JP4977770B2

JP4977770B2 - 反射板の製造方法

Info

Publication number: JP4977770B2
Application number: JP2010088887A
Authority: JP
Inventors: 済宮山本; 良次前田; 誉彦馬場; 悦郎中川
Original assignee: 共立エレックス株式会社
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: KR20110112756A; JP2011222674A; KR101233305B1

Description

本発明は、セラミックス製の反射板の製造方法に関するものである。

従来より、低消費電力で長寿命な照明器具として発光ダイオードが多用されている。この発光ダイオードは、主に樹脂製のパッケージに発光ダイオード素子を実装した構造のものが使用されてきたが、近年では、放熱特性に優れたセラミックス製のパッケージに発光ダイオード素子を実装した発光ダイオードも使用されている。

このセラミックスパッケージの発光ダイオードとしては、矩形板状のベース体の上部に矩形板状のカバー体を貼着しており、ベース体の上部中央に発光ダイオード素子を実装するとともに、カバー体の中央部にテーパー状の反射面を有する開口を形成し、カバー体の開口部分に発光ダイオード素子を位置させた構造となっている（たとえば、特許文献１参照。）。

このセラミックスパッケージの発光ダイオードでは、発光ダイオード素子に面するベース体の上部表面やカバー体の反射面において、発光ダイオード素子から放射された光を上方に向けて反射することで、良好な輝度を保持している。

特開２００３−３７２９８号公報

上記従来のセラミックスパッケージの発光ダイオードにおいては、更なる小型化と高輝度化との両立が要望されている。

そのためには、発光ダイオード素子自体の高輝度化だけでなく、発光ダイオード素子から放射された光を反射する反射板として機能するセラミックスパッケージの反射特性を向上させることで、発光ダイオードの小型化及び高輝度化を図ることが課題となっている。

そこで、セラミックスパッケージの反射率に関して本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、従来の発光ダイオードのパッケージとして多用されているアルミナセラミックスよりも反射特性に優れ、しかも、コスト増大のないセラミックスの組成を見出し、本発明を成すに至った。

請求項１に係る本発明では、アルミナとジルコニアとの混合物を焼成したセラミックスからなる反射板の製造方法において、アルミナとジルコニアとの混合物にバリウム化合物を２〜５重量％添加し、ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とするとともに、ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくし、バリウム化合物が焼成温度以下で分解してバリウムだけが残存する焼成温度で焼成して、アルミナを主成分とするセラミックスよりも350nm付近の短波長での反射率を向上させた反射板の製造方法を提供するものである。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、アルミナとジルコニアのみの混合物に少量のバリウム化合物を添加した混合物を、ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とするとともに、ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくし、バリウム化合物が焼成温度以下で分解してバリウムだけが残存する焼成温度で焼成することによって生成したセラミックスを反射板として用いることで、従来のアルミナセラミックスよりも350nm付近の短波長での反射率を向上させた反射板とすることができる。

そして、この反射板を発光ダイオードのパッケージとして利用することで、発光ダイオードの高輝度化を図ることができる。

本発明に係る発光ダイオードを示す斜視図。同断面図。従来のアルミナセラミックスの反射特性を示すグラフ。本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。

以下に、本発明に係る反射板及び同反射板を用いた発光ダイオード並びにそのパッケージの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、発光ダイオード１は、発光ダイオード用パッケージ２に発光ダイオード素子３を実装した構成となっている。

発光ダイオード用パッケージ２は、矩形板状のセラミックス製のベース体４とカバー体５とを貼り合わせた構造となっている。

ベース体４は、上部中央に発光ダイオード素子３をダイボンディングするとともに、発光ダイオード素子３をワイヤー６で電極７に電気的に接続している。なお、ベース体４には、基板へ接続するための配線パターンも形成している。

カバー体５は、中央部に上下に貫通するテーパー孔状の開口８を形成し、開口８のテーパー状の表面を反射面９としている。なお、ベース体４に実装した発光ダイオード素子３は、カバー体５の開口８の中央に位置させている。

この発光ダイオード１では、発光ダイオード素子３に通電すると、発光ダイオード素子３から所定波長域の光が放射され、ベース体４の上面及びカバー体５の反射面９で反射するようになっている。

そのため、ベース体４の上面やカバー体５の反射面９での反射率が低いと発光ダイオード１の輝度が低下することになる。

そこで、従来より多用されている通常のアルミナを主成分（アルミナ９６％）とするセラミックスについて表面での反射率を計測した。その結果を表１及び図３に示す。ここで、試料No.１は、板厚を1.2mmとしたものであり、試料No.２は、板厚を0.2mmとしたものである。

表１及び図３に示すように、試料No.１の板厚が1.2mmの場合には、波長が380nm以上の可視光域でほぼ90％に近い反射率となっているが、板厚を薄くするほど反射率が低減していき、試料No.２の板厚が0.2mmの場合には、可視光域での反射率が80％以下となり、板厚1.2mmの試料No.１のものと比べて反射率が10％以上も低減することが確認された。このように、セラミックスの板厚を薄くすると、表面での反射だけでなく光の透過が問題となって反射特性が低下することがわかった。

したがって、従来のアルミナを主成分とするセラミックスを用いて発光ダイオード用パッケージのベース体やカバー体を製造した場合には、板厚が厚い場合には良好な輝度の発光ダイオードとすることができても、発光ダイオードの小型薄型化を図るためにベース体やカバー体の板厚を薄くすると、発光ダイオードの輝度が10％以上も低下してしまうことがわかった。

そこで、アルミナと他物質だけとの混合物を通常の焼成炉で焼成できる焼成温度（1600℃程度）で焼成して板厚0.2mmのセラミックスを製造し、その反射率を計測した。

すると、アルミナとジルコニアとの混合物（アルミナとジルコニアだけを含有する混合物）であって、しかも、アルミナの平均粒径とジルコニアの平均粒径がほぼ0.5μmと等しいものの場合には、板厚を0.2mmと薄くしても、良好に焼成でき、反射率も従来よりも向上することがわかった。なお、従来のアルミナよりも反射率を向上させるためには、混入させる物質としてアルミナよりも屈折率の高い物質が考えられ、ゲルマニウムやジルコニアなどが考えられるが、良好に焼成でき、しかも、コスト増とならない物質が望ましく、本発明では、ジルコニアに注目した。

その結果を表２及び図４に示す。表２及び図４に示す試料No.３は、アルミナ６０重量％とジルコニア４０重量％との混合物を焼成したセラミックスでの波長と反射率との関係を示している。なお、ジルコニアの含有量が２０〜５０重量％の場合には同様の結果が得られたが、ジルコニアの含有量が２０重量％未満又は５０重量％以上の場合には従来のアルミナよりは反射率が向上するものの含有量が２０〜５０重量％の場合程顕著に向上するものではなかった。

これにより、アルミナとジルコニアとの混合物、特にジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とした混合物を焼成した板厚0.2mmのセラミックスでは、従来のアルミナと比較して板厚が薄い場合でも可視光域で90％程度の良好な反射率を有し、それを用いた発光ダイオード（発光ダイオード用パッケージ）では、小型薄型化することができることがわかった。

さらに、アルミナとジルコニアとの混合物（アルミナとジルコニアだけを含有する混合物）であって、しかも、アルミナの粒径よりもジルコニアの粒径が小さいものの場合には、板厚を0.2mmと薄くしても、良好に焼成でき、反射率がより一層向上することもわかった。

その結果を表２及び図５に示す。表２及び図５に示す試料No.４は、試料No.３と同様にアルミナ６０重量％とジルコニア４０重量％との混合物であるが、ジルコニアの平均粒径を0.5μmのままとし、アルミナの平均粒径を１μmとした混合物を焼成したセラミックスでの波長と反射率との関係を示している。なお、ジルコニアの含有量が２０〜５０重量％の場合には同様の結果が得られたが、ジルコニアの含有量が２０重量％未満又は５０重量％以上の場合には従来のアルミナよりは反射率が向上するものの含有量が２０〜５０重量％の場合程顕著に向上するものではなかった。

これにより、アルミナとジルコニアとの混合物であってジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくした混合物を焼成した板厚0.2mmのセラミックスでは、ほぼ同じ粒径のアルミナとジルコニアの場合と比較して板厚が薄い場合でも350nm付近の短波長において良好な反射率を有し、それを用いた発光ダイオード（発光ダイオード用パッケージ）では、小型薄型化することができることがわかった。

また、アルミナとジルコニアとの混合物（アルミナとジルコニアだけを含有する混合物）にバリウム化合物を２〜５重量％添加した場合には、板厚を0.2mmと薄くしても、良好に焼成でき、反射率がより一層向上することもわかった。ここで、添加するバリウム化合物は、焼成温度以下で分解してバリウムだけが残存する化合物であって、たとえば、炭酸バリウム、フッ化バリウム、塩化バリウム、塩化バリウム二水和物、塩素酸バリウム一水和物、過塩素酸バリウム、過塩素酸バリウム三水和物、酸化バリウム、過バリウム化合物、水バリウム化合物八水和物、硫化バリウム、三硫化バリウム、亜硫酸バリウム、窒化バリウム、アジ化バリウム、亜硝酸バリウム一水和物、硝酸バリウム、アセチレン化バリウムなどを用いることができる。

その結果を表２及び図６に示す。表２及び図６に示す試料No.５は、試料No.３と同様なアルミナ５５重量％とジルコニア４３重量％の混合物にバリウム化合物（炭酸バリウム）２重量％を添加したものを焼成したセラミックスでの波長と反射率との関係を示している。なお、バリウム化合物の含有量が２〜５重量％の場合には同様の結果が得られたが、バリウム化合物の含有量が２重量％未満の場合には従来のアルミナよりは反射率が向上するものの含有量が５重量％の場合程顕著に向上するものではなく、また、バリウム化合物の含有量が５重量％を超えて添加すると、通常の焼成炉での焼成温度では良好に焼成することができなかった。

これにより、アルミナとジルコニアとの混合物にバリウム化合物を２〜５重量％添加した混合物を焼成した板厚0.2mmのセラミックスでは、ほぼ同じ粒径のアルミナとジルコニアの場合と比較して板厚が薄い場合でも350nm付近の短波長において良好な反射率を有し、それを用いた発光ダイオード（発光ダイオード用パッケージ）では、小型薄型化することができることがわかった。

以上に説明したように、本発明では、アルミナとジルコニアのみの混合物、或いは、これに少量のバリウム化合物を添加した混合物を焼成することによって生成したセラミックスを反射板として用いることで、従来のアルミナセラミックスよりも板厚が薄くても90％程度の良好な反射率を有するといった反射特性に優れた反射板とすることができる。

そして、この反射板を発光ダイオードのパッケージとして利用することで、小型薄型化した発光ダイオードの高輝度化を図ることができる。

１発光ダイオード
２発光ダイオード用パッケージ
３発光ダイオード素子
４ベース体
５カバー体
６ワイヤー
７電極
８開口
９反射面

Claims

アルミナとジルコニアとの混合物を焼成したセラミックスからなる反射板の製造方法において、
アルミナとジルコニアとの混合物にバリウム化合物を２〜５重量％添加し、ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とするとともに、ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくし、バリウム化合物が焼成温度以下で分解してバリウムだけが残存する焼成温度で焼成して、アルミナを主成分とするセラミックスよりも350nm付近の短波長での反射率を向上させたことを特徴とする反射板の製造方法。