(57)【要約】【課題】簡単な構成で確実に静電気に対する耐性を高めたＬＥＤ光源を提供すること。【解決手段】本発明は、直列に３個以上接続されたＧａＮ系ＬＥＤの両端と並列にコンデンサが接続された構成により、簡単な構成で確実に静電気に対する耐性を高めたＬＥＤ光源を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に３個以上接続された発光中心波長がＧａＮ系ＬＥＤの両端に並列にコンデンサが並列に接続されたＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記コンデンサは１００ｐＦ以上であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電気に対する耐性を高めたＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系ＬＥＤは、静電気に対する耐圧が低く、従来から多くの耐圧向上に関する検討が行われてきた、例えば、従来のＬＥＤ光源（チップ型発光素子）は、静電気に対する耐圧を高めるために、ＬＥＤの端子間に保護素子としてツェナーダイオードを並列に接続する例が示されている（例えば、特許文献１）。図５と図６は、特許文献１に記載された従来のＬＥＤ光源（チップ型発光素子）を示すものである。
【０００３】
図６において、ツェナーダイオードチップ５は、ＬＥＤチップ３に並列に接続されている。回路図で示したのが、図５である。
【特許文献１】特開平１１−５４８０４号公報（図１、４を参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤ１個あたりの光量は少なく、特に照明などの用途に使用するには、多数のＬＥＤを使用する必要がある。そのため、図８の構成では、ＬＥＤチップ１個ごとにツェナーダイオードを接続する必要があり、ＬＥＤを多数使用する構成においては構成が複雑でかつ、部品点数が多くなるために。コスト的に現実的ではないという課題がある。
【０００５】
そこで、多数のＬＥＤを使用するときにチェナーダイオードの数を減らすために、例えば３２個の直列接続されたＬＥＤの両端に１個だけツェナーダイオードを接続する場合を考える。ＬＥＤが点灯する方向に電流が流れるように電圧が印加された場合、ツェナーダイオードの両端に発生する電圧がＬＥＤに印加されるが、ＬＥＤ１個あたりの定格電圧が３．６Ｖとすると３．６×３２＝１１５Ｖとなる。このように、高い電圧に対応できるツェナーダイオードは市販されていないので、実現不可能となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、簡単な構成かつ少ない部品点数で確実に静電気に対する耐性を高めたＬＥＤ光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来の課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ光源は、直列に３個以上接続されたＧａＮ系ＬＥＤの両端に並列にコンデンサが並列に接続されている。
【０００８】
好適な実施形態において、前記コンデンサは１００ｐＦ以上である。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明は、直列に３個以上接続されたＧａＮ系ＬＥＤの両端に並列にコンデンサが並列に接続されている構成により、簡単な構成でかつ少ない部品点数で確実に静電気に対する耐性を高めたＬＥＤ光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ光源の回路図を示すものである。
【００１２】
図１において、ＬＥＤ１０１は、ＧａＮ系であり、発光中心波長が３５０〜５５０ｎｍのＬＥＤである。ＬＥＤチップの大きさは、約０．３〜２ｍｍ角である。約３〜４Ｖで定格の光出力をする。ＬＥＤの定格電流は、発光層の面積に比例し、０．３ｍｍ角あたり１０〜６０ｍＡの電流のものが適当である。本実施の形態のＬＥＤ１０１は、発光中心波長が４７０ｎｍ、チップの大きさは、０．３ｍｍ角、定格は、３．６Ｖで２０ｍＡであるものを用いた。
【００１３】
ＬＥＤ１０１は、同種のものが３２個直列に接続されており、コンデンサ１０２がＬＥＤ光源の両端と並列に装着したものである。コンデンサ１０２は、セラミックコンデンサーであり容量は１００ｐ〜１００００μＦである。本実施の形態のコンデンサは、４７０ｐＦのものを用いた。
【００１４】
このＬＥＤ光源の端子間には、直流１００〜１２０Ｖ程度が印加されたとき、ほぼ定格点灯するように設計されている。
【００１５】
図２は、このＬＥＤ光源の概観を示したものである。アルミニウム、セラミック、銅などの熱伝導率の高い材料を主成分とした基板２０１上に、上記ＬＥＤ１０１が、フリップチップで直接実装されている。ここで、直接実装とは、基板上の配線パタンとＬＥＤが接続用の金属のみを通して実装されている状態のことを示す。基板上には、図１に示すＬＥＤ光源が２並列構成されており、合計６４個のＬＥＤ１０１と２個のチップコンデンサ１０２で構成されている。ＬＥＤが実装されている範囲は２０ｍｍ角である。またこの部分の基板面積あたりの実装密度は、１６個／ｃｍ２である。また、発光部の基板面積あたりの電力は、約１．２Ｗ／ｃｍ２である。なお、前記実装密度は、１〜１００個／ｃｍ２程度が用いられる。また、前記基板面積あたりの電力は、０．１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度が用いられる。
【００１６】
本実施の形態では、基板には、アルミニウムを主成分とするコンポジット基板上にバンプを介してＬＥＤ１０１がフリップチップ実装され、チップコンデンサが基板上に実装されている構成のものを用いた。
【００１７】
基板２０１は、大きさが約２４×約２９ｍｍであり、厚みが約１ｍｍである。厚みのほとんどはＡｌでできている。基板上には、給電用の端子２０２がＬＥＤ実装面と同一面にあり、端子に電圧を印加することでＬＥＤが点灯するようになっている。端子は２並列のため４個ある。また、コンデンサ１０２は、ＬＥＤが実装された基板面と同一面に実装されている。
【００１８】
また、図には示さないが、基板２０１上の配線パタンは、ＬＥＤと接続される部分と端子２０２の部分以外の表面は、絶縁層で覆われており、外部からの静電気が基板のパタン上に印加されないようになっている。
【００１９】
このＬＥＤ光源の静電破壊試験の内容を以下に説明する。この試験は、静電破壊試験の規格で決められているヒューマンボディーモデル（ＨＢＭ：人体帯電モデル）の方法に基づいて行った。以下この実験方法について説明する。図３に試験装置の回路図を示す。図中の直流電源３０１の電圧を変化させ、スイッチ３０２を操作し、２つの端子間を１秒おきに３回往復させる。スイッチをＣｈａｒｇｅ側にすると、電源３０１の電荷がコンデンサにチャージされ、スイッチ３０２をＤｉｓｃｈａｒｇｅ側にするとコンデンサに蓄えられた電荷が抵抗を通って、接続端子間３０３に接続されたＬＥＤ光源に電荷が印加される。
【００２０】
図２のＬＥＤ光源の端子２０２と、図３の端子３０３を接続し、静電気破壊試験を行った。チェックの方法は、３２個の直列に接続されたＬＥＤに定格２０ｍＡに対して、１ｍＡの電流を流し、点灯しないＬＥＤ素子があった場合は、ＬＥＤ素子が破損したものとして判断した。直流電源３０１の電圧を徐々に高くして、上記実験を繰り返し、ＬＥＤ素子が１つも破損しない最大の電圧（電源３０１の電圧）を、ＬＥＤ光源の静電耐圧とした。
【００２１】
その結果、電圧の印加する方向が順方向の場合、耐圧は５ｋＶ、逆方向が５ｋＶとなった。ここで、本実施の形態のＬＥＤ光源は、一般照明など多様な用途に使用されることを考慮し、必要な耐圧は約１ｋＶと考え検討を進めた。この結果より、十分な耐圧を持つことがわかる。
【００２２】
これに対して、図４に示すように図１に示す本実施の形態のＬＥＤ点灯回路からコンデンサ１０２を抜いたものを同様に静電破壊試験したところ、順方向が４ｋＶ、逆方向が６００Ｖとなり、静電耐圧の要求を満たさない。なお、ＬＥＤ１０１の１個だけの場合の耐圧は、逆方向が２００Ｖである。本実施の形態のＬＥＤ光源は、ＬＥＤが３２個直列で接続されているため、理論的には、ＬＥＤ１個あたりの耐圧の３２倍の６．４ｋＶの耐圧を示すはずであるが、実際は約３倍程度しか耐圧を持っていない。
【００２３】
なお、電流の入力側から順にＤ１、Ｄ２、…、Ｄ３１，Ｄ３２と番号をつけたとき、逆方向の電圧を印加した場合に破損するＬＥＤは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とＤ３０、Ｄ３１、Ｄ３２のＬＥＤが破損し、直列接続の両端側が破損する傾向にある。一般的に定格電圧が同じＬＥＤを直列接続した場合は、全ＬＥＤに均等に電圧が印加されるので、ＬＥＤが破損するのは、このような規則性が無いはずである。しかし、上記のように、直列接続したＬＥＤの両端部分が集中的に破損するというのは、以下のような現象が起こっているものと考えられる。静電破壊試験は、コンデンサの電荷を瞬間的にＬＥＤ素子に投入するため、瞬間的に大きな電圧、電流が印加される。このような過渡的な変化においては、ＬＥＤのもつ微小なコンダクタンスもしくはインダクタンスが影響を及ぼすようになり、直列したＬＥＤの端部に集中的に負荷がかかるものと考えられる。
【００２４】
そこで、本実施の形態のように、直列接続の複数個のＬＥＤの両端に並列してコンデンサを接続するだけで、静電耐圧の高いＬＥＤ光源を得ることが出来る。
【００２５】
なお、ＬＥＤ１０１は発光色が同じでなくとも、ＧａＮ系であれば静電耐圧が低い素子であるので、同様の効果を得ることが出来る。
【００２６】
なお、本実施の形態の構成では、順方向と逆方向の両方の電圧について大きな効果を得ることができる。しかし、コンデンサ１個で静電耐圧を高くすることが出来るため、直列数が多いほど、ＬＥＤ数にたいする対策部品数を減らすことが出来る。３個以上の場合が特に好ましい。
【００２７】
なお、高光束を得ようとすると、なるべく高密度でＬＥＤを並べる必要があるが、本実施の形態のように放熱性の高い基板に直接実装することにより、ＬＥＤからの熱が効率よく基板を通して排熱されるためＬＥＤの実装密度を上げることが出来る。また、高密度で実装した場合、従来のようにＬＥＤ１個ずつにツェナーダイオードが必要ないので、簡易な構成かつ低コストな構成となるとともに、実装密度を上げることが出来る。また、本実施の形態に示すように、フリップチップ実装することによって、ＬＥＤと基板を結ぶワイヤが不要となり、より高密度のＬＥＤ実装密度を実現できる。
【００２８】
ここで、コンデンサ７０１の容量を変化させて、耐圧試験を行った結果を図７に示す。この結果より、静電耐圧は容量に依存し、１００ｐＦを超えると耐圧が１ｋＶ以上となる。
【００２９】
このように、ＬＥＤ光源の両端に並列に１００ｐＦ以上のコンデンサを挿入することで、静電耐圧が劇的に向上し１ｋＶ以上となる。特に好ましいのは、４７０ｐＦ以上であり、静電耐圧が５ｋＶ以上となる。
【００３０】
なお、上記すべての実施の形態において、ＬＥＤは発光中心波長が３５０〜５５０ｎｍのものを例示したが、ＬＥＤ周辺に蛍光体などの波長変換手段を用いたものも同様に効果を得られる。
【００３１】
なお、上記すべての実施の形態において、ＬＥＤに付加するコンデンサは、実施の形態に示すように基板のＬＥＤが実装されている面と同一面に実装されることが実装工程上好ましい。また、これらの素子もバンプを介して実装されることで放熱性が改善されるという効果も有する。
【００３２】
なお、上記すべての実施の形態において、小型の基板にＬＥＤを密集させて実装したＬＥＤ点灯回路の例を示したが、このような構成とすることで、小型の光源を得ることが出来る。もちろん、この実施の形態に限定されない。
【００３３】
また、上記すべての実施の形態において、基板にＬＥＤを実装しただけのものについて説明したが、ＬＥＤ周辺に蛍光体、反射鏡、レンズなどの光学系を形成したものでも同様の効果を有する。とくに、青色ＬＥＤと黄色の蛍光体を用いて、蛍光体の周辺部に反射鏡と、レンズを形成することで白色の光源を得ることが出来るため照明などの用途に適した光源をえることが出来る。この例を図８に示す。図８は、ＬＥＤ光源の部分断面図であり、このような構成とすることで白色の集光された輝度の高い光源を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、直列に３個以上接続されたＧａＮ系ＬＥＤの静電気に対する耐性を簡単な構成で確実に高めることができるので、ＬＥＤを利用した照明や光源に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ光源の回路図
【図２】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ光源の概略図
【図３】静電破壊装置の回路図
【図４】本実施の形態１の点灯回路の整流ダイオードの位置を変更した図
【図５】従来のＬＥＤ光源（チップ型発光素子）の概略図
【図６】従来のＬＥＤ光源（チップ型発光素子）の回路図
【図７】本発明の実施の形態１におけるコンデンサ容量と耐圧の関係を表す図
【図８】本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ光源の部分断面図
【符号の説明】
【００３６】
１０１    ＬＥＤ
１０２    コンデンサ
２０１    基板
２０２    端子
３０１    直流電源
３０２    スイッチ
３０３    端子
【図１】
2005303175.tif 000003
【図２】
2005303175.tif 000004
【図３】
2005303175.tif 000005
【図４】
2005303175.tif 000006
【図５】
2005303175.tif 000007
【図６】
2005303175.tif 000008
【図７】
2005303175.tif 000009
【図８】
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