的浆。该浆由含有平均粒径0.4μm的氧化铝80质量份、碳酸钡10质量份、树脂粘合剂(组成为相对于丙烯酸类树脂70份,烯烃蜡为30份)15质量份构成。接着,在110℃的温度条件下进行干燥,造粒,用孔径为25μm及150μm的筛进行分级。得到的粉末的平均粒径为40μm。然后,在框体用的模具中填充粉末,用三研精机社制的10t挤压机在室温下施加1t/cm2的压力,得到框体形状物。接着,通过将框体形状物升温10小时、在1520℃下保持5小时、降温8小时来进行煅烧,制成框体4。在本实验例中,制成的框体4为:俯视为7mm×7mm的正方形,最小径部的直径为3mm,形成有θ为45度贯通孔。得到的框体4的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.8μm。另外,另行在相同条件下制作除了制成物性测定用的形状以外的试样(表1中的样品J),反射率为102%,抗折强度为170MPa。用电子显微镜观察该框体4的形态示于图6中。
接着,通过使用Toray Dow公司制的硅树脂“SE1720CV”,将设置了配线导体5的基板2和上述框体4在120℃的温度下保持30分钟而进行粘接,从而得到本实施例的发光元件收纳用封装体10。
[实施例2]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.1μm的氧化铝100质量份、碳酸钡0质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.6μm,反射率为102%,抗折强度145MPa(表1中的样品A)。
[实施例3]
另外,通过将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝100质量份、碳酸钡0质量份,并且,升温10小时、在1520℃下保持5小时、降温8小时来制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.2μm,反射率为91%,抗折强度210MPa(表1中的样品B)。
[比较例1]
另外,通过将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝100质量份、碳酸钡0质量份,升温10小时、在1700℃下保持10小时、降温8小时来制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为3.5μm,反射率为81%,抗折强度360MPa(表1中的样品C)。用电子显微镜观察该样品C的形态示于图7中。
[实施例4]
另外,通过将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝100质量份、碳酸钡0质量份,升温10小时、在1650℃下保持10小时、降温8小时来制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为2.5μm,反射率为91%,抗折强度220MPa(表1中的样品D)。
[实施例5]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝99质量份、碳酸钡1质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.4μm,反射率为102%,抗折强度125MPa(表1中的样品E)。
[实施例6]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝99质量份、碳酸钡1质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.1μm,反射率为99%,抗折强度190MPa(表1中的样品F)。
[实施例6]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝95质量份、碳酸钡5质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.6μm,反射率为102%,抗折强度123MPa(表1中的样品G)。
[实施例7]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝95质量份、碳酸钡5质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.9μm,反射率为101%,抗折强度190MPa(表1中的样品H)。
[实施例8]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.1μm的氧化铝90质量份、碳酸钡10质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.4μm,反射率为103%,抗折强度105MPa(表1中的样品I)。
[实施例9]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝90质量份、碳酸钡10质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.3μm,反射率为95%,抗折强度230MPa(表1中的样品K)。
[实施例10]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝85质量份、碳酸钡15质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.8μm,反射率为103%,抗折强度90MPa(表1中的样品L)。
[实施例11]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝80质量份、碳酸钡20质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.8μm,反射率为102%,抗折强度70MPa(表1中的样品M)。
[实施例12]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝75质量份、碳酸钡25质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.8μm,反射率为102%,抗折强度36MPa(表1中的样品N)。
[实施例13]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝70质量份、碳酸钡30质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.9μm,反射率为102%,抗折强度13.6MPa(表1中的样品O)。
[实施例14]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.1μm的氧化铝70质量份、碳酸钡30质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.0μm,反射率为102%,抗折强度17.9MPa(表1中的样品P)。
[实施例15]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝70质量份、碳酸钡30质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.1μm,反射率为100%,抗折强度20.2MPa(表1中的样品Q)。
[实施例16]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝50质量份、碳酸钡50质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.8μm,反射率为102%,抗折强度2.9MPa(表1中的样品R)。
[实施例17]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.1μm的氧化铝50质量份、碳酸钡50质量份,将煅烧温度设为1350℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为1.0μm,反射率为102%,抗折强度1.8MPa(表1中的样品S)。
[实施例18]
另外,将浆中的原料粉末设为平均粒径为0.4μm的氧化铝50质量份、碳酸钡50质量份,将煅烧温度设为1570℃,与实施例1同样地制造光反射用材料,结果得到的光反射用材料的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为2.0μm,反射率为93%,抗折强度7.2MPa(表1中的样品T)。
表1中,表示实施例1~18及比较例1中使用的光反射用材料的样品的煅烧前的陶瓷原料的配合组成、煅烧条件、烧结后的氧化铝粒径、反射率及强度。另外,在表1中,煅烧物的反射率为对于250nm~800nm波长的光的反射率平均值,是将硫酸钡的反射率设为100%时的相对值。具体而言,反射率是用日立制作所社制的分光光度计“U-4000”进行测定的。在此,样品的强度评价以抗折强度来进行,作为抗折强度的测定方法,使用“JIS R 1601细陶瓷的折曲强度试验方法”。
表1
如前所述,表1中样品A~D是以氧化铝100%而得到的煅烧物。另外,表1中的100%是指,含有100质量%的纯度为99.5%氧化铝。另外,样品E~T是将碳酸钡与氧化铝混合而得到的煅烧物。
另外,表2中,将得到的样品A~T的反射率的数据按煅烧物的氧化铝含量由大到小的顺序自上而下地排列,烧结后氧化铝的平均粒径由小到大的顺序自左向右地排列。在表2中图示了煅烧后的氧化铝及钡的含量。如表2所示,存在烧结后的平均粒径越小则反射率越高的倾向。
表2
在此,分别用电子显微镜观察样品J的表面组织,将得到的照片作为实施例示于图6中,用电子显微镜观察样品C的表面组织,将得到的照片作为比较例示于图7中。
图8表示在烧结后氧化铝的平均粒径为0.6μm、1.3μm及3.5μm的光反射材料和由氧化铝构成的光反射用材料以及在陶瓷上被覆Ag镀层的光反射用材料的入射光的波长和反射率之间的关系的图。如图8所示可知,氧化铝的平均粒径越小则反射率变得越高,在全波长范围内,使用Ag镀层的光反射用材料的反射率提高了。
另外,表3中,将得到的样品A~T的强度的数据按煅烧物的氧化铝的含量由大到小的顺序自上而下地排列,并且烧结后氧化铝的平均粒径由小到大的顺序自左向右地排列。如表3所示,如果氧化铝的平均粒径相同,则存在烧结后的氧化铝的含量越多则强度越高的倾向。
表3
[实施例17]
在图1中,在成为基板2的陶瓷板的配线导体5的位置上涂布导体糊,干燥后煅烧。具体而言,具有配线导体5的基板2是通过如下制备的:使用北陆陶瓷公司制的纯度96%的氧化铝基板作为基板2,在其上涂布杜邦公司制的等级名为“5164”的导体糊在150℃的温度下使其干燥10分钟后,在最高温度850℃保持10分钟。
接着,将90重量份住友化学社制的高纯度氧化铝“AES-12”、10重量份日本化学社制的高纯度碳酸钡“LSR”、10重量份作为粘合剂的丁缩醛、5重量份的作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯及30重量份的作为溶剂的甲苯混合,得到浆。该浆粘度为15000cps,由平均粒径0.4μm的氧化铝85质量份、碳酸钡15质量份、树脂粘合剂(组成为相对于丙烯酸类树脂70份,烯烃蜡为30份)15质量份构成。接着,在膜上涂布浆,在110℃的温度条件下进行干燥后,与膜分离得到原料片。然后,使用挤压机以对应于框体4的方式冲裁片,通过将由此得到的框体形状物升温10小时、在1600℃下保持5小时、降温8小时来进行煅烧,制成框体4。在本实验例中,制成的框体4为:俯视为7mm×7mm的正方形,最小径部的直径为3mm,形成有θ为45度贯通孔。得到的框体4的氧化铝的残存粒子形状物的平均粒径为0.7μm、反射率为102%,抗折强度为95MPa。
接着,通过使用Toray Dow公司制的硅树脂“SE1720CV”,将设置了配线导体5的基板2和上述框体4在120℃的温度下保持30分钟而进行粘合,从而得到本实施例的发光元件收纳用封装体。
在上述实施方式中,显示了在基板2上形成有导体装载部8形态,但也可以例如图9所示,不形成导体装载部8,将发光元件1直接固定于基板2上面,介由2根接合线6和配电导体5而与外部通电。
另外,在上述实施方式中,显示了通过将配电导体5延续至基板2的上面的外缘部而与外部导通的形态,但也可以例如图10所示,在基板2上形成导通孔而与基板2的下侧面导通。
进而,也可以是基板2与框体4不分别成型而是一体成型的形态。
另外,在上述实施方式中,显示了将光反射用材料用于发光用元件收纳用封装体10的框体4的形态,但也当然可以作为各种背光、显示器等的反射用材料而使用。
另外,在上述实施方式中,显示了发光元件1发出蓝色光的形态,但也可以适当变更为发光元件1发出绿色光的形态、发出红色光的形态。进而,可以通过将发出蓝色光的LED元件、发出绿色光的LED元件与发出红色光的LED元件分别装载于基板2上,从而制成得到白色光的发光装置100。进而,也可以在密封部件3中含有(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+等的黄色荧光体,使得从发光元件1射出的蓝色光的一部分变换为黄色光,制成得到白色光的发光装置100。
产业上的可应用性
本发明的在发光元件收纳用封装体上装载了发光元件的发光装置,可以用于各种指示器、光传感器、显示器、光耦合器、背光、光打印机头等。
Claims (17)
1.光反射用材料,其特征在于,含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝。
2.根据权利要求1所述的光反射用材料,其特征在于,含有钡元素。
3.根据权利要求2所述的光反射用材料,其特征在于,含有0.698质量%~22.4质量%的所述钡元素。
4.发光元件收纳用封装体,其特征在于,具有由陶瓷构成的基板、以及在所述基板上面形成的框体,所述框体由含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的光反射材料构成。
5.根据权利要求4所述的发光元件收纳用封装体,其特征在于,所述框体含有钡元素。
6.根据权利要求5所述的发光元件收纳用封装体,其特征在于,所述框体含有0.698质量%~22.4质量%的所述钡元素。
7.根据权利要求6所述的发光元件收纳用封装体,其特征在于,所述基板具有导体装载部,并在导体装载部的上面装载发光元件。
8.发光装置,其特征在于,具有基板、框体、以及发光元件,
所述基板由陶瓷构成,且具有导体装载部,在导体装载部的上面装载发光元件,
所述框体以包围所述导体装载部的方式而形成在所述基板的上面,由含有74.6质量%以上的烧结后平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的光反射材料构成,
所述发光元件装载于所述基板的所述导体装载部。
9.根据权利要求8所述的发光装置,其特征在于,所述框体含有钡元素。
10.根据权利要求9所述的发光装置,其特征在于,所述框体含有0.698质量%~22.4质量%的所述钡元素。
11.发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在制造具有由陶瓷构成的基板、在所述基板的上面形成的框体的发光元件收纳用封装体时,包含下述工序:
生成含有氧化铝粒子的原料粉末的工序;
将所述原料粉末成型,制备框体形状物的工序;
煅烧所述框体形状物,得到含有74.6质量%以上的平均粒径为2.5μm以下的氧化铝的所述框体的工序。
12.根据权利要求11所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在得到所述框体的工序中得到含有钡元素的所述框体。
13.根据权利要求12所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在得到所述框体的工序中,得到含有0.698质量%~22.4质量%的钡元素的所述框体。
14.根据权利要求11~13中任一项所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在得到所述框体的工序中的煅烧温度为1350~1650℃。
15.根据权利要求14所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,所述原料粉末含有碳酸钡。
16.根据权利要求11~15中任一项所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在制备所述框体形状物的工序中,通过在模具中加入所述原料粉末并施加压力,从而制备所述框体形状物。
17.根据权利要求11~15中任一项所述的发光元件收纳用封装体的制造方法,其特征在于,在制备所述框体形状物的工序中,通过由所述原料粉末制备原料片,以规定的形状冲裁该原料片,从而制备所述框体形状物。
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