JP2975160B2 - 発光スペクトル制御システム - Google Patents

発光スペクトル制御システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光素子（ＬＥＤ）標準
光源、センサ用ＬＥＤ光源、光通信機器等に利用可能で
あり、ＬＥＤの発光スペクトルを高精度に制御すること
ができる発光スペクトル制御システムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＬＥＤの発光スペクトルは周囲
温度や駆動電流によって変動することは理論的には知ら
れている。このような理論に基づき、例えば特定のスペ
クトルで発光させるＬＥＤ標準光源等を製作する場合に
は、ＬＥＤを恒温槽内に設置して発光スペクトルをモニ
タし、ＬＥＤの温度を所定温度に保持することが行われ
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際に発光ス
ペクトルをモニタして定量的、かつ高精度に発光スペク
トルを制御するためには、発光スペクトルをモニタする
ための分光器を必要とし、大掛かりな装置でしかも高価
な測定器を組み合わせる必要があり、システム全体とし
て高価になってしまうと共に装置の持ち運び等も不便
で、扱いにくくなっしまうという問題があった。
【０００４】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、装置構成を小型化して扱いやすくすると共に、構造
を単純化し、かつ集積化して量産可能とすることにより
低価格化を図ることができるＬＥＤの発光スペクトル制
御システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発光スペクトル
制御システムは、発光素子、或いは発光素子の配置され
ている環境の温度を測定する温度測定手段と、発光素子
の駆動電力を制御する駆動電力制御手段と、温度測定手
段からの温度情報、駆動電力制御手段からの駆動電力情
報をそれぞれ取り込んで発光素子の発光波長を算出し、
算出結果に基づき駆動電力制御手段を制御することによ
り発光波長を制御する演算処理制御手段とを備えたこと
を特徴とする。
【０００６】また、発光素子及び温度測定手段は、それ
ぞれ複数配置されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明は、基準温度における光学的バンドギャ
ップ、駆動電力、ＬＥＤ自体あるいはＬＥＤの周囲温度
と基準温度との差に基づいて発光波長が変化することに
着目したもので、ＬＥＤ自体或いは周囲温度、及びＬＥ
Ｄの駆動電力を検出し、基準温度における光学的バンド
ギャップから印加電力に所定の係数をかけた値、および
基準温度との差に所定の係数をかけた値を差し引くこと
により発光波長エネルギを算出し、この算出結果に基づ
いてＬＥＤの駆動電力を制御することにより、発光波長
を制御することができる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明のシステム構成を示す図、図２
は本発明のＬＥＤの１実施例を示す図、図３は発光波長
の算出処理を説明するための図、図４は発光波長制御処
理を説明するための図である。図中、１は温度測定用セ
ンサ付ＬＥＤ、２はＬＥＤ駆動電流測定・制御手段、３
はＬＥＤ印加電圧測定・制御手段、４はＬＥＤ温度測定
手段、５は演算手段、６は発光波長制御手段、１１はＬ
ＥＤ、１２はＣ−Ａ熱電対、１３はエポキシ接着剤、１
４はＡｕ線ワイヤー、１５は透明コーティング樹脂、１
６は端子ピン、１７は２ピンヘッダーである。
【０００９】まず本発明のＬＥＤ発光スペクトルの制御
原理について説明する。
【００１０】ＬＥＤの発光波長エネルギは次式により示
される。
【００１１】 （発光波長エネルギ）＝（基準温度における光学的バンドギャップ） −α×（印加電力）−β×（基準温度との差）…（１） （１）式における基準温度は予め決めた任意の温度でよ
く、係数α，βはＬＥＤを構成する物質、形状等から実
験により求められた値である。すなわち、ある物質の光
学的バンドギャップは駆動電力により発生する熱によっ
て、また温度上昇によって小さくなる。この光学的バン
ドギャップの変動により発光波長エネルギ（発光波長の
逆数）は変化するので、本発明は実験により求めた係数
α，βを設定し、（１）式により発光波長を求め、ＬＥ
Ｄの駆動電力を制御することにより発光波長スペクトル
を制御することを特徴としている。
【００１２】図１において、温度測定用センサ付ＬＥＤ
１によりＬＥＤの温度を検出する。この場合、ＬＥＤ自
体の温度に限らず、ＬＥＤの配置されている環境の温度
を測定するようにしてもよい。センサは接触型、非接触
型いずれでも良く、センサの配置位置は接触型の場合、
発光しているＬＥＤから半径３００ｍｍ以内の位置に、
非接触型の場合では半径１５ｍ以内の位置に配置するこ
とが望ましい。対象となるＬＥＤの数およびセンサの数
は双方とも単数である必要はなく、複数個配置しても可
能であり、この場合の半径３００ｍｍ以内、半径１５ｍ
以内という範囲は、センサの配置位置とＬＥＤの配置位
置をそれぞれ測定した組み合わせの中で最も短い距離の
値がこの範囲に入っていれば良い。なお、接触型センサ
としては熱電対や白金抵抗体とを使用し、非接触型セン
サとしては赤外線検知器、サーモパイル等を使用するこ
とができる。
【００１３】図２は温度測定用センサ付ＬＥＤランプの
１実施例を示しており、キャンタイプのヘッダー１７に
ＬＥＤ１１をボンディングし、エポキシ系の接着剤（ア
ラルダイト）１３でＣ−Ａ熱電対１２を固定するととも
に、ＬＥＤと端子ピン１６とをＡｕ線ワイヤー１４で接
続し、透明コーティング樹脂１５をコーティングしたも
のである。
【００１４】このようなＬＥＤランプ１１から検出され
る温度信号を電圧計およびＡ／Ｄ変換器を有するＬＥＤ
温度測定手段４によりデジタル信号に変換し、ＣＰＵ等
からなる演算手段５に温度情報を取り込む。一方、ＬＥ
Ｄ駆動電流測定・制御手段２およびＬＥＤ印加電圧測定
・制御手段３よりＬＥＤに印加されている電圧値および
電流値をそれぞれ演算手段５に取り込む。演算手段５で
は上記（１）式に基づく演算を行い、現在の発光波長エ
ネルギを算出する。この算出結果に基づき、発光波長制
御手段６では発光させたい波長との差を求め、電流測定
・制御手段２および／または電圧測定・制御手段３を制
御し、（１）式に基づき発光波長が制御されることにな
る。ＬＥＤの電力制御は、電流または電圧制御を単独、
或いは双方とも制御することにより行っても良い。こう
してＬＥＤからは所望の発光波長スペクトルが得られる
ことになる。
【００１５】次に発光波長算出処理について説明する
と、図３に示すように（１）式の係数αを例えば０．１
９４６、βを４．７０７×１０Ｅ-4、基準温度における
光学的バンドギャップＥｇを１．８２８５８０ｅＶに設
定し（ステップ３１〜３３）、次に、例えば電流ｉ、電
圧ｖ、温度Ｔとして、それぞれ０．０３Ａ、１．８６
Ｖ、６０℃を入力し（ステップ３４〜３６）、次にｍ１
＝α×ｉ×ｖ、ｍ２＝Ｅｇ−６０×βを求め（ステップ
３７）、１２３０／（ｍ２−ｍ１）として現在の発光波
長ＨＣ１を求める（ステップ３８）。（ｍ２−ｍ１）は
（１）式の右辺に相当し、この逆数をとることにより発
光波長が求められる。なお、ステップ３８における１２
４０は定数である。
【００１６】発光波長制御処理は図４に示すように、ま
ず希望する波長ＨＣ２を入力し、次いで現在の発光波長
ＨＣ１を入力する（ステップ４１，４２）。次にＨＣ１
とＨＣ２を比較し、ＨＣ１の方が大きければ電流を減ら
し、ＨＣ１の方が小さければ電流を増やす処理を行うこ
とにより、発光波長がＨＣ２に制御される。
【００１７】前述のα、βの算出について簡単に説明す
ると、例えば ２７３Ｋにおいて、 ｉ＝１０ｍＡのとき、ｖ＝１．７２０Ｖ、中心波長ＨＣ
＝６７９．２ｎｍ ｉ＝２０ｍＡのとき、ｖ＝１．８２５Ｖ、中心波長ＨＣ
＝６８０．６ｎｍ が検出され、これらのデータを（１）式に代入してα＝
０．１９４５３３６…が得られた。また、 ２９３Ｋにおいて、 ｉ＝１０ｍＡのとき、ｖ＝１．６９０Ｖ、中心波長ＨＣ
＝６８２．７ｎｍ ｉ＝２０ｍＡのとき、ｖ＝１．８００Ｖ、中心波長ＨＣ
＝６８４．１ｎｍ が検出され、同様にこれらの値を（１）式に代入してα
＝０．１９４５６５４…が得られた。したがって、αは
温度にかかわらず一定であり、ほぼ０．２ということに
なる。また、上記、の条件を与えてβについて解く
と４．７０７×１０-4が得られた。
【００１８】そして、α＝０．２、β＝４．７０７×１
０-4を用い、（１）式において、基準温度Ｔｄ＝２７３
ＫのときＥｇ＝１．８２８５８０、温度Ｔｉ＝３３３Ｋ
（６０℃）において、ＬＥＤに流れている電流ｉ＝３０
ｍＡのとき電圧ｖ＝１．８６Ｖであり、これらの値を用
いてＨＣを演算処理により求めたところ、発光波長ＨＣ
＝６９２．８８８ｎｍであった。一方、実測値では６９
２．９００ｎｍであり、その誤差（演算で求めた発光波
長エネルギと実測値との差）は僅か０．０３ｍｅＶ程度
であることが判明した。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば極めて簡単
な構成、かつ単純な装置でＬＥＤに流れる電流と電圧、
温度を測定することにより、分光器等の高価な装置を使
用して実際に発光スペクトルを測定せずに、極めて高精
度に発光波長を演算により求めて発光波長を制御するこ
とが可能であり、低価格でＬＥＤ標準光源、センサ用Ｌ
ＥＤ光源、光通信機器等に使用可能なＬＥＤの発光スペ
クトル制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシステムの構成を示す図である。
【図２】 本発明のＬＥＤの１実施例を示す図である。
【図３】 発光波長の算出処理を説明するための図であ
る。
【図４】 発光波長制御処理を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
１…温度測定用センサ付ＬＥＤ、２…ＬＥＤ駆動電流測
定・制御手段、３…ＬＥＤ印加電圧測定・制御手段、４
…ＬＥＤ温度測定手段、５…演算手段、６…発光波長制
御手段、１１…ＬＥＤ、１２…Ｃ−Ａ熱電対、１３…エ
ポキシ接着剤、１４…Ａｕ線ワイヤー、１５…透明コー
ティング樹脂、１６…端子ピン。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光素子、或いは発光素子の配置されて
    いる環境の温度を測定する温度測定手段と、発光素子の
    駆動電力を制御する駆動電力制御手段と、温度測定手段
    からの温度情報、駆動電力制御手段からの駆動電力情報
    をそれぞれ取り込んで発光素子の発光波長を算出し、算
    出結果に基づき駆動電力制御手段を制御することにより
    発光波長を制御する演算処理制御手段とを備えた発光ス
    ペクトル制御システム。
  2. 【請求項２】 前記発光素子及び温度測定手段は、それ
    ぞれ複数配置されていることを特徴とする請求項１記載
    の発光スペクトル制御システム。
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