JP2012204783A - Light-emitting diode device - Google Patents

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亮介 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode device capable of applying an appropriate current depending on a temperature of a light-emitting diode without separately providing a circuit for temperature control.SOLUTION: A light-emitting diode device 1 has: a thermistor 3 having such a change characteristic that a resistance value RT decreases non-linearly when a temperature of a light-emitting diode 2 rises; and a resistor 4 for linearizing the change characteristic of the resistance value depending on the temperature of the thermistor 3. The light-emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4 are connected in parallel to a power supply. The thermistor 3 is arranged so as to have the same temperature as the light-emitting diode 2. A resistance value Rr of the resistor 4 is set to be several to dozens of times higher than a resistance value RL of the light-emitting diode, and be a fraction of the resistance value RT of the thermistor 3 before a current is applied from the power supply to the light-emitting diode 2 and heat is generated.

Description

本発明は、発光ダイオード装置に関する。   The present invention relates to a light emitting diode device.

一般に、発光ダイオードは、発光することで発光ダイオード自身の温度が上昇する。この温度上昇により、予め定められた温度を超えて損傷することを防止するために、発光ダイオードに加えられる電流を制限する発光素子モジュールが知られている（特許文献１）。この発光素子モジュールは、発光ダイオードの熱がヒートシンクを介して伝達されるサーミスタ薄膜を備える。サーミスタ薄膜は、発光ダイオードの駆動時の発熱による温度の変化を正確且つ敏感に検出でき、検出信号を発光素子モジュールが備える温度制御部に出力する。温度制御部は、サーミスタ薄膜から入力された検出信号に応じて発光ダイオードを所定の一定温度に保持する。   Generally, a light emitting diode emits light, and the temperature of the light emitting diode itself increases. A light-emitting element module that limits the current applied to the light-emitting diode is known in order to prevent the temperature rise from causing damage beyond a predetermined temperature (Patent Document 1). This light emitting element module includes a thermistor thin film in which heat of the light emitting diode is transmitted via a heat sink. The thermistor thin film can accurately and sensitively detect a change in temperature due to heat generated when the light emitting diode is driven, and outputs a detection signal to a temperature control unit included in the light emitting element module. The temperature control unit holds the light emitting diode at a predetermined constant temperature according to the detection signal input from the thermistor thin film.

特開平８−３３５７４７号公報JP-A-8-335747

しかしながら、特許文献１に記載の発光ダイオード装置では、温度制御部のような回路を別途設ける必要があり、装置の複雑化及び大型化の要因となっている。   However, in the light emitting diode device described in Patent Document 1, it is necessary to separately provide a circuit such as a temperature control unit, which is a factor of increasing the complexity and size of the device.

そこで、本発明は、上記温度制御部のような温度制御用の回路を別途設けることなく、発光ダイオードの温度に応じて適切な電流を加えることができる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting diode device capable of applying an appropriate current according to the temperature of the light emitting diode without separately providing a temperature control circuit such as the temperature control unit. .

本発明の発光ダイオード装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードの温度が上昇すると抵抗値が非線形に減少する変化特性のサーミスタと、サーミスタの温度に応じた抵抗値の変化特性を線形化するための抵抗器と、発光ダイオード、サーミスタ及び抵抗器を配置するための基板とを備え、発光ダイオードとサーミスタと抵抗器とは、電源に対して並列に接続され、サーミスタは、発光ダイオードの温度と同じ温度となるように配置され、抵抗器の抵抗値は、発光ダイオードの抵抗値の数倍から数十倍に設定されると共に、発光ダイオードに電源から電流が加えられて熱が発生する前のサーミスタの抵抗値の数分の一に設定されていることを特徴とする。   The light-emitting diode device of the present invention includes a light-emitting diode, a thermistor whose resistance value decreases nonlinearly as the temperature of the light-emitting diode rises, and a resistance for linearizing the resistance-change characteristic according to the temperature of the thermistor And a substrate on which the light emitting diode, thermistor, and resistor are disposed. The light emitting diode, the thermistor, and the resistor are connected in parallel to the power source, and the thermistor has the same temperature as the temperature of the light emitting diode. The resistance value of the resistor is set to several to several tens of times the resistance value of the light emitting diode, and the resistance of the thermistor before the heat is generated by applying current from the power source to the light emitting diode It is characterized by being set to a fraction of the value.

本発明によれば、温度が上昇すると抵抗値が減少するサーミスタが発光ダイオードの温度と同じ温度となるように配置されているので、発光ダイオードが発光することで温度が上昇すると、サーミスタの抵抗値が減少する。   According to the present invention, the thermistor whose resistance value decreases as the temperature rises is arranged to be the same temperature as the light emitting diode temperature. Therefore, when the temperature rises as the light emitting diode emits light, the thermistor resistance value Decrease.

また、抵抗器がサーミスタの温度に対する抵抗値の変化特性を線形化するので、サーミスタと抵抗器との合成抵抗値が、発光ダイオードの温度上昇に応じて線形に減少する。発光ダイオードとサーミスタと抵抗器とは電源に対して並列に接続されているので、発光ダイオードの温度が上昇する前に比べて、上昇後は発光ダイオードの抵抗値に対するサーミスタと抵抗器との合成抵抗値の割合が増加する。このため、発光ダイオードの温度が上昇した場合には、上昇する前に比べて発光ダイオードに加えられる電流が減少する。従って、発光ダイオードの温度が上昇した場合には、発光ダイオードに加えられる電流が減少するため、発光ダイオードの更なる発熱が抑制される。   Further, since the resistor linearizes the change characteristic of the resistance value with respect to the temperature of the thermistor, the combined resistance value of the thermistor and the resistor decreases linearly as the temperature of the light emitting diode increases. Since the light-emitting diode, thermistor, and resistor are connected in parallel to the power supply, the combined resistance of the thermistor and the resistor to the resistance value of the light-emitting diode after the rise, compared to before the temperature of the light-emitting diode rises The percentage of values increases. For this reason, when the temperature of the light emitting diode rises, the current applied to the light emitting diode decreases compared to before the rise. Therefore, when the temperature of the light emitting diode rises, the current applied to the light emitting diode is reduced, so that further heat generation of the light emitting diode is suppressed.

また、抵抗器の抵抗値は、発光ダイオードに電源から電流が加えられることで熱が発生する前のサーミスタの抵抗値の数分の一に設定されている。発光ダイオードとサーミスタと抵抗器との各素子は並列に接続されているので、各素子に加えられる電流は、各素子の抵抗値に反比例する。従って、発光ダイオードの発熱前には、サーミスタに加えられる電流は小さくなり、その分発光ダイオードに加えられる電流が大きくなる。   The resistance value of the resistor is set to be a fraction of the resistance value of the thermistor before heat is generated by applying current from the power supply to the light emitting diode. Since each element of the light emitting diode, the thermistor, and the resistor is connected in parallel, the current applied to each element is inversely proportional to the resistance value of each element. Therefore, before the light emitting diode generates heat, the current applied to the thermistor decreases, and the current applied to the light emitting diode increases accordingly.

また、抵抗器の抵抗値は、発光ダイオードの抵抗値の数倍から数十倍に設定されているので、発光ダイオードが発熱してサーミスタの温度も上昇することでサーミスタの抵抗値が減少した場合であっても、発光ダイオードに損傷を与えるほどの大きな電流が加えられることを防止できる。   In addition, since the resistance value of the resistor is set to several to several tens of times the resistance value of the light emitting diode, the resistance value of the thermistor decreases when the light emitting diode generates heat and the temperature of the thermistor increases. Even so, it is possible to prevent a current that is so large as to damage the light emitting diode.

このように、発光ダイオードの温度が上昇する前は、発光ダイオードを充分に発光させることができる電流が加えられ、発光ダイオードの温度が上昇した後は、発光ダイオードに加えられる電流が減少して発光ダイオードの発熱を抑制し、発光ダイオードの損傷を防止できる。従って、前述の温度制御部のような回路を別途設けることなく、発光ダイオードの温度に応じて適切な電流を加えることができる。   Thus, before the temperature of the light emitting diode rises, a current that can cause the light emitting diode to sufficiently emit light is applied, and after the temperature of the light emitting diode rises, the current applied to the light emitting diode decreases to emit light. The heat generation of the diode can be suppressed, and the light emitting diode can be prevented from being damaged. Therefore, an appropriate current can be applied according to the temperature of the light emitting diode without separately providing a circuit such as the above-described temperature control unit.

ここで、同じ温度とは、全く同じ温度である必要はなく、発熱による発光ダイオードの損傷を抑制可能な程度の差があってもよい。   Here, the same temperature does not need to be exactly the same temperature, and there may be a difference that can suppress damage to the light emitting diode due to heat generation.

本発明において、サーミスタは、発光ダイオードに近接して配置され、又は発光ダイオードの熱をサーミスタに伝達する部材を介して配置されることが好ましい。サーミスタを、発光ダイオードに近接して配置するか、又は発光ダイオードの熱をサーミスタに伝達する部材を介して配置することで、サーミスタと発光ダイオードとの温度の差を小さくすることができる。   In the present invention, the thermistor is preferably disposed in the vicinity of the light emitting diode, or is disposed through a member that transfers heat of the light emitting diode to the thermistor. The temperature difference between the thermistor and the light-emitting diode can be reduced by arranging the thermistor close to the light-emitting diode or by arranging the thermistor via a member that transmits heat of the light-emitting diode to the thermistor.

本発明において、抵抗器は抵抗部と接続部とで構成され、抵抗部と基板との間に断熱空間が設けられることが好ましい。これにより、発光ダイオードの熱が抵抗器に伝達されにくくなり、抵抗器の抵抗値が温度変化によって変化し難くなる。このため、サーミスタと抵抗器との合成抵抗値の理論値と実際値との誤差を少なくできる。   In the present invention, the resistor is preferably composed of a resistance portion and a connection portion, and a heat insulating space is preferably provided between the resistance portion and the substrate. Thereby, the heat of the light emitting diode is hardly transmitted to the resistor, and the resistance value of the resistor is hardly changed due to a temperature change. For this reason, the error between the theoretical value and the actual value of the combined resistance value of the thermistor and the resistor can be reduced.

（ａ）は実施形態の発光ダイオード装置の平面図、（ｂ）は背面図。(A) is a top view of the light emitting diode apparatus of embodiment, (b) is a rear view. 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。II-II sectional view taken on the line of FIG. 本実施形態の抵抗器の側面図。The side view of the resistor of this embodiment. 本実施形態の抵抗器の斜視図。The perspective view of the resistor of this embodiment. 本実施形態の発光ダイオード装置の等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit of the light emitting diode apparatus of this embodiment. （ａ）は温度変化に対するサーミスタの抵抗値の変化、（ｂ）は温度変化に対するサーミスタと抵抗器との合成抵抗値の変化、（ｃ）は温度変化に対する発光ダイオードに加えられる電流の変化をそれぞれ示す図。(A) shows the change in the resistance value of the thermistor with respect to the temperature change, (b) shows the change in the combined resistance value of the thermistor and the resistor with respect to the temperature change, and (c) shows the change in the current applied to the light emitting diode with respect to the temperature change. FIG. 別の実施形態の発光ダイオード装置を示す図。The figure which shows the light emitting diode apparatus of another embodiment.

図１から図６を参照して、本発明の実施形態の発光ダイオード装置の構成について説明する。   With reference to FIGS. 1-6, the structure of the light-emitting-diode apparatus of embodiment of this invention is demonstrated.

本実施形態の発光ダイオード装置１は、電流が加えられることで発光する発光ダイオード２と、サーミスタ３と、抵抗器４と、多層基板５とを備える。   The light emitting diode device 1 according to the present embodiment includes a light emitting diode 2 that emits light when a current is applied thereto, a thermistor 3, a resistor 4, and a multilayer substrate 5.

発光ダイオード２は、実使用領域の電流の範囲が０．０２〜１［Ａ］程度、抵抗値が０．１〜３［Ω］の一般的な発光ダイオードを使用する。本実施形態では、発光ダイオード２として、抵抗値ＲＬが１［Ω］の発光ダイオードを使用している。   As the light emitting diode 2, a general light emitting diode having a current range of about 0.02 to 1 [A] and a resistance value of 0.1 to 3 [Ω] is used. In the present embodiment, a light emitting diode having a resistance value RL of 1 [Ω] is used as the light emitting diode 2.

サーミスタ３は、温度が上昇すると抵抗値が小さくなる負の温度特性を持つ所謂ＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）である。サーミスタ３は、温度の変化に対して抵抗値が非線形に変化する。詳細には、サーミスタ３は、図６（ａ）に示されるように、下に凸の変化特性となっている。ここで、図６（ａ）の横軸は温度Ｔ、縦軸はサーミスタ３の抵抗値ＲＴを示す。サーミスタ３の抵抗値ＲＴは、図６（ａ）に示されるように、温度Ｔが０°のとき７２［Ω］、温度Ｔが３０°のとき１８［Ω］、温度Ｔが６０°のとき５［Ω］となる。   The thermistor 3 is a so-called NTC thermistor (negative temperature coefficient thermistor) having a negative temperature characteristic in which the resistance value decreases as the temperature rises. The thermistor 3 has a non-linear change in resistance with respect to a change in temperature. Specifically, the thermistor 3 has a downward change characteristic as shown in FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 6A represents the temperature T, and the vertical axis represents the resistance value RT of the thermistor 3. As shown in FIG. 6A, the resistance value RT of the thermistor 3 is 72 [Ω] when the temperature T is 0 °, 18 [Ω] when the temperature T is 30 °, and when the temperature T is 60 °. 5 [Ω].

抵抗器４は、抵抗部４ａと接続部４ｂとで構成されている。抵抗部４ａは、熱の影響によって抵抗値が変化し難い材料で構成されている。接続部４ｂは、所謂リード線又は金属端子で構成されており、多層基板５上の電極等に半田付けされることで、抵抗部４ａに電流が加えられる。本実施形態では、抵抗器４として、抵抗値Ｒｒが１４．２［Ω］の抵抗を使用している。   The resistor 4 includes a resistance portion 4a and a connection portion 4b. The resistance portion 4a is made of a material whose resistance value hardly changes due to the influence of heat. The connection portion 4b is formed of a so-called lead wire or metal terminal, and a current is applied to the resistance portion 4a by being soldered to an electrode or the like on the multilayer substrate 5. In the present embodiment, a resistor having a resistance value Rr of 14.2 [Ω] is used as the resistor 4.

多層基板５は、セラミックで形成された基板を積層して多層構造に形成されている。セラミックの材料は、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３又は窒化アルミニウムＡｌＮが使用される。また、多層基板５は、中間層５１と上部層５２と下部層５３とで構成される。 The multilayer substrate 5 is formed in a multilayer structure by laminating substrates made of ceramic. As the ceramic material, aluminum oxide Al 2 O 3 or aluminum nitride AlN is used. The multilayer substrate 5 includes an intermediate layer 51, an upper layer 52, and a lower layer 53.

中間層５１は、下部層５３の上側（図２の上方向）に積層されており、中間層５１の上側（図２の上方向）には上部層５２が積層されている。   The intermediate layer 51 is stacked above the lower layer 53 (upward in FIG. 2), and the upper layer 52 is stacked above the intermediate layer 51 (upward in FIG. 2).

中間層５１には、発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４が実装される。詳細には、中間層５１の上側表面に発光ダイオード２及び抵抗器４が実装され、中間層５１の下側表面にサーミスタ３が実装される。   The light emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4 are mounted on the intermediate layer 51. Specifically, the light emitting diode 2 and the resistor 4 are mounted on the upper surface of the intermediate layer 51, and the thermistor 3 is mounted on the lower surface of the intermediate layer 51.

中間層５１の上側表面及び下側表面に実装される発光ダイオード２、サーミスタ３及び抵抗器４を避けるように、上部層５２及び下部層５３にはキャビティ（空間）５２ａ，５２ｂ，５３ａが形成されている。詳細には上部層５２のキャビティ５２ａ内には発光ダイオード２が配置され、上部層５２のキャビティ５２ｂ内には抵抗器４が配置され、下部層５３のキャビティ５３ａ内にはサーミスタ３が配置され、それぞれが中間層５１の表面上に実装されている。   Cavities (spaces) 52a, 52b, and 53a are formed in the upper layer 52 and the lower layer 53 so as to avoid the light emitting diode 2, the thermistor 3 and the resistor 4 mounted on the upper surface and the lower surface of the intermediate layer 51. ing. Specifically, the light emitting diode 2 is disposed in the cavity 52 a of the upper layer 52, the resistor 4 is disposed in the cavity 52 b of the upper layer 52, and the thermistor 3 is disposed in the cavity 53 a of the lower layer 53, Each is mounted on the surface of the intermediate layer 51.

中間層５１及び下部層５３には、多数のビア（貫通孔）が設けられている。詳細には、中間層５１には、放熱をするための放熱ビア５１ａが複数設けられていると共に、発光ダイオード２に通電するための電極ビア５１ｂ，５１ｃ及び抵抗器４に通電するための電極ビア５１ｅ，５１ｆが設けられている。サーミスタ３に通電するための電極ビア（図示省略）等の複数の電極ビアが設けられている。また、下部層５３には、放熱をするための放熱ビア５３ｂが複数設けられている。これらの放熱ビア５１ａ，５３ｂの内部には、モリブデン又はタングステン等の熱伝導率の高い材料が充填されている。   The intermediate layer 51 and the lower layer 53 are provided with a large number of vias (through holes). Specifically, the intermediate layer 51 is provided with a plurality of heat dissipation vias 51 a for heat dissipation, and electrode vias 51 b and 51 c for supplying current to the light emitting diode 2 and electrode vias for supplying current to the resistor 4. 51e and 51f are provided. A plurality of electrode vias such as electrode vias (not shown) for energizing the thermistor 3 are provided. The lower layer 53 is provided with a plurality of heat dissipation vias 53b for heat dissipation. These heat radiation vias 51a and 53b are filled with a material having high thermal conductivity such as molybdenum or tungsten.

また、下部層５３の下側表面には電極部材６ａ，６ｂが接着されており、外部の回路（図示省略）から電圧が加えられ、発光ダイオード２の発光が可能となる。電極部材６ａ，６ｂと発光ダイオード２、サーミスタ３及び抵抗器４との配線は省略する。   Further, electrode members 6a and 6b are bonded to the lower surface of the lower layer 53, and voltage is applied from an external circuit (not shown), so that the light emitting diode 2 can emit light. Wiring between the electrode members 6a and 6b, the light emitting diode 2, the thermistor 3 and the resistor 4 is omitted.

中間層５１の発光ダイオード２の下側の面にも放熱ビア５１ａが設けられており、発光ダイオード２が発光することで発生した熱が、放熱ビア５１ａを介して中間層５１の逆側（この場合には下側）の面に伝達される。サーミスタ３の温度が発光ダイオード２と同じ温度になるように、この逆側の面の放熱ビア５１ａの下側にサーミスタ３が実装されている。このようにして、サーミスタ３には、発光ダイオード２の発生した熱が効率良く伝達され、サーミスタ３の温度が発光ダイオード２と同じ温度になる。   A heat radiating via 51a is also provided on the lower surface of the light emitting diode 2 of the intermediate layer 51, and heat generated by light emission of the light emitting diode 2 is transferred to the opposite side of the intermediate layer 51 (this In some cases, it is transmitted to the lower surface. The thermistor 3 is mounted below the heat dissipation via 51a on the opposite side so that the temperature of the thermistor 3 is the same as that of the light emitting diode 2. In this way, the heat generated by the light emitting diode 2 is efficiently transmitted to the thermistor 3, and the temperature of the thermistor 3 becomes the same temperature as the light emitting diode 2.

本実施形態の放熱ビア５１ａに充填されたモリブデン又はタングステン等が、本発明における「発光ダイオードの熱をサーミスタに伝達する部材」に相当する。また、本実施形態では、サーミスタ３は、発光ダイオード２に対して中間層５１を介して配置されているが、発光ダイオード２の熱が充分に伝達できるという点では、発光ダイオードに近接して配置されているものである。なお、サーミスタ３を発光ダイオード２と同じ側の面、例えば中間層５１の上側の面に近接して実装してもよい。   Molybdenum, tungsten, or the like filled in the heat dissipation via 51a of this embodiment corresponds to “a member that transmits heat of the light emitting diode to the thermistor” in the present invention. In the present embodiment, the thermistor 3 is arranged via the intermediate layer 51 with respect to the light emitting diode 2. However, the thermistor 3 is arranged close to the light emitting diode in that the heat of the light emitting diode 2 can be sufficiently transferred. It is what has been. The thermistor 3 may be mounted close to the surface on the same side as the light emitting diode 2, for example, the upper surface of the intermediate layer 51.

発光ダイオード２は、融点が３００°程度の金錫ＡｕＳｎで中間層５１に接合され、その後、サーミスタ３が融点が２３０°程度のＳｎＡｇＣｕ系の無鉛半田で中間層５１に接合される。   The light emitting diode 2 is bonded to the intermediate layer 51 with gold tin AuSn having a melting point of about 300 °, and then the thermistor 3 is bonded to the intermediate layer 51 with SnAgCu-based lead-free solder having a melting point of about 230 °.

抵抗器４は、発光ダイオード２の発光によって発生する熱の影響を少なくするために、発光ダイオード２とは離れた場所に実装されている。また、抵抗器４は、中間層５１から伝達される熱を少なくするために、中間層５１との間に空間７を設けるように実装されている。更に、抵抗器４の付近の中間層５１には、発光ダイオード２の熱の影響を少なくするために、ガラス５１ｄを充填している。これらによって、抵抗器４が発光ダイオード２の熱の影響を少なくでき、抵抗器４の抵抗値Ｒｒを一定に保つことができる。   The resistor 4 is mounted away from the light emitting diode 2 in order to reduce the influence of heat generated by light emission of the light emitting diode 2. The resistor 4 is mounted so as to provide a space 7 between the resistor 4 and the intermediate layer 51 in order to reduce heat transferred from the intermediate layer 51. Further, the intermediate layer 51 in the vicinity of the resistor 4 is filled with glass 51 d in order to reduce the influence of heat of the light emitting diode 2. By these, the resistor 4 can reduce the influence of the heat of the light emitting diode 2, and the resistance value Rr of the resistor 4 can be kept constant.

図５に示されるように、発光ダイオード２とサーミスタ３と抵抗器４とは、電源（図示省略）に対して並列に接続されている。また、図１〜図４では省略しているが、発光ダイオード２とサーミスタ３と抵抗器４との並列回路に加えられる電圧を制限するための制限抵抗器４１が電源にこれらの並列回路に対して直列に接続されている。制限抵抗器４１は、抵抗器４と同様に、中間層５１の表面上に実装され、制限抵抗器４１を配置するための空間を形成するために、上部層５２又は下部層５３にはキャビティ（図示省略）が設けられている。   As shown in FIG. 5, the light emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4 are connected in parallel to a power source (not shown). Although not shown in FIGS. 1 to 4, a limiting resistor 41 for limiting the voltage applied to the parallel circuit of the light emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4 is provided as a power source for these parallel circuits. Connected in series. Like the resistor 4, the limiting resistor 41 is mounted on the surface of the intermediate layer 51, and a cavity (in the upper layer 52 or the lower layer 53 is formed to form a space for disposing the limiting resistor 41. (Not shown) is provided.

電源は定電圧回路（図示省略）を介して電圧が加えられており、このときの電圧は１３．５［Ｖ］に設定されている。   A voltage is applied to the power supply via a constant voltage circuit (not shown), and the voltage at this time is set to 13.5 [V].

図６（ａ）に示されるように、サーミスタ３の温度変化に対する抵抗値ＲＴの変化は下に凸の非線形の特性を有する。このため抵抗器４を接続せずに、発光ダイオード２とサーミスタ３とを電源に対して並列に接続した場合には、低温時、特に３０°よりも低い温度では、サーミスタ３の抵抗値ＲＴの減少が著しく、この減少に応じて発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬも著しく減少する。   As shown in FIG. 6A, the change of the resistance value RT with respect to the temperature change of the thermistor 3 has a non-linear characteristic convex downward. For this reason, when the light emitting diode 2 and the thermistor 3 are connected in parallel to the power supply without connecting the resistor 4, the resistance value RT of the thermistor 3 is low at a low temperature, particularly at a temperature lower than 30 °. The decrease is significant, and the current IL applied to the light emitting diode 2 is also significantly decreased in accordance with the decrease.

この場合には、発光ダイオード２の輝度を高く保つことができる温度の範囲が狭いため、発光ダイオード２の性能を充分に発揮できない。そこで、低温時における発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬの著しい減少を抑制するために、発光ダイオード２とサーミスタ３とに抵抗器４を加えている。すなわち、図６（ｂ）に示されるように、サーミスタ３と抵抗器４との合成抵抗値ＲＴＲが温度Ｔの増加に対して線形に減少するように、電源に対して発光ダイオード２とサーミスタ３と抵抗器４とを並列に接続する。なお、線形とは直線である必要はなく多少の誤差があってもよい。   In this case, since the temperature range in which the luminance of the light emitting diode 2 can be kept high is narrow, the performance of the light emitting diode 2 cannot be sufficiently exhibited. Therefore, a resistor 4 is added to the light emitting diode 2 and the thermistor 3 in order to suppress a significant decrease in the current IL applied to the light emitting diode 2 at a low temperature. That is, as shown in FIG. 6B, the light-emitting diode 2 and the thermistor 3 with respect to the power supply so that the combined resistance value RTR of the thermistor 3 and the resistor 4 decreases linearly as the temperature T increases. And resistor 4 are connected in parallel. Note that the linear does not need to be a straight line and may have some errors.

ここで、図６（ｂ）の横軸は温度Ｔ、縦軸はサーミスタ３と抵抗器４との合成抵抗値ＲＴＲを示す。合成抵抗値ＲＴＲは、図６（ｂ）に示されるように、温度Ｔが０°のとき１１．９［Ω］、温度Ｔが３０°のとき７．９［Ω］、温度Ｔが６０°のとき４［Ω］となる。   Here, the horizontal axis of FIG. 6B indicates the temperature T, and the vertical axis indicates the combined resistance value RTR of the thermistor 3 and the resistor 4. As shown in FIG. 6B, the combined resistance value RTR is 11.9 [Ω] when the temperature T is 0 °, 7.9 [Ω] when the temperature T is 30 °, and the temperature T is 60 °. In this case, 4 [Ω] is obtained.

サーミスタ３と抵抗器４との合成抵抗値ＲＴＲの変化が温度変化に対して略線形となるので、図６（ｃ）に示されるように、発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬの温度変化に対する変化も略線形となる。このため、抵抗器４を接続しない場合のように、発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬの著しい減少を防止でき、発光ダイオード２の輝度を不要に下げることを防止できる。これによって発光ダイオード２の性能を充分に発揮できる。ここで、図６（ｃ）の横軸は温度Ｔ、縦軸は発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬを示す。   Since the change in the combined resistance value RTR of the thermistor 3 and the resistor 4 becomes substantially linear with respect to the temperature change, as shown in FIG. 6C, the change with respect to the temperature change of the current IL applied to the light emitting diode 2. Is also substantially linear. For this reason, as in the case where the resistor 4 is not connected, the current IL applied to the light emitting diode 2 can be prevented from being significantly reduced, and the luminance of the light emitting diode 2 can be prevented from being lowered unnecessarily. Thereby, the performance of the light emitting diode 2 can be sufficiently exhibited. Here, the horizontal axis of FIG. 6C indicates the temperature T, and the vertical axis indicates the current IL applied to the light emitting diode 2.

なお、抵抗器４の抵抗値Ｒｒは、サーミスタ３を使用する温度範囲を０°〜６０°として、この温度範囲内でサーミスタ３と抵抗器４との合成抵抗値ＲＴＲの変化が温度変化に対して線形になるように決定している。詳細には、下限温度０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴ１と、上限温度６０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴ２と、下限温度０°及び上限温度６０°の中間の温度３０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴ３とから「Ｒｒ＝（ＲＴ１×ＲＴ２＋ＲＴ２×ＲＴ３−２×ＲＴ１×ＲＴ３）/（ＲＴ１＋ＲＴ３−２×ＲＴ２）」として、抵抗器４の抵抗値Ｒｒを決定している。   Note that the resistance value Rr of the resistor 4 is set to a temperature range in which the thermistor 3 is used in a range of 0 ° to 60 °, and the change in the combined resistance value RTR of the thermistor 3 and the resistor 4 within this temperature range is a temperature change. To be linear. Specifically, the resistance value RT1 of the thermistor 3 when the lower limit temperature is 0 °, the resistance value RT2 of the thermistor 3 when the upper limit temperature is 60 °, and a temperature 30 ° intermediate between the lower limit temperature 0 ° and the upper limit temperature 60 °. The resistance value Rr of the resistor 4 is determined as “Rr = (RT1 × RT2 + RT2 × RT3-2 × RT1 × RT3) / (RT1 + RT3-2 × RT2)” from the resistance value RT3 of the thermistor 3 at that time.

抵抗器４の抵抗値Ｒｒは、発光ダイオード２の抵抗値ＲＬの数倍から数十倍であると共に、発光ダイオード２に電流ＩＬが加えられることで熱が発生する前、すなわち、下限温度０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴの数分の一に設定するとよい。本実施形態では上述のように、抵抗器４の抵抗値Ｒｒは１４．２［Ω］、下限温度０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴは７２［Ω］、発光ダイオード２の抵抗値ＲＬは１．０［Ω］としている。   The resistance value Rr of the resistor 4 is several times to several tens of times the resistance value RL of the light emitting diode 2, and before the heat is generated by applying the current IL to the light emitting diode 2, that is, the lower limit temperature 0 °. The resistance value RT of the thermistor 3 at this time may be set to a fraction. In the present embodiment, as described above, the resistance value Rr of the resistor 4 is 14.2 [Ω], the resistance value RT of the thermistor 3 when the lower limit temperature is 0 ° is 72 [Ω], and the resistance value RL of the light emitting diode 2. Is 1.0 [Ω].

発光ダイオード２とサーミスタ３と抵抗器４との各素子は並列に接続されているため、各素子２，３，４に加えられる電流は、各素子の抵抗値ＲＬ，ＲＴ，Ｒｒに反比例する。従って、発光ダイオードの温度Ｔが下限温度０°のときのサーミスタ３の抵抗値ＲＴ（７２［Ω］）は、抵抗器４の抵抗値Ｒｒ（１４．２［Ω］）に比べて大きいので、サーミスタ３に加えられる電流は小さくなり、その分発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬが大きくなる（ＩＬ＝０．４０３［Ａ］）。   Since each element of the light emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4 is connected in parallel, the current applied to each element 2, 3, 4 is inversely proportional to the resistance value RL, RT, Rr of each element. Accordingly, the resistance value RT (72 [Ω]) of the thermistor 3 when the temperature T of the light emitting diode is 0 ° C. is larger than the resistance value Rr (14.2 [Ω]) of the resistor 4. The current applied to the thermistor 3 is reduced, and the current IL applied to the light emitting diode 2 is increased accordingly (IL = 0.403 [A]).

また、発光ダイオード２が発熱してサーミスタ３の温度が上昇（例えば６０°）することでサーミスタ３の抵抗値ＲＴ（５［Ω］）が減少した場合であっても、抵抗器４の抵抗値Ｒｒ（１４．２［Ω］）は、発光ダイオード２の抵抗値ＲＬ（１［Ω］）に比べて大きいので、発光ダイオード２に損傷を与えるほどの大きな電流ＩＬが加えられることを防止できる。   Further, even when the resistance value RT (5 [Ω]) of the thermistor 3 is decreased due to the heat generation of the light emitting diode 2 and the temperature of the thermistor 3 increasing (for example, 60 °), the resistance value of the resistor 4 is reduced. Since Rr (14.2 [Ω]) is larger than the resistance value RL (1 [Ω]) of the light emitting diode 2, it can be prevented that a large current IL that damages the light emitting diode 2 is applied.

以上のように、本実施形態の発光ダイオード装置１では、発光ダイオード２の温度が上昇する前は、発光ダイオード２の性能に応じた発光が充分にできる電流ＩＬが加えられ、発光ダイオード２の温度が上昇した後は、発光ダイオード２に加えられる電流ＩＬが減少して発光ダイオード２の発熱を抑制し、発光ダイオード２の損傷を防止できる。従って、前述した温度制御部のような回路を別途設けることなく、発光ダイオード２の温度に応じて適切な電流ＩＬを加えることができる。   As described above, in the light emitting diode device 1 according to the present embodiment, before the temperature of the light emitting diode 2 rises, the current IL that can sufficiently emit light according to the performance of the light emitting diode 2 is applied. After the voltage rises, the current IL applied to the light-emitting diode 2 decreases to suppress the heat generation of the light-emitting diode 2 and prevent the light-emitting diode 2 from being damaged. Therefore, an appropriate current IL can be applied according to the temperature of the light emitting diode 2 without separately providing a circuit such as the temperature control unit described above.

また、本実施形態の発光ダイオード装置１では、サーミスタ３は、熱を伝達する部材として、放熱ビア５１ａに充填されたモリブデン又はタングステン等及びセラミックで形成された中間層５１を介して、発光ダイオード２に近接して配置されている。これにより、サーミスタ３の温度と発光ダイオード２の温度との差を小さくすることができ、発光ダイオード２の温度が発光ダイオード２を損傷させるほど高くなることを適切に防止できる。   Further, in the light emitting diode device 1 of the present embodiment, the thermistor 3 is a light transmitting diode 2 through an intermediate layer 51 formed of ceramic, such as molybdenum or tungsten filled in the heat radiating via 51a, as a member for transferring heat. It is arranged close to. Thereby, the difference between the temperature of the thermistor 3 and the temperature of the light emitting diode 2 can be reduced, and the temperature of the light emitting diode 2 can be appropriately prevented from becoming so high that the light emitting diode 2 is damaged.

また、本実施形態の発光ダイオード装置１では、抵抗器４の抵抗部４ａは、基板としての中間層５１との間に空間が設けられている。これによって、発光ダイオード２の熱が抵抗器４に伝達されにくくなり、抵抗器４の抵抗値Ｒｒが温度変化によって変化し難くなる。このため、サーミスタと抵抗器との合成抵抗値の理論値と実際値との誤差を少なくできる。更に、抵抗器４の付近の中間層５１にはガラス５１ｄが充填されている。これによって、抵抗器４に伝達される発光ダイオード２の熱の伝達を更に抑制できる。   Moreover, in the light emitting diode device 1 of the present embodiment, a space is provided between the resistance portion 4a of the resistor 4 and the intermediate layer 51 as a substrate. As a result, the heat of the light emitting diode 2 is not easily transmitted to the resistor 4, and the resistance value Rr of the resistor 4 is difficult to change due to a temperature change. For this reason, the error between the theoretical value and the actual value of the combined resistance value of the thermistor and the resistor can be reduced. Further, the intermediate layer 51 near the resistor 4 is filled with glass 51d. Thereby, the heat transfer of the light emitting diode 2 transmitted to the resistor 4 can be further suppressed.

なお、本実施形態では、多層基板としてセラミック基板で構成しているが、これに限らずガラスエポキシ基板で構成してもよい。この場合、発光ダイオード２の温度とサーミスタ３の温度とを同じにするために、発光ダイオード２の電極とサーミスタ３の電極とを同一の厚銅箔上に実装する。この場合、Ａｕバンプ接合による接合を行なうことが望ましい。   In the present embodiment, the multilayer substrate is formed of a ceramic substrate, but is not limited thereto, and may be formed of a glass epoxy substrate. In this case, in order to make the temperature of the light emitting diode 2 and the temperature of the thermistor 3 the same, the electrode of the light emitting diode 2 and the electrode of the thermistor 3 are mounted on the same thick copper foil. In this case, it is desirable to perform bonding by Au bump bonding.

また、本実施形態では、発光ダイオード２に電流を加えるために定電圧回路を利用して一定の電圧を、発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４及び制限抵抗器４１で構成される回路に加えたが、定電流回路を利用して一定の電流を加えるようにしてもよい。この場合には、制限抵抗器４１に加えられる電流と、発光ダイオード２、サーミスタ３及び抵抗器４によって構成される並列回路全体に加えられる電流とは同じになるので、制限抵抗器４１は不要となる。これによっても、温度制御部のような回路を別途設けることなく、発光ダイオード２の温度に応じて適切な電流ＩＬを加えることができるという効果が得られる。   In this embodiment, a constant voltage circuit is used to apply a current to the light emitting diode 2, and a constant voltage is applied to the circuit composed of the light emitting diode 2, the thermistor 3, the resistor 4, and the limiting resistor 41. However, a constant current may be applied using a constant current circuit. In this case, the current applied to the limiting resistor 41 is the same as the current applied to the entire parallel circuit composed of the light-emitting diode 2, the thermistor 3, and the resistor 4, so that the limiting resistor 41 is unnecessary. Become. This also provides an effect that an appropriate current IL can be applied according to the temperature of the light emitting diode 2 without separately providing a circuit such as a temperature control unit.

また、本実施形態では、発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４及び制限抵抗器４１の抵抗値を上述した値のものを使用しているが、これに限らない。発光ダイオード２の発熱前に充分な輝度が得られるような電流を発光ダイオード２に加えることができると共に、発光ダイオード２の発熱時には発光ダイオード２に加えられる電流を減少させ、発光ダイオード２の損傷が防止できる抵抗値であればよい。また、電圧値及び電流値も、本実施形態での値は一例であり、この値に限られるものではない。   In the present embodiment, the resistance values of the light emitting diode 2, the thermistor 3, the resistor 4, and the limiting resistor 41 are the same as described above, but the present invention is not limited to this. A current that can provide sufficient luminance before heat generation of the light emitting diode 2 can be applied to the light emitting diode 2, and the current applied to the light emitting diode 2 is reduced when the light emitting diode 2 generates heat, and the light emitting diode 2 is damaged. Any resistance value that can be prevented may be used. In addition, the voltage value and the current value in the present embodiment are examples, and are not limited to these values.

また、本実施形態では、抵抗器４の抵抗部４ａと基板としての中間層５１との間に空間７が設けられて実装されたディスクリートタイプの抵抗器を用いたが、これに限定されず、リード線がない面実装タイプのものであってもよい。   Further, in the present embodiment, a discrete type resistor is used in which the space 7 is provided between the resistor portion 4a of the resistor 4 and the intermediate layer 51 as a substrate, but is not limited thereto. It may be of a surface mount type without a lead wire.

また、多層基板５のように積層構造の基板である必要はない。例えば、図７に示されるように、一枚で形成された基板８上に、発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４及び制限抵抗器４１が実装されていてもよい。   Further, the substrate need not be a laminated structure like the multilayer substrate 5. For example, as illustrated in FIG. 7, the light emitting diode 2, the thermistor 3, the resistor 4, and the limiting resistor 41 may be mounted on a single substrate 8.

詳細には、基板８の上側（図７の上方向）の表面上に、発光ダイオード２と抵抗器４が実装されている。抵抗器４は、発光ダイオード２の熱の影響を抑制するために発光ダイオード２から遠くに配置されている。同様に、制限抵抗器４１も基板８の上側に実装されている（図示省略）。   Specifically, the light emitting diode 2 and the resistor 4 are mounted on the upper surface of the substrate 8 (upward in FIG. 7). The resistor 4 is disposed far from the light emitting diode 2 in order to suppress the influence of heat of the light emitting diode 2. Similarly, the limiting resistor 41 is also mounted on the upper side of the substrate 8 (not shown).

また、基板８の下側（図７の下方向）の表面上にサーミスタ３が実装されている。基板８は、本実施形態の多層基板５と同様にセラミック基板で構成してもよく、又はガラスエポキシ基板で構成してもよい。   Further, the thermistor 3 is mounted on the lower surface of the substrate 8 (downward in FIG. 7). The substrate 8 may be composed of a ceramic substrate as with the multilayer substrate 5 of the present embodiment, or may be composed of a glass epoxy substrate.

基板８の上側には、発光ダイオード２の光が透過できるように、透明な樹脂でレンズ状に形成された透光性レンズ９が、発光ダイオード２及び抵抗器４を覆うように接合されている。   On the upper side of the substrate 8, a translucent lens 9 formed in a lens shape with a transparent resin is bonded so as to cover the light emitting diode 2 and the resistor 4 so that the light of the light emitting diode 2 can be transmitted. .

発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４及び制限抵抗器４１は、基板８上の配線パターン（図示省略）及び電極ビア（図示省略）等を介して電気的に接続されている。発光ダイオード２、サーミスタ３、抵抗器４及び制限抵抗器４１の電気的な配線については、本実施形態の図５に示されるものと同じである。   The light emitting diode 2, the thermistor 3, the resistor 4 and the limiting resistor 41 are electrically connected via a wiring pattern (not shown) on the substrate 8, an electrode via (not shown), and the like. The electrical wiring of the light emitting diode 2, the thermistor 3, the resistor 4 and the limiting resistor 41 is the same as that shown in FIG. 5 of the present embodiment.

このような構成であっても、温度制御部のような回路を別途設けることなく、発光ダイオード２の温度に応じて適切な電流ＩＬを加えることができるという効果が得られる。   Even in such a configuration, there is an effect that an appropriate current IL can be applied according to the temperature of the light emitting diode 2 without separately providing a circuit such as a temperature control unit.

１…発光ダイオード装置、２…発光ダイオード、３…サーミスタ、４…抵抗器、４ａ…抵抗部、４ｂ…接続部、５…多層基板（基板）、７…空間（断熱空間）、８…基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light emitting diode apparatus, 2 ... Light emitting diode, 3 ... Thermistor, 4 ... Resistor, 4a ... Resistance part, 4b ... Connection part, 5 ... Multilayer board | substrate (board | substrate), 7 ... Space (heat insulation space), 8 ... Board | substrate.

Claims (3)

発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの温度が上昇すると抵抗値が非線形に減少する変化特性のサーミスタと、
前記サーミスタの温度に応じた抵抗値の変化特性を線形化するための抵抗器と、
前記発光ダイオード、前記サーミスタ及び前記抵抗器を配置するための基板とを備え、
前記発光ダイオードと前記サーミスタと前記抵抗器とは、電源に対して並列に接続され、
前記サーミスタは、前記発光ダイオードの温度と同じ温度となるように配置され、
前記抵抗器の抵抗値は、前記発光ダイオードの抵抗値の数倍から数十倍に設定されると共に、前記発光ダイオードに前記電源から電流が加えられて熱が発生する前の前記サーミスタの抵抗値の数分の一に設定されていることを特徴とする発光ダイオード装置。 A light emitting diode;
A thermistor having a change characteristic in which the resistance value decreases nonlinearly as the temperature of the light emitting diode increases;
A resistor for linearizing a change characteristic of a resistance value according to the temperature of the thermistor;
A substrate for disposing the light emitting diode, the thermistor, and the resistor;
The light emitting diode, the thermistor, and the resistor are connected in parallel to a power source,
The thermistor is arranged to have the same temperature as the light emitting diode,
The resistance value of the resistor is set to several to several tens of times the resistance value of the light emitting diode, and the resistance value of the thermistor before heat is generated by applying current from the power source to the light emitting diode. The light emitting diode device is set to be a fraction of the above. 請求項１に記載の発光ダイオード装置において、前記サーミスタは、前記発光ダイオードに近接して配置され、又は前記発光ダイオードの熱を前記サーミスタに伝達する部材を介して配置されていることを特徴とする発光ダイオード装置。   2. The light emitting diode device according to claim 1, wherein the thermistor is disposed in the vicinity of the light emitting diode, or is disposed through a member that transmits heat of the light emitting diode to the thermistor. Light emitting diode device. 請求項１又は２に記載の発光ダイオード装置において、前記抵抗器は、前記基板との間に断熱空間を備えた抵抗部と、他に接続する接続部とで構成されていることを特徴とする発光ダイオード装置。   3. The light-emitting diode device according to claim 1, wherein the resistor is configured by a resistance portion provided with a heat insulating space between the resistor and a connection portion connected to the resistor. Light emitting diode device.
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