JP3754445B2

JP3754445B2 - 発光ダイオードランプ

Info

Publication number: JP3754445B2
Application number: JP2004373134A
Authority: JP
Inventors: 方紀道盛; 英二笹野
Original assignee: Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JP2005101661A

Description

本発明は発光ダイオードランプに関する。

従来、複数の発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプが例えば特許文献１にて、図７の断面図と図８の平面図の様に示されている。これらの図に於て、キャン７１の載置面上に２個の絶縁台７２が載置され、その上に導電性接着剤を介してそれぞれ青色発光ダイオード７３が載置されている。赤色発光ダイオード７４と緑色発光ダイオード７５がキャン７１上に載置されている。各絶縁台７２と各発光ダイオード７３、７４、７５とキャン７１と端子７６乃至８０に於て配線が施こされている。
特開平４−１３７５６９号公報

しかして上述のランプでは、各発光ダイオード７３、７４、７５の発光接合面の高さを同一にするために、２個の絶縁台７２が設けられているが、２個を別々に固定するので作業時間がかかる。また青色発光ダイオード７３を絶縁台７２上に固定するのに、手作業で行っているので作業時間がかかると共に、青色発光ダイオード７３が位置ずれし易い課題がある。また上述のランプに於て白色光を得るために３原色混合方式により、赤色及び緑色及び青色発光ダイオードを合計３個以上必要とする。故に発光ダイオードの数が多く、端子も配線の数も多いのでコスト高になると共に消費電力が大きいという課題がある。また、サファイヤ基板を用いる青色発光ダイオードのように、一方の面に陽極と陰極の電極を有する発光ダイオードを使用し、その電極を上面に配置した場合に、電極によって遮光が発生するという課題がある。

本発明の発光ダイオードランプは、載置部と反射部からなるカップ状部分を有する第１のリードと、前記反射部の外側に位置する第２のリードと、一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有して前記載置部に載置される発光ダイオードとを備える発光ダイオードランプにおいて、表面に一対の電極パターンを有する絶縁台の上に前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして配置し、前記絶縁台を前記載置部に配置し、前記発光ダイオードの各電極と前記各リード間は、前記絶縁台上の一対の導電パターンと金属細線を介して接続され、前記絶縁台上の一対の導電パターンの各々に前記発光ダイオードの載置場所を認識するための切欠きを形成していることを特徴とする。

本発明の発光ダイオードランプは、一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有した発光ダイオードと、表面に一対の電極パターンを有する絶縁台とを備え、前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして前記絶縁台上に配置した発光ダイオードランプであって、前記発光ダイオードと前記絶縁台を平面視したときに、前記絶縁台上の一対の導電パターンが前記発光ダイオードの周囲を囲むとともに、前記絶縁台上の一対の導電パターンの各々に前記発光ダイオードの載置場所を認識するための切欠きを形成していることを特徴とする。

上記の構成によれば、一方の面に両電極を有する発光ダイオードを２つのリードに接続するに当たり、一方のリードに形成したカップ形状部に絶縁台を介在して配置することができるので、２つのリードにまたがって発光ダイオードを配置する場合に比べて、組立作業性を良好にすることができる。また、発光ダイオードの両電極が下側を向くので、上側を向く場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止し、載置部と反射部からなるカップ状部分による反射効果も加わって、光り取り出し効率を高めることができる。

本発明によれば、表面に電極パターンを有する絶縁台の上に発光ダイオードをその両電極が下を向く様にしてフリップ配置することによって光り取り出し効率を高めることができると同時に、自動機により発光ダイオードを絶縁台上に載置する際に載置場所を認識し易くし、正確な載置位置を確保することができる。

以下に発光ダイオードランプの第１実施例を図１と図２に従い説明する。図１は本実施例に係る発光ダイオードランプの断面図であり、図２はそのランプの平面図である。これらの図に於て、リード１（第１のリード）は鉄板等の金属板からなり、端部２と載置部３と反射部４からできている。端部２と載置部３によってリード１の先端にカップ形状が形成されることになる。

絶縁台５は例えば１０¹¹cm^-3程度の低濃度不純物を含むシリコンからなり、平面から見れば長方形であり、側面から見れば階段状に高さが異なる様に形成されている。絶縁台５の表面には導電パターン６、７が形成され、電気的に分離している。導電パターン６、７には各々、切欠き８、９があり、部分的に電極が除かれている。これは自動機により発光ダイオードを絶縁台５上に載置する時に、載置場所を認識し易くすると共に、正確な載置位置を確保するためである。絶縁台５はリード１の載置部３の上に導電性接着剤１０を介して載置されている。

青色発光ダイオード１１は窒素を添加された炭化硅素（ＳｉＣ）からなるＮ型基板１２（層厚約１００μm）上に、窒素とアルミニウムを添加された炭化硅素からなるＮ型エピタキシャル層１３（層厚約９μm）及びアルミニウムを添加された炭化硅素からなるＰ型エピタキシャル層１４（層厚約５μm）が形成され、表面電極１５と裏面電極１６が形成されたものである。

上述の様にＮ型エピタキシャル層１３とＰ型エピタキシャル層１４により形成される発光接合面は裏面電極１６に近い側に設けられている。これは発光接合面と表面電極１５との距離を遠ざけることにより、放出光が表面電極１５に遮ぎられることを少なくし、光取出効率を向上させるためである。青色発光ダイオード１１は絶縁台５の導電パターン６上に半田１７を介して載置されている。

黄色発光ダイオード１８は燐化ガリウム（ＧａＰ）からなるＮ型基板１９（層厚約２８０μm）上に、テルルが添加されたＧａＡｓ_XＰ_1-X（ｘはＮ型基板１９から遠ざかるに従い、徐々に０から０．１５に変化する）からなるＮ型勾配層２０（層厚約３０μm）及びテルルが添加されたＧａＡｓ_0.15Ｐ_0.85からなるＮ型エピタキシャル層２１（層厚約１５μm）及び窒素とテルルが添加されたＧａＡｓ_0.15Ｐ_0.85からなるＮ型エピタキシャル層２２（層厚約１５μm）及び亜鉛が添加されたＧａＡｓ_0.15Ｐ_0.85からなるＰ型エピタキシャル層２３（層厚約５μm）が形成され、表面電極２４と裏面電極２５が形成されたものである。

そして黄色発光ダイオード１８のＮ型エピタキシャル層２２とＰ型エピタキシャル層２３により形成された発光接合面と青色発光ダイオード１１の発光接合面の高さが略同じになる様に、絶縁台５の段差の大きさが決められている。

他のリード２６（第２のリード）と２７（第３のリード）は鉄板等の金属板からなり、リード１の反射部４の外側に位置して設けられている。金属細線２８、２９、３０、３１はそれぞれ他のリード２６と青色発光ダイオード１１との間、及びリード１と導電パターン６との間、及びパターン電極６と黄色発光ダイオード１８との間、及び導電パターン７と他のリード２７との間に施こされている。透光性樹脂３２は例えば光拡散剤が混入されたエポキシ樹脂からなり、少なくとも青色及び黄色発光ダイオード１１と１８を覆う様に形成されている。これらの部品により本実施例の発光ダイオードランプ３３が構成されている。

上述の様に青色及び黄色発光ダイオード１１、１８はアノードコモンにしているので、リード１には陽極電圧が、他のリード２６と２７には陰極電圧が印加される。

次に本実施例の発光ダイオードランプによる発光色を図６の色度図に従って説明する。横軸と縦軸はそれぞれＣＩＥ（国際照明委員会）１９３１色度図に於けるｘ座標とｙ座標である。青色発光ダイオード１１を単独に点灯させた時の発光色を視感色彩計により実測したものが、この図に於てａで示されている。黄色発光ダイオード１８を単独に点灯させた時の発光色を実測したものがｂで示されている。そして両発光ダイオード１１、１８を同時に点灯した時の発光色がｃで示されており、そのｘ座標は０．３、ｙ座標は０．３１である。上述のＣＩＥ１９３１色度図に於て、ｄで示された範囲内（中心値のｘ座標は０．３３、ｙ座標は０．３３）が白色とされている。故に実測値ｃは白色の範囲内である。

更に、各発光ダイオードの材質が第１実施例と異なる発光ダイオードランプの第２実施例を図３と図４に従い説明する。図３は本実施例の発光ダイオードランプの断面図であり、図４はその平面図である。これらの図に於て、絶縁台３４は例えば低濃度不純物を含むシリコンからなり、階段状に高さが異なり、その表面には導電パターン３５、３６が形成され、電気的に分離している。導電パターン３５には切欠き３７が、導電パターン３６には切欠き３８、３９が形成され、自動機が認識し易い様にされている。絶縁台３４は載置部３上に導電性接着剤１０を介して載置されている。導電性接着剤１０を介してリード１の載置部３の上に載置されているので、絶縁台５の裏面をリード１と同電位に保持することができる。したがって、絶縁台５の表面等を伝わって流れるリーク電流等を、リード１に導くこともできる。

青色発光ダイオード４０はサファイア基板４１上に、窒化アルミニウムからなるバッファー層４２及びＮ+型窒化ガリウム層４３及びＮ型窒化ガリウム層４４及び低濃度の不純物が添加された窒化ガリウム層４５からなり、その窒化ガリウム層４５と接触する陽極電極４６及びＮ+型窒化ガリウム層４３と接触する陰極電極４７からできている。この陽極電極４６及び陰極電極４７はそれぞれ絶縁基台３４の導電パターン３５と３６上に導電性接着剤を介して載置されている。

黄色発光ダイオード４８はＮ型砒化ガリウム基板４９上に、シリコンが添加されたＮ型ＩｎＧａＡｌＰからなるＮ型クラッド層５０及びＩｎＧａＡｌＰからなる活性層５１及び低濃度の亜鉛が添加されたＰ型ＩｎＧａＡｌＰからなるＰ型クラッド層５２及び高濃度の亜鉛が添加されたＰ型ＧａＡｌＡｓからなるＰ電流拡散層５３と表面電極５４と裏面電極５５から構成されている。

そして上述の青色発光ダイオード４０のＮ型窒化ガリウム層４４と窒化ガリウム層４５により形成された発光接合面が黄色発光ダイオード４８の活性層５１と略同一の高さになる様に、絶縁台３４の段差の大きさが決められている。金属細線５６、５７、５８が配線されている。これらの図と図１及び図２に於て、同一番号のものは同一であることを示す。

次に本実施例の発光ダイオードランプによる発光色を図６にて説明する。青色発光ダイオード４０と黄色発光ダイオード４８を単独に点灯させた時の発光色を実測したものが、それぞれｅとｆで示されている。そしてこれらを同時に点灯した時の発光色はｄで示された白色の範囲内にある。

更に青色発光ダイオードの材質が第１実施例と異なる発光ダイオードランプの第３実施例を図５の断面図にて説明する。この図に於て、絶縁台５９は例えば低濃度不純物を含むシリコンからなり、階段状に高さが異なり、その表面には導電パターン６０が連続して形成されている。絶縁台５９は載置部３上に導電性接着剤１０を介して載置されている。

青色発光ダイオード６１は層厚約２５０μmのＮ型セレン亜鉛（ＺｎＳｅ）からなる基板６２及び塩素が添加されたＮ型セレン化亜鉛からなるＮ型エピタキシャル層６３（層厚約５μm）及びリチウＭが添加されたＰ型セレン化亜鉛からなるＰ型エピタキシャル層６４（層厚約１μm）及び表面電極６５及び裏面電極６６から構成されている。青色発光ダイオード６１は載置部３上に導電性接着剤を介して載置されている。

第１実施例と同一材質からなる黄色発光ダイオード１８は載置部３上に導電性接着剤を介して載置されている。この図と図１及び図２に於て、同一番号のものは同一であることを示す。そして上述の青色発光ダイオード６１の発光接合面が黄色発光ダイオード１８の発光接合面と略同一の高さになる様に、絶縁台５９の段差の大きさが決められている。また両発光ダイオードはカソードコモンに配線されている。

次にこの発光ダイオードランプの発光色を図６により説明する。青色発光ダイオード６１と黄色発光ダイオード１８を単独に点灯させた時の発光色を実測したものが、それぞれｇとｂで示されている。これらを同時に点灯した時の発光色はｄで示された白色の範囲内にある。

上述の様に、１つの絶縁台の導電パターン上に複数の発光ダイオードを載置するので、従来の様に各々の絶縁台を固定する方式と比べて作業時間が早くなる。更に導電パターンに切欠きを設けることにより、自動機により載置場所を認識し易くなり、正確な位置に発光ダイオードを載置できる。

また、各発光ダイオードが載置される絶縁台の高さを階段状に変えることにより、発光色の異なる複数の発光ダイオードの発光接合面を略同一の高さに設けることができる。故に各発光ダイオードから放出される光は発光源の近くで混ざり合うので、互いの光が良く混ざり合うことができる。

更に望ましくは、炭化硅素又はセレン化亜鉛又は窒化ガリウムからなる青色発光ダイオードと、燐化ガリウム砒素又は燐化ガリウムアルミニウムインジウムからなる黄色発光ダイオードを設け両方を点灯することにより、青色光と黄色光が混合され白色光が得られる。故に３原色混合方式に比べて発光ダイオードの数と端子数と配線数が減りコスト安になり、消費電力も従来より少ない。

ところで、上述した第２の実施例には、以下の点も実質的に記載されている。

絶縁台３４は、低濃度不純物を含むシリコンからなるので、導電パターン形成や加工性に優れ、その取り扱いが容易になる点。発光ダイオード４０は一方の面に陽極電極４６と陰極電極４７の両電極を有した窒化ガリウム系の発光ダイオードによってできている。発光ダイオード４０は、陽極電極４６と陰極電極４７の両電極が下側を向く様にして絶縁基台３４上に配置されている。陽極電極４６と陰極電極４７の両電極が下側を向くので、上に出る光がこれらの電極による遮光されることを防止することができる。陽極電極４６と陰極電極４７の種類を選択することによって、これらを反射電極として利用可能な構造とすることができる。

図４に示されるように、絶縁基台３４の面積が発光ダイオード４０の面積よりも広いので、発光ダイオード４０に近い絶縁基台３４やその上の導電パターン３５，３６を発光ダイオード４０の光反射に利用可能な構造とすることができる。また、載置部３の面積が絶縁基台３４の面積よりも広いので、載置部３を発光ダイオード４０の光反射に利用可能な構造とすることができる。さらに、発光ダイオード４０（４８）は、その周囲が反射部４によって囲まれるので、その光取り出し効率をより高める構造とすることができる。

したがって、上記実施例には以下の点が記載されている。

複数の色を混色して白色光を得るようにした発光ダイオードランプの点。青色発光ダイオードと黄色発光ダイオードが発する青色光と黄色光を混色して白色光を得るようにする点。青色発光ダイオードは、一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有し、前記両電極が前記青色発光ダイオードの下側に位置する導電パターンと対面するように前記両電極を下に向けて配置した点。このような構成によれば、青色と黄色の２色で白色が得られるので、３原色混合式に比べて発光ダイオード数を削減することができる点。青色発光ダイオードは、その両電極が下側を向くので、上側に向いている場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止して光り取り出し効率を高めることができる点。

先端に載置部と反射部からなるカップ状部分を有する第１のリードを有する点。反射部の外側に位置する第２のリードを有する点。一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有して前記載置部に載置される発光ダイオードとを備える発光ダイオードランプ。表面に電極パターンを有する絶縁台の上に前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして配置した点。前記絶縁台を前記載置部に配置し、前記発光ダイオードの電極と前記リードは、前記絶縁台上の導電パターンを介して接続されている点。このような構成によれば、一方の面に両電極を有する発光ダイオードを２つのリードに接続するに当たり、一方のリードに形成したカップ形状部に絶縁台を介在して配置することができるので、２つのリードにまたがって発光ダイオードを配置する場合に比べて、組立作業性を良好にすることができる点。また、発光ダイオードの両電極が下側を向くので、上側を向く場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止し、載置部と反射部からなるカップ状部分による反射効果も加わって、光り取り出し効率を高めることができる点。

一方の面に陽極電極と陰極電極を有する発光ダイオードの点。陽極電極と陰極電極にそれぞれ接続される２つのリードを有する点。前記発光ダイオードを覆う透光性樹脂とを備えた発光ダイオードランプの点。前記２つのリードの一方を、先端に載置部と反射部からなるカップ状部分を有するリードとする点。表面に導電パターンを有する絶縁台を前記載置部の上に固定する点。前記発光ダイオードをその両電極が下側を向く様にして前記載置台に載置する点。前記反射部が前記発光ダイオードの周囲を囲む点。このような構成によれば、一方の面に両電極を有する発光ダイオードを２つのリードに接続するに当たり、一方のリードに形成したカップ形状部に絶縁台を介在して配置することができるので、２つのリードにまたがって発光ダイオードを配置する場合に比べて、組立作業性を良好にすることができる点。発光ダイオードの両電極が下側を向くので、上側を向く場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止し、載置部と反射部からなるカップ状部分による反射効果も加わって、光り取り出し効率を高めることができる点。

一方の面に陽極電極と陰極電極を有する発光ダイオードの点、陽極電極と陰極電極にそれぞれ接続される２つのリードを有する点。前記発光ダイオードを覆う透光性樹脂とを備えた発光ダイオードランプの点。前記発光ダイオードをその電極が下側を向く様にして絶縁台上に配置した点。記絶縁台を前記リードの先端に形成した載置部上に配置した点。前記絶縁台は表面に導電パターンを有するとともに前記発光ダイオードよりも広い面積とした点。前記載置部は前記絶縁台よりも広い面積とした点。このような構成によれば、一方の面に両電極を有する発光ダイオードを２つのリードに接続するに当たり、一方のリードに形成したカップ形状部に絶縁台を介在して配置することができるので、２つのリードにまたがって発光ダイオードを配置する場合に比べて、組立作業性を良好にすることができる点。発光ダイオードの両電極が下側を向くので、上側を向く場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止し光り取り出し効率を高めることができる点。また、前記絶縁台は表面に導電パターンを有するとともに前記発光ダイオードよりも広い面積としたので、絶縁台やその表面の導電パターンに光反射機能を持たせることができる点。載置部は絶縁台よりも広い面積としたので、載置部にも光反射機能を持たせることができる点。

一方の面に陽極電極と陰極電極を有する発光ダイオードの点。陽極電極と陰極電極にそれぞれ接続される２つのリードを有する点。前記発光ダイオードを覆う透光性樹脂とを備えた発光ダイオードランプの点。表面に導電パターンを有する絶縁台上に前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして配置した点。前記絶縁台を前記一方のリード上に導電性接着剤を介して載置した点。このような構成によれば、発光ダイオードの両電極が下側を向くので、上側を向く場合に比べて、電極やそれに接続する配線による遮光を防止し、光り取り出し効率を高めることができる点。絶縁台を一方のリード上に導電性接着剤を介して載置したので、絶縁台の裏面をリードと同電位に保つことができる点。絶縁台に発生する電荷や表面を伝わって流れる電流の経路を確保することができる点。

発光ダイオードランプとして利用することができる。

発光ダイオードランプの第１実施例に係る断面図である。発光ダイオードランプの第１実施例に係る平面図である。発光ダイオードランプの第２実施例（本発明の実施例）に係る断面図である。発光ダイオードランプの第２実施例（本発明の実施例）に係る平面図である。発光ダイオードランプの第３実施例に係る断面図である。発光ダイオードランプの第１及び第２及び第３実施例に係る発光色の色度図である。従来の発光ダイオードランプの断面図である。従来の発光ダイオードランプの平面図である。

符号の説明

１リード
５、３４、５９絶縁台
６、７、３５、３６導電パターン
１１、４０、５９青色発光ダイオード
１８、４８黄色発光ダイオード
３２透光性樹脂

Claims

載置部と反射部からなるカップ状部分を有する第１のリードと、前記反射部の外側に位置する第２のリードと、一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有して前記載置部に載置される発光ダイオードとを備える発光ダイオードランプにおいて、表面に一対の電極パターンを有する絶縁台の上に前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして配置し、前記絶縁台を前記載置部に配置し、前記発光ダイオードの各電極と前記各リード間は、前記絶縁台上の一対の導電パターンと金属細線を介して接続され、前記絶縁台上の一対の導電パターンの各々に前記発光ダイオードの載置場所を認識するための切欠きを形成していることを特徴とする発光ダイオードランプ。
一方の面に陽極と陰極の両方の電極を有した発光ダイオードと、表面に一対の電極パターンを有する絶縁台とを備え、前記発光ダイオードをその両電極が下を向く様にして前記絶縁台上に配置した発光ダイオードランプであって、前記発光ダイオードと前記絶縁台を平面視したときに、前記絶縁台上の一対の導電パターンが前記発光ダイオードの周囲を囲むとともに、前記絶縁台上の一対の導電パターンの各々に前記発光ダイオードの載置場所を認識するための切欠きを形成していることを特徴とする発光ダイオードランプ。