JP5005967B2 - Light source system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発光素子を含む光源と、これを用いた光源システムに関する。 The present invention relates to a light source including a plurality of light emitting elements and a light source system using the light source.
発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下「LED」と称する。)や半導体レーザ等の発光素子は、各種の発光デバイスに使用されている。特に、複数の発光素子を基板上に集積化した光源は、液晶バックライト用光源、インジゲータ用光源、ディスプレイ用光源、読み取りセンサ用光源等へ適用されている。しかし、複数の発光素子を集積化した光源には、発光素子から発せられる熱により、例えば発光素子が実装された基板が劣化する等の課題があった。 Light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) and semiconductor lasers are used in various light emitting devices. In particular, a light source in which a plurality of light emitting elements are integrated on a substrate is applied to a liquid crystal backlight light source, an indicator light source, a display light source, a reading sensor light source, and the like. However, a light source in which a plurality of light emitting elements are integrated has problems such as deterioration of a substrate on which the light emitting elements are mounted due to heat generated from the light emitting elements.
上記課題を解決するため、特許文献1や特許文献2には、LEDのジャンクション温度(Tj)に応じてLEDに投入する電流値を制御できる光源が提案されている。この光源によれば、LEDのTjの上昇を抑制することができる。
しかし、特許文献1や特許文献2に開示された光源では、全てのLEDに対して一律に投入電流値を制御するため、例えば、基板の中心に実装されたLEDのTjと、基板の端部に実装されたLEDのTjとで差異が生じ、基板面内の温度分布が不均一になる可能性があった。そのため、上記光源では、基板の反り等の不具合が生じるおそれがあった。
However, in the light sources disclosed in
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板面内の温度分布を均一化することができる光源と、これを用いた光源システムを提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a light source capable of making the temperature distribution in the substrate surface uniform and a light source system using the light source.
本発明の光源システムは、発光ダイオードからなる第1発光素子が複数個直列に接続されて実装された第1回路と、発光ダイオードからなる第2発光素子が複数個直列に接続されて実装された第2回路とを備え、前記第1発光素子が前記第2発光素子を少なくとも三方から囲むように基板上に配列されている光源システムであって、前記第1回路と前記第2回路とに接続された電流制御部を含み、前記第1回路と前記第2回路とは、電気的に遮断可能であり、前記電流制御部は、前記第2発光素子に投入される電流値が前記第1発光素子に投入される電流値より小さくなるように制御して、前記第1発光素子のジャンクション温度と前記第2発光素子のジャンクション温度との差を1℃程度としたことを特徴とする。 In the light source system of the present invention, a first circuit in which a plurality of first light emitting elements made of light emitting diodes are connected in series and a plurality of second light emitting elements made of light emitting diodes are mounted in series. A light source system, wherein the first light emitting element is arranged on a substrate so as to surround the second light emitting element from at least three sides, and is connected to the first circuit and the second circuit The first circuit and the second circuit can be electrically cut off, and the current control unit is configured such that a current value input to the second light emitting element is the first light emission. The difference between the junction temperature of the first light-emitting element and the junction temperature of the second light-emitting element is controlled to be about 1 ° C. by controlling the current value to be smaller than the current value supplied to the element .
本発明の光源システムによれば、温度が上昇し易い発光素子に対し、その他の発光素子よりも投入電流を低減することで、基板面内の温度分布を均一化することができる。これにより、例えば基板の反り等の不具合を防止し、光源システムの長寿命化が可能となる。 According to the optical source system of the present invention, to easily emitting element temperature rises, that over other light emitting elements to reduce the making current, it is possible to uniform the temperature distribution in the substrate plane. Thereby, for example, problems such as substrate warpage can be prevented, and the life of the light source system can be extended.
本発明の光源は、第1回路及び第2回路が形成された基板と、前記第1回路に実装された少なくとも3つの第1発光素子と、前記第2回路に実装され、かつ複数の前記第1発光素子に囲まれた少なくとも1つの第2発光素子とを含む。 The light source of the present invention includes a substrate on which a first circuit and a second circuit are formed, at least three first light-emitting elements mounted on the first circuit, mounted on the second circuit, and a plurality of the first light-emitting elements. And at least one second light emitting element surrounded by one light emitting element.
上記基板を構成する基材は特に限定されず、例えば、Al2O3、AlN等からなるセラミック基材や、無機フィラと熱硬化性樹脂とを含むコンポジット基材等を使用できる。あるいは、上記基板の放熱性を高めるために、アルミニウム等からなる金属基材上に電気絶縁層(例えば上記コンポジット基材)を形成した積層基材を使用することもできる。上記基材の厚みは、例えば0.5〜3mm程度である。 Base material constituting the above substrate is not particularly limited, for example, or a ceramic substrate made of Al 2 O 3, AlN or the like, a composite substrate or the like containing an inorganic filler and a thermosetting resin can be used. Or in order to improve the heat dissipation of the said board | substrate, the laminated base material which formed the electrically insulating layer (for example, the said composite base material) on the metal base material which consists of aluminum etc. can also be used. The thickness of the base material is, for example, about 0.5 to 3 mm.
上記第1及び第2発光素子としては、例えば、波長が590〜650nmの赤色光を発する赤色LEDや、波長が500〜550nmの緑色光を発する緑色LEDや、波長が450〜500nmの青色光を発する青色LED等を使用することができる。上記赤色LEDとしては、例えばAlInGaP系材料を用いたLEDが使用できる。また、上記緑色LEDや上記青色LEDとしては、例えばInGaAlN系材料を用いたLEDが使用できる。なお、本発明において、上記第1発光素子の個数は3つ以上であれば特に限定されない。また、上記第1発光素子に囲まれる上記第2発光素子の個数についても特に限定されず、少なくとも1つ備えていればよい。 Examples of the first and second light emitting elements include a red LED that emits red light having a wavelength of 590 to 650 nm, a green LED that emits green light having a wavelength of 500 to 550 nm, and a blue light having a wavelength of 450 to 500 nm. A blue LED or the like that emits light can be used. As the red LED, for example, an LED using an AlInGaP-based material can be used. Moreover, as said green LED and said blue LED, LED using InGaAlN type material can be used, for example. In the present invention, the number of the first light emitting elements is not particularly limited as long as it is three or more. Further, the number of the second light emitting elements surrounded by the first light emitting elements is not particularly limited as long as at least one is provided.
本発明の光源システムを白色光源用システムとして使用する場合は、上記第1及び第2発光素子として青色LEDを使用し、かつ上記第1及び第2発光素子を覆うようにして蛍光体層を形成すればよい。例えば、上記第1及び第2発光素子から発せられた光を吸収し蛍光を発する蛍光体をシリコーン樹脂等に分散させて蛍光体ペーストを形成し、上記第1及び第2発光素子上に上記蛍光体ペーストを塗布して上記蛍光体層を形成すればよい。上記蛍光体としては、例えば、ガーネット構造系Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+、シリケート系(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ca-Al-Si-O-N:Eu2+、シリケート系(Sr,Ca)2SiO4:Eu2+、ガーネット構造系(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Sr2Si5N8:Eu2+、ニトリドアルミノシリケート系CaAlSiN3:Eu2+、オクソニトリドアルミノシリケート系Sr2Si4AlON7:Eu2+、硫化物系CaS:Eu2+等の赤色光を発する蛍光体等が使用できる。 When the light source system of the present invention is used as a white light source system, a blue LED is used as the first and second light emitting elements, and a phosphor layer is formed so as to cover the first and second light emitting elements. do it. For example, a phosphor paste that absorbs light emitted from the first and second light emitting elements and emits fluorescence is dispersed in silicone resin or the like to form a phosphor paste, and the fluorescent light is formed on the first and second light emitting elements. The phosphor layer may be formed by applying a body paste. Examples of the phosphor include phosphors emitting green light, such as garnet structure system Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce 3+ , silicate system (Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Sialon type Ca—Al—Si—O—N: Eu 2+ , silicate type (Sr, Ca) 2 SiO 4 : Eu 2+ , garnet structure type (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ Phosphors emitting yellow light, nitridosilicate Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , nitridoaluminosilicate CaAlSiN 3 : Eu 2+ , oxonitridoaluminosilicate Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2 + , Phosphors emitting red light such as sulfide-based CaS: Eu 2+ can be used.
そして、本発明の光源は、上記第1回路と上記第2回路とが電気的に遮断可能である。上記第2発光素子は、上記第1発光素子に囲まれているため、上記第1発光素子に比べ熱の放散性が低下し、温度が上昇し易い。本発明では、上記第1回路と上記第2回路とが電気的に遮断可能であるため、温度が上昇し易い第2発光素子への投入電流が、温度が比較的上昇し難い第1発光素子への投入電流より小さくなるように制御できる。これにより、基板面内の温度分布を均一化することができる。よって、本発明の光源によれば、例えば基板の反り等の不具合を防止し、光源の長寿命化が可能となる。また、無駄な投入電流を低減できるため、省エネルギー化が容易となる。 In the light source of the present invention, the first circuit and the second circuit can be electrically cut off. Since the second light-emitting element is surrounded by the first light-emitting element, the heat dissipating property is lowered and the temperature is likely to rise as compared with the first light-emitting element. In the present invention, since the first circuit and the second circuit can be electrically disconnected, the first light-emitting element in which the current applied to the second light-emitting element that easily rises in temperature is relatively difficult to rise in temperature. The current can be controlled to be smaller than the input current. Thereby, the temperature distribution in the substrate surface can be made uniform. Therefore, according to the light source of the present invention, for example, problems such as substrate warpage can be prevented, and the life of the light source can be extended. Moreover, since a wasteful input current can be reduced, energy saving is facilitated.
上記第1回路と上記第2回路とは、電気的に遮断可能であればよく、例えば上記第1回路と上記第2回路とが電気的に接触することなく、それぞれ独立して形成されていてもよいし、上記第1回路と上記第2回路とが、開閉スイッチを介して接続されていてもよい。 The first circuit and the second circuit are only required to be electrically cut off. For example, the first circuit and the second circuit are formed independently without being in electrical contact with each other. Alternatively, the first circuit and the second circuit may be connected via an open / close switch.
次に、本発明の光源システムについて説明する。本発明の光源システムは、上記本発明の光源の構成に加え、上記第1及び第2回路に接続された電流制御部を更に含む。上記電流制御部は、上記第2発光素子に投入される電流値が上記第1発光素子に投入される電流値より小さくなるように制御する。これにより、上述したように基板面内の温度分布を均一化することができる。よって、本発明の光源システムによれば、例えば基板の反り等の不具合を防止し、光源システムの長寿命化が可能となる。また、無駄な投入電流を低減できるため、省エネルギー化が容易となる。なお、上記電流制御部は、例えばコンピュータに使用される演算処理装置等が使用できる。 Next, the light source system of the present invention will be described. The light source system of the present invention further includes a current control unit connected to the first and second circuits in addition to the configuration of the light source of the present invention. The current controller controls the current value input to the second light emitting element to be smaller than the current value input to the first light emitting element. Thereby, as described above, the temperature distribution in the substrate surface can be made uniform. Therefore, according to the light source system of the present invention, for example, problems such as substrate warpage can be prevented, and the life of the light source system can be extended. Moreover, since a wasteful input current can be reduced, energy saving is facilitated. In addition, the said current control part can use the arithmetic processing unit etc. which are used for a computer, for example.
本発明の光源システムは、上記電流制御部が、上記第1及び第2発光素子のそれぞれに印加される電圧値に基づいて、上記第1及び第2発光素子のそれぞれに投入される電流値を制御する光源システムであってもよい。光源システムを点灯させた際、上記第1及び第2発光素子の温度上昇の程度によって、それぞれに印加される電圧値が変化する。その印加される電圧値に基づいてそれぞれに投入される電流値を制御することによって、基板面内の温度分布の均一化がより容易となる。 In the light source system of the present invention, the current control unit determines a current value input to each of the first and second light emitting elements based on a voltage value applied to each of the first and second light emitting elements. It may be a light source system to be controlled. When the light source system is turned on, the voltage value applied to each of the first and second light emitting elements varies depending on the degree of temperature rise of the first and second light emitting elements. By controlling the current value supplied to each based on the applied voltage value, it becomes easier to make the temperature distribution in the substrate surface uniform.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the drawings to be referred to, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る光源の概略平面図である。また、図2は、図1に示す光源を用いた本発明の一実施形態に係る光源システムの概略構成図である。なお、図1において、回路は省略して描いている。 FIG. 1 is a schematic plan view of a light source according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a light source system according to an embodiment of the present invention using the light source shown in FIG. In FIG. 1, the circuit is omitted.
図1に示すように、光源1は、基板11と、基板11上の領域Xに配置された12個の第1発光素子13と、基板11上の領域Yに配置された4個の第2発光素子15と、基板11上の領域Zに配置された20個の第3発光素子17とを含む。第2発光素子15は第1発光素子13に囲まれており、第1発光素子13は第3発光素子17に囲まれている。また、図2に示すように、第1〜第3発光素子13,15,17は、それぞれ第1〜第3回路12,14,16に実装されている。そして、第1〜第3回路12,14,16には、それぞれ回路に流れる電流を一定の値に維持する定電流制御部18が設けられている。また、第1〜第3回路12,14,16は、相互に電気的に遮断可能となるように形成されている。なお、参照符号20は、第1〜第3回路12,14,16のそれぞれに設けられた端子である。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、光源システム2は、上述した光源1と、それぞれの定電流制御部18に接続された中央制御部19とを含む。中央制御部19は、第1及び第2発光素子13,15のそれぞれに印加される電圧値に基づいて、第2発光素子15に投入される電流値が第1発光素子13に投入される電流値より小さくなるように制御する。これにより、基板11の面内における温度分布を均一化することができるため、例えば基板11の反り等の不具合を防止することができる。なお、中央制御部19は、上述した「電流制御部」に相当する。
As shown in FIG. 2, the
また、中央制御部19は、第1及び第3発光素子13,17のそれぞれに印加される電圧値に基づいて、第1発光素子13に投入される電流値が第3発光素子17に投入される電流値より小さくなるように制御する。これにより、基板11の面内における温度分布をより均一化することができるため、例えば基板11の反り等の不具合を確実に防止することができる。
Further, the
以上、本発明の光源及び光源システムについて説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図3に示すように、領域Yの周囲の全てを領域Xが囲んでいなくても良い。また、図4に示すように、領域Yが、4つの分割された領域Xに囲まれていても良い。 Although the light source and the light source system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG. 3, the region X does not have to surround all around the region Y. Further, as shown in FIG. 4, the region Y may be surrounded by four divided regions X.
以下、本発明の実施例について説明する。なお本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. The present invention is not limited to this example.
本発明の実施例として、図1に示す光源を用いて図2に示す光源システムを作製し、以下に示す方法で評価した。基板としては、Al2O3からなる基板(24mm×30mm、厚み:1mm)を用いた。第1〜第3発光素子としては、いずれもGaN系材料からなる青色LED(1mm×1mm、厚み:300μm)を用いた。 As an example of the present invention, the light source system shown in FIG. 2 was produced using the light source shown in FIG. As the substrate, a substrate made of Al 2 O 3 (24 mm × 30 mm, thickness: 1 mm) was used. As the first to third light emitting elements, blue LEDs (1 mm × 1 mm, thickness: 300 μm) made of a GaN-based material were used.
(ジャンクション温度と電圧との関係)
上記実施例の光源システムを19℃、38℃、57℃及び73℃に維持された恒温槽内にそれぞれ載置して1時間放置し、定常状態となった後で、第1〜第3発光素子をそれぞれ任意に1つずつ選び、それらの発光素子における光取り出し側の主面の温度を測定して、その値をジャンクション温度(Tj)とした。これと同時に、第1〜第3発光素子のそれぞれに1mAの電流を投入し、それぞれの発光素子に印加される電圧(1つあたりに印加される電圧)を測定した。結果を図5に示す。図5に示すように、Tjと電圧との関係については、第1〜第3発光素子で相違はなかった。
(Relationship between junction temperature and voltage)
The light source system of the above embodiment was placed in a thermostat maintained at 19 ° C., 38 ° C., 57 ° C., and 73 ° C., and left for 1 hour. Each element was selected arbitrarily, the temperature of the main surface on the light extraction side of each light emitting element was measured, and the value was defined as the junction temperature (Tj). At the same time, a current of 1 mA was applied to each of the first to third light emitting elements, and the voltage applied to each light emitting element (voltage applied per one) was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, regarding the relationship between Tj and voltage, there was no difference between the first to third light emitting elements.
(投入電流値とTjとの関係)
上記実施例の光源システムの第1〜第3発光素子のそれぞれに、同じ大きさの電流(50mA、100mA、150mA、200mA及び250mA)を投入して1時間点灯させた後で、それぞれの発光素子に印加される電圧(1つあたりに印加される電圧)を測定し、その値からTjを算出した。結果を図6に示す。図6に示すように、第3発光素子については、Tjが比較的安定していたが、第1及び第2発光素子については、投入電流値が大きくなるにつれTjが高くなる傾向が見られた。そこで、中央制御部により、第1〜第3発光素子に対してそれぞれ150mA、125mA及び200mAの電流を投入して1時間点灯させた後で、上述と同様にTjを算出したところ、これらのTjの差は1℃程度となった。また、中央制御部により、第1〜第3発光素子に対してそれぞれ150mA、120mA及び150mAの電流を投入して1時間点灯させた後で、上述と同様にTjを算出したところ、同じくこれらのTjの差は1℃程度となった。
(Relationship between input current value and Tj)
Each of the first to third light emitting elements of the light source system of the above embodiment was turned on for 1 hour by applying the same current (50 mA, 100 mA, 150 mA, 200 mA and 250 mA), and then each light emitting element. The voltage applied to each (voltage applied per one) was measured, and Tj was calculated from the value. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, for the third light emitting element, Tj was relatively stable, but for the first and second light emitting elements, Tj tended to increase as the input current value increased. . Therefore, when the central control unit calculates the Tj in the same manner as described above after supplying currents of 150 mA, 125 mA and 200 mA to the first to third light emitting elements and lighting them for 1 hour, these Tj are calculated. The difference was about 1 ° C. In addition, when the central controller calculated the Tj in the same manner as described above after applying currents of 150 mA, 120 mA and 150 mA to the first to third light emitting elements and lighting them for 1 hour, respectively, The difference in Tj was about 1 ° C.
本発明の光源及び光源システムは、例えば、一般照明、演出照明(サイン灯等)、自動車用照明(特に前照灯)等に使用される照明装置や、街頭用大型ディスプレイ、プロジェクタ等に使用される表示装置等に有用である。 The light source and the light source system of the present invention are used, for example, in lighting devices used for general lighting, production lighting (sign lights, etc.), automotive lighting (especially headlights), large street displays, projectors, etc. This is useful for display devices and the like.
1 光源
2 光源システム
11 基板
12 第1回路
13 第1発光素子
14 第2回路
15 第2発光素子
16 第3回路
17 第3発光素子
18 定電流制御部
19 中央制御部
20 端子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1発光素子が前記第2発光素子を少なくとも三方から囲むように基板上に配列されている光源システムであって、
前記第1回路と前記第2回路とに接続された電流制御部を含み、
前記第1回路と前記第2回路とは、電気的に遮断可能であり、
前記電流制御部は、前記第2発光素子に投入される電流値が前記第1発光素子に投入される電流値より小さくなるように制御して、前記第1発光素子のジャンクション温度と前記第2発光素子のジャンクション温度との差を1℃程度としたことを特徴とする光源システム。 A first circuit in which a plurality of first light emitting elements made of light emitting diodes are connected in series and mounted; and a second circuit in which a plurality of second light emitting elements made of light emitting diodes are connected in series;
The light source system, wherein the first light emitting element is arranged on a substrate so as to surround the second light emitting element from at least three sides,
A current control unit connected to the first circuit and the second circuit;
The first circuit and the second circuit can be electrically disconnected,
The current control unit controls the current value input to the second light emitting element to be smaller than the current value input to the first light emitting element, so that the junction temperature of the first light emitting element and the second A light source system characterized in that a difference from a junction temperature of a light emitting element is about 1 ° C.
前記第3発光素子は、前記基板上で前記第1発光素子を少なくとも三方から囲むように配列されていて、
前記第3回路は、前記電流制御部に接続され、前記第1回路および前記第2回路と電気的に遮断可能であり、
前記電流制御部は、前記第3発光素子に投入される電流値が前記第1発光素子に投入される電流値より大きくなるように制御して、前記第3発光素子のジャンクション温度と前記第1発光素子のジャンクション温度との差を1℃程度とした請求項1に記載の光源システム。 A third circuit in which a plurality of third light emitting elements made of light emitting diodes are connected in series and mounted;
The third light emitting element is arranged on the substrate so as to surround the first light emitting element from at least three sides,
The third circuit is connected to the current control unit, and can be electrically disconnected from the first circuit and the second circuit,
The current control unit controls the current value input to the third light emitting element to be larger than the current value input to the first light emitting element, so that the junction temperature of the third light emitting element and the first The light source system according to claim 1, wherein a difference from a junction temperature of the light emitting element is about 1 ° C.
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