CN102782533A - 光反射基材和使用该基材的发光设备 - Google Patents

光反射基材和使用该基材的发光设备 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种作为材料不使用微小粒子也能实现高光反射率的光反射基材和使用该基材的发光设备。本发明的光反射基材是在玻璃基体中含有RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种或一种以上。

Description

光反射基材和使用该基材的发光设备
技术领域
本发明涉及具有高光反射性的光反射基材和使用该基材的发光设备。
背景技术
LED、有机EL设备由于耗散功率小，作为新型照明用设备近年来备受瞩目。在照明用设备中，为了有效利用发光体发出的光，具有高光反射率的基材和/或封装材料是必要的。例如，作为现有LED元件的封装材料，使用光反射率较高的氧化铝陶瓷基材或在此之上设有由金属构成的光反射膜的基材。但是，作为汽车用照明、显示设备用照明、通用照明，为了实现足够的光量，需要进一步提高基材和/或封装材料的光反射率。
为了实现上述目的，作为具有较高光反射性的基材，在专利文献1中记载有将玻璃粉末和陶瓷粉末的混合物烧结得到的光反射基材。具体而言，专利文献1所述的光反射基材其特征在于，由含有玻璃粉末和陶瓷粒子的玻璃陶瓷形成，在上述玻璃陶瓷的截面中，上述陶瓷粒子中的粒径为0.3～1μm的粒子群的占有面积为10～70%。这样，在专利文献1中，通过使基材中含有大量粒径非常微小的陶瓷粒子，实现高光反射性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2007-121613号公报
发明内容
发明要解决的课题
光反射基材是通过例如将玻璃粉末和陶瓷粉末的混合物浆化并成形为生片，然后对所得生片进行烧制而得到。但是，专利文献1所述的光反射基材，当其基材中含有大量微小粒子时，会出现有损于粉末的流动性、生片成型变得困难等制造方面的问题。
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于，提供一种即使作为材料不使用微小粒子也能够达到高光反射率的光反射基材和使用该基材的发光设备。
解决课题的手段
本发明人发现：通过使玻璃基体中含有具有高折射率特性的特定结晶，能够容易实现高光反射率，由此提出本发明。
即，本发明涉及一种光反射基材，其特征在于，在玻璃基体中含有RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种以上。
RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的折射率为2.07～2.20，与通常已知的其它氧化物结晶相比，具有非常高的折射率。另一方面，由于通常光反射基材所采用的玻璃的折射率大约为1.5～1.6，能够增大玻璃相和结晶相的折射率差，作为结果，能够显著提高光反射基材表面的光反射率。
第二，本发明的光反射基材的特征在于，R为Ca。
第三，本发明的光反射基材的特征在于，RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶的含量在0.3质量%以上。
第四，本发明的光反射基材的特征在于，由含有玻璃粉末和RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末的混合粉末的烧结体形成。
根据该结构，能够容易制造RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末在玻璃基体中均匀分散的光反射基材。
第五，本发明的光反射基材的特征在于，包含至少含有RO的玻璃粉末和Nb2O5粉末作为组分的混合粉末的烧结体形成。
根据该结构，玻璃粉末和Nb2O5粉末反应，析出RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶，因此，这些结晶和玻璃基体的界面不易形成光吸收性的缺陷。由此能够增强光的散射，因此能够提高光反射率。
第六，本发明的光反射基材的特征在于，还含有选自氧化铝、石英、氧化锆、氧化钛、镁橄榄石、堇青石、富铝红柱石、锆石的至少一种陶瓷粉末。
根据该结构，能够进一步提高光反射基材的机械强度。
第七，本发明的光反射基材的特征在于，陶瓷粉末的含量为0.1～75质量%。
第八，本发明的光反射基材的特征在于，波长400～800nm下的平均光反射率为80%以上。
第九，本发明涉及一种发光设备，其特征在于，使用上述任一种光反射基材。
第十，本发明涉及一种光反射基材用材料，其特征在于，由含有玻璃粉末和RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末的混合粉末形成，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种以上。
第十一，本发明涉及一种光反射基材用材料，其特征在于，由包含至少含有RO的玻璃粉末和Nb2O5粉末作为组分的混合粉末形成，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种以上。
第十二，本发明的光反射基材用材料的特征在于，R为Ca。
第十三，本发明涉及一种光反射基材用生片，其特征在于，使用了上述任一种光反射基材用材料。
具体实施方式
本发明的光反射基材的特征在于，在玻璃基体中含有RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种以上。
在光反射基材中，RNb2O6结晶粉末和R4Nb2O9结晶粉末的含量，以合计量计，为0.3质量%以上、优选为1.0质量%以上、特别优选为1.5质量%以上。RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的含量不足0.3质量%时，难以实现充分的光反射率。另一方面，尽管上限没有特别限定，但RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的含量过多时，从制造成本的观点出发并非优选。因此，RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的含量优选为30质量%以下、更优选为20质量%以下，特别优选为10质量%以下。
对RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的粒径没有特别限定，但粒径越细小，例如在400nm附近的短波长也能实现良好的光反射率。另一方面，结晶粒径越大，与玻璃基体的界面变得越少，导致光反射率越低。从该观点出发，优选为结晶粒径在10μm以下、更优选为在5μm以下、特别优选为在1μm以下。如上所述，结晶粒径小时，存在粉末流动性受损、生片成型困难的趋势，因此，需要考虑避免使结晶含量过高。
本发明的光反射基材，例如，能够通过将含有固相反应中合成的RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末与玻璃粉末的混合粉末构成的光反射基材用材料进行烧结的方法（制造方法1）制造。根据该方法，能够容易制造RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末均匀分散在玻璃基体中的光反射基材。
此外，本发明的光反射基材，能够通过在对由含有含RO的玻璃粉末和Nb2O5粉末的混合粉末构成的光反射基材用材料进行烧结的同时，使得RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶析出的方法（制造方法2）制作。特别是由于根据制造方法2可以省略上述合成RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末的工序，因此批量生产率优异。此外，在制造方法1中，在玻璃粉末和结晶粉末的界面容易残留缺限，这成为光被吸收的重要原因，会出现光反射率降低的趋势，而在制造方法2中，由于玻璃基体和结晶粒子的界面不易形成光吸收性缺陷，因此能够强化光的散射，提高光反射率。
作为可用于本发明的玻璃粉末，可以举出SiO2-B2O3-Al2O3系玻璃、SiO2-B2O3-R’2O系玻璃等，其中，R’为Li、Na、K中的任一种以上。
作为SiO2-B2O3-Al2O3系玻璃，作为组成，以质量%计，优选含有SiO230～70%、RO 10～40%、B2O32～20%、Al2O32～20%，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种以上。
如上所述限定玻璃组成的理由如下所述。
SiO2为提高化学耐久性的成分。SiO2的含量优选为30～70%、更优选为40～70%、特别优选为45～60%。当SiO2的含量少于30%时，会出现耐候性显著恶化的趋势。另一方面，当SiO2的含量多于70%时，会出现玻璃熔融变得困难的趋势。
RO为用于使玻璃的液相温度下降、以调节熔融性的成分。RO的含量以合计量计，优选为10～40%、更优选为10～30%、特别优选为15～30%。当RO的含量少于10%时，熔融温度变得过高。另一方面，当RO含量多于40%时，容易发生失透。
需要说明的是，RO的各成分的含量的优选范围如下所述。即，CaO含量优选为10～40%、更优选为10～30%、特别优选15～30%。此外，MgO、SrO、BaO的含量分别优选为10～40%、更优选为10～30%、特别优选为15～20%。
B2O3为用于提高玻璃的熔融性、降低液相温度的成分。B2O3的含量优选为2～20%、更优选为2～15%、特别优选为4～13%。当B2O3的含量少于2%时，不仅使得玻璃熔融性易发生劣化，而且使得液相温度变高，玻璃成型时易发生失透。另一方面，当B2O3的含量多于20%时，会出现玻璃耐候性下降的趋势。
Al2O3为用于改善玻璃的熔融性、耐候性的组分。Al2O3的含量优选为2～20%、特别优选为2.5～18%。当Al2O3的含量少于2%时，玻璃的熔融性容易变差。另一方面，当Al2O3的含量多于20%时，容易发生失透。
作为SiO2-B2O3-R’2O（R’为Li、Na、K的任一种以上）系玻璃，作为组成，以质量%计，优选含有SiO240～75%、B2O310～30%、R’2O0.5～20%。
如上所述限定玻璃组成的理由如下所述。
SiO2为玻璃的网络形成体（network former）。SiO2的含量优选为40～75%、特别优选为50～70%。当SiO2的含量少于40%时，难以实现玻璃化。另一方面，当SiO2的含量多于75%时，会出现玻璃熔融变得困难的趋势。
B2O3为提高玻璃的熔融性的成分。B2O3的含量优选为10～30%、特别优选为15～25%。当B2O3的含量少于10%时，玻璃的熔融变得困难。另一方面，当B2O3的含量多于30%时，会出现耐候性降低的趋势。
R’2O为提高玻璃的熔融性的成分。R’2O的含量为0.5～20%，优选为3～15%。当R’2O的含量少于0.5%时，会出现玻璃熔融性显著恶化的趋势。另一方面，当R’2O的含量多于20%时，耐候性容易降低。
且上述任一种玻璃组成中，除了上述组分以外，还可以含有P2O5、MgO、ZnO、ZrO2等，或者其它氧化物成分、卤化物成分、氮化物成分。此外，SiO2-B2O3-R’2O系玻璃还可以含有BaO、SrO。只是这些其它成分的含量，以合计量计，优选限制在20%以下。
玻璃粉末的平均粒径D50没有特别限定，但当过大时，光反射基材的光反射率、机械强度容易降低，因此优选在15μm以下，特别优选在7μm以下。另一方面，当玻璃粉末的平均粒径D50过小时，将导致制造成本增大，因此优选在0.5μm以上，特别优选在1.5μm以上。
需要说明的是，为了提高机械强度，本发明的光反射基材除了含有RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶以外，还可以含有陶瓷粉末作为填料。作为这样的陶瓷粉末，可以举出氧化铝、石英、氧化锆、氧化钛、镁橄榄石、堇青石、富铝红柱石、锆石，它们可单独使用或者2种以上混合使用。
陶瓷粉末的含量优选为，在反射基材中为0.1～75质量%、更优选为2～75质量%、特别优选为20～50质量%。当陶瓷粉末的含量少于0.1质量%时，难以实现提高机械强度的效果。另一方面，当陶瓷粉末的含量超过75质量%时，光反射基材中易产生气孔，机械强度易降低。
本发明的光反射基材通过将包括玻璃粉末的原料粉末（光反射基材用材料）预成型为板状、片状或块状等各种形状，然后通过烧制制造。
作为预成型法，可选择各种方法。例如有生片（带）成型法、注浆法（slip cast）、网板印刷法、模压法、气溶胶沉积（aerosol deposition）法、旋涂法、挤压涂覆（die coat）法等。
生片成型法是向原料粉末添加树脂粘合剂、增塑剂、溶剂进行混炼，由此制作浆料，使用刮平刀等片材成型机，制作生片（带）的方法。该方法作为陶瓷叠层电路基板的制作方法广泛普及。根据该方法，例如在通过叠层生片制作具有光反射功能的陶瓷叠层电路基板时，易于在基板内部形成电路，或易于形成导电通孔以埋入高导热系数的金属材料，或易于形成利用导热通孔的散热路径。
网板印刷法是向无机粉末中添加树脂粘合剂和溶剂进行混炼，制作粘度高至一定程度的膏体，使用网板印刷机在基材表面形成膜的方法。根据该方法，能够容易地在基材表面形成特定图案的光反射部。此外，能够通过调节膏粘度、筛网厚度、印刷次数等形成几个微米到几百微米程度的期望的厚度的膜。
本发明的光反射基材在波长400～800nm下的平均光反射率为80%以上、优选为85%以上、特别优选为88%以上。
需要说明的是，可在本发明的光反射基材的表面设置透光性功能层。例如，可在光反射基材表面形成保持着光反射功能，同时针对损伤、污渍、化学腐蚀的保护涂层，以及具有作为波长滤光器、光扩散层、干涉层的功能的功能层。
作为功能层，没有特别限定，可采用硅酸盐系玻璃等玻璃；二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铌等金属氧化物；聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯等树脂等公知材质。
实施例
下面根据实施例说明本发明。但本发明并非限于这些实施例。
表1和2表示实施例和比较例。
表1
Figure BDA00002062507500091
表2
Figure BDA00002062507500101
如下制作各实施例和比较例的光反射基材。首先，调配原料以得到表1和表2所示组成的玻璃，在保温为1400～1600℃的电炉中进行2小时的熔融。使所得玻璃熔液流入水冷辊，得到膜状玻璃。接着，用氧化铝制球磨机将玻璃薄膜粉碎，得到玻璃粉末（平均粒径D50=3μm）。
接着，以表1和表2所示比例向玻璃粉末中混合各种无机粉末。通过Ф20mm的模具将混合粉末压制成型，制作圆柱状粒料，在950℃下烧制2小时，得到光反射基材。
基于粉末X射线衍射的峰强度，计算所得光反射基材中的RNb2O6结晶和R4Nb2O9结晶的含量。
对所得光反射基材测定光反射率的结果如表1和表2所示。通过分光光度计测定的波长400～800nm下的平均光反射率对光反射率进行了评价。
如表1和表2所示，由于实施例1～8的光反射基材含有高折射率的RNb2O6结晶或R4Nb2O9结晶，因此，具有82%以上的高反射率。另一方面，比较例1～3的光反射基材的光反射率低达72～78%。
参照特定实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员均能理解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可进行各种变更和修正。
此外，本申请基于2010年2月26日提出的日本专利申请（特愿2010-041461）和2011年2月14日提出的日本专利申请（特愿2011-28031），其全部内容通过引用援引于此。此外，在此引用的所有的参照作为整体引入。
产业实用性
本发明的光反射基材由于具有非常高的光反射率，因此适于LED封装、有机EL等设备、汽车用照明、普通照明等发光设备中所使用的光反射基材用途。

Claims (13)

1.一种光反射基材，其特征在于，在玻璃基体中含有RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种或一种以上。
2.如权利要求1所述的光反射基材，其特征在于，所述R为Ca。
3.如权利要求1或2所述的光反射基材，其特征在于，RNb2O6结晶和/或R4Nb2O9结晶的含量在0.3质量%以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光反射基材，其特征在于，由含有玻璃粉末与RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末的混合粉末的烧结体形成。
5.如权利要求1～3中任一项所述的光反射基材，其特征在于，包含至少含有RO的玻璃粉末和Nb2O5粉末作为组分的混合粉末的烧结体形成。
6.如权利要求4或5所述的光反射基材，其特征在于，还含有选自氧化铝、石英、氧化锆、氧化钛、镁橄榄石、堇青石、富铝红柱石、锆石的至少一种陶瓷粉末。
7.如权利要求6所述的光反射基材，其特征在于，陶瓷粉末的含量为0.1～75质量%。
8.如权利要求1～7中任一项所述的光反射基材，其特征在于，在波长400～800nm下，平均光反射率为80%以上。
9.一种发光设备，其特征在于，使用权利要求1～8中任一项所述的光反射基材。
10.一种光反射基材用材料，其特征在于，由含有玻璃粉末与RNb2O6结晶粉末和/或R4Nb2O9结晶粉末的混合粉末形成，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种或一种以上。
11.一种光反射基材用材料，其特征在于，由包含至少含有RO的玻璃粉末和Nb2O5粉末作为组分的混合粉末形成，其中，R为Mg、Ca、Sr、Ba中的任一种或一种以上。
12.如权利要求10或11所述的光反射基材用材料，其特征在于，所述R为Ca。
13.一种光反射基材用生片，其特征在于，使用了权利要求10～12中任一项所述的光反射基材用材料。
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