JP2014086223A - Led bulb - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED電球に関するものであり、詳しくは、発光源にLED素子を用いてなるLED電球に関する。 The present invention relates to an LED bulb, and more particularly, to an LED bulb using an LED element as a light source.
従来、LED素子を発光源とするLED電球には、例えば図16にあるような構造のものが開示されている。それは、直線状に配置された複数のリード90、91、92が光透過性の第1の樹脂93によって一体化されて細長い棒状のパッケージ94が形成され、該パッケージ94には複数のリード90、91、92のいずれかに接着材料を介して固定された発光素子(LED素子)95と該発光素子95の電極を複数のリード90、91、92のいずれかに電気的に接続するボンディングワイヤ105を有しており、全ての発光素子95と全てのボンディングワイヤ105が光透過性の第2の樹脂96で樹脂封止されることにより発光装置97が形成されている。
Conventionally, an LED bulb having an LED element as a light emitting source has a structure as shown in FIG. 16, for example. That is, a plurality of
そして、LED電球102は図17にあるように、ガラス製カバー98を気密封止する口金99に制御用基板(図示せず)が内蔵され、ガラス製カバー98の気密内部空間100内に制御用基板から延びる一対の電源用リード103に6個の発光装置97が直列接続されると共に、隣接する発光装置97同士がV字形状をなすようにジグザグに配置されてフィラメント部101が形成されている。
As shown in FIG. 17, the
この場合、発光装置97は、第1の樹脂93及び第2の樹脂96がいずれも光透過性を有するため導光体として機能し、裏面からの光取出し量が増加して広指向性を実現する。その結果、フィラメント部101は、一般的な白熱電球のフィラメントと同様の発光形態を呈するものとなる(特許文献1参照。)。
In this case, the
また、図18にあるように、複数個のLEDランプ80を可撓性部材81によって連鎖することによりLED連鎖体82を形成し、該LED連鎖体82の両端を、電球本体83を構成するステム84から同様に電球本体83を構成するガラス球85の中空体86内に延出した2本の内部導入線87に接続してなるLED電球も開示されている(特許文献2参照。)。
Further, as shown in FIG. 18, a plurality of
ところで、上記特許文献1のLED電球においては、発光素子95の点灯時の発熱は一対の電源用リード103を介してのみ放熱され、特許文献2のLED電球においては、LEDランプ80の点灯時の発熱は2本の内部導入線87を介してのみ放熱される。
By the way, in the LED bulb of
そのため、いずれのLED電球も発光源の点灯時の発熱に対して十分な放熱効果を得ることができず、温度上昇に起因する発光源の発光効率の低下によって所望の照射光量を確保することができなくなると共に同様に温度上昇に起因する光源寿命の短縮化によって信頼性を損なうことにもなりかねない。 Therefore, none of the LED bulbs can obtain a sufficient heat dissipation effect against the heat generated when the light source is turned on, and a desired amount of irradiation light can be ensured by a decrease in the light emission efficiency of the light source due to a temperature rise. In addition, the reliability may be impaired by shortening the light source life due to the temperature rise.
この放熱問題の解決のために、LED電球内にヒートシンク等の放熱手段を設けることが考えられるが、その場合、放熱手段を設けることによって発光源の配置が偏ったり或いは発光源からの出射光が遮られて所望の配光特性を得ることができず、従来の白熱電球と同等の光学特性を実現することは困難である。 In order to solve this heat dissipation problem, it is conceivable to provide heat dissipation means such as a heat sink in the LED bulb, but in that case, by providing the heat dissipation means, the arrangement of the light emitting sources may be biased or the emitted light from the light emitting sources may not be emitted. It is difficult to obtain the desired light distribution characteristic by being blocked, and it is difficult to realize optical characteristics equivalent to those of a conventional incandescent bulb.
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、発光源の点灯時の発熱に対して十分な放熱効果を有すると共に、従来の白熱電球と同等の配光特性を得ることが可能なLED電球を提供することにある。 Therefore, the present invention was devised in view of the above problems, and its object is to provide a sufficient heat dissipation effect against heat generated when the light source is turned on and to provide a light distribution equivalent to that of a conventional incandescent bulb. An object of the present invention is to provide an LED bulb capable of obtaining characteristics.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、透光性バルブと、 前記透光性バルブの内部に封入された不活性ガスと、透光性フレアに一対のリード線が貫通すると共に前記透光性フレアに無垢の透光性柱状体が融着されてなるフレアステムと、 板状透光体の両端部にリード端子が接合されてなると共に前記板状透光体上に該リード端子に電気的に接続された電極パターンが形成されてその電極パターン上にLED素子が実装されてなるLEDモジュールと、を備え、前記リード端子が前記一対のリード線の夫々の一方の端部に接合されると同時に、前記板状透光体が前記透光性柱状体に接着されて、前記LEDモジュールが前記フレアステムに支持固定され、前記透光性フレアが前記透光性バルブに気密に融着されて、前記フレアステムに支持固定された前記LEDモジュールが前記透光性バルブ内に収容されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記フレアステムに支持固定された前記LEDモジュールが収容された前記透光性バルブは、口金に装着されると共に前記一対のリード線の夫々の他方の端部が前記口金に接合されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the translucent bulb in which the LED module supported and fixed to the flare stem is mounted on a base and the pair of The other end of each lead wire is joined to the base.
本発明のLED電球は、両端部にリード端子が接合されてなると共に該リード端子に電気的に接続された電極パターンが形成されてその電極パターン上に複数のLED素子が実装されてなる透明基板で構成されたLEDモジュールを、その透明基板をガラスフレアに融着された無垢の柱状ガラス体に接着固定すると共にリード端子をガラスフレアに気密に貫通したリード線に接合し、そのガラスフレアをガラスバルブに気密融着することによりLEDモジュールを不活性ガスが封入されたガラスバルブ内に収容保持されるようにした。 The LED bulb of the present invention has a transparent substrate in which a lead terminal is bonded to both ends, an electrode pattern electrically connected to the lead terminal is formed, and a plurality of LED elements are mounted on the electrode pattern. The LED module composed of the above is bonded and fixed to a solid columnar glass body whose transparent substrate is fused to the glass flare, and the lead terminal is bonded to a lead wire hermetically penetrating the glass flare, and the glass flare is made of glass. The LED module is accommodated and held in a glass bulb filled with an inert gas by hermetically fusing the bulb.
そのため、LEDモジュールは複数のLED素子が実装された透明基板が、夫々のLED素子からの発光光が該透明基板のほぼ全方向に向けて放射されるものとなり、従来の一般的な白熱電球のフィラメントとほぼ近似した配光特性を形成するものとなる。その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに上記LEDモジュールを光源として用いることにより、従来の白熱電球の配光特性を確保しつつ、長寿命、低消費電力等のLED素子の特徴を生かしたLED電球を実現することが可能となる。 Therefore, the LED module has a transparent substrate on which a plurality of LED elements are mounted, and light emitted from each LED element is emitted in almost all directions of the transparent substrate. The light distribution characteristic almost similar to that of the filament is formed. As a result, by using the LED module as a light source instead of the filament of the conventional incandescent bulb, the light distribution characteristics of the conventional incandescent bulb are secured, and the characteristics of the LED elements such as long life and low power consumption are utilized. An LED bulb can be realized.
また、LEDモジュールを構成する透明基板に実装された複数のLED素子の発光(点灯)時の発熱は、封入ガス(不活性ガス)、リード線及び柱状ガラス体の複数の伝熱経路を経て効率良く放熱され、LED素子の発光(点灯)時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。 In addition, the heat generated during light emission (lighting) of a plurality of LED elements mounted on the transparent substrate constituting the LED module is efficient through a plurality of heat transfer paths of the enclosed gas (inert gas), the lead wire, and the columnar glass body. The heat is well radiated, the temperature rise due to self-heating during the light emission (lighting) of the LED element is suppressed, the shortening of the light emission life and the decrease in the light emission efficiency due to the temperature rise are suppressed, and high reliability and appropriate irradiation light quantity are ensured can do.
つまり、本発明は、従来の白熱電球よりも低消費電力で、照射光の配光特性等の光学特性が従来の白色電球と同等の性能を有すると共に、LED素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制されて高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができるLED電球を実現するものである。 In other words, the present invention has lower power consumption than conventional incandescent bulbs, optical characteristics such as light distribution characteristics of irradiated light have the same performance as conventional white bulbs, and temperature due to self-heating during light emission of LED elements. An LED bulb that can suppress the increase and shorten the light emission lifetime and the decrease in the light emission efficiency due to the temperature increase to ensure high reliability and an appropriate amount of irradiation light is realized.
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図15を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 15 (the same reference numerals are given to the same portions). The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. Unless stated to the effect, the present invention is not limited to these embodiments.
図1〜図4は、本発明のLED電球を構成するLEDモジュールに係わる説明図である。LEDモジュールは、従来の白熱電球における発光部となるフィラメントに相当する部分である。 FIGS. 1-4 is explanatory drawing regarding the LED module which comprises the LED bulb of this invention. The LED module is a part corresponding to a filament that becomes a light emitting part in a conventional incandescent bulb.
LEDモジュール1に発光源として用いられる複数のLED素子(LEDチップ)2はフリップチップ(FC)実装型の素子であり図1(LED素子の説明図)に示すように、外部電源からの電力を取り込んでLED素子2を発光させる一対の電極(バンプ電極)3(アノード電極3a、カソード電極3b)が該LED素子2の発光層4を挟んで互いに対向する上面5と下面6のうち下面6側に設けられ、LED素子2の上面5と下面6からはLED素子2の発光層4からの発光光が互いにほぼ均等な光出力に分かれて外部に出射される。
A plurality of LED elements (LED chips) 2 used as light emitting sources in the
上記複数のLED素子2は図2(LEDモジュールの上面説明図)及び図3(LEDモジュールの側面説明図)にあるように、ガラス等の透明部材で形成され、一方の面に複数の独立した電極パターン8が略直線状に形成された長細形状のLED素子実装用透明基板(以下、「透明基板」と略称する)7の互いに隣接する電極パターン8の夫々に架かるようにその上面に、該LED素子2の一対の電極3の夫々3a、3b(図1参照)を位置させた状態でフリップチップ実装されている。
The plurality of
フリップチップ実装された夫々のLED素子2は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性樹脂13で樹脂封止されており、それによりLED素子2の保護とLED素子2の発光光の外部取り出し効率の向上が図られている。
Each flip-chip mounted
透明基板7上に実装された複数のLED素子2は、複数の独立した電極パターン8を介して電気的に全て直列に接続されており、リード端子接合用電極パターン8a、8b間に所定の電圧を印加することにより全てのLED素子2を発光(点灯)させることができる。
The plurality of
透明基板7に形成された電極パターン8は、ITOやIZO等の透明金属材料による透明電極パターン、或いはアルミニウム等の金属膜上にニッケル下地層と金メッキ層又は金蒸着層又は金スパッタ層が形成された金属細線による不透明導体パターンからなっている。導体パターンが不透明であっても細線であるため導体パターンが光学特性にほとんど影響を与えることがなく、且つ透明導体パターンに比べて透明基板7に対するダイシェア強度等の信頼性は向上する。
The
複数のLED素子2が実装された透明基板7の両端部にはリード端子接合用電極パターン8a、8bが形成されており、透明電極7の夫々の端部をクリップ型リード端子(以下、「リード端子」と略称する)9のクリップ部11で咥え込んだ状態でリード端子接合用電極パターン8a、8bとクリップ部11をはんだや導電ペースト等の導電接合部材によって接合することにより、リード端子接合用電極パターン8a、8bとリード端子9が電気的に接合されると共に透明基板7とリード端子9が機械的に接合されている。
Lead terminal
リード端子9は予め、矩形平板状のバネ材に板金加工を施して図4(リード端子の斜視説明図)にあるような形状のリードフレーム10として成形される。図4より、リードフレーム10は両端部にクリップ部11が形成されると共に互いのクリップ部11が夫々のクリップ部11から延設された延設部12で繋がった形状を呈している。
The
クリップ部11は、矩形平板状のバネ材の長手方向の両先端部側に、夫々の先端部側から長手方向に沿って内側に向かい所定の位置で短手方向の側端部に向かう略L字状の切り込みを施し、その切込部を先端部側に折り曲げた挟持片11aを有している。
The
透明基板7に接合されるリード端子9は、予め成形されたリードフレーム10を延設部12の適宜な位置で切断して用いられている。
The
このように、上記構造からなるLEDモジュールは、透明基板上に形成された透明導電パターン上或いは細線不透明導電パターン上に、上面と下面からほぼ均等な光出力を出射する複数のLED素子を実装した。そのため、LEDモジュールは夫々のLED素子からの出射光が該LEDモジュールの全方向に向けて照射されるものとなり、従来の一般的な白熱電球のフィラメントとほぼ近似した配光特性を得ることができる。 As described above, the LED module having the above-described structure has a plurality of LED elements that emit substantially uniform light output from the upper surface and the lower surface mounted on the transparent conductive pattern formed on the transparent substrate or the thin-line opaque conductive pattern. . Therefore, the LED module emits light emitted from each LED element in all directions of the LED module, and can obtain light distribution characteristics that are approximately similar to the filaments of conventional incandescent bulbs. .
その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに上記LEDモジュールを光源として用いることにより、従来の白熱電球の配光特性を確保しつつ、長寿命、低消費電力等のLED素子の特徴を生かしたLED電球を実現することが可能となる。 As a result, by using the LED module as a light source instead of the filament of the conventional incandescent bulb, the light distribution characteristics of the conventional incandescent bulb are secured, and the characteristics of the LED elements such as long life and low power consumption are utilized. An LED bulb can be realized.
そこで、上述のLEDモジュールを用いたLED電球70の製造方法について、図5〜図11を参照して詳細に説明する。
Therefore, a method for manufacturing the
最初に、図5(フレアステムの説明図)に示すような、フレアステム15を準備する。フレアステム15は、ガラスフレア20、一対のリード線25、26、排気管30及び柱状ガラス体31で構成され、そのうちガラスフレア20は、一端部をガスバーナー等で加熱軟化して裾広がりのスカート状に形成したフレア部21を有すると共に他端部をガスバーナー等で加熱溶融して溶融封止した溶融封止部22を有している。
First, a
また、ガラスフレア20の溶融封止部22の形成時には同時に、ガラスフレア20の内側の長手方向に沿う略中心線(X)上に延びる排気管30を位置させると共に、ガラスフレア20の外側で該排気管30の略延長線上に延びる無垢の柱状ガラス体31を位置させた状態で、排気管30と柱状ガラス体31の互いに対向する端部同士を溶融してガラスフレア20の溶融封止部22に融着一体化される。
Further, at the same time when the melt sealed
更に、ガラスフレア20の溶融封止部22の形成時には同時に、溶融封止部22に互いに略直線状に融着された排気管30及び柱状ガラス体31の外側の該排気管30及び柱状ガラス体31を挟んで互いに対向する位置に互いに平行に並設された一対のリード線25、26がガラスフレア20の溶融封止部22を気密に貫通する。
Further, at the same time when the melt-sealed
その後、リード線25、26は、溶融封止部22の気密貫通部からガラスフレア20の外側(柱状ガラス体31の側)に位置する部分が、溶融樹脂部22を起点として互いに離れる方向に且つ中心線(X)に対して所定の角度を持って折り曲げられ、夫々折曲部25a、26aが形成される。
Thereafter, the
ガラスフレア20には、排気管30に連通する排気孔23が設けられている。
The
次に、図6(リード線の折曲部とLEDモジュールの接合説明図)のように、柱状ガラス体31の平坦な先端面31a上に上述のLEDモジュール1を載置して固定する。
Next, the above-described
この場合、柱状ガラス体31にLEDモジュール1を固定する方向は、高熱伝導性放熱シリコーン接着剤や高熱伝導性エポキシ接着剤などの熱伝導性が良好な樹脂接着剤を用いる方法とフリットガラスなどのガラス接着材を用いる方法が考えられる。
In this case, the direction in which the
そのうち、樹脂接着剤35を用いる方向は、予め接着剤35を塗布した柱状ガラス体31の先端面31aにLEDモジュール1を載置して柱状ガラス体31の先端面31aとLEDモジュール1の透明基板7の裏面7aを接着する方法(図7(LEDモジュールと柱状ガラス体の接着図)参照)、あるいは柱状ガラス体31の先端面31a上にLEDモジュール1を載置して柱状ガラス体31の先端面31aとLEDモジュール1の透明基板7の裏面7aの接触(面接触)部分の近傍を接着剤35で固定する方法(図8(LEDモジュールと柱状ガラス体の接着図)参照)がある。
Among them, the direction in which the
そのうち、作業性については前者の方法の方が有利であるが、柱状ガラス体31とLEDモジュール1の透明基板7の間の熱伝導率は後者の方法の方が優れている。したがって、どちらかというと放熱の面から、後者の方が好ましい方法であるといえる。
Among them, the former method is more advantageous in terms of workability, but the latter method is superior in the thermal conductivity between the
一方、フリットガラスを用いる方法は、柱状ガラス体31の先端面31aとLEDモジュール1の透明基板7の間に位置させたフリットガラス36にレーザ光を照射して溶融し、溶融したフリットガラス36により両者を接着するものである(図9(LEDモジュールと柱状ガラス体の接着図)参照)。この接着方法は、ガラス部材同士をガラス部材で接着するために接着信頼性が高く、熱伝導率も良好なため上記樹脂接着剤による接着方法よりも更に好ましい方法である。
On the other hand, in the method using frit glass, the
次に図6に戻って、このようにして、柱状ガラス体31の先端面31a上に接着固定されたLEDモジュール1を、一対のリード線25、26の夫々の折曲部25a、26aで支持固定する。
Next, returning to FIG. 6, the
具体的には、LEDモジュール1の透明基板7の両端に接合されたリード端子9の夫々の延設部12を、一対のリード線25、26の折曲部25a、26aの夫々の先端部にポット溶接(スポット溶接部37)等によって接合固定する。
Specifically, the extending
次に、図10(ガラスバルブ内へのLEDモジュールの収容説明図)にあるように、球状部41と円筒部42を有するガラスバルブ40内に円筒部42の開口部側からフレアステム15を挿入し、LEDモジュール1が球状部41内に収容された状態でガラスバルブ40の円筒部42の開口端部43とフレアステム15のガラスフレア20のフレア部21の開口端部21aを加熱溶融して互いに気密に融着する。
Next, the
その後、排気管30及び排気管30に連通する排気孔23を介してガラスバルブ40内の空気を排気しながら熱伝導率が良好なN2ガスやHeガス等の不活性ガスを導入してガラスバルブ40内を不活性ガスで置換し、不活性ガスによる置換終了後に排気管30をガスバーナー等で加熱溶融して溶融封止する。
Thereafter, an inert gas such as N 2 gas or He gas having good thermal conductivity is introduced while exhausting the air in the
次に、図11(口金の取付け構造の説明図)に示すように、フレアステム15が気密に挿着されたガラスバルブ40を口金50に装着する。
Next, as shown in FIG. 11 (an explanatory diagram of the attachment structure of the base), the
口金50は、金属製で両端開口の略円筒状の本体部51の一端部側が、例えば、紙繊維あるいはガラス繊維が含有されたフェノール系樹脂からなる略平板状の絶縁体52で塞がれており、絶縁体52の中央部には、夫々貫通孔を有する一対のアイレット部53(53a、53b)が設けられている。
The
そして、ガラスバルブ40から導出された一対のリード線25、26の夫々を、口金50の絶縁体52に設けられたアイレット部53a、53bの夫々の貫通孔に挿送させながら口金50の他端部側の開口から本体部51内にガラスバルブ40の円筒部42(図示せず)を挿入し、口金50に接着部材を介してガラスバルブ40を装着(接着固定)する。
The other end of the
その後、アイレット部53aの貫通孔に挿通されたリード線25を該アイレット部53aにレーザ等によりはんだ接合して接点部55(55a)を形成し、同様に、アイレット部53bの貫通孔に挿通されたリード線26を該アイレット部53bにレーザ等によりはんだ接合して接点部55(55b)を形成する。
Thereafter, the
これにより、リード線25と接点部55a、及び、リード線26と接点部55bは電気的に接合され、接点部55a、56bは外部電源からの電力を受電する外部接続電極の機能を有するものとなり、接点部55a、55b間に外部電源から所望の電圧を印加することによりLED素子2を発光(点灯)させることができる。
As a result, the
以上の工程を経て作製されたLED電球70は、図12(LED電球の説明図)に示す構造を有するものとなる。具体的には、製造工程においても説明しているので重複することもあるが、改めて説明すると以下のようになる。
The
熱伝導率が良好なN2ガスやHeガス等の不活性ガスが気密に封入されたガラスバルブ40内に、裾広がりのスカート状に形成したフレア部21を有するガラスフレア20に無垢の柱状ガラス体31が融着されると共に、一対のリード線25、26がその溶融封止部22を気密に貫通してなるフレアステム15が、ガラスフレア20を介して気密に挿着されている。
Solid columnar glass on the
そして、ガラスバルブ40の球状部41内に、柱状ガラス体31の先端面31a上に接着固定されると共に一対のリード線25、26の夫々の折曲部25a、26aで支持固定されてなるLEDモジュール1が気密に収容されている。
Then, the LED formed by being bonded and fixed on the
LEDモジュール1は、ガラス等の透明部材で形成され、一方の面に複数の独立した電極パターン8が略直線状に形成された長細形状の透明基板の互いに隣接する電極パターン8の夫々に架かるようにその上面に、該LED素子2の一対の電極3の夫々3a、3bを位置させた状態でフリップチップ実装されている。
The
フリップチップ実装された夫々のLED素子2は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性樹脂13で樹脂封止されており、それによりLED素子2の保護とLED素子2の発光光の外部取り出し効率の向上が図られている。
Each flip-chip mounted
透明基板7上に実装された複数のLED素子2は、複数の独立した電極パターン8を介して電気的に全て直列に接続されており、リード端子接合用電極パターン8a、8b間に所定の電圧を印加することにより全てのLED素子2を発光(点灯)させることができる。
The plurality of
透明基板7に形成された電極パターン8は、ITOやIZO等の透明金属材料による透明電極パターン、或いはアルミニウム等の金属膜上にニッケル下地層と金メッキ層又は金蒸着層又は金スパッタ層が形成された金属細線による不透明導体パターンからなっている。導体パターンが不透明であっても細線であるため導体パターンが光学特性にほとんど影響を与えることがなく、且つ透明導体パターンに比べて透明基板7に対するダイシェア強度等の信頼性は向上する。
The
複数のLED素子2が実装された透明基板7の両端部にはリード端子接合用電極パターン8a、8bが形成されており、透明電極7の夫々の端部をクリップ型リード端子9のクリップ部11で咥え込んだ状態でリード端子接合用電極パターン8a、8bとクリップ部11をはんだや導電ペースト等の導電接合部材によって接合することにより、リード端子接合用電極パターン8a、8bとリード端子9が電気的に接合されると共に透明基板7とリード端子9が機械的に接合されている(以上、図1〜図3参照)。
Lead terminal
リード端子9は、両端部にクリップ部11が形成されると共に互いのクリップ部11が夫々のクリップ部11から延設された延設部12で繋がった形状を呈してなるリードフレーム10を、その延設部12の適宜な位置で切断して用いられている。
The
ちなみに、クリップ部11は、矩形平板状のバネ材の長手方向の両先端部側に、夫々の先端部側から長手方向に沿って内側に向かい所定の位置で短手方向の側端部に向かう略L字状の切り込みを施し、その切込部を先端部側に折り曲げた挟持片11aを有している(以上、図4参照)。
Incidentally, the
このように、上記構造からなるLEDモジュールは、透明基板上に形成された透明導電パターン上或いは細線不透明導電パターン上に、上面と下面からほぼ均等な光出力を出射する複数のLED素子を実装した。そのため、LEDモジュールは夫々のLED素子からの出射光が該LEDモジュールの全方向に向けて照射されるものとなり、従来の一般的な白熱電球のフィラメントとほぼ近似した配光特性を得ることができる。 As described above, the LED module having the above-described structure has a plurality of LED elements that emit substantially uniform light output from the upper surface and the lower surface mounted on the transparent conductive pattern formed on the transparent substrate or the thin-line opaque conductive pattern. . Therefore, the LED module emits light emitted from each LED element in all directions of the LED module, and can obtain light distribution characteristics that are approximately similar to the filaments of conventional incandescent bulbs. .
その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに上記LEDモジュールを光源として用いることにより、従来の白熱電球の配光特性を確保しつつ、長寿命、低消費電力等のLED素子の特徴を生かしたLED電球を実現することが可能となる。 As a result, by using the LED module as a light source instead of the filament of the conventional incandescent bulb, the light distribution characteristics of the conventional incandescent bulb are secured, and the characteristics of the LED elements such as long life and low power consumption are utilized. An LED bulb can be realized.
そして、図12に戻って、フレアステム15がガラスフレア20を介して気密に挿着されたガラスバルブ40が接着部材を介して口金50に装着され、一対のリード線25、26の夫々の折曲部25a、26aと反対側の先端部25b、26bが口金50に取り付けられた絶縁体52に設けられたアイレット部53a、53bにはんだ接合されて、接点部55a、55bを形成している。
Then, referring back to FIG. 12, the
接点部55a、55bは、外部電源からの電力を受電する外部接続電極の機能を有するものであり、接点部55a、55b間に外部電源から所望の電圧を印加することにより、接点部55a、55bに電気的に接続された一対のリード線25、26を介して透明基板7の電極パターン8上に実装されたLED素子2に通電され、その通電電流によって各LED素子2が発光(点灯)する。
The
このとき、ガラスバルブ40内に挿着されたフレアステム15のLEDモジュール1は、透明基板7上に形成された透明導電パターン或いは細線不透明導電パターンからなる電極パターン8上に、上面と下面からほぼ均等な光出力を出射する複数のLED素子2を実装した。そのため、図13(LED素子の発光光の光線図)にあるように、夫々のLED素子2の発光光のうち上面から出射した光線L1は透光性樹脂13を透過して透明基板7のLED素子実装面7b側の約180°の範囲に放射され、下面から出射した光線はそのほとんどの光線L2がLED素子実装面7bの反対面(裏面)7a側の約180°の範囲に放射されると共に一部がLED素子実装面7bの反対面(裏面)7aで内部反射(全反射)されてその反射光L3が透明基板7の端面7cから該透明基板7の側方に放射される。
At this time, the
このように、上記構造からなるLEDモジュール1は、透明基板7上に形成された透明導電パターン上或いは細線不透明導電パターンからなる電極パターン8上に、上面と下面からほぼ均等な光出力を出射する複数のLED素子2を実装した。そのため、LED素子2が実装された透明基板7は、夫々のLED素子2からの出射光が該透明基板7のほぼ全方向に向けて照射されるものとなり、従来の一般的な白熱電球のフィラメントとほぼ近似した配光特性を形成するものとなる。
As described above, the
その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに、上記フレアステム15の柱状ガラス体31の先端面31a上に接着固定され、且つ一対のリード線25、26の夫々の折曲部25a、26aで支持固定されると共に、透明基板7に複数のLED素子2が実装されてなるLEDモジュール1を光源部として用いることにより、従来の白熱電球の配光特性を確保しつつ、長寿命、低消費電力等のLED素子2の特徴を生かしたLED電球を実現することが可能となる。
As a result, instead of the filament of the conventional incandescent bulb, the
ところで、透明基板7に複数のLED素子2が実装されてなるLEDモジュール1は、フレアステム15と一体化されたものとなっている。そのため、フレアステム15をガラスバルブ40に気密に挿着することにより、ガラスバルブ40内に容易に収容・固定することができる。その結果、LEDモジュール1をガラスバルブ40内に収容・固定するにあたっては特別な作業工程を設ける必要がなく、製造コストのコストアップを抑制することができる。
By the way, the
また、LED素子2は発光すると熱も同時に発生する。その熱は一部がLED素子2が実装された透明基板7の両面からガラスバルブ40内に封入された、熱伝導率が良好なN2ガスやHeガス等の不活性ガスからなる封入ガスに伝達され、透明基板7からの封入ガスの受熱がガラスバルブ40に伝達されてガラスバルブ40を伝導され、ガラスバルブ40の外面から該外面に触れる大気に伝達されて大気中に放散される。
Further, when the
同時に、LED素子からの発熱の一部は、透明基板7及び電極パターン8を伝導されてリード端子9を介してリード線25、26に移動し、該リード線25、26を伝導して該リード線25、26が接続されたアイレット部53a、53bの夫々の接点部55a、55bに移動し、接点部55a、55bに接触した外部機器の電極を介して外部機器からLED電球70外に放熱される。
At the same time, a part of the heat generated from the LED element is conducted through the
更に、LED素子2が実装された透明基板7の下方には、透明基板7の裏面7aに接着固定されて該透明基板7と一体化された無垢の柱状ガラス体31が、フレアステム15のガラスフレア20の溶融封止部22に融着一体化されている。
Further, below the
そのため、LED素子からの発熱の一部は、同時に、LED素子2が実装された透明基板7の直下に位置する柱状ガラス体31を伝導してガラスフレア20に移動し、ガラスフレア20に融着されたガラスバルブ40に移動して該ガラスバルブ40を伝導し、ガラスバルブ40の外面から該外面に触れる大気に伝達されて大気中に放散される。したがって、これによっても有効な放熱効果を発揮することができ、上記封入ガス及びリード線を介した放熱効果に加えて更なる放熱効果を得ることが可能となり、放熱性に優れた長寿命で明るいLED電球を実現することができる。
Therefore, part of the heat generated from the LED element is simultaneously transferred to the
図14は、LEDモジュールを一対のリード線のみで支持固定した従来の構成のLED電球を比較例とし、LEDジュールを一対のリード線で固定支持すると同時に柱状ガラス体の平坦な先端面上にLEDモジュールを載置して固定した本実施形態の構成のLED電球を実施例とし、夫々のLEDモジュールに通電してLED素子を発光(点灯)させたときの、比較例のLED素子のジャンクション温度と実施例のLED素子のジャンクション温度を示したものである。 FIG. 14 shows a comparative example of an LED bulb having a conventional configuration in which an LED module is supported and fixed only by a pair of lead wires. At the same time, an LED module is fixed and supported by a pair of lead wires and at the same time an LED is placed on a flat front end surface of a columnar glass body. The LED bulb of the configuration of the present embodiment in which the module is mounted and fixed is taken as an example, and the junction temperature of the LED element of the comparative example when each LED module is energized to emit (light) the LED element The junction temperature of the LED element of an Example is shown.
この場合、横軸はLED素子の通電電流を表し、縦軸はLED素子のジャンクション温度を示している。LED素子のジャンクション温度の測定は、通電電流を4mA、8mA、12mA、16mA及び20mAに設定して行われた。図14からわかるように、いずれの通電電流においても、比較例よりも実施例の方がジャンクション温度が低く抑えられている。例えば、通電電流がLED素子の定格電流付近の20mAのときの温度差を比較すると、比較例は192℃で実施例は160℃であり、32℃の温度差がある。つまり、LED電球を本発明の構成とすることにより、従来の構成のLED電球に対してLED素子のジャンクションの温度上昇を32℃低く抑えることができる。 In this case, the horizontal axis represents the energization current of the LED element, and the vertical axis represents the junction temperature of the LED element. The measurement of the junction temperature of the LED element was performed by setting the energization current to 4 mA, 8 mA, 12 mA, 16 mA, and 20 mA. As can be seen from FIG. 14, the junction temperature is lower in the example than in the comparative example at any energized current. For example, comparing the temperature difference when the energization current is 20 mA near the rated current of the LED element, the comparative example is 192 ° C., the example is 160 ° C., and there is a temperature difference of 32 ° C. That is, by setting the LED bulb to the configuration of the present invention, the temperature rise of the junction of the LED element can be suppressed to 32 ° C. lower than the LED bulb having the conventional configuration.
図15は、上述の比較例のLED素子のジャンクション温度と実施例のLED素子のジャンクション温度の関係を相対値で表示したものである。 FIG. 15 shows the relationship between the junction temperature of the LED element of the comparative example described above and the junction temperature of the LED element of the example as a relative value.
この場合、横軸はLED素子の通電電流を表し、縦軸はLED素子のジャンクション温度を相対値で示している。LED素子のジャンクション温度は、通電電流を4mA、8mA、12mA、16mA及び20mAに設定して測定された上記測定データを用い、比較例のLED素子に20mA通電したときのジャンクション温度を100%とした時の各LED素子のジャンクション温度を相対値(%)で表したものである。図15からわかるように、いずれの通電電流においても、比較例よりも実施例の方がジャンクション温度の相対値が低く抑えられている(図14より当然の結果である)。例えば、通電電流がLED素子の定格電流付近の20mAのときのLED素子のジャンクション温度の相対値を比較すると、100%と設定されている比較例に対し実施例は83%である。つまり、LED電球を本発明の構成とすることにより、従来の構成のLED電球に対してLED素子の温度上昇を17%低く抑えることができる。 In this case, the horizontal axis represents the energization current of the LED element, and the vertical axis represents the junction temperature of the LED element as a relative value. The junction temperature of the LED element was set to 100% when a current of 20 mA was applied to the LED element of the comparative example using the above measurement data measured by setting the energization current to 4 mA, 8 mA, 12 mA, 16 mA and 20 mA. The junction temperature of each LED element at the time is expressed as a relative value (%). As can be seen from FIG. 15, in any energization current, the relative value of the junction temperature is suppressed lower in the example than in the comparative example (which is a natural result from FIG. 14). For example, when the relative value of the junction temperature of the LED element when the energization current is 20 mA near the rated current of the LED element is compared, the example is 83% compared to the comparative example set to 100%. That is, by setting the LED bulb to the configuration of the present invention, the temperature rise of the LED element can be suppressed by 17% lower than the LED bulb having the conventional configuration.
つまり、LEDモジュールに実装されたLED素子に20mAの電流を通電して発光(点灯)させたときに、LED電球を本発明の構造とすることによりLED素子のジャンクション温度を従来の構成のLED電球に対して32℃(17%)低く抑えることができる。 In other words, when the LED element mounted on the LED module is made to emit light (lights up) by applying a current of 20 mA, the LED bulb has the structure of the present invention, so that the junction temperature of the LED element has the conventional configuration. The temperature can be reduced to 32 ° C. (17%).
この温度差は、LED電球を本発明の構造とすることにより得られたものであり、その結果、優れた放熱効果によって、LED素子の発光効率の低下が抑制されて明るいLED電球が実現すると共に、LED素子の長寿命化が図られてLED電球の信頼性確保に大いに寄与するものである。 This temperature difference is obtained by setting the LED bulb to the structure of the present invention. As a result, due to the excellent heat dissipation effect, a decrease in the luminous efficiency of the LED element is suppressed and a bright LED bulb is realized. As a result, the lifetime of the LED element is extended, which greatly contributes to ensuring the reliability of the LED bulb.
以上のように、本発明のLED電球は、両端部にリード端子が接合されてなると共に該リード端子に電気的に接続された電極パターンが形成されてその電極パターン上にLED素子が実装されてなる透明基板で構成されたLEDモジュールが、その透明基板をガラスフレアに融着された無垢の柱状ガラス体に接着固定されると共にリード端子をガラスフレアに気密に貫通したリード線に接合され、そのガラスフレアをガラスバルブに気密融着することによりLEDモジュールが不活性ガスが封入されたガラスバルブ内に収容保持されるようにした。 As described above, the LED bulb according to the present invention has a lead terminal bonded to both ends, an electrode pattern electrically connected to the lead terminal, and an LED element mounted on the electrode pattern. An LED module composed of a transparent substrate is bonded and fixed to a solid columnar glass body fused to a glass flare and the lead terminal is joined to a lead wire hermetically penetrating the glass flare. The glass flare is hermetically fused to the glass bulb so that the LED module is accommodated and held in the glass bulb filled with an inert gas.
そのため、LEDモジュールは複数のLED素子が実装された透明基板が、夫々のLED素子からの発光光が該透明基板のほぼ全方向に向けて放射されるものとなり、従来の一般的な白熱電球のフィラメントとほぼ近似した配光特性を形成するものとなる。 Therefore, the LED module has a transparent substrate on which a plurality of LED elements are mounted, and light emitted from each LED element is emitted in almost all directions of the transparent substrate. The light distribution characteristic almost similar to that of the filament is formed.
その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに上記LEDモジュールを光源として用いることにより、従来の白熱電球の配光特性を確保しつつ、長寿命、低消費電力等のLED素子の特徴を生かしたLED電球を実現することが可能となる。 As a result, by using the LED module as a light source instead of the filament of the conventional incandescent bulb, the light distribution characteristics of the conventional incandescent bulb are secured, and the characteristics of the LED elements such as long life and low power consumption are utilized. An LED bulb can be realized.
また、LED素子が実装されてなる透明基板に接合されたリード端子に接続されたリード線は、外部電源からの受電した電力の導電線の機能を有すると共にLED素子の点灯時の発熱を伝導してガラスバルブ外に放散する電熱線の機能も有する。同時に、LED素子が実装されてなる透明基板においても、LED素子の点灯時の発熱が、その両面からガラスバルブ内に封入された不活性ガスに伝達されて封入ガスを介して効率良くガラスバルブに伝達され、ガラスバルブを伝導された熱がガラスバルブに触れる大気中に放散される。また、LED素子が実装されてなる透明基板においてはさらに、LED素子の点灯時の発熱が、透明基板の裏面に接着された無垢の柱状ガラス体を伝導されてガラスフレア及びガラスバルブに順次伝導され、ガラスバルブを伝導された熱がガラスバルブに触れる大気中に放散される。 In addition, the lead wire connected to the lead terminal joined to the transparent substrate on which the LED element is mounted has a function of a conductive line of the electric power received from the external power source and conducts heat generated when the LED element is turned on. It also has the function of a heating wire that diffuses outside the glass bulb. At the same time, even in the transparent substrate on which the LED element is mounted, the heat generated when the LED element is lit is transmitted from both sides to the inert gas sealed in the glass bulb, and efficiently converted into the glass bulb via the sealed gas. Heat that is transferred and conducted through the glass bulb is dissipated into the atmosphere that touches the glass bulb. Further, in the transparent substrate on which the LED element is mounted, the heat generated when the LED element is lit is conducted through the solid columnar glass body bonded to the back surface of the transparent substrate and is sequentially conducted to the glass flare and the glass bulb. The heat conducted through the glass bulb is dissipated into the atmosphere that touches the glass bulb.
このように、LEDモジュールを構成する透明基板に実装されたLED素子の発光(点灯)時の発熱は、封入ガス、リード線及び柱状ガラス体の複数の伝熱経路を経て効率良く放熱され、LED素子の発光(点灯)時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。 Thus, the heat generated during light emission (lighting) of the LED element mounted on the transparent substrate constituting the LED module is efficiently dissipated through the plurality of heat transfer paths of the encapsulated gas, the lead wire, and the columnar glass body, and the LED Temperature rise due to self-heating during light emission (lighting) of the element is suppressed, shortening of the light emission lifetime and reduction in light emission efficiency due to temperature rise are suppressed, and high reliability and an appropriate amount of irradiation light can be ensured.
つまり、本発明は、従来の白熱電球よりも低消費電力で、照射光の配光特性等の光学特性が従来の白色電球と同等の性能を有すると共に、LED素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制されて高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができるLED電球を実現するものである。 In other words, the present invention has lower power consumption than conventional incandescent bulbs, optical characteristics such as light distribution characteristics of irradiated light have the same performance as conventional white bulbs, and temperature due to self-heating during light emission of LED elements. An LED bulb that can suppress the increase and shorten the light emission lifetime and the decrease in the light emission efficiency due to the temperature increase to ensure high reliability and an appropriate amount of irradiation light is realized.
なお、透明基板7に形成される電極パターン8のパターン形状は、LED電球の用途、実装されるLED素子2の個数や実装位置、LED素子2の結線方法(直列接続、並列接続、或いは直列接続と並列接続の組み合わせ接続)、印加電圧等に基づいて適宜最適なパターン形状に設定される。
The pattern shape of the
また、LED素子2はフリップチップ実装型に限られるものではなく、ワイヤボンディング型でも使用可能である。その場合、LED素子2のダイボンディングパッド及びボンディングワイヤの接合パッドを適宜最適な形状寸法に設定する必要がある。
Further, the
LED素子2を実装する透明基板7は必ずしもガラス部材で形成されたものに限られるものではなく、例えば、透光性セラミックを平板状にして用いることも可能である。
The
また、口金50と口金50に装着されるガラスバルブ40との間にスペースを設けてその口金50内のスペースにLED素子2を駆動(発光)させる駆動回路部を収容することも考えられる。これにより、LED電球70外に駆動回路部を設ける必要がなくなり、LED電球70の周辺近傍の電気回りを簡素化することができる。
It is also conceivable that a space is provided between the base 50 and the
1… LEDモジュール
2… LED素子(LEDチップ)
3… 電極
3a… アノード電極
3b… カソード電極
4… 発光層
5… 上面
6… 下面
7… LED素子実装用透明基板(透明基板)
7a… 裏面
7b… LED素子実装面
7c… 端面
8… 電極パターン
8a… リード端子接合用電極パターン
8b… リード端子接合用電極パターン
9… リード端子
10… リードフレーム
11… クリップ部
11a… 挟持片
12… 延設部
13… 透光性樹脂
15… フレアステム
20… ガラスフレア
21… フレア部
21a… 開口端部
22… 溶融封止部
23… 排気孔
25… リード線
25a… 折曲部
25b… 先端部
26… リード線
26a… 折曲部
26b… 先端部
30… 排気管
31… 柱状ガラス体
31a… 先端面
35… 樹脂接着剤
36… フリットガラス
37… スポット溶接部
40… ガラスバルブ
41… 球状部
42… 円筒部
43… 開口端部
50… 口金
51… 本体部
52… 絶縁体
53… アイレット部
53a… アイレット部
53b… アイレット部
55… 接点部
55a… 接点部
55b… 接点部
70… LED電球
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Electrode 3a ... Anode electrode 3b ...
7a ... Back surface 7b ... LED element mounting surface 7c ...
Claims (2)
前記透光性バルブの内部に封入された不活性ガスと、
透光性フレアに一対のリード線が貫通すると共に前記透光性フレアに無垢の透光性柱状体が融着されてなるフレアステムと、
板状透光体の両端部にリード端子が接合されてなると共に前記板状透光体上に該リード端子に電気的に接続された電極パターンが形成されてその電極パターン上にLED素子が実装されてなるLEDモジュールと、を備え、
前記リード端子が前記一対のリード線の夫々の一方の端部に接合されると同時に、前記板状透光体が前記透光性柱状体に接着されて、前記LEDモジュールが前記フレアステムに支持固定され、
前記透光性フレアが前記透光性バルブに気密に融着されて、前記フレアステムに支持固定された前記LEDモジュールが前記透光性バルブ内に収容されていることを特徴とするLED電球。 A translucent valve;
An inert gas sealed inside the translucent bulb;
A flare stem in which a pair of lead wires penetrates the translucent flare and a solid translucent columnar body is fused to the translucent flare;
A lead terminal is joined to both ends of the plate-shaped light transmitting body, and an electrode pattern electrically connected to the lead terminal is formed on the plate-shaped light transmitting body, and an LED element is mounted on the electrode pattern. An LED module,
At the same time that the lead terminal is joined to one end of each of the pair of lead wires, the plate-like light-transmitting body is bonded to the light-transmitting columnar body, and the LED module is supported by the flare stem. Fixed,
The LED light bulb, wherein the translucent flare is hermetically fused to the translucent bulb, and the LED module supported and fixed to the flare stem is accommodated in the translucent bulb.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104948953A (en) * | 2015-06-16 | 2015-09-30 | 吴明番 | All-illuminating high-illumination LED bulb and assembly method thereof |
-
2012
- 2012-10-22 JP JP2012233048A patent/JP2014086223A/en active Pending
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CN104948953A (en) * | 2015-06-16 | 2015-09-30 | 吴明番 | All-illuminating high-illumination LED bulb and assembly method thereof |
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