JP4995559B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、温度補償、電圧補正及びサージ吸収の効果を有する発光装置に関するものである。

照明器具は現代人の生活における必需品であり、世界全体で照明にかかる電力が総電量の約４０％を占めることから、人間の照明に対する需要の程度は明らかである。近年、光半導体技術により製造された白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置は、小型軽量、低消費電力及び長寿命という長所を有するために、２１世紀にはタングステン電球や水銀ランプに取って代わり、省エネと同時に環境保護の効果が得られる照明光源となることが期待されている。過去20年間にわたる発光ダイオードの開発により、台湾の発光ダイオード生産量は日本に次ぐ世界２位となっており、発光ダイオードはオプトエレクトロニクス業界において極めて重要な地位を占めている。

現在開発されている交流型発光ダイオード（ＡＣ ＬＥＤ）は、複数の発光マイクロチップ（約30〜100個）から成り、電源が印加された点灯過程においては、出射された光源光のため熱エネルギーが生じ、温度が上昇することによって、交流型発光ダイオード本来の電圧・電流（Ｖ-Ｉ）特性曲線に偏移現象が生じるようになる。図１に示すように、Ｌ１は温度がＴ１の場合の電圧・電流特性曲線であり、温度がＴ２に上昇すると、電圧・電流特性曲線はＬ２の位置に偏移し、このように、電圧が低下し、定電圧で操作する場合、操作電力の上昇を招き、ひいては操作電力が二倍にまで上昇することとなる。また、交流型発光ダイオードのチップ製造工程の歩留まりが比較的低いため、各交流型発光ダイオードを応用して製造された電源の多くに差異が生じ、定電圧での使用時に、発光光源が不均一となる問題が生じる。さらに、瞬間的に電源が印加されると、パルスが生じ、交流型発光ダイオードを焼損しやすい問題もあった。

したがって、温度補償、電圧補正及びサージ吸収の効果を有する発光ダイオードの構造をいかにして提供できるようにするかがオプトエレクトロニクス産業において解決が待たれる極めて重要な技術的課題となっている。

そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本発明は、温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも１つの効果を有する発光装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、電源に接続するための２つの導電体が設けられたランドと、このランドに設置され且つ前記２つの導電体と電気的に接続される発光素子と、前記発光素子と電気的に接続される少なくとも１つの補正素子と、を含むことを特徴としている。

従来の技術に比べて、本発明に係る発光装置は、少なくとも１つの補正素子が有する温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも１つの効果により、上記の課題を解決するものである。

以下、特定の具体的な実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、本明細書に記載の内容によって本発明の利点と効果を容易に理解することができる。本発明は、他の具体的な実施例により実行または応用することが可能であり、本明細書中の各項目も異なる観点と応用に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の修飾と変更が可能である。

図２、図３Ａと３Ｂ、図３Ｃと３Ｄ、図３Ｅと３Ｆ、図４、図５Ａと５Ｂ、図６、図７Ａから７Ｃ、図８、図９Ａと９Ｂ、及び図１０Ａと１０Ｂは、本発明に係る発光装置の関連図面であり、これらの図面を用いて、本発明に係る発光装置の最良の形態を詳細に説明する。ここで、これらの図面は簡略化された模式図であり、本発明の実施例の構造を模式的に説明するものにすぎない。したがって、これらの図面には本発明に係る構成要件のみが示され、且つ、示された構成要件は実際に実施する際の数、形状、及び寸法などに基づいて描かれたものではなく、実際に実施する際の数、形状、及び寸法は自由に設計することが可能であり、当該構成要件のレイアウト形態がより複雑になる可能性があることは言うまでもない。

まず、図２は、本発明に係る発光装置１の第１の実施例の構造を示す模式図であり、ランド１０、発光素子１１、及び少なくとも１つの補正素子１２を含む。以下、本発明に係る発光装置1における前記各素子についてそれぞれ詳細に説明する。

ランド１０には２つの導電体１００及び１０１が設けられ、この２つの導電体１００及び１０１は電源に接続するためのものであり、ランド１０は搭載部材であることが好ましい。２つの導電体１００及び１０１はリードフレーム(Lead Frame)により形成される。

発光素子１１は、ランド１０に設置され、且つ２つの導電体１００及び１０１に電気的に接続され、更にこの２つの導電体１００及び１０１が電源に接続された後に光源を提供するためのものである。また、発光素子１１は複数の交流型発光ダイオード（ＡＣ ＬＥＤ）のチップまたは複数の直流型発光ダイオード（ＤＣ ＬＥＤ）のチップとして実施され、図３Ａは、単向直流型発光ダイオード１１０を例として示すものである。この単向直流型発光ダイオード１１０は本実施例において単層の発光素子構造となるが、二層の発光素子構造となってもよい。また、発光素子１１は単一の波長または少なくとも２つの波長を有する。即ち、この発光素子の発光色が単色や多色であってもよい。更に、電源に接続された後に発光素子１１が提供する光源は、可視光や不可視光（例えば、紫外線、又は、赤外線）により実施されてもよい。

少なくとも１つの補正素子１２は、発光素子１１と電気的に接続され、発光素子１１が電源に接続された後、発光素子１１に対し温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも１つの効果を供給する。図２から明らかなように、少なくとも１つの補正素子１２は、特定の方法により発光素子１１と電気的に接続され、特定の方法とは、補正素子１２が、ランド１０に設置された導電体１００に設置され、ワイヤボンディングにより発光素子１１と補正素子１２が電流ループにおいて直列状態（図３Ｂの相当する回路を参照）に形成されることであり、それにより、電源が投入されると、補正素子１２に温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも１つの効果を生じさせる。補正素子１２は、温度補償素子か電圧補正素子或いはサージ吸収素子であること、または温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも２つの効果を有する素子であることが好ましい。

又、図３Ｃと３Ｄは、交流型発光ダイオードのチップを例として示した相当する回路図である。そこで、補正素子１２が単一の温度補償素子である場合、発光素子１１に温度補償の効果を提供することができ、温度補償素子の温度係数の極性は補償を要する実際の状況によって決められ、例えば、定電圧の電源で発光素子11が温度上昇時において、電圧電流特性曲線の左に向いた偏移により電流の上昇（図１に示したようにＩ１からＩ２まで上昇すること）を引き起こす場合は、負の温度係数を有する抵抗補償素子として働き、温度の上昇に抵抗し、電圧電流特性曲線の左に向いた偏移を補正することが可能であり、発光素子１１が温度下降時において、電圧電流特性曲線の右に向いた偏移により電流の低下を引き起こす場合は、負の温度係数を有する抵抗補償素子として働き、温度の下降に抵抗し、電圧電流特性曲線の右に向いた偏移を補正することが可能である。

補正素子１２が単一の電圧補正素子である場合、発光素子１１に電圧補正の効果を提供することができ、その電圧補正の効果により、発光素子１１のチップ製造工程の歩留まりが比較的低いために製造された応用電源の多くに差異が生じ（発光素子１１の駆動バイアス）、定電圧での使用時に同じバッチで製造された素子の間で発生した異なる電流により発光光源が不均一となる問題が生じることを回避できる。電圧補正素子は、抵抗、コンデンサー、コイルまたは電圧ドロップを吸収できるその他の素子により実施することが可能である。

補正素子１２が単一のサージ吸収素子である場合、発光素子１１にサージ吸収の効果を提供することができ、そのサージ吸収の効果により、電源が瞬間的に投入された場合、その際生じたパルスによって発光素子１１が焼損することを回避できる。この場合は、発光素子１１と補正素子１２が電流ループにおいて並列状態に形成され、その相当する回路図は図３Ｅに示されている。サージ吸収素子は、バリスタ、コンデンサー、ツェナーダイオード（Zener）またはバリスタ材料（例えば、ZnO）からなる素子により実施することが可能である。

補正素子１２が温度補償、電圧補正及びサージ吸収の機能のうち少なくとも２つを有する素子である場合、それによって生じる効果は上述した内容と同様であり、且つ発光素子１１との接続は図３Ｆに示しているように、直列状態が並列状態と共に含まれることができるため、ここで説明を省く。

また、図４及び図５Ａは、本発明に係る発光装置の第２の実施例の構造を説明する模式図であり、第２の実施例は第１の実施例と同様、ランド１０、発光素子１１及び少なくとも１つの補正素子１２を含み、且つ、それらの素子の作用と実施形態は第１の実施例において説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。図５Ａに示すように、第２の実施例と第１の実施例との相異点は、電気的に接続する方法の違いのみであり（第１の実施例における特定の方法）、第２の実施例における少なくとも１つの補正素子１２は、まずエピタキシー(epitaxy)法により発光素子１１に設置され、その後ワイヤボンディングが行われ、図４に示すように、更に一体的に実装されている（ＴＯＰ ＣＨＩＰパッケージ方式）。その相当する回路は、図５Ｂに示されている。

図６は、本発明に係る発光装置の第３の実施例の構造を説明する模式図であり、第３の実施例は、第１の実施例及び第２の実施例と同様、ランド１０、発光素子１１及び少なくとも１つの補正素子１２を含み、且つ、それらの素子の作用と実施形態は第１の実施例及び第２の実施例において説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。図示の如く、第３の実施例と、第１の実施例及び第２の実施例との相異点は、第３の実施例では更に基板１３を含む点であり、基板１３は発光素子１１を載置するためのものであり（フリップチップパッケージ方式）、第３の実施例における少なくとも１つの補正素子１２の電気的接続方法（上述の特定の方法）は、それぞれ図７Ａ及び７Ｂに示すように実施することが可能である。

図７Ａに示すように、少なくとも１つの補正素子１２に係る電気的接続方法は、まず、その少なくとも１つの補正素子１２が基板１３に接合され、次に、図６に示すように、発光素子１１と一体的に実装されている（図示において、基板１３には、複数の導電線路１４が形成されている）。図７Ｂに示すように、少なくとも１つの補正素子１２に係る電気的接続方法は、まず、少なくとも１つの補正素子１２が基板１３に製作され、次に、図４に示すように、発光素子１１と一体的に実装されている。その相当する回路は図７Ｃに示されている。

図８は、本発明に係る発光装置の第４の実施例の構造を説明する模式図であり、第４の実施例は第１、第２及び第３の実施例と同様、ランド１０、発光素子１１及び少なくとも１つの補正素子１２を含み、且つ、それらの素子の作用と実施形態は第１、第２及び第３の実施例において説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。図示の如く、第４の実施例と、第１、第２及び第３の実施例との相異点は、第４の実施例では更に、発光素子１１を載置する（フリップチップパッケージ方式による）ための基板１３を含む他に、少なくとも１つの補正素子１２に係る電気的接続方法（上述の特定の方法）も異なる点である（図９Ａ及び図１０Ａに示す）。

また、図９Ａに示すように、少なくとも１つの補正素子１２に係る電気的接続方法は、まず、少なくとも１つの補正素子１２が基板１３の導電線路（図において符号１４で示したもの）に形成され、次に図８に示すように、発光素子１１と一体的に実装されている。図９Ａの相当する回路は、図９Ｂに示されている。図１０Ａに示すように、少なくとも１つの補正素子１２に係る電気的接続方法は、まず、少なくとも１つの補正素子１２がエピタキシー法により発光素子11に載置され、次に、基板１３に載置されて図４に示すように発光素子１１と一体的に実装されている。図１０Ａの相当する回路は、図１０Ｂに示されている。上述した全てのパッケージにおいて使用する封止材料としては、金属または非金属、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂または透明プラスチック等、前記素子を一体的に実装できる材料を用いることが可能である。

上述の説明及び図面から理解できるとおり、本発明の技術的特徴及びその実施形態は、主として、本発明の発光装置に電源が印加された後、発光素子に電気的に接続された少なくとも１つの補正素子を介して、発光素子に対して温度補償、電圧補正及びサージ吸収のうち少なくとも１つの効果が提供されるものであり、三つの効果を同時に有する場合、温度変化による電流電圧偏移に伴い電流及び消費電力が上昇する問題を回避できる（消費電力を一定の安全範囲に抑える）だけでなく、発光素子のチップ製造工程の歩留まりが比較的低いために定電圧での使用時に発光光源が不均一となる問題をも回避できる。一方、メーカーにとっては、バイアスの異なるチップ修正曲線により、同じペースで出荷できることにより、出荷歩留まりを高めることが可能となる。また更に、瞬間的に電源が投入される場合、電源により生成されたパルスを吸収する（電源サージに対して抵抗する）ことにより、本発明に係る発光装置が焼損する懸念もない。

上記実施例は本発明の原理及び効果を例示的に説明するものにすぎず、本発明を何ら限定するものではない。この技術に熟知した者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述の実施例に対し種々の修飾と変更を加えることが可能である。

従来の高圧型発光ダイオードの電圧電流（Ｖ-Ｉ）特性曲線の偏移現象を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第１の実施例の構成態様を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第１の実施例の発光素子の構成態様を示す模式図である。 図３Ａに示している発光素子の相当する回路を示す図である。 交流型発光ダイオードを図３Ａに示している発光素子の例として補正素子と直列に接続してなる第一の相当する回路を示す図である。 交流型発光ダイオードを図３Ａに示している発光素子の例として補正素子と直列に接続してなる第二の相当する回路を示す図である。 図３Ａに示している発光素子が補正素子と並列に接続してなる相当する回路を示す図である。 図３Ａに示している発光素子が補正素子と直列、且つ並列に接続してなる相当する回路を示す図である。 本発明に係る発光装置の第２の実施例の構成態様を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第２の実施例における発光素子と補正素子とを電気的に接続した構成態様を示す模式図である。 図５Ａに示している発光素子と補正素子とを電気的に接続してなる相当する回路を示す図である。 本発明に係る発光装置の第３の実施例の構成態様を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第３の実施例における発光素子が、補正素子と基板と電気的に接続する方法を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第３の実施例における発光素子が、補正素子と基板と電気的に接続する方法を示す模式図である。 前記の電気的に接続する方法の相当する回路を示す図である。 本発明に係る発光装置の第４の実施例の構成態様を示す模式図である。 本発明に係る発光装置の第４の実施例における発光素子が、補正素子と基板と電気的に接続する方法を示す模式図である。 前記の電気的に接続する方法の相当する回路を示す図である。 本発明に係る発光装置の第４の実施例における発光素子が、補正素子と基板と電気的に接続する他の方法を示す模式図である。 前記の電気的に接続する他の方法の相当する回路を示す図である。

符号の説明

１ 発光装置
１０ ランド
１１ 発光素子
１２ 補正素子
１３ 基板
１４ 導電線路
１００、１０１ 導電体
１１０ 発光ダイオード

Claims (16)

1. 発光装置であって、
   電源に接続されるための２つの導電体が設けられたランドと、
   前記ランドに載置され、前記２つの導電体と電気的に接続され、且つ、この２つの導電体が電源に接続された後に光源を提供するための発光素子と、
   前記発光素子と電気的に接続され、前記発光素子が電源に接続された後に、前記発光素子に温度補償の効果を提供するための補正素子と、を含み、
   前記発光素子は、単向直流型ダイオードを逆向きに並列接続してなる交流型発光ダイオード（ＡＣ ＬＥＤ）を複数直列接続したものであることを特徴とする発光装置。
2. 前記ランドは、搭載部材からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記２つの導電体は、リードフレームにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記発光素子は、単一の波長を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記発光素子は、少なくとも２つの波長を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記発光素子が電源が投入された後に提供する光源は、可視光であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
7. 前記発光素子が電源が投入された後に提供する光源は、不可視光であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
8. 前記補正素子は、前記発光素子と電気的に直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
9. 前記補正素子は、前記発光素子と電気的に並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
10. 前記温度補償素子は、正の温度係数を有する抵抗補償素子からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
11. 前記温度補償素子は、負の温度係数を有する抵抗補償素子からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
12. 前記補正素子は、特定の方法により前記発光素子と電気的に接続され、前記特定の方法はまず、前記補正素子が基板に接合され、次に前記発光素子と一体的に実装されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
13. 前記補正素子は、特定の方法により前記発光素子と電気的に接続され、前記特定の方法はまず、前記補正素子が基板に製作され、次に前記発光素子と一体的に実装されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
14. 前記補正素子は、特定の方法により前記発光素子と電気的に接続され、前記特定の方法はまず、前記補正素子が基板の導電線路上に形成され、次に前記発光素子と一体的に実装されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
15. 前記補正素子は、特定の方法により前記発光素子と電気的に接続され、前記特定の方法はまず、前記補正素子がエピタキシー法により前記発光素子の上に設置され、次に一体的に実装されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
16. 前記補正素子は、特定の方法により前記発光素子と電気的に接続され、前記特定の方法はまず、前記補正素子がエピタキシー法により前記発光素子に載置され、次に基板に載置されて一体的に実装されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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