JP2007173549A

JP2007173549A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007173549A
Application number: JP2005369561A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shakuda; 幸男尺田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】常にいずれかの半導体発光素子を点灯させることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、絶縁性のパッケージ（図示略）に接着された同一基板３１上に形成された、３つの発光アレイ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃと、３つの電力入力端子２２ａ、２２ｂ及び２２ｃとを備えている。３つの電力入力端子２２ａ〜２２ｃは、それぞれ、発光アレイ２１ａ〜２１ｃの一端部に接続されている。電力入力端子２２ａ〜２２ｃは、それぞれ、三相交流電源Ｐの出力端子１２ａ、１２ｂ及び１２ｃに接続されている。これによって、電力入力端子２２ａ〜２２ｃを介して、三相交流電源Ｐから、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃに異なる位相の交流電力が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一基板上に形成された複数の半導体発光素子を有し、交流電源が供給される発光装置に関する。

従来、同一基板上に複数の半導体発光素子が設けられた発光装置が知られている。

例えば、特許文献１には、図７に示すような、同一基板上に設けられた半導体発光素子（発光ダイオード）１０１ａ及び１０１ｂを有する発光アレイ１０２が設けられた発光装置１００が開示されている。この発光装置１００では、発光アレイ１０２の半導体発光素子１０１ａが、半導体発光素子１０１ｂに対して電流の流れる方向が逆方向になるように配置されている。また、発光装置１００には、両方の発光アレイ１０２の両端部に２つの電力入力端子１０３ａ及び１０３ｂが設けられ、この電力入力端子１０３ａ及び１０３ｂを介して交流電源Ｐが接続される。

交流電源Ｐにより発光装置１００の電力入力端子１０３ａ及び１０３ｂの間に、図８に示すような交流電力Ｐｅが供給されると、印加された電圧が正の場合には一方の半導体発光素子１０１ａを発光させ、印加された電圧が負の場合には他方の半導体発光素子１０１ｂを発光させることができる。このように交互に半導体発光素子１０１ａ及び１０１ｂを発光させることにより、発光装置１００では、発光アレイ１０２が消灯している時間をある程度短くすることができる。
特開２００４−６５８２号公報

しかしながら、半導体発光素子１０１ａ及び１０１ｂは、順方向の電圧が印加されていても、一定の閾値Ｖ_ｔ以上の電圧が印加されていない時間は、点灯することができない。従って、図８に示すような交流電力Ｐｅが印加されていても、印加される電圧の絶対値が閾値電圧Ｖ_ｔ以下になる時間ｔ_ｅ１〜時間ｔ_ｅ２では、半導体発光素子１０１ａ及び１０１ｂのいずれも点灯させることができない。従って、発光装置１００では、半導体発光素子１０１ａ及び１０１ｂのいずれもが発光していない時間が長くなり、光のちらつきが大きいといった問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、いずれかの半導体発光素子が点灯している状態が長い発光装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、同一基板上に形成された１又は複数の半導体発光素子を有する３つの発光アレイと、前記各発光アレイの一端部に設けられ、三相交流電源が供給される３つの電力入力端子とを備え、前記各電力入力端子には、それぞれ、３つの位相の異なる交流電力が供給されることを特徴とする発光装置である。

また、請求項２の発明は、前記３つの発光アレイの他端部は、互いに電気的に接続されて、接地されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置である。

また、請求項３の発明は、前記３つの発光アレイのうち、少なくともいずれか１つには、前記発光アレイを点灯させるのに必要な閾値電圧以上の電圧が供給されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の発光装置である。

また、請求項４の発明は、前記発光アレイは、２ｍ個の前記半導体発光素子を有し、
ｍ個の前記半導体発光素子は、残りのｍ個の前記半導体発光素子とは逆方向に電流が流れるように接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置である。

また、請求項５の発明は、前記各発光アレイは、同じ数の前記半導体発光素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置である。

本発明の発光装置によれば、発光アレイの一端部に設けられた３個の電力入力端子のそれぞれに、三相交流電源から位相が異なる３つの交流電源が供給されるので、発光アレイのいずれかに発光アレイの閾値電圧以上の電圧が印加されている時間を長くすることができる。これによって、３個の発光アレイのうち、いずれかの発光アレイが点灯している状態を長くすることができるので、発光装置の点灯時間を長くすることができるとともに、ちらつきを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による発光装置の全体構成図である。図２は、発光装置の回路構成図である。

図１及び図２に示すように、発光装置１は、絶縁性のパッケージ（図示略）に接着された同一基板３１上に形成された、３つの発光アレイ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃと、３つの電力入力端子２２ａ、２２ｂ及び２２ｃとを備えている。尚、基板３１は、絶縁性の樹脂系の接着材料によってパッケージに接着されている。

図１に示すように、発光アレイ２１ａ〜２１ｃは、同一基板３１上に形成された１０個の半導体発光素子（発光ダイオード）２３ａ及び２３ｂと、各半導体発光素子２３ａ及び２３ｂを接続するための配線膜２４とを備えている。図１及び図２に示すように、５個の半導体発光素子２３ａと５個の半導体発光素子２３ｂは、電流の流れる向きが逆になるように、ｐｎ接合が逆向きに配置されている。

５個の半導体発光素子２３ａが直列接続されるように、半導体発光素子２３ａのｐ側は、隣接する半導体発光素子２３ａのｎ側に配線膜２４によって接続されている。また、５個の半導体発光素子２３ｂも同様に直列接続されるように、半導体発光素子２３ｂのｐ側は、隣接する半導体発光素子２３ｂのｎ側に配線膜２４によって接続されている。即ち、６個の半導体発光素子２３ａと、残り６個の半導体発光素子２３ｂの電流の流れる向きが逆になるように直列接続されている。

従って、一方の半導体発光素子２３ａに逆方向の電圧が印加されている状態でも、他方の半導体発光素子２３ｂに、順方向の閾値電圧Ｖ_ｔ以上の電圧が印加されている場合には、他方の半導体発光素子２３ｂには電流が流れる。逆に、他方の半導体発光素子２３ｂに逆方向の電圧が印加されている状態でも、一方の半導体発光素子２３ａに、順方向の閾値電圧Ｖ_ｔが印加されている場合には、一方の半導体発光素子２３ｂには電流が流れる。

また、一組の半導体発光素子２３ａ及び２３ｂと隣接する一組の半導体発光素子２３ａ及び２３ｂと接続する配線膜２４を跨ぐように補助配線膜２４ａが設けられている。

次に、図３及び４を参照して、半導体発光素子２３ａ及び２３ｂについて説明する。

半導体発光素子２３ａ及び２３ｂは、基板３１と、基板３１上に形成された半導体積層構造３２とを備えている。半導体積層構造３２は、基板３１側から順に、低温バッファ層３３、高温バッファ層３４、ｎ型半導体層３５、ＭＱＷ活性層３６、ｐ型半導体層３７、透明電極３８を有する。

低温バッファ層３３は、厚さ約０．００５μｍ〜約０．１μｍのＧａＮ層からなる。高温バッファ層３４は、厚さ約１μｍ〜約３μｍのアンドープのＧａＮ層からなる。この高温バッファ層３４は、各半導体発光素子２３ａ及び２３ｂを絶縁するために半絶縁性を有する。

ｎ型半導体層３５は、厚さ約１μｍ〜約５μｍからなり、ｎ型のドーパントであるＳｉがドープされたｎ−ＧａＮ層からなるコンタクト層と、ｎ−ＡｌＧａＮ層からなる閉じ込め層とを有する。ｎ型半導体層３５のコンタクト層の一部が露出するように、ＭＱＷ活性層３６、ｐ型半導体層３７及び透明電極３８の一部はエッチングされている。

ＭＱＷ活性層３６は、厚さ約０．０５μｍ〜約０．３μｍの多重量子井戸構造からなる。具体的には、ＭＱＷ活性層３６は、バンドギャップエネルギーが閉じ込め層よりも小さく、厚さ約１ｎｍ〜約３ｎｍのＩｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎからなる井戸層と、厚さ約１０ｎｍ〜約２０ｎｍのＧａＮ層からなるバリア層とが３組〜８組積層されている。

ｐ型半導体層３７は、厚さ約０．２μｍ〜約１．０μｍからなり、ｐ−ＡｌＧａＮ層からなる閉じ込め層と、ｐ−ＧａＮ層からなるコンタクト層とを有する。

透明電極３８は、ＭＱＷ活性層３６により発光された光が透過可能に、ｐ型半導体層３７の上面に形成されている。透明電極３８は、厚さ約０．０１μｍ〜約０．５μｍのＺｎＯ層からなる。尚、透明電極３８としては、ＩＴＯや薄いＮｉとＡｕからなる合金層などにより構成してもよい。

隣接する半導体発光素子２３ａ及び２３ｂの間には、高温バッファ層３４の一部と、ｎ型半導体層３５、ＭＱＷ活性層３６、ｐ型半導体層３７及び透明電極３８とがエッチングされることによって形成された、幅が約０．６μｍ〜約５μｍの分離溝３９が形成されている。分離溝３９には、ＳｉＯ_２からなり、隣接する半導体発光素子２３ａ及び２３ｂを絶縁するための絶縁膜４０が形成されている。

図４に示すように、半導体発光素子２３ａ及び２３ｂの透明電極３８と、隣接する半導体発光素子２３ａ及び２３ｂのｎ型半導体層３５のコンタクト層とを接続するために、配線膜２４が絶縁膜４０を跨いで形成されている。配線膜２４は、厚さ約０．３μｍ〜約１．０μｍのＡｕまたはＡｌなどの金属膜からなる。

電力入力端子２２ａ〜２２ｃは、Ｆｅ−Ｎｉメッキ、又は、Ｃｕ−Ｎｉメッキによって構成されている。電力入力端子２２ａは、パッド電極２５ａを介して、発光アレイ２１ａの一端部及び発光アレイ２１ｃの他端部に接続されている。電力入力端子２２ｂは、パッド電極２５ｂを介して、発光アレイ２１ｂの一端部及び発光アレイ２１ａの他端部に接続されている。電力入力端子２２ｃは、パッド電極２５ｃを介して、発光アレイ２１ｃの一端部及び発光アレイ２１ｂの他端部に接続されている。尚、電力入力端子２２ａ〜２２ｃは、金線又はＡｌ線を介してパッド電極２５ａ〜２５ｃに接続されている。

電力入力端子２２ａ〜２２ｃは、それぞれ、三相交流電源Ｐの出力端子１２ａ、１２ｂ及び１２ｃに接続されている。これによって、電力入力端子２２ａ〜２２ｃを介して、三相交流電源Ｐから、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃに異なる位相の交流電力が供給される。

尚、上記発光装置１は、既知の半導体製造方法等によって製造される。

次に、上記発光装置１を、モータ等に供給される三相交流電源Ｐに接続した場合の動作説明を図５を参照して説明する。図５は、各発光アレイに供給される交流電力の電圧−時間の関係図である。

尚、図５（ａ）で示す交流電力Ｐａが発光アレイ２１ａに供給されるものであり、図５（ｂ）で示す交流電力Ｐｂが発光アレイ２１ｂに供給されるものであり、図５（ｃ）で示す交流電力Ｐｃが発光アレイ２１ｃに供給されるものである。ここで図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃに供給される交流電力Ｐａ〜Ｐｃは、それぞれ、位相が周期Ｔの１／３ずつずれて、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃに供給される。また、Ｖ_ｔ及び−Ｖ_ｔは、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃの半導体発光素子２３ａ及び２３ｂを発光させるのに必要な閾値電圧である。

まず、図５（ａ）に示すように、時間ｔ_ａ１になると、発光アレイ２１ａに供給される電圧がＶ_ｔ以上になるので、発光アレイ２１ａが点灯する。次に、図５（ｃ）に示すように、時間ｔ_ｃ１になると、発光アレイ２１ｃに供給される電圧が−Ｖ_ｔ以下になるので、発光アレイ２１ｃが点灯する。従って、時間ｔ_ｃ１以降は、発光アレイ２１ａ及び２１ｃの両方が点灯することになる。

次に、図５（ａ）に示すように、時間ｔ_ａ２になると、発光アレイ２１ａに供給される電圧がＶ_ｔ以下になるので、発光アレイ２１ａは消灯する。しかし、発光アレイ２１ｃは、点灯状態を継続するので、発光装置１が消灯することはない。

次に、図５（ｂ）に示すように、時間ｔ_ｂ１になると、発光アレイ２１ｂに供給される電圧がＶ_ｔ以上になるので、発光アレイ２１ｂが点灯する。ここで発光アレイ２１ｃの点灯状態は継続されているので、時間ｔ_ｂ１以降は、発光アレイ２１ｂ及び２１ｃの両方が点灯することになる。

次に、図５（ｃ）に示すように、時間ｔ_ｃ２になると、発光アレイ２１ｃに供給される電圧が−Ｖ_ｔ以上になるので、発光アレイ２１ｃは消灯する。しかし、発光アレイ２１ｂは点灯状態を継続するので、発光装置１が消灯することはない。

以上説明した動作が、これ以降も繰り返され、常に３つの発光アレイ２１ａ〜２１ｃのうち、いずれか１つ又は２つの発光アレイ２１ａ〜２１ｃが点灯することになる。

上述したように、本発明による発光装置１は、３つの発光アレイ２１ａ〜２１ｃと、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃの一端部のそれぞれに、三相交流電源Ｐを接続するための３つの電力入力端子２２ａ〜２２ｃとを設けることによって、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃに位相の異なる３つの電力を供給することができる。これによって、発光アレイ２１ａ〜２１ｃのうち、いずれか１つ又は２つの発光アレイ２１ａ〜２１ｃに、絶対値が閾値電圧Ｖ_ｔ以上の電圧を常に供給することができる。

従って、発光アレイ２１ａ〜２１ｃのうち、いずれか１つ又は２つの発光アレイ２１ａ〜２１ｃを常に点灯させることができるので、発光装置１を常に点灯状態に保つこととができる。これによって、発光装置１のちらつきなども抑制することができる。

以上、上記実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

例えば、上記実施形態では、各発光アレイ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃに他端部を、それぞれ、電力入力端子２２ｂ、２２ｃ及び２２ａに接続するように構成したが、図６に示すように構成してもよい。具体的には、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃの他端部が、互いに補助配線膜２４ｂによって接続されるとともに、補助配線膜２４ｂの途中部にパッド電極２５ｄが形成されている。更に、パッド電極２５ｄは、金線又はＡｌ線を介して、接地されている接地端子２２ｄに接続されている。これによって、各発光アレイ２１ａ〜２１ｃの他端部は、接地端子２２ｄを介して、接地される。

また、上記実施形態で示した、半導体発光素子２３ａ及び２３ｂの構成及びその数は一例であり、所望の供給電圧などに対応させて適宜変更可能である。

上記実施形態では、発光装置１が常時点灯するように閾値電圧Ｖ_ｔを設定したが、発光装置１が一時的に消灯するように閾値電圧Ｖ_ｔを設定してもよい。

本発明の一実施形態による発光装置の全体構成図である発光装置の回路構成図である。発光装置を構成する半導体発光素子の概略の平面図である。発光装置を構成する半導体発光素子の断面図である。各発光アレイに供給される交流電力の電圧−時間の関係図である。本発明の変更形態による発光装置の全体構成図である。従来の発光装置を示す概略の全体構成図である。従来の発光装置に供給される交流電力を示す図である。

符号の説明

１発光装置
２１ａ〜２１ｃ発光アレイ
２２ａ〜２２ｃ電力入力端子
２２ｄ接地端子
２３ａ、２３ｂ半導体発光素子
２４配線膜
２４ａ、２４ｂ補助配線膜
２５ａ〜２５ｄパッド電極
３１基板
３２半導体積層構造
３３低温バッファ層
３４高温バッファ層
３５ｎ型半導体層
３６活性層
３７ｐ型半導体層
３８透明電極
３９分離溝
４０絶縁膜
Ｐ三相交流電源
Ｐａ交流電力
Ｐｂ交流電力
Ｐｃ交流電力
Ｖ_ｔ閾値電圧

Claims

同一基板上に形成された１又は複数の半導体発光素子を有する３つの発光アレイと、
前記各発光アレイの一端部に設けられ、三相交流電源が供給される３つの電力入力端子とを備え、
前記各電力入力端子には、それぞれ、３つの位相の異なる交流電力が供給されることを特徴とする発光装置。
前記３つの発光アレイの他端部は、互いに電気的に接続されて、接地されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記３つの発光アレイのうち、少なくともいずれか１つには、前記発光アレイを点灯させるのに必要な閾値電圧以上の電圧が供給されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の発光装置。
前記発光アレイは、２ｍ個の前記半導体発光素子を有し、
ｍ個の前記半導体発光素子は、残りのｍ個の前記半導体発光素子とは逆方向に電流が流れるように接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記各発光アレイは、同じ数の前記半導体発光素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。