JP6481245B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は発光装置および照明装置に関し、より特定的にはＬＥＤが用いられ、入力電流に応じて発光色が変化する発光装置および照明装置に関する。

従来光源に対して発光ダイオード（ＬＥＤ）を使った発光装置は、印加された電力を直接光に変換するため、発光効率が非常に高く、近年、多くの照明装置に用いられている。

従来光源において、特に白熱電球やハロゲンランプなどは、入力電力の減少に応じて、発せられる白色光の色温度が低くなり、より黄味と赤味が増し、人はこの色の変化を心地良く、自然であると感じる。さらに、白熱電球やハロゲンランプの発光源は単一であり、ＬＥＤを用いた発光装置においても、発光色が変化する単一の発光源が望ましいものとして求められている。

一方で、ＬＥＤを用いた発光装置は一般に入力電力に対して略一定の発光色を示すことを特徴とする。そのため、ＬＥＤを用いた発光装置において発光色を調整するためには通常、異なる発光色を発するＬＥＤを独立した回路で駆動させる必要があり、プロセッサーを用いる等によって発光色の異なるＬＥＤを有する回路の電流値を個別に制御し、発光装置全体として所望の発光色を得る手法が一般に知られている。

しかし、異なる発光色を発するＬＥＤを独立した回路で駆動させる手法は、プロセッサーへの入力信号が必要になる点や所望の発光色に応じて複数の回路の電流値を制御しなければならない点、求める発光色を検知しフィードバック制御をかけなければならない点など、照明システムとして複雑になり、コストが高くなるという欠点がある。さらに、独立した回路を構成するために、一般的には２つ以上の発光源によって構成されることとなる。

そのため、特開２０１５−２０１６１４号公報（特許文献１）において開示されているように、発光装置への入力電流の大きさを調整することのみによって、発光色を変化させ、ハロゲンランプと同様の色変化を提供することが可能な単一の発光部を有するチップオンボード（ＣＯＢ）タイプの発光装置が提案されている。

特許文献１に記載の発光装置では、単一の発光部内において、閾値電圧の異なるＬＥＤ素子配列ごとに発光領域を形成し、閾値電圧の低いＬＥＤ素子配列には抵抗を直列に接続し、ＬＥＤ素子配列をそれぞれ並列に接続することで、電流の大きさに応じた発光色の変化を実現させている。例えば、閾値電圧の低いＬＥＤ素子配列を有する発光領域の発する色温度を２０００Ｋとし、閾値電圧の高いＬＥＤ素子配列を有する発光領域の発する色温度を３０００Ｋとすれば、発光装置は調光に応じて従来の白熱電球の色変化のように好ましい発光色の変化を生じる。

特開２０１５−２０１６１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、異なる発光領域を有するＬＥＤ素子配列が発光部内で並列に接続していることが必要なため、例えば３直列以下の短いＬＥＤ素子配列とした場合、発光部の形状としてＬＥＤ素子配列の直列方向には短く、並列方向に長くなるため、ＣＯＢとして望ましい円形の発光部を作りにくくなってしまい、かつＬＥＤ素子配列の直列差が限られてしまうことで、より望ましい発光色変化とする設計が困難となるという問題があった。また、発光装置の駆動電圧を高くするには、並列に接続されたＬＥＤ素子配列の直列数を共に多くしなければならないが、限られた実装面積の中で長いＬＥＤ素子配列を並列に形成するのは困難である。従って、発光装置として実際に設計可能な駆動電圧の範囲は限られてしまう。

さらに、異なる発光領域を有するＬＥＤ素子配列が発光部内で並列に接続していることが必要なことで、単一の光源として本来望まれる点光源に近づけることは難しく、例えば発光面積の小さい表面実装タイプの実現は困難である。

また、発光色を変化させるためにＬＥＤ素子配列間の閾値電圧差が必要であることは、低電流域と定格電流域の駆動電圧差が生じることを意味し、そのため、広い出力電圧範囲に対応した可変電流電源を用いなければならず、市販で入手可能な電源が限られてしまう、もしくは電源を対応させるためのコストアップ要因となる上に、より出力の低い領域ではさらに発光装置の駆動電圧が低下するために、可変電流電源の連続的な出力低下が対応できなくなり、消灯に至るため、減光時に光出力が安定しない一因となる。

低電流域と定格電流域の駆動電圧差を小さくするために、ＬＥＤ素子配列間の閾値電圧差を小さくすると、低電圧側のＬＥＤ素子配列により低い抵抗を接続しなければならず、抵抗の電流を制限する機能が損なわれ、発光装置の定格電流領域でも低電圧側のＬＥＤ素子配列への電流に対する高電圧側のＬＥＤ素子配列への電流の比率が小さくなってしまうため、そもそも所望の発光色の変化の実現が困難となる。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、入力電流の大きさによって発光色が変化する発光装置において、駆動電圧をより広い範囲で設定することができ、発光部の面積をより小さくすることが可能で、低電流域と定格電流域の電圧差がより小さい発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、一つ以上のＬＥＤ素子からなる第１のＬＥＤ素子配列と第２のＬＥＤ素子配列が備えられ、第1のＬＥＤ素子配列と第２のＬＥＤ素子配列は直列に接続しており、少なくとも一つのＬＥＤ素子配列は抵抗とダイオードを有するバイパス回路が並列に接続しており、バイパス回路と並列に接続したＬＥＤ素子配列の閾値電圧はダイオードの閾値電圧よりも大きく、第1のＬＥＤ素子配列の発光による発光色は第２のＬＥＤ素子配列の発光による発光色と異なることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第１のＬＥＤ素子配列と第２のＬＥＤ素子配列とバイパス回路は単一の基板上に形成されることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第１のＬＥＤ素子配列の発光による発光色と第２のＬＥＤ素子配列の発光による発光色の色温度の差が１０００Ｋ以上であることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、ダイオードはツェナーダイオードであることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、それぞれのＬＥＤ素子配列の発光する発光領域は、上面視において発光中心を通る２つ以上の対称軸を有するように形成されることを特徴とする。

なお、閾値電圧とはＬＥＤなどのダイオードへの順方向電圧印加に対して、電流が急激に上昇し始める電圧であり、ＬＥＤ素子配列の閾値電圧とは、直列に並んだＬＥＤ素子の閾値電圧の合計となる。一般に、ＬＥＤ素子は閾値電圧を超えて電流が流れ始めることで、発光し始める。また、バイパス回路のダイオードの閾値電圧は、複数のダイオードが直列に接続されている場合、それぞれの閾値電圧の合計となる。また、逆方向接続されたツェナーダイオードの降伏電圧も電流が急激に上昇する電圧として、バイパス回路の閾値電圧に寄与する。

本発明によれば、入力電流の大きさによって発光色が変化する単一の発光部を有する発光装置において、駆動電圧をより広い範囲で設定することができ、発光部の面積をより小さくすることができ、低電流域と定格電流域の電圧差がより小さい発光装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る発光装置の配線図である。 図１の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る発光装置の配線図である。 従来技術による発光装置の配線図である。 図４の平面図である。 本発明の実施の形態２に係る発光装置の配線図である。 図６の平面図である。 本発明の実施の形態３に係る発光装置の配線図である。 図８の平面図である。 本発明の実施の形態４に係る発光装置の配線図である。 図１０の平面図である。 図１０の発光装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態５に係る発光装置の配線図である。 本発明の実施の形態５の変形例に係る発光装置の配線図である。 本発明の発光装置の発する光の相対光束と発光色の色温度との関係を表すグラフである。 入力電流と本発明および従来技術による発光装置の駆動電圧との関係を表すグラフである。

以下、本発明の発光装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

（実施の形態１）
図１の発光装置１００の配線図において示すように、発光装置１００はＣＯＢタイプであり、基板１上に単一の発光部２が形成され、発光部２の内側にＬＥＤ素子Ｌ１ａからＬ１ｄが電気的に接続されたＬＥＤ素子配列Ｌ１と、ＬＥＤ素子Ｌ２ａとＬ２ｂが電気的に接続されたＬＥＤ素子配列Ｌ２が配置され、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２は電極ランド４１、４２間で配線５１によって直列に接続される。ＬＥＤ素子配列Ｌ１には抵抗６とツェナーダイオード７と配線５２からなるバイパス回路８が並列に接続される。

図２の発光装置１００の平面図において示すように、発光部２は樹脂ダム３を外周に有し、透光性樹脂によって覆われたＬＥＤ素子配列Ｌ１を含む発光領域２１とＬＥＤ素子配列Ｌ２を含む発光領域２２より構成され、発光領域２１と発光領域２２は異なる発光色を発する。発光部２内に発光領域２１、２２があることで、単一の光源として発光色を変化させることが可能となる。

なお、単一の光源であるとは、単一の光源としての照明器具の設計が可能であることを意味し、発光部２の発光領域２１、２２は必ずしも互いに接触していなくても良い。また、発光領域２１が発光領域２２を取り囲むように形成されていても良い。さらに、図３の変形例に示すように、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２が直線状に接続され、上述のように発光領域２１、２２がそれぞれのＬＥＤ素子配列に対して形成され、発光部の形状が長方形やフィラメントのように線状となっていても良い。

バイパス回路８のツェナーダイオード７の降伏電圧は、バイパス回路８と並列に接続するＬＥＤ素子配列Ｌ１の閾値電圧よりも低く、発光装置１００を低電流域において駆動する際は、入力電流はＬＥＤ素子配列Ｌ１に流れず、バイパス回路８を通って、ＬＥＤ素子配列Ｌ２に流れる。そのため、低電流域においては、発光部２の中で発光領域２２のみが発光し、発光装置１００は発光領域２２の発光色を発することとなる。

低電流域より電流を大きくすると、バイパス回路８の抵抗により、バイパス回路８の駆動電圧が上昇し、ＬＥＤ素子配列Ｌ１の閾値電圧を超えると、ＬＥＤ素子配列Ｌ１に電流が流れ始め、発光領域２２と共に発光領域２１も発光する。さらに電流を大きくすると、バイパス回路８に対してＬＥＤ素子配列Ｌ1に流れる電流比率は高くなるため、発光装置１００の発光色はより発光領域２１の発光色に近づく。

ＬＥＤ素子配列Ｌ１の発光による発光領域２１の発光色とＬＥＤ素子配列Ｌ２の発光による発光領域２２の発光色は、白色光であることが照明用途には好適であり、発光色の色温度が１０００Ｋ以上違うことで、明らかな色温度変化をする発光装置を実現することができる。より好ましくは、発光領域２２の発光色は発光領域２１の発光色と比べて低い色温度であることで、発光装置からの発光色を電流の減少によってより温かみのある光へ変化させることができる。

例えば、発光領域２２の発光色を色温度２０００Ｋ、発光領域２１の発光色を色温度３０００Ｋとすれば、発光装置１００は低電流域では発光領域２２の発光色により発光し、定格電流域では発光領域２１、２２の混合色により発光し、色温度３０００Ｋにより近づくため、調光に応じて従来の白熱電球のような色変化をする発光装置が実現できる。

なお、発光領域２２の発光強度は電流に応じて高くなるため、発光装置の発光色が定格電流域で色温度３０００Ｋとなるためには、発光領域２１の発光色は色温度で４０００Ｋ以上の高い色温度が用いられることが好ましく、発光色の色温度が２０００Ｋ以上違うことで、各発光色の異なるスペクトルの重なりにより、高い色再現性を有する高質な光を得ることが可能となる。

（基板）
基板１はＬＥＤ素子からの光を効果的に発光装置からの光出力とするため、光反射率や放熱性の高い材料であることが好ましく、セラミック基板やアルミ基板などが用いられる。

基板１上に必要な全てのＬＥＤ素子および部品が搭載されることで、取り扱いが容易なＣＯＢタイプの発光装置を提供することが可能となる。

また、配線の形成やＬＥＤ素子および部品実装などの生産効率を高め、ＣＯＢを搭載する金属部への接触面積を最大化してＣＯＢの放熱性を確保するため、基板１は上下面ともに平坦であることが好ましい。

（電極ランド、配線）
電極ランド４１、４２や配線５１、５２はスクリーン印刷などによって基板１上にパターンとして形成される。なお、配線５１、５２の一部は金属ワイヤーであっても良く、ＬＥＤ素子間やＬＥＤ素子と配線パターンの接続に用いられる。特にＬＥＤ素子間は基板１上に配線パターンを設けず、金属ワイヤーで配線することで、ＬＥＤ素子実装面の基板の高い反射率を活用し、発光装置の光出力を高めることができる。

（ＬＥＤ素子）
ＬＥＤ素子は、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｌＡｓ系、ＧａＰ系などの内から、所望の発光色によって適宜選択される。一般照明用として使用される場合、ＬＥＤ素子は青色領域（波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の領域）もしくは紫色領域（波長が３８５ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の領域）にピーク発光波長の存在するＩｎＧａＮ系のＬＥＤ素子を用い、蛍光体によって一部または全ての光が他の可視光領域の色に変換され、白色光を発することが好ましい。より好適には、発光効率、入手性、入手コストなどの理由によりＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子が用いられることが好ましい。

また、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ異なるタイプのＬＥＤ素子によって形成されていても良く、例えば、ＬＥＤ素子配列Ｌ１はＩｎＧａＮ系などの青色ＬＥＤ素子であり、ＬＥＤ素子配列Ｌ２はＧａＡｌＡｓ系などの赤色ＬＥＤ素子によって構成されていても良い。さらに、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２内に異なるタイプのＬＥＤ素子が含まれていても良く、例えば、ＬＥＤ素子配列Ｌ１がＩｎＧａＮ系などの青色ＬＥＤ素子とＧａＡｌＡｓ系などの赤色ＬＥＤ素子の組み合わせや、異なる波長のＩｎＧａＮ系ＬＥＤ素子の組み合わせによって構成されていても良い。

ＬＥＤ素子は、アノード用電極パッドとカソード用電極パッドを有し、金属ワイヤーを介して、他のＬＥＤ素子や基板上の配線パターンと電気的に接続される。もしくは、ＬＥＤ素子が裏面に電極を有し、基板上の配線パターンと電気的に接続されていても良い。

直列に接続されたＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２はいずれが発光装置１００のカソード側であってもアノード側であっても良い。また、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ複数のＬＥＤ素子配列が並列に接続された構成であっても良く、発光装置１００の大電流化に対応することが可能となる。

ＬＥＤ素子配列Ｌ１上にダイオードなど他の電子部品を接続し、電流電圧特性を調整することで、発光装置１００においてＬＥＤ素子配列Ｌ１が発光し始める電流値を調整しても良い。他の部品が接続される場合、ＬＥＤ素子配列の閾値電圧はＬＥＤ素子の閾値電圧と他の部品の閾値電圧を併せた値となる。

（樹脂ダム）
樹脂ダム３は発光部２内側の透光性樹脂を堰き止めるための樹脂であり、透明や白色などの光を吸収しにくい材質であることが好ましい。

（透光性樹脂および蛍光体）
ＬＥＤ素子は、透光性樹脂によって覆われており、透光性樹脂には所望の発光色に応じて選択的に蛍光体が含まれている。透光性樹脂は、透光性を有する樹脂であれば限定されない。例えば、耐熱性を有するシリコーン樹脂などであることが好ましい。また、透光性樹脂は発光領域ごとに異なるチクソ性を有する樹脂用がいられても良い。

発光領域２１、２２ではＬＥＤ素子から放射された一次光の一部が蛍光体によって可視光にスペクトル成分を持つ光に変換される。好適には青色ＬＥＤ素子からの光の一部が蛍光体によって緑色から赤色にスペクトル成分を持つ光に変換され、所望する光の特性となるようにそれぞれの発光領域２１、２２内の蛍光体の混合比率が設定されることが好ましい。

また、ＬＥＤ素子からの青色、緑色、赤色などの発光色を発光領域の発光色として用いる場合は、透光性樹脂内に蛍光体が含まれていなくても良い。

なお、ＬＥＤ素子配列Ｌ１、Ｌ２それぞれのＬＥＤ素子の種類が異なることなどで、ＬＥＤ素子配列Ｌ１とＬＥＤ素子配列Ｌ２の発光色が異なるのであれば、発光部２内の発光領域全体を均一の透光性樹脂で覆っても、発光部２の発光色はＬＥＤ素子配列Ｌ１が発光する場合とＬＥＤ素子配列Ｌ２が発光する場合とで異なることが可能となる。つまり、発光部２内の発光領域２１、２２は必ずしも外観上で区別されていなくても良い。

ＬＥＤ素子配列の一部は他のＬＥＤ素子配列と同じ蛍光体配合の透光性樹脂によって覆われていても良い。

発光領域２１、２２はそれぞれ異なる発光色を有する複数のサブ発光領域を有しても良く、例えば、発光領域２１は異なる蛍光体の混合比率を有する複数のサブ発光領域により構成されていても良い。また、サブ発光領域同士が互いに接していなくても良い。

（ツェナーダイオード）
ツェナーダイオード７は降伏電圧の特性によって、低い電流領域においても電圧をある一定の値に維持するため、発光装置１００の電圧は低電流域においても一定の値以上に維持されることが可能となる。

ツェナーダイオード７は、電圧をある一定の値に維持する機能を有するダイオードを総称しており、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）ダイオードと呼ばれるダイオードなどを含む。

所望の電圧特性を得る目的で、整流ダイオードなどの一般的なダイオードを順方向でバイパス回路８内にさらに直列に加えて接続しても良い。発光ダイオードを用いる場合は、発光装置の発光色への影響を考慮しなければならない。また、ツェナーダイオードを使わずに、一般的なダイオードを順方向で複数使うことによって、所望の電圧特性を得ることも可能であるが、ツェナーダイオードであれば、ダイオードを複数使うよりも少ない素子数で所望の電圧特性を得ることができるため、好ましい。

正の電圧温度特性を有する５．１Ｖよりも高い降伏電圧の特性を有するツェナーダイオードを用いることで、定格電流域において発光装置全体の温度上昇によってツェナーダイオード７の電圧が高くなり、バイパス回路８を通る電流の上昇を抑制することで、発光装置１００の発光効率を高めることが可能となる。そのため、ツェナーダイオード７はＬＥＤ素子および抵抗６と同一基板上に実装され、熱的に接続していることが好ましい。

ツェナーダイオード７は、発光部２を形成する樹脂内に実装されても良く、発光部２の外側に実装部を必要としないことで、基板１の小型化を可能とする。ツェナーダイオード７はパッケージ化されていない素子形状であれば、配線パターン上のダイボンディングもしくは金属ワイヤーにより発光部２内に実装することが容易となる。

（抵抗）
抵抗６は抵抗部品もしくは印刷抵抗などである。抵抗部品以外にも、インダクタやサーミスタ、ダイオード等他の抵抗を有する電気部品を使用しても良いし、２つ以上の部品を組み合わせて使用しても良い。

好ましくは抵抗６に、正の温度特性を有するサーミスタを用いることで、定格電流域における発光装置全体の温度上昇によってサーミスタの抵抗値が高くなり、バイパス回路８を通る電流を抑制することで、発光装置全体の発光効率を高めることが可能となる。サーミスタは常温よりも高く、定格電流での実使用温度よりも低い温度で抵抗値が急激に上昇する温度特性を有することが好ましい。

抵抗６の抵抗値は発光領域２１の発光を開始する電流および発光装置１００の色変化の特性に影響を与えるため、精度が必要であり、例えば２０％以下の誤差精度を有することが好ましい。

また、基板上に印刷された印刷抵抗であれば、レーザートリミング等により、抵抗値を正確に調整することが可能となるため、好ましい。さらに、基板１上に抵抗６の抵抗値を測定することができる端子を設けることが好ましい。

抵抗６はツェナーダイオード７と同様に発光部２を形成する樹脂内に実装されても良く、発光部２の外側に実装部を必要としないことで、基板１の小型化を可能とする。

（バイパス回路）
バイパス回路８はＬＥＤ素子配列Ｌ１が実装される同一の基板上に形成されることが好ましい。

それぞれバイパス回路を有するＬＥＤ素子配列が発光部２内で複数直列に接続されていても良く、それぞれのＬＥＤ素子配列が異なる発光色や電流に対する発光挙動などを有することで、発光装置１００の発光色の変化をより細かく制御することが可能となる。

また、発光部２内の全てのＬＥＤ素子配列がそれぞれ異なるバイパス回路と並列に接続されていても良い。

（比較例）
図４は特許文献１に示された従来技術による発光装置２００の配線図であり、実施の形態１と同様の色変化と駆動電圧を得るためには、６直列のＬＥＤ素子配列Ｌ３と４直列のＬＥＤ素子配列Ｌ４がそれぞれ配線２５１、２５２によって電極ランド２４１、２４２の間で並列に接続される。ＬＥＤ素子配列Ｌ４には抵抗２０６が接続し、電流値によって配線２５２の回路の駆動電圧が変動することで、配線２５１、２５２へ分流される電流の大きさが変化する。発光部２０２内のＬＥＤ素子配列Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ配置されている発光領域２２１、２２２の発光色は異なり、発光装置２００の入力電流の大きさによって、発光部２０２全体の発光色は変化する。

本実施の形態の発光装置１００において、ＬＥＤ素子数が最低６つで実現可能であったことと比較して、発光装置２００ではＬＥＤ素子数が１０とより多く必要とする。つまり、本発明によればＬＥＤ素子の部品点数を削減でき、発光面をより小さくすることが可能となる。

また、発光装置２００は低電流域において４直列のＬＥＤ素子配列Ｌ４のみ電流が流れるため、低電流域における駆動電圧は、定格電流域で６直列のＬＥＤ素子配列Ｌ３にも電流が流れる駆動電圧と比べて、ＬＥＤ素子２直列分低くなる。発光色の変化が始まる電流値を同じにしたまま、ＬＥＤ素子配列の閾値電圧差を小さくするためには、ＬＥＤ素子配列Ｌ４にＬＥＤ素子を１つ直列に追加し、抵抗２０６の抵抗値を小さくする必要があるが、この場合、定格電流域においてＬＥＤ素子配列Ｌ４に流れる電流がより大きくなり、ＬＥＤ素子配列Ｌ３に流れる電流がより小さくなるため、発光部２０２全体の発光色を十分に変化させることが困難となる。

（実施の形態２）
図６の発光装置３００の配線図において示すように、基板３０１上に単一の発光部３０２が形成され、発光部３０２の内側にＬＥＤ素子Ｌ５ａからＬ５ｃよりなる配列Ｌ５と、ＬＥＤ素子Ｌ６ａからＬ６ｃよりなる配列Ｌ６が配置され、ＬＥＤ素子配列Ｌ５、Ｌ６は電極ランド３４１、３４２間で配線３５１によって並列に接続される。ＬＥＤ素子Ｌ５ａ、Ｌ６ａはそれぞれ実施の形態１と同様に配線３５２ａ上に抵抗３０６ａとツェナーダイオード３０７ａを備えるバイパス回路３０８ａが並列に接続され、ＬＥＤ素子Ｌ５ｃ、Ｌ６ｃも同様にバイパス回路３０８ｃが並列に接続されている。

本実施の形態において、バイパス回路３０８ａ、３０８ｃが並列に接続するＬＥＤ素子は１直列であるため、バイパス回路のツェナーダイオード３０７ａ、３０７ｃは高い電圧を必要とせず、一般のダイオードを順方向で接続して用いても良い。

図７の平面図において示すように、発光部３０２は樹脂ダム３０３を外周に有し、透光性樹脂によって覆われたＬＥＤ素子Ｌ５ａとＬ６ａ、Ｌ５ｂとＬ６ｂ、Ｌ５ｃとＬ６ｃをそれぞれ含む発光領域３２１、３２２、３２３より形成され、それぞれの発光領域は特定の発光色を発する。

発光装置３００のＬＥＤ素子配列をバイパス回路３０８ａ、３０８ｃとの関係で見れば、それぞれ並列に接続された３組のＬＥＤ素子Ｌ５ａとＬ６ａ、Ｌ５ｂとＬ６ｂ、Ｌ５ｃとＬ６ｃが直列に接続された構成となっている。発光領域３２１、３２３は内部のＬＥＤ素子配列が１直列であっても、バイパス回路３０８ａ、３０８ｃによって、入力電流に対する発光が制御され、発光装置が低い駆動電圧を要求される場合においても、入力電流の大きさによる発光色の変化を実現することが可能となる。また、少ないＬＥＤ素子数で構成可能なため、発光部３０２の面積を小さくすることが容易である。

ＬＥＤ素子配列Ｌ５とＬ６が２並列で接続されているが、発光装置３００の定格電流値に応じて適宜ＬＥＤ素子配列の並列数は変更されて良く、例えば、発光装置の定格電流が小さければ１つのＬＥＤ素子配列とし、また例えば、定格電流が大きければ３並列以上のＬＥＤ素子配列とするなど、電流値に応じた設計の最適化が可能である。

発光領域３２１、３２３の発光色を同一とし、ＬＥＤ素子およびバイパス回路３０８ａ、３０８ｃの構成を同一とすることで、発光領域３２１、３２３は電流に対して同じ発光変化を示す。より好ましくは、発光領域３２１、３２３は発光部３０２内で対称に形成されており、上面視において、発光中心を通る２つの対称軸に対して線対称の発光色パターンであることで、発光装置３００からの出射光の色むらを、光学部品などによって抑制することがより容易となる。

（比較例）
従来技術によって発光装置として本実施の形態と同様の発光色の変化と発光色パターンを有するためには、少なくとも３並列のＬＥＤ素子配列による発光領域が発光部内に必要である。隣り合うそれぞれの発光領域は異なる発光色であるため、ＬＥＤ素子配列の幅より広い発光領域が各ＬＥＤ素子配列ごとに必要である。そのため、図６に示すようにＬＥＤ素子配列が２並列でしか配置できない発光部面積の場合、従来技術では実現が困難である。

さらに、従来技術で発光装置の大電流化を行うためには、通常、低電圧と高電圧のＬＥＤ素子配列いずれにもチップの並列数を増やさなければならなかったが、本発明では、ＬＥＤ素子配列の並列数は全体の電流値によって最適化されるため、限られた発光部の面積でも大電流化の対応が容易である。

（実施の形態３）
図８の発光装置４００の配線図において示すように、基板４０１上に単一の発光部４０２が形成され、発光部４０２の内側にＬＥＤ素子配列Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０が配置され、ＬＥＤ素子配列Ｌ７、Ｌ１０はそれぞれ同数のＬＥＤ素子直列数で並列に接続され、ＬＥＤ素子配列Ｌ８、Ｌ９はそれぞれ同数のＬＥＤ素子直列数で並列に接続され、ＬＥＤ素子配列Ｌ７、Ｌ１０とＬＥＤ素子配列Ｌ８、Ｌ９は電極ランド４４１、４４２間で電気的に直列に接続される。ＬＥＤ素子配列Ｌ７、Ｌ１０には実施の形態１と同様に配線４５２上に抵抗４０６とツェナーダイオード４０７を備えるバイパス回路４０８が並列に接続されている。

図９の平面図において示すように、発光部４０２は樹脂ダム４０３を外周に有し、透光性樹脂によって覆われたＬＥＤ素子配列Ｌ７を含む発光領域４２１、ＬＥＤ素子配列Ｌ８、Ｌ９を含む発光領域４２２、ＬＥＤ素子配列Ｌ１０を含む発光領域４２３より形成され、それぞれの発光領域はそれぞれ特定の発光色を発する。

好ましくは、発光領域４２１、４２３は発光部４０２内で発光中心に対して対称に形成され、同じ発光色を発することで、上面視における発光色パターンが発光中心を通る２つの対称軸に対して線対称となり、発光装置４００からの出射光の色むらを、光学部品などによって抑制することがより容易となる。発光領域４２１、４２３はバイパス回路４０８を共有することで、それぞれが電流に対して同じ発光変化を示すようにすることが容易となる。

ＬＥＤ素子配列Ｌ８、Ｌ９のＬＥＤ素子を発光部４０２の中心近くに配置することで、発光領域４２２からの光は発光部４０２の中心からの発光がより支配的となり、周縁部からの発光が減るため、発光装置４００を横方向から見た際の視認方向による色むらを抑制することが可能となる。

各ＬＥＤ素子配列のＬＥＤ素子直列数を多くすることで、発光装置４００の駆動電圧を高くすることが可能となる。

（比較例）
従来技術では、発光色の異なる発光領域のＬＥＤ素子配列はそれぞれ並列に接続することが必要であったため、発光装置の駆動電圧を高くするためには、それぞれのＬＥＤ素子配列の直列数を多くしなければならず、限られた発光部の面積の中では発光装置として設計可能な駆動電圧に限りがあった。一方で、本発明においては、異なる発光領域のＬＥＤ素子配列はそれぞれ直列に接続するため、限られた発光部の面積の中で発光装置の駆動電圧を高くすることはより容易である。

（実施の形態４）
図１０の配線図において示すように、発光装置５００は表面実装タイプのパッケージ５１１内部に実装部５１２を有し、実装部５１２にＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂが配置され、配線５５２、抵抗５０６、ダイオード５１７はＬＥＤ素子Ｌ１１ａに対するバイパス回路５０８を形成する。

なお、表面実装タイプの実装面積は一般に狭く限られているため、ＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、ダイオード５１７、抵抗５０６の内、いずれかを互いに重ねて実装し、必要な実装面積を縮小しても良い。配線５５１、５５２は実装面の配線パターンもしくは金属ワイヤーによって形成されるが、表面実装タイプの実装面積は一般に狭く限られているため、金属ワイヤーが用いられることが好ましい。

バイパス回路５０８上のダイオード５１７はＬＥＤ素子Ｌ１１ａの閾値電圧よりも降伏電圧が低いツェナーダイオードであっても良い。

ＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂはそれぞれ複数のＬＥＤ素子が直列に接続して構成されるＬＥＤ素子配列であっても良い。もしくは、複数のＬＥＤ素子が並列に接続して構成されても良い。

表面実装タイプのパッケージ５１１は材料として樹脂やセラミックが用いられ、裏面に電極端子を有し、金属フレームや金属スルーホールなどによって、実装部内に設けられた配線用電極ランド５１３、５１４と接続している。

図１１の平面図において示すように、実装部は透光性樹脂に覆われて発光部５０２を形成し、発光部５０２は異なる発光色を発する発光領域５２１、５２２より構成される。パッケージ５１１からの発光は発光領域５２１、５２２からの混合色となる。

異なる発光色のＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂを用いれば、同じ透光性樹脂によって封止するだけでも、入力電流の大きさによって異なる発光色を発する発光装置５００を得ることが可能である。その場合、発光部５０２は全体を同一の蛍光体配合の透光性樹脂によって封止されていても良い。

また、同じ発光色のＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂによっても、蛍光体配合の異なる透光性樹脂によってそれぞれのＬＥＤ素子を覆うことで、入力電流の大きさによって異なる発光色を発する発光装置５００は得られる。ＬＥＤ素子Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂの間に隔壁を設けることや、一つのＬＥＤ素子に対してチクソ性の高い透光性樹脂を使用するなどにより、実装部５１２内での範囲限定的な樹脂封止を行うことで、異なる発光色を有する発光領域の形成が可能となる。図１２のＡ−Ａ断面図に示すように、低い色温度の発光色となるように蛍光体配合を調整した透光性樹脂５２３を用いて、一つのＬＥＤ素子Ｌ１１ｂをパッケージの樹脂封止面よりも低い高さで封止し、その後色温度の高い発光色となるように蛍光体配合が調整された透光性樹脂５２４を用いて全体を封止しても良い。

（実施の形態５）
図１３の発光装置６００の配線図において示すように、電極ランド６４１、６４２および配線パターンを有する基板６０１上にＬＥＤパッケージＰ１ａ〜Ｐ１ｄ、Ｐ２ａ〜Ｐ２ｅがそれぞれ電気的に直列に接続されて実装され、ＬＥＤパッケージ配列Ｐ１、Ｐ２が形成される。ＬＥＤパッケージ配列Ｐ１には抵抗６００とツェナーダイオード６０７を備えるバイパス回路６０８が並列に接続されている。複数のＬＥＤパッケージが接続されることによって、内部のＬＥＤ素子も接続され、各ＬＥＤパッケージ配列は電気的にＬＥＤ素子配列となっている。

ＬＥＤパッケージＰ１ａ〜Ｐ１ｄ、Ｐ２ａ〜Ｐ２ｅは、単一の基板に実装され、好ましくは互いに近い距離で配置されることで、単一の発光源が形成される。ＬＥＤパッケージは単一の発光源を形成し易い、小型かつ高出力の表面実装タイプやチップスケールパッケージが好適である。

ＬＥＤパッケージ配列Ｐ１とＬＥＤパッケージ配列Ｐ２は、それぞれ異なる発光色を発することで、先の実施の形態と同様にバイパス回路６０８の抵抗６０６とツェナーダイオード６０７を適切に選択することで、電流の大きさによる発光装置６００の発光色変化が可能となる。

同一のＬＥＤパッケージ配列に属するＬＥＤパッケージは同じ発光色のＬＥＤパッケージで構成されることが好ましく、所望の発光色を得るのが容易となる。

図１４の変形例に示すように異なるＬＥＤパッケージ配列に属するＬＥＤパッケージが互いに隣り合い、かつ各発光色パターンが発光中心から対称に配置されることで、単一の光源として混色性が向上するため、好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものでは無く、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１では、実施の形態１と同様の構成の発光装置を用いて試験を行った。

基板１はアルミナセラミックであり、抵抗６は３３Ωであり、ツェナーダイオード７の降伏電圧は７．５Ｖである。ＬＥＤ素子は青色発光のＩｎＧａＮ系素子が用いられ、ＬＥＤ素子配列は４素子直列Ｌ１と２素子直列Ｌ２であり、互いに直列に接続しており、４素子直列のＬＥＤ素子配列Ｌ１はバイパス回路８と並列に接続する。４素子直列のＬＥＤ素子配列Ｌ１の閾値電圧は約１０．４Ｖである。それぞれのＬＥＤ素子配列は蛍光体を含んだシリコーン樹脂によって封止され、４素子直列は色温度４０００Ｋの白色光を発し、２素子直列は色温度２８００Ｋの電球色光を発する。

次に、入力電流の大きさにより発光装置全体の発する光の色温度と電圧の変化を調べた。

順方向電流が３０ｍＡにおいて、発光装置の発する発光色は２８００Ｋであり、順方向電圧は１３．９Ｖであった。順方向電流が３５０ｍＡにおいて、発光装置の発する発光色は３５００Ｋであり、順方向電圧は１７．７Ｖであった。

図１５は、発光装置の相対光束に対して発光色の色温度の変化を示すグラフである。相対光束が減少すると、発光色の色温度が低くなることが分かる。

図１６は順方向電流に対して、電圧の変化を示すグラフである。比較のため、従来技術による発光装置２００と同様の構成をした、ＬＥＤ素子は青色発光のＩｎＧａＮ系素子が用いられ、ＬＥＤ素子配列は６素子直列Ｌ３と４素子直列Ｌ４であり、互いに並列に接続しており、ＬＥＤ素子配列Ｌ４に接続する抵抗２０６は５０Ωである発光装置の電圧の変化を併せて破線にて示す。

本発明による発光装置では特に低電圧領域での電圧低下が抑制され、低電流域と定格電流域の電圧差がより小さくなっていることが分かる。

１００，２００，３００，４００，５００，６００ 発光装置
１，２０１，３０１，４０１，６０１ 基板
２，２０２，３０２，４０２，５０２ 発光部
２１，２２，２２１，２２２，３２１，３２２，３２３，４２１，４２２，４２３，５２１，５２２ 発光領域
３，２０３，３０３，４０３ 樹脂ダム
４１，４２，２４１，２４２，３４１，３４２，４４１，４４２，６４１，６４２ 電極ランド
５１，５２，２５１，２５２，３５１，３５２ａ，３５２ｃ，４５２，５５１，５５２，６５１，６５２ 配線
６，２０６，３０６ａ,３０６ｃ，４０６，５０６，６０６ 抵抗
７，３０７ａ,３０７ｃ，４０７，６０７ ツェナーダイオード
８，３０８ａ，３０８ｃ，４０８，５０８，６０８ バイパス回路
Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｆ，Ｌ４ａ〜Ｌ４ｄ，Ｌ５ａ〜Ｌ５ｃ，Ｌ６ａ〜Ｌ６ｃ，Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ ＬＥＤ素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０ ＬＥＤ素子配列
５１１，Ｐ１ａ〜Ｐ１ｄ，Ｐ２ａ〜Ｐ２ｅ ＬＥＤパッケージ
Ｐ１，Ｐ２ ＬＥＤパッケージ配列
５１２ 実装部
５１３，５１４ 配線用電極ランド
５１７ ダイオード
５２３，５２４ 蛍光体を含んだ透光性樹脂

Claims (5)

1. 一つ以上のＬＥＤ素子からなる第１のＬＥＤ素子配列と第２のＬＥＤ素子配列が備えられ、
   前記第１のＬＥＤ素子配列と前記第２のＬＥＤ素子配列は直列に接続しており、
   少なくとも一つの前記ＬＥＤ素子配列は、直列に接続された抵抗とダイオードと、を有するバイパス回路が並列に接続しており、
   前記バイパス回路と並列に接続した前記ＬＥＤ素子配列の閾値電圧は前記ダイオードの閾値電圧よりも大きく、
   前記第１のＬＥＤ素子配列の発光による発光色は前記第２のＬＥＤ素子配列の発光による発光色と異なることを特徴とする、発光装置。
2. 前記第１のＬＥＤ素子配列と前記第２のＬＥＤ素子配列と前記バイパス回路は単一の基板上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１のＬＥＤ素子配列の発光による前記発光色と前記第２のＬＥＤ素子配列の発光による前記発光色の色温度の差が１０００Ｋ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
4. 前記ダイオードはツェナーダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
5. それぞれの前記ＬＥＤ素子配列の発光する発光領域は、上面視において発光中心を通る２つ以上の対称軸を有するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。

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