JP5828065B2 - 光源装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス組成物をパッケージ材として備える光源装置および照明装置に関する。

従来から、半導体発光素子などの電子部品を封止する材料（封止材）として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂のような透明樹脂材料が汎用されている。しかし、これらの樹脂材料は、耐湿性および耐熱性の低さが懸念される。また、例えば、発光素子のパッケージ材料として使用すると、発光素子から放出される紫外線によって樹脂が経時劣化し、光透過率が低下するという問題を抱える。さらに、発光素子のパッケージ材料としては、高い光取出し効率を実現させるために、高屈折率が強く望まれるものの、樹脂材料の場合は、高くても１．５前後の屈折率を示す材料が多いために、さらなる改善が期待されている。なお、本説明では、半導体発光素子を、単に発光素子あるいは素子と称することもある。

このような背景を受けて、近年、発光素子のパッケージ材料としては、耐湿性、耐熱性および光透過率の高さなどの観点から、ガラス組成物が検討されている。例えば、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、ＳｎＯを主成分とするＰ_２Ｏ_５−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

しかしながら、特許文献１，２で開示されたガラス組成物は、発光素子のパッケージ用として使用した場合、ガラス中に結晶核が生じやすい。そうすると、当該ガラス組成物を加熱すれば、ガラスの表面またはその内部に結晶が析出し、不透明な箇所が生じやすいため、結果として失透が懸念される。このように失透が生じたガラス組成物では、パッケージの透過率が低下し、結果として高光束を得ることが難しい。また、発光素子のパッケージ材料として使用することを想定すると、高屈折率であることが望まれるが、本点に関しても要求を十分に満足できているとは言いがたい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱時における失透を抑制しながら、耐湿性、耐熱性および高い屈折率を示すと共に、仮に、発光素子のパッケージ材料として使用した場合、その発光素子から放出される紫外線によっても劣化することなく、高い光透過率が実現できるようなガラス組成物をパッケージ材として備える光源装置および照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラス組成物において、組合せ元素の最適化およびＰ_２Ｏ_５とＺｎＯとの比率に着目し、本発明を見出すにいたった。

すなわち、本発明の光源装置は、基板と、ガラス組成物で封止された状態で前記基板上に実装された半導体発光素子とを有し、前記ガラス組成物は、Ｐ ₂ Ｏ ₅ −ＺｎＯ−ＳｎＯ−Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 系であり、Ｓｂを不含有とするガラス組成物であって、［１］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）５％以上１０％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、（ｄ）０％以上５０％以下のＬｉ₂Ｏ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％を超え２０％以下のＳｎＯと、（ｌ）０％以上５％以下のＢ₂Ｏ₃と、を含み、かつ、（ｄ）Ｌｉ₂Ｏ、（ｅ）Ｎａ₂Ｏ、（ｆ）Ｋ₂Ｏのうちの少なくとも１つは０％を超え、（ａ）と（ｂ）との比率（ａ）／（ｂ）が０．２以上２．０以下である、ことを特徴とする。

また、本発明の光源装置は、［２］（ａ）と（ｂ）との合計量がモル％で９０％以下である、ことが好ましい。

また、光源装置を構成する基板は銅製であることが好ましい。この場合、ガラス組成物の熱膨張係数が１０ｐｐｍ／℃以上１４ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。さらに、光源装置を構成する基板はアルミ製であることが好ましい。この場合、ガラス組成物の熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃以上１６ｐｐｍ／℃以下である、ことが好ましい。

また、基板の種類に関わらず、光源装置を構成するガラス組成物は蛍光物質を含むことが好ましい。

また、本発明の照明装置は、上記いずれかひとつに記載の光源装置と、光源装置が内部に配置された筐体と、筐体に取り付けられた口金と、を備えることを特徴とする。さらに、筐体は、透光性の部材で形成されている、ことが好ましい。

本発明のガラス組成物は、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラス組成物において、添加元素としてＡｌ_２Ｏ_３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、Ｐ_２Ｏ_５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。

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。

以下、図面を示しながら、本発明の最良な実施形態について説明する。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。また、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。
［ガラス組成物］
本発明に係るガラス組成物は、酸化物基準のモル％で、（ａ）３０％以上５０％以下のＰ_２Ｏ_５と、（ｂ）２５％以上６５％以下のＺｎＯと、（ｃ）０．１％以上１０％以下のＡｌ_２Ｏ_３と、（ｄ）０％以上５０％以下のＬｉ_２Ｏと、（ｅ）０％以上５０％以下のＮａ_２Ｏと、（ｆ）０％以上５０％以下のＫ_２Ｏ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Ｂ_２Ｏ_３と、を含み、かつ、（ｄ）Ｌｉ_２Ｏ、（ｅ）Ｎａ_２Ｏ、（ｆ）Ｋ_２Ｏのうちの少なくとも１つは０％を超え、（ａ）と（ｂ）との比率（ａ）／（ｂ）が０．２以上２．０以下である、ことを特徴とする。

（ａ）成分であるＰ_２Ｏ_５は、ガラスの骨格を構成するための必須成分である。ここで、Ｐ_２Ｏ_５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、Ｐ_２Ｏ_５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、Ｐ_２Ｏ_５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２５％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。そうすると、ＺｎＯを２５％未満しか添加せず、屈伏点が５００℃程度となったガラス組成物は、４５０℃程度で加熱処理されれば容易に劣化してしまうおそれがある。一方、（ｂ）成分であるＺｎＯが６５％を超えると、ガラス組成物の熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以上となるので、アルミ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などの観点から、ＺｎＯの添加量は、２５％以上６５％以下であることが好ましい。

この中でも、ＺｎＯの添加量が４０〜６５の範囲内で制御されたガラス組成物は、熱膨張係数が１０〜１４の範囲内に制御できるので、通常、熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃〜１３ｐｐｍ／℃程度の銅製基板と組み合わせて使用すると、熱膨張係数差を小さく抑えることができるので、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。一方、ＺｎＯの添加量を２５〜４０％程度の範囲にすれば、熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃程度の範囲内に制御できるので、通常、熱膨張係数が１３ｐｐｍ／℃〜１５ｐｐｍ／℃程度であるアルミ製基板と組み合わせて使用されるパッケージ材料として有用なガラス組成物が得られる。

（ｃ）成分であるＡｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、およびＫ_２Ｏ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。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Ｂ_２Ｏ_３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。

本発明のガラス組成物は、上述したように、各元素の組合せ、添加量などを適宜調整することにより、熱膨張係数を容易に制御することができる。本発明のガラス組成物における熱膨張係数は、例えば、サイズが直径５ｍｍ、長さ１２ｍｍの円筒形サンプルを準備し、ＴＭＡ（熱機械分析装置）装置（（株）リガク製）を用いて容易に測定することができる。

本発明のガラス組成物は、上記（ａ）〜（ｌ）の構成元素の種類、組合せ、特に、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｎＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の量を適正な範囲内で調整することにより、加熱時において、結晶化が起こりにくいから、失透が生じにくい。そのため、当該ガラス組成物を発光素子のパッケージ材料として使用すれば、耐湿性／耐熱性の両立に加えて、光透過率が高く、かつ高い光束が実現できる。なお、本発明のガラス組成物における失透性は、例えば、サイズが１０ｍｍ程度のサンプルを準備し、温度勾配炉（（株）モトヤマ製）を用いて測定される失透時間の長さから容易に評価することができる。

本発明のガラス組成物は、２００〜３８０℃程度のガラス転移温度を示す。ガラス転移温度（Ｔｇ）とは、ガラスが弾性体から粘弾性体へと変化する温度をいい、本温度を境にして、熱膨張係数が大きく変化する。通常、半導体発光素子は、５０〜１５０℃程度の範囲の中で製造・使用されるが、当該温度範囲にパッケージ材料などのガラス転移温度が存在すると、素子とパッケージ材料との界面などにおいてクラックが発生しやすい。その点、本発明のガラス組成物は、２００〜３８０℃の温度範囲にガラス転移温度が入るために、半導体発光素子の実使用中に熱的変動が生じにくいから、結果として、クラックの発生などを抑えることができる。

本発明のガラス組成物は屈伏点が４００℃以下を示す。その理由として、本発明のガラス組成物は、Ｐ_２Ｏ_５，ＺｎＯ，ＳｎＯ，およびＳｎＯ_２を添加することにより、その内部構造が緩和されることから、結果として屈伏点が低くなるため、と思われる。かつ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏのうちの少なくとも１つが０％を超える量添加されていることから、結果として屈伏点が低くなるため、とも思われる。なお、屈伏点を下げるためには、ＢａＯ、ＭｇＯが添加されていないことがより好ましい。

通常、半導体発光素子を封止する際には、高温で長時間加熱すると半導体素子が熱劣化するために、封着温度を４００℃以下とすることが好ましいが、その点、本発明のガラス組成物は、屈伏点が４００℃以下となり、封着時温度を下げることができるので、素子の熱劣化を招くおそれが軽減される。なお、本発明のガラス組成物における屈伏点は、例えば、サイズが直径５ｍｍ、長さ１２ｍｍの円筒形程度のサンプルを準備し、ＴＭＡ（熱機械分析装置）装置（（株）リガク製）を用いて容易に測定することができる。

本発明のガラス組成物は、所定量のＳｎＯ、ＺｎＯ、アルカリ金属元素、およびアルカリ土類金属元素を含有しているので、１．６５以上というように高い屈折率を示す。このように高屈折率のガラス組成物によれば、従来のＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系ガラスと比べて、光の取出し効率が高いために、半導体発光素子のような光学材料を保護するためのパッケージ材料として有用である。なお、当該ガラス組成物の屈折率は、ガラス組成物の屈折率測定装置として汎用のものを用いて容易に測定することができるが、例えば、サイズが１０ｍｍ程度のサンプルを準備し、分光エリプソメトリー装置を用いて容易に測定することができる。

また、本発明のガラス組成物は、上記（ａ）〜（ｌ）の各成分を適正な範囲で含有していることを前提とし、さらに（ａ）成分であるＰ_２Ｏ_５と（ｂ）成分であるＺｎＯとの比率（ａ）／（ｂ）が０．２以上２．０以下である、ことを特徴とする。Ｐ_２Ｏ_５とＺｎＯとの比率が２．０を超えたり、０．２未満となったりする場合には、結晶核が生じやすいために、結晶化が容易に起こり、失透しやすい。そうするとガラス組成物の光透過率が低下してしまうので、結果として光束が低下してしまう。なお、失透を防ぎ、高い光束を実現するという観点からは、ガラス組成物におけるＰ_２Ｏ_５とＺｎＯとの比率、すなわちＰ_２Ｏ_５／ＺｎＯは０．２〜２．０であることが好ましく０．５〜１．５がより好ましい。

また、本発明のガラス組成物は、（ａ）成分であるＰ_２Ｏ_５と（ｂ）成分であるＺｎＯとの合計量がモル％で９０％以下である、ことが好ましい。これら成分の合計量が９０％を超えると、ガラス構造の緩和が著しく起こることにより熱膨張係数が著しく増加するという問題が懸念されるが、上記範囲内となるように成分合計量を制御することによって、所望の熱膨張係数を実現することができる。なお、当該合計量は、所望の熱膨張係数が実現できる範囲であれば、下限値は問わないが、失透を抑制するという観点からは、当該合計量はモル％で６０％以上であることがより好ましい。

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１２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。なぜならば、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り、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。そのため、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。

半導体発光素子１２は、励起光源としての部材である。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、バインダー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、蛍光体層１４の形状は、光の取り出し効率に着目すると、例えば、図１に示すような滑らかな凸状であることが好ましい。なぜならば、蛍光体層１４の外形が凸状であると、この表面に入射する光の入射角が小さくなるので、全反射することなく光が取り出せるからである。ただし、本発明では、半導体発光素子１２の外形と平行な形状で設けられていてもよい。

また、本実施形態では、半導体発光素子１２の表面を被覆するように設けられた層状の発光体層を示したが、蛍光体層は、本発明のガラス組成物に含有させた状態で、直接的に半導体発光素子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、Ｆｅ^２＋やＦｅ^３＋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Ｆｅ^２＋やＦｅ^３＋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高くなってしまうので、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および点灯回路（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１０１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の劣化および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１０８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１０９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。

なお、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および第二の口金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および基台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、第一およ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および第二の口金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および第二の口金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および第二の口金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および第二の口金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および第二の口金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および第二の口金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およ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。

本発明のガラス組成物を光源装置に応用した実施例および比較例について、説明する。

実施例および比較例では、表１，表２に示すように、酸化物基準のモル％でガラス原料を混合した後、１０００℃で１時間溶融した。そして、溶融した生成物を除冷したものをサンプル用ガラス片として準備した。

準備した各サンプルにおいて、（１）失透性、（２）熱膨張係数、（３）４５０℃での失透時間、（４）ガラス転移点、（５）屈伏点、（６）屈折率、（７）可視光透過率、（８）酸素ガス透過性、（９）紫外線透過率、を測定・評価した。なお、（１）〜（６）は前述した測定方法を採用し、（７）〜（９）の測定方法については、下記の通りである。

測定用サンプルは直径φ１０ｍｍ、板厚２ｍｍのガラス板を用いて行った。可視光透過率の測定は、日本分光（株）製ＪＡＳＤＣＯ ＦＰ−６５００を用いて測定した。そして、４００ｎｍ〜７５０ｎｍまでの波長領域で測定し、その平均透過率を可視光透過率として算出した。

ガス透過性の測定はＪＩＳ法に定められている、ＪＩＳ Ｋ ７１２７感湿センサー法を用いておこなった。

耐紫外線性評価は、作製したガラスサンプルにＵＶ−Ｂを１６２Ｗ／ｍ^２の強さで１５０時間照射し、その後の可視光透過率を測定した。

表１に示す結果から明らかなように、所定の組成範囲の中で配合量が調整された本発明のガラス組成物によれば、熱膨張係数が１０．７〜１４．２程度というように、ＣｕまたはＡｌのような金属基板（熱膨張係数Ｃｕ；１０〜１４ｐｐｍ／℃、Ａｌ；１２〜１６ｐｐｍ／℃）に対して熱膨張係数が極めて近いガラス組成物が得られることは明らかである。そうすると、当該ガラス組成物と各金属基板との熱膨張係数差が小さく抑えられることから、ガラスを封着する際に各部材間での熱膨張係数差によるクラックの発生を抑えることができる。また、通常、ガラス組成物はそのガラス転移点を境に、熱膨張係数が大きく変化することから、封止温度のような実使用の温度範囲にガラス転移点があると、実使用時にクラックが発生しやすい。その点、本発明に係るガラス組成物は、いずれもガラス転移点が３５０〜４００℃程度となり、実使用時の２５０℃よりも高い範囲にガラス転移点があることから、封着時であっても、熱膨張係数に変化が生じにくいので、結果としてクラックの発生を抑制することができる。
また、４５０℃におけるガラス失透時間を見ると、本発明に係るガラス組成物はいずれも８０時間程度である。通常、金属基板は４５時間程度以上であるから、本発明のガラス組成物は金属基板に対して１．５倍程度も長くなっている。このことから、本発明に係るガラス組成物は、封着時においても容易に結晶化が起こりにくい。

さらに、本発明のガラス組成物によれば、高くても４０３℃程度であり、いずれも屈伏点が４００℃近傍よりも低いことが分かる。通常、発光素子は４００℃より高い温度で長時間加熱されると、熱によって劣化してしまうので、光束が低下するという問題を抱える。したがって、発光素子の封着時温度は４００℃以下が好ましいため、ガラス組成物に対しても４００℃以下で軟化することが求められる。その点、本発明のガラス組成物は、発光素子の封止用として有用であることが分かる。

さらに、ガラスの透過率が低下すると発光素子からの光の取出効率が低下してしまうので、光の取出効率を高めるという観点から、通常、ガラス組成物に対しては、１．５５以上の高屈折率が求められる。その点、本発明のガラス組成物によれば、いずれも１．６５以上であり、透過率が高いガラス組成物が得られていることは明らかである。

また、ガラス組成物の酸素ガス透過量が多いと、光源装置を構成する発光素子やＡｇメッキなどの劣化を引き起こすおそれがあるので、発光素子封止用ガラス組成物に対しては、１００（ｍｌ／ｍ^２ｄａｙ）ほどの酸素ガス透過率が必要となる。その点、本発明のガラス組成物によれば、酸素ガス透過率がいずれも１００（ｍｌ／ｍ^２ｄａｙ）程度となり、発光素子などの劣化も解消されうる。

また、ガラス組成物の紫外線透過率が低いと、発光素子などの封止用として使用している際に、着色劣化(低寿命)などが発生しやすい。そのため、当該ガラス組成物に対しては耐紫外線透過性が７０％以上あることが求められるが、その点、本発明のガラス組成物によれば、いずれも８８％程度と非常に高いことが明らかである。

本発明のガラス組成物は、半導体発光素子のような光学部材を被覆するパッケージ材料として有用である。また、このガラス組成物を半導体発光素子のパッケージ材料として使用した光源装置は、液晶表示パネルのバックライト光源、一般照明、および車載用途の照明装置などに用いられる光源装置として利用可能である。

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. 基板と、ガラス組成物で封止された状態で前記基板上に実装された半導体発光素子とを有し、
   前記ガラス組成物は、Ｐ₂Ｏ₅−ＺｎＯ−ＳｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系であり、Ｓｂを不含有とするガラス組成物であって、
   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）５％以上１０％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、（ｄ）０％以上５０％以下のＬｉ₂Ｏ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％を超え２０％以下のＳｎＯと、（ｌ）０％以上５％以下のＢ₂Ｏ₃と、を含み、かつ、
   （ｄ）Ｌｉ₂Ｏ、（ｅ）Ｎａ₂Ｏ、（ｆ）Ｋ₂Ｏのうちの少なくとも１つは０％を超え、
   前記（ａ）と（ｂ）との比率（ａ）／（ｂ）が０．２以上２．０以下である、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記（ａ）と（ｂ）との合計量がモル％で９０％以下である、ことを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基板が銅製である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記基板がアルミ製である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
   
5. 前記ガラス組成物が蛍光物質を含む、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. 請求項１〜５のいずれかひとつに記載の光源装置と、
   前記光源装置が内部に配置された筐体と、
   前記筐体に取り付けられた口金と、
   を備えることを特徴とする照明装置。
7. 前記筐体が、透光性の部材で形成されている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。

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