(57)【要約】【課題】製品原価を低減しつつＬＥＤの特性のばらつきを抑えることを目的とした、ＬＥＤ光源ユニットに搭載されるＬＥＤの選択方法を提供すること。【解決手段】ＬＥＤの選別の基準となる所定の基準発光スペクトル特性における、少なくとも１つの光の波長近辺において、ＬＥＤ群の各ＬＥＤの所定の特性値を測定する特性値測定ステップと、複数のＬＥＤの発光スペクトル特性を組み合わせた場合に、該組み合わせによる複合的な発光スペクトルの平均特性が基準発光スペクトル特性に対して所定の許容値以内に収まるように、特性値測定ステップにて特性値が測定されたＬＥＤ群の中からＬＥＤの組み合わせを選択するＬＥＤ選択ステップとを有するＬＥＤ選択方法を提供する。【選択図】図３
2013016693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤの選別の基準となる所定の基準発光スペクトル特性における、少なくとも１つの光の波長近辺において、ＬＥＤ群の各ＬＥＤの所定の特性値を測定する特性値測定ステップと、
複数のＬＥＤの発光スペクトル特性を組み合わせた場合に、該組み合わせによる複合的な発光スペクトルの平均特性が前記基準発光スペクトル特性に対して所定の許容値以内に収まるように、前記特性値が測定されたＬＥＤ群の中から該ＬＥＤの組み合わせを選択するＬＥＤ選択ステップと、
を有する、ＬＥＤ選択方法。
【請求項２】
前記特性値は、前記少なくとも１つの光の波長近辺における前記ＬＥＤの発光強度である、請求項１に記載のＬＥＤ選択方法。
【請求項３】
ＬＥＤ群を複数の色度座標の区分に分類管理する分類管理ステップと、
前記色度座標の異なるＬＥＤを組み合わせた複合的な色度座標が所定の目標色度座標に対して所定の許容範囲以内に収まるように、前記分類管理されたＬＥＤ群の中からＬＥＤの組み合わせを選択するＬＥＤ選択ステップと、
を有する、ＬＥＤ選択方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＬＥＤ選択方法にて選択された組み合わせのＬＥＤを所定のレイアウトで回路基板上に実装するＬＥＤ実装ステップ
を有する、ＬＥＤ光源ユニットの製造方法。
【請求項５】
前記ＬＥＤ実装ステップでは、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＬＥＤ選択方法にて選択された組み合わせに係る各特性のＬＥＤが前記回路基板上に均等に連続して実装される、請求項４に記載のＬＥＤ光源ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源ユニットの製造方法、及び該ＬＥＤ光源ユニットに搭載されるＬＥＤの選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疑似白色ＬＥＤの出現と技術進歩に伴う発光効率の向上に伴い、ＬＥＤを光源に用いた照明装置の製品化に向けた各種試みがなされている。ＬＥＤを光源として用いることにより、従来光源として多用されてきた白熱電球よりも、高いエネルギー効率を実現することができ、さらに装置の小型・軽量化や長寿命化が可能となる。
【０００３】
ＬＥＤは、電圧駆動される白熱電球と異なり、ＬＥＤに流れる電流を制御することにより、輝度や色調が調節される。そのため、白熱電球を光源とする照明装置の駆動回路とは異なる、ＬＥＤの駆動に適した駆動回路が必要となる。ＬＥＤの駆動回路としては、例えば、複数のＬＥＤと電流制限抵抗とを直列接続した複数の直列回路を並列に接続して駆動する抵抗型駆動回路が知られている。この種の抵抗型駆動回路では、直列回路内のＬＥＤに定格電流が流れるように電流制限抵抗の値が設定される。また、複数のＬＥＤと定電流回路とを直列接続してＬＥＤを定電流駆動する回路も知られている。特許文献１には、定電流回路を用いた駆動回路の具体的構成例が記載されている。特許文献１に記載の駆動回路は、複数のＬＥＤ及び各ＬＥＤに定電流を流すための定電流ドライバが直列接続された複数のＬＥＤアレイを並列に接続した構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＬＥＤは、複雑なプロセスを経て製造される半導体製品であるため、色温度や輝度等の特性について大きな個体差がある。そのため、ＬＥＤ光源ユニットの組立工程においては、ＬＥＤの諸特性を測定し、製品仕様に合致するＬＥＤのみを厳選して使用し、それ以外のＬＥＤは使用していないのが現状である。しかし、このような選別を行った場合、ＬＥＤの歩留まりが大幅に低下するため、製品原価が大幅に上昇する。一方、かかる選別を行わない場合は、製品原価を抑えることは可能だとしても、同じ製品であるにも関らず色温度や輝度等のばらつきが大きく、同じ色調や色温度の照明が手に入らないという、工業製品ではあり得ない製品となってしまう。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製品原価を低減しつつＬＥＤの特性のばらつきを抑えるのに好適なＬＥＤ光源ユニットの製造方法、及び該ＬＥＤ光源ユニットに搭載されるＬＥＤの選択方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＬＥＤ選択方法は、ＬＥＤの選別の基準となる所定の基準発光スペクトル特性における、少なくとも１つの光の波長近辺において、ＬＥＤ群の各ＬＥＤの所定の特性値を測定する特性値測定ステップと、複数のＬＥＤの発光スペクトル特性を組み合わせた場合に、該組み合わせによる複合的な発光スペクトルの平均特性が基準発光スペクトル特性に対して所定の許容値以内に収まるように、特性値測定ステップにて特性値が測定されたＬＥＤ群の中からＬＥＤの組み合わせを選択するＬＥＤ選択ステップとを有する方法である。所定の特性値は、例えば少なくとも１つの光の波長近辺におけるＬＥＤの発光強度である。
【０００８】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＬＥＤ選択方法は、ＬＥＤ群を複数の色度座標の区分に分類管理する分類管理ステップと、色度座標の異なるＬＥＤを組み合わせた複合的な色度座標が所定の目標色度座標に対して所定の許容範囲以内に収まるように、分類管理ステップにて分類管理されたＬＥＤ群の中からＬＥＤの組み合わせを選択するＬＥＤ選択ステップとを有する方法である。
【０００９】
本発明に係るＬＥＤ選択方法によれば、色度座標等の特性のばらつきの大きいＬＥＤチップをも有効利用して、所望の平均発光スペクトル特性又は色度座標を達成するＬＥＤの組み合わせが選択されるため、ＬＥＤの歩留まり向上による原価低減と共に色調や色度座標のばらつきの抑えられたＬＥＤ光源ユニットの製造に好適である。
【００１０】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＬＥＤ光源ユニットの製造方法は、上記のＬＥＤ選択方法にて選択された組み合わせのＬＥＤを所定のレイアウトで回路基板上に実装するＬＥＤ実装ステップを有する方法である。
【００１１】
本発明に係るＬＥＤ光源ユニットの製造方法によれば、色度座標等の特性のばらつきの大きいＬＥＤをも有効利用して、所望の平均発光スペクトル特性又は色度座標を達成するＬＥＤ光源ユニットを製造するため、ＬＥＤの製造原価及び特性のばらつきの抑制の両立が好適に達成される。
【００１２】
ＬＥＤ実装ステップでは、例えば、上記のＬＥＤ選択方法にて選択された組み合わせに係る各特性のＬＥＤが回路基板上に均等に連続して実装される。そのため、特性の異なるＬＥＤが混在することによる、ＬＥＤ光源ユニット全体における色度座標や色調等のムラが有効に抑えられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製品原価を低減しつつＬＥＤの特性のばらつきを抑えるのに好適なＬＥＤ光源ユニットの製造方法、及び該ＬＥＤ光源ユニットに搭載されるＬＥＤの選択方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＬＥＤチップの発光スペクトルの一例を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態におけるＬＥＤアレイ光源の製造工程のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源ユニットを搭載したＬＥＤ光源装置について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源装置１００の構成を示す回路図である。図１に示されるように、ＬＥＤ光源装置１００は、ＬＥＤアレイ光源１０と、複数のＬＥＤ駆動部２０と電流制御部３０との組を備えている。図１中、符号ＶＤは、ＬＥＤアレイ光源１０用の電源を示し、符号ＶＥは、ＬＥＤ駆動部２０用の電源を示す。
【００１７】
ＬＥＤアレイ光源１０は、白色光を放射する複数のＬＥＤチップ１が直列に接続されたＬＥＤアレイ２を回路基板３（図１中一点鎖線）上に複数実装した光源ユニットである。ＬＥＤチップ１は、例えば高視感度の黄色に蛍光する蛍光体と、青色ＬＥＤ（又は紫外発光ＬＥＤ）とを組み合わせた擬似白色ＬＥＤチップである。
【００１８】
各ＬＥＤ駆動部２０は、ＬＥＤアレイ光源１０の各ＬＥＤアレイ２に駆動電流を供給する。各電流制御部３０は、各ＬＥＤ駆動部２０に流れる電流を所定値に設定する帰還型定電流回路である。具体的には、電流制御部３０は、電流値を設定するための基準電圧設定部３５を備えている。基準電圧設定部３５は、可変抵抗Ｒｖを備えており、可変抵抗Ｒｖの値を変更することによって基準電圧を変更する。基準電圧設定部３５は、ＬＥＤアレイ光源１０のＬＥＤアレイ２への駆動電流が所定値に保たれるように可変抵抗Ｒｖを制御する。また、電流制御部３０は、増幅器３１を備えている。増幅器３１は、基準電圧設定部３５にて設定される基準電圧を一方の入力とし、ＬＥＤアレイ光源１０に接続されたＬＥＤ駆動部２０の電流値の情報を、帰還用抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２からなる帰還回路を経由して他方の入力とする。
【００１９】
各ＬＥＤ駆動部２０は、増幅器３１の電流出力段に駆動用トランジスタＴｒを備えている。駆動用トランジスタＴｒのエミッタには、エミッタ抵抗Ｒｅが接続され、駆動用トランジスタＴｒのベースには、ベース抵抗Ｒｂが接続されている。ＬＥＤアレイ光源１０に供給された電流値は、エミッタ抵抗Ｒｅの両端に発生する電圧として検出される。検出された電圧値が増幅器３１に入力することにより、ＬＥＤアレイ光源１０に供給される電流が制御される。
【００２０】
ＬＥＤアレイ光源１０の各ＬＥＤアレイ２は、駆動用トランジスタＴｒに接続されている。ＬＥＤチップ１の個数やピッチ、ＬＥＤアレイ２の数等は、ＬＥＤ光源装置１００の仕様に基づいて適宜設定される。なお、ＬＥＤチップ１の直列数やＬＥＤアレイ２の並列数を増加するほど電源電圧値が高くなる。ＬＥＤチップ１の直列数、及びＬＥＤアレイ２の並列数は、例えば電源電圧値が所定値以下（例えば５０〜６０Ｖ）に収まるように設定することが望ましい。
【００２１】
図２は、所定のプロセスを経て製造されたＬＥＤチップ１の、一定の環境下における発光スペクトルの一例を示すグラフである。図２中、縦軸は相対発光強度（正規化されているため単位無し）を示し、横軸は波長（単位：ｎｍ）を示す。ＬＥＤチップ１は、例えば発光スペクトルや輝度等の特性がプロセス条件等の僅かな変動に起因して、同一ロット内でもばらつく。図２においては、図面の簡明化のため、既選別品の中から選別品Ａ〜Ｃの発光スペクトルを代表して示す。図２中、実線は選別品Ａの発光スペクトルを示し、破線は選別品Ｂの発光スペクトルを示し、点線は選別品Ｃの発光スペクトルを示す。
【００２２】
図２に示されるように、各選別品Ａ〜Ｃ間では発光スペクトル（特に、青色（例えば４４０ｎｍ〜４５０ｎｍ）と黄色（例えば５５０ｎｍ〜６００ｎｍ）との比率）が変わるため、色調（色度座標、別の表現によれば色温度）が異なっている。従来は、仕様を満足しない色調のＬＥＤチップは使用しなかったため、ＬＥＤの歩留まりは低く、製品原価の大幅な上昇を招いていた。ここで、色度座標は、周知のＣＩＥ色度図上の座標（Ｘ、Ｙ）であり、（０．３３、０．３３）辺りが白と規定されている。
【００２３】
＜ＬＥＤアレイ光源の製造工程＞
そこで、本実施形態では、種々の特性のＬＥＤチップ１を使用しつつ色度座標等の特性のばらつきを抑えたＬＥＤアレイ光源１０を製造する。図３は、ＬＥＤアレイ光源１０の製造工程のフローチャートを示す。なお、説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、各工程を「Ｓｎ（ｎは自然数）」と省略して記す。
【００２４】
＜図３のＳ１（ＬＥＤチップの分類・管理工程）＞
本工程においては、各ＬＥＤチップ１を色度座標（別の観点では、所定の発光波長毎の発光強度）毎に分類して管理する。ＬＥＤチップ１の放射光の色度座標は、必要に応じて分類がロット毎に検査される。分類が確認された各ロットのＬＥＤチップ１は、所定の色度座標の区分に分類され管理される。なお、ＬＥＤチップ１は、例えば全数検査されて、所定の色度座標の区分に個々に分類され管理されてもよい。
【００２５】
本実施形態において、ＬＥＤチップ１は、黄色に蛍光する蛍光体と青色ＬＥＤとを組み合わせた擬似白色ＬＥＤチップであるため、例えば４５０ｎｍ辺りと６００ｎｍ辺りの波長に発光強度のピークを持つ。ここで、ピーク波長に近いほど、製品間における発光強度の差（別の観点では、色度座標の差）が相対的に大きくなる。そのため、測定する発光強度の波長がピーク波長に近いほど、色度座標毎の分類・管理が容易になる。従って、本実施形態では、ピーク波長である４５０ｎｍと６００ｎｍの２ポイントについて、発光強度の測定が行われる。
【００２６】
なお、発光強度の測定ポイントは、３ポイント以上としてもよい。測定ポイントが多いほどＬＥＤチップ１の色度座標毎の分類・管理を細かくかつ正確に行うことができる。また、発光強度の測定ポイントは、作業効率を向上させるため、１ポイントに限定してもよい。また、測定ポイントは、上記の例とは別の波長であってもよい。ここで、波長が４５０ｎｍ辺りと６００ｎｍ辺りの発光強度を測定することは、ＬＥＤの発光色の色度座標（別の観点では、発光スペクトル）を測定することと等価であり、光の波長毎の発光強度を測定するよりも容易である。そのため、波長が４５０ｎｍ辺りと６００ｎｍ辺りの発光強度と光の色度座標との相関関係を予め把握したうえでＬＥＤチップの色度座標を測定し、ＬＥＤチップの分類・管理を行なってもよい。
【００２７】
＜図３のＳ２（ＬＥＤチップの選定工程）＞
本工程では、図３のＳ１の工程にて所定の色度座標に分類・管理された各ＬＥＤチップ１群の中から、回路基板３に実装されるＬＥＤチップ１が選定される。例えば所定のレイアウト設計図に従ってＬＥＤチップ１を回路基板３上にレイアウトしたときに、各ＬＥＤチップ１が放射する個々の光（別の観点では、発光スペクトル）を統合した色度座標（別の観点では、発光スペクトル）が目標となる所定の色度座標を基準とした許容範囲内に収まるようにＬＥＤチップ１の選定が行われる。
【００２８】
例えば、所定の色度座標条件が基準発光スペクトルＤ（図２中一点鎖線）に対応する色度座標である場合を考える。かかる場合、選別品Ａの特性のＬＥＤチップ１だけを回路基板３上にレイアウトすると、ＬＥＤアレイ光源１０の色度座標が基準発光スペクトルＤに対応する色度座標が大きく外れて、欠陥製品となる。選別品Ｂ又はＣの特性のＬＥＤチップ１だけを回路基板３上にレイアウトした場合も同様に、ＬＥＤアレイ光源１０の色度座標が基準発光スペクトルＤに対応する色度座標が大きく外れて、欠陥製品となる。しかし、例えば選別品ＡとＢの特性の各ＬＥＤチップ１を回路基板３上に交互にレイアウトすると、ＬＥＤアレイ光源１０全体としての色度座標は、選別品ＡとＢの各ＬＥＤチップ１の個々の光の色度座標を複合した複合的なもの（選別品ＡとＢのＬＥＤチップ１の光を混合し平均化した座標値）となり、基準発光スペクトルＤに対応する色度座標に近いものになる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ＬＥＤアレイ光源１０全体としての色度座標が基準発光スペクトルＤに対応する色度座標を中央値とした所定の許容公差内に収まる色度座標となるように、各選別品Ａ〜ＣのＬＥＤチップ１の組合せを決定する。
【００３０】
＜図３のＳ３（ＬＥＤチップの実装工程）＞
本工程では、図３のＳ２の工程にて決定された選別品Ａ〜ＣのＬＥＤチップ１の組合せと、生産すべきＬＥＤアレイ光源１０の仕様から、各選別品Ａ〜ＣのＬＥＤチップ１の必要数を算出する。次いで、所定の１ブロック内における選別品Ａ〜Ｃの各ＬＥＤチップ１のレイアウトが、各ブロックにおける選別品Ａ〜ＣのＬＥＤの配置が均一に分散し、ＬＥＤの色ムラが最小となるものに決定される。回路基板３上には、ＬＥＤチップ１がブロック単位でレイアウトされて実装される。これにより、ＬＥＤアレイ光源１０が完成する。
【００３１】
ＬＥＤチップ１を所定のブロック単位でレイアウトすることにより、選別品Ａ〜Ｃの複数種類のＬＥＤチップ１について、特定の配置パターンがＬＥＤアレイ光源１０の発光領域全体に亘って連続する。そのため、色度座標の異なるＬＥＤチップ１が混在することによる、ＬＥＤアレイ光源１０全体における色度座標の分布ムラが有効に抑えられる。
【００３２】
本実施形態では、ＬＥＤチップ１の放射光の色度座標等の特性の個体差に着眼し、従来使用されなかった、色度特性のばらつきの大きいＬＥＤチップ１を有効利用して、所望の色度座標や色調条件を満たすＬＥＤアレイ光源１０を製造している。すなわち、本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１に内在する固有の問題点（色調や色度座標のばらつき）を有効利用するという本件特許出願時の当該分野の技術常識の破ることにより、製品原価の上昇を抑えつつ色度座標のばらつきを抑えるのに好適なＬＥＤアレイ光源１０の製造方法が提供される。
【００３３】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えばＬＥＤチップ１は、本実施形態の擬似白色ＬＥＤチップに限らず、ＲＧＢの三色方式によるＬＥＤチップなど、他の形態の白色ＬＥＤチップに置き換えてもよい。また、回路基板３上にレイアウトされるＬＥＤアレイ２は、複数列に限らず一列だけでもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＬＥＤチップ
２  ＬＥＤアレイ
３  回路基板
１０  ＬＥＤアレイ光源
２０  ＬＥＤ駆動部
３０  電流制御部
１００  ＬＥＤ光源装置
【図１】
2013016693.tif 000003
【図２】
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【図３】
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