(57)【要約】【課題】発光ダイオードを小型薄型化することができる反射特性を向上させたセラミックスを提供すること。【解決手段】本発明では、反射板及び同反射板を用いた発光ダイオード（１）並びにそのパッケージ（２）において、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を用いることにした。特に、前記ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とし、また、前記ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくし、或いは、前記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％添加することにした。なお、発光ダイオード（１）は、発光ダイオード素子（３）を実装するためのベース体（４）の上部に、反射面（９）を有する開口（８）を形成したカバー体（５）を貼着した発光ダイオード用パッケージ（２）を用いた構造とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする反射板。
【請求項２】
前記ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の反射板。
【請求項３】
前記ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射板。
【請求項４】
前記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％添加したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の反射板。
【請求項５】
発光ダイオード素子を実装するためのベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、
前記ベース体又はカバー体として、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の反射板を用いたことを特徴とする発光ダイオード用パッケージ。
【請求項６】
発光ダイオード素子を実装したベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオードにおいて、
前記ベース体又はカバー体として、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の反射板を用いたことを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス製の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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を提供するものである。
【００１０】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％とすることにした。
【００１１】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくすることにした。
【００１２】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る本発明において、前記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％添加することにした。
【００１３】
また、請求項５に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装するためのベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオード用パッケージにおいて、前記ベース体又はカバー体として、請求項１〜請求項４のいずれかに係る反射板を用いることにした。
【００１４】
また、請求項６に係る本発明では、発光ダイオード素子を実装したベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着した発光ダイオードにおいて、前記ベース体又はカバー体として、請求項１〜請求項４のいずれかに係る反射板を用いることにした。
【発明の効果】
【００１５】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【００１６】
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、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反射特性に優れた反射板とすることができる。
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る発光ダイオードを示す斜視図。
【図２】同断面図。
【図３】従来のアルミナセラミックスの反射特性を示すグラフ。
【図４】本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。
【図５】本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。
【図６】本発明に係るセラミックスの反射特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
【表１】
2011222674.tif 000003
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
【表２】
2011222674.tif 000004
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
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
【図１】
2011222674.tif 000005
【図２】
2011222674.tif 000006
【図３】
2011222674.tif 000007
【図４】
2011222674.tif 000008
【図５】
2011222674.tif 000009
【図６】
2011222674.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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たことを特徴とする反射板の製造方法。
【請求項２】
前記ジルコニアの含有量を２０〜５０重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の反射板の製造方法。
【請求項３】
前記ジルコニアの粒径をアルミナの粒径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射板の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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、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た反射板の製造方法を提供するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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、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反射特性に優れた反射板とすることができる。