(57)【要約】【課題】従来の青色または紫外発光半導体素子と蛍光体の組み合わせによる白色発光ランプでは、青色または紫外発光の光（フォトン）のエネルギーが強いため、外側を被う透明樹脂が使用中に劣化し、光透過率が低下してしまうので、ランプ初期光束が当初の半分になるまでの時間が赤色発光半導体などに比べ短くなってしまうのを解決する。【解決手段】青色または紫外発光を白色光に変換する蛍光体を内面に塗布した透明または半透明の無色のガラスなどのバルブ内に、青色または紫外発光の単数または複数の半導体素子を配置し、バルブ内には不活性ガスを封入するように構成する。バルブ内の半導体素子と並べてフィラメントや放電灯を配置すれば多様な明るさのもの、あるいは多様な発光色のランプも得られる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の半導体素子をバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したことを特徴とする発光ランプ。
【請求項２】
単数または複数の半導体素子と、単数または複数のフィラメントとをバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したことを特徴とする発光ランプ。
【請求項３】
単数または複数の半導体素子と、単数または複数の放電灯とをバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したことを特徴とする発光ランプ。
【請求項４】
半導体素子は青色または紫外発光の半導体素子であることを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【請求項５】
放電灯は放電用電極を備える放電灯であることを特徴とする請求項３に記載の発光ランプ。
【請求項６】
バルブの内底面に反射面を設けたことを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【請求項７】
バルブの内底面及び同内底面に続く内周面の一部に光反射面を設けたことを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【請求項８】
バルブは透明または半透明のガラス或いは透明または半透明の樹脂で形成したことを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【請求項９】
バルブ内周面に蛍光体を塗布したことを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【請求項１０】
不活性ガスに加え、その他の気体を混合し封入したことを特徴とする請求項１、２、３に記載の発光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明、表示などに用いる発光デバイスに関し、特に比較的小形の白色発光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子と蛍光体を用いた白色蛍光ランプは、白色ライト・エミッティング・ダイオードと呼ばれ、比較的簡単な構造であり、フィラメントなどの発光素子を有しないので信頼性が高く、比較的長寿命を達成できる利点がある。
【０００３】
従来の発光ランプの代表的構造を図１１により説明する。２は金属受皿６を有する電力供給用リード線であり、受皿６には青色または紫外発光する半導体素子４が置かれ、その表面には蛍光体５が配置され、この半導体素子４はリード線３、３´により電力供給用リード線２および２´に接続されており、これら全体は透明樹脂１で覆われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造の従来の青色または紫外発光半導体素子と蛍光体の組み合わせによる白色発光ランプでは、青色または紫外発光の光（フォトン）のエネルギーが強いため、使用中に透明樹脂が劣化し、光透過率が低下してしまい、ランプ外部に放射される有効な光束の減退が早くなる。通常、赤色発光の半導体素子のみを用いる赤色発光ランプでは、赤色光のエネルギーが低いため、使用中の透明樹脂の劣化が少なく、ランプ初期光束が当初の半分になるまでの時間は約１０万時間である。これに対し青色または紫外発光する半導体素子と蛍光体を用いた白色発光ランプでは、この時間は約１万時間弱となってしまう。本発明は、このような発光ランプを赤色発光ランプ同様の長寿命なものとすること、また、多様な明るさ、多様な発光色、そして多様な光の拡散状態が得られるものとすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、青色または紫外発光を白色光に変換する蛍光体を内面に塗布したガラスバルブ内に、青色または紫外発光の半導体素子を配置し、バルブ内に不活性ガスを封入するように構成したものである。これにより、青色または紫外発光の半導体素子から出る強い光（フォトン）エネルギーの放射光により劣化を起こす構成物を使用していないので、ランプからの発生光束の劣化、減退が殆ど起こらない。赤色発光の半導体素子を用いたランプとほぼ同じ約１０万時間の長寿命な発光ランプが得られる。バルブ内には不活性ガスにその他の気体を混合して封入してもよい。
【０００６】
また、バルブ内の半導体素子を複数として、それぞれの半導体を駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりするようにしたものである。これにより多種の明るさの光を得ることができる。
【０００７】
また、バルブ内の半導体素子を複数として、それぞれの半導体の発光色を異ならせるように構成する。これによって多種の発光色の光を得ることができる。
【０００８】
また、バルブ内に単数または複数の半導体素子の他に、単数または複数のフィラメントをバルブ内に備えるように構成する。このようにすることで、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れたフィラメントとによって多種の集光状態の光を得ることができる。また、半導体素子やフィラメントを駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりするようにすれば、多種の明るさの光を得ることができる。
【０００９】
また、バルブ内に単数または複数の半導体素子の他に、単数または複数の放電灯をバルブ内に備えるように構成する。放電灯は一対の放電用電極を設けて構成する。このようにすることで、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れた放電灯とによって多種の集光状態の光を得ることができる。また、半導体素子や放電灯を駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりするようにすれば、多種の明るさの光を得ることができる。
【００１０】
また、バルブの内底面、あるいは内底面と、これに続く内周面の一部に光反射面を設けるようにする。内底面の反射面は半導体背面に拡散してしまう光を半導体前面に集光させ、フラットな照光状態を効率良く得ることが可能になる。内底面と、これに続く内周面の一部に設けた光反射面は前者よりさらに集光性を高め、スポット照明用のシャープで効率の良い光を得ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、単数または複数の半導体素子をバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したものであり、発光ランプを長寿命なものとすることができる作用を有する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、単数または複数の半導体素子と、単数または複数のフィラメントとをバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したものであり、長寿命であり、明るさ、集光性を多様なものとする作用を有する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、単数または複数の半導体素子と、単数または複数の放電灯とをバルブ内に備え、前記バルブ内に不活性ガスを封入したものであり、長寿命であり、明るさ、集光性を多様なものとする作用を有する。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２、３において、半導体素子は青色または紫外発光の半導体素子としたものであり、所望の発光色が得られる作用を有する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３において、放電灯は放電用電極を備える放電灯であることとしたものであり、長寿命であり、集光性を多様なものとする作用を有する。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３において、バルブの内底面に反射面を設けたものであり、フラットな拡散性の光が得られる作用を有する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３において、バルブの内底面及び同内底面に続く内周面の一部に光反射面を設けたものであり、スポット状の光が得られる作用を有する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１、２、３において、バルブは透明または半透明のガラス或いは透明または半透明の樹脂で形成したものであり、所望の発光色の光が得られる作用を有する。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項１、２、３において、バルブ内周面に蛍光体を塗布したものであり、所望の発光色の光が得られる作用を有する。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１、２、３において、不活性ガスに加え、その他の気体を混合し封入したものであって、発光ランプを長寿命なものとすることができる作用を有する。
【００２１】
（実施の形態１）
実施の形態１は請求項１、４、８、９、１０に対応している。図１は本実施の形態１の発光ランプの説明のための断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。バルブ７は透明または半透明の無色のガラスで形成され、内面には蛍光体５が塗布され、バルブ内部には受皿６に設置された青色または紫外発光の半導体素子４がリード線３、３´により電力供給リード２、２´に接続されている。バルブ７内にはバルブ７底面の小孔から内部を排気の後不活性ガス８が封入され小孔を閉じる。
【００２２】
蛍光体５は半導体素子が青色発光の場合は黄色発光の蛍光体が用いられ、ランプ全体としては青色光と黄色光とが混合されるため白色光となる。
【００２３】
半導体素子が紫外発光の場合は、蛍光体５は通常の蛍光ランプに用いられる三波長形蛍光体が適しており、ランプ全体としては白色光となる。勿論、青色発光および紫外発光の半導体素子と上記以外の蛍光体とを組み合わせることにより、白色以外の有色光が得られる。さらに、青色発光および紫外発光以外の半導体素子と上記以外の蛍光体とを組み合わせることにより、白色以外の有色光が得られる。
【００２４】
バルブ内に封入される不活性ガス８は、半導体素子やリード線などの金属部分を保護する作用と、半導体素子の発熱をランプ全体に拡散させる作用とがある。
【００２５】
青色発光および紫外発光の半導体素子としては、ＧａＮ系などのＬＥＤ素子が用いられ、バルブは通常の照明ランプに用いられる軟質ガラス、石英ガラスなどが用いられる。また、不活性ガスは、Ｎ２，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅなどが用いられる。
【００２６】
このような構成の発光ランプによれば、青色または紫外発光の半導体素子から出る強い光（フォトン）エネルギーの放射光により劣化を起こす構成物を使用していないので、ランプからの発生光束の劣化、減退が殆ど起こらない。赤色発光の半導体素子を用いたランプとほぼ同じ約１０万時間の長寿命な発光ランプが得られるという作用がある。
【００２７】
図３は本実施の形態１の別の例であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態は半導体素子を２個用いるようにしたもので、前記した図１、２の例と同様の部分は同じ符号を付してある。第２の半導体素子４´が半導体素子４に並べて配置され、リード線３１、３１´（３１´は図示省略）により電力供給リード２１、２１´に接続されている。
【００２８】
それぞれの半導体素子４、４´は、異なった電圧、あるいは同一の電圧の電源に接続され、どちらか一方の電源をオンにして点灯させたり、あるいは両者の電源を同時にオンにして点灯させたりすることで多様な明るさの光を得ることができる。また、それぞれの半導体素子４、４´には同一色を発光する半導体素子を用いたり、互いに異なった色を発光する半導体素子を用いたりすることで、その組み合わせにより多様な発光色の光を得ることができる。
【００２９】
なお、半導体素子４、４´の組み合わせは、それぞれが単数、およびそれぞれが複数の組み合わせが可能である。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２は請求項２、４、８、９、１０に対応している。図５は本実施の形態２の発光ランプの説明のための断面図、図６は図５におけるＣ−Ｃ断面図である。前記実施の形態１と同様の部分は同じ符号を付してある。本実施の形態２はバルブ７内の半導体素子４に並べてフィラメント１０を配置したものである。フィラメント１０は電力供給リード９、９´によってバルブ７の外部から電圧を与えられ駆動され発光する。半導体素子４とフィラメント１０とは異なった電圧、あるいは同一の電圧の電源に接続され、どちらか一方の電源をオンにして点灯させたり、あるいは両者の電源を同時にオンにして点灯させたりすることで多様な明るさの光を得ることができる。また、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れたフィラメントとによって多種の集光状態の光を得ることができる。
【００３１】
なお、半導体素子４とフィラメント１０との組み合わせは、それぞれが単数、およびそれぞれが複数の組み合わせが可能である。
【００３２】
（実施の形態３）
実施の形態３は請求項６、７、８、９、１０に対応している。図７は本実施の形態３の発光ランプの説明のための断面図で、前記実施の形態と同様の部分は同じ符号を付してある。１１は反射面であり、光反射膜あるいは光反射板部材として形成する。反射面１１はバルブ７の内底面に設け、周縁にはごく浅い立ち上がり部分を形成してある。この反射面１１により、半導体背面に拡散してしまう光を半導体前面に集光させ、効率よくフラットな光を得ることが可能になる。また、図８は本実施の形態４の別の例で、反射面１１ａはバルブ７の内底面に設け、周縁には立ち上がり部分をやや深く形成してある。この反射面１１ａにより、半導体背面に拡散してしまう光を先の例よりも半導体前面に多く集光させ、効率よくスポット状の光を得ることが可能になる。
【００３３】
（実施の形態４）
実施の形態４は請求項３、４、８、９、１０に対応している。図９は本実施の形態４の発光ランプの説明のための断面図、図１０は図９におけるＤ−Ｄ断面図である。前記実施の形態１と同様の部分は同じ符号を付してある。本実施の形態５はバルブ７内の半導体素子４に並べて、放電灯として機能する放電用電極１２を一対配置したものである。一対の放電用電極１２は電力供給リード９、９´によってバルブ７の外部から電圧を与えられ駆動され発光する。半導体素子４と放電用電極１２を駆動する電源電圧を互いに異ならせたり、別々に点灯したりするようにすれば多種の明るさの光を得ることができる。また、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れた放電灯とによって多種の集光状態の光を得ることができる。
【００３４】
なお、半導体素子と放電灯との組み合わせは、それぞれが単数、およびそれぞれが複数の組み合わせが可能である。
【００３５】
なお、不活性ガスは、Ｎ２，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅなどを用いるように記載したが、このような不活性ガスに加えて窒素、ハロゲンガス、および金属ハロゲン化物、などの気体を混合しバルブ内に封入するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記の各実施の形態を組み合わせて実施することも可能であり、例えば、実施の形態３の、反射面を設けた発光ランプのバルブ内に、半導体素子以外のフィラメント、あるいは放電灯を併設することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、青色または紫外発光の半導体素子から出る強い光（フォトン）エネルギーの放射光により劣化を起こす構成物を使用していないので、ランプからの発生光束の劣化、減退が殆ど起こらない。赤色発光の半導体素子を用いたランプとほぼ同じ約１０万時間の長寿命な発光ランプが得られるという有利な効果がある。
【００３８】
また、バルブ内の半導体素子を複数とすれば、それぞれの半導体を駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりすることができ、多様な明るさの光を得ることができる有利な効果がある。
【００３９】
また、バルブ内の半導体素子を複数とすれば、半導体の発光色を互いに異ならせるようにでき、多種の発光色の光を得ることができる有利な効果がある。
【００４０】
また、バルブ内に単数または複数の半導体素子の他に、単数または複数のフィラメントをバルブ内に備えるように構成したので、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れたフィラメントとによって多種の集光状態の光を得ることができる有利な効果が得られる。また、半導体素子やフィラメントを駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりするようにすれば、多種の明るさの光を得ることができる有利な効果がある。
【００４１】
また、バルブ内に単数または複数の半導体素子の他に、単数または複数の放電灯をバルブ内に備えるように構成した。このことによって、集光性に優れた半導体と、拡散性に優れた放電灯とによって多種の集光状態の光を得ることができ、また、半導体素子や放電灯を駆動する電源電圧を異ならせたり、別々に点灯したりするようにすれば、多種の明るさの光を得ることができる有利な効果がある。
【００４２】
また、バルブの内底面、あるいは内底面と、これに続く内周面の一部に光反射面を設けるようにしたので、内底面の反射面は半導体背面に拡散してしまう光を半導体前面に集光させ、効率の良い光を得ることが可能になる。さらに内底面と、これに続く内周面の一部に設けた光反射面は前者よりさらに集光性を高め、スポット照明用のシャープで効率の良い光を得ることが可能となる有利な効果を生むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の発光ランプの断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施の形態１の別の例の断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】実施の形態２の発光ランプの断面図である。
【図６】図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】実施の形態３の発光ランプの断面図である。
【図８】実施の形態３の別の例の断面図である。
【図９】実施の形態４の発光ランプの断面図である。
【図１０】図９におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】従来の発光ランプを説明する断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　透明樹脂
２、２´　　　電力供給リード
３、３´　　　リード線
４　　　　　　半導体素子
５　　　　　　蛍光体
６　　　　　　受皿
７　　　　　　バルブ
８　　　　　　不活性ガス
９、９´　　　電力供給リード
１０　　　　　フィラメント
１１　　　　　反射面（光反射膜）
１１ａ　　　　反射面（光反射膜）
１２　　　　　放電用電極
２１、２１´　電力供給リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月22日(2002.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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