JP2001307506A

JP2001307506A - 白色発光装置および照明器具

Info

Publication number: JP2001307506A
Application number: JP2000121065A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Miyashita; 恒宮下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【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。

Description

【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２９１０
０２３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１１−１
３５２７４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Ｃａ₂Ｂ₅Ｏ₉Ｃ
ｌ：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、２
４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１
００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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の白色発光ダイオードチップ
の要部断面図。

【図２】本発明の一実施例の白色発光ダイオードパッケ
ージの上面図。

【図３】本発明の一実施例の白色発光ダイオードパッケ
ージの断面図。

【図４】本発明の一実施例の白色発光ダイオードチップ
の結線図。

【図５】本発明の一実施例の照明器具の結線図。

【符号の説明】

１…白色発光ダイオードチップ、２…基板、３、３’…
バッファ層、４、４’…ｎ型コンタクト層、５、５’…
ｎ型クラッド層、６、６’…活性層、７、７’…ｐ型ク
ラッド層、８、８’…ｐ型コンタクト層、９、９’…ｐ
型電極、１０、１０’…透明電極、１１、１１’…ｎ型
電極、１２…分離溝、２１…白色発光ダイオードパッケ
ージ、２２、２２’…リード線、２３…放熱板、２４…
透明樹脂、２５…蛍光体、３１…商用電源、３２…高周
波回路、３３、３３’…インダクタンス。

Claims

【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。