JP4265506B2 - 発光ダイオード - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードに係り、特に外部回路なしで点滅可能な点滅式の発光ダイオードに関するものである。
発光ダイオード（ＬＥＤ）の応用範囲は広がりを見せており、商店の電飾や街路のイルミネーションにも広く用いられるようになってきた。このような用途においては、ＬＥＤを周期的に点滅させることが時に必要となる。
従来のＬＥＤは、内部的に点滅機能を有しておらず、ＬＥＤの電源供給部に電源を周期的にオン・オフする電子回路を付加してＬＥＤの点滅を行っていた。
例えば、従来のＬＥＤの例は、リードフレームのカップ部に発光チップをフェイスアップしてダイボンドし、シリコーン樹脂注入後、エポキシ樹脂でモールドする等の構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３３５７１９号公報（図１）
しかしながら、商店の電飾や街路のイルミネーションなどの用途では、外部の電源回路に付加する電子回路を用いることなく、自発的に点滅する発光ダイオードの実現が望まれている。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、内部的に点滅機能を有する発光ダイオード、従って外部的に機能を付加する必要なしに自発的に点滅する発光ダイオードを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明者は、発光ダイオードの台座内の給電用の配線の途中にバイメタルを含む接触部を挿入することにより、上述の課題を解決する自発的に点滅する発光ダイオードを実現した。
本発明は、具体的には次のように構成したものである。
請求項１の発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオードチップを台座に積載し、該台座に発光ダイオードチップのｎ電極及びｐ電極へ接続される給電部を設けた発光ダイオードにおいて、前記ｎ電極側あるいはｐ電極側の給電部の一部として、発光ダイオードチップに接続される端と外部電源に接続される端を形成すると共に、その両端間を接続するようにバイメタルを含む接触部を設け、外部電源から上記電極へ通電した際、上記バイメタルの作用により上記発光ダイオードが点滅するように構成し、且つ上記給電部の発光ダイオードチップに接続される端として、上記バイメタルを含む接触部が、上記発光ダイオードチップに接していることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオードにおいて、上記発光ダイオードチップとしてｎ電極及びｐ電極をチップの同じ面上に有する発光ダイオードチップを用い、この発光ダイオードチップを、そのチップの電極を有する面を台座側として台座の凹所内に設置する一方、該台座のチップを設置する面側における肉厚の一部に穴を設け、その穴の内部にバイメタルを含む接触部を配設し、その接触部の先端側が上記発光ダイオードチップの一方の電極と接触するように構成したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、上記発光ダイオードの点滅の時間間隔を調整するための機構を備え、当該機構が、上記バイメタルが加熱されて回路が断たれた際にのみバイメタルに接触し、バイメタルの熱を外部に逃がす放熱用接触部を含み、この放熱用接触部のバイメタルに対する位置を変えることにより、点滅の時間間隔を調整する機構であることを特徴とする。
本発明によれば、発光ダイオードチップを台座に積載し、該台座に発光ダイオードチップのｎ電極及びｐ電極へ接続される給電部を設けた発光ダイオードにおいて、前記ｎ電極側あるいはｐ電極側の給電部の一部として、発光ダイオードチップに接続される端と外部電源に接続される端を形成すると共に、その両端間を接続するようにバイメタルを含む接触部を設け、外部電源から上記電極へ通電した際、上記バイメタルの作用により上記発光ダイオードが点滅するように構成したので、本発明により外部の電源回路に付加する電子回路を用いることなく、自発的に点滅する発光ダイオードを実現することができる。
また本発明の別の特徴によれば、上記発光ダイオードの点滅の時間間隔を調整するための機構、例えばバイメタルの熱を外部に逃がす放熱用接触部のバイメタルに対する位置を変える機構を具備するので、これにより容易に点滅の時間間隔を調整することができる。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
［実施形態１］
図１に本発明による点滅式発光ダイオードの構造の一例を示す。
この発光ダイオードは、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）１０を台座２０の凹部２１内に積載し、該台座にＬＥＤチップ１０のｎ電極１１及びｐ電極１２へ接続される給電部３０、４０を設けた構造を有する。
ＬＥＤチップ１０としては、サファイア基板上に形成したＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用いた。このＬＥＤチップは次のようにして構成した。
すなわち、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、基板１上に、ｎ型クラッド層（ｎ層）２、活性層３、ｐ型クラッド層（ｐ層）４を積層成長したＬＥＤ用エピタキシャルウェハを用い、その表面の一部を、ガスエッチングによりｎ層２が表面に露出するよう削り、エッチング部にｎ電極１１を形成した。また、ガスエッチングされていないウェハ表面にｐ電極１２を形成した。そして、このウェハをチップ状に切り分けた後、ｎ電極１１、ｐ電極１２が形成された面を台座２０と接触するようにして図１に示す如く台座２０に乗せた。
上記台座２０には、ＬＥＤチップ１０を設置する面側における肉厚の一部、この例では凹部２１の底部付近に、側壁を貫通する形で、穴２２が設けてある。この穴２２の内部には、給電部４０を構成するバイメタルを含む接触部（以下、単にバイメタルと称する）４１が横に配設され、そのバイメタル４１の先端が、ＬＥＤチップ１０のｐ電極１２と接触するようになっている。またバイメタル４１の後端は、これに直交方向に垂下するｐ電極棒４２の上端と接続されている。なお、この台座２０とｐ電極１２の間には絶縁体４３を設けて、ｎ電極とｐ電極が電気的に短絡しないようにしてある。
一方、ＬＥＤチップ１０のｎ電極１１は、給電部３０を構成するＩｎバンプ３１を介して台座２０の凹部２１の底面と接触され、台座２０と電気的に接続され、これと一体のｎ電極棒３２から引き出されている。ここでＬＥＤチップ１０を台座２０から電気的に絶縁するため、ＬＥＤチップ１０の底部、つまりｐ電極１２側には、台座２０の凹部底面との間に絶縁体３３が設けられている。
上記構成においては、バイメタル４１の先端が「発光ダイオードチップに接続される端」として機能し、バイメタル４１の後端が「外部電源に接続される端」として機能する。
更に台座２０は、ＬＥＤの点滅の時間間隔（点滅周期）を調整するための点滅間隔調整機構５０を有している。この点滅間隔調整機構５０は、台座２０の下面より上方にバイメタル４０の裏面に向けてねじ込み式に差し込んだ調整棒５１により構成されており、以下のように機能する。
すなわち、バイメタル４１の温度が低い場合には、バイメタル４１はＬＥＤチップ１０と接触しており、調整棒５１には接触していない。通電によりバイメタル４１の温度が上昇すると、バイメタル４１はＬＥＤチップ１０から離れる方向に変形し、電気的接触が断たれる。この際にバイメタル４１は調整棒５１と接触するが、接触によりバイメタル４１の熱が調整棒５１を通じて台座２０外部に放出され、バイメタル４１の温度が徐々に下がる。
調整棒５１先端の放熱用接触部の位置は、図１を例にとると、回転させると、ねじ係合により上下に動かせるようになっており、この調整棒５１先端の放熱用接触部の位置により、バイメタル４１と調整棒５１の接触している時間を変化させることができる。この接触時間を変えることにより、ＬＥＤの点滅の時間間隔を変化できるのである。
調整棒５１には鍔状のストッパー５２が設けてあり、調整棒５１を奥まで押し込んだ場合にも、ＬＥＤチップ１０に力が加わることが無いようにしてある。
図１に示した発光ダイオードから調整棒５１を取り除き、３．６Ｖの電圧を印加したところ、１秒間隔でＬＥＤが点滅した。ＬＥＤ点灯時の電流は１５ｍＡであった。また印加電圧が４Ｖの場合には、１．３秒間隔で点滅し、点灯時の電流は２４ｍＡであった。
次に、ＬＥＤに３．６Ｖの電圧を印加して発光ダイオードを点滅させながら、調整棒５１を取り付け、調整棒５１を徐々に台座２０内に押し込んでいった。その結果、調整棒５１を奥に押し込んでいくと、徐々に発光ダイオードの点滅間隔が短くなっていった。調整棒５１を一番奥まで押し込んだ場合には、点滅の時間間隔は０．３秒であった。
［実施形態２］
図２に本発明による点滅式発光ダイオードの別の構造例を示す。
この実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、ｎ型のＧａＮ基板上に形成したＧａＮ系青色ＬＥＤを用いた。
ここで用いたＬＥＤチップ１０は次のようにして製造した。すなわち、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により成長したＬＥＤ用エピタキシャルウェハのＬＥＤ構造が形成されていない面にｎ電極１１を形成し、ＬＥＤ構造が形成された面上にｐ電極１２を形成した。このエピタキシャルウェハをチップ状に切り分けた後、ｎ電極１１が形成された面を台座２０の凹部２１の底面と接触するようにして図２に示す台座２０に乗せた。
この図２の実施形態に係る台座２０には、その側部に、給電部４０として、絶縁体４３を介してｐ電極棒４２を設けてあり、そのｐ電極棒４２の上端を配線４４を介してｐ電極１２と接続している。
このｐ電極棒４２は、下部片４２ａと上部片４２ｂを上下に離間して配設した構成となっており、その途中にバイメタルを含む接触部（以下、単にバイメタルと称する）４１を配設し、ｐ電極棒４２の下部片４２ａと上部片４２ｂ間をバイメタル４１で電気的に接続する構成となっている。なお、このｐ電極棒４２の上部片４２ｂとＬＥＤチップ１０のｐ電極１２の間が、金線からなる配線４４で接続される。
一方、台座２０とＬＥＤチップ１０のｎ電極１１の間は、給電部として、銀ペースト３４により電気的に接続した。
この構成においては、ｐ電極棒４２の上部片４２ｂが「発光ダイオードチップに接続される端」として機能し、ｐ電極棒４２の下部片４２ａが「外部電源に接続される端」として機能する。
かく構成した図２の発光ダイオードに３．６Ｖの電圧を印加したところ、１．２秒間隔でＬＥＤが点滅した。ＬＥＤ点灯時の電流は２２ｍＡであった。
本発明の第一の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
符号の説明
１０ ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）
１１ ｎ電極
１２ ｐ電極
２０ 台座
２１ 凹部
２２ 穴
３０ 給電部
３１ Ｉｎバンプ
３２ ｎ電極棒
３３ 絶縁体
４０ 給電部
４１ バイメタル（バイメタルを含む接触部）
４２ ｐ電極棒
４３ 絶縁体
４４ 配線
５０ 点滅間隔調整機構
５１ 調整棒
５２ ストッパー

Claims (3)

  1. 発光ダイオードチップを台座に積載し、該台座に発光ダイオードチップのｎ電極及びｐ電極へ接続される給電部を設けた発光ダイオードにおいて、
    前記ｎ電極側あるいはｐ電極側の給電部の一部として、発光ダイオードチップに接続される端と外部電源に接続される端を形成すると共に、その両端間を接続するようにバイメタルを含む接触部を設け、外部電源から上記電極へ通電した際、上記バイメタルの作用により上記発光ダイオードが点滅するように構成し、且つ上記給電部の発光ダイオードチップに接続される端として、上記バイメタルを含む接触部が、上記発光ダイオードチップに接していることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 請求項１記載の発光ダイオードにおいて、
    上記発光ダイオードチップとしてｎ電極及びｐ電極をチップの同じ面上に有する発光ダイオードチップを用い、この発光ダイオードチップを、そのチップの電極を有する面を台座側として台座の凹所内に設置する一方、
    該台座のチップを設置する面側における肉厚の一部に穴を設け、その穴の内部にバイメタルを含む接触部を配設し、その接触部の先端側が上記発光ダイオードチップの一方の電極と接触するように構成したことを特徴とする発光ダイオード。
  3. 請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、
    上記発光ダイオードの点滅の時間間隔を調整するための機構を備え、当該機構が、上記バイメタルが加熱されて回路が断たれた際にのみバイメタルに接触し、バイメタルの熱を外部に逃がす放熱用接触部を含み、この放熱用接触部のバイメタルに対する位置を変えることにより、点滅の時間間隔を調整する機構であることを特徴とする発光ダイオード。
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