(57)【要約】【課題】高い反射率を有するケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法及び発光装置を提供する。【解決手段】アルミニウムと窒素の合計量が９０質量％以上であり、ケイ素が１．５質量％以上４．０質量％以下の範囲内であり、酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であり、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における平均の反射率が８５％以上である、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと窒素の合計量が９０質量％以上であり、ケイ素が１．５質量％以上４．０質量％以下の範囲内であり、酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であり、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における平均の反射率が８５％以上である、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子。
【請求項２】
Ａｌ１−ｘＳｉｘＮ（ｘが０．０２≦ｘ≦０．０８を満たす数である。）で表される組成を有し、酸素を含む、請求項１に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子。
【請求項３】
フィッシャーサブシーブサイザーズ法で測定した平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内である、請求項１又は２に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子。
【請求項４】
ＣｕＫα線（１．５４１８Å）を用いて測定された粉末Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度が３％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子。
【請求項５】
前記平均の反射率が、９０％以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子。
【請求項６】
光源と、前記光源を配置する支持体とを備え、前記支持体が前記請求項１から５のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子と樹脂を含む、発光装置。
【請求項７】
光源と、前記光源を配置する支持体と、前記光源と前記支持体を接着する接合部材とを備え、前記接合部材が前記請求項１から５のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子と樹脂を含む、発光装置。
【請求項８】
窒化アルミニウムと、窒化ケイ素とを混合して、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、窒化ケイ素を２質量％以上１０質量％以下の範囲内で含む、原料混合物を得ることと、
前記原料混合物を、圧力が０．１０１ＭＰａ以上、温度が１７００℃以上２１００℃以下の範囲内で熱処理すること、を含む、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項９】
前記原料混合物を、窒素雰囲気で熱処理すること、を含む、請求項８に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理の温度における保持時間が、１時間以上１０時間以内である、請求項８または９に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記原料混合物を、圧力が０．１０１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の範囲内の加圧下で熱処理することを含む、請求項８から１０のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化ケイ素の含有量が、前記原料混合物中の前記窒化アルミニウムと前記窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、４質量％以上８質量％以下の範囲内である、請求項８から１１のいずれか１項に記載のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子と蛍光体とを組み合わせて、白色や電球色、橙色等に発光する発光装置が開発されている。発光装置を形成するためには、発光素子を支持体やリード電極に固着させるダイボンド材、フリップチップ実装時において発光素子と支持基板やリード電極との間に配置されるアンダーフィル材、発光素子が固定保持され、リフレクタとなるパッケージ材等が用いられている。ダイボンド材、アンダーフィル材、パッケージ材等の発光装置の部材を構成する材料には、フィラー等を含む樹脂材料が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、ポリオルガノシロキサンと、一次粒径が０．１μｍ以上７．０μｍ以下の窒化ホウ素又は窒化アルミニウムと、硬化触媒とを含有する半導体発光素子の支持体となる成形体用の樹脂材料が開示されている。
発光装置を構成する部材は、発光素子からの熱を放出させるために、熱伝導率を高くすることが望まれている。また、リフレクタとしても機能するパッケージ材に含まれるフィラーには、反射率が高いものが望まれている。
例えば特許文献１に開示されているような成形体用の樹脂材料に含まれる窒化アルミニウムは、酸化アルミニウム等の酸化物と比べて、熱伝導率が高いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６４９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、窒化アルミニウムは、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲の可視光領域における反射率が、酸化アルミニウム等の酸化物と比べて低い。
そこで、高い反射率を有するケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法及び発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の態様を包含する。
本発明の第一の態様は、アルミニウムと窒素の合計量が９０質量％以上であり、ケイ素が１．５質量％以上４．０質量％以下の範囲内であり、酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であり、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における平均の反射率が８５％以上である、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子である。
【０００７】
本発明の第二の態様は、光源と、前記光源を配置する支持体とを備え、前記支持体が前記ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を含む、発光装置である。
【０００８】
本発明の第三の態様は、光源と、前記光源を配置する支持体とを備え、前記ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を含む部材により、前記光源と前記支持体が接着されている、発光装置である。
【０００９】
本発明の第四の態様は、窒化アルミニウムと、窒化ケイ素とを混合して、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、窒化ケイ素を２質量％以上１０質量％以下の範囲内で含む、原料混合物を得ることと、前記原料混合物を、圧力が０．１０１ＭＰａ以上、温度が１７００℃以上２１００℃以下の範囲内で熱処理すること、を含む、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様により、高い反射率を有するケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法及び発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、発光装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、実施例１及び２、比較例１、並びに市販品の窒化アルミニウムの反射スペクトルである。
【図３】図３は、実施例１及び２、並びに、比較例１及び２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンである。
【図４】図４は、比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンの拡大図を示である。
【図５】図５は、実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子、実施例１の窒化アルミニウムと窒化ケイ素の混合粉、市販品の窒化アルミニウム粒子、市販品の窒化ケイ素粒子のＸ線回折パターンである。
【図６】図６は、実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、比較例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示に係るケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法及び発光装置を実施形態に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は、以下のケイ素含有窒化アルミニウム粒子、その製造方法、及び発光装置に限定されない。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ  Ｚ８１１０に従う。
【００１３】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、アルミニウムと窒素の合計量が９０質量％以上であり、ケイ素が１．５質量％以上４．０質量％以下の範囲内であり、酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であり、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における平均の反射率が８５％以上である。
【００１４】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、アルミニウムと窒素の合計量が９０質量％以上であり、ケイ素が１．５質量％以上４．０質量％以下の範囲内であり、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、窒化アルミニウムの結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換され、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における平均の反射率が８５％以上と高くなる。窒化アルミニウム粒子の熱伝導率は、通常、２０℃で１５０Ｗ／ｍ・Ｋから２００Ｗ／ｍ・Ｋと高い。一方、窒化アルミニウムの可視光領域の波長範囲内の反射率は、通常、７０％から８０％程度と低い。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換されることによって、窒化アルミニウム粒子が有する高い熱伝導率を維持したまま、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内（以下「可視光領域の波長範囲内」ともいう。）の反射率を高くすることができる。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の可視光領域の波長範囲内の平均の反射率は、好ましくは８９％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらに好ましくは９０．５％以上である。
可視光領域の波長範囲内の平均の反射率とは、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内における特定の波長の光に対する反射率の平均値をいう。
【００１５】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内である。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子中の酸素は、好ましくは０．８質量％以上１．８質量％以下の範囲内であり、より好ましくは０．９質量％以上１．５質量％以下の範囲内である。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子が酸素を含んでいる場合、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の表面には、水酸基（ＯＨ基）が付着していると推測される。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子中の酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であると、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の表面に水酸基が付着し、この水酸基によって、樹脂や有機溶媒との親和性が良好になると推測される。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の酸素が０．５質量％以上２．０質量％以下の範囲内であれば、粒子の表面に存在する水酸基によって、例えば発光装置の部材を構成する樹脂組成物中のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の分散性が良好になる。
【００１６】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、Ａｌ１−ｘＳｉｘＮ（ｘが０．０２≦ｘ≦０．０８を満たす数である。）で表される組成を有し、酸素を含むことが好ましい。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子が、Ａｌ１−ｘＳｉｘＮ（ｘが０．０２≦ｘ≦０．０８を満たす数である。）で表される組成を有する場合には、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換されるため、窒化アルミニウムが有する高い熱伝導率を維持したまま、可視光領域の波長範囲内の平均の反射率を８５％以上に高くすることができる。Ａｌ１−ｘＳｉｘＮで表される組成中の変数ｘは、組成１モルにおけるＳｉのモル比を表す。変数ｘは、より好ましくは０．０３以上０．０７以下（０．０３≦ｘ≦０．０７）の範囲内の数であり、さらに好ましくは０．０４以上０．０６以下（０．０４≦ｘ≦０．０６）の範囲内の数である。
【００１７】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子のフィッシャーサブシーブサイザーズ（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｕｂ−Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅｒ）法（以下「ＦＳＳＳ法」ともいう。）により測定した平均粒径は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であると、発光装置を構成する部材を形成するための樹脂材料中での分散性がよく、所望の厚さに発光装置の部材を形成することができる。また、発光装置を製造する工程において、平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であると、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を取り扱い易い。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の平均粒径は、より好ましくは１．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であり、２．０μｍ以下であってもよい。
【００１８】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、ＣｕＫα線（１．５４１８Å）を用いて測定された粉末Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する、回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度が３％以下であることが好ましい。粉末Ｘ線回折パターンにおける回折角２θが３３．２±０．５°に現れるピークは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の結晶構造に由来するピークであり、回折角２θが２０．６±０．５°に現れるピークは、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の結晶構造に由来するピークである。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の粉末Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度が３％以下であれば、アルミニウムの一部がケイ素に置換された場合であっても、窒化アルミニウムの結晶構造が維持されていることが確認できる。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の粉末Ｘ線回折パターンにおける回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折２θが２０．６±０．５°のピーク強度は、２．５％以下であることがより好ましく、２％以下であることがさらに好ましく、１．５％以下であってもよく、０．１％以上であってもよく、０．２％以上であってもよい。
【００１９】
発光装置
次に、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を用いた発光装置について説明する。発光装置は、光源と、前記光源を配置する支持体とを備え、前記支持体がケイ素含有窒化アルミニウム粒子を含むものである。
【００２０】
発光装置は、光源と、前記光源を配置する支持体とを備え、光源がケイ素含有窒化アルミニウム粒子を含む部材で接着されているものである。
【００２１】
発光装置の一例を図面に基づいて説明する。図１は、発光装置の一例を示す概略断面図である。
【００２２】
発光装置１００は、凹部を有する支持体である成形体４０と、光源となる発光素子１０と、発光素子１０を被覆する蛍光部材５０とを備える。成形体４０は、第１リード２０及び第２リード３０と、熱可塑性樹脂又熱硬化性樹脂を含む樹脂部４２とが一体的に成形されてなるものである。成形体４０は、凹部の底面を構成する第１リード２０及び第２リード３０が配置され、凹部の側面を構成する樹脂部４２が配置されている。樹脂部４２によって構成された凹部の側面は、発光装置のリフレクタとしても機能する。成形体４０の凹部の底面を構成する第１リード２０の上面に発光素子１０が接合部材１３によってダイボンディングされる。発光素子１０は、一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は、第１リード２０及び第２リード３０とそれぞれワイヤ６０を介して電気的に接続されている。発光素子１０は、蛍光部材５０により被覆されている。蛍光部材５０は、発光素子１０を波長変換する蛍光体７０を含む。蛍光体７０は、それぞれ異なる波長範囲に発光ピーク波長を有する第一蛍光体７１と第二蛍光体７２を含んでいてもよい。
【００２３】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、支持体である成形体４０を構成する樹脂部４２に含まれていることが好ましい。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、窒化アルミニウムが有する高い熱伝導率と、可視光領域の波長範囲において８５％以上の高い反射率を有するため、リフレクタとして機能する凹部を有する成形体４０を構成する樹脂部４２に含まれていると、光の取り出し効率を向上することができる。
【００２４】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、発光素子１０を第１リード２０にダイボンディングする接合部材１３に含まれていることが好ましい。発光素子１０を第１リード２０に接着する接合部材１３にケイ素含有窒化アルミニウム粒子が含まれていると、発光素子１０が発する熱を熱伝導率の高いケイ素含有窒化アルミニウム粒子が含まれている接合部材１３を介して第１リード２０から外部又は第１リード２０に接触させて配置された放熱部材へ放熱させることができ、発光装置の放熱性を向上させることができる。
【００２５】
発光装置を構成する各部材に含まれるケイ素含有窒化アルミニウム粒子の含有量は、部材によって異なる。例えば樹脂部４２中のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の含有量は、樹脂部４２を構成する樹脂１００質量部に対して、１００質量部以上３００質量部以下の範囲内の含有量にすることができる。また、発光素子１０を接着する接合部材に含まれるケイ素含有窒化アルミニウム粒子の含有量は、接合部材１３を構成する樹脂と導電材料の合計１００質量部に対して、１０質量部以上１００質量部以下の範囲内の含有量にすることができる。
【００２６】
発光素子
光源には発光素子を用いることができる。発光素子は、所望の色調の光を得るために、発光ピーク波長が、好ましくは３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であり、より好ましくは３８０ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の範囲内である。
【００２７】
発光素子の発光スペクトルにおける発光ピークの半値幅は、例えば、３０ｎｍ以下とすることができる。半値幅は、発光スペクトルにおいて最大発光強度の５０％の発光強度を示す発光スペクトルの波長幅を意味する。発光素子には半導体発光素子を用いることが好ましい。光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた半導体発光素子を用いることができる。
【００２８】
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法
ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の製造方法は、窒化アルミニウムと、窒化ケイ素とを混合して、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、窒化ケイ素を２質量％以上１０質量％以下の範囲内で含む、原料混合物を得ることと、前記原料混合物を、圧力が０．１０１ＭＰａ以上、温度が１７００℃以上２１００℃以下の範囲内で熱処理すること、を含む。
【００２９】
原料混合物
原料混合物中、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、窒化ケイ素が、好ましくは３質量％以上９質量％以下の範囲内であり、より好ましくは４質量％以上８質量％以下の範囲内である。窒化アルミニウムと窒化ケイ素の合計量１００質量％に対して、窒化ケイ素が２質量％以上１０質量％以下の範囲内で含まれる原料混合物であれば、熱処理することによって、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換され、得られるケイ素含有窒化アルミニウム粒子の可視光領域の波長範囲内の平均の反射率を８５％以上と高くすることができる。粉末Ｘ線回折装置を用いて、原料混合物のＸ線回折（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）スペクトルを測定した場合、原料混合物のＸ線回折パターンには、窒化アルミニウムの結晶構造に由来するピークと、窒化ケイ素の結晶構造に由来するピークの両方のピークが現れる。
【００３０】
窒化アルミニウムと窒化ケイ素の混合は、混合機を用いて行うことが好ましい。混合機は工業的に通常用いられているボールミルの他、振動ミル、ロールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いることもできる。また、窒化アルミニウムと窒化ケイ素は、粒子の比表面積を一定範囲とするために、工業的に通常用いられている沈降槽、ハイドロサイクロン、遠心分離器等の湿式分離機、サイクロン、エアセパレータ等の乾式分級機を用いて分級することもできる。
【００３１】
熱処理
得られた原料混合物が、圧力が０．１０１ＭＰａ以上、温度が１７００℃以上２１００℃以下の範囲内で熱処理される。この熱処理によって、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換されると推測される。粉末Ｘ線回折装置で測定した熱処理後のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンには、窒化アルミニウムの結晶構造に由来するピークは現れるが、窒化ケイ素の結晶構造に由来するピークは現れないか、現れても窒化アルミニウムの結晶構造に由来するピーク強度１００％に対するピーク強度が３％以下のごく小さいピークである。
【００３２】
原料混合物は、圧力が０．１０１ＭＰａ以上であり、０．１０１ＭＰａを超えて１ＭＰａ以下の範囲内の加圧下で熱処理することが好ましい。原料混合物を０．１０１ＭＰａ以上の圧力下で熱処理することによって、窒化アルミニウムの結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換されても、窒化アルミニウムの結晶構造が壊れにくく、熱伝導率の高い窒化アルミニウムの結晶構造を維持することができる。
【００３３】
熱処理の温度は、１７００℃以上２１００℃以下の範囲内であることが好ましく、１７５０℃以上２０５０℃以下の範囲内であることがより好ましい。熱処理の温度が１７００℃以上２１００℃以下の範囲内であれば、窒化アルミニウムの結晶構造を維持して、結晶構造中のアルミニウムの一部をケイ素に置換することができ、窒化アルミニウムの高い熱伝導率を維持したまま、可視光領域の波長範囲内の平均の反射率が高いケイ素含有窒化アルミニウム粒子を得ることができる。
【００３４】
熱処理の雰囲気は、窒素雰囲気であることが好ましい。熱処理の雰囲気は、雰囲気中の窒素ガスが８０体積％以上であればよく、雰囲気中の窒素ガスの含有量は、好ましくは９０体積％以上であり、より好ましく９５体積％以上であり、さらに好ましくは９８体積％以上であり、最も好ましくは１００体積％である。熱処理時の雰囲気中には１５体積％以下の酸素を含んでいてもよいが、酸素を含む場合には、アルミニウムが酸化され、結晶構造が変化して、高い熱伝導率を維持することが困難となる。雰囲気中の酸素ガスの含有量は少ない方が高い熱伝導率を維持しながら、高い反射率を有するケイ素含有窒化アルミニウム粒子を得ることができる。熱処理の雰囲気中の酸素ガスの含有量は、好ましくは１０体積％以下であり、より好ましくは５体積％以下であり、さらに好ましくは１体積％以下である。
【００３５】
熱処理を行う時間、具体的には、原料混合物の熱処理の温度における保持時間は、好ましくは１時間以上１０時間以内であり、より好ましくは２時間以上８時間以内である。原料混合物の熱処理の温度における保持時間が１時間以上１０時間以内であれば、窒化アルミニウムの結晶構造を維持したまま、結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換され、窒化アルミニウムの高い熱伝導率を維持したまま、可視光領域の波長範囲において、高い反射率を有するケイ素含有窒化アルミニウム粒子を得ることができる。
【００３６】
分級処理
得られたケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、さらに、分級処理を行ってもよい。分級処理としては、例えば、湿式分散、湿式ふるい、脱水、乾燥、及び乾式ふるいの少なくとも一種の処理を行ってもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
窒化アルミニウム粉末と窒化ケイ素粉末の合計１００質量％に対して、窒化アルミニウム粉末９４．５質量％と、窒化ケイ素粉末５．５質量％とを、混合して原料混合物を得た。原料混合物を、材質が窒化ホウ素からなる容器に充填した。容器に充填した原料混合物を、窒素ガス１００体積％の窒素雰囲気中、０．９２ＭＰａの加圧下で、１８００℃で４時間、熱処理を行った。熱処理物を、湿式分散、湿式ふるい、脱水、乾燥、及び乾式ふるいを含む分級処理を行って、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を製造した。表１に、各実施例及び比較例の原料混合物中の窒化アルミニウム粉末と窒化ケイ素粉末の配合割合及び熱処理温度を示す。
【００３９】
実施例２
熱処理の温度を２０３０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を製造した。
【００４０】
比較例１
窒化アルミニウム粉末と窒化ケイ素粉末の合計１００質量％に対して、窒化アルミニウム粉末９８．５質量％と、窒化ケイ素粉末１．５質量％とを、混合して得られた原料混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を製造した。
【００４１】
比較例２
窒化アルミニウム粉末と窒化ケイ素粉末の合計１００質量％に対して、窒化アルミニウム粉末８９．３質量％と、窒化ケイ素粉末１０．７質量％とを、混合して得られた原料混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子を製造した。
【００４２】
【表１】
2020100543.tif 000003
【００４３】
評価
反射スペクトル
得られた実施例及び比較例のケイ素含有窒化アルミニウム粒子と、窒化アルミニウム（市販品）について、分光蛍光光度計（製品名：Ｆ−４５００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、室温（２５℃±５℃）で、励起光源となるハロゲンランプからの光を、試料となるケイ素含有窒化アルミニウム粒子に照射し、励起側と蛍光側の分光蛍光光度計の波長を合わせて走査することで３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内の反射スペクトルを測定した。基準試料としてリン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）を用いた。励起波長４５０ｎｍの励起光に対するリン酸水素カルシウムの反射率を基準として、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子の反射率を相対反射率として求めた。結果を図２に示す。また、各実施例及び比較例のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の３８０ｎｍ及び７３０ｎｍにおける反射率を表２に示す。市販品の窒化アルミニウムは、平均粒径が０．９６μｍから１．０７μｍ（カタログ値）であり、２０℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋから２００Ｗ／ｍ・Ｋ（カタログ値）である。
【００４４】
平均粒径
得られた実施例及び比較例のケイ素含有窒化アルミニウム粒子について、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｕｂ−Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ９５（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を用いて、平均粒径を求めた。具体的には、１ｃｍ３分の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、透過した気圧とパッキングした試料の空隙率の関係式から、ＦＳＳＳ法による平均粒径を求めた。結果を表２示す。ＦＳＳＳ法による平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーズナンバー（Ｆｉｓｈｅｒ  ｓｕｂ−ｓｉｅｖｅ  ｓｉｚｅｒ’ｓ  ｎｕｍｂｅｒ）ともいう。
【００４５】
Ｘ線回折パターン及びピーク強度
得られた実施例及び比較例のケイ素含有窒化アルミニウム粒子について、試料水平型多目的Ｘ線回折装置（製品名：Ｕｌｔｉｍａ  ＩＶ、株式会社リガク製）、Ｘ線源：ＣｕＫα線（λ＝１．５４１８Å、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）を用いて、Ｘ線回折パターンを測定した。図３に実施例１及び２並びに比較例１及び２の各ケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンを示す。図４に比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンの拡大図を示す。図５に、実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子、実施例１の原料混合物、市販品の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末、市販品の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末のＸ線回折パターンを示す。また、実施例及び比較例の各ケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＸ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度を求めた。結果を表２に示す。市販品の窒化アルミニウム粉末は、反射スペクトルの測定に用いた窒化アルミニウム粉末である。また、市販品の窒化ケイ素粉末の平均粒径は０．７μｍから１．１μｍ（カタログ値）であり、２０℃における熱伝導率は２７Ｗ／ｍ・Ｋから８５Ｗ／ｍ・Ｋ（カタログ値）である。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
組成分析
得られた実施例及び比較例の各ケイ素含有窒化アルミニウム粒子について、組成分析を行った。ケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＡｌ、Ｓｉは、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ、Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ社製）を用いて定量分析を行った。また、ケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＯ，Ｎについては、酸素・窒素分析装置（ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いて定量分析を行った。Ａｌ１−ｘＳｉｘＮで表される組成１モルにおけるＮのモル比を１として、Ｓｉのモル比を表す変数ｘを求めた。結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
2020100543.tif 000005
【００４９】
表２及び図２に示すように、実施例１及び２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、３８０ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の波長範囲内の平均の反射率が９０％以上と高くなった。また、表３に示すように、実施例１及び２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、Ａｌ０．９５Ｓｉ０．０５Ｎで表される組成を有していた。
【００５０】
表２及び図３に示すように、実施例１及び２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度が１．２％と小さく、窒化ケイ素の結晶構造に由来する回折角２θが２０．６±０．５°にピークが小さいことから、窒化アルミニウムの結晶構造を維持しており、窒化アルミニウムの高い熱伝導率を維持していた。
【００５１】
表２及び図２に示すように、比較例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、平均の反射率が８５％未満と低くなった。表３に示すように、比較例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、Ａｌ０．９９Ｓｉ０．０１Ｎで表される組成を有していた。
表２に示すように、比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、平均の反射率が比較的高くなったが、図３及び図４の拡大図に示すように、窒化ケイ素の結晶構造に由来する回折角２θが２０．６±０．５°にピークが現れていた。また、表２に示すように、比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、回折角２θが３３．２±０．５°のピーク強度１００％に対する回折角２θが２０．６±０．５°のピーク強度が３％を超えて大きくなった。表３に示すように、比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は４．０質量％を超えるケイ素を含むことから、窒化アルミニウムの結晶構造が変化しており、窒化アルミニウムの高い熱伝導率が維持されていないと推測された。比較例２のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、Ａｌ０．９１Ｓｉ０．０９Ｎで表される組成を有していた。
【００５２】
図５に示すように、実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子の粉末Ｘ線回折パターンでは、窒化ケイ素の結晶構造に由来する回折角２θが２０．６±０．５°のピークが非常に小さかった。この結果から、原料混合物を熱処理した実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、窒化アルミニウムの結晶構造が維持したまま、窒化アルミニウムの結晶構造中のアルミニウムの一部がケイ素に置換されていると推測された。
一方、熱処理前の実施例１の原料混合物の粉末Ｘ線回折パターンには、窒化アルミニウムの結晶構造に由来する回折角２θが３３．２±０．５°にピークが現れ、窒化ケイ素の結晶構造に由来する回折角２θが２０．６±０．５°にもピークが現れていた。この結果から原料混合物中では、窒化アルミニウムの結晶構造と、窒化ケイ素の結晶構造が維持されていると推測された。
【００５３】
ＳＥＭ写真
走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いて、実施例及び比較例のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真を得た。図６は、実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真であり、図７は、比較例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真である。
【００５４】
図６のＳＥＭ写真における実施例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子と、図７のＳＥＭ写真における比較例１のケイ素含有窒化アルミニウム粒子とでは、外観上大きな変化は確認できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本開示のケイ素含有窒化アルミニウム粒子は、発光装置を構成する支持体又は接合部材に含まれるフィラーとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０：発光素子、１３：接合部材、２０：第１リード、３０：第２リード、４０：成形体、４２：樹脂部、５０：蛍光部材、７０：蛍光体、１００：発光装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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