(57)【要約】本発明は、ＬＥＤ電球及びその製法に関するものである。本発明が提供するＬＥＤ電球の製法は以下の手順で行われる。ステップＡ：ＬＥＤ光源の製法；ステップＢ：ＬＥＤ光源の固定。本発明はＬＥＤランプ応用の技術領域に関する。このほか、本発明は、前記のＬＥＤ電球製法を応用して製作したＬＥＤ電球を提供し、これはＬＥＤ光源、フレーム、グローブ、口金及び電源によって構成されている。【選択図】図５
2016533625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップＡ：ＬＥＤ光源の製造、
Ａ１：ガラス基板を用意し、このガラス基板上には二個以上の電極が設けられ、蛍光体によってチップがこのガラス基板に固定されている；
Ａ２：チップとチップ、チップと電極を、リードワイヤーで接続する；
Ａ３：このガラス基板、このチップ及びこのリードワイヤーを蛍光体で被覆する；
ステップＢ：ＬＥＤ光源の固定、
Ｂ１：ガラスの底部をもつガラス中空フレームを用意し、このガラスの底部には二本のリード線が溶融固定されており、各リード線の一端をガラス中空フレーム内部から引き出してＬＥＤ光源とつなぎ、各リード線のもう一方の端を、ガラス底部から引き出して、それぞれ電源の正極、負極と接続する；
Ｂ２：ガラス製グローブを用意し、ＬＥＤ光源をもつフレームをこのガラス製グローブ内に固定し、前記のガラス底部とガラス製グローブを溶融密封する；
Ｂ３：ガラス中空フレームを通してガラス製グローブ内の空気を排し、ヘリウムと窒素の混合ガスを注入する；
Ｂ４：ガラス中空フレームを溶融密封し、グローブ内のガス圧力を常温下で０．０５Ｍｐａから０．１５ＭＰａの範囲内に管理する；
Ｂ５：口金内の電源とガラスの底部のリード線を電気的に接続し、口金とグローブを固定して一体化する；
の手順で製作されることを特徴とするＬＥＤ電球の製法。
【請求項２】
ＬＥＤ光源が一個だけのとき、ＬＥＤ光源と接続され、且つＬＥＤ光源を固定するリード線は、それぞれＬＥＤ光源の二つの電極と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項３】
ＬＥＤ光源が二個以上のとき、光源の数をＮと置くと、Ｘ＋Ｙ＝Ｎ、Ｘ、Ｙはいずれも整数で、それぞれのＬＥＤ光源は相互に電気的に接続され、ガラス中空フレームの底部と反対側に固定されており、そのうち、Ｘ個のＬＥＤ光源の正電極が電源の正電極と電気的に接続されて固定され、Ｙ個のＬＥＤ光源の負電極が電源の負電極と電気的に接続されて固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項４】
この光源の数Ｎは偶数で、且つＸ＝Ｙであることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項５】
ヘリウムと窒素のガス混合比は、体積比で５：１から２：１の間であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項６】
電極はＰＶＤ装置内でスパッタリングされたものであり、先にガラス基板上にＣｒ層をスパッタリングし、次にＣｒ層の上にＮｉ層をスパッタリングして電極を作成していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項７】
スパッタリングの過程は、電圧を３００Ｖから６００Ｖの間に、電流を４Ａから８Ａの間にコントロールし、キャビティ圧力は５＊１０−３Ｐａ、時間０．５時間から１．０時間であることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項８】
Ｃｒ層の厚みは０．５μｍから１μｍ、Ｎｉ層の厚みは５０ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項９】
ガラス基板は幅によってプレート状ガラスと繊維状ガラスに区別し、プレート状ガラスは繊維状ガラスよりも幅が広く、その厚みは０．５ｍｍから１．１ｍｍの間であり、繊維状ガラスの幅は０．５ｍｍから１０ｍｍの間、その厚みは０．３ｍｍから１．２ｍｍの間とすることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項１０】
繊維状ガラスの厚みは０．３ｍｍから０．６ｍｍの間とすることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項１１】
ＬＥＤ光源とリード線の電気的接続に当たり、リード線上のアウターリード電極を設けて、ＬＥＤ光源上、ガラス基板上の電極が、リード線上のアウターリード電極上に、スロットイン式に固定されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球の製法。
【請求項１２】
請求項１−１１のいずれかを応用したＬＥＤ電球製法で製作したＬＥＤ電球で、ＬＥＤ光源、フレーム、グローブ、口金及び電源によって構成されており、グローブはガラス製グローブ、フレームはガラス中空フレームでガラスの底部をもち、ＬＥＤ光源がこのフレーム上に置かれてガラス製グローブ内に装着されており、電源は口金内に設けられ、口金はガラス製グローブとともに固定されて密閉空間を形成し、ＬＥＤ光源のリード線がガラスの底部を経由して、口金内の電源と電気的に接続されており、ガラス製グローブ内にはヘリウムと窒素の混合ガスが充填されており、混合比は体積比で５：１から２：１の間であり、ガス圧力は常温下で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの間に管理されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項１３】
ＬＥＤ光源は一個以上の単独のＬＥＤ光源によって組成されており、おのおののＬＥＤ光源は二個以上のチップがガラス基板上に蛍光体によって実装され、リードワイヤー経由で導電しており、ガラス基板の電極の部分を除き、ガラス基板、チップ及びリードワイヤーの表面は、いずれも蛍光体塗布によってパッケージングされていることを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１４】
ガラス基板はパターニングされたガラス基板で、このパターン付きガラス基板は、半球形、円錐形、テーパー形、錐形多面体、または低い円筒に同径の円錐を乗せた蒙古包形の突起がマトリックス状に一定ピッチで並んでおり、突起のピッチは１μｍから１０μｍ、底部の幅は５μｍから２５μｍ、高さ０．１μｍから５μｍであることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１５】
このパターン付きガラス基板は、さらにパターニングされた窒化アルミニウム層を有し、この窒化アルミニウム層のパターンはメッシュ空隙構造で、空隙部分は正三角形または正多角形であり、一辺の長さは０．８μｍ、空隙の面積は１０μｍ2から１０００μｍ2の間、隣り合うメッシュ間の距離は１０μｍ以下、窒化アルミニウム層の厚みは５００から３０００オングストロームの間であることを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤ電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤランプ応用の技術領域に関するもので、特にＬＥＤ電球及びその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
市場においては、ＬＥＤ電球は通常、球形または球形に類するバルブを採用しており、最大の市場は民生用である。民生用で最も多い光源が球形のバルブであるため、ＬＥＤ電球は従来の白熱電球に取って代わる新しいタイプのグリーン光源と目されている。
【０００３】
政策面を見ると、従来の白熱電球（タングステンフィラメント発光）は電力消費が大きく、寿命が短いため、世界的に資源が逼迫する環境にあって、各国政府はしだいに生産禁止に踏み切っている。これに代わるのが電球型蛍光灯だが、電球型蛍光灯は省エネ効果はあるとはいえ、環境汚染をまねく重金属元素が数多く用いられているため、環境保護の流れに沿うものではない。世界的な環境保護重視という考え方を前提とすれば、環境負荷の高いこの手の製品は必ず淘汰される運命にある。
【０００４】
ＬＥＤ技術の急速な発展にともない、ＬＥＤ照明はしだいに新しいタイプのグリーン照明として唯一の選択肢になってきており、ＬＥＤは、発光原理、省エネ、環境保護、どの面をとっても従来型の照明より遥かに優れているといえる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、通常のＬＥＤ電球は、１、ガラスまたはプラスチック製グローブ；２、レンズ；３、放熱機構；４、アルミ基板；５、電源キャビティ（普通は放熱機構内部）；６、モールド樹脂（絶縁の働きをする）；７、口金（Ｅ２７、Ｍ１６などのタイプ）；８、光源（粒型と大出力モジュール型の二種類に大別）；９、電源、によって構成されている。複雑な機構、組立ての煩わしさ、コスト高というのが、ＬＥＤ電球が白熱電球に置き換わるためのキーとなる要素である。全世界の民生用電球市場で他のタイプの電球をＬＥＤ電球に置き換えるため、組立ての簡略化、コストダウン、さらにもっと大事なのはＬＥＤ電球バルブの性能を向上させる新技術開発が待たれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、現行のＬＥＤ電球の複雑な機構を簡略化するとともにコストダウンでき、さらにはＬＥＤ電球の性能を向上させることができる、ＬＥＤ電球及びその製法を提供する。
【０００７】
前記の技術的な問題を解決するため、本発明が提供するＬＥＤ電球の製法は以下の手順で行われる。
【０００８】
ステップＡ：ＬＥＤ光源の製法
【０００９】
Ａ１：ガラス基板を用意し、このガラス基板上には二個以上の電極が設けられ、蛍光体によってチップがこのガラス基板に固定されている；
【００１０】
Ａ２：チップとチップ、チップと電極を、リードワイヤーで接続する；
【００１１】
Ａ３：このガラス基板、このチップ及びこのリードワイヤーを蛍光体で被覆する；
【００１２】
ステップＢ：ＬＥＤ光源の固定
【００１３】
Ｂ１：ガラスの底部をもつガラス中空フレームを用意し、このガラスの底部には二本のリード線が溶融固定されており、各リード線の一端をガラス中空フレーム内部から引き出してＬＥＤ光源とつなぎ、各リード線のもう一方の端を、ガラスの底部から引き出して、それぞれ電源の正極、負極と接続する；
【００１４】
Ｂ２：ガラス製グローブを用意し、ＬＥＤ光源をもつフレームをこのガラス製グローブ内に固定し、前記のガラス底部とガラス製グローブを溶融密封する；
【００１５】
Ｂ３：ガラス中空フレームを通してガラス製グローブ内の空気を排し、ヘリウムと窒素の混合ガスを注入する；
【００１６】
Ｂ４：ガラス中空フレームを溶融密封し、グローブ内のガス圧力を常温下で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの範囲内に管理する；
【００１７】
Ｂ５：口金内の電源とガラスの底部のリード線を電気的に接続し、口金とグローブを固定して一体化する。
【００１８】
本発明の実施例において、ＬＥＤ光源が一個だけのとき、ＬＥＤ光源と接続され、且つＬＥＤ光源を固定するリード線は、それぞれＬＥＤ光源の二つの電極と電気的に接続される。
【００１９】
本発明の実施例において、ＬＥＤ光源が二個以上のとき、光源の数をＮと置くと、Ｘ＋Ｙ＝Ｎ、Ｘ、Ｙはいずれも整数で、それぞれのＬＥＤ光源は相互に電気的に接続され、ガラス中空フレームの底部と反対側に固定されており、そのうち、Ｘ個のＬＥＤ光源の正電極が電源の正電極と電気的に接続されて固定され、Ｙ個のＬＥＤ光源の負電極が電源の負電極と電気的に接続されて固定されるものとする。
【００２０】
前記の実施例において、この光源の数Ｎは偶数で、且つＸ＝Ｙである。
【００２１】
本発明の実施例において、ヘリウムと窒素のガス混合比は、体積比で５：１から２：１の間である。
【００２２】
本発明の実施例において、電極はＰＶＤ装置内でスパッタリングされたものであり、先にガラス基板上にＣｒ層をスパッタリングし、次にＣｒ層の上にＮｉ層をスパッタリングして電極を作成している。
【００２３】
前記の実施例において、スパッタリングの過程は、電圧を３００Ｖから６００Ｖの間に、電流を４Ａから８Ａの間にコントロールし、キャビティ圧力は５＊１０−３Ｐａ、時間０．５時間から１．０時間とする。
【００２４】
前記の実施例において、Ｃｒ層の厚みは０．５μｍから１μｍ、Ｎｉ層の厚みは５０ｎｍから１００ｎｍとする。
【００２５】
本発明の実施例において、ガラス基板は幅によってプレート状ガラスと繊維状ガラスに区別し、プレート状ガラスは繊維状ガラスよりも幅が広く、その厚みは０．５ｍｍから１．１ｍｍの間である。繊維状ガラスの幅は０．５ｍｍから１０ｍｍの間、その厚みは０．３ｍｍから１．２ｍｍの間とする。
【００２６】
前記の実施例において、繊維状ガラスの厚みは０．３ｍｍから０．６ｍｍの間とする。
【００２７】
本発明の実施例において、ＬＥＤ光源とリード線の電気的接続に当たり、リード線上のアウターリード電極を設けて、ＬＥＤ光源上、ガラス基板上の電極が、リード線上のアウターリード電極上に、スロットイン式に固定される。
【００２８】
このほか、本発明は、前記のＬＥＤ電球製法を応用して製作したＬＥＤ電球を提供し、これはＬＥＤ光源、フレーム、グローブ、口金及び電源によって構成されており、グローブはガラス製グローブ、フレームはガラス中空フレームでガラスの底部をもち、ＬＥＤ光源がこのフレーム上に置かれてガラス製グローブ内に装着されており、電源は口金内に設けられ、口金はガラス製グローブとともに固定されて密閉空間を形成し、ＬＥＤ光源のリード線がガラスの底部を経由して、口金内の電源と電気的に接続されており、ガラス製グローブ内にはヘリウムと窒素の混合ガスが充填されており、混合比は体積比で５：１から２：１の間であり、ガス圧力は常温下で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの間に管理されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明の実施例において、ＬＥＤ光源は一個以上の単独のＬＥＤ光源によって組成されており、おのおののＬＥＤ光源は二個以上のチップがガラス基板上に蛍光体によって実装され、リードワイヤー経由で導電しており、ガラス基板の電極の部分を除き、ガラス基板、チップ及びリードワイヤーの表面は、いずれも蛍光体塗布によってパッケージングされている。
【００３０】
本発明の実施例において、ガラス基板はパターニングされたガラス基板で、このパターン付きガラス基板は、半球形、円錐形、テーパー形、錐形多面体、または蒙古包（低い円筒に同径の円錐を乗せた）形の突起がマトリックス状に一定ピッチで並んでおり、突起のピッチは１μｍから１０μｍ、底部の幅は５μｍから２５μｍ、高さ０．１μｍから５μｍである。
【００３１】
本発明の実施例において、このパターン付きガラス基板は、さらにパターニングされた窒化アルミニウム層を有し、この窒化アルミニウム層のパターンはメッシュ空隙構造で、空隙部分は正三角形または正多角形であり、一辺の長さは０．８μｍ、空隙の面積は１０μｍ2から１０００μｍ2の間、隣り合うメッシュ間の距離は１０μｍ以下、窒化アルミニウム層の厚みは５００から３０００オングストロームの間である。
【００３２】
本発明は、蛍光体を被覆することでＬＥＤチップが動作状態のときの発光を励起するとともに、リードワイヤーを固定、保護し、リードワイヤーが外的要因により脱落し、電球が消灯するのを防止している。本発明は、リード線上にアウターリード電極を備え、ＬＥＤ光源上、ガラス基板上の電極が、リード線上のアウターリード電極上に、スロットイン式に固定される。ガラス基板は、素材の関係で、その上にＬＥＤチップのアウターリード電極を設けるのは困難であり、通常は金属のアウターリード電極を粘着剤または照明用半田でガラス基板上に取り付けるのだが、この方法は簡単で、低コストで、実現しやすい割に、大きな欠点があり、耐熱性がかなり劣る。本発明はアウターリード電極をスロットイン式に固定することにより、アウターリード電極とガラス基板上の電極との良好な接触を確保するとともに、粘着剤や半田の耐熱性不足を補うと同時に、発光シート電極製造の難易度を下げ、コストを低減している。
【００３３】
本発明においては、ガラス基板の厚みが異なると、ＬＥＤ電球に与える影響も異なることを発見した。ガラス基板は幅によってプレート状ガラスと繊維状ガラスに分かれ、プレート状ガラスは繊維状ガラスよりも幅が広い。プレート状ガラスで、厚みを０．５ｍｍから１．１ｍｍの間に保つと、本発明のＬＥＤ電球は最良のパフォーマンスを得た。本発明は、リード線の貫通によるＬＥＤ光源不安定化を抑制し、同時に密封効果を高めることができる。本発明は、従来のＬＥＤ電球の構造を簡略化している。
【００３４】
本発明は、ガラス基板をパターニング処理後、さらに窒化アルミニウム層を形成させることで、窒化アルミニウムを直接ガラス基板に付着させて付着力を高めるとともに、ガラス基板のパターニング処理によってその表面積を増やし、放熱効果を高めている。ガラスのパターニング処理及び窒化アルミニウムのパターニング処理は、いずれもそのパターンがナノクラスのため、ＬＥＤ光源を実装するときにガラス基板表面に蛍光体を塗布するが、この蛍光体の粒子のほうが径が大きいため、パターンエリアまで届かず、基板のパターンと蛍光体との間に気泡ができる。ＬＥＤ光源が動作中、気泡がＬＥＤ動作中の熱エネルギーの影響を受け、ガスを間断なく高速で対流させて、基板の放熱を促す。
【００３５】
本発明の図面は本発明を詳細に説明するためのものであり、本発明の請求項範囲に制限を加えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のＬＥＤ光源、ＬＥＤチップを実装したガラス基板。
【図２】本発明のＬＥＤ光源。
【図３】本発明のＬＥＤ光源。
【図４】本発明における繊維状ガラス基板ＬＥＤ電球。
【図５】本発明におけるプレート状ガラス基板ＬＥＤ電球。
【図６】本発明における各種のＬＥＤ電球に対し温度、光束を測定した結果表。
【図７】本発明における厚みの異なるプレート状ガラス基板のＬＥＤ電球熱分析表。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の実施例は本発明を詳細に説明するためのものであり、本発明の請求の範囲に制限を加えるものではない。
【００３８】
図１から図５までを用いて、本発明であるＬＥＤ電球及びその製法について詳細説明を行う。ＬＥＤ電球の製法は以下のとおり。まず、光源から話を進めるが、本発明においては、ＬＥＤチップの光取り出し率効率を向上させるため、従来のアルミ基板ではなく、ガラスを基板の材料とする。従来のアルミ基板は、光源が動作中、ＬＥＤチップ背後の光はほとんど取り出すことができないからである。本発明においては、ほぼ完全に光を透過するガラスを基板の材料として、ＬＥＤチップ１から発せられた光を全角度から取り出せるようにする。各ガラス基板５上に少なくとも二個以上の電極６を設け、後にＬＥＤチップ１と電気的に接続できるようにしておく。本発明においては、ＬＥＤチップ１は蛍光体４によってガラス基板５の表面に固定されており、チップ１どうし、チップ１と電極６は、金属のリードワイヤー３で電気的に接続され、ガラス基板５（電極の部分は除く）、チップ１、リードワイヤー３は、いずれも蛍光体４で被覆されており、蛍光体４の被覆を通して、ＬＥＤチップ１が動作中の発光を励起すると同時に、リードワイヤー３を固定保護して、リードワイヤー３が外的要因により脱落し、電球が消灯するのを防止している。
【００３９】
本発明において、ガラス基板５上の電極６は、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置内でスパッタリングする。付着力を上げるため、先にガラス基板５上にＣｒ層をスパッタリングし、次にＣｒ層の上にＮｉ層をスパッタリングして電極６を作成している。このスパッタリング過程は、電圧を３００Ｖから６００Ｖの間に、電流を４Ａから８Ａの間にコントロールし、キャビティ圧力は５＊１０−３Ｐａ、時間０．５時間から１．０時間とする。Ｃｒ層の厚みは０．５μｍから１μｍ、Ｎｉ層の厚みは５０ｎｍから１００ｎｍとする。
【００４０】
本発明においては、試験を実施した結果、ＬＥＤ光源９とリード線１４を電気的に接続する際、リード線１４上にアウターリード電極１３を設け、ＬＥＤ光源９上、ガラス基板５上の電極６を、リード線上のアウターリード電極１３上にスロットイン式に固定するのが望ましいことを発見した。ガラス基板５は、素材の関係で、その上にＬＥＤチップ１のアウターリード電極１３を設けるのは困難であり、通常は金属のアウターリード電極１３を粘着剤または照明用半田でガラス基板５上に取り付けるのだが、この方法は簡単で、低コストで、実現しやすい割に、大きな欠点があり、耐熱性がかなり劣る。本発明のＬＥＤ電球は、真空密封を確保するため、ＬＥＤ光源９をグローブ１０に挿入した後、ガラス製グローブ１０とガラスフレーム１１底部を高温で溶融密封するが、このとき温度は約２５０℃になり、このような高温環境に遭遇すると、粘着式で固定されたアウターリード電極１３は、ガラス基板５から脱落しやすく、電球の消灯という結果をまねく。本発明はアウターリード電極１３をスロットイン式に固定することにより、アウターリード電極１３とガラス基板５上の電極との良好な接触を確保するとともに、粘着剤や半田の耐熱性不足を補うと同時に、発光シート電極製造の難易度を下げ、コストを低減している。
【００４１】
本発明においては、ガラス基板５の厚みによって、ＬＥＤ電球に与える影響が異なることを発見しており、ガラス基板５は幅によってプレート状ガラスと繊維状ガラスに区別し、プレート状ガラスは繊維状ガラスよりも幅が広い。プレート状ガラスの厚みは０．５ｍｍから１．１ｍｍの間とするのが、本発明のＬＥＤ電球にとって最適である。繊維状ガラスの幅は０．５ｍｍから１０ｍｍの間、その厚みは０．３ｍｍから１．２ｍｍの間であり、０．３ｍｍから０．６ｍｍを優先的に選ぶ。
【００４２】
用意されたＬＥＤ光源９を固定するに当たり、光取り出し効率及び後続のＬＥＤランプ密封度を向上させるため、ガラスの底部をもつガラス中空フレームを用意し、このガラスフレームの底部に、二本のリード線１４を溶融固定し、リード線１４の両端をフレーム内部から引き出し、リード線１４の一端はＬＥＤ光源９とつないでＬＥＤ光源９の一端に固定し、リード線のもう一方の端は、ガラスの底部から引き出して、それぞれ電源の正極、負極と接続する。リード線１４はガラスフレーム底部の溶融を通して固定されるので、リード線１４の貫通によるＬＥＤ光源９不安定化を抑制し、同時に密封効果を高めている。
【００４３】
本発明において、ＬＥＤ電球にＬＥＤ光源９が一個だけのときは、ＬＥＤ光源９とつないでＬＥＤ光源９を固定する前記のリード線１４は、このＬＥＤ電極の二つの電極と電気的に接続する。本発明において、ＬＥＤ電球にＬＥＤ光源９が二個以上あるときは、ＬＥＤ光源９の個数をＮと置き、Ｘ＋Ｙ＝Ｎと仮定すると、Ｘ、Ｙはいずれも整数で、おのおののＬＥＤ光源９は、その一端が相互に電気的に接続され、且つガラスフレームの底部以外の箇所に固定されており、もう一方の端は、Ｘ個のＬＥＤ光源９において正電極として引き出されて電極８の正電極と電気的に接続され、Ｙ個のＬＥＤ光源９において負電極として引き出されて電源８の負電極と電気的に接続されている。正負の電源コードと接続、固定される部分は、通常はガラスフレーム底部にある。
【００４４】
電球に用いるガラス製グローブ１０を用意し、ＬＥＤ光源９を固定したフレーム１１をガラス製グローブ１０内に装着し、フレーム１１の底部をガラス製グローブ１０と溶融密封して連結し、ガラスフレームの中空部分を通してグローブ１０内の空気を排除し、空気内に含まれるガスがＬＥＤ光源９にマイナスの影響を与えるのを防止する。ガラス製グローブ内にヘリウムと窒素の混合ガスを充填し、混合比は体積比で５：１から２：１の間であり、フレーム１１を溶融密封して、グローブ１０内のガス圧力を常温下で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの間になるよう管理する。グローブ内におけるヘリウムと窒素の混合ガスの混合比は、体積比で５：１から２：１の間、ガス圧力は常温下で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの間にあるときが、ＬＥＤ電球が動作中に最も優れた放熱パフォーマンスを見せるときであり、口金７内に設けられた電源８は、フレーム１１底部のリード線１４と電気的に接続され、口金７がグローブ１０と固定、結合されて、ＬＥＤ電球を形成する。
【００４５】
従来のＬＥＤ電球よりも構造を簡略化するため、本発明のＬＥＤ電球は、ＬＥＤ光源、フレーム１１、グローブ１０、口金７及び電源８のみによって組成されている。構造上、ＬＥＤ光源９はフレーム１１の上に設置されてグローブ１０の中にあり、電源８はフレーム１１の口金７内に設置され、フレームの口金７をグローブ１０に固定して密閉空間を形成し、ＬＥＤ光源９のリード線１４がフレームの底部から延びて、口金７内の電源と電気的に接続されており、グローブ１０の中にはヘリウムと窒素の混合ガスを、体積比による混合比５：１から２：１の間で封入し、ガスの圧力を常温で０．０５ＭＰａから０．１５ＭＰａの間に維持する。
【００４６】
本発明のＬＥＤ電球において、各ＬＥＤ光源９における二個以上のチップ１は、蛍光体４によってガラス基板５の上に固定され、リードワイヤー３によって相互に導電しており、ガラス基板５及びチップ１、リードワイヤー３は、ガラス基板５の電極部分を除き、表面が蛍光体４で被覆されて実装されている。
【００４７】
本発明のＬＥＤ電球において、ＬＥＤ光源９のガラス基板５は、ガラス基板５の表面積を増やして放熱効果を上げるため、ガラス基板５はパターン付きガラス基板２とし、その放熱効果を最大化するため、半球形、円錐形、テーパー形、錐形多面体、または蒙古包（低い円筒に同径の円錐を乗せた）形の突起がマトリックス状に一定ピッチで並んでおり、突起のピッチは１μｍから１０μｍ、底部の幅は５μｍから２５μｍ、高さ０．１μｍから５μｍである。このパターン付きガラス基板２は、さらに窒化アルミニウム層をパターニングされており、この窒化アルミニウム層パターンはメッシュ空隙構造で、空隙部分は正三角形または正多角形であり、一辺の長さは０．８μｍ、空隙の面積は１０μｍ2から１０００μｍ2の間、隣り合うメッシュ間の距離は１０μｍ以下であり、ガラス上に窒化アルミニウム層をパターニングするときの温度が１３０℃を超えてはならず、窒化アルミニウム層の厚みは５００から３０００オングストロームの間である。ガラス基板上におけるエッチングの効果を高めるため、ガラス基板５をエッチングする前に酸液で表面を洗浄するが、この酸液とは、酸と水の体積比が１：５から１：１０の間で、この酸は後にガラス基板５のエッチングを行う酸であり、塩酸またはリン酸または硫酸のいずれかで、エッチング時間は３ｍｉｎから８ｍｉｎとする。ガラス基板の作成方法は以下の二通りある。方法（１）：パターン付きガラス基板５を用意し、ガラス基板５を酸液で洗浄した後、フォトレジストコートを施し、フォトレジストに対して露光・現像によりパターニングを行ってからエッチングし、求めるパターンをエッチング処理した後、パターン付きガラス基板２に対して再びフォトレジストを施して、フォトレジストに対して露光・現像によりパターニングを行って窒化アルミニウム層をコートするが、この窒化アルミニウム層コーティングの全過程において温度を１３０℃以下に制御して、ネガ型フォトレジストが高温のためガラス基板５の表面に焦げ付いて後続作業に影響を与えないようにし、窒化アルミニウム層をコート後、フォトレジストを除去して、パターン付きガラス基板２上にパターン付き窒化アルミニウム層を得る。方法（２）：ガラス基板５表面に、先に窒化アルミニウム層を施してから、窒化アルミニウム層表面にフォトレジストをコートし、フォトレジストに対して露光・現像によりパターニングを行い、現像後に、窒化アルミニウム層をコートされたガラス基板５に対してエッチング処理し、パターン付き窒化アルミニウム層２ａを有するパターン付きガラス基板２を得る。本発明において、ガラス基板５をパターニング処理後、さらに窒化アルミニウム層を形成させるのは、窒化アルミニウムを直接ガラス基板に付着させて付着力を高めるとともに、ガラス基板５のパターニング処理によってその表面積を増やし、放熱効果を高めるためである。また、ガラスのパターニング処理及び窒化アルミニウムのパターニング処理は、いずれもそのパターンがナノクラスのため、ＬＥＤ光源９を実装するときにガラス基板５表面に蛍光体４を塗布するが、この蛍光体の粒子のほうが径が大きいため、パターンエリアまで届かず、基板のパターンと蛍光体４との間に気泡ができる。Ｌ��Ｄ光源９が動作中、気泡がＬＥＤ光源９動作中の熱エネルギーの影響を受け、ガスを間断なく高速で対流させて、基板の放熱を促す。
【００４８】
本発明において、ひとつのＬＥＤ電球内にＬＥＤ光源９が二個以上あり、且つ各ＬＥＤ光源９がいずれも同じであるとき、ＬＥＤ光源９の数をＮと置くと、Ｘ＋Ｙ＝Ｎ、Ｘ、Ｙはいずれも整数で、Ｎは必ず偶数、しかもＸ＝Ｙとする。Ｘ＝Ｙのとき、各ＬＥＤ光源９の電気的パラメータがもっとも相似しており、これは、そのＬＥＤ電球が動作中の性能が最も安定していることを意味する。
【００４９】
実施例１  ガラス基板
【００５０】
ガラス基板５を用意し、ガラス基板５に対してフォトマスクしてエッチングし、蒙古包（低い円筒に同径の円錐を乗せた）形の突起がマトリックス状に一定ピッチで並んだパターンを描き、突起のピッチは約５μｍ、底部の幅は約１０μｍ、高さ約２．５μｍとする。このパターン付きガラス基板２上に窒化アルミニウム層をコートしてからフォトマスクしてエッチングを行い、メッシュ空隙パターンを描き出すが、空隙部分の形状は正六角形で、一辺の長さ約３μｍ、空隙のピッチは３μｍから７μｍとする。ガラス基板５に電極を設け、チップ１どうし、及びチップ１と電極の間を、リードワイヤー３でつなぎ、リードワイヤー３での接続を完了後、ガラス基板５表面における、電極部分を除く他の部分を蛍光体４で被覆し、チップ１の光を最大限に取り出せるようにするとともに、リードワイヤー３に外的な力がかかり、リードワイヤー３の脱落、電球の消灯に至らないようにする。
【００５１】
実施例２  各種ＬＥＤ電球の試験データ比較
【００５２】
以下のように５組に分け、１組１５個の電球を用意して試験を実施した。Ａ組は、グローブ、レンズ、放熱機構、アルミ基板、電源８キャビティ、モールド樹脂、口金、光源、電源により組成された従来型のＬＥＤ電球。Ｂ組は、本発明に基づき、ガラス基板５を用い、密封型のガラス製グローブ内にガスを注入したＬＥＤ電球。Ｃ組は、Ｂ組をベースにして、本発明に提示された方法によってガラス基板５をエッチング処理したパターン付き基板を備えたＬＥＤ電球。Ｄ組は、Ｃ組の製法をベースに、パターン付き基板の表面に窒化アルミニウム層をコートしたＬＥＤ電球。Ｅ組は、Ｄ組をベースにして、本発明に提示された技術により、窒化アルミニウム層をパターニングしたＬＥＤ電球。各組のＬＥＤ電球内におけるチップ１は、品質、数量、各種の性能パラメータが同じものを揃え、おのおののＬＥＤ電球に対して温度と光束を測定した。各組のＬＥＤ電球を点灯して、安定した後、グローブ１０表面温度、光源の表面温度及び光束を測定して記録し、組ごとに平均値を取り（小数点第二位以下切捨て）、各種のＬＥＤ電球における温度と光束の測定値を記入した（図６参照）。
【００５３】
ＬＥＤ電球はいずれも、出力１．２Ｗ、ＬＥＤ駆動類型は抵抗コンデンサ駆動、測定設備は１メートル積分球及び普美ＴＭＣ−１６温度検層装置（Ｋ型表面熱電対プローブ＋標準熱電対プローブ）、測定環境はＬＥＤ実験室、周囲温度２６℃、周囲相対湿度７５％、であった。
【００５４】
図６によると、本発明の技術を用いて製作されたＬＥＤ電球は、光源の表面温度は従来型よりもやや高めだが、光束は向上しており、温度と光束の測定値を総合的に評価すると、Ｅ組のＬＥＤ電球のパフォーマンスが最も優れているのがわかる。
【００５５】
実施例３  ガラスの厚みが異なるＬＥＤ電球の熱分析実験
【００５６】
同じチップ１を用い、基板の厚みを変えて、空気中におけるそれぞれのＬＥＤ光源９の光束を測定し、次にその光源をグローブに挿入し、真空引きして混合ガスを充填、密封した後、点灯後の初期光束、及び安定後の光束を測定し、「蓄熱率」を計算して、厚みの異なるガラス基板５がＬＥＤ電球に与える影響について推察する。
【００５７】
ＬＥＤ光源９を用意し、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍと厚みの異なるガラス板を揃え、ひとつの厚みにつきガラス板１５枚を用意し、それぞれのガラス基板５には二つの電極を設け、基板上に蛍光体４でチップ１を固定し、チップ１どうし、チップ１と電極の間をリードワイヤー３でつなぎ、ガラス基板５、チップ１、リードワイヤー３を蛍光体４で被覆し、ＬＥＤ光源９を作成する。ひとつの厚みにつき５枚のガラス基板５を無作為に選び、それぞれのＬＥＤ光源９の初期光束、安定後の光束を測定し、「蓄熱率＝（初期光束−安定後の光束）／初期光束」、の式により「蓄熱率」を計算し、厚みごとに平均値をとって記録し、表７に示すごとく、厚みの異なるガラス板のＬＥＤ光源熱分析表にまとめた。次に、それぞれのＬＥＤ光源９から無作為に５枚を選んでＬＥＤ電球を作成した。ＬＥＤ光源９をガラスフレームに固定してからガラス製グローブ１０の中に挿入して密封し、いずれも圧力０．１０ＭＰａ、体積比３：１でヘリウムと窒素の混合ガスを充填し、口金７内の電源８を、フレーム１１底部のリード線１４と接続し、口金７とグローブ１０を固定、連結して、本発明のＬＥＤ電球を完成させた後、ＬＥＤ電球の初期光束、安定後の光束を測定し、「蓄熱率」を計算し、厚みごとに平均値をとって記録した（図７参照）。そして、残りのＬＥＤ光源９を用いてＬＥＤキャンドルライトを作成し、前記の方法と同様にして「蓄熱率」を計算して記録した（図７参照）。（蓄熱率は、数字が大きいほど安定時の光束の値が低い）
【００５８】
本発明のＬＥＤ光源９の蓄熱率は約１２％で、この光源を用いて本発明の電球を作成した後にはほぼ半減している。本発明で実験を繰り返した結果、ＬＥＤ光源９のガラス基板５の厚みは、これを用いて作成した本発明のＬＥＤ電球、ＬＥＤキャンドルライトの「蓄熱率」に多大な影響を与えているのがわかった。しかも、ガラス基板５が厚いほどよいのではなく、薄いほどよいのでもなく、一定のレンジ内、つまりガラス基板５が０．５ｍｍから１．１ｍｍの間にあるとき、本発明のＬＥＤ電球の蓄熱率が最も低くなる。
【００５９】
上述の実施例は本発明における望ましい実施例であり、本発明を実施する上での技術的な範囲に制限を加えるものではない。本発明の趣旨に従い、適度な修飾や変化を加えることで同等の効果を得た場合は、以下における本発明請求項の保護範囲内とする。
【符号の説明】
【００６０】
１    チップ
２    パターン付きガラス基板
２ａ  パターン付き窒化アルミニウム層
３    リードワイヤー
４    蛍光体
５    ガラス基板
６    電極
７    口金
８    電源
９    ＬＥＤ光源
１０  グローブ
１１  フレーム
１２  ガス
１３  アウターリード電極
１４  リード線
【図６】
2016533625.tif 000003
【図７】
2016533625.tif 000004
【図１】
2016533625.tif 000005
【図２】
2016533625.tif 000006
【図３】
2016533625.tif 000007
【図４】
2016533625.tif 000008
【図５】
2016533625.tif 000009
【国際調査報告】
2016533625.tif 000010
2016533625.tif 000011
2016533625.tif 000012
2016533625.tif 000013
2016533625.tif 000014