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’ 为 Li、 Na、 K 的任一种以上） 系玻璃， 作为组成， 以质量 % 2O（R’ 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’ 优选为 3 ～ 15%。 2O 为提高玻璃的熔融性的成分。R’ 2O 的含量为 0.5 ～ 20%， 当 R’ 会出现玻璃熔融性显著恶化的趋势。另一方面， 当 R’ 2O 的含量少于 0.5% 时， 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
表2
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。9