JP2010199145A - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光ダイオードから発する光を白色光に変換する光源装置に関するものである。
【解決手段】本発明の光源装置は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから発する光を白色に変換する蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に形成された金属酸化物の薄膜とからなる光変換部材により少なくとも構成されている。また、前記光変換部材は、発光ダイオードから発する紫外線乃至青色光を白色光とするため、ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成した蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成した金属酸化物からなる薄膜からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードから発する光を白色光に変換する光源装置に関するものである。本発明は、発光ダイオードから発する光を蛍光体材料によって白色光に変換する際に、発光効率を向上するとともに、耐湿性、耐熱性、耐久性の優れた光源装置に関するものである。
従来の光源装置は、青色発光ダイオードから発する青色光が、たとえば、ＹＡＧ系の蛍光体膜を透過して、白色の光に変換される。また、従来の蛍光体膜は、たとえば、特開２００４−１１１９８１号公報に記載されているように、希土類でドーピングされたガーネット〔Ｙ3 Ｇａ5 Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｙ（Ａｌ、Ｇａ）5 Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｙ（Ａｌ、Ｇａ）5 Ｏ12：Ｔｂ3+〕、稀土類でドーピングされたアルカリ土類硫化物〔ＳｒＳ：Ｃｅ3+、Ｎａ、ＳｒＳ：Ｃｅ3+、Ｃｌ、ＳｒＳ：ＣｅＣｌ3 、ＣａＳ：Ｃｅ3+、ＳｒＳｅ：Ｃｅ3+〕、希土類でドーピングされたチオガレート〔ＣａＧａ2 Ｓ4 ：Ｃｅ3+、ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｃｅ3+である。同様に稀土類でドーピングされたアルミン酸塩（ＹＡｌＯ3 ：Ｃｅ3+、ＹＧａＯ3 ：Ｃｅ3+、Ｙ（Ａｌ、Ｇａ）Ｏ3 ：Ｃｅ3+、稀土類でドーピングされたオルト珪酸塩Ｍ2 ＳｉＯ5 ：Ｃｅ3+（Ｍ：Ｓｃ、Ｙ、Ｓｃ）、Ｙ2 ＳｉＯ5 ：Ｃｅ3+〕等から構成されている。
特開２００４−１１１９８１号公報
従来の光源装置に用いる蛍光体材料は、シリコーン樹脂シートに含ませるものが一般的であった。前記蛍光体材料を含んだシリコーン樹脂シートは、多様な形状からなる光源装置、特に、白熱電球のような球面のものに取り付ける場合、接着、あるいは、付着させることが困難であった。すなわち、蛍光体材料を含んだシリコーン樹脂シートは、多様な形状の光源装置に適用することに限界があった。また、従来の蛍光体材料は、発光効率、の他に耐湿性、耐熱性、および耐久性に問題があった。
前記従来の蛍光体材料からなる蛍光体膜は、高い湿度および高温に弱く、信頼性および寿命に問題があり、高出力の光源装置、あるいは水産関係、特に、漁業等に使用することができなかった。また、前記蛍光体材料を含んだシリコーン樹脂シートは、シリコーン樹脂膜で覆うことにより、前記湿度および温度に対応している。しかし、前記シリコーン樹脂は、水分を吸収し易いため、前記問題を解決することができなかった。
前記蛍光体材料を含んだシリコーン樹脂は、発光ダイオードの発熱により高い温度になり、発光効率が落ちて特性を悪化させるという問題があった。また、発光ダイオードは、前記シリコーン樹脂によって覆われると、熱伝導が悪く、温度上昇により、品質をさらに悪化させるという問題を有している。さらに、前記蛍光体材料を含んだシリコーン樹脂は、シート状になっているのが一般的であり、平面以外の多様な球面を有する光源装置に適用することが困難であった。
以上のような課題を解決するために、本発明は、発光効率、耐湿性、耐熱性、耐久性、信頼性に優れているとともに、発光ダイオードから発する青色光を白色光に変換することができる光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、発光面が球面等、平面でないものにも適用できる光源装置を提供することを目的とする。
（第１発明）
第１発明の光源装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードから発する紫外線乃至青色光を白色光とするため、ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜とから少なくとも構成され、前記光を前記蛍光体膜によって白色光に変換することを特徴とする。
（第２発明）
第２発明の光源装置において、金属アルコキシドの金属は、珪素、チタン、ジルコニアから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする。
（第３発明）
第３発明の光源装置において、有機バインダは、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系、ポリビニルアルコール系樹脂、アルキッド系樹脂、ブチラール系樹脂、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂より選ばれた１種以上であることを特徴とする。
（第４発明）
第４発明の光源装置は、少なくとも一部がガラス基材からなる筐体と、前記筐体の内部に取り付けられている発光ダイオード組立体と、前記ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜と、前記発光ダイオード組立体と電気的に接続されているとともに、前記筐体に設けられている電源接続部とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
（第５発明）
第５発明の光源装置は、少なくとも一部が電球状ガラス基材からなる筐体と、前記筐体の内部に取り付けられている発光ダイオード組立体と、前記電球状ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜と、前記発光ダイオード組立体に電力を供給する電源装置と、前記電源装置に電気的に接続されているソケット部とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
（第６発明）
第６発明の光源装置において、発光ダイオード組立体は、前記筐体または電球状透光性部材の内部に、電気および熱の伝導体によって懸架されていることを特徴とする。
（第７発明）
第７発明の光源装置において、蛍光体膜の膜厚は、２０μｍから２００μｍであることを特徴とする。
（第８発明）
第８発明の光源装置において、ソケット部は、照明器具にねじ込む螺合部と放熱部分とから構成されていることを特徴とする。
（第９発明）
第９発明の光源装置において、ガラス基材は、凸面および／または凹面を有するレンズからなることを特徴とする。
本発明によれば、光変換部材を蛍光体膜と、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して金属酸化物からなる薄膜との二層に形成したため、発光効率、耐湿性、耐熱性、耐久性、および信頼性の高い光源装置を得ることができる。
本発明によれば、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーに、疎水性金属酸化物微粒子、および前記青色光の一部を吸収して黄色光を発する黄色蛍光体からなる組成物を分散した分散液によって蛍光体膜を得るため、発光効率、耐湿性、耐熱性、耐久性、および信頼性の高い光源装置を得ることができる。
本発明によれば、前記組成物からなる二層の光変換部材を形成しているため、いかなる形状の面に対しても設けることができ、特に、電球型または懐中電灯等の光源装置に適している。
本発明によれば、温度の高い熱帯地方での使用、高熱を伴う器具に取り付ける場合、魚市場等の水にかかり易い場所での使用等、目的に合った多様な光源装置を作製することができ、かつ、高発光効率、耐久性の優れたものとすることができる。
（イ）は本発明の電球状透光性部材からなる光源装置を説明するための断面図、（ロ）は異なる光源装置を説明するための断面図である。（実施例１） 本発明の実施例で、青色発光ダイオード組立体を説明するためのものである。 本発明の実施例で、蛍光体膜を球面の内壁面に形成する際の方法を説明するための図である。 本発明の他の実施例で、蛍光体膜を球面の外壁面に形成する際の方法を説明するための図である。 本発明の実施例と従来例とにおける被覆した樹脂の有無による効果を説明するための図である。 本発明と従来例の蛍光体膜による温度と発光効率の推移を説明するための図である。 本発明の蛍光体膜を使用した発光装置における時間と温度の関係を説明するための図である。 本発明の蛍光体膜を使用した発光装置における波長のピークを説明するための図である。 従来の蛍光体膜を使用した発光装置における波長のピークを説明するための図である。
（第１発明）
第１発明の光源装置は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから発する、たとえば、４５５ｎｍの青色光を白色に変換する蛍光体膜とから少なくとも構成されている。また、前記光変換部材は、発光ダイオードから発する紫外線乃至青色光を白色光とするため、ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成した蛍光体膜と、前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成した金属酸化物からなる薄膜からなる。前記ガラス基材は、たとえば、平面、凹面または凸面（レンズ）から構成することができる。また、前記ガラス基材は、前記焼成に耐える温度のものである。
また、前記蛍光体膜は、前記発光ダイオードから発する光を、酸化珪素を主成分としたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、および黄色の蛍光体材料を溶媒に分散した液体を塗布・焼成することによっても得られる。本発明の蛍光体膜は、黄色以外の他の色の成分を含まないため、発光効率を良くすることができるだけでなく、耐湿性、耐熱性、耐久性、信頼性に優れた光源装置を構成することができる。
また、前記光変換部材を用いた光源装置は、前記耐湿性、耐熱性に優れているため、温度の高い熱帯地方での使用、高熱を伴う器具に設ける場合、水のかかり易い市場、あるいは塩分を含んだ水がかかり易い漁業（たとえば、集魚灯）等に使用することで、大きな効果を奏する。前記黄色の蛍光体材料は、イットリウムを含まないようにすると、なお一層発光効率の良い白色光に変換することができる。
（第２発明）
第２発明の光源装置における光変換部材は、使用される金属アルコキシドとして、珪素、チタン、ジルコニウムから選ばれた少なくとも１種である。また、金属アルコキシドは、オリゴマーであっても良く、塗布、乾燥および焼成することにより緻密な金属酸化物の薄膜を形成することにより、前記蛍光体膜の耐熱性、耐湿性、耐久性を向上させることができる。薄膜とするためエタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、エチレングリコールジメチルエーテル、等の溶剤で希釈してもよい。このようなものとして、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）が使用できる。
前記ＳＯＧは、金属アルコキシドを溶媒で希釈しているため、本発明と同様な効果を奏する蛍光体膜を得ることができる。前記蛍光体膜は、前記溶媒に溶かした液体とすることができるため、光源装置の湾曲した内壁面あるいは外壁面にコーティングさせることが容易にできるようになった。
（第３発明）
第３発明の光源装置における金属酸化物微粒子は、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、あるいは、これらの複合酸化物から選ばれた少なくとも１種からなる。前記組成物を含んだ光変換部材は、粘度を上げることができるため、分散液中の金属酸化物微粒子が沈殿することなく、均一な厚さに塗布することができる。前記組成物を含んだ蛍光体膜は、屈折率が１．４から１．７の範囲にあり、光源装置に用いた場合、発光効率を向上させることができる。
（第４発明）
第４発明の光源装置は、一部が透光性部材、たとえば、ガラス基材、からなる筐体と、たとえば、青色発光ダイオードからの光を白色光に変換する光変換部材と、青色発光ダイオード組立体と、前記筐体に設けられた電源接続部とから少なくとも構成されている。前記蛍光体膜は、前記ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれている。前記蛍光体膜の上には、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜が形成されている。前記金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材は、前記蛍光体膜上に塗布・焼成して形成される。
また、前記蛍光体膜は、酸化珪素を主成分としたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、および黄色の蛍光体材料に、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピレンアルコール（ＩＰＡ）、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテルの溶媒に溶かした液体を基にして形成される。前記青色発光ダイオード組立体は、前記筐体の内部において、少なくとも一つの青色発光ダイオードが基板に設けられ、電源に接続できるようになっている。
前記電源接続部は、電源接続部前記青色発光ダイオード組立体と電気的に接続されているとともに、前記筐体に設けられている。また、電源接続部は、交流電源に接続する場合、前記筐体の内部に電源変換装置を設け、必要な電圧および電流に変換してから、所望の電力を発光ダイオードに供給する。さらに、前記電源接続部は、直流電源に接続する場合、前記発光ダイオードに必要な電圧および電流が供給できる電源回路等に接続される。
前記筐体の形状は、特に、限定されるものではない。すなわち、前記透光性部材の形状は、平面および／または曲面を有することができる。前記形状の筐体における透光性部材に形成された蛍光体膜および薄膜は、前記筐体の透光性部材表面がどのような平面または曲面における内壁面あるいは外壁面であっても、均一な厚さで形成される。前記蛍光体膜に対するコーティングは、たとえば、スピンコーター等を用いることで、均一な膜厚とすることができる。前記蛍光体膜は、前記分散液塗布した後、たとえば、窒素ガスおよび／または水素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガス（ホーミングガス）等の不活性ガス中で焼成されるため、溶媒が除去され、蛍光体材料を含んだ酸化珪素を主成分とした酸化物が形成される。前記蛍光体材料を含んだ酸化珪素を主成分とした酸化物は、耐湿性、耐熱性に優れているため、多方面の需要が拡大される。
（第５発明）
第５発明の光源装置は、第４発明の筐体の形状が特定されていないのに対して従来の電球にとって代わることができるよう、電球状透光性部材（ガラス基材）から構成されている。蛍光体膜および青色発光ダイオード組立体は、第４発明とほぼ同じものであってもよい。前記蛍光体膜は、前記電球状透光性部材の内壁面および／または外壁面にコーティングされている。青色発光ダイオード組立体は、前記電球状透光性部材の内部に取り付けられている。また、前記電球状透光性部材は、下部にソケット部が設けられており、前記青色発光ダイオード組立体と電源装置を介して前記ソケット部の導電螺合部に接続されている。
前記電源装置は、商用電源（ＡＣ１００ボルト）を前記青色発光ダイオード組立体内の青色発光ダイオード数等によって所定の電圧と電流に変換するものである。第５発明の光源装置は、ソケット部における導電螺合部が白熱電球と同じであるため、前記白熱電球と互換することができるだけでなく、発光効率が向上されるとともに、耐湿性、耐熱性に優れた照明とすることができる。
（第６発明）
第６発明の光源装置における青色発光ダイオード組立体は、前記筐体または電球状透光性部材の内部において、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウムにアルマイト処理した部材からなる支柱によって懸架されている。前記アルミニウム等は、電気および熱の伝導が優れいるため、放熱性に優れている。また、前記放熱性に優れている前記支柱は、ソケットを介して電力線に接続されているため、前記青色発光ダイオードから発生する熱を前記電力線に対して放熱することで、放熱効率を向上させることができる。
（第７発明）
第７発明の光源装置における蛍光体膜は、前記溶液によりコーティングされているため、膜厚を２０μｍから２００μｍとすることができる。前記蛍光体膜は、前記コーティング後に、加熱温度を１００℃から５００℃、焼成時間を１０分から６０分とすることで、６０℃９０％１０００時間、８５℃８５％１０００時間、あるいは、プレシャー クッカー テスト（ＰＣＴ）１２１℃ ２atom ９６時間に合格し、膜質に変化が見られなかった。また、前記蛍光体膜は、温度に強く、一度焼成すると、１０００℃によっても変化がないものを得ることができた。さらに、前記蛍光体膜は、蛍光体材料を溶媒に溶かして噴霧または塗布した後、焼成しているため、膜厚を薄く均一にできるとともに、経年変化の少ない耐久性の高いものとすることができる。
（第８発明）
第８発明の光源装置におけるソケット部は、電球状ガラス基材の下部に設けられており、照明器具にねじ込む導電螺合部と放熱部分とから構成されている。前記放熱部分は、前記導電螺合部と同じように、凹凸を形成することにより、光源装置として放熱性に優れているのみならず、デザイン的にも優れている。
（第９発明）
第９発明の光源装置は、ガラス基材を凸面および／または凹面を有するレンズとすることができる。前記レンズは、たとえば、懐中電灯等小型の光源装置の先端部に設けることで、より強い光を照射することができる。
図１に示すように本実施の形態による発光体膜１２は、多数のＬＥＤ１３１がワイヤボンディングにより直列および／または並列に接続されて実装されている基板１３に対向するようにガラスからなるアウタバブル１１の裏面に設けられている。
前記蛍光体膜は、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を形成し、ガラスからなるアウタバブル１１の裏面に塗布、乾燥および焼成し、前記有機バインダをほぼ無くすようにして形成されている。ここで使用される有機バインダは、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系、ポリビニルアルコール系樹脂、アルキッド系樹脂、ブチラール系樹脂、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂より選ばれた１種以上であり、均一に塗布されるため、また、焼成時に燃焼するものであれば、これら以外の有機物であっても可能である。
また、蛍光体がガラス基材に密着性を向上させるため、無機バインダを配合しても良い。この無機バインダとしては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子等の無機酸化物微粒子が好ましい。
前記の蛍光体は、シリケート系蛍光体、ＹＡＧ蛍光体、ＴＡＧ蛍光体等公知の黄色蛍光体を使用できる。青色ＬＥＤには、前記黄色蛍光体を用い、演色性を求める場合は、赤色蛍光体を配合することも可能である。また、紫外線ＬＥＤと、ＲＧＢの３種の蛍光体を用いることにより発光効率を上げることができる。
次に、前記蛍光体膜は、上部に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して金属酸化物からなる薄膜１２′が形成される。
前記金属アルコキシドは、下記一般式（Ｉ）
Ｍ（ＯＲ）n Ｒ’4-n ・・・（Ｉ）
（ｎ＝１〜４の整数でＲ、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基であり、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ等の前周期遷移金属）
で示される金属アルコキシドおよび／またはこのオリゴマーある。
前記金属アルコキシドの具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシ等のシリコンアルコキシド、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド等のチタンアルコキシド、ジルコニアテトラプロポキシド、ジルコニアテトライソプロポキシド、ジルコニアテトラブトキシド等のジルコニアアルコキシド等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、また２種以上を組合わせて用いてもよい。なお、前記金属アルコキシドの中では、特にシリコンアルコキシドが好ましい。
また、蛍光体膜や金属アルコキシドには、シランカップリング剤を配合することにより、密着性を高めることができる。シランカップリング剤の具体例としては、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β―（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランや、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン等アミノ基末端を有するシランカップリング剤等が挙げられる。配合量としては、０．１〜１質量％程度である。
図１（イ）は本発明の電球状透光性部材からなる光源装置を説明するための断面図、（ロ）は反射枠を有する光源装置を説明するための断面図である。図１（イ）において、電球（光源装置）１０は、アウタバルブ（電球状透光性部材）１１と、前記電球状透光性部材１１が取り付けられているソケット部１６とから構成されている。前記ソケット部１６は、フィラー（凹凸部）１５１を有する放熱部１５と、前記放熱部１５に一体に連設されている導電螺合部１６１とから少なくとも構成されている。前記電球状透光性部材１１は、たとえば、ガラス基材からなり、内壁面に蛍光体膜１２が塗布されている。また、放熱部１５は、外部に凹凸部１５１を有するとともに、内部にヒートシンク（取付基板）１５２、および下部に放熱部（空間部）１５３が成形されている。前記取付基板１５２は、導電性支柱１４、１４′によって、基板（青色発光ダイオード組立体）１３が保持されている。
前記空間部１５３は、たとえば、ＡＣ１００ボルトを前記青色発光ダイオードチップ１３１に合った電圧と電流に変換する点灯回路（電源部）１７が設けられている。前記ソケット部１６における導電螺合部１６１は、端部に絶縁された導電端部１６２が設けられている。前記ＡＣ１００ボルトの電流は、前記導電端部１６２−リード線（銅線）１８−電源部１７−リード線（銅線）１９−導電性支柱１４−発光ダイオード（青色発光ダイオードチップ）１３１−リード線（ボンディングワイヤ）１３２−導電性支柱１４′−リード線（銅線）１９′−電源部１５３−リード線（銅線）１８′−口金（導電性螺合部）１６１に流れる。前記青色発光ダイオードチップ１３１から発する青色光は、蛍光体膜１２により、発光効率の優れた白色光に変換される。
図１（ロ）において、表面実装型発光ダイオード（光源装置）２０は、取付基板２１と、反射枠２２と、青色発光ダイオード組立体２３と、透光性部材２４とから少なくとも構成されている。前記取付基板２１は、たとえば、上面の両端に電極２１１、２１２が形成されているとともに、反射枠２２が取り付けられている。前記取付基板２１の上で、かつ、前記反射枠２２の中央部には、青色発光ダイオード組立体２３が設けられている。前記反射枠２２の開口部には、蛍光体膜２５が内壁面に形成された樹脂モールド（透光性部材）２４が設けられている。前記取付基板２１、反射枠２２、および透光性部材２４から構成される筐体は、使用用途に従って形を変えることができる。また、前記反射枠２２は、内面に反射部材が設けられている。
次に、本発明の蛍光体膜１２または蛍光体膜２５について説明する。前記蛍光体膜１２、２５は、半導体の絶縁膜として使用されているＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）も使用できる。また、前記ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）は、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピレンアルコール（ＩＰＡ）、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテルの溶媒で希釈されたものである。
前記電球状透光性部材１１または透光性部材２４に塗布された前記蛍光体材料を含んだ分散液は、３００℃程度で焼成した。さらに、金属アルコキシド系のコーティング材を塗布し、５００℃程度で焼成した。前記方法により得られた蛍光体膜１２、２５は、６０℃９０％１０００時間、８５℃８５％１０００時間、あるいは、プレシャー クッカー テスト（ＰＣＴ）１２１℃ ２atom ９６時間に合格し、膜質に変化が全く見られなかった。また、前記蛍光体膜１２、２５は、高温度に強く、一度焼成すると、１０００℃によっても変化がなかった。前記蛍光体膜１２、２５は、金属アルコキシド、特に、シリコンアルコキシド系のコーティング材を塗布した後、焼成しているため、緻密な膜を形成しているので、耐久性の高いものとすることができた。
前記噴霧または塗布された液体状の蛍光体膜は、前記液体を、たとえば、窒素ガスおよび／または水素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガス（ホーミングガス）等の不活性ガス中で焼成することにより、前記溶媒が除去され、蛍光体材料を含んだ酸化珪素を主成分とした酸化物が形成される。前記蛍光体材料を含んだ酸化珪素を主成分とした酸化物は、発光効率、耐湿性、耐熱性、耐久性、信頼性に優れているため、多方面の需要が拡大される。また、前記蛍光体膜の形成は、噴霧または塗布であるため、平面あるいは曲面に関係なく、均一にすることができる。
前記蛍光体膜形成する前記組成物は、金属アルコキシドの金属を珪素、チタン、ジルコニアから選ばれた少なくとも１種を焼成したものであるので、特に、耐熱性、耐久性が高く、厚さ０．１μｍから１０μｍ程度で、屈折率が１．４から１．７の範囲にあり、光源装置に用いた場合、発光効率を向上させることができる。
図２は本発明の実施例で、青色発光ダイオード組立体を説明するためのものである。図２において、青色発光ダイオード組立体１３は、たとえば、セラミック基板１３２と、前記セラミック基板１３２上に取り付けられた複数個の青色発光ダイオードチップ１３１と、電極１３３、１３４と、各電極および前記各青色発光ダイオードチップ１３１を接続するボンディングワイヤ１３５とから構成されている。前記発光ダイオード光ダイオード組立体１３は、各青色発光ダイオードチップ１３１の前記セラミック基板１３２に対する取り付け、あるいはワイヤボンディング等は、公知または周知の技術によって行うことができる。
図３は本発明の実施例で、蛍光体膜を球面の内壁面に形成する際の方法を説明するための図である。図３において、たとえば、前記球面を有する電球状透光性部材１１は、治具３１に固定される。また、本発明の蛍光体材料等が分散している分散液は、ノズル３２から全方位に向け、電球状透光性部材１１の内壁面に向かって噴射することにより塗布される。さらに、前記電球状透光性部材１１、または治具３１は、いずれか一方を回転させることにより、より膜厚を均一にすることができる。その後、前記蛍光体材料は、不活性ガス中において焼成されることにより、溶媒が飛ばされ、均一な厚さの蛍光体膜１２となる。
図４は本発明の他の実施例で、蛍光体膜を球面の外壁面に形成する際の方法を説明するための図である。図４において、前記球面を有する電球状透光性部材１１は、治具３１に固定される。また、本発明の蛍光体材料が溶けている液体は、前記電球状透光性部材１１の外部に設けられたノズル４２から前記電球状透光性部材１１の外壁面に向けて噴射することにより塗布される。
図３および図４における塗布・焼成は、電球状透光性部材１１および／または治具３１を回転させること、または、ノズル３２、４２を回転することも可能である。前記蛍光体膜は、いずれか一方、または両方を回転させることにより、より膜厚を均一にすることができる。その後、前記蛍光体材料は、不活性ガス中において焼成されることにより、溶媒が飛ばされ、蛍光体膜１２、１２′となる。
図５は本発明の実施例と従来例とにおける被覆した樹脂の有無による効果を説明するための図である。図５において、「樹脂無し」は、本発明の実施例によるものであり、図３または図４に示すように、蛍光体膜が電球状透光性部材１１の内壁面または外壁面に形成され、蛍光体の粒子が樹脂により覆われていない。図５において、「樹脂有り」は、図示されていない蛍光体の粒子を樹脂によって覆って保護している。図５から判るように、蛍光体の粒子を樹脂によって覆っていない場合（本実施例）は、青色発光ダイオードチップ一個に流した電極（ｍＡ）に対する温度が低い。前記蛍光体膜は、前記蛍光体の粒子を樹脂によって覆っている場合、あるいは前記蛍光体膜を樹脂によって覆っている場合も同じである。
また、図５から判るように、蛍光体膜１２、１２′を樹脂によって覆っていない場合（本実施例）は、青色発光ダイオードチップ一個に流した電流が大きくなるにしたがって、温度の差が大きくなる。すなわち、本実施例の蛍光体膜１２、１２′は、青色発光ダイオードチップに大きな電流を流しても、温度上昇が少ないため、発光効率、耐湿性、耐熱性、および耐久性を向上させることができる。
図６は本発明と従来例の蛍光体膜による温度と発光効率の推移を説明するための図である。図６において、上部に記載されているものが本発明で、下部に記載されているものが従来例である。本発明の蛍光体膜が形成されている光源装置は、温度が上昇しても、発光効率の低下が少ない。これに対して、従来の蛍光体膜が形成されている光源装置は、温度の上昇にしたがって、急激に発光効率が低下していることが判る。特に、従来の蛍光体膜が形成された発光装置は、２００℃において、発光効率が約半分に低下している。
図７は本発明の蛍光体膜を使用した光源装置における時間と温度の関係を説明するための図である。図７において、光源装置は、１１個のチップに電流２１０ｍＡで、４５０ｍＷとした例であり、白熱電灯の４０Ｗに相当するものである。前記例の光源装置は、約１時間程度で、温度上昇がぼぼ一定となることが判る。
図８は本発明の蛍光体膜を使用した光源装置における波長のピークを説明するための図である。図９は従来の蛍光体膜を使用した光源装置における波長のピークを説明するための図である。図８において、本発明の組成物から形成した蛍光体膜は、波長が４５１ｎｍおよび５６０ｎｍにピークがある。図９において、従来の蛍光体膜は、４５１ｎｍにピークがある。図８および図９を比較すると、本発明の蛍光体膜は、波長が４５１ｎｍおよび５６０ｎｍにピークがあるため、発光効率の高い白色光となっている。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、発光ダイオードは、上下電極型発光ダイオードとすることができる。発光ダイオード組立体は、公知または周知のパッケージを使用することができる。また、本発明の蛍光体膜が形成されている筐体は、電球状のもの以外、いかなる形状のものにも適用できる。
１０・・・電球（光源装置）
１１・・・アウタバルブ（電球状透光性部材）
１２・・・ＳＯＧ蛍光体膜（蛍光体膜）
１３・・・基板（青色発光ダイオード組立体）
１３１・・・発光ダイオード（青色発光ダイオードチップ）
１３２・・・セラミック基板
１３３、１３４・・・電極
１３５・・・リード線（ボンディングワイヤ）
１４、１４′・・・支柱
１５・・・放熱材（放熱部）
１５１・・・フィラー（凹凸部）
１５２・・・ヒートシンク
１５３・・・空間部
１６・・・ソケット
１６１・・・口金（導電螺合部）
１６２・・・口金（導電端部）
１７・・・点灯回路（電源部）
１８、１８′・・・リード線
１９、１９′・・・リード線
２０・・・表面実装型ＬＥＤ（光源装置）
２１・・・ヒートシンク（取付基板）
２１１、２１２・・・電極
２２・・・反射枠
２３・・・青色発光ダイオード組立体
２３１・・・基板
２３２・・・発光ダイオード（青色発光ダイオードチップ）
２３３・・・リード線（ボンディングワイヤ）
２４・・・樹脂モールド（透光性部材）
２５・・・蛍光体膜

Claims (9)

  1. 発光ダイオードと、
    発光ダイオードから発する紫外線乃至青色光を白色光とするため、ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、
    前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜と、
    から少なくとも構成され、前記光を前記蛍光体膜によって白色光に変換することを特徴とする光源装置。
  2. 前記金属アルコキシドの金属は、珪素、チタン、ジルコニアから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載された光源装置。
  3. 前記有機バインダは、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系、ポリビニルアルコール系樹脂、アルキッド系樹脂、ブチラール系樹脂、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂より選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載された光源装置。
  4. 少なくとも一部がガラス基材からなる筐体と、
    前記筐体の内部に取り付けられている発光ダイオード組立体と、
    前記ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、
    前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜と、
    前記発光ダイオード組立体と電気的に接続されているとともに、前記筐体に設けられている電源接続部と、
    から少なくとも構成されている光源装置。
  5. 少なくとも一部が電球状ガラス基材からなる筐体と、
    前記筐体の内部に取り付けられている青色発光ダイオード組立体と、
    前記電球状ガラス基材の少なくとも一方の面に、蛍光体と有機バインダと溶媒を混合した液体を塗布、乾燥および焼成して形成させれた蛍光体膜と、
    前記蛍光体膜の上に、金属アルコキシドおよび／または金属アルコキシドのオリゴマーを含むコーティング材を塗布、乾燥および焼成して形成された金属酸化物からなる薄膜と、
    前記発光ダイオード組立体に電力を供給する電源装置と、
    前記電源装置に電気的に接続されているソケット部と、
    から少なくとも構成されている光源装置。
  6. 前記発光ダイオード組立体は、前記筐体または電球状透光性部材の内部に、電気および熱の伝導体によって懸架されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載されている光源装置。
  7. 前記蛍光体膜の膜厚は、２０μｍから２００μｍであることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載されている光源装置。
  8. 前記ソケット部は、照明器具にねじ込む螺合部と放熱部分とから構成されていることを特徴とする請求項５に記載された光源装置。
  9. 前記ガラス基材は、凸面および／または凹面を有するレンズからなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された光源装置。
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