| 【発明の名称】 |
白色発光装置および照明器具 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮下 恒
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| 【要約】 |
【課題】信頼性が高く、小形で高出力、高効率であり、かつチラツキがない白色発光ダイオードチップおよびそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】１チップ上に直列、並列、逆並列に接続した複数の白色発光ダイオードを形成し、上記チップを光反射板を兼ねた平板状放熱板に近接して設け、上記チップが組み込まれた複数の白色発光ダイオードパッケージを複数のインダクタンスを介して高周波点灯する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】同一半導体基板上に青色光または紫外光を発生する複数の発光ダイオードを形成し、それぞれの発光ダイオードをエッチングにより分離し、上記複数の発光ダイオードをそれぞれ直列または並列の少なくともいずれかに接続して１チップとして上記基板から切り出すか、もしくは上記分離した複数の発光ダイオードを１チップとして上記基板から切り出した後に上記発光ダイオードをそれぞれ直列または並列の少なくともいずれかに接続し、上記発光ダイオードの光を蛍光体により白色に変換する手段を設けたことを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】請求項１において、複数の上記チップをそれぞれ直列または並列の少なくともいずれかに接続し、複数のインダクタンスを介して、高周波電源で点灯することを特徴とする白色発光装置。
【請求項３】請求項１において、上記チップに構成される発光ダイオードを逆並列に接続したことを特徴とする白色発光装置。
【請求項４】請求項１において、上記チップを、光反射板を兼ねた平板状放熱板に設けた凹部に蛍光体と共に近接して設けたことを特徴とする白色発光装置。
【請求項５】請求項１ないし５のいずれか記載の白色発光装置を有してなる照明器具。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般照明用白色発光ダイオードおよびそれを用いた照明器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小化のために１チップ上に複数の発光ダイオードを形成することは、例えば、特許第２９１００２３号公報に述べられている。しかし、大出力化のために蛍光体により白色化した複数の発光ダイオードを１チップ上に形成することに関しては何ら述べられていない。
【０００３】また、複数の発光ダイオードチップを直、並列に接続し点灯することは、特開平７−１２９１００号をはじめ広く知られている。しかし、発光ダイオードを１チップ上で直、並列に接続し点灯することに関しては述べられていない。
【０００４】既存の器具に付属した蛍光ランプ用高周波電源を用い、なおかつ、発光の平滑化のためにインダクタンスならびにコンデンサを介して複数の発光ダイオードを直、並列に接続し点灯することは、特開平１１−１３５２７４号に述べられている。しかし、電源からの高周波出力を複数のインダクタンスにより限流し、複数の発光ダイオードからなるチップを直、並列に接続し、所定の電流値で点灯することに関しては何ら述べられていない。
【０００５】さらに、ランプ内に内蔵した複数の回路により複数の発光ダイオードを直、並列に接続し点灯することは、例えば実開平６−５４１０３号に述べられている。しかし、高周波電源からの出力電流を複数のインダクタンスにより限流することに関しては何ら述べられていない。
【０００６】発光ダイオードをカップ状反射板に内包させることは、例えば特許第２８２８１４２号公報等に述べられている。しかし、高度に放熱性を考慮した白色発光ダイオードに関しては何ら触れられていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数の発光ダイオードを点灯するにあたり配線を簡略化するとともに、商用電源に適し、回路の損失を減少させ、信頼性を高めた、出力の大きい白色発光ダイオードおよび照明器具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明の白色発光ダイオードおよび照明器具では、複数の発光ダイオードを１チップ化し、さらに上記チップを直、並列に接続し、インダクタンスを介して高周波点灯する。これにより、効率的に点灯することができるとともに高度に放熱性を高めることができ、集積化した白色発光ダイオードまたはそれを用いた照明器具の信頼性を高めることができる。
【０００９】すなわち、複数の発光ダイオードを１チップ化することにより、大面積の発光ダイオードに起こりがちな電流の集中を抑え、なおかつ配線を簡潔に行うことができる。
【００１０】さらに、一般に用いられている照明用光源として数十ワットの入力を得るためには、数百個の発光ダイオードを用いることとなるが、これら発光ダイオード全てを１チップ化することは、各素子間の絶縁分離が困難となり、また放熱処理も困難となることから得策ではない。したがって、数十個以下の発光ダイオードを１チップ化し、各発光ダイオードをそれぞれ直、並列に接続することにより、チップの高出力化が容易にできるとともに、電圧値を高めることができ、回路の配線損失につながる電流値の増大を抑制でき、交流駆動に適したチップの構成とすることができる。
【００１１】また、上記チップを直、並列に接続し、インダクタンスを介して高周波点灯することにより、インダクタンスの小形化ならびに発光ダイオードのチラツキ防止が図れると同時に発光ダイオードの電流限定に伴う損失を最小限に抑えることができ、商用電源の電圧を低圧に変換する必要もなくなる。さらに、複数のインダクタンスを介して上記各チップを制御することにより、チップの電気的特性のバラツキに伴う一部素子への過入力を防止できる。
【００１２】また、上記チップ内の発光ダイオードを逆並列に接続することにより、高周波点灯に伴う交番電圧が発光ダイオードに印加されても、常に順方向電流が流れることにより、逆方向電流に基づく素子の劣化が防止できる。
【００１３】さらに、上記チップを外部に導出した平板状放熱板に直接的に接続することにより、集積化に伴う発熱を効率よく取り除くことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は本発明の白色発光ダイオードチップ１の構造を示す模式的断面図である。この図では２ヶの紫外光発光ダイオードを示している。
【００１５】同図において２は透明サファイアからなる基板、３、３’は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層、４、４’はシリコン（Ｓｉ）ドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層、５、５’はＳｉドープ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層、６、６’は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる活性層、７、７’はマグネシウム（Ｍｇ）ドープｐ型クラッド層、８、８’はＭｇドープｐ型コンタクト層、９、９’はｐ型電極、１０、１０’はニッケル金からなる透明電極、１１、１１’はｎ型電極である。
【００１６】上記構成において、３から１１および３’から１１’はそれぞれが紫外光（または青色）を発する発光ダイオードであり、エッチングされた分離溝１２によりそれぞれ電気的に分離されている。
【００１７】図１では２ヶの発光ダイオードのみを図示しているが、本実施例では図４の結線図に示すとおり、１チップ上に１２ヶの発光ダイオードを形成し、直列に３ヶ、並列に２ヶ接続し、この６ヶを１ブロックとし、２つのブロックを逆並列に接続している。ここで、直列接続とは電極１１と電極９’または電極１１’と電極９とを金線等でボンディングすることを言い、並列接続とは電極９と電極９’または電極１１と電極１１’をそれぞれ金線等でボンディングすることを言う。
【００１８】なお、図１では分離溝１２は基板２に達するまで完全にエッチングされた状態を示しているが、上記分離溝１２は完全に基板２までエッチングされていなくても、個々の発光ダイオード間が電気的に十分分離され、漏れ電流が無視できる程度であれば何ら問題ない。
【００１９】また、透明電極１０、１０’は必ずしも必要ではないものの、本実施例のように発光ダイオード上面を覆うことにより、電流の分散が促進され、局所的発熱を抑えることができる。
【００２０】これら発光ダイオードが発する紫外光または青色光は、例えば青色蛍光体としてＣａ2Ｂ5Ｏ9Ｃｌ：Ｅｕ、緑色蛍光体としてＹ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，Ｔｂ、赤色蛍光体としてＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ等を混合した蛍光体で上記ダイオードを被覆することで白色光に変換されるが、図１では上記蛍光体の図示を省略している。
【００２１】図２は本発明の白色発光ダイオードチップ１が内部に組み込まれた白色発光ダイオードパッケージ２１の外観図である。同図において、２２、２２’は電極リード線、２３は左右にネジ留め穴の付いた放熱板であり、光反射板を兼ねている。２４は白色発光ダイオードチップ（図示せず）からの光を取り出す透明エポキシ樹脂である。
【００２２】本実施例では、放熱板２３はネジ留め穴部分を除き１ｃｍ四方の大きさであり、他のアルミニウムからなる放熱フィン（図示せず）に取り付けた。白色発光ダイオードチップからの光は紙面前方である。リード線取出し方向は図２では紙面と平行であるが、紙面背後側としてもよい。
【００２３】図３は本発明の白色発光ダイオードチップ１が内部に組み込まれた白色発光ダイオードパッケージ２１の図２のＡ−Ａ’における断面図である。同図において１は紫外発光ダイオードチップ、２３は放熱板、２４は透明エポキシ樹脂、２５は上記３色混合蛍光体である。
【００２４】図５は本発明の白色発光ダイオードパッケージ２１を組み込んだ照明器具の結線図を示したものである。同図において３１は商用電源、３２は例えば、特開平１０−０５０４９１に記載されるような高周波電源である。３３、３３’はインダクタンスであり、それぞれのインダクタンスには、白色発光ダイオードパッケージ２１がそれぞれ１２ヶ直、並列に接続されている。
【００２５】この場合、高周波電源３２の出力電圧は１００ボルトであり、直列に接続された全白色発光ダイオードに印加される電圧は約７０ボルトであり、インダクタンスに印加される電圧は約３０ボルトであった。また、本実施例の照明器具の入力電力は２５ワット、全白色発光ダイオードで消費される電力は２３ワット、全光束は３５０ルーメンであった。
【００２６】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、信頼性が高く、光出力の大きな白色発光ダイオード、並びに、チラツキが無く、高効率な照明器具を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年４月１７日（２０００．４．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０７５０６（Ｐ２００１−３０７５０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１２１０６５（Ｐ２０００−１２１０６５） |
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