JP6509066B2 - セラミックス反射板製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、所定の焼成温度で焼成したセラミックスからなる反射板の反射率を向上させるためのセラミックス反射板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、主に樹脂製の基材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基材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。
このセラミックスを用いた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させており、セラミックスを反射板として機能させることで、良好な輝度を保持している。
上記従来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の反射率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、本発明では、所定の焼成温度で焼成したセラミックスからなる反射板の反射率を向上させるセラミックス反射板製造方法において、特定の組成のセラミックスについて焼成温度の低下に伴って焼成後の吸水率及び反射率が増加するセラミックスの特性を調べ、そのセラミックスの特性を用いて、焼成温度の低下と焼成後の吸水率の増加との関係から焼成温度の低下に伴って吸水率が急激に増加する変曲点の焼成温度を求めるとともに、焼成温度の低下と焼成後の反射率の増加との関係から所望の反射率となる焼成温度を求め、吸水率が急激に増加する変曲点の焼成温度と所望の反射率となる焼成温度との間の焼成温度でセラミックスを焼成してセラミックスからなる反射板を製造することにした。
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、セラミックスを用いた反射板の製造方法において、セラミックスの組成を変更することなく、反射率を向上させることができるので、製造コストの増大を防止することができる。また、本発明では、焼成温度を下げることができるので、製造に用いる装置や治具等の長寿命化を図ることができる。
以下に、本発明に係るセラミックス反射板製造方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
セラミックスを用いた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を図るために、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の反射率を向上させることが重要となっている。
これまで、本出願人は、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率を向上させるために、セラミックスの組成を鋭意研究し、アルミナとジルコニアとバリウム化合物からなるセラミックスを用いて製造した反射板などについて特許第４９７７７７０号を取得している。
しかしながら、セラミックスを用いた反射板の製造において、セラミックスの組成を変更すると、意図しない原料混入防止の観点より製造工程を別途設ける等大幅に変更することが必要となり、製造コストが増大するおそれがある。
そこで、本出願人は、セラミックスの組成を変更することなく反射率を向上させる方法を鋭意研究し、以下に説明する本発明を成すに至った。
セラミックスは、その組成に応じた所定の焼成温度で焼成することで、硬質板状の反射板として使用される。通常は、焼成温度を変化させずに含有物の変更、比率等を微調整又は表面への塗布等の事後処理をして所望のセラミックス反射板を製造するが、本出願人は、セラミックスの焼成温度を変化させてセラミックスの特性を調べてみた。
その結果、通常の焼成温度よりも低下させていくと、焼成後のセラミックス（反射板）の密度が焼成温度とともに線形状に低下するとともに、反射率が焼成温度とともに線形状に増加するのに対して、焼成後のセラミックス（反射板）の吸水率は、ある焼成温度において顕著に増加する現象を見出した。
たとえば、アルミナを96％含有する一般的なアルミナセラミックスで厚みが0.8mmの場合、表１に示すように、通常の焼成温度（たとえば1530℃、以下「基準温度」とする。）では、密度が3.820g/cm3、吸水率が0.005％で、450nmの光の反射率が86.8％である。そして、焼成温度を10℃ずつ低下させていくと、基準温度−80℃までは、密度が徐々に低下し、反射率が徐々に増加するが、吸水率はほぼ一定のまま変化しない。さらに、焼成温度を10℃づつ低下させ、基準温度−90℃まで低下させると、密度や反射率がわずかに変化したのに対して、吸水率が0.011％に増大し、基準温度−100℃まで低下させると、密度や反射率がわずかに変化したのに対して、吸水率が0.071％に増大した。
そこで、同じアルミナを96％含有するアルミナセラミックス（厚み0.8mm）について、焼成温度を基準温度−80℃から基準温度−90℃まで１℃ずつ低下させたところ、表２に示すように、焼成温度が基準温度−89℃までは、密度が徐々に低下し、反射率が徐々に増加するのに対して、吸水率はほぼ一定のまま変化しないが、焼成温度を基準温度−90℃に低下させると、密度や反射率がわずかに変化したのに対して、吸水率が0.011％に急激に増大した。
以上の結果をグラフ化したものを図１に示す。なお、図１では、反射率として450nmの光の反射率を示している。表１及び表２からわかるように、焼成温度の低下による反射率の変化の傾向は光の波長には依存しないことがわかる。
図１からわかるように、セラミックスを通常の焼成温度から低下させて焼成すると、反射率が増大する。そのため、セラミックスを通常の焼成温度よりも低い焼成温度で焼成することで反射率の高い反射板を製造することができる。しかしながら、セラミックスを通常の焼成温度から低下させて焼成すると、ある焼成温度（上記の場合には基準温度−89℃）を境に吸水率が急激に増大してしまうことがわかった。このように吸水率が増大したセラミックスでは、反射板としての強度や経年劣化による変色等の基本特性を保持できず、反射板としては好ましくない。特に、一般的にはセラミックスの吸水率は0.01％以下（緻密体）であることが望まれている。
そこで、所定の焼成温度で焼成したセラミックスからなる反射板の反射率を向上させるセラミックス反射板製造方法として、図１に示すように、焼成温度の低下と焼成後の吸水率の増加との関係から焼成温度の低下に伴って吸水率が急激に増加する変曲点を求め、その変曲点における焼成温度（図１では基準温度−89℃）以上となる範囲で焼成温度を下げて焼成することにした。特に、焼成後の吸水率が０．０１％以下（図１では基準温度−89℃）となる範囲で焼成温度を下げて焼成することが好ましく、焼成温度の低下と吸水率の増加との関係から焼成温度の低下に伴って吸水率が急激に増加する変曲点の焼成温度以上であって、かつ、焼成後の吸水率が０．０１％以下となる範囲で焼成温度を下げて焼成することが最も望ましい。
たとえば、上記アルミナを96％含有する一般的なアルミナセラミックス（厚み0.8mm）場合、通常の焼成温度（基準温度）では、450nmの光の反射率が86.8％であるが、この反射率を90%以上に向上させるには、図１より焼成温度が基準温度−44℃以下で反射率が90%以上となることから、焼成温度を基準温度−89℃〜基準温度−44℃の範囲で焼成すればよく、反射率を92％以上に向上させるには、図１より焼成温度が基準温度−66℃以下で反射率が92％以上となることから、基準温度−89℃〜基準温度−66℃の範囲で焼成すればよい。このように、焼成温度の低下に伴って吸水率が急激に増加する変曲点となる焼成温度（基準温度−89℃）と所望の反射率となる焼成温度（90％の場合は基準温度−44℃、92％の場合は基準温度−66℃）との間の焼成温度でセラミックスを焼成することでセラミックスを通常の焼成温度（基準温度）で焼成するよりも反射率を向上させることができる。
なお、上記説明では、セラミックスの代表例としてアルミナを96％含有するアルミナセラミックスについて実験データを示して説明したが、他のアルミナ、ジルコニア、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸バリウムなどを用いたもの、又はこれらの複合体においても焼成温度と吸水率と反射率との間で同様の傾向を示す実験データが得られる。特に、アルミナを40％以上含有するセラミックスの場合には密度が3.700g/cm3以下で吸水率が0.01％以下となる範囲で焼成温度を下げることで反射率を向上させることができる。
以上に説明したように、本発明では、セラミックスを用いた反射板の製造方法において、セラミックスの組成を変更することなく、反射率を向上させることができるので、製造コストの増大を防止することができる。そして、本発明では、焼成温度を下げることができるので、製造に用いる装置や治具等の長寿命化を図ることができる。
Claims (1)
- 所定の焼成温度で焼成したセラミックスからなる反射板の反射率を向上させるセラミックス反射板製造方法において、
特定の組成のセラミックスについて焼成温度の低下に伴って焼成後の吸水率及び反射率が増加するセラミックスの特性を調べ、
そのセラミックスの特性を用いて、焼成温度の低下と焼成後の吸水率の増加との関係から焼成温度の低下に伴って吸水率が急激に増加する変曲点の焼成温度を求めるとともに、焼成温度の低下と焼成後の反射率の増加との関係から所望の反射率となる焼成温度を求め、
吸水率が急激に増加する変曲点の焼成温度と所望の反射率となる焼成温度との間の焼成温度でセラミックスを焼成してセラミックスからなる反射板を製造することを特徴とするセラミックス反射板製造方法。
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