JP2006222412A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数個の発光ダイオードのうち１個あるいは数個が断線しても全発光ダイオードの点灯不良を回避できる信頼性の高い発光装置を提供すること。
【解決手段】 同数の複数発光ダイオードを並列接続したパッケージは、１個の電流制限抵抗とこのパッケージの複数個を直列接続した。また前記複数の発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージの発光ダイオードは、各パッケージ内において各々の順方向電圧をあらかじめ選択的に揃えた。さらに前記順方向電圧のばらつきは、あらかじめ０．１Ｖ以下の範囲に選択的に揃えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は発光ダイオードを用いた照明装置に係りコンパクトカメラ等のフラッシュ発光装置に関する。

近年発光ダイオードは大容量化が進み、殊に白色パワーダイオードの大容量化により色調にむらが無くコンパクトカメラ等の照明用発光装置としての利用が多く提案されている。
ただし、大容量パワーダイオードとはいえ単体の発光ダイオードでは使用目的によっては光量不足もあり、複数個の発光ダイオードを使用して光量の増強を計る場合が多い。

発光装置として複数個の発光ダイオードを使用して光量の増強を行う場合、その実現方法としては発光ダイオードを並列接続する構造と直列接続にする構造がある。
以下、図面を用いて従来技術における複数個の発光ダイオードを接続する構造について説明する。

図３は発光ダイオードを直列に接続した従来例の結線図であって、３００は直列型発光装置を示し、１個の電流制限抵抗と複数個の発光ダイオードで構成してある。
３０１は電流制限抵抗、３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎは直列接続した発光ダイオード、３０３はアノード側端子、３０４はカソード側端子である。前記直列接続した発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎには順方向電圧の総和より高い電圧電源をアノード側端子３０３に正極、カソード側端子３０４に負極を接続して電圧を印加することで、前記直列接続した複数個の発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎの各々には電流制限抵抗３０１に規制された同一電流が流れて全ての発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎが同時に点灯するのである。

図４は発光ダイオードを直列に接続して発光を電子的に制御する従来例の結線図であって、４００は発光制御付き直列型発光装置を示し、図３と同様に３０１が電流制限抵抗、３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎは発光ダイオード、４０３はアノード側端子、４０４はカソード側端子であって、発光ダイオード３０２ｎのカソードとカソード側端子４０４間には発光制御トランジスタ４０５が入っている。４０６は発光制御トランジスタの制御端子である。

すなわち、電流制限抵抗３０１、発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎと発光制御トランジスタ４０５は直列接続してあるアノード側端子４０３およびカソード側端子４０４には前記直列接続した発光ダイオードの順方向電圧の総和より高い電圧電源を前記アノード側端子４０３に正極、前記カソード側端子４０４に負極を接続して電圧を印加し、発光制御トランジスタ４０５の制御端子４０６に通電信号を印加することで直列接続した複数個の発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎの各々には電流制限抵抗３０１に規制された同一電流が流れて全ての複数個の発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎが同時に点灯するのである。

図５は複数個の発光ダイオードを並列に接続した従来例の結線図である。
５００は並列型発光装置を示し、５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ・・・５０１ｎは電流制限抵抗、５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ・・・５０２ｎは発光ダイオードであり、５０３はアノード側端子、５０４はカソード側端子である。
ここで、発光ダイオード５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ・・・５０２ｎは各々順方向電圧ＶＦが異なるためｎ個の電流制限抵抗と発光ダイオード、５０１ａと５０２ａ、５０１ｂと５０２ｂ、５０１ｃと５０２ｃ・・・５０１ｎと５０２ｎを各々独立に直列接続して、これらのアノード側端子とカソード側端子を束ねたアノード側端子５０３に正極、カソード側端子５０４に負極電圧を印加することで各々の発光ダイオードには各々の電流制限抵抗で規制された電流が流れて複数個の全ての発光ダイオードを同時に点灯するのである。

すなわち、従来の発光ダイオードを用いた発光装置においては複数個の発光ダイオードを直列あるいは並列接続して光量の増強を計る手法が一般的に実施されていた。

特開２００１−２０９８９３

しかしながら、従来技術における複数個の発光ダイオードを直列接続して光量の増強を計る発光装置においては、複数個を直列接続した発光ダイオードの１個が断線不良で点灯不良が発生すると、全ての発光ダイオードを直列接続してあるため直列接続した全部の発光ダイオードが点灯不良となってしまうという課題があった。
すなわち、発光装置等に用いる発光ダイオードは一般的に発光ダイオードチップにワイヤボンド等の手法で接続導線を引き出すが、大容量大電流駆動のため希にワイヤボンド部の断線あるいは発光ダイオードの接合部が破断するケースがある。

この症状を図３で説明すると、複数個の発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎのうち発光ダイオード３０２ｂが断線した場合は、発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎを直列接続してあるため１個の発光ダイオード３０２ｂの断線で全ての発光ダイオードには電流が流れなくなり発光ダイオード３０２ａ、３０２ｂ・・・３０２ｎの全てが点灯不可となってしまうのである。

あるいは、複数個の発光ダイオードを並列接続して光量の増強を計る発光装置においては、図５に示すように複数個の発光ダイオード５０２ａ、５０２ｂ・・・５０２ｎ全てに各々電流制限抵抗５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ・・・５０１ｎを接続しなければならないという煩わしさと抵抗部品を多用するという課題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、複数個の発光ダイオードを接続して光量の増強を計る発光装置において電流制限抵抗の使用を最小限に、かつ、複数個の発光ダイオードを並列および直列接続して発光装置としての光量の増強を計るとともに、既存の発光ダイオード駆動方式をそのまま採用できて発光装置セットの回路設計を容易にし、各並列接続発光ダイオードに直列接続していた電流制限抵抗を削減して部材費、工数の削減を計るとともに、複数個の発光ダイオードのうち１個あるいは数個が断線しても全発光ダイオードの点灯不良を回避できる信頼性の高い発光装置を提供することにある。

すなわち、上記目的を達成するための本発明の構成は、複数の発光ダイオードを用いた発光装置において、同数の複数発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージを構成し、１個の電流制限抵抗と該パッケージの複数個を直列接続したことを特徴とする。

すなわち、複数の発光ダイオードを並列接続したものをひとつのパッケージとしてまとめることで、並列接続した発光ダイオードのうち１個あるいは数個に断線不良が発生しても、残る並列接続した発光ダイオードが発光ダイオード素子としての機能を保持するため、前記パッケージを直列接続した発光装置の発光機能および通電経路は失われず、また電流制限抵抗も複数個のパッケージに対して１個で済む。

また、前記複数の発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージの発光ダイオードは、各パッケージ内において各々の順方向電圧をあらかじめ選択的に揃えたことを特徴とする。

すなわち、前記複数発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージは１個の発光ダイオードとして取り扱うことができるので、前記パッケージの直列接続が自在で、従来の単品発光ダイオードを直列接続した発光装置の駆動回路に接続する場合にもそのまま互換性がある。

また、前記複数の発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージの発光ダイオードは、各パッケージ内において各々の順方向電圧のばらつきをあらかじめ０．１Ｖ以下の範囲に選択的に揃えたことを特徴とする。

すなわち、前記複数の発光ダイオードの順方向電圧ＶＦのばらつき幅を０．１Ｖ以下でソーティングにすることで前記パッケージ内の各発光ダイオード素子間の電流のばらつきは実用上差し支えない範囲となり、歩留まりも向上する。

すなわち、本発明によれば、従来の直列型発光ダイオード駆動方式をそのまま採用できるため発光装置セットの回路設計を容易にし、並列接続発光ダイオードに必要とされていた各電流制限抵抗を削減して部材費、工数の削減を計るとともに、複数個の発光ダイオードのうち１個あるいは数個が断線しても全発光ダイオードの点灯不良を回避できる信頼性の高い発光装置を提供することが出来るのである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１ａは本発明の複数発光ダイオードを並列接続したパッケージ１００の平面図であり、図１ｂは本発明のパッケージ１００の内部結線図である。

図１ａおよび図１ｂにおいて、１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎは発光ダイオードチップであり、１０２はチップ搭載基板、１０３はアノード側共通電極、１０４はカソード側共通電極である。チップ搭載基板１０２には発光ダイオード１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎを搭載してチップ搭載基板１０２上に設けたアノード側共通電極１０３およびカソード側共通電極１０４に発光ダイオードチップ１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎのアノードおよびカソードを各々ワイヤボンドで配線するのである。
この結果、パッケージ１０１は発光ダイオードチップ１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎをチップ搭載基板１０２の上に並列接続したひとつの発光ダイオードパッケージを構成することになる。

前記ひとつのパッケージを構成するチップ搭載基板上に搭載して並列接続する複数の発光ダイオードチップは各々の順方向電圧をあらかじめ選択的に揃えておく。
すなわち、ひとつのパッケージを構成するチップ搭載基板１０２上に搭載する発光ダイオードチップ１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎはあらかじめウエーハーレベルで各発光ダイオードに一定電流を流し、順方向電圧ＶＦを測定し、スクライブ後に順方向電圧ＶＦが揃った同一チップ搭載基板上に搭載する発光ダイオードチップを選択するのである。

前記複数の発光ダイオードチップの各々の順方向電圧をあらかじめ選択的に揃えておく場合、選択時の順方向電圧ＶＦのばらつき幅が０．０１Ｖ以内のソーティングであれば、前記同一チップ搭載基板上に搭載する複数の発光ダイオードチップ間の電流ばらつきは１ｍＡ以下で無視できる範囲であるが、歩留まりが悪く実用的ではない。

現実的な我々の製造工程における一例として、発光ダイオードチップ１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ・・・１０１ｎのｎが８、すなわち並列８素子で駆動電流が３５０ｍＡの発光ダイオードパッケージの場合、前記パッケージを構成する各発光ダイオード素子を１素子あたりパルス幅１０ｍｓｅｃで約４４ｍＡの駆動電流を流して順方向電圧ＶＦ毎の選択を行うのであるが、前記各素子のＶＦのばらつき選択幅を０．１Ｖに緩和した場合であっても、ひとつのパッケージ内の各素子の電流ばらつきは３ｍＡ以下であった。

また、上記発光ダイオード素子のＶＦのばらつき幅を０．１Ｖ以下のソーティング条件下であらかじめ選別した８個の発光ダイオード素子で構成する発光ダイオードパッケージは４０，０００Ｈ経過後の光度（光束）劣化率はイニシャルの光度（光束）に対して５０％以下に抑えられ、ＶＦのばらつき幅を０．０１Ｖ以下のソーティング条件下であらかじめ選別した発光ダイオードパッケージと有為差は認められないという知見が得られている。この結果、ＶＦのばらつき幅を実用的な０．１Ｖに緩和してソーティングすることで歩留まりも大幅に向上するという利点もある。

以上述べたかとから、順方向電圧を揃えた発光ダイオード素子で構成したパッケージ１００の順方向電圧をＶＦ１とすると、パッケージ１００は複数個（ここではｎ個）の発光ダイオードチップで構成しているが、このパッケージ１００を順方向電圧ＶＦ１の１個の発光ダイオード素子として取り扱うことができる。

また、このパッケージ１００の並列接続した発光ダイオードチップ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ・・・１０１ｎのうち１個あるいは複数個がワイヤボンド部の断線あるいは発光ダイオードの接合部が破断し不良となっても良品の発光ダイオードチップは点灯し、アノード側共通電極１０３とカソード側共通電極１０４から見た順方向電圧ＶＦ１も変わらない。

すなわち、パッケージ１００は複数の発光ダイオードチップを並列接続したものをひとつのパッケージとしてまとめることで、並列接続した発光ダイオードのうち１個あるいは数個に断線不良が発生しても残る並列接続した発光ダイオードチップは順方向電圧がＶＦ１の発光ダイオード素子としての機能を保持するため、このパッケージ１００の発光機能および通電経路は失われることがなく、パッケージ１００を構成する発光ダイオードの不良発生による不点灯が極めて発生しにくい信頼性の高い取り扱いの容易な１個の発光ダイオード素子として見なすことができる。

図２は本発明による照明用発光装置の構成図であり、２００は発光装置で、図１で詳述した複数個の発光ダイオードパッケージを直列に接続構成したものである。

図２において、２０１は電流制限抵抗、２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎは発光ダイオードパッケージで図１の発光ダイオードパッケージ１００を複数個（ここではｎ個）直列配置してある。２０３は発光装置２００全体のアノード側端子、２０４はカソード側端子であって、各パッケージ内の発光ダイオードの順方向電圧ＶＦは前述のようにばらつきが無いように選別した発光ダイオードチップが搭載してある。すなわちパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎの順方向電圧はそれぞれＶＦ１、ＶＦ２、ＶＦ３、ＶＦｎと異なるが各パッケージ内の発光ダイオードチップの順方向電圧ＶＦはチップレベルでは前述のようにあらかじめ選別して揃えてある。

すなわち、発光ダイオードパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎの順方向電圧ＶＦ１、ＶＦ２、ＶＦ３、ＶＦｎの総和より高い電圧電源をアノード側端子２０３に正極、カソード側端子２０４に負極を接続して電圧を印加することで直列接続した発光ダイオードパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎ各々には電流制限抵抗２０１に規制された同一電流が流れ、全ての複数個の発光ダイオードパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎが同時に点灯するのである。

この結果、照明用の発光装置２００を構成する直列接続した複数個の各発光ダイオードパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎ内の並列接続した複数個の発光ダイオードチップの１個あるいは複数個がワイヤボンド部の断線あるいは発光ダイオードの接合部が破断し不良となっても残りの良品のチップは点灯し、各発光ダイオードパッケージ２０２ａ、２０２ｂ・・・２０２ｎは発光ダイオード素子としての機能を保持し、アノード側共通電極２０３とカソード側共通電極２０４から見た順方向電圧ＶＦも変わらないため、発光ダイオードの不良発生による不点灯が極めて発生しにくい信頼性の高い取り扱いの容易な照明用発光装置２００を提供することができるのである。また、複数の発光ダイオードを１個の発光ダイオードとして取り扱うことが出来るので、従来の直列型発光ダイオードの発光装置との互換性もある。

なお、本発明においては、ひとつの基板上にあらかじめ順方向電圧特性を揃えた複数個の発光ダイオードを搭載して並列接続したパッケージを複数個直列接続した構造について説明したが、同様な手法で、ひとつの基板上に図２に示すような複数個の発光ダイオードパッケージを直列に接続して単一の基板上にＶＦを揃えた複数の並列接続ダイオード群を直列する構成も実現可能である。

本発明の複数発光ダイオードを並列接続したパッケージの平面図である。 本発明のパッケージ内部結線図である。 本発明による照明用発光装置の構成図である。 発光ダイオードを直列に接続する従来例の結線図である。 発光ダイオードを直列に接続して発光を電子的に制御する従来例の結線図である。 複数個の発光ダイオードを並列に接続する従来例の結線図である。

符号の説明

１００ パッケージ
２００ 発光装置
３００ 直列型発光装置
４００ 発光制御付き直列型発光装置
５００ 並列型発光装置
１０２ チップ搭載基板
１０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ、１０１ｎ 発光ダイオードチップ
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｎ 発光ダイオードパッケージ
１０３ アノード側共通電極
１０４ カソード側共通電極
２０１、３０１、５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｎ 電流制限抵抗
３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｎ、５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｎ 発光ダイオード
２０３、３０３、４０３、５０３ アノード側端子
２０４、３０４、４０４、５０４ カソード側端子
４０５ 発光制御トランジスタ
４０６ 発光制御トランジスタの制御端子

Claims (3)

1. 複数の発光ダイオードを用いた発光装置において、同数の複数発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージを構成し、１個の電流制限抵抗と該パッケージの複数個を直列接続したことを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージの発光ダイオードは、各パッケージ内において各々の順方向電圧をあらかじめ選択的に揃えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記複数の発光ダイオードをひとつの基板上に搭載して並列接続したパッケージの発光ダイオードは、各パッケージ内において各々の順方向電圧のばらつきをあらかじめ０．１Ｖ以下の範囲に選択的に揃えたことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の発光装置。
   

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