JP5617371B2 - 反りを抑えた基板、それを用いた発光装置及びそれらの製造方法 - Google Patents

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本発明は、基板の反りを抑える製造方法に関する。

近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップの近傍にＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体等の蛍光体を配置し、青色ＬＥＤチップから出射される青色光と、蛍光体が青色光を受けて二次発光することにより出射される黄色光との混色により白色ＬＥＤを得る技術が広く用いられている。

このような白色ＬＥＤでは、蛍光体を分散させた透明樹脂を用いてＬＥＤチップや実装部を封止する方法が一般的である（特許文献１参照）。しかし、ＬＥＤチップからの発光やＬＥＤチップ及び蛍光体の発熱などにより封止材料の着色等の劣化が進行し易く、長期間の使用に耐えうるだけの耐久性を得ることが困難であった。

そこで、上記の透明樹脂に代えてセラミックを用いることが提案されている（特許文献２〜５参照）。

特開２００８−４１７０６号公報 特許第４３０８６２０号公報 特許第３４１２１５２公報 特許第３３３７０００号公報 特許第３３０７３１６号公報

しかしながら、セラミックはその前駆体を加熱する工程において収縮するため、薄板からなる基板上にセラミック層を形成した場合、セラミック層の内部応力により基板に反りが生じる。基板に反りがあると、セラミック層が剥がれる原因になったり、加工時（所定の大きさに切断する時など）のハンドリングが悪化するという問題が生じる。

本発明は、セラミック層を有する基板の反りを抑えることを課題とし、その基板の製造方法、その基板、その基板を用いた発光装置の製造方法、その発光装置をそれぞれ提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、セラミック層を有する基板の製造方法において、片面にセラミックへ硬化する前の前駆体を有する基板を、反りを抑える方向に押圧しながら加熱する工程を有することを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、昇温過程、保温過程及び降温過程の全過程において前記反りを抑える方向に押圧することを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板が、透光性の無機材料であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記前駆体が有機金属化合物又は無機ポリマーであり、前記片面に、前記前駆体と溶媒とを含む前駆体溶液が塗布されていることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記有機金属化合物が、有機シロキサン化合物であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記無機ポリマーが、パーハイドロポリシラザンであることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記前駆体溶液に蛍光体を混合した混合液を用いることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記混合液が、無機粒子と、層状ケイ酸塩鉱物と、水とを含むことを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記層状ケイ酸塩鉱物が、膨潤性粘土鉱物であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記膨潤性粘土鉱物が、スメクタイト構造であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記押圧の圧力を前記基板の厚みで除した値が、１０⁶〜１０⁹Ｐａ／ｍであることを特徴とする

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板の加熱条件は、昇温過程及び降温過程が１０〜１０００℃／時の温度変化であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板の加熱温度が、１５０〜７００℃であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法において、前記基板がガラスである場合、前記基板の加熱温度が、１５０℃〜屈伏温度＋１００℃であることを特徴とする。

また本発明は、上記の基板の製造方法によって製造された基板である。

また本発明は、有機金属化合物又は無機ポリマーと、溶媒と、蛍光体とを含む混合液を透光性の無機材料からなる基板の片面に塗布する工程と、前記混合液が塗布された基板を、反りを抑える方向に押圧しながら加熱することで、波長変換部を有する基板を作製する工程と、前記波長変換部を有する基板を発光素子の発光面側に設置する工程と、を有する発光装置の製造方法である。

また本発明は、上記の発光装置の製造方法によって製造された発光装置である。

本発明によると、セラミック層を有する基板の反りを小さく抑えることができるので、基板が反ることによってセラミック層が剥がれたり、加工時のハンドリングが悪化するということがない。その結果、歩留まりが向上するとともに、生産効率も向上する。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明のガラス基板に波長変換部を形成する工程の一部を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の反りの測定箇所を示すガラス基板の平面図である。 図４の正面図である。 各実施例及び比較例の押圧圧力と反りの一覧を示す図である。

以下、本発明に係る発光装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。図１に示すように、発光装置１００は、平板状のＬＥＤ基板１上にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ素子３を配置している。ＬＥＤ素子３は、メタル部２に対向する面に、突起電極４が設けられており、メタル部２とＬＥＤ素子３とを突起電極４を介して接続している(フリップチップ型)。

本実施形態では、ＬＥＤ素子３として青色ＬＥＤ素子を用いている。青色ＬＥＤ素子は、例えばサファイア基板上にｎ−ＧａＮ系クラッド層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ−ＧａＮ系クラッド層、及び透明電極を積層してなる。

また、ＬＥＤ素子３の上面には波長変換素子８が設けられている。波長変換素子８は、ガラス基板５と、ガラス基板５の上面に形成された波長変換部６とを有している。なお、波長変換部６はガラス基板５の下面に形成してもよい。波長変換部６は、ＬＥＤ素子３から出射される所定波長の光を、異なる波長の光に変換する部分であり、透光性を有するセラミック層中にＬＥＤ素子３からの波長により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体が添加されている。

次に、本発明の発光装置に用いられる波長変換部６の構成及び形成方法について詳述する。波長変換部６は、有機金属化合物又は無機ポリマーを溶媒に混合したゾル状の混合液を加熱によりゲル状態とし、さらに焼成する、いわゆるゾル・ゲル法により形成された透明セラミック層（ガラス体）中に、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機粒子（無機微粒子）を含有するものである。
（有機金属化合物）

有機金属化合物は、セラミックへ硬化する前の前駆体であり、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機粒子を封止するバインダとしての役割もある。本発明に用いられる有機金属化合物としては、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等が挙げられるが、加水分解と重合反応によりゲル化し易い金属アルコキシドが好ましい。

金属アルコキシドは、テトラエトキシシランのような単分子のものでもよいし、有機シロキサン化合物が鎖状または環状に連なったポリシロキサンでもよいが、混合液の粘性が増加するポリシロキサンが好ましい。なお、透光性のガラス体を形成可能であれば金属の種類に制限はないが、形成されるガラス体の安定性や製造の容易性の観点から、ケイ素を含有していることが好ましい。また、複数種の金属を含有していてもよい。

セラミック層中の有機金属化合物の含有量が２重量％未満では、バインダとしての有機金属化合物が少なすぎて加熱、焼成後のセラミック層の強度が低下する。一方、有機金属化合物の含有量が５０重量％を超えると、層状ケイ酸塩鉱物の含有量が相対的に低下するため、加熱前の混合液の粘度が低下して蛍光体が沈降し易くなる。また、無機粒子の含有量も相対的に低下するため、セラミック層の強度も低下する。そのため、セラミック層中の有機金属化合物の含有量は２重量％以上５０重量％以下が好ましく、２．５重量％以上３０重量％以下がより好ましい。
（無機ポリマー）

無機ポリマーは、セラミックへ硬化する前の前駆体であり、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機粒子を封止するバインダとしての役割もある。本発明に用いられる無機ポリマーとしては、ポリシラザンが挙げられるが、低温度、低湿度でセラミックへ硬化するという硬化条件の緩いパーハイドロポリシラザンが好ましい。

ポリシラザンは、下記の一般式（１）で表される。
（Ｒ¹Ｒ²ＳｉＮＲ³）_n （１）
式（１）において、Ｒ¹〜Ｒ³は、それぞれ独立して水素原子又はアルキル基、アリール基、ビニル基、シクロアルキル基を表し、Ｒ¹〜Ｒ³のうち少なくとも１つは水素原子であり、全てが水素原子である場合がパーハイドロポリシラザンである。ｎは１〜６０の整数である。

ポリシラザンの分子形状はいかなる形状でもよく、例えば、直鎖状又は環状であってもよい。式（１）に示すポリシラザンと必要に応じた反応促進剤を、適切な溶媒に溶かして塗布し、加熱やエキシマー光処理、ＵＶ（紫外）光処理を行うことで硬化し、耐熱性、耐光性に優れたセラミック層を作製することができる。

反応促進剤としては酸、塩基などを用いることが好ましいが必ずしも用いる必要はない。反応促進剤としては例えばトリエチルアミン、ジエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、塩酸、シュウ酸、フマル酸、スルホン酸、酢酸やニッケル、鉄、パラジウム、イリジウム、白金、チタン、アルミニウムを含む金属カルボン酸塩などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

反応促進剤を用いる場合に特に好ましいのは金属カルボン酸塩であり、添加量はポリシラザンを基準にして０．０１〜５ｍｏｌ％が好ましい。
（蛍光体）

蛍光体は、ＬＥＤ素子３からの出射光の波長（励起波長）により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色ＬＥＤ素子から出射される青色光（波長４２０ｎｍ〜４８５ｎｍ）を黄色光（波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を使用している。

このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａの酸化物、または高温で容易に酸化物となる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して混合原料を得る。或いは、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶液をシュウ酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。そして、得られた混合原料にフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し、成形体を得る。得られた成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成し、蛍光体の発光特性をもつ焼結体を得る。

なお、本実施形態ではＹＡＧ蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではなく、例えばＣｅを含まない非ガーネット系蛍光体等の他の蛍光体を使用することもできる。また、蛍光体の粒径が大きいほど発光効率（波長変換効率）は高くなる反面、有機金属化合物又は無機ポリマーとの界面に生じる隙間が大きくなって形成されたセラミック層の膜強度が低下する。従って、発光効率と有機金属化合物又は無機ポリマーとの界面に生じる隙間の大きさを考慮し、平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。蛍光体の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
（層状ケイ酸塩鉱物）

層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましく、膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。これは、後述するように混合液中に水を添加することで、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、混合液の粘性を大幅に増加させる効果があるためである。

ここでの鉱物とは、天然又は合成の無機質で一定の化学組成と結晶構造を有する固体物質であるとする。

セラミック層中における層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％未満になると混合液の粘性を増加させる効果が十分に得られない。一方、層状ケイ酸塩鉱物の含有量が２０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、層状ケイ酸塩鉱物の含有量は０．５重量％以上２０重量％以下とすることが好ましく、０．５重量％以上１０重量％以下がより好ましい。

なお、溶媒との相溶性を考慮して、層状ケイ酸塩鉱物の表面をアンモニウム塩等で修飾（表面処理）したものを適宜用いることもできる。
（無機粒子）

無機粒子は、有機金属化合物又は無機ポリマーと、蛍光体及び層状ケイ酸塩鉱物との界面に生じる隙間を埋める充填効果、加熱前の混合液の粘性を増加させる増粘効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果を有する。本発明に用いられる無機粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物微粒子、フッ化マグネシウム等のフッ化物微粒子等が挙げられる。特に、有機金属化合物としてポリシロキサン等の含ケイ素有機化合物を用いる場合、形成されるセラミック層に対する安定性の観点から酸化ケイ素の微粒子を用いることが好ましい。

セラミック層中における無機粒子の含有量が０．５重量％未満になると上述したそれぞれの効果が十分に得られない。一方、無機粒子の含有量が５０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、セラミック層中における無機粒子の含有量は０．５重量％以上５０重量％以下とすることが好ましく、１重量％以上４０重量％以下がより好ましい。また、無機粒子の平均粒径は、上述したそれぞれの効果を考慮して０．００１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。無機粒子の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。

なお、有機金属化合物又は無機ポリマーや溶媒との相溶性を考慮して、無機粒子の表面をシランカップリング剤やチタンカップリング剤で処理したものを適宜用いることもできる。
（前駆体溶液）

前駆体溶液は、有機金属化合物又は無機ポリマーを溶媒に混合したものであり、前駆体溶液を加熱することにより透光性のセラミック層を得ることができる。この前駆体溶液に蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機粒子を混合した混合液を加熱することで、波長変換部６が形成される。さらに、混合液に水を添加することにより、層状ケイ酸塩鉱物の層間に水が入り込んで混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。なお、水に不純物が含まれていると重合反応を阻害するおそれがあるため、添加する水は不純物を含まない純水を用いる必要がある。

有機金属化合物に対する溶媒としては、添加される水との相溶性に優れたメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類が好ましい。また、溶媒に対する有機金属化合物の混合量が５重量％未満になると混合液の粘性を増加させることが困難となり、有機金属化合物の混合量が５０重量％を超えると重合反応が必要以上に速く進んでしまう。そのため、溶媒に対する有機金属化合物の混合量は５重量％以上５０重量％以下が好ましく、８重量％以上４０重量％以下がより好ましい。

無機ポリマーに対する溶媒としては、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン炭化水素、エーテル類、エステル類を使用することができる。好ましくはメチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルフルオライド、クロロホルム、四塩化炭素、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチルブチルエーテルである。

混合液の調製手順としては、例えば、表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、まず有機金属化合物又は無機ポリマーを溶媒に混合した溶液（前駆体溶液）に層状ケイ酸塩鉱物を予備混合し、その後に蛍光体、無機粒子、及び水を混合する。また、表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、先ず層状ケイ酸塩鉱物と水とを予備混合し、その後に蛍光体、無機粒子、及び前駆体溶液を混合する。これにより、層状ケイ酸塩鉱物を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。混合液の好ましい粘度は２５〜８００ｃＰであり、最も好ましい粘度は３０〜５００ｃＰである。

また、溶媒に水を加えた総溶媒量に対する水の割合が５重量％未満になると上記の増粘効果を十分に得ることができず、水の割合が６０重量％を超えると増粘効果よりも水の混合過多による粘度低下効果の方が大きくなる。そのため、水の割合は総溶媒量に対し５重量％以上６０重量％以下が好ましく、７重量％以上５５重量％以下がより好ましい。
（発光装置の製造方法）

以上のようにして得られた混合液をガラス基板５の片面に所定量塗布し、反りを抑える方向に押圧しながら加熱、焼成して所定の膜厚の波長変換部６を形成する。混合液の塗布方法は特に限定されるものではなく、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等、従来公知の種々の方法を用いることができる。加熱温度が１５０℃未満である場合は有機金属化合物又は無機ポリマーの重合反応が進行せず、加熱温度がガラス基板５の屈伏温度＋１００℃を超える場合はガラス基板５が変形してしまう。また、加熱温度が７００℃を超える場合は層状ケイ酸塩鉱物が熱分解して層状構造が破壊されてしまう。従って、混合液の加熱温度は１５０℃以上とし、ガラス基板５の屈伏温度＋１００℃以下又は７００℃以下とすることが好ましい。

図２は、ガラス基板５に波長変換部６を形成する工程の一部を説明する図である。図２では、混合液を塗布した後のガラス基板５を、反りを抑える方向に押圧しながら加熱する工程を示しており、押圧されている状態のガラス基板５を上方から見た図である。ガラス基板５は、例えば、短辺５ａ、５ａが４０ｍｍ、長辺５ｂ、５ｂが８０ｍｍ、厚さが０．１ｍｍの直方体の薄板であり、混合液が塗布された面を上にしてガラス基板５より大きな平台１０に載置され、２つの長辺５ｂ、５ｂに沿ってそれぞれ端から約２ｍｍの範囲（図の斜線部分）５ｃが押圧機２０、２０によって押圧（加圧）された状態で加熱される。

なお、押圧した範囲５ｃは押圧機２０の型が付くので切り捨てる。また、ガラス基板５の押圧する箇所は限定されないが、反りの大きくなる端部を押圧することが好ましく、２つの短辺５ａ、５ａに沿ってそれぞれ端から数ｍｍの範囲などとしてもよい。

ここで、混合液が加熱、焼成してセラミック層になる際に収縮するのでガラス基板５は混合液が塗布された面を内側にして反ることになる。したがって、反りを抑える方向に押圧するには、図２のように、ガラス基板５の厚み方向に押圧すればよい。

加熱とは、常温より高い温度に保っている状態を指し、ここでは昇温過程、保温過程、降温過程を含んでいる。急激な昇温又は降温はガラス基板の割れの原因やガラス基板の内部応力による歪みの原因となるため、加熱条件としては、緩やかに昇温及び降温させることが好ましい。一方、生産効率を上げるには早く昇温及び降温させることが好ましい。そのため、昇温過程及び降温過程は１０〜１０００℃／時の温度変化であることが好ましい。

そして、押圧するのは、少なくとも加熱中どこかの時点で押圧していればよく、好ましくは昇温過程、保温過程又は降温過程の何れかで押圧することであり、さらに好ましくは昇温過程、保温過程及び降温過程の全過程においてずっと押圧することである。例えば、図２のような配置でセッティングしてから加熱を開始し、加熱が終了してから押圧機２０による押圧を解除することが好ましい。

図２のガラス基板５のように厚みが０．１ｍｍである場合、押圧する圧力が１００Ｐａ（約１ｇｆ／ｃｍ²）未満になると基板の反りを抑える効果が小さく、１０⁵Ｐａ（約１０００ｇｆ／ｃｍ²）を超えるとガラス基板５が割れる。そのため、ガラス基板５を押圧する圧力は、１００〜１０⁵Ｐａとすることが好ましい。これをガラス基板の厚みを変化させた場合に適用すると、ガラス基板の厚みが厚くなる程、押圧の圧力を大きくする必要がある。したがってガラス基板の厚みと押圧圧力の関係は、押圧の圧力（１００〜１０⁵Ｐａ）をガラス基板の厚み（１０^-4ｍ）で除した値で表すことができ、１０⁶〜１０⁹Ｐａ／ｍ（約１０²〜１０⁵ｇｆ／ｃｍ³）となる。

また、形成された波長変換部６の厚みが５μｍ未満である場合は波長変換効率が低下して十分な蛍光が得られず、波長変換部６の厚みが５００μｍを超える場合は膜強度が低下してクラック等が発生し易くなる。従って、波長変換部６の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。

そして、波長変換部６が形成されたガラス基板５を所定の大きさ（例えば２×２ｍｍ）に切断してＬＥＤ素子３上に配置することにより、発光装置１００を製造することができる。このとき、ガラス基板５の反りが抑えられているので、所定の大きさに切断する際などにハンドリングよく生産できる。

なお、波長変換部６に含まれる蛍光体と無機粒子の粒径が形成される波長変換部６（セラミック層）の膜厚よりも大きいと、蛍光体または無機粒子の一部が波長変換部６の表面から突出してしまい表面の平滑性が失われる。そのため、蛍光体及び無機粒子は最大粒径がセラミック層の膜厚よりも小さいものを用いる。

こうして製造された発光装置１００は、波長変換部６が透光性のセラミック層で形成されるため、波長変換部６を樹脂材料で形成した場合に比べて耐熱性や耐光性を向上させることができる。

なお、上記実施形態ではガラス基板５を使用しているが、ガラス基板に限らず、透光性の無機材料からなる基板であれば、例えば、単結晶サファイア等の結晶基板やセラミック基板を用いてもよい。

図３は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の概略断面図である。図３に示すように、発光装置１０１は、断面凹状のＬＥＤ基板１の底部にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ素子３を配置するとともに、ＬＥＤ基板１の凹部に蓋をするようにガラス基板５が設けられ、ガラス基板５の上面には波長変換部６が形成されている。波長変換部６を含む他の部分の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の発光装置１０１は、ＬＥＤ基板１の凹部にＬＥＤ素子３を配置し、第１実施形態で用いた波長変換部６を形成したガラス基板５をＬＥＤ基板１の側壁の上端に凹部を覆うように接着して製造することができる。

本実施形態の発光装置１０１は、第１実施形態に比べて、ＬＥＤ素子３の側面から出射される光も効率良く蛍光に変換されるため、色むらの発生を一層効果的に抑制することができる。

なお、ＬＥＤ基板１の凹部の形状や大きさは発光装置１０１の仕様に応じて適宜設計することができる。例えば、凹部の側面をテーパ状としてもよい。また、凹部の内面を反射面とすることにより、発光装置１０１の発光効率を高める構成としてもよい。

その他、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態では青色ＬＥＤと蛍光体とを併用することで白色発光する発光装置を例に挙げて説明したが、緑色ＬＥＤや赤色ＬＥＤと蛍光体とを併用する場合にも同様に適用できるのはもちろんである。さらに言えば、蛍光体は１種類だけでなく、紫外光を吸収して赤色、緑色、青色の光をそれぞれ放射する３種類の蛍光体や、青色光を吸収して赤色、緑色の光をそれぞれ放射する２種類の蛍光体を併用してもよい。

また、上記実施形態では発光装置を例に説明しているため、セラミック層に蛍光体等を混ぜて波長変換部６としているが、セラミック層を有する基板を別の用途に用いる場合、例えば、セラミック層の役割がＡＲ（反射防止）コートや傷防止のコーティング層である場合は、蛍光体等を含む必要はなく、少なくとも前駆体である有機金属化合物又は無機ポリマーと溶媒とからなる前駆体溶液を硬化させたセラミック層であればよい。この場合、セラミック層の厚みは膜強度が低下してクラック等が発生しないよう５００μｍ以下であれば薄くてもよい。

以下、本発明のセラミック層（蛍光体等を含む場合と含まない場合とがある）を有する基板について実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
（蛍光体の調製例）

各実施例及び比較例で用いる蛍光体は、蛍光体原料として、Ｙ₂Ｏ₃７．４１ｇ、Ｇｄ₂Ｏ₃４．０１ｇ、ＣｅＯ₂０．６３ｇ、Ａｌ₂Ｏ₃７．７７ｇを十分に混合し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを適量混合したものをアルミ製の坩堝に充填し、水素含有窒素ガスを流通させた還元雰囲気中において、１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品（（Ｙ_0.72Ｇｄ_0.24）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ_0.04）を得た。

得られた焼成品を粉砕、洗浄、分離、乾燥して、平均粒径が１μｍ程度の黄色蛍光体粒子を得た。波長４６５ｎｍの励起光における発光波長を測定したところ、おおよそ波長５７０ｎｍにピーク波長を有していた。
（ガラス基板）

各実施例及び比較例で用いるガラス基板は、図２に示したような、短辺５ａ、５ａが４０ｍｍ、長辺５ｂ、５ｂが８０ｍｍ、厚さが０．１ｍｍの直方体の薄板で、ガラス転移温度が５３０℃のものを用いた。
（セラミック層を有する基板の作製）

ガラス基板の片面に、無機ポリマーの前駆体溶液であるＮＮ１２０−２０（パーハイドロポリシラザン２０重量％、キシレン８０重量％；ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）をスピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を６×１０³Ｐａ（約６０ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、２５０℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後のセラミック層の膜厚は１μｍであった。膜厚の測定には全実施例及び比較例でミツトヨ社製レーザホロゲージを用いた。

ガラス基板の片面に、有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆ（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％；ＣＩＫナノテック社製）をスピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を２×１０⁴Ｐａ（約２００ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後のセラミック層の膜厚は０．８μｍであった。

無機ポリマーの前駆体溶液であるＮＮ１２０−２０の１ｇ中に、蛍光体を０．８ｇ、無機粒子であるＲＸ３００（１次粒子の平均粒径が７ｎｍのシリル化処理無水ケイ酸；日本アエロジル社製）を０．０６ｇ混合して混合液を調製し、ガラス基板の片面に、スピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を３×１０³Ｐａ（約３０ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、２５０℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後の波長変換部（セラミック層）の膜厚は２０μｍであった。

有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆの１ｇ中に、蛍光体を０．８ｇ、無機粒子であるハイシリカＦ３（粒度分布１〜２５μｍ、メジアン径（Ｄ５０）３〜４μｍの酸化ケイ素微粒子；ニッチツ社製）を０．０３ｇ混合して混合液を調製し、ガラス基板の片面に、スピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を４×１０³Ｐａ（約４０ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後の波長変換部（セラミック層）の膜厚は２０μｍであった。

有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆの１ｇ中に、蛍光体を０．８ｇ、無機粒子であるNanoTek Powder（メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子；ＣＩＫナノテック社製）を０．０３ｇ混合して混合液を調製し、ガラス基板の片面に、スピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を４×１０⁴Ｐａ（約４００ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後の波長変換部（セラミック層）の膜厚は４０μｍであった。

有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆの１ｇ中に、蛍光体を０．７ｇ、無機粒子であるNanoTek Powderを０．０３ｇ、層状ケイ酸塩鉱物であるルーセンタイトＳＷＮ（親水性スメクタイト；コープケミカル社製）を０．０２ｇ、純水を０．３７ｇ混合して混合液を調製し、ガラス基板の片面に、スピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を６×１０³Ｐａ（約６０ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後の波長変換部（セラミック層）の膜厚は３０μｍであった。

比較例１

ガラス基板の片面に、有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆをスピンコーターにて塗布した。次に、ガラス基板を押圧せずに、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻した。加熱後のセラミック層の膜厚は０．８μｍであった。

比較例２

ガラス基板の片面に、有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆをスピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を１０Ｐａ（約０．１ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後のセラミック層の膜厚は０．８μｍであった。

比較例３

ガラス基板の片面に、有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆをスピンコーターにて塗布した。次に、図２のようにしてガラス基板を２×１０⁵Ｐａ（約２０００ｇｆ／ｃｍ²）で押圧しながら、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後のセラミック層の膜厚は０．８μｍであった。なお、ガラス基板は押圧圧力が大きかったため割れた。

比較例４

有機金属化合物の前駆体溶液であるＣＯＡＴ−Ｆの１ｇ中に、蛍光体を０．８ｇ、無機粒子であるハイシリカＦ３（粒度分布１〜２５μｍ、メジアン径（Ｄ５０）３〜４μｍの酸化ケイ素微粒子；ニッチツ社製）を０．０３ｇ混合して混合液を調製し、ガラス基板の片面に、スピンコーターにて塗布した。次に、ガラス基板を押圧せずに、室温から２００℃／時で昇温し、５００℃で１時間保温し、５０℃／時で降温して室温に戻し、押圧を解除した。加熱後の波長変換部（セラミック層）の膜厚は２０μｍであった。

次に、実施例１〜６及び比較例１〜４で作製された基板の反りを測定した。図４は、反りの測定箇所を示すガラス基板の平面図であり、図５は、図４の正面図である。反りの測定は、ガラス基板をセラミック層側が上になるように平台１０に置き、ガラス基板の四隅Ａ〜Ｄの高さを測定し、それらの平均値を反りの値とした。図６に、各実施例及び比較例の押圧圧力と反りの一覧を示す。比較例３の反りはガラス基板が割れたため測定不可であった。

図６の結果から、比較例１及び比較例４では、加熱時に押圧していないため大きな反りが生じた。比較例２では押圧圧力が小さかったため反りが大きかった。比較例３では押圧圧力が大きすぎたためガラス基板が割れた。そして、実施例１〜６では加熱時の適正な押圧圧力により大きな反りは生じず、反りは１〜３ｍｍの範囲となっている。反りの許容範囲としては１〜３ｍｍであれば、セラミック層が剥がれる原因になったり、加工時（所定の大きさに切断する時など）のハンドリングが悪化するという問題は生じない。したがって本発明によれば、歩留まりが向上するとともに、生産効率も向上する。

なお、本発明に用いるガラス基板は、その剛性や大きさによっても変化するが、上述した厚さ０．１ｍｍの他にも、２００×２００ｍｍ程度以下の大きさの場合、０．０１〜１ｍｍ程度の厚さであれば、上記の実施例と同様に反りを許容範囲に抑えることができる。

本発明のセラミック層を有する基板は、ＡＲコートや傷防止のコーティング層を必要とする基板に利用でき、セラミック層に蛍光体等を混ぜることで波長変換機能を持たせて発光装置などに利用することができる。

１ ＬＥＤ基板
３ ＬＥＤ素子（発光素子）
５ ガラス基板
６ 波長変換部
１００、１０１ 発光装置

Claims (14)

1. セラミック層を有する基板の製造方法において、
   片面に、有機金属化合物又は無機ポリマーと、溶媒と、蛍光体と、無機粒子と、層状ケイ酸塩鉱物と、水とを含む混合液が塗布された基板を、反りを抑える方向に押圧しながら加熱する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
2. 昇温過程、保温過程及び降温過程の全過程において前記反りを抑える方向に押圧することを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。
3. 前記基板が、透光性の無機材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の基板の製造方法。
4. 前記有機金属化合物が、有機シロキサン化合物であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の基板の製造方法。
5. 前記無機ポリマーが、パーハイドロポリシラザンであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の基板の製造方法。
6. 前記層状ケイ酸塩鉱物が、膨潤性粘土鉱物であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の基板の製造方法。
7. 前記膨潤性粘土鉱物が、スメクタイト構造であることを特徴とする請求項６記載の基板の製造方法。
8. 前記押圧の圧力を前記基板の厚みで除した値が、１０⁶〜１０⁹Ｐａ／ｍであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の基板の製造方法。
9. 前記基板の加熱条件は、昇温過程及び降温過程が１０〜１０００℃／時の温度変化であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の基板の製造方法。
10. 前記基板の加熱温度が、１５０〜７００℃であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の基板の製造方法。
11. 前記基板がガラスである場合、前記基板の加熱温度が、１５０℃〜屈伏温度＋１００℃であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の基板の製造方法。
12. 請求項１〜１１の何れかに記載の基板の製造方法によって製造された基板。
13. 有機金属化合物又は無機ポリマーと、溶媒と、蛍光体と、無機粒子と、層状ケイ酸塩鉱物と、水とを含む混合液を透光性の無機材料からなる基板の片面に塗布する工程と、
    前記混合液が塗布された基板を、反りを抑える方向に押圧しながら加熱することで、波長変換部を有する基板を作製する工程と、
    前記波長変換部を有する基板を発光素子の発光面側に設置する工程と、を有する発光装置の製造方法。
14. 請求項１３記載の発光装置の製造方法によって製造された発光装置。

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