(57)【要約】      （修正有）【課題】近紫外光領域における光の反射率の高い発光素子搭載用セラミック基体および発光装置を提供する。【解決手段】発光素子搭載用セラミック基体Ａは、アルミナ結晶粒子１を主体とし、ジルコニア結晶粒子３を内包しているアルミナ結晶粒子１を有するセラミック焼結体からなる。アルミナ結晶粒子１は、ほぼ平行な対向面を有している。ジルコニア結晶粒子３を内包しているアルミナ結晶粒子１はセラミック焼結体中に個数割合で６０％以上存在している。ジルコニア結晶粒子３は、単斜晶ジルコニアと、正方晶ジルコニアおよび立方晶ジルコニアの少なくとも一方との混晶である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ結晶粒子を主体とし、ジルコニア結晶粒子を内包しているアルミナ結晶粒子を有するセラミック焼結体からなることを特徴とする発光素子搭載用セラミック基体。
【請求項２】
前記アルミナ結晶粒子は、ほぼ平行な対向面を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子搭載用セラミック基体。
【請求項３】
前記ジルコニア結晶粒子を内包しているアルミナ結晶粒子が、前記セラミック焼結体中に個数割合で６０％以上存在していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子搭載用セラミック基体。
【請求項４】
前記ジルコニア結晶粒子は、単斜晶ジルコニアと、正方晶ジルコニアおよび立方晶ジルコニアの少なくとも一方との混晶であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子搭載用セラミック基体。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれかに記載の発光素子搭載用セラミック基体からなる基板上に発光素子を備えてい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、発光素子搭載用セラミック基体および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を発光素子搭載用基板に搭載した発光装置は、高輝度化および白色化に対する改良が図られ、携帯電話や大型の液晶テレビ等のバックライトとして利用されている。その中で、従来の発光素子搭載用基体に用いられてきた合成樹脂に比べて、高反射性を有するだけでなく、耐熱性や耐久性に優れ、長期間紫外線に曝されても劣化しないという理由から、発光素子搭載用基板としてセラミック焼結体が注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミナを主成分とするセラミック焼結体からなる発光素子搭載用セラミック基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６７００８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、特許文献１に開示されたアルミナを主成分とするセラミック焼結体により構成される発光素子搭載用セラミック基体は、近紫外光領域における光の反射率が低いという問題を有していた。
【０００６】
従って、本発明は、近紫外光領域における光の反射率の高い発光素子搭載用セラミック基体およ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】
【０００７】
本発明の発光素子搭載用セラミック基体は、アルミナ結晶粒子を主体とし、ジルコニア結晶粒子を内包しているアルミナ結晶粒子を有するセラミック焼結体からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の発光装置は、前記の発光素子搭載用セラミック基体からなる基板上に発光素子を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、近紫外光領域における光の反射率の高い発光素子搭載用セラミック基体および発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体を部分的に拡大した断面模式図であり、（ｂ）は、従来の発光素子搭載用セラミック基体を部分的に拡大した断面模式図である。
【図２】本発明の発光装置の一実施形態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、発光素子搭載用セラミック基体が平板状の基板である発光装置、（ｂ）は、平板状の基板の表面に発光素子搭載用セラミック基体からなる枠体を設けた発光装置である。
【図３】実施例において作製した試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．６の試料についての反射率の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）は、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体を部分的に拡大した断面模式図であり、（ｂ）は、従来の発光素子搭載用セラミック基体を部分的に拡大した断面模式図である。
【００１２】
本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａは、アルミナ結晶粒子１を主体とするセラミック焼結体からなるものであり、ジルコニア結晶粒子３が内包されているアルミナ結晶粒子１を含むものである。このような構成の発光素子搭載用セラミック基体Ａによれば、近紫外領域（波長：３６０〜４００ｎｍ）における光の反射率を高めることができる。
【００１３】
アルミナは、通常、結晶構造が三方晶系コランダム型構造であり、格子定数が、ａ＝０．４７〜０．４８ｎｍ、ｃ＝０．１２８〜０．１３２ｎｍの範囲を有するものである。一方、ジルコニアは温度領域により３種類の結晶構造を持つものであり、単斜晶系、正方晶系および立方晶系となるものであるが、格子定数は、例えば、立方晶系の場合、ａ＝０．５００〜０．５２０ｎｍである。
【００１４】
このように結晶構造および格子定数が大きく異なるアルミナ結晶粒子１とジルコニア結晶粒子３とを、ジルコニア結晶粒子３がアルミナ結晶粒子１の内部に包含されるように複合させた場合には、両結晶粒子の元々の屈折率の違いによる影響に加えて、ジルコニア結晶粒子３の周囲のアルミナ結晶粒子１内に転位などにより結晶格子が変形している領域が形成される。これにより光の反射率が変化しやすくなるものと考えられる。
【００１５】
ここで、アルミナ結晶粒子１を主体とするとは、リートベルト解析による測定でアルミナの含有量が８５質量％以上であるものをいう。この場合、アルミナ結晶粒子１は結晶構造が維持される限り、酸化アルミニウムとは異なる他の金属酸化物（例えば、Ｓｉ，アルカリ土類金属元素、希土類元素など）が固溶していても良い。
【００１６】
ジルコニア結晶粒子３とは、ジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分とする結晶粒子のことを言うが、上記した単斜晶系、正方晶系および立方晶系の３つの結晶構造を示すものであれば、わずかに安定化材などの成分が固溶していているものも含まれる意味である。なお、発光素子搭載用セラミック基体Ａ中に含まれるジルコニア結晶粒子３の割合としてはリートベルト解析による測定で１〜１０質量％であることが望ましい。この場合、残部はおおよそアルミナ結晶粒子１の含有量となる。
【００１７】
図１（ｂ）には、従来の発光素子搭載用セラミック基体を部分的に拡大した断面模式図を示しているが、ジルコニア結晶粒子３を有しないアルミナ質セラミック焼結体からなる発光素子搭載用セラミック基体の場合には、近紫外光領域における光の反射率が低いものとなる。
【００１８】
また、ジルコニア結晶粒子３がアルミナ結晶粒子１の粒界に存在するような結晶組織の場合には、両結晶粒子１、３間に屈折率の違いはあるものの、ジルコニア結晶粒子３が粒界に存在することにより発光素子搭載用セラミック基体Ａの表面にジルコニア結晶粒子３が存在することから、そのジルコニア結晶粒子３の色彩が濃く反映されるため、近紫外光領域における光の反射率が低いものとなる。
【００１９】
本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａでは、ジルコニア結晶粒子３を内包するアルミナ結晶粒子１の個数割合が、当該発光素子搭載用セラミック基体Ａの断面における単位面積内に認められるアルミナ結晶粒子１の総数を１００％としたときに６０％以上であることが望ましい。これにより近紫外光領域における光の反射率をさらに高めることが
可能になる。この場合、ジルコニア結晶粒子３はアルミナ結晶粒子１のほぼ中央部に存在していることが望ましい。
【００２０】
また、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａでは、アルミナ結晶粒子１は、その形状がほぼ平行な対向面を有しているものであることが望ましい。ここで、ほぼ平行とは、アルミナ結晶粒子１の対向する平坦な面が平行な状態から１０°以内の範囲で傾斜しているものも含まれる意味である。アルミナ結晶粒子１の形状として丸くなっているものではなく、アルミナ結晶粒子１を断面視したときの形状が細長状であるような、いわゆる対向する面が平坦でかつ面同士がほぼ平行なものである。このような形状のアルミナ結晶粒子１は対向する平坦な表面を有するものとなり、光の反射する面の面積が大きくなる。その結果、近紫外光領域における光の反射率を大きくすることができる。
【００２１】
この場合、アルミナ結晶粒子１は、発光素子搭載用セラミック基体Ａの断面での最長径が１０μｍ以上４０μｍ以下、最短径が５μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。このとき、ジルコニア結晶粒子３のサイズ（最大径）は１〜５μｍであることが望ましい。また、アルミナ結晶粒子１の平均粒径をＤ１、ジルコニア結晶粒子３の平均粒径をＤ２としたときの比Ｄ２／Ｄ１が０．０９〜０．１９であることが望ましい。ここで、アルミナ結晶粒子１およびジルコニア結晶粒子３の平均粒径は、発光素子搭載用セラミック基体Ａの断面において、アルミナ結晶粒子１が２０〜３０個含まれる円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、アルミナ結晶粒子１およびこれに内包されているジルコニア結晶粒子３のそれぞれの輪郭を画像処理し、結晶粒子の面積を求め、同じ面積を持つ円に置き換えたときの直径を算出することによって求める。
【００２２】
また、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａを構成するジルコニア結晶粒子３は、単斜晶ジルコニアと正方晶ジルコニアとの２相の混晶、単斜晶ジルコニアと立方晶ジルコニアとの２相の混晶、単斜晶ジルコニア、正方晶ジルコニアおよび立方晶ジルコニアの３相の混晶のうちのいずれかであることが望ましい。ジルコニア結晶粒子３がどのような結晶系を有するかの判定は、セラミック焼結体を粉砕した試料のＸ線回折パターンから求める。
【００２３】
図２は、本発明の発光装置Ｂの一実施形態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、発光素子搭載用セラミック基体Ａが平板状の基板８である発光装置、（ｂ）は、平板状の基板８の表面に発光素子搭載用セラミック基体Ａからなる枠体９を設けた発光装置である。
【００２４】
本実施形態の発光装置Ｂは、上記の発光素子搭載用セラミック基体Ａからなる基板８の表面および／または内部に導体５を形成し、この導体５の表面に発光素子７を搭載したものである。この発光装置Ｂは、基板８が、上述したように、アルミナ結晶粒子を主体とするセラミック焼結体中にジルコニア結晶粒子３を内包するアルミナ結晶粒子１を有するものであるため、アルミナ結晶粒子１とジルコニア結晶粒子３との間で屈折率の差が大きくなり、近紫外光領域における光の反射率を高めることができる。
【００２５】
なお、発光装置Ｂが、図２（ｂ）に示されるように、その表面に発光素子搭載用セラミック基体Ａからなる基板８と同材質の枠体９を備えたものであると、反射した光を一定の方向に集光させることが可能となり、より発光強度の高い発光装置を得ることができる。この場合、発光素子搭載用セラミック基体Ａからなる基板および枠体９のうちの少なくとも一方を本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａによって形成しても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａの製造方法について説明する。まず、原料粉末として、アルミナ粉末およびジルコニア粉末を準備する。アルミナ粉末の平
均粒径は１〜２μｍ、ジルコニア粉末の平均粒径は０．５〜１μｍであるものが良い。また、必要に応じて焼結助剤を添加しても良く、焼結助剤としては、ＳｉＯ２、アルカリ土類元素（Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ）の酸化物が好ましい。
【００２７】
次に、アルミナ粉末およびジルコニア粉末を有機ビヒクルとともにボールミルなどの攪拌混合機を用いて混合粉体を調製し、所定の形状に成形した後、１５００〜１７００℃の温度で焼成する。これにより本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａを得ることができる。
【００２８】
これは、上記した平均粒径の関係を持つアルミナ粉末とジルコニア粉末とを、アルミナ粉末１００質量部に対してジルコニア粉末１〜１０質量部の範囲で添加し、アルミナの粒成長を促すように焼成を行うことによりジルコニア結晶粒子３がアルミナ結晶粒子１に包含されるような結晶組織のセラミック焼結体が得られるからである。
【００２９】
つまり、本実施形態の発光素子搭載用セラミック基体Ａを構成するセラミック焼結体は、焼結助剤として、ＳｉＯ２、アルカリ土類元素（Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ）の酸化物の組合せにおいて、安定な液相を形成する組成を用いる。これにより高温で焼成した場合にも、焼結助剤から生じる結晶相が生成し難いことから、主原料であるアルミナ粉末同士が液相を介して接触しやくなり、これによりアルミナ結晶粒子１の粒成長が促進され、ジルコニア結晶粒子３を内包するアルミナ結晶粒子１が形成されやくなると考えられる。この場合、アルカリ土類元素の少なくとも２つの元素（成分）の組成が等モルに近い組成となるように焼結助剤の組成を調整するのが良い。また、このような焼結助剤を用いることにより、アルミナ結晶粒子１は、その形状がほぼ平行な対向面を有するものとなる。
【００３０】
なお、ジルコニア粉末の添加量が１質量部未満であると、アルミナ結晶粒子１の粒成長が抑制され、ジルコニア結晶粒子３がアルミナ結晶粒子１のほぼ中央領域（アルミナ結晶粒子１の周縁から平均粒径の約１０％の厚み分だけ入り込んだ領域）に取り込まれ難くなる。ジルコニア粉末の添加量がアルミナ粉末１００質量部に対して１０質量部より多くなると、添加する有機ビヒクルの量にも因るが、緻密な成形体を形成することが困難となる。なお、発光素子搭載用セラミック基体Ａの表面や内部に導体を形成する場合には、導体となる金属の種類に応じて焼成雰囲気の酸素濃度を変化させる。例えば、導体としてタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を用いるときには、水素−窒素の混合ガスを用いる。
【実施例】
【００３１】
まず、平均粒径が１．６μｍのアルミナ粉末（αアルミナ：純度９９．８質量％）、平均粒径が０．８μｍのジルコニア粉末（純度９９．８質量％）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を準備した。アルミナ粉末およびジルコニア粉末の混合粉末を１００質量部としたときに、酸化珪素（ＳｉＯ２）を４質量部、酸化カルシウム（ＣａＯ）を０．５質量部、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を０．５質量部添加して混合粉末を調製した。アルミナ粉末とジルコニア粉末との混合割合は表１に示した。なお、焼成後の発光素子搭載用セラミック基体に含まれるジルコニア結晶粒子の割合は調合組成にほぼ一致するものであった。
【００３２】
次に、混合粉末にアクリル樹脂の成形用バインダを添加し、高純度のアルミナボールを用いたミルによりスラリーを調製し、ドクターブレード法により平均厚みが２００μｍのセラミックグリーンシートを作製した後、このセラミックグリーンシートを金型を用いて製品形状の寸法に加工した。
【００３３】
次に、この製品形状の成形体を焼結させるために、プッシャー式トンネル炉にて、昇温
速度が約１５０℃／ｈ、最高温度が１５７０〜１５９０℃、最高温度での保持時間が２時間となる条件にて焼成を行ない、縦、横、厚みが、それぞれ６０ｍｍ、５０ｍｍ、０．４ｍｍの発光素子搭載用セラミックス基体の試料を作製した。得られた発光素子搭載用セラミックス基体はアルキメデス法による測定でいずれも気孔率が１％以下であり緻密な焼結体となっていた。
【００３４】
次に、得られた発光素子搭載用セラミックス基体の試料について、結晶組織、結晶粒子の平均粒径および反射率の測定を以下の方法で行なった。
【００３５】
発光素子搭載用セラミックス基体の結晶組織は、各試料の表面を表面から約２０μｍの深さまで鏡面研磨加工し、元素分析器を備えた走査型電子顕微鏡を用いて評価した。
【００３６】
アルミナ結晶粒子およびジルコニア結晶粒子の平均粒径は、発光素子搭載用セラミック基体の断面において、アルミナ結晶粒子またはジルコニア結晶粒子が約２０個含まれる円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、アルミナ結晶粒子またはジルコニア結晶粒子のそれぞれの輪郭を画像処理し、結晶粒子の面積を求め、同じ面積を持つ円に置き換えたときの直径を算出することによって求めた。
【００３７】
反射率測定用の試料のサイズは縦、横、厚みが、それぞれ３０ｍｍ、３０ｍｍ、０．２５ｍｍとした。作製した反射率測定用基板の反射率を分光測色計（コニカミノルタ製ＣＭ−３７００ｄ）を用いて波長３６０〜５００ｎｍの範囲にて測定した。表１には、３６０ｎｍ、３８０ｎｍおよび４５０ｎｍでの反射率を載せた。
【００３８】
セラミック焼結体中に存在するアルミナ結晶粒子のうち、ジルコニア結晶粒子を内包するアルミナ結晶粒子１の個数割合は、発光素子搭載用セラミック基体を切断した個片の断面を走査型電子顕微鏡により撮影し、得られた結晶組織の写真から結晶粒子の個数を数えることによって求めた。単位面積としては、アルミナ結晶粒子の総数が５０個入る領域とした。
【００３９】
また、発光素子搭載用セラミック基体の一部を粉砕した試料のＸ線回折パターンからアルミナ（１０４面）に対するジルコニアのＸ線回折強度を測定し、ジルコニアの結晶系毎に含有割合を求めた。このとき、正方晶ジルコニアと立方晶ジルコニアについては、ピークが重なった状態の回折強度とした。表１に示した、アルミナ（１０４）面に対する各結晶系のジルコニアの回折強度は、アルミナ（１０４）面を１としたときの値である。
【００４０】
比較例として、ジルコニア粉末を添加しなかった試料（試料Ｎｏ．１）と平均粒径がアルミナ粉末よりも大きいジルコニア粉末（平均粒径２μｍ）を用いて同様に作製した試料（試料Ｎｏ．２）を作製し、評価した。試料Ｎｏ．２の試料ではジルコニア結晶粒子がアルミナ結晶粒子の粒界に存在していることを確認した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
図３に、一例として、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．６の試料についての反射率の測定結果を示した。表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．３〜８では、波長３６０ｎｍにおける反射率がいずれも６７％以上、波長３８０ｎｍにおける反射率が７２％以上であった。これらの試料では、アルミナ結晶粒子中にジルコニア結晶粒子が包含されている結晶組織を成すものであった。また、試料Ｎｏ．３〜８は、セラミック焼結体中に含まれるジルコニア結晶粒子が単斜晶ジルコニアとともに、正方晶ジルコニアおよび立方晶ジルコ
ニアのうちの少なくとも一方を含む混晶であった。
【００４３】
この中で、ジルコニア結晶粒子を内包するアルミナ結晶粒子の個数割合が６０％（５０個中３０個）以上である試料Ｎｏ．６〜８では、波長３６０ｎｍにおける光の反射率が７０％以上であった。
【００４４】
これに対し、ジルコニア粉末を添加しなかった試料（試料Ｎｏ．１）およびジルコニア結晶粒子がアルミナ結晶粒子の粒界に存在する結晶組織を有する試料Ｎｏ．２は、ともに、波長３８０ｎｍ以下での反射率が６７％と低かった。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ・・・・・発光素子搭載用セラミック基体
Ｂ・・・・・発光装置
１・・・・・アルミナ結晶粒子
３・・・・・ジルコニア結晶粒子
５・・・・・導体
７・・・・・発光素子
８・・・・・基板
９・・・・・枠体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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