JP5266075B2 - 電球形照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、半導体発光素子で発生する熱の放熱効率を高めるとともに、半導体発光素子を点灯制御する電子部品の部品点数を削減できる電球形照明装置を提供することを目的とする。
[第1の実施形態]
<全体構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電球形照明装置1の構成を示す模式断面図であり、同図において、電球形照明装置1の要部を拡大して示している。
シェル部7の周壁には、ネジ溝が形成されており、シェル部7をソケットにねじ込むことにより、電球形照明装置1を取付対象の照明機器に取り付けることができる。
グローブ6には、ガラス材料、例えばソーダライムガラスを使用して作製することができる。また、グローブ6に、透光性を有する合成樹脂材料を使用することもでき、その場合には、発光部4の各LED素子10における発光時の発熱を考慮して耐熱特性に優れたものが良い。これにより、外囲器を構成するグローブ6全体において、発光部4の各LED素子10からの光を取り出すための透光性領域が形成されている。
<詳細構成>
図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る電球形照明装置1の要部である基台3および発光部4の構成を示す模式平面図であり、図2(b)は、図2(a)に示す発光部4を拡大して示している。なお、図1の電球形照明装置1の拡大された要部では、図2(a)のA−A線に沿った断面が示されている。
(基台本体部について)
先ず、発光部4が搭載された基台3の基台本体部3aについて説明する。
各LED素子10は、具体的には青色LEDであり、蛍光体層27は、黄色蛍光体材料を含有するシリコーン樹脂成形体で構成されている。
蛍光体層27は、各LED素子10とともにランド26および基台本体部3aの中央領域21aを覆うような状態で絶縁膜23上に形成されている。
(LED素子の構成)
次に、発光部4の有するLED素子10について詳しく説明する。
基板11は、例えばサファイア、セラミックス等の絶縁材料、または、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)などの高抵抗の半導体材料を用いて作製することができる。
なお、図2(a)および(b)には、各LED素子10の平面が示されており、簡単のため、p型電極16が白丸で、n型電極17が黒丸で示されている。
(素子列の構成)
図2(b)に示すように、発光部4では、27個のLED素子10が直列に接続されてなる4本の素子列R1〜R4が形成されている。各素子列R1〜R4は、直列に隣接するLED素子10のうち一方のLED素子10のp型電極16と他方のLED素子10のn型電極17とがワイヤボンディングによりワイヤWで接続されている。そして、素子列R1では、一方端のLED素子10のp型電極16とランド26とがワイヤボンディングによりワイヤWで接続され、他方端のLED素子10のn型電極17と基台本体部3aとがワイヤボンディングによりワイヤWで接続されている。なお、図2(a)および(b)では、分かり易くするため、基台本体部3aとワイヤWとの接続箇所が二重丸で表されているとともに、符号18で示されている。
また、素子列R3は、素子列R1と同様に、一方端のLED素子10のp型電極16とランド26、および他方端のLED素子10のn型電極17と基台本体部3aが、それぞれワイヤWで接続されている。素子列R4は、素子列R2と同様に、一方端のLED素子10のp型電極16と基台本体部3a、および他方端のLED素子10のn型電極17とランド26が、それぞれワイヤWで接続されている。
<点灯回路>
図4は、電球形照明装置1の回路構成を例示する回路図であり、発光部4および点灯回路5の回路構成が示されている。
詳しく説明すると、各接続パッド24とアイレット部9との間に、定電流ダイオード35と抵抗素子37とが直列に接続されていて、定電流ダイオード35が接続パッド24側に、抵抗素子37がアイレット部9側にそれぞれ配設されている。また、定電流ダイオード35と抵抗素子37との間から分岐された配線にキャパシタ36が接続され、このキャパシタ36は、シェル部7に接続されている。このようにして、素子列R1〜R4毎に、キャパシタ36を並列に接続することにより、素子列R1〜R4に流れる交流電流をそれぞれ平滑化することができる。
このような回路構成を備えた電球形照明装置1では、素子列R1およびR3を構成するLED素子10が、商用交流電源のうちの一方の半サイクルで点灯され、素子列R2およびR4を構成するLED素子10が、商用交流電源のうちの他方の半サイクルで点灯される。
[第2の実施形態]
<全体構成>
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電球形照明装置51の構成を示す模式断面図であり、同図において、電球形照明装置51の要部を拡大して示している。
図1の電球形照明装置1が、複数のLED素子10を有する発光部4を備え、これら複数のLED素子10が金属製の基台3に個々に搭載された構成であるのに対して、図5の電球形照明装置51は、複数のLED素子が実装されたLEDパッケージ54で構成された発光部を備え、このLEDパッケージ54が金属製の基台53に搭載されている点が異なっている。なお、図1に示す電球形照明装置1と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
<詳細構成>
次に、電球形照明装置51の構成について詳しく説明する。
(基台について)
基台53は、有底筒状に形成され、その底部からなる基台本体部53aと、筒部53bとを有し、筒部53b側を先頭にしてシェル部7の開口部に挿通され、シェル部7の開口側端部7bに挟み込まれた状態で、開口側端部7bがかしめられて固定されている。基台53は、例えばAl、Fe、Cuの単体またはこれらを含む合金などを用いて作製することができる。これにより、基台53とシェル部7とが、電気的に接続された構成とされている。
また、基台本体部53aの上面71では、図2に示す基台本体部3aの上面21と同様に、その一部に絶縁膜23が形成されている。
(LEDパッケージの構成)
発光部を構成するLEDパッケージ54は、凹部61aが形成されたキャビティ61と、凹部61aの底部を貫通する状態でキャビティ61に取り付けられた凸状のヒートスラグ(台座部)62と、ヒートスラグ62上に搭載されたサブマウント基板63と、サブマウント基板63上に配置された複数のLEDチップ64と、各LEDチップ64と電気的に接続するリードフレーム65と、各LEDチップ64を内包する蛍光体層66と、凹部61aに封入されたシリコーン樹脂で形成されたレンズ67とを有している。
凹部61aを構成するキャビティ61の内側の面は、反射板の機能を有し、凹部61aの底部側から開口側に向かって、開口部が広がるテーパ状に形成されている。
ヒートスラグ62は、金属材料からなり、例えばAl、Fe、Cuの単体またはこれらを含む合金などを用いて作製することができる。サブマウント基板63は、例えばn型シリコンなどの半導体材料、またはAl、Fe、Cuの単体またはこれらを含む合金などの金属材料を用いて作製することができる。このように、ヒートスラグ62およびサブマウント基板63に熱伝導性および電気伝導性の高い材料を用いることで、各LEDチップ64で発生した熱を、ヒートスラグ62およびサブマウント基板63を介して効率よく基台53に熱伝導させることができる。
蛍光体層66は、蛍光体材料を含有するシリコーン樹脂で形成されている。この蛍光体層66における蛍光体材料の発光色とLEDチップ64の発光色の組合せで、所定の光色を得ることができる。例えば、青色光を発するLEDチップと、緑色光、赤色光を発する2種類の蛍光体材料を組合わせることで、白色光を発する電球形照明装置が得られる。また、このような蛍光体層を使わず、LEDチップだけを用いると単色の電球形照明装置を得ることができる。
(LEDチップの構成)
図6(a)は、LEDパッケージ54の有するLEDチップ64、サブマウント基板63およびヒートスラグ62を示す模式平面図であり、図6(b)は、図6(a)に示すB−B断面図である。
(LED素子の構成)
図7(a)は、LEDチップ64が備える複数のLED素子を説明するための模式平面図である。
LED素子90は、透明基板81と、n型GaN半導体層82と、発光層83と、p型GaN半導体層84とをこの順で備え、さらに、各層82〜84の形成領域を規定するバンク85a,85bと、p型GaN半導体層84上のp型電極86と、n型GaN半導体層82上のn型電極87と、p型電極86およびバンク85a,85bの上に形成された絶縁層88および放熱金属層89とを有している。p形GaN半導体層84との界面におけるp電極86として、高反射金属であるAg,Al,Rh等を使用することができる。バンク及びp型電極を覆う絶縁層には酸化シリコン、又は窒化シリコンを使用できる。放熱金属層には強度確保、金属拡散防止のためW、Ptなどを使用できる。なお、n型GaN半導体層82上では、発光層83とn型電極87とが互いに離間した状態で配設されている。
透明基板81は、サファイア、セラミックなど絶縁材料、窒化ガリウム、炭化珪素などの半導体材料を用いて作製することができる。
バンク85aは、透明基板81上に形成され、バンク85bは、n型GaN半導体層82上における発光層83とn型電極87との間に形成されている。
なお、図7(a)は、図7(b)に示すLEDチップ64のD−D断面とされている。
図8は、LEDチップ64の模式平面図であって、サブマウント基板63上の配線パターン75および金属薄板79に取り付けるLEDチップ64の取付部分の構成を示している。
各配線パターン75a,75bにおいて、3つのLEDチップ64の導通方向を合わせることにより、27個のLED素子90が直列に接続されてなる素子列Q1,Q2が形成されている(図6(a)参照)。しかも、これら素子列Q1,Q2が、互いに逆並列に接続されている。具体的には、例えば、素子列Q1では、配線パターン75aにおけるランド76側に、LEDチップ64aにおけるLED素子90iのp型電極86を接続し、コンタクト77側に、LEDチップ64cにおけるLED素子90aのn型電極87を接続する。一方、素子列Q2では、配線パターン75bにおけるランド76側に、LEDチップ64dにおけるLED素子90aのn型電極87を接続し、コンタクト77側に、LEDチップ64fにおけるLED素子90iのp型電極86を接続する。このようにして、素子列Q1,Q2の導通方向が互いに異なる逆並列の接続にすることができる。
<点灯回路>
図9は、電球形照明装置51の回路構成を例示する回路図であり、LEDパッケージ54およびLEDパッケージ54を点灯制御する点灯回路55の回路構成が示されている。
以上、本発明に係る電球形照明装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られない。
[変形例]
(1)上記実施形態では、金属製の基台が、有底筒状に形成された構成を示したが、基台の形状は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜選択することができる。例えば、有底筒状の筒部に代えて、半円筒状、円弧状または柱状の脚部を備えた基台の構成とすることができる。
このように金属製の部材で構成された基台を用いる限り、上記実施形態で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
(2)上記実施形態では、基台の全体が口金のシェル部の内側に配置された状態で、基台が口金に取り付けられた構成を示したが、基台の少なくとも一部がシェル部の外側に配置された状態となる構成であってもよい。
(3)上記実施形態では、基台が、口金のシェル部に内嵌された構成を示したが、口金のシェル部に外嵌された基台の構成であってもよい。
(4)上記実施形態では、基台が、口金のシェル部に開口側端部に挟み込まれた状態で、開口側端部7bがかしめられて固定された構成を示しているが、基台と口金のシェル部とを半田付けによって固定する構成、または基台と口金のシェル部とをネジもしくピンなどで接合する構成であってもよい。
(5)上記実施形態では、27個のLED素子が直列接続されてなる素子列の構成が示されているが、素子列を構成するLED素子の数は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜選択することができる。また、複数の素子列間において、LED素子の数が異なる構成であってもよい。
(6)上記実施形態では、2本または4本の素子列の構成が示されているが、素子列の数は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜選択することができる。また、素子列の数が奇数となる構成であってもよい。
(7)上記実施形態では、半導体発光素子の一例としてLED素子を備えた発光部の構成が示されているが、有機EL(ElectroLuminescence)を備えた発光部の構成であってもよい。
(8)上記実施形態では、定電流ダイオードと、キャパシタと、抵抗素子とを備えた点灯回路の構成を示したが、点灯回路の構成は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜変更することができる。例えば、電球型照明装置の調光レベルを調節するための電子部品を取り付けた構成とすることができる。
(9)上記実施形態では、(西洋なし)形(A形)の形状を有するグローブの構成を示したが、グローブの形状は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜変更することができる。
(10)上記実施形態では、外囲器が透光性のグローブからなり、外囲器全体に、LED素子からの光を取り出すための透光性領域が形成された構成を示したが、外囲器の透光性領域は、電球型照明装置の仕様または用途に合わせて適宜変更することができる。
(11)上記実施形態に係る電球型照明装置が、さらに、配光を調整するために、LED素子から出射された光を所定の方向に導く導光部材と、導光部材によって導かれた光を出射させる光出射部材とを備えた構成としてもよい。具体的には、例えば、図11に示すように、電球形照明装置111が、発光部114を覆うような状態で基台113に立設された透明材料からなる導光部材115と、この導光部材115の頂部に設けられ光出射部材116とを備え、この導光部材115によって発光部114から出射された光の少なくとも一部を光出射部材116に導く構成とされている。そして、この光出射部材116に導かれた光を、光出射部材116から全方位または所定の方向に出射させることができるものである。
(12)上記実施例において、異なる発光色のLEDチップを組合わせてもよい。例えば、青色LEDチップと赤色LEDチップからなる素子列に緑色蛍光体を組合わせることで、好ましい演色を得ることが可能となる。また、蛍光体を使わず、青色LEDチップ、緑色LEDチップ、赤色LEDチップからなる素子列とすることで、白色光を得ることができる。素子列ごとに異なる発光色のLEDチップとしてもよい。
2 口金
3 基台
3a 基台本体部
3b 筒部
4 発光部
5 点灯回路
6 グローブ(外囲器)
7 シェル部
7a 貫通孔
7b 開口側端部
8 絶縁部
9 アイレット部
10 LED素子
11 基板
12 n型GaN半導体層
13 発光層
14 p型GaN半導体層
15 透明電極
16 p型電極
17 n型電極
18 接続部
21 上面
21a 中央領域
21b 外周縁領域
22 貫通孔
23 絶縁膜
24 接続パッド
25 配線パターン
26 ランド
27 蛍光体層
31 回路基板
32 リード線
33 リード線
34 取付台
35 定電流ダイオード
36 キャパシタ
37 抵抗素子
40 商用交流電源
51 電球形照明装置
53 基台
53a 基台本体部
53b 筒部
54 LEDパッケージ(発光部)
55 点灯回路
61 キャビティ
61a 凹部
62 ヒートスラグ(台座部)
63 サブマウント基板
64 LEDチップ
65 リードフレーム
66 蛍光体層
67 レンズ
71 上面
72 高台
73 絶縁膜
74 接続パッド
75 配線パターン
76 ランド
77 コンタクト
78 反射金属層
79 金属薄板
80 バンプ
81 透明基板
82 n型GaN半導体層
83 発光層
84 p型GaN半導体層
85a,85b バンク
86 p型電極
87 n型電極
88 絶縁層
89 放熱金属層
90 LED素子
101 電球形照明装置
103 基台
103a 有底筒状部材
103b 延長部材
104 発光部
106 ケース
107 外囲器
108 反射鏡
109 レンズ
111 電球形照明装置
113 基台
114 発光部
115 導光部材
116 光出射部材
Claims (13)
- 複数の半導体発光素子が直列接続されてなる第1および第2の発光素子列を有する発光部と、
前記発光部が搭載された金属製の基台と、
前記基台の発光部搭載側と反対側に設けられた、シェル部およびアイレット部を有する口金とを備え、
前記基台が、前記シェル部の開口側端部に当接された状態で、前記口金に取り付けられ、
当該基台には、その厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、かつ前記発光部搭載側の面の、前記発光部が搭載された部分と前記貫通孔の開口部分との間の領域に絶縁膜が形成されその上に導体パターンが配設されており、
前記アイレット部に電気的に接続されたリード線の他端が、前記基台の貫通孔から発光部搭載側に引き出されて前記導体パターンに接続され、
前記第1および第2の発光素子列が、互いに逆並列に接続され、各発光素子列の接続端のうち一方の接続端が前記導体パターンに電気的に接続され、他方の接続端が前記シェル部に電気的に接続されている
ことを特徴とする電球形照明装置。 - 前記基台の発光部搭載側の面が、中央領域と、外縁領域と、その間の中間領域とを有し、当該中央領域に前記発光部が搭載され、前記中間領域に、前記貫通孔および絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。
- 逆並列に接続された前記第1および第2の発光素子列の前記他方の接続端は、前記基台に直付けされ、前記基台を介して前記シェル部に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。 - 前記基台が、有底筒状に形成されており、
その底部分の外側の面に、前記発光部が搭載され、
筒状部分の外径が、前記シェル部の開口側端部の内径と同等の大きさであり、
前記基台の少なくとも一部が、前記筒状部分の開口側から前記シェル部の開口に挿入されて、前記シェル部に嵌め込まれている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。 - 前記基台は、前記シェル部の開口に嵌め込まれた状態で、当該シェル部の開口端部にかしめ固定されていることを特徴とする請求項4に記載の電球形照明装置。
- 前記電球形照明装置は、さらに、前記第1および第2の各発光素子列に直列に接続されて、所定の値以上の電流が供給されるのを制限する定電流素子を有し、
前記定電流素子が、前記基台と口金とで形成される内部空間に収容されている
ことを特徴とする請求項4に記載の電球形照明装置。 - 前記第1および第2の発光素子列における半導体発光素子の数は、当該発光素子列毎に含まれる半導体発光素子の各定格電圧および前記定電流素子による電圧降下値との合算値と、前記シェル部と前記アイレット部との間に供給される電圧値とが同等となるように設定されている
ことを特徴とする請求項6に記載の電球形照明装置。 - 前記電球形照明装置は、さらに、前記口金に、透光性領域を有する外囲器が取付けられ、
前記外囲器と口金とで形成される内部空間に、前記発光部および基台が収容されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。 - 前記第1および第2の発光素子列の各半導体発光素子における前記基台への搭載部分が、絶縁材料または高抵抗材料からなり、
前記第1および第2の発光素子列は、それぞれに含まれている複数の半導体発光素子間に金属線が順次架け渡されていることにより電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。 - 前記発光部、さらに前記第1および第2の発光素子列を搭載する導電性のサブマウント基板と、このサブマウント基板を搭載する金属製の台座部と、前記各発光素子列と前記アイレット部とを電気的に接続するリード端子とを有し、
前記第1および第2の発光素子列毎に、前記一方の接続端が、前記リード端子を介して前記アイレット部に電気的に接続され、前記他方の接続端が、前記サブマウント基板および前記台座部を介して前記基台に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。 - 前記サブマウント基板の上面に、絶縁膜が形成されているとともに、この絶縁膜を貫通する導電材料からなるコンタクトが形成され、
前記絶縁膜上には、前記第1および第2の各発光素子列を構成する前記複数の半導体発光素子を電気的に直列接続する配線パターンが形成されていて、
各配線パターン上に、前記複数の半導体発光素子が実装されて前記第1および第2の発光素子列が構成され、
前記配線パターン毎に、当該配線パターンの一方端と前記リード端子とが接続され、他方端と前記コンタクトとが接続されている
ことを特徴とする請求項10に記載の電球形照明装置。 - 前記サブマウント基板が、半導体材料または金属材料で形成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の電球形照明装置。 - 前記基台が、アルミニウム、鉄、銅の単体またはこれらを含む合金で形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電球形照明装置。
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