JP6321489B2 - 配線基板、発光装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、放電用電極を含む配線基板、発光装置および電子機器に関するものである。

従来、例えば、放電灯などの発光装置は、ガラス管内に不活性ガスが充填された構造が知られている。従来の発光装置において、一対の放電用電極は、ガラス管の端部から放電空間内に突き出るような状態でガラス管に固定されており、放電誘発用電極は、ガラス管の外周部に設けられている。このような放電灯としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

近年、例えば、放電灯などの発光装置は、携帯型端末等に搭載するために、小型化に関する改善が求められている。しかしながら、従来のガラス管からなる発光装置の構造は、小型化しにくいという問題点があった。このような小型化の問題に対して、気密封止される凹部を含む絶縁基板と、凹部内に配置された放電用電極とを含む配線基板を用いる手段が提案されている。凹部が蓋体等で気密封止されることにより発光装置が形成される。放電用電極としては、例えば厚膜法等の手段で凹部の底面等に層状に形成されたものが用いられる。このような発光装置としては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。

特開平09−180677号公報 特開2011−96562号公報

しかしながら、上記従来の技術では、放電に伴う放電用電極の消耗に伴い、放電用電極同士の距離が長くなりやすい。そのため、放電回数、つまり放電装置としての寿命を長くすることが難しいという問題点があった。

本発明の一つの態様の配線基板は 凹部を含む上面を有する絶縁基板と、それぞれが前記凹部内に露出した側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに対向し合うように前記凹部内に設けられた一対の放電用電極とを備えており、前記凹部の前記内側面が内側に突出した段状部をさらに有しているとともに、該段状部にザグリ部が設けられており、前記放電用電極が前記ザグリ部に充填された金属材料からなる。

本発明の一つの態様の発光装置は、上記構成の配線基板と、前記絶縁基板上に前記凹部を塞いで接合された蓋体とを含んでいる。

本発明の一つの態様の電子機器は、上記構成の発光装置と、前記一対の放電用電極に電気的に接続された電源とを含んでいる。

本発明の一つの態様の配線基板によれば、段状部に設けられたザグリ部内に充填された金属材料によって放電用電極が形成されているため、放電用電極としての金属材料の厚み、つまり金属材料の量（体積）を従来よりも大きくすることが容易である。そのため、寿命の長い放電装置を作製することが可能な配線基板を提供することができる。

本発明の一つの態様の発光装置によれば、上記構成の配線基板を含むことから、寿命の長い発光装置を提供することができる。

本発明の一つの態様の電子機器によれば、上記構成の発光装置を含むことから、寿命の長い電子機器を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の配線基板、発光装置および電子機器を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図１に示す配線基板および発光装置の第１の変形例における要部を示す断面図である。 図１に示す配線基板および発光装置の第２の変形例を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態の発光装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板等が使用される際の上下を特定するものではない。また、以下の説明において可視光の光の反射率を単に反射率という場合がある。また、一対の放電用電極と個々の放電用電極と区別せず、単に放電用電極という場合がある。

図１は、本発明の実施形態の配線基板、発光装置を示す断面図である。長方形板状（直方体状）等の絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に設けられた凹部１ａ内に配置された一対の放電用電極２とによって配線基板３が基本的に形成されている。凹部１ａが蓋体５等で気密封止されて発光装置４が形成される。なお、図１（ａ）では蓋体５を省略している。また、図１（ｂ）では配線基板３と蓋体５とを分けて示し、発光装置４の分解図としている。

凹部１ａと蓋体５とによって密閉された放電空間が形成される。この発光装置４において一対の放電用電極２間で放電（アーク放電）が生じ、この放電に伴う発光によって外部に光が放射される。なお、この放電に際しては、放電空間には放電（電気）のエネルギーによる励起、発光の媒体として、例えばヘリウム、ネオン、クリプトン、アルゴン、キセノンまたはラドン等の不活性ガスが充填される。この不活性ガスの中でも、キセノンは特に自然昼光に近く、輝度が極めて高くなる。そのため、例えばカメラ等の電子機器で用いられる発光装置においては、放電空間に充填される不活性ガスとしてキセノンが適している。

この発光装置４は、スマートフォンに内蔵されたカメラ等の各種の撮影装置用のフラッシュとして使用される。また、発光装置４は、用途が照明光源に限定されず、例えば、急速加熱等の短時間で高出力のエネルギーを必要とする用途等に用いることができる。

なお、絶縁基板１は、例えば図１の例のように上面視で長方形状等の四角形状の板状（つまり直方体状等）である。この長方形状等の絶縁基板１の上面の中央部に、開口が長方形状等の四角形状である凹部１ａが設けられている。絶縁基板１は、その長辺方向の長さが、例えば、3.2〜50ｍｍであり、短辺方向の長さが、例えば、1.2〜30ｍｍであり、高さが、例えば、0.3〜５ｍｍである。凹部１ａの開口は、この絶縁基板１の上面よりも少し
小さい寸法（例えば、長手方向の長さが、2.6〜35ｍｍであり、短手方向の長さが、0.6〜15mm程度）であり、絶縁基板１の上面と凹部１ａの開口との寸法の差に応じて、凹部１ａを囲む枠状の部分が設けられている。

また、凹部１ａの深さは、絶縁基板１としての機械的な強度の確保、放電空間の大きさ（充填される不活性ガスの所要の体積）および生産性等の種々の条件に応じて適宜設定されていて構わない。例えば、絶縁基板１が酸化アルミニウム質焼結体からなり、上面視における凹部１ａの寸法が上記の寸法程度であり、発光装置４がスマートフォン用のカメラ等のカメラ内蔵のフラッシュとして用いられる場合であれば、凹部１ａの深さは、約0.15〜２ｍｍ程度に設定される。

蓋体５は、凹部１ａ内から外部への光の放射を可能とするために、透光性の材料からなるものであることが望ましい。このような材料としては、例えば、ホウケイ酸ガラスまたは石英ガラス等のガラス材料、アクリル系樹脂等の樹脂材料が挙げられる。

蓋体５は、例えばガラスまたは樹脂材料等の接合材（図示せず）によって絶縁基板１に接合される。蓋体５の絶縁基板１に対する接合は、例えば蓋体５の下面の外周と絶縁基板１の上面の外周（枠状の面）とが、上記の接合材を介して互いに対向し合うようにして行なわれる。また、例えば図１の例のように、絶縁基板１の枠状の上面の内周部分（凹部１ａの内側面の上端部分）段状に成形し、この段状の部分に蓋体５の外周部分を接合するようにしてもよい。

絶縁基板１と蓋体５との接合は、例えば次のようにして行なわれる。まず、絶縁基板１と蓋体５との接合領域の形状に合わせてスクリーン印刷法を用いて、接合材としてのガラスペースト（アルミナを添加した低融点ガラスに適当なバインダーおよび溶剤等を添加混合して得られたもの）を絶縁基板１上に所定パターンに塗布する。次に、蓋体５をアライメント治具等の位置合わせ用治具を用いて絶縁基板１上にセットする。その後、例えば、200〜300℃の加熱温度でガラスペーストを加熱し、さらに冷却する。以上により、蓋体５が接合材を介して絶縁基板１の上面等に接合される。

絶縁基板１は、例えば、セラミック材料またはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂等の樹脂材料によって形成されている。絶縁基板１は、セラミック材料の絶縁性の白色を呈する材料からなる場合には、放電で発生した光を凹部１ａ内で効率よく反射させることができる。この場合、例えば、可視光領域（およそ400（ｎｍ）から800（ｎｍ）の波長範囲）のすべての波長において反射率が70％以上の白色を呈する材料からなることが好ましい。例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナ）またはガラスセラミック焼結体等である。このように、絶縁基板１が白色を呈することによって、凹部１ａの内面の反射率を高くすることができるので、発光量をより大きくする上で有利である。また、絶縁基板１は、セラミックからなる場合には使用耐性に関して改善される。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製することができる。すなわち、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤およびバインダ等とともにシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。次に、セラミックグリーンシートを所定の形状および寸法に切断して複数のシートとした後に、これらのシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を焼成すれば、絶縁基板１を作製することができる。この場合、凹部１ａに相当する部分について、シートの中央部を打ち抜いて枠状のシートに加工しておけば、凹部１ａを有する絶縁基板１を作製できる。

一対の放電用電極２は、それぞれに凹部１ａ内に露出した側面を有している。また、一対の放電用電極２は、それぞれの上記側面同士が凹部１ａ内において互いに対向し合うように配置されている。一対の放電用電極２のうち、一方の放電用電極２が陽極であり、他方の放電用電極２が陰極である。また、これらの放電用電極２は、凹部１ａ内に設けられ
た段状部６に設けられたザグリ部６ａ内に充填された金属材料によって形成されている。ザグリ部６ａは、例えば直方体状等の形状で凹部１ａの内側面から内側に段状部６が突出しているときに、その段状部の一部が切り欠かれた部分に相当する。ザグリ部６ａ内に充填された金属材料の露出する表面のうち凹部１ａの内側面に沿う方向に延びる表面（つまり凹部１ａ内に露出した側面）同士が対向し合っている。

この形態の配線基板３によれば、段状部６に設けられたザグリ部６ａ内に充填された金属材料によって放電用電極２が形成されているため、放電用電極２としての金属材料の厚み、つまり金属材料の量（体積）を従来（例えば厚膜法により形成された層状のもの）に比べて大きくすることが容易である。そのため、寿命の長い発光装置４を作製することが可能な配線基板３を提供することができる。

また、このような発光装置４によれば、上記構成の配線基板３を含むことから、寿命の長い発光装置４を提供することができる。

なお、一対の放電用電極２間の放電は、基本的には両者の間の距離が最も近い部分で生じる。実施形態の配線基板３（発光装置４）では、一対の放電用電極２の互いに対向し合うそれぞれの側面同士の間で放電が生じやすい。この場合、一対の放電用電極２間の距離が同じである区間（放電用電極２の幅方向）が存在すれば、その区間内のいずれかの部分においてランダムに放電が生じる。放電が生じた部分で放電用電極２の表面部分が消耗する。放電が繰り返されれば、その都度、放電が生じた部分で放電用電極２が逐次、表面部分から消耗する。

これに対して、実施形態の配線基板３および発光装置４では、一対の放電用電極２間の距離が最も近い部分が、互いに対向し合う側面という比較的広い面状の部分であり、この部分でランダムに放電が生じるため、放電用電極２の一部が集中して消耗することも効果的に抑制され得る。これによる、配線基板３および発光装置４としての長寿命化への効果も得ることができる。

段状部６は、例えば上記のように酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板１を作製する際に、凹部１ａに相当する一部のセラミックグリーンシートの打ち抜き寸法を他のものよりも小さくすればよい。この打ち抜きの寸法差に応じで、凹部１ａの内側面に段状部６が形成される。

また、ザグリ部６ａは、例えば上記セラミックグリーンシートのうち、この段状部６の所定部位を機械的な加工で切り欠いておくことによって形成することができる。

ザグリ部６ａの深さ（側面視における段状部６の上面とザグリ部６ａの底面との間の距離）は、放電用電極２の厚みに相当する。そのため、ザグリ部６ａの深さは、放電用電極２の体積を効果的に大きくするためには大きい方がよい。例えば段状部６の高さとザグリ部６ａの深さとが同じであれば、言い換えれば段状部６の高さ方向の全域にわたってザグリ部６ａが設けられていれば、放電用電極２の体積をより効果的に大きくすることができる。つまり、配線基板３および発光装置４としての長寿命化の効果を高めることができる。

ただし、段状部６の高さ方向の全域にわたってザグリ部６ａが設けられていると、段状部６の機械的な強度が低くなる可能性がある。そのため、このような可能性も考慮するときには、ザグリ部６ａの深さは、例えば段状部６の高さに対して約80〜90％程度の大きさに設定されていてもよい。

段状部６の高さは、例えば前述した凹部１ａの深さの１／２程度に設定され、この場合には段状部６の高さは約0.15〜２ｍｍ程度である。また、この場合には、ザグリ部６ａの深さは約0.12〜２ｍｍ程度に設定される。ザグリ部６ａの深さが約0.12ｍｍよりも厚いため、放電用電極２の厚みも0.12ｍｍよりも厚くなる。これに対して、例えば従来の厚膜法により形成された層状の放電用電極（図示せず）であれば、その厚みは厚い場合でも0.05程度である。

また、放電用電極２の幅方向の寸法（放電用電極２の幅）は、放電用電極２の体積を効果的に大きくするためには大きい方がよく、そのためにはザグリ部６ａの幅が大きい方が好ましい。ただし、ザグリ部６ａの幅が大きくなると、段状部６の機械的な強度が低くなる可能性がある。そのため、このような可能性も考慮するときには、ザグリ部６ａ（放電用電極２）の幅は、例えば段状部６の幅に対して約80〜90％程度の大きさに設定されていてもよい。

放電用電極２は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、白金、金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料によって形成されている。このような金属材料は、例えばメタライズ層、めっき層または薄膜導体層等の形態で絶縁基板１の凹部１ａ内の所定部位に被着されている。

放電用電極２は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、次のようにして形成することができる。すなわち、まずタングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストを絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷法等の方法で印刷、塗布する。その後、この金属ペーストをセラミックグリーンシートと同時焼成すれば、放電用電極２を有する絶縁基板１を作製することができる。この場合、タングステンの金属ペーストを上記のザグリ部６ａとなる部分に充填すれば、ザグリ部６ａ内に充填された金属材料からなる放電用電極２を形成することができる。

なお、放電用電極２となる金属材料は、複数の種類の金属材料が含まれたものでもよく、複数の形態の金属層が順次積層されたものでもよい。例えば、上記のようにタングステンのメタライズ層を放電用電極２の金属材料として絶縁基板１に設けた後、その露出表面にさらにニッケル、コバルトおよび金等を含むめっき層を被着させて、酸化等から保護するようにしてもよい。

上記構成の発光装置４について、一対の放電用電極２がそれぞれ電源11と電気的に接続されて、発光の機能を有する電子機器10が作製される。このような電子機器10としては、例えば上記のようなカメラを内蔵したスマートフォン、またはデジタルカメラ等であって、フラッシュの機能を有するものが挙げられる。このような電子機器10によれば、上記構成の発光装置４を含むことから、寿命の長い電子機器10を提供することができる。図１は、上記電子機器10の要部を示している。実際の電子機器（図示せず）はレンズおよび撮像素子等の他の部品を含んでいる。電源11は、例えばこれらの実際の電子機器を形成しているマザーボード等のパッケージ内に実装されている。なお、図１において一対の放電用電極２と電源11との電気的な接続は、二点鎖線で示す模式的に示す接続手段によって行なわれている。この接続手段の具体例については後述する。

また、上記実施形態の配線基板３、発光装置４および電子機器10は、放電空間において放電の始動を容易にするために、放電誘発用電極７を絶縁基板１内に有していてもよい。放電誘発用電極７によって、一対の放電用電極２の間で放電空間内に放電が生じやすくなる。放電誘発用電極７も、例えば上記電源11と同様の電源に電気的に接続される。図１の例では、環状の放電誘発用電極７が、一対の放電用電極２の下方に位置するとともに、平
面透視において凹部１ａの底面を囲むように絶縁基板１の内部に設けられている。また、図１においては、図を見やすくするために、放電誘発用電極７と電源との電気的な接続の図示を省略している。

このような構成によって、発光装置４は、小型化を図りつつ、一対の放電用電極２間において放電が発生しやすくなる。さらに、絶縁基板１において放電空間を形成する凹部１ａの大きさ（容積）を十分に確保できるとともに、放電用電極２の電極面積を大きくできるので、一対の放電用電極２間で放電を効果的に生じさせることができる。

また、発光装置４は、環状の放電誘発用電極７を含んでいる場合には、不活性ガス全体をより効果的にイオン化することができる。特に、放電用電極２付近の不活性ガスをイオン化することができるので、一対の放電用電極２間で放電が発生しやすくなる。このような発光装置４において、放電誘発用電極７が放電の始動を容易にするとともに、一対の放電用電極２が効果的に放電を起こすことができる。

なお、一対の放電用電極２および放電誘発用電極７と電源11との電気的な接続は、例えば絶縁基板１の内部から外側面等の外面にかけて形成された接続導体８を介して行なわれる。接続導体８のうち絶縁基板１の外側面に設けられた部分が、はんだ、導電性接着剤またはリード端子（リード線を含む）を介して電源11と電気的に接続される。

放電誘発用電極７および接続導体８は、例えば一対の放電用電極２と同様の金属材料を用いて形成することができる。例えば、一対の放電用電極２を形成する場合と同様の金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷法等の方法で塗布し、同時焼成することにより、放電誘発用電極７および接続導体８を絶縁基板１に形成することができる。

図２は、図１に示す配線基板３および発光装置４の第１の変形例における要部を示す断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図２の例では、一対の放電用電極２のそれぞれについて、その上面と側面との間の角部（内周側の上端における角部、以下単に角部ともいう）が断面視で円弧状に成形されている。これ以外の点については、第１の変形例の配線基板３および発光装置４は前述した実施形態のものと同様である。上記実施形態の例と同様の点については説明を省略する。

一対の放電用電極２のそれぞれについて、その角部が断面視で円弧状に成形されている場合には、一対の放電用電極２間の放電が特定の部分に集中すること、つまり放電用電極２の消耗が一部に集中することがより効果的に抑制される。すなわち、仮に一対の放電用電極２のそれぞれの内周側の上端における角部が直角状であれば、その直角状の角部およびその付近で集中して放電が発生しやすい。そのため、放電用電極２の上記角部およびその付近で特に消耗しやすい。これに対して、上記のように角部が円弧状に成形されていれば、この角部において放電が集中する可能性が効果的に低減される。言い換えれば、一対の放電用電極２間で生じる放電の位置がより効果的に分散され、放電用電極２の長寿命化に対してより有効なものとすることができる。

なお、上記のような効果は、一対の放電用電極２のうちいずれか一方の放電用電極２の角部が円弧状に成形されていても得ることはできる。ただし、一対の放電用電極２の両方において角部が円弧状に成形されていれば、より確実に上記効果を得ることができる。

また、放電用電極２の角部の成形は、厳密に円弧となっている必要はなく、部分的に多少曲率半径が異なる部分が含まれていてもよく、楕円弧状（長軸と短軸との長さの比が１に近いもの）になっていてもよい。

図３は、図１に示す配線基板３および発光装置４の第２の変形例を示す上面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。また、図３においても蓋体５等を省略している。

図３の例では、一対の放電用電極２の側面が湾曲した部分を含んでいる。具体的には、放電用電極２の側面が、凹部１ａの内側面に沿った方向において湾曲した部分を含んでいる。これ以外の点については、第２の変形例の配線基板３および発光装置４は前述した実施形態のものと同様である。上記実施形態の例と同様の点については説明を省略する。

一対の放電用電極２の側面が、凹部１ａの内側面に沿った方向において湾曲した部分を含んでいる場合にも、一対の放電用電極２間の放電が特定の部分に集中すること（放電用電極２の消耗が一部に集中すること）がより効果的に抑制される。すなわち、仮に一対の放電用電極２の側面が平面状であれば、つまり両者の間の距離が側面（平面）の全面にわたって同じ程度であれば、その平面の上端部で集中して放電が発生しやすい。そのため、放電用電極２の上端部およびその付近で特に消耗しやすい。これに対して、上記のように側面が湾曲した部分が含まれていれば、一対の放電用電極２間の距離が部分的に異なり、上端部で放電が集中して生じる可能性が効果的に低減される。すなわち、第１の変形例の場合と同様に、一対の放電用電極２間で生じる放電の位置がより効果的に分散され、放電用電極２の長寿命化に対してより有効なものとすることができる。

なお、上記のような効果は、一対の放電用電極２のうちいずれか一方の放電用電極２の側面が湾曲した部分を含んでいる場合でも得ることはできる。ただし、一対の放電用電極２の両方において側面が湾曲した部分を含んでいれば、より確実に上記効果を得ることができる。

本発明の配線基板、発光装置および電子機器は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、放電空間内に不活性ガスを導入するためのガス導入孔（図示せず）が絶縁基板１または蓋体５等に設けられていてもよい。また、不活性ガス導入後にガス導入項を塞ぐためのろう材等の封止材が付着することを容易とする下地金属層（図示せず）等が含まれていてもよい。

１・・・絶縁基板
１ａ・・・凹部
２・・・放電用電極
３・・・配線基板
４・・・発光装置
５・・・蓋体
６・・・段状部
６ａ・・・ザグリ部
７・・・放電誘発用電極
８・・・接続導体
10・・・電子機器
11・・・電源

Claims (5)

1. 凹部を含む上面を有する絶縁基板と、
   それぞれが前記凹部内に露出した側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに対向し合うように前記凹部内に設けられた一対の放電用電極とを備えており、
   前記凹部の内側面が内側に突出した段状部をさらに有しているとともに、該段状部にザグリ部が設けられており、前記放電用電極が前記ザグリ部に充填された金属材料からなることを特徴とする配線基板。
2. 前記放電用電極は、前記側面と上面との間の角部が、断面視で円弧状に成形されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記一対の放電用電極の少なくとも一方の放電用電極の前記側面が、湾曲した部分を含んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配線基板。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板と、前記絶縁基板上に前記凹部を塞いで接合された蓋体とを備えることを特徴とする発光装置。
5. 請求項４に記載の発光装置と、
   前記一対の放電用電極に電気的に接続された電源とを備えることを特徴とする電子機器。

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