(57)【要約】【課題】  偏光性が小さく、高熱伝導性で安価なスピネル焼結体を提供する。また、有用な発光装置用の光透過窓および光透過レンズを提供する。【解決手段】  本発明のスピネル焼結体は、偏光方向が平行である２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量を、偏光方向が直交する２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量で除した商をコントラスト値とするとき、白色光によるコントラスト値が３００以上であることを特徴とし、コントラスト値は、１０００以上のものが好ましい。この焼結体は、組成が、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎが、１．０５〜１.３０であるものが好ましく、ｎは、１．０７〜１．１２５であるものがより好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が平行である２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量を、偏光方向が直交する２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量で除した商をコントラスト値とするとき、白色光による前記コントラスト値が３００以上であることを特徴とするスピネル焼結体。
【請求項２】
前記焼結体は、組成が、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎが、１．０５〜１.３０である請求項１に記載のスピネル焼結体。
【請求項３】
前記コントラスト値が、１０００以上である請求項１または２に記載のスピネル焼結体。
【請求項４】
前記焼結体は、組成が、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎが、１．０７〜１．１２５である請求項１〜３のいずれかに記載のスピネル焼結体。
【請求項５】
前記焼結体は、厚さ１ｍｍでの、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が、７０％以上である請求項１〜４のいずれかに記載のスピネル焼結体。
【請求項６】
前記焼結体は、厚さ１ｍｍでの、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率が、６０％以上である請求項１〜５のいずれかに記載のスピネル焼結体。
【請求項７】
前記焼結体は、熱伝導率が、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１〜６のいずれかに記載のスピネル焼結体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のスピネル焼結体を用いたことを特徴とする発光装置用の光透過窓。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載のスピネル焼結体を用いたことを特徴とする液晶パネルの光透過窓。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載のスピネル焼結体を用いたことを特徴とするデジタルマイクロミラーデバイスの光透過窓。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載のスピネル焼結体を用いたことを特徴とする発光装置用の光透過レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、今後の電子デバイスのニーズに対応し得る直線透過率、偏向特性および熱放散性に優れるスピネル焼結体に関する。また、かかるスピネル焼結体を用いた発光装置用の光透過窓および光透過レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの急速な発達に呼応して、電子デバイスに使用する周辺部品にも高度な特性が要求されている。たとえば、電子デバイス用の光透過レンズおよび光透過窓には、高い直線透過率が要求されるとともに高密度の光信号を透過させるために偏光特性に優れた材料を使用する必要がある。また、電子デバイスは、微妙な発熱によって機能の安定性が影響されるため、熱放散性に優れた材料を用いることが重要である。
【０００３】
熱放散性に優れた光学材料として、サファイアが従来より知られている。サファイアは、アルミナの単結晶からなり、熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と非常に高く、強度が大きい材料である。しかし、サファイアは、高価であって、結晶構造が六方晶であり、光学的に異方性を示すため、偏光光学機器用の透過窓などに使用する場合には、入射偏光方向に対してサファイアの結晶軸の軸合わせが必要となり、実装に手間がかかり、製造コストが高くなる。
【０００４】
偏光特性および直線透過率に優れた材料として、石英ガラスが知られている。しかし、石英ガラスは、熱伝導率が０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さいため、熱放散性が十分ではない。偏光特性の良好な材料として、スピネル焼結体がある。スピネル焼結体は、Ａｌ2Ｏ3とＭｇＯとからなり、結晶型が立方晶であるため、理想的には、複屈折がなく、偏光特性が優れている。
【０００５】
スピネル焼結体の中でも、Ａｌ2Ｏ3とＭｇＯの組成比が０．５３：０．４７〜０．５８：０．４２の材料は、直線透過率が良好であると紹介されている（特許文献１参照）。この組成比は、Ａｌ2Ｏ3・ｎＭｇＯで表すと、ｎが１．１２７〜１．３８１の範囲内にあり、原料粉末を成形した後、水素雰囲気中、１７００℃〜１８００℃で１０時間〜２０時間の常圧焼結をすることにより得られるとある。
【０００６】
同特許文献によれば、水素雰囲気中で焼結する場合、１４００℃以上になると、ＭｇＯが蒸発するが、透過効率の大きいスピネル焼結体を得るには、ＭｇＯの蒸発を完全に抑制するよりは、原料粉末に含まれるＭｇＯの１０％以上を蒸発させる方がよいとある。また、空気中もしくはＮ2中で焼結すると、閉気孔中にＮ2ガスが取り込まれ、気孔が消失しにくくなる。一方、真空中で焼結すると、ＭｇＯの消失が著しく、Ａｌ2Ｏ3が過剰となる。したがって、いずれの場合にも透過光が散乱し、透過効率が低下するため、焼結は、水素雰囲気中で行なうのが好ましいと記載されている。
【特許文献１】特開昭５９−１２１１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、水素雰囲気中で焼結し、原料粉末から１０％以上のＭｇＯを蒸発させると、酸素欠陥が多くなるため、直線透過率、偏光特性および熱伝導性が低下する。また、Ａｌ2Ｏ3の固溶量が多くなり、微視的な結晶格子のバラツキおよび歪が多くなって、光学特性および熱的特性が悪化する。さらに、高温で長時間にわたり焼結すると、焼結体中の結晶が１００μｍ以上の粒径に成長する。
【０００８】
本発明の課題は、偏光性が小さく、高熱伝導性で安価なスピネル焼結体を提供することにある。また、有用な発光装置用の光透過窓および光透過レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスピネル焼結体は、偏光方向が平行である２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量を、偏光方向が直交する２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量で除した商をコントラスト値とするとき、白色光によるコントラスト値が３００以上であることを特徴とし、コントラスト値は、１０００以上のものが好ましい。この焼結体は、組成が、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎが、１．０５〜１.３０であるものが好ましく、ｎは、１．０７〜１．１２５であるものがより好ましい。また、厚さ１ｍｍでの、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が、７０％以上のものが好ましく、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率が、６０％以上のものが好ましい。さらに、熱伝導率が、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが好適である。本発明の発光装置用の光透過窓および光透過レンズは、かかるスピネル焼結体を用いたことを特徴とする。また、本発明の液晶パネルおよびデジタルマイクロミラーデバイスの光透過窓は、かかるスピネル焼結体を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
コントラスト値、光の直線透過率および熱伝導性が高いスピネル焼結体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（スピネル焼結体）
本発明のスピネル焼結体は、白色光によるコントラスト値が３００以上であることを特徴とする。偏光方向が平行である２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量Ａと、偏光方向が直交する２枚の偏光板に挟まれた配置での光透過量Ｂとの比Ａ：Ｂを偏光消光比といい、Ａ÷Ｂの値をコントラスト値という。
【００１２】
理想的な光学結晶の場合、２枚の偏光板の偏光方向が平行な配置では、前段の偏光板を透過した光は１００％、後段の偏光板を透過する。一方、２枚の偏光板の偏光方向が垂直な配置では、前段の偏光板を透過した光は、理想的な光学結晶により偏光方向が影響されないため、後段の偏光板を透過する光量は０％である。実際の結晶では、透過する光に対して偏光方向に影響を与えるため、偏光方向が崩れ、平行配置の透過光量は１００％とならず、直交配置での透過光量も０％とはならない。したがって、偏光消光比またはコントラスト値により、結晶の偏光特性を評価することができる。
【００１３】
偏光特性の測定は、２枚の偏光板を光軸に対して垂直に配置してから、２枚の偏光板の間にサンプルを挟み、各偏光板の偏光方向が平行であるときの光透過量Ａと、偏光板の偏光方向が垂直であるときの光透過量Ｂとを、ＣＣＤで測定し、Ａ÷Ｂによりコントラスト値を求めることができる。
【００１４】
スピネル焼結体は、結晶構造が立方晶であるため、偏光特性が優れ、理想的には光学異方性はないが、実際には結晶における酸素欠陥、結晶格子のバラツキおよび歪などにより偏光特性が低下する。本発明のスピネル焼結体は、白色光によるコントラスト値が３００以上であり、好ましくは１０００以上である。したがって、ガラスと同様の良好な偏光特性を有するため、実装に際し、偏光方向に対して結晶軸を合わせるなどの手間が少なく、実装コストが低廉である。また、サファイアなどよりも安価で、量産性がある。
【００１５】
スピネル焼結体の組成は、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎは１．０５〜１.３０が好ましく、１．０７〜１．１２５がより好ましい。ＭｇＯの飛散を防止して、ｎを１．０５〜１.３０に調整することにより、Ａｌ2Ｏ3の固溶量を少なくして、微視的な結晶格子のバラツキと歪を小さくし、偏光特性を改善することができる。
【００１６】
スピネル焼結体は、波長５００ｎｍの光線（可視光線）による直線透過率が、厚さ１ｍｍで７０％以上のものが好ましく、８０％以上のものがより好ましい。また、スピネル焼結体は、波長３５０ｎｍの光線（紫外光）による直線透過率が、厚さ１ｍｍで６０％以上のものが好ましく、７０％以上のものがより好ましい。直線透過率は、入射する光の光軸と平行な直線上における、入射光の強度に対する透過光の強度の割合である。したがって、各波長の電磁波に対して直線透過率が高いほど、強い透過光が得られ、透過するレンズまたは透過窓に吸収される光エネルギが小さいため、レンズまたは透過窓の発熱を抑えることができる。
【００１７】
スピネル焼結体は、熱伝導率が、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが好ましく、１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものがより好ましい。このようなスピネル焼結体は、放熱性に優れているため、電子光学デバイスの高密度化および高出力化に対応したヒートシンク兼用光学窓材料として好適である。
【００１８】
本発明のスピネル焼結体は、直線透過率が大きく、偏光特性が良好であるため、高密度の光信号を透過させることができる。また、本焼結体は、光源からの光による発熱が小さく、熱伝導率が大きいため、放熱性に優れている。したがって、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザデバイス、液晶プロジェクター、リアプロジェクションテレビまたはデジタルマイクロミラーデバイスなどの発光装置用の光透過窓または光透過レンズの材料として好適である。
【００１９】
なお、デジタルマイクロミラーデバイスは、テキサス  インスツルメンツ（ Texas Instruments ）社が開発した反射型光素子で、プロジェクターの光処理技術であるＤＬＰ（ Digital Light Processing ）技術に使用され、本素子の透過窓には、放熱性が大きく、光学異方性が少なく、高い光透過性が必要とされる。
【００２０】
（スピネル焼結体の製造方法）
出発原料であるスピネル粉の組成は、ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3であり、ｎは１．０５〜１.３０が好ましく、１．０７〜１．１２５がより好ましい。純度は、９９．７％以上であり、比表面積（ＢＥＴ値）は、活性化を維持し、焼結を容易に行なう点で、１２ｍ2／ｇ以上が好ましく、２０ｍ2／ｇ以上がより好ましい。また、原料粉が嵩高くならないようにし、成形を容易にする点で、比表面積は、７０ｍ2／ｇ以下が好ましい。
【００２１】
スピネル粉には、ＬｉＦまたはＣａＦ2などの焼結助剤および有機バインダは添加しない方が好ましい。原料の純度および成形加工工程におけるバインダなどの残留物が製品の純度に大きく影響するためである。したがって、有機バインダを配合するとしても、１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。また、種類もアクリル系などの熱分解しやすいものが好ましい。
【００２２】
成形密度は、充填密度を維持し、焼結中の粒同士の接触面積を大きくして、十分な焼結密度が得られるようにする点で２．０ｇ／ｃｍ3以上が好ましい。一方、脱バインダ時の発生ガスおよび粒子表面の付着ガスが外部に容易に排出し、不純物を除去する点で、２．５ｇ／ｃｍ3以下が適当である。
【００２３】
本発明のスピネル焼結体は、たとえば、大気雰囲気中の常圧焼結と熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）により製造することができる。大気雰囲気中で焼結することにより、水素雰囲気中で焼結する場合と異なり、酸素分圧によりＭｇＯの飛散を防止することができるため、Ａｌ2Ｏ3の固溶量のバラツキが少なく、微視的な結晶格子のバラツキおよび歪が小さい。また、Ｎ2ガスを取り込んだ閉気孔は、ＨＩＰにより除去することができる。したがって、直線透過率、偏光特性および熱伝導性が良好なスピネル焼結体を製造することができる。
【００２４】
この方法は、１２ｍ2／ｇ〜４０ｍ2／ｇ程度のスピネル原料をプレスなどにより成形し、大気雰囲気中、１４５０℃〜１６５０℃で常圧焼結した後、Ａｒ雰囲気中、１５００℃〜１７００℃、２×１０2ＭＰａでＨＩＰを行ない、たとえば、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの製品に加工する方法であり、必要に応じてコーティングをする。成形密度は２．１ｇ／ｃｍ3以上が好ましく、平均粒径３０μｍ〜９０μｍの粒からなる焼結体を製造することができる。粒径の測定は、ＳＥＭにより倍率１５００倍で、焼結体の破壊面の任意の５箇所を撮影し、各箇所について、５つの粒子を任意に選択し、各粒子の最も長い外径を粒径とし、これら２５個のデータを算術平均して求める。以下においても、同様である。
【００２５】
本発明のスピネル焼結体は、たとえば、真空雰囲気中の加圧焼結とＨＩＰによっても製造することができる。真空雰囲気中の加圧成形は、気密性の高いカーボンケース内で行なうため、ＭｇＯの飛散を抑えて、Ａｌ2Ｏ3の固溶量のバラツキを少なくし、微視的な結晶格子のバラツキおよび歪を小さくすることができる。また、ＨＩＰにより焼結密度を高めることができる。したがって、酸素欠陥が少なく、直線透過率、偏光特性および熱伝導性が良好なスピネル焼結体を製造することができる。
【００２６】
この方法は、１２ｍ2／ｇ〜２０ｍ2／ｇ程度のスピネル原料をプレスなどにより成形し、真空雰囲気中、１３５０℃〜１５５０℃で加圧成形した後、Ａｒ雰囲気中、１６００℃〜１７００℃、２×１０2ＭＰａでＨＩＰを行なってから、製品加工する方法であり、必要に応じてコーティングをし、平均粒径２０μｍ〜８０μｍの粒からなる焼結体を製造することができる。
【００２７】
いずれの方法においても、スピネル焼結体の表面に、スピネル焼結体より屈折率の低い材料でコーティングすると、光の透過性が改良する。コーティング層は複層とし、金属弗化物と金属酸化物から選ばれる層を２種以上組合わせると、下地のスピネル焼結体との密着性が良く、環境安定性が改良する。金属弗化物としては、ＭｇＦ2、ＹＦ3、ＬａＦ3、ＣｅＦ3、ＢａＦ2などを好ましく使用することができる。また、金属酸化物としては、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2などが好適である。コーティング層は、複層構成の場合でも最大５μｍまでの厚みとするのが好ましい。コーティングは、物理蒸着法を利用することができ、たとえば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などにより実施できる。特に、イオンアシスト、プラズマアシストを併用すると膜性能が向上する。
【００２８】
実施例１
スピネル粉末（組成ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3）（ｎ＝１．０５〜１．３０）を、成形密度２．１ｇ／ｃｍ3〜２．１５ｇ／ｃｍ3にプレス成形したものを、大気雰囲気中、１５２５℃で１時間焼結した後、Ａｒ雰囲気中、１６５０℃、２×１０2ＭＰａで、１時間のＨＩＰを行ない、その後、厚さ１ｍｍの板状体に研磨加工した。透過率を改良するために、コーティングはしなかった。得られたサンプルについて、コントラスト値、直線透過率および熱伝導率を測定した。
【００２９】
コントラスト値は、偏光顕微鏡（オリンパス社製ＢＸ−１）により、白色光源に対し、倍率１００倍で測定した。厚さ１ｍｍに研磨加工したサンプルを各５枚用意し、１枚あたり任意の５箇所を選定し、測定した後、平均した。直線透過率は、分光光度計により測定し、厚さ１ｍｍでの直線透過率を、波長３５０ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍおよび４５００ｎｍの入射光について測定した。また、熱伝導率の測定は、レーザ光が通過する両面にカーボンをコートし、レーザフラッシュ法で測定した。測定の結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2006273679.tif 000002
【００３１】
比較例１
スピネル粉末（組成ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3）（ｎ＝０．９５〜１．００、１．３２５〜１．４０）を原料粉末とした以外は実施例１と同様にしてスピネル焼結体を製造し、コントラスト値、直線透過率および熱伝導率を測定した。測定の結果を表１に示す。
【００３２】
その結果、コントラスト値が３００以上であるスピネル焼結体は、偏光特性が良好であり、ｎは１．０５〜１．３０の範囲にあった。これらのスピネル焼結体は、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が７０％以上であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率は６０％以上であった。また、熱伝導率は、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であった。
【００３３】
これらのうち、コントラスト値が１０００以上のスピネル焼結体は、ｎが１．０７〜１．１２５の範囲にあり、波長５００ｎｍの光線による直線透過率は８０％以上であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率は８０％以上であった。また、熱伝導率は、１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であった。
【００３４】
コントラスト値が３００未満のスピネル焼結体は、偏光特性において実用上、十分ではなく、ｎは０．９５〜１．００と１．３２５〜１．４０の範囲にあった。これらのスピネル焼結体は、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が７０％未満であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率は６０％未満であった。また、熱伝導率は、ｎ＝１の場合を除いて、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であった。
【００３５】
実施例２
実施例１で製造した板状のスピネル焼結体を光透過窓として液晶パネルに組み込み、波長３５０ｎｍ〜４５００ｎｍの範囲で画像評価をした。
【００３６】
比較例２
比較例１で製造した板状のスピネル焼結体を透過窓として液晶パネルに組み込み、実施例２と同様にして、波長３５０ｎｍ〜４５００ｎｍの範囲で画像評価をした。
【００３７】
その結果、映し出された映像は、ｎ＝１．０５〜１．３０の範囲内において、コントラストのムラが認められず、石英ガラスとほぼ同等であり、良好と評価できた。特に、ｎ＝１．０７〜１．１２５の範囲にあるスピネル焼結体については、石英ガラスと全く遜色が無く、またはそれ以上の極めて良好な画質であった。
【００３８】
実施例３
実施例１のスピネル焼結体について、反射を抑制して光透過性を向上させるために、ＭｇＦ2からなる低屈折率材を厚さ０．１μｍコーティングし、実施例２と同様の実装評価をした。
【００３９】
比較例３
比較例１のスピネル焼結体について、反射を抑制して光透過性を向上させるために、実施例３と同様に、ＭｇＦ2からなる低屈折率材を厚さ０．１μｍコーティングし、実施例２と同様の実装評価をした。
【００４０】
その結果、ｎ＝１．０５〜１．３０のスピネル焼結体は、波長３５０ｎｍ〜４５００ｎｍの範囲で、映し出される映像は極めて良好であった。しかしながら、ｎ＝１．０５〜１．３０の範囲外では、コントラストにムラが認められ、不良であった。
【００４１】
実施例４
実施例１で製造したスピネル焼結体を、出力１２０ｍＷの青色レーザの光透過窓として組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。利得率は５％以上を目指した。
【００４２】
比較例４
比較例１で製造したスピネル焼結体を、実施例４と同様に、出力１２０ｍＷの青色レーザの光透過窓として組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。
【００４３】
その結果、利得率と、スピネル焼結体の熱伝導率との相関関係が認められた。熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回ると、レーザ素子自体の発熱によって利得率は４.２％以下になり、レーザ素子の寿命が短く、実用化は不可能であった。スピネル焼結体の熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲では、利得率は５.３％〜５.５％になり、実用化レベルに達した。また、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上では、利得率が５.８％以上になり、さらに放熱特性が改善され、信頼性が向上した。
【００４４】
実施例５
実施例１で製造したスピネル焼結体を、出力３５ｍＷのＬＥＤにおける紫色光の集光用透過レンズとして組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。利得率は１５％以上を目指した。
【００４５】
比較例５
比較例１で製造したスピネル焼結体を、実施例５と同様に、出力３５ｍＷのＬＥＤにおける紫色光の集光用透過レンズとして組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。
【００４６】
その結果、利得率と、スピネル焼結体の熱伝導率との相関関係が認められた。熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回ると、ＬＥＤ素子の発熱によって、利得率は１０％以下になり、ＬＥＤ素子の寿命は短く、実用化は不可能であった。スピネル焼結体の熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲では、利得率は１５.８％〜１６.４％になり、実用化のレベルに達した。また、熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上では、利得率が１７.３％以上になり、さらに放熱性が改善された。
【００４７】
実施例６
スピネル粉末（組成ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3）（ｎ＝１．０５〜１．３０）を予備成形し、成形体をグラファイト製の容器に入れ、真空中、１５００℃、３４ＭＰａで加圧焼結をした。得られたスピネル焼結体を、ＨＩＰを用いて、Ａｒ雰囲気中、１６６５℃、２×１０2ＭＰａで多結晶化した。その後、厚さ１ｍｍの板状体に研磨加工し、コントラスト値、直線透過率および熱伝導率を測定した。直線透過率は、波長３５０ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍと４５００ｎｍの入射光により測定した。その結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2006273679.tif 000003
【００４９】
比較例６
スピネル粉末（組成ＭｇＯ・ｎＡｌ2Ｏ3）（ｎ＝０．９５〜１．００、１．３２５〜１．４０）を原料粉末とした以外は実施例６と同様にしてスピネル焼結体を製造し、コントラスト値、直線透過率および熱伝導率を測定した。測定の結果を表２に示す。
【００５０】
その結果、コントラスト値が３００以上であるスピネル焼結体は、偏光特性が良好であり、ｎが１．０５〜１．３０の範囲にあった。これらのスピネル焼結体は、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が７０％以上であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率は６０％以上であった。また、熱伝導率は、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であった。
【００５１】
これらのうち、コントラスト値が１０００以上のスピネル焼結体は、ｎが１．０７〜１．１２５の範囲にあり、波長５００ｎｍの光線による直線透過率は８０％以上であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率は７０％以上であった。また、熱伝導率は、１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であった。
【００５２】
コントラスト値が３００未満のスピネル焼結体は、偏光特性において実用上、十分ではなく、ｎは０．９５〜１．００と１．３２５〜１．４０の範囲にあった。これらのスピネル焼結体は、波長５００ｎｍの光線による直線透過率が７０％未満であり、波長３５０ｎｍの光線による直線透過率も６０％未満であった。また、熱伝導率は、ｎ＝１の場合を除いて、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であった。
【００５３】
実施例７
実施例６で製造した板状のスピネル焼結体を光透過窓として液晶パネルに組み込み、波長３５０ｎｍ〜４５００ｎｍの範囲で画像を評価した。
【００５４】
比較例７
比較例６で製造した板状のスピネル焼結体を透過窓として液晶パネルに組み込み、実施例７と同様にして、波長３５０ｎｍ〜４５００ｎｍの範囲で画像を評価した。
【００５５】
その結果、映し出された映像は、ｎ＝１．０５〜１．３０の範囲内において、コントラストのムラが認められず、石英ガラスとほぼ同等であり、良好と評価できた。特に、ｎ＝１．０７〜１．１２５の範囲内にあるスピネル焼結体については、石英ガラスと全く遜色が無く、またはそれ以上の極めて良好な画質が得られた。
【００５６】
実施例８
実施例６のスピネル焼結体について、反射を抑制して光透過性を向上させるために、ＭｇＦ2からなる低屈折率材を厚さ０．１μｍコーティングし、実施例７と同様の実装評価をした。
【００５７】
比較例８
比較例６のスピネル焼結体について、反射を抑制して光透過性を向上させるために、実施例８と同様に、ＭｇＦ2からなる低屈折率材を厚さ０．１μｍコーティングし、実施例７と同様の実装評価をした。
【００５８】
その結果、ｎ＝１．０５〜１．３０のスピネル焼結体は、波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、映し出される映像が極めて良好であった。しかしながら、ｎ＝１．０５〜１．３０の範囲外では、コントラストにムラが認められ、不良と評価された。
【００５９】
実施例９
実施例６で製造したスピネル焼結体を、出力１３０ｍＷの青色レーザの透過窓として組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。利得率は５％以上を目指した。
【００６０】
比較例９
比較例６で製造したスピネル焼結体を、実施例９と同様に、出力１３０ｍＷの青色レーザの透過窓として組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。
【００６１】
その結果、利得率と、スピネル焼結体の熱伝導率との相関関係が認められた。熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回ると、レーザ素子自体の発熱によって利得率は４.３％以下になり、レーザ素子の寿命が短く、実用化は不可能であった。スピネル焼結体の熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲では、利得率は５.５％〜５.７％になり、実用化レベルに達した。また、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上では、利得率が６．０％以上になり、さらに放熱特性が改善され、信頼性が向上した。
【００６２】
実施例１０
実施例６で製造したスピネル焼結体を、出力３５ｍＷのＬＥＤにおける紫色光の集光用透過レンズとして組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。利得率は１５％以上を目指した。
【００６３】
比較例１０
比較例６で製造したスピネル焼結体を、実施例１０と同様に、出力３５ｍＷのＬＥＤにおける紫色光の集光用透過レンズとして組み込み、ＣＡＮ型のパッケージに実装し、利得率を評価した。
【００６４】
その結果、利得率と、スピネル焼結体の熱伝導率との相関関係が認められた。熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回ると、ＬＥＤ素子の発熱によって、利得率は１０％以下になり、ＬＥＤ素子の寿命は短く、実用化は不可能であった。スピネル焼結体の熱伝導率が１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲では、利得率は１５.８％〜１６.４％になり、実用化のレベルに達した。また、熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上では、利得率が１７.３％以上になり、さらに放熱性が良くなった。
【００６５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
発光ダイオード、レーザデバイスまたは液晶プロジェクターなどの発光装置用の光透過窓および光透過レンズを提供することができる。この光透過窓および光透過レンズは、直線透過率が高く、偏光特性に優れているため、高密度の光信号を送信させることができ、熱放散性に優れる。