JP2017208431A

JP2017208431A - 紫外線発光素子用カバーガラス及び発光装置

Info

Publication number: JP2017208431A
Application number: JP2016099335A
Authority: JP
Inventors: 克岩尾; Katsu Iwao
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-24

Abstract

【課題】レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易である紫外線発光素子用カバーガラス及びそれを用いた発光装置を提供する。【解決手段】本発明の紫外線発光素子用カバーガラス１は、紫外線発光素子１０を搭載した基材１１の封止面１２に封着される紫外線発光素子用カバーガラスであって、紫外線発光素子１０から出射された紫外線３０が透過する部分に設けられるレンズ部２と、レンズ部２と一体的に設けられ、封止面１２に封着されるフランジ部３とを備えることを特徴としている。【選択図】図３

Description

本発明は、紫外線発光素子用カバーガラス及びそれを用いた発光装置に関する。

紫外線発光素子は、殺菌や樹脂硬化等の各種用途に用いられている。近年は、より環境負荷の少ない紫外線発光ダイオード（紫外線ＬＥＤ）が用いられるようになってきている。紫外線ＬＥＤには、光出射部分に光学レンズが取り付けられることがある。光学レンズとしては、紫外線領域において透過性に優れた石英ガラスが用いられている。しかしながら、石英ガラスは、硬度が高く、加工性に劣り、また高価であるという問題がある。

特許文献１においては、ガラスからなる紫外線発光素子用カバーが提案されている。また、この紫外線発光素子用カバーガラスがレンズの機能を備えていてもよいことが記載されている。

近年、紫外線ＬＥＤなどの紫外線発光素子は、セラミックなどの基材の上に搭載されて用いられることが多い。特許文献１では、レンズ機能を有する紫外線発光素子用カバーガラスを金属製品とアセンブリして、レンズキャップとして使用できることが記載されている。

特開２０１５−７４５８９号公報

しかしながら、このようなレンズキャップでは、ガス遮蔽性などが求められる場合、十分な封止性が得られないという問題がある。また、基材への取り付けが複雑になるという問題がある。

本発明の目的は、レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易である紫外線発光素子用カバーガラス及びそれを用いた発光装置を提供することにある。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、紫外線発光素子を搭載した基材の封止面に封着される紫外線発光素子用カバーガラスであって、紫外線発光素子から出射された紫外線が透過する部分に設けられるレンズ部と、レンズ部と一体的に設けられ、封止面に封着されるフランジ部とを備えることを特徴としている。

フランジ部は、レンズ部の外周部から外側に向かって延びるように設けられていることが好ましい。

カバーガラスは、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスから構成されていてもよい。

本発明においては、フランジ部に、封止面と封着するためのガラスフリットが焼き付けられていてもよい。この場合、ガラスフリットは、レーザーシール用ガラスフリットであってもよい。

本発明の発光装置は、上記本発明の紫外線発光素子用カバーガラスと、紫外線発光素子と、紫外線発光素子を搭載した基材とを備え、基材の封止面とフランジ部とが封着されていることを特徴としている。

本発明によれば、レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易である紫外線発光素子用カバーガラス及びそれを用いた発光装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを示す模式的平面図である。本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の他の例を示す模式的断面図である。本発明の第２の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本発明の第３の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本発明の第４の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを示す模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態のカバーガラス１は、レンズ部２と、レンズ部２と一体的に設けられるフランジ部３とを備えている。フランジ部３は、レンズ部２の外周部２ａから外側に向かって延びるように設けられている。本実施形態において、レンズ部２は、凸レンズの形状を有している。したがって、レンズ部２の中央部の厚みは、周辺部の厚みよりも厚くなっている。なお、本実施形態におけるレンズ部２は、レンズ部２の底面２ｂがフランジ部３の底面３ａより上方に膨らむような形状を有することにより凹面を形成している。

図２は、本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを示す模式的平面図である。図２に示すように、フランジ部３の外周は、平面視において矩形形状を有しており、レンズ部２の外周部２ａは、平面視において円形形状を有している。

平面視におけるフランジ部３の面積は、平面視におけるカバーガラス１全体の面積の５％〜７８．５％の範囲内であることが好ましい。これにより、フランジ部３として十分な面積を確保することができ、基材に対する封止性をより向上させることができる。

カバーガラス１は、紫外線を透過する材料から構成されている。このような材料としては、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、石英ガラスなどが挙げられる。加工性及びコスト面からは、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスを用いることが好ましい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスの具体的な組成としては、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜８５％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５０％、及びＲ_２Ｏ０〜２０％（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）を含有する組成が挙げられる。なお、Ｒ_２Ｏの含有量は、Ｌｉ、Ｎａ及びＫの合計量である。

ＳｉＯ_２の含有量は６０〜７０％がより好ましく、６１〜６７％がさらに好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１８〜３５％がより好ましく、２０〜２５％がさらに好ましい。Ｒ_２Ｏの含有量は２〜１５％がより好ましく、６〜１１％がさらに好ましい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスの組成としては、さらに、質量％で、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１５％、Ｒ’Ｏ０〜２０％（Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも１種）、及びＦ_２０〜４％を含有することが好ましい。なお、Ｒ’Ｏの含有量は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎの合計量である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は３〜１０％がより好ましく、４〜８％がさらに好ましい。Ｒ’Ｏの含有量は１〜１０％がより好ましく、２〜５％がさらに好ましい。Ｆ_２の含有量は０．５〜３％がより好ましく、１〜２％がさらに好ましい。なお、不純物として混入しやすいＦｅ_２Ｏ_３は紫外線透過率を低下させやすいため、その含有量は極力少ないほうが好ましい。具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、３０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

カバーガラス１は、化学強化されたガラス材から構成されていてもよい。また、レンズ部２は、入射面または出射面に反射防止膜やフィルター膜などの薄膜が形成されていてもよい。

図３は、本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態の発光装置２０は、第１の実施形態のカバーガラス１と、紫外線発光素子１０と、紫外線発光素子１０を搭載した基材１１とを備え、基材１１の封止面１２と、カバーガラス１のフランジ部３の底面３ａとが封着されている。図３に示すように、カバーガラス１において、紫外線発光素子１０から出射された紫外線３０が透過する部分にレンズ部２が設けられている。

本実施形態の基材１１は、平板状であり、基材１１の主面の一部が封止面１２となっている。具体的には、基材１１の主面において、紫外線発光素子１０の周辺部が封止面１２を構成している。

基材１１は、例えば、セラミック、ガラスセラミックなどから構成される。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア、ムライトなどが挙げられる。ガラスセラミックとしては、ＬＴＣＣ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃｓ）などが挙げられる。ＬＴＣＣの具体的としては、酸化チタンや酸化ニオブ等の無機粉末とガラス粉末との焼結体などが挙げられる。

封止面１２とフランジ部３とを封着する方法としては、ガラスフリットによる接着、樹脂などの接着剤を用いた接着、金属ハンダを用いた接着などが挙げられる。これらの中でも、気密性及び封止性に優れた方法であるガラスフリットによる接着が好ましい。ガラスフリットを用いる場合には、レーザー照射によりガラスフリットを軟化流動させる方法が好ましく用いられる。レーザー照射を用いることにより、局部的に加熱することができるので、基材１１に搭載された紫外線発光素子１０の熱劣化を抑制することができる。

ガラスフリットは、低融点ガラス粉末を含むことが好ましい。低融点ガラス粉末を含んでいる場合、より低温で封着材料を軟化流動させることができ、紫外線発光素子１０の熱劣化をより一層抑制することができる。低融点ガラス粉末としては、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラス粉末、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス粉末、Ｖ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２系ガラス粉末などを用いることができる。レーザー照射により軟化流動するレーザーシール用ガラスフリットの場合、レーザー光の吸収を向上させるために、ガラス組成中にＣｕＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２等から選ばれる少なくとも１種の成分が含まれていてもよい。

また、ガラスフリットには、上記の低融点ガラス粉末の他に、低膨張耐火性フィラーなどが含まれていてもよい。低膨張耐火性フィラーとしては、例えば、コーディエライト、ウイレマイト、アルミナ、リン酸ジルコニウム系化合物、ジルコン、ジルコニア、酸化スズ、石英ガラス、β−石英固溶体、β−ユークリプタイト、スポジュメンが挙げられる。また、レーザー照射により軟化流動するレーザーシール用ガラスフリットの場合、レーザー光吸収材が含まれていてもよい。レーザー光吸収材としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕなどから選ばれる少なくとも１種の金属または該金属を含む酸化物等の化合物が挙げられる。

本発明においては、カバーガラス１のフランジ部３の底面３ａに、封止面１２と封着するためのガラスフリットが予め焼き付けられていてもよい。これにより、フランジ部３を封止面１２の上に載せて加熱するだけで封着させることができる。また、このガラスフリットは、レーザーシール用ガラスフリットであってもよい。この場合、フランジ部３を封止面１２の上に載せてレーザー照射して加熱するだけで封着させることができる。

本実施形態においては、レンズ部２とフランジ部３が一体的に設けられているので、レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易なカバーガラスにすることができる。

図４は、本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の他の例を示す模式的断面図である。図４に示す実施形態では、枠状の側壁部１３を有する基材１１が用いられている。封止面１２は、側壁部１３の上面に設けられている。図４に示す実施形態の発光装置は、このような構造の基材１１を用いること以外は、図３に示す実施形態の発光装置と同様である。

本実施形態においても、レンズ部２とフランジ部３が一体的に設けられているので、レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易なカバーガラスにすることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態のカバーガラス１におけるレンズ部２は、レンズ部２の上面がフランジ部３の上面より上方に膨らむ形状を有することにより凸面を形成し、かつ、レンズ部２の底面２ｂとフランジ部３の底面３ａとが面一となるような形状を有している。このこと以外、本実施形態のカバーガラス１は第１の実施形態と同様である。また、基材１１は、図４に示す実施形態における基材１１と同様のものが用いられている。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態のカバーガラス１におけるレンズ部２は、レンズ部２の底面２ｂがフランジ部３の底面３ａより下方に膨らむような形状を有することにより凸面を形成している。このこと以外、本実施形態のカバーガラス１は第２の実施形態と同様である。また、基材１１は、図４に示す実施形態における基材１１と同様のものが用いられている。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態の紫外線発光素子用カバーガラスを用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態のカバーガラス１は、複数のレンズ部２を備えている。したがって、複数の紫外線発光素子１０を搭載した基材１１を封止するカバーガラスとして用いることができる。本実施形態のカバーガラス１においては、隣接するレンズ部２の間にもフランジ部３が設けられている。本実施形態の発光装置２０では、４つ（２×２列）の紫外線発光素子１０が搭載されており、カバーガラス１は４つ（２×２列）のレンズ部２を備えている。図７では、手前の２つの紫外線発光素子１０及びレンズ部２が図示されている。

本実施形態の基材１１は、図３に示す実施形態と同様に平板状であり、基材１１の主面の一部が封止面１２となっている。

本実施形態においても、レンズ部２とフランジ部３が一体的に設けられているので、レンズ機能を有し、かつ高い封止性を得ることができ、基材への取り付けが容易なカバーガラスにすることができる。なお、本実施形態では、隣接するレンズ部２の間にフランジ部３が設けられているが、隣接するレンズ部２の間にフランジ部３が設けられていなくてもよい。

上記各実施形態においては、レンズ部２の形状として、凸レンズの形状を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、凹レンズの形状であってもよいし、その他のレンズの形状であってもよい。

本発明のカバーガラスは、例えば、紫外線硬化用、殺菌用などの用途に用いられる紫外線発光素子用カバーガラスとして用いることができるものである。

１…紫外線発光素子用カバーガラス
２…レンズ部
２ａ…レンズ部の外周部
２ｂ…レンズ部の底面
３…フランジ部
３ａ…フランジ部の底面
１０…紫外線発光素子
１１…基材
１２…封止面
１３…側壁部
２０…発光装置
３０…紫外線

Claims

紫外線発光素子を搭載した基材の封止面に封着される紫外線発光素子用カバーガラスであって、
前記紫外線発光素子から出射された紫外線が透過する部分に設けられるレンズ部と、
前記レンズ部と一体的に設けられ、前記封止面に封着されるフランジ部とを備える、紫外線発光素子用カバーガラス。
前記フランジ部が、前記レンズ部の外周部から外側に向かって延びるように設けられている、請求項１に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスから構成されている、請求項１または２に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
前記フランジ部に、前記封止面と封着するためのガラスフリットが焼き付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
前記ガラスフリットが、レーザーシール用ガラスフリットである、請求項４に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用カバーガラスと、
前記紫外線発光素子と、
前記紫外線発光素子を搭載した前記基材とを備え、
前記基材の前記封止面と前記フランジ部とが封着されている、発光装置。