JP5638759B2 - 発光素子被覆用ガラス粉末、発光素子被覆用スラリー、発光素子被覆用ペースト及びガラス被覆発光装置 - Google Patents
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Description
(1)発光素子を400℃以下で封止することのできる発光素子被覆用ガラス粉末であって、酸化物基準のモル%表示で、P 2 O 5 を25〜50モル%、SnOを30〜70モル%、ZnOを0〜35モル%を含むガラス組成から構成される直径0.1〜500μmのガラス球状粒子の相対粒子量が容量%で99%以上であり、ガラス転移温度が250〜350℃で、且つ、表面での全酸素中における架橋酸素の割合が5%以上であることを特徴とする発光素子被覆用ガラス粉末。
(2)前記ガラスから構成される1〜30μmの粒子の相対粒子量が99%以上であることを特徴とする(1)に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
(3)酸化物基準のモル%表示で、P2O5を27〜33モル%、SnOを50〜70モル%、ZnOを0〜10モル%、CaOを0.5〜5モル%を含むガラス組成を有することを特徴とする(1)または(2)に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
(4)線膨張係数が140×10−7/℃以下であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
(5)前記発光素子被覆用ガラス粉末は、LED被覆用ガラス粉末であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
(6)(1)〜(5)のいずれかの発光素子被覆用ガラス粉末を有機溶剤に混合した発光素子被覆用スラリー。
(7)(1)〜(5)のいずれかの発光素子被覆用ガラス粉末を高分子材料及び有機溶剤に混合した発光素子被覆用ペースト。
(8)基板と、前記基板上に搭載される発光素子と、前記基板上に搭載された前記発光素子を覆うガラスとからなり、前記ガラスが(1)〜(5)のいずれかに記載の発光素子被覆用ガラス粉末、(6)に記載の発光素子被覆用スラリー及び(7)に記載の発光素子被覆用ペーストのいずれか一つを焼成することによって得られたガラスであることを特徴とするガラス被覆発光装置。
図1では、ガラスは半導体発光素子を凸字状に覆っているが、半球形状にしたり、球形状の一部を平面で切除したような形状に形成することもできる。
(1)発光素子被覆用ガラス粉末(ガラスフリット)
(2)発光素子被覆用ガラス粉末を有機溶剤(例えば、イソプロピルアルコールなど)に混合した発光素子被覆用スラリー
(3)発光素子被覆用ガラス粉末を高分子材料(例えば、ニトロセルロースなど)及び有機溶剤(例えば、イソプロピルアルコールなど)に混合した発光素子被覆用ペースト
本発明の発光素子を400℃以下で封止することのできる発光素子被覆用ガラス粉末は、例えば400℃以下で封止することのできる所望の組成となるように調整されたガラス混合原料を溶解してガラス化し、そのガラスを粉砕して得られた粉砕物を球状化処理して製造される。
これは所望の組成となるように調整されたガラス混合原料を十分融解した後、液体窒素の入った容器にガラス融液をゆっくりと流し入れることにより、ガラス融液が液体窒素に触れる際に液滴又は線状液の千切れた部分がほぼ真球状となる現象を用いたものである。
粒度分布の計測については、どのような原理であってもよいが、それぞれの粒子を分散した状態で測定することができる方法であって、測定結果の再現性が5%以内に収まる方法であり、ハンドリングによる個人差が出にくいものであれば好適である。例えば、縮分操作した試料によるレーザー回折計測装置による計測を採用するのが好ましい。また電子顕微鏡や各種微細構造の観測装置と得られた画像の解析装置等を併用することによって、粒度分布を計測することで代用することも可能である。本発明の発光素子を被覆するガラス粉末は、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2100)を用いて測定した。
容積率については、電子顕微鏡や各種微細構造の観測装置で得られた画像から算出することができ、また、画像の解析装置により求めることもできる。
ガラス転移温度の計測については、どのような原理であってもよいが、例えば、示差熱分析(DTA:Differential Thermal Analysis)により計測することができる。本発明の発光素子を被覆するガラス粉末は、セイコーインスツル社製示差熱分析装置EXSTAR6000TG/DTAを用いて10℃/分の昇温速度で、室温から600℃までサンプルを昇温することにより計測された。
本発明の発光素子被覆用ガラス粉末のガラス組成は、P2O5を25〜50%、SnOを30〜70%、ZnOを0〜35%含むものであり、より好ましくは、P2O5を27〜33%、SnOを50〜70%、ZnOを0〜10%、CaOを0.5〜5%を含むものである。
P2O5は、ガラスを安定化させる成分であり、25〜50%、好ましくは27〜33%である。25%未満ではガラス化が困難になるおそれがあり、50%超では、耐水性が低下するおそれがあるからである。
本発明の発光素子被覆用ガラス粉末は、ガラス粉末の表面で5%以上の架橋酸素が存在する。好ましくは架橋酸素が10%以上であり、さらに好ましくは15%以上である。架橋酸素および非架橋酸素の定量はX線光電子分光法で測定される。530eV近傍に現れるO1sのシグナルは典型的には高エネルギー側の架橋酸素と低エネルギー側の非架橋酸素の2つのピークで分離・定量できる。詳細は参考文献<X線分析の進歩 29 (X線工業分析 33集) 日本分析化学会・X線分析研究懇談会 編 165−189ページ(1998年)>に記載されている。
全て粉末の原料、ピロリン酸スズ(日本化学工業製)、酸化第1錫(日本化学産業製、「Sグレード」)、メタリン酸カルシウム(日本化学工業製)、無水ホウ酸を、窒素置換されて露点が約−70℃のグローブボックス内で所定の酸化物比になるように秤量し、混合した。混合原料を石英製るつぼに入れ石英製の蓋を置き、露点約−90℃のグローブボックス内の電気炉室に移し、950℃で30分間溶融した。30分経過後、露点約−90℃のグローブボックス内でカーボン板に流しだし、融液を急冷してガラスを得た。
得られたガラスを、グローブボックス内の露点約−70℃の部屋に移し、乳鉢と乳棒で粗く粉砕し、メッシュ間隔250μmの篩を通過し、同間隔106μmを通過しなかったガラス租粉を回収した。粉砕時に微粉末の凝集体を作らないために、粉砕はごく短時間で行い、こまめに篩に掛け、ガラスを過剰に砕かないように配慮した。(租粉砕工程)
租粉砕工程で得られたガラス租粉をジェットミルで粉砕して、約3μm径のガラス粉末を得た。ジェットミル装置は日清エンジニアリング社製「SJ−150」を用い、ガラス租粉を100g/時の速度で供給し、供給圧力0.5MPa、粉砕圧力0.5MPaの条件で粉砕した。供給ガスは大気をコンプレッサーで圧縮し、配管経路内に水分と油分を吸着するフィルターを配置して、露点が−30〜−50℃程度の乾燥した空気が供給される。
得られたガラス粉末を測定したところ平均粒径は3.2μm、粒径1.4−5.1μmの粒子の数が測定した全粒子数の80%以上、粒径0.6−8.0μmの粒子の数が測定した全粒子数の99%以上であった。粉砕後の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図3に示す。
上記で得たガラス粉末を、ガラス粉末のままAr雰囲気中のArプラズマ火炎部に落下又は噴射させて球状化処理を行い得られたガラス粉末を実施例1、未処理のガラス粉末を比較例1、ガラス粉末を50mlのエタノールに懸濁させたスラリー、又は、ガラス粉末を50mlのイオン交換水に懸濁させたスラリーをそれぞれAr雰囲気中のArプラズマ火炎部に落下又は噴射させて球状化処理を行い得られたガラス粉末をそれぞれ比較例2、3とした。
なお、粒度分布は島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置「SALD−2100)を用いて測定し、容積率は走査型電子顕微鏡(SEM)写真から算出した。ガラス転移温度(Tg)はセイコーインスツル社製示差熱分析装置「EXSTAR6000TG/DTA」を用いて110mgのガラス粉末を10℃/分の昇温速度で、室温から600℃まで昇温することにより計測し、架橋酸素と非架橋酸素の割合はX線光電子分光法で測定した。
全て粉末の原料、ピロリン酸スズ(日本化学工業製)、酸化第1錫(日本化学産業製、「Sグレード」)、メタリン酸カルシウム(日本化学工業製)、無水ホウ酸を、所定の酸化物比になるように秤量し、さらに1重量%のサッカロースを加えて混合した。混合原料を石英製るつぼに入れ石英製の蓋を置き、大気中1100℃で30分間溶融した。30分経過後、液体窒素の入った容器にガラス融液をゆっくりと流し入れ、融液を急冷して球状ガラス粉末を得た。実体顕微鏡で確認したところ、球状になっているのは200μm以下程度の大きさで、確認できた下限は約10μmの球状ガラスであった。得られた球状ガラスから10−50μmの球状ガラスを選別して実施例2の球状化ガラスとした。従って、実施例2についても粒径0.1〜500μmのガラス球状粒子の相対粒子量が容量%で99%以上を満たすものである。
実施例2の球状ガラス粉末のTgは300℃、架橋酸素は18%、非架橋酸素は82%であった。
LEDの封止を模擬して、400℃での熱処理を行い、熱処理後の色調を評価した。
実施例1、2及び比較例1〜3のガラス粉末約1gを1mlのブチルカルビトールアセテートと混合してスラリー状にした。それらのスラリーをマグネシア板に数的垂らし、250℃で3時間保持した後に400℃で10分間焼成した。昇温速度は5℃/分とした。
熱処理後のガラスを目視した色調評価の結果を表2に示す。表2中、極めてクリアを◎、クリアを○、不透明を×とした。
また、この実施例から発光素子被覆用ガラス粉末をスラリー状にした発光素子被覆用スラリーを焼成しても透光性を得ることが確認できた。
130:発光素子
140:ガラス
201:カンタル発熱体
202:管状炉
Claims (8)
- 発光素子を400℃以下で封止することのできる発光素子被覆用ガラス粉末であって、酸化物基準のモル%表示で、P 2 O 5 を25〜50モル%、SnOを30〜70モル%、ZnOを0〜35モル%を含むガラス組成から構成される粒径0.1〜500μmのガラス球状粒子の相対粒子量が容量%で99%以上であり、ガラス転移温度が250〜350℃で、且つ、表面での全酸素中における架橋酸素の割合が5%以上であることを特徴とする発光素子被覆用ガラス粉末。
- 前記ガラスから構成される1〜30μmの粒子の相対粒子量が99%以上であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
- 酸化物基準のモル%表示で、P2O5を27〜33モル%、SnOを50〜70モル%、ZnOを0〜10モル%、CaOを0.5〜5モル%を含むガラス組成を有することを特徴とする請求項1また2に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
- 線膨張係数が140×10−7/℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
- 前記発光素子被覆用ガラス粉末は、LED被覆用ガラス粉末であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光素子被覆用ガラス粉末。
- 請求項1〜5のいずれか1項の発光素子被覆用ガラス粉末を有機溶剤に混合した発光素子被覆用スラリー。
- 請求項1〜6のいずれか1項の発光素子被覆用ガラス粉末を高分子材料及び有機溶剤に混合した発光素子被覆用ペースト。
- 基板と、
前記基板上に搭載される発光素子と、
前記基板上に搭載された前記発光素子を覆うガラスとからなり、
前記ガラスが請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光素子被覆用ガラス粉末、請求項6に記載の発光素子被覆用スラリー及び請求項7に記載の発光素子被覆用ペーストのいずれか一つを焼成することによって得られたガラスであることを特徴とするガラス被覆発光装置。
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