JP2014086224A

JP2014086224A - Ｌｅｄ電球

Info

Publication number: JP2014086224A
Application number: JP2012233051A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Go; 慶典呉
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】発光源となるＬＥＤ素子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。
【解決手段】両端部にリード端子９が接合されてなると共に該リード端子９に電気的に接続された電極パターン８が形成されてその電極パターン８上にＬＥＤ素子２が実装されてなる透明基板７で構成されたＬＥＤモジュール１を、その透明基板７をガラスフレア２０に融着され且つ金属線がコイル状に巻き付けられてなる金属巻線６０が備えられた無垢の柱状ガラス体３１に接着固定すると共にリード端子９をガラスフレア２０に気密に貫通したリード線２５、２６に接合し、そのガラスフレア２０をガラスバルブ４０に気密融着することによりＬＥＤモジュール１を不活性ガスが封入されたガラスバルブ４０内に収容保持されるようにした。
【選択図】図１３

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。

従来、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤ電球には、例えば図１９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。

そして、ＬＥＤ電球１０２は図２０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。

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。）。

また、図２１にあるような構造のＬＥＤランプも開示されている。それは、拡散型配光を有する複数個の発光素子８０が配設されてなる円形基板８１がステム８２にマウントされ、該ステム８２が不活性ガスが封入されたガラスバルブ８３に融着されて発光素子８０が配設されてなる円形基板８１がガラスバルブ８３内に収容されると共に、ステム８２が融着されたガラスバルブ８３が直列安定抵抗８４を内蔵した口金８５に装着されている（特許文献２参照。）。

特開２００９−１７０７５９号公報実公平４−１９８１４号

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ランプにおいては、発光素子８０の点灯時の発熱は主にガラスバルブ８３内に封入された不活性ガスを介して放熱される。

そのため、上記引用文献１のＬＥＤ電球及び引用文献２のＬＥＤランプはいずれ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。

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。

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。

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、前記透光性柱状体にコイル状に巻き付けられた金属線からなる金属巻線と、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。

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、前記金属巻線は、金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記金属巻線は、前記一対のリード線のいずれにも接触も接続もされていないか又は前記一対のリード線のいずれか一方に接触或いは接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記金属巻線は、互いに分離独立した第１の金属巻線と第２の金属巻線からなり、前記第１の金属巻線と前記第２の金属巻線の夫々は前記一対のリード線のうち互いに異なるリード線に接触或いは接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、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。

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且つ金属線がコイル状に巻き付けられてなる金属巻線を備え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。

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。

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、金属巻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。

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。

ＬＥＤ素子の説明図である。ＬＥＤモジュールの上面説明図である。ＬＥＤモジュールの側面説明図である。リード端子の斜視説明図である。本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。同じく、本実施形態のＬＥＤ電球に係わる製造工程の説明図である。本実施形態のＬＥＤ電球の説明図である。本実施形態のＬＥＤ電球の光線図である。実施例と比較例のＬＥＤ素子のジャンクション温度（絶対値）を表したグラフである。実施例と比較例のＬＥＤ素子のジャンクション温度（相対値）を表したグラフである。金属巻線の巻設方法の説明図である。同じく、金属巻線の巻設方法の説明図である。従来例の説明図である。同じく、従来例の説明図である。同じく従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１８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。

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。

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ＬＥＤ素子２外に出射される。

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。

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。

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。

透明基板７上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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

そこで、上述のＬＥＤモジュール１を用いたＬＥＤ電球７０の製造方法について、図５〜図１２を参照して詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、図６（金属巻線の説明図）にあるように、フレアステム１５の柱状ガラス体３１に、例えば銅線等の熱伝導率が高い金属線をコイル状に巻き付ける。この場合、柱状ガラス体３１に金属線をコイル状に巻き付けてなる金属巻線６０は、金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されると共に、リード線２５、２６の夫々の折曲部２５ａ、２６ａに接触しないように巻設される。

次に、図７（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、金属巻線６０が巻設された柱状ガラス体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。

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。

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８（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９（ＬＥＤモジュールと柱状ガラス体の接着図）参照）がある。

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。

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、溶融したリットガラス３６により両者を接着するものである（図１０（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。

次に図７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。

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の夫々の先端部にスポット溶接（スポット溶接部３７）等によって接合固定する。

次に、図１１（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。

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Ｎ_２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。

次に、図１２（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。

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。

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。

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。

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。

以上の工程を経て作製されたＬＥＤ電球７０は、図１３（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。

熱伝導率が良好なＮ_２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。

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。

柱状ガラス体３１は、例えば銅線等の熱伝導率が高い金属線がコイル状に巻き付けられている。この場合、柱状ガラス体３１に金属線をコイル状に巻き付けてなる金属巻線６０は、金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されると共に、リード線２５、２６の夫々の折曲部２５ａ、２６ａに接触しないように巻設される。

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。

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。

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）。

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。

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）。

なお、ＬＥＤモジュールの裏面側に位置する柱状ガラス体には、金属線をコイル状に巻き付けた金属巻線が備えられているが、この金属巻線は金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されているため、ＬＥＤ素子からの出射光はその隙間を通過してＬＥＤ電球外に照射される。

そして、図１３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。

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。

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１４（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。

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。

また、上述したように、ＬＥＤモジュールの裏面側に位置する柱状ガラス体には、金属線をコイル状に巻き付けた金属巻線が備えられているが、この金属巻線は金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されているため、ＬＥＤ素子からの出射光はその隙間を通過してＬＥＤ電球外に照射される。そのため、柱状ガラス体に金属巻線が巻設されていないときのＬＥＤ電球の配光特性とほとんど同等の配光特性を得ることができる。

その結果、従来の白熱電球のフィラメントの代わりに、上記フレアステム１５の、金属巻線が巻設された柱状ガラス体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。

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。

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Ｎ_２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。

同時に、ＬＥＤ素子２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。

また、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。

そのため、ＬＥＤ素子２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。

更に、ＬＥＤモジュール１の裏面側の直下に位置する柱状ガラス体３１には、熱伝導率が高い金属線をコイル状に巻き付けた金属巻線６０が備えられている。そのため、柱状ガラス体３１に移動したＬＥＤ素子からの発熱はその一部が金属巻線６０に移り、金属巻線６０の表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Ｎ_２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。

この場合、特に、柱状ガラス体３１に金属巻線６０を巻設することにより、柱状ガラス体３１のみのときよりも放熱面積が増大し、有効な放熱効果を発揮するものとなる。したがって、上記、不活性ガスからなる封入ガス、リード線及び柱状ガラス体を介した放熱効果に加えて柱状ガラス体に巻設された金属巻線により、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。

図１５は、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構造からなるＬＥＤ電球を比較例とし、比較例のＬＥＤ電球の柱状ガラス体に金属巻線を巻設した本実施形態の構造のＬＥＤ電球を実施例として、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。

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１６０℃で実施例は１４８℃であり、１２℃の温度差がある。つまり、ＬＥＤ電球を本発明の構造とすることにより、従来の構造のＬＥＤ電球に対してＬＥＤ素子のジャンクションの温度上昇を１２℃低く抑えることができる。

図１６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。

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１６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１５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９３％である。つまり、ＬＥＤ電球を本発明の構造とすることにより、従来の構造のＬＥＤ電球に対してＬＥＤ素子の温度上昇を７％低く抑えることができる。

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造のＬＥＤ電球に対して１２℃（７％）低く抑えることができる。

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。

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、金属巻線が粗巻に巻設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。

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、その放射光のうち柱状ガラス体に巻設された金属巻線に遮られるものはごく僅かであるため、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。

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。更に、柱状ガラス体に巻設された金属巻線が柱状ガラス体の熱をガラスバルブ内に封入された封入ガスに伝達して封入ガスを介して効率良くガラスバルブに伝達さし、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。

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、柱状ガラス体及び柱状ガラス体に巻設された金属巻線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。

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。

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。

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。

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。

ところで、柱状ガラス体３１に巻設された金属巻線６０は、上記実施形態においては、リード線２５、２６の夫々の折曲部２５ａ、２６ａに接触しないように巻設されているが（図６参照）、図１７（金属巻線の説明図）にあるように、柱状ガラス体３１に巻設された金属巻線６０の端部をリード線２５、２６の夫々の折曲部２５ａ、２６ａのいずれか（図１７においてはリード線２５の折曲部２５ａ）に接続することも可能である。

これにより、柱状ガラス体３１から金属巻線６０に移った熱はその一部が接曲部２５ａに移動してリード線２５を介して放熱される。そのため、折曲部２５ａ、２６ａに接触しないように巻設された金属巻線６０に対して、巻設の作業性は劣るもののＬＥＤ素子２の発熱に対する放熱性は優れたものとなる。

図１８（金属巻線の説明図）は、更なる放熱性を得る構造としたものであり、柱状ガラス体３１に第１の金属巻線９０ａと第２の金属巻線９０ｂの２つの金属巻線を互いに接触しないように巻設し、第１の金属巻線９０ａと第２の金属巻線９０ｂの夫々の端部を互いに異なる折曲部２５ａ、２６ａに接続したものである。（図１８においては、第１の金属巻線９０ａの端部を折曲部２５ａに接続し、第２の金属巻線９０ｂの端部を折曲部２６ａに接続している）。

これにより、柱状ガラス体３１から第１の金属巻線６０ａに移った熱はその一部が接曲部２５ａに移動してリード線２５を介して放熱され、第２の金属巻線６０ｂに移った熱はその一部が接曲部２６ａに移動してリード線２６を介して放熱される。そのため、折曲部２５ａ、２６ａのいずれかに接続された金属巻線６０（図１７参照）に対して、巻設の作業性は劣るもののＬＥＤ素子２の発熱に対する放熱性は優れたものとなる。

なお、上述のＬＥＤ電球においては、金属巻線は、金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されるとしたが、金属線間に隙間を設けない密巻きに形成することも可能である。その場合は、更なる明るいＬＥＤ電球を実現することができる。

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
６０… 金属巻線
６０ａ… 第１の金属巻線
６０ｂ… 第２の金属巻線
７０… ＬＥＤ電球

Claims

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、
前記透光性柱状体にコイル状に巻き付けられた金属線からなる金属巻線と、
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。
前記金属巻線は、金属線間に所定の隙間を設けた粗巻に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
前記金属巻線は、前記一対のリード線のいずれにも接触も接続もされていないか又は前記一対のリード線のいずれか一方に接触或いは接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ電球。
前記金属巻線は、互いに分離独立した第１の金属巻線と第２の金属巻線からなり、前記第１の金属巻線と前記第２の金属巻線の夫々は前記一対のリード線のうち互いに異なるリード線に接触或いは接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ電球。
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請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ電球。