JP5152714B2 - 発光装置および灯具 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態では、第1のLEDと第2のLEDとを近接して配置して並列に接続し、第1のLEDの発光効率(電流に対する光出力効率)、および負の温度係数の絶対値を、第2のLEDよりも大きくすることにより、光出力の温度補償を実現する。
さらに、第1のLEDの発光ピーク波長を、第2のLEDよりも若干短く設定することにより、波長の温度補償を実現する。
このように、互いに異なる温度特性と波長を有する複数のLEDを備え、それぞれのLEDからの出力光の合成スペクトルを出力することにより、温度変化に対して安定な特性を有する発光装置を提供する。
そして、このLEDパッケージ40は、PCB(polychlorinated biphenyl)等からなる基板100上に実装される。基板100上のカソード側半田パターン110とLEDパッケージ40のカソード側リードフレーム11が半田111によって接続され、アノード側半田パターン120とアノード側リードフレーム12とが半田121によって接続される。
この第2の具体例では、2つのLEDチップを個別のパッケージとすることにより、パッケージの構成を簡易なものとすることができる。
図11に示すように、PCB基板100において、SMD型パッケージ40aのカソード側リードフレーム11aに接続されたカソード側半田パターン110aと抵抗素子130の一方の電極とが、半田121aよって接続されている。また、SMD型パッケージ40bのカソード側リードフレーム11bに接続されたカソード側半田パターン110bと、抵抗素子130の他方の電極とが、半田112bよって接続されている。
この第3の具体例では、2つのLEDの温度係数の差を強調するための抵抗素子を設けることにより、高精度な温度補償ができる。
なお、本発明は、上記第1の実施の形態に限定されるものではなく、発光ダイオードD1,D2の並列分岐回路に、複数のLEDチップまたはLEDパッケージを直列に接続した構成も含まれる。また、並列の分岐回路も、発光ダイオードD1,D2の2つに限ることなく、3つ以上を並列接続したものも含まれる。さらに、波長の組合せも種々適用可能である。
本発明の第2の実施の形態では、補償温度範囲において、低温時よりも高温時における発光ピーク波長が第1の波長に近い第1のLEDと、高温時よりも低温時における発光ピーク波長が第1の波長に近い第2のLEDと、LEDの温度を直接または間接的に検知する温度モニタ(温度センサ)と、検知されたLEDの温度をもとに、第1のLEDおよび第2のLEDに流す電流を独立に制御する駆動制御回路とを設ける。例えば、第1のLEDの発光ピーク波長を第2のLEDよりも若干短く設定し、高温時には短波長側の第1のLEDを強く発光させ、低温時には長波長側の第2のLEDを強く発光させ、第1のLEDと第2のLEDの合成スペクトルを出力させることにより、安価な構成で、光出力や波長の温度補償を実現する。
また、LED自体の発光ピーク波長が555nmより短く、このLEDによって励起される波長変換材料を備えた混色または白色(疑似白色)のLEDの場合にも、温度補償効果が大きい。
また、発光ダイオードD3とD4は、近接して配置され、必要に応じて光学系も工夫して、両LEDの合成スペクトルを出力させる構成とする。なお、発光ダイオードに付した記号D3,D4は、LEDチップを意味することもでき、LEDチップを実装したLEDパッケージを意味することもできる。
この第2の実施の形態にかかる発光装置では、温度モニタ600からの温度検知の出力に従って、駆動制御回路500によって、並列に接続された複数のLEDの合成スペクトルにおける色度や光束を制御補償する。
このように、波長の短い発光ダイオードD3のほうに、より高い性能が要求される。このため、例えば、発光ダイオードD3として、発光効率の高い、やや高価なLEDを配し、発光ダイオードD4としては、廉価なLEDを配することにより、総コストの上昇を抑えることができる。
図15に示すように、この第1の具体例は、第2の実施の形態かかる発光装置をSMD型パッケージにより具現化したものである。発光ダイオードD3に相当するLEDチップ1cと、発光ダイオードD4に相当するLEDチップ1dの2つのLEDチップを、並列に、リードフレーム11c,11dにそれぞれマウントし、金ワイヤ3c,3dでリードフレーム12に接続して、SMD型LEDパッケージ40を構成したものである。LEDチップ1c(D3)の端子であるリードフレーム11cに、NTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ601を接続している。
この第1の具体例の回路構成は、極めてシンプルであり、低コストである。また、2つのLEDチップを1つのパッケージに実装しているため、コンパクトな構成とできる。
上記第1の具体例では、2つのLEDチップを1つのSMD型パッケージ内に並列に実装したが、この第2の具体例では、外囲器20cの上面開口部にLEDチップ1cをマウントしたSMD型LEDパッケージ40cと、外囲器20dの上面開口分にLEDチップ1dをマウントしたSMD型LEDパッケージ40dとを、基板100に実装している。ただし、この場合、やや離れた2つのLEDパッケージからの出力光を混合するための光学系を備えることが望ましい。
この第2の具体例では、互いに発光波長の異なる2つのLEDパッケージとして市販のものを用いることもできるので、この点で低コストとなる。
この第3の具体例では、発光ダイオードD3に相当する複数のピラニア型LEDパッケージ45cと、発光ダイオードD4に相当する複数のピラニア型LEDパッケージ45dとを、基板100に実装している。つまり、互いに発光波長の異なる2群の複数のピラニア型LEDパッケージを、1つの基板上に近接して実装している。ただし、この場合にも、やや離れた2群のLEDパッケージからの出力光を混合するための光学系を備えることが望ましい。
この第3の具体例では、NTCサーミスタ601を複数のLEDパッケージで共通に使用しているので、経済的である。
本発明の第2の実施の形態では、波長の短いLEDチップ1cの方に、より高い性能が要求される。このため、例えば、発光ダイオードD3として、効率の高いやや高価なLEDを配し、発光ダイオードD4の方は、廉価なLEDを配することにより、総コストの上昇を抑えることができる。
この第4の具体例のように、発光ダイオードD3側の分岐とD4側の分岐のそれぞれには、複数のLEDや抵抗素子等の各種の電子素子を配置することが可能である。
上記それぞれの具体例(図15〜図19参照)では、温度モニタ600として、サーミスタ等の直接的に温度を感知する素子を用いていたが、フォトダイオード等の間接的に温度特性を反映できるセンサを用いることも可能である。
駆動制御回路500は、フォトダイオード650の出力電流と、事前に求めた発光ダイオードD3,D4の光出力の温度係数とをもとに、分岐回路に流す電流I3,I4を制御する。
図21に示すように、互いに発光波長が若干ずれたInGaN系の青色LEDチップ1eと1fを、リードフレーム11c,11dにそれぞれマウントし、透明樹脂材料30中にYAG蛍光体80を混ぜ込む。InGaN系青色LEDの発光でYAG蛍光体を励起して、青色LEDとYAGからの波長変換された黄色発光を混色して、疑似白色を得る。
なお、同様にして、RGBの三原色をそれぞれ発光する3つのLEDを用いたものでも、それぞれの色について、本発明の第2の実施の形態を適用し、互いに若干ずれた発光波長を有する2つのLEDを配して、これらを制御することにより、白色/混色の色度や光束を、温度変化に対して安定化できる。
以上のように本発明の第2の実施の形態によれば、光出力や波長の温度変化を補償し、温度変化に対して安定な特性を示す発光装置が得られる。
上記本発明の実施の形態にかかる温度特性に優れた発光装置は、それを搭載した灯具の性能を同様に向上できる。灯具と可視光発光装置は、一体化して初めて機能するものであり、分離することが難しいものである。本発明の温度補償機能を有する発光装置を灯具に搭載することにより、温度変化に対して安定な特性が補償された灯具を安価に実現できる。
Claims (6)
- 並列に接続された第1の半導体発光素子と第2の半導体発光素子とを備え、
前記第1の半導体発光素子は、前記第2の半導体発光素子よりも高い発光効率を有し、
前記第1の半導体発光素子の直列抵抗の温度係数は負であり、
前記第1の半導体発光素子の前記直列抵抗の前記温度係数の絶対値は、前記第2の半導体発光素子の直列抵抗の温度係数の絶対値よりも大きい
ことを特徴とする発光装置。 - 前記第1の半導体発光素子は発光ピーク波長は、前記第2の半導体発光素子の発光ピーク波長よりも短いことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記第1及び第2の半導体発光素子は、光を取り出す表面に形成された電極網を有し、
前記第1の半導体発光素子の前記電極網の密度は、前記第2の半導体発光素子の前記電極網の密度よりも低いことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第1の半導体発光素子を収容した第1のパッケージと、
前記第2の半導体発光素子を収容した第2のパッケージと、
前記第1及び第2のパッケージが実装された基板と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記第1の半導体発光素子の直列抵抗の温度係数と、と前記第2の半導体発光素子の直列抵抗の温度係数と、の差を大きくする抵抗素子をさらに備え、
前記抵抗素子は、前記基板に実装され、前記第1の半導体発光素子または前記第2の半導体発光素子に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項4記載の発光装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする灯具。
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