JP2007266313A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】各LEDからの光の強度を個別に調整して一定強度の光を外部に放射するとともに小型化を図る。
【解決手段】発光部1は、赤色光を放射する赤色LED10と、緑色光を放射する緑色LED11と、青色光を放射する青色LED12とを備え、白色光を生成する。ベース部材2は、各LED10〜12が実装されたものである。各光検出部60〜62のそれぞれは、互いに異なるLED10〜12と対向してベース部材2内に設けられ、対向するLED10〜12から放射された光を検出する。制御部7は、各光検出部60〜62で検出された発色光の強度が、予め決められた発色光の強度となるように、各LED10〜12に供給される電流を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のLEDから光が放射される発光装置に関するものである。
従来、この種の発光装置(第1の従来の発光装置)は、図4に示すように、互いに波長の異なる光を放射する複数のLED90〜92をベース部材93に備え、これらのLED90〜92から放射される発色光によって混色光を生成して外部に放射するものである。各LED90〜92から放射された各発色光の強度は、供給される電流が初期から一定であっても、所定の放射時間が経過すると急激に低下する。このため、第1の従来の発光装置は、混色光の強度を検出する1つの光検出部94を備え、光検出部94で検出された発色光の強度が一定になるように、各LED90〜92に供給される電流を制御する。ここで、各LED90〜92からの発色光の強度は、それぞれ放射時間に対して傾向が異なっている。
ところが、第1の従来の発光装置は、光検出部94によって混色光の強度しか検出することができないものであった。よって、上記第1の従来の発光装置は、各LED90〜92からの発色光の強度が不明であるので、各LED90〜92に供給される電流を正確に制御することが難しいという問題があった。
上記問題を解決する第2の従来の発光装置として、例えば特許文献1などには、光検出素子が光の波長強度分布を各色領域で測定し、各色の発光強度及び発光強度比を所定の設定値に保つように各LEDの駆動回路の動作をフィードバック制御する照明装置が開示されている。
特開2002−344031号公報(第4〜6頁及び第3B図)
しかしながら、上記第1の従来の発光装置は、図4に示すように、光検出部94の設置スペースを各LED90〜92とは別に確保することによって大型になってしまうという問題があった。また、第2の従来の発光装置も同様に大型になってしまうという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、各LEDからの光の強度を個別に調整して一定強度の光を外部に放射することができるとともに小型化を図ることができる発光装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、電流が供給されるとそれぞれが光を放射する複数のLEDと、前記複数のLEDが実装されたベース部材と、それぞれが、互いに異なる前記LEDと対向して前記ベース部材内に設けられ、対向する当該LEDから放射された光を検出する複数の光検出部と、前記複数の光検出部のそれぞれで検出された光の強度が、予め決められた光の強度となるように、前記複数のLEDのそれぞれに供給される電流を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、各LEDの放射時間に対する光の強度変化がそれぞれ異なったとしても、各LEDからの光の強度を個別に調整して一定強度の光を外部に放射することができるとともに、複数の光検出部のそれぞれがベース部材内に設けられるので、各光検出部の設置スペースを各LEDの実装面に別途確保する必要がなく、発光装置の小型化を図ることができる。
本発明によれば、各LEDからの光の強度を個別に調整して一定強度の光を外部に放射することができるとともに小型化を図ることができる。
(実施形態1)
本発明の実施形態1について図1を用いて説明する。図1は、実施形態1の発光装置を示す図である。
まず、実施形態1の基本的な構成について説明する。実施形態1の発光装置は、白色光を外部に放射するものであり、図1に示すように、発光部1と、ベース部材2と、電流供給部3と、スペーサ4と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを備えている。
発光部1は、赤色LED(赤色発光ダイオード)10と、緑色LED(緑色発光ダイオード)11と、青色LED(青色発光ダイオード)12とを備えている。赤色LED10は、制御部7と電気的に接続し、この制御部7を介して電流供給部3から電流が供給されると赤色光を放射する。同様に、緑色LED11は、制御部7と接続し、この制御部7を介して電流供給部3から電流が供給されると緑色光を放射する。青色LED12は、制御部7と接続し、この制御部7を介して電流供給部3から電流が供給されると青色光を放射する。発光部1は、上記赤色光、緑色光及び青色光を組み合わせて白色光を生成する。ここで、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12から放射された各発色光の強度は、供給される電流が初期から一定であっても、所定の放射時間が経過すると急激に低下する。発色光の強度低下の度合いは、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12で異なる。
ベース部材2は、第1の実装基板20と第2の実装基板21とで構成されている。第1の実装基板20は、安価で導電性を有するn型シリコン(Si)基板である。上記のように第1の実装基板20としてシリコンを用いることによって、低コスト化を図ることができる。第1の実装基板20には、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装されている。上記第1の実装基板20は、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装された位置に電極200を備えている。電極200は、例えば銅、金、アルミニウム又は半田などの導電材料である。これらの電極200は、第1の実装基板20の上面に積層された導電材料の一部をエッチングで除去されることによって形成される。第2の実装基板21は、安価で導電性を有するn型シリコン基板であり、エッチングによって開口210が形成されたものである。上記のように第2の実装基板21としてシリコンを用いることによって、低コスト化を図ることができる。
上記ベース部材2は、第1の実装基板20と第2の実装基板21とが貼り合わされることによって、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装されたLED実装部22と、LED実装部22から上方に突出して設けられた壁部23,24とを備えている。
電流供給部3は、第2の実装基板21の上面に対してマスキング及び不純物の注入が繰り返されることによって壁部23に形成された集積回路(IC)である。この電流供給部3は、ボンディングワイヤ30を介して赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12のそれぞれと個別に電気的に接続し、さらに制御部7とも電気的に接続する。電流供給部3は、制御部7からの調整信号に基づいて、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12のそれぞれに電流をパルス幅変調(PWM)で供給する。このとき、電流供給部3は、予め決められた範囲でパルス幅の変更を可能とする。具体的には、発色光の強度を大きくするためにはパルス幅を広くし、発色光の強度を小さくするためにはパルス幅を狭くする。これにより、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12に供給する電流の大きさを一定にしたままパルス幅を変更して供給することができるので、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12において電流負荷の拡大を防止することができる。
スペーサ4は、例えばアルミニウム薄膜などであり、スパッタリング法によって壁部23,24の上面に形成される。なお、スペーサ4の膜厚は限定されるものではなく、用途に応じて適宜設定される。
保護カバー5は、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はガラスなどの透明材料で形成され、板状の基部50と、基部50の上面に設けられた複数の半球部51とを備えている。基部50は、下面の一部がスペーサ4の上面と接着し、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装された空間領域8をベース部材2及びスペーサ4とともに密閉する。複数の半球部51は、基部50が空間領域8を密閉したときに、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12の上方に位置する。上記保護カバー5は、赤色LED10からの赤色光、緑色LED11からの緑色光、及び青色LED12からの青色光を透過させて外部(上方)に放射させる。
複数の光検出部60〜62のそれぞれは、pn接合のフォトダイオードである。光検出部60はLED実装部22に赤色LED10と対向して設けられ、光検出部61はLED実装部22に緑色LED11と対向して設けられ、光検出部62はLED実装部22に青色LED12と対向して設けられている。各光検出部60〜62のp型領域は、第1の実装基板20の上面に対してマスキング及びp型不純物の注入が行われることによって、第1の実装基板20の上面から所定の深さまで形成される。n型領域は、p型領域に対してマスキング及びn型不純物の注入が行われることによって、第1の実装基板20の上面から所定の深さまで形成される。上記のようにしてLED実装部20の内部に各光検出部60〜62が形成される。
また、これらの光検出部60〜62のうち、光検出部60は、赤色LED10から放射された赤色光の強度を検出する。同様に、光検出部61は、緑色LED11から放射された緑色光の強度を検出する。光検出部62は、青色LED12から放射された青色光の強度を検出する。各光検出部60〜62は、制御部7と電気的に接続し、検出した発色光の強度を制御部7に伝達する。
制御部7は、第2の実装基板21の上面に対してマスキング及び不純物の注入が繰り返されることによって壁部24に形成された集積回路である。この制御部7は、記憶部(図示せず)と、比較部(図示せず)と、補正部(図示せず)とを備え、ボンディングワイヤ70を介して電流供給部3及び各光検出部60〜62と電気的に接続する。記憶部は、比較部と接続し、赤色光、緑色光及び青色光ごとに強度の基準値を予め記憶している。上記強度の基準値は、例えば各LED10〜12のそれぞれと同じロットのLEDの初期状態での強度の平均値などである。これにより、個々のLEDのばらつきを低減した値を基準値として用いることができる。なお、同じロットのLEDによる強度の平均値に代えて、各LED10〜12からの光の強度を製造時に初期値として検出し、この初期値を基準値として用いてもよい。
比較部(図示せず)は、各光検出部60〜62と接続し、さらに記憶部及び調整部(図示せず)と接続する。この比較部は、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12に電流が供給されたときに、各光検出部60〜62で検出された発色光の強度を検出値として入力する。比較部は、検出値を入力した後、この検出値が、記憶部に記憶されている基準値と同等又はほぼ同等であるか否かの比較を行い、比較結果に基づく比較信号を調整部に出力する。上記比較において検出値が基準値と同等又はほぼ同等であるとは、検出値が基準値と一致する場合だけでなく、検出値が基準値の上下10%以内である場合も含む。これにより、検出値のばらつきの影響を取り除くことができる。
調整部(図示せず)は、比較部(図示せず)と接続し、比較部から比較信号を発色光ごとに入力する。この調整部は、検出値が基準値と異なっていると、検出値が基準値と同等又はほぼ同等となるように、該当するLED10〜12に供給される電流を調整する。具体的には、検出値が基準値より小さい場合、該当するLED10〜12に供給される電流のパルス幅が広くなるように、電流供給部3に調整信号を出力する。
以上、実施形態1によれば、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12の放射時間に対する発色光の強度変化がそれぞれ異なったとしても、赤色LED10からの赤色光の強度、緑色LED11からの緑色光の強度、及び青色LED12からの青色光の強度を個別に調整して一定強度の白色光(混色光)を外部に放射することができる。また、各光検出部60〜62がベース部材2のLED実装部22の内部に設けられているので、各光検出部60〜62の設置スペースを別途確保する必要がなく、発光装置の小型化を図ることができる。
(実施形態2)
本発明の実施形態2について図1を用いて説明する。
実施形態2の発光装置は、図1に示すように、発光部1と、電流供給部3と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態2のベース部材2は、実施形態1のベース部材とは異なり、炭化珪素(SiC)で形成されている。炭化珪素のベース部材2は、シリコンのベース部材と同様に導電性を有するとともに、シリコンのベース部材より耐熱性に優れている。なお、実施形態2のベース部材2は、上記以外の点において、実施形態1のベース部材と同様である。
以上、実施形態2によれば、ベース部材2として炭化珪素を用いているので、耐熱性を向上させることができる。
(実施形態3)
本発明の実施形態3について図1を用いて説明する。
実施形態3の発光装置は、図1に示すように、発光部1と、ベース部材2と、電流供給部3と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態3の発光装置は、実施形態1の発光装置とは異なり、空間領域8を封止材料で封止するものである。封止材料は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂などの透明樹脂で形成され、透光性及び弾性を有する。これらの中で、シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂よりも耐熱性及び熱伝導率が高いので、高温でも変形することが少なく、また発光部1からの熱に対する放熱効果を高めることができる。上記封止材料は、液状の透明樹脂が空間領域8に注入されて熱硬化することによって形成される。なお、実施形態3の発光装置は、上記以外の点において、実施形態1の発光装置と同様である。
以上、実施形態3によれば、空間領域8を封止材料で封止しているので、空間領域8内の放熱効果を高めることができる。
(実施形態4)
本発明の実施形態4について図2を用いて説明する。図2は、実施形態4の発光装置を示す図である。
実施形態4の発光装置は、図2に示すように、発光部1と、電流供給部3と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態4のベース部材2aは、第1の実装基板20aと第2の実装基板21aとで構成されている。第1の実装基板20aには凹部201が形成されている。第1の実装基板20aにおいて赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装された位置のそれぞれには1対の貫通孔202・・・が形成され、両端には貫通孔203,203が形成されている。第1の実装基板20aの下面及び各貫通孔203,203の周囲には、熱酸化されて酸化シリコンとなった絶縁領域204が形成されている。また、第1の実装基板20aは、各貫通孔202,203を閉塞するように導電部205を備えている。導電部205は、例えば銅、金、アルミニウム又は半田などの導電材料である。さらに、第1の実装基板20aは、各貫通孔202,203の上方開口面に上面電極206を備え、下方開口面に下面電極207を備えている。上面電極206及び下面電極207は、例えば銅、金、アルミニウム又は半田などの導電材料であり、導電部205を介して導通している。上面電極206及び下面電極207は、第1の実装基板20aの上面及び下面に積層された導電材料の一部をエッチングで除去されることによって形成される。第2の実装基板21aは、エッチングによって開口210aが形成されたものである。なお、ベース部材2aは、上記以外の点において、実施形態1のベース部材2(図1参照)と同様である。
以上、実施形態4によれば、各LED10〜12の配線を貫通電極から取り出すことができるので、小型化を図ることができる。
(実施形態5)
本発明の実施形態5について図3を用いて説明する。図3は、実施形態5の発光装置を示す図である。
実施形態5の発光装置は、図3に示すように、発光部1と、電流供給部3と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを、実施形態4の発光装置と同様に備えているが、実施形態4の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態5のベース部材2bは、第1の実装基板20bと第2の実装基板21bとで構成されている。第1の実装基板20bの上面には、エッチングによって凹部201a〜201cが形成されている。凹部201aの底面には赤色LED10が実装され、凹部201bの底面には緑色LED11が実装され、凹部201cの底面には青色LED12が実装されている。
上記ベース部材2bは、第1の実装基板20bと第2の実装基板21bとが貼り合わされることによって、赤色LED10、緑色LED11及び青色LED12が実装されたLED実装部22aと、LED実装部22aから上方に突出して設けられた壁部23〜26とを備えている。なお、ベース部材2bは、上記以外の点において、実施形態4のベース部材2a(図4参照)と同様である。
以上、実施形態5によれば、各LED10〜12間に壁部23〜26が設けられるので、各光検出部60〜62において、対応するLED10〜12以外の発色光の検出を低減することができる。
なお、実施形態4,5の変形例として、ベース部材と保護カバーの間にスペーサを備える構成であってもよい。スペーサは、例えばアルミニウム薄膜などであり、スパッタリング法によってベース部材の上面に形成される。このような構成にしても、実施形態4,5と同様の効果を奏する。
また、実施形態1〜5の変形例として、発光部のすべてのLEDを同じ発色光を放射するものであってもよい。具体的には、すべて赤色LEDとしたり、すべて緑色LEDとしたり、すべて青色LEDとしたりすることである。これらの構成は、白色光を外部に放射するのではなく、赤色光、緑色光又は青色光を外部に放射する場合に用いられる。上記より、一定強度の赤色光、緑色光又は青色光を外部に放射することができる。
(実施形態6)
本発明の実施形態6について図1を用いて説明する。
実施形態6の発光装置は、図1に示すように、発光部1と、ベース部材2と、電流供給部3と、スペーサ4と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62とを備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態6の発光部1は、実施形態1の赤色LED10及び緑色LED11に代えて、2つの青色LEDを追加して合計3つの青色LEDを備える。なお、実施形態6の発光部は、上記以外の点において実施形態1の発光部と同様である。
実施形態6の保護カバー5は、透明材料に粒子状の黄色蛍光体を混合した混合物によって形成されている。実施形態6の黄色蛍光体は、例えばYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)系などであり、3つの青色LEDから放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する。このような保護カバー5を、3つの青色LEDから放射された青色光と、黄色蛍光体から放射された黄色光とが透過することによって、白色光が外部に照射される。なお、実施形態6の保護カバー5は、上記以外の点において実施形態1の保護カバーと同様である。
実施形態6の複数の光検出部60〜62のそれぞれは、互いに異なる青色LEDから放射された青色光の強度を検出する。各光検出部60〜62は、検出した青色光の強度を制御部7に伝達する。なお、実施形態6の複数の光検出部60〜62は、上記以外の点において実施形態1の複数の光検出部と同様である。
実施形態6の制御部7において、記憶部(図示せず)は青色光の強度の基準値を予め記憶している。比較部(図示せず)は、3つの青色LEDに電流が供給されたときに、各光検出部60〜62で検出された青色光の強度を検出値として入力する。比較部は、検出値と基準値の比較を行い、比較信号を調整部に出力する。調整部(図示せず)は、検出値が基準値と異なっていると、検出値が基準値と同等又はほぼ同等となるように、該当する青色LEDに供給される電流を調整する。なお、実施形態6の制御部7は、上記以外の点において実施形態1の制御部と同様である。
以上、実施形態6によれば、発光部1がすべて青色LEDであっても、一定強度の白色光を外部に放射することができる。
(実施形態7)
本発明の実施形態7について図1を用いて説明する。
実施形態7の発光装置は、図1に示すように、発光部1と、ベース部材2と、電流供給部3と、スペーサ4と、保護カバー5と、複数の光検出部60〜62と、制御部7とを備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分を有する。
実施形態7の発光部1は、実施形態1の緑色LED11に代えて、青色LEDを追加して合計2つの青色LEDと、赤色LEDとを備えている。なお、実施形態7の発光部1は、上記以外の点において実施形態1の発光部と同様である。
実施形態7の保護カバー5は、一方の青色LEDに対向する部分における上面又は下面に緑色蛍光体が形成されている。実施形態7の緑色蛍光体は、一方の青色LEDから放射された光によって励起されてブロードな緑色光を放射する。この緑色蛍光体の形成方法として、例えば、エポキシ樹脂など、透光性を有する樹脂に緑色蛍光体を分散保持して上面又は下面に塗布する方法がある。また、他の例として、緑色蛍光体を含有した透光性の樹脂をシート状に予め形成し、このシート状の樹脂を上面又は下面に張り合わせる方法、又は緑色蛍光体を蒸着やスパッタで形成する方法などがある。このような保護カバー5を、赤色LEDから放射された赤色光と、青色LEDから放射された青色光と、緑色蛍光体から放射された緑色光とが透過することによって、白色光が外部に照射される。なお、実施形態7の保護カバー5は、上記以外の点において実施形態1の保護カバーと同様である。
実施形態7の光検出部61は、青色LEDから放射された青色光の強度を検出する。各光検出部60〜62は、検出した赤色光及び青色光の強度を制御部7に伝達する。なお、実施形態7の複数の光検出部60〜62は、上記以外の点において実施形態1の複数の光検出部と同様である。
実施形態7の制御部7において、記憶部(図示せず)は赤色光及び青色光の強度の基準値を予め記憶している。比較部(図示せず)は、各LEDに電流が供給されたときに、各光検出部60〜62で検出された発色光の強度を検出値として入力する。比較部は、検出値と基準値の比較を行い、比較信号を調整部に出力する。調整部(図示せず)は、検出値が基準値と異なっていると、検出値が基準値と同等又はほぼ同等となるように、該当するLEDに供給される電流を調整する。なお、実施形態7の制御部7は、上記以外の点において実施形態1の制御部と同様である。
以上、実施形態7によれば、発光部1が赤色LEDと2つの青色LEDとの組み合わせであっても、一定強度の白色光を外部に放射することができる。
なお、実施形態6又は7の変形例として、黄色蛍光体又は緑色蛍光体に代えて、例えば赤色蛍光体などを、生成したい光の色に応じて用いてもよい。
本発明による実施形態1〜3,6,7の発光装置の断面図である。 本発明による実施形態4の発光装置の断面図である。 本発明による実施形態5の発光装置の断面図である。 従来の発光装置の断面図である。
符号の説明
1 発光部
10 赤色LED
11 緑色LED
12 青色LED
2 ベース部材
60〜62 光検出部
7 制御部

Claims (1)

  1. 電流が供給されるとそれぞれが光を放射する複数のLEDと、
    前記複数のLEDが実装されたベース部材と、
    それぞれが、互いに異なる前記LEDと対向して前記ベース部材内に設けられ、対向する当該LEDから放射された光を検出する複数の光検出部と、
    前記複数の光検出部のそれぞれで検出された光の強度が、予め決められた光の強度となるように、前記複数のLEDのそれぞれに供給される電流を制御する制御部と
    を備えることを特徴とする発光装置。
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