JP2013136468A - ガラス組成物、およびそれを用いた光源装置、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】黒化の発生が抑制され、光取出し効率に優れる発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子を封止する封止ガラス材料を提供する。
【解決手段】ガラス粉と、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られるガラス組成物１３であって、残留有機基がカーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、ことを特徴とする。ガラス組成物１３は、テルペン系のアルコール溶剤とガラス材料とを所定の割合で混合させることにより得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体素子を被覆するためのガラス組成物に関する。さらに詳しくは、光半導体素子などの電子部品の被覆に用いるに好適なガラス組成物、およびその使用方法に関するものである。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子を封止する封止材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを代表とする樹脂材料が利用されているが、樹脂材料は、樹脂本来の特性から、熱に弱く、劣化しやすいなどの点が懸念されている。そこで、近年、樹脂材料に代替する封止材料として、ガラスを主成分とするガラス組成物が注目されている。ガラス組成物は、樹脂材料と比べて耐熱性に優れているため、光半導体素子の保護材料として有用である。

そこで、光半導体素子の封止材料として最適なガラス組成物に関する検討が盛んに行われている。例えば、特許文献１では、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＳｎＯを主成分とするＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラス組成物が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５−０１１９３３号公報 特開２００８−３００５３６号公報

ところで、ガラス組成物を使って光半導体素子を封止する際には、一般的に、加熱または溶剤などを用いて、ガラス組成物をいったん軟化させた後、この軟化させたガラス組成物を用いて光半導体素子を被覆し、焼結させることで封止物とする工法が用いられている。
しかし、光半導体素子の封止材料としてガラス組成物を用いる場合、ガラス組成物を加工した後の封止物において黒化が生じることがある。このように、封止物に黒化が生じると、この黒化部分において、光半導体素子から出射される光の一部が吸収され、結果的に、光取り出し効率が低下するという問題が生じるため、黒化が抑制された光半導体素子用のガラス組成物が望まれている。

そこで、本発明は、このような課題に鑑みて見出されたものであり、ＬＥＤのような光半導体素子の光取出し効率低下を導く黒化の発生を抑制しながら硬化物となりうる、ガラス組成物の提供を第一の目的とする。また、本ガラス組成物を用いることにより、光取り出し効率に優れた光源装置、および光学特性に優れる照明装置の提供を第二の目的とする。

本発明の光半導体素子用ガラス組成物は、ガラス材料と、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られるガラス組成物であって、残留有機基がカーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、ことを特徴とする。
また、加熱硬化させる前の前記前駆体の粘度は、２０℃以上６０℃以下の温度範囲において、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下である、ことが好ましい。

本発明の光源装置は、半導体素子と、半導体素子が実装された基板と、半導体素子を封止するように設けられたガラス組成物と、を有し、ガラス組成物中の残留有機基がカーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、ことを特徴とする。
また、前記ガラス組成物は、半導体素子から放射された光によって励起される蛍光体を含む、ことが好ましい。

さらに、前記光源装置において、２０℃以上６０℃以下の温度範囲では、ガラス組成物の前駆体における粘度が、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下である、ことが好ましい。
加えて、本発明に係る光源装置において、半導体素子を封止するガラス組成物は、ガラスと、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られたものである、ことが好ましい。

本発明に係る照明装置は、上記いずれかひとつに記載の光源装置を光源として有する、ことを特徴とする。

本発明は、黒化を生じさせることなくガラス組成物を封止物とすることができ、結果として、光取り出し効率を下げることなく、光半導体素子を封止することができる、光半導体素子用ガラス組成物、およびそれを用いた光源装置、照明装置を提供することができる。

本発明のガラス組成物をパッケージ材料として使用した光源装置の断面図である。 本発明のガラス組成物をパッケージ材料として使用した光源装置を採用した電球形ＬＥＤランプの斜視図である。 （ａ）本発明のガラス組成物をパッケージ材料として使用した光源装置の平面図であり、（ｂ）は、同光源装置の断面図である。 本発明のガラス組成物をパッケージ材料として使用した光源装置を採用した直管形ＬＥＤランプの斜視図である。

本発明のガラス組成物は、ガラス材料と、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られるガラス組成物であって、残留有機基がカーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
ガラス組成物中のカーボン量は、黒化の度合いを表すのに有効な指標であり、その量が多いほど、黒化の度合いが大きく、カーボン量が出来る限り低く抑えられているほど、光取出し効率に優れたガラス組成物といえる。

その点、本発明のガラス組成物は、加熱硬化させた状態で残留有機基が０．０５ｗｔ％以下と低く抑えられているため、結果として、黒化が低く抑えられており、光半導体素子の封止材料としてとても有用であるといえる。
本発明において、ガラス組成物中のカーボン量は、鉱石無機物などに含まれるカーボン（炭素）量の測定方法として公知の技術を使うことができる。例えば、酸素気流中高周波加熱燃焼−赤外線吸収法により、容易に測定することが可能である。本実施形態では、酸素気流中高周波加熱燃焼−赤外線吸収法を測定方式として採用した市販の炭素・硫黄分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製 ＥＭＩＡ−９２０Ｖ２）を用いて、カーボン量を測定した。具体的には、先ず、１０００℃／１時間、から焼きした「るつぼ」の中に、予め、秤量した１．０ｇのガラス組成物をサンプルとして準備し、ここへ、助燃剤として、各々約０．５ｇのタングステン、およびスズを添加した後、酸素気流中にて、高周波で加熱燃焼し、赤外線吸収法により、ガラス組成物中のカーボン量（生データ）を測定した。そして、この測定値を、標準試料（鉄鋼）に基づく検量線で補正し、カーボン量（最終値）として算出した。

また、本発明のガラス組成物は、加熱硬化させる前の前記前駆体の粘度が、２０℃以上６０℃以下の温度範囲において、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下である、ことが好ましい。このような粘度範囲のガラス組成物は、例えば、テルペン系のアルコール溶剤とガラス材料とを所定の割合で混合させることにより得ることができる。
所定の割合とは、使用する溶剤とガラス材料との組み合わせにより適宜調整すればよいが、例えば、テルペン系の溶剤であるテルソルブと、以下に示す組成のガラス材料とを混合する場合、溶剤１．５ｇに対して、溶剤がその１／３以下、すなわち０．５ｇとを組み合わせればよい。

従来、ガラス材料を光半導体素子の封止材料として使用する場合、その軟化させる方法としては、所望とするガラス材料とニトロセルロース、エチルセルロース、のようなバインダと、溶剤と、を準備し、これらを混合した後に、加熱溶融する方法が、採用されている。しかし、このようにガラス材料を溶融させる際にバインダを使用した場合、加熱硬化した後のガラス組成物において、黒化が発生し、光の取出し効率が低下するおそれがある。その点、上記のように、バインダを使用せず、上記のように溶剤とガラス材料とを混合させて所定の温度範囲において粘度が適正に調整された前駆体を使用すれば、ガラス硬化物中の残留有機基が、０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下のようにカーボン量が低く抑えられたガラス組成物を得ることができる。

次に、本発明のガラス組成物の主原料であるガラス材料について説明する。なお、本明細書では、ガラス材料のことを単に、「ガラス」と称する場合がある。
本発明に係るガラス材料は、特に限定されるものではなく、例えば、ＳｉＯ₂、あるいはＳｉＯ₂、およびＡｌ₂Ｏ₃を主成分とするガラス粉末が挙げられる。
また、ガラス材料の好ましい例には、酸化物基準のモル％で、（ａ）３０％以上５０％以下のＰ₂Ｏ₅と、（ｂ）２５％以上６５％以下のＺｎＯと、（ｃ）０．１％以上１０％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、（ｄ）０％以上５０％以下のＬｉ₂Ｏ₃と、（ｅ）０％以上５０％以下のＮａ₂Ｏと、（ｆ）０％以上５０％以下のＫ₂Ｏと、（ｇ）０％以上２０％以下のＭｇＯと、（ｈ）０％以上２０％以下のＣａＯと、（ｉ）０％以上２０％以下のＳｒＯと、（ｊ）０％以上２０％以下のＢａＯと、（ｋ）０％以上２０％以下のＳｎＯと、（ｌ）０％以上５％以下のＢ₂Ｏ₃と、を含み、（ａ）と（ｂ）との比率（ａ）／（ｂ）が０．２以上２．０以下である、ガラス材料が含まれる。

このような組成を示すガラス材料は、Ｐ₂Ｏ₅−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラス組成物において、添加元素としてＡｌ₂Ｏ₃を使用し、本元素の添加量を適正な範囲で制御しながら組み合わせるとともに、Ｐ₂Ｏ₅とＺｎＯとの比率に着目し、これらの比率を最適な範囲内で制御するようにしたので、高い屈折率を実現しながら、耐湿性および耐熱性に優れる、かつ発光素子から放出される紫外線によっても経時劣化することなく、高い光透過率を実現することができる。そのため、当該ガラス組成物は、発光素子のパッケージ材料として有用であるほか、加熱時においても失透が生じにくいので、発光素子のパッケージ用材料として非常に有用である。

（ａ）成分であるＰ₂Ｏ₅は、ガラス材料の骨格を構成するための必須成分である。ここで、Ｐ₂Ｏ₅が３０％未満、または５０％を超えると、ガラス中で結晶核を生じやすくなるので、失透性が著しく高くなる。そのため、Ｐ₂Ｏ₅の添加量は、３０％以上５０％以下であることが好ましく、３５％以上４５％以下であることがより好ましい。
（ｂ）成分であるＺｎＯは、ガラス溶融時の粘度を下げて溶融を容易にするなどの効果が得られるため、Ｐ₂Ｏ₅と共にガラスの骨格を構成するための必須成分である。ここで、ＺｎＯが１０％未満であれば、ガラスの屈折率が低くなるおそれがあるほか、ガラスの溶融粘度が低下せず、５００℃程度の屈伏点しか得られない。屈伏点（Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ）とは、熱膨張曲線において曲線が最大のピークを示す温度、すなわち、見かけ上、ガラスの膨張が止まり、次に収縮が始まる温度をいう。一方、（ｂ）成分であるＺｎＯが５０％を超えると、ガラス組成物の熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃以上となるので、セラミック製のような基板と組み合わせて使用すれば、各部材間での熱膨張係数差が大きくなってしまうので、特にこれらの異種材料界面においてクラックが生じやすい。よって、高い屈折率であって、所望とする熱膨張係数を実現すること、セラミック製（熱膨張係数６ｐｐｍ／℃〜１０ｐｐｍ／℃）基板と組み合わせて光学装置を形成する際などには、ＺｎＯの添加量は、１０％以上５０％以下であることが好ましい。本発明において、数字範囲を示す「〜」という符号は、その両端の数値を含む。各図面において、構成部品および構成部品間の縮尺は実際のものとは異なる。なお、以下の説明では、モル％を単に％と表示することもある。

（ｃ）成分であるＡｌ₂Ｏ₃は、中間酸化物として作用し、化学物質に対するガラスの耐久性を向上させるほか、加熱時における結晶化を抑制し、失透を防ぐという効果が得られるため、本願発明のガラス組成物では必須成分である。ところが、Ａｌ₂Ｏ₃が０．１％未満とすれば、ガラス中で、中間酸化物として作用することが出来ないために、ガラスが失透しやすくなるので、加熱封着されるようなパッケージ材料としては不向きである。一方、Ａｌ₂Ｏ₃が１０％を超えると、ガラスの溶融時に気泡、脈理が発生しやすいので、封着時において形状が不揃いになるほか、ガラス組成物の透過率が低下するおそれがある。よって、失透性を低く抑えながら、脈理などの発生も抑えるという観点からは、Ａｌ₂Ｏ₃の添加量は、０．１％以上１０％以下であることが好ましく、３％以上７％以下であることがより好ましい。

Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、およびＫ₂Ｏは、いずれも必須成分ではないが、溶融時のガラス粘度を下げて溶融を容易にするなどの観点から、適宜添加してよい。ただし、いずれも添加量が５０％を超えると、ガラスの熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃程度となるので、仮に、セラミックス製の基板と組み合わせて光源装置を作成すれば、各部材間の熱膨張係数差が大きくなるため、クラックが発生しやすいおそれがある。さらに、所望の屈折率を得るという観点からは、これらの合計量を５〜２５％とすることが好ましい。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯは、いずれも必須成分ではないが、化学物質に対するガラスの耐久性および溶融時のガラス粘度を低下させるという観点から、適宜添加してよい。ただし、いずれも添加量が２０％を超えると、ガラスの粘度が低下しないので封止用材として所望とする屈伏点を得ることができない。また、ガラスの熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃程度となるので、セラミックス製の基板と組み合わせて光源装置を作成すれば、各部材間の熱膨張係数差が大きくなるため、クラックを発生させやすい。さらに、所望の屈折率を得るという観点からは、これらの合計量を５〜２５％とすることが好ましい。

（ｋ）成分であるＳｎＯは、必ずしも必須成分ではないが、溶融時におけるガラス粘度を低下させるなどの効果が得られるので含有させてもよい。ただし、添加量が２０％を超えると、ガラスの粘度が低下しないので封止材として所望とする屈伏点を得ることができない。また、ガラスの熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃程度となるので、例えば、セラミックス製の基板と組み合わせて光源装置を作成すれば、各部材間の熱膨張係数差が大きくなるため、クラックを発生させやすい。

（ｌ）成分であるＢ₂Ｏ₃は、必ずしも必須成分ではないが、溶融時におけるガラス粘度を低下させるなどの効果が得られるので含有させてもよい。ただし、添加量が５％を超えると、ガラスの粘度が低下しないので封止材として所望とする屈伏点を得ることができない。また、ガラスの熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃程度となるので、例えば、セラミックス製の基板と組み合わせて光源装置を作成すれば、各部材間の熱膨張係数差が大きくなるため、クラックを発生させやすい。

上記のようにして得られる本発明のガラス組成物は、加熱硬化させた後にも、黒化の発生を低く抑えられたガラス硬化物といえるので、発光ダイオード，センサーなどの光半導体素子の保護・封止材料として有用であり、結果として、光取出し効率の低下を招くことなく、耐劣化性などに優れた光源装置を得ることができる。
本発明において、光源装置とは、半導体素子が実装された基板と、半導体素子を封止するように設けられたガラス組成物と、を有し、光を発射して光源として使用できる装置をいう。本光源装置において、ガラス硬化物中の残留有機基が、カーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、ことを特徴とする。

本発明の光源装置を構成するガラス組成物は、ガラスと、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られたものである。
ガラス組成物の粘度は、最終的に、黒化が抑制されたガラス組成物を得るために、そのガラス組成物の前駆体における粘度が、２０℃以上６０℃以下の温度範囲において、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下であることが好ましい。

なお、より好ましい粘度範囲などは、本発明のガラス組成物の説明において上述した内容と同じであるため、ここでの説明は省略する。
本発明のガラス組成物を用いて、光半導体素子を封止し、光源装置を得る方法としては、汎用されているトランスファー成形や圧縮成形などの公知のモールド方法を採用してよい。

また、照明ランプなどの光源として本発明に係る光源装置を利用する場合、光源装置を構成するガラス組成物は、半導体素子から放射された光によって励起される蛍光体を含む、ことが好ましい。なお、本発明における照明装置とは、ＬＥＤのような光半導体素子を光源として利用し、従来の白熱電球や蛍光灯などの照明として利用されている全ての照明装置をいう。

次に、半導体発光素子のパッケージ材料として、本発明のガラス組成物を使用した光学装置について、図面を示しながら説明する。
［光源装置］
図１に示すように、本発明に係る光源装置１０の一例は、基板１１と、半導体発光素子１０４と、この半導体発光素子１２を被覆するガラス組成物１３と、半導体発光素子１２の表面を覆うように形成された蛍光体層１４と、を有する。

基板１１は、光源装置１０を構成する部材のうち、光源である発光素子が実装された土台となりうる部材である。また基板１１には、発光素子に電流を供給するための配線１５および電極（図示しない）などが形成されている。基板の種類は特に限定されるものではないが、本発明では、銅製またはアルミ製であることが好ましい。その理由として、先ず、前述の通り、本発明特有のガラス組成において、ＺｎＯの添加量などを適宜制御することによって、本発明のガラス組成物は１０ｐｐｍ／℃〜１６ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張係数を示す。その結果、上記各金属基板との熱膨張係数差を出来る限り小さく抑えることができるから、最終的に、加熱時においても、特にその界面付近でのクラックの発生が抑制された光源装置を得ることができるためである。

また、光源装置１０において、ガラス組成物１３は、硬化状態におけるガラス組成物中の残留有機基のカーボン量が、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である。このような硬化物中の残留有機基が低く抑えられたガラス硬化物は、予め、バインダを使用せず、テルペン系のアルコール溶剤とガラス材料とを混合させて、加熱溶融させることにより得ることが可能である。このように、硬化後のガラス組成物中の残留有機基のカーボン量が所定の範囲にて低く抑えられていると、結果的に、ガラス組成物中における黒化が抑制されているといえる。そうすると、ガラス組成物中のガラス透過率が高くなるため、結果として、光の取出し効率に優れた光源装置１０を得ることができる。

半導体発光素子１２は、光源を励起させる部材である。本発明の半導体発光素子として有用なもののとしては、例えば、波長が３６０〜４８０ｎｍの紫外光または青色光を放出するようなＬＥＤ、すなわち、ＩｎＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子構造の青色ＬＥＤ、およびＡｌＩＮＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子井戸構造を示す近紫外ＬＥＤなどが含まれるが、特に限定されない。

また、半導体発光素子１２の表面を覆う蛍光体層１４は、バインダ樹脂により固着された蛍光物質を含む層をいい、発光素子から放出された可視光や紫外光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光するものである。なお、蛍光体層１４は、蛍光物質などのほかにも、発光素子をパッケージに固定するための絶縁性接着剤（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、硝子のような透光性無機部材）のような添加剤を含んでいてもよい。

本発明の蛍光物質としては、少なくとも半導体発光素子から発光された光によって励起され、波長変換した光を発光する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤などと併せて波長変換部材として使用されるものをいう。本発明における蛍光物質の例には、ＲＧＢ蛍光体、アルミニウム・ガーネット系蛍光体、ＹＡＧ系蛍光体が含まれるが、特に限定されるものでない。

また、本実施形態では、発光素子１２の表面を被覆するように設けられた層状の蛍光体層を示したが、蛍光体層は、本発明のガラス組成物に含有させた状態で、直接的に発光素子１２を被覆するパッケージ部材として設けられてもよいし、パッケージ部材の表面あるいは発光素子から間隔をあけて、パッケージ部材にシート状の蛍光体層として設けてもよい。

光源装置１０の構成要素のひとつであるガラス組成物１３は、半導体発光素子１２を被覆する封止材としての機能を果たすが、本光源装置１０を後述するような、電球形ＬＥＤランプなどの照明装置に採用する場合、ガラス組成物１３の厚みｄは、被覆対象となる部材の厚みＤ（図１では、基板１１から蛍光体層１４上部表面までの最短距離）よりも大きく、２０ｍｍ以下であることが好ましい。このような適正な範囲内にガラス組成物１３の厚みを調整すると、ガラス組成物としての高光束を発揮できるから、結果として、高光束のランプを得ることができる。一方で、ガラス組成物１３の厚みｄが被覆対象となる部材の厚みＤ未満の場合は、発光源となりうる半導体発光素子１２などの表面を十分に被覆できていないおそれが高いため、結果として光源装置１０として、あるいは、ランプとして高光束が得られない。また、当該厚みｄが、２０ｍｍを超えて大きくなると、光源装置１０の光取出し効率が低下する、あるいは、ランプとしての高光束化が難しくなるおそれがある。その理由として、通常、ガラス組成物１３中には、Ｆｅ²⁺やＦｅ³⁺のような金属成分が存在するものの、厚みｄが増すほど、これら金属成分の含有量が多くなる。しかしながら、ガラス組成物１３中のＦｅ²⁺やＦｅ³⁺は、透過率が低下する要因となるので、結果として上記のような光源装置１０における光取出し効率の低下などを引き起こしうるためである。

ガラス組成物１３の形状は、その厚み方向で切断した断面形状が半円形状となるなど、曲率を有することが好ましい。その理由として、半導体発光素子１２から発せられた光は、ガラス組成物１３を通じて大気のような外気中へ出射される。ただし、ガラス組成物１３と外気との界面が水平であるなど、曲率を有さない場合、当該界面での全反射率が低下してしまうので、光取出し効率が低下するおそれが高くなるためである。

次に、本発明に係る光源装置１０を採用した、電球形ＬＥＤランプについて説明する。図２に示すように、本発明の実施形態に係る電球形ＬＥＤランプ１００は、ＬＥＤを有するＬＥＤモジュール（光源装置）１０１と、ＬＥＤモジュール１０１を収納するグローブ１０２と、グローブ１０２の開口部に取り付けられた口金１０３と、を備える。また、電球形ＬＥＤランプ１００は、ステム１０４、２本のリード線１０５及び点灯回路（図示しない）を備える。

［グローブ］
グローブ１０２は、ＬＥＤモジュールである光源装置が内部に配置された筐体であって、ランプの外形を構成する部材である。ランプの構成部材であるという観点から、グローブ１０２は、透光性の材料で形成されていることが好ましく、具体的には、アクリル樹脂を代表とする樹脂または、シリカガラスを代表とするガラス組成物などが用いられる。本実施形態では、可視光に対して透明なシリカガラス製の中空部材を使用する。このように、可視光に対して透明なシリカガラス製のグローブ１０２を採用すると、本グローブ１０２内に収納されたＬＥＤモジュール１０１をグローブ１０２の外側から視認することができるため、白熱電球の外観性と類似する電球形ＬＥＤランプを得ることができるほか、ＬＥＤモジュール１０１から発せられた光がグローブ１０２によって損失することが抑制されるので、結果として光束の高い電球形ＬＥＤランプを得ることができる。また、樹脂ではなくガラス製（シリカガラスを含む）のグローブ１０２を採用すれば、高い耐熱性を有するので、非常灯用などにも有用である。

グローブ１０２の形状は、特に限定されるものではないが、従来の白熱電球や電球形蛍光灯の代替ランプを得る場合には、一端が球状に閉塞され、他端（口金側）に開口部を有する形状を採用すればよい。言い換えると、グローブ１０２の形状は、中空の球の一部が、球の中心部から遠ざかる方向に伸びながら狭まったような形状である。本実施形態では、グローブ１０２の形状は、一般的な白熱電球と同様のＡ形（ＪＩＳ Ｃ７７１０）である。また、グローブ１０２には、球の中心部から遠ざかった位置に開口部が形成されている。

ただし、グローブ１０２の形状は、必ずしもＡ形である必要はない。例えば、グローブ１０２の形状は、Ｇ形又はＥ形等であってもよい。
［ステム］
ステム１０４は、グローブ１０２の開口部からグローブ１０２内に向かって延びるように設けられている。具体的には、ステム１０４の一端には、ＬＥＤモジュール１０１の近傍までＺ軸方向に延びる棒状の延伸部が形成されている。つまり、本実施形態に係るステム１０４は、一般的な白熱電球に用いられるステムがグローブ１０２の内方に延伸されたような部材である。なお、ステム１０４は、一般的な白熱電球に用いられるステムであっても構わない。

ステム１０４の口金側の端部は、開口部の形状と一致するようにフレア状に形成されていることが好ましい。フレア状に形成されたステム１０４の端部は、グローブ１０２の開口を塞ぐように、グローブ１０２の開口部に接合されている。また、ステム１０４内には、２本のリード線１０５それぞれの一部が封着されている。その結果、グローブ１０２内の気密性が保たれた状態で、グローブ１０２内にあるＬＥＤモジュール１０１にグローブ１０２外から電力を供給することが可能となる。したがって、電球形ＬＥＤランプ１００は、長期間にわたり、水あるいは水蒸気などがグローブ１０２内に浸入することを防ぐことができ、水分によるＬＥＤモジュール１０１の劣化及びＬＥＤモジュール１０１とリード線１０５との接続部分の劣化を抑制することができる。

また、ステム１０４は、可視光に対して透明な軟質ガラスからなる。これにより、電球形ＬＥＤランプ１００は、ＬＥＤモジュール１０１で生じた光がステム１０４によって損失することを抑制することができる。また、電球形ＬＥＤランプ１００は、ステム１０４によって影が形成されることが防ぐこともできる。また、ＬＥＤモジュール１０１が発した白色光によってステム１０４が光り輝くので、電球形ＬＥＤランプ１００は、視覚的に優れた美観を発揮することも可能となる。なお、ステム１０４は、必ずしもグローブ１０２の開口を塞ぐ必要はなく、開口部の一部に取り付けられてもよい。

［ＬＥＤモジュール］
本発明でいう、光源装置として機能するＬＥＤモジュール１０１は、電力供給用部材として機能する２本のリード線１０５によってグローブ１０２内部の空中に位置するように支持された状態で、グローブ１０２の内部に収納されている。また、ＬＥＤモジュール１０１は、複数の半導体発光素子（図示しない）が実装された面をグローブ１０２の頂部に（Ｚ方向の正の向きに）向けて配置される。点灯時には、２本のリード線１０５からＬＥＤモジュール１０１に対して電力が供給され、ＬＥＤモジュール１０１の各半導体発光素子が発光する。

ＬＥＤモジュール１０１を配置する位置は、特に限定されるものではないが、白熱電球のような従来の電球形ランプに代替するＬＥＤランプを得るという観点からは、グローブ１０２によって形成される球形状の中心位置に配置することが好ましい。具体的には、例えば、グローブ１０２の内径が大きい径大部分の内部とすればよい。このようにグローブ１０２の中心位置にＬＥＤモジュール１０１を配置すれば、点灯時に従来のフィラメントコイルを用いた一般白熱電球と近似した全方位配光特性を実現しうる電球形ＬＥＤランプ１００を得ることができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１０１は、矩形状の基板１０６と、ワイヤ１０７によって接続される複数の半導体発光素子１０８と、封止材１６０と、を有する。封止材１０９は、本発明に係るガラス組成物を用いて、複数の半導体発光素子１０８の外周を被覆する部材である。
また、図３において、図２を用いて説明した部材と同一のものは同じ符号を用いて説明する。さらに、ＬＥＤモジュール１０１を構成する各部材の詳細について、図１を用いて上述した説明と同じである説明は省略し、ここでは、本実施形態のように可視光に対して透明の電球形ＬＥＤランプ（クリアＬＥＤ電球とも称する）に採用する場合、特筆して好ましいと考えうる構成のみを説明する。

クリアＬＥＤ電球に本ＬＥＤモジュール１０１を適用する場合、ＬＥＤモジュール１０１を構成する基板１０６は、封止材１０９から放出される光に対して透光性を有する部材で構成することが好ましい。本構成を採用することにより、基板１０６の裏面方向、すなわち、半導体発光素子１０８の実装面とは異なる面方向からも、半導体発光素子１０８から発せられる光の一部は出射されるので、発光領域を広角に広げることができる。このような基板１０６の例には、セラミックス粒子からなる透光性のセラミックス基板が含まれる。本実施形態では、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ₂Ｏ₃）粒子からなる長尺状のアルミナ基板を用いた例を記載している。

また、本発明に係るガラス組成物は、図３で示したような、基板の上において直接的に半導体発光素子が実装されたＣＯＢタイプの封止材として好適に利用できるほか、樹脂製などのキャビティ内に半導体発光素子が実装されたＳＭＤタイプの封止材としても応用可能である。
上記実施形態では、本発明に係る光源装置を従来の白熱電球に代替するような電球形ＬＥＤランプに応用する形態を示したが、ランプ種類は本形態に限定されず、例えば、直管形蛍光灯などの代替として期待される、直管形ＬＥＤランプへの応用も可能である。

図４に示すように、直管形ＬＥＤランプ２００とは、電極コイルを用いた従来の一般直管蛍光灯と略同形のＬＥＤランプをいう。
直管形ＬＥＤランプ２００は、長尺筒状の筐体２０１と、筐体２０１内方に配置された複数のＬＥＤモジュール２０２と、これらＬＥＤモジュールを配置するための基台２０３と、筐体２０１の両端部に設けられた第一の口金２０４及び第二の口金２０５と、を有する。ＬＥＤモジュール２０２は、筐体２０１の長尺方向に伸びる基台２０３の表面に対して載置される。

筐体２０１は、ＬＥＤモジュール２０２及び基台２０３を収納するための部材であり、両端部に開口を有する長尺筒体である。筐体２０１の材質もまた特に限定されるものではないが、透光性材料であることが好ましく、例えば、ガラスまたはプラスチックのような樹脂等が挙げられる。
筐体２０１の横断面形状は特に限定されず、円環状であってもよいし、角状であってもよい。より具体的には、横断面の外周縁の形状が角形状や半円形状であり、内周縁の形状が円形状、半円形状または角形状などが挙げられる。例えば、本実施の形態に係る筐体２０１の内周縁の形状が半円形状である場合（第一の筐体と称する）、アルミ板などで形成された第二の筐体を準備し、第一及び第二の筐体を組み合せることで、筐体２０１としてもよい。この場合、第二の筐体は、後述の基台２０３として作用する部材を使用することもできる。

基台２０３は、ＬＥＤモジュール２０２の熱を放熱するための放熱体（ヒートシンク）としても機能するものであることが好ましい。従って、基台２０３は、金属等の高熱伝導性材料によって構成することが好ましく、本実施の形態では、アルミニウムからなる長尺状のアルミニウム基台である。また、本実施の形態の基台２０３は、その両端が第一の口金２０４及び第二の口金２０５の近傍にまで延びて構成されており、その全長は、筐体２０１の長さと略同等である。

また、基台２０３は、第一の口金２０４及び第二の口金２０５に対して、伝熱するよう接触することが好ましい。第一の口金２０４及び第二の口金２０５は、外部の照明器具に直管形ＬＥＤランプ２００を取り付ける際、照明器具と接触し、保持部として作用するため、第一の口金２０４及び第二の口金２０５に対して基台２０３を接触させれば、ＬＥＤモジュール２０２からの発熱が基台２０３を通じて直接的に照明器具まで伝熱するので、よりいっそうの放熱効果が期待できるためである。

第一の口金２０４及び第二の口金２０５は、筐体２０１の各両端部に設けられ、照明器具側のソケットに着脱可能に取り付けられる口金である。
本実施のように、第一の口金２０４及び第二の口金２０５の形状を、互いに異なるように形成（本実施形態では、各口金に取り付けられているピンの本数及び形状を異なるように形成）すると、既存の蛍光灯が取り付けられている照明器具に対して、直管形ＬＥＤランプ２００を取り付ける際の、誤挿入防止などの効果が得られるので好ましい。また、１本のピンを備える第一の口金２０４において、アース用のアースピンを使用し、２本のピンを備える第二の口金２０５では、電力を受電する給電用ピンを採用すれば、筐体２０１の一方の端部である第二の口金２０５のみから給電を受ける片側給電である直管形ＬＥＤランプ２００を得ることができるので、仮に、適合を間違えて照明器具に取り付けた場合にも、感電防止などの効果が得られる。

つぎに、本発明に係る実施例について説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲であれば、適宜調整してよい。

本発明のガラス組成物にのっとり、下記の手順によりサンプルを作成した。
先ず、ガラス粉末として、組成および組成比率（重量％）がＰ₂Ｏ₅は３５〜４０％、ＺｎＯは３０〜４０％、Ａｌ₂Ｏ₃は１〜５％、ＳｎＯは２０〜２５％、Ｌｉ₂Ｏは５％である、ガラス材料を（１に対して）１．５ｇと、溶剤としてテルペン系アルコール溶剤をガラス材料の１／３の容量に値する（日本テルペン化学製［テルソルブＭＴＰＨ］）を０．５ｇと、蛍光体（根元特殊化学株式会社製）をガラス材料の１／１０の容量に値する０．１５ｇ、とを混合した混合物を準備した。

次に、この混合物を、撹拌装置で数分間攪拌することでガラス組成物の前駆体を準備した。なお、本前駆体は、２５℃における粘度が、1．５×１０⁶ｍＰａ・Ｓであった。
このようにして得られた軟化状態の前駆体を、５０℃程度に加熱されたホットプレート上に載置された、実装基板上のチップ（光半導体素子）に対し、チップ表面を被覆するようにポッティングした後、加熱温度を３段階に分けて乾燥し（１５０℃で２０時間、２００℃で１時間、２５０℃で１時間）、４５０〜５００℃で５分間加熱することにより、ガラス組成物で光半導体素子がコーティングされたサンプルＡを得た。また、サンプルＡにおけるガラス組成物中のカーボン量は、０．０２ｗｔ％であった。
［比較例］
比較例として、下記方法により、ニトロセルロースをバインダとして使用したガラス組成物を準備した。

先ず、ガラス粉末として、組成および組成比率（重量％）がＰ２Ｏ５は３５〜４０％、ＺｎＯは３０〜４０％、Ａｌ₂Ｏ₃は１〜５％、ＳｎＯは２０〜２５％、Ｌｉ₂Ｏは５％である、ガラス材料を２．５ｇと、バインダとして、ニトロセルロースあるいはエチルセルロース（ナカライテスク製）と、溶剤として酢酸ブチル（ナカライテスク製）混合液を０．３ｇと、蛍光体（根元特殊化学株式会社製）を０．１５ｇ、とを混合した混合物を準備した。

次に、この混合物を、数分間攪拌することでガラス組成物の前駆体を準備した。なお、本前駆体は、２５℃における粘度が、１．５×１０⁶ｍＰａ・Ｓであった。
このようにして得られた軟化状態の前駆体を、５０℃程度に加熱されたホットプレート上に載置された、実装基板上のチップ（光半導体素子）に対し、チップ表面を被覆するようにポッティングした後、加熱温度を３段階に分けて乾燥し（１５０℃で２０時間、２００℃で１時間、２５０℃で１時間）、４５０〜５００℃で５分間加熱することにより、ガラス組成物で光半導体素子がコーティングされたサンプルＢを得た。また、サンプルＢにおけるガラス組成物中のカーボン量は、０．９５ｗｔ％であった。
［黒化度］
実施例および比較例で作成した、サンプルＡ，サンプルＢの黒化の度合い（黒化度）を、分光蛍光光度計（日本分光製 ＦＰ−６５００）により、ガラス組成物に対し、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまでの光を照射し、光の強度を比較することで透過率を測定した。

その結果、本発明を採用したサンプルＡの透過率は、９５％以上を示したのに対し、本発明を採用していないサンプルＢは、透過率が５％以下となり、本発明を採用したガラス組成物であれば、黒化が起こらず、透過率が高く、結果として光取出し効率に優れていることを確認した。

本発明のガラス組成物は、光源装置や、照明装置などに応用可能な光半導体素子の封止材料として有用である。

１０ 光源装置
１１ 基板
１２ 半導体発光素子
１３ ガラス組成物
１４ 蛍光体層
１５ 配線
１００ ランプ
１０１ モジュール
１０２ グローブ
１０３ 口金
１０４ ステム
１０５ リード線
１０６ 基板
１０７ ワイヤ
１０８ 半導体発光素子
１０９ 封止材
２００ ランプ
２０１ 筐体
２０２ モジュール
２０３ 基台
２０４，２０５ 口金

Claims (7)

1. ガラス材料と、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られるガラス組成物であって、
   残留有機基がカーボン量として、１ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、ことを特徴とするガラス組成物。
2. 加熱硬化させる前の前記前駆体の粘度が、
   ２０℃以上６０℃以下の温度範囲において、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガラス組成物。
3. 半導体素子と、
   前記半導体素子が実装された基板と、
   前記半導体素子を封止するように設けられたガラス組成物と、
   を有し、
   前記ガラス硬化物中の残留有機基がカーボン量として、
   １ｇあたり０ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下である、
   ことを特徴とする光源装置。
4. 前記ガラス組成物が、前記半導体素子から放射された光によって励起される蛍光体を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. ２０℃以上６０℃以下の温度範囲において、
   前記ガラス組成物の前駆体における粘度が、９×１０²ｍＰａ・Ｓ以上１×１０⁶ｍＰａ・Ｓ以下である、ことを特徴とする請求項３または４に記載の光源装置。
6. 前記ガラス組成物が、ガラスと、有機化合物からなるバインダとを含む前駆体を、加熱硬化させて得られたものである、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかひとつに記載の光源装置。
7. 請求項３〜６のいずれかひとつに記載の光源装置を光源として有する、
   ことを特徴とする照明装置。

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