(57)【要約】【課題】拡散粒子による発光効率の低下を抑制できる照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の照明装置は、基板と；基板上に実装された１以上の発光素子と；基板の発光素子を実装した側と対向して配置されたガラス基板と；ガラス基板の少なくとも一方の面に形成された層であり、発光素子から放射される光により励起されて発光する蛍光体を分散して含有するとともに複数のクラックを有する低融点ガラス層と；を具備する。低融点ガラス層は、蛍光体を体積比で５％〜５５％の割合で含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に実装された１以上の発光素子と；
前記基板の前記発光素子を実装した側と対向して配置されたガラス基板と；
前記ガラス基板の少なくとも一方の面に形成された層であり、前記発光素子から放射される光により励起されて発光する蛍光体を分散して含有するとともに複数のクラックを有する低融点ガラス層と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記低融点ガラス層は、前記蛍光体を体積比で５％〜５５％の割合で含有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）モジュール等の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）チップを用いた照明装置は、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。また、長寿命、低消費電力、耐衝撃性、高速応答性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有する。
【０００３】
ＬＥＤチップを用いた照明装置（ＬＥＤモジュール）で白色光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色光を発するＬＥＤチップと黄色光等を発する蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線を発するＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体とを組合せる方式、の３つが挙げられる。これらのうちで、（２）の方式が広く実用化されている。
【０００４】
上記した（２）および（３）の方式を適用したＬＥＤモジュールとして、ＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内やリフレクタの枠内に蛍光体を混合した樹脂を流し込み固化させて、蛍光体を含有する樹脂層を凸状に形成した砲弾型構造や、主面に配線パターンが形成された基板の上にＬＥＤチップを実装し、さらにこの基板上に蛍光体含有樹脂による封止部を形成した構造（表面実装タイプあるいはモジュールタイプ）などが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２９００９２８号公報
【特許文献２】特許２９２７２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤモジュールから出射する光の色むらが生じてしまう場合には、ＬＥＤモジュールの出射面側に拡散手段を用いていたが、拡散手段を用いると効率が低下したりモジュールとして大型化してしまうという課題があった。また、蛍光体含有樹脂内に拡散粒子を設けることも考えられるが、これも拡散粒子により発光素子からの放射光が吸収されるため、照明装置の発光効率が低下してしまう虞があった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、拡散粒子による発光効率の低下を抑制できる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】
【０００７】
請求項１記載の照明装置は、基板と；基板上に実装された１以上の発光素子と；基板の発光素子を実装した側と対向して配置されたガラス基板と；ガラス基板の少なくとも一方の面に形成された層であり、発光素子から放射される光により励起されて発光する蛍光体を分散して含有するとともに複数のクラックを有する低融点ガラス層と；を具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の照明装置は、請求項１記載の照明装置において、低融点ガラス層は、蛍光体を体積比で５％〜５５％の割合で含有することを特徴とする。
【０００９】
上記した請求項１〜請求項２記載の発明において、用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。
【００１０】
基板は、後述する発光素子が搭載される部材であり、絶縁性の無機材料であるセラミックス、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）などからなることが好ましい。
【００１１】
発光素子は、光を放射する素子である。例えば、放射した光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものであり、青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、照明装置の用途や目的とする発光色などに応じて、種々の発光素子を使用することができる。
【００１２】
蛍光体は、発光素子から放射される光により励起されて発光するものである。
【００１３】
低融点ガラス層は、１種類以上の蛍光体を低融点ガラスに混合・分散させた層としてガラス基板上に形成される。
【００１４】
低融点ガラスは、融点が５８０℃以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）、（Ｂ２Ｏ３・Ｂｉ２Ｏ３）、（ＳｉＯ２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）で表わされるガラスから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００１５】
支持部材は、ガラス基板を支持する部材である。支持部材は、絶縁性の無機材料であるセラミックス、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）などからなることが好ましい。なお、支持部材の形状は、基板、ガラス基板および支持部材により発光素子を封止することができればよく、円筒形状や四角筒形状など様々な形状をとることができる。
【００１６】
金属ペーストは、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性を有する金属の粉末（微粒子）を含むペースト（インク）である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の照明装置によれば、基板の発光素子を実装した側と対向して配置されたガラス基板の少なくとも一方の面に、発光素子から放射される光により励起されて発光する蛍光体を分散して含有するとともに複数のクラックを有する低融点ガラス層を形成したので、拡散のための部材／材料などを用いることなく出射光を拡散して照射できるため、拡散粒子による発光効率の低下を抑制できる。
【００１８】
請求項２記載の照明装置によれば、請求項１記載の効果に加えて、低融点ガラス層が、蛍光体を体積比で５％〜５５％の割合で含有するので、効率よくクラックを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る照明装置が具備するガラス基板と低融点ガラス層の拡大断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る照明装置が具備するガラス基板と低融点ガラス層の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に参照する複数の図面において、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置１の断面図である。図２は、第１の実施形態に係る照明装置が具備するガラス基板と低融点ガラス層の拡大断面図である。図１に示す照明装置１は、セラミックス基板１１と、その上に形成された配線層１２と、ＬＥＤチップ1３（発光素子）と、低融点ガラス層1５を備えたガラス基板１６と、このガラス基板１６を支持する支持部材１７とを備えている。図２に示す低融点ガラス層１５は、ＬＥＤチップ１３から放射される光により励起されて発光する蛍光体１５ａを低融点ガラス１５ｂに分散して含有する。以下、各構成について説明する。
【００２２】
セラミックス基板１１は、絶縁性の無機材料であるセラミックス、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）などからなる。セラミックス基板１１をアルミナで構成する場合、含有量（割合）が９６重量％を超える高純度アルミナから構成することが好ましい。
【００２３】
なお、印刷によりセラミックス基板１１上に配線層１２を形成する場合、セラミックス基板１１の平均表面粗さ（Ｒａ）（μｍ）は０．３０〜０．８０であることが好ましい。ここで、平均表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に拠り測定した値とする。セラミックス基板１１の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．８０を超える場合には、セラミックス基板１１上に形成される配線層１２の印刷性が悪くなり、ファインピッチのパターンを形成することが難しくなる。また、平均表面粗さ（Ｒａ）が０．３０未満の場合には、配線層１２の接合強度が低下して剥離しやすくなる。
【００２４】
配線層１２は、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）の合金、金（Ａｕ）等により構成される。印刷により配線層１２を形成するには、Ａｇ等の導電体粉末（微粒子）を含むペースト（インク）を、セラミックス基板１１の表面に所望のパターンで印刷（スクリーン印刷あるいはインクジェット印刷）した後、塗布層を乾燥・焼成し形成する。この方法は、メッキにより配線層を形成する方法に比べて、排水処理等のユーティリティが不要で簡便である。
【００２５】
発光素子であるＬＥＤチップ1３としては、例えば、主波長が、例えば４６０ｎｍの青色光を発するＬＥＤチップが用いられる。ＬＥＤチップ1３は、セラミックス基板１１上にＡｇ、Ｃｕ等の導電性を有する金属の粉末（微粒子）を含むペースト（インク）１８（以下、金属ペースト１８と称する）により接着（ダイボンド）されている。
【００２６】
ＬＥＤチップ１３の底面電極が配線層１２に形成された一方の電極に導電性を有する金属ペースト１８により電気的に接続され、上面電極が、配線層１２に形成された他方の電極に金線のようなボンディングワイヤ１４を介して接続されている。ＬＥＤチップ１３の電極接続構造としては、フリップチップ接続構造を適用することもできる。これらの電極接続構造によれば、ＬＥＤチップ１３の前面への光取出し効率が向上する。なお、この第１の実施形態では、ＬＥＤチップ1３を一つだけセラミックス基板１１上に実装した場合について説明するが、ＬＥＤチップ1３を複数個実装するようにしてもよい。
【００２７】
ガラス基板１６のＬＥＤチップ1３に対向する面１６ａには、１種類以上の蛍光体１５ａを含有する低融点ガラス層１５が形成されている。図２の拡大断面図に示すように、低融点ガラス層１５は、低融点ガラス（フリットガラス）１５ｂに蛍光体１５ａを混合・分散したものをガラス基板１６に塗布した後、加熱焼成して形成する。
【００２８】
低融点ガラス１５ｂは、融点が５８０℃以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）、（Ｂ２Ｏ３・Ｂｉ２Ｏ３）、（ＳｉＯ２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）で表わされるガラスから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００２９】
低融点ガラス層１５に含有される蛍光体１５ａとしては、ＬＥＤチップ1３からの青色光により励起され黄色光乃至橙色光を発する黄色系蛍光体を用いることができる。また、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体に加えて赤色蛍光体を使用してもよい。黄色系蛍光体としては、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。以下同じ）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。以下同じ）等のケイ酸塩蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａｘＳｉｙＡｌｚＯＮ：Ｅｕ２＋）等が用いられる。
【００３０】
低融点ガラス層１５に含有される蛍光体１５ａの主波長は、特に限定されるものではなく、目的とする照明装置１の発光色などに応じて適宜選択することができる。また、蛍光体１５ａの形状は、球形、楕円球形（あるいはラグビーボール形状）、板状、針状など様々な形状をとりうるが、球形であることがより好ましい。球形は、短径／長径の値が正確に１．０である真球形だけでなく、球形に近い形状（例えば、短径／長径の値が１．０〜０．９）も含むものとする。
【００３１】
なお、低融点ガラス層１５は、ガラス基板１６の面１６ａの全面に形成してもよく、面１６ａの一部にのみ形成してもよい。さらに、面１６ａの一部にのみ形成する場合は、特定のパターンを描くように低融点ガラス層１５をガラス基板１６上に形成してもよい。また、低融点ガラス層１５は、上記ガラス基板１６の面１６ａとは反対側の面１６ｂに形成してもよく、ガラス基板１６の両面１６ａ、１６ｂに形成してもよい。
【００３２】
ガラス基板１６は、セラミックス基板１１のＬＥＤチップ１３を実装した側と対向して配置される。ガラス基板１６は、後述する支持部材１７により支持される。ガラス基板１６は、ＬＥＤチップ1３から放射される青色光と低融点ガラス層１５に含有される蛍光体１５ａの発光色との混色による白色光を透過する。
【００３３】
支持部材１７は、セラミックス基板１１上にＬＥＤチップ１３を囲むようにして配設され、ＬＥＤチップ１３と低融点ガラス層１５との間に空間が形成されるようにしてガラス基板１６を支持する。支持部材１７は、絶縁性の無機材料であるセラミックス、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）などからなる。支持部材１７の形状は、セラミックス基板１１、ガラス基板１６および支持部材１７によりＬＥＤチップ１３を封止することができればよく、円筒形状や四角筒形状など様々な形状をとることができる。
【００３４】
支持部材１７とセラミックス基板１１および支持部材１７とガラス基板１６は、それぞれ低融点ガラス１９により接着される。低融点ガラス１９は、融点が５８０℃以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）、（Ｂ２Ｏ３・Ｂｉ２Ｏ３）、（ＳｉＯ２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）で表わされるガラスから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００３５】
以上のように、この第１の実施形態に係る照明装置１では、低融点ガラス１５ｂに蛍光体１５ａを分散して含有する低融点ガラス層１５をガラス基板１６上に形成したので、拡散粒子による発光効率の低下を抑制できる。また、拡散のための部材／材料などを用いることなく拡散された出射光を照射できるので、照明装置１を小型化できる。また、照明装置１の製造コストを抑制できる。さらに、低融点ガラス層１５によりＬＥＤチップ１３から射出される光が拡散されるため、照明装置１の外部から発光素子（ＬＥＤチップ１３）が発光の輝点として認識しづらくなる。このため、発光素子の発光が人間の視覚に与える違和感を抑制することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る照明装置２が具備するガラス基板１６と低融点ガラス層１５の拡大断面図である。この第２の実施形態では、低融点ガラス層１５がクラック１５ｃを有する実施形態について説明する。なお、図３において、第１の実施形態に係る照明装置１の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して、その説明を簡略化または省略する。また、第２の実施形態に係る照明装置２の全体構成は、第１の実施形態に係る照明装置１と同様であるため、照明装置２の全体構成についての説明は省略する。
【００３７】
図３に示すように、ガラス基板１６の面１６ａには、１種類以上の蛍光体１５ａを含有する低融点ガラス層１５が形成されている。図３の拡大断面図に示すように、低融点ガラス層１５は、低融点ガラス（フリットガラス）１５ｂに蛍光体１５ａを混合・分散したものをガラス基板１６に塗布した後、加熱焼成して形成する。さらに、この第２の実施形態では、低融点ガラス層１５が複数のクラック１５ｃを有する。
【００３８】
クラック１５ｃは、低融点ガラス１５ｂに蛍光体１５ａを混合・分散したものを加熱焼成する際に、低融点ガラス１５ｂと蛍光体１５ａとの熱膨張率の差に起因して形成される。このため、低融点ガラス１５ｂと蛍光体１５ａとの熱膨張率に差があるほどクラック１５ｃが形成されやすい。また、クラック１５ｃは、低融点ガラス１５ｂに形成されるので、低融点ガラス層１５に含有される低融点ガラス１５ｂの割合は、多いほうがよい。
【００３９】
ここで、一般的に、低融点ガラス層に含まれる蛍光体１５ａの割合が体積比で５５％を超えると、低融点ガラス１５層が膜とならない。このため、低融点ガラス１５層に含まれる蛍光体１５ａの割合は、体積比で５５％を超えない範囲であることが必要である。また、逆に、低融点ガラス１５層に含まれる蛍光体１５ａが少なすぎる場合（低融点ガラス層に含まれる蛍光体１５ａの割合が体積比で５％より少ない場合）、ＬＥＤチップ１３からの青色光が黄色光乃至橙色光に変換される割合が小さくなり、色温度が青色領域にシフトしてしまう虞がある。さらには、色むらが顕著に認識されたり、拡散効果が弱くなってしまう可能性がある。このため、低融点ガラス層１５に含まれる蛍光体１５ａの割合は、体積比で５％〜５５％がよく、好ましくは、５０％以下がよい。
【００４０】
低融点ガラス１５ｂは、融点が５８０℃以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）、（Ｂ２Ｏ３・Ｂｉ２Ｏ３）、（ＳｉＯ２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ２Ｏ３・ＰｂＯ）で表わされるガラスから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００４１】
なお、ＬＥＤチップ１３から射出される光を拡散する観点からは、微小なクラック１５ｃが低融点ガラス層１５に均一に多数形成されていることが好ましい。また、拡散の効果を高めるために、低融点ガラス層１５に高融点ガラスの粒子を含有するようにしてもよい。この場合、高融点ガラスの粒子と、低融点ガラス１５ｃとの界面において、ＬＥＤチップ１３から出射される光が屈折するため、拡散効果を高めることができる。なお、高融点ガラスの粒子は、加熱焼成により溶融しない程度の融点を有していることが必要である。
【００４２】
低融点ガラス層１５に含有される蛍光体１５ａとしては、ＬＥＤチップ1３からの青色光により励起され黄色光乃至橙色光を発する黄色系蛍光体を用いることができる。また、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体に加えて赤色蛍光体を使用してもよいが、蛍光体１５ａの主波長は、特に限定されるものではなく、目的とする照明装置１の発光色などに応じて適宜選択することができる。
【００４３】
なお、低融点ガラス層１５は、ガラス基板１６の面１６ａの全面に形成してもよく、面１６ａの一部にのみ形成してもよい。さらに、面１６ａの一部にのみ形成する場合は、特定のパターンを描くように低融点ガラス層１５をガラス基板１６上に形成してもよい。また、低融点ガラス層１５は、上記ガラス基板１６の面１６ａとは反対側の面１６ｂに形成してもよく、ガラス基板１６の両面１６ａ、１６ｂに形成してもよい。
【００４４】
ガラス基板１６は、セラミックス基板１１のＬＥＤチップ１３を実装した側と対向して配置される。ガラス基板１６は、支持部材１７により支持される。ガラス基板１６は、ＬＥＤチップ1３から放射される青色光と低融点ガラス層１５に含有される蛍光体１５ａの発光色との混色による白色光を透過する。
【００４５】
以上のように、この第２の実施形態に係る照明装置２によれば、低融点ガラス層１５に複数のクラック１５ｃを形成しているので、このクラック１５ｃにより効率良く低融点ガラス層１５から放射される光を拡散できる。また、低融点ガラス層１５は、蛍光体５を体積比で５％〜５５％の割合で含んでいるので、クラック１５ｃを効率よく形成できる。その他の効果は、第１の実施形態に係る照明装置１と同じである。
【符号の説明】
【００４６】
１…照明装置、１１…セラミックス基板、１２…配線層、１３…ＬＥＤチップ（発光素子）、１４…ボンディングワイヤ、１５…低融点ガラス層、１５ａ…蛍光体、１５ｂ…低融点ガラス、１５ｃ…クラック、１６…ガラス基板、１７…支持部材、１８…金属ペースト、１９…低融点ガラス。
【図１】
2011108599.tif 000003
【図２】
2011108599.tif 000004
【図３】
2011108599.tif 000005