JP5417556B1 - 電球形ランプ及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

電球形ランプ(1)は、グローブ(10)と、LEDモジュール(20a及び20b)と、支柱(40)とを備え、LEDモジュール(20a)は、基板(21)の表面上に設けられたLED(22)の素子列と、LED(22)の素子列を覆うように設けられ、LED(22)の素子列が発する光の波長を変換する封止部材(23)とを有し、LEDモジュール(20b)は、基板(21)の裏面上に設けられたLED(32)の素子列と、LED(32)の素子列を覆うよう設けられ、LED(32)の素子列が発する光の波長を変換する封止部材(33)とを有し、LED(22)は、基板(21)を挟んで封止部材(33)と対向するように配置され、LED(32)は、基板(21)を挟んで封止部材(23)と対向するように配置されている。

Description

本発明は、電球形ランプ及び照明装置に関し、例えば、半導体発光素子を用いた電球形ランプ及びこれを用いた照明装置に関する。
近年、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子は、高効率及び長寿命であることから、各種ランプの新しい光源として期待されており、LEDを光源とするLEDランプの研究開発が進められている。
このようなLEDランプとしては、電球形のLEDランプ(電球形LEDランプ)があり、電球形LEDランプでは、基板と、基板上に実装された複数のLEDとを備えるLEDモジュールが用いられる。例えば、特許文献1には、従来の電球形LEDランプが開示されている。
特開2006−313717号公報
ところで、従来の電球形LEDランプでは、LEDで発生する熱を放熱するためにヒートシンクが用いられており、LEDモジュールはこのヒートシンクに固定される。例えば、特許文献1に開示された電球形LEDランプでは、半球状のグローブと口金との間に、ヒートシンクとして機能する金属筐体が設けられ、LEDモジュールはこの金属筐体の上面に載置されている。
従って、このような従来の電球形LEDランプでは、LEDモジュールが発する光のうちヒートシンク側に放射される光は、金属製のヒートシンクによって遮られてしまうので、白熱電球又は電球形蛍光ランプ等の全配光特性を有するランプとは光の広がり方が異なる。つまり、従来の電球形LEDランプでは、白熱電球又は電球形蛍光ランプ等と同様の広い配光角を実現することが難しい。
そこで、電球形LEDランプにおいて、白熱電球と同様の構成を用いることが考えられる。つまり、ヒートシンクを用いずに、白熱電球のフィラメントコイルを単にLEDモジュールに置き換えた構成の電球形LEDランプが考えられる。この場合、LEDモジュールからの光は、ヒートシンクによって遮られない。
しかしながら、電球形LEDランプに用いられるLEDモジュールは、通常、基板の片面(LEDが実装された面)のみから光を取り出すような構成となっている。従って、上述した置き換えの構成を用いたとしても、電球形LEDランプの口金側への光束は低く、広い配光角を実現することは困難である。これに対し、一のLEDモジュールの基板の裏面(LEDが実装されていない面)に、口金に向けて光を発する他のLEDモジュールを付加することで対応することもできる。しかし、この場合には、一のLEDモジュールのLEDの直接基板に発せられた光は基板を透過して他のLEDモジュールの光として発せられるため、2つのLEDモジュールにより全方位に発せられる光に色ムラが生じてしまう。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、広い配光角を持ち、色ムラを抑制することが可能な電球形ランプ及び照明装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電球形ランプの一態様は、透光性のグローブと、前記グローブの内方に向かって延びるように設けられた支柱と、前記グローブ内に配置され、前記支柱に固定された主発光モジュール及び副発光モジュールとを備え、前記主発光モジュールは、基板の表面上に設けられた複数の第1発光素子から構成された第1発光素子群と、前記第1発光素子群を覆うように設けられ、前記第1発光素子群が発する光の波長を変換する第1波長変換部とを有し、前記副発光モジュールは、前記基板の裏面上に設けられた複数の第2発光素子から構成された第2発光素子群と、前記第2発光素子群を覆うように設けられ、前記第2発光素子群が発する光の波長を変換する第2波長変換部とを有し、前記第1発光素子は、前記基板を挟んで前記第2波長変換部と対向するように配置され、前記第2発光素子は、前記基板を挟んで前記第1波長変換部と対向するように配置されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記第1発光素子は、前記基板を挟んで前記第2発光素子と対向するように配置されている、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記複数の第1発光素子の並び方向と直交する方向において、前記第1発光素子の中心位置は前記第1波長変換部の中心位置に対してずれており、前記複数の第2発光素子の並び方向と直交する方向において、前記第2発光素子の中心位置は前記第2波長変換部の中心位置に対してずれており、前記第1発光素子のずれの向きと前記第2発光素子のずれの向きとは反対である、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記基板は、前記第1発光素子群が表面に設けられた主基板と、前記第2発光素子群が表面に設けられた副基板とから構成され、前記主基板及び前記副基板が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群を設けていない裏面同士が互いに対向するように配置されている、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記第1発光素子群が、直列接続された複数の第1発光素子から構成され、前記第2発光素子群が、直列接続された複数の第2発光素子から構成され、前記第1発光素子群が、前記第2発光素子群の素子の数と同一の素子の数を有する、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記副発光モジュールが、前記支柱に直接的に取り付けられ、前記副発光モジュールで発生した熱を前記支柱に伝熱するとともに、前記主発光モジュールが、前記副発光モジュールを介して前記支柱に間接的に取り付けられ、前記主発光モジュールで発生した熱を、前記副発光モジュールを介して前記支柱に間接的に伝熱する、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記主発光モジュールと前記副発光モジュールとの間に、熱伝導部材が設けられている、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記熱伝導部材が、熱伝導性樹脂、セラミックペースト、及び金属ペーストのいずれかである、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記副発光モジュールが、前記支柱に対し接着固定されている、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記基板が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群から発せられる光に対して光反射率50%以上を有する、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記基板が、Al、MgO、SiO、及びTiOのいずれかを主成分とする、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記支柱の表面が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群から発せられる光に対して光反射率30%以上を有する、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記支柱が、Al、Cu、及びFeのいずれかを主成分とする、とすることができる。
さらに、本発明に係る電球形ランプの一態様において、前記主発光モジュールは、少なくとも2つ以上の前記第1発光素子群を有し、前記副発光モジュールは、少なくとも2つ以上の前記第2発光素子群を有する、とすることができる。
また、本発明に係る照明装置の一態様は、上記電球形ランプを備えることを特徴とする。
本発明によれば、広い配光角を持つ簡素な構造の電球形ランプ及び照明装置を実現することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの側面図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの断面図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)、(c)、(d)及び(e)は断面図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプのLEDモジュールにおけるLEDの拡大断面図である。 図6は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)、(c)、(d)及び(e)は断面図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの変形例の詳細な構成を示す拡大断面図である。 図8は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの他の変形例の詳細な構成を示す拡大断面図である。 図9は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの他の変形例の詳細な構成を示す拡大断面図である。 図10は、本発明の実施の形態の変形例に係る電球形ランプの構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)、(c)、(d)及び(e)は断面図である。 図11は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの変形例の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)、(c)、(d)及び(e)は断面図である。 図12は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの変形例の断面図である。 図13は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。
まず、本発明の実施の形態に係る電球形ランプ1の全体構成について、図1〜図3を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係る電球形ランプ1の側面図である。図2は、本実施の形態に係る電球形ランプ1の分解斜視図である。図3は、本実施の形態に係る電球形ランプ1の断面図である。
なお、図1〜図3において、紙面上方が電球形ランプ1の前方(上方)であり、紙面下方が電球形ランプ1の後方(下方)であり、紙面左右が電球形ランプ1の側方である。ここで、本明細書において、「後方」とは、LEDモジュールの基板を基準として口金側の方向のことであり、「前方」とは、LEDモジュールの基板を基準として口金と反対側の方向のことであり、「側方」とは、LEDモジュールの基板の主面と平行な方向のことである。
電球形ランプ1は、電球形蛍光灯又は白熱電球の代替品となる電球形LEDランプ(LED電球)である。電球形ランプ1は、透光性のグローブ10と、光源であるLEDモジュール20a及び20bと、ランプ外部から電力を受ける口金30と、支柱40と、支持台50と、樹脂ケース60と、リード線70と、点灯回路80とを備える。
電球形ランプ1は、グローブ10と樹脂ケース60(第1ケース部61)と口金30とによって外囲器が構成されている。
[グローブ]
グローブ10は、LEDモジュール20a及び20bを収納する。グローブ10は、LEDモジュール20a及び20bからの光に対して透明な材料から構成され、LEDモジュール20a及び20bからの光を透過させてランプ外部に透光する透光性グローブである。このようなグローブ10としては、例えば可視光に対して透明なシリカガラス製のガラスバルブ(クリアバルブ)とすることができる。この場合、グローブ10内に収納されたLEDモジュール20a及び20bは、グローブ10の外側から視認することができる。
グローブ10の形状は、一端が球状に閉塞され、他端に開口部11を有する形状である。具体的に、グローブ10の形状は、中空の球の一部が、球の中心部から遠ざかる方向に伸びながら狭まったような形状であり、球の中心部から遠ざかった位置に開口部11が形成されている。このような形状のグローブ10としては、一般的な白熱電球と同様の形状のガラスバルブを用いることができる。例えば、グローブ10として、A形、G形又はE形等のガラスバルブを用いることができる。
なお、グローブ10は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、グローブ10に光拡散機能を持たせてもよい。例えば、シリカや炭酸カルシウム等の光拡散材を含有する樹脂や白色顔料等をグローブ10の内面又は外面の全面に塗布することによって乳白色の光拡散膜を形成してもよい。また、グローブ10は、シリカガラス製である必要もない。例えば、アクリル等の樹脂材料によって作製されたグローブ10を用いても構わない。
[LEDモジュール]
LEDモジュール20a及び20bは、LED(LEDチップ)を有し、リード線70を介してLEDに電力が供給されることにより発光する発光モジュールである。LEDモジュール20a及び20bは、支柱40によってグローブ10内の中空に保持されている。
LEDモジュール20a及び20bは、グローブ10によって形成される球形状の中心位置(例えば、グローブ10の内径が大きい径大部分の内部)に配置されることが好ましい。このように、グローブ10の中心位置にLEDモジュール20a及び20bが配置されることにより、電球形ランプ1の配光特性は、従来のフィラメントコイルを用いた一般白熱電球と近似した配光特性となる。
LEDモジュール20a及び20bは、その基板の主面(表面及び裏面)がランプ軸と交差、例えば略垂直となるように配置されている。そして、LEDモジュール20aは、電球形ランプ1の前方に向かって光を発し、LEDモジュール20bは、電球形ランプ1の後方に向かって光を発する。このとき、ランプ軸とは、電球形ランプ1を照明装置(不図示)のソケットに取り付ける際の回転中心となる軸であり、口金の回転軸と一致している。
このように構成されるLEDモジュール20a及び20bは、両面から光を放出する両面発光型の1つのLEDモジュールとして構成される。なお、LEDモジュール20a及び20bの詳細な構成については後述する。
[口金]
口金30は、LEDモジュール20a及び20bのLEDを発光させるための電力を電球形ランプ1外部から受ける受電部である。口金30は、二接点によって交流電力を受電し、口金30で受電した電力はリード線を介して点灯回路80の電力入力部に入力される。口金30は、照明器具(照明装置)のソケットに取り付けられてソケットから電力を受けることで電球形ランプ1(LEDモジュール20a及び20b)を点灯させる。
例えば、口金30はE形であり、その外周面には照明装置のソケットに螺合させるための螺合部が形成され、その内周面には樹脂ケース60に螺合させるための螺合部が形成されている。口金30は、金属製の有底筒体形状である。なお、口金30としては、ねじ込み型のエジソンタイプ(E型)の口金として、E26形又はE17形の口金等を用いることができる。また、口金30として、差し込み型の口金を用いてもよい。
[支柱]
支柱40は、グローブ10の開口部11の近傍からグローブ10の内方に向かって延びるように設けられたステムであり、グローブ10内でLEDモジュール20a及び20bを保持する保持部材として機能する。支柱40の一端はLEDモジュール20a及び20bに接続され、他端は支持台50に接続されている。
支柱40は、LEDモジュール20a及び20bで発生する熱を口金30側に放熱させるための放熱部材としても機能する。従って、支柱40を熱伝導率の高い金属材料、例えば熱伝導率が237[W/m・K]のアルミニウム等により構成することで支柱40による放熱効率を高めることができる。その結果、温度上昇によるLEDの発光効率及び寿命の低下を抑制することができる。なお、支柱40は、樹脂等により構成することもできる。
支柱40は、主軸部41と、固定部42とが例えば一体成型されて構成されている。主軸部41は、断面積が一定の円柱部材である。主軸部41の一端は固定部42に接続されており、他端は支持台50に接続されている。固定部42は、LEDモジュール20a及び20bが固定される固定面を有し、この固定面がLEDモジュール20a及び20bの基板の裏面と接する。固定部42は、さらに、固定面から突出する突起部を有し、この突起部はLEDモジュール20a及び20bの基板に設けられた貫通孔と嵌合する。LEDモジュール20a及び20bと固定面とは、例えばシリコーン樹脂等の樹脂の接着剤により接着される。
[支持台]
支持台(支持板)50は、支柱40を支持する部材であり、樹脂ケース60に固定されている。支持台50は、グローブ10の開口部11の開口端に接続されてグローブ10の開口部11を塞ぐように構成されている。具体的に、支持台50は、周縁に段差部を有する円盤状部材で構成されており、その段差部にはグローブ10の開口部11の開口端が当接されている。そして、この段差部において、支持台50と樹脂ケース60とグローブ10の開口部11の開口端とは、接着剤によって固着されている。
支持台50は、支柱40と同様に、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料により構成されることで、支持台50による支柱40を熱伝導したLEDモジュール20a及び20bの熱の放熱効率が高められる。その結果、温度上昇によるLEDの発光効率及び寿命の低下をさらに抑制することができる。
[樹脂ケース]
樹脂ケース60は、支柱40と口金30とを絶縁すると共に点灯回路80を収納するための絶縁ケース(回路ホルダ)であり、大径円筒状の第1ケース部61と、小径円筒状の第2ケース部62とから構成されている。樹脂ケース60は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)によって成形することができる。
第1ケース部61の外表面は外気に露出しているので、樹脂ケース60に伝導した熱は、主に第1ケース部61から放熱される。第2ケース部62は、外周面が口金30の内周面と接触するように構成されており、第2ケース部62の外周面には口金30と螺合するための螺合部が形成されている。
[リード線]
2本のリード線70は、LEDモジュール20a及び20bを点灯させるための電力を点灯回路80からLEDモジュール20a及び20bに供給するためのリード線対であり、銅線等の針金状の金属電線より構成することができる。各リード線70は、グローブ10内に配置され、一端がLEDモジュール20a及び20bの外部端子と電気的に接続され、他端が点灯回路80の電力出力部、言い換えると口金30と電気的に接続されている。リード線70は、その一部がLEDモジュール20a及び20bの外部端子に接続されることでLEDモジュール20a及び20bを支持する支持部としても機能している。
なお、リード線70のLEDモジュール20a及び20bとの接続関係の詳細については後述する。
2本のリード線70は、金属の芯線とこの芯線を被覆する絶縁性樹脂とで構成される例えばビニル線であり、LEDモジュール20a及び20bとは絶縁性樹脂で被覆されておらず表面がむき出しにされた芯線を介して電気的に接続される。このとき、2本のリード線70における基板21の表面から突き出した部分と、基板21の裏面から3mm以下だけ突き出した部分とでは芯線が絶縁性樹脂によって被覆されていなくてもよい。
[点灯回路]
点灯回路80は、LEDモジュール20a及び20bのLEDを点灯させるための回路ユニットであり、複数の回路素子と、各回路素子が実装される回路基板とを有する。点灯回路80は、口金30から給電された交流電力を直流電力に変換する回路を含み、2本のリード線70を介して変換後の直流電力をLEDモジュール20a及び20bのLEDに供給するための駆動回路である。
なお、電球形ランプ1は、必ずしも点灯回路80を備える必要はない。例えば、照明器具又は電池等から電球形ランプ1に直接直流電力が供給される場合には、電球形ランプ1は、点灯回路80を備えなくてもよい。また、点灯回路80は、平滑回路に限られるものではなく、調光回路及び昇圧回路等も適宜選択して組み合わせて構成することができる。
次に、LEDモジュール20a及び20bの詳細な構成と、LEDモジュール20a及び20b並びにリード線70の接続関係とについて、図4及び図5を用いて説明する。
図4は、本実施の形態に係る電球形ランプ1の構成を示す図である。図5は、本実施の形態に係る電球形ランプ1のLEDモジュール20a及び20bにおけるLEDの拡大断面図である。
なお、図4の(a)は電球形ランプ1においてグローブ10を除いた状態でLEDモジュール20aを上方から見たときの平面図である。そして、図4の(b)は(a)のA−A’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図4の(c)は(a)のB−B’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図4の(d)は(a)のC−C’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図4の(e)は(a)のD−D’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図である。
LEDモジュール20aは、主発光モジュール(第1発光モジュール)の一例であり、ベアチップが直接基板21の表面(一方の主面)上に実装されたCOB(Chip On Board)構造である。一方、LEDモジュール20bは、副発光モジュール(第2発光モジュール)の一例であり、ベアチップが直接基板21の裏面(他方の主面)上に実装されたCOB構造である。
LEDモジュール20aは、基板21と、基板21の表面上に設けられた複数のLED22、封止部材23、金属配線24及び26、ワイヤー25、導電性接着部材27並びに端子(外部端子)28とを備えている。一方、LEDモジュール20bは、基板21と、基板21の裏面上に設けられた複数のLED32、封止部材33、金属配線34及び36、ワイヤー35、導電性接着部材37並びに端子38とを備えている。
[基板]
基板21は、透光性基板又は非透光性基板を用いることができる。基板21は、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)又は窒化アルミニウム等のセラミック材料からなるセラミック基板、金属基板、樹脂基板、ガラス基板、フレキシブル基板又はアルミナ基板等である。基板21は、LED22及び32を実装するための矩形状の実装基板(LED実装用基板)である。基板21は、その長辺の長さをL1とし、短辺の長さをL2とし、厚みをdとすると、例えばL1=26mm、L2=13mm、d=1mmとされる。
基板21は、LED22及び32から発せられる光に対して光透過率が低く例えば10%以下の白色アルミナ基板等の白色基板又は金属基板等で構成されることが好ましい。例えば、基板21は、LED22及び32から発せられる光に対して光反射率50%以上を有し、Al、MgO、SiO、及びTiOのいずれかを主成分とする基板で構成することができる。基板21の光透過率が高い場合、LEDモジュール20aにおいて、基板21の表面側のLED22の光の一部が基板21を通過した後、基板21の裏面側から発せられる。同様に、LEDモジュール20bにおいて、基板21の裏面側のLED32の光の一部が基板21を通過した後、基板21の表面側から発せられる。従って、電球形ランプ1において、口金側及びそれと反対側から取り出される光について色ムラが発生する。これに対し、基板21の光透過率を低くすることでこのような色ムラを抑制することができる。また、安価な白色基板を用いることができるので、電球形ランプ1の低コスト化を実現できる。
基板21の長辺方向の両端部には基板21の表面から裏面に向けて貫通する2つの貫通孔21bが設けられている。これら2つの貫通孔21bは給電用のリード線70とLEDモジュール20a及び20bとを接続するための端子28及び38を構成し、2つの貫通孔21bのそれぞれにはリード線70が挿通されている。
基板21の中央部には基板21の表面から裏面に向けて貫通する1つの貫通孔21aが設けられている。この貫通孔21aは、LEDモジュール20a及び20bを支柱40に固定するためのものであり、貫通孔21aには支柱40の突起部42bが嵌合されている。
なお、貫通孔21aがなくても接着剤によりLEDモジュール20a及び20bの支柱40への固定は可能である。従って、貫通孔21aは設けられなくても構わない。
[LED]
LED22は、基板21の表面の上に複数実装されている。複数のLED22は、基板21の長辺方向に同一ピッチで直線状に配列されて構成された素子列が基板21の短辺方向つまりLED22の素子列におけるLED22の並び方向と直交する方向に複数本並べられるように配設されている。複数のLED22は素子列において直列接続され、素子列同士において並列接続されている。この素子列が第1発光素子群の一例である。例えば、複数のLED22は、素子列内において隣り合うLED22の間隔(ピッチ)が1.8mmとなり、隣り合う素子列において一方の素子列のLED22と他方の素子列のLED22との間隔が例えば4mmとなるように配設されている。
同様に、LED32は、基板21の裏面の上に複数実装されている。複数のLED32は、基板21の長辺方向に同一ピッチで直線状に配列されて構成された素子列が基板21の短辺方向つまりLED32の素子列におけるLED32の並び方向と直交する方向に複数本並べられるように配設されている。複数のLED32は素子列において直列接続され、素子列同士において並列接続されている。この素子列が第2発光素子群の一例である。
LED22は、基板21を挟んで封止部材33と対向するように配置され、LED32は、基板21を挟んで封止部材23と対向するように配置されている。例えば、LED22の基板21と接する下面の全面が封止部材33と対向し、LED32の基板21と接する下面の全面が封止部材23と対向するように配置されている。この場合、LED22はその全体が封止部材33の上方の領域B内に存在し、LED32はその全体が封止部材23の下方の領域A内に存在する。
LED32は、基板21の短辺方向において、LED22に対して支柱40側にずれて配置されている。そして、LED22及び32は、基板21の短辺方向において、LED22の一端の位置が封止部材33の一端の位置と一致し、LED32の一端の位置が封止部材23の一端の位置と一致するように配置されている。また、LED22及び32は、基板21の表面におけるLED22の非実装領域と、基板21の裏面におけるLED32の実装領域とが対向するように、実装されている。これにより、効率良くLED22の熱を支柱40に効率良く放熱することができる。
LED22及び32は、全方位、つまり側方、上方及び下方に向けて単色の可視光を発するベアチップである。LED22及び32は、例えば、側方に全光量の20%、上方に全光量の60%、下方に全光量の20%の光を発する。
LED22及び32は、例えば一辺の長さが約0.35mm(350μm)で、通電されることで青色光を発する矩形状(正方形)の青色LEDチップである。青色LEDチップとしては、例えばInGaN系の材料によって構成された、中心波長が440nm〜470nmの窒化ガリウム系の半導体発光素子を用いることができる。
LED22及び32は、図5に示すように、サファイア基板22aと、サファイア基板22a上に積層された、互いに異なる組成から構成される複数の窒化物半導体層22bとを有する。
窒化物半導体層22bの上面の両端部には、カソード電極22cとアノード電極22dとが設けられている。そして、カソード電極22cの上にはワイヤーボンド部22eが設けられ、アノード電極22dの上にはワイヤーボンド部22fが設けられている。例えば、隣り合うLED22において、一方のLED22のカソード電極22cと他方のLED22のアノード電極22dとは、ワイヤーボンド部22e及び22fを介して、ワイヤー25により接続されている。
LED22及び32は、サファイア基板22a側の面が基板21の表面又は裏面と対向するように、透光性のチップボンディング材22gにより基板21の上に固定されている。チップボンディング材22gには、酸化金属から構成されるフィラーを含有したシリコーン樹脂等を用いることができる。チップボンディング材22gに透光性材料を使用することにより、LED22の側面から出る光の損失を低減することができ、チップボンディング材22gによる影の発生を抑制することができる。
[封止部材]
封止部材23は、LED22が発する光の波長を変換する変換部材であり、LED22を覆うように形成されている。封止部材23は、LED22が発する光の波長を変換する波長変換材と、波長変換材を含有する樹脂材料とから構成される封止樹脂である。波長変換材としては、LED22が発する光によって励起されて所望の色(波長)の光を放出する蛍光体粒子を用いることもできるし、半導体、金属錯体、有機染料及び顔料等のある波長の光を吸収して吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含む材料を用いることもできる。なお、封止部材23には、シリカ粒子等の光拡散材が分散されていてもよい。
このような蛍光体粒子としては、LED22が青色光を発する青色LEDチップである場合、封止部材23から白色光を出射させるために、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体粒子が用いられる。例えば、蛍光体粒子としてYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。これにより、LED22が発した青色光の一部は、封止部材23に含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった(波長変換されなかった)青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止部材23の中で拡散及び混合されることにより、封止部材23から白色光となって出射される。なお、蛍光体粒子として、黄色蛍光体粒子以外に緑色蛍光体粒子及び赤色蛍光体粒子等が用いられてもよく、LED22が紫外線を発するLED22である場合、波長変換材である蛍光体粒子としては、三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体粒子を組み合わせたものが用いられる。
一方、蛍光体粒子を含有させる樹脂材料としては、シリコーン樹脂等の透明樹脂材料、フッ素系樹脂等の有機材、並びに低融点ガラス及びゾルゲルガラス等の無機材等を用いることができる。
上述した構成の封止部材23は、素子列を構成する複数のLED22の配列方向に沿って直線状に形成され、LED22の素子列を一括封止している。同時に、封止部材23は、素子列の配列方向に沿って複数形成され、異なる素子列を個別に封止している。1本あたりの封止部材23は、例えば、長さが24mm、線幅が1.6mm、中心最大高さが0.7mmである。
封止部材23は、基板21の短辺方向において、封止部材33に対して支柱40と反対側にずれて配置されている。そして、封止部材23は、少なくともその一部がLED32の上方に位置し、LED32の上方で基板21の表面と接するように設けられている。LED32の上方に位置する封止部材23は、基板21を透過して基板21の表面から発せられるLED32の光(基板21の表面側に抜けるLED32の光)の波長を変換している。
同様に、封止部材33は、LED32が発する光の波長を変換する変換部材であり、LED32を覆うように形成されている。封止部材33は、LED32が発する光の波長を変換する波長変換材と、波長変換材を含有する樹脂材料とから構成される封止樹脂である。波長変換材としては、LED32が発する光によって励起されて所望の色(波長)の光を放出する蛍光体粒子を用いることもできるし、半導体、金属錯体、有機染料及び顔料等のある波長の光を吸収して吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含む材料を用いることもできる。
封止部材33は、素子列を構成する複数のLED32の配列方向に沿って直線状に形成され、LED32の素子列を一括封止している。同時に、封止部材33は、素子列の配列方向に沿って複数形成され、異なる素子列を個別に封止している。
封止部材33は、基板21の短辺方向において、封止部材23に対して支柱40側にずれて配置されている。そして、封止部材33は、少なくともその一部がLED22の下方に位置し、LED22の下方で基板21の裏面と接するように設けられている。LED22の下方に位置する封止部材33は、基板21を透過して基板21の裏面から発せられるLED22の光(基板21の裏面側に抜けるLED22の光)の波長を変換している。
なお、封止部材33は、基板21の短辺方向において、封止部材23に対してずれて配置されればよく、支柱40と反対側にずれて配置されても構わない。この場合でも、基板21の短辺方向において、封止部材23及び33の幅はLED22及び32の幅より大きいため、LED22を封止部材33に対向させ、LED32を封止部材23に対向させることができる。例えば、基板21の短辺方向において、封止部材23及び33の幅は約1.6mmであり、LED32の幅は約0.35mmである。
[金属配線、端子]
金属配線26は、LED22の素子列と端子28とを電気的に並列接続するために、基板21の両端部に所定形状で島状に2つ形成されている。これら2つの金属配線26は、基板21の表面において、複数のLED22の素子列を挟み込むように形成されている。
金属配線26は、基板21の表面において、LED22の素子列と隣り合う部分で素子列に向かって突出している。この金属配線26の突出部は、LED22からのワイヤー25との接続箇所となる。
同様に、金属配線36は、LED32の素子列と端子38とを電気的に並列接続するために、基板21の両端部に所定形状で島状に2つ形成されている。これら2つの金属配線36は、基板21の裏面において、複数のLED32の素子列を挟み込むように形成されている。
金属配線36は、基板21の裏面において、LED32の素子列と隣り合う部分で素子列に向かって突出している。この金属配線36の突出部は、LED32からのワイヤー35との接続箇所となる。
端子28は、導電性接着部材27が設けられる給電電極、例えば半田付けが行われる半田電極であり、貫通孔21bと、貫通孔21bの基板21の表面側の開口を囲むように基板21の表面に所定形状で形成された接続用ランドとから構成されている。端子28は、2つの金属配線26のそれぞれに対応して2つ形成されている。この一対の端子28は、それぞれ対応する金属配線26と一体化して形成され、対応する金属配線26と接することで接続されている。このような対応する1組の金属配線26及び端子28により1つの配線パターンが構成されている。
端子28は、LEDモジュール20aの給電部であって、LED22を発光させるために、LEDモジュール20a外部から電力を受け、受けた電力を金属配線26及び24並びにワイヤー25を介して各LED22に供給する。
同様に、端子38は、導電性接着部材37が設けられる給電電極であり、貫通孔21bと、貫通孔21bの基板21の裏面側の開口を囲むように基板21の裏面に所定形状で形成された接続用ランドとから構成されている。端子38は、2つの金属配線36のそれぞれに対応して2つ形成されている。この一対の端子38は、それぞれ対応する金属配線36と一体化して形成され、対応する金属配線36と接することで接続されている。このような対応する1組の金属配線36及び端子38により1つの配線パターンが構成されている。
端子38は、LEDモジュール20bの給電部であって、LED32を発光させるために、LEDモジュール20b外部から電力を受け、受けた電力を金属配線36及び34並びにワイヤー35を介して各LED32に供給する。端子28及び38は、概略同心となるように配置されている。
金属配線24は、複数のLED22同士を電気的に直列接続するために、基板21の表面に所定形状で複数形成されている。これら複数の金属配線24は、基板21の表面において、素子列内で隣り合うLED22の間に島状に形成されている。
同様に、金属配線34は、複数のLED32同士を電気的に直列接続するために、基板21の裏面に所定形状で複数形成されている。これら複数の金属配線34は、基板21の裏面において、素子列内で隣り合うLED32の間に島状に形成されている。
上述した構成の金属配線26及び24並びに端子28は同じ金属材料で同時にパターン形成される。金属材料としては、例えば、銀(Ag)、タングステン(W)又は銅(Cu)等を用いることができる。なお、金属配線26及び24並びに端子28の表面に、ニッケル(Ni)/金(Au)等のメッキ処理を施しても構わない。また、金属配線26及び24並びに端子28は、異なる金属材料により構成されてもよいし、別々の工程で形成されてもよい。
同様に、金属配線36及び34並びに端子38は同じ金属材料で同時にパターン形成される。
[ワイヤー]
ワイヤー25は、LED22と金属配線26、又はLED22と金属配線24とを接続するための電線であり、例えば、金ワイヤーである。図5で説明したように、このワイヤー25により、LED22の上面に設けられたワイヤーボンド部22e及び22fのそれぞれとLED22の両側に隣接して形成された金属配線26又は金属配線24とがワイヤボンディングされている。
ワイヤー25は、例えば、封止部材23から露出しないように、全体が封止部材23の中に埋め込まれる。
同様に、ワイヤー35は、LED32と金属配線36、又はLED32と金属配線34とを接続するための電線である。図5で説明したように、このワイヤー35により、LED32の上面に設けられたワイヤーボンド部22e及び22fのそれぞれとLED32の両側に隣接して形成された金属配線36又は金属配線34とがワイヤボンディングされている。
ワイヤー35は、例えば、封止部材33から露出しないように、全体が封止部材33の中に埋め込まれる。
[導電性部材]
導電性接着部材27は、端子28をリード線70と接続する半田又は銀ペースト等の導電性接着剤である。導電性接着部材27は、端子28の表面上でリード線70の一端の側面を被覆するように、端子28及びリード線70の両方に接して設けられている。導電性接着部材27は、貫通孔21bの基板21の表面側の開口を塞ぐように設けられている。
同様に、導電性接着部材37は、端子38をリード線70と接続する導電性接着剤である。導電性接着部材37は、端子38の表面上でリード線70の一端の側面を被覆するように、端子38及びリード線70の両方に接して設けられている。導電性接着部材37は、貫通孔21bの基板21の裏面側の開口を塞ぐように設けられている。
ここで、導電性接着部材27は、絶縁性樹脂によって被覆されていてもよい。そして、この絶縁性樹脂が、LED22及び32から発せられる光に対して光透過率が低く例えば10%以下の白色樹脂であってもよい。
図4のLEDモジュール20a及び20bは、導電性接着部材27及び37を除く各部材を基板21の表面及び裏面上に設けた後、導電性接着部材27により2つのリード線70と端子38とを接続し、導電性接着部材37により2つのリード線70と端子28とを接続することで形成される。このとき、リード線70と端子38との電気的な接続では、まず、リード線70が貫通孔21bの裏面側の開口から挿入されて貫通孔21bの表面側の開口から突き出るように設けられる。その後、そのリード線70の裏面側の部分と端子38との両方に接するように導電性接着部材37が設けられ、表面側の部分と端子28との両方に接するように導電性接着部材27が設けられる。従って、リード線70により端子28と端子38とが接続される。そして、同じリード線70に端子28及び38が接続されて、基板21表面の複数のLED22と、基板21裏面の複数のLED32とはリード線70に並列接続される。つまり、LEDモジュール20aとLEDモジュール20bとは、一対のリード線70を介して電気的に並列接続される。
また、図4のLEDモジュール20aでは、一方のプラス側のリード線70に供給された電流は、導電性接着部材27、端子28、金属配線26、LED22及び金属配線24を通過し、他方のマイナス側のリード線70から出力される。同様に、LEDモジュール20bでは、一方のプラス側のリード線70に供給された電流は、導電性接着部材37、端子38、金属配線36、LED32及び金属配線34を通過し、他方のマイナス側のリード線70から出力される。
また、図4のLEDモジュール20bでは、基板21の裏面と支柱40の固定部42の固定面とを接触させるため、基板21の裏面の固定面と接する部分にはLED32及び封止部材33等の各部材が設けられていない。従って、基板21の裏面において、複数のLED32の素子列は固定部42を挟むように設けられており、素子列の間隔は支柱40の固定部42を挟む素子列で他の素子列の間隔より大きくなっている。また、LEDモジュール20a及び20bの発光特性を揃えるために、基板21の表面のLEDモジュール20aにおいて、基板21の固定部42との接触面の上方に位置する部分を挟むように複数のLED22の素子列が設けられている。つまり、LED22の素子列の間隔は基板21の固定部42との接触面の上方に位置する部分を挟む素子列で他の素子列の間隔より大きくなっている。
なお、図4のLEDモジュール20a及び20bでは、導電性接着部材27及び37は貫通孔21b内の空間を隔てて離れて設けられるとした。しかし、複数のLED22及び32はリード線70に対して並列接続されるため、導電性接着部材27及び37は接していても特に問題はない。従って、導電性接着部材27及び37は別々の部材でなく、一体となって1つの接着部材として設けられても構わない。つまり、1つの導電性部材が、端子28及び38並びにリード線70と接するように、貫通孔21b内と、基板21の表面上と、基板21の裏面上とに連続して設けられてもよい。
また、図4のLEDモジュール20aでは、リード線70の先端が導電性接着部材27の表面で露出するように設けられるとしたが、導電性接着部材27により完全に被覆されていてもよい。この場合には、リード線70と導電性接着部材27との接触面積が増加するため、両者の接続を強固にすることができる。
また、図4のLEDモジュール20a及び20bの発光特性を揃える必要のないときは、基板21の表面のLEDモジュール20aにおいて、基板21の固定部42との接触面の上方に位置する部分に、LED22の素子列を設けてもよい。
以上のように本実施の形態の電球形ランプ1は、グローブ10と、グローブ10の内方に向かって延びるように設けられた支柱40と、グローブ10内に配置され、支柱40に固定されたLEDモジュール20a及び20bとを備える。そして、LEDモジュール20aは、基板21の表面上に設けられた複数のLED22から構成されたLED22の素子列と、LED22の素子列を覆うように設けられ、LED22の素子列が発する光の波長を変換する封止部材23とを有する。そして、LEDモジュール20bは、基板21の裏面上に設けられた複数のLED32から構成されたLED32の素子列と、LED32の素子列を覆うよう設けられ、LED32の素子列が発する光の波長を変換する封止部材33とを有する。そして、LED22は、基板21を挟んで封止部材33と対向するように配置されている。そして、LED32は、基板21を挟んで封止部材23と対向するように配置されている。つまり、LEDモジュール20aとLEDモジュール20bとによって、両面から光を放出する1つの両面発光型のLEDモジュールが構成されている。
また、本実施の形態の電球形ランプ1では、LED22の素子列が直列接続された複数のLED22から構成され、LED32の素子列が直列接続された複数のLED32から構成され、LED22の素子列が、LED32の素子列のLEDの数と同一のLEDの数を有する。
また、本実施の形態の電球形ランプ1では、支柱40の表面が、LED22の素子列及びLED32の素子列から発せられる光に対して光反射率30%以上を有する。そして、支柱40が、Al、Cu、及びFeのいずれかを主成分とする。
また、本実施の形態の電球形ランプでは、LEDモジュール20aは、複数のLED22の素子列を有し、LEDモジュール20bは、複数のLED32の素子列を有する。
これにより、電球形ランプ1は基板21の両面から光を発するため、電球形ランプ1の口金側及びそれと反対側から光が取り出され、広い配光角を持つ電球形ランプ1を実現することができる。
また、基板21を透過して基板21の表面から発せられるLED32の光は、LED32と対向する封止部材23により波長変換され、LEDモジュール20aの光として発せられる。同様に、基板21を透過して基板21の裏面から発せられるLED22の光は、LED22と対向する封止部材33により波長変換され、LEDモジュール20bの光として発せられる。例えば、LED32の直上に発せられた強度の高い青色光は、封止部材23により波長変換されて白色光として発せられ、LED22の直下に発せられた強度の高い青色光は、封止部材33により波長変換されて白色光として発せられる。従って、LEDモジュール20a及び20bから全方位に発せられる光について色ムラを抑制することができる。
また、本実施の形態の電球形ランプ1では、LEDモジュール20a及び20bへの給電が、単に、リード線70を、貫通孔21bを通して導電性接着部材27及び37により2つの端子28及び38の両方と接続することで実現される。従って、端子28及び38のいずれかにリード線70を接続し、ビアホール等により端子28と端子38とを接続する構成と比較して、端子28と端子38とを接続するビアホール等の構成が不要となる。また、端子28及び38に別々のリード線70を接続する構成と比較してリード線70の数を半分にすることができる。その結果、簡素な構造の電球形ランプ1を実現することができる。
また、本実施の形態の電球形ランプ1では、基板21が、LED22の素子列及びLED32の素子列から発せられる光に対して光反射率50%以上を有する。そして、基板21が、Al、MgO、SiO、及びTiOのいずれかを主成分とする。これにより、基板21の光透過率を低くしてLEDモジュール20a及び20bから発せられる光の色ムラを抑制することができる。また、基板21に低コストの白色基板を用いて電球形ランプ1を低コスト化することもできる。
また、本実施の形態の電球形ランプ1では、基板21の裏面は、支柱40と接するように支柱40に対し接着固定され、LEDモジュール20a及び20bが、支柱40に直接的に固定されている。これにより、基板21の放熱効率を高めることができる。その結果、温度上昇によるLED22及び32の発光効率及び寿命の低下を抑制することができる。
なお、本実施の形態の電球形ランプ1では、LED22の非実装領域とLED32の実装領域とが対向するように、LED32及びLED22が基板21に実装されるとした。しかし、図6に示されるように、LED22の実装領域とLED32の実装領域とが対向するように、LED32及びLED22が互いの直下に位置するように基板21に実装されてもよい。言い換えると、LED22が基板21を挟んでLED32と対向するように配置されてもよい。例えば、LED22及びLED32は、LED22の下面の全面とLED32の下面の全面とが対向するように配置されてもよい。この場合、LED22は、基板21及びLED32を挟んで封止部材33と対向するように配置され、LED32は、基板21及びLED22を挟んで封止部材23と対向するように配置される。
図6の構成では、基板21を透過して基板21の表面から発せられるLED32の光は、LED32と対向するLED22により反射又は吸収されて遮光され、LEDモジュール20aの光として発せられない。同様に、基板21を透過して基板21の裏面から発せられるLED22の光は、LED22と対向するLED32により反射又は吸収されて遮光され、LEDモジュール20bの光として発せられない。従って、LEDモジュール20a及び20bにより全方位に発せられる光について色ムラを抑制することができる。
なお、図6の(a)は本実施の形態に係る電球形ランプ1においてグローブ10を除いた状態でLEDモジュール20aを上方から見たときの平面図である。そして、図6の(b)は(a)のA−A’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図6の(c)は(a)のB−B’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図6の(d)は(a)のC−C’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図6の(e)は(a)のD−D’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図である。
また、図4及び図6に示す本実施の形態の電球形ランプ1では、LED22の素子列におけるLED22の並び方向と直交する方向(基板21の短辺方向)において、LED22とそれを被覆する封止部材23とで中心位置が一致するように、LED22と封止部材23とが設けられるとした。同様に、LED32の素子列におけるLED32の並び方向と直交する方向(基板21の短辺方向)において、LED32とそれを被覆する封止部材33とで中心位置が一致するように、LED32と封止部材33とが設けられるとした。しかし、図7に示されるように、基板21の短辺方向において、LED22とそれを被覆する封止部材23とで中心位置がずれ、LED32とそれを被覆する封止部材33とで中心位置がずれるように、LED22及び32と封止部材23及び33とが設けられてもよい。このとき、ずれの向きはLED22及び32で反対とされる。例えば、LED22の中心位置がそれを被覆する封止部材23の中心位置に対して支柱40と反対側にずれる場合、LED32の中心位置はそれを被覆する封止部材33の中心位置に対して支柱40側にずれるようにされる。
図7の構成では、基板21の短辺方向において、LED22の一方の側に他方の側より広く封止部材23を設け、LED32の一方の側に他方の側より広く封止部材33を設けることができる。従って、基板21の短辺方向において、LED22及び32の位置を大きくずらす場合でも、LED22を封止部材33に対向させ、LED32を封止部材23に対向させることができる。
なお、図7は、図4の(a)のB−B’線に沿って切断した電球形ランプ1の変形例の拡大断面図である。ここで、図7では1組のLED22及び32の拡大図のみを示しているが、他の全ての組のLED22及び32も図7と同様の構成を有しても構わない。
また、図4に示す本実施の形態の電球形ランプ1では、断面略半円状の封止部材23と封止部材33とが基板21の主面垂直方向において一部重なるように設けられるとした。しかし、図8に示されるように、断面略半円状の封止部材23と封止部材33とが基板21の主面垂直方向において全く重ならないように(完全にずれているように)設けられていてもよい。この場合、基板21を平面視したときに(上方から見たときに)、領域Aと領域Bとの重なり部分はない。
図8では、基板21の裏面(下面)にはLED22と対向するようにして波長変換部材(波長変換部)33Aが設けられるとともに、基板21の表面(上面)にはLED32と対向するようにして波長変換部材(波長変換部)23Aが設けられる。言い換えると、LED22は、基板21を挟んで波長変換部材33Aと対向するように配置され、LED32は、基板21を挟んで波長変換部材23Aと対向するように配置されている。
また、図8の構成において、波長変換部材23Aは、LED32だけではなく封止部材33にも対向するように設けられている。また、波長変換部材33Aは、LED22だけではなく封止部材23にも対向するように設けられている。
さらに、封止部材23と封止部材33とが基板21の主面垂直方向において完全に重ならないように(完全にずれているように)設けられている場合に、基板21の両面で光量差(光量分布)をつけたい場合は、図9に示すような構成とすることができる。図9の構成では、基板21の表面におけるLED22(封止部材23)が基板21の裏面におけるLED32(封止部材33)よりも多くなるように構成されている。つまり、上方側が下方側よりも光量が大きくなるように構成されている。
図8及び図9において、波長変換部材23Aは、封止部材23と同じ材料で構成することができる。また、波長変換部材33Aは、封止部材33と同じ材料で構成することができる。波長変換部材23A及び33Aは、例えばシート状に形成することができるが、シート状でなくても構わない。
なお、図8及び図9は、図4の(a)のB−B’線に沿って切断した電球形ランプ1の他の変形例の一部拡大断面図である。ここで、図8及9では一部のみを示しているが、他の全ての組のLED22及び32も図8及び図9と同様の構成を有しても構わない。
図8及び図9に示すように構成した場合でも、広い配光角を持ち、色ムラを抑制できる電球形ランプを実現することができる。
(変形例)
上記の実施の形態の電球形ランプ1は、1つの基板21の表面及び裏面の両面に光源及びこれを発光させる配線を設けることで、2つのLEDモジュール20a及び20bを形成し、電球形ランプ1の口金側及びそれと反対側に光を取り出すとした。しかしながら、2つの別々の基板の表面に個別に光源及びこれを発光させる配線を設け、2つの基板の裏面を張り合わせて1つの基板21とすることでも、電球形ランプ1の口金側及びそれと反対側に光を取り出すことができる。従って、本変形例に係る電球形ランプ1は、LEDモジュールの基板21がそれぞれ表面に光源及びこれを発光させる配線を備える2つの基板を接着剤で接着して構成される点で上記の実施の形態の電球形ランプ1と異なる。以下、上記の実施の形態の電球形ランプ1と異なる点を中心に詳述する。
図10は、本変形例に係る電球形ランプ1の構成を示す図である。
なお、図10の(a)は本変形例に係る電球形ランプ1においてグローブ10を除いた状態でLEDモジュール120aを上方から見たときの平面図である。そして、図10の(b)は(a)のA−A’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図10の(c)は(a)のB−B’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図10の(d)は(a)のC−C’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図10の(e)は(a)のD−D’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図である。
LEDモジュール120aは、主発光モジュール(第1発光モジュール)の一例であり、ベアチップが直接基板29の表面(一方の主面)上に実装されたCOB構造である。一方、LEDモジュール120bは、副発光モジュール(第2発光モジュール)の一例であり、ベアチップが直接基板39の表面(一方の主面)上に実装されたCOB構造である。
LEDモジュール120aは、基板29と、基板29の表面上に設けられた複数のLED22、封止部材23、金属配線24及び26、ワイヤー25、導電性接着部材27並びに端子28とを備えている。一方、LEDモジュール120bは、基板39と、基板39の表面上に設けられた複数のLED32、封止部材33、金属配線34及び36、ワイヤー35、導電性接着部材37並びに端子38とを備えている。
なお、基板29は主基板の一例であり、基板39は副基板の一例である。
[基板]
基板29及び39は、同様の構成及び形状を有し、接着剤90により互いの裏面が接着されて1つの基板21を構成している。基板29及び39は、例えば窒化アルミニウム等のセラミック基板、金属基板、樹脂基板、ガラス基板、フレキシブル基板又はアルミナ基板等である。基板29はLED22を実装するための矩形状の実装基板であり、基板39はLED32を実装するための矩形状の実装基板である。
基板29及び39は、LED22及び32から発せられる光に対して光透過率が低く例えば10%以下の白色アルミナ基板等の白色基板で構成されることが好ましい。例えば、基板29及び39は、LED22及び32から発せられる光に対して光反射率50%以上を有し、Al、MgO、SiO、及びTiOのいずれかを主成分とする基板で構成することができる。これにより、基板21としての光透過率を低くしてLEDモジュール120a及び120bから発せられる光の色ムラを抑制することができる。また、基板29及び39に低コストの白色基板を用いて電球形ランプ1を低コスト化することができる。
基板29の長辺方向の両端部には基板29の表面から裏面に向けて貫通する2つの貫通孔29bが設けられており、基板39の長辺方向の両端部にも基板39の表面から裏面に向けて貫通する2つの貫通孔39bが設けられている。貫通孔29bは、給電用のリード線70とLEDモジュール120aとを接続するための端子28を構成し、貫通孔39bは、給電用のリード線70とLEDモジュール120bとを接続するための端子38を構成している。貫通孔29b及び39bは、連続するように配置されて基板21の貫通孔21bを構成している。従って、1つのリード線70は、連続する1つの貫通孔29b及び39bを挿通している。
基板29の中央部には基板29の表面から裏面に向けて貫通する1つの貫通孔29aが設けられており、基板39の中央部にも基板39の表面から裏面に向けて貫通する1つの貫通孔39aが設けられている。貫通孔29a及び39aは、LEDモジュール120a及び120bを支柱40に固定するためのものであり、連続するように配置されて基板21の1つの貫通孔21aを構成している。従って、支柱40の突起部42bは、連続する貫通孔29a及び39aと嵌合される。
[接着剤]
接着剤90は、基板29の裏面と基板39の裏面との間に設けられ、両者を接着するものであり、例えばシリコーン樹脂等の樹脂又はAgペースト等の金属ペースト等により構成されている。金属ペーストの場合、基板29と基板39との間での熱伝導率を高めて基板21としての熱伝導率が高められるので、基板21の放熱効率を高めることができる。その結果、温度上昇によるLED22及び32の発光効率及び寿命の低下を抑制することができる。また、接着剤90の遮光性つまり基板21の遮光性を高めることができるので、基板29及び39の表面から裏面に向かう光による色ムラも抑制することができる。
接着剤90は、リード線70が貫通孔29b及び39bを挿通することを邪魔しないように、基板29の裏面と基板39の裏面との間における貫通孔29b及び39bの間の空間の少なくとも一部には設けられていない。また、接着剤90は、貫通孔29a及び39aと支柱40の突起部とが嵌合することを邪魔しないように、基板29の裏面と基板39の裏面との間における貫通孔29a及び39aの間の空間の全てにおいても設けられていない。
図10のLEDモジュール120a及び120bの製造では、まず、複数のLED22、封止部材23、金属配線24及び26、ワイヤー25並びに端子28が基板29の表面の上に設けられる。同様に、複数のLED32、封止部材33、金属配線34及び36、ワイヤー35並びに端子38が基板39の表面の上に設けられる。その後、基板29及び39が接着剤90により接着された後、導電性接着部材27により2つのリード線70と端子28とが接続され、導電性接着部材37により2つのリード線70と端子38とが接続される。従って、1つの基板29の表面及び裏面の両面に光源及びこれを発光させる配線を設ける場合と比較して、LEDモジュール120a及び120bの製造を容易にすることができる。
以上のように本変形例の電球形ランプ1では、上記の実施の形態の電球形ランプ1と同様の理由により、広い配光角を持ち、色ムラを抑制することが可能な電球形ランプ1を実現することができる。
また、本変形例の電球形ランプ1では、基板21は、LED22の素子列が表面に設けられた基板29と、LED32の素子列が表面に設けられた基板39とから構成される。そして、基板29及び39が、LED22の素子列及びLED32の素子列を設けていない裏面同士が互いに対向するように配置されている。このとき、LEDモジュール120bが、支柱40に対し接着固定されていてもよい。これにより、別々の基板29及び39を用意して、それぞれの表面に個別に各部材を設けた後、それらを接着するだけでLEDモジュール120a及び120bを製造できるので、LEDモジュール120a及び120bの製造を容易にすることができる。その結果、製造が容易な電球形ランプ1を実現することができる。
また、本変形例の電球形ランプ1では、LEDモジュール120bが、支柱40に直接的に取り付けられ、LEDモジュール120bで発生した熱を支柱40に伝熱する。そしてLEDモジュール120aが、LEDモジュール120bを介して支柱40に間接的に取り付けられ、LEDモジュール120aで発生した熱を、LEDモジュール120bを介して支柱40に間接的に伝熱する。そして、LEDモジュール120a及び120bの間に、熱伝導部材としての接着剤90が設けられている。この接着剤90は、熱伝導性樹脂、セラミックペースト、及び金属ペーストのいずれかである。これにより、基板21の放熱効率及び遮光性を高めることができるので、LED22及び32の発光効率及び寿命の低下をさらに抑制し、同時にLEDモジュール120a及び120bが発する光の色ムラをさらに抑制することができる。
なお、本変形例の電球形ランプ1では、基板39は、基板39の表面から裏面に向けて貫通する貫通孔39bを有し、支柱40は、基板39の貫通孔39bを突き抜けて基板29の裏面と接してもよい。つまり、貫通孔39bが支柱40の固定部42の全体と嵌合するように形成され、支柱40の固定部42の固定面と基板29の裏面とが接着剤90により接着されてもよい。これにより、LEDモジュール120a及び120bの支柱40への固定が容易になり、製造が容易な電球形ランプ1を実現することができる。また、LEDモジュール120aを支柱40に対し接着固定して基板29から支柱40への放熱経路を短くし、また基板39の貫通孔39bの内壁と支柱40の固定部42とをグリース等の熱伝導部材を介して接触させて基板39から支柱40への放熱経路を広くできる。その結果、LED22及び32の発光効率及び寿命の低下をさらに抑制することができる。
(その他の変形例)
以上、本発明に係る電球形ランプについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態及び変形例における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
例えば、上記の実施の形態及び変形例において、発光素子としてLEDを例示したが、半導体レーザ等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等のEL素子、その他の固体発光素子を用いてもよい。
また、上記の実施の形態及び変形例において、LEDモジュールは基板上にLEDチップを直接実装したCOB型の構成としたが、これに限らない。例えば、樹脂製の容器の凹部(キャビティ)の中にLEDチップを実装して当該凹部内に蛍光体含有樹脂を封入したパッケージ型、つまり表面実装型(SMD:Surface Mount Device)のLED素子を用いて、このSMD型のLED素子を発光素子として基板上に複数個実装することで構成されたLEDモジュールを用いても構わない。特に、パッケージがLEDの光に対して透光性を有するSMD型のLEDモジュールを用いても構わない。
また、上記の実施の形態及び変形例において、基板の表面及び裏面のそれぞれの上には複数の素子列が設けられるとしたが、1つの素子列だけが設けられてもよい。
また、上記の実施の形態及び変形例において、基板の表面及び裏面のLEDの素子列でLEDの並び方向は平行であり、この並び方向と交差、例えば直交し、基板の面内に含まれる所定の方向の一例として基板の短辺方向を示したが、所定の方向は短辺方向に限られない。
また、上記の実施の形態及び変形例において、支柱は、支持台からLEDモジュールに向かう方向において、LEDの素子列の並び方向の幅が狭まる形状を有するとした。しかし、図11に示されるように、支柱は、支持台からLEDモジュールに向かう方向において、LEDの素子列の並び方向の幅が広がる形状を有してもよい。
なお、図11の(a)は本実施の形態に係る電球形ランプ1の変形例においてグローブ10を除いた状態でLEDモジュール20aを上方から見たときの平面図である。そして、図11の(b)は(a)のA−A’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図11の(c)は(a)のB−B’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図11の(d)は(a)のC−C’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図であり、図11の(e)は(a)のD−D’線に沿って切断した同電球形ランプ1の断面図である。
また、上記の実施の形態及び変形例において、リード線は支柱の外部に設けられるとしたが、図12の電球形ランプの断面図に示されるように、支柱内に空洞が設けられ、リード線の一部は支柱の空洞に設けられてもよい。この場合、リード線は、支持台から直接支柱内の空洞に入った後、LEDモジュールの近傍で支柱の上部側面から飛び出してLEDモジュールと接続される。これにより、LEDモジュールの光がリード線により遮光されるのを低減することができる。図12において、リード線は、基板の裏面側から基板に突き刺すように設けられているが、リード線を基板の表面側まで回り込ませて基板の表面側から突き刺すように設けられてもよい。
また、本発明は、上記の電球形ランプを備える照明装置として実現することもできる。例えば、図13に示すように、本発明の実施の形態に係る照明装置100として、上記の電球形ランプ1と、当該電球形ランプ1が取り付けられる点灯器具(照明器具)200とを備える照明装置として構成することができる。この場合、点灯器具200は電球形ランプ1の消灯及び点灯を行うものであり、例えば、天井に取り付けられる器具本体210と、電球形ランプ1を覆う透光性又は非透光性のランプカバー220とを備える。このうち、器具本体210は、電球形ランプ1の口金が装着されるとともに電球形ランプ1に給電を行うソケット211を有する。なお、ランプカバー220の開口部に透光性プレートを設けてもよい。
本発明は、従来の白熱電球等を代替する電球形ランプとして有用であり、照明装置等において広く利用することができる。
1 電球形ランプ
10 グローブ
11 開口部
20a、20b、120a、120b LEDモジュール
21、29、39 基板
21a、21b、29a、29b、39a、39b 貫通孔
22、32 LED
22a サファイア基板
22b 窒化物半導体層
22c カソード電極
22d アノード電極
22e、22f ワイヤーボンド部
22g チップボンディング材
23、33 封止部材
23A、33A 波長変換部材
24、26、34、36 金属配線
25、35 ワイヤー
27、37 導電性接着部材
28、38 端子
30 口金
40 支柱
41 主軸部
42 固定部
42b 突起部
50 支持台
60 樹脂ケース
61 第1ケース部
62 第2ケース部
70 リード線
80 点灯回路
90 接着剤
100 照明装置
200 点灯器具
210 器具本体
211 ソケット
220 ランプカバー

Claims (15)

  1. 透光性のグローブと、
    前記グローブの内方に向かって延びるように設けられた支柱と、
    前記グローブ内に配置され、前記支柱に固定された主発光モジュール及び副発光モジュールとを備え、
    前記主発光モジュールは、
    基板の表面上に設けられた複数の第1発光素子から構成された第1発光素子群と、
    前記第1発光素子群を覆うように設けられ、前記第1発光素子群が発する光の波長を変換する第1波長変換部とを有し、
    前記副発光モジュールは、
    前記基板の裏面上に設けられた複数の第2発光素子から構成された第2発光素子群と、
    前記第2発光素子群を覆うように設けられ、前記第2発光素子群が発する光の波長を変換する第2波長変換部とを有し、
    前記第1発光素子は、前記基板を挟んで前記第2波長変換部と対向するように配置され、
    前記第2発光素子は、前記基板を挟んで前記第1波長変換部と対向するように配置されている
    電球形ランプ。
  2. 前記第1発光素子は、前記基板を挟んで前記第2発光素子と対向するように配置されている
    請求項1に記載の電球形ランプ。
  3. 前記複数の第1発光素子の並び方向と直交する方向において、前記第1発光素子の中心位置は前記第1波長変換部の中心位置に対してずれており、
    前記複数の第2発光素子の並び方向と直交する方向において、前記第2発光素子の中心位置は前記第2波長変換部の中心位置に対してずれており、
    前記第1発光素子のずれの向きと前記第2発光素子のずれの向きとは反対である
    請求項1又は請求項2に記載の電球形ランプ。
  4. 前記基板は、前記第1発光素子群が表面に設けられた主基板と、前記第2発光素子群が表面に設けられた副基板とから構成され、
    前記主基板及び前記副基板が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群を設けていない裏面同士が互いに対向するように配置されている
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電球形ランプ。
  5. 前記第1発光素子群が、直列接続された複数の第1発光素子から構成され、
    前記第2発光素子群が、直列接続された複数の第2発光素子から構成され、
    前記第1発光素子群が、前記第2発光素子群の素子の数と同一の素子の数を有する
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電球形ランプ。
  6. 前記副発光モジュールが、前記支柱に直接的に取り付けられ、前記副発光モジュールで発生した熱を前記支柱に伝熱するとともに、
    前記主発光モジュールが、前記副発光モジュールを介して前記支柱に間接的に取り付けられ、前記主発光モジュールで発生した熱を、前記副発光モジュールを介して前記支柱に間接的に伝熱する
    請求項4に記載の電球形ランプ。
  7. 前記主発光モジュールと前記副発光モジュールとの間に、熱伝導部材が設けられている
    請求項6に記載の電球形ランプ。
  8. 前記熱伝導部材が、熱伝導性樹脂、セラミックペースト、及び金属ペーストのいずれかである
    請求項7に記載の電球形ランプ。
  9. 前記副発光モジュールが、前記支柱に対し接着固定されている
    請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の電球形ランプ。
  10. 前記基板が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群から発せられる光に対して光反射率50%以上を有する
    請求項1に記載の電球形ランプ。
  11. 前記基板が、Al、MgO、SiO、及びTiOのいずれかを主成分とする
    請求項10に記載の電球形ランプ。
  12. 前記支柱の表面が、前記第1発光素子群及び前記第2発光素子群から発せられる光に対して光反射率30%以上を有する
    請求項1に記載の電球形ランプ。
  13. 前記支柱が、Al、Cu、及びFeのいずれかを主成分とする
    請求項12に記載の電球形ランプ。
  14. 前記主発光モジュールは、少なくとも2つ以上の前記第1発光素子群を有し、
    前記副発光モジュールは、少なくとも2つ以上の前記第2発光素子群を有する
    請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の電球形ランプ
  15. 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の電球形ランプを備える
    照明装置。
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