JP2011146640A

JP2011146640A - Ｌｅｄ光源

Info

Publication number: JP2011146640A
Application number: JP2010008240A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Seki; 静男関
Original assignee: FUJIKOM CORP
Current assignee: FUJIKOM CORP
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】演色性が良好で、略電球色から略昼光色まで色調を可変することが可能なＬＥＤ光源を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源１は、赤色ＬＥＤチップ７ａと、この赤色ＬＥＤチップ７ａを囲む複数の青色ＬＥＤチップ７ｂとが基板２の表面２ａに実装された複数のＬＥＤチップ群７と、複数のＬＥＤチップ群７による発光領域を画定する区画部３と、区画部３内に充填された蛍光体樹脂５とを備え、赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとが基板２の表面２ａで立体配線を用いて回路的に分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤ光源に関し、演色性が良好で、略電球色から略昼光色まで色調を可変することが可能なＣＯＢ（Chip On Board ）タイプのＬＥＤ光源に関する。

近年、ＬＥＤの低消費電力（白熱電球の１／１０）、長寿命（白熱電球の４０倍）の利点が時代の要請に応えられ、白熱電球に代わってＬＥＤを光源として用いたＬＥＤ電球の市場が急速に立ち上がっている。

この種の光源にＬＥＤを用いたＬＥＤ電球としては、例えば下記特許文献１に開示されるものが知られている。特許文献１に開示されるＬＥＤ電球は、図６に示すように、一端に口金１０１が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状部材１０２と、このラッパ状部材１０２の開口部に取り付けられ内面に蛍光体の層を有する透光性カバー１０５と、ラッパ状部材１０２と透光性カバー１０５により形成された略球体の内部に設けられた基板１０３と、この基板１０３の透光性カバー１０５に対向する外面に実装されたＬＥＤ素子１０４とを備えて概略構成される。

また、光源にＬＥＤを用いたＬＥＤ電球としては、電球内に２色（電球色相当／昼白色相当）のＬＥＤ光源を搭載し、お互いの発光バランスを制御して調色することで光の色や明るさが変えられるものも知られている。

これらのＬＥＤ電球は、電球形蛍光ランプに比べて、点滅の繰り返しに強い、点灯直後からすぐに明るい、発熱量が少ない、水銀を使用していない等の優れた特長を有している。

ところで、この種のＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤ光源としては、以下に説明する（１），（２）の２種類のタイプが採用されている。

（１）１パッケージ化された白色のＳＭＤ（Surface Mounted Device）光源をアルミ基板に実装したＳＭＤタイプのＬＥＤ光源

（２）アルミ基板またはセラミックス基板に青色発光素子を多数個実装し、蛍光体入りシリコーンで封止したＣＯＢ（Chip On Board ）タイプのＬＥＤ光源

両者のタイプのＬＥＤ光源を比較すると、ＣＯＢタイプのＬＥＤ光源は、ＳＭＤタイプのＬＥＤ光源に比べ、生産歩留りの点で不利な面もあるが、電球用の構成としては有利な点が多い。

ＣＯＢタイプのＬＥＤ光源の利点としては、面発光しているので、電球としての配光設計が容易である。また、多数個のＬＥＤチップを実装するので、効率の良い電流域を使用でき、発光効率の良い電球を構成することができる。さらに、光源の熱抵抗を低く設計できるので、放熱性の良い電球を構成することができる。

特開２００１−２４３８０７号公報

しかしながら、従来のＣＯＢタイプのＬＥＤ光源は、現状レベルがＲａ８２以下で演色性に不満があり、昼光色、電球色ともに演色性が良好とは言えなかった。

また、従来のＣＯＢタイプのＬＥＤ光源では、調色することができず、電球色から昼光色まで色調を可変することができないという課題があった。

このため、現状では、ＳＭＤタイプのＬＥＤ光源として、電球色ＳＭＤ光源と昼光色ＳＭＤ光源とをアルミ基板に実装し、発光色の異なったＳＭＤ光源の各発光量をコントロールすることで色調を可変させていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、演色性が良好で、略電球色から略昼光色まで色調を可変することが可能なＣＯＢタイプのＬＥＤ光源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、本発明の請求項１に記載されたＬＥＤ光源は、赤色ＬＥＤチップと、この赤色ＬＥＤチップを囲む複数の青色ＬＥＤチップとが基板の一方の面に実装された複数のＬＥＤチップ群と、
前記複数のＬＥＤチップ群による発光領域を画定する区画部と、
前記区画部内に充填された蛍光体樹脂とを備え、
前記赤色ＬＥＤチップと前記青色ＬＥＤチップとが前記基板の一方の面で立体配線を用いて回路的に分離されていることを特徴とする。

本発明によれば、青色ＬＥＤチップとそれにより励起された蛍光体の発光波長による分光分布のみならず、赤色ＬＥＤチップによる赤色発光の波長成分が加わり、赤色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとをバランス良くレイアウトすることにより高演色性を実現することができる。

また、青色ＬＥＤチップとは回路的に独立した赤色ＬＥＤチップの印加電流（ＰＷＭ駆動の場合は印加パルス幅）を変化させることにより、得られる光の色調が変化し、略電球色から略昼光色まで色調を連続的に可変することができる。

本発明に係るＬＥＤ光源の概略構成を示す図である。（ａ）本発明に係るＬＥＤ光源の側面図である。（ｂ）（ａ）の断面図である。本発明に係るＬＥＤ光源におけるＬＥＤチップの配線接続構成の一例を示す平面図である。（ａ）図３の部分拡大平面図である。（ｂ）（ａ）の断面図である。図３のＬＥＤ光源の等価回路図である。特許文献１に開示される従来のＬＥＤ電球の構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るＬＥＤ光源の概略構成を示す図、図２（ａ）は本発明に係るＬＥＤ光源の側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の断面図、図３は本発明に係るＬＥＤ光源におけるＬＥＤチップの配線接続構成の一例を示す平面図、図４（ａ）は図３の部分拡大平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面図、図５は図３のＬＥＤ光源の等価回路図である。

本発明に係るＬＥＤ光源は、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたものであり、特に、電球内に２色（青色／赤色）のＬＥＤチップを搭載し、お互いの発光バランスを制御して調色することで光の色や明るさを変えることができるＬＥＤ電球に用いて最適なＣＯＢタイプの光源である。

図１〜図４に示すように、本例のＬＥＤ光源１は、例えばアルミ基板や白色アルミナ基板等からなる略矩形状の基板２を基部としている。この基板２の表面２ａ（一方の面）には、所定高さを有する矩形状の区画部３が形成されている。区画部３は、例えば白色シリコーンゴム等のダム材からなり、矩形平面状の発光面４の領域を画定している。

また、図２（ｂ）や図４に示すように、区画部３内（発光面４の領域）には、区画部３と略同一高さまで蛍光体樹脂５が充填されている。蛍光体樹脂５は、例えばシリケート系の黄色蛍光体と透明シリコーンゴムとからなる。

さらに、図３に示すように、基板２の表面２ａには、所定パターン形状の配線パターン６が形成されている。そして、配線パターン６上には、複数のＬＥＤチップ群７が実装されている。

尚、図４（ａ）は、基板２としてアルミ基板を用いた例であり、配線パターン６上の複数のＬＥＤチップ群７の実装箇所に例えばＡｕによるボンディング用無電解メッキが施される。

ＬＥＤチップ群７は、図１や図４（ａ）の一点鎖線で示すように、１つの赤色ＬＥＤチップ７ａと、この赤色ＬＥＤチップ７ａの周囲（図１や図４（ａ）では、赤色ＬＥＤチップ７ａから等間隔の位置）に配置される４つの青色ＬＥＤチップ７ｂとを１ユニットとして構成される。

本例において、赤色ＬＥＤチップ７ａは、例えばＩｎＧａＡｌＰからなり、上面に−電極を有し、下面に＋電極を有する。また、青色ＬＥＤチップ７ｂは、例えばＩｎＧａＮからなり、上面に対向して＋電極と−電極を有する。

そして、基板２の表面２ａ上で区画部３の発光面４の領域には、図３に示すように、縦４×横６の２４ユニットのＬＥＤチップ群７が配線パターン６上に実装される。これら２４ユニットのＬＥＤチップ群７は、各ユニットの赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとをバランス良くレイアウトし、各ユニットの赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとが回路的に分離されるように、立体配線を用いて配線パターン６上に実装される。

図３に示すように、配線パターン６は、赤色ＬＥＤチップ７ａが実装される赤色用配線パターン６ａと、青色ＬＥＤチップ７ｂが実装される青色用配線パターン６ｂとからなる。

また、図１や図３に示すように、配線パターン６が形成される基板２の表面２ａには、端子部８を有するコネクタ９が設けられている。端子部８は、赤色用配線パターン６ａを介して各赤色ＬＥＤチップ７ａと接続される赤色用端子８ａ（＋Ｒ，−Ｒ）と、青色用配線パターン６ｂを介して各青色ＬＥＤチップ７ｂと接続される青色用端子８ｂ（＋Ｂ，−Ｂ）とからなる。

図１や図３の例では、区画部３の外側で基板２の表面２ａの中央上部に端子部８が設けられ、赤色ＬＥＤチップ７ａの＋電極と接続される赤色用端子８ａの＋Ｒ、赤色ＬＥＤチップ７ｂの−電極と接続される赤色用端子８ａのーＲ、青色ＬＥＤチップ７ｂの−電極と接続される青色用端子８ｂのーＧ、青色ＬＥＤチップ７ｂの＋電極と接続される青色用端子８ｂの＋Ｂの順に並設されている。

そして、図１に示すように、赤色用端子８ａの＋Ｒ，−Ｒは、各赤色ＬＥＤチップ７ａを駆動するための赤色用駆動回路１０に接続される。また、青色用端子８ｂの＋Ｂ，−Ｂは、各青色ＬＥＤチップ７ｂを駆動するための青色用駆動回路１１に接続される。

さらに、図１に示すように、赤色用駆動回路１０と青色用駆動回路１１は制御回路１２に接続され、制御回路１２には受信器１３が接続される。受信器１３は、基板２の所定箇所（例えば図１の下部中央の丸部分）に取り付けられ、送信器１４から送信される操作信号を受信して制御回路１２に出力している。送信器１４は、利用者が操作するリモコン等で構成され、ＬＥＤ光源１の電源のオン・オフ、色調の度合い等を指示する操作信号を送信している。そして、制御回路１２は、送信器１４からの操作信号を受信器１３で受信し、この受信した操作信号の指示内容に従ってＬＥＤ光源１の電源のオン・オフを制御したり、所望の色調を得るべく赤色用駆動回路１０と青色用駆動回路１１を個別に駆動制御している。尚、制御回路１２には、電源回路２１が接続されており、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）をＤＣ２４Ｖ程度の電圧（赤色ＬＥＤチップ：ＩＦ＝４０ｍＡ、青色ＬＥＤチップ：ＩＦ＝２４０ｍＡ）に変換し、各ＬＥＤチップ群７の駆動に必要な電源が供給されるようになっている。

次に、上述したＬＥＤ光源１において、立体配線を用いたＬＥＤチップ群７の配線構造の具体例について説明する（図３参照）。

まず、各ＬＥＤチップ群７の青色ＬＥＤチップ７ｂに関して、１行目から７行目までの各青色ＬＥＤチップ７ｂは、行列方向に所定間隔をおいて形成される矩形状の配線パターン６ｂ１の上端部にそれぞれボンディングされる。そして、各行１２個の青色ＬＥＤチップ７ｂは、各列毎に配線パターン６ｂ１を介してワイヤボンディングされる。また、１行目の１２個の青色ＬＥＤチップ７ｂは、一部が青色用端子８ｂのーＢに接続される直線状の配線パターン６ｂ２にワイヤボンディングされる。さらに、８行目の１２個の青色ＬＥＤチップ７ｂは、右端部が区画部３に沿いながら引き出されて青色用端子８ｂの＋Ｂに接続される配線パターン６ｂ３の櫛歯先端部にそれぞれワイヤボンディングされる。

これにより、図５の等価回路図に示すように、８個の青色ＬＥＤチップ７ｂを直列接続したものが並列接続され、その両端が青色用端子８ｂの＋Ｂ，−Ｂに配線接続される。

また、各ＬＥＤチップ群７の赤色ＬＥＤチップ７ａに関して、１行目の右端を除く５個の赤色ＬＥＤチップ７ａは、青色ＬＥＤチップ７ｂ間を通る略Ｓ字状の配線パターン６ａ１の一端部にそれぞれボンディングされ、この配線パターン６ａ１の他端部を介して隣り合う赤色ＬＥＤチップ７ａ間がワイヤボンディングされる。また、２行目の左端を除く５個の赤色ＬＥＤチップ７ａは、青色ＬＥＤチップ７ｂ間を通る略逆Ｓ字状の配線パターン６ａ２の一端部にそれぞれボンディングされ、この配線パターン６ａ２の他端部を介して隣り合う赤色ＬＥＤチップ７ａ間がワイヤボンディングされる。さらに、１行目の右端の配線パターン６ａ１の他端部と２行目の配線パターン６ａ２との間は、上端に１行目の右端の赤色ＬＥＤチップ７ａがボンディングされた直線状の配線パターン６ａ３を介してワイヤボンディングされる。

同様に、３行目の右端を除く５個の赤色ＬＥＤチップ７ａは、青色ＬＥＤチップ７ｂ間を通る略Ｓ字状の配線パターン６ａ４の一端部にそれぞれボンディングされ、この配線パターン６ａ４の他端部を介して隣り合う赤色ＬＥＤチップ７ａ間がワイヤボンディングされる。また、４行目の左端を除く５個の赤色ＬＥＤチップ７ａは、青色ＬＥＤチップ７ｂ間を通る略逆Ｓ字状の配線パターン６ａ５の一端部にそれぞれボンディングされ、この配線パターン６ａ５の他端部を介して隣り合う赤色ＬＥＤチップ７ａ間がワイヤボンディングされる。さらに、３行目の右端の配線パターン６ａ４の他端部と４行目の配線パターン６ａ５との間は、上端に３行目の右端の赤色ＬＥＤ７ａがボンディングされた直線状の配線パターン６ａ６を介してワイヤボンディングされる。

そして、１行目の左端の赤色ＬＥＤチップ７ａとワイヤボンディングされる配線パターン６ａ７は、１行目と２行目の左端の青色ＬＥＤチップ７ｂの配線パターン６ｂ１間を通り、区画部３に沿って区画部３の外側上部に引き出され、２つに分岐した分岐配線パターン１５を形成している。この分岐配線パターン１５の一方１５ａは、赤色用端子８ａのーＲに接続される。また、分岐配線パターン１５の他方１５ｂは、基板２の表面２ａから所定高さ浮いて位置する厚膜抵抗器１６の一端に接続される。

また、３行目の左端の赤色ＬＥＤチップ７ａとワイヤボンディングされる配線パターン６ａ８は、５行目と６行目の左端の青色ＬＥＤチップ７ｂの配線パターン６ｂ１間を通り、区画部３に沿って区画部３の外側上に引き出され、厚膜抵抗器１６の他端に接続される。厚膜抵抗器１６は、０Ωの抵抗からなり、配線パターン６ａ７と配線パターン６ａ８との間を接続するジャンパー線として機能する。

さらに、２行目の左端の赤色ＬＥＤチップ７ａがボンディングされる配線パターン６ａ９は、３行目と４行目の左端の青色ＬＥＤチップ７ｂの配線パターン６ｂ１間を通り区画部３に沿って区画部３の外側上部に引き出され、厚膜抵抗器１６の下部を通って２つに分岐した分岐配線パターン１７を形成している。この分岐配線パターン１７は、一方１７ａが赤色用端子８ａの＋Ｒに接続され、他方１７ｂが区画部３に沿って延出し、４行目の左端の赤色ＬＥＤチップ７ａがボンディングされる配線パターン６ａ１０と接続される。

これにより、図５の等価回路図に示すように、１２個の赤色ＬＥＤチップ７ａを直列接続したものが並列接続され、その両端が赤色用端子８ａの＋Ｒ，−Ｒに配線接続される。

このように、本例のＬＥＤ光源１では、各ユニットの赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとをバランス良くレイアウトし、基板２の一方の面で赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとが回路的に分離するように、ワイヤボンディングや厚膜抵抗器１６による立体配線を用いて複数のＬＥＤチップ群７における赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂの配線パターン６を区画部３の内側から外側に引き出し、一ヶ所にまとめてコネクタ９の端子部８に接続している。

そして、本例のＬＥＤ光源１では、送信器１４から受信器１３が受信した操作信号に基づく制御回路１２の制御によって青色用駆動回路１１のみを駆動すると、各ＬＥＤチップ群７の青色ＬＥＤチップ７ｂが発光し、この青色ＬＥＤチップ７ｂから発光した光と、それにより励起された蛍光体樹脂５の蛍光体の発光波長による分光分布により、略昼白色相当の光が得られる。その際、送信器１４からの操作信号に基づく制御回路１２の制御により、青色用駆動回路１１による青色ＬＥＤチップ７ｂの印加電流を制御すれば、出射される光の光量を可変することができる。尚、ＬＥＤ光源１をＰＷＭ駆動する場合は、印加電流の制御に代えて、定電流により印加パルス幅を制御することになる。

また、送信器１４から受信器１３が受信した操作信号に基づく制御回路１２の制御により、青色用駆動回路１１に加えて赤色用駆動回路１２を駆動すると、各ＬＥＤチップ群７の赤色ＬＥＤチップ７ａも発光し、上記の分光分布のみならず、赤色ＬＥＤチップ７ａによる赤色発光の波長成分が加わり、略電球色相当の光が得られる。その際、送信器１４からの操作信号に基づく制御回路１２の制御により、青色用駆動回路１１による青色ＬＥＤチップ７ｂの印加電流（ＰＷＭ駆動では印加パルス幅）および赤色用駆動回路１２の制御による赤色ＬＥＤチップ７ａへの印加電流（ＰＷＭ駆動では印加パルス幅）を制御すれば、出射される光の光量を可変することができる。

また、送信器１４からの操作信号に基づく制御回路１２の制御により、青色用駆動回路１１による青色ＬＥＤチップ７ｂの印加電流（ＰＷＭ駆動では印加パルス幅）を一定とし、赤色用駆動回路１２の制御による赤色ＬＥＤチップ７ａへの印加電流（ＰＷＭ駆動では印加パルス幅）を可変すれば、得られる光の色調が変化する。

このように、本例のＬＥＤ光源１によれば、青色ＬＥＤチップ７ｂとそれにより励起された蛍光体の発光波長による分光分布のみならず、赤色ＬＥＤチップ７ａによる赤色発光の波長成分が加わり、赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとをバランス良くレイアウトすることにより高演色性を実現することができる。

また、青色ＬＥＤチップ７ｂとは回路的に独立した赤色ＬＥＤチップ７ａの印加電流（ＰＷＭ駆動では印加パルス幅）を変化させることにより、得られる光の色調が変化し、略電球色から略昼光色まで色調を連続的に可変することができる。さらに、一層の基板２を立体配線しているので良好な放熱性を得ることができる。

ところで、ＬＥＤチップ群７の構成及び配置は、図１に限定されるものではない。すなわち、複数のＬＥＤツップ群７における赤色ＬＥＤチップ７ａと青色ＬＥＤチップ７ｂとが基板２の一方の面で回路的に分離して色調が可変でき、かつ十分な演色性が得られる構成及び配置であれば良い。

また、本発明に係るＬＥＤ光源１は、例えば図６に示すＬＥＤ電球（基板１０３と差し替えて基板２を実装）に用いるのに最適な構成であるが、これに限定されるものではなく、例えば投光器などの光源として用いることもできる。

１ＬＥＤ光源
２基板
２ａ表面
３区画部
４発光面
５蛍光体樹脂
６配線パターン
６ａ（６ａ１〜６ａ１０）赤色用配線パターン
６ｂ（６ｂ１〜６ｂ３）青色用配線パターン
７ＬＥＤチップ群
７ａ赤色ＬＥＤチップ
７ｂ青色ＬＥＤチップ
８端子部
８ａ（＋Ｒ，−Ｒ）赤色用端子
８ｂ（＋Ｂ，−Ｂ）青色用端子
９コネクタ
１０赤色用駆動回路
１１青色用駆動回路
１２制御回路
１３受信器
１４送信器
１５，１７分岐配線パターン
１６厚膜抵抗器

Claims

赤色ＬＥＤチップと、この赤色ＬＥＤチップを囲む複数の青色ＬＥＤチップとが基板の一方の面に実装された複数のＬＥＤチップ群と、
前記複数のＬＥＤチップ群による発光領域を画定する区画部と、
前記区画部内に充填された蛍光体樹脂とを備え、
前記赤色ＬＥＤチップと前記青色ＬＥＤチップとが前記基板の一方の面で立体配線を用いて回路的に分離されていることを特徴とするＬＥＤ光源。