JP2017186193A - 複合粉末、グリーンシート、光反射基材及びこれらを用いた発光デバイス - Google Patents

複合粉末、グリーンシート、光反射基材及びこれらを用いた発光デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】高い光反射率を有し、且つ９００℃以下の温度で緻密に焼結し得る光反射基材用材料を提供する。【解決手段】本発明の複合粉末は、ガラス粉末とセラミック粉末とを含む複合粉末において、ガラス粉末の含有量が３０〜６０体積％であり、セラミック粉末の含有量が４０〜７０体積％であり、ガラス粉末が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２１０〜３０％、Ｂ２Ｏ３２０超〜４０％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％を含有し、且つ光反射基材に用いることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、光反射性が高い複合粉末、グリーンシート、光反射基材及びこれらを用いた発光デバイスに関する。
ＬＥＤは、小型で消費電力が低い光源である。白色ＬＥＤは、白熱球、蛍光ランプに替わる照明として注目されている。また、紫外ＬＥＤは、殺菌、空気洗浄、がん治療、樹脂硬化等の用途において、紫外線光源として注目されている。
ＬＥＤを含むデバイスにおいて、発光体が発する光を有効に利用するため、高い光反射率を有する光反射基材が必要になる。
光反射基材には、例えば、光反射率が比較的高いアルミナセラミック、アルミナセラミックに金属からなる光反射膜を設けたものが使用されている。しかし、これらの光反射基材では、十分な光量が得られない。よって、光反射基材について、光反射率の更なる向上が求められている。
特開２０１１−２３０９６４号公報
特許文献１には、光反射率が８５％以上となる光反射基材が開示されている。詳述すると、特許文献１に記載の光反射基材は、複合粉末の焼結体であり、該複合粉末は、３０〜５０質量％のガラス粉末、３５〜６０質量％のアルミナ粉末、更に１０〜２０質量％のジルコニア粉末を含み、且つガラス粉末が、ガラス組成として、ＳｉＯ２ ４５〜６５質量％、Ｂ２Ｏ３ ５〜２０質量％、Ａｌ２Ｏ３ ５〜２５質量％、ＣａＯ １５〜３５質量％を含有することを特徴としている。
しかし、特許文献１に記載の光反射基材は、比較的高い温度（９２５℃）で焼成されているため、配線用銀ペーストと同時焼成する場合に、配線をショートさせる虞がある。なお、銀の融点は９６２℃であるが、配線用銀ペーストは、銀以外の添加物を含むため、９００℃以下の温度で焼成することが推奨されている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の技術的課題は、高い光反射率を有し、且つ９００℃以下の温度で緻密に焼結し得る光反射基材用材料を提供することである。
本発明者等は、ガラス粉末とセラミック粉末とを含む複合粉末において、特定組成のガラス粉末を用いることにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の複合粉末は、ガラス粉末とセラミック粉末とを含む複合粉末において、ガラス粉末の含有量が３０〜６０体積％であり、セラミック粉末の含有量が４０〜７０体積％であり、ガラス粉末が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ２０超〜４０％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％を含有し、且つ光反射基材に用いることを特徴とする。ここで、「ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＳｒＯとＢａＯの合量を指す。
本発明の複合粉末は、ガラス粉末中のＳｉＯ２の含有量が３０質量％以下、Ｂ２Ｏ３の含有量が２０質量％超、且つＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が２０質量％以上に規制されている。これにより、低温焼結性が向上するため、９００℃以下の温度で緻密な光反射基材を得ることができる。
更に、本発明の複合粉末は、セラミック粉末を４０〜７０体積％含んでいる。これにより、光反射基材の光反射率や機械的強度を高めることができる。
第二に、本発明の複合粉末は、セラミック粉末として、アルミナとジルコニアを含むことが好ましい。
第三に、本発明のグリーンシートは、複合粉末を含むグリーンシートにおいて、複合粉末が上記の複合粉末であることが好ましい。
第四に、本発明の光反射基材は、複合粉末の焼結体からなる光反射基材において、複合粉末が上記の複合粉末であることが好ましい。
第五に、本発明の発光デバイスは、上記の光反射基材を備えることが好ましい。
本発明に係るガラス粉末は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ２０超〜４０％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％を含有することを特徴とする。上記のように、ガラス粉末のガラス組成を限定した理由は以下の通りである。
ＳｉＯ２は、化学的耐久性を高める成分であり、その含有量は１０〜３０％であり、好ましくは２０〜２８％である。ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、耐候性が大幅に低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、低温焼結が困難になる。
Ｂ２Ｏ３は、低温焼結性を高めつつ、液相温度を低下させる成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は２０超〜４０％であり、好ましくは２５〜３２％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、低温焼結性が低下するだけでなく、成形時にガラスが失透し易くなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、耐候性が低下する傾向がある。
ＳｒＯとＢａＯは、低温焼結性と屈折率を高める成分である。ＳｒＯとＢａＯの含有量は２０〜４０％であり、好ましくは３２〜３８％である。ＳｒＯの含有量は、好ましくは５〜３０％、特に８〜２２％である。ＢａＯの含有量は、好ましくは１０〜３５％、特に１５〜２５％である。ＳｒＯとＢａＯの含有量が少な過ぎると、低温焼結が困難になる。一方、ＳｒＯとＢａＯの含有量が多過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、溶融性と耐候性を改善する成分であり、その含有量は０〜１０％であり、好ましくは１〜７％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなる。
ＺｎＯは、溶融性を改善する成分であり、その含有量は０〜１５％であり、好ましくは１〜１２％である。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、耐候性が低下し易くなる。
上記成分以外でも、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等の他の成分を１０％（好ましくは５％、特に１％）まで導入してもよい。
本発明の複合粉末において、ガラス粉末の含有量は３０〜６０体積％、好ましくは４０〜５５体積％であり、セラミック粉末の含有量は４０〜７０体積％、好ましくは４５〜６０体積％である。ガラス粉末が少な過ぎると、つまりセラミック粉末が多過ぎると、焼結体の緻密性が低下し易くなる。一方、ガラス粉末が多過ぎると、つまりセラミック粉末が少な過ぎると、光反射性が低下し易くなり、また焼結体の機械的強度が低下し易くなる。
本発明の複合粉末において、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は、特に限定されないが、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が大き過ぎると、光反射基材の光反射率や機械的強度が低下し易くなる。よって、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは１５μｍ以下、特に７μｍ以下である。一方、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が小さ過ぎると、製造コストが増大してしまう。よって、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは０．５μｍ以上、特に１．５μｍ以上である。ここで、「平均粒径Ｄ５０」は、レーザー回折法で測定した値を指し、レーザー回折法で測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。
セラミック粉末として、アルミナとジルコニアを導入することが好ましい。アルミナとジルコニアは、可視光から紫外線の光反射率と機械的強度を高める性質を有している。特に、ジルコニアは、アルミナよりもその効果が高いが、ジルコニアのみを導入すると、複合粉末の材料コストが高騰してしまう。よって、セラミック粉末として、アルミナとジルコニアの双方を導入することが好ましく、アルミナの含有量は、好ましくは２５〜６０体積％、特に３０〜５５体積％であり、ジルコニアの含有量は、好ましくは２〜１５体積％、特に４〜１２体積％である。
本発明の複合粉末は、板状、シート状、ブロック状等の形状に予備成形された後、焼成工程に供される。予備成形法として、様々な方法を採択することができる。例えば、グリーンシート（テープ）成形法、スリップキャスト法、スクリーン印刷法、金型プレス法、エアロゾルディポジション法、スピンコート法、ダイコート法等を採択することができる。
グリーンシート成形法は、複合粉末に対して、樹脂バインダー、可塑剤、溶剤を添加、混練してスラリーを作製した後、ドクターブレード等のシート成形機を用いて、グリーンシート（テープ）を作製する方法である。この方法によれば、例えば、グリーンシートを積層して、光反射基材を作製する過程において、基材内部に回路を形成したり、電気ビアを形成して高熱伝導率の金属材料を埋め込んだり、サーマルビアによる熱放散経路を形成したりすることができる。
スクリーン印刷法は、複合粉末に対して、樹脂バインダー、溶剤を添加、混練して、高粘性のペーストを作製した後、スクリーン印刷機を用いて基材表面に膜を形成する方法である。この方法によれば、基材表面に特定パターンの光反射部を容易に形成することができる。更にペースト粘度、スクリーンの厚み、印刷回数等を調整することにより、数ミクロンから数百ミクロン程度の膜厚を容易に形成することができる。
本発明の光反射基材は、複合粉末の焼結体からなる光反射基材において、複合粉末が上記の複合粉末であることが好ましい。本発明の光反射基材において、波長５５０ｎｍにおける全光線反射率は、好ましくは８０％以上、８５％以上、特に９０％以上であり、また波長２８０ｎｍにおける全光線反射率は、好ましくは６０％以上、７０％以上、特に７８％以上である。
光反射基材の表面に光透過性の機能層を形成してもよい。例えば、傷や汚れ、化学的腐食等に対する保護コーティング、波長フィルター層、光拡散層、干渉層等を形成することができる。
機能層の材料は、特に限定されず、ケイ酸系ガラス等のガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化タンタル、酸化ニオブ等の金属酸化物、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアクリレート等の樹脂等が使用可能である。
実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜４）と比較例（試料Ｎｏ．５）を示している。
以下のようにして、各試料を作製した。まず、表中に記載のガラス組成になるように、ガラス原料粉末を調合し、ガラスバッチを得た。次に、ガラスバッチを白金坩堝に投入した後、１４００〜１６００℃に保持された電気炉中で２時間溶融した。得られたガラス融液を一対の水冷ローラーに流し込み、フィルム状ガラスを得た。更に、フィルム状ガラスをアルミナ製ボールミルにて粉砕した後、空気分級して、平均粒径Ｄ５０が３μｍとなるガラス粉末を得た。
次に、得られたガラス粉末と表中のセラミック粉末とを表中に示す割合で混合し、複合粉末を得た。この複合粉末を２０ｍｍφ金型でプレス成型して、円柱状のペレットを作製した後、電気炉により８９０℃で２０分間焼成して、焼結体（光反射基材）を得た。
得られた焼結体について、焼結性を確認するためのインクテストを行うと共に、光反射率の測定を行った。それらの結果を表１に示す。
インクテストは、焼結体の表面に油性インクを塗布した後、アルコール洗浄した時に、インクが残らなかったものを「○」、インクが残ったものを「×」として、評価したものである。
光反射率は、分光光度計で測定した波長５５０ｎｍ、２８０ｎｍにおける全光線反射率である。
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜４は、何れも８９０℃の焼成温度で緻密に焼結されており、更に波長５５０ｎｍにおける全光線反射率が９６％以上、波長２８０ｎｍにおける全光線反射率が７８％以上であった。一方、試料Ｎｏ．５は、８９０℃の焼成温度で緻密に焼結されていなかった。
本発明の光反射基材は、ＬＥＤパッケージ、有機ＥＬ等のディスプレイ、自動車用照明、一般照明等に好適に使用可能である。

Claims (5)

  1. ガラス粉末とセラミック粉末とを含む複合粉末において、
    ガラス粉末の含有量が３０〜６０体積％であり、
    セラミック粉末の含有量が４０〜７０体積％であり、
    ガラス粉末が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ２０超〜４０％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％を含有し、
    且つ光反射基材に用いることを特徴とする複合粉末。
  2. セラミック粉末として、アルミナとジルコニアを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合粉末。
  3. 複合粉末を含むグリーンシートにおいて、
    複合粉末が請求項１又は２に記載の複合粉末であることを特徴とするグリーンシート。
  4. 複合粉末の焼結体からなる光反射基材において、
    複合粉末が請求項１又は２に記載の複合粉末であることを特徴とする光反射基材。
  5. 請求項４に記載の光反射基材を備えることを特徴とする発光デバイス。
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