JP5066390B2

JP5066390B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5066390B2
Application number: JP2007128779A
Authority: JP
Inventors: 惣彦別田; 貞人今井; 孝一深沢
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: JP2008288231A

Description

本発明は複数個の発光ダイオードを並列接続して強い発光量を得る発光装置に関する。

近年発光ダイオードの大容量化が進み、単体の発光ダイオードでも強い発光量が得られるが、大きな発光量を得るには、複数の発光ダイオードを直列接続、または並列接続する。直列接続は、直列接続する発光ダイオードの数に応じて駆動電圧を高くしなければならない。また、並列接続は、並列接続する各発光ダイオードに電流制限抵抗を付加するか、順方向電圧特性を揃えなければならない。更に、大きな発光量を得るには、発光ダイオードを直列接続、および並列接続を組み合わせるのである。

上に述べたように、従来は、複数の発光ダイオードを並列接続し、電流制限抵抗を極力少なくするために、発光ダイオードの順方向電圧特性を選別し、特性の揃った発光ダイオードを並列接続してひとつのパッケージを形成する方法があった。（例えば、特許文献１）

以下、図面を用いて従来技術における複数個の発光ダイオードを並列接続した構造について説明する。図６は、従来の複数の発光ダイオードチップを並列接続した発光ダイオードパッケージの回路図である。６０は発光ダイオードパッケージ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｎは発光ダイオードチップ、６１は発光ダイオードパッケージ６０のアノード、６２は発光ダイオードパッケージ６０のカソードを示す。

発光ダイオードパッケージ６０を構成するには、並列接続する発光ダイオードチップ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｎの特性、例えば、順電圧ＶＦ５が揃っている必要がある。仮に、順電圧ＶＦ５にバラツキがあると、最も順電圧が低い発光ダイオードチップに過大な電流が流れ、他の並列発光ダイオードチップの電流は少なくなり、電流バランスが悪く発光効率の悪い発光ダイオードパッケージとなる。
従って、同一発光ダイオードパッケージ６０に搭載し、並列接続する発光ダイオードチップ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｎの特性を揃えることが必要となる。

図７は、一般的な発光ダイオードチップの順方向電圧と順方向電流の特性図である。７０は従来の発光ダイオードチップの電圧と電流特性で、Ｘ軸は順方向電圧ＶＦ、Ｙ軸は順方向電流ＩＦで示す。７１は複数の発光ダイオードチップの順方向電圧と順方向電流のＶＦ−ＩＦ特性を示す。このようにバラツキのある発光ダイオードチップの特性を揃える方法として、一定の順方向電流を各発光ダイオードチップに印加し、そのときの順方向電圧を一定のランク毎に選択するのである。

つまり、従来の発光ダイオードチップのランク分けは、符号７２で示す一定の順方向電流を各発光ダイオードチップに印加し、このときの順方向電圧を７３、７４、７５で示す各順方向の電圧巾で選別するのである。従来例では、順方向電圧のバラツキ巾を０．１Ｖ以下で選別すれば実用上並列接続に供することができ、並列接続に必要とされていた各発光ダイオードチップの電流制限抵抗を削減し、信頼性の高い発光装置が得られるとしている。

特開２００６−２２２４１２号

しかしながら、複数の発光ダイオードチップを先行技術でランク分けして並列接続し、発光ダイオードパッケージを構成しても、各発光ダイオードチップのわずかな順方向電圧の違いで、並列接続した各発光ダイオードチップを流れる順方向電流値には差異を生じる。環境温度が変化して、例えば、温度が上昇すれば同一電流でも順方向電圧値は低下し、順方向電圧と順方向電流特性が各々違った変化をして電流バランスが崩れる場合がある。殊に、異なるウェーハーからの多品種発光ダイオードチップをランク分けした場合は、カバーしきれない電流のアンバランスを生じるという問題もあった。

すなわち、本発明の目的は、先行技術でカバーしきれないような、多品種発光ダイオードチップの順方向電圧特性のバラツキを押さえて並列接続することで発光ダイオードパッケージを構成し、電流バランスの良い、信頼性の高い発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の発光装置の発光ダイオードチップの選択方法は、基本的には下記記載の構成要件を採用するものである。
順方向電圧−順方向電流特性を選択的に揃えた複数の発光ダイオードチップを並列接続して発光ダイオードパッケージを構成する発光装置の発光ダイオードチップの選択方法において、前記発光ダイオードチップの順方向電圧の選択範囲の下限値である一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流点をＡ、前記一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流の１／２点をＢ、前記一定電圧ＶＦ＋ΔＶにおける発光ダイオードチップの定格電流点をＣとし、前記ΔＶは０．４Ｖ以下であることとし、被選択発光ダイオードチップの選択の第１特性条件は、前記被選択発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ−Ｂの線分と交わり、第２特性条件は、前記被選択発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ−Ｃの線分と交わる、ふたつの特性条件を同時に満たすことを選択基準にして、前記Ａ点及びＣ点における前記発光ダイオードチップの順方向電圧を選択範囲として選択し、該順方向電圧のバラツキを小さくして発光ダイオードパッケージを構成したことを特徴とする。

また、前記複数の発光ダイオードチップを基板の上に直列接続した複合体である発光ダイオードパッケージを複数個並列接続して構成する発光装置の発光ダイオードチップの選択方法であって、前記発光装置を構成する複数の発光ダイオードパッケージは、順方向電圧−順方向電流特性の前記第１、および第２のふたつの特性条件を同時に満たすことを選択基準にして、前記Ａ点及びＣ点における発光ダイオードチップの順方向電圧を選択範囲として選択し、該順方向電圧のバラツキを小さくして発光ダイオードパッケージを構成したことを特徴とする。

つまり、本発明によれば、順方向電圧−順方向電流特性において、Ａ、Ｂ、Ｃの３点を通る前述のふたつの特性条件を選択基準にして、発光ダイオードチップを並列接続することで発光ダイオードパッケージを構成するため、印加する順方向電圧が多少変動しても、発光ダイオードパッケージ内の発光ダイオードチップのバラツキが少なく、かつ、Ｂ点の電流を定格電流の１／２とすることで、発光ダイオードパッケージ内の発光ダイオードチップの電流は定格の５０％以上の電流値を満足する発光装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。まず、本発明による発光装置の構成、構造の詳細を説明する。
図１ａは、本発明による発光装置の回路図であり、図１ｂは、本発明による発光装置の平面図であり、図１ｃは、本発明による発光装置の斜視図である。

図１ａ、図１ｂ、および図１ｃにおいて、１０は発光ダイオードパッケージ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは発光ダイオードチップ、１２は発光ダイオードパッケージ１０のアノード電極、１３は発光ダイオードパッケージ１０のカソード電極、１４は発光ダイオードパッケージ１０の基板である。また、図１ａにおいて、１５は発光ダイオードパッケージ１０を発光装置として使用する際の電流制限抵抗である。

発光ダイオードパッケージ１０を構成する複数の発光ダイオードチップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、後述する選択基準により組み合わせて、図１ａに示すように並列接続する。

また、発光ダイオードチップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、図１ｂ、および図１ｃに示すように、発光ダイオードパッケージ１０を形成する基板１４上のカソード電極１３と導通する電極１３ａにダイボンディングで導通固定し、各発光ダイオードチップのアノードはアノード電極１２と導通する電極１２ａにワイヤボンディングで導通する。図示していないが、各発光ダイオードチップ、およびボンディング部は、光透過樹脂でモールドする。

次に示す図２ａ、図２ｂは、発光ダイオードチップの電極構造が異なる形状の本発明による発光装置例である。図２ａは、本発明による発光装置の他の回路図であり、図２ｂは、本発明による発光装置の他の平面図である。

図２ａ、図２ｂにおいて、２０は発光ダイオードパッケージ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｎは発光ダイオードチップ、２２は発光ダイオードパッケージ２０のアノード電極、２３は発光ダイオードパッケージ２０のカソード電極、２４は発光ダイオードパッケージ２０の基板である。また、図２ａにおいて、２５は発光ダイオードパッケージ２０を発光装置として使用する際の電流制限抵抗である。

つまり、複数の発光ダイオードチップ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｎのアノードおよびカソードの双方は発光ダイオードチップの上面に露呈している。従って、発光ダイオードチップ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｎは発光ダイオードパッケージ２０の基板２４に接着等で固定した後、各アノードは発光ダイオードパッケージ２０のアノード電極２２とワイヤボンディングで導通し、各カソードは発光ダイオードパッケージ２０のカソード電極２３とワイヤボンディングで導通する。

ワイヤボンディング後の発光ダイオードパッケージ２０は、図１ａ〜図１ｃで説明したように、各発光ダイオードチップ、およびボンディング部を、光透過樹脂でモールドする。

次に、本発明による発光装置の構成要件の詳細を説明する。以下は、発光ダイオードチップのアノードおよびカソードの配置にかかわらず同じ構成要件である。
図３は、本発明による発光ダイオードチップ選択基準の特性図である。図３において、３０は複数の発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性でＸ軸は順方向電圧、Ｙ軸は順方向電流を示す。符号Ａ、Ｂ、Ｃは発光ダイオードチップの選択基準点である。

まず、符号Ａ点は、一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流点である。符号Ｂ点は、前記一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流の１／Ｎ点である。符号Ｃ点は、前記一定電圧ＶＦ＋ΔＶにおける発光ダイオードチップの定格電流点である。ここで一定電圧ＶＦは、発光ダイオードチップの一般的な動作順方向電圧範囲の任意の電圧である。ΔＶは、前述の一定電圧ＶＦより高い電圧の差分であって、この差分電圧ΔＶの大きさは、発光ダイオードチップの選択基準値のひとつである。一定電圧ＶＦと差分電圧ΔＶについては、具体的な数値例と併せて後に詳述する。

つまり、本発明による発光ダイオードパッケージ内に並列接続する発光ダイオードチップの選択基準は、発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性が、前述のＡ、Ｂ、Ｃの３点を通る以下のふたつの条件を満たすことである。
第１特性条件は、発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ点とＢ点の線分間を横切ること。第２特性条件は、発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ点とＣ点の線分間を横切ることである。

さらに、具体的な数値例を挙げて説明する。Ａ点、Ｂ点の電圧ＶＦを３Ｖ、また、Ａ点の電流は、発光ダイオードチップの定格電流値１５０ｍＡとする。Ｂ点はＮ＝２として、定格電流値の１／２、つまり７５ｍＡとする。また、ΔＶ＝０．４とする。従って、Ｃ点の電圧は３．４Ｖである。

この結果、符号３１、３２、３３、３４で示す発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性のうち、３１および３３は第１特性条件と第２特性条件を満たすので選択基準内である。３２は第１特性条件を満たすが、第２特性条件は満たしていない。３４は両方を満たしていない。

すなわち、本発明による発光ダイオードパッケージ内に並列接続する発光ダイオードチップの選択基準は、前述のように、Ａ点（３Ｖ、１５０ｍＡ）、Ｂ点（３Ｖ、７５ｍＡ）、Ｃ点（３．４Ｖ、１５０ｍＡ）の３点を定義し、第１特性条件と第２特性条件を満たすことである。

なお、実際に並列接続の可否を選択するための発光ダイオードチップの測定は、各発光ダイオードチップに定格電流（１５０ｍＡ）と定格電流の１／Ｎの電流、ここでは、定格電流値の１／２（７５ｍＡ）を流し、このときの定格電流の順方向電圧ＶＦＳ、１／２定格電流の順方向電圧ＶＦＨを記録する。このＶＦＨ記録データを基準にＶＦＳがＶＦＨ＋ΔＶ、ここでは、ＶＦＨ＋０．４Ｖ以内の発光ダイオードチップを並列接続可能なランクとするのである。

図３にもとづく本発明による発光装置の構成要件をさらに詳細に説明する。
図４は、本発明による複数の発光ダイオードチップ選択基準の特性図である。図４において、４０は複数の発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性で、Ｘ軸は順方向電圧、Ｙ軸は順方向電流を示す。符号４１ａで示す線は発光ダイオードチップの定格電流値、４１ｂで示す線は発光ダイオードチップの１／２定格電流値である。４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８は各発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性を示す。

ここで、特性４２と４４は、１／２定格電流値４１ａと交点４２ａ、４４ａで交差し、
定格電流値４１ｂと交点４２ｂ、４４ｂで交差している。また、順方向電圧ＶＦ３において、１／２定格電流値４１ａと定格電流値４１ｂとの間で交差し、かつ、定格電流値４１ｂの順方向電圧ＶＦ３とＶＦ３に差分電圧ΔＶＦ３を加えたＶＦ３＋ΔＶＦ３との間で交差し、先の第１条件と第２条件を満たしているので、同一ランクとなる。

また、特性４７と４８は、１／２定格電流値４１ａと交点４７ａ、４８ａで交差し、定格電流値４１ｂと交点４７ｂ、４８ｂで交差している。また、順方向電圧ＶＦ４において、１／２定格電流値４１ａと定格電流値４１ｂとの間で交差し、かつ、定格電流値４１ｂの順方向電圧ＶＦ４とＶＦ４に差分電圧ΔＶＦ４を加えたＶＦ４＋ΔＶＦ４との間で交差し、先の第１条件と第２条件を満たしているので、同一ランクとなる。

特性４３、４５、４６は上記条件を満たさないが、ＶＦの基準電圧をずらすことで、基準条件を満たす別なランクに組み入れられる。

つまり、先に図３にもとづいて述べたＡ点、Ｂ点の順方向電圧ＶＦは、はじめから定義しているのではなく、定格電流印加時の順方向電圧ＶＦＳと１／２定格電流印加時の順方向電圧ＶＦＨを測定後に導かれる数値である。ΔＶは、狭めれば発光ダイオードパッケージ内の電流バラツキは少なくなるが、ランク分けの数が増加する。一例として挙げた０．４Ｖは実用的な値である。

また、Ｂ点の電流は、一例として挙げたＮ＝２、つまり定格電流の１／２は、この条件で選択し、並列接続した発光ダイオードパッケージ内の各発光ダイオードチップは、上記２条件を満足することにより、定格電流の５０％以上の順方向電流値が流れることを意味する。

以上に述べたように、本発明によれば、順方向電圧−順方向電流特性において、Ａ、Ｂ、Ｃの３点を通るふたつの特性条件を選択基準にして、発光ダイオードチップを並列接続することで発光ダイオードパッケージを構成するため、発光ダイオードパッケージ内の発光ダイオードチップのバラツキが少なく、かつ、Ｂ点の電流を定格電流の１／２とすることで、発光ダイオードパッケージ内の発光ダイオードチップの電流は定格の５０％以上の電流値を満足する発光装置を提供できるのである。

次に、本発明の第２の実施形態について図面に基づいて説明する。図５は、本発明による複数の発光ダイオードの直並列回路図である。
図５において、５０は発光ダイオードパッケージ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｎは直列発光ダイオード、５２は発光ダイオードパッケージ５０のアノード電極、５３は発光ダイオードパッケージ５０のカソード電極である。

つまり、直列発光ダイオード５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｎの各々は、複数の発光ダイオードチップを基板等の上に直列接続した複合体である。この直列発光ダイオード５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｎも前述の発光ダイオードチップを並列接続して発光ダイオードパッケージを構成する手法と同様な選択基準で直列発光ダイオードの各複合体をランク分けして、ひとつの発光ダイオードパッケージ５０を構成するのである。

すなわち、第２の実施形態においては、直列発光ダイオードを並列接続してひとつの発光ダイオードパッケージを構成するので、発光強度が強く、電流バランスの良い、信頼性の高い発光装置を提供できるのである。

本発明による発光装置の回路図である。本発明による発光装置の平面図である。本発明による発光装置の斜視図である。本発明による発光装置の他の回路図である。本発明による発光装置の他の平面図である。本発明による発光ダイオードチップ選択基準の特性図である。本発明による複数の発光ダイオードチップ選択基準の特性図である。本発明による複数の発光ダイオードの直並列回路図である。従来の複数の発光ダイオードチップを並列接続した発光ダイオードパッケージの回路図である一般的な発光ダイオードチップの順方向電圧と順方向電流の特性図である。

符号の説明

１０、５０発光ダイオードパッケージ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｎ発光ダイオードチップ
１２、２２、５２アノード電極
１３、２３、５３カソード電極
１４、２４基板
１５、２５電流制限抵抗
３０、４０順方向電圧−順方向電流特性
４１ａ定格電流値
４１ｂ１／２定格電流値
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｎ直列発光ダイオード
Ａ、Ｂ、Ｃ選択基準点
ＶＦ、ＶＦ３、ＶＦ４順方向電圧
ΔＶ、ΔＶＦ３、ΔＶＦ４差分電圧

Claims

順方向電圧−順方向電流特性を選択的に揃えた複数の発光ダイオードチップを並列接続して発光ダイオードパッケージを構成する発光装置の発光ダイオードチップの選択方法において、前記発光ダイオードチップの順方向電圧の選択範囲の下限値である一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流点をＡ、前記一定電圧ＶＦにおける発光ダイオードチップの定格電流の１／２点をＢ、前記一定電圧ＶＦ＋ΔＶにおける発光ダイオードチップの定格電流点をＣとし、前記ΔＶは０．４Ｖ以下であることとし、被選択発光ダイオードチップの選択の第１特性条件は、前記被選択発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ−Ｂの線分と交わり、第２特性条件は、前記被選択発光ダイオードチップの順方向電圧−順方向電流特性がＡ−Ｃの線分と交わる、ふたつの特性条件を同時に満たすことを選択基準にして、前記Ａ点及びＣ点における前記発光ダイオードチップの順方向電圧を選択範囲として選択し、該順方向電圧のバラツキを小さくして発光ダイオードパッケージを構成したことを特徴とする発光装置の発光ダイオードチップの選択方法。
前記複数の発光ダイオードチップを基板の上に直列接続した複合体である発光ダイオードパッケージを複数個並列接続して構成する発光装置の発光ダイオードチップの選択方法であって、前記発光装置を構成する複数の発光ダイオードパッケージは、順方向電圧−順方向電流特性の前記第１、および第２のふたつの特性条件を同時に満たすことを選択基準にして前記Ａ点及びＣ点における前記発光ダイオードチップの順方向電圧を選択範囲として選択し該順方向電圧のバラツキを小さくして発光ダイオードパッケージを構成したことを特徴とする請求項１記載の発光装置の発光ダイオードチップの選択方法。