JP6072680B2 - 封止ガラス管内のtlレトロフィットledモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、外箱,外箱内に配置された発光ダイオード素子,外箱の一部を構成する光出口部材,制御された雰囲気を含んだ封止キャビティ及びキャビティ内に配置された蛍光体素子を有する発光ダイオード(LED)デバイスに関する。
有機蛍光体の使用は、例えば、発光スペクトルの位置及び帯域設計に関して、無機蛍光体よりも有用である。ただ残念ながら、有機蛍光体は、蛍光体を早期に低品質化させる酸素及び水などの周囲材料に対して敏感であることが分かっている。この問題を解決するための努力がなされてきた。米国特許公開公報US7,560,820号は、制御された雰囲気を有するキャビティを封入する閉構造を有する発光ダイオード(LED)を開示している。キャビティ内には、エミッタ要素,エミッタ要素の近くに配置された蛍光体及びゲッタが配置されている。
1つ以上のLEDを具備する類似のより大きな寸法の構造を得ることが望ましい。
本発明の目的は、上記のより大きな寸法の構造を持つLEDデバイスを提供することである。
この目的は、請求項1に記載の本発明に従ったLEDデバイスによって達成される。
このため、本発明の一態様によると、外箱と、少なくとも1つの発光ダイオードを有し、外箱内に配置された発光ダイオードと、外箱の一部を構成する光出口部材と、制御された雰囲気を含んだ封止キャビティと、キャビティを封止するために配置された封止材とを有する発光ダイオードデバイスが提供される。発光ダイオードデバイスは、封止キャビティ内に配置された、リモート有機蛍光体素子を更に有する。リモート有機蛍光体素子は、多くの異なる形状で提供可能であり、且つ、強力な光源の小さなスポットにも関わらず均一な拡散光出力を持つ、大きな光出口面を実現することを可能とする。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、ゲッタがキャビティ内に配置される。これにより、例えば、封止は密封である必要がなく、又は、デバイスの動作中に生成され、リモート有機蛍光体素子を低品質化させるガスを除去可能となる。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、ゲッタは、制御された雰囲気から酸素を除去するために配置される。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、ゲッタは、封止材に隣接して配置される。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、ゲッタは、出力光路と干渉しない位置に配置される。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、封止材は、酸素に対して透過性がある。透過性が低く保たれるにも関わらず、ゲッタのおかげで、高価な密封材を備える必要がない。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、有機蛍光体素子は別個の素子である。これにより、蛍光体素子の形状及び配置が最適化され得る。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、発光ダイオードデバイスは、ベース部を有し、光出口部材は、封止材を用いてベース部に取り付けられた外側シェルを有し、発光ダイオード素子は、ベース部上に配置され、有機蛍光体素子は、ベース部に取り付けられるフードであって、且つ、発光ダイオード素子を覆い、さらに、発光ダイオード素子と外側シェルとの間に配置されたフードを構成し、ゲッタは、有機蛍光体素子と外側シェルとの間のベース部上に配置される。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、光出口部材は、外壁と、内壁とを有し、封止材を用いて外壁に取り付けられることによりキャビティを形成する。有機蛍光体素子及びゲッタは、外壁と内壁との間のキャビティ内に配置される。発光ダイオードデバイスは、発光ダイオード素子を収容する他のコンパートメントを有する。
これにより、別個のキャビティ内に敏感な蛍光体素子を設けることが可能となり、他のコンパートメントは、例えば空気又はその他のガスを備えることができるが、周囲から封止される必要はない。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、光出口部材は、他のコンパートメントを覆う蓋を形成し、他のコンパートメントは、周囲壁と底面とを有し、周囲壁は、底面と光出口部材との間に延在し、発光ダイオード素子は、底面上に配置される。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、外箱はレトロフィットランプとして設けられる。レトロフィットランプなる文言は、当該分野における当業者にとって周知であり、LEDを持たない古い型のランプの外観を持つLEDベースのランプを意味する。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、光出口部材は、円筒状のガラス管を有し、外箱は、封止材を用いて円筒状のガラス管に取り付けられたエンドキャップを更に有する。この実施形態は、例えばレトロフィットTL管として構成され得る。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、制御された雰囲気は、発光ダイオードデバイスの動作中に封止された雰囲気内で生成される可能性のある物質と反応するように構成された反応性ガスを有する。この実施形態は、キャビティ内で生成され、且つ、徐々に機能を劣化させる物質を反応性ガスにより無害化する利点を持つ。ガスの種類は、上記物質に合わせられる。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、発光ダイオードデバイスは、反応性ガスを付与するように構成されたディスペンサを有する。あるアプリケーションでは、ディスペンサは、反応性ガスを少しずつ付与するのに有用である。
発光ダイオードデバイスの実施形態によると、ディスペンサは、水素ガスディスペンサである。これにより、キャビティ内で生じる任意の酸素が、水素と反応させられて、水分を形成し、その後、当該水分は、適切な除湿材料を用いたゲッタにより収集される。
本発明の、これらの及び他の態様,特徴及び利点が、以下に述べられる実施形態を参照して明確且つ明瞭となるであろう。
本発明は、詳細に、且つ、添付された図面を参照して、これより述べられるであろう。
図1は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの実施形態の断面図である。 図2は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の破断側面図である。 図3は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の破断側面図である。 図4は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の断面図である。 図5は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の断面図である。 図6は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の断面図である。 図7は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの実施形態の上面図である。 図8は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の断面図である。 図9は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の一部切欠き斜視図である。 図10は、本発明に従った発光ダイオードデバイスの他の実施形態の一部切欠き斜視図である。
図1では、発光ダイオード(LED)デバイス100が、断面図で示されており、側面から見られている。LEDデバイス100は、キャビティ104を囲み、且つ、ベース部106及び光出口部材108を有する外箱102を有する。光出口部材は、キャビティ104を封止するために配置された封止材110を用いてベース部106に取り付けられている。LEDデバイス100は、キャビティ104内のベース部106に取り付けられたゲッタ112と、キャビティ104内のベース部106に取り付けられ、1個又は図示された実施形態のように数個のLED114aを有するLED素子114と、キャビティ104内のベース部106に取り付けられたリモート蛍光体素子116とを更に有する。ベース部106は、当該分野の当業者によって理解されるように、明示されてはいないが、例えば、電気的端子及び駆動電子回路を有するか、又は、支える。
リモート蛍光体素子116は、従来の無機蛍光体に比して有用である。しかしながら、特定のガス、一般には酸素は、上記蛍光体素子を不要に早く低品質化させる。従って、通常は、キャビティを密封し、真空化するか、又は、不活性ガスで充填することが、蛍光体素子の寿命を維持するために行なわれてきた。さらに、上記従来技術のLEDアセンブリのように、蛍光体材料がLED素子と一体化されてきた。しかしながら、異なる形状及び光特性を持った異なる種類のランプを製造する場合、本発明に従うように、蛍光体をリモート素子として配置するのが有用である。加えて、蛍光体がLED素子と一体化されずに別個に付与される場合、とりわけ温度がより低くなるため、蛍光体材料の低品質化がより遅くなることが認識されている。ただし、これは、キャビティ104から有害ガスを締め出すことができる場合にだけ、可能となる。一方、真空下又は不活性雰囲気下での密封は、比較的困難であり、コストがかかる。最も基本的な概念では、本発明に従った解決法はより簡単な構造を提供するが、これは密封を除外するものではない。封止材110は、この実施形態ではドームである光出口部材108の縁に沿って延在している。当該分野における当業者によって理解されるように、本アプリケーションを通じて、光出口部材は、ガラス,適切なプラスチック又はバリア膜などの光透過材料でできた1つ以上の壁を有することに留意すべきである。ゲッタ112は、固形物でできており、封止材110に隣接して配置されている。この位置は、とりわけゲッタ112が出力光路、即ちLEDデバイス100から出力される光と干渉するのを避けるために、選ばれる。ゲッタは、反射器の後ろに配置され得る。ゲッタ自体が、反射性を持つように作られてもよい。
ゲッタ112は、キャビティに侵入するガスを吸収することができる。ゲッタは、有機蛍光体素子6にとって有害となるガスを吸収するように構成される。LEDデバイス100のこの構造では、非密封性の封止材、即ち透過性の封止材を設けることが可能である。
固形のゲッタは、一般的には、例えば、シリコン,二価の酸化鉄,バリウム,カルシウム又はアルミニウムでできた酸素ゲッタである。ビタミンCなどの有機抗酸化剤を使用することも可能である。他のゲッタ112の例として、水素ディスペンサ及び吸湿手段を有するゲッタがある。これにより、キャビティ104内の制御された雰囲気中の任意の酸素は、水素と反応し、湿気/水を形成し、ゲッタ112により除去される。
透過性の封止材は、一般的には、エポキシ接着剤などの有機接着剤である。長期に亘って密封を保証する封止材を設ける追加的なコストをなお避けつつ、実際に透過性が低く保たれることに留意すべきである。
好ましくは、キャビティ104は、アルゴン,ネオン,窒素及びヘリウムから選ばれた1つ以上の不活性ガスを含んだ酸素フリーの雰囲気で満たされる。
図1に示された実施形態に関して、リモート有機蛍光体素子116は、光出口部材108と同様に、ドーム形状のフード状に形成され、酸素フリーの雰囲気がキャビティ内全体、即ちリモート有機蛍光体素子116とベース部106との間、及び、リモート有機蛍光体素子116と光出口部材108との間の両方に満たされている。
キャビティ104内の少なくとも1つの不活性ガスに加えて、キャビティ内へ侵入、又は、LEDデバイスが動作される場合に部品から出てくる酸素と、キャビティ104内で反応する他のガスを追加することが可能である。例えば、キャビティ104内に配置されたLED部品又は他の部品は、LEDデバイス100の動作又は寿命を劣化させる単原子分子又は化合物のガスを作り出す。化合物のガスと化学反応する反応性ガスであって、安定な化学成分、又は、複数のLED114a間のベース部106上に図示されている追加的なゲッタ118によって容易に吸収され得る化学成分を作り出す反応性ガスを選択することが可能である。該当する場合は、追加的なゲッタ118は、作り出されたガスを直接的に吸収するように配置され得る。さらに、代わりに、反応性ガスは、図3の320に示されるように、キャビティ内に配置されたディスペンサにより少しずつ付与され得る。
リモート有機蛍光体素子116は、キャビティ内部の別個の部位である場合、例えば射出成形によって形成され得る。
好ましくは、LED114aは、青色発光LEDであり、リモート有機蛍光体素子116は、青色光を白色光に変換するように構成される。
制御された雰囲気,ゲッタ,封止材及びリモート有機蛍光体素子の特性に関してこれまで述べられたことは、他に明示あるいは暗示がない場合には、全ての実施形態においても通常当てはまる。
図2及び図3を参照すると、他の実施形態では、LEDデバイスが、レトロフィットランプとして設けられている。LEDデバイス200,300は、ねじ込み口金又は差し込み口金などの従来のキャップを備えるベース部206,306を持つ。さらに、LEDデバイス200,300は、キャビティ204,304を封入する電球形状の光出口部材208,308を持つ。一実施形態では、図2に示されるように、リモート有機蛍光体素子216が、光出口部材208の内部の別個のフード形状の部品として配置されている。リモート有機蛍光体素子216は、光出口部材208から離れて、LED素子214を覆っている。ゲッタ212は、リモート有機蛍光体素子216と光出口部材208との間に、封止材210に隣接して配置されている。これにより、ゲッタ212は、出力光路と干渉しない。他の実施形態では、図3に示されるように、リモート有機蛍光体素子316が、光出口部材308の内側上の被覆として配置されており、このため、ゲッタ312は、蛍光体素子316の内側であって封止材310の近傍に置かれている。
別の実施形態では、図4に示されるように、LEDデバイス400は、平らなベース部406及びドーム形状の光出口部材408を有する外箱を持つ。しかしながら、この実施形態では、光出口部材408は、外壁422,内壁424,及び,外壁422と内壁424との間に配置されたリモート有機蛍光体素子416のサンドイッチ構造を有する。外壁422及び内壁424は、ベース部と接続され、且つ、外壁422及び内壁424の周縁部426,428に沿って延在している封止材410により互いに接続されている。光出口部材408は、これにより、間隔を置いて配置された外壁422と内壁424との間に封止キャビティ404を形成する。ゲッタ412は、LEDデバイス400の光出力と干渉しないために、封止材410に隣接してキャビティ内に配置されている。光出口部材408は、第2のキャビティ、即ち他のコンパートメント430を、LED414aがマウントされるベース部の内面432と内壁424との間に定める。他のコンパートメント430内には空気に敏感な部品が存在しないため、空気を含むことができ、特別な環境を備える必要がない。しかしながら、光出口部材408を追加的にベース部406の内面に取り付けることもあるので、他のコンパートメントも封止材410によって周囲から封止されることもあり、このために、キャビティ404と同じ雰囲気を他のコンパートメント430に初めに与えることも可能である。
図5に示されるようなLEDデバイス500の他の実施形態によれば、光出口部材508は、カセットを形成し、且つ、外壁522,内壁524,及び,外壁522と内壁524との間に配置されたリモート有機蛍光体素子516を有する平面サンドイッチ構造として配置されている。外壁522及び内壁524のそれぞれは、蓋状であり、円形の平面部分542と、当該平面部分に対して垂直且つ円周周りに延在している円筒状の縁部分544とを有する。外壁522及び内壁524は、円筒状の縁部分544の端部526,528に沿って、封止材510により互いに取り付けられている。内壁524は、平面部分542の円周周り表面端部532上、円筒状の反射壁534の一端において、円筒状の反射壁534に取り付けられている。反射壁534の他端は、ベース部506の内面536に取り付けられている。光出口部材508の内壁524,反射壁534,及び,ベース部506の内面536は、前の実施形態と同様に、クリティカルでない環境を持つ他のコンパートメント530を定める。LED514は、ベース部506の内面536上、且つ、他のコンパートメント530内にマウントされる。ゲッタ512は、カセット508の空間内に配置される。電気的端子538は、ベース部506の外面540から突き出ている。あるいは、リモート有機蛍光体素子516は、光出口部材508の内壁524上の被覆として配置されてもよい。カセットが密封され、且つ、ゲッタが省略されるか、又は、ゲッタがそのまま用いられる、代わりの実施形態を提供することが可能である。
図6及び図7に示されるLEDデバイス700の他の実施形態によれば、前の実施形態と同じようなカセットタイプの光出口部材708が用いられる。出口部材708は、それぞれ平面状の矩形プレートでできている外壁722及び内壁724と、外壁722及び内壁724を互いに離して相互接続している封止材710とを持ち、これにより、この中にキャビティ704,内壁724上に堆積された層によって構成されたリモート有機蛍光体素子716,及び,出口部材708の角においてキャビティ704内に配置されたゲッタ712を形成している。矩形管を形成している反射壁734は、ベース部706上に配置されている。反射壁734は、外端に周辺リップ744を持ち、当該リップ744は、反射壁734に対して垂直に、且つ、管の中心軸に向かって延びている。光出口部材708の端面は、反射壁734の外端近くの端部において、反射壁734の内面に取り付けられるとともに、リップ744の内側又は下側の面上でリップ744に取り付けられている。反射壁734は、環状であってもよい。類似の上記実施形態のように、光出口部材708のキャビティは、密封材710及びゲッタ712によって保護された、制御された雰囲気を備える。光出口部材708,管状の反射壁734及びベース部706は、ベース部706の内面736上に配置される5つのLED714を有するLED素子を収容する、他のコンパートメント730を定める。このようにして、全体としては、LEDデバイス700はブロック形状であり、矩形状の光出口部材708を持つ。しかしながら、ゲッタ712を隠すために、光出口部材708の外壁722は、光路のための円形状の出口窓746を残して、外壁722の角部分において光を透過させないように作られている。加えて、円形状の出口窓746は、出力光として、十分な光錐を提供する。密封材を有する代わりの実施形態は、同様のものを提供可能であり、この場合、ゲッタは、用いられてもよいし、省略されてもよい。
他の実施形態によれば、図8に示されるLEDデバイス800が、レトロフィットTL管として提供される。光出口部材802は、ガラス管804と、ガラス管804の内面状に堆積された蛍光体層によって構成された有機蛍光体素子806とを有する。あるいは、有機蛍光体素子806は、ガラス管804の内面に隣接して配置された別個の蛍光体素子である。エンドキャップ808は、外箱を形成し、且つ、封止キャビティ820を定めるため、封止材810により光出口部材802の両端に取り付けられている。ゲッタ812は、封止材810近くのキャップ808の内側に搭載されている。数個のLED816を有するLED素子814は、キャビティ820内に配置されるとともに、エンドキャップ808に同様に取り付けられたベース部818上に配置される。キャビティは、上述のように、制御された雰囲気を含む。
LEDデバイス900の他の実施形態によれば、上記のレトロフィットTL管の実施形態と同じように、光出口部材902は、ガラス管904を有し、発光ダイオード素子914は細長く、一列に数個のLED916を備え、ガラス管904の長さ方向に沿って延びている(図9参照)。反射性基板であって、且つ、LED素子914に含まれるベース部918上に、LED916は配置されている。リモート有機蛍光体素子906は、LED素子914の周囲のガラス管904内へ挿入された膜である。ベース部918は、ガラス管904の内面近くに配置され、ベース部の裏側は当該内面に対向しており、LED916は、ベース部918の表側にマウントされている。ゲッタ912は、ベース部918の後側とガラス管904との間に搭載されている。これにより、ゲッタ912は、LEDデバイス900の出力光路と干渉しない。当該管は、密封されてもよいし、透過性シーラントを使用してもよい。
LEDデバイス1000の他の実施形態によれば、図10に示されるように、光出口部材1002は、2つの同心外側及び内側ガラス円筒1022,1024を有する。ガラス円筒1022,1024は、両端において封止され、リモート有機蛍光体素子1006及びゲッタが配置されるキャビティ1004を定める。リモート有機蛍光体素子1006は、同様に円筒形状である。LED素子1014は、光出口部材1002の中央、内側ガラス円筒1024内の他のコンパートメント1005内に配置され、且つ、ベース部1018と、ベース部1018の両側上にマウントされたLED1016とを有する。ここでも、封止は密封であってもよい。他のコンパートメント1005は、空気に対して晒されてもよい。
以上、添付の請求項に記載の本発明に従ったLEDデバイスの実施形態が説明された。これらは、単に非限定の例として解されるべきである。当業者によって理解されるように、多くの修正及び代わりの実施形態が、本発明の範囲内で可能である。
光出口部材がリモート有機蛍光体素子を含むキャビティを収容し、別個の又は他の空間がとりわけ発光ダイオード素子を収容するために配置される上記実施形態では、さらに、光出口部材のキャビティが密封されてもよい。このようにして、有機蛍光体の低品質化につながり得る、LED又はディフューザなどの素子による酸素生成、又は、脱気が避けられる。有機蛍光体が不活性ガス雰囲気下で密封される上記実施形態では、ゲッタの量はごくわずかであってもよいし、又は、ゲッタが取り除かれてもよい。
ある実施形態では、駆動電子回路又はセンサなどの他の素子がLEDデバイス内のLED近くにあってもよいことに留意すべきである。
本願目的のため、とりわけ添付の請求項に関し、それ自体は当該分野における当業者にとって明白であろうが、「有する」なる語句は、他の要素又はステップを除外せず、「a」又は「an」なる語句は、複数を除外しないことに留意すべきである。

Claims (12)

  1. 外箱と、
    少なくとも1つの発光ダイオードを有し、前記外箱内に配置された発光ダイオード素子と、
    前記外箱の一部を構成する光出口部材と、
    制御された雰囲気を含んだ封止キャビティと、
    前記キャビティを封止する封止材と、を有する、発光ダイオードデバイスにおいて
    リモート有機蛍光体素子が前記キャビティ内に配置され、
    前記発光ダイオードデバイスは、前記発光ダイオード素子を収容する他のコンパートメントを有し、
    ゲッタが、前記キャビティ内に配置され
    前記発光ダイオードデバイスは、ベース部を有し、
    前記光出口部材は、前記封止材を用いて前記ベース部に取り付けられた外側シェルを有し、
    前記発光ダイオード素子は、前記ベース部上に配置され、
    前記有機蛍光体素子は、前記発光ダイオード素子を覆い、且つ、前記発光ダイオード素子と前記外側シェルとの間に配置されたフードを構成し、
    前記ゲッタは、前記蛍光体フードと前記外側シェルとの間に配置される、ことを特徴とする、発光ダイオードデバイス。
  2. 前記ゲッタは、前記制御された雰囲気から酸素を除去する、請求項1記載の発光ダイオードデバイス。
  3. 前記ゲッタは、前記封止材に隣接して配置される、請求項1又は2に記載の発光ダイオードデバイス。
  4. 前記ゲッタは、出力光路と干渉しない位置に配置される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  5. 前記ゲッタは、水素ガスディスペンサを含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  6. 前記封止材は、非密封性であり、酸素に対して透過性を持つ、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  7. 前記有機蛍光体素子は、別個の素子である、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  8. 前記光出口部材は、他のコンパートメントを覆う蓋を形成し、
    前記他のコンパートメントは、周囲壁と底面とを有し、
    前記周囲壁は、前記底面と前記光出口部材との間に延在し、
    前記発光ダイオード素子は、前記底面上に配置される、請求項1乃至のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  9. 前記外箱は、レトロフィットランプとして設けられている、請求項1乃至のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  10. 外箱と、
    少なくとも1つの発光ダイオードを有し、前記外箱内に配置された発光ダイオード素子と、
    前記外箱の一部を構成する光出口部材と、
    制御された雰囲気を含んだ封止キャビティと、
    前記キャビティを封止する封止材と、を有する、発光ダイオードデバイスにおいて、
    前記光出口部材は、外壁と、前記封止材により前記外壁に接続されて前記キャビティを形成する内壁を有し、
    リモート有機蛍光体素子が、前記外壁と前記内壁との間の前記キャビティ内に配置され、
    前記発光ダイオードデバイスは、前記発光ダイオード素子を収容する他のコンパートメントを有し、
    ゲッタが、前記キャビティ内に配置され、
    前記光出口部材は、円筒状のガラス管を有し、
    前記外箱は、前記封止材を用いて前記円筒状のガラス管に取り付けられたエンドキャップを更に有する発光ダイオードデバイス。
  11. 前記制御された雰囲気は、前記発光ダイオードデバイスの動作中に前記封止キャビティ内で生成される可能性のある物質と反応する反応性ガスを有する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の発光ダイオードデバイス。
  12. 前記反応性ガスを付与するディスペンサを更に有する、請求項11記載の発光ダイオードデバイス。
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