(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスマトリックス中に扁平フィラーが分散されたガラスセラミックス体であって、
前記ガラスマトリックスが結晶化しておらず、
前記扁平フィラーは、個々の厚さ方向が略同一方向となるように前記ガラスマトリックス中に分散されており、
前記ガラスセラミックス体における前記扁平フィラーの厚さ方向に沿った断面において、前記扁平フィラーの扁平方向の長さが０．５〜２０μｍ、かつ前記扁平フィラーの厚さ方向の長さが０．０２〜０．２５μｍである扁平フィラーの占有面積が当該断面の単位面積当たり３０〜４８％であることを特徴とするガラスセラミックス体。
【請求項２】
前記扁平フィラーの占有面積のうち、平均断面粒子アスペクト比が２５以上である扁平フィラーの占有面積が３０〜４８％である請求項１に記載のガラスセラミックス体。
【請求項３】
前記扁平フィラーの占有面積のうち、平均断面粒子アスペクト比が２５〜８０である扁平フィラーの占有面積が３０〜４８％である請求項１又は２に記載のガラスセラミックス体。
【請求項４】
前記扁平フィラーは、アルミナ、マイカ、シリカ、および窒化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも一種からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体。
【請求項５】
前記ガラスセラミックス体は、厚み３００μｍの平板状としたときの波長４６０ｎｍでの反射率が８３％以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体。
【請求項６】
前記ガラスセラミックス体の曲げ強度が１８０ＭＰａ以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体。
【請求項７】
前記ガラスマトリックスは、酸化物基準表示でＣａＯを１５〜４０ｍｏｌ％含有するＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体。
【請求項８】
前記ガラスセラミックス体は、ＺｒＯ２粒子を含有しており、厚み３００μｍの平板状としたときの波長４６０ｎｍでの反射率が９０％以上であり、曲げ強度が１８０ＭＰａ以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体。
【請求項９】
発光素子を搭載するための発光素子搭載用基板であって、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガラスセラミックス体を有することを特徴とする発光素子搭載用基板。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光素子搭載用基板と、
前記発光素子搭載用基板に搭載された発光素子と
を有することを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミックス体、発光素子搭載用基板、および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子等の発光素子を有する発光装置の高輝度、白色化に伴い、携帯電話や液晶ＴＶのバックライト等に発光素子を有する発光装置が用いられている。このような発光装置における基板には、熱伝導性が高く、発光素子から発生する熱を速やかに放散できるとともに、反射率が高く、生産性が良好なことが求められている。
また、発光素子の実装時に、基板にかかる応力による欠けや破断等を防止する必要があることから、所定の強度も求められる。【０００３】
このような要求に対応し、発光装置の基板にガラスセラミックス基板を用いることが検討されている。ガラスセラミックス基板は、ガラス粉末とアルミナ粉末等のセラミックス粉末とからなり、ガラスとセラミックスとの屈折率差が大きく、かつこれらの界面が多いことから、従来のセラミックス基板に比べて高い反射率が得られる。しかし、発光素子搭載用基板として用いるためには、より高い反射率が求められる。
また、ガラスセラミックス基板については、各種特性のばらつき、例えば、反射率、強度等のばらつきを少なくする観点から、焼成時の収縮抑制も求められている。【０００４】
ガラスセラミックス基板の反射率を高めるために、アルミナ粒子よりも高い屈折率を有するセラミックス粒子、すなわち高屈折率粒子を含有させることが検討されている。しかし、高屈折率粒子を含有させたものでは、アルミナやシリカ（ＳｉＯ２）等のフィラーを含有させたものと比べて焼結性が低下しやすい。その結果、フィラーの含有量を多くできないか、またはガラスの組成が制限され、設計の自由度が低下する。そこで、ガラス組成を広い範囲から選択できるように、ガラスとの焼結性が良好なアルミナ粒子を用いて、反射率を高くするとともに、焼成収縮を少なくすることが求められている。【０００５】
ガラスセラミックス基板の焼成収縮を抑制する方法として、セラミックス粒子としてアスペクト比が５の扁平状のものを所定方向に配向させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、強度を向上させる方法として、アスペクト比が４以上１０以下のセラミックス粒子を分散・含有させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１および２に記載された方法では、いずれの場合も、発光素子搭載用基板として十分に高い反射率は得られなかった。【０００７】
特許文献３では、ガラスとセラミックス粒子とを含有するガラスセラミックス基板で反射率を向上させる方法が記載されている。ここには、０．３〜１．０μｍの粒子径を有するセラミックス粒子の粒子群の占有面積を、当該ガラスセラミックス基板の上方からみた断面において、１０〜７０％とした高反射率の光反射体が提案されている。【０００８】
特許文献３に記載の光反射体では、粒子径が０．３〜１．０μｍという微細なセラミックス粒子をガラス中に所定量含有させることで、高い反射率を得ている。しかし、このような微細なセラミックス粒子をガラス中に多量に含有させた場合、ガラスセラミックス体の焼結性が低下しやすく、基板の強度低下や、基板表面における空孔の生成が生じやすくなる。
このようなガラスセラミックス体を発光素子搭載用基板に用いた場合、発光素子の実装時に基板にかかる応力による欠けや、分割後の個片上での破断等が生じやすくなり、歩留まりの低下を招くおそれがある。【０００９】
また、上述した特許文献３のガラスセラミックス体では、結晶化度が５０％以上とされており、焼成時において、ガラス成分の結晶化により流動性、焼結性が低下しやすく、基板内や基板表面に空孔が生じやすくなる。
基板内に空孔が生じた場合、反射率が若干高まるものの、基板強度が低下し、またメッキ処理に用いるメッキ液が、空孔から基板内部に侵入しやすくなる。このため、発光素子搭載後において、接続不良等の不具合を生じ、信頼性が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本特開平９−７１４７２号公報
【特許文献２】日本特開２００２−１１１２１０号公報
【特許文献３】日本特開２００７−１２１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板を透過して入射方向以外に漏れる（すなわち、出射する）光が低減されるとともに、基板表面や基板内部の空孔が少なく、発光素子搭載時における欠けや、分割時における破断等を抑制できるガラスセラミックス体の提供を目的とする。
また、本発明は、このようなガラスセラミックス体を用いた発光素子搭載用基板、発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のガラスセラミックス体は、ガラスマトリックス中に扁平フィラーが分散されたガラスセラミックス体であって、前記ガラスマトリックスが結晶化しておらず、前記扁平フィラーは、個々の厚さ方向が略同一方向となるように前記ガラスマトリックス中に分散されており、前記ガラスセラミックス体における前記扁平フィラーの厚さ方向に沿った断面において、前記扁平フィラーの扁平方向の長さが０．５〜２０μｍ、かつ前記扁平状のセラミックス粒子の厚さ方向の長さが０．０２〜０．２５μｍである扁平フィラーの占有面積が当該断面の単位面積あたり３０〜４８％であることを特徴とする。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
【００１３】
本発明の発光素子搭載用基板は、発光素子を搭載するための発光素子搭載用基板であって、上記した本発明のガラスセラミックス体を利用することを特徴とする。【００１４】
本発明の発光装置は、上記した本発明の発光素子搭載用基板と、前記発光素子搭載用基板に搭載された発光素子とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガラスセラミックス体によれば、厚さ方向の断面において、所定形状の扁平フィラーを、所定範囲の量で含有させることで、表面および内部における空孔生成が抑制され強度の低下を防げる。また、内部に空孔が少ない状態でも、高反射率が可能となる。
また、このようなガラスセラミックス体を適用することで、十分な発光輝度を得られ、また発光素子搭載時における欠けや、分割時における破断を抑制され、さらに基板内へのメッキ液の侵入による接続不良等の不具合の発生が抑制された発光素子搭載用基板、発光装置とできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のガラスセラミックス体を示す模式的断面図。
【図２】本発明のガラスセラミックス体における扁平状のアルミナ粒子の厚さ方向に沿った断面を示す模式的断面図。
【図３】本発明の実施形態の発光装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態の説明図であり、扁平状のセラミックス粒子１２（本明細書では、扁平状のセラミックス粒子を扁平フィラーとも記載する。）が、板状に配向している面での模式断面図を示す。なお、図中の扁平フィラーは模式的に平行四辺形の板状として表している。図２は、図１の断面とは法線方向の関係にある断面での模式図を示す（扁平フィラーの厚さ方向の断面図に相当）。図中、ガラスセラミックス体１０は、扁平フィラー１２が、個々の厚さ方向が略同一方向となるようにガラスマトリックス１１中に分散されている。
【００１９】
すなわち、扁平フィラー１２は、それぞれの粒子の扁平面が一定の平面と平行となるように分散している。例えば、ガラスセラミックス体１０を発光素子搭載用基板２１（以下、単に基板と記載することもある。）に適用する場合、扁平フィラー１２の扁平面が発光素子搭載用基板の主面である搭載面と平行となるように分散している。なお、扁平フィラー１２における厚さ方向とは、例えば図２に示す場合については図中、上下方向であり、扁平方向（すなわち、長さ方向）とは、この厚さ方向に垂直な方向（図２中の左右方向）である。
【００２０】
ガラスマトリックス１１としては、特に限定されないが、焼成後に結晶化していないもの、すなわち、非晶質であることが好ましい。
ガラスマトリックス１１が結晶化していないとは、原料粉末としてのガラス粉末に由来するガラスから析出した結晶が存在しないことを意味する。ガラスマトリックス１１が結晶化していないことの確認は、Ｘ線回折により行うことができる。この判定は、Ｘ線回折スペクトルにおけるアルミナ粒子等のセラミックス粒子に由来するピークの最高強度（絶対値）を１００としたとき、絶対値が１０以上の強度を有するガラス由来のピークが現出しないものを結晶化していないとする。
【００２１】
このようなガラスセラミックス体１０によれば、焼成時にガラスマトリックス１１に結晶が析出しないことから、焼成収縮のばらつきを抑制できる。これにより、各種特性のばらつき、例えば、反射率、強度等のばらつきを抑制できる。また、結晶が析出しないことから、熱膨張係数の変化が抑制され、反り等の発生も抑制できる。さらに、結晶が析出することによるガラスの減少を抑制できることから、扁平フィラー１２を含むセラミックス粒子の導入量を増やすことができる。
【００２２】
本発明のガラスセラミック体では、図２のような断面を実体顕微鏡で観察したとき、扁平フィラー１２は、個々の厚さ方向が略同一方向となるようにガラスマトリックス１１に分散されている。扁平フィラー１２は、扁平方向（図２中の左右方向）の長さが０．５〜２０μｍ、厚さ方向（図２中の上下方向）の長さが０．０２〜０．２５μｍである。略同一方向とは、実体顕微鏡で観察したときに、同一方向と視認できることをいう。
このため、扁平度の小さいセラミックス粒子が分散された基板と比べて、入射光がガラスとセラミックス粒子との界面に衝突する回数が増大する。界面に衝突した光は、ガラスとセラミックス粒子との屈折率の違いにより反射あるいは屈折を繰り返すため、基板を厚さ方向に透過して上方以外に漏れる（すなわち、出射する）光が低減される。したがって、基板の上方に戻る反射光量を増大させることができる。
【００２３】
また、扁平フィラー１２を使用し、かつ個々の厚さ方向を略同一方向とすることで、その扁平方向における焼成収縮を抑制でき、高い寸法精度を実現できる。このようなものについては、扁平フィラー１２の扁平方向の大きさを調整することで、同方向における焼成収縮を制御できる。
【００２４】
なお、上記した扁平方向の平均長さ、厚さ方向の平均長さは、ガラスセラミックス体１０を図２のような厚さ方向に沿った平面で切断し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）、画像解析装置を用いて、その任意の断面１００μｍ２における個々の扁平フィラー１２の扁平方向の長さ、厚さ方向の長さを少なくとも２０点以上測定して得られた値の平均である。また、ガラスセラミックス体がドクターブレード法からなるグリーンシートを焼成して得られる場合には、その切断方向は、ドクターブレード法の成形方向と略平行な方向とする。本明細書において、特に断りのない限り、略平行とは、目視レベルで平行と視認できることをいう。
【００２５】
以下、扁平フィラー１２の厚さ方向に沿ったガラスセラミックス体１０の断面において、扁平フィラー１２の扁平方向（図２中、左右方向）の長さを『長径』とも記し、厚さ方向（図２中、上下方向）の長さを『短径』とも記す。
【００２６】
ガラスセラミックス体１０は、長径が０．５〜２０μｍ、短径が０．０２〜０．２５μｍである扁平フィラー１２を含有している。そして、図２で示すように扁平フィラーの厚さ方向に沿った断面において、長径および短径の長さが上記範囲を満たす扁平フィラー１２は、当該断面の単位面積あたりの占有面積が３０〜４８％となるように分散して含有されている。より好ましくは３５〜４５％である。
扁平フィラー１２の割合を３０％以上とすることで、厚さ方向での扁平フィラー１２の層数が増え、入射光がガラスマトリックス１１と扁平フィラー１２との界面に衝突する回数を増加させて高い反射率が得られるとともに、焼成収縮を抑制できる。
一方、扁平フィラー１２の割合を４８％以下とすることで、ガラスマトリックス１１の割合が低下することによる焼結性の低下も抑制できる。扁平フィラー１２の割合が４８％を超えると、ガラスと扁平フィラー１２との焼結性が低下し、基板の表面や内部に空孔が生じやすくなり、基板強度が低下する。
【００２７】
なお、上記した扁平フィラー１２の面積についても、上記した長径や短径を求める場合と同様に、ガラスセラミックス体１０を切断し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）、画像解析装置を用いて、その任意の断面１００μｍ２において、長径及び短径の長さが上記の範囲を満たすものについて、その個々の扁平フィラー１２の面積を測定し、合計して算出できる。上記範囲を満足する扁平フィラーであれば、例えば、アルミナとマイカのように化学組成が異なる扁平フィラーを用いる場合であっても全て合算するものとする。
【００２８】
上記した長径及び短径を得るための扁平フィラー１２の大きさとしては、原料粉末としての扁平フィラー１２自体の大きさとして、長径の最大長さの平均である平均最大長さが０．５〜２０μｍ、短径の平均値である平均長さが０．０２〜０．２５μｍのものが好ましい。また、この平均長さに対する平均最大長さの割合である平均アスペクト比（平均最大長さ／平均長さ）が２５〜８０のものが好ましい。後述するように、この平均アスペクト比は、断面粒子アスペクト比とも称する。
【００２９】
なお、原料粉末としての扁平フィラー１２は、平均アスペクト比が異なるものを混合して使用できる。この場合、個々の扁平フィラー１２の平均アスペクト比とその存在割合とをかけた値の合計値を、みかけ上の平均アスペクト比とする。
【００３０】
上記した面積を得るための原料粉末としての扁平フィラーの配合割合としては、ガラス粉末と扁平フィラーとの合計量に対して、扁平フィラーを３５〜６０質量％とすることが好ましい。扁平フィラーのより好ましい配合割合は４０〜５８質量％であり、さらに好ましくは４５〜５５質量％である。扁平フィラーの割合を３５質量％以上とすることで、入射光がガラスマトリックス１１と扁平フィラー１２との界面に衝突する回数を増加させて高い反射率が得られるとともに、焼成収縮を抑制できる。一方、扁平フィラーの割合を６０質量％以下とすることで、ガラスマトリックス１１の割合が低下することによる焼結性の低下も抑制できる。
【００３１】
また、ガラスセラミックス体１０は、図２で示すような断面において、長径が０．５〜２０μｍ、短径が０．０２〜０．２５μｍである扁平フィラー群の占有面積の中で、アスペクト比（以下、断面粒子アスペクト比という）が２５以上である扁平フィラーの占有面積が３０％以上であることがより好ましく、３５％以上であることが特に好ましい。
なお、扁平フィラー１２の断面粒子アスペクト比は、短径に対する長径の割合であり、（長径／短径）で表わされる値である。扁平フィラー１２の断面粒子アスペクト比が２５〜８０であることが好ましい。
【００３２】
扁平フィラー１２としては、例えば、アルミナ、マイカ、シリカ、および窒化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも一種からなるセラミックスからなるものが好ましく用いられる。これらの中でも、アルミナ、マイカが好適に使用される。アルミナとしては、水熱合成で得られたアルミナ（例えば、キンセイマテック社製、商品名；セラフ）などが好ましいものとして例示される。
【００３３】
また、上記に代表される扁平フィラー１２の一部を、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ムライト、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、フォルステライト、コージライト等のアスペクト比が３以下の扁平ではない粒状（以下、不定形と記載する）のフィラー（セラミック粒子）で置換してもよい。不定形のフィラーの置換量は、ガラスセラミックス体全体の２３質量％を占める量までである。
【００３４】
ガラスセラミックス体１０は、図２で示すような断面を観察したとき、扁平フィラー１２の長径の平均長さは０．５〜２０μｍであることが好ましく、短径の平均長さは０．０２〜０．２５μｍであることが好ましい。また、この短径の平均長さに対する長径の平均長さの割合である平均アスペクト比（長径の平均長さ／短径の平均長さ）を本明細書では平均断面粒子アスペクト比といい、これが２５〜８０であることが好ましい。
【００３５】
ガラスマトリックス１１を構成するガラスは、焼成時の焼成温度域で結晶を生じないものであれば必ずしも限定されないが、扁平フィラー等のセラミックス、特にアルミナとの屈折率差が０．１５以上のものが好ましい。すなわち、ガラスの屈折率をａ、アルミナの屈折率をｂとしたとき、（ｂ−ａ）の絶対値は０．１５以上が好ましく、０．１７以上がより好ましく、０．１９以上が特に好ましい。ガラスとアルミナとの屈折率差を０．１５以上とすることで、界面での散乱を良好とし、反射率を高くできる。
【００３６】
このようなガラスとしては、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラスが好ましく、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系（Ｍ：アルカリ土類）のガラスがより好ましく、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（Ｍ：アルカリ土類）のガラスが特に好ましい。
【００３７】
このようなガラスの屈折率はアッペンの係数を用いて算出することができる。アルカリを含むケイ酸塩ガラスにおける各成分の加成性因子（係数）を表１に示す。（出典：ア．ア．アッペン：ガラスの化学、日ソ通信社（１９７４）ＰＰ．３１８）
【００３８】
【表１】
0005928468.tif 000002
【００３９】
上記した各系のガラスにおいて、ガラスのネットワークフォーマーとなるＳｉＯ２やＢ２Ｏ３、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を高めるＡｌ２Ｏ３は、屈折率が低いガラスを作製するためにも一定割合以上含有させることが好ましい。ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３の合計含有量は、５７ｍｏｌ％以上が好ましく、より好ましくは６２ｍｏｌ％以上、さらに好ましくは６７ｍｏｌ％以上である。
【００４０】
ガラスセラミックス体１０における反射率を高めつつ、強度低下を抑制する観点から、ガラスのＢ２Ｏ３の含有量は１０ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。
一般に、ＺｒＯ２フィラーは高屈折率を有するものの、ガラスとの焼結性に劣るため、これをガラスマトリックス１１に配合した場合、ガラスとＺｒＯ２フィラーとの焼結不足により、基板の強度を低下したり、基板の内部に空孔を生じたりすることがある。
Ｂ２Ｏ３の含有量を１０ｍｏｌ％以上とすることで、ガラスとＺｒＯ２フィラーとの焼結性が高められるため、セラミックス粒子としてＺｒＯ２フィラーを用いた場合でも、空孔の生成や強度の低下が生じ難いものとできる。
【００４１】
アルカリ土類金属酸化物は、ガラスの安定性を高めるとともに、ガラス溶融温度やガラス転移点（Ｔｇ）を低下させ、焼結性を向上させるために添加される。扁平フィラーを使用する場合、アルカリ土類金属酸化物としては、ガラスセラミックス体１０の焼結性を良好にできることから、特にＣａＯが好ましい。アルカリ土類金属酸化物の含有量は、ガラスの安定性、ガラス溶融温度、ガラス転移点（Ｔｇ）、焼結性等の観点から、１５〜４０ｍｏｌ％が好ましい。アルカリ土類金属酸化物の含有量を１５ｍｏｌ％以上とすることで、ガラス溶融温度の過度な上昇を抑制できる。一方、アルカリ土類金属酸化物の含有量を４０ｍｏｌ％以下とすることで、ガラスの屈折率が過度に大きくなることを抑制し、セラミックス粒子との屈折率差を大きくして反射率を高くできる。アルカリ土類金属酸化物の含有量は、より好ましくは１８〜３８ｍｏｌ％、さらに好ましくは２０〜３５ｍｏｌ％である。
【００４２】
ガラス転移点（Ｔｇ）を低下させるＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物は、０〜１０ｍｏｌ％の範囲で添加できる。これらのアルカリ金属酸化物は、アルカリ土類金属酸化物と比較して屈折率を上昇させる度合いが著しく低いことから、低屈折率のガラスを作製する観点からは含有させることが好ましい。しかし、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量が１０ｍｏｌ％を超える場合、化学的耐久性、特に耐酸性が低下するおそれがあり、電気的絶縁性も低下するおそれがある。Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの合計した含有量は、１〜８ｍｏｌ％が好ましく、より好ましくは１〜６ｍｏｌ％である。
【００４３】
ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯは、アルカリ土類金属酸化物と同様に軟化点を低下させる目的で添加することができる。しかし、これらの成分は他の添加成分と比較して屈折率を上昇させる度合いが大きいことから、２０ｍｏｌ％以下が好ましい。
ガラスマトリックスのガラスの代表的な例として、酸化物基準表示でＣａＯを１５〜４０ｍｏｌ％含有するＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスが挙げられる。このガラスにおいて、ＳｉＯ２は、３８〜６０ｍｏｌ％であり、Ｂ２Ｏ３は、１３〜２５ｍｏｌ％であるのが好ましい。
【００４４】
なお、ガラスは、必ずしも上記成分からなるものに限定されず、屈折率差等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有できる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０ｍｏｌ％以下が好ましく、５ｍｏｌ％以下が好ましい。
【００４５】
扁平フィラー１２として、例えば扁平状のアルミナ粒子は、水酸化アルミニウムの水熱合成により扁平状のベーマイト粒子を製造し、このベーマイト粒子を熱処理する方法により製造されたものが好ましい。このような方法によれば、ベーマイト粒子の熱処理、特に熱処理温度を調整することにより、結晶構造を調整できる。以下、具体的に製造方法を説明する。
【００４６】
まず、水酸化アルミニウムを含む反応原料と水をオートクレーブ内に充填し、加圧加温し、無撹拌下または低速撹拌下にて水熱合成を行う。この水熱合成により得られた反応生成物を洗浄、濾過、乾燥し、ベーマイト粒子を得る。
【００４７】
反応原料には、ｐＨ値を８以上、好ましくは１１以上に調整するためｐＨ調整剤を必要に応じて加えればいい。ｐＨ調整剤として、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属類の水酸化物、もしくはバリウム、カルシウム、およびストロンチウム等のアルカリ土類金属類の水酸化物、又はこれらのアルミン酸塩が例示される。
【００４８】
ｐＨ調整剤を反応原料に添加し、アルカリ性の反応系とすることで、原料である水酸化アルミニウムの溶解度が増し、反応時間の短縮を図ることができるとともに、無添加の場合と比較して得られるベーマイト粒子のサイズを大きくできる。
【００４９】
反応原料として投入される水の量は、水酸化アルミニウムに対して質量比で２〜２５倍とすることが好ましい。この質量比が２倍未満では反応原料を充分に反応させることができず、一方、２５倍を超えると無駄な水の量が増加して製造コストが高くなるとともに生産性が低下するおそれがある。
【００５０】
また、反応原料に（メタ）アクリル酸エステル系の単量体または重合体を添加することが好ましい。これにより扁平状のベーマイト粒子、すなわち扁平状のアルミナ粒子が得やすくなるからである。
【００５１】
（メタ）アクリル酸エステル系の単量体とは、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルを示しており、これらを総称して（メタ）アクリル酸エステルと記す。（メタ）アクリル酸エステルをより具体的に例示すると、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ヘプチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ヘキサデシル等が挙げられる。
【００５２】
（メタ）アクリル酸エステル系の重合体とは、上記した（メタ）アクリル酸エステルの単一種からなる重合体の他に、これらの共重合体、さらには（メタ）アクリル酸エステルと、エチレン、スチレン等といった異なる単量体とからなる重合体または共重合体を含むものとする。
【００５３】
水熱合成時のオートクレーブ内の温度は１１０〜３００℃が好ましい。１１０℃未満では反応生成物としてベーマイト粒子を得ることが困難であり、３００℃を超えるとその温度を維持するのに大量のエネルギーが消費され原価面で不利である。
【００５４】
反応時間は、撹拌または静置下のそれぞれの状況に応じて加熱時間は異なるが、好ましくは４〜２４時間である。４時間未満では水酸化アルミニウムが未反応となるおそれがある。一方、２４時間を超えて反応させると生産性が低下し、原価面で不利となる。
【００５５】
アルミナ粒子は、上述の方法で得られるベーマイト粒子を、例えば、電気炉等で４５０〜１５００℃の温度で焼成することによって製造できる。このとき、４５０〜９００℃ではγ−アルミナ型の結晶構造、９００〜１１００℃ではδ−アルミナ型の結晶構造、１１００〜１２００℃ではθ−アルミナ型の結晶構造、１２００〜１５００℃ではα−アルミナ型の結晶構造が主に得られる。
【００５６】
ベーマイト粒子を焼成して得られるアルミナ粒子は、焼成前のベーマイト粒子の形状を保持しており、これはアルミナの種類によらない。従って、ベーマイト粒子として扁平状のものを用いることで、扁平状のアルミナ粒子を得ることができる。
【００５７】
焼成時間は、好ましくは１〜４時間、さらに好ましくは１．５〜３．５時間である。１時間未満では焼成が不十分となってアルミナ粒子を得ることが困難である。また、４時間以内でアルミナ化がほぼ完了するので４時間を超える焼成は経済的でない。
【００５８】
アルミナ粒子の製造方法としては、上記方法が好ましいものとして挙げられるが、必ずしも上記した方法に限られず、所定の結晶構造や形状が得られるものであれば公知の製造方法を適宜採用できる。
【００５９】
以上、本発明のガラスセラミックス体１０について説明したが、上述したように、セラミックス粒子としては、必ずしもその全てが扁平フィラーである必要はなく、必要に応じて、かつ本発明の目的に反しない限度において、不定形のフィラーを含有させることができる。
【００６０】
ガラスセラミックス体１０の平均曲げ強度は、１８０ＭＰａ以上であることが好ましく、２００ＭＰａ以上であることがより好ましい。
【００６１】
ガラスセラミックス体１０は、厚み３００μｍの平板状としたときの、波長４６０ｎｍでの反射率が８３％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。例えば、ガラスセラミックス体１０にＺｒＯ２フィラーを含有させた場合、より高い反射率を得られるため好ましい。
【００６２】
次に、ガラスセラミックス体１０を適用した発光素子搭載用基板、および発光装置について説明する。
【００６３】
図３は、本発明のガラスセラミックス体１０を適用した発光装置２０を示す断面図である。
発光装置２０は、少なくとも一部がガラスセラミックス体１０からなる発光素子搭載用基板２１を有する。基板２１には、例えば２個の発光素子２２が搭載され、ボンディングワイヤ２３によって電気的に直列に接続されるとともに、これら発光素子２２とボンディングワイヤ２３とを覆うように封止層２４が設けられて発光装置２０とされる。
【００６４】
基板２１は、例えば、略平板状の基板本体２１１と、この基板本体２１１の発光素子２２の搭載面となる表面に設けられる枠体２１２で構成される。基板本体２１１の搭載面には一対の素子接続端子２１３が設けられ、裏面には外部回路と電気的に接続される一対の外部接続端子２１４が設けられる。基板本体２１１の内部には、これら素子接続端子２１３と外部接続端子２１４とを電気的に接続する一対の貫通導体２１５が設けられている。なお、本明細書において、略平板状とは、目視レベルで平板と視認できることをいう。
【００６５】
このような基板２１については、例えば、素子接続端子２１３、外部接続端子２１４、および貫通導体２１５等の導体部分を除いた部分が、本発明のガラスセラミックス体１０とされる。なお、ガラスセラミックス体１０とされる部分は、導体部分以外の少なくとも一部であればよく、例えば、基板本体２１１における導体部分以外であってもよい。
【００６６】
また、このような基板２１については、扁平フィラー１２は、通常、その厚さ方向が基板２１の厚さ方向と一致するように、言い換えれば、扁平フィラーの扁平面が基板２１の搭載面および裏面と略平行となるように分散される。
【００６７】
次に、発光素子搭載用基板２０の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、ガラス粉末と扁平フィラーとを少なくとも含むガラスセラミックス組成物に、バインダーと、必要に応じて可塑剤、溶剤、レベリング剤、分散剤等を添加してスラリーを調製する。これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで、グリーンシートを製造する。
【００６９】
ガラス粉末は、上記したようなガラス成分を含有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕して得られる。湿式粉砕法の場合、溶媒として水を用いることが好ましい。粉砕は、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機が使用できる。
【００７０】
ガラス粉末の粒径は、５０％粒径（Ｄ５０）で０．５〜３μｍが好ましい。ガラス粉末の５０％粒径が０．５μｍ未満の場合、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となるばかりでなく、均一に分散させることが困難となる。一方、ガラス粉末の５０％粒径が３μｍを超える場合には、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。粒径は、例えば粉砕後に必要に応じて分級により調整できる。なお、本明細書中で示される粉末の粒径は、レーザ回折・散乱法による粒子径測定装置（日機装社製、商品名：ＭＴ３１００ＩＩ）により得られるものである。
【００７１】
一方、扁平フィラーとしては、図２で示すような断面において、扁平フィラー１２の長径が０．５〜２０μｍ、かつ短径が０．０２〜０．２５μｍである。
【００７２】
このようなガラス粉末と扁平フィラーとからなるガラスセラミックス組成物に、バインダーを配合し、必要に応じて溶剤（有機溶剤）、可塑剤等を添加することにより、スラリーが得られる。
扁平フィラーの配合割合としては、ガラス粉末と扁平フィラーとの合計量に対して、扁平フィラーを３５〜６０質量％、より好ましくは４０〜５８質量％とすることが好ましい。
【００７３】
バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に使用できる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を使用できる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の芳香族系またはアルコール系の有機溶剤を使用できる。芳香族系の溶剤とアルコール系の溶剤を混合して用いることが好ましい。さらに、分散剤やレべリング剤を併用することもできる。
【００７４】
スラリーの組成は、例えば、固形分（ガラス粉末＋アルミナ扁平フィラー）を５４．１質量％、有機溶剤（トルエンとキシレンとイソプロピルアルコール（２−プロパノール）および２−ブタノールの混合溶剤）を３６．５質量％、分散剤を０．８質量％、可塑剤を３．２質量％、バインダーである樹脂を５．４質量％とする。
【００７５】
スラリーの調製では、有機溶剤に必要に応じてレベリング剤と分散剤を混合した混合溶剤に、ガラス粉末とアルミナ粉末とを少なくとも加え、ＺｒＯ２をメディアとしたボールミルで撹拌する。そこに、バインダーである樹脂を有機溶剤に溶解させたビヒクルを添加し、プロペラ付き撹拌棒で撹拌した後、メッシュフィルターを用いてろ過する。真空引きしながら撹拌することで、内部に閉じ込められた気泡を脱泡できる。
【００７６】
次いで、得られたスラリーを、離形剤が塗布されたＰＥＴフィルム上に、例えばドクターブレードを用いて塗布してシート状に成形し、乾燥させることで、グリーンシートを製造する。扁平フィラーは、このグリーンシートの成形により、個々の短径が略同一方向となるように配向させることができる。
【００７７】
すなわち、ドクターブレード法による塗布の際に、ガラス粉末と扁平フィラー等を含むスラリーは、ドクターブレード装置のブレード部の先端とフィルムの表面とによって形成される間隙を通過することから、スラリーの流れ（流線）がフィルムの搬送方向に沿うこととなる。このとき、スラリー中に分散された扁平フィラーもスラリーの流れに沿うように前記間隙を通過する。そのため、グリーンシート内における扁平フィラーは、扁平面の方向がシートの面方向に平行になるように配向される。
【００７８】
グリーンシートには、未焼成素子接続端子２１３、未焼成外部接続端子２１４、未焼成貫通導体２１５等の未焼成導体を形成する。未焼成導体の形成方法は、特に限定されるものではなく、スクリーン印刷法により導体ペーストを塗布する。導体ペーストとしては、例えば銅、銀、金、アルミニウム等のいずれかを主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。その中でも、銀粉末や銅粉末が好ましい。
【００７９】
次いで、上記したようなグリーンシートを位置合わせしつつ複数枚重ね合わせた後、熱圧着により一体化する。その後、バインダー等を分解・除去するための脱脂を行った後、焼成を行ってガラスセラミックス組成物を焼結させ、基板２１を得る。
【００８０】
脱脂は、例えば５００〜６００℃の温度で１〜１０時間保持して行う。脱脂温度が５００℃未満または脱脂時間が１時間未満の場合には、バインダー等を十分に分解・除去できないおそれがある。脱脂温度を６００℃程度とし、脱脂時間を１０時間程度とすれば、十分にバインダー等を除去できるが、この時間を超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。
【００８１】
焼成は、例えば８５０〜９００℃の温度で２０〜６０分保持して行い、特に８６０〜８８０℃の温度で行うことが好ましい。焼成温度が８５０℃未満であるか、または焼成時間が２０分未満の場合には、緻密な焼結体が得られないおそれがある。焼成温度を９００℃程度とし、焼成時間を６０分程度とすれば、十分に緻密なものが得られ、これを超えるとかえって生産性等が低下するおそれがある。また、銀を主成分とする金属粉末を含有する導体ペーストを用いた場合、焼成温度が９００℃を超えると、軟化し過ぎるために所定の形状を維持できなくなるおそれがある。
【００８２】
前記した扁平フィラーがグリーンシートの面方向に平行に配向した状態で焼成すると、扁平フィラーの配向はそのままでガラスのみが溶融する。このとき、溶融したガラスが扁平フィラーの間の隙間を埋めるが、面方向に平行に配向した扁平フィラーは面方向の動きが拘束されているので、扁平フィラー間の面方向の隙間（寸法）は保持され、厚さ方向の隙間寸法のみが減少する。そのため、グリーンシートの焼成の際に厚さ方向にのみ収縮が生じ、面方向の収縮は抑制される。このように、外部からの圧力を加えなくても面方向の焼成収縮率が低減されるので、寸法精度の高いガラスセラミック体が得られる。
【００８３】
このような製造方法によれば、扁平度が高い扁平フィラーを用いるとともに、個々の厚さ方向を略同一方向として焼成することで、基板を厚さ方向に透過して上方以外に漏れる（すなわち、出射する）光を低減して反射率を高くでき、また、その扁平方向の焼成収縮を抑制できる。
【００８４】
また、このような扁平フィラーを、ガラスマトリックスに所定の含有量となるように配合することで、焼結性の低下を抑制でき、強度低下や基板での空孔の生成を抑制できる。
【実施例】
【００８５】
以下、実施例を参照して具体的に説明する。【００８６】
（実施例；例１〜１９、比較例；例２０〜２１）
表２に示す割合のガラスとなるように各ガラス原料を配合、混合して原料混合物とし、この原料混合物を白金ルツボに入れて１２００〜１５００℃で６０分間溶融後、溶融物を流し出し冷却した。そして、冷却物をアルミナ製ボールミルにより水を溶媒として１０〜６０時間粉砕し、分級して各組成のガラス粉末Ｇ１〜Ｇ１３を得た。【００８７】
別途、水酸化アルミニウムから水熱合成により扁平状のベーマイト粉末を製造し、このベーマイト粉末を焼成して扁平アルミナフィラーを得た。すなわち、まず水酸化アルミニウム、ｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウムまたは炭酸カルシウム、および水をオートクレーブ中に充填した。ここで、ｐＨは８以上に調整し、水の配合比は質量比で水酸化アルミニウムの量の５倍以上とした。そして、１５０〜２００℃、自然加圧下で２〜１０時間反応させた。その後、水洗濾過洗浄し、扁平状のベーマイト粒子を得た。【００８８】
その後、ベーマイト粉末を８００〜１３００℃で焼成し、長径の最大長さの平均である平均最大長さが２〜３．５μｍ、短径の平均値である平均長さが０．０８〜０．２μｍ、平均断面粒子アスペクト比（平均最大長さ／平均長さ）が２５〜５０である扁平アルミナフィラーを得た。
なお、平均アスペクト比等の調整は扁平状のベーマイト粉末の製造時の平均アスペクト比等の調整により行った。【００８９】
次いで、表３〜５に示すように、ガラス粉末と、セラミック粉末としての、扁平アルミナフィラー、扁平マイカフィラー、不定形アルミナフィラー、または不定形ジルコニアフィラーとを所定の割合で配合し、混合した。表３〜５においては、ガラス粉末とセラミック粉末との混合割合として、セラミック粉末の割合を質量％で表示してある。従って、各例におけるガラス粉末の割合は、１００質量％からセラミック粉末の質量％を引いた値となる。
不定形アルミナフィラーとしては、５０％粒径（Ｄ５０）が２μｍ、比表面積が４．５ｍ２／ｇであるアルミナ粉末（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ）を用い、不定形ジルコニアフィラーとしては、５０％粒径（Ｄ５０）が０．５μｍ、比表面積が８．０ｍ２／ｇであるジルコニア（ＺｒＯ２）粉末（第一稀元素化学社製、商品名：ＨＳＴ−３Ｆ）を用いた。
扁平マイカフィラーとしては、５０％粒径（Ｄ５０）が６．０μｍであるマイカ粉末（トピー工業製、商品名：ＰＤＭ−５Ｂ）を用いた。【００９０】
この混合粉末（ガラスセラミックス組成物）５０ｇに、有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの）１５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル）２．５ｇ、バインダーとしてのポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ）５ｇ、および分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０）０．５ｇをそれぞれ配合し、混合してスラリーとした。このスラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し乾燥させた後切断し、厚さが０．２ｍｍで４０ｍｍ角（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ）のグリーンシートを製造した。【００９１】
次に、このグリーンシート６枚を重ね合わせ、８０℃で１０ＭＰａの圧力をかけて一体化した。その後、焼成炉に５５０℃で５時間保持することでバインダー樹脂を分解・除去した後、８７０℃で１時間保持して焼成を行った。こうして、厚さ５００μｍのガラスセラミックス体を得た。このガラスセラミックス体について、以下に示すように強度、吸水率等を測定した。なお、このガラスセラミックス体について、Ｘ線回折によりガラスの結晶化度を調べたところ、いずれも結晶化していないことが確認された。【００９２】
（平均曲げ強度）
上記したガラスセラミックス体について、ＪＩＳ  Ｃ２１４１に準拠する３点曲げ強さ試験を行った。すなわち、ガラスセラミックス体の一辺を２点で支持し、これと対向する辺における上記２点の中間位置に徐々に加重を加えて、ガラスセラミックス体に切断が生じたときの荷重を測定し、これに基づいて３点曲げ強度（ＭＰａ）を算出した。当該曲げ強度を３０点測定して平均値（平均曲げ強度）を求めた。結果を表３〜５に示す。【００９３】
（吸水率）
上記したガラスセラミックス体について、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５に準拠する吸水率測定を行った。すなわち、ガラスセラミックス体の乾燥質量、真空法による飽水基板の質量を測定し、これらに基づいて吸水率を算出した。結果を表３〜５に示す。なお、吸水率の値が低いほど、開気孔が少ない。【００９４】
別途、反射率を測定するための反射率測定用のガラスセラミックス体（以下、反射率測定用基板という。）を作製した。すなわち、上記したガラスセラミックス体の作製に用いたものと同様のグリーンシートを重ね合わせ、一体化した後、焼成後の膜厚が３００μｍとなるものとした。その後、上記したガラスセラミックス体と同様の条件でバインダー樹脂の分解・除去、及び焼成を行い、反射率測定用基板を得た。【００９５】
（反射率）
この反射率測定用基板について表面の反射率を測定した。反射率の測定には、オーシャンオプティクス社の分光器ＵＳＢ２０００と小型積分球ＩＳＰ−ＲＦを用い、４６０ｎｍの反射率（単位：％）として算出した。結果を表３〜５に示す。【００９６】
（粒子形状）
上記したガラスセラミックス体を厚さ方向、かつドクターブレードの成形方向と略平行な方向に切断し、その断面を鏡面研磨した。走査型顕微鏡（ＳＥＭ）、画像解析装置を用いて、断面１００μｍ２における個々の粒子の長径および短径を測定し、それらを平均して粒子の長径の平均長さ、短径の平均長さを求めた。また、同断面における粒子の面積を測定し、単位面積当たりの粒子の面積割合を求めた。結果を表３〜５に示す。
なお、扁平アルミナフィラー及び扁平マイカフィラーの面積比は、上記断面１００μｍ２において、長径（扁平方向の長さ）が０．５〜２０μｍ、短径（厚さ方向の長さ）が０．０２〜０．２５μｍである粒子の面積を測定し、算出したものである。【００９７】
【表２】
0005928468.tif 000003
【００９８】
【表３】
0005928468.tif 000004
【００９９】
【表４】
0005928468.tif 000005
【０１００】
【表５】
0005928468.tif 000006
【０１０１】
表３〜５から明らかなように、ガラスセラミックス体の所定の断面において、長径が０．５〜２０μｍ、短径が０．０２〜０．２５μｍである扁平フィラーの単位面積での占有面積が３０〜４８％である例１〜１９の基板については、８３％以上と高い反射率が得られるとともに、１８０ＭＰａ以上と高い平均曲げ強度を得ることができた。また、例１〜１９の基板については、吸収率が１．５％以下であり、基板の空孔の生成が抑制されていた。
一方、このような扁平状セラミックス粒子を、所定の断面において、その単位面積での占有面積が４８％を超えて含有する例２０、２１の基板では、吸水率が３．１％以上と高くなっており、基板に空孔が生成していることが認められた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、厚さ方向の断面において、所定形状の扁平フィラーを、所定範囲の量で含有させることで、表面および内部における空孔生成が抑制され強度の低下が抑えられ、また、内部に空孔が少なく、高反射率のガラスセラミックス体を提供することが可能となる。
また、このようなガラスセラミックス体を適用することで、十分な発光輝度を得られ、また発光素子搭載時における欠けや、分割時における破断を抑制され、さらに基板内へのメッキ液の侵入による接続不良等の不具合の発生が抑制された発光素子搭載用基板、また発光装置を提供することができる。
なお、２０１１年８月８日に出願された日本特許出願２０１１−１７２８８９号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…ガラスセラミックス体、１１…ガラスマトリックス、１２…セラミックス粒子、２０…発光装置、２１…発光素子搭載用基板、２２…発光素子、２３…ボンディングワイヤ、２４…封止層、２１１…基板本体、２１２…枠体、２１３…素子接続端子、２１４…外部接続端子、２１５…貫通導体
【図１】
0005928468.tif 000007
【図２】
0005928468.tif 000008
【図３】
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