JP2005209830A - 白色発光ダイオード及びその色度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に外部でインピーダンス値を調整可能な白色発光ダイオード及びその色度制御方法を提供する。
【解決手段】 白色発光ダイオードはマイナス端子（１１）及び少なくとも二本のプラス端子（１２，１３）から成り、該マイナス端子（１１）の上端に金属支持フレーム（１０）と、支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置されるInGaNチップ（３０）と、支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置される一つ以上のAlGaInPチップ（２０）と、金属支持フレーム（１０）のマイナス端子（１１）及びプラス端子（１２，１３）の上端をパッケージするパッケージ樹脂（１４）と、プラス端子（１２）と正電源との間に介設される抵抗（１５）と、を含むこことを特徴とし、また、その色度制御方法は、InGaNチップ及びAlGaInPチップが夫々発生する青色光と黄緑色光とを組合わせると共に、抵抗による調整手段によりInGaNチップとAlGaInPチップの電圧を調整して、その輝度を制御することによりそれぞれ黄色光、白色光及び青色光を得ることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に外部でインピーダンス値を調整することによる、白色発光ダイオード及びその色度制御方法に関するものである。

従来の発光ダイオードは省電力、使用寿命の延長及び低廃熱などの効果を達成できるが、輝度や色光の制限などの問題を有するため、ランプの製作に応用しづらい。また、最近では高輝度発光ダイオードや白色発光ダイオードが開発されたため、それらの技術を応用したランプが普及してきている。

また、前記白色発光ダイオードの原理は少なくとも以下に示すものがある。
１．InGaNチップにより発生する青色光と、（YAG）イットリウム・アルミニウム・ガーネットの黄色光を発する蛍光体とを組合わせることにより、白色光を発生させる。
２．InGaNチップによりRGB蛍光体を励起して、白色光を発生させる。
３．紫外線（UV）によりRGB蛍光体を励起して、白色光を発生させる。
４．InGaNチップにより発生した青色光とGaPチップにより発生した黄緑色光とを組合わせて白色光を得る。

しかし、前記白色光を得る技術の１〜３の原理は共に駆動電圧が３Ｖ以上であると共に、蛍光体を用いる必要があり、その蛍光体は成分の組み合わせや厚さにばらつきを有することから、成形後の白色光が黄色がかったり、或いは青色がかったり、時には中間が青色がかりその脇が黄色がかるといった現象が発生してしまうので、安定して白色光を出すことができなく、更に、一旦成形してしまうと、色の変更を行なうことはできないので、他のロットの製品同士だけではなく、同ロットの製品同士であっても色のことなりを有する場合がある。また、前記４の方法ではフルカラー或いは白色光を発生することができるが、GaPチップを使用しているため、コストが割高になると共に、輝度にも優れない。

上述したように、従来の発光ダイオードでは蛍光体を使用して白色光を発生させるので、ばらつきがより大きくなり、製品の品質に影響を与えてしまう。また、蛍光体を使用しない場合は、青色光と青緑色光との混色を採用するが、この場合ではコストが割高で、且つ輝度が低いといった欠点を有する。故に、前記問題を解決するために更なる研究が必要である。

本発明は、
マイナス端子（１１）及び少なくとも二本のプラス端子（１２，１３）から成り、該マイナス端子（１１）の上端に、カップ（１１２）を有する支持部（１１１）が形成される金属支持フレーム（１０）と、
支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（１１）及びプラス端子（１３）に接続されるInGaNチップ（３０）と、
支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（１１）及び他のプラス端子（１２）に接続される、一つ以上のAlGaInPチップ（２０）と、
金属支持フレーム（１０）のマイナス端子（１１）及びプラス端子（１２，１３）の上端をパッケージするパッケージ樹脂（１４）と、
プラス端子（１２）と正電源との間に介設され、InGaNチップ（３０）及び／或いはAlGaInPチップ（２０）に与えられる電圧を調整することにより、その輝度を制御する抵抗（１５）と、を有し、また、
InGaNチップ及びAlGaInPチップを有する白色発光ダイオードの色度を制御する方法であって、
抵抗調整手段により青色光を発光するInGaNチップと黄緑色光を発光するAlGaInPチップの順方向電圧を調整して、その輝度を制御することにより、所望の白色光を得ることを特徴とする白色発光ダイオード及びその色度制御方法、を提供する。

本発明は、マイナス端子（１１）及び少なくとも二本のプラス端子（１２，１３）から成り、該マイナス端子（１１）の上端に、カップ（１１２）を有する支持部（１１１）が形成される金属支持フレーム（１０）と、支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（１１）及びプラス端子（１３）に接続されるInGaNチップ（３０）と、支持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（１１）及び他のプラス端子（１２）に接続される、一つ以上のAlGaInPチップ（２０）と、金属支持フレーム（１０）のマイナス端子（１１）及びプラス端子（１２，１３）の上端をパッケージするパッケージ樹脂（１４）と、プラス端子（１２）と正電圧との間に介設され、InGaNチップ（３０）及び／或いはAlGaInPチップ（２０）を通過する電圧を調整することにより、その輝度を制御する抵抗（１５）と、を有する。

上述したように、選択したInGaNチップとAlGaInPチップにより青色光と青緑色とを発生させ、それらを組合わせることにより白色光を得ているが、黄緑色光においてAlGaInPチップを採用することにより、更に高輝度且つ低コストを達成できる。
また、抵抗のインピーダンス値を調整することにより、発光ダイオードは白色光だけでなく、黄色がかった白色光や青みがかった白色光を発生させることができるので、本発明では低電圧、低コスト且つ高安定性の発光ダイオードを提供できる。

また、前記金属支持フレームの支持部上にInGaNチップ及びAlGaInPチップが設けられる場合、両者は直線配列であってもよく、
また、前記前記金属支持フレームの支持部上にInGaNチップ及び二つのAlGaInPチップが設けられる場合、三者はInGaNチップが中間に位置するように直線配列にしてもよく、
また、前記前記金属支持フレームの支持部上にInGaNチップ及び複数のAlGaInPチップが設けられる場合、InGaNチップが中間に位置し、その周囲にAlGaInPチップを位置させる、星状配列にしてもよく、
また、前記抵抗はAlGaInPチップが接続されるプラス端子と正電源と間に介設してもよく、
また、前記抵抗はInGaNチップが接続されるプラス端子と正電源との間に介設してもよい。

更に、本発明に係る白色発光ダイオードの色度制御方法では、InGaNチップ及びAlGaInPチップがそれぞれ発生する青色光と黄緑色光とを組合わせると共に、抵抗による調整手段によりInGaNチップとAlGaInPチップの順方向電圧を調整して、その輝度を制御することにより白色光を得る。

上述したように、本発明の発光ダイオードは選択したInGaNチップとAlGaInPチップにより青色光と青緑色とを発生させ、それらを組合わせることにより白色光を得るが、白色光の輝度は黄緑色光の輝度により決まることから、本発明ではAlGaInPチップから発生する黄緑色光を採用しているので、低コスト化を達成できる。また、抵抗のインピーダンス値の調整により、白色光だけでなく、黄色がかった白色光や青みがかった白色光を得ることができる。更に、本発明ではより低い作動電力により駆動を行ない、作動電圧範囲も広いと共に、白色光の色度座標の変化も小さいので、コストを低く抑えることができると共に、より高輝度を実現できる。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る白色発光ダイオードの正面図であり、図２は本発明に係る白色発光ダイオードの等価回路図であり、図３は本発明に係る白色発光ダイオードの他の実施例の正面断面図であり、図４は図３に示す実施例の平面図であり、図５は図３に示す実施例の等価回路図であり、図６は本発明に係る白色発光ダイオードの更に他の実施例の等価回路図である。

図１に示すように、本発明の白色発光ダイオードはマイナス端子（１１）及び二つのプラス端子（１２，１３）から成り、該マイナス端子（１１）の上端に、カップ（１１２）を有する支持部（１１１）が形成される金属支持フレーム（１０）と、持部（１１１）上のカップ（１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（１１）及び他のプラス端子（１２）に接続されるAlGaInPチップ（２０）と、AlGaInPチップ（２０）と直線配列になるように、銀ペースト或いは絶縁ペーストにより支持部（１１１）上のカップ（１１２）内に固定されると共に、その負極はマイナス端子（１１）と、正極はワイヤボンディングにより他のプラス端子（１３）と接続されるInGaNチップ（３０）と、金属支持フレーム（１０）のマイナス端子（１１）及びプラス端子（１２，１３）の上端をパッケージして、チップとワイヤボンディングとの間を密封するパッケージ樹脂（１４）と、を有する。

図２の等価回路図に示すように、前記発光ダイオードは更に、少なくとも一つの抵抗（１５）と接続され、本実施例中において該抵抗（１５）はAlGaInPチップ（２０）と接続されるプラス端子（１２）と正電源Ｖ＋との間に介設され、その抵抗（１５）でAlGaInPチップ（２０）の順方向電圧の高低を調整することにより輝度の調整を行ない、所定の輝度の黄緑色光とInGaNチップ（３０）により発生される青色光とを組合わせて白色光を得る。

また、前記抵抗（１５）によりAlGaInPチップ（２０）の順方向電圧を変更することにより輝度を調整する工程に加え、同様にInGaNチップ（３０）も抵抗と接続させて輝度を調整することにより、純白色光を発生させることができ、更に、二つのチップによる異なる色の光の輝度を調整することにより、黄色がかった白色光或いは青みがかった白色光を発生させることができる。

図３及び図４に示すように、本発明の他の実施例においては、マイナス端子（４１）及びプラス端子（４２，４３，４４）から成り、該マイナス端子（４１）の上端に、水平方向に伸びると共に、中央にカップ（４１２）が形成される支持部（４１１）が設けられる金属支持フレーム（４０）と、
銀ペースト或いは絶縁ペーストにより支持部（４１１）上のカップ（４１２）内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子（４１）及び各プラス端子（４２，４４）に接続される、二つのAlGaInPチップ（２１，２２）と、AlGaInPチップ（２１，２２）の間において直線配列となるように、銀ペースト或いは絶縁ペーストにより支持部（４１１）上のカップ（４１２）内に固定されると共に、その負極はマイナス端子（４１）と、正極はワイヤボンディングにより他のプラス端子（４３）と接続されるInGaNチップ（３１）と、金属支持フレーム（４０）のマイナス端子（４１）及びプラス端子（４２，４３，４４）の上端をパッケージして、チップとワイヤボンディングとの間を密封するパッケージ樹脂（４５）と、を有する。

図５の等価回路図に示すように、前記発光ダイオードは更に抵抗（４６，４７）と接続され、本実施例中において該抵抗（４６）はAlGaInPチップ（２１，２２）と接続される二つのプラス端子（４２，４４）と正電源Ｖ＋との間に介設され、その抵抗（４６）で二つのAlGaInPチップ（２１，２２）の順方向電圧の高低を調整することにより輝度の調整を行なう。また、抵抗（４７）はInGaNチップ（３１）と接続されるプラス端子（４３）と正電源V＋との間に介設され、それによりInGaNチップ（３１）の輝度を調整する。

また、図６は図３及び図４に示す実施例の回路図であり、これからも分かるように、この発光ダイオードはその両端の電源が２．７ボルトの直流電源であると共に、抵抗（４６）のインピーダンス値が８．５オームであり、他の抵抗（４７）のインピーダンス値が２０オームであり、同様に二つのAlGaInPチップ（２１，２２）とInGaNチップ（３１）の輝度を調整することにより純白色光を発生させる。

尚、前記実施例では金属支持フレーム（４０）に二つのAlGaInPチップ（２１，２２）とInGaNチップ（３１）が設けられ、その内InGaNチップ（３１）は二つのAlGaInPチップ（２１，２２）の間に位置するが、その配列方式及び該三者の相対位置は場合に応じて任意に組合わせてもよい。
また、チップにおいては、AlGaInPチップを複数設けてもよいが、AlGaInPチップが四つの場合はInGaNチップを中央に位置させ、その周囲に各AlGaInPチップを等角、等距離で位置させる。

本発明に係る白色発光ダイオードの正面図である。 本発明に係る白色発光ダイオードの等価回路図である。 本発明に係る白色発光ダイオードの他の実施例の正面断面図である。 図３に示す実施例の平面図である。 図３に示す実施例の等価回路図である。 本発明に係る白色発光ダイオードの更に他の実施例の等価回路図である。

符号の説明

１０ 金属支持フレーム
１１ マイナス端子
１１１ 支持部
１１２ カップ
１２，１３ プラス端子
１４ パッケージ樹脂
１５ 抵抗
２０，２１，２２ AlGaInPチップ
３０，３１ InGaNチップ
４０ 金属支持フレーム
４１ マイナス端子
４１１ 支持部
４１２ カップ
４２，４３，４４ プラス端子
４５ パッケージ樹脂
４６，４７ 抵抗

Claims (3)

1. マイナス端子及び少なくとも二本のプラス端子から成り、該マイナス端子の上端に、カップを有する支持部が形成される金属支持フレームと、
   支持部上のカップ内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子及びプラス端子に接続されるInGaNチップと、
   支持部上のカップ内に設置され、正・負極がそれぞれマイナス端子及び他のプラス端子に接続される、一つ以上のAlGaInPチップと、
   金属支持フレームのマイナス端子及びプラス端子の上端をパッケージするパッケージ樹脂と、
   プラス端子と正電源との間に介設され、InGaNチップ及び／或いはAlGaInPチップに与えられる電圧を調整することにより、その輝度を制御する抵抗と、を有することを特徴とする白色発光ダイオード。
2. 前記InGaNチップ及びAlGaInPチップは直線配列であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光ダイオード。
3. InGaNチップ及びAlGaInPチップを有する白色発光ダイオードの色度を制御する方法であって、
   抵抗調整手段により、青色光を発光するInGaNチップと黄緑色光を発光するAlGaInPチップの順方向電圧調整して、その輝度を制御することにより、それぞれ黄白色光、青白色光、白色光を得ることを特徴とする白色発光ダイオードの色度制御方法。

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