(57)【要約】  シリコーンではなく、ガラス収容プレート内に色変換媒体を分散することにより、色変換媒体の動作温度を低減して損傷を回避する一方、光出力を増大した、パッケージ化されたチップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤアレイを提供する。チップオンボード（ＣＯＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と、光源封止材料と、分散色変換媒体と、ガラス収容プレートとを備えた光源装置を提供する。ＣＯＢ・ＬＥＤ光源が、放熱ヒートシンク支持体と、少なくとも１つのＬＥＤとを備え、内部において、封止材料がＬＥＤの上部に分布する、光源封止材料空洞を画成する。ガラス収容プレートが、光源封止材料空洞の上部に配置され、分散色変換媒体を含んでいる。光源封止材料が、ＬＥＤを封止すると共に、熱伝導路を画成する上で十分な厚さをもって、前記ＬＥＤの上部に分布している。
2016511556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップオンボード（ＣＯＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と、光源封止材料と、分散色変換媒体と、ガラス収容プレートとを備えた光源装置であって、
前記ＣＯＢ・ＬＥＤ光源が、放熱ヒートシンク支持体と、少なくとも１つのＬＥＤとを備え、内部において、前記光源封止材料が前記ＬＥＤの上部に分布して成る、光源封止材料空洞を画成し、
前記ガラス収容プレートが、前記光源封止材料空洞の上部に配置され、前記分散色変換媒体を含んで成り、
前記光源封止材料が、前記ＬＥＤを封止すると共に、前記分散色変換媒体から前記光源封止材料を通して前記放熱ヒートシンク支持体に延びる、熱伝導路ＴＰＥを画成する上で十分な厚さをもって、前記ＬＥＤの上部に分布して成り、
前記色変換媒体が、前記ガラス収容プレート内において、発光フィールドの上部に二次元状に分散されて成る
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源封止材料の厚さが、該光源封止材料を通して延びる前記熱伝導路ＴＰＥの長さを約１００μｍ未満又は約５０μｍ未満とし、該光源封止材料を通した熱抵抗を約１５℃／Ｗ又は約１０℃／Ｗ未満とする厚さであることを特徴とする、請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記分散色変換媒体が量子ドット構造体から成り、
前記ガラス収容プレートが、対応する縁部が密封されて内容積を画成する、対向するガラス・パネルを備え、
前記量子ドット構造体が、前記ガラス収容プレートの内容積に含まれて成ることを特徴とする、請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記ガラス収容プレートがガラス母材を備え、
前記分散色変換媒体が前記ガラス母材内に分散された蛍光体を含み、
前記ガラス収容プレートの上部に配置され、付加発光フィールドを画成する量子ドット・プレートを更に備えて成り、
前記分散蛍光体色変換媒体によって画成される前記発光フィールドが、前記量子ドット・プレートによって画成される前記付加発光フィールドと空間的に合同であるが、スペクトル的に異なることを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記ＣＯＢ・ＬＥＤ光源が、ＬＥＤアレイを備え、
前記光源封止材料が、前記ＬＥＤアレイの上部に分布して成ることを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年１０月２８日出願の米国仮特許出願公開第６１／４０７，７１０号の優先権を主張する、２０１１年１０月２６日出願の米国特許出願公開第１３／２８１，６７１号の一部継続出願であって、その優先権を主張する、２０１３年３月１４日出願の米国特許出願公開第１３／８２８２９７号の優先権を主張するものであり、それぞれここに引用することにより、そっくりそのまま本明細書に組み込まれたものとする。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置に関し、特にはパッケージ化されたチップオンボード（ＣＢＯ）ＬＥＤアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
まず、図１は高輝度ＬＥＤ照明装置、即ち、例えば金属被覆プリント基板２０に固定された、一般的に多数の青色ＬＥＤ１０が二次元アレイ状に構成された、明るさ１０００ルーメン前後の光源を示している。多くの場合、ダイオード・アレイはシリコーン封止材料３０内に分散された色変換蛍光体で覆われている。この種のＣＯＢ・ＬＥＤアレイやその他のＣＯＢ・ＬＥＤアレイの形状、光出力、及び電気的駆動条件が標準化されつつあり、新たな照明標準となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ当たりのコストを抑えつつ光出力を最大化するという至極当然なことを目的とする本発明者等は、パッケージ化されたチップオンボード（ＣＯＢ）アレイの重要なメトリックが、ルーメン単位で測定したＬＥＤ当たりの光出力であることに気が付いた。しかし、ＬＥＤ当たりの光出力は、蛍光体の温度上昇及びその温度上昇によって周囲のシリコーンが受ける影響によって制限される。蛍光体固有の低変換効率及び色変換時のストークス・シフトにより青色光の一部が熱に変換され、その熱はＬＥＤを通して下部のヒートシンクに至る熱伝導により除去される。残念なことに、蛍光体を混合した埋込用シリコーン樹脂の熱伝導率は比較的低く、蛍光体入りシリコーン膜の温度をかなり上昇させる可能性がある。例えば、ヒートシンクの温度を１０００ルーメン当たり８５℃とすると、蛍光体入りシリコーン膜の温度は１６０度に達する可能性があり、この温度はシリコーンの最大動作温度ではあるが、一般に最大光出力あるいはＬＥＤの温度に対応していない。それ故、本開示はＬＥＤ照明装置のＬＥＤをより強く駆動して全光出力を増大できるよう、ＬＥＤ照明装置の色変換層からより効率的に熱を除去する手段を提案するものである。
【０００５】
例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤアレイにおいて、多くの場合、青色ＬＥＤは、当初蛍光体とシリコーンとのスラリーを成すカプセルに封入される。ＬＥＤ上部の蛍光体入りシリコーン（ＰｉＳ）の測定厚は７５０μｍである。この厚さは、青色光の一部を変換せずに透過させる共に、一部をより長い波長に変換する上において十分である。青色光が蛍光体によって変換されるため、量子効率が１００％より低い、例えば、約９５％であることに起因して熱が発生する。また、よりエネルギーの高い青色光子が、より波長の長い、よりエネルギーの低い光子に変換されるため、ストークス・シフトに起因する熱も発生する。シリコーンは比較的低い熱伝導体であるため、この熱によって青色ＬＥＤの出力が制限されることが判明した。つまり、青色ＬＥＤをより強く駆動すれば、ＰｉＳによってシリコーンが加熱され損傷する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の主題によれば、シリコーンではなく、ガラス収容プレート内に色変換媒体を分散することにより、色変換媒体の動作温度を低減して損傷を回避する一方、光出力を増大した、パッケージ化されたチップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤアレイが提供される。ガラス収容プレートは、色変換媒体を収容するための内容積を有するガラス収容フレーム、色変換媒体を分散したガラス収容母材、又は色変換媒体の収容に適したその他の略平坦な構造ガラス部材、容器、若しくは組立体として提供することができる。
【０００７】
色変換媒体を入れたガラス収容プレートは、前記ＬＥＤアレイのワイヤボンドの真上に位置している。低熱伝導体である空気ではなく、プレーン・シリコーンを用いて、ＬＥＤを包囲することができる。これはＬＥＤ上部のシリコーンの厚さをワイヤボンドの高さ、即ち様々なワイヤボンドの断面が非常に低いことを考えると、約５０μｍにまで低減できることを意味している。この構成は幾つかの点で有益である。まず、ガラス収容プレートが有機成分を含まないので、シリコーンに分散される場合より、色変換媒体そのものがより高温に耐えることができる。また、ＬＥＤ上部のシリコーン層の厚さが大幅、例えば、約７５０μｍから約５０μｍに低減されるため、パッケージ化されたＬＥＤの熱をヒートシンクに導く能力が大幅に改善する。また、フリップチップＬＥＤアレイについては、ワイヤボンドによって厚さが制限されることがないため、更なる薄型化の可能性について検討されている。初めのうちは直感と相容れないと思われるが、蛍光体が発した熱の放熱経路はＬＥＤそのものを通したものである。
【０００８】
本開示のガラス収容プレートは、それによって製造工程制御が新たにもたらされることでも有益である。具体的には、ガラス収容プレートは対応するＬＥＤアレイとは別に試験することが可能であり、好適なプレートとアレイとを組み合わせて希望する色を出力することができる。このことは、変換媒体が、ＬＥＤアレイのカプセル化に用いられるシリコーン内にスラリーとして提供される場合には当てはまらない。
【０００９】
本開示の1つの実施の形態によれば、チップオンボード（ＣＯＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と、光源封止材料と、分散色変換媒体と、ガラス収容プレートとを備えた照明装置が提供される。ＣＯＢ・ＬＥＤ光源は、放熱ヒートシンク支持体と、少なくとも1つのＬＥＤとを備え、内部において、光源封止材料がＬＥＤの上部に分布して成る、光源封止材料空洞を画成する。ガラス収容プレートは光源封止材料空洞の上部に配置され、分散色変換媒体を含んでいる。光源封止材料は、ＬＥＤを封止すると共に、分散色変換媒体から光源封止材料を通して放熱ヒートシンク支持体に延びる、熱伝導路ＴＰＥ（図２参照）を画成する上で十分な厚さをもってＬＥＤの上部に分布している。
【００１０】
本開示の別の実施の形態によれば、ガラス収容プレートがガラス母材を備え、分散色変換媒体が、ガラス母材内に分散された蛍光体を含む。本開示の更に別の実施の形態によれば、分散色変換媒体が、ガラス収容プレートの内容積に包含された量子ドット構造体を含む。本開示の更に別の実施の形態によれば、分散色変換媒体が、ガラス母材内に分散された蛍光体を含み、照明装置がガラス収容プレートの上部に配置され、照明装置の付加発光フィールドを画成する量子ドット・プレートを更に備えている。  
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示の具体的な実施の形態の以下の詳細な説明は、同様の構造については同様の参照符号を付した、以下の図面と併せて読むことによって最もよく理解できる。
【図１】蛍光体入りシリコーン色変換媒体を用いたＬＥＤ照明装置を示す図。
【図２】本開示の１つの実施の形態によるＬＥＤ照明装置の概略図。
【図３】本開示の別の実施の形態によるＬＥＤ照明装置の概略図。
【図４】本開示の更に別の実施の形態によるＬＥＤ照明装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２〜４はそれぞれ、少なくとも１つのＬＥＤ１１０、光源封止材料１２０、分散色変換媒体１３０、ガラス収容プレート１４０、１４０’、及び、例えば、金属被覆プリント回路基板を成す、放熱ヒートシンク支持体１５０を備えたＣＯＢ・ＬＥＤ照明装置１００、１００’、及び１００”を示す図である。色変換媒体１３０は、ガラス収容プレート１４０、１４０’の内部において、ＬＥＤ照明装置の発光フィールドの上部に二次元状に分散されており、例えば、色変換蛍光体又は量子ドット構造体を含むことができる。本明細書の開示の域を超える、光源封止材料１２０、色変換媒体１３０、ガラス収容プレート１４０、１４０’、及び放熱ヒートシンク支持体１５０の具体的な材料については、主にＬＥＤ照明装置における色変換蛍光体の使用に関する、米国特許出願公開第２０１２／０１０７６２２号明細書、 光変換用コロイド状ドープ半導体ナノ結晶の使用に関する、米国特許出願公開第２０１２／０１７５５８８号明細書、下部に１つ以上のＬＥＤチップ又はその他の光源を備え、光源の上部に配置された１つ以上のナノ粒子の集団を有する層を備えた発光装置に関する、米国特許第７,７２３,７４４号明細書等の参考文献から収集することができる。このナノ粒子は下部の光源から発せられた光の一部を吸収し、異なるレベルで再発光するものである。ナノ粒子の種類及び相対濃度を変えることにより、それぞれ異なる発光スペクトルを得ることができる。
【００１３】
ＣＯＢ・ＬＥＤ光源１００、１００’、及び１００”は、内部において、光源封止材料１２０がＬＥＤ１１０の上部に分布する、光源封止材料空洞を画成する。ガラス収容プレート１４０、１４０’が、光源封止材料空洞の上部に配置され、分散色変換媒体１３０を含み、分散色変換媒体１３０からガラス収容プレート１４０、１４０’を通して放熱ヒートシンク支持体１５０に延びるガラス質の熱伝導路ＴＰＧを画成する。更に、光源封止材料１２０が、ワイヤボンド及びその他のＬＥＤハードウェアを含むＬＥＤ１１０を封止すると共に、分散色変換媒体１３０から光源封止材料１２０を通して放熱ヒートシンク支持体１５０に延びる、熱伝導路ＴＰＥを画成する上で十分な厚さをもってＬＥＤ１１０のアレイ上部に分布している。
【００１４】
既に述べたように、本開示はＬＥＤ光源装置の色変換層からより効率的に熱を除去する手段及び色変換層のより高い絶対温度の上昇を可能にする手段を提案するものである。これ等の要素は、いずれも装置のＬＥＤをより強く駆動し、全光出力の増大を可能にするものである。そのためには、光源封止材料１２０を通して延びる熱伝導路ＴＰＥの長さが、約１００μｍ未満となるよう、光源封止材料１２０の厚さを調整することが好ましい。より好ましくは、光源封止材料１２０を通して延びる熱伝導路ＴＰＥの長さが、約５０μｍ未満となるよう、光源封止材料１２０の厚さを調整可能にすることが考えられている。
【００１５】
構造体の温度特性は、いずれも図２〜４に概略的に示す、熱経路ＴＰＧ及びＴＰＥの熱抵抗で表すことができる。実際的な側面において、主にＴＰＧより短いという理由から、比較的縦長の熱経路ＴＰＥが支配的となる。また、図１に示す従来の蛍光体入りシリコーン型のＬＥＤの熱抵抗は、図２に示す蛍光体入りガラス型の約５倍である。図２の比較的薄いガラス封止母材構造により、同等のＬＥＤ出力において、蛍光体の温度上昇が５倍低減され、それによってＬＥＤをより大きな電流で駆動できるため、より多くの光を生成することができる。この効果は、主にガラス収容プレート１４０の薄い断面及びＬＥＤ１１０上部の封止材料１２０の厚さを低減したことに由来するものである。熱抵抗の観点から、熱伝導路ＴＰＥの熱抵抗が、図１に示すような従来の蛍光体入りシリコーン・パッケージの約１／５になるよう、光源封止材料１２０の厚さを調整可能性にすることが考えられている。１つの実施の形態において、光源封止材料１２０を通したこの熱抵抗が約１５℃／Ｗ未満である。
【００１６】
図２及び３の構成において、米国特許出願公開第２０１２／０１０７６２２号明細書に開示されているように、ガラス収容プレート１４０がガラス母材を備え、分散色変換媒体１３０がガラス母材内に分散された蛍光体から成っている。図２の実施の形態において、ＬＥＤ照明装置１００は、イオン交換ガラスが組成として適する、ガラス母材の上部に配置された、ガラス蓋プレート１４５を更に備えている。ガラス収容プレート１４０及びガラス蓋プレート１４５を焼成する際、この２つを恒久的に接合し、ガラス収容プレート１４０のフリットを一体化できる。多くの実施の形態において、特にガラス収容プレート１４０が、色変換媒体１３０を分散したガラス収容母材として提供される実施の形態において、ガラス収容プレートの材料をガラス基板にテープ成形し、次いでフリットを一体化するときの基板とガラス蓋プレート１４５との接合によって、ガラス収容プレートを提供することが有益である。しかし、ガラス収容プレート１４０の材料をガラス蓋プレート１４５に直接テープ成形することも考えられ、それによって収容プレート１４０とガラス蓋プレート１４５とを接合する必要がなくなる。
【００１７】
図３の実施の形態において、ＬＥＤ照明装置１００’が、ガラス収容プレート１４０の上部に配置された量子ドット・プレート１６０を更に備えて、ＬＥＤ照明装置１００’の付加発光フィールドを画成している。量子ドット・プレート１６０は、量子ドット・プレート１６０の対向する密封ガラス・パネル１６０ａ、１６０ｂの間に画成された内容積に含まれている量子ドット構造体１７０を備えている。分散蛍光体色変換媒体１３０によって画成される主発光フィールドは、量子ドット・プレート１６０によって画成される付加発光フィールドと空間的に合同であるが、スペクトル的に異なっている。このように、量子ドット・プレート１６０によって画成される発光フィールドの発光スペクトルを調整することにより、分散蛍光体色変換媒体１３０によって画成される発光フィールの発光スペクトルに光学的な暖か味を付与することができる。例えば、分散蛍光体色変換媒体１３０がＬＥＤ１１０からの青色光を黄色光に変換する場合、量子ドット・プレートの量子ドットを調整することにより、黄色光の一部及び漏れ青色光を赤色光に変換することで暖か味を付与することができる。ここでの１つの利点は、赤外域に広がり光を浪費する赤色蛍光体と異なり、赤色量子ドットの発光バンドが比較的狭いことである。赤色量子ドットの場合、量子ドットの発光バンドが比較的狭いため、赤外域への広がりの問題がなく、良好な出力効率を維持できる。特定の色の量子ドット・プレートを選択する代わりに、含まれるドットのサイズを調整することによって希望する色を得ることも考えられる。また、様々なサイズの量子ドットを混合して、特定の色、例えば、白色を得ることも考えられる。
【００１８】
図３の実施の形態及び同様の実施の形態において、ガラス収容プレートを量子ドット・プレート１６０にテープ成形して焼成する工程において、量子ドット構造体が損傷する恐れがあるため、ガラス収容プレート１４０と量子ドット・プレート１６０とを個別に作製する必要がある。このため、量子ドット・プレート１６０とガラス収容プレート１４０との間に、別に薄いシリコーン接着剤１３５が必要になる。
【００１９】
図４の構成において、ガラス収容プレート１４０’が、対向する密封ガラス・パネル１４０aと１４０ｂとの間に画成される、分散色変換媒体１７０を収容するための内容積を備えたガラス収容フレームとして提供される。分散色変換媒体１７０は、図３を参照して上述した量子ドット構造体として提供することができる。具体的には、分散色変換媒体１７０は、柔軟性を帯びた融合ガラスが適している対向密封ガラス・パネル１４０a、１４０ｂによって画成される内容積に収容された量子ドット構造体から成ることができると考えられる。図３及び４において、ガラス収容プレート１４０’及び１６０、即ち、量子ドット・プレートが保護蓋ガラスとして機能するため、図２に示すガラス蓋プレート１４５は除かれている。
【００２０】
図３及び４に示す量子ドット構造体において、対向する密封ガラス・パネルは１つの空洞ガラス１４０ａ、１６０ａと１つの封止ガラス１４０ｂ、１６０ｂとから成っている。一般に、封止ガラス１４０ｂ、１６０ｂは、コーニング株式会社のＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）ディスプレイ用ガラスの極薄型（通常１００μｍ）であるＷｉｌｌｏｗのような比較的薄い（約１００μｍ）ディスプレイ級のガラスである。例えば、マイクロマシニング、レーザー支援機械加工あるいはフライス加工、レーザーアブレーション、エッチング、若しくはこれ等の組合せを含む、従来若しくは今後開発されるガラス成形又は加工技術によって、空洞ガラス１４０ａ、１６０ａに好適な空洞を設けることができる。次に、封止ガラス１４０ｂ、１６０ｂの下面にスパッタ・ガラスを堆積し、量子ドットを空洞に入れた状態で、レーザーを用いて封止ガラス１４０ｂ、１６０ｂの周縁部を空洞ガラスに接着する。
【００２１】
検討されている１組の実施の形態によれば、比較的融点の低い（即ち、低Ｔｇの）ガラス封止ストリップを封止ガラス、空洞ガラス、又はその両方の封止面の周縁部に沿って配置することにより、前記量子ドットを収容するための封止ガラス・パネルを作製することができる。このように、空洞ガラスと封止ガラスは、組み合わされると、封止ストリップと協働して、量子ドットを含む内容積が画成される。ガラス封止ストリップは、物理蒸着、例えば、スパッタリング・ターゲットをスパッタリングすることによって堆積させることができる。
【００２２】
収束レーザー・ビームを用いて、ガラス基板材料近傍の融点の低いガラス封止ストリップを局部的に融解し、密封インターフェースを形成することができる。１つの方法において、空洞ガラス又は封止ガラスのいずれかを介してレーザーを収束し、次いでその位置を走査することによって、ガラス封止ストリップ、並びに空洞ガラス及び封止ガラスの隣接部分を局部的に加熱することができる。ガラス封止ストリップを局部的に融解するためには、ガラス封止ストリップがレーザー処理波長において、少なくとも約１５％吸収することが好ましい。一般に、空洞ガラス及び封止ガラスは、レーザー処理波長において透明（例えば、少なくとも５０％、７０％、８０％又は９０％透明）である。
【００２３】
別の実施の形態において、凹凸を成すガラス封止ストリップを形成する代わりに、（低融点）封止ガラスのブランケット層を封止ガラスの実質的に全表面に形成することができる。空洞ガラス／封止ガラス層／封止ガラスから成る組立構造体を前記のようにして組み立て、レーザーを用いて２つの基板の間に封止インターフェースを局部的に画成することができる。
【００２４】
レーザー５００は、封止を達成するための好適な出力を有することができる。レーザーの１つの例に、一般的なディスプレイ用ガラスの透明な範囲にある、３５５ｎｍレーザーのようなＵＶレーザーがある。好適なレーザー出力は約５Ｗ〜約６．１５Ｗの範囲である。レーザーの移動速度（即ち、封止速度）は約１ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒の範囲、例えば、１、２、５、１０、２０、５０、又は１００ｍｍ／秒である。レーザーのスポット・サイズ（直径）は約０．５〜１ｍｍである。
【００２５】
レーザーのスポット・サイズに比例することがある封止領域の幅は約０．１〜２ｍｍであって差し支えなく、例えば、０．１、０．２、０．５、１、１．５、又は２ｍｍである。ガラス封止層全体の厚さは約１００ｎｍ〜１０μｍであり得る。様々な実施の形態において、前記層の厚さは１０μｍ未満であり得、例えば、１０、５、２、１、０．５、又は０．２μｍ未満である。ガラス封止層の厚さの例には、０．１、０．２、０．５、１、２、５、及び１０μｍがある。
【００２６】
本開示の様々な実施の形態において、ガラス封止ストリップの材料は、透明及び／又は半透明、比較的薄く、不浸透性、かつ“未焼成”であって、低温度において、封止材料と隣接するガラス基板との間の大きな熱膨張率差に対応できる十分な封止強度で気密封止を形成するよう構成されている。また、封止ストリップの材料は、充填剤、結合剤、及び／又は有機添加剤を含んでいないことを確実にすることが好ましいであろう。封止材料を成す融解温度の低いガラス材料はガラス粉末又は擦りガラスから形成してもしなくてもよい。
【００２７】
一般に、封止材料は、銅又はスズの反応性酸化物を含むことが好ましい、低Ｔｇガラスが適している。ガラス封止材料は、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、テルライトガラス、及びカルコゲナイドガラスのような、低Ｔｇ材料から形成することができる。本明細書において定義される低Ｔｇガラス材料は、ガラス転移温度が４００℃未満、例えば、３５０℃未満、３００℃未満、２５０℃未満、又は２００℃未満の材料である。ホウ酸塩ガラス及びリン酸塩ガラスの例には、スズリン酸塩、スズフルオロリン酸塩、及びスズフルオロホウ酸塩がある。スパッタリング・ターゲットには、このようなガラス材料又はその先駆体を含めることができる。銅酸化物及びスズ酸化物の例には、これ等の材料の加圧粉末を含むスパッタリング・ターゲットから形成されるＣｕＯ及びＳｎＯがある。
【００２８】
任意として、タングステン、セリウム、及びニオブを含み、これに限定されない、１つ以上のドーパントをガラス封止組成に含めることができる。このようなドーパントを含めた場合、例えば、ガラス層の光学特性に影響を与えることが可能となり、ガラス層のレーザー光の吸収を制御できる。例えば、セリアをドープすると、レーザー処理波長において、低Ｔｇガラス障壁の吸収を増大させることができる。
【００２９】
スズフルオロリン酸塩ガラス組成の例を、対応する三元状態図におけるＳｎＯ、ＳｎＦ２、及びＰ２Ｏ５それぞれの組成で表すことができる。好適なスズフルオロリン酸塩ガラスは、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＰ２Ｏ５を含んでいる。任意として、０〜１０モル％のＷＯ３、０〜１０モル％のＣｅＯ２、及び／又は０〜５モル％のＮｂ２Ｏ５をこれらのスズフルオロリン酸塩ガラス組成に含めることができる。
【００３０】
例えば、ガラス封止層の形成に適したドープ・スズフルオロリン酸塩出発物質の組成は３５〜５０モル％のＳｎＯ、３０〜４０モル％のＳｎＦ２、１５〜２５モル％のＰ２Ｏ５、及び１．５〜３モル％のＷＯ３，ＣｅＯ２、及び／又はＮｂ２Ｏ５のようなドーパント酸化物から成っている。
【００３１】
１つの特定の実施の形態によれば、スズフルオロリン酸塩ガラス組成は、約３８．７モル％のＳｎＯ、３９．６モル％のＳｎＦ２、１９．９モル％のＰ２Ｏ５、及び１．８モル％のＮｂ２Ｏ５から成る、ニオブをドープした酸化スズ／スズフルオロリン酸塩／五酸化リンガラスである。このようなガラス層の形成に使用可能なスパッタリング・ターゲットは、原子モル％で示す、２３．０４％のＳｎ、１５．３６％のＦ、１２．１６％のＰ、４８．３８％のＯ、及び１．０６％のＮｂを含んでいる。
【００３２】
別の実施の形態によるスズリン酸塩ガラス組成は、原子モル％で、約２７％のＳｎ、１３％のＰ，及び６０％のＯを含むスパッタリング・ターゲットから得られる、約２７％のＳｎ、１３％のＰ、及び６０％のＯから成っている。上記から分かるように、本明細書に開示した様々なガラス組成は、堆積層の組成又はその供給元であるスパッタリング・ターゲットの組成を意味することがある。
【００３３】
スズフルオロリン酸塩ガラス組成と同様に、スズフルオロホウ酸塩ガラス組成の例を三元状態図におけるＳｎＯ、ＳｎＦ２、及びＢ２Ｏ３それぞれの組成で表すことができる。好適なスズフルオロホウ酸塩ガラス組成は、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＢ２Ｏ３から成っている。任意として、０〜１０モル％のＷＯ３、０〜１０モル％のＣｅＯ２、及び／又は０〜５モル％のＮｂ２Ｏ５をこれ等のスズフルオロホウ酸塩ガラス組成に含めることができる。
【００３４】
好適な低Ｔｇガラス組成、及びこれ等の材料からガラス封止層を形成する方法の更なる態様は、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第５,０８９,４４６号明細書、米国特許出願公開第１１／２０７，６９１号明細書、第１１／５４４，２６２号明細書、第１１／８２０，８５５号明細書、１２／０７２，７８４号明細書、第１２／３６２，０６３号明細書、第１２／７６３，５４１号明細書、及び第１２／８７９，５７８号明細書に開示されている。
【００３５】
熱伝導路ＴＰＥ及びＰＰＧに関し、熱流Ｈ（ワット）は、一次元ｘのｄＴ／ｄｘで、以下のように数学的に表わされる関連熱勾配に比例する：
【００３６】
【数１】
2016511556.tif 000003
【００３７】
ここで、ｋは材料の熱伝導率であり、Ａはそこを通して熱が流れる厚さｄｘの極小スラブの断面積である。熱流が断熱経路内において一次元に限定される場合には、式（１）の解は単純に以下のようになる：
【００３８】
【数２】
2016511556.tif 000004
【００３９】
ここで、Ｒｔｈは熱抵抗であり、Ｌは熱経路の長さである。
【００４０】
図１に示すようなＬＥＤ照明装置の構成においては、ＣＯＢアレイ内の熱流は、蛍光体から薄い（〜５μｍ厚）窒化ガリウムＬＥＤ及び下部のサファイア基板を通し、ヒートシンクに至る縦の流れである。このアレイを一次元の熱流としてモデル化し、前記式（２）により熱抵抗を計算することができる。１０００ルーメンのアレイが、約１０ワットの電気入力を必要とし、そのうち約５ワットが熱としてＬＥＤ内で消散し、残りの５ワットが青色光として発光すると仮定する。色変換過程において、約１．３ワットが蛍光体内において熱として失われ、残りの約３．７ワットが全光出力となる。パッケージ中の最も熱い平面は蛍光体の表面である。アレイは直列接続された２つの熱抵抗体としてモデル化できる。即ち、蛍光体入りシリコーンが第１の熱抵抗体であり、サファイアのＬＥＤ基体が第２の熱抵抗体である。窒化ガリウムの膜は非常に薄いためその熱抵抗は無視できる。
【００４１】
熱モデルに関連する仕様を以下の表に示す。
【００４２】
【表１】
2016511556.tif 000005
【００４３】
摂氏７０度におけるサファイアの熱伝導率は１７．３５ワット／ｍ−Ｋであるので、面積３６ｍｍ２、厚さ０．１２５ｍｍのサファイアの熱抵抗（式（２））はＲＳ＝０．２度／ワットである。蛍光体層の温度上昇は、熱負荷が膜全体に分散されるため、これより複雑になる。青色光は、吸収及び散乱により、ベールの法則に従って指数関数的に減衰すると考えられているため、それに伴う熱負荷も同様と考えられる。厚さｔ＝０．７５７ｍｍの蛍光体層に９０％が吸収されるとすれば、吸収深さｄは約０．３２８５ｍｍとなる。蛍光体内で発生した全１．３ワットが、ｔ＝０．７５７ｍｍ、ｄ＝０．３２８５ｍｍとして下式で与えられるｔｅｇ＝０．２４４ｍｍの等価厚を通して流れるとすれば、最も熱い平面の温度を推定することができる。
【００４４】
【数３】
2016511556.tif 000006
【００４５】
蛍光体入りシリコーンの熱伝導率がシリコーンと同じ、０．２２ワット／ｍ−Ｋであるとすれば、蛍光体層の熱抵抗はＲＰ＝３０．８度／ワットとなり、これはサファイアの熱抵抗の約６０倍である。
【００４６】
これ等のデータを用いて、窒化ガリウムＬＥＤ及び蛍光体膜の温度上昇を推定することができる。入力電力を１２．８Ｗ（１２．２ボルト×１．０５アンペア）とすれば、８．１ワットがサファイアを通して流れ、１．６６ワットが蛍光体内で消散する。ヒートシンクの温度を８５℃とすれば、ＬＥＤ及び蛍光体平面の温度はそれぞれ８７℃及び１３８℃となり、サファイアの熱抵抗が同じ０．２０度／ワットであり、〜１５０μｍ厚の蛍光体入りガラス（ＰｉＧ）膜で発生した１．６６ワットが薄いシリコーン膜を通して流れる、図２のＬＥＤ照明装置を表す同様のモデル化されたデータと容易に比較できる。蛍光体入りガラス（ＰｉＧ）膜から窒化ガリウムのヒートシンクに至る熱流に対する熱抵抗を抑制するために、シリコーン膜はできるだけ薄くする必要があり、５０μｍあれば、ＬＥＤのワイヤボンドをクリアできるものと考えられる。０．２２度／ｍ−ワットのシリコーンの熱伝導率、及び同じ３６ｍｍ２の全ＬＥＤ面積を用いると、縦経路の熱抵抗は６．３度／ワットとなる。
【００４７】
従って、蛍光体入りガラス（ＰｉＧ）膜における、同じ１．６６ワットの熱消散に伴う蛍光体の温度上昇が１０度となり、図１の構成と比較して図２の構成では蛍光体の温度が大幅に低減されることを示している。これ等の結果を次表にまとめてある。
【００４８】
【表２】
2016511556.tif 000007
【００４９】
図３及び４の構成においても、同様の結果が予想される。
【００５０】
特定の実施の形態を参照して、本開示の主題について詳細に説明したが、本明細書に開示された種々の詳細は、特定の構成要素が本明細書に添付の各図面に記載されているとしても、本明細書に記載の様々な実施形態の必須の構成要素に関連するものと解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が本開示の広さ及び本明細書に記載の種々の発明の対応する範囲を代表する唯一のものであると解釈されるべきである。また、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、修正及び変形が可能であることは明らかでる。具体的には、本明細書において、本開示の一部の態様が好ましい又は特に有益であるとしているが、本開示は必ずしもこれ等の態様に限定されるものではない。
【００５１】
本明細書において、本開示の構成要素が特定の方法で“構成されている”、特定の特性を具現化する、又は特定の方法で機能するという記述は、使用目的の記述ではなく、構造の記述である。具体的には、本明細書において、構成要素が“構成されている”ということは、その構成要素の現在の物理的状態を示すものであり、その構成要素の構造的特徴の明確な記述であると解釈されるべきである。更に、本明細書において、“少なくとも１つ”の構成要素や要素などという記述によって、それに代わる冠詞“ａ”又は“ａｎ”が１つの構成要素や要素などに限定されると推測されるべきではない。
【００５２】
“好ましくは（preferably）”、“通常（commonly）”、及び“一般的に（typically）”という用語が本明細書で使用された場合、特許請求した発明の範囲を限定するもではなく、また特定の特徴が特許請求した構造又は機能にとって必須又は重要であることを示唆するものでもない。むしろ、これ等の用語は、本開示の実施の形態の特定の側面を明らかにすることや、本開示の特定の実施の形態に用いても用いなくてもよい別の機能又は追加の機能を明らかにすることを意図したものに過ぎない。
【００５３】
本発明を説明し規定するために、本明細書に “約（about）”や “約（approximately）”という用語を用いて、定量的な比較、値、測定、又はその他の表記に起因する、固有の不確実度を表している。また、本明細書において、これ等の用語は当該主題の基本機能を変化させずに、記述された基準から定量的表記が変動可能な度合を示すことにも用いられている。
【００５４】
以下に示す１つ以上の請求項において、 “〜を特徴とする（wherein）”という用語が移行句として使用されている。この用語は、本発明を明らかにすることを目的とし、構造体の一連の特徴を記述するための開放型の移行句として請求項に用いられており、より一般的に使用される開放型の前文用語である“〜を備えた（comprising）”と同様に解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【００５５】
１００、１００’、１００”  ＣＯＢ・ＬＥＤ照明装置
１０、１１０                ＬＥＤ
２０                        金属被覆プリント基板
３０                        シリコーン封止材料
１２０                      光源封止材料
１３０                      色変換媒体
１３５                      シリコーン接着剤
１４０、１４０’            ガラス収容プレート
１４５                      ガラス蓋プレート
１５０                     放熱ヒートシンク支持体
１６０                      量子ドット・プレート
１７０                      量子ドット構造体
【図１】
2016511556.tif 000008
【図２】
2016511556.tif 000009
【図３】
2016511556.tif 000010
【図４】
2016511556.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月9日(2015.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
これ等のデータを用いて、窒化ガリウムＬＥＤ及び蛍光体膜の温度上昇を推定することができる。入力電力を１２．８Ｗ（１２．２ボルト×１．０５アンペア）とすれば、８．１ワットがサファイアを通して流れ、１．６６ワットが蛍光体内で消散する。ヒートシンクの温度を８５℃とすれば、ＬＥＤ及び蛍光体平面の温度はそれぞれ８７℃及び１３８℃となり、サファイアの熱抵抗が同じ０．２０度／ワットであり、〜１５０μｍ厚の蛍光体入りガラス（ＰｉＧ）膜で発生した１．６６ワットが薄いシリコーン膜を通して流れる、図２のＬＥＤ照明装置を表す同様のモデル化されたデータと容易に比較できる。蛍光体入りガラス（ＰｉＧ）膜から窒化ガリウムのヒートシンクに至る熱流に対する熱抵抗を抑制するために、シリコーン膜はできるだけ薄くする必要があり、５０μｍあれば、ＬＥＤのワイヤボンドをクリアできるものと考えられる。０．２２ワット／ｍ−Ｋのシリコーンの熱伝導率、及び同じ３６ｍｍ２の全ＬＥＤ面積を用いると、縦経路の熱抵抗は６．３度／ワットとなる。
【国際調査報告】
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