JP2017067993A - Manufacturing method of substrate, substrate obtained thereby, and manufacturing method of light emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、LEDが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】結晶基板と2種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とを積層する基板の製造方法であって、前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法である。
【選択図】図2A method of manufacturing a substrate capable of easily obtaining a substrate having a light conversion function and capable of producing an LED by simultaneously completing the bonding of the light conversion layer portion of the inorganic material and obtaining the same. And a method for manufacturing the light emitting device.
A method of manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more kinds of crystal phases are entangled with each other are laminated, wherein the raw material of the ceramic composite is used above the melting point of the crystal substrate. A raw material adjusting step for adjusting the raw material to be lowered, a raw material laminating step for laminating the crystal substrate and the raw material, and a heating step for heating the raw material so that the raw material is melted and integrated with the crystal substrate; And a cooling step of cooling the melted raw material to obtain a crystallized ceramic composite.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ディスプレイ、照明、バックライト光源等に利用できる発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。具体的には、光変換機能、光散乱機能を有した発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a light emitting diode that can be used for a display, illumination, a backlight light source, and the like, a substrate obtained thereby, and a method for manufacturing a light emitting device. Specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a light emitting diode having a light conversion function and a light scattering function, a substrate obtained thereby, and a method for manufacturing a light emitting device.
近年、窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードを発光源とする白色発光ダイオード(LED)が広く普及を始めている。白色LEDは、高効率、長寿命、軽量、水銀フリーであるため、エネルギー・環境の観点から優れた光源である。さらに近年、これらの光源は、自動車のヘッドライト、野外球場、体育館等の照明にも活用が検討されている。これらの照明は、従来よりも高い輝度や高い光量が求められるので、LEDに投入するエネルギーが増大する。しかし、その結果、LEDの発熱が大きくなり、従来LEDの製造に用いられてきた樹脂材料を用いることが難しくなっている。 In recent years, white light-emitting diodes (LEDs) that use light-emitting diodes using nitride-based compound semiconductors as light sources have been widely used. White LEDs are excellent light sources from the viewpoint of energy and environment because of high efficiency, long life, light weight, and mercury-free. Furthermore, in recent years, the use of these light sources for lighting of automobile headlights, outdoor stadiums, gymnasiums and the like has been studied. Since these illuminations are required to have higher luminance and higher light intensity than conventional ones, the energy input to the LEDs increases. However, as a result, the heat generation of the LED increases, making it difficult to use resin materials that have been used in the manufacture of conventional LEDs.
従来の白色LEDで特に熱の影響を受ける部分は、樹脂と蛍光体粉末を混合した光変換層の部分である。この部分は、LED素子の直上に存在し、LED素子の熱と蛍光体の光変換に伴う発熱の影響を受けるため、高輝度、高光量のLEDでは樹脂材料が耐えられない。 A portion that is particularly affected by heat in a conventional white LED is a portion of a light conversion layer in which a resin and a phosphor powder are mixed. This portion exists directly above the LED element, and is affected by heat generated by the LED element and the light conversion of the phosphor, so that the resin material cannot withstand a high-brightness, high-intensity LED.
この問題の解決には、光変換層の無機化が有効である。光変換層を無機化する方法として、ガラスに蛍光体を分散した光変換層(特許文献1)、セラミックス複合体を用いる光変換層(特許文献2)、焼結体の光変換層を用いる方法(特許文献3)等が提案されている。 In order to solve this problem, inorganicization of the light conversion layer is effective. As a method for mineralizing the light conversion layer, a light conversion layer in which a phosphor is dispersed in glass (Patent Document 1), a light conversion layer using a ceramic composite (Patent Document 2), and a method using a sintered light conversion layer (Patent Document 3) and the like have been proposed.
さらに、前記光変換層をLEDに接続する際に使用する樹脂も使用することが難しくなる。この解決方法の一つとして、LEDが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を用いる方法が開示されている。この方法では、素子の放熱経路を使って、光変換層の発熱を逃がすことが可能であり優れた方法であると言える。この基板を用いてLEDを作製すると、完全に無機化した白色LEDを作製することが可能である。
LEDが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を製造する方法として例えば、ホットプレスで接合する方法(特許文献4)、表面を活性化させて接合する方法(特許文献5)などが知られており、いずれも一旦セラミックス複合体を作製し、その後にLEDが作製可能な単結晶基板に接合する方法がとられている。
Furthermore, it is difficult to use a resin used when the light conversion layer is connected to the LED. As one of the solutions, a method using a substrate obtained by directly bonding an inorganic light conversion layer to a single crystal substrate capable of producing an LED is disclosed. This method can be said to be an excellent method because the heat generation path of the element can be used to release heat generated in the light conversion layer. When an LED is produced using this substrate, it is possible to produce a completely inorganic white LED.
As a method of manufacturing a substrate in which an inorganic light conversion layer is directly bonded to a single crystal substrate capable of producing an LED, for example, a method of bonding by hot pressing (Patent Document 4), a method of activating a surface and bonding (Patent Document) 5) and the like are known, and in each case, a ceramic composite is once produced, and then a method of bonding to a single crystal substrate capable of producing an LED is employed.
しかしながら、特許文献4及び5に記載の方法は、製造工程が長くなりコストが高くなるという問題がある。 However, the methods described in Patent Documents 4 and 5 have a problem that the manufacturing process becomes long and the cost becomes high.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、無機材料の光変換層を作製した後に、光変換層をLEDが作製可能な単結晶基板に接合する方法ではなく、LEDが作製可能な単結晶基板の上で光変換層を作製する方法、すなわち、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、LEDが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to manufacture an LED, not a method of bonding an optical conversion layer to a single crystal substrate on which an LED can be manufactured after manufacturing a light conversion layer of an inorganic material. A method for producing a light conversion layer on a single crystal substrate, that is, a substrate capable of producing an LED with a light conversion function by completing the bonding at the same time as producing the light conversion layer portion of an inorganic material. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate that can be easily obtained, a substrate obtained thereby, and a method for manufacturing a light emitting device.
本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、単結晶基板上に、セラミックス複合体の融液を形成し、結晶化させることで、セラミックス複合体と単結晶基板が直接接合した基板を作製することが可能であることを知見し、セラミックス複合体層の作製と同時に、セラミックス複合体とLEDが作製可能な単結晶基板が完全に密着した基板が作製できることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the inventors of the present invention have formed a ceramic composite melt on a single crystal substrate and crystallized the ceramic composite and single crystal substrate. Knowing that it is possible to produce a substrate directly bonded, we found that a ceramic composite layer and a single crystal substrate capable of producing an LED can be produced simultaneously with the production of the ceramic composite layer, The present invention has been reached.
すなわち、本発明は、結晶基板と2種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。 That is, the present invention is a method for producing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more kinds of crystal phases are entangled with each other, wherein the raw material of the ceramic composite is used as the raw material of the crystal substrate. A raw material adjusting step for adjusting the raw material to be lower than a melting point; a raw material stacking step for stacking the crystal substrate and the raw material; and heating the raw material so that the raw material is melted and integrated with the crystal substrate. The present invention relates to a substrate manufacturing method comprising: a heating step; and a cooling step of cooling the melted raw material to obtain a crystallized ceramic composite.
また、本発明は、結晶基板と2種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。 The present invention also relates to a method of manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more kinds of crystal phases are entangled with each other, wherein the crystal substrate and the raw material ceramic composite are stacked. A raw material stacking step, a heating step of heating the raw material ceramic composite so that the raw material ceramic composite is melted and integrated with the crystal substrate, and cooling and crystallization of the molten raw material ceramic composite And a cooling step for obtaining a ceramic composite.
また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られたことを特徴とする基板に関する。 The present invention also relates to a substrate obtained by the method for manufacturing a substrate.
また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなる第1結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法に関する。 In the present invention, the substrate obtained by the substrate manufacturing method and Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu). ) A method of manufacturing a light emitting device comprising a light emitting element capable of irradiating light excited by a phosphor forming a first crystal phase comprising a phase, comprising the ceramic composite that has been cooled and crystallized. The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device, comprising an element mounting step of mounting the light emitting element on a substrate.
以上のように、本発明によれば、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、LEDが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a substrate having a light conversion function and capable of manufacturing an LED by completing the bonding at the same time as the light conversion layer portion of the inorganic material. A method for manufacturing a substrate, a substrate obtained thereby, and a method for manufacturing a light emitting device can be provided.
本発明の方法で基板上に作製される光変換層は、LEDが作製可能な単結晶基板に完全に密着しているので、光変換層からの単結晶基板へ熱が拡散し易く、過酷な発熱を伴うLEDには好適である。さらに、セラミックス複合体を形成する際に、LEDが作製可能な単結晶基板との接合が完了するので、工程が簡略化される。また、この基板を利用してLEDを作製すると、そのまま、例えば、白色LEDになるので、製造コストの低減に役立つ。 Since the light conversion layer produced on the substrate by the method of the present invention is completely in close contact with the single crystal substrate on which the LED can be produced, heat is easily diffused from the light conversion layer to the single crystal substrate. It is suitable for LEDs that generate heat. Furthermore, when the ceramic composite is formed, since the bonding with the single crystal substrate capable of producing the LED is completed, the process is simplified. Further, when an LED is manufactured using this substrate, for example, it becomes a white LED as it is, which helps to reduce the manufacturing cost.
<基板の製造方法>
まず、本発明の基板の製造方法について述べる。
本発明の基板の製造方法は、発光ダイオード(LED)を作製可能な結晶基板上に、2種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層する基板の製造方法である。
<Substrate manufacturing method>
First, the substrate manufacturing method of the present invention will be described.
In the substrate manufacturing method of the present invention, a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are continuously and three-dimensionally entangled with each other is laminated on a crystal substrate on which a light emitting diode (LED) can be manufactured. This is a method for manufacturing a substrate.
(第1実施形態)
具体的には、本発明の第1実施形態に係る製造方法は、セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程を備える。
(First embodiment)
Specifically, the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes a raw material adjustment step of adjusting the raw material of the ceramic composite so as to be lower than the melting point of the crystal substrate, and the crystal substrate and the raw material. A raw material stacking step for laminating, a heating step for heating the raw material so that the raw material is melted and integrated with the crystal substrate, and a cooling step for cooling the melted raw material to obtain a crystallized ceramic composite Is provided.
(原料調整工程)
セラミックス複合体の原料は、以下の方法によって調製することができる。まず、原料粉末を、所望する組成比率のセラミックス複合体が生成する割合で混合して、原料混合粉末を得る。このとき、原料混合粉末は、セラミックス複合体が、結晶基板の融点よりも低くなるように組成調整される。セラミックス複合体の融点が結晶基板の融点よりも高いと、後述する加熱工程において、結晶基板が先に熔融してしまうため好ましくない。
(Raw material adjustment process)
The raw material of the ceramic composite can be prepared by the following method. First, raw material powders are mixed at a ratio such that a ceramic composite having a desired composition ratio is generated to obtain a raw material mixed powder. At this time, the composition of the raw material mixed powder is adjusted so that the ceramic composite is lower than the melting point of the crystal substrate. If the melting point of the ceramic composite is higher than the melting point of the crystal substrate, the crystal substrate will melt first in the heating step described later, which is not preferable.
本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末としては、例えば、Al2O3,SiO2などの金属酸化物粉末と、Y2O3,Tb2O3,Dy2O3,Ho2O3,Er2O3,Tm2O3,Yb2O3,Lu2O3などの希土類金属元素酸化物粉末との混合物であることが好ましい。金属酸化物粉末は、Al2O3がより好ましく、希土類金属元素酸化物粉末は、Y2O3,Tb2O3,Lu2O3がより好ましく、Y2O3が特に好ましい。さらに、本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末として、CeO2,Gd2O3などの添加剤を用いることもできる。 Examples of the raw material powder for the ceramic composite used in the present invention include metal oxide powders such as Al 2 O 3 and SiO 2 , Y 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , and Ho 2 O 3. , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 and other rare earth metal element oxide powders are preferable. The metal oxide powder is more preferably Al 2 O 3 , and the rare earth metal element oxide powder is more preferably Y 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Lu 2 O 3 , and particularly preferably Y 2 O 3 . Furthermore, additives such as CeO 2 and Gd 2 O 3 can also be used as the raw material powder of the ceramic composite used in the present invention.
また、本発明において、セラミックス複合体の原料粉末は、生成するセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むように組成調整されることが好ましい。原料粉末をこのように組成調整することで、後述する加熱工程において、原料を熔融して結晶基板と一体にすることが可能になる。 In the present invention, the raw material powder of the ceramic composite may be adjusted in composition so that the crystal phase constituting the resulting ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system that forms at least one eutectic. preferable. By adjusting the composition of the raw material powder in this manner, the raw material can be melted and integrated with the crystal substrate in the heating step described later.
原料粉末の混合方法については、特別の制限はなく、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用することができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用される。湿式混合法を採用した場合は、用いた媒体をロータリーエバポレータなどにより除去する。 There is no special restriction | limiting about the mixing method of raw material powder, Both a dry-type mixing method and a wet-mixing method are employable. As a medium when using the wet mixing method, alcohol such as methanol or ethanol is generally used. When the wet mixing method is adopted, the used medium is removed by a rotary evaporator or the like.
また、セラミックス複合体の原料は、粉末ではなく、シート状に成型して、焼成することも可能である。原料をシート状にする方法としては、バインダーと原料粉末を混合し、ペースト状にした原料を、薄く延ばしてシートを作製する等の一般的な方法を採用することができる。原料とバインダーとを含有したシートは、その後電気炉で焼成し、不要なバインダーを除去することで、セラミックス複合体の原料シートを得ることができる。 In addition, the raw material of the ceramic composite can be molded into a sheet instead of powder and fired. As a method for forming the raw material into a sheet, a general method such as mixing a binder and raw material powder and thinly extending the paste-like raw material to produce a sheet can be employed. The sheet containing the raw material and the binder is then fired in an electric furnace, and an unnecessary binder is removed to obtain a raw material sheet for the ceramic composite.
本発明においては、セラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、結晶基板を構成する結晶相が、その共晶を形成する組成系に属する結晶相のいずれか一つと同一の組成かつ結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。共晶とは、高温で均一な熔融状態ある融液が、融点以下になると複数の結晶を同時に結晶化する現象である。共晶を形成する組成系(共晶系)とは、前記同時に結晶化する結晶相を端成分とする系である。これらの関係を共晶系の相平衡図の例を示した図1を参照しながら説明する。また、この場合、結晶基板を構成する結晶相は、単結晶であることがより好ましい。 In the present invention, the crystal phase constituting the ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system that forms at least one eutectic, and the crystal phase constituting the crystal substrate is a composition system that forms the eutectic. It is preferably a crystal phase having the same composition and crystal structure as any one of the crystal phases to which it belongs. The eutectic is a phenomenon in which a plurality of crystals are simultaneously crystallized when a melt having a uniform molten state at a high temperature falls below the melting point. A composition system (eutectic system) that forms a eutectic is a system that uses the crystal phase that is simultaneously crystallized as an end component. These relationships will be described with reference to FIG. 1 showing an example of a eutectic phase equilibrium diagram. In this case, the crystal phase constituting the crystal substrate is more preferably a single crystal.
図1において、例えば、成分AとBの共晶組成を有するセラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱し、基板を作製する場合について述べる。セラミックス複合体の組成は、図1中の端成分AとBの共晶組成であり、用いる単結晶基板は、図1中の端成分AまたはBの単結晶となる。図1からも明らかなように、共晶系を形成する端成分は、共晶温度よりも高い融点になる。この関係によって、セラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱すると、セラミックス複合体を熔融させ、単結晶基板を熔融させない状態を作り出すことが容易になる。 In FIG. 1, for example, a case where a single crystal substrate on which a ceramic composite material having a eutectic composition of components A and B is placed is heated to produce a substrate will be described. The composition of the ceramic composite is the eutectic composition of end components A and B in FIG. 1, and the single crystal substrate used is a single crystal of end component A or B in FIG. As apparent from FIG. 1, the end component forming the eutectic system has a melting point higher than the eutectic temperature. By this relationship, when the single crystal substrate on which the ceramic composite material is placed is heated, it becomes easy to melt the ceramic composite and create a state in which the single crystal substrate is not melted.
具体的には、この出発物質を加熱すると、共晶温度でセラミックス複合材料は熔融し融液を形成する。このとき、単結晶基板材料は、共晶温度よりも高い融点を有するので、ほとんど融けない。しかし、セラミックス複合体が熔融すると、融液と単結晶基板の界面部分で局所的に融点の低い共晶組成に達することが起こり、単結晶基板はわずかに融ける。 Specifically, when this starting material is heated, the ceramic composite material melts at the eutectic temperature to form a melt. At this time, since the single crystal substrate material has a melting point higher than the eutectic temperature, it hardly melts. However, when the ceramic composite melts, the eutectic composition having a low melting point locally occurs at the interface between the melt and the single crystal substrate, and the single crystal substrate melts slightly.
このわずかに融けることは、本発明において最も重要である。本発明の基板は、セラミックス複合体と単結晶基板の界面が単に接しているのではなく、単結晶基板とセラミックス複合体の両方が熔融して固化しているので、原子レベルで接合した界面を達成することができる。このような界面は、熱伝導の経路を確保する上で有利である。また、このような接合は、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、ホットプレス等で単結晶基板と接合させただけでは実現できない。 This slight melting is most important in the present invention. In the substrate of the present invention, the interface between the ceramic composite and the single crystal substrate is not simply in contact, but both the single crystal substrate and the ceramic composite are melted and solidified. Can be achieved. Such an interface is advantageous in securing a heat conduction path. Such bonding cannot be realized simply by once producing a ceramic composite and bonding it to a single crystal substrate by hot pressing or the like.
さらに、セラミックス複合体が熔融した時の単結晶基板との反応で不要な第3成分を生成するような反応が起こらないことも利点である。組成的に関係のない単結晶基板の上でセラミックス複合体を熔融すると、化学反応でLEDに有害な結晶相を生成する可能性があるが、本発明の場合、共晶の関係にある結晶相のみの生成になるので、界面にセラミックス複合体以外の結晶相が生成することなく、接合した基板を得ることが可能である。 Furthermore, it is also advantageous that a reaction that generates an unnecessary third component does not occur in the reaction with the single crystal substrate when the ceramic composite is melted. When a ceramic composite is melted on a single crystal substrate that is not compositionally related, there is a possibility that a crystal phase harmful to the LED is generated by a chemical reaction. Therefore, it is possible to obtain a bonded substrate without generating a crystal phase other than the ceramic composite at the interface.
また、単結晶基板とセラミックス複合体は共通の結晶相を有し、融液状態から結晶化していくので、エピタキシャルの関係を保って固化することが可能である。このため、セラミックス複合体は、単結晶の状態で結晶化することが可能になる。 In addition, since the single crystal substrate and the ceramic composite have a common crystal phase and are crystallized from the melted state, they can be solidified while maintaining an epitaxial relationship. For this reason, the ceramic composite can be crystallized in a single crystal state.
本発明のセラミックス複合体を構成する結晶相の組成は、上記のように、共晶組成であることが望ましい。その理由は、結晶基板の融点とセラミックス複合体の融点が最も離れるため、作製温度の設定が最も容易になるためである。しかし、必ずしもセラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成と一致する必要はない。セラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成からずれても、加熱工程において融液を形成できれば、セラミックス複合体と結晶基板との原子レベルでの接合は可能であり、局所的に共晶組成に達し、局所的な熔融が可能である。共晶組成からずれると、系の端成分の結晶が初晶として晶出するが、そのような状態であっても、局所的には界面は共晶組成に達することが可能であり、界面で基板を熔融させることが可能である。 As described above, the composition of the crystal phase constituting the ceramic composite of the present invention is preferably a eutectic composition. The reason is that the melting temperature of the crystal substrate and the melting point of the ceramic composite are farthest from each other, so that the production temperature can be set most easily. However, the composition of the crystal phase constituting the ceramic composite does not necessarily need to match the eutectic composition. Even if the composition of the crystal phase composing the ceramic composite deviates from the eutectic composition, if the melt can be formed in the heating process, the ceramic composite and the crystal substrate can be bonded at the atomic level, and locally co-located. The crystal composition is reached and local melting is possible. When deviating from the eutectic composition, the crystal of the end component of the system crystallizes as the primary crystal, but even in such a state, the interface can reach the eutectic composition locally. It is possible to melt the substrate.
また、本発明においては、結晶基板を構成する結晶相が、セラミックス複合体を構成する結晶相のうち最も高い融点を持つ結晶相と同一の結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。このようにすると、基板作製時の温度条件設定が最も容易になる。また、選択する組成の範囲が広くなるからである。 In the present invention, the crystal phase constituting the crystal substrate is preferably a crystal phase having the same crystal structure as the crystal phase having the highest melting point among the crystal phases constituting the ceramic composite. In this way, temperature conditions can be set most easily when the substrate is manufactured. Moreover, it is because the range of the composition to select becomes wide.
(原料積層工程、加熱工程及び冷却工程)
次に、調整したセラミックス複合体の原料混合粉末又は原料シートを結晶基板の上に敷き詰め、坩堝に入れ、電気炉に設置し、昇温して焼成を行い、セラミックス複合体の融液を形成し、その後冷却することでセラミックス複合体を結晶基板上で結晶化させる。
(Raw material lamination process, heating process and cooling process)
Next, the prepared ceramic composite raw material mixed powder or raw material sheet is laid on a crystal substrate, placed in a crucible, placed in an electric furnace, heated and fired to form a ceramic composite melt. Thereafter, the ceramic composite is crystallized on the crystal substrate by cooling.
電気炉は、セラミックス複合体の融点以上に加熱でき、雰囲気調節が可能な装置であれば特に制約なく使用することができる。特に、単結晶作製可能なブリッジマン装置などの単結晶育成炉を好ましく用いることができる。 The electric furnace can be used without any limitation as long as it can be heated to a temperature higher than the melting point of the ceramic composite and can control the atmosphere. In particular, a single crystal growth furnace such as a Bridgeman apparatus capable of producing a single crystal can be preferably used.
図2に、単結晶育成炉の真空チャンバー内に坩堝が設置された状態の一例を示す。
本発明で使用される単結晶育成炉は、チャンバー1内に加熱ヒーター3が設置してあり、雰囲気の制御が可能である。加熱ヒーター3の内部には、坩堝5を上下させる軸7が設置してある。軸7の上部に坩堝5を設置し、その中でセラミックス複合体の原料混合粉末9と結晶基板11を加熱し熔融する。坩堝5を加熱ヒーター3の内部から引き出すことで温度を下げ、融液となっていたセラミックス複合材料を結晶化させる。坩堝5を引き出しながら結晶化させると一方向凝固が起こる。
FIG. 2 shows an example of a state in which a crucible is installed in a vacuum chamber of a single crystal growth furnace.
In the single crystal growth furnace used in the present invention, the heater 3 is installed in the chamber 1, and the atmosphere can be controlled. A shaft 7 for moving the crucible 5 up and down is installed inside the heater 3. The crucible 5 is installed on the upper side of the shaft 7, and the raw material mixed powder 9 of the ceramic composite and the crystal substrate 11 are heated and melted therein. The temperature is lowered by pulling out the crucible 5 from the inside of the heater 3, and the ceramic composite material that has been melted is crystallized. When crystallizing while pulling out the crucible 5, unidirectional solidification occurs.
より詳細には、セラミックス複合体の原料混合粉末9を載せた結晶基板11を坩堝5に装填し、その後、単結晶育成炉のチャンバー1内を所望の雰囲気にして、加熱ヒーター3に通電して昇温を開始する。結晶基板11直下の坩堝5の外側に設置した図示しない熱電対により測定される温度が、結晶基板11を構成する結晶相の融点以上にならないように確認しながら、温度を調節し、セラミックス複合体の原料混合粉末9を融解する。融解後、一定時間、その状態を保持し、その後、坩堝5を引き下げる方法、または、坩堝5の位置を一定にして加熱温度を低下させる方法で、セラミックス複合体の結晶を成長させることができる。 More specifically, the crucible 5 is loaded with the crystal substrate 11 on which the ceramic composite raw material mixed powder 9 is placed, and then the heater 1 is energized with the inside of the chamber 1 of the single crystal growth furnace set in a desired atmosphere. Start heating up. While confirming that the temperature measured by a thermocouple (not shown) installed outside the crucible 5 directly below the crystal substrate 11 does not exceed the melting point of the crystal phase constituting the crystal substrate 11, the temperature is adjusted and the ceramic composite The raw material mixed powder 9 is melted. The crystal of the ceramic composite can be grown by a method of holding the state for a certain time after melting and then pulling down the crucible 5 or a method of lowering the heating temperature while keeping the position of the crucible 5 constant.
セラミックス複合体の原料混合粉末9を融解させる温度は、セラミックス複合体の原料混合粉末9の種類によって、適宜設定することになるが、例えば、セラミックス複合体の原料粉末が、Al2O3粉末とY2O3粉末とCeO2粉末との混合物である場合、この系の共晶温度以上であればよく、約1820〜2000℃である。共晶温度付近で作製することで基板の熔融量を少なくできるので、作製には適しており、その点を考慮すれば、1820〜1900℃が好ましい。 The temperature at which the ceramic composite raw material mixed powder 9 is melted is appropriately set depending on the type of the ceramic composite raw material mixed powder 9. For example, the ceramic composite raw material powder is mixed with Al 2 O 3 powder. In the case of a mixture of Y 2 O 3 powder and CeO 2 powder, it may be higher than the eutectic temperature of this system, and is about 1820 to 2000 ° C. Producing near the eutectic temperature can reduce the amount of melting of the substrate, which is suitable for production. In consideration of this point, 1820 to 1900 ° C. is preferable.
融液の凝固を行う雰囲気は、加圧、大気圧、減圧雰囲気のどの雰囲気でも可能である。但し、坩堝5および単結晶育成炉の構成部材の酸化消耗を抑制するため、高純度Arガスを流通することが好ましい。常圧下でも可能である。 The atmosphere in which the melt is solidified can be any of a pressurized atmosphere, an atmospheric pressure, and a reduced pressure atmosphere. However, in order to suppress the oxidation consumption of the crucible 5 and the constituent members of the single crystal growth furnace, it is preferable to circulate high-purity Ar gas. It is possible even under normal pressure.
坩堝5を引き下げる場合、その速度は、融液組成及び融解条件によって、適宜設定することになるが、通常50mm/時間以下、好ましくは1〜20mm/時間である。加熱温度を低下させる場合であれば、結晶基板11が割れない範囲で温度を下げることができる。 When the crucible 5 is pulled down, the speed is appropriately set depending on the melt composition and melting conditions, but is usually 50 mm / hour or less, preferably 1 to 20 mm / hour. If the heating temperature is lowered, the temperature can be lowered as long as the crystal substrate 11 is not broken.
また、坩堝5の形状としては、結晶基板11を設置できる形状であれば、特に制限はない。例えば、円形、角型坩堝を用いることができる。また、坩堝5の材質としては、セラミックス複合体の融点以上の温度で融解しない耐熱性を持ち、また融液と反応しないものであればよい。特に、モリブデン、アルミナが一般的に使用される。 Further, the shape of the crucible 5 is not particularly limited as long as the crystal substrate 11 can be installed. For example, a circular or square crucible can be used. The crucible 5 may be made of any material that has heat resistance that does not melt at a temperature equal to or higher than the melting point of the ceramic composite and that does not react with the melt. In particular, molybdenum and alumina are generally used.
上記の例は、単結晶育成可能な炉での作製例であるが、本発明の基板は、一般的な電気炉でも作製が可能である。この場合、作製する基板からの熱の逃げが一方向になりにくいが、局所的な一方向凝固は起こるので、この場合でも、2種以上の結晶相が複雑に絡んだ組織を得ることができる。 The above example is a manufacturing example in a furnace capable of growing a single crystal, but the substrate of the present invention can also be manufactured in a general electric furnace. In this case, heat escape from the substrate to be manufactured is less likely to be unidirectional, but local unidirectional solidification occurs, and even in this case, a structure in which two or more crystal phases are complicatedly entangled can be obtained. .
セラミックス複合体の融液が凝固したら、ヒーターの電力を下げ、炉を冷却する。冷却後、炉をあけ坩堝を取り出し、セラミックス複合体層が接合した結晶基板を取りだす。基板は、切断してLED作製基板として利用してもよいし、場合によっては、LED作製基板ではなく、単純な光変換用部材としての利用も可能である。 When the melt of the ceramic composite is solidified, the power of the heater is lowered and the furnace is cooled. After cooling, the furnace is opened, the crucible is taken out, and the crystal substrate to which the ceramic composite layer is bonded is taken out. The substrate may be cut and used as an LED manufacturing substrate. In some cases, the substrate may be used as a simple light conversion member instead of an LED manufacturing substrate.
セラミックス複合体層が接合した結晶基板上におけるセラミックス複合体の厚みは、求められる要求に応じ決められる。厚みの制御は、はじめの原料の量で調整することが可能であるが、作製後に研削して制御することも可能である。 The thickness of the ceramic composite on the crystal substrate to which the ceramic composite layer is bonded is determined according to the required requirements. The thickness can be controlled by adjusting the amount of the starting material, but it can also be controlled by grinding after production.
(第2実施形態)
また、本発明の第2実施形態に係る製造方法は、結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備える。
(Second Embodiment)
In addition, the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention includes a raw material lamination step of laminating a crystal substrate and a raw material ceramic composite, and so that the raw material ceramic composite is melted and integrated with the crystal substrate. A heating step of heating the raw material ceramic composite; and a cooling step of cooling the melted raw material ceramic composite to obtain a crystallized ceramic composite.
(原料積層工程)
本発明においては、結晶基板上に積層する原料として、加熱により熔融し冷却することでセラミックス複合体を形成する原料混合粉末(上記第1実施形態)のみならず、セラミックス複合体そのもの、具体的には、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いることも可能である。
(Raw material lamination process)
In the present invention, as a raw material to be laminated on a crystal substrate, not only a raw material mixed powder (first embodiment) that forms a ceramic composite by melting by heating and cooling, but also the ceramic composite itself, specifically, It is also possible to use a solid ceramic composite, a crushed ceramic composite, and a finer powder.
また、本実施形態において、原料セラミックス複合体は、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むことが好ましい。このような原料セラミックス複合体を用いることで、後述する加熱工程及び冷却工程を経て形成されたセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むようになるため好ましい。 In the present embodiment, the raw ceramic composite preferably includes a crystal phase belonging to a composition system that forms at least one eutectic. By using such a raw material ceramic composite, the crystal phase constituting the ceramic composite formed through the heating process and the cooling process described later includes a crystal phase belonging to a composition system that forms at least one eutectic. This is preferable.
(加熱工程及び冷却工程) (Heating process and cooling process)
また、本実施形態の加熱工程においては、原料セラミックス複合体としてセラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いた場合、全部が熔融すると考えられるが、原料セラミックス複合体がセラミック複合体の固まりである場合、界面だけを熔融させてもよい。 Further, in the heating process of the present embodiment, it is considered that when a material obtained by pulverizing a ceramic composite as a raw material ceramic composite and a material made finer and powdered are melted, the raw material ceramic composite Is a mass of a ceramic composite, only the interface may be melted.
<基板>
以上のような本発明の製造方法によって作製された基板の概略を図3に示す。11が結晶基板であり、12が結晶化したセラミックス複合体である。
<Board>
An outline of the substrate produced by the production method of the present invention as described above is shown in FIG. 11 is a crystal substrate, and 12 is a crystallized ceramic composite.
(結晶基板)
結晶基板としては、LEDが作製可能な単結晶基板が好ましく、共晶を形成する組成系に属するセラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つと同一の結晶構造を有する結晶相であることが特に好ましい。共晶系を形成できる結晶としては、Al2O3(サファイア)が好適である。
(Crystal substrate)
The crystal substrate is preferably a single crystal substrate capable of producing an LED, and has a crystal phase having the same crystal structure as any one of crystal phases constituting a ceramic composite belonging to a composition system that forms a eutectic. Particularly preferred. As a crystal capable of forming a eutectic system, Al 2 O 3 (sapphire) is suitable.
(セラミックス複合体)
本発明に用いられるセラミックス複合体自体は、例えば、特許第3216683号公報、特許第3412381号公報、特許第4609319号公報及び特開2000−272955号公報などに具体的に開示されている、それ自体公知の、2種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体が好ましく用いられる。このセラミックス複合体は、高温における機械的性質が良好な高温構造材料、光変換部材、その他の機能材料として好適に使用することのできるセラミックス複合体である。
(Ceramic composite)
The ceramic composite itself used in the present invention is specifically disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3216683, Japanese Patent No. 3412381, Japanese Patent No. 4609319, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-272955, etc. A known ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are continuously and three-dimensionally entangled with each other is preferably used. This ceramic composite is a ceramic composite that can be suitably used as a high-temperature structural material, a light conversion member, and other functional materials having good mechanical properties at high temperatures.
このセラミックス複合体の2種以上の酸化物相が複雑に三次元的に絡んだ構造は、光の混合という点で優れている。また、セラミックス複合体に蛍光と光透過機能を持たせると、LEDの励起光とセラミックス複合体から放出される蛍光を効率的に混合し、別の色、例えば白色を得ることができる。 The structure in which two or more kinds of oxide phases of this ceramic composite are entangled in a complicated three-dimensional manner is excellent in terms of light mixing. Further, when the ceramic composite has a fluorescence and light transmission function, the excitation light of the LED and the fluorescence emitted from the ceramic composite can be efficiently mixed to obtain another color, for example, white.
本発明に係るセラミックス複合体が、第1結晶相が蛍光を発する結晶相であり、受光した光の一部を受光した光とは異なる波長の光に変換する光変換用セラミックス複合体である場合は、光変換用層を有する基板として好適に使用されるので好ましい。 The ceramic composite according to the present invention is a ceramic composite for light conversion in which the first crystal phase is a crystalline phase that emits fluorescence, and a part of the received light is converted into light having a wavelength different from that of the received light. Is preferable because it is suitably used as a substrate having a light conversion layer.
特に、本発明に係るセラミックス複合体が、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなる第1結晶相と、Al2O3からなる第2結晶相とから構成されるセラミックス複合体である場合は、高温における機械的性質にすぐれた光散乱、光混合性のある基板を作製することができるため好ましい。 In particular, the ceramic composite according to the present invention is a first crystal composed of an Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) phase. In the case of a ceramic composite composed of a phase and a second crystal phase made of Al 2 O 3 , a substrate with light scattering and light mixing properties excellent in mechanical properties at high temperatures can be produced. preferable.
さらに、Lnが、Y、Tb及びLuの少なくとも一つの元素であり、第1結晶相が、Ceを付活剤として含有する結晶相である光変換用セラミックス複合体である場合は、第1結晶相が受光した青色光を黄色光に変換し、第2結晶相が青色光をそのまま透過させて、黄色光と青色光とが混合された白色光を発光できるので、LEDが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として好適であり、特に好ましい。 Further, when Ln is at least one element of Y, Tb, and Lu, and the first crystal phase is a ceramic composite for light conversion that is a crystal phase containing Ce as an activator, the first crystal A crystal substrate capable of producing an LED because blue light received by the phase is converted into yellow light, and the second crystal phase transmits blue light as it is and can emit white light in which yellow light and blue light are mixed. And is particularly suitable as a substrate material for white light emitting diodes.
また、LnがYである場合、すなわち、本発明に係るセラミックス複合体が、蛍光を発する結晶相である、Ceで付活されたY3Al5O12相からなる第1結晶相と、Al2O3からなる第2結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有する光変換用セラミックス複合体である場合は、特に内部量子効率が高くなるので、LEDが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として特に好適であり、好ましい。また、Ceで付活されたY3Al5O12相からなる第1結晶相はGdを含有することができる。第1結晶相がGdを含有すると、第1結晶相から発せられる蛍光の波長を長波長化することができる。 In addition, when Ln is Y, that is, the ceramic composite according to the present invention includes a first crystal phase composed of a Y 3 Al 5 O 12 phase activated by Ce, which is a crystal phase emitting fluorescence, and Al In the case of a ceramic composite for light conversion having a structure in which the second crystal phase composed of 2 O 3 is continuously and three-dimensionally entangled with each other, the internal quantum efficiency is particularly high, so that an LED can be manufactured. It is particularly suitable and preferred as a substrate material for white light emitting diodes by combining with a crystal substrate. Further, the first crystal phase composed of the Y 3 Al 5 O 12 phase activated by Ce can contain Gd. When the first crystal phase contains Gd, the wavelength of the fluorescence emitted from the first crystal phase can be increased.
本発明の製造方法によって作製された基板が、Al2O3からなる結晶相から構成された、発光ダイオードを作製可能な結晶基板上に、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなる第1結晶相と、Al2O3からなる第2結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層した基板である場合、前記結晶基板と前記セラミックス複合体との界面は、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなっていてもよい。これは、本発明の製造方法で作製された基板に特有のものであり、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、結晶基板と接合させただけでは実現できない。 A substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention is formed of a crystal phase composed of Al 2 O 3 on a crystal substrate on which a light emitting diode can be manufactured, and Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is Y, Tb, Dy). , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.) A first crystal phase composed of a phase and a second crystal phase composed of Al 2 O 3 are continuously and three-dimensionally mutually. In the case of a substrate in which a ceramic composite having an intertwined structure is laminated, the interface between the crystal substrate and the ceramic composite is Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, It is at least one element of Yb and Lu). This is peculiar to the substrate produced by the production method of the present invention, and cannot be realized simply by once producing a ceramic composite and bonding it to a crystal substrate.
<発光装置の製造方法>
本発明の発光装置の製造方法は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、前記第1結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備える。
<Method for manufacturing light emitting device>
The light emitting device manufacturing method of the present invention comprises a light emitting device comprising a substrate obtained by the substrate manufacturing method and a light emitting element capable of irradiating light that excites a phosphor forming the first crystal phase. A manufacturing method, comprising: an element mounting step of mounting the light emitting element on a substrate including the ceramic composite that has been cooled and crystallized.
第1結晶相を成す蛍光体が励起する光を照射可能な発光素子としては、例えば(GaN系半導体からなるLED素子)などが挙げられる。 Examples of the light emitting element capable of irradiating light excited by the phosphor forming the first crystal phase include an LED element made of a GaN-based semiconductor.
本発明によれば、(光変換層が直接接合された基板を備える)な発光装置を製造することができる。光変換層が基板に直接接合されるため、作業工程を短縮でき、かつLED等の発光素子から発する熱を基板から光変換層を通じて好適に放散することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a light emitting device (including a substrate to which a light conversion layer is directly bonded). Since the light conversion layer is directly bonded to the substrate, the work process can be shortened, and heat generated from a light emitting element such as an LED can be suitably dissipated from the substrate through the light conversion layer.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, these do not limit the objective of this invention.
(実施例1)
α−Al2O3粉末(純度99.99%)とY2O3粉末(純度99.999%)をモル比で82:18となるよう、またCeO2粉末(純度99.99%)を仕込み酸化物の反応により生成するY3Al5O121モルに対し0.01モルとなるよう秤量した。これらの粉末をエタノール中、ボールミルによって16時間湿式混合した後、エバポレーターを用いてエタノールを脱媒して原料混合粉末を得た。
Example 1
The α-Al 2 O 3 powder (purity 99.99%) and Y 2 O 3 powder (purity 99.999%) were mixed at a molar ratio of 82:18, and CeO 2 powder (purity 99.99%) was added. to Y 3 Al 5 O 12 1 mol of product by the reaction of charge oxide were weighed so as to be 0.01 mol. These powders were wet-mixed in ethanol by a ball mill for 16 hours, and then ethanol was removed using an evaporator to obtain a raw material mixed powder.
次に、モリブデン坩堝の上にa軸[11−20]サファイア基板を置き、その上に、上記セラミックス複合体の原料混合粉末の圧粉体を置いた。その後、図2に示したものと同様に、サファイア基板と原料混合粉末を設置したモリブデン坩堝をブリッジマン単結晶育成炉の坩堝軸上にセットし、Arガスを2L/min流しながら、減圧調整弁を調整し、真空6000Paの雰囲気とし、ヒーター出力を印加した。ヒーター出力と炉内温度が安定した後、坩堝軸をゆっくりと上昇させた。炉の上部の覗き窓から、原料の熔融を確認した後に坩堝軸の上昇を停止し、そのまま10分間保持した。その後、坩堝を5mm/hの速度で下降させ、セラミックス複合体を凝固させた。 Next, an a-axis [11-20] sapphire substrate was placed on the molybdenum crucible, and a green compact of the ceramic composite material mixed powder was placed thereon. Thereafter, similarly to the one shown in FIG. 2, a molybdenum crucible in which a sapphire substrate and raw material mixed powder are installed is set on the crucible shaft of the Bridgeman single crystal growth furnace, and Ar gas is supplied at a pressure of 2 L / min. Was adjusted to a vacuum of 6000 Pa and a heater output was applied. After the heater output and the furnace temperature were stabilized, the crucible shaft was slowly raised. After confirming the melting of the raw material from the observation window at the top of the furnace, the rising of the crucible shaft was stopped and held as it was for 10 minutes. Thereafter, the crucible was lowered at a speed of 5 mm / h to solidify the ceramic composite.
冷却後に、炉を開け、試料を取り出した。試料の外観は、サファイアの上にセラミックス複合体が層状に付着していた。 After cooling, the furnace was opened and the sample was taken out. As for the appearance of the sample, the ceramic composite adhered in layers on sapphire.
この基板の断面のSEM写真を確認したところ、サファイア基板の上部にAl2O3/YAG:Ceからなるセラミックス複合体が付着していることが分かった。さらに、サファイア基板と接するセラミックス複合体の結晶相は、全てYAG相であり、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にYAG相の層ができていることが確認できた。 When an SEM photograph of the cross section of this substrate was confirmed, it was found that a ceramic composite composed of Al 2 O 3 / YAG: Ce was adhered to the upper part of the sapphire substrate. Furthermore, it was confirmed that the crystal phase of the ceramic composite in contact with the sapphire substrate was all YAG phase, and a YAG phase layer was formed at the interface between the sapphire substrate and the ceramic composite.
このセラミックス複合体のAl2O3相とYAG相の結晶方位を確認するために、試料中央の極点測定を行った。極点測定は、Al2O3の(300)面、YAG(400)面を測定した。その結果、図4に示すように、セラミックス複合体中のAl2O3(300)面は一種類のみ確認され、YAG(400)面は複数種類確認された。Al2O3相に関しては、Al2O3(300)の極点図からステレオ投影図を作成し、Al2O3のa軸[11−20]を確認した。Al2O3のa軸[11−20]は、サンプル面の垂直方向を向いており、この結果からサファイア基板状での原料の熔融・凝固によってサファイア基板の結晶方位が継承されたものと考えられる。
なお、実施例1においては、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にYAG相の層が在る構成が示されているが、本発明の製造方法によれば、この構造に限らず、セラミックス複合体を構成する2種以上の結晶層がそれぞれ基板と接する構造を得ることも可能である。
In order to confirm the crystal orientation of the Al 2 O 3 phase and the YAG phase of this ceramic composite, pole measurement at the center of the sample was performed. In the pole measurement, the (300) plane and the YAG (400) plane of Al 2 O 3 were measured. As a result, as shown in FIG. 4, only one type of Al 2 O 3 (300) plane in the ceramic composite was confirmed, and a plurality of types of YAG (400) plane were confirmed. For the Al 2 O 3 phase, a stereo projection was created from the pole figure of Al 2 O 3 (300), and the a-axis [11-20] of Al 2 O 3 was confirmed. The a-axis [11-20] of Al 2 O 3 faces the vertical direction of the sample surface, and from this result, it is considered that the crystal orientation of the sapphire substrate was inherited by melting and solidification of the raw material in the sapphire substrate shape. It is done.
In Example 1, a configuration in which a YAG phase layer is present at the interface between the sapphire substrate and the ceramic composite is shown. However, according to the manufacturing method of the present invention, the ceramic composite is not limited to this structure. It is also possible to obtain a structure in which two or more crystal layers constituting the body are in contact with the substrate.
1 チャンバー
3 加熱ヒーター
5 坩堝
7 軸
9 セラミックス複合体の原料混合粉末
11 結晶基板
12 セラミックス複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 3 Heating heater 5 Crucible 7 Axis 9 Raw material mixed powder of ceramic composite 11 Crystal substrate 12 Ceramic composite
Claims (11)
前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、
前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、
前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、
前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。 A method of manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more kinds of crystal phases are entangled with each other are laminated,
A raw material adjustment step of adjusting the raw material of the ceramic composite so as to be lower than the melting point of the crystal substrate;
A raw material stacking step of stacking the crystal substrate and the raw material;
A heating step of heating the raw material so that the raw material melts and becomes integral with the crystal substrate;
A cooling step of cooling the melted raw material to obtain a crystallized ceramic composite;
A method for manufacturing a substrate, comprising:
前記結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、
前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、
前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。 A method of manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more kinds of crystal phases are entangled with each other are laminated,
A raw material lamination step of laminating the crystal substrate and the raw material ceramic composite;
A heating step of heating the raw material ceramic composite so that the raw material ceramic composite is melted and integrated with the crystal substrate;
Cooling the melted raw material ceramic composite to obtain a crystallized ceramic composite;
A method for manufacturing a substrate, comprising:
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の基板の製造方法。 The ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system forming a eutectic,
3. The substrate manufacturing method according to claim 1, wherein any one of the crystal phases constituting the ceramic composite has the same composition and crystal structure as the crystal phase constituting the crystal substrate.
前記結晶基板と前記セラミックス複合体との境界が、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなることを特徴とする基板。 Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) on a crystal substrate composed of a crystal phase made of Al 2 O 3 . A substrate in which a ceramic composite composed of a first crystal phase composed of a phase and a second crystal phase composed of Al 2 O 3 is laminated,
The boundary between the crystal substrate and the ceramic composite is composed of an Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) phase. A substrate characterized by.
冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。 A light emitting device comprising a substrate obtained by the substrate manufacturing method according to claim 6 and a light emitting element capable of irradiating light excited by a phosphor forming the first crystal phase is manufactured. A method,
A method for manufacturing a light-emitting device, comprising: an element mounting step of mounting the light-emitting element on a substrate including the ceramic composite that has been cooled and crystallized.
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