発光ダイオード及びその製造方法
【課題】部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、LEDチップの熱劣化の発生を防ぐことができる発光ダイオードを提供すること。
【解決手段】一対のリード線2,3の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウント4の前記リード線2,3の先端部にLEDチップ6をマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブ5を形成し、該ガラスバルブ5によって前記LEDチップ6と前記ガラス管マウント4を気密に封止して発光ダイオード1を構成する。
【解決手段】一対のリード線2,3の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウント4の前記リード線2,3の先端部にLEDチップ6をマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブ5を形成し、該ガラスバルブ5によって前記LEDチップ6と前記ガラス管マウント4を気密に封止して発光ダイオード1を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラスバルブによって気密に封止された発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高い耐湿性を確保する等の目的でLEDチップをガラスバルブによって気密に封止して成る発光ダイオード(LED)が知られている。この発光ダイオードは、LEDチップ搭載用の第1のリード線の先端部にLEDチップをダイボンド(D/B)によって接続固定し、該LEDチップの一方の電極と第1のリード線と電気的に接続し、LEDチップの他の電極と第2のリード線の先端部とをボンディングワイヤーによって電気的に接続し(ワイヤーボンディング(W/B))、LEDチップと第1及び第2のリード線の上端部をガラスバルブによって気密に封止して構成されている。
【0003】
斯かる発光ダイオードは以下に示す方法によって製造されている。
【0004】
即ち、第1のリード線の先端部にLEDチップをAgペースト等を用いてダイボンドによって接続固定した後、ボンディングワイヤーによって第2のリード線の先端部とLEDチップとを接続する。
【0005】
次に、第1及び第2のリード線の中間部に溶融したガラスを付着させてガラスビーズを形成し、ドーム状を成す上端が閉塞されたガラス管の下面開口部からLEDチップとガラ第1及び第2のリード線の上端部をガラスビーズと共にガラス管内に下方から挿入する。
【0006】
次に、ガラス管表面のガラスビーズに対応する箇所をバーナーで加熱して溶融させ、ガラス管とガラスビーズとを融着させると、ガラス管の下面開口部が気密に封止されてガラスバルブが形成され、LEDチップと第1及び第2のリード線の上端部がガラスバルブによって封止される。そして、最後にガラス管のガラスバルブ以外の余分な部分を切除すれば、所望の発光ダイオードが得られる。
【0007】
ところで、LEDチップの耐熱温度は一般に280℃〜350℃程度であり、この耐熱温度入状の温度で僅かな時間でもLEDチップが加熱されると該LEDチップが熱劣化してしまう可能性が高い。
【0008】
従って、発光ダイオードの前記製造方法において、ガラス管とガラスビーズを融着させてガラスバルブを形成する際の加熱温度は800℃〜1000℃程度となり、そのときの熱が第1のリード線を経てLEDチップに伝導し、加熱時間によってはLEDチップの温度が耐熱温度以上の600℃〜700℃程度まで上がり、該LEDチップに熱劣化が発生する可能性がある。
【0009】
そこで、特許文献1においては、図11に示すような発光ダイオードが提案されている。
【0010】
即ち、図11は特許文献1において提案された発光ダイオードの概略断面図であり、図示の発光ダイオード101は、セラミックやガラス等の熱伝導率の小さな材料によって構成された基板102上にLEDチップ103を配置したものであって、基板102に形成された一対の孔102a,102bに第1及び第2のリード線104,105を挿通し、これらの第1及び第2リード線104,105の基板102から突出する先端部を略直角に折り曲げ、その折り曲げ部を基板102上に形成された導体パターン106,107にそれぞれ加重・加熱することによって接続する構成が採用されている。尚、基板102、LEDチップ103、第1及び第2のリード線104,105の上端部はガラスバルブ108によって気密に封止されている。
【0011】
斯かる発光ダイオード101によれば、その製造過程においてガラス管の開口部を溶融封止してガラスバルブ108を形成する際に発生する熱のLEDチップ103への伝導が基板102による断熱効果によって抑制されるため、LEDチップ103の熱劣化の発生が防がれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2005−108936号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、特許文献1において提案された図11に示す発光ダイオード101においては、セラミックやガラス等によって構成された基板102や金等の導電材料から成る導体パターン106,107が必要となるとともに、基板102に第1及び第2のリード線104,105を通すための孔102a,102bの加工が必要となり、部品点数と加工工数が増えてコストアップを招くという問題がある。
【0014】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、LEDチップの熱劣化の発生を防ぐことができる発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発光ダイオードは、一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記LEDチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成されることを特徴とする。
【0016】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ガラス管マウントは、下面開口部周縁が径方向外方に広がるフレア管によって構成されていることを特徴とする。
【0017】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ガラス管マウントは、同一径のストレート管によって構成されていることを特徴とする。
【0018】
請求項4記載の発光ダイオードの製造方法は、
一対のリード線の先端部にガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第1のガラス管の上端開口部を融着して中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントする工程と、
上端が閉止された第2のガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記LEDチップと共に第2のガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を第2のガラス管に仮止めする工程と、
前記第2のガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して該第2のガラス管とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
前記ガラスバルブをカットする工程と、
を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする。
【0019】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明に係る発光ダイオード及びその製造方法によれば、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程において発生する熱は、リード線に直接伝導することがなく、又、リード線は熱伝導率の低いガラス管マウントに挿通保持されているため、該リード線の先端部にマウントされたLEDチップへの熱伝導が抑制され、該LEDチップがその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。
【0021】
そして、本発明に係る発光ダイオードにあっては、ガラス管マウントとガラスバルブとが二重管構造を構成する。両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウントを経てLEDチップに至る伝熱距離も比較的長いため、LEDチップへの熱伝導が抑制され、該LEDチップの熱劣化の発生が一層確実に防がれる。
【0022】
又、二重管構造としてガラス管マウントとガラスバルブ間にLEDチップが耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、LEDチップの点灯時の発熱を放熱して、該LEDチップの熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やLEDチップが発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオードを得ることができる。
【0023】
又、本発明に係る発光ダイオードには、LEDチップをマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図2】(a)〜(d)は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図3】(a)〜(d)は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図5】(a)〜(d)は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図6】(a)〜(d)は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図8】(a)〜(e)は本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図10】(a)〜(e)は本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図11】特許文献1において提案された発光ダイオードの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0026】
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの縦断面図であり、図示の発光ダイオード1は、一対のリード線2,3の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウント4と、該ガラス管マウント4を外部から覆って封止するガラスバルブ5とで二重管構造として構成されている。
【0027】
上記ガラス管マウント4は、その厚肉の上端部4aに下方から一対の前記リード線2,3を垂直に通して構成されており、一方のリード線2の上端部4aから上方に突出する先端部は略直角に折り曲げられている。そして、このリード線2の略直角に折り曲げられた折り曲げ部2aにはLEDチップ6が接着剤によってマウントされており、該LEDチップ6の一方の不図示の電極とリード線2及び他方の不図示の電極とリード線3とはボンディングワイヤー7,8によってそれそれ電気的に接続されている。尚、ガラス管マウント4は、後述のように下面開口部周縁が径方向外方に向かってラッパ状に広がるフレア管(第1のガラス管)9(図2(c)参照)の上端開口部にガラスビード10を溶着することによって構成されている。
【0028】
他方、前記ガラスバルブ5は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11(図3(b)参照)の下面開口部周縁とガラス管マウント4を構成するフレア管9の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ5によってLEDチップ6とガラス管マウント4が気密に封止されている。尚、ガラスバルブ5の内部は封止前に排気されて真空状態に保たれているか、又は排気後に不活性ガスを封入している。。
【0029】
而して、以上のように構成された発光ダイオード1において、リード線2,3及びボンディングワイヤー7,8を介してLEDチップ6に電圧が印加されると、該LEDチップ6が発光し、その光がガラスバルブ5を通過して外部に出射される。
【0030】
次に、以上の構成を有する発光ダイオード1の製造方法を図2及び図3に基づいて以下に説明する。
【0031】
図2(a)〜(d)はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図3(a)〜(d)はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。
【0032】
本発明方法では、先ず、図2(a)〜(d)に示す工程を経てガラス管マウント4が製造される。即ち、図2(a)に示すように一対のリード線2,3のうちの一方のリード線2の先端部を略直角に折り曲げて折り曲げ部2aを形成し(リードフォーミング)、図2(b)に示すように両リード線2,3の先端部にガラスビード10を通し、該ガラスビード10を2本のバーナー12によって両側から加熱してこれを溶かし、両リード線2,3を結束する(ビード付け)。
【0033】
次に、図2(c)に示すようにフレア管9をガラスビード10に通し、その上端部内周にガラスビード10を嵌め込み、その部分を2本のバーナー12を回転させながらフレア管9の外周側から加熱して両者を融着し(フレア管付け)、図2(d)に示すようなガラス管マウント4を得る。
【0034】
上記工程を経てガラス管マウント4が得られると、図3(a)に示すようにガラス管マウント4のリード線2,3にLEDチップ6(図3(a)には図示されていない)をマウントした後、図3(b)に示すように上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11の下面開口部からガラス管マウント4をLEDチップ6と共に挿入し、全体を横にして回転させながら、ガラス管11の適当な箇所をバーナーで加熱しつつ、その箇所に円板状の絞りカッター13を押し付けてガラス管マウント4をガラス管11に仮止めする。
【0035】
次に、図3(c)に示すようにガラス管11とこれに仮止めされたガラス管マウント4の姿勢を縦に戻し、ガラス管11内を排気しつつ、2本のバーナー12を回転させながら仮止め部分を加熱して溶融させることによってガラス管11の下面開口部周縁とガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着すれば、下面開口部が閉止されたガラスバルブ5が形成され、このガラスバルブ5によってガラス管マウント4及びLEDチップ6が気密に封止される。
【0036】
そして、最後に図3(d)に示すようにガラスバルブ5をカットしてガラス管11から切除すれば、図1に示す発光ダイオード1が得られる。
【0037】
而して、以上の方法によって得られる発光ダイオード1によれば、上端が閉止されたガラス管11の下面開口部周縁とガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブ5を形成する工程において発生する熱は、リード線2,3に直接伝導することがなく、又、リード線2,3は熱伝導率の低いガラス管マウント4に挿通保持されているため、該リード線2,3の先端部にマウントされたLEDチップ6への熱伝導が抑制され、該LEDチップ6がその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。
【0038】
そして、本発明に係る発光ダイオード1にあっては、ガラス管マウント4とガラスバルブ5とが二重管構造を構成し、両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウント4を経てLEDチップ6に至る伝熱距離も比較的長いため、LEDチップ6への熱伝導が抑制され、該LEDチップ6の熱劣化の発生が一層確実に防がれる。
【0039】
又、二重管構造としてガラス管マウント4とガラスバルブ5間にLEDチップ6が耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、LEDチップ6の点灯時の発熱を放熱して、該LEDチップ6の熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やLEDチップ6が発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオード1を得ることができる。
【0040】
又、本発明に係る発光ダイオード1には、LEDチップ6をマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。これにより、LEDチップ6及びダイボンド材やワイヤーボンディング材料等のLEDチップ6の接着手段に熱劣化が生じる可能性を抑制することができる。
【0041】
尚、ガラス管11として外径D=φ3.05mm、厚さt=0.3mm、長さL=7.0mm、熱伝導率k=1.0(W/(m・K)の軟質ガラス(日本電気硝子社製、型番:PS−94)を用いた場合、その断面積AはA=2.59mm2となり、次式で計算される熱抵抗は、
熱抵抗=t/(A/k)=2700.8(K/W)
となり、ガラスバルブ5による封止時における封止部(加熱溶融部)の温度が600℃〜700℃であるのに対して、LEDチップ6周りの温度は250℃以下に保たれた。
【0042】
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
【0043】
図4は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0044】
本実施の形態に係る発光ダイオード1’は、ガラス管マウント4を構成するガラス管を同一径のストレート管14とした以外は前記実施の形態1に係る発光ダイオード1の構成と同じである。この発光ダイオード1’においては、ガラスバルブ5は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11(図6(b)参照)の下面開口部周縁とガラス管マウント4を構成するストレート管14の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ5によってLEDチップ6とガラス管マウント4が気密に封止されている。
【0045】
次に、以上の構成を有する発光ダイオード1’の製造方法を図5及び図6に示すが、本実施の形態に係る発光ダイオード1’の製造方法も前記実施の形態1に係る発光ダイオード1の製造方法と同じであり、これについての説明は省略し、図示のみに留める。尚、図5(a)〜(d)はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図6(a)〜(d)はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。
【0046】
而して、本実施の形態に係る発光ダイオード1’によっても前記実施の形態1と同様の効果が得られ、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、LEDチップ6の熱劣化の発生を防ぐことができる。
【0047】
<実施の形態3>
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
【0048】
図7は本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0049】
本実施の形態に係る発光ダイオード1の製造方法は、実施の形態1におけるリード線2,3とガラスマウント4とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図8(c)に示すようにフレア管9の上端開口部をバーナー12で加熱して溶融状態としたまま、図8(d)に示すようにピンチ金型15によってフレア管9の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図8(e)に示すようなガラス管マウント4を得る。その後は図3(a)〜(d)に示す工程を経て発光ダイオード1が製造される。
【0050】
<実施の形態4>
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
【0051】
図9は本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においても図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0052】
本実施の形態に係る発光ダイオード1’の製造方法は、実施の形態2におけるリード線2,3とガラスマウント4とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図10(c)に示すようにストレート管14の上端開口部をバーナー12で加熱して溶融状態としたまま、図10(d)に示すようにピンチ金型15によってストレート管14の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図10(e)に示すようなガラス管マウント4を得る。その後は図6(a)〜(d)に示す工程を経て発光ダイオード1’が製造される。
【符号の説明】
【0053】
1,1’ 発光ダイオード
2,3 リード線
2a リード線の折り曲げ部
4 ガラス管マウント
4a ガラス管マウントの上端部
5 ガラスバルブ
6 LEDチップ
7,8 ボンディングワイヤー
9 フレア管(第1のガラス管)
10 ガラスビード
11 ガラス管(第2のガラス管)
12 バーナー
13 絞りカッター
14 ストレート管(第1のガラス管)
15 ピンチ金型
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラスバルブによって気密に封止された発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高い耐湿性を確保する等の目的でLEDチップをガラスバルブによって気密に封止して成る発光ダイオード(LED)が知られている。この発光ダイオードは、LEDチップ搭載用の第1のリード線の先端部にLEDチップをダイボンド(D/B)によって接続固定し、該LEDチップの一方の電極と第1のリード線と電気的に接続し、LEDチップの他の電極と第2のリード線の先端部とをボンディングワイヤーによって電気的に接続し(ワイヤーボンディング(W/B))、LEDチップと第1及び第2のリード線の上端部をガラスバルブによって気密に封止して構成されている。
【0003】
斯かる発光ダイオードは以下に示す方法によって製造されている。
【0004】
即ち、第1のリード線の先端部にLEDチップをAgペースト等を用いてダイボンドによって接続固定した後、ボンディングワイヤーによって第2のリード線の先端部とLEDチップとを接続する。
【0005】
次に、第1及び第2のリード線の中間部に溶融したガラスを付着させてガラスビーズを形成し、ドーム状を成す上端が閉塞されたガラス管の下面開口部からLEDチップとガラ第1及び第2のリード線の上端部をガラスビーズと共にガラス管内に下方から挿入する。
【0006】
次に、ガラス管表面のガラスビーズに対応する箇所をバーナーで加熱して溶融させ、ガラス管とガラスビーズとを融着させると、ガラス管の下面開口部が気密に封止されてガラスバルブが形成され、LEDチップと第1及び第2のリード線の上端部がガラスバルブによって封止される。そして、最後にガラス管のガラスバルブ以外の余分な部分を切除すれば、所望の発光ダイオードが得られる。
【0007】
ところで、LEDチップの耐熱温度は一般に280℃〜350℃程度であり、この耐熱温度入状の温度で僅かな時間でもLEDチップが加熱されると該LEDチップが熱劣化してしまう可能性が高い。
【0008】
従って、発光ダイオードの前記製造方法において、ガラス管とガラスビーズを融着させてガラスバルブを形成する際の加熱温度は800℃〜1000℃程度となり、そのときの熱が第1のリード線を経てLEDチップに伝導し、加熱時間によってはLEDチップの温度が耐熱温度以上の600℃〜700℃程度まで上がり、該LEDチップに熱劣化が発生する可能性がある。
【0009】
そこで、特許文献1においては、図11に示すような発光ダイオードが提案されている。
【0010】
即ち、図11は特許文献1において提案された発光ダイオードの概略断面図であり、図示の発光ダイオード101は、セラミックやガラス等の熱伝導率の小さな材料によって構成された基板102上にLEDチップ103を配置したものであって、基板102に形成された一対の孔102a,102bに第1及び第2のリード線104,105を挿通し、これらの第1及び第2リード線104,105の基板102から突出する先端部を略直角に折り曲げ、その折り曲げ部を基板102上に形成された導体パターン106,107にそれぞれ加重・加熱することによって接続する構成が採用されている。尚、基板102、LEDチップ103、第1及び第2のリード線104,105の上端部はガラスバルブ108によって気密に封止されている。
【0011】
斯かる発光ダイオード101によれば、その製造過程においてガラス管の開口部を溶融封止してガラスバルブ108を形成する際に発生する熱のLEDチップ103への伝導が基板102による断熱効果によって抑制されるため、LEDチップ103の熱劣化の発生が防がれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2005−108936号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、特許文献1において提案された図11に示す発光ダイオード101においては、セラミックやガラス等によって構成された基板102や金等の導電材料から成る導体パターン106,107が必要となるとともに、基板102に第1及び第2のリード線104,105を通すための孔102a,102bの加工が必要となり、部品点数と加工工数が増えてコストアップを招くという問題がある。
【0014】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、LEDチップの熱劣化の発生を防ぐことができる発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発光ダイオードは、一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記LEDチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成されることを特徴とする。
【0016】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ガラス管マウントは、下面開口部周縁が径方向外方に広がるフレア管によって構成されていることを特徴とする。
【0017】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ガラス管マウントは、同一径のストレート管によって構成されていることを特徴とする。
【0018】
請求項4記載の発光ダイオードの製造方法は、
一対のリード線の先端部にガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第1のガラス管の上端開口部を融着して中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントする工程と、
上端が閉止された第2のガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記LEDチップと共に第2のガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を第2のガラス管に仮止めする工程と、
前記第2のガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して該第2のガラス管とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
前記ガラスバルブをカットする工程と、
を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする。
【0019】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明に係る発光ダイオード及びその製造方法によれば、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程において発生する熱は、リード線に直接伝導することがなく、又、リード線は熱伝導率の低いガラス管マウントに挿通保持されているため、該リード線の先端部にマウントされたLEDチップへの熱伝導が抑制され、該LEDチップがその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。
【0021】
そして、本発明に係る発光ダイオードにあっては、ガラス管マウントとガラスバルブとが二重管構造を構成する。両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウントを経てLEDチップに至る伝熱距離も比較的長いため、LEDチップへの熱伝導が抑制され、該LEDチップの熱劣化の発生が一層確実に防がれる。
【0022】
又、二重管構造としてガラス管マウントとガラスバルブ間にLEDチップが耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、LEDチップの点灯時の発熱を放熱して、該LEDチップの熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やLEDチップが発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオードを得ることができる。
【0023】
又、本発明に係る発光ダイオードには、LEDチップをマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図2】(a)〜(d)は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図3】(a)〜(d)は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図5】(a)〜(d)は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図6】(a)〜(d)は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得た後の工程を示す説明図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図8】(a)〜(e)は本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの縦断面図である。
【図10】(a)〜(e)は本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの製造方法においてガラス管マウントを得る工程を示す説明図である。
【図11】特許文献1において提案された発光ダイオードの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0026】
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る発光ダイオードの縦断面図であり、図示の発光ダイオード1は、一対のリード線2,3の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウント4と、該ガラス管マウント4を外部から覆って封止するガラスバルブ5とで二重管構造として構成されている。
【0027】
上記ガラス管マウント4は、その厚肉の上端部4aに下方から一対の前記リード線2,3を垂直に通して構成されており、一方のリード線2の上端部4aから上方に突出する先端部は略直角に折り曲げられている。そして、このリード線2の略直角に折り曲げられた折り曲げ部2aにはLEDチップ6が接着剤によってマウントされており、該LEDチップ6の一方の不図示の電極とリード線2及び他方の不図示の電極とリード線3とはボンディングワイヤー7,8によってそれそれ電気的に接続されている。尚、ガラス管マウント4は、後述のように下面開口部周縁が径方向外方に向かってラッパ状に広がるフレア管(第1のガラス管)9(図2(c)参照)の上端開口部にガラスビード10を溶着することによって構成されている。
【0028】
他方、前記ガラスバルブ5は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11(図3(b)参照)の下面開口部周縁とガラス管マウント4を構成するフレア管9の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ5によってLEDチップ6とガラス管マウント4が気密に封止されている。尚、ガラスバルブ5の内部は封止前に排気されて真空状態に保たれているか、又は排気後に不活性ガスを封入している。。
【0029】
而して、以上のように構成された発光ダイオード1において、リード線2,3及びボンディングワイヤー7,8を介してLEDチップ6に電圧が印加されると、該LEDチップ6が発光し、その光がガラスバルブ5を通過して外部に出射される。
【0030】
次に、以上の構成を有する発光ダイオード1の製造方法を図2及び図3に基づいて以下に説明する。
【0031】
図2(a)〜(d)はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図3(a)〜(d)はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。
【0032】
本発明方法では、先ず、図2(a)〜(d)に示す工程を経てガラス管マウント4が製造される。即ち、図2(a)に示すように一対のリード線2,3のうちの一方のリード線2の先端部を略直角に折り曲げて折り曲げ部2aを形成し(リードフォーミング)、図2(b)に示すように両リード線2,3の先端部にガラスビード10を通し、該ガラスビード10を2本のバーナー12によって両側から加熱してこれを溶かし、両リード線2,3を結束する(ビード付け)。
【0033】
次に、図2(c)に示すようにフレア管9をガラスビード10に通し、その上端部内周にガラスビード10を嵌め込み、その部分を2本のバーナー12を回転させながらフレア管9の外周側から加熱して両者を融着し(フレア管付け)、図2(d)に示すようなガラス管マウント4を得る。
【0034】
上記工程を経てガラス管マウント4が得られると、図3(a)に示すようにガラス管マウント4のリード線2,3にLEDチップ6(図3(a)には図示されていない)をマウントした後、図3(b)に示すように上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11の下面開口部からガラス管マウント4をLEDチップ6と共に挿入し、全体を横にして回転させながら、ガラス管11の適当な箇所をバーナーで加熱しつつ、その箇所に円板状の絞りカッター13を押し付けてガラス管マウント4をガラス管11に仮止めする。
【0035】
次に、図3(c)に示すようにガラス管11とこれに仮止めされたガラス管マウント4の姿勢を縦に戻し、ガラス管11内を排気しつつ、2本のバーナー12を回転させながら仮止め部分を加熱して溶融させることによってガラス管11の下面開口部周縁とガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着すれば、下面開口部が閉止されたガラスバルブ5が形成され、このガラスバルブ5によってガラス管マウント4及びLEDチップ6が気密に封止される。
【0036】
そして、最後に図3(d)に示すようにガラスバルブ5をカットしてガラス管11から切除すれば、図1に示す発光ダイオード1が得られる。
【0037】
而して、以上の方法によって得られる発光ダイオード1によれば、上端が閉止されたガラス管11の下面開口部周縁とガラス管マウント4の下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブ5を形成する工程において発生する熱は、リード線2,3に直接伝導することがなく、又、リード線2,3は熱伝導率の低いガラス管マウント4に挿通保持されているため、該リード線2,3の先端部にマウントされたLEDチップ6への熱伝導が抑制され、該LEDチップ6がその耐熱温度以上に加熱されることがなく、その熱劣化の発生が確実に防がれる。
【0038】
そして、本発明に係る発光ダイオード1にあっては、ガラス管マウント4とガラスバルブ5とが二重管構造を構成し、両者間には断熱性の高い真空層を容易に形成することが可能である。又、ガラス管マウント4を経てLEDチップ6に至る伝熱距離も比較的長いため、LEDチップ6への熱伝導が抑制され、該LEDチップ6の熱劣化の発生が一層確実に防がれる。
【0039】
又、二重管構造としてガラス管マウント4とガラスバルブ5間にLEDチップ6が耐熱温度以上に加熱されない程度に不活性ガスを封入した場合には、LEDチップ6の点灯時の発熱を放熱して、該LEDチップ6の熱劣化の発生を抑制することができる。更に、高い耐湿性を確保し、太陽光やLEDチップ6が発する短波長光によるモールド樹脂の劣化を抑制することができ、信頼性の高い発光ダイオード1を得ることができる。
【0040】
又、本発明に係る発光ダイオード1には、LEDチップ6をマウントするための基板や導体パターン等が不要となり、又、基板への孔加工等も不要であるため、部品点数と加工工数が削減されてコストダウンが図られる。これにより、LEDチップ6及びダイボンド材やワイヤーボンディング材料等のLEDチップ6の接着手段に熱劣化が生じる可能性を抑制することができる。
【0041】
尚、ガラス管11として外径D=φ3.05mm、厚さt=0.3mm、長さL=7.0mm、熱伝導率k=1.0(W/(m・K)の軟質ガラス(日本電気硝子社製、型番:PS−94)を用いた場合、その断面積AはA=2.59mm2となり、次式で計算される熱抵抗は、
熱抵抗=t/(A/k)=2700.8(K/W)
となり、ガラスバルブ5による封止時における封止部(加熱溶融部)の温度が600℃〜700℃であるのに対して、LEDチップ6周りの温度は250℃以下に保たれた。
【0042】
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
【0043】
図4は本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0044】
本実施の形態に係る発光ダイオード1’は、ガラス管マウント4を構成するガラス管を同一径のストレート管14とした以外は前記実施の形態1に係る発光ダイオード1の構成と同じである。この発光ダイオード1’においては、ガラスバルブ5は、上端がドーム状を成して閉止されたガラス管11(図6(b)参照)の下面開口部周縁とガラス管マウント4を構成するストレート管14の下面開口部周縁とを融着することによって形成されており、該ガラスバルブ5によってLEDチップ6とガラス管マウント4が気密に封止されている。
【0045】
次に、以上の構成を有する発光ダイオード1’の製造方法を図5及び図6に示すが、本実施の形態に係る発光ダイオード1’の製造方法も前記実施の形態1に係る発光ダイオード1の製造方法と同じであり、これについての説明は省略し、図示のみに留める。尚、図5(a)〜(d)はガラス管マウントを得る方法をその工程順に示す説明図、図6(a)〜(d)はガラス管マウントを得た後の製造方法をその工程順に示す説明図である。
【0046】
而して、本実施の形態に係る発光ダイオード1’によっても前記実施の形態1と同様の効果が得られ、部品点数や加工工数の増加に伴うコストアップを招くことなく、LEDチップ6の熱劣化の発生を防ぐことができる。
【0047】
<実施の形態3>
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
【0048】
図7は本発明の実施の形態3に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においては図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0049】
本実施の形態に係る発光ダイオード1の製造方法は、実施の形態1におけるリード線2,3とガラスマウント4とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図8(c)に示すようにフレア管9の上端開口部をバーナー12で加熱して溶融状態としたまま、図8(d)に示すようにピンチ金型15によってフレア管9の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図8(e)に示すようなガラス管マウント4を得る。その後は図3(a)〜(d)に示す工程を経て発光ダイオード1が製造される。
【0050】
<実施の形態4>
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
【0051】
図9は本発明の実施の形態4に係る発光ダイオードの縦断面図であり、本図においても図1において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【0052】
本実施の形態に係る発光ダイオード1’の製造方法は、実施の形態2におけるリード線2,3とガラスマウント4とのシール性を高めるために、ピンチシール工程を追加したものである。即ち、図10(c)に示すようにストレート管14の上端開口部をバーナー12で加熱して溶融状態としたまま、図10(d)に示すようにピンチ金型15によってストレート管14の上部を両側面から圧力を加えてピンチロール形状に成形し、その後、冷却することによって図10(e)に示すようなガラス管マウント4を得る。その後は図6(a)〜(d)に示す工程を経て発光ダイオード1’が製造される。
【符号の説明】
【0053】
1,1’ 発光ダイオード
2,3 リード線
2a リード線の折り曲げ部
4 ガラス管マウント
4a ガラス管マウントの上端部
5 ガラスバルブ
6 LEDチップ
7,8 ボンディングワイヤー
9 フレア管(第1のガラス管)
10 ガラスビード
11 ガラス管(第2のガラス管)
12 バーナー
13 絞りカッター
14 ストレート管(第1のガラス管)
15 ピンチ金型
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記LEDチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成されることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項2】
前記ガラス管マウントは、下面開口部周縁が径方向外方に広がるフレア管によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
【請求項3】
前記ガラス管マウントは、同一径のストレート管によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
【請求項4】
一対のリード線の先端部にガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第1のガラス管の上端開口部を融着して中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントする工程と、
上端が閉止された第2のガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記LEDチップと共に第2のガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を第2のガラス管に仮止めする工程と、
前記第2のガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して該第2のガラス管とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
前記ガラスバルブをカットする工程と、
を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項5】
前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする請求項4記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項1】
一対のリード線の上端部が挿通する中空構造のガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントし、上端が閉止されたガラス管の下面開口部周縁と前記ガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成し、該ガラスバルブによって前記LEDチップと前記ガラス管マウントを気密に封止して構成されることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項2】
前記ガラス管マウントは、下面開口部周縁が径方向外方に広がるフレア管によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
【請求項3】
前記ガラス管マウントは、同一径のストレート管によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
【請求項4】
一対のリード線の先端部にガラスビードを溶融固着し、該ガラスビードに筒状の第1のガラス管の上端開口部を融着して中空構造のガラス管マウントを得る工程と、
前記ガラス管マウントの前記リード線の先端部にLEDチップをマウントする工程と、
上端が閉止された第2のガラス管の下面開口部から前記ガラス管マウントを前記LEDチップと共に第2のガラス管内に挿入し、ガラス管マウントの下面開口部周縁を第2のガラス管に仮止めする工程と、
前記第2のガラス管の前記ガラス管マウントが仮止めされた箇所を加熱して該第2のガラス管とガラス管マウントの下面開口部周縁とを融着することによってガラスバルブを形成する工程と、
前記ガラスバルブをカットする工程と、
を経て発光ダイオードを得ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項5】
前記中空構造のガラス管マウントを得る工程は、ガラス管マウントの上端開口部を溶融状態にてピンチするピンチシール工程を有することを特徴とする請求項4記載の発光ダイオードの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−82420(P2011−82420A)
【公開日】平成23年4月21日(2011.4.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−234980(P2009−234980)
【出願日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年4月21日(2011.4.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
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