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技術 発光ダイオード装置

出願人 カシオ計算機株式会社
発明者 水取光
出願日 2003年12月25日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2003-431380
公開日 2005年7月14日 (14年8ヶ月経過) 公開番号 2005-191305
状態 未査定
技術分野 LED素子(パッケージ以外) 発光ダイオード
主要キーワード 個別接続 一定比 マスタチップ スレーブチップ 外部抵抗 ガリウムリン 定電圧駆動 発光ダイオード装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年7月14日)のものです。
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図面 (10)

課題

取り扱いが容易で且つ安定した輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置を実現する。

解決手段

発光ダイオードチップ1は、LED(Laser Emitting Diode)2と、LED2に接続された定電流回路Tと、これらを内包するパッケージ3と、から構成されている。定電流回路TがLED2と同一のパッケージに内包されることにより、安定した輝度を得つつも取り扱いの容易な構成を有する発光ダイオードチップ1が構成される。また、これにより、複数の発光ダイオードチップ1によって構成される発光ダイオード装置も、小型且つ簡易なものとなる。

概要

背景

発光ダイオード装置を駆動する駆動方法として、定電圧駆動定電流駆動といった駆動方法が一般的に用いられている。定電圧駆動は発光ダイオードに一定の電圧印加することによって発光ダイオード装置を駆動させる駆動方法であり、定電流駆動は発光ダイオードに定電流を供給することによって発光ダイオード装置を駆動させる駆動方法である。

発光ダイオードは、その製造段階において、個々の素子に微妙な特性の違いが生じる。そのため、たとえ同じ電圧が印加されたとしても、発光ダイオードに流れる電流は、個々の発光ダイオードの素子特性によって異なったものになる。したがって、例えば複数の発光ダイオードを駆動するような場合、定電圧駆動では、個々の発光ダイオードに流れる電流の値は異なるものとなり、ダイオード間輝度のばらつきが生じる。そこで、多くの場合、発光ダイオード毎の特性が異なる場合でも一定の輝度を得ることが可能な、定電流駆動が用いられている(例えば、特許文献1)。
特開2002−319707号公報

概要

取り扱いが容易で且つ安定した輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置を実現する。発光ダイオードチップ1は、LED(Laser Emitting Diode)2と、LED2に接続された定電流回路Tと、これらを内包するパッケージ3と、から構成されている。定電流回路TがLED2と同一のパッケージに内包されることにより、安定した輝度を得つつも取り扱いの容易な構成を有する発光ダイオードチップ1が構成される。また、これにより、複数の発光ダイオードチップ1によって構成される発光ダイオード装置も、小型且つ簡易なものとなる。

目的

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、取り扱いが容易な構成で且つ一定の輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置を実現することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

発光ダイオードと、前記発光ダイオードに定電流を供給する定電流回路と、前記発光ダイオードと前記定電流回路とを一括して封止する封止部材と、を備えることを特徴とする発光ダイオード装置

請求項2

前記定電流回路は、該定電流回路を流れる電流の電流値に対応する所定の信号を当該発光ダイオード装置と同等の構成を有する他の発光ダイオード装置に出力する出力端子と、当該発光ダイオード装置と同等の構成を有する他の発光ダイオード装置から前記所定の信号の入力を受け付け入力端子と、のうち少なくとも一方を備え、前記出力端子を備える定電流回路は、前記入端子を備える定電流回路と接続され、当該定電流回路の出力端子から接続先の前記定電流回路の入力端子に前記所定の信号を供給し、前記所定の信号を供給された前記入力端子を備える定電流回路は、前記所定の信号に対応する定電流を前記発光ダイオードに供給する、ことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。

請求項3

前記出力端子を備える定電流回路は、所定の電源に接続された第1の回路部と、前記第1の回路部に接続され、前記第1の回路部を流れる電流に対応する一定量の電流を前記発光ダイオードに供給する第2の回路部と、を備え、前記入力端子を備える定電流回路は、前記第2の回路部と実質的に同一の構成を有し、入力された前記所定の信号に基づいて前記一定量の電流と等しい流量の電流を前記発光ダイオードに供給する、ことを特徴とする請求項2に記載の発光ダイオード装置。

請求項4

前記入力端子を備える定電流回路は、前記入力端子から入力された前記所定の信号を、該所定の信号の出力元とは異なる他の発光ダイオード装置に中継する中継端子をさらに備える、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の発光ダイオード装置。

請求項5

前記定電流回路が前記発光ダイオードに供給する電流量を前記封止部材の外部から制御する制御手段を備える、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光ダイオード装置。

技術分野

0001

本発明は、発光ダイオード装置に関し、特に駆動回路として定電流回路が接続された発光ダイオード装置に関する。

背景技術

0002

発光ダイオード装置を駆動する駆動方法として、定電圧駆動定電流駆動といった駆動方法が一般的に用いられている。定電圧駆動は発光ダイオードに一定の電圧印加することによって発光ダイオード装置を駆動させる駆動方法であり、定電流駆動は発光ダイオードに定電流を供給することによって発光ダイオード装置を駆動させる駆動方法である。

0003

発光ダイオードは、その製造段階において、個々の素子に微妙な特性の違いが生じる。そのため、たとえ同じ電圧が印加されたとしても、発光ダイオードに流れる電流は、個々の発光ダイオードの素子特性によって異なったものになる。したがって、例えば複数の発光ダイオードを駆動するような場合、定電圧駆動では、個々の発光ダイオードに流れる電流の値は異なるものとなり、ダイオード間輝度のばらつきが生じる。そこで、多くの場合、発光ダイオード毎の特性が異なる場合でも一定の輝度を得ることが可能な、定電流駆動が用いられている(例えば、特許文献1)。
特開2002−319707号公報

発明が解決しようとする課題

0004

定電流駆動では、発光ダイオードに定電流回路を個別接続して定電流を供給し、発光ダイオードを駆動する。したがって、複数の発光ダイオードを駆動するような場合、複数の発光ダイオードにいっぺんに定電圧をかければよい定電圧駆動とは異なり、定電流駆動では発光ダイオードひとつひとつに定電流回路を接続する必要がある。そのため、例えば複数の発光ダイオードとそれに対応する複数の定電流回路とを備える発光ダイオード装置を構成すると、装置全体の構成が複雑なものとなり、また装置を構成する作業も煩雑であった。

0005

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、取り扱いが容易な構成で且つ一定の輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置を実現することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1の観点に係る発光ダイオード装置は、
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードに定電流を供給する定電流回路と、
前記発光ダイオードと前記定電流回路とを一括して封止する封止部材と、
を備えることを特徴とする。

0007

前記定電流回路は、
該定電流回路を流れる電流の電流値に対応する所定の信号を当該発光ダイオード装置と同等の構成を有する他の発光ダイオード装置に出力する出力端子と、
当該発光ダイオード装置と同等の構成を有する他の発光ダイオード装置から前記所定の信号の入力を受け付け入力端子と、
のうち少なくとも一方を備え、
前記出力端子を備える定電流回路は、前記入端子を備える定電流回路と接続され、当該定電流回路の出力端子から接続先の前記定電流回路の入力端子に前記所定の信号を供給し、
前記所定の信号を供給された前記入力端子を備える定電流回路は、前記所定の信号に対応する定電流を前記発光ダイオードに供給することが好ましい。

0008

前記出力端子を備える定電流回路は、
所定の電源に接続された第1の回路部と、
前記第1の回路部に接続され、前記第1の回路部を流れる電流に対応する一定量の電流を前記発光ダイオードに供給する第2の回路部と、
を備え、
前記入力端子を備える定電流回路は、前記第2の回路部と実質的に同一の構成を有し、入力された前記所定の信号に基づいて前記一定量の電流と等しい流量の電流を前記発光ダイオードに供給することが好ましい。

0009

前記入力端子を備える定電流回路は、前記入力端子から入力された前記所定の信号を、該所定の信号の出力元とは異なる他の発光ダイオード装置に中継する中継端子をさらに備えることが好ましい。

0010

前記定電流回路が前記発光ダイオードに供給する電流量を前記封止部材の外部から制御する制御手段を備えることが好ましい。

発明の効果

0011

本発明によれば、取り扱いが容易な構成で且つ安定した輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置が実現できる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施の形態に係る発光ダイオード装置について、説明する。
(実施形態1)
本実施の形態に係る発光ダイオード装置は、図1に示すような発光ダイオードチップ1から構成されている。発光ダイオードチップ1は、LED(Laser Emitting Diode)2と、定電流回路Tと、これらを外装するパッケージ3とから構成される。

0013

LED2は、所定の閾値を超える順方向電圧を印加されることによって発光するダイオードであり、GaAsガリウムヒ素)やGaPガリウムリン)等の化合物半導体から構成される。

0014

定電流回路Tは、図2に示すようなカレントミラー回路から構成され、NPN型トランジスタQ1と、トランジスタQ2と、抵抗R1と、抵抗R2と、抵抗R2’と、を備えている。トランジスタQ1は、コレクタが抵抗R1を介して電源VCC(尚、この電源電位もVCCとする)に接続され、ベースがコレクタに接続され、エミッタが抵抗R2を介してグランドGNDに接続されている。また、トランジスタQ2は、コレクタがLED2に接続され、ベースがトランジスタQ1のベース及びコレクタに接続され、エミッタが抵抗R2’を介して外部と接続されている。尚、トランジスタQ1とQ2とは、同一の特性を持つトランジスタであり、抵抗R2とR2’とは、それぞれ等しい抵抗値を持つ。尚、端点A1及び端点A2は、回路の外部と接続する接続部である。

0015

トランジスタQ1のベースとトランジスタQ2のベースとは互いに接続されており、同一のベース電圧が印加されている。したがって、トランジスタQ1のコレクタ電流I1とトランジスタQ2のコレクタ電流I2とは、等しい電流値を持つ。また、トランジスタQ1のベース電流IB1とトランジスタQ2のベース電流IB2とは、それぞれ極微少な電流であるため、電流値を0と近似することができる。したがって、トランジスタQ1のエミッタ電流IE1とトランジスタQ2のエミッタ電流IE2とは、それぞれI1、I2と等しいものと近似することができる。よって、I1=I2=IE1=IE2と近似することができ、トランジスタQ2のコレクタ電流I2は、所定の電流値で安定にバイアスされる。これにより、LED2には定電流が供給される。

0016

以上の構成を有する発光ダイオードチップ1では、LED2が定電流回路Tから定電流を供給されることにより、LED2の素子特性に影響されず安定した輝度を持った発光ダイオード装置を得ることができる。また、LED2と定電流回路Tとが同一のパッケージに封入されており、小型で取り扱いの容易な発光ダイオードチップ1が実現される。

0017

(実施形態2)
前述した実施形態1において、一定の輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置について説明した。しかし、例えば複数の発光ダイオードチップ1から構成される発光ダイオード装置では、定電流回路Tを構成する各素子の微妙な特性の誤差等により、必ずしも各チップのLED2に同じ電流が供給されない場合がある。そこで、複数のチップ間における発光輝度のばらつきをより精度よく抑えることが可能な発光ダイオード装置について、以下説明する。

0018

本実施の形態に係る発光ダイオード装置は、図3に示すように、マスタチップ4と、スレーブチップ5とから構成される。マスタチップ4は、発光ダイオードとしてのLED(Laser Emitting Diode)2と、それに接続された定電流回路Mと、から構成され、パッケージ3によって外装されている。同様に、スレーブチップ5は、LED2と、定電流回路Sと、から構成され、パッケージ3によって外装されている。また、図に点線で示すように、スレーブチップ5に隣接してさらに他のスレーブチップ5を接続させることも可能である。

0019

定電流回路Mは、図4に示すように、実施形態1における定電流回路Tと同様の回路構成を有する回路であり、唯一異なるのは、出力端子T1を備える点である。定電流回路Mは、回路に流れる定電流(I2)の電流値に対応する所定の信号を、出力端子T1から外部に出力する。

0020

定電流回路Sは、図示の通り、トランジスタQ3と抵抗R3とから構成され、定電流回路Mと接続される回路である。ここで、トランジスタQ3は定電流回路MのトランジスタQ1及びQ2と同等の特性を有するトランジスタであり、抵抗R3は定電流回路Mの抵抗R2及びR2’と同じ抵抗値を持つ。定電流回路Sは、入力端子T2を備え、定電流回路Mから入力端子T2を介して供給された信号に基づいて、定電流回路Mの回路部X(図4に一点鎖線で図示)との間でカレントミラー回路を形成し、定電流回路Mに流れる定電流(I2)と同流量の電流をLED2に供給する。また、定電流回路Sは出力端子T3を備え、入力端子T2から入力された信号と同じ信号を、出力端子T3から出力する。

0021

また、定電流回路Sを備えるスレーブチップ5は、例えば略直方体状外形を有しており、一側面から定電流回路Sの入力端子T2が外部に延伸している。また、入力端子T2が延伸している側面とは反対側の側面から、出力端子T3が延伸している。このようなスレーブチップ5を、入力端子T2を備える側面と出力端子T3を備える側面とを隣接させて複数並べることにより、隣接するチップに次々に所定の信号を供給して電流を流れさせることが可能となる。

0022

以上、説明したように、定電流回路Sには定電流回路Mと同じ定電流が流れる。また、定電流回路S自体も出力端子T3を備え、定電流回路Mから供給された信号をさらに他の回路に供給する。したがって、図示の通り、定電流回路Mに接続された定電流回路Sに、さらに連続して複数の定電流回路Sが接続されることが可能である。

0023

また、定電流回路Sは定電流回路Mと比較して単純な構成を有する回路であり、これらが接続されることによって構成される発光ダイオード装置全体を小型且つ簡易なものに抑えることができる。

0024

(実施形態3)
上述した実施形態1及び実施形態2において、一定の輝度を得ることが可能な発光ダイオード装置について説明した。しかし、この輝度は定電流回路の回路構成によって一意に決定されるものであり、各チップ(発光ダイオードチップ1、マスタチップ4及びスレーブチップ5)を構成した後で、発光輝度を変更することはできない。そこで、定電流回路に流れる電流値を制御することで輝度を変更可能な発光ダイオード装置について、以下、外部抵抗を有する場合と可変抵抗を有する場合との2つの例を挙げて説明する。

0025

(外部抵抗)
本実施の形態に係る発光ダイオード装置は、図5に示すような発光ダイオードチップ6から構成されている。発光ダイオードチップ6は、LED2と、定電流回路Kと、パッケージ3と、外部抵抗R4と、から構成されている。

0026

外部抵抗R4は、図5に示すように、パッケージ3の外部に配置され、端点A5を介して定電流回路Kと接続されている。

0027

定電流回路Kは、図6に示すように、トランジスタQ1と、トランジスタQ2と、抵抗R2と、抵抗R2’と、から構成される。定電流回路Kは、前述した外部抵抗R4と接続されており、外部抵抗R4の抵抗値に対応した定電流をLED2に供給する。

0028

定電流回路KがLED2に供給する定電流の電流値は、外部抵抗R4の値に対応して変化する。したがって、状況に応じて異なる抵抗体を外部抵抗R4として接続することにより、定電流回路Kに流れる電流を制御し、チップ毎の輝度のばらつきを精度よく抑えることができる。
(可変抵抗)

0029

本実施の形態に係る発光ダイオード装置は、図7に示すような発光ダイオードチップ7を用いて構成されている。発光ダイオードチップ7は、LED2と、定電流回路Hと、パッケージ3と、インタフェース8と、から構成されている。

0030

定電流回路Hは、図8に示すように、トランジスタQ1と、トランジスタQ2と、抵抗R2と、抵抗R2’と、可変抵抗R5と、内部レジスタ9と、から構成される。

0031

可変抵抗R5は、所定の範囲内で抵抗値を変動可能な抵抗である。内部レジスタ9は、可変抵抗R5に接続され、可変抵抗R5の抵抗値の設定を記憶する記憶装置である。また、内部レジスタ9は端点A6を介して、パッケージ3の外部に配置されたインタフェース(IF)8と接続されている。これらは、実際には、例えば所定のDIP(Dual Inline Package)スイッチのような切り替えスイッチ等を可変抵抗R5に接続させることによって構成されており、パッケージ3の外部での操作により抵抗値を変化させて、定電流回路Hに流れる電流値を制御することが可能である。また、インタフェース8を所定のコンピュータ装置等に接続し、コンピュータ上で可変抵抗R5の抵抗値を変化させるような構成であってもよい。

0032

上記構成により、定電流回路Hに流れる電流をパッケージ3の外部から制御することができる。したがって、定電流回路HがLED2に供給する定電流の値を容易に制御することが可能であり、より高い精度でチップ毎の輝度のばらつきを抑えることができる。

0033

尚、本発明は上記実施の形態で示したものに限定されず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上記実施形態1では、定電流回路Tとして図2のようなカレントミラー回路から構成される回路を示したが、回路の構成はこれに限定されない。例えば、実施形態1における定電流回路Tは、図9に示すような、より単純な構成の定電流回路であってもよい。

0034

また、上記実施の形態では、トランジスタQ1とトランジスタQ2とは同一の特性を持つものとして説明したが、これらは異なる特性を有するものであってもよい。その際、トランジスタQ1側を流れる電流(I1及びIE1)とトランジスタQ2側を流れる電流(I2及びIE2)とは同流量ではなく、I:N(Nの値は双方のトランジスタの特性による)の一定比に対応したものとなる。また、カレントミラー回路の回路構成も上記実施の形態で示したものに限定されず、定電流をLED2に供給することが可能な回路構成を有していればよい。

0035

また、上記各実施形態で示した構成は、当然これら単独でのみ用いられるものではなく、複数を組み合わせて構成されることが可能である。例えば、実施形態2で示したマスタチップ4とスレーブチップ5との組み合わせによる構成を実施形態3や実施形態4における発光ダイオードチップに適用することにより、小型で簡易な構成を有しつつより高い精度で発光ダイオード装置の各チップ毎の輝度のばらつきを抑えることが可能となる。

0036

また、上記実施の形態では実施形態3に、抵抗値を変化させることによって電流値を変更可能な定電流回路の例を示したが、その構成は例示した形に限定されない。例えば、LED2に流れる電流値を、抵抗値以外の要素を変化させることによって制御可能な回路構成を備えるものであってもよい。

図面の簡単な説明

0037

本発明の実施形態1に係る発光ダイオード装置の構成を示す図である。
図1の発光ダイオード装置における定電流回路の構成を示す図である。
本発明の実施形態2に係る発光ダイオード装置の構成を示す図である。
図3の発光ダイオード装置における定電流回路の構成を示す図である。
本発明の実施形態3に係る発光ダイオード装置の構成を示す図である。
図5の発光ダイオード装置における定電流回路の構成を示す図である。
本発明の実施形態4に係る発光ダイオード装置の構成を示す図である。
図7の発光ダイオード装置における定電流回路の構成を示す図である。
図1の発光ダイオード装置における定電流回路が、図2の回路とは異なる構成を有する場合の回路構成の例を示す図である。

符号の説明

0038

1・・・発光ダイオードチップ、2・・・LED、3・・・パッケージ、4・・・マスタチップ、5・・・スレーブチップ、6・・・発光ダイオードチップ、7・・・発光ダイオードチップ、8・・・インタフェース、9・・・内部レジスタ

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