CN102834746B - 光反射基材用材料、光反射基材和使用该基材的发光设备 - Google Patents

光反射基材用材料、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能够易于制造具有高光反射率的光反射基材的材料。本发明的光反射基材用材料，其特征在于，作为组成，含有Nb2O5结晶粉末和实质上不含CaO的玻璃粉末。

Description

光反射基材用材料、光反射基材和使用该基材的发光设备
技术领域
本发明涉及用于制造具有较高光反射性的光反射基材用的材料、光反射基材和使用该光反射基材的发光设备。
背景技术
LED、有机EL作为新型照明用设备因其设备耗散功率小而在近年很受关注。在照明用设备中，为了有效利用发光体发出的光，需要使用具有高光反射率的基材或封装材料。例如，作为现有的LED元件的封装材料，采用光反射率较高的氧化铝陶瓷，或者在此之上设有金属制光反射膜的基材。但是，作为汽车用照明、显示器用照明、普通照明，为了得到充分的光量，需要进一步提高基材或封装材料的光反射率。
为了实现该目的，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而得的光反射基材。具体而言，专利文献1中记载的光反射基材的特征在于，含有5质量％以上的硼硅酸玻璃原料和选自氧化铝以及五氧化铌、氧化锆、五氧化钛、氧化锌的散射体，并且通过硼硅酸玻璃原料使得钙长石(anorthite)析出。这样，在专利文献1中，通过氧化铝、散射体、钙长石这三种不同种类的结晶的散射，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2009-162950号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1所述的光反射基材，在烧结温度下从玻璃中析出钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）时，在组成设计上很困难。此外，由于含有5质量%以上的大量的散射体，会产生例如在膏化时有损于原料粉末的流动性、难以进行片状生坯成型等制造方面的问题。
本发明是鉴于上述事实做出的，其目的在于提供一种容易制造具有高光反射率的光反射基材的材料。
解决课题的手段
本发明人发现：通过使用具有高折射率特性的结晶和与该结晶反应性低的特定组成的玻璃粉末混合而成的材料，能够易于制造具有高光反射率的光反射基材，由此作为本发明提出。
即，本发明涉及一种光反射基材用材料，其特征在于，作为组成，含有Nb2O5结晶粉末和实质上不含CaO的玻璃粉末。
通常，光反射基材所用的玻璃折射率约为1.5～1.6。另一方面，Nb2O5结晶的折射率为2.33，在氧化物结晶中具有非常高的折射率。因此，使用本发明的材料制作的光反射基材，能够增大玻璃相和结晶相的折射率之差，结果就能够显著提高光反射基材表面的光反射率。
在含有CaO作为其组成的玻璃中分散有Nb2O5结晶的情况下，难以实现预期的光反射率。这是因为在光反射基材用材料的烧制工序中，Nb2O5结晶易于与玻璃粉末中的CaO反应，最终导致Nb2O5结晶大量溶解在玻璃粉末中。由于本发明的光反射基材的玻璃粉末实质上不含CaO作为其组成，因此，Nb2O5结晶不易与玻璃粉末发生反应。由此，即使在Nb2O5结晶的含量少的情况下，也能够实现良好的光反射特性。此外，CaO是容易导致玻璃的耐候性降低的成分，因此，使用玻璃粉末中实质上不含CaO的本发明的材料得到的光反射基材具有不易产生时效劣化的效果。
此外，本发明的“实质上不含CaO”是指不有意向玻璃中添加，但并非意味着完全排除不可避免的杂质。具体而言，意味着含有杂质的CaO的含量在0.1质量%以下。
第二，本发明的光反射基材用材料其特征在于，Nb2O5结晶粉末的含量在0.3质量%以上、低于5质量%。
第三，本发明的光反射基材用材料其特征在于，玻璃粉末至少含有SiO2和B2O3作为其组成。
根据该结构，容易降低光反射基材中玻璃基体的折射率，能够增大玻璃基体和Nb2O5结晶的折射率之差。结果，能够增大两者界面的反射，提高光反射基材的反射率。
第四，本发明的光反射基材用材料其特征在于，还包含有选自氧化铝、石英、氧化锆、氧化钛、镁橄榄石、堇青石、富铝红柱石、锆石中的至少1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和光反射率。
第五，本发明的光反射基材用材料其特征在于，陶瓷粉末的含量为0.1～75质量%。
第六，本发明的光反射基材用材料其特征在于，该光反射基材用材料为片状生坯。
第七，本发明涉及一种光反射基材，其特征在于，由上述任一种光反射基材用材料的烧结体制成。
第八，本发明涉及一种光反射基材，其特征在于，通过实质上不含CaO作为其组成的玻璃基体中分散Nb2O5结晶而成。
第九，本发明的光反射基材，其特征在于，在波长400～800nm下的平均光反射率在80%以上。
第十，本发明涉及一种发光设备，其特征在于，使用上述任一项所述的光反射基材。
具体实施方式
本发明的光反射基材用材料含有玻璃粉末和Nb2O5结晶粉末。
光反射基材用材料中的Nb2O5结晶的含量优选在0.3质量%以上、更优选在1.0质量%以上、特别优选在1.5质量%以上。Nb2O5结晶的含量不足0.3质量%时，难以得到充分的光反射率。另一方面，Nb2O5结晶的含量过多时，会阻碍光反射基材的致密性，而不优选。此外，还有可能导致原料粉末浆化时流动性容易降低，难以进行片状生坯成型。因此，Nb2O5结晶的含量优选低于5质量%。
Nb2O5结晶的粒径没有特别限定，结晶粒径越小，在例如400nm附近的短波长下也能实现良好的光反射率。另一方面，结晶粒径越大，与玻璃基体的界面越少，光反射率越低。从该观点出发，结晶粒径优选在10μm以下、更优选在5μm以下、特别优选在1μm以下。
本发明中的玻璃粉末，使用实质上不含CaO作为其组成的粉末。如果玻璃组成中含有CaO，基于上述理由，难以实现期望的光反射率。另一方面，当至少含有SiO2和B2O3作为其组成时，能够易于降低玻璃基体的折射率，增大玻璃基体和Nb2O5结晶的折射率之差。作为结果，能够增大两者的界面的反射，提高光反射基材的反射率。
作为能够用于本发明的玻璃粉末，可以举出SiO2-B2O3-Al2O3类玻璃、SiO2-B2O3-R2O（R为Li、Na、K中的任一种或多种）类玻璃等。
作为SiO2-B2O3-Al2O3类玻璃，作为其组成，以质量%计优选含有SiO230～70%、BaO10～40%、B2O32～20%、Al2O32～20%。
如上所述限定玻璃组成的理由如下。
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，耐候性有显著恶化的倾向。另一方面，当SiO2的含量多于70%时，有熔融困难的倾向。
BaO为使得液相温度降低、调节熔融性的成分。BaO的含量优选为10～40%、更优选为10～30%、特别优选为15～30%。BaO的含量少于10%时，熔融温度将变得过高。另一方面，当BaO含量多于40%时，容易发生失透。
B2O3为提高熔融性、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，不仅熔融性差，而且液相温度变得过高，成型时容易发生失透。另一方面，当B2O3含量多于20%时，有耐候性降低的倾向。
Al2O3为改善熔融性、耐候性的成分。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，熔融性有降低的倾向。另一方面，当Al2O3的含量超过20%时，容易发生失透。
作为SiO2-B2O3-R2O（R为Li、Na、K的任一种或多种）类玻璃，作为组成，以质量%计优选含有SiO240～75%、B2O310～30%、R2O0.5～20%。
如上所述限定玻璃组成的理由如下。
SiO2为玻璃的网络形成物（networkformer）。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的含量超过75%时，有难以熔融的倾向。
B2O3是提高熔融性的成分。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，难以熔融。另一方面，当B2O3的含量超过30%时，有耐候性降低的倾向。
R2O为提高熔融性的成分。R2O的含量为0.5～20%、优选为3～15%。当R2O的含量少于0.5%时，有熔融性显著恶化的倾向。另一方面，当R2O的含量超过20%时，耐候性容易降低。
此外，任一种的玻璃组成中，均可以除了上述成分以外还含有P2O5、MgO、BaO、SrO、ZnO、ZrO2等或其它氧化物成分、卤化物成分、氮化物成分。但这些其它成分的含量，优选为以合量计控制在20%以下。
玻璃粉末的平均粒径D50没有特别限定，但当该平均粒径过大时，光反射基材的光反射率和/或机械强度容易降低，因此，该平均粒径优选在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，会增大制造成本，因此，该平均粒径优选在0.5μm以上，特别优选在1.5μm以上。
此外，为了提高光反射基材的机械强度和光反射率，在Nb2O5结晶以外，还可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。这些陶瓷粉末可单独使用，也可2种以上混合使用。
陶瓷粉末的含量优选为在光反射基材用材料中为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，难以实现提高光反射基材的机械强度和光反射率的效果。另一方面，当陶瓷粉末的含量超过75质量%时，光反射基材中容易产生大量气孔，反而容易降低机械强度和光反射率。
本发明的光反射基材为在组成上实质上不含CaO的玻璃基体中分散有Nb2O5结晶的基材，例如，本发明的光反射基材用材料可通过预成型为板状、片状、块状等各种形状，然后烧结来制作。
作为预成型法，可选择各种各样的方法。例如，片（带）状生坯成型法、粉浆浇注法、丝网印刷法、模具压制法、气溶胶沉积法、旋涂法、金属模涂法（diecoat）等。
片状生坯成型法是向含有玻璃粉末和Nb2O5结晶粉末的原料粉末中添加树脂粘合剂、增塑剂、溶剂进行混炼以制成浆料，使用刮刀等片材成形机，制作片（带）状生坯的方法。根据该方法，在例如将片状生坯叠层制作具有光反射功能的陶瓷叠层电路基板时，易于通过在基板内部形成电路，或形成电通孔并埋入高导热系数的金属材料，或者通过热通孔形成散热通路。
丝网印刷法是向无机粉末中添加树脂粘合剂、溶剂进行混炼，制作达到一定程度的高粘度的膏状物，然后使用筛网印刷机在基材表面形成膜的方法。根据该方法，能够在基材表面容易形成特定图案的光反射部。此外，通过调节膏状物的粘度、筛网厚度、印刷次数等，能够形成从几微米到几百微米程度的期望厚度的膜。
本发明的光反射基材在波长400～800nm下的平均光反射率优选在80%以上、更优选在85%以上、特别优选在88%以上。
此外，本发明的光反射基材的表面可设置光透过性的功能层。例如，可在光反射基材表面形成具有保持着光反射功能，并具有能够防止受损、受污染、受化学腐蚀的防护涂层，以及具有波长过滤层、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，可采用硅酸类玻璃等玻璃；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
以下，通过实施例说明本发明。但是，本发明不限于这些实施例。
表1表示实施例和比较例。
表1
按照下述步骤制作实施例和比较例的光反射基材。首先，调制原料粉末，使得其能够得到表1所示组成的玻璃，在保温为1400～1600℃的电炉中熔融2小时。使所得玻璃熔液流入一对水冷辊，得到薄膜状玻璃。接着，以氧化铝制球磨机将薄膜状玻璃粉碎，得到玻璃粉末（平均粒径D50=3μm）。
接着，以表1所示比例向玻璃粉末中混合各种无机粉末。用Φ20mm的模具将所得混合粉末压制成型，制成圆柱状粒料，在950℃下烧制2小时，由此得到光反射基材。
通过粉末X射线衍射的峰强度来计算光反射基材中的Nb2O5结晶的含量。
测量所得光反射基材的光反射率，结果示于表1。光反射率通过以分光光度计测量的波长400～800nm下的平均光反射率进行评价。
如表1所示，由于实施例1～4的光反射基材含有高折射率的Nb2O5结晶，因此具有82%以上的高反射率。另一方面，由于比较例1和比较例2的光反射基材不含Nb2O5结晶，因此光反射率低达78%以下。此外，使用原料中含有CaO的玻璃粉末的比较例3的光反射率也低达77%。
本发明参考特定的实施方式进行了详细说明，但在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更和修正，这对于本领域技术人员而言是不言而喻的。
此外，本申请基于2010年4月9日提出的日本专利申请（特愿2010-090385），其整体内容作为引用援引于此。此外，在此引用的全部参考内容作为整体引入。
产业实用性
本发明的光反射基材用材料适用于有机EL等显示器、汽车用照明或普通照明等发光设备中所使用的光反射基材用途。

Claims (7)

1.一种光反射基材用材料，其特征在于，作为组成，含有Nb2O5结晶粉末和实质上不含CaO的玻璃粉末，Nb2O5结晶粉末的含量在0.3质量％以上、低于5质量％，
玻璃粉末至少含有SiO2和B2O3作为其组成。
2.如权利要求1所述的光反射基材用材料，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、锆石中的至少1种陶瓷粉末。
3.如权利要求2所述的光反射基材用材料，其特征在于，所述陶瓷粉末的含量为0.1～75质量％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光反射基材用材料，其特征在于，光反射基材用材料为片状生坯。
5.一种光反射基材，其特征在于，由光反射基材用材料的烧结体形成，所述光反射基材用材料为权利要求1～4中任一项所述的光反射基材用材料。
6.一种光反射基材，其特征在于，通过在至少含有SiO2和B2O3且实质不含CaO作为其组成的玻璃基体中分散Nb2O5结晶而成，且在波长400～800nm下的平均光反射率在80％以上，
Nb2O5结晶粉末的含量在0.3质量％以上、低于5质量％。
7.一种发光设备，其特征在于，使用权利要求5或6所述的光反射基材。
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