JP5725115B2 - 発光装置及びそれを備えた灯具 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子から発せられた光を広範囲に照射するに適した発光装置とそれを備えた灯具に関する。

特許文献１は、白色樹脂を用いたパッケージの反射枠の中に発光素子とそのモールド用の樹脂を配置した構造を開示している。パッケージはリードフレームが利用され、枠部分を白色樹脂によって形成することで反射構造とし、発光素子から発した光を一方向に指向性を高めて取り出す構成となっている。

また、特許文献２には、反射枠の構造を採用することなく、発光素子を蛍光材料含有の樹脂にてモールドした構造となっている。

特開２００３−１６８８２４号公報 特表２００３−５１９９２９号公報

特許文献１に開示の反射枠構造は、光を全方向に拡散することに不向きな構造である。特許文献２に開示の反射枠なしの構造は、モールド樹脂を一度に成型するので、樹脂形状のきめ細かな設定が困難である。特に、樹脂中に、蛍光材料や光拡散材料を含有する場合、樹脂とその含有材料の比重の関係で、含有材料の最適配置が困難になり易い。
また、特許文献１，２に開示の構造は、全体形状が箱状であるとともに、回路基板への面実装を意図した端子構造であるので、金属製のフィラメントのように空中に配置される線状光源の代替には不向きな構造であった。
そこで本発明は、フィラメントのように空中に配置される線状光源の代替に適した発光装置やそれを備えた灯具を提供することを課題の１つとする。また、光の指向性を抑制し、光を全方向に取り出すことが容易な発光装置を提供することを課題の１つとする。

本発明の第１局面の発光装置は、複数のリードをその一部を露出させた状態で第１の樹脂によって一体化した左右に細長い棒状の樹脂枠タイプのパッケージと、前記複数のリードの上に固定された複数の発光素子と、前記複数の発光素子を封止する第２の樹脂とを備える発光装置において、前記複数の発光素子は夫々前記複数のリードのいずれかに電気的に接続され、前記第１及び第２の樹脂は光透過性の樹脂であって、前記樹脂枠を構成する側壁は前記複数のリードの上面よりも高く、前記第２の樹脂は前記樹脂枠の最上部まで充填されており、前記第２の樹脂は、前記第２の樹脂よりも比重が大きな蛍光材料を含有し、前記蛍光材料は前記複数の発光素子の近くに集中的に配置され、前記蛍光材料から出た光の一部と前記複数の発光素子から出た光の一部とは前記複数のリードの裏面側に導かれ、外部接続用のアウターリードを前記パッケージの左右の両端から左右に突出させたことを特徴とする。

第１及び第２の樹脂を光透過性の樹脂とすることにより、両方の樹脂を導光体として機能させることができ、発光素子を配置したリードの裏側にも光を導くことができる。パッケージを棒状とすることにより、線状の光を発生させることができる。外部接続用のアウターリードをパッケージの左右の両端から左右に突出させることにより、隣接する発光装置を溶接などによって固着する際の作業性を高めることができる。

本発明の第１局面の発光装置は、前記第２の樹脂として、その中に蛍光材料を含有することができる。樹脂に含有させた蛍光材料によって、発光素子の発光色を他の色に変換することができる。

本発明の第２局面の灯具は、上記の複数の発光装置を隣接する前記発光装置がＶ字形状をなすように隣接するアウターリード同士を固着して直列接続するとともに、その直列接続の両端を電源用のリードに固着してフィラメント部を構成したことを特徴とする。隣接する棒状の発光装置がＶ字形状をなすように隣接するアウターリード同士を固着して直列接続しているので、金属製のフィラメントと同様の発光形態をとることができる。棒状の発光装置が光透過性の樹脂によって構成されているので、リードの表裏面方向のみならず、外部接続用のアウターリードの延長方向にも光を取り出すことができ、３６０度の全方位に向けて光を均一に発光する灯具とすることができる。

本発明の第３局面の発光装置は、側壁を有する細長い樹脂枠タイプの光透過性の第１の樹脂と、前記第１の樹脂の内部に配置された金属製材料と、前記金属製材料の上に設置された発光素子と、前記第１の樹脂の両端から外方に突出するとともに、前記発光素子と電気的に接続されたアウターリードと、前記金属製材料を覆うように前記第１の樹脂内に充填された光透過性の第２の樹脂と、を備え、前記発光素子から出射された光の一部は前記金属製材料の裏側に導かれることを特徴とする。

発光装置の光を広範囲に取り出すことができ、広指向性の発光装置及びそれを備えた灯具を提供することができる。隣接する発光装置同士の固着が容易な発光装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光装置の長手方向の断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の短手方向の断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造工程を示す図である。 発光装置の指向特性を示す図で、（Ａ）は本発明の実施形態に係る発光装置の特性、（Ｂ）は従来例に係る発光装置の特性を示している。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の短手方向の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る発光装置の短手方向の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る電球のガラスカバーを省略した正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の発光装置１の長手方向（図３（Ｄ）のＡ−Ａ）の断面図、図２は発光装置１の短手方向（図３（Ｄ）のＢ−Ｂ）の断面図である。

発光装置１は、リードフレーム型のパッケージ２に発光素子３を搭載し、発光素子３を樹脂封止して構成し、全体形状を細長い棒状としている。
パッケージ２は、リードフレーム４を用いて構成された複数のリード４１，４２,４３をその一部を露出させた状態で第１の樹脂５によって一体化して左右に細長い棒状の形状に構成している。
発光素子３は、前記複数のリード４１，４２,４３のいずれかの上に接着材料によって固定し、前記複数のリード４１，４２,４３のいずれかにワイヤーボンド線６によって電気的に接続している。この例では、発光素子を固定したリード上と、そのリードに隣接した別のリードにワイヤーボンド線６を配線している。パッケージに搭載する発光素子の数は、２個の例を示しているが、それに限られるものではなく、発光装置１の形状に応じて、任意の数に設定することができる。
パッケージ２に搭載した発光素子３は、第１の樹脂５とは異なる第２の樹脂７を用いて封止している。

以下、発光装置１の構造を、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示す製造工程を参照して詳細に説明する。
図３（Ａ）に示すように、複数のリード４１，４２,４３がタイバー４４によって連結されたリードフレームを準備する。リードフレームは金属製、例えば鉄系、あるいは銅系の材料で構成され、複数のリード４１，４２,４３がタイバー４４を介してメインフレーム（図示せず）に連結されている。図３（Ａ）は、１つの発光装置１のリード部分しか示していないが、複数個の発光装置を構成するリードがタイバー４４を介してメインフレーム（図示せず）に連結されている。
次に、図３（Ｂ）に示すように、このリードフレームに例えばインサート成型によって、第１の樹脂５を形成する。第１の樹脂５は光透過性の樹脂で形成され、例えばナイロンにガラス成分を含有させた耐熱性の高い透明な樹脂を用いている。複数のリード４１，４２,４３は、それぞれの上面の一部が、第１の樹脂５から露出した状態を保って第１の樹脂５によって一体化される。
第１の樹脂５は、その上面の外周部分に、リード４１，４２,４３の上面よりも高い側壁５１が一体に形成されている。この側壁５１は、第２の樹脂７の形成に際してその外観形状を整える役割がある。このようにして、リードフレームを利用した樹脂枠タイプのパッケージ２が用意される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、リード４２の上面に発光素子３，３を接着材料によって固定する。この例では、発光素子の正負の電極がいずれも素子の上面に位置する発光素子３を用いているので、発光素子３の裏面を絶縁性の接着材料でリードに固定している。
発光素子３を固定した後、発光素子３への電気的な接続を施す。この例では、ワイヤーボンド線６を用いて、発光素子３の正負の一方の電極と発光素子を固定したリード４２間を接続し、ワイヤーボンド線６を用いて、発光素子の正負の他方の電極と発光素子を固定したリード４２とは別のリード４１，４３間を接続している。

次に、図３（Ｄ）に示すように、第２の樹脂７を用いて発光素子３，３をワイヤーボンド線６とともに封止する。第２の樹脂７は、光透過性のシリコン樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。
この第２の樹脂７は、第１の樹脂５に接して配置されるので、第２の樹脂７を形成する際に第１の樹脂５の溶融や熱変形を防ぐ為に、硬化時の温度が第１の樹脂５の耐熱温度よりも低い樹脂を用いる。
第２の樹脂７は、光透過性のシリコン樹脂やエポキシ樹脂を単独で用いることができるが、この例では、発光素子３の光を波長変換して出力する蛍光材料（図示せず）を含有させたものを用いている。
発光素子３として青色の光を出力する素子を用いる場合、その光を受けて黄色系統の光を出力する蛍光材料を用いれば、両方の光が混色されて白色系の光が取り出される。蛍光材料に赤色成分を多く出力することができるものを用いれば、昼光色（電球色）のように赤み成分の多い光を出力することができる。

蛍光材料は、発光素子３から離れて位置するに従い発光素子３の発する光によって励起されにくくなり、色ムラの要因になるので、発光素子の近くに集中させて蛍光材料を配置することが色ムラを抑える上で好ましい。例えば、第２の樹脂７よりも比重が大きな蛍光材料を用いることにより、蛍光材料を樹脂７の底に沈降させて、蛍光材料を発光素子３の近くに集中的に配置している。
上記のように第２の樹脂７を第１の樹脂５と別々に形成するので、樹脂と蛍光材料の選択に際して、第１の樹脂５と蛍光材料のマッチングを考慮する必要がなくなる。したがって、樹脂と蛍光材料の選択に際して、第１の樹脂５による制約を受けにくくなり、蛍光材料を最適位置に配置する上での設計が容易になる。

第２の樹脂７は、図２に示すように、第１の樹脂５の側壁５１によって形成された枠部分の最上部まで充填しているが、発光素子３を覆うように素子の周囲にのみ配置することもできる。

第２の樹脂７が硬化すると、リード４１,４３を外部接続用のアウターリード４１ａ,４３ａとして必要な長さを残して切断するとともに、タイバー４４を側壁５１の近くで切断することにより、発光装置１をリードフレームから切り離して個々の発光装置１を完成させる。

このようにして完成した発光装置１は、第１の樹脂５の側壁５１から左右に突き出たアウターリード４１ａ,４３ａ間に所定電圧を加えると、発光素子３に一定の電流が供給されて発光素子３が点灯する。発光素子３から出た光の一部は蛍光材料を励起する。この蛍光材料から出た光と発光素子３の光は、矢印で示すように、装置の上面方向に出射されるが、その一部は、光透過性の第１、第２の樹脂５，７を伝わってリード４１,４２,４３の裏側にも回り込み、発光装置１の裏面側からも取り出される。ここで、リード４１,４２,４３の裏面をより広く覆うように、第１の樹脂５を形成しておくことが、光をリード４１,４２,４３の裏側により多く導くことができる点で好ましい。したがって、リード４１,４２,４３の裏面が露出しないように、発光装置１は、その裏面全面が第１の樹脂で覆ったわれた状態とすることが、裏面からの光取出しを増加させることができ、広指向性を実現する上で好ましい。

図４は、発光装置１の上下左右方向の相対出力の分布を示している。図２中に示すように、０°（３６０°）は装置１の左方向、９０°は装置１の上（表面）方向、１８０°は装置１の右方向、２７０°は装置１の下（裏面）方向を示している。
図４（Ａ）は上記実施形態における相対出力の分布を示し、図４（Ｂ）は第１の樹脂を光反射性の白色樹脂にて構成した従来例における相対出力の分布を示している。図４（Ａ）と図４（Ｂ）を参照すると、上記の実施形態は、従来例とを比較すると、２７０°（裏面方向）方向の光量が、相対光量において０．１から０．４に大幅に増加していることが分かる。したがって、上記の実施形態によれば、光の出射方向を一方向ではなく、全方向に広げることができ、広指向性を実現できる。

図５,６は、本発明の別の実施形態を示している。先の実施形態との相違点は、前記発光素子の左右に位置する前記第１の樹脂５によって形成される側面５２を、上下方向の中央部が外側に膨らんだ形状とし、側壁５１の上部外側面を、上から下に向かうに従って左右方向の外側に広がる形状とした点である。
図５に示す実施形態は、前記第１の樹脂５によって形成される側面５２を、上下方向の中央部が外側に膨らんだ形状とするに際して、上中下の領域５２ａ、５２ｂ、５２ｃをそれぞれ直線で結んだ形状としたものである。
図６に示す実施形態は、前記第１の樹脂５によって形成される側面５２を、上下方向の中央部が外側に膨らんだ形状とするに際して、上中下の領域５２ａ、５２ｂ、５２ｃをそれぞれ円弧状の曲線で結んだ形状としたものである。
このような上下方向の中央部が外側に膨らんだ側面形状とすることにより、側面から出射する光の臨界角を調整して、側面を透過して側方に出て行く光を裏面方向に効果的に案内することができ、裏面方向への相対的な光量を増加することができる。
発光装置１の光は、リード４１,４２,４３の裏面方向のみならず、アウターリード４１ａ,４３ａの方向へも第１、第２の樹脂５，７を通過して案内される。
このような発光装置１は、灯具の例である電球のフィラメント部分を構成する光源として利用することができる。
図７は、上述した発光装置１をフィラメント部分９に用いた灯具の例である発光ダイオード利用の電球８の一部省略正面図を示している。図７を参照して、本発明の灯具の実施例である発光ダイオード利用の電球８について説明する。
発光ダイオード利用の電球８は、ガラス製のカバー１２の開口部分を気密封止する口金１０部分に、商用電源を発光ダイオード駆動用の電源に変換する制御用基板（図示せず）を内蔵しており、その制御用基板から延びる一対の電源用のリード１１，１１にフィラメント部９を固着している。電球８の内部空間は、窒素などの酸素を含まない不活性ガスを充填している。
フィラメント部９は、複数の前記発光装置１を用いて構成している。複数、この例では６個の前記発光装置１を直列接続となるように、隣接するアウターリード４１ａ,４３ａ同士を溶接などによって互いに固着している。複数の発光装置１の直列接続構造における両端と、一対の電源用のリード１１，１１とを溶接などによって互いに固着している。一対の電源用のリード１１，１１に接続した一対の発光装置１は、互いに並行に配置しているが、それ以外の発光装置１は、隣接する前記発光装置１同士がＶ字形状をなすようにジグザグに配置している。
このような構成の電球８を図示しないソケットに装着すると、口金１０に商用電源が加わり、内蔵した制御用基板が電源の変換を行うことによって、リード１１，１１に所定の直流電源が供給される。リード１１,１１よりフィラメント部９に所定の直流電流が供給され、フィラメント部９を構成する各発光装置１に所定の電流が流れる。各発光装置１は、供給された所定電流によって、発光素子３が発光し、その光が樹脂５，７を通って周囲を照らすことになる。
上述のように、フィラメント部９を棒状の発光装置１をジグザグ状に配置して金属製のフィラメントと同様の形状にしているので、一般的な白熱電球のフィラメントと同様の発光形態が得られる。よって、例えば制御用基板に複数の発光ダイオードを直接装着した構造であれば制御用基板による遮光などによって指向性が狭くなるが、この実施例では、金属製のフィラメントを用いる白熱電球と同様に指向性を広くすることができる。
発光装置１自身が全方向から光を発することができる広指向性の構造であるので、隣接する発光装置１と発光装置１のアウターリード４１ａ，４３ａを溶接などによって固着する際の、発光装置１の配置自由度を高めることができる。
また、発光装置１の左右の両端からも光を取り出すことができるので、電球８の口金１０と反対側であるカバー１２の頂上部方向にも光をより多く案内することができる。
ここで、ガラスカバー１２は、透明なものを用いても良いし、内面を光散乱処理した乳白色のものを用いても良い。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れない範囲で種々の変更を行うことができる。

本発明は、発光素子の光を広範囲に照射する用途の発光装置とそれを用いた電球などの灯具に適用することができる。

１ 発光装置
３ 発光素子
４１ リード
４２ リード
４３ リード
５ 第１の樹脂
７ 第２の樹脂
８ 電球
９ フィラメント部
１０ 口金
１１ 電源リード
１２ ガラス製カバー

Claims (9)

1. 側壁を有する細長い樹脂枠タイプの光透過性の第１の樹脂と、
   前記第１の樹脂の内部に配置された金属製材料と、
   前記金属製材料の上に設置された発光素子と、
   前記第１の樹脂の両端から外方に突出するとともに、前記発光素子と電気的に接続されたアウターリードと、
   前記金属製材料を覆うように前記第１の樹脂内に充填された光透過性の第２の樹脂と、を備え、
   前記側壁は、前記金属製材料の上面より高くなるように形成されており、
   前記発光素子から出射された光の一部は、前記側壁を通って、前記金属製材料の裏側に導かれる
   ことを特徴とする発光装置。
2. 金属製材料の上に設置された発光素子と、
   前記金属製材料を取り囲む側壁を有する細長い樹脂枠タイプの第１の樹脂と、
   前記発光素子及び前記金属製材料を覆う第２の樹脂と、を備える発光装置において、
   前記第１の樹脂は、光透過性のガラス成分を含有した樹脂より成り、
   前記第２の樹脂は、光透過性のシリコン樹脂又はエポキシ樹脂より成り、
   外部接続用のアウターリードが前記金属製材料と電気的に接続されて、前記第１の樹脂の両端からそれぞれ突出し、
   前記側壁は、前記金属製材料の上面より高くなるように形成されており、
   前記発光素子から出射された光の一部は、前記側壁を通って、前記金属製材料の裏側に導かれることを特徴とする発光装置。
3. 前記第２の樹脂は、蛍光材料を含有している
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光素子から出射された光の一部及び前記蛍光材料から出射された光の一部は、前記金属製材料の裏側に導かれる
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記発光素子は、青色の光を出力し、
   前記蛍光材料は、前記青色の光を受けて黄色系統の光を出力する
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の発光装置。
6. 前記蛍光材料として、前記第２の樹脂よりも比重が大きな蛍光材料を前記第２の樹脂に含有させ、
   前記蛍光材料は、前記発光素子の近くに集中的に配置される
   ことを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の発光装置。
7. 複数の発光装置にて形成されたフィラメント部を有する灯具において、
   前記複数の発光装置の夫々として、請求項１乃至６の何れかに記載の発光装置を用いたことを特徴とする灯具。
8. 請求項７に記載の灯具は、
   カバーと、
   前記カバーに装着された口金と、
   前記フィラメント部と、
   前記フィラメント部に接続された電源用リードと、
   前記電源用リードに対し商用電源に基づく電源を供給する制御用基板と、を備えた電球を含む。
9. 前記複数の発光装置を、隣接する発光装置同士がＶ字形状を成すように配置した
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の灯具。

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