(57)【要約】  ＬＥＤで発生する熱を効率よく放熱することができる発光装置を提供する。  本発明に係る発光装置は、基台（１４０）と、基台（１４０）に実装されたＬＥＤチップ（１５０）とを備える。基台（１４０）は、セラミックス粒子からなる透光性の基台である。基台（１４０）のＬＥＤチップ（１５０）が実装される素子実装領域（Ａ２）を含む領域を主領域とすると、主領域におけるセラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下である。また、基台（１４０）の端部周辺の領域を端部領域（Ａ１）とすると、端部領域（Ａ１）におけるセラミックス粒子の平均粒径は、素子実装領域（Ａ２）におけるセラミックス粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。
2012060049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、セラミックス粒子からなる透光性の基台であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とすると、前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下である
発光装置。
【請求項２】
前記基台の端部周辺の領域を端部領域とすると、
前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径よりも小さい
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記セラミックス粒子は、アルミナ粒子である
請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、５μｍ以下である
請求項２又は請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置の全周囲を囲むグローブと、
前記グローブに取り付けられた口金と、
前記口金を介して供給された電力を前記発光装置に給電するためのリード線と、を備える
電球形ランプ。
【請求項６】
前記発光装置は、前記グローブ内に中空状態で支持されている
請求項５に記載の電球形ランプ。
【請求項７】
前記グローブは、可視光に対して透明なガラスからなる
請求項５又は請求項６に記載の電球形ランプ。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の電球形ランプを備える
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を備える電球形ランプ及びその電球形ランプを備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、従来の照明光源に比べて、小型、高効率及び長寿命である。近年の省エネあるいは省資源に対する市場ニーズが追い風となり、ＬＥＤを用いた電球形ランプ（以下、単に「ＬＥＤ電球」という）及びそれを備える照明装置の需要が増加している。【０００３】
ＬＥＤは、その温度が上昇するに従って光出力が低下するとともに、寿命が短くなることが知られている。そこで、ＬＥＤの温度上昇を抑制するために、従来のＬＥＤ電球では、半球状のグローブと口金との間に金属製の筐体が設けられる（例えば、特許文献１を参照）。この金属製の筐体が、ＬＥＤで発生した熱を外部に放出するためのヒートシンクとして機能することにより、ＬＥＤの温度上昇を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１３７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来のＬＥＤ電球では、グローブ内に位置する金属性の筐体の表面上にＬＥＤモジュールが設けられているので、口金側へのＬＥＤの光は筐体によって遮られる。このように、従来のＬＥＤ電球は、全方位配光である白熱電球と光の広がり方が異なり、白熱電球と同様の配光特性を得ることが難しい。【０００６】
そこで、ＬＥＤ電球において、白熱電球と同様の構成とすることが考えられる。つまり、白熱電球の２本のリード線間に架設されたフィラメントコイルを、ＬＥＤと当該ＬＥＤが実装された基板とを有する発光モジュール（ＬＥＤモジュール）に置き換えたＬＥＤ電球が考えられる。この場合、ＬＥＤモジュールは、グローブ内の空中で保持される。従って、ＬＥＤからの光は筐体によって遮られないので、ＬＥＤ電球において白熱電球と同様の配光特性を得ることが可能となる。【０００７】
しかしながら、この場合、ヒートシンクとして機能する筐体を用いないので、ＬＥＤで発生した熱を効率的に放熱させることができないという問題がある。【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、全方位配光を維持しつつ、ＬＥＤで発生する熱を効率よく放熱することができる発光装置、電球形ランプ及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置の一態様は、基台と、前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、前記基台は、セラミックス粒子からなる透光性の基台であり、前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とすると、前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下である。【００１０】
この構成により、基台の主領域ではセラミックス粒子の平均粒径が１０μｍ以上であるので、セラミックスが緻密化されている。これにより、基台の高い熱伝導率が得られ、当該主領域における基台の熱放射性を向上させることができる。また、セラミックスが緻密化されているので、当該主領域において高い透光性を得ることができる。従って、半導体発光素子（発光部）の光を基台の裏面に透過させることができるので、全配向特性を実現することができる。【００１１】
しかも、本態様の構成によれば、基台の主領域ではセラミックス粒子の平均粒径が４０μｍ以下であるので、当該主領域においては基台の機械的強度を高くすることができる。【００１２】
さらに、本発明に係る発光装置の一態様において、前記基台の端部周辺の領域を端部領域とすると、前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、前記素子実装領域における前記セラミックス粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。【００１３】
この構成により、基台の端部領域では基台の主領域に対してセラミックス粒子の平均粒径が相対的に小さいので、当該端部領域における基台の熱放射性を向上させることができる。これにより、半導体発光素子で発生した熱は、素子実装領域から端部領域に効率良く熱伝導させることができるとともに、端部領域において効率良く基台外部に放熱させることができる。【００１４】
しかも、基台の端部領域では基台の主領域よりもセラミックス粒子の平均粒径がさらに小さいので、当該端部領域においては基台の機械的強度を一層高くすることができる。これにより、製造中等において基台の端部に応力が加わることによって基台が割れたり基台の一部に欠けやクラックが生じたりすることを防止することができる。【００１５】
さらに、本発明に係る発光装置の一態様において、前記セラミックス粒子は、アルミナ粒子であることが好ましい。【００１６】
さらに、本発明に係る発光装置の一態様において、前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、５μｍ以下であることが好ましい。【００１７】
また、本発明に係る電球型ランプの一態様は、上記の発光装置と、前記発光装置の全周囲を囲むグローブと、前記グローブに取り付けられた口金と、前記口金を介して供給された電力を前記発光装置に給電するためのリード線と、を備えるものである。【００１８】
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記発光装置は、前記グローブ内に中空状態で支持されていることが好ましい。【００１９】
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記グローブは、可視光に対して透明なガラスからなることが好ましい。【００２０】
また、本発明に係る照明装置の一態様は、上記の電球形ランプを備えるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発光装置によれば、半導体発光素子で発生する熱を効率良く熱伝導することができ効率良く放熱することができるので、半導体発光素子の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｘ’線における本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの拡大断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る点灯回路の回路図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と基板の透過率との関係を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と熱伝導率との関係を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と曲げ強度との関係を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る照明装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュール、電球形ランプ及び照明装置について、図面を参照しながら説明するが、本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付しており、その詳しい説明は省略又は簡略化する。
【００２４】
（電球形ランプの全体構成）
まず、本発明の実施形態に係る電球形ランプ１００の全体構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの斜視図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る電球形ランプの正面図である。なお、図３において、口金１９０の内部に位置する、点灯回路１８０とリード線１７０の一部とは、点線で示されている。
【００２６】
図１〜図３に示すように、本発明の実施形態に係る電球形ランプ１００は、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤランプであって、ＬＥＤを有するＬＥＤモジュール（発光装置）１３０と、ＬＥＤモジュール１３０を収納するための透光性のグローブ１１０と、グローブ１１０の開口部１１１に取り付けられた口金１９０とを備える。また、電球形ランプ１００は、ステム１２０、２本のリード線１７０及び点灯回路１８０を備える。
【００２７】
以下、本発明の実施形態に係る電球形ランプ１００の各構成要素について詳細に説明する。
【００２８】
（グローブ）
グローブ１１０は、可視光に対して透明なシリカガラス製の中空部材である。したがって、グローブ１１０内に収納されたＬＥＤモジュール１３０は、グローブ１１０の外側から視認することができる。この構成により、ＬＥＤモジュール１３０からの光がグローブ１１０によって損失することを抑制することができる。さらに、グローブ１１０は、樹脂製ではなくガラス製であるので、高い耐熱性を有する。
【００２９】
グローブ１１０の形状は、一端が球状に閉塞され、他端に開口部１１１を有する形状である。言い換えると、グローブ１１０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１１０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１１０には、球の中心部から遠ざかった位置に開口部１１１が形成されている。
【００３０】
なお、グローブ１１０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１１０の形状は、Ｇ形又はＥ形等であってもよい。また、グローブ１１０は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、シリカガラス製である必要もない。例えば、グローブ１１０は、アクリル等の樹脂製の部材であってもよい。
【００３１】
（ステム）
ステム１２０は、グローブ１１０の開口部１１１からグローブ１１０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１２０の一端には、ＬＥＤモジュール１３０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１２０は、一般的な白熱電球に用いられるステムがグローブ１１０の内方に延伸されたような部材である。なお、ステム１２０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。
【００３２】
ステム１２０の口金側の端部は、開口部１１１の形状と一致するようにフレア状に形成されている。そして、フレア状に形成されたステム１２０の端部は、グローブ１１０の開口を塞ぐように、グローブ１１０の開口部１１１に接合されている。また、ステム１２０内には、２本のリード線１７０それぞれの一部が封着されている。その結果、グローブ１１０内の気密性が保たれた状態で、グローブ１１０内にあるＬＥＤモジュール１３０にグローブ１１０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１１０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１３０の劣化及びＬＥＤモジュール１３０とリード線１７０との接続部分の劣化を抑制することができる。
【００３３】
また、ステム１２０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、電球形ランプ１００は、ＬＥＤモジュール１３０で生じた光がステム１２０によって損失することを抑制することができる。また、電球形ランプ１００は、ステム１２０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１３０が発した白色光によってステム１２０が光り輝くので、電球形ランプ１００は、視覚的に優れた美観を発揮することも可能となる。
【００３４】
なお、ステム１２０は、必ずしもグローブ１１０の開口を塞ぐ必要はなく、開口部１１１の一部に取り付けられてもよい。
【００３５】
（ＬＥＤモジュール）
ＬＥＤモジュール１３０は、発光モジュールであって、グローブ１１０内に収納されている。好ましくは、ＬＥＤモジュール１３０は、グローブ１１０によって形成される球形状の中心位置（例えば、グローブ１１０の内径が大きい径大部分の内部）に配置される。このように中心位置にＬＥＤモジュール１３０が配置されることにより、電球形ランプ１００は、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得ることができる。
【００３６】
また、ＬＥＤモジュール１３０は、２本のリード線１７０によって支持されており、グローブ１１０内の空中に（本実地形態ではグローブ１１０の径大部分内に）位置するように中空状態で配置されている。すなわち、ＬＥＤモジュール１３０は、２本のリード線１７０によって、グローブ１１０内においてグローブ１１０の内面から浮いた状態で保持されている。また、ＬＥＤモジュール１３０は２本のリード線１７０と電気的に接続されており、２本のリード線１７０から電力が供給されることにより、ＬＥＤモジュール１３０は発光する。なお、ＬＥＤモジュール１３０の両端部に給電端子が設けられており、給電端子とリード線とが半田等によって電気的に接続されている。
【００３７】
次に、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０の各構成要素について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて詳述する。図４Ａは、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの平面図である。また、図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｘ’線に沿って切断した本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの断面図である。
【００３８】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０は、本発明に係る発光装置であって、基台１４０と、複数のＬＥＤチップ１５０と、封止材１６０とを有する。なお、ＬＥＤモジュール１３０は、複数のＬＥＤチップ１５０が実装された面をグローブ１１０の頂部に（Ｚ方向の正の向きに）向けて配置される。以下、ＬＥＤモジュール１３０の各構成要素について詳述する。
【００３９】
まず、基台１４０について説明する。基台１４０は、封止材１６０から放出される光に対して透光性を有する部材で構成される。本実施形態では封止材１６０からは白色光が放出されるので、基台１４０は可視光に対して透光性を有する部材で構成されている。このような基台１４０としては、セラミックス粒子からなる透光性のセラミックス基板を用いることができる。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。
【００４０】
本実施形態において、基台１４０は矩形状の基板からなり、ＬＥＤチップ１５０が実装される面を実装面とし、当該実装面とは反対側の面を裏面とする。また、図４Ａに示すように、基台１４０の端部周辺の領域を端部領域Ａ１とし、基台１４０のＬＥＤチップ１５０が実装される領域を素子実装領域Ａ２とする。端部領域Ａ１と素子実装領域Ａ２との間の領域を中間領域Ａ３とする。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、基台１４０の端部領域Ａ１は、基台１４０の全周において端部を囲む領域であって、基台１４０の側面と、基台１４０の実装面及び裏面において側面周縁から一定幅の領域である。端部領域Ａ１における当該一定幅は、基台１４０の縁から０．２〜１．０ｍｍとすることが好ましい。なお、本実施形態では、長手方向（Ｘ方向）の長さが２５ｍｍで、短手方向（Ｙ方向）の長さが６ｍｍのアスペクト比の大きい長尺状の基板を用いたが、アスペクト比の小さい、例えば正方形の基板を用いても構わない。
【００４２】
基台１４０の主領域は、基台１４０における端部領域Ａ１以外の領域であって、素子実装領域Ａ２と中間領域Ａ３とからなる。素子実装領域Ａ２は、ＬＥＤチップ１５０が実装される領域を含むとともに封止材１６０が形成される領域を含み、ＬＥＤチップ１５０及び封止材１６０によって白色光が発光される発光部領域である。すなわち、封止材１６０近傍の基台１４０の直下領域である。中間領域Ａ３は、端部領域Ａ１と素子実装領域Ａ２との間の領域である。中間領域Ａ３は、基本的には、素子実装領域Ａ２と同様の構成とすることが好ましい。
【００４３】
本実施形態において、基台１４０の主領域におけるセラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上４０μｍ以下となるように構成されている。また、基台１４０において、端部領域Ａ１におけるセラミックス粒子の平均粒径は、素子実装領域Ａ２におけるセラミックス粒子の平均粒径よりも小さくなるように構成されている。本実施形態では、セラミックス粒子としてアルミナ粒子が用いられ、端部領域Ａ１におけるアルミナ粒子の平均粒径は５μｍ以下とした。
【００４４】
このように平均粒径の異なる基台１４０は、次のようにして形成することができる。
【００４５】
一般的に、セラミックス基板は、粒径の小さいアルミナ粒子等のセラミックス原料と、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の散乱体や焼結助剤（添加剤）とを混合したものに有機質バインダー加えて加圧成形し、その後、焼成することにより作製することができる。焼結助剤としては、例えば、マグネシア（酸化マグネシウム：ＭｇＯ）が用いられ、焼成時においてセラミックス粒子の粒成長に影響を与える。具体的には、マグネシアの含有量を多くするとセラミックス粒子の粒成長が抑制されて、セラミックス粒子の平均粒径は小さいままとなり、一方、マグネシアの含有量を少なくするとセラミックス粒子の粒成長が促進されてセラミックス粒子の平均粒径は大きくなる。
【００４６】
本実施形態では、焼結前において、平均粒径を小さくする領域である基台１４０の端部領域Ａ１に対してさらにマグネシアを部分的にディッピングする。これにより、当該端部領域Ａ１におけるマグネシアの含有量を、端部領域Ａ１以外の領域（素子実装領域Ａ２、中間領域Ａ３）におけるマグネシアの含有量よりも多くすることができる。この結果、焼成時における端部領域Ａ１のセラミック粒子の粒成長が抑制される。従って、焼成後において、端部領域Ａ１におけるセラミックス粒子の平均粒径を小さい状態のままとすることができ、端部領域Ａ１以外の領域におけるセラミックス粒子の平均粒径よりも小さくすることができる。
【００４７】
なお、図示しないが、基台１４０の実装面には、金属配線パターンが形成されており、各ＬＥＤチップ１５０はワイヤー等を介して金属配線パターンと電気的に接続されている。
【００４８】
次に、ＬＥＤチップ１５０について説明する。ＬＥＤチップ１５０は、半導体発光素子の一例であって、単色の可視光を発するベアチップである。本実施形態では、通電されれば青色光を発する青色ＬＥＤチップが用いられる。ＬＥＤチップ１５０は、基台１４０の実装面に、基台１４０の短手方向の中央部分において基台１４０の長手方向に沿って一直線状に実装されている。具体的には、１２個のＬＥＤチップ１５０が一直線状に並べて実装されている。
【００４９】
図５に示すように、本実施形態に係るＬＥＤチップ１５０は、縦長形状（長さ６００μｍ、幅３００μｍ、厚さ１００μｍ）をしている。ＬＥＤチップ１５０は、サファイア基板１５１と、当該サファイア基板１５１上に積層された、互いに異なる組成からなる複数の窒化物半導体層１５２とを有する。
【００５０】
窒化物半導体層１５２の上面の端部には、カソード電極１５３とアノード電極１５４とが形成されている。また、カソード電極１５３及びアノード電極１５４の上には、ワイヤーボンド部１５５、１５６がそれぞれ形成されている。
【００５１】
互いに隣り合うＬＥＤチップ１５０のカソード電極１５３とアノード電極１５４とは、ワイヤーボンド部１５５、１５６を介して、金ワイヤー１５７により電気的に直列に接続されている。そして、両端に位置するＬＥＤチップ１５０のカソード電極１５３又はアノード電極１５４は、金ワイヤー１５７により給電端子１４１に接続されている。
【００５２】
各ＬＥＤチップ１５０は、サファイア基板１５１側の面が基台１４０の実装面と対向するように、透光性のチップボンディング材１５８により基台１４０に実装されている。
【００５３】
チップボンディング材には、酸化金属からなるフィラーを含有したシリコーン樹脂などを使用できる。チップボンディング材に透光性の材料を使用することにより、ＬＥＤチップ１５０のサファイア基板１５１側の面とＬＥＤチップ１５０の側面とから出る光の損失を低減することができ、チップボンディング材による影の発生を防ぐことができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、複数のＬＥＤチップ１５０が基台１４０上に実装された例を示しているが、ＬＥＤチップ１５０の個数は、電球形ランプ１００の用途に応じて適宜、変更されればよい。例えば、豆電球代替の用途においては、基台１４０上に実装されるＬＥＤチップ１５０は１個であってもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、複数のＬＥＤチップ１５０は基台１４０上に一列で実装したが、３列等の複数列で実装しても構わない。
【００５６】
次に、封止材１６０について説明する。封止材１６０は、複数のＬＥＤチップ１５０を覆うように直線状（ストライプ状）に形成されている。また、封止材１６０は、光波長変換材である蛍光体を含み、ＬＥＤチップ１５０からの光を波長変換する波長変換層としても機能する。封止材１６０は、シリコーン樹脂に所定の蛍光体粒子（不図示）と光拡散材（不図示）と分散させた蛍光体含有樹脂を用いることができる。
【００５７】
蛍光体粒子としては、ＬＥＤチップ１５０が青色光を発光する青色ＬＥＤチップである場合、白色光を得るために、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、などのＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。これにより、ＬＥＤチップ１５０が発した青色光の一部は、封止材１６０に含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止材１６０中で拡散し、混合されることにより、封止材１６０から白色光となって出射される。
【００５８】
光拡散材としては、シリカなどの粒子が用いられる。本実施形態では、透光性を有する基台１４０を用いているので、ストライプ状の封止材１６０から出射された白色光は、基台１４０の内部を透過し、基台１４０のＬＥＤチップ１５０が実装されていない側面からも出射される。その結果、点灯時に基台１４０のどの側面側から見ても、既存の白熱電球のフィラメントコイルのように輝いて見える。
【００５９】
なお、封止材１６０に含まれる波長変換材は、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｓｒ3ＳｉＯ5：Ｅｕ2+などの黄色蛍光体であってもよい。また、波長変換材は、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｂａ3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ2+などの緑色蛍光体であってもよい。また、波長変換材は、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、Ｓｒ2（Ｓｉ，Ａｌ）5（Ｎ，Ｏ）8：Ｅｕ2+などの赤色蛍光体であってもよい。
【００６０】
また、封止材１６０は、必ずしもシリコーン樹脂からなる必要はなく、フッ素系樹脂など有機材のほか、低融点ガラス、ゾルゲルガラス等の無機材からなる部材であってもよい。無機材は有機材に比べ耐熱特性が優れているので、無機材からなる封止材１６０は、高輝度化に有利である。
【００６１】
また、封止材１６０は、ＬＥＤチップ１５０が実装されていない面にも設けられてもよい。これにより、基台１４０内を透過してＬＥＤチップ１５０が実装されていない側面から出射される青色光の一部が黄色光に変換される。したがって、ＬＥＤチップ１５０が実装されていない側面から出射される光の色を、封止材１６０から直接出射される光の色に近づけることができる。
【００６２】
このように構成される封止材１６０は、例えば、以下のような２つの工程を経て形成される。まず、第一工程では、波長変換材を含む未硬化のペースト状の封止材１６０を、ディスペンサーにより一筆書きで、複数のＬＥＤチップ１５０上に直線状に塗布する。次に、第二工程では、塗布されたペースト状の封止材１６０を硬化させる。このように形成された封止材１６０のＸ方向からみた断面は、ドーム状であり、幅１ｍｍ、高さ０．２ｍｍである。
【００６３】
（リード線）
２本のリード線１７０は、保持用かつ給電用の電線であり、ＬＥＤモジュール１３０をグローブ１１０内の一定の位置に保持するとともに、口金１９０から供給された電力をＬＥＤチップ１５０に供給する。各リード線１７０は、内部リード線１７１、ジュメット線（銅被覆ニッケル鋼線）１７２、及び外部リード線１７３を、この順に接合した複合線よって構成される。
【００６４】
内部リード線１７１は、ステム１２０からＬＥＤモジュール１３０に向かって伸びる電線であり、基台１４０に接合され、ＬＥＤモジュール１３０を支持している。ジュメット線１７２は、ステム１２０内に封着される。外部リード線１７３は、点灯回路１８０からステム１２０に向かって伸びる電線である。
【００６５】
ここで、リード線１７０は、熱伝導率が高い銅を含む金属線であることが好ましい。これにより、ＬＥＤモジュール１３０で生じた熱を、積極的にリード線１７０を介して、口金１９０に逃がすことができる。
【００６６】
なお、リード線１７０は、必ずしも複合線である必要はなく、同一の金属線からなる単線であってもよい。また、リード線１７０は、必ずしも２本である必要はない。例えば、電球形ランプ１００は、複数のＬＥＤモジュール１３０をグローブ１１０内に備える場合、ＬＥＤモジュール１３０ごとに２本のリード線１７０を備えてもよい。
【００６７】
また、リード線１７０は、基台１４０をステム１２０側に付勢するように基台１４０に取り付けられることが好ましい。これにより、基台１４０をステム１２０にさらに強固に固定保持することが可能となる。
【００６８】
（点灯回路）
点灯回路１８０は、ＬＥＤチップ１５０を発光させるための回路であり、口金１９０内に収納されている。具体的には、点灯回路１８０は、複数の回路素子と、各回路素子が実装される回路基板とを有する。本実施の形態では、点灯回路１８０は、口金１９０から受電した交流電力を直流電力に変換し、２本のリード線１７０を介してＬＥＤチップ１５０に当該直流電力を供給する。
【００６９】
図６は、本発明の実施形態に係る点灯回路の回路図である。図６に示すように、点灯回路１８０は、整流用のダイオードブリッジ１８３と、平滑用のコンデンサ１８４と、電流調整用の抵抗１８５とを備える。ダイオードブリッジ１８３の入力端が点灯回路１８０の入力端子１８１に接続される。また、ダイオードブリッジ１８３の出力端とその一端が接続された、コンデンサ１８４及び抵抗１８５の他端とが点灯回路１８０の出力端子１８２に接続される。
【００７０】
入力端子１８１は、口金１９０と電気的に接続される。具体的には、入力端子１８１の一方は、口金１９０の側面のスクリュー部１９１に接続される。また、入力端子１８１の他方は、口金１９０の底部のアイレット部１９２に接続される。
【００７１】
出力端子１８２は、リード線１７０に接続され、ＬＥＤチップ１５０と電気的に接続される。
【００７２】
なお、電球形ランプ１００は、必ずしも点灯回路１８０を備えなくてもよい。例えば、照明器具あるいは電池などから直接直流電力が供給される場合には、電球形ランプ１００は、点灯回路１８０を備えなくてもよい。その場合、外部リード線１７３の一方がスクリュー部１９１に接続され、外部リード線１７３の他方がアイレット部１９２に接続される。
【００７３】
また、点灯回路１８０は、平滑回路に限られるものではなく、調光回路、昇圧回路などを適宜選択、組み合わせることもできる。
【００７４】
（口金）
口金１９０は、グローブ１１０の開口部１１１に設けられている。具体的には、口金１９０は、グローブ１１０の開口部１１１を覆うように、セメント等の接着剤を用いてグローブ１１０に取り付けられる。本実施の形態では、口金１９０は、Ｅ２６形の口金である。電球形ランプ１００は、商用の交流電源と接続されたＥ２６口金用ソケットに取り付けて使用される。
【００７５】
なお、口金１９０は、必ずしもＥ２６形の口金である必要はなく、Ｅ１７形など異なる大きさの口金であってもよい。また、口金１９０は、必ずしもネジ込み形の口金である必要はなく、例えば差し込み形など異なる形状の口金であってもよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０によれば、基台１４０の主領域ではセラミックス粒子の平均粒径が１０μｍ以上に構成されている。これにより、セラミックス基台の緻密化を図ることができるので、基台１４０の熱伝導率を高くすることができる。これにより、ＬＥＤチップ１５０で発生した熱を効率よく熱伝導させて放熱させることができる。また、セラミックス基台が緻密化されているので、主領域において高い透光性を得ることができる。従って、ＬＥＤチップ１５０（発光部）の光を基台１４０の裏面に透過させることができるので、全配向特性を実現することができる。
【００７７】
しかも、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０では、基台１４０の主領域におけるセラミックス粒子の平均粒径が４０μｍ以下に構成されている。これにより主領域における基台１４０の機械的強度を高くすることができる。
【００７８】
このように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０によれば、熱的特性に優れるとともに機械的特性に優れ、従来のフィラメントコイルを用いた白熱電球と同等な全配向特性を実現することができる。本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０の光学特性、熱的特性及び機械的特性について、図７〜図９を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と基板の透過率との関係（光学特性）を説明するための図である。図８は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と熱伝導率との関係（熱的特性）を説明するための図である。図９は、本発明の実施形態に係るＬＥＤモジュールの基板におけるアルミナ粒子の平均粒径と曲げ強度との関係（機械的特性）を説明するための図である。
【００７９】
図７に示すように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０において、主領域におけるアルミナ粒子の平均粒径を１０μｍ以上とすることにより、主領域における透過率を全配光特性に好適な９０％以上とすることができる。また、図８に示すように、主領域におけるアルミナ粒子の平均粒径を１０μｍ以上とすることにより、主領域の熱伝導率は２８Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率とすることもできる。また、図９に示すように、主領域におけるアルミナ粒子の平均粒径が４０μｍを超えると曲げ強度が急激に低下することが分かる。従って、主領域におけるアルミナ粒子の平均粒径を４０μｍ以下とすること好ましい。
【００８０】
さらに、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０では、基台１４０の端部領域Ａ１では基台１４０の主領域に対してセラミックス粒子の平均粒径が相対的に小さくなるように構成されている。これにより、セラミックス粒子の表面積を大きくすることができるので、端部領域Ａ１における基台１４０の熱放射率を高くすることができる。このように、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０では、端部領域Ａ１では熱放射性に優れているとともに、素子実装領域Ａ２では熱伝導性に優れているので、ＬＥＤチップ１５０で発生した熱を効率良く熱伝導させて、基台１４０の外部に効率良く放熱させることができる。その結果、電球形ランプ１００は、温度上昇によるＬＥＤチップ１５０の発光効率の低下及び寿命の低下を一層抑制することが可能となる。
【００８１】
しかも、本実施形態に係るＬＥＤモジュール１３０によれば、基台１４０の端部領域Ａ１では主領域よりもセラミックス粒子の平均粒径がさらに小さいことから、当該端部領域Ａ１においては基台１４０の機械的強度を一層向上させることができる。これにより、製造中等において基台１４０の端部に応力が加わることによって基台１４０が割れたり基台１４０の一部に欠けやクラックが生じたりすることを防止することができる。
【００８２】
また、本発明の実施形態に係る電球形ランプ１００によれば、全周囲が透光性のグローブ１１０内によって囲まれたＬＥＤモジュール１３０を備えている。これにより、ＬＥＤモジュール１３０で発生した白色光は、筐体に遮られることなく、全方位に放出される。従って、従来の白熱電球と同様の全配光特性を得ることが可能となる。
【００８３】
次に、本発明の実施形態に係る照明装置２００について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る照明装置の概略断面図である。
【００８４】
図１０に示すように、本発明の実施形態に係る照明装置２００は、例えば、室内の天井３００に装着されて使用され、上記の本発明の実施形態に係る電球形ランプ１００と、点灯器具２２０とを備える。
【００８５】
点灯器具２２０は、電球形ランプ１００を消灯及び点灯させるものであり、天井３００に取り付けられる器具本体２２１と、電球形ランプ１００を覆うランプカバー２２２とを備える。
【００８６】
器具本体２２１は、ソケット２２１ａを有する。ソケット２２１ａには、電球形ランプ１００の口金１９０が螺合される。このソケット２２１ａを介して電球形ランプ１００に電力が供給される。
【００８７】
なお、図１０に示す照明装置２００は、１つの電球形ランプ１００を備えていたが、複数の電球形ランプ１００を備えてもよい。
【００８８】
以上、本発明に係る発光装置、電球形ランプ及び照明装置について、各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
例えば、本実施形態では、基台１４０の主領域において、セラミックス粒子の平均粒径を１０μｍ以上４０μｍ以下としたが、端部領域Ａ１を含めて基台１４０全体において、セラミックス粒子の平均粒子径を１０μｍ以上４０μｍ以下としても構わない。このように、基台１４０全体のセラミックス粒子の平均粒子径を１０μｍ以上４０μｍとすることにより、基台１４０全体について、セラミックス基台の緻密化を図ることができるので、基台１４０全体の熱伝導率を高くすることができる。これにより、ＬＥＤチップ１５０で発生した熱を効率よく熱伝導させて放熱させることができるとともに、基台１４０の全体領域において高い透光性を得ることができる。さらに、基台１４０全体のセラミックス粒子の平均粒子径を４０μｍ以下とすることにより、基台１４０全体について、安定した機械的強度を確保することができる。また、この態様における発光装置（ＬＥＤモジュール）を電球形ランプに適用する場合、当該発光装置は、グローブ内に中空状態で保持されることが好ましく、特に、グローブ内の中央部分に配置することが好ましい。なお、発光装置をグローブ内に中空状態に保持する場合、本実施の形態のようにリード線によって発光装置を支持することによって中空状態に保持させることもできるが、リード線ではなくステムによって発光装置を中空状態に保持させるように構成しても構わない。
【００９０】
また、本実施形態では、基台１４０としてアルミナ基板を用いたが、これに限らない。基台１４０の材料としては、透過性窒化アルミニウム又は透過性酸化マグネシウム等を用いても構わない。また、基台１４０の形状は、矩形状に限らない。
【００９１】
また、本実施形態において、基台１４０とステム１２０とを熱伝導性樹脂等によって接続するように接続しても構わない。これにより、ＬＥＤモジュール１３０で生じた熱をステム１２０を介して積極的に口金１９０に逃がすことが可能となる。なお、この場合、基台１４０の素子実装領域Ａ２の裏面とステム１２０とを接続することが好ましい。
【００９２】
また、本実施形態では、ＬＥＤチップと波長変換材とを含む封止材を用いて白色光を発するようにＬＥＤモジュールを構成したが、これに限定されるものではない。例えば、黄色から琥珀色のＬＥＤチップを用いて、波長変換材を含まない透光性の封止材によってＬＥＤモジュールを構成することができる。一般に、光束が低い電球においては演色性を問わない用途が多く、係る用途においてはＬＥＤチップの光だけで白熱電球を再現することができる。
【００９３】
さらに、用途に応じて、ＬＥＤチップの発光色、波長変換材の有無や種類を適宜選択できることは言うまでもない。例えば、ＬＥＤチップに青色、緑色及び赤色の光の３原色を用いて白色光とする構成、青紫から近紫外域の波長のＬＥＤチップと青色、緑色及び赤色の３原色の各蛍光体とを用いて白色光とする構成、又は、青色のみ、緑色のみ、赤色のみなどの単色光とする構成等をとることができる。
【００９４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、あるいは異なる実施の形態あるいは変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする発光装置、従来の白熱電球等を代替するＬＥＤ電球及びそのＬＥＤ電球を備える照明装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００９６】
１００    電球形ランプ
１１０    グローブ
１１１    開口部
１２０    ステム
１３０    ＬＥＤモジュール
１４０    基台
１５０    ＬＥＤチップ
１５１    サファイア基板
１５２    窒化物半導体層
１５３    カソード電極
１５４    アノード電極
１５５、１５６    ワイヤーボンド部
１５７    金ワイヤー
１５８    チップボンディング材
１６０    封止材
１７０    リード線
１７１    内部リード線
１７２    ジュメット線
１７３    外部リード線
１８０    点灯回路
１８１    入力端子
１８２    出力端子
１８３    ダイオードブリッジ
１８４    コンデンサ
１８５    抵抗
１９０    口金
１９１    スクリュー部
１９２    アイレット部
２００    照明装置
２２０    点灯器具
２２１    器具本体
２２１ａ  ソケット
２２２    ランプカバー
３００    天井
Ａ１      端部領域
Ａ２      素子実装領域
【図１】
2012060049.tif 000003
【図２】
2012060049.tif 000004
【図３】
2012060049.tif 000005
【図４Ａ】
2012060049.tif 000006
【図４Ｂ】
2012060049.tif 000007
【図５】
2012060049.tif 000008
【図６】
2012060049.tif 000009
【図７】
2012060049.tif 000010
【図８】
2012060049.tif 000011
【図９】
2012060049.tif 000012
【図１０】
2012060049.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月9日(2011.12.9)
【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】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、セラミックス粒子からなる透光性の基台であって、透過率が９０％以上であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とすると、前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下である
発光装置。
【請求項２】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、セラミックス粒子からなる透光性の基台であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とし、前記基台の端部周辺の領域を端部領域とすると、
前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、前記主領域における前記セラミックス粒子の平均粒径よりも小さい
発光装置。
【請求項３】
前記セラミックス粒子は、アルミナ粒子である
請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記端部領域における前記セラミックス粒子の平均粒径は、５μｍ以下である
請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置の全周囲を囲むグローブと、
前記グローブに取り付けられた口金と、
前記口金を介して供給された電力を前記発光装置に給電するためのリード線と、を備える
電球形ランプ。
【請求項６】
前記発光装置は、前記グローブ内に中空状態で支持されている
請求項５に記載の電球形ランプ。
【請求項７】
前記グローブは、可視光に対して透明なガラスからなる
請求項５又は請求項６に記載の電球形ランプ。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の電球形ランプを備える
照明装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【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】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、アルミナの焼成セラミックスからなる透光性の基台であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とすると、
前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、
前記主領域における可視光に対する全透過率が９０％以上である
発光装置。
【請求項２】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、焼成セラミックスからなる透光性の基台であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とし、前記基台の端部周辺の領域を端部領域とすると、
前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、
前記端部領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径よりも小さい
発光装置。
【請求項３】
前記焼成セラミックスは、アルミナである
請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記端部領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、５μｍ以下である
請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置の全周囲を囲むグローブと、
前記グローブに取り付けられた口金と、
前記口金を介して供給された電力を前記発光装置に給電するためのリード線と、を備える
電球形ランプ。
【請求項６】
前記発光装置は、前記グローブ内に中空状態で支持されている
請求項５に記載の電球形ランプ。
【請求項７】
前記グローブは、可視光に対して透明なガラスからなる
請求項５又は請求項６に記載の電球形ランプ。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の電球形ランプを備える
照明装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月26日(2012.10.26)
【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】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、焼成によりアルミナ粒子を粒成長させることで形成された多結晶の焼成セラミックスからなる透光性の基台であり、
前記半導体発光素子は、前記基台の一つの面のみに実装されており、
前記一つの面から前記基台の当該一つの面とは反対側の面に向かって放出される光束のうち、前記基台を透過する光束が９０％以上であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とすると、
前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、４０μｍ以下である
発光装置。
【請求項２】
前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、１０μｍ以上である
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
基台と、
前記基台上に実装された半導体発光素子と、を備え、
前記基台は、焼成セラミックスからなる透光性の基台であり、
前記基台の前記半導体発光素子が実装される素子実装領域を含む領域を主領域とし、前記基台の端部周辺の領域を端部領域とすると、
前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、
前記端部領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、前記主領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径よりも小さい
発光装置。
【請求項４】
前記焼成セラミックスは、アルミナである
請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記端部領域における前記焼成セラミックスの平均結晶粒径は、５μｍ以下である
請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置の全周囲を囲むグローブと、
前記グローブに取り付けられた口金と、
前記口金を介して供給された電力を前記発光装置に給電するためのリード線と、を備える
電球形ランプ。
【請求項７】
前記発光装置は、前記グローブ内に中空状態で支持されている
請求項６に記載の電球形ランプ。
【請求項８】
前記グローブは、可視光に対して透明なガラスからなる
請求項６又は請求項７に記載の電球形ランプ。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の電球形ランプを備える
照明装置。
【国際調査報告】
2012060049.tif 000014
2012060049.tif 000015
2012060049.tif 000016
2012060049.tif 000017