(57)【要約】【課題】光度を低下させることなく発熱量の増大を防ぎ、蛍光体の熱劣化を生じにくい発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ素子２への通電パターンとして、通常駆動値Ａより小なる駆動電圧を印加するようにしたので、ＬＥＤ素子２の冷却時間を設けることができ、ＬＥＤ素子２の寿命を大にすることができる。また、ＬＥＤ素子２だけでなく封止部４の放熱に対しても有効であることから、蛍光体の熱劣化や樹脂材料の黄変を防ぐことができ、長期にわたって安定した波長変換性が得られる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から放射される光に基づいて励起される蛍光体を有する発光装置において、
前記発光素子の発光に基づく熱を冷却する冷却時間を含む通電制御を前記蛍光体の発光寿命より小なる時間で行う制御部を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記発光素子の通電初期に通常駆動値より大なる電力で前記発光素子を駆動することを特徴とする請求項第１項記載の発光装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記発光素子の通常駆動値より大なる第１の通電状態と、前記通常駆動値で駆動される第２の通電状態と、前記通常駆動値より小なる第３の通電状態からなる通電パターンで前記通電制御を実行することを特徴とする請求項第１項記載の発光装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記冷却時間における前記発光素子への通電量を通常駆動値の１０００分の１から前記通常駆動値の範囲に設定することを特徴とする請求項第１項記載の発光装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記蛍光体の発光寿命および前記熱の放熱性を確保できる時間に基づいて前記通電制御を断続的に行うことを特徴とする請求項第１項記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（Light-Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」という。）から放射される光を蛍光体で吸収し、異なる波長の光に波長変換して放射させる発光装置に関し、特に、熱による蛍光体の劣化を抑えるとともにＬＥＤの長寿命化を図ることのできる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子から放射される光を蛍光体で波長変換して放射する発光装置がある。このような発光装置として、蛍光体を含有したエポキシ樹脂等の封止樹脂でＬＥＤ素子の周囲を覆って一体化したものがある。
【０００３】
ＬＥＤ素子を封止樹脂で封止することにより発光装置の設計自由度や生産性に優れる反面、ＬＥＤ素子から放射される光によって、封止樹脂の光学的特性および化学的特性が劣化し、その結果、発光装置の発光効率低下が生じることが問題視されている。
【０００４】
また、蛍光体を用いた波長変換型の発光装置では、蛍光体の発光効率低下が問題となる。特に、ＬＥＤ素子が封止部によって封止されていると熱を外部に逃がしにくいことから、発光装置を連続駆動すると封止樹脂全体の温度が上昇し、そのことによって蛍光体の熱劣化が生じて波長変換性が低下する。
【０００５】
このようなＬＥＤ素子の駆動に伴って生じる熱の放熱性を改善した発光装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図４は、特許文献１に示される発光装置を示す縦断面図である。
【０００７】
この発光装置４０は、ＬＥＤチップ４１と、電極４２Ａ．４２Ｂからなるリードフレーム４２と、ワイヤ４３と、封止部４４とを有し、電極４２ＡにはＬＥＤチップ４１を載置する皿状の台部４２Ｃが形成されており、ＬＥＤチップ４１の光放射側と他方の電極４２Ｂとの間をワイヤ４３によって電気的に接続し、ＬＥＤチップ４１の他方の極を台部４２Ｃに導電性接着剤によって接着している。
【０００８】
リードフレーム４２は、台部４２Ｃ、ワイヤ４３を接続する部分、および外部回路に接続する部分を除く部分にセラミックを溶射することによるセラミック溶射面４２０を形成している。セラミック溶射面４２０は、ＬＥＤチップ４１の駆動に基づいて発生する熱を微細な凹凸から遠赤外線として放射するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−９３４８号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の発光装置によると、発光装置の駆動時にはＬＥＤチップに一定レベルで連続的に通電されるため、封止部全体の温度が上昇するという問題がある。この封止部内に蛍光体を有する場合には、蛍光体が熱にさらされることになり、蛍光体の熱劣化を避けることができない。また、高輝度化、大出力化を目的とする発光装置の場合には、発熱量が大になることから、上記した問題はより顕著となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、光度を低下させることなく発熱量の増大を防ぎ、蛍光体の熱劣化を生じにくい発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、発光素子から放射される光に基づいて励起される蛍光体を有する発光装置において、前記発光素子の発光に基づく熱を冷却する冷却時間を含む通電制御を前記蛍光体の発光寿命より小なる時間で行う制御部を有することを特徴とする発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光装置によれば、制御部において蛍光体の発光寿命より小なる時間で発光素子の発光に基づく熱を冷却する冷却時間を含む通電制御を行うようにしたため、光度を低下させることなく発熱量の増大を防ぎ、蛍光体の熱劣化を生じにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の全体図である。
【００１５】
この発光装置１は、ＬＥＤランプ１０と、ＬＥＤランプ１０への通電を制御する通電制御部２０と、通電制御部２０を介してＬＥＤランプ１０に電力を供給する電源部３０とを有する。
【００１６】
ＬＥＤランプ１０は、ＬＥＤ素子２と、セラミック基板３と、封止部４によって構成されており、セラミック基板３は、ＬＥＤ素子２の搭載側と反対の面に通電制御部２０が電気的に接続されている。
【００１７】
ＬＥＤ素子２は、フリップチップ型の発光素子であり、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体やＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）等で中心発光波長４７０ｎｍの青色系で発光するように形成されている。このＬＥＤ素子２は、図示しない電極部をＡｕバンプ２Ａを介してセラミック基板３に形成された配線パターンと電気的に接続されている。
【００１８】
セラミック基板３は、ＬＥＤ素子２の搭載側に設けられる配線パターン３Ａと、セラミック基板３を介して配線パターン３Ａの反対側に設けられる配線パターン３Ｂと、セラミック基板３を貫通して配線パターン３Ａと３Ｂとを電気的に接続するスルーホール３Ｃとを有し、配線パターン３Ａは、Ａｕバンプ２Ａを介してＬＥＤ素子２の電極部と電気的に接続されている。
【００１９】
封止部４は、エポキシ樹脂等の光透過性材料によって構成されており、ＬＥＤ素子２から放射される光によって励起されて励起光を放出する蛍光体を混入されている。なお、蛍光体は、光透過性材料に混入される構成以外に、例えば、封止部４の所定の位置に層状に配置される構成であっても良い。また、封止部４に混入される蛍光体は、上記した発光波長の青色光によって励起されて黄色光を放射するＣｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる。
【００２０】
通電制御部２０は、電源部３０から供給される電力を蛍光体の発光寿命に基づいて定まる通電パターンで通電することにより、ＬＥＤ素子２を発光制御する。ＬＥＤ素子２は、通電制御部２０による通電制御に基づいて照明用途として充分な光量を有し、かつ、人間の目の応答時間に基づいて視覚的に連続光と識別される白色の光を放射する。
【００２１】
図２は、発光装置の他の構成を示す図である。
【００２２】
この発光装置１は、ＬＥＤランプ１０と、ＬＥＤランプ１０への通電を制御する通電制御部２０と、通電制御部２０を介してＬＥＤランプ１０に電力を供給する電源部３０とを有し、通電制御部２０は、ＬＥＤランプ１０と別体で設けられている。通電制御部２０は、配線パターン３Ｂと接続される電源線２０Ａおよび２０ＢによってＬＥＤランプ１０と接続されている。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態の動作を説明する。
【００２４】
図３は、通電制御部の出力を示す波形図である。
【００２５】
通電制御部２０は、通電開始から時刻ｔ１までの発光期（通電初期）において、通常駆動値Ａより大なる駆動電圧まで昇圧された電圧をＬＥＤ素子２に印加することにより、ＬＥＤ素子２を高輝度で発光させる。次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの発光期において、通常駆動値Ａの電圧をＬＥＤ素子２に印加することにより、ＬＥＤ素子２を通常の輝度で発光させる。次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの発光期において、通常駆動値Ａより小なる電圧をＬＥＤ素子２に印加することにより、ＬＥＤ素子２を通常より低輝度で発光させる。なお、本実施の形態では、ＬＥＤ素子２のピーク駆動電圧が３．２Ｖを超えないようにしている。
【００２６】
封止部４の蛍光体は、通電制御部２０の上記した通電パターンに基づいてＬＥＤ素子２から放射される光によって励起されて黄色の励起光を放射する。
【００２７】
通電制御部２０は、図３に示す通電開始から時刻ｔ３までの通電パターンを通電制御の単位周期Ｔとして、蛍光体の発光寿命より小なる時間で繰り返し実行する。
【００２８】
蛍光体の発光強度ＩＰ（ｔ）は、一般的にＩＰ（ｔ）＝ＩＯＰｅ−ｔ／τＰで表わすことができる。ここで、ＩＯは光強度であり、τＰは蛍光体の発光寿命である。この関係式によると、強度ＩＯの最初の発光が観測されて、時刻τ秒後には強度がＩＯ／ｅとなる。この蛍光体の発光寿命は蛍光体によって異なるが、およそ１μ秒以上であり、ミリ秒程度で観測される。
【００２９】
通電制御部２０は、蛍光体の発光寿命より小なる時間間隔でＬＥＤ素子２から光が放射されるようにＬＥＤ素子２に上記した通電パターンで通電する。本実施の形態では、発光寿命が１００μ秒の蛍光体を使用しており、通電制御の単位周期Ｔを発光寿命の１／５である２０μ秒に設定した。
【００３０】
ＬＥＤ素子２は、図３に示される高出力領域で強い光量を発するとともに、通常駆動値Ａの電圧で一定時間発光することによって蛍光体を励起する。励起された蛍光体は黄色の励起光を放射する。黄色の励起光とＬＥＤ素子２から放射される青色の光とが混合されて白色光として封止部４から外部に放射される。
【００３１】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけては、ＬＥＤ素子２に印加される電圧が通常駆動値Ａより小となるので、ＬＥＤ素子２は殆ど発光せず、そのことによってＬＥＤ素子２および封止部４の放熱を促すようになっている。通電制御部２０は、ＬＥＤ素子２が殆ど発光しない状態でも、駆動電圧を０にせずに最低駆動電圧Ｂ以上に保つように通電制御する。この通電時間は、ＬＥＤ素子２および封止部４の冷却時間となる。最低駆動電圧Ｂは、ＬＥＤ素子２の立ち上がり特性に依存するが、例えば、通常駆動値Ａの１０００分の１以上に設定することが好ましい。
【００３２】
上記した通電パターンでＬＥＤ素子２を発光させたところ、通常駆動時における蛍光体の励起状態と比較して約９０％以上の蛍光体の発光強度が得られた。また、新たな周期でＬＥＤ素子２に通電する際の立ち上がり特性を速やかに安定させることが可能になった。
【００３３】
また、本発明によれば、通電制御の単位周期Ｔを発光寿命の１／４である２５μ秒に設定した場合で通常駆動時における蛍光体の励起状態と比較して約８５％以上の蛍光体の発光強度が得られることを確認している。なお、このような通電パターンによるＬＥＤ素子２の通電制御によると、白色光は点滅状に放射されることになるが、人間の目の応答時間より大なる高速の点滅であることから、実質的には擬似連続光として認識される。
【００３４】
上記した実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）ＬＥＤ素子２への通電パターンとして、通常駆動値Ａより小なる駆動電圧を印加するようにしたので、ＬＥＤ素子２の冷却時間を設けることができ、ＬＥＤ素子２の寿命を大にすることができる。また、ＬＥＤ素子２だけでなく封止部４の放熱に対しても有効であることから、蛍光体の熱劣化や樹脂材料の黄変を防ぐことができ、長期にわたって安定した波長変換性が得られる。
（２）通電初期から一定の時間で通常駆動値Ａより大なる駆動電圧を印加するようにしたので、蛍光体の励起性を確保しながらＬＥＤ素子２および封止部４の温度上昇を抑制することができる。
（３）ＬＥＤ素子２の冷却時間における通電量を０にしないので、新たな周期ＴにおけるＬＥＤ素子２の立ち上がり特性が良好になり、蛍光体の安定した励起性を確保することができる。
（４）ＬＥＤ素子２の通電制御によって発熱を抑制するので、リードフレーム等の良熱伝導体を用いない構造のＬＥＤランプの熱対策に有効である。また、良熱伝導体にＬＥＤ素子２を実装したＬＥＤランプに適用することで、高輝度化、大出力化を図るうえで効率の良い放熱性を確保することができる。
【００３５】
なお、上記した第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子２への通電量を連続的に変化させる通電パターンを説明したが、多段構造のパルス発生回路で通電制御部２０を構成し、蛍光体の発光寿命の応じた周期でパルス制御するようにしても良い。
【００３６】
また、上記した発光装置１の構成は、蛍光体を含まないＬＥＤランプ１０の長寿命化にも有効である。この場合には、ＬＥＤ素子２への通電周期を放射光量との関係に基づいて設定することにより、ＬＥＤ素子２の寿命向上、封止部４の熱劣化防止を実現できる。
【００３７】
また、上記したＬＥＤランプ１０についても、青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体の組み合わせに限定されず、他のＬＥＤおよび蛍光体との組み合わせに適用することができる。
【００３８】
例えば、ＬＥＤランプ１０として、中心発光波長３８０ｎｍのＬＥＤ素子２を使用し、
封止部４に赤青緑の蛍光体を混合したものとしても良い。この場合、青色蛍光体として、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，ＡｌＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ、
緑色蛍光体として、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、（Ｚｎ、Ｍｎ）２ＳｉＯ４，ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ２Ｏ３：Ｍｎ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、赤色蛍光体として、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３、（Ｙ，Ｇｄ、Ｅｕ）２Ｏ３、ＹＶＯ４：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｓｍ等の無機系の蛍光体を用いることができる。
【００３９】
また、他の蛍光体として、キサニセン系色素オキサジン系色素シアニン系色素ローダミンＢ（６３０ｎｍ）、クマリン１５３（５３５ｎｍ）、ポリパラフェニレンビニレン（５１０ｎｍ）、クマリン１（４３０ｎｍ）、クマリン１２０（４５０ｎｍ）、トリスー（８−ヒドロキシノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３又はＡｌＱ）（緑色発光）、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６（ｐ−ジメチルアミノスチリン）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（オレンジ色／赤色発光）等の有機蛍光体を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置の全体図である。
【図２】発光装置の他の構成を示す図である。
【図３】通電制御部の出力を示す波形図である。
【図４】特許文献１に示される発光装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、発光装置  ２、ＬＥＤ素子  ２Ａ、Ａｕバンプ
３、セラミック基板  ３Ａ、配線パターン  ３Ｂ、配線パターン
３Ｃ、スルーホール  ４、封止部  １０、ＬＥＤランプ
２０、通電制御部  ２０Ａ、電源線  ２０Ｂ、電源線
３０、電源部  ４０、発光装置  ４１、チップ  ４２、リードフレーム
４２Ａ、電極  ４２Ｂ、電極  ４２Ｃ、台部  ４３、ワイヤ
４４、封止部  ４２０、セラミック溶射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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