(57)【要約】【課題】本発明は、レーザー光等の光エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することができる光部品用封着ガラスを得ること、つまりレーザー光等による局所加熱に好適な光部品用封着ガラスを得ることにより、光部品の信頼性向上を図ることを技術的課題とする。【解決手段】本発明の光部品用封着ガラスは、照射光による封着処理に供される光部品用封着ガラスであり、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、透過率が７０％以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光による封着処理に供される光部品用封着ガラスであり、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、透過率が７０％以下であることを特徴とする光部品用封着ガラス。
【請求項２】
紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する金属酸化物をガラス組成中に０．０１モル％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の光部品用封着ガラス。
【請求項３】
ガラス組成として、遷移金属酸化物を０．０１モル％以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光部品用封着ガラス。
【請求項４】
ガラス組成として、下記酸化物換算でＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3を０．０１モル％以上含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光部品用封着ガラス。
【請求項５】
照射光がレーザー光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光部品用封着ガラス。
【請求項６】
照射光が赤外光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光部品用封着ガラス。
【請求項７】
光部品が発光デバイスを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光部品用封着ガラス。
【請求項８】
光部品がＬＥＤを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光部品用封着ガラス。
【請求項９】
光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法であって、照射光で光部品用封着ガラスを溶解させて、封着処理に供することを特徴とする光部品の封着方法。
【請求項１０】
照射光として、レーザー光を使用し、且つ該レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることを特徴とする請求項９に記載の光部品の封着方法。
【請求項１１】
照射光として、赤外光を使用し、且つ該赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることを特徴とする請求項９に記載の光部品の封着方法。
【請求項１２】
光部品用封着ガラスのガラス転移点が１５０℃〜７００℃の範囲内であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の光部品の封着方法。
【請求項１３】
波長を１０６０ｎｍに設定し、パワー密度を３〜８ｋＷ／ｃｍ2の範囲に設定してレーザー光を照射することを特徴とする請求項１０又は請求項１２に記載の光部品の封着方法。
【請求項１４】
光部品は、発光デバイスと、蛍光体と、金属材料を含むリフレクタと、を備え、かつ、照射光によって照射された光部品用封着ガラスが溶融し、リフレクタと蛍光体とを局所的に結合させることで、発光デバイスを封着することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の光部品の封着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光部品用封着ガラスに関し、特にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光デバイスに好適な封着ガラスに関する。また、本発明は、光部品の封着方法に関し、特にＬＥＤ等の発光デバイスに好適な封着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光部品の封着材料として有機樹脂系接着剤が用いられているが、一般的に、有機樹脂系接着剤は、耐候性や耐熱性に劣っており、光部品を長期に亘って使用した場合、デバイスの寸法や信頼性に不具合が生じやすくなる。具体的には、ＬＥＤ等の発光デバイスをハイパワーで使用する際に、デバイスの寸法や信頼性に不具合が生じやすくなる。また、有機樹脂系接着剤を使用した場合、有機樹脂系接着剤の成分が揮発すると、それが不純物となり、デバイスの特性を劣化させるおそれもある。
【０００３】
一方、ガラスは、有機樹脂系接着剤に比べ、化学的耐久性および耐熱性が優れるとともに、光部品の気密性を確保するのに適している。
【０００４】
これらのガラスは、用途によっては機械的強度、流動性、電気絶縁性等様々な特性が要求されるが、少なくともＬＥＤ等の発光デバイス等に使用される発光素子を劣化させない温度で封着可能であることが要求される。
【０００５】
特に、ＬＥＤ等の発光デバイスの封着、つまり金属ケース（ＬＥＤリフレクタ等）と波長変換部材を電気炉等で封着する場合、２００℃未満の温度で封着する必要がある。２００℃以上の高温で金属ケースと波長変換部材を封着すると、ＬＥＤ等の発光デバイスをハイパワーで使用する際に、デバイスの信頼性に不具合が生じやすくなり、結局のところ、上記問題点が解決できないことになる。近年、ＬＥＤ等の発光デバイスの高機能化が進んでいる傾向に照らせば、その問題がますます顕在化することになる。
【特許文献１】米国特許６４１６３７５号公報
【特許文献２】特開２００６‐３１５９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の通り、光部品は、構成部材の寸法精度および品質要求が高いことから、製品の信頼性に影響を及ぼす部位に不当な熱履歴をかけず、構成部材同士を短時間で封着する必要がある。
【０００７】
このような事情に鑑み、レーザー光等を封着ガラスに照射し、封着ガラスを溶解させることで、構成部材同士を封着することが検討されている。レーザー光等は、封着すべき部位のみを局所加熱することができることから、構成部材の劣化を抑えることができる。
【０００８】
しかし、特許文献１、２には、封着ガラスにレーザー光を照射して、ガラス基板同士を封着する方法が記載されているものの、封着ガラスとして、どのようなものが好適であるかといった観点からの記載はなく、レーザー光を封着ガラスに照射しても、封着ガラスがレーザー光の光エネルギーを熱エネルギーに効率良く変換することができず、つまりレーザー光が封着ガラスを透過し、このような封着ガラスを用いて構成部材同士を封着する場合には、レーザー光の出力を上げる必要があり、その結果、製品の信頼性に影響を及ぼす部位に不当な熱履歴がかかり、製品特性が劣化するおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、レーザー光等の光エネルギーを熱エネルギーに効率良く変換することができる光部品用封着ガラスを得ること、つまりレーザー光等による局所加熱に好適な光部品用封着ガラスを得ることにより、光部品の信頼性向上および製造効率の向上を図ることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者が鋭意努力した結果、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光部品用封着ガラスの透過率を７０％以下に規制し、これを照射光による封着処理に用いることにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の光部品用封着ガラスは、照射光による封着処理に供される光部品用封着ガラスであり、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、透過率が７０％以下であることを特徴とする。なお、透過率の測定試料は、厚さ２ｍｍの試料を用い、且つ溶融ガラスを成形し、鏡面研磨した試料を使用する。
【００１１】
光部品の封着材料として、ガラスを使用すれば、封着部位の耐候性や耐熱性を高めることができるとともに、光部品の気密信頼性を確保することもできる。
【００１２】
また、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光部品用封着ガラスの透過率を７０％以下に規制すれば、レーザー光等の光エネルギーを熱エネルギーに効率良く変換することができる。すなわち、封着すべき部位のみを的確に局所加熱することができることから、構成部材の劣化を抑えることができるとともに、短時間で封着を完了することができる。その結果、光部品の信頼性を向上させることができるとともに、光部品の製造効率を高めることができる。なお、レーザー光等で封着ガラスを局所加熱する場合、加熱箇所から１ｍｍ程度離れた部分の温度は１００℃以下である。
【００１３】
特に、ＬＥＤ等の発光デバイスの封着、例えば金属ケースと波長変換部材を封着する場合、レーザー光等で封着ガラスを溶解させると、発光素子の劣化を抑えながら、金属ケースと波長変換部材を短時間で封着することができる。その結果、ＬＥＤ等の発光デバイスの信頼性に不具合が生じにくくなる。
【００１４】
第二に、本発明の光部品用封着ガラスは、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する金属酸化物をガラス組成中に０．０１モル％以上含有することに特徴付けられる。
【００１５】
第三に、本発明の光部品用封着ガラスは、ガラス組成として、遷移金属酸化物を０．０１モル％以上含有することに特徴付けられる。
【００１６】
第四に、本発明の光部品用封着ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算でＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3（ＣｕＯ、ＮｉＯおよび／またはＦｅ2Ｏ3の合量）を０．０１モル％以上含有することに特徴付けられる。このようにすれば、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光部品用封着ガラスの透過率を７０％以下に規制しやすくなる。
【００１７】
第五に、本発明の光部品用封着ガラスは、照射光がレーザー光であることに特徴付けられる。
【００１８】
第六に、本発明の光部品用封着ガラスは、照射光が赤外光であることに特徴付けられる。
【００１９】
第七に、本発明の光部品用封着ガラスは、光部品が発光デバイスであることに特徴付けられる。
【００２０】
第八に、本発明の光部品用封着ガラスは、光部品がＬＥＤであることに特徴付けられる。
【００２１】
第九に、本発明の光部品の封着方法は、光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法であって、照射光で光部品用封着ガラスを溶解させて、封着処理に供することに特徴付けられる。
【００２２】
第十に、本発明の光部品の封着方法は、照射光として、レーザー光を使用し、且つ該レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることに特徴付けられる。
【００２３】
第十一に、本発明の光部品の封着方法は、照射光として、赤外光を使用し、且つ該赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることに特徴付けられる。
【００２４】
第十二に、本発明の光部品の封着方法は、光部品用封着ガラスのガラス転移点が１５０℃〜７００℃の範囲内であることに特徴付けられる。
【００２５】
第十三に、本発明の光部品の封着方法は、波長を１０６０ｎｍに設定し、パワー密度（出力／照射面積）を３〜８ｋＷ／ｃｍ2の範囲に設定してレーザー光を照射することに特徴付けられる。
【００２６】
第十四に、本発明の光部品の封着方法は、光部品は、発光デバイスと、蛍光体と、金属材料を含むリフレクタと、を備え、かつ、照射光によって照射された光部品用封着ガラスが溶融し、リフレクタと蛍光体とを局所的に結合させることで、発光デバイスを封着することに特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の光部品用封着ガラスにおいて、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、透過率が７０％以下、好ましくは６５％以下、より好ましくは６０％以下、特に好ましくは５５％以下である。紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、透過率が７０％より高いと、レーザー光等がガラスに吸収されにくくなり、つまりガラスが軟化変形しにくくなり、構成部材同士の封着強度が低下しやすいことに加えて、封着に際し、長時間を要することになる。
【００２８】
本発明の光部品用封着ガラスにおいて、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する金属酸化物をガラス組成中に０．０１モル％以上含有することが好ましく、０．０５モル％以上含有することがより好ましく、０．１モル％以上含有することが更に好ましい。紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する金属酸化物が０．０１モル％より少ないと、レーザー光等を照射しても、ガラスがレーザー光等を吸収しないため、局所加熱することが困難になり、結果的に、光部品の信頼性が損なわれやすくなる。
【００２９】
紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する金属酸化物は、遷移金属酸化物であることが好ましい。遷移金属酸化物としては、たとえばＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＭｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＭｏＯ3等がある。遷移金属酸化物は、ガラスの透過率を確実に低下させることができることに加えて、ガラスの熱的安定性を向上させる効果があり、ガラス組成中に所定量含有させると、ガラスが軟化変形する際に、ガラスが失透し難くなり、光部品の気密信頼性を担保することができる。特に、遷移金属酸化物として、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3が好適であり、これらを一種または二種以上含有させると、レーザー光等の光エネルギーを熱エネルギーに確実に変換できるとともに、ガラスの熱的安定性を確実に向上させることができる。ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量は、０．０１モル％以上が好ましく、０．０５モル％以上がより好ましく、０．１モル％以上が更に好ましい。ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量が０．０１モル％より少ないと、上記効果を享受し難くなる。
【００３０】
本発明の光部品用封着ガラスにおいて、ガラス転移点は７００℃以下が好ましく、６００℃以下がより好ましく、５００℃以下が更に好ましく、４００℃以下が特に好ましく、３５０℃以下が最も好ましい。ガラス転移点が７００℃より高いと、レーザー光等を照射しても、封着ガラスが軟化し難い傾向があり、構成部材同士の封着強度を高めるためには、レーザー光等の出力を上げなければならない。ガラス転移点の下限は特に限定されないが、ガラスの熱的安定性を考慮すれば、ガラス転移点は１５０℃以上が目安になる。
【００３１】
本発明の光部品用封着ガラスは、実質的にＰｂＯを含有しないことが好ましい。このようにすれば、近年の環境的要請を的確に満たすことができる。ここで、「ＰｂＯを実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯの含有量が１０００ｐｐｍ以下の場合を指す。
【００３２】
本発明の光部品用封着ガラスとして、種々のガラス組成系を使用可能であるが、ガラスの熱的安定性、低融点特性等の点で、ＳｎＯ−Ｐ2Ｏ5系ガラス、Ｖ2Ｏ5−Ｐ2Ｏ5系ガラス、Ａｇ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5系ガラス、ＣｕＯ−Ｐ2Ｏ5系ガラス、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラス等が好適である。特に、Ａｇ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5系ガラスおよびＢｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスは、封着強度が高く、更にはガラス組成中にＰｂＯを含有しなくても熱的安定性が良好であるため、好適である。
【００３３】
Ａｇ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5系ガラスにおいて、下記酸化物換算のモル％表示で、ガラス組成範囲をＡｇ2Ｏ  ２０〜６０％、Ｐ2Ｏ5  １５〜６０％、ＴｅＯ2  ０〜５０％、Ｎｂ2Ｏ5  ０〜２０％、ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3  ０．０１〜２０％に規制すれば、低融点特性と熱的安定性に優れ、更には所定の波長域で光吸収特性を有するため、好ましい。
【００３４】
本発明において、Ａｇ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5系ガラスのガラス組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００３５】
Ａｇ2Ｏは、ガラスを低融点化させるとともに、ガラスの耐水性を向上させる効果があり、その含有量は２０〜６０％、好ましくは２２〜５５％、より好ましくは２５〜５０％である。Ａｇ2Ｏの含有量が２０％より少ないと、ガラスの粘性が高くなり、低温封着が困難になるとともに、耐水性が低下しやすくなる。一方、Ａｇ2Ｏの含有量が７０％より多いと、ガラス化が困難になる。
【００３６】
Ｐ2Ｏ5も、ガラスの骨格を形成する成分であるとともに、ガラスを低融点化させる成分であり、その含有量は１５〜６０％、好ましくは１７〜５０％、より好ましくは２０〜３５％である。Ｐ2Ｏ5の含有量が１５％より少ないと、ガラス化が困難となり、５５％より多いと、耐水性が低下しやすくなる。
【００３７】
ＴｅＯ2は、ガラスを安定化させる成分の中ではガラス転移点を上昇させにくい成分であり、その含有量は０〜５０％、好ましくは２〜５０％、より好ましくは５〜４５％、更に好ましくは７〜４０％である。ＴｅＯ2の含有量が５０％より多いと、ガラスの耐水性が低下しやすくなる。
【００３８】
Ｎｂ2Ｏ5は、ガラスの耐水性を向上させるのに著しい効果があり、その含有量は０〜２０％、好ましくは１〜１５％、より好ましくは１〜１２％である。Ｎｂ2Ｏ5の含有量が２０％より多いと、ガラスの粘性が高くなる。
【００３９】
ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3は、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有する光を照射すると、光を吸収して、ガラスを軟化させやすくするための成分であり、その含有量は０．０１〜２０％であり、好ましくは０．０５〜２０％、より好ましくは０．１〜１０％である。ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量が０．０１％より少ないと、光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量が２０％より多いと、ガラス組成のバランスを欠き、ガラスが不安定になりやすい。酸化鉄中のＦｅイオンは、Ｆｅ2+、或いはＦｅ3+が想定されるが、本発明において、酸化鉄中のＦｅイオンは、Ｆｅ2+、或いはＦｅ3+のいずれかに限定されるものではなく、いずれであっても構わない。特に、照射光として赤外光を使用する場合、Ｆｅ2+は赤外域に吸収ピークを有することから、Ｆｅ2+の割合を高くする方が好ましく、酸化鉄中のＦｅ2+／Ｆｅ3+の比率を０．０３以上（望ましくは０．０８以上）にすることが好ましい。
【００４０】
上記成分以外にも、以下の成分をガラス組成中に更に含有させることができる。
【００４１】
ＺｎＯは、ガラスを安定化させる働きの他に、熱膨張係数を低下させる効果があり、その含有量は０〜５５％、好ましくは０〜２５％、より好ましくは１〜１５％である。ＺｎＯの含有量が５５％より多いと、ガラスの粘性が高くなりやすい。
【００４２】
Ｂ2Ｏ3は、ガラスを安定化させる効果があり、その含有量は０〜１５％、好ましくは０〜１２％である。Ｂ2Ｏ3が１５％より多いと、ガラスの粘性が高くなる。
【００４３】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスを安定化させる成分であり、その含有量は０〜２０％、好ましくは０〜１５％、より好ましくは０〜１２％である。Ａｌ2Ｏ3の含有量が２０％より多いと、ガラスの粘性が高くなる傾向がある。
【００４４】
ＭｎＯ2とＷＯ3は、ガラスの耐水性の向上させるとともに、熱膨張係数を低下させる効果があり、その含有量はそれぞれ０〜２０％、好ましくは０〜１５％である。ＭｎＯ2とＷＯ3の含有量がそれぞれ２０％より多いと、ガラスの粘性が高くなりやすい。
【００４５】
また、上記成分以外にも、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＭｏＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＧｅＯ2や、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｇａ、Ｐ、Ａｇのハロゲン化物や硫化物をそれぞれ５％まで含有させることが可能である。
【００４６】
なお、ハロゲン化物とは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物のことである。金属元素が同じ場合には、これらを使用する方が、酸化物を使用するよりも、ガラスの粘性を低下させる効果が大きい。
【００４７】
また、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスにおいて、下記酸化物換算のモル％表示で、ガラス組成範囲をＢｉ2Ｏ3  ５〜６０％、Ｂ2Ｏ3  １０〜５０％、ＺｎＯ  ５〜５０％、ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ  ０〜３０％、ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3  ０．０１〜２０％、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3  ０〜１５％、ＷＯ3  ０〜５％、Ｓｂ2Ｏ3  ０〜５％、Ｉｎ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3  ０〜５％に規制すれば、低融点特性と熱的安定性に優れるとともに、所定の波長域で光吸収特性を有するため、好ましい。
【００４８】
本発明において、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスのガラス組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００４９】
Ｂｉ2Ｏ3は、軟化点を下げるための主要成分である。その含有量は５〜６０％、好ましくは１０〜５５％、より好ましくは１５〜５０％、更に好ましくは２０〜４５％である。Ｂｉ2Ｏ3の含有量が５％より少ないと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎ、封着しにくくなる。一方、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が６０％より多いと、ガラスが熱的に不安定になり、ガラスが失透しやすくなる。
【００５０】
Ｂ2Ｏ3は、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスのガラスネットワークを形成する成分である。その含有量は１０〜５０％、好ましくは１２〜４５％、より好ましくは１５〜４０％、更に好ましくは１５〜３６％である。Ｂ2Ｏ3の含有量が１０％より少ないと、ガラスが熱的に不安定になり、失透しやすくなる。一方、Ｂ2Ｏ3の含有量が５０％より多いと、ガラスの粘性が高くなり過ぎ、封着することが困難になる。
【００５１】
ＺｎＯは、失透を抑制する成分である。その含有量は５〜５０％、好ましくは７〜４５％、より好ましくは１０〜４０％、更に好ましくは１３〜３５％である。ＺｎＯの含有量が５％より少ないと、失透を抑制する効果が得られにくくなる。ＺｎＯの含有量が５０％より多いと、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
【００５２】
ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＣａＯは失透を抑制する成分である。これらの成分は、合量で３０％まで含有させることができる。これらの成分の合量が３０％より多くなると、ガラスの軟化点が高くなり過ぎ、封着することが困難になる。
【００５３】
ＢａＯの含有量は０〜１０％が好ましく、２〜９％がより好ましい。ＢａＯの含有量が１０％より多いと、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
【００５４】
ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＣａＯのそれぞれの含有量は０〜２０％が好ましく、０〜１５％がより好ましい。各成分の含有量が２０％より多いと、ガラスが失透や分相しやすくなる。
【００５５】
ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3は、ガラスの安定性を向上させる成分であるとともに、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有する光を照射すると、光を吸収して、封着ガラスを軟化させやすくするための成分であり、その含有量は０．０１〜２０％であり、好ましくは０．０５〜２０％、より好ましくは０．１〜１０％である。ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量が０．０１％より少ないと、光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、ＣｕＯ＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3の含有量が２０％より多いと、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
【００５６】
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの耐候性を向上させる成分である。その含有量は、合量で０〜１５％が好ましく、０〜１０％がより好ましい。これらの成分の合量が１５％より多いと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎ、封着することが困難となる。特に、ＳｉＯ2の含有量は、０〜１５％が好ましく、０〜１０％がより好ましい。Ａｌ2Ｏ3の含有量は０〜５％が好ましく、０〜２％がより好ましい。
【００５７】
ＷＯ3は、ガラスの失透を抑制するための成分であり、その含有量は０〜５％が好ましく、０〜２％がより好ましい。Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスにおいて、ガラスの軟化点を下げるためには、Ｂｉ2Ｏ3の含有量を多くする必要があるが、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が多くなると、封着処理中にガラスから結晶が析出して、ガラスの流動性が阻害される。特に、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が４０％以上の場合、その傾向が顕著になる。しかし、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスにおいて、ＷＯ3を適宜添加すれば、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が４０％以上であっても、ガラスの熱的安定性が低下しにくくなる。ただし、ＷＯ3の含有量が５％より多くなると、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
【００５８】
Ｓｂ2Ｏ3は、ガラスの失透を抑制するための成分であり、その含有量は０〜５％が好ましく、０〜２％がより好ましい。Ｓｂ2Ｏ3はＢｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスのネットワーク構造を安定化させる効果があり、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスにＳｂ2Ｏ3を適宜添加することにより、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が４０％以上であっても、ガラスの熱的安定性が低下しにくくなる。ただし、Ｓｂ2Ｏ3の含有量が５％より多くなると、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
【００５９】
Ｉｎ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3は必須成分ではないが、ガラスの失透を抑制するための成分であり、その含有量は合量で０〜５％が好ましく、０．１〜３％がより好ましい。Ｉｎ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3はＢｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスのネットワーク構造を安定化させる効果があり、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラスにＩｎ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3を適宜添加することにより、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が４０％以上であっても、ガラスの熱的安定性が低下しにくくなる。ただし、Ｉｎ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3の含有量が５％より多くなると、ガラス組成内のバランスを欠き、逆にガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。なお、Ｉｎ2Ｏ3の含有量は０〜５％がより好ましく、Ｇａ2Ｏ3の含有量は０〜２％がより好ましい。
【００６０】
Ｌｉ、Ｎａ、ＫおよびＣｓの酸化物は、ガラスの軟化点を低くする成分であるが、溶融時にガラスの失透を促進する作用を有するため合量で２％以下であることが好ましい。
【００６１】
また、上記成分以外の成分であっても、ガラスの特性を損なわない範囲で１５％まで添加することができる。
【００６２】
Ｐ2Ｏ5は、溶融時の失透を抑制する成分であるが、添加量が１％よりも多いと溶融時にガラスが分相しやすいため好ましくない。
【００６３】
ＭｏＯ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2およびＧｄ2Ｏ3は、溶融時にガラスの分相を抑制する成分であるが、これらの合量が３％よりも多いとガラスの軟化点が高くなり、６００℃以下の温度で焼成しにくくなる。
【００６４】
本発明の光部品用封着ガラスは、特に形状は限定されず、ロッド状、ボタン状、粉末状等に加工して使用することができる。特に、封着ガラスが粉末状であれば、ビークル（溶剤中に有機樹脂を溶解させたもの）中に分散させることで、容易にペースト化することができる。また、得られたペーストをディスペンサー等の塗布機に投入した上で、ディスペンサーノズルから吐出すれば、所望の封着パターンを容易に形成することができる。
【００６５】
本発明の光部品用封着ガラスにおいて、熱膨張係数は、３０〜２００℃の温度範囲において、６０〜２００×１０-7／℃が好ましく、７０〜１９０×１０-7／℃がより好ましく、８０〜１８５×１０-7／℃が更に好ましい。光部品用封着ガラスの熱膨張係数が上記範囲内であると、光部品の構成部材、例えば光学部品に使用される金属ケース、光学レンズ、或いは波長変換部材等の熱膨張係数と整合しやすくなり、光学部品を封着した後に、熱膨張係数の差に起因する封着層の割れや剥離等を防止することができる。
【００６６】
光部品の構成部材の熱膨張係数が低い、例えば約５０×１０-7／℃程度の場合、光部品用封着ガラスと光部品の熱膨張係数が整合しないこともあるが、そのような場合には、ガラス粉末に適量の耐火性フィラー粉末を含有させて、熱膨張係数を整合させることもできる。この場合、ガラス粉末５０〜９９．９体積％、耐火性フィラー粉末０．１〜５０体積％の割合で混合させることが好ましく、ガラス粉末７０〜９０体積％、耐火性フィラー粉末１０〜３０体積％の割合で混合させることがより好ましい。耐火性フィラー粉末の含有量が０．１体積％より少ないと、耐火性フィラーを添加させることによる効果が乏しくなり、５０体積％より多いと、ガラスが流動し難くなり、封着強度が低下するおそれが生じる。
【００６７】
熱膨張係数を低下させる耐火性フィラー粉末としては、ＮａＺｒ2（ＰＯ4）3型固溶体、ウイレマイト、コーディエライト、ジルコン、酸化スズ、β−ユークリプタイト、リン酸ジルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チタン酸アルミニウム等を使用することができるが、特にＮａＺｒ2（ＰＯ4）3型固溶体は、Ａｇ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5系ガラスと相性が良く、低膨張であり、好ましい。なお、ここでいうＮａＺｒ2（ＰＯ4）3型固溶体は、次の一般式で表される物質であり、Ｘは１価に相当し、Ｙは４価に相当し、Ｚは５価に相当する。
【００６８】
ＸＹ2Ｚ3Ｏ12
Ｘ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、１／２Ｍｇ、１／２Ｃａ、１／２Ｓｒ、１／４Ｚｒ
Ｙ＝Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｂ−Ｎａ、Ｔａ−Ｎａ、Ｖ−Ｎａ
Ｚ＝Ｐ、Ｓｉ＋Ｎａ
【００６９】
紫外域、可視域、赤外域のいずれかの波長において、光吸収を有する耐火性フィラー粉末をガラス粉末に添加し、レーザー光等の光吸収を促進させることも可能である。また、封着層の機械的強度を向上させる目的で耐火性フィラーを添加することもできる。
【００７０】
本発明の光部品用封着ガラスは、光部品の構成部材が金属であることが好ましい。一般的に、封着ガラスを用いて、金属を封着する場合、ガラス基板等を封着する場合に比べて、封着強度を高めることは困難であるが、本発明の封着ガラスは、レーザー光等を効率良く吸収できることから、構成部材が金属であっても、強固な封着強度を得ることができる。なお、金属材料として、ＳＵＳ、ステンレス、チタン、鉄ニッケル、アルミニウム、コバール、銅、銀メッキされた銅等は、安価であり、金属ケースに成型しやすく、好適である。
【００７１】
本発明の光部品用封着ガラスは、ＬＥＤ等の発光デバイスに使用することが好ましい。ＬＥＤ等の発光デバイスは、電気炉等で２００℃以上に加熱すると、発光素子の特性が劣化するおそれがあるとともに、蛍光体の蛍光特性も劣化するおそれがある。本発明の光部品用封着ガラスを使用すれば、レーザー光等を用いて、局所加熱することができるため、ＬＥＤ素子や蛍光体の特性を損なうことなく、封着することができる。なお、本発明の光部品用封着ガラスは、レーザー光等と同様にして、高出力ＬＥＤから出力された光源を用いて局所加熱することにより、ＬＥＤ素子や蛍光体の特性を損なうことなく、封着することもできる。
【００７２】
本発明の光部品用封着ガラスは、ＬＥＤ等の発光デバイスの金属ケースと、蛍光体をガラス中に分散させた波長変換部材の封着に用いることが好ましい。本発明の光部品用封着ガラスは、レーザー光等を用いて、局所加熱することができるため、封着層を形成したい部位のみに封着層を形成することができ、波長変換部材の軟化変形および波長変換部材の特性変動を抑制することができる。また、金属ケースは、内部にリフレクタ形状を有することが好ましい。このようにすれば、光取り出し効率を向上させることができる。
【００７３】
蛍光体は、ＬＥＤ等の発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。
【００７４】
波長変換部材は、ガラス粉末と蛍光体粉末とを均一に混合したものが好ましく、この混合粉末を加熱プレス成形したものが好ましい。波長変換部材は、ＬＥＤ等の発光素子から出射された光を吸収した上で、波長変換を行い、所定の光を放出するが、吸収した光の一部は熱に変換される。しかし、蛍光体をガラス中に均一に分散すれば、蛍光体に蓄積した熱を効率よく拡散することができる。また、蛍光体をガラス中に均一に分散すれば、出射光の配光色ムラを低減することもできる。なお、蛍光体の他に酸化チタンなどの光拡散剤や、酸化防止剤なども混合しておくこともできる。
【００７５】
ＬＥＤ等の発光デバイスの封着に際し、波長変換部材の外周端部に沿って封着層を形成すれば、波長変換部材と金属ケースを確実に封着することができる。また、波長変換部材の一部、例えば波長変換部材の側面の一部に封着層を形成すれば、封着処理を短時間で行うことができる。
【００７６】
本発明の光部品の封着方法は、光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法であって、照射光で光部品用封着ガラスを溶解させて、封着処理に供することを特徴とする。ここで、本発明の光部品の封着方法は、本発明の光部品用封着ガラスの説明の欄に記載された作用効果、構成要件および好ましい態様等を併有することができるため、ここでは、便宜上、その記載を省略する。
【００７７】
本発明の光部品の封着方法において、照射光として、レーザー光を使用し、且つ該レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることが好ましい。また。レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率は、７０％以下であることが好ましく、６５％以下がより好ましく、６０％以下が更に好ましく、５５％以下が特に好ましい。レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率を７０％以下に規制すれば、レーザー光による局所加熱で的確にガラスを溶解させることができる。一方、レーザー光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％より高いと、レーザー光が封着ガラスに吸収されにくくなり、ガラスが軟化変形しにくくなる。照射光の光源として、種々のレーザーを使用することができるが、特に、半導体レーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ2レーザー、エキシマレーザー等は、取り扱いが容易な点で好適である。
【００７８】
本発明の光部品の封着方法において、照射光として、赤外光を使用し、且つ該赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％以下であることが好ましい。また、赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率は、７０％以下であることが好ましく、６５％以下がより好ましく、６０％以下が更に好ましく、５５％以下が特に好ましい。赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率を７０％以下に規制すれば、赤外光による局所加熱で的確にガラスを溶解させることができる。一方、赤外光の発光中心波長における光部品用封着ガラスの透過率が７０％より高いと、赤外光が封着ガラスに吸収されにくくなり、ガラスが軟化変形しにくくなる。
【実施例１】
【００７９】
以下、本発明の光部品用封着ガラスを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００８０】
表１は、本発明の封着用ガラス組成物の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）および比較例（試料Ｎｏ．８、９）を示している。
【００８１】
【表１】
2009067632.tif 000002
【００８２】
各ガラス試料は次のようにして調製した。まず表１のガラス組成を有するようにバッチ原料を調合し、白金坩堝を用いて、電気炉で８００〜１０００℃１時間溶融した。実施例７については電気炉で１３００℃３時間溶融した。次に、溶融ガラスを白金坩堝からカーボン板の上に流し出して、板状のガラスを成形した。最後に、板状のガラスをアニール処理して、各試料を作製した。
【００８３】
得られた各試料について、ガラス転移点、透過率を測定するとともに、封着性を評価した。
【００８４】
ガラス転移点は、各試料を２０ｍｍ×５ｍｍφに加工した後、ディラトメーターで測定した。
【００８５】
透過率は、板状のガラスを厚さ２ｍｍになるように、鏡面研磨して、各試料を作製した後、分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ−３１００ＰＣ）を用いて、波長３００〜１６００ｎｍにおいて測定し、表中には、１０６０ｎｍにおける透過率を示した。
【００８６】
封着性は、板状のガラスを厚さ２ｍｍになるように、鏡面研磨して、各試料を作製した後、各試料に波長１０６０ｎｍのＹＡＧレーザー（出力６００ｍＷ）を照射することで評価した。ＹＡＧレーザーを照射した後、ガラスが溶解する状態を顕微鏡でその場観察し、ガラスが軟化変形しているものを「○」、ガラスが軟化変形していないものを「×」として評価した。なお、パワー密度条件についても評価した。その結果、特に、試料Ｎｏ．１については、パワー密度を３〜８ｋＷ／ｃｍ2の範囲に設定することが好ましいことが分かった。パワー密度が８ｋＷ／ｃｍ2より高いと、ガラス試料に照射された部位が極度に加熱され、応力集中を引き起こし易くなり、３ｋＷ／ｃｍ2より低いとガラスが実質的に溶解しにくくなる。上記試料について所定の封着部位を効率的に封着させていくには、パワー密度を８ｋＷ／ｃｍ2近傍に設定することが最も好ましい。
【００８７】
その結果、試料Ｎｏ．１〜７は、ガラス転移点が２３４〜５８５℃であり、波長１０６０ｎｍにおいて透過率が７０％以下であり、封着性の評価も良好であった。よって、試料Ｎｏ．１〜７は、ＹＡＧレーザーを照射すれば、良好に軟化変形し、光部品の封着に好適に使用できることが分かる。一方、試料Ｎｏ．８、９は、波長１０６０ｎｍにおいて透過率が７０％より高く、封着性の評価も不良であった。よって、試料Ｎｏ．８、９は、ＹＡＧレーザーを照射しても、ガラスが軟化変形し難く、光部品の封着に不適であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の光部品用封着ガラスは、ＬＥＤ等の発光デバイス、球レンズキャップ部品、ＬＤキャップ部品等の光部品の封着に好適であり、特に、少なくとも構成部材の一方が金属である光部品の封着に好適である。