JP5689524B2 - ＬＥＤ電球及び４π出光可能なＬＥＤ発光ストリップ - Google Patents

Description

本発明は照明の技術分野に関し、特にＬＥＤ発光ストリップ及びそれを用いたＬＥＤ電球に関する。

従来技術において、白熱灯の代わりに用いられる電球型ＬＥＤライトバルブのほとんどは、１つ以上のパワーＬＥＤと、１つの金属基回路板（ＭＰＣＢ）と、一連の放熱フィンを有する１つの放熱器と、スイッチング電源及び定電流装置を含む１つの駆動器と、１つの接続子と、１つのアンティダズル（ａｎｔｉ−ｄａｚｚｌｅ）バルブシェルと、１つの電気コネクタとからなる。現在、このようなランプの発光効率は既に現在多く使われる蛍光省エネ灯のレベルに達し、その全ランプの効率が４０〜７０ｌｍ／Ｗである一方、白光ＬＥＤ素子の効率が既に１３０ｌｍ／Ｗに達したため、ＬＥＤライトバルブの効率はさらに向上される必要がある。従来のＬＥＤライトバルブについては、そのコストは高く高価であり、同じ光束密度を有する蛍光省エネ灯の数倍であるため、普及されにくい。それが高価である原因は、ＬＥＤチップ自身ではなく、主に高価なアルミニウム合金製放熱器、変圧器付きスイッチング電源と定電流装置を含む駆動器、及びＬＥＤパッケージにもある。このような変圧器付きスイッチング電源と定電流装置を含む駆動器は、コストが高いだけではなく、効率が低い。このような駆動器は三極管、変圧器、電解コンデンサなどの短寿命の素子を含むため、その寿命がＬＥＤとマッチングできない。その公称平均寿命は一般的に２５０００時間未満である一方、ＬＥＤ自身の寿命は５００００〜１０００００時間に達するはずである。即ち、白熱灯の代わりに用いられる従来技術のＬＥＤライトバルブは効率がまだ低く、コストが高すぎて寿命も長くない。ＬＥＤライトバルブは、白熱灯や現在多く使われる蛍光省エネ灯の代わりに、通用照明の主流になろうとすれば、その効率がさらに向上され、コストが大幅に低減され、使用寿命をさらに延長させ、白熱灯と同等の体積や重量を有しなければならない。

ＬＥＤの発光は、元々４π発光体であるＬＥＤのＰＮ接合に由来する。従来技術のＬＥＤにおいて、集光又は金属放熱器との接続のために、ＰＮ接合の一面に反射層、反射カップまたは放熱器が設けられる。即ち、これらの元々４π発光の発光体は２π以下の発光体に製造される。これにより、放熱器の面に向かって放射された２πの光は反射、複数回の反射、及び各種の吸収を経てから初めて射出する。出光面に向かって放射された２π光についても、一部の全反射によって放熱器に戻る光は反射、複数回の反射、及び各種の吸収を経てから初めて出射する。したがって、ＰＮ接合発光の出光率は大きく低減され、ＬＥＤの効率が低減される。現在、ＬＥＤのＰＮ接合発光の内部量子効率は既に９０％に近づいたが、外部量子効率は約３０％しかない。内部量子効率が９０％であるとは、ＰＮ接合において僅か１０％の注入電子が漏れて光子を発生させず、９０％の注入電子のそれぞれに１つの光子を発生させたということを意味する。一方、外部量子効率が約３０％のみである要因の１つは、元々４π発光のＰＮ接合が２π発光体に変わったことである。ＬＥＤのＰＮ接合は４π出光で発光することができれば、ＬＥＤの発光効率は必ず大きく向上される。

これに対して、以前には研究した者もあった。例えば中国特許２００５１００８９３８４．Ｘでは、単独のＬＥＤチップを光透過物質に宙吊り状に置き、チップを４π発光させる。しかしながら、チップの放熱問題が解決されておらず、チップが支持板を有せずに宙吊り状に置かれており、チップ上の電気引出線の安定性が悪く、単独の小パワーチップしか用いることができないため、十分な光束密度を出力する信頼性のよいランプを製造しにくい。また、アメリカ公告特許２００７／０１３９９４９では、複数の小チップを直列接続して、高価なサファイア、ダイヤモンド、ＧａＮ等のような透明熱伝導基板上、或いは銅、ＳｉＣ等のような不透明熱伝導基板上に取付けた後、熱伝導する引出線及び支えを用いてランプヘッドに接続して放熱し、さらに真空密封されないとともに内部が空気であり周囲の大気に連通するバルブシェルを加えて、白熱灯形のＬＥＤ電球が形成される。当該特許に記載の熱伝導透明基板であるサファイア、ダイヤモンド等は非常に高価であり、実用されにくいとともに、銅及びＳｉＣ等は不透明であり、４π出光できない。その放熱ルートは、チップ−熱伝導基板−熱伝導リード線−熱伝導支え−ランプヘッドである。熱伝導ルートは最後にランプヘッドに到着し、熱接続が困難であり、放熱効果が限られる。ランプヘッド内にＬＥＤの駆動器を有する場合、熱伝導ルートは中断して無効になる。電球が真空密封される場合においても、前記放熱ルートは無効になる。したがって、実用的に十分な光束密度を出力できるランプを製造しにくい。

従来技術のＬＥＤライトバルブの主流としては、低圧、大電流のパワー型ＬＥＤを用い、１つのＬＥＤチップに１つのＰＮ接合を有し、動作電流が０．３５Ａ〜数Ａと大きく、１Ｗ〜数Ｗ以上の電気パワーが１〜数平方ミリメートルのチップに集中される。しかしながら、その外部量子効率が約３０％しかなく、注入電子とそれによる光子とのエネルギー差、及びＰＮ接合による光子と最終的に出射する光子とのエネルギー差を加えて、約７０％の電気パワーは熱になってしまう。この大量の熱を如何に放出することは、このようなパワー型ＬＥＤの誕生時から、その中心的な課題の１つとなってきた。ＬＥＤが半導体デバイスであるため、そのＰＮ接合の接合温度が高くなると、発光効率の急激な低下を招来し、ひいてはＰＮ接合の焼き壊しも可能となる。今日に至っても、放熱問題は依然として、ＬＥＤライトバルブも含めてこのような低圧、大電流パワー型ＬＥＤによる照明の中心的な課題の１つである。

放熱問題を解決するために、従来技術のＬＥＤライトバルブは主に放熱フィンを有する金属パッシブ放熱器を用いる。このような放熱器の材料、形状、及び如何に空気との対流熱交換を増加することに関して、大量の研究や特許が既に存在した。例えば、中国２００５１００６２３２３．４とアメリカ特許６７８７９９９、７１４４１３５などがある。前記金属放熱器は主に合金アルミニウム製であり、体積が大きく、重量が重く、コストが高いため、従来技術のＬＥＤライトバルブの高価の要因の１つとなる。

上記金属放熱器以外、液体を用いて放熱することを研究した者もいる。例えば、中国特許２００８１００９３３７８．５、２００９１０１００６８１．８及び２００９１０１０１６４３．４は、光透過熱伝導液体を満たした密封バルブシェルにＬＥＤを入れる。前記液体は、例えば水、油、エチレングリコール又はその他の不活性液体である。液体の熱伝導率は金属よりはるかに低い。例えば、水の熱伝導率は約０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対し、金属は５０〜４１５ Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＬＥＤライトバルブの放熱器によく用いられるアルミニウム合金は９６〜２２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。したがって、液体の熱伝導率は金属よりもはるかに低い。一方、液体の粘性係数は大きい。例えば水は粘度が８９３７μＰであり、対流を形成しにくい。したがって、液体の熱伝導及び対流放熱の効果はよくない。また、液体を用いて放熱する場合、液体が電解することや、液体がＬＥＤを侵食することや、液体が相転移してＬＥＤ表面に気相層を形成して放熱失効ひいては爆発を招来することや、バルブシェルが破裂したら液体が汚染することや、重量の重いことなどの問題が存在するため、実用や普及について困難となる。

上記金属（固体）や液体を用いて放熱すること以外、気体を用いて放熱することを研究した者もいる。例えば、中国特許２０１０１０１７６４５１．２のＬＥＤ電球では、密封されたバルブシェルに対してアニオン窒素ガスを充填して放熱する。また、例えば２００９１０２５０４３４．６のＬＥＤ電球では、バルブシェル内に密封された窒素アルゴン混合ガスを用いて放熱する。これらの方法は、未だに実用されていない。これらＬＥＤ電球以外、例えば冷陰極蛍光灯のようなその他の種類のランプについて、高熱伝導率のヘリウムガス又はヘリウム水素混合ガスを用いて放熱することがある。例えば、中国特許２００７１０１４８８５３．Ｘがある。しかしながら、冷陰極蛍光灯について、その体積が大きくてほとんどバルブシェル全体を占めるため、限られた対流を実現しにくく、伝導放熱効果が限られており、未だに実用されていない。また、例えば中国特許２００５８００３９６７０．３のようにバルブシェル内に窒素ヘリウムなどのガスを充填するメタルハライドランプもある。しかしながら、これらのいずれもＬＥＤ灯と異なる類型のランプに該当する。

従来技術のＬＥＤライトバルブには、上記放熱の問題以外、高圧商用電力を如何に低圧大電流に変換するという駆動に関する課題もある。前述の通り、従来技術のＬＥＤライトバルブの多くは、直流低圧大電流で動作するパワー型ＬＥＤであり、動作電圧が数〜十数ボルトであり、電流が０．３５Ａ〜数Ａである。一方、従来の通用照明の白熱灯や蛍光省エネ灯はいずれも１１０〜２３０Ｖの交流商用電力を直接に用いる。それらを直接に交換しようとすると、高圧交流電を低圧大電流の直流電に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含む駆動器は必要となる。このような駆動器は一般的に、三極管、変圧器、電解コンデンサなどの素子を含むスイッチング電源と、定電流装置とを備える。白熱灯の代わりに使用されるＬＥＤ灯は体積が大きすぎてはならないため、駆動器の体積をできるだけ小さく、変圧器もできるだけ小さくする必要がある。しかしながら、入力と出力電圧との差が大きいため、電気変換効率が一般的に７０〜８０％と低く、ライト全体の発光効率を低下させる。同時に、その効率が低く且つそれ自身の発熱量が大きいため、ＬＥＤからの熱を加えて、前記駆動器の温度は上昇しやすくなる。これは、駆動器の効率をさらに低下させるだけではなく、駆動器の寿命も短縮させる。前記駆動器は三極管、変圧器、電解コンデンサなどの温度に敏感する素子を含む。温度が上がると、それらの効率、寿命及び信頼性を明らかに低下させる。これにより、従来技術のＬＥＤライトバルブの寿命は、ＬＥＤで決められるのではなく、駆動器に決められることになる。また、前記変圧器付きスイッチング電源と定電流回路を有する駆動器は回路が複雑で、素子に対する要求が高いため、コストが高く、従来技術のＬＥＤライトバルブのコストが高いもう１つの要因である。

このような駆動器の使用を避けるために、ＡＣＬＥＤ（交流ＬＥＤ）と称する技術は開発されている。例えば、中国特許２００５１００２０４９３．６、２００６１００９９１８５．１、アメリカ特許７５１５２４８、７５３５０２８及び製品ＡＸ３２２１などでは、一連の小電流ＬＥＤチップをブリッジ整流回路のように直列接続し、１つのＭＰＣＢ上に取り付けた後、さらに放熱器を加えると、交流商用電力を直接に用いることができ、その駆動回路が非常に簡単である。しかしながら、現在、このようなＬＥＤについて、その効率がまだ低いとともに、空気中に暴露されなければならない金属放熱器と密接に熱接続することも必要である。そして、ＡＣＬＥＤ上に高圧交流電を有するため、金属放熱器は帯電しやすく、安全性が良くない。例えば中国特許２０１０２０１５９２００．９のような従来技術のＨＶＬＥＤ（高圧ＬＥＤ）にも同様な安全問題が存在している。

また、ＬＥＤは点光源であり、１００ｌｍ程度の光が約１ｍｍ^２の面積に集中し、その光の輝度が数千万ニト（ｎｉｔ）と高い。人間は目でそれを直接に見ると、強い眩光が発生し、視野に影が残り、短時間で視力がひどく影響される。したがって、家庭用のランプには、アンティダズルバルブシェル又はその他の光を分散させる装置を付けなければならない。良好な光感を得るために、アンティダズルバルブシェルの光拡散層は十分な厚さを有しなければならない。その反面、これと同時にバルブシェルの透過率は低下され、一般的には１５％程度の光損失が生じる。そこで、ランプ全体の発光効率は低下される。

上述の通り、白熱灯や蛍光省エネ灯の代わりに、従来技術のＬＥＤランプを通用照明に応用しようとすると、その発光効率をさらに高め、コストを大幅に下げ、使用寿命をさらに延長させ、体積及び寿命を白熱灯に近づかせることが必要となる。

本発明の目的は、従来技術に存在した上記課題及び欠陥の少なくとも１つを解決することである。

従って、本発明の目的の１つは、高効率的に４π出光可能なＬＥＤ発光ストリップを提供することである。

本発明の目的のもう１つは、高効率に４π出光可能なＬＥＤチップを持つ高効率ＬＥＤ電球を提供することである。

本発明の別の目的は、低コストの４π出光可能なＬＥＤチップを持つ高効率ＬＥＤ電球を提供することである。

本発明の更なる目的は、長寿命の４π出光可能なＬＥＤチップを持つ高効率ＬＥＤ電球を提供することである。

本発明の更なるの他の目的は、体積や重量が白熱灯に近い４π出光可能なＬＥＤチップを持つ高効率ＬＥＤ電球を提供することである。

本発明の１つの面は、ＬＥＤ灯バルブシェルと、排気管及び支えを有する芯柱と、少なくとも１つの４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップと、駆動器と、電気コネクタとを含むＬＥＤ電球を提供し、前記ＬＥＤ灯バルブシェルが芯柱と真空密封されて真空密封チャンバーを形成し、前記真空密封チャンバー内には粘性係数の低い高熱伝導率の気体が充填され、支え及び支え上に固定される前記ＬＥＤ発光ストリップが前記真空密封チャンバー内に収容され、前記ＬＥＤ発光ストリップが前記駆動器、電気コネクタにこの順に電気接続し、前記電気コネクタが外部電源に電気接続してＬＥＤ発光ストリップを点灯させる。

本発明のもう１つの面は、４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップを提供し、前記ＬＥＤ発光ストリップが透明基板と、前記透明基板上における少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップとを含み、前記ＬＥＤチップが透明のチップ基板を有し、前記ＬＥＤチップの電極が、前記透明基板の両端に設けられたＬＥＤチップの電極引出装置によって引き出され、前記透明基板が軟質ガラス、硬質ガラス、石英ガラス、透明セラミック又はプラスチックで製造される。

本発明の更なる１つの面は、４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップを提供し、前記ＬＥＤ発光ストリップが透明基板と、前記透明基板上における少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップとを含み、前記ＬＥＤチップが透明のチップ基板を有し、前記ＬＥＤチップの電極が、透明基板の両端に設けられたＬＥＤチップの電極引出装置によって引き出され、前記ＬＥＤチップの一部が青光ＬＥＤチップであると共に他の一部が赤色ＬＥＤチップであり、前記ＬＥＤチップと前記ＬＥＤチップを取り付ける透明基板の周りに設けられる発光粉層により、前記ＬＥＤチップからの一部の青光を黄光に変換され、他の一部の青光を前記黄光及び赤光と混合され、白光、高演色指数白光、又は他の色の光となる。

本発明の更なる１つの面は、４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップを提供し、前記ＬＥＤ発光ストリップが透明基板と、前記透明基板上における少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップとを含み、前記ＬＥＤチップが透明のチップ基板を有し、前記ＬＥＤチップの電極が、透明基板の両端に設けられたＬＥＤチップの電極引出装置によって引き出され、前記ＬＥＤチップと透明基板の最外面が透明管又は透明発光粉管によって包被される。

本発明の更なる１つの面は、４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップを提供し、前記ＬＥＤ発光ストリップが透明基板と、前記透明基板上における少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップとを含み、前記ＬＥＤチップが透明のチップ基板を有し、前記ＬＥＤチップの電極が、透明基板の両端に設けられたＬＥＤチップの電極引出装置によって引き出され、ＬＥＤチップはチップ基板が透明の高圧ＬＥＤチップであり、前記各高圧ＬＥＤチップが少なくとも２つの直列接続されたＬＥＤ ＰＮ接合を含む。

本発明によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球は、１つの光透過バルブシェルと、排気管、電気引出線及び支えを有する１つの芯柱と、少なくとも１つの４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップと、１つの駆動器と、１つの電気コネクタと、バルブシェル及び電気コネクタ用の１つの接続子とを含む。光透過バルブシェルは芯柱と真空密封されて真空密封チャンバーを形成し、真空密封チャンバー内には粘性係数の低い高熱伝導率の気体が充填される。前記バルブシェル、ＬＥＤ発光ストリップ、駆動器、電気コネクタ及び接続子は、互いに電気接続してランプ全体を形成する。ＬＥＤ発光ストリップは芯柱上に固定され、その電極は芯柱の電気引出線を介して駆動器、電気コネクタに接続して外部電源に接続される。外部電源をオンにすると、ＬＥＤ発光ストリップを点灯し得る。

上述から分かるとおり、本発明の実施例において、ＬＥＤ光透過電球は芯柱と真空密封されることにより相応の支え及びその上に固定されるＬＥＤ発光ストリップを収容するが、駆動器及び電気コネクタは前記真空密封チャンバー外に配置される。

前記光透過バルブシェルと芯柱とで構成される真空密封チャンバー内には、例えばヘリウムガス、水素ガス、又はヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスのような粘性係数の低い高熱伝導率の気体が充填され、その気圧が室温下において５０〜１５２０Ｔｏｒｒである。公知のように、如何なる静止の気体は良い絶熱体であり、気体の放熱は主に対流による。即ち、低粘性係数の気体を選択することは必要となる。ヘリウムガスは気体うちの最も低粘性係数の気体として、その粘性係数が１１６μＰしかなく（水素ガスが１７３μＰであり、空気が９２２μＰであり、水が８９３７μＰである）、効果的に放熱に寄与する対流を形成しやすい。一方、前記ＬＥＤ発光ストリップは体積が小さいため、気体対流を効果的により容易に形成することができる。したがって、ＬＥＤ発光ストリップの動作時に発生する熱が、前記気体の対流及び熱伝導を経て、さらにバルブシェルを介して放出されることができる。また、ＬＥＤ発光ストリップは、ヘリウムガスなどの不活性ガスまたは他の低粘性係数気体によって保護されるとともに真空密封される。したがって、周囲環境中の湿気などの影響を完全に受けない。これにより、ＬＥＤ発光ストリップ及びその中のＬＥＤチップの寿命をさらに長くさせる。

前記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップは１つの透明基板を含み、透明基板上には、少なくとも一連の、同じ方向で直列接続されたＬＥＤチップが設けられる。前記ＬＥＤチップは、チップ基板が透明であるチップである。ＬＥＤチップは、例えばシリカゲル、改質樹脂又はエポキシ樹脂などのような透明接着剤によって透明基板上に固定される。ＬＥＤチップは４π出光可能であり、発光効率も高い。ＬＥＤ電極は透明基板の両端の引出線によって引き出される。

前記ＬＥＤ発光ストリップの透明基板はガラス、硬質ガラス、石英ガラス、透明セラミック又はプラスチックなどで製造される。ＬＥＤ発光ストリップ両端の電気引出線は高温接着剤、プラスチック、銀ペースト、又は低融点ガラスによって透明基板の両端に固定される。

前記少なくとも一連のＬＥＤチップは互いに独立に透明基板上に固定される。各チップは順次に近接して配列されてもよく、一定の距離を置いて取り付けられても良い。例えば、チップ間の距離が０．０１ｍｍより大きい場合、ＬＥＤ動作時に発生する熱は分散分布され易くなる。そこで、放熱が容易になり、ＬＥＤの温度上昇も小さくなり、使用寿命も長くなる。又、ＬＥＤの発光が分散分布されることにより、ＬＥＤの眩光についても減少される。

前記透明基板上に取り付けられ直列接続されたＬＥＤチップは、同じ又は異なる発光色を有しても良い。例えば、同じ青光、紫外光又は他の単色光である。又、赤青緑三原色又は多原色を有することにより、白光又は異なる色を有する混合光を取得し得る。異なる数量の多種の発光色を有するＬＥＤを用いると、演色評価数の高い白光を取得し得る。

前記ＬＥＤ発光ストリップにおける透明基板のチップを取り付ける面、及びチップ上には、例えばシリカゲル、プラスチック又はエポキシ樹脂のような高光透過率・高屈折率の透明媒体層を有する。これにより、光出射率を向上させるとともに、ＬＥＤチップ及びその電気接続線を保護することもできる。

ＬＥＤチップが青光又は紫外光を発光し、発光粉によってそれを白光又は他の色の光に転換する必要がある場合には、前記発光ストリップ及びそのチップの外には、さらに均一な発光粉層を設けることが必要となる。

前記発光粉は、透明基板及びチップの周りの外面に塗布されることができる。
前記発光粉層は、発光ストリップ透明基板、及び、そのチップを取り付けた一面とチップ上の、透明媒体層の周りの外面に塗布されることができる。

前記発光ストリップ透明基板及びそのチップの周りに透明媒体層を塗布し、そして均一な発光粉層を塗布することができる。

前記発光ストリップ透明基板及びそのチップの周りにまず均一な発光粉層を塗布し、そして透明媒体層を塗布することができる。

前記発光粉層は発光粉と透明媒体を混合して製造される。前記透明媒体は、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、プラスチック、透明接着剤、透明漆、及び有機高分子材料などのような、高光透過率、高屈折率、高熱伝導率を持つ媒体である。

前記発光粉と透明媒体を予め混合して均一な発光膜が製造され、そして前記透明基板及びチップ上の透明媒体層の周りが包被される。

前記発光粉と透明媒体を混合して製造された発光粉層を、透明媒体発光粉管に製造して前記透明基板及びチップ外に配置してもよい。前記透明媒体は、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、プラスチック又はガラスなどである。

前記発光粉をガラス管の内や外壁上に塗布してガラス発光粉管を製造し、そして少なくとも一連のＬＥＤチップを取り付けた透明基板を、前記ガラス発光粉管中に配置してもよい。

前記透明媒体発光粉管及びガラス発光粉管と、透明基板及びチップとの間には、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、プラスチックなどのような、高光透過率、高熱伝導率、高屈折率を持つ媒体が充填されても良く、その両端が透明基板両端の電気引出線と固定又は密封されることができる。

前記発光粉は透明バルブシェルの内壁上に塗布されても良い。

前記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップの少なくとも一連の、直列接続されたＬＥＤチップは、ＬＥＤチップ４π出光の高圧ＬＥＤチップであってもよい。前記各高圧ＬＥＤチップは、少なくとも２つの直列接続されたＬＥＤ ＰＮ接合を含む。各ＰＮ接合の間には少なくとも１つの電気接続線を有し、各高圧ＬＥＤチップの両端のそれぞれには溶接ワイヤボンディング用の少なくとも１つの金属電極が設けられ、各高圧ＬＥＤチップの間、及び高圧ＬＥＤチップと高圧ＬＥＤ発光ストリップ電気引出線との間には、少なくとも１つの電気接続線が設けられる。各高圧ＬＥＤチップに複数のＬＥＤ ＰＮ接合を有するため、発光ストリップに必要とするチップの数は大幅に低減され、発光ストリップのウェハ固定ワイヤボンディング工芸は簡略化され、発光ストリップの製品収率は向上される。同時に、前記複数のＬＥＤ ＰＮ接合の上においては、大面積の不透明金属溶接パッドを必要とせず、チップの光出射率は向上される。即ち、発光効率は向上される。

上記各種の４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップは、本発明によるＬＥＤ電球の製造に用いられるだけではなく、独立した発光素子としても使用することが可能である。

前記少なくとも一連の同じ方向で直列接続されたＬＥＤチップが十分な数を有することにより、用いられる少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップの直列接続又は直並列接続後の総駆動電圧は外部交流商用電力又は外部ＤＣ電源電圧に近くなり、例えば交流電ピーク値又は外部ＤＣ電源電圧の２０％〜１００％となる。駆動器には変圧器を必要としないため、回路が簡単で、効率が高く、コストが低いという効果を奏する。

前記少なくとも１つの４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップは、相互に直列又は直並列接続されることができ、両方向にＡＣ動作又は一方向にＤＣ動作となるように接続されることができる。

前記少なくとも１つの発光ストリップの配列方式はＶ形、Ｗ形、柱形、錐形又は平面などの形式である。

１つの発光ストリップからの発光が他の１つの発光ストリップによって阻止され、バルブシェル上に影が残ることを避けるために、前記少なくとも１つの発光ストリップはそれぞれに相互に交差して配列される。即ち、各発光ストリップのうちの任意の２つが同一平面上に存在しない。

前記ＬＥＤ発光ストリップの各発光ストリップは相互に交差し、仮定の多面柱体または多面錐台体の各面の対角線上に配置される。

両方向にＡＣ動作する場合、少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップが正方向に導通され、且つ少なくとも１つの他のＬＥＤ発光ストリップが逆方向に導通されており、交流電の正逆方向が順に交替することで、前記ＬＥＤ発光ストリップ導通され発光させることができる。少なくとも５つのＬＥＤ発光ストリップでブリッジ整流回路のように構成し、従来のＡＣＬＥＤのように、交流電の正逆方向が順に交替して前記ＬＥＤ発光ストリップが導通され発光させることもできる。前記発光ストリップが、真空密封された光透過バルブシェル内に密封され、高動作電圧がバルブシェル内に隔離されるため、交流商用電力を直接に使用することが可能であり、或いは、コンデンサと抵抗とを並列接続した限流回路、又はＰＴＣ抵抗などのみを直列接続して使用することもできる。それにより、安全性及び信頼性がよくなり、従来のＡＣＬＥＤとＨＶＬＥＤの放熱器が高圧電を帯電しやすく、安全性不足という欠陥が克服された。

前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップが一方向にＤＣ動作するように接続される場合、外部ＤＣ電源又は交流電源で動作することができる。外部交流電源を用いる場合、前記駆動器は、コンデンサと電気抵抗とを並列接続した降圧限流回路、及び整流フィルタ回路によって構成されることができ、整流フィルタ回路、又は整流回路とそれに直列接続されたＰＴＣ抵抗を用いることもできる。駆動器について、回路が簡単となるに伴い、コストも低くなり、三極管、変圧器が配置せずに、高周波放射もない。そして、電解コンデンサを用いなくてもよい。又、変圧器を有しない簡単な、インダクタ及び定電流電源を有する非隔離式駆動器を用いても良い。

前記光透過バルブシェルは透明であり、あるいは乳白、つや消し、有色のバルブシェルであり、或いは、一部に反射層を有する、あるいは、一部に一連の小プリズム、小レンズを有するバルブシェルであってもよい。

前記光透過バルブシェルの形状はＡ−型、Ｇ−型、Ｒ−型、ＰＡＲ−型、Ｔ−型、燭型、Ｐ型、ＰＳ型、ＢＲ型、ＥＲ型、又はＢＲＬ型などの他の従来の電球のバルブシェルのうちのいずれかであることができる。

前記電気コネクタは、Ｅ４０、Ｅ２７、Ｅ２６、Ｅ１４、ＧＵ、ＢＸ、ＢＡ、ＥＰ、ＥＸ、ＧＹ、ＧＸ、ＧＲ、ＧＺ、Ｇ型などの従来の電球の電気コネクタのうちのいずれかである。

本発明は従来技術に比べて、その利点が以下の通りである。

発光効率が高い。真空密封された粘性係数の低い気体を用いて対流で放熱し、４π出光のＬＥＤチップの放熱問題が解決された。チップが４π出光するため、出光率は６５％以上と向上された。複数のＬＥＤチップを直列接続してなる高圧ＬＥＤ発光ストリップを用いるため、駆動器の回路効率は９５％以上と高くなる。ランプ全体の効率は１３０ｌｍ／Ｗ以上と高くなることができ、従来のＬＥＤライトバルブの１倍、蛍光省エネ灯の２倍、白熱灯の１０倍となる。ＬＥＤチップ４π出光の高圧ＬＥＤチップを用いると、発光効率をさらに向上させることができる。

コストが低い。ＬＥＤの動作時に発生する熱は、真空密封されたバルブシェル内の粘性係数の低い高熱伝導率の気体の対流及び伝導を経て、さらにバルブシェルを介して放熱され、金属放熱器を完全に必要としない。高圧ＬＥＤ発光ストリップを用いると、高コストの変圧器付きＡＣ／ＤＣ変換器を必要としない。ランプ全体のコストは２／３以上と低くなる。ＬＥＤチップ４π出光の高圧ＬＥＤチップを用いると、コストをさらに低下させることができる。

寿命が長い。ランプ全体には如何なる短寿命の素子を設けていなく、ＬＥＤは真空密封され且つ不活性ヘリウムガスを充填したバルブシェル中に配置され、周囲環境の湿気等の影響を完全に受けない。加えて、チップが分散して取り付けられ、小電流で低温において動作する。ＬＥＤ電球の使用寿命はＬＥＤ自身の、５〜１０万時間の長寿命に達することができる。

安全で信頼性がよい。高圧ＬＥＤ発光ストリップ及びその高動作電圧は真空密封されたバルブシェル内に密封されており、安全性も信頼性もよくなり、従来技術のＡＣＬＥＤとＨＶＬＥＤの安全問題が解決された。

軽量で体積が小さい。ＬＥＤランプ全体には金属放熱器と変圧器を設置せずに、ランプの重量は２／３以上軽くなり、その重量が蛍光省エネ灯よりも低く、白熱灯に近い。その体積も白熱灯に近い。

眩光が軽い。複数の小電流ＬＥＤチップは分散して分布され、ＬＥＤチップの眩光を軽減する。

ＬＥＤチップの内部量子効率が更に向上されること、及びチップ値段が下がることにつれて、本発明によるＬＥＤチップ４π出光のＬＥＤ電球は、ＬＥＤ通用照明灯の主流になる見込みがある。

本発明のこれら及び／又はその他の利点は、図面を結合しながら好ましい実施例についての下記の記載から、明らかに理解されやすくなる。

本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。 本発明の他の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。 本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。 本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。 本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの構造正面模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの構造正面模式図である。 図１４における線Ｂ−Ｂに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップの１実施例の構造模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高圧ＬＥＤチップのＬＥＤ発光ストリップの構造正面模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの更なる配列方式の模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの更なる配列方式の模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの更なる配列方式の模式図である。 本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球のＬＥＤ発光ストリップの更なる配列方式の模式図である。

以下、図面１〜２０を参照しながら、実施例によって本発明の技術方案をさらに具体的に説明する。明細書において、同じ又は類似する符号で同じ又は類似する部品を示す。下記の図面を参照して本発明の実施形態について行う説明は、本発明の全体的な発明構想を説明するものであり、本発明を制限するものではない。

図１は本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。前記ＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球は１つの光透過ＬＥＤ灯バルブシェル１と、排気管２及び支えを有する１つの芯柱５と、少なくとも１つの４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップ６と、１つの駆動器７と、１つの電気コネクタ８と、バルブシェル１を電気コネクタ８に接続された１つの接続子９とを含む。前記光透過ＬＥＤ灯バルブシェル１、芯柱５、ＬＥＤ発光ストリップ６、駆動器７、電気コネクタ８、及び電気コネクタ９は、互いに接続して一つの全体となり、ＬＥＤ電球１０を形成する。前記ＬＥＤ発光ストリップ６は、電気引出線３及び金属ワイヤ１１によって芯柱５上に固定される。前記ＬＥＤ発光ストリップの電極は芯柱５の電気引出線３及び／又は金属ワイヤ１１を介して、駆動器７、（必要の場合に設ける）電気接続線１２、電気コネクタ８及び外部電源とこの順に相互に接続される。外部電源をオンにすると、ＬＥＤ発光ストリップ６を点灯し得る。光透過ＬＥＤ灯バルブシェル１は芯柱５と真空密封されており、真空密封チャンバー１３を構成する。前記チャンバー１３内には粘性係数の低い高熱伝導率の気体が充填される。ＬＥＤ発光ストリップ６の動作時に発生する熱は、前記気体の対流及び伝導によって、さらにＬＥＤ灯バルブシェル１から放出される。

なお、図１における支柱４、電気引出線３及び金属線１１は、ＬＥＤ発光ストリップ６を固定するための支え４２として用いられる。本発明の実施例において、芯柱５は、一体に組み合わせられた排気管２、ラッパ管１ａ、及び支え４２（該支え４２は、電気引出線３、支柱４及び金属線１１を含む）を備える。上述のように、芯柱５がＬＥＤ灯バルブシェル１と真空密封される場合、具体的には、ラッパ管１ａはＬＥＤ灯バルブシェル１とそれらの接合位置において真空密封される。当業者であれば理解できるように、本実施例における芯柱は従来技術における芯柱と各部品の配置方式が基本的に同然である。したがって、ここでは詳しく記載しない。

具体的には、ＬＥＤ灯バルブシェル１と芯柱５とは、両者の接合位置において高温加熱処理によって溶着され、真空密封チャンバー１３を構成する。その工程が伝統的な白熱灯の溶着工程と同じである。ＬＥＤ発光ストリップ６が、芯柱５の支柱４、及び、電気引出線３の一端と発光ストリップ６との間の金属ワイヤ／接続線１１と一緒に真空密封チャンバー１３内に密封される。そして、排気管２を介して真空密封チャンバー１３を真空にした後に、粘性係数の低い高熱伝導率の気体を充填して、排気管２を封口位置２ａにおいて溶着することで、前記粘性係数の低い高熱伝導率の気体が真空密封チャンバー１３内に密封される。前記真空密封チャンバー１３内における粘性係数の低い高熱伝導率の気体は、例えばヘリウムガス、水素ガス、又はヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスであり、その気圧が室温下において５０〜１５２０Ｔｏｒｒの間の任意値である。ヘリウムガスは、気体のうち粘性係数の最も小さい気体として、その粘性係数が１１６μＰしかなく（水素ガスが１７３μＰであり、空気が９２２μＰであり、水が８９３７μＰである）、効果的に対流による放熱を形成しやすく、ＬＥＤ発光ストリップの動作時に生じる熱を持ち去ることも可能であり、ＬＥＤ発光ストリップの正常動作を確保することができる。

上述から分かる通り、前記真空密封チャンバー１３内には、ＬＥＤ発光ストリップ６、芯柱５の支柱４、及び、電気引出線３の一端と発光ストリップ６との間の金属ワイヤ／接続線１１のみを含む。前記ＬＥＤ発光ストリップの両端の電極は、芯柱上の電気引出線３を介して、前記真空密封チャンバー１３外の駆動器７、電気接続線１２、及び電気コネクタ８とこの順に相互電気接続する。該電気コネクタ８と外部電源に接続されることで、前記ＬＥＤ発光ストリップ６を点灯させる。

前記ＬＥＤ発光ストリップ６は、ヘリウムガスなどの不活性ガスまたはその他の粘性係数の低い気体によって保護されるとともに真空密封される。したがって、周囲環境中の湿気などの影響を完全に受けないため、ＬＥＤの寿命をさらに長くさせることができる。

前記ＬＥＤ発光ストリップ６上には、少なくとも一連の、ＰＮ接合が同じ方向となるように直列接続されたＬＥＤチップが設けられる。前記ＬＥＤチップが十分な数を有するため、用いる少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップについて、それが直列接続又は直並列接続後の総駆動電圧は外部交流電電圧又は外部ＤＣ電源電圧に近く、例えば用いられる交流電ピーク値又はＤＣ電源電圧の２０％〜１００％である。そこで、このようにＬＥＤチップ４π出光の高圧ＬＥＤ発光ストリップを構成すると、駆動器には変圧器を必要とせず、回路が簡単で、効率が高く、コストが低いという利点がある。

前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップ６は、直列又は直並列接続されることにより、両方向のＡＣ動作又は一方向のＤＣ動作が可能となる。図１は、２つのＬＥＤ発光ストリップ６が直列接続されて一方向のＤＣ動作になる例を示す。

前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップ６が一方向ＤＣ動作になるように接続される場合には、その外部電源はＤＣ電源又はＡＣ電源であってもよい。外部交流電源を用いる場合には、前記駆動器７は、コンデンサと電気抵抗とを並列接続した降圧限流回路、及び整流フィルタ回路によって構成されてもよく、あるいは、三極管、変圧器、及び／又は電解コンデンサを使用せずに、整流フィルタ回路又は整流回路とそれに直列接続されたＰＴＣ抵抗とを用いてもよく、あるいは、変圧器の有しないスイッチング電源と定電流装置を用いてもよい。それにより、駆動器のコストが低減される。

前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップ６が両方向ＡＣ動作となるように接続される場合には、少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップ６が正方向に導通され、且つ少なくとも１つの他のＬＥＤ発光ストリップ６が逆方向に導通されることができ、交流電が正逆方向へ順に交替に導通され発光となる。当然ながら、少なくとも５つのＬＥＤ発光ストリップ６を設けてブリッジ整流回路のように構成することもできる。すなわち、４つのＬＥＤ発光ストリップ６は、四アームにおける交流電が正逆方向へ順に交替に導通されることで発光するが、他の１つのＬＥＤ発光ストリップ６は前記四アームの対角上に接続されており、交流電が正逆方向のいずれに導通されても発光する。

前記両方向ＡＣが動作する場合、直接に交流商用電力を用いて動作することができる。或いは、前記駆動器７は、直列接続した限流抵抗、ＰＴＣ抵抗のみである。

前記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップは高圧ＬＥＤ発光ストリップであってもよく、且つその高動作電圧の動作環境が、真空密封されたＬＥＤ灯バルブシェル内に密封される。これにより、安全で確実な動作環境となる。

前記光透過バルブシェル１は透明、或いは乳白、つや消し、有色のバルブシェルである。当然ながら、必要に応じて、部分的に反射層を有する、或いは部分的に一連の小プリズム、小レンズを有するバルブシェルを形成しても良い。

前記光透過バルブシェル１の形状はＡ−型、Ｇ−型、Ｒ−型、ＰＡＲ−型、Ｔ−型、Ｓ−型、燭型、Ｐ型、ＰＳ型、ＢＲ型、ＥＲ型、ＢＲＬ型又は他の従来の電球のバルブシェルのうちの１種であっても良い。

前記電気コネクタ８は、異なるランプソケット又は灯具に取り付けるように、Ｅ４０、Ｅ２７、Ｅ２６、Ｅ１４、ＧＵ、Ｂ２２、ＢＸ、ＢＡ、ＥＰ、ＥＸ、ＧＹ、ＧＸ、ＧＲ、ＧＺ、Ｇ型などの従来の電球の電気コネクタのうちの１種であることが好ましい。図１は、Ｅ型ランプヘッドの例を示す。

なお、本発明の下記各実施例で用いる、図１に示す符号と同じの符号は、図１に示す実施例におけるものと同じの部品、或いは、同じ機能を有する部品を示す。便宜上、異なる構造や機能を有するもの以外、下記各実施例においてそれらを重複に記載しない。

図２は本発明の他の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。図２において、１つのＬＥＤ発光ストリップからの発光が他の１つのＬＥＤ発光ストリップによって阻止され、ＬＥＤ灯バルブシェル１（以下、バルブシェル１と略称する）または灯具上に影を残ることを避けるために、前記各ＬＥＤ発光ストリップは相互に交差して配列される。即ち、各ＬＥＤ発光ストリップにおける任意の２つは同一平面上に存在しない。本実施例において、ＬＥＤ発光ストリップ６は２つのＬＥＤ発光ストリップ６ａ、６ｂを有する。前記２つのＬＥＤ発光ストリップ６ａ、６ｂは下端（排気管２に近い端）が図２における同一水平面上に配置され（又は同一高度レベルに配置される）、それらの上端が前後に取り付けられる。

図３は本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。それにおいて、前記バルブシェル１はＰＡＲ型であり、バルブシェル１の内壁上に光反射層１４を有し、ＬＥＤ発光ストリップ６が芯柱５の金属ワイヤ１１と電気引出線３上に固定される。光出射率を高めるために、バルブシェル１の底部には光反射板１４ａが設けられる。これにより、ＬＥＤ発光ストリップ６の底部へ射出光を前方に反射させ、光出射効率を高めることができる。

図４は本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。それにおいて、前記バルブシェル１はＴ型バルブシェルである。少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップ６は、芯柱５の電気引出線３と３ａ上に直接に固定される。ＬＥＤ発光ストリップ６の上端に接続する電気引出線３ａは湾曲である。これにより、ＬＥＤ発光ストリップ６からの発光がそれと平行な電気引出線によってバルブシェル１上に投影することを避ける。前記バルブシェル１の内壁上には発光粉層２６ａが設けられ、前記ＬＥＤ発光ストリップ６は、発光粉層を有しないＬＥＤ発光ストリップである。電気コネクタ８はバルブシェル１に直接接続する。なお、電気引出線３ａは、ＬＥＤ発光ストリップ６に用いる湾曲した支えと見なされることができる。

図５は本発明の更なる１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球の構造模式図である。それにおいて、前記バルブシェル１はＲ型反射バルブシェルであり、バルブシェル１の内壁上に光反射層１４を有する。４つの直列接続したＬＥＤ発光ストリップ６は、電気引出線３、芯柱上の金属ワイヤ１１ａ、及び支柱４上の金属ワイヤ１１によって、芯柱５上に接続及び固定される。

図６は本発明の１実施例によるＬＥＤチップ４π出光の高効率ＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤ発光ストリップの正面構造模式図である。前記ＬＥＤ発光ストリップ６は透明基板１５を含む。透明基板１５の上には、ＰＮ同一方向で直列接続されたＬＥＤチップ１６が少なくとも一連設けられる。前記ＬＥＤチップ１６の間には電気接続線１７が設けられている。透明基板１５の両端は、ＬＥＤ電極引出線１８及びその固定装置１９である。接続線２１とＬＥＤチップ１６とを電気接続するために、電極引出線１８の、ＬＥＤチップ１６に面する一端２０は露出する。

前記透明基板１５はガラス、硬質ガラス、石英ガラス、透明セラミック又はプラスチックなどで製造される。ＬＥＤ発光ストリップ６の両端における電極引出線１８の固定装置１９は、高温接着剤、プラスチック、銀ペースト、又は低融点ガラスによって製造される。本発明のＬＥＤ電球において、ＬＥＤ灯バルブシェルと芯柱とを真空密封して真空密封チャンバーを形成し、且つ該真空密封チャンバー内に粘性係数の低い高熱伝導率の気体を充填されて快速放熱を行う。したがって、本発明では、ＬＥＤ発光ストリップが生じる高温を耐えるために、従来技術におけるＬＥＤ発光ストリップのようにサファイア、ダイヤモンドなどの非常に高価な透明基板のみを用いる必要がない。ゆえに、本発明のＬＥＤ発光ストリップ６の透明基板はガラス、硬質ガラス、石英ガラス、透明セラミック又はプラスチックなどの安価な材料で製造されることができる。これにより、ＬＥＤ発光ストリップ６の製造コストが低下される。

前記透明基板１５上に取り付けられ直列接続したチップ１６は、同じ又は異なる発光色を有するＬＥＤチップであっても良い。例えば、同じ青光、紫外光又はその他の単色光である。又、異なる色の混合光又は白光を取得するために、前記チップ１６は異なる発光色を有しても良い。異なる数量の多種の発光色を有するＬＥＤを用いることで、高演色評価数を有する異なる色温の白光を取得することができる。

図７は図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップ６の断面構造模式図である。図７に示すように、ＬＥＤチップ１６は透明接着剤２２によって透明基板１５上に固定され、前記ＬＥＤチップ１６のチップ基板が透明である。前記ＬＥＤチップ１６のＰＮ接合２４からの発光において、電気接続線１７に向く光の一部は直接出射することが可能であり、全反射されて透明基板１５へ射出するその他の一部の光、及び、元々透明基板１５へ向く光は、チップ基板及び発光ストリップの透明基板１５を介して出射する。図７に示すように、出射光２３から分かるとおり、前記ＬＥＤチップ１６は４π出光可能であり、ＰＮ接合からの発光について、ＬＥＤチップ１６内における反射、複数回の反射、及び吸収による光損失が大幅に減少され、ＬＥＤチップの出光率が大幅に向上され、外部量子効率が向上された。即ち、ＬＥＤチップの発光効率が向上された。前記透明接着剤２２は、例えばエポキシ樹脂、改質樹脂又はシリカゲル等である。

図８は図６における線Ａ−Ａに沿って切断するＬＥＤ発光ストリップ６の更なる実施例の断面構造模式図である。それにおいて、前記ＬＥＤチップ１６、及びＬＥＤチップ１６を取り付けた透明基板１５の一面上には、高屈折率、高光透過率、高熱伝導率を持つ透明媒体層２５を有する。これにより、ＬＥＤチップ１６の接続線方向における光出射率が向上され、チップ１６及びその電気接続線１７が保護される。前記透明媒体は、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、プラスチックなどである。

ＬＥＤチップが青光又は紫外光を発生し、発光粉によってそれを白光又はその他の発光色に転換する必要がある場合、図６、７又は８に示すＬＥＤ発光ストリップ６の外部には、さらに発光粉層を設けることが必要となる。前記発光粉層はＬＥＤ発光ストリップ６の表面に密着すること、或いはＬＥＤ発光ストリップ６外の透明媒体管の内や外壁に塗布されることが好ましい。或いは、発光粉を透明媒体管壁内に混合（例えば、発光粉管を製造する）しても良いし、図４の蛍光粉層２６ａのように、それをバルブシェル１の内壁上に塗布することも考えられる。

図９は発光粉層を有するＬＥＤ発光ストリップの１実施例の断面構造模式図である。それにおいて、ＬＥＤチップ１６と透明基板１５の周りの外面上には、均一な発光粉層２６が塗布されている。即ち、図７に示すＬＥＤ発光ストリップの外面上には、均一な発光粉層２６が塗布されている。

前記発光粉層２６は、発光粉と透明媒体を混合して製造される。前記透明媒体は、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、プラスチック、透明接着剤、透明漆、高分子重合体などである。

図１０は発光粉層を有するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の断面構造模式図である。図１０において、ＬＥＤチップ１６及び、透明基板１５のチップを取り付ける一面上には、透明媒体層２５（図８に示す）を塗布してから、均一な発光粉層２６を被覆する。

図１１は発光粉層を有するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の断面構造模式図である。図１１において、前記透明基板１５及び、そのＬＥＤチップ１６を取り付ける一面における透明媒体層２５の周りには、透明媒体層２５ａを塗布してから、均一な発光粉層２６を被覆する。

図１２は発光粉層を有するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の断面構造模式図である。図１２において、チップ１６と透明基板１５の周りには、透明媒体層２５を被覆してから、均一な発光粉層２６を被覆する。

図１３は発光粉層を有するＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の断面構造模式図である。図１３において、ＬＥＤチップ１６と透明基板１５の周りには、均一な発光粉層２６を被覆してから、透明媒体層２５を被覆する。

また、図６に示すＬＥＤ発光ストリップ６の外には、ＬＥＤチップを保護するための透明管をさらに増設することができる。もちろん、前記ＬＥＤ発光ストリップには発光粉層をさらに増設することもできる。図１４は、外部透明管を設けたＬＥＤ発光ストリップの１実施例の正面構造模式図である。図１４に示すように、前記ＬＥＤ発光ストリップ２７は１つの外部透明管２８を含み、ＬＥＤチップ１６が取り付けられた透明基板１５は透明管２８内に密封される。ＬＥＤチップ１６の電極は透明管２８両端の電気引出線２９によって引き出され、電気引出線２９と透明管２８は密封位置３０において密封される。図１４において、前記ＬＥＤチップ１６は２種の異なる発光色を有するＬＥＤチップである。例えば、ＬＥＤチップ１６は青光を発光し、ＬＥＤチップ１６ａは赤光を発光する。前記色の異なるＬＥＤチップ１６ａは、発光色温や演色評価数を変えるのに用いられることができる。

図１５は図１４における線Ｂ−Ｂに沿って切断する４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップ２７の構造模式図である。図１５において、ＬＥＤチップ１６及びその透明基板１５には、ガラス、プラスチック又はシリカゲルなどによって製造される透明管２８が増設されている。発光ストリップ２７に発光粉層を設ける必要がある場合、発光粉を前記透明管２８の内や外壁上に塗布することができる。図１５は、発光粉層３２を透明管２８の内壁上に塗布する例を示す。

図１５に示すように、発光粉を前記透明管２８の透明媒体中に混合することもできる。即ち、発光粉を透明媒体ガラスや、プラスチックや、シリカゲルなどと混合した後に、透明発光粉管を製造する。このように、透明管２８の内や外壁上には、発光粉層３２を塗布する必要がなくなる。

図１５に示すように、透明管２８とＬＥＤチップ及びその透明基板１５との間には、例えば透明シリカゲル、エポキシ樹脂及びプラスチックなどのような、高熱伝導率、高屈折率、高光透過率を持つ材料３１をさらに充填することができる。ＬＥＤチップからの発光は４π出光する。前記ガラス基板、透明接着剤及びガラス管の光屈折率が近く、ＬＥＤ出射光の各媒体界面上における光損失が非常に少ないため、ＬＥＤチップは出光率が高い、即ち発光効率が高い。

図１６は本発明の４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップの更なる１実施例の構造正面模式図である。図１６に示すように、前記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップ３３は、ＬＥＤチップのチップ基板が透明である。前記ＬＥＤチップは高圧ＬＥＤチップであり、且つ各高圧ＬＥＤチップ３４は、少なくとも２つの直列接続したＬＥＤ ＰＮ接合３５を含み、各ＰＮ接合の間に少なくとも１つの電気接続線３６を有して接続を行う。各高圧ＬＥＤチップの両端のそれぞれには、溶接ワイヤボンディング用の金属電極３７を少なくとも１つ有する。各高圧ＬＥＤチップの間、及び高圧ＬＥＤチップと高圧ＬＥＤ発光ストリップ電気引出線１８との間には、電気接続線３８が少なくとも１つ設けられる。

図１６に示すＬＥＤ発光ストリップ３３の少なくとも１つの高圧ＬＥＤチップ３４は、同じ又は異なる発光色を有してもよい。それは図６と１４に記載のＬＥＤ発光ストリップと同じく、そのチップの一面にも透明媒体層を有してもよく、且つその発光ストリップ３３の周りにも発光粉層を設けても良い。

なお、上記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップ６、２７及び３３は、図１、２、３、４及び５に示すＬＥＤ電球を製造するために用いられてもよく、単独的に発光素子として用いられてもよい。

ＬＥＤ電球の製造に用いられる場合、前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップの位置は、必要に応じて設定されることができる。例えば、図１、２、３、４及び５に示す配列のように、柱形、Ｖ形、Ｗ形、錐形及び平面などに配列される。図１７、１８、１９及び２０に示すように設定されてもよく、１つのＬＥＤ発光ストリップからの発光が他の１つのＬＥＤ発光ストリップによって阻止されてバルブシェル上に影を残ることを避ける必要がある場合、前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップの各ＬＥＤ発光ストリップは相互に交差して配列される。図１８に示すように、前記複数のＬＥＤ発光ストリップは仮定の多面柱体（ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｃｏｌｕｍｎ）または多面錐台体（ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ）の各面の対角線上に配列される。或いは、複数のＬＥＤ発光ストリップは全体的に、多面柱体または多面錐台体の実体形式に設置され、各ＬＥＤ発光ストリップがいずれも同一平面に存在しない。図１８は、４つのＬＥＤ発光ストリップが方柱体形式に配列されるとともに、それぞれ図１８の破線４１に示す４つの面の対角線上にある状況を示す。

用いる発光ストリップ６、２７及び３３は、同じ又は異なる発光色を有してもよい。これによって、発光色の異なる、異なる色温及び異なる演色評価数を有するランプを取得する。例えば、図１７に示すように、青光を発光する４つのＬＥＤチップを含むとともに、青光に励起されて黄光を発生し得る発光粉層を有する発光ストリップ６、２７又は３３は、それらの間の錐軸３９を囲んで錐形に配列される。同時に、その他の色を発生する１つのＬＥＤ発光ストリップ４０を有する。前記ＬＥＤ発光ストリップ４０は、例えば赤光を発生する。両者の相対光束密度を変えると、異なる色温及び演色評価数を有する白光ＬＥＤ電球を取得し得る。

本発明の全体的な構想を示す一部の実施例はすでに表示や説明されたが、当業者であれば理解できるように、発明の全体的な構想の趣旨に外れない範囲では、これらの実施例を変更することができる。本発明の範囲は、請求項及びそれらの等価物によって限定される。

以下、図面で用いた参考符号に対して簡単な説明を行う。
１ 光透過ＬＥＤ灯バルブシェル
１ａ 芯柱のラッパ管
２ 排気管
２ａ 排気管の封口位置
３ 電気引出線
３ａ 湾曲した電気引出線
４ 支柱
４２ 支え
５ 芯柱
６、６ａ、６ｂ ＬＥＤ発光ストリップ
７ 駆動器
８ 電気コネクタ
９ 接続子
１０ ＬＥＤ電球
１１、１１ａ 芯柱上の金属ワイヤ
１２ 電気接続線
１３ 真空密封チャンバー
１４ 光反射層
１４ａ 光反射板
１５ 透明基板
１６、１６ａ ＬＥＤチップ
１７ チップ間の電気接続線
１８ 電極引出線
１９ 電気引出線の固定装置
２０ 電気引出線の溶接端
２１ 電気接続線
２２ 透明接着剤
２３ 出射光
２４ ＰＮ接合
２５、２５ａ 透明媒体層
２６、２６ａ 発光粉層
２７ 透明管又は発光粉管付きの発光ストリップ
２８ 透明管又は発光粉管
２９ 電気引出線
３０ 密封位置
３１ 透明媒体
３２ 発光粉層
３３ 高圧ＬＥＤチップの発光ストリップ
３４ 高圧ＬＥＤチップ
３５ ＬＥＤ ＰＮ接合
３６ ＰＮ接合間の電気接続線
３７ 高圧ＬＥＤチップの両端のワイヤボンディング盤
３８ 高圧ＬＥＤチップ間と電気引出線間の電気接続線
３９ 錐軸
４０ 発光色の異なるＬＥＤ発光ストリップ
４１ ダミ多面体

Claims (12)

1. ＬＥＤ灯バルブシェルと、排気管及び支えを有する芯柱と、少なくとも１つの４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップと、駆動器と、電気コネクタとを含むＬＥＤ電球であって、
   前記ＬＥＤ灯バルブシェルが芯柱と真空密封されて真空密封チャンバーを形成し、前記真空密封チャンバー内には粘性係数の低い高熱伝導率の気体が充填され、前記支え及び当該支え上に固定される前記ＬＥＤ発光ストリップが前記真空密封チャンバー内に収容され、前記ＬＥＤ発光ストリップが前記駆動器、前記電気コネクタにこの順に電気接続され、
   前記電気コネクタが外部電源に電気接続してＬＥＤ発光ストリップを点灯し、
   前記４π出光のＬＥＤチップ付きＬＥＤ発光ストリップは、透明基板と、前記透明基板上に取り付けられた少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップとを含み、前記ＬＥＤチップが透明のチップ基板を有し、
   前記ＬＥＤチップと前記ＬＥＤチップを取り付ける透明基板との周りに設けられた発光粉層をさらに含む、ＬＥＤ電球。
2. 前記ＬＥＤ灯バルブシェルは光透過性を有するとともに、直接又は接続子を介して前記電気コネクタに接続される、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
3. 前記芯柱の前記支えは、電気引出線と、支柱と、前記ＬＥＤ発光ストリップを固定するための金属ワイヤとを含み、前記ＬＥＤ発光ストリップの両端の電極が前記電気引出線を介して、前記真空密封チャンバー外の前記駆動器、前記電気コネクタにこの順に電気接続される、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
4. 前記粘性係数の低い高熱伝導率の気体には、ヘリウムガス、水素ガス、又はヘリウムガスと水素ガスとの混合ガスが含まれ、且つ前記粘性係数の低い高熱伝導率の気体の気圧が室温下において５０〜１５２０Ｔｏｒｒである、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
5. 前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップは、それぞれに少なくとも一連の、同じＰＮ接合方向で直列接続されたＬＥＤチップを有し、前記ＬＥＤチップが十分な数を有することで、前記ＬＥＤ発光ストリップの直列接続又は直並列接続後の総駆動電圧が外部駆動電圧に近くなる、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
6. 前記少なくとも１つのＬＥＤ発光ストリップは一方向ＤＣ動作となるように接続される、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
7. 前記ＬＥＤ発光ストリップは相互に直列又は直並列接続され、発光ストリップの配列方式がＶ形、Ｗ形、柱形、錐形又は平面形式である、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
8. 前記１つのＬＥＤ発光ストリップからの発光が他の１つのＬＥＤ発光ストリップによって遮蔽され、ＬＥＤ灯バルブシェル上に影が残ることを避けるために、各ＬＥＤ発光ストリップのうちの任意の２つが同一平面上に存在しないように、前記ＬＥＤ発光ストリップの各ＬＥＤ発光ストリップは相互に交差して配列される、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
9. 前記ＬＥＤ発光ストリップのそれぞれは、相互に交差しており、ダミの多面柱体または多面錐台体の各面の対角線上に配置される、請求項１又は８に記載のＬＥＤ電球。
10. 前記透明基板の両端に設けられたＬＥＤチップの電極引出装置をさらに含む、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
11. 電極引出装置を前記透明基板の両端に固定する固定装置をさらに備え、前記固定装置が高温接着剤、プラスチック、銀ペースト、又は低融点ガラスによって製造される、請求項１０に記載のＬＥＤ電球。
12. 前記ＬＥＤチップが同じ又は異なる発光色を有するＬＥＤチップである、請求項１に記載のＬＥＤ電球。

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