JP4747067B2 - 白色セラミックス及びリフレクター及び半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージ - Google Patents
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Description
本発明は、強度が高く表面が平滑で、しかも可視光領域の光を効率よく反射する高反射白色セラミックスとそれを利用したリフレクター、半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージに関する。
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を収容するパッケージや発光装置、及び照明装置においては、発光素子から発せられる光が減衰するのを防止し、かつ発光素子からの光の照度を高める目的で、発光素子の外縁を囲うように高反射性を有するリング状の反射体を、発光素子を載置する基盤と一体又は別体に設けていた。
そして、このような反射体としては、例えば、反射面を鏡面状に研磨した金属リングや、リング状をなす躯体の反射面に、蒸着法や或いはメッキ法により金属薄膜を形成したもの使用していた。
また特に、反射面を形成する金属薄膜としてＡｇ（銀）を採用した場合には、可視光の反射率は、ＢａＳＯ4を塗布した金属球における可視光領域の光の反射率を１００とした場合の９４％〜９８％となり、発光素子から発せられる光の発光効率を高める効果が特に高いため、金属薄膜材料としてＡｇが多用されていた。
そして、このような反射体としては、例えば、反射面を鏡面状に研磨した金属リングや、リング状をなす躯体の反射面に、蒸着法や或いはメッキ法により金属薄膜を形成したもの使用していた。
また特に、反射面を形成する金属薄膜としてＡｇ（銀）を採用した場合には、可視光の反射率は、ＢａＳＯ4を塗布した金属球における可視光領域の光の反射率を１００とした場合の９４％〜９８％となり、発光素子から発せられる光の発光効率を高める効果が特に高いため、金属薄膜材料としてＡｇが多用されていた。
しかしながら、上述のように反射体の全てを金属性のリングで構成した場合には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を収容するパッケージや発光装置、及び照明装置の単価が高価になってしまうという課題があった。
また、反射面に金属薄膜を形成してなる反射体を用いた場合には、たとえば、発光素子を合成樹脂等で封入した際に、製品の長期使用により熱膨張係数差に起因する熱応力が作用して金属薄膜が剥離する恐れもあり、製品に不具合を生じる可能性があった。
また、金属薄膜をＡｇで構成した場合、金属薄膜の一部が外部に露出した状態で使用すると、Ａｇの露出部分が酸化して変色してしまい、反射効率が低下するという課題もあった。
さらに、反射面に金属薄膜を形成した反射体を用いた場合、反射体全体を金属で構成する場合に比べて反射体自体のコストを安価にできるものの、このような反射体の作製時に金属薄膜を形成させる蒸着工程又はメッキ工程を設ける必要があり、製造工程が増えて煩雑である上、製造コストが高くなるという課題があった。
このような課題に対処するため、いくつかの発明が開示されている。
また、反射面に金属薄膜を形成してなる反射体を用いた場合には、たとえば、発光素子を合成樹脂等で封入した際に、製品の長期使用により熱膨張係数差に起因する熱応力が作用して金属薄膜が剥離する恐れもあり、製品に不具合を生じる可能性があった。
また、金属薄膜をＡｇで構成した場合、金属薄膜の一部が外部に露出した状態で使用すると、Ａｇの露出部分が酸化して変色してしまい、反射効率が低下するという課題もあった。
さらに、反射面に金属薄膜を形成した反射体を用いた場合、反射体全体を金属で構成する場合に比べて反射体自体のコストを安価にできるものの、このような反射体の作製時に金属薄膜を形成させる蒸着工程又はメッキ工程を設ける必要があり、製造工程が増えて煩雑である上、製造コストが高くなるという課題があった。
このような課題に対処するため、いくつかの発明が開示されている。
以下に、従来技術に係る「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」について説明する。
特許文献１に記載される「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」においては、発光素子を載置する基板上に、発光素子から発せられる光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く放射できる白色セラミックス製の反射体を備えた発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に記載される発明では、反射体がＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＣａＯ系等の白色セラミックスである場合、その組成はＡｌ2Ｏ3の含有量が９０〜９９重量％、ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜１０重量％となっているものである。
上記構成の白色セラミックスによれば、発光波長が３５０ｎｍ〜７５０ｎｍである可視光の反射率（ミノルタ社製「ＣＭ−３７００ｄ」により計測。）を８０％以上にすることができる。また、この結果、反射体の作製時に金属薄膜を形成する必要がないので、金属薄膜を蒸着又はメッキする工程を省くことができ、反射体の製造コストを安価にできる。
さらに、白色セラミックスにより反射体を作製する際のコストは、金属材料を用いて反射体を作成したり、金属薄膜を形成してなる反射体を作成する場合に比べはるかに安価であるため、この点からも反射体の単価を安価にできるというメリットがあった。
特許文献１に記載される「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」においては、発光素子を載置する基板上に、発光素子から発せられる光を良好に反射して外部に均一かつ効率良く放射できる白色セラミックス製の反射体を備えた発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に記載される発明では、反射体がＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＣａＯ系等の白色セラミックスである場合、その組成はＡｌ2Ｏ3の含有量が９０〜９９重量％、ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＣａＯの合計の含有量が１〜１０重量％となっているものである。
上記構成の白色セラミックスによれば、発光波長が３５０ｎｍ〜７５０ｎｍである可視光の反射率（ミノルタ社製「ＣＭ−３７００ｄ」により計測。）を８０％以上にすることができる。また、この結果、反射体の作製時に金属薄膜を形成する必要がないので、金属薄膜を蒸着又はメッキする工程を省くことができ、反射体の製造コストを安価にできる。
さらに、白色セラミックスにより反射体を作製する際のコストは、金属材料を用いて反射体を作成したり、金属薄膜を形成してなる反射体を作成する場合に比べはるかに安価であるため、この点からも反射体の単価を安価にできるというメリットがあった。
また、特許文献２にも「発光素子収納用パッケージおよび発光装置ならびに照明装置」に関する発明が開示されている。
特許文献２に係る発明においては、発光素子を有するパッケージにおいて、反射面を備える枠体が設けられており、この枠体の反射面における算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下に設定することで、発光素子から発せられる光の反射面における反射率を高めることができる。この結果、発光効率を高めることができるという効果を有する。
また、特許文献２によれば、発光素子を載置する基体において、焼成後のセラミックス結晶粒の平均粒径を１μｍ以下となるようにすることで、基体の表面における算術平均粗さＲａを小さくすることができると考えられ、この結果、この基体の上面における正反射を容易にできるという可能性があった。
特許文献２に係る発明においては、発光素子を有するパッケージにおいて、反射面を備える枠体が設けられており、この枠体の反射面における算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下に設定することで、発光素子から発せられる光の反射面における反射率を高めることができる。この結果、発光効率を高めることができるという効果を有する。
また、特許文献２によれば、発光素子を載置する基体において、焼成後のセラミックス結晶粒の平均粒径を１μｍ以下となるようにすることで、基体の表面における算術平均粗さＲａを小さくすることができると考えられ、この結果、この基体の上面における正反射を容易にできるという可能性があった。
一般に、焼成したセラミックスの内部断面における気孔率が５％超えると、セラミックスの剛性が低下して強度が低下する。
このため、上述の特許文献１に開示される「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」のように、反射体を構成するセラミックスにおいて、Ａｌ2Ｏ3の含有量を９０〜９９重量％とした場合には、焼結後のセラミックスの内部断面における気孔率が５％を超えてしまい白色セラミックスの強度が低下する可能性があった。
このため、上述の特許文献１に開示される「発光素子収納用パッケージおよび発光装置」のように、反射体を構成するセラミックスにおいて、Ａｌ2Ｏ3の含有量を９０〜９９重量％とした場合には、焼結後のセラミックスの内部断面における気孔率が５％を超えてしまい白色セラミックスの強度が低下する可能性があった。
また、特許文献２に開示される発明によれば、反射面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下となるような材料により反射体を作製した場合、反射面に到達する光を良好に正反射させることができると考えられるものの、特許文献２に開示される発明は、セラミックス表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下となるような白色セラミックスを作製するためのものではない。
また、特許文献２に開示されるようなＡｌ2Ｏ3結晶粒径が１〜５μｍの酸化アルミニウム質焼結体では、特許文献２にも記載されるように、発光素子から発せられる光が酸化アルミニウム質焼結体表面において乱反射するため、たとえば、このような酸化アルミニウム質焼結体を反射体に採用した場合、光を良好に正反射させるための反射面が形成されないので反射効率が上がり難いという課題があった。
また、通常Ａｌ2Ｏ3結晶は無色透明である。このため、酸化アルミニウム質焼結体におけるセラミックス結晶の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きくなるとＡｌ2Ｏ3結晶の内部に透過する光の量が増え、反射面において正反射する光の量が相対的に少なくなり、結果的に反射率は低下すると考えられる。この点からも、特許文献２に記載される酸化アルミニウム質焼結体は、光を良好に正反射させるための反射体には適さないという課題があった。
また、特許文献２に開示されるようなＡｌ2Ｏ3結晶粒径が１〜５μｍの酸化アルミニウム質焼結体では、特許文献２にも記載されるように、発光素子から発せられる光が酸化アルミニウム質焼結体表面において乱反射するため、たとえば、このような酸化アルミニウム質焼結体を反射体に採用した場合、光を良好に正反射させるための反射面が形成されないので反射効率が上がり難いという課題があった。
また、通常Ａｌ2Ｏ3結晶は無色透明である。このため、酸化アルミニウム質焼結体におけるセラミックス結晶の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きくなるとＡｌ2Ｏ3結晶の内部に透過する光の量が増え、反射面において正反射する光の量が相対的に少なくなり、結果的に反射率は低下すると考えられる。この点からも、特許文献２に記載される酸化アルミニウム質焼結体は、光を良好に正反射させるための反射体には適さないという課題があった。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、酸化アルミニウムとガラス質成分からなるセラミックスであって、強度が高く表面が平滑で、セラミックス表面上において光を良好に正反射させることができ、しかも、作製容易で安価な白色セラミックスとそれを利用したリフレクター、半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージを提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である白色セラミックスは、酸化アルミニウムと、ガラス質成分とから成るセラミックスであって、このセラミックスの酸化アルミニウムの含有率は７５重量％から８５重量％の範囲内であり、ガラス質成分として、シリカと、カルシウムと、マグネシウムと、バリウムとを含有し、セラミックスにおける酸化アルミニウムの結晶粒径は０．５μｍ以下であることを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスにおいては、セラミックスを構成するガラス成分がシリカと、カルシウムと、マグネシウムと、バリウムとを含有することでガラス質成分に不透光性を付与するという作用を有する。また、セラミックスにおける酸化アルミニウムの結晶粒径を０．５μｍ以下にすることで、酸化アルミニウム結晶内部に光を透過し難くし、セラミックス表面において正反射する光の量を増加させるという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスにおいては、セラミックスを構成するガラス成分がシリカと、カルシウムと、マグネシウムと、バリウムとを含有することでガラス質成分に不透光性を付与するという作用を有する。また、セラミックスにおける酸化アルミニウムの結晶粒径を０．５μｍ以下にすることで、酸化アルミニウム結晶内部に光を透過し難くし、セラミックス表面において正反射する光の量を増加させるという作用を有する。
請求項２に記載の発明である白色セラミックスは、請求項１記載の白色セラミックスであって、このセラミックスの内部断面における気孔率は５％以下であることを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１記載の発明と同じ作用に加えて、内部断面における気孔率を５％以下にすることでセラミックスの剛性を高めて強度を増すという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１記載の発明と同じ作用に加えて、内部断面における気孔率を５％以下にすることでセラミックスの剛性を高めて強度を増すという作用を有する。
請求項３に記載の発明である白色セラミックスは、請求項１又は請求項２に記載の白色セラミックスであって、セラミックス表面における算術平均粗さ（Ｒａ）は、Ｒａ＝０．５μｍ以下であることを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１又は請求項２記載の発明と同じ作用に加えて、セラミックス表面における算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下にすることで、セラミックス表面を平滑にして光の正反射を生じ易くするという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１又は請求項２記載の発明と同じ作用に加えて、セラミックス表面における算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下にすることで、セラミックス表面を平滑にして光の正反射を生じ易くするという作用を有する。
請求項４に記載の発明である白色セラミックスは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の白色セラミックスであって、酸化アルミニウムの原料は、一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナであることを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項３のそれぞれに記載の発明と同じ作用に加え、酸化アルミニウムの原料に一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナを使用することでセラミックス焼成時に酸化アルミニウム結晶が粒径を０．５μｍ以上に肥大成長するのを抑制するという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項３のそれぞれに記載の発明と同じ作用に加え、酸化アルミニウムの原料に一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナを使用することでセラミックス焼成時に酸化アルミニウム結晶が粒径を０．５μｍ以上に肥大成長するのを抑制するという作用を有する。
請求項５に記載の発明である白色セラミックスは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の白色セラミックスであって、マグネシウムは、酸化シリカ及び酸化マグネシウムを主成分とするタルクに由来し、シリカは、タルク又はカオリンに由来することを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項４記載のそれぞれに記載される発明と同じ作用に加え、マグネシウムの供給源としてタルクを使用することで焼成前のセラミックス原料の滑面性を高め、プレス成形時にセラミックス原料の型枠からの離間を容易にするという作用を有する。また、シリカの供給源として、タルクを使用することで上述のタルクの作用と同様の作用を付与し、また、粘土鉱物であるカオリンを使用することで焼成前のセラミックスの成形性を高めるという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項４記載のそれぞれに記載される発明と同じ作用に加え、マグネシウムの供給源としてタルクを使用することで焼成前のセラミックス原料の滑面性を高め、プレス成形時にセラミックス原料の型枠からの離間を容易にするという作用を有する。また、シリカの供給源として、タルクを使用することで上述のタルクの作用と同様の作用を付与し、また、粘土鉱物であるカオリンを使用することで焼成前のセラミックスの成形性を高めるという作用を有する。
請求項６に記載の発明である白色セラミックスは、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の白色セラミックスであって、セラミックスは、１５００℃以下の温度条件下において焼成されることを特徴とするものである。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項５のそれぞれに記載の発明の作用と同様の作用に加え、セラミックスを１５００℃以下の温度条件下において焼成することで、酸化アルミニウム結晶粒子の肥大成長を抑制するという作用を有する。
上記構成の白色セラミックスは、請求項１乃至請求項５のそれぞれに記載の発明の作用と同様の作用に加え、セラミックスを１５００℃以下の温度条件下において焼成することで、酸化アルミニウム結晶粒子の肥大成長を抑制するという作用を有する。
請求項７に記載の発明であるリフレクターは、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の白色セラミックスを用いたことを特徴とするものである。
上記構成のリフレクターは、請求項１乃至請求項６に記載のそれぞれの発明と同じ作用を有する。さらに、請求項７に記載のリフレクターは、白色セラミックスが裸出する反射面において光を好適に正反射させるという作用を有する。
上記構成のリフレクターは、請求項１乃至請求項６に記載のそれぞれの発明と同じ作用を有する。さらに、請求項７に記載のリフレクターは、白色セラミックスが裸出する反射面において光を好適に正反射させるという作用を有する。
請求項８に記載の発明である半導体発光素子搭載用基板は、請求項７記載のリフレクターを有することを特徴とするものである。
上記構成の半導体発光素子搭載用基板は、請求項７記載のリフレクターの作用により、半導体発光素子から発せられる光の反射効率を高めるという作用を有する。この結果、請求項８に記載の半導体発光素子搭載用基板を照明具に内蔵した場合に光の発光効率を高めるという作用を有する。
上記構成の半導体発光素子搭載用基板は、請求項７記載のリフレクターの作用により、半導体発光素子から発せられる光の反射効率を高めるという作用を有する。この結果、請求項８に記載の半導体発光素子搭載用基板を照明具に内蔵した場合に光の発光効率を高めるという作用を有する。
請求項９に記載の発明である半導体発光素子収納用パッケージは、請求項７記載のリフレクターを有することを特徴とするものである。
上記構成の半導体発光素子収納用パッケージは、半導体発光素子搭載用基板上に搭載される半導体発光素子を、例えば、レンズや樹脂等により封止してなるものであり、請求項８記載の発明と同じ作用に加え、レンズや樹脂により半導体発光素子を外部環境から隔離するという作用を有する。
上記構成の半導体発光素子収納用パッケージは、半導体発光素子搭載用基板上に搭載される半導体発光素子を、例えば、レンズや樹脂等により封止してなるものであり、請求項８記載の発明と同じ作用に加え、レンズや樹脂により半導体発光素子を外部環境から隔離するという作用を有する。
本発明の請求項１記載の発明によれば、不透光性と高反射性を備えた白色セラミックスを提供できるという効果を有する。
本発明の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同じ効果に加えて、焼結後のセラミックスの剛性を高めることができ、強度の優れた白色セラミックスを提供できるという効果を有する。
本発明の請求項３記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載される効果と同じ効果に加えて、セラミックス表面を平滑なものにすることができ、この表面において光を良好に正反射させることができるという効果を有する。また、その結果、反射体に適した白色セラミックスを提供できるという効果を有する。
本発明の請求項４記載の発明によれば、酸化アルミニウム原料として一次結晶粒径が極めて小さい遷移アルミナを使用することで、セラミックスの焼成時に酸化アルミニウム結晶が０．５μｍを超えて肥大成長するのを抑制することができるという効果を有する。また、この結果、セラミックス表面において光が酸化アルミニウム結晶内部に透過し難くなり、セラミックス表面における光の正反射率を高めることができるという効果を有する。従って、反射体に適した白色セラミックスを提供できるという効果を有する。
本発明の請求項５記載の発明によれば、焼成前のセラミックスの成形性と滑面性を良好にすることができるという効果を有する。そして、この結果、白色セラミックスを製造する際の欠陥品や不良品の発生を防止することができ、製品の歩留まりが向上して製品の製造に係るコストを削減できるという効果を有する。
また、マグネシウムやシリカの供給源としてタルクやカオリンを使用した場合、シリカの供給源として酸化シリカを単体で供給する場合や、マグネシウムの供給源として酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムを単体で供給する場合に比べて原材料費を安価にすることができるので、白色セラミックスを安価に提供できるという効果を有する。
また、マグネシウムやシリカの供給源としてタルクやカオリンを使用した場合、シリカの供給源として酸化シリカを単体で供給する場合や、マグネシウムの供給源として酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムを単体で供給する場合に比べて原材料費を安価にすることができるので、白色セラミックスを安価に提供できるという効果を有する。
本発明の請求項６記載の発明によれば、セラミックス焼成時における酸化アルミニウム結晶の肥大成長が抑制されるので、セラミックス表面において酸化アルミニウム結晶に透過する光の量が低減し、この結果、高反射性を備える白色セラミックスを作製できるという効果を有する。
また、セラミックス焼成時の温度を低く設定できるため、焼成の際の加熱設備にかかるコストを削減することができ、白色セラミックスの製造コストを削減できるという効果を有する。
また、セラミックス焼成時の温度を低く設定できるため、焼成の際の加熱設備にかかるコストを削減することができ、白色セラミックスの製造コストを削減できるという効果を有する。
本発明の請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６記載のそれぞれの発明の効果に加えて、リフレクターの材質をセラミックスのみとすることで、従来のようにリフレクターの基体を金属で形成し、その反射面に銀（Ａｇ）等の高反射金属薄膜を形成した場合に比べ、耐熱／耐変色性等の信頼性が向上すると共に、リフレクター自体の強度や高反射性を損なうことなく、リフレクターの原材料費を大幅に削減できるという効果を有する。
また、請求項７記載のリフレクターは、粉体材料をプレス成形して製造可能であるため、微小な反射角を成形することができ、また、リフレクターの製造に係る作業工程を簡略化できるという効果を有する。この結果、請求項７記載のリフレクターの製造コストを削減することができ、この点からもリフレクターの単価を大幅に引き下げることができるという効果が期待できる。
さらに、請求項７記載のリフレクターをプレス成形により製造できるということは、すなわち、リフレクター自体の成形性を向上させることができるという効果を有することであり、所望の形状や大きさの高反射性リフレクターを安価にかつ大量に供給できるという効果を有する。
また、請求項７記載のリフレクターは、粉体材料をプレス成形して製造可能であるため、微小な反射角を成形することができ、また、リフレクターの製造に係る作業工程を簡略化できるという効果を有する。この結果、請求項７記載のリフレクターの製造コストを削減することができ、この点からもリフレクターの単価を大幅に引き下げることができるという効果が期待できる。
さらに、請求項７記載のリフレクターをプレス成形により製造できるということは、すなわち、リフレクター自体の成形性を向上させることができるという効果を有することであり、所望の形状や大きさの高反射性リフレクターを安価にかつ大量に供給できるという効果を有する。
本発明の請求項８記載の半導体発光素子搭載用基板は、請求項７記載のリフレクターを有することで、請求項７記載のリフレクターの効果により、半導体発光素子搭載用基板の製造にかかるコストを大幅に上昇させることなく半導体発光素子から発せられる光の反射効率を高めることができるという効果を有する。この結果、発光効率の高い半導体発光素子搭載用基板を安価に供給できるという効果を有する。
本発明の請求項９記載の半導体発光素子収納用パッケージは、請求項７記載のリフレクターを備え、半導体発光素子搭載用基板上に搭載される半導体発光素子を、例えば、レンズや樹脂等により封止してなるものであり、請求項８記載の発明と同じ効果に加え、半導体発光素子に汚れが付着するのを防止すると同時に、半導体発光素子が空気に曝されて劣化するのを防止するという効果を有する。
この結果、請求項９記載の半導体発光素子収納用パッケージの耐久性を向上させることができるという効果が期待できる。
この結果、請求項９記載の半導体発光素子収納用パッケージの耐久性を向上させることができるという効果が期待できる。
本発明の最良の実施の形態に係る高反射白色セラミックス及びリフレクター及び半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージの実施例について説明する。
以下に、本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスについて図１乃至図２を参照しながら詳細に説明する。（特に請求項１乃至請求項６に対応）
図１は本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの製造工程を示すフローチャートである。
図１に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックスを製造するには、まず、高反射白色セラミックスの原料であるＡｌ2Ｏ3と、ＳｉＯ2と、ＣａＯ又はＣａＣＯ3又はＣａ(ＨＣＯ3) 2と、ＭｇＯ又はＭｇ(ＯＨ) 2と、ＢａＯ又はＢａＣＯ3の粉体原料を混合調整し（Ｓ１）、次に、この粉体原料をボールミル等の粉砕機を用いて粒子が細かくなるよう粉砕しながら略均一になるまで混合する（Ｓ２）。そして、十分に粉砕されて略均一となった粉体原料に、酸化雰囲気中において加熱することで酸化分解反応消滅する成形用樹脂、たとえば、ポリビニールアルコール樹脂や、イソパラフィンを主成分とするマイクロクリスタルワックスを調合して（Ｓ３）十分に撹拌し、粘土状のセラミックス原料を噴霧乾燥させて粉体状にする（Ｓ４）。その後、粉体状のセラミックス原料をプレス成形して（Ｓ５）、酸化雰囲気中において約１５００℃の温度条件下において焼成させればよい（Ｓ６）。
なお、Ａｌ2Ｏ3の融点は２０３０℃と高温であるため、上述のように実施例１に係る高反射白色セラミックスを約１５００℃の温度条件下において焼成させた場合には、Ａｌ2Ｏ3結晶の肥大成長を緩やかにすることができるという効果を有する。
図１は本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの製造工程を示すフローチャートである。
図１に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックスを製造するには、まず、高反射白色セラミックスの原料であるＡｌ2Ｏ3と、ＳｉＯ2と、ＣａＯ又はＣａＣＯ3又はＣａ(ＨＣＯ3) 2と、ＭｇＯ又はＭｇ(ＯＨ) 2と、ＢａＯ又はＢａＣＯ3の粉体原料を混合調整し（Ｓ１）、次に、この粉体原料をボールミル等の粉砕機を用いて粒子が細かくなるよう粉砕しながら略均一になるまで混合する（Ｓ２）。そして、十分に粉砕されて略均一となった粉体原料に、酸化雰囲気中において加熱することで酸化分解反応消滅する成形用樹脂、たとえば、ポリビニールアルコール樹脂や、イソパラフィンを主成分とするマイクロクリスタルワックスを調合して（Ｓ３）十分に撹拌し、粘土状のセラミックス原料を噴霧乾燥させて粉体状にする（Ｓ４）。その後、粉体状のセラミックス原料をプレス成形して（Ｓ５）、酸化雰囲気中において約１５００℃の温度条件下において焼成させればよい（Ｓ６）。
なお、Ａｌ2Ｏ3の融点は２０３０℃と高温であるため、上述のように実施例１に係る高反射白色セラミックスを約１５００℃の温度条件下において焼成させた場合には、Ａｌ2Ｏ3結晶の肥大成長を緩やかにすることができるという効果を有する。
なお、実施例１に係る高反射白色セラミックスの粉体原料として、ＣａＯや、ＭｇＯや、ＢａＯ以外にもＣａＣＯ3又はＣａ(ＨＣＯ3) 2や、Ｍｇ(ＯＨ) 2や、ＢａＣＯ3を採用することが可能である。これは、これらの物質は、酸化雰囲気中において加熱するとそれぞれＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯへと化学変化するので、実施例１に係る高反射白色セラミックスの原材料として採用することができるのである。
さらに、実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分であるＭｇＯ供給源として、すなわち、原材料として、ＳｉＯ2及びＭｇＯを主成分とする鉱物であるタルク（滑石）を、また、ＳｉＯ2の供給源として上記タルク又は粘度鉱物であるカオリンをそれぞれ採用することが可能である。
実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分の原材料として、タルクを採用した場合には、上述のプレス成形工程（Ｓ５）において、粘土状のセラミック原料の滑面性が向上して型枠からの離間を容易にできるという効果を期待できる。
また、実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分の原材料として、粘土鉱物であるカオリンを採用した場合には、焼成前のセラミックス原料の成形性を高めることができるという効果を期待できる。
これは、カオリン及びタルクはいずれも板状構造の微細粘土鉱物であることから、単体のＳｉＯ2やＳｉＯ2の粉体粒子に比べて粒子の嵩が大きいという性質を有している。つまり、顆粒状のカオリンやタルクは、単体のＳｉＯ2やＳｉＯ2に比べて嵩密度が低いのでプレス成形時のつぶれ性が良く、これらを原料の粉体に添加することで、プレス成形時に圧縮後の体積を小さくすることができる。このため、焼成前のセラミックス原料の粒子密度、すなわち、生密度を向上させることができるという効果を有する。この結果、セラミックス原料を複雑な形状に容易にプレス形成することができるという優れた効果を発揮するのである。
このように、生密度の高いセラミックス原料は、加圧前の体積を加圧後の体積で除した値である圧縮比が大きいので、加圧時の原料の流動性を高めることができるという効果を有する。つまり、プレス成形した際のセラミックス原料成形体の密度を均一にすることができると同時に、この成形体を焼成した際の収縮の度合いを小さくすることができるという効果を有する。加えて、焼成されたセラミックス自体を均質にするという効果も有する。
さらに、セラミックス原料の一部にカオリンやタルクを使用することで、焼成前のセラミックス原料成形体の滑り性を向上させることができる。この結果、プレス成形時にセラミックス原料を金型から容易に取り出すことができるという効果を有する。従って、カオリン及びタルクをプレス成形に供する原料の粉体に添加することにより、その成形性を向上させることができるのである。
この結果、実施例１に係る高反射白色セラミックスを製造する際に、プレス成形時の欠陥品や不良品の発生を防止することができ、製品の歩留まりが向上して製品の製造に係るコストを削減できるという効果を有するのである。
さらに、実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分であるＭｇＯ供給源として、すなわち、原材料として、ＳｉＯ2及びＭｇＯを主成分とする鉱物であるタルク（滑石）を、また、ＳｉＯ2の供給源として上記タルク又は粘度鉱物であるカオリンをそれぞれ採用することが可能である。
実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分の原材料として、タルクを採用した場合には、上述のプレス成形工程（Ｓ５）において、粘土状のセラミック原料の滑面性が向上して型枠からの離間を容易にできるという効果を期待できる。
また、実施例１に係る高反射白色セラミックスのガラス質成分の原材料として、粘土鉱物であるカオリンを採用した場合には、焼成前のセラミックス原料の成形性を高めることができるという効果を期待できる。
これは、カオリン及びタルクはいずれも板状構造の微細粘土鉱物であることから、単体のＳｉＯ2やＳｉＯ2の粉体粒子に比べて粒子の嵩が大きいという性質を有している。つまり、顆粒状のカオリンやタルクは、単体のＳｉＯ2やＳｉＯ2に比べて嵩密度が低いのでプレス成形時のつぶれ性が良く、これらを原料の粉体に添加することで、プレス成形時に圧縮後の体積を小さくすることができる。このため、焼成前のセラミックス原料の粒子密度、すなわち、生密度を向上させることができるという効果を有する。この結果、セラミックス原料を複雑な形状に容易にプレス形成することができるという優れた効果を発揮するのである。
このように、生密度の高いセラミックス原料は、加圧前の体積を加圧後の体積で除した値である圧縮比が大きいので、加圧時の原料の流動性を高めることができるという効果を有する。つまり、プレス成形した際のセラミックス原料成形体の密度を均一にすることができると同時に、この成形体を焼成した際の収縮の度合いを小さくすることができるという効果を有する。加えて、焼成されたセラミックス自体を均質にするという効果も有する。
さらに、セラミックス原料の一部にカオリンやタルクを使用することで、焼成前のセラミックス原料成形体の滑り性を向上させることができる。この結果、プレス成形時にセラミックス原料を金型から容易に取り出すことができるという効果を有する。従って、カオリン及びタルクをプレス成形に供する原料の粉体に添加することにより、その成形性を向上させることができるのである。
この結果、実施例１に係る高反射白色セラミックスを製造する際に、プレス成形時の欠陥品や不良品の発生を防止することができ、製品の歩留まりが向上して製品の製造に係るコストを削減できるという効果を有するのである。
上述のような一連の工程により作製された高反射性白色セラミックスの組成について図２を参照しながら説明する。
図２は、本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの内部断面を示す概念図である。
図２に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックス１は、斜線で示すガラス質成分４中にＡｌ2Ｏ3結晶２が分散した状態で固化したものであり、所々に気孔３が存在する構造になっている。
また、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においてＡｌ2Ｏ3結晶２の含有率は約７５〜８５重量％の範囲内であり、これに伴いＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４の含有率は合計で約２５〜１５重量％の範囲内であることを特徴とするものである。
実施例１に係る高反射白色セラミックス１のようなＡｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいては、Ａｌ2Ｏ3結晶２の含有量が８５重量％を超えると、Ａｌ2Ｏ3結晶２に対するガラス質成分４の量が不十分となり、つまり、Ａｌ2Ｏ3結晶２同士の隙間にガラス質成分４が十分に供給されないために、セラミックスの内部断面における気孔率が高くなることが知られている。
そして、Ａｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいて、内部断面における気孔率が５％を超えると特に強度が低下する傾向が認められる。
他方、Ａｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいて、ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４の含有率が２５重量％を超えるものは、ガラス質成分の含有量が多いセラミックスとなり、このようなセラミックスは、実施例１に係る高反射白色セラミックス１の焼成温度よりも低い１０００℃程度で焼成することが可能であるものの、このようなセラミックスは、平面方向における収縮率が低いというメリットを有する反面、放熱性が悪いというデメリットを有している。他方、反射体の材料としては、発光素子が発光する際に生じる熱を外部に効率的に放熱できるよう、熱伝導性の高いものが適している。このため、ガラス質成分４の含有率が２５重量％を超えるセラミックスは、反射体の材料には不向きなのである。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、Ａｌ2Ｏ3結晶２の含有率を約７５〜８５重量％の範囲内とすることで、強度と放熱性の両者を備えた高反射白色セラミックス１を作製することができるのである。
図２は、本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの内部断面を示す概念図である。
図２に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックス１は、斜線で示すガラス質成分４中にＡｌ2Ｏ3結晶２が分散した状態で固化したものであり、所々に気孔３が存在する構造になっている。
また、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においてＡｌ2Ｏ3結晶２の含有率は約７５〜８５重量％の範囲内であり、これに伴いＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４の含有率は合計で約２５〜１５重量％の範囲内であることを特徴とするものである。
実施例１に係る高反射白色セラミックス１のようなＡｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいては、Ａｌ2Ｏ3結晶２の含有量が８５重量％を超えると、Ａｌ2Ｏ3結晶２に対するガラス質成分４の量が不十分となり、つまり、Ａｌ2Ｏ3結晶２同士の隙間にガラス質成分４が十分に供給されないために、セラミックスの内部断面における気孔率が高くなることが知られている。
そして、Ａｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいて、内部断面における気孔率が５％を超えると特に強度が低下する傾向が認められる。
他方、Ａｌ2Ｏ3系のセラミックスにおいて、ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４の含有率が２５重量％を超えるものは、ガラス質成分の含有量が多いセラミックスとなり、このようなセラミックスは、実施例１に係る高反射白色セラミックス１の焼成温度よりも低い１０００℃程度で焼成することが可能であるものの、このようなセラミックスは、平面方向における収縮率が低いというメリットを有する反面、放熱性が悪いというデメリットを有している。他方、反射体の材料としては、発光素子が発光する際に生じる熱を外部に効率的に放熱できるよう、熱伝導性の高いものが適している。このため、ガラス質成分４の含有率が２５重量％を超えるセラミックスは、反射体の材料には不向きなのである。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、Ａｌ2Ｏ3結晶２の含有率を約７５〜８５重量％の範囲内とすることで、強度と放熱性の両者を備えた高反射白色セラミックス１を作製することができるのである。
さらに、実施例１に係る高反射白色セラミックス１は、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が０．５μｍ以下であることを特徴とするものである。
一般に、光は平滑な反射面において鏡面反射、すなわち正反射し易いという性質を有している。このため、焼成後のセラミックス内におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きいと、焼成後のセラミックス表面がＡｌ2Ｏ3結晶２により凸凹状になり、正反射が起こり難くなってしまう。つまり、セラミックス表面上において光が乱反射されてしまうのである。
また、Ａｌ2Ｏ3結晶２は通常、無色透明であることから、高反射白色セラミックス１の表面に到達した光が、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒界からＡｌ2Ｏ3結晶２内部に透過してしまうことによってもセラミックスの表面において正反射する光の量が減少すると考えられる。
このため、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きい場合には、上述のような現象が相乗的に作用してセラミックス表面上における光の反射率が低下すると考えられる。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１では、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下とすることで、焼成後のセラミックス表面をより平滑にすることができ、しかも、Ａｌ2Ｏ3結晶２の表面積が小さいために結晶粒界から結晶内部へ光の透過し難くすることができるので、その表面上において光を良好に正反射させることができるのである。
一般に、光は平滑な反射面において鏡面反射、すなわち正反射し易いという性質を有している。このため、焼成後のセラミックス内におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きいと、焼成後のセラミックス表面がＡｌ2Ｏ3結晶２により凸凹状になり、正反射が起こり難くなってしまう。つまり、セラミックス表面上において光が乱反射されてしまうのである。
また、Ａｌ2Ｏ3結晶２は通常、無色透明であることから、高反射白色セラミックス１の表面に到達した光が、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒界からＡｌ2Ｏ3結晶２内部に透過してしまうことによってもセラミックスの表面において正反射する光の量が減少すると考えられる。
このため、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が０．５μｍを超えて大きい場合には、上述のような現象が相乗的に作用してセラミックス表面上における光の反射率が低下すると考えられる。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１では、Ａｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下とすることで、焼成後のセラミックス表面をより平滑にすることができ、しかも、Ａｌ2Ｏ3結晶２の表面積が小さいために結晶粒界から結晶内部へ光の透過し難くすることができるので、その表面上において光を良好に正反射させることができるのである。
また、実施例１に係る高反射白色セラミックス１中におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径は０．５μｍ以下であることが望ましいのであるが、粉体原料のＡｌ2Ｏ3は、焼成時に、Ａｌ2Ｏ3結晶同士が互いに結合して結晶粒が肥大成長することが知られている。このため、焼成後の高反射白色セラミックス１内におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を小さくするためには、粉体原料のＡｌ2Ｏ3結晶粒子径がより小さいことが望ましい。
上述のような理由により、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、Ａｌ2Ｏ3の粉体原料としてγ，δ，θ粒子を主層とし、すなわち、電子顕微鏡写真により判定する一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナを採用している。
そして、Ａｌ2Ｏ3の粉体原料として遷移アルミナを採用した場合、焼成時に溶融したＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４がＡｌ2Ｏ3結晶の隙間に流れ込むことにより、Ａｌ2Ｏ3結晶同士を互いに離間してＡｌ2Ｏ3結晶２の肥大成長を好適に抑制することができるという効果を発揮するのである。この結果、実施例１に係る高反射白色セラミックス１中のＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下にすることができる。
なお、実施例１に係る高反射白色セラミックス１のＡｌ2Ｏ3粉体原料として、通常電子部品に多用される平均結晶粒径が約１〜２μｍ程度のＬｏｗ Ｓｏｄａ Ａｌ2Ｏ3（以下、Ｌ．Ｓ．アルミナと呼ぶ。）を使用することも十分可能であるが、特に、遷移アルミナを採用した場合にはＬ．Ｓ．アルミナを用いた場合に比べて、高反射白色セラミックス１内のＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が肥大成長し難く、高反射白色セラミックス１の表面を平滑にする効果が高いのである。このため、高反射白色セラミックス１の表面における光の反射率を一層高くすることができるという優れた効果を発揮するのである。
なお、Ａｌ2Ｏ3粉体原料としてＬ．Ｓ．アルミナを採用する場合、図１に示す粉砕及び混合工程（Ｓ２）においてＬ．Ｓ．アルミナはα粒子まで解砕されて微細粒子となるので、焼成後の高反射白色セラミックス１内におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下にすることが可能である。
さらに、一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナはＬ．Ｓ．アルミナに比べて安価であるため、高反射白色セラミックス１の原材料費を削減できるという効果も有する。
上述のような理由により、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、Ａｌ2Ｏ3の粉体原料としてγ，δ，θ粒子を主層とし、すなわち、電子顕微鏡写真により判定する一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナを採用している。
そして、Ａｌ2Ｏ3の粉体原料として遷移アルミナを採用した場合、焼成時に溶融したＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４がＡｌ2Ｏ3結晶の隙間に流れ込むことにより、Ａｌ2Ｏ3結晶同士を互いに離間してＡｌ2Ｏ3結晶２の肥大成長を好適に抑制することができるという効果を発揮するのである。この結果、実施例１に係る高反射白色セラミックス１中のＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下にすることができる。
なお、実施例１に係る高反射白色セラミックス１のＡｌ2Ｏ3粉体原料として、通常電子部品に多用される平均結晶粒径が約１〜２μｍ程度のＬｏｗ Ｓｏｄａ Ａｌ2Ｏ3（以下、Ｌ．Ｓ．アルミナと呼ぶ。）を使用することも十分可能であるが、特に、遷移アルミナを採用した場合にはＬ．Ｓ．アルミナを用いた場合に比べて、高反射白色セラミックス１内のＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径が肥大成長し難く、高反射白色セラミックス１の表面を平滑にする効果が高いのである。このため、高反射白色セラミックス１の表面における光の反射率を一層高くすることができるという優れた効果を発揮するのである。
なお、Ａｌ2Ｏ3粉体原料としてＬ．Ｓ．アルミナを採用する場合、図１に示す粉砕及び混合工程（Ｓ２）においてＬ．Ｓ．アルミナはα粒子まで解砕されて微細粒子となるので、焼成後の高反射白色セラミックス１内におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を０．５μｍ以下にすることが可能である。
さらに、一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナはＬ．Ｓ．アルミナに比べて安価であるため、高反射白色セラミックス１の原材料費を削減できるという効果も有する。
そして、実施例１に係る高反射白色セラミックス１の表面における算術平均荒さＲａは、０．５μｍ以下であることを特徴とするものである。
実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、上述のような理由により、焼成時にＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径は０．５μｍ以下となり、溶融したＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４とＡｌ2Ｏ3結晶２の混合体は高反射白色セラミックス１の表面上に算術平均荒さＲａが０．５μｍ以下となるような反射面を形成するのである。
しかも、高反射白色セラミックス１に係るＡｌ2Ｏ3結晶２は結晶粒径が０．５μｍ以下であるため、結晶粒界の表面積が小さくなることで内部に光が透過し難くなる。また、ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４は白色でかつ不透光性を備えているため、実施例１に係る高反射白色セラミックス１は、表面に到達する光を良好に正反射させることができるのである。
実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、上述のような理由により、焼成時にＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径は０．５μｍ以下となり、溶融したＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４とＡｌ2Ｏ3結晶２の混合体は高反射白色セラミックス１の表面上に算術平均荒さＲａが０．５μｍ以下となるような反射面を形成するのである。
しかも、高反射白色セラミックス１に係るＡｌ2Ｏ3結晶２は結晶粒径が０．５μｍ以下であるため、結晶粒界の表面積が小さくなることで内部に光が透過し難くなる。また、ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯからなるガラス質成分４は白色でかつ不透光性を備えているため、実施例１に係る高反射白色セラミックス１は、表面に到達する光を良好に正反射させることができるのである。
従って、本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックス１によれば、強度が高く、セラミックス表面上において光を良好に正反射させることができ、しかも、作製容易で安価な反射体を提供することができるという優れた効果を有するのである。
続いて、実施例１に係る高反射白色セラミックスの試作品（試料Ａ，Ｂ）における電子顕微鏡写真について図３を参照しながら説明する。
図３（ａ）はＡｌ2Ｏ3原料として遷移アルミナを、（ｂ）はＡｌ2Ｏ3原料としてＬ．Ｓ．アルミナをそれぞれ使用した場合の本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの内部断面を示す電子顕微鏡写真である。
また、試料Ａ，Ｂはいずれも図１に示す手順に従って作製したものであり、試料Ａ，Ｂにおける焼成後のＡｌ2Ｏ3結晶２の含有率はいずれも８０重量％であった。
さらに、実施例１に係る高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂの粉体原料中におけるＡｌ2Ｏ3粉体原料及びガラス質成分４の配合比率（重量％）は、以下の表１に示す通りである。
図３（ａ）はＡｌ2Ｏ3原料として遷移アルミナを、（ｂ）はＡｌ2Ｏ3原料としてＬ．Ｓ．アルミナをそれぞれ使用した場合の本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの内部断面を示す電子顕微鏡写真である。
また、試料Ａ，Ｂはいずれも図１に示す手順に従って作製したものであり、試料Ａ，Ｂにおける焼成後のＡｌ2Ｏ3結晶２の含有率はいずれも８０重量％であった。
さらに、実施例１に係る高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂの粉体原料中におけるＡｌ2Ｏ3粉体原料及びガラス質成分４の配合比率（重量％）は、以下の表１に示す通りである。
図３（ａ），（ｂ）中において粒状に見えるものはいずれもＡｌ2Ｏ3結晶２である。そして、図３（ａ），（ｂ）からも明らかなように、Ａｌ2Ｏ3の粉体材料として結晶粒径の極めて小さい遷移アルミナを使用した試料Ａにおいては、焼成後の高反射白色セラミックス１内部におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径も小さいままであった。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、原料粉体中におけるＡｌ2Ｏ3結晶の結晶粒径の大きさがそのまま焼成後のセラミックス内部におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径に反映されるため、焼成後のセラミックス中におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を小さくするためには、結晶粒径の極めて小さい遷移アルミナを使用することが望ましいのである。
従って、実施例１に係る高反射白色セラミックス１においては、原料粉体中におけるＡｌ2Ｏ3結晶の結晶粒径の大きさがそのまま焼成後のセラミックス内部におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径に反映されるため、焼成後のセラミックス中におけるＡｌ2Ｏ3結晶２の結晶粒径を小さくするためには、結晶粒径の極めて小さい遷移アルミナを使用することが望ましいのである。
最後に、上述のような試料Ａ，Ｂの表面における反射率の測定結果について図４を参照しながら詳細に説明する。
図４は本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの表面における入射波長別の反射率の測定結果を示すグラフである。
また、反射率の測定は、ミノルタ社製「ＣＭ−３６００ｄ」により行い、ＢａＳＯ4を塗布した金属球に光を照射した際の反射率を１００％として、試料Ａ，Ｂの反射率をそれぞれ計測した。
さらに、高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂの内部断面における気孔率（％），表面における算術平均粗さＲａ（μｍ）はそれぞれ下表２に示す通りである。
図４は本発明の実施例１に係る高反射白色セラミックスの表面における入射波長別の反射率の測定結果を示すグラフである。
また、反射率の測定は、ミノルタ社製「ＣＭ−３６００ｄ」により行い、ＢａＳＯ4を塗布した金属球に光を照射した際の反射率を１００％として、試料Ａ，Ｂの反射率をそれぞれ計測した。
さらに、高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂの内部断面における気孔率（％），表面における算術平均粗さＲａ（μｍ）はそれぞれ下表２に示す通りである。
図４に示すように、発光波長が４００ｎｍ〜７４０ｎｍの可視光領域の光の反射率は、Ａｌ2Ｏ3粉体原料として遷移アルミナを用いた試料Ａの方が、Ｌ．Ｓ．アルミナを用いた試料Ｂよりも高く、その値は約９０％〜９３％の範囲内であった。また、Ｌ．Ｓ．アルミナを用いた試料Ｂも、試料Ａの反射率には劣るものの可視光領域の光の反射率は概ね８６％程度であり、高反射性を有すると言える。
さらに、表２に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂは、内部断面における気孔率がいずれも５％以下であり、しかも算術平均粗さＲａはいずれも０.５μｍであった。
従って、試料Ａ，Ｂはいずれも強度と表面における平滑性を備えた高反射白色セラミックス１であると言える。
さらに、表２に示すように、実施例１に係る高反射白色セラミックス１である試料Ａ，Ｂは、内部断面における気孔率がいずれも５％以下であり、しかも算術平均粗さＲａはいずれも０.５μｍであった。
従って、試料Ａ，Ｂはいずれも強度と表面における平滑性を備えた高反射白色セラミックス１であると言える。
次に、本発明の実施例２に係るリフレクターについて図５を参照しながら詳細に説明する。（特に請求項７に対応）
図５は本発明の実施例２に係るリフレクターの概念図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図５に示すように、実施例２に記載のリフレクター５は、実施例１で述べた高反射白色セラミックス１からなる環状体であり、この環状体の内周面は、略すり鉢状を成しており、その表面の反射面５ａにおいて光を好適に正反射させることができるよう構成されるものである。なお、リフレクター５を構成する高反射白色セラミックス１は、実施例１に記載の高反射白色セラミックス１とその構成の特徴の点で同じであるため、詳細な説明については省略する。
なお、図５では、リフレクター５の一例として、反射面５ａの水平断面形状が略円形のものを記載しているが、反射面５ａの水平断面形状は必ずしも略円形である必要はなく、方形や多角形、楕円等であってもよい。すなわち、反射面５ａの水平断面形状が環状をなすものであればどのような形状でも良い。また、リフレクター５の上面５ｂにおける反射面５ａの形状と、下面５ｃにおける反射面５ａの形状が異なっていても良い。たとえば、リフレクター５の上面５ｂにおける反射面５ａの形状が、たとえば、６角形（多角形）であり、下面５ｃにおける下面５ｃの形状が略円形でもよい。
さらに、図５に示すリフレクター５の反射面５ａは、リフレクター５の上面５ｂから下面５ｃに向って縮径しているが、これとは逆に、反射面５ａは、下面５ｃから上面５ｂに向って縮径していてもよい。
図５は本発明の実施例２に係るリフレクターの概念図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図５に示すように、実施例２に記載のリフレクター５は、実施例１で述べた高反射白色セラミックス１からなる環状体であり、この環状体の内周面は、略すり鉢状を成しており、その表面の反射面５ａにおいて光を好適に正反射させることができるよう構成されるものである。なお、リフレクター５を構成する高反射白色セラミックス１は、実施例１に記載の高反射白色セラミックス１とその構成の特徴の点で同じであるため、詳細な説明については省略する。
なお、図５では、リフレクター５の一例として、反射面５ａの水平断面形状が略円形のものを記載しているが、反射面５ａの水平断面形状は必ずしも略円形である必要はなく、方形や多角形、楕円等であってもよい。すなわち、反射面５ａの水平断面形状が環状をなすものであればどのような形状でも良い。また、リフレクター５の上面５ｂにおける反射面５ａの形状と、下面５ｃにおける反射面５ａの形状が異なっていても良い。たとえば、リフレクター５の上面５ｂにおける反射面５ａの形状が、たとえば、６角形（多角形）であり、下面５ｃにおける下面５ｃの形状が略円形でもよい。
さらに、図５に示すリフレクター５の反射面５ａは、リフレクター５の上面５ｂから下面５ｃに向って縮径しているが、これとは逆に、反射面５ａは、下面５ｃから上面５ｂに向って縮径していてもよい。
このように、実施例２に係るリフレクター５を実施例１に係る高反射白色セラミックス１により製造した場合、リフレクター５を、高反射性を有する金属で構成したり、また、高反射性を備えないセラミックスあるいは金属で構成し、その反射面に高反射性を有する金属薄膜を形成した場合に比べて、リフレクター５を製造する際にかかる原材料費を大幅に削減できるという効果を有する。
また、実施例２に係るリフレクター５を、実施例１に係る高反射白色セラミックス１により、すなわち、セラミックスにより製造した場合には、焼成による収縮率等を事前に把握することで、プレス成形により、所望の形状を有しかつ微細であっても寸法精度の高いリフレクター５を容易に大量生産することができるという効果を有する。すなわち、実施例２に係るリフレクター５によれば、コストをかけることなく容易にかつ高精度に、反射面５ａのなす角度を自在に設定できるという効果を有する。
この結果、品質の高いリフレクター５の製造するための工程を簡略化することができ、リフレクター５の製造コストを大幅に削減できるという効果を期待できる。
さらに、高反射白色セラミックス１から成るリフレクター５は、金属製のリフレクターや、反射面に金属薄膜を有するリフレクターに比べて、長期間空気中に曝した場合や発光素子からの放熱で高温となった場合でも反射面が変色したり劣化したりする恐れがない。このため、リフレクター５の耐久性を向上させることができるという効果も期待できる。
また、実施例２に係るリフレクター５を、実施例１に係る高反射白色セラミックス１により、すなわち、セラミックスにより製造した場合には、焼成による収縮率等を事前に把握することで、プレス成形により、所望の形状を有しかつ微細であっても寸法精度の高いリフレクター５を容易に大量生産することができるという効果を有する。すなわち、実施例２に係るリフレクター５によれば、コストをかけることなく容易にかつ高精度に、反射面５ａのなす角度を自在に設定できるという効果を有する。
この結果、品質の高いリフレクター５の製造するための工程を簡略化することができ、リフレクター５の製造コストを大幅に削減できるという効果を期待できる。
さらに、高反射白色セラミックス１から成るリフレクター５は、金属製のリフレクターや、反射面に金属薄膜を有するリフレクターに比べて、長期間空気中に曝した場合や発光素子からの放熱で高温となった場合でも反射面が変色したり劣化したりする恐れがない。このため、リフレクター５の耐久性を向上させることができるという効果も期待できる。
最後に、本発明の実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージについて図６を参照しながら詳細に説明する。（特に請求項８及び請求項９に対応）
図６は本発明の実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板及びそれを用いた半導体発光素子収納用パッケージの断面図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図６に示すように、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６は、例えば、ドクターブレード法等により作製されたシート状のセラミック成形体を複数積層した後に焼結して成る基体７の上面に、半導体発光素子９が搭載されたものであり、基体７の上面に設けられる接合材８の上面には導体配線がパターニングされ、この導体配線上に接合用バンプ１０を介して半導体発光素子９が搭載されたものである。
また、焼結前のセラミック成形体の上面には導電性メタライズ層１４を用いて回路配線がパターンニングされており、さらに、このようなセラミック成形体にはビアホール１２が穿設され、このビアホール１２内に導電性ペースト１３を充填することで、基体７の内部において層状に配設されるそれぞれの回路配線同士を電気的に接続している。
この結果、半導体発光素子搭載用基板６の外部から伝送される電気信号は、端子１５を介して半導体発光素子９に伝達され、半導体発光素子９の点灯や消灯がコントロール可能になっている。
さらに、基体７上には、半導体発光素子９を取り囲むように、実施例２に記載のリフレクター５が接合されており、このリフレクター５の作用により、半導体発光素子９から発せられる光の一部が、リフレクター５の反射面５ａにおいて正反射し、基体７の法線方向に送られるのである。なお、リフレクター５は上述の実施例２に係るリフレクター５とその構成の特徴の点で同じであるため、リフレクター５の詳細についての説明は省略する。
この結果、半導体発光素子搭載用基板６の光の発光効率を高めることができるという効果が期待できる。
なお、先にも述べたが、図５に示すリフレクター５の反射面５ａを、下面５ｃから上面５ｂに向って縮径させてもよく、この場合、半導体発光素子９から発せられる光が基体７の法線方向に向って拡散するのを防止することができるので、特定の範囲内の光の照度を高めることができるという効果を有する。
また、実施例２に係るリフレクター５は、実施例１に記載の高反射白色セラミックス１により作製されるため、その特性として、高反射性を有しかつ製造容易であり、しかも、このようなリフレクターを金属により製造した場合に比べて、原材料や製造に係るコストが大幅に低いため、このようなリフレクター５を用いることで、高品質で安価な半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという優れた効果が発揮されるのである。
なお、図６に示すように、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６においては、半導体発光素子９と接合材８を接合用バンプ１０により電気的に接続しているが、接合用バンプ１０に代えて、たとえば、ボンディングワイヤにより半導体発光素子９と接合材８とを電気的に接続しても良い。
図６は本発明の実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板及びそれを用いた半導体発光素子収納用パッケージの断面図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図６に示すように、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６は、例えば、ドクターブレード法等により作製されたシート状のセラミック成形体を複数積層した後に焼結して成る基体７の上面に、半導体発光素子９が搭載されたものであり、基体７の上面に設けられる接合材８の上面には導体配線がパターニングされ、この導体配線上に接合用バンプ１０を介して半導体発光素子９が搭載されたものである。
また、焼結前のセラミック成形体の上面には導電性メタライズ層１４を用いて回路配線がパターンニングされており、さらに、このようなセラミック成形体にはビアホール１２が穿設され、このビアホール１２内に導電性ペースト１３を充填することで、基体７の内部において層状に配設されるそれぞれの回路配線同士を電気的に接続している。
この結果、半導体発光素子搭載用基板６の外部から伝送される電気信号は、端子１５を介して半導体発光素子９に伝達され、半導体発光素子９の点灯や消灯がコントロール可能になっている。
さらに、基体７上には、半導体発光素子９を取り囲むように、実施例２に記載のリフレクター５が接合されており、このリフレクター５の作用により、半導体発光素子９から発せられる光の一部が、リフレクター５の反射面５ａにおいて正反射し、基体７の法線方向に送られるのである。なお、リフレクター５は上述の実施例２に係るリフレクター５とその構成の特徴の点で同じであるため、リフレクター５の詳細についての説明は省略する。
この結果、半導体発光素子搭載用基板６の光の発光効率を高めることができるという効果が期待できる。
なお、先にも述べたが、図５に示すリフレクター５の反射面５ａを、下面５ｃから上面５ｂに向って縮径させてもよく、この場合、半導体発光素子９から発せられる光が基体７の法線方向に向って拡散するのを防止することができるので、特定の範囲内の光の照度を高めることができるという効果を有する。
また、実施例２に係るリフレクター５は、実施例１に記載の高反射白色セラミックス１により作製されるため、その特性として、高反射性を有しかつ製造容易であり、しかも、このようなリフレクターを金属により製造した場合に比べて、原材料や製造に係るコストが大幅に低いため、このようなリフレクター５を用いることで、高品質で安価な半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという優れた効果が発揮されるのである。
なお、図６に示すように、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６においては、半導体発光素子９と接合材８を接合用バンプ１０により電気的に接続しているが、接合用バンプ１０に代えて、たとえば、ボンディングワイヤにより半導体発光素子９と接合材８とを電気的に接続しても良い。
また、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６において、基体７には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする基体や、あるいは、低温焼成セラミックスから成る基体を使用してもよい。
特に、窒化アルミニウムを主成分とする基体７と実施例２に係るリフレクター５を組み合わせた場合には、熱伝導性の高い窒化アルミニウム焼結体による高放熱性に加え、リフレクター５による高反射性と耐久性を備えた高品質の半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという効果を有する。
また、特に低温焼成セラミックスから成る基体７と実施例２に係るリフレクター５を組み合わせた場合には、低温焼成セラミックスを用いることで高精度の集積パターンが実現可能であり、さらに、リフレクター５による高反射性と耐久性を備えた高品質の半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという効果を有する。
一般に、基体７のコストは、基体７の焼成温度が高いほど高価になる。このため、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６において、基体７に低温焼成セラミックスを使用することで、半導体発光素子搭載用基板６を製造する際のコストを削減できるという効果が発揮される。
この結果、反射効率の高い半導体発光素子搭載用基板６を安価に提供できるという効果が期待できる。
一般に、基体７のコストは、基体７の焼成温度が高いほど高価になる。このため、実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６において、基体７に低温焼成セラミックスを使用することで、半導体発光素子搭載用基板６を製造する際のコストを削減できるという効果が発揮される。
この結果、反射効率の高い半導体発光素子搭載用基板６を安価に提供できるという効果が期待できる。
また、上述のようなそれぞれの半導体発光素子搭載用基板６において、リフレクター５又は半導体発光素子９、あるいはこれらの両方を、銅箔又は銅ペーストを用いたＤＣＢ法（Direct Copper Bond法）により基体７に接合してもよい。
より具体的には、セラミックス製の基体７の上面に、銅箔又は銅ペーストから成る薄板状の銅を接触させておき、この状態のまま窒素又はアルゴン雰囲気中において基体７を加熱することにより、銅箔又は銅ペーストの接合界面８ａ（図６を参照）にＣｕ−Ｏの共晶液層を生成させ、この共晶液層により銅と接合対象物とを接合させるのである。
すなわち、上述のような条件下において生成させたＣｕ−Ｏの共晶液層により、基体７，リフレクター５と接合材８とを、あるいは、半導体発光素子９と接合材８とを、それぞれ接合させてもよい。
より具体的には、セラミックス製の基体７の上面に、銅箔又は銅ペーストから成る薄板状の銅を接触させておき、この状態のまま窒素又はアルゴン雰囲気中において基体７を加熱することにより、銅箔又は銅ペーストの接合界面８ａ（図６を参照）にＣｕ−Ｏの共晶液層を生成させ、この共晶液層により銅と接合対象物とを接合させるのである。
すなわち、上述のような条件下において生成させたＣｕ−Ｏの共晶液層により、基体７，リフレクター５と接合材８とを、あるいは、半導体発光素子９と接合材８とを、それぞれ接合させてもよい。
このように、リフレクター５又は半導体発光素子９、あるいはこれらの両方を銅箔又は銅ペーストを用いてＤＣＢ法により接合した場合には、上述のようなそれぞれの半導体発光素子搭載用基板６の効果に加えて、基体７の表面に、リフレクター５又は半導体発光素子９、あるいはこれら両方を、所定の姿勢で正確に接合することができるという優れた効果が発揮される。
この結果、半導体発光素子９やリフレクター５を基体７の上面に接合した際の傾き加減の微妙な違いによる半導体発光素子搭載用基板６の発光特性や反射特性の違いを、すなわち、半導体発光素子搭載用基板６の発光特性や反射特性のばらつきを小さくすることができる。よって、半導体発光素子搭載用基板６の発光特性を略均質にできるという効果が期待できる。
従って、一層品質の高い半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという効果を有する。
この結果、半導体発光素子９やリフレクター５を基体７の上面に接合した際の傾き加減の微妙な違いによる半導体発光素子搭載用基板６の発光特性や反射特性の違いを、すなわち、半導体発光素子搭載用基板６の発光特性や反射特性のばらつきを小さくすることができる。よって、半導体発光素子搭載用基板６の発光特性を略均質にできるという効果が期待できる。
従って、一層品質の高い半導体発光素子搭載用基板６を提供できるという効果を有する。
さらに、上述のような実施例３に係る半導体発光素子搭載用基板６は、半導体発光素子９を収容する空間であるキャビティを、たとえば、図６に示すようなレンズ１１や、図示しない合成樹脂等により封止し、半導体発光素子収納用パッケージ１６としてもよい。
このような、半導体発光素子収納用パッケージ１６は、上述のようなそれぞれの半導体発光素子搭載用基板６の効果に加え、レンズ１１や、あるいは、図示しない合成樹脂等により半導体発光素子９を封止することで、半導体発光素子９を保護することができるという効果を有する。
また、レンズ１１や図示しない合成樹脂に、紫外光を可視光に変換可能な蛍光剤を添加した場合には、半導体発光素子９として紫外光を発するものを採用することが可能となり、半導体発光素子９自体の発光特性のばらつきによる半導体発光素子収納用パッケージ１６の不良品化を防止することができるという効果を有する。
また、レンズ１１や合成樹脂に添加する蛍光剤を変えたり、あるいは複数種類組合せることで、多用な発光特性を有する半導体発光素子収納用パッケージ１６を製造することが可能となり、半導体発光素子収納用パッケージ１６の汎用性を高めることができるという効果も期待できる。
このような、半導体発光素子収納用パッケージ１６は、上述のようなそれぞれの半導体発光素子搭載用基板６の効果に加え、レンズ１１や、あるいは、図示しない合成樹脂等により半導体発光素子９を封止することで、半導体発光素子９を保護することができるという効果を有する。
また、レンズ１１や図示しない合成樹脂に、紫外光を可視光に変換可能な蛍光剤を添加した場合には、半導体発光素子９として紫外光を発するものを採用することが可能となり、半導体発光素子９自体の発光特性のばらつきによる半導体発光素子収納用パッケージ１６の不良品化を防止することができるという効果を有する。
また、レンズ１１や合成樹脂に添加する蛍光剤を変えたり、あるいは複数種類組合せることで、多用な発光特性を有する半導体発光素子収納用パッケージ１６を製造することが可能となり、半導体発光素子収納用パッケージ１６の汎用性を高めることができるという効果も期待できる。
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項９に記載された発明は、酸化アルミニウムとガラス質成分からなるセラミックスと、このセラミックスを用いたリフレクター、さらには、このリフレクターを用いた半導体発光素子搭載用基板及び半導体発光素子収納用パッケージであって、このようなセラミックス及びこのセラミックスを用いたリフレクターは、強度が高くて表面が平滑であり、これによりセラミックス表面上において光を良好に正反射させることができ、しかも、作製容易で安価であり、表示機器や照明機器の分野において利用可能である。
１…光反射白色セラミックス ２…Ａｌ2Ｏ3結晶 ３…気孔 ４…ガラス質成分 ５…リフレクター ５ａ…反射面 ５ｂ…上面 ５ｃ…下面 ６…半導体発光素子搭載用基板 ７…基体 ８…接合材 ９…半導体発光素子 １０…接合用バンプ １１…レンズ １２…ビアホール １３…導電性ペースト １４…導電性メタライズ層 １５…端子 １６…半導体発光素子収納用パッケージ
Claims (9)
- 酸化アルミニウムと、ガラス質成分とから成るセラミックスであって、
前記セラミックスの酸化アルミニウムの含有率は７５重量％から８５重量％の範囲内であり、
前記ガラス質成分として、シリカと、カルシウムと、マグネシウムと、バリウムとを含有し、
前記セラミックスにおける酸化アルミニウムの結晶粒径は０．５μｍ以下であることを特徴とする白色セラミックス。 - 前記セラミックスの内部断面における気孔率は５％以下であることを特徴とする請求項１記載の白色セラミックス。
- 前記セラミックス表面における算術平均粗さ（Ｒａ）は、Ｒａ＝０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の白色セラミックス。
- 前記酸化アルミニウムの原料は、一次結晶粒径が０．０２μｍ以下の遷移アルミナであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の白色セラミックス。
- 前記マグネシウムは、酸化シリカ及び酸化マグネシウムを主成分とするタルクに由来し、
前記シリカは、前記タルク又はカオリンに由来することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の白色セラミックス。 - 前記セラミックスは、１５００℃以下の温度条件下において焼成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の白色セラミックス。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の白色セラミックスを用いたことを特徴とするリフレクター。
- 請求項７記載のリフレクターを有することを特徴とする半導体発光素子搭載用基板。
- 請求項７記載のリフレクターを有することを特徴とする半導体発光素子収納用パッケージ。
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