JP2008004827A

JP2008004827A - Light source system

Info

Publication number: JP2008004827A
Application number: JP2006174107A
Authority: JP
Inventors: Takaari Uemoto; 隆在植本; Keiji Nishimoto; 恵司西本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: JP5005966B2

Abstract

【課題】基板面内の温度分布を均一化することができる光源システムを提供する。
【解決手段】第１回路(12)及び第２回路(14)が形成された基板(11)と、第１回路(12)に実装された少なくとも２つの第１発光素子(13)と、第２回路(14)に実装され、かつ複数の第１発光素子(13)に挟まれた少なくとも１つの第２発光素子(15)と、第１及び第２回路(12,14)に接続された電流制御部(18)とを含み、第１回路(12)と第２回路(14)とは、電気的に遮断可能であり、電流制御部(18)は、第２発光素子(15)に投入される電流値が第１発光素子(13)に投入される電流値より小さくなるように制御する光源システム(1)とする。
【選択図】図１A light source system capable of uniformizing a temperature distribution in a substrate surface is provided.
A substrate (11) on which a first circuit (12) and a second circuit (14) are formed, at least two first light emitting elements (13) mounted on the first circuit (12), Mounted in two circuits (14) and connected to at least one second light emitting element (15) sandwiched between a plurality of first light emitting elements (13) and the first and second circuits (12, 14) The first circuit (12) and the second circuit (14) can be electrically disconnected, and the current control unit (18) is connected to the second light emitting element (15). The light source system (1) is controlled so that the current value to be input is smaller than the current value to be input to the first light emitting element (13).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数の発光素子を含む光源システムに関する。 The present invention relates to a light source system including a plurality of light emitting elements.

発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）や半導体レーザ等の発光素子は、各種の発光デバイスに使用されている。特に、複数の発光素子を基板上に集積化した光源は、液晶バックライト用光源、インジゲータ用光源、ディスプレイ用光源、読み取りセンサ用光源等へ適用されている。しかし、複数の発光素子を集積化した光源には、発光素子から発せられる熱により、例えば発光素子が実装された基板が劣化する等の課題があった。 Light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) and semiconductor lasers are used in various light emitting devices. In particular, a light source in which a plurality of light emitting elements are integrated on a substrate is applied to a liquid crystal backlight light source, an indicator light source, a display light source, a reading sensor light source, and the like. However, a light source in which a plurality of light emitting elements are integrated has problems such as deterioration of a substrate on which the light emitting elements are mounted due to heat generated from the light emitting elements.

上記課題を解決するため、特許文献１や特許文献２には、ＬＥＤのジャンクション温度（Ｔｊ）に応じてＬＥＤに投入する電流値を制御できる光源が提案されている。この光源によれば、ＬＥＤのＴｊの上昇を抑制することができる。
特開２００４−３１９５９５号公報特開２００５−３２４６５６号公報 In order to solve the above problems, Patent Documents 1 and 2 propose light sources capable of controlling the current value input to the LED in accordance with the junction temperature (Tj) of the LED. According to this light source, an increase in Tj of the LED can be suppressed.
JP 2004-319595 A JP 2005-324656 A

しかし、特許文献１や特許文献２に開示された光源では、全てのＬＥＤに対して一律に投入電流値を制御するため、例えば、基板の中心に実装されたＬＥＤのＴｊと、基板の端部に実装されたＬＥＤのＴｊとで差異が生じ、基板面内の温度分布が不均一になる可能性があった。そのため、上記光源では、基板の反り等の不具合が生じるおそれがあった。 However, in the light sources disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the input current value is uniformly controlled for all the LEDs, for example, the Tj of the LED mounted at the center of the substrate and the end of the substrate There is a possibility that the temperature distribution in the substrate surface becomes non-uniform due to a difference in Tj of the LED mounted on the board. For this reason, the light source may cause problems such as warping of the substrate.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板面内の温度分布を均一化することができる光源システムを提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a light source system that can make the temperature distribution in the substrate surface uniform.

本発明の光源システムは、第１回路及び第２回路が形成された基板と、前記第１回路に実装された少なくとも２つの第１発光素子と、前記第２回路に実装され、かつ複数の前記第１発光素子に挟まれた少なくとも１つの第２発光素子とを含む光源システムであって、
前記第１及び第２回路に接続された電流制御部を含み、
前記第１回路と前記第２回路とは、電気的に遮断可能であり、
前記電流制御部は、前記第２発光素子に投入される電流値が前記第１発光素子に投入される電流値より小さくなるように制御することを特徴とする。 The light source system of the present invention includes a substrate on which a first circuit and a second circuit are formed, at least two first light emitting elements mounted on the first circuit, mounted on the second circuit, and a plurality of the light emitting systems. A light source system including at least one second light emitting element sandwiched between first light emitting elements,
A current controller connected to the first and second circuits;
The first circuit and the second circuit can be electrically disconnected,
The current control unit controls the current value input to the second light emitting element to be smaller than the current value input to the first light emitting element.

本発明の光源システムによれば、温度が上昇し易い発光素子に対し、その他の発光素子よりも投入電流を低減することで、基板面内の温度分布を均一化することができる。これにより、例えば基板の反り等の不具合を防止し、光源システムの長寿命化が可能となる。 According to the light source system of the present invention, the temperature distribution in the substrate surface can be made uniform by reducing the input current with respect to the light emitting element whose temperature is likely to rise, compared to the other light emitting elements. Thereby, for example, problems such as substrate warpage can be prevented, and the life of the light source system can be extended.

本発明の光源システムは、第１回路及び第２回路が形成された基板と、前記第１回路に実装された少なくとも２つの第１発光素子と、前記第２回路に実装され、かつ複数の前記第１発光素子に挟まれた少なくとも１つの第２発光素子とを含む。 The light source system of the present invention includes a substrate on which a first circuit and a second circuit are formed, at least two first light emitting elements mounted on the first circuit, mounted on the second circuit, and a plurality of the light emitting systems. And at least one second light emitting element sandwiched between the first light emitting elements.

上記基板を構成する基材は特に限定されず、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等からなるセラミック基材や、無機フィラと熱硬化性樹脂とを含むコンポジット基材等を使用できる。あるいは、上記基板の放熱性を高めるために、アルミニウム等からなる金属基材上に電気絶縁層（例えば上記コンポジット基材）を形成した積層基材を使用することもできる。上記基材の厚みは、例えば０．５〜３ｍｍ程度である。 Base material constituting the above substrate is not particularly limited, for example, or a ceramic substrate made of Al ₂ O _3, AlN or the like, a composite substrate or the like containing an inorganic filler and a thermosetting resin can be used. Or in order to improve the heat dissipation of the said board | substrate, the laminated base material which formed the electrically insulating layer (for example, the said composite base material) on the metal base material which consists of aluminum etc. can also be used. The thickness of the base material is, for example, about 0.5 to 3 mm.

上記第１及び第２発光素子としては、例えば、波長が５９０〜６５０ｎｍの赤色光を発する赤色ＬＥＤや、波長が５００〜５５０ｎｍの緑色光を発する緑色ＬＥＤや、波長が４５０〜５００ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤ等を使用することができる。上記赤色ＬＥＤとしては、例えばＡｌＩｎＧａＰ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。また、上記緑色ＬＥＤや上記青色ＬＥＤとしては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。なお、本発明において、上記第１発光素子の個数は２つ以上であれば特に限定されない。また、上記第１発光素子に挟まれる上記第２発光素子の個数についても特に限定されず、少なくとも１つ備えていればよい。 Examples of the first and second light emitting elements include a red LED that emits red light having a wavelength of 590 to 650 nm, a green LED that emits green light having a wavelength of 500 to 550 nm, and a blue light having a wavelength of 450 to 500 nm. A blue LED or the like that emits light can be used. As the red LED, for example, an LED using an AlInGaP-based material can be used. Moreover, as said green LED and said blue LED, LED using InGaAlN type material can be used, for example. In the present invention, the number of the first light emitting elements is not particularly limited as long as it is two or more. Further, the number of the second light-emitting elements sandwiched between the first light-emitting elements is not particularly limited, and at least one may be provided.

本発明の光源システムを白色光源用システムとして使用する場合は、上記第１及び第２発光素子として青色ＬＥＤを使用し、かつ上記第１及び第２発光素子を覆うようにして蛍光体層を形成すればよい。例えば、上記第１及び第２発光素子から発せられた光を吸収し蛍光を発する蛍光体をシリコーン樹脂等に分散させて蛍光体ペーストを形成し、上記第１及び第２発光素子上に上記蛍光体ペーストを塗布して上記蛍光体層を形成すればよい。上記蛍光体としては、例えば、ガーネット構造系Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂:Ｃｅ³⁺、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄:Ｅｕ²⁺等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ²⁺、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄:Ｅｕ²⁺、ガーネット構造系（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂:Ｃｅ³⁺等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈:Ｅｕ²⁺、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ₃:Ｅｕ²⁺、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ₂Ｓｉ₄ＡｌＯＮ₇:Ｅｕ²⁺、硫化物系ＣａＳ:Ｅｕ²⁺等の赤色光を発する蛍光体等が使用できる。 When the light source system of the present invention is used as a white light source system, a blue LED is used as the first and second light emitting elements, and a phosphor layer is formed so as to cover the first and second light emitting elements. do it. For example, a phosphor paste that absorbs light emitted from the first and second light emitting elements and emits fluorescence is dispersed in silicone resin or the like to form a phosphor paste, and the fluorescent light is formed on the first and second light emitting elements. The phosphor layer may be formed by applying a body paste. Examples of the phosphor include phosphors emitting green light, such as garnet structure system Y ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ : Ce ³⁺ , silicate system (Ba, Sr) ₂ SiO ₄ : Eu ²⁺ , Sialon type Ca—Al—Si—O—N: Eu ²⁺ , silicate type (Sr, Ca) ₂ SiO ₄ : Eu ²⁺ , garnet structure type (Y, Gd) ₃ Al ₅ O ₁₂ : Ce ³⁺ Phosphors emitting yellow light, nitridosilicate system Sr ₂ Si ₅ N ₈ : Eu ²⁺ , nitridoaluminosilicate system CaAlSiN ₃ : Eu ²⁺ , oxonitridoaluminosilicate system Sr ₂ Si ₄ AlON ₇ : Eu ^{2 +} , Phosphors emitting red light such as sulfide-based CaS: Eu ²⁺ can be used.

そして、本発明の光源システムは、上記構成に加え、上記第１及び第２回路に接続された電流制御部を含む。そして、上記第１回路と上記第２回路とは、電気的に遮断可能であり、上記電流制御部は、上記第２発光素子に投入される電流値が上記第１発光素子に投入される電流値より小さくなるように制御する。上記第２発光素子は、上記第１発光素子に挟まれているため、上記第１発光素子に比べ熱の放散性が低下し、温度が上昇し易い。本発明における上記電流制御部は、温度が上昇し易い第２発光素子への投入電流が、温度が比較的上昇し難い第１発光素子への投入電流より小さくなるように制御する。これにより、基板面内の温度分布を均一化することができる。よって、本発明の光源システムによれば、例えば基板の反り等の不具合を防止し、光源システムの長寿命化が可能となる。また、無駄な投入電流を低減できるため、省エネルギー化が容易となる。 And the light source system of this invention contains the electric current control part connected to the said 1st and 2nd circuit in addition to the said structure. The first circuit and the second circuit can be electrically disconnected, and the current control unit is configured such that a current value input to the second light emitting element is a current input to the first light emitting element. Control to be smaller than the value. Since the second light-emitting element is sandwiched between the first light-emitting elements, heat dissipation is reduced and the temperature is likely to rise as compared to the first light-emitting element. In the present invention, the current control unit performs control so that the input current to the second light emitting element, the temperature of which easily rises, is smaller than the input current to the first light emitting element, the temperature of which is relatively difficult to increase. Thereby, the temperature distribution in the substrate surface can be made uniform. Therefore, according to the light source system of the present invention, for example, problems such as substrate warpage can be prevented, and the life of the light source system can be extended. Moreover, since a wasteful input current can be reduced, energy saving is facilitated.

上記第１回路と上記第２回路とは、電気的に遮断可能であればよく、例えば上記第１回路と上記第２回路とが電気的に接触することなく、それぞれ独立して形成されていてもよいし、上記第１回路と上記第２回路とが、開閉スイッチを介して接続されていてもよい。なお、上記電流制御部は、例えばコンピュータに使用される演算処理装置等が使用できる。 The first circuit and the second circuit are only required to be electrically cut off. For example, the first circuit and the second circuit are formed independently without being in electrical contact with each other. Alternatively, the first circuit and the second circuit may be connected via an open / close switch. In addition, the said current control part can use the arithmetic processing unit etc. which are used for a computer, for example.

本発明の光源システムは、上記電流制御部が、上記第１及び第２発光素子のそれぞれに印加される電圧値に基づいて、上記第１及び第２発光素子のそれぞれに投入される電流値を制御する光源システムであってもよい。光源システムを点灯させた際、上記第１及び第２発光素子の温度上昇の程度によって、それぞれに印加される電圧値が変化する。その印加される電圧値に基づいてそれぞれに投入される電流値を制御することによって、基板面内の温度分布の均一化がより容易となる。 In the light source system of the present invention, the current control unit determines a current value input to each of the first and second light emitting elements based on a voltage value applied to each of the first and second light emitting elements. It may be a light source system to be controlled. When the light source system is turned on, the voltage value applied to each of the first and second light emitting elements varies depending on the degree of temperature rise of the first and second light emitting elements. By controlling the current value supplied to each based on the applied voltage value, it becomes easier to make the temperature distribution in the substrate surface uniform.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the drawings to be referred to, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る光源システムに使用される光源の平面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示す光源を用いた本発明の一実施形態に係る光源システムの概略構成図である。 FIG. 1A is a plan view of a light source used in a light source system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a schematic configuration diagram of a light source system according to an embodiment of the present invention using the light source shown in FIG. 1A.

図１Ａに示すように、光源１０は、基板１１と、基板１１上の第１回路１２に実装された６つの第１発光素子１３と、基板１１上の第２回路１４に実装された３つの第２発光素子１５とを含む。第２発光素子１５は、それぞれ２つの第１発光素子１３に挟まれている。また、第１及び第２回路１２，１４には、それぞれの両端に端子１６が設けられている。そして、図１Ｂに示すように、第１及び第２回路１２，１４には、それぞれ回路に流れる電流を一定の値に維持する定電流制御部１７が設けられている。なお、第１回路１２と第２回路１４とは、電気的に遮断可能となるように形成されている。 As shown in FIG. 1A, the light source 10 includes a substrate 11, six first light emitting elements 13 mounted on the first circuit 12 on the substrate 11, and three mounted on the second circuit 14 on the substrate 11. A second light emitting element 15. Each of the second light emitting elements 15 is sandwiched between two first light emitting elements 13. The first and second circuits 12 and 14 are each provided with terminals 16 at both ends. As shown in FIG. 1B, the first and second circuits 12 and 14 are each provided with a constant current control unit 17 that maintains the current flowing through the circuits at a constant value. The first circuit 12 and the second circuit 14 are formed so as to be electrically cut off.

図１Ｂに示すように、光源システム１は、上述した光源１０と、それぞれの定電流制御部１７に接続された中央制御部１８とを含む。中央制御部１８は、第１及び第２発光素子１３，１５のそれぞれに印加される電圧値に基づいて、第２発光素子１５に投入される電流値が第１発光素子１３に投入される電流値より小さくなるように制御する。これにより、基板１１の面内における温度分布を均一化することができるため、例えば基板１１の反り等の不具合を防止することができる。なお、中央制御部１８は、上述した「電流制御部」に相当する。 As shown in FIG. 1B, the light source system 1 includes the light source 10 described above and a central control unit 18 connected to each constant current control unit 17. Based on the voltage value applied to each of the first and second light emitting elements 13 and 15, the central control unit 18 converts the current value input to the second light emitting element 15 into the current input to the first light emitting element 13. Control to be smaller than the value. Thereby, since the temperature distribution in the surface of the substrate 11 can be made uniform, problems such as warpage of the substrate 11 can be prevented. The central control unit 18 corresponds to the “current control unit” described above.

以下、本発明の実施例について説明する。なお本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. The present invention is not limited to this example.

本発明の実施例として、図１Ａ，Ｂに示す光源システムを作製し、以下に示す方法で評価した。基板としては、Ａｌ₂Ｏ₃からなる基板（２４ｍｍ×３０ｍｍ、厚み：１ｍｍ）を用いた。第１及び第２発光素子としては、いずれもＧａＮ系材料からなる青色ＬＥＤ（１ｍｍ×１ｍｍ、厚み：３００μｍ）を用いた。 As an example of the present invention, the light source system shown in FIGS. 1A and 1B was manufactured and evaluated by the following method. As the substrate, a substrate made of Al ₂ O ₃ (24 mm × 30 mm, thickness: 1 mm) was used. As the first and second light emitting elements, blue LEDs (1 mm × 1 mm, thickness: 300 μm) made of a GaN-based material were used.

（ジャンクション温度と電圧との関係）
上記実施例の光源システムを１９℃、３８℃、５７℃及び７３℃に維持された恒温槽内にそれぞれ載置して１時間放置し、定常状態となった後で、第１及び第２発光素子をそれぞれ任意に１つずつ選び、それらの発光素子における光取り出し側の主面の温度を測定して、その値をジャンクション温度（Ｔｊ）とした。これと同時に、第１及び第２発光素子のそれぞれに１ｍＡの電流を投入し、それぞれの発光素子に印加される電圧（１つあたりに印加される電圧）を測定した。結果を図２に示す。図２に示すように、Ｔｊと電圧との関係については、第１及び第２発光素子で相違はなかった。 (Relationship between junction temperature and voltage)
The light source system of the above embodiment was placed in a thermostat maintained at 19 ° C., 38 ° C., 57 ° C., and 73 ° C., and left for 1 hour. Each element was selected arbitrarily, the temperature of the main surface on the light extraction side of each light emitting element was measured, and the value was defined as the junction temperature (Tj). At the same time, a current of 1 mA was applied to each of the first and second light emitting elements, and the voltage applied to each light emitting element (voltage applied per one) was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the relationship between Tj and voltage was not different between the first and second light emitting elements.

（投入電流値とＴｊとの関係）
上記実施例の光源システムの第１及び第２発光素子のそれぞれに、同じ大きさの電流（５０ｍＡ、１００ｍＡ、１５０ｍＡ、２００ｍＡ及び２５０ｍＡ）を投入して１時間点灯させた後で、それぞれの発光素子に印加される電圧（１つあたりに印加される電圧）を測定し、その値からＴｊを算出した。結果を図３に示す。図３に示すように、第１発光素子については、Ｔｊが比較的安定していたが、第２発光素子については、投入電流値が大きくなるにつれＴｊが高くなる傾向が見られた。そこで、中央制御部により、第１発光素子に対して２００ｍＡの電流を投入し、第２発光素子に対して１２５ｍＡの電流を投入して１時間点させた後で、上述と同様にＴｊを算出したところ、両者のＴｊの差は１℃程度となった。また、中央制御部により、第１発光素子に対して２５０ｍＡの電流を投入し、第２発光素子に対して１３０ｍＡの電流を投入して１時間点灯させた後で、上述と同様にＴｊを算出したところ、同じく両者のＴｊの差は１℃程度となった。 (Relationship between input current value and Tj)
Each of the first and second light emitting elements of the light source system of the above embodiment is turned on for 1 hour by applying the same current (50 mA, 100 mA, 150 mA, 200 mA and 250 mA), and then the respective light emitting elements. The voltage applied to each (voltage applied per one) was measured, and Tj was calculated from the value. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, Tj was relatively stable for the first light emitting element, but for the second light emitting element, Tj tended to increase as the input current value increased. Therefore, the central control unit applies a current of 200 mA to the first light-emitting element, inputs a current of 125 mA to the second light-emitting element, and sets it to 1 hour, and then calculates Tj in the same manner as described above. As a result, the difference in Tj between them was about 1 ° C. In addition, the central control unit applies a current of 250 mA to the first light emitting element, supplies a current of 130 mA to the second light emitting element and lights it for 1 hour, and then calculates Tj in the same manner as described above. As a result, the difference in Tj between the two was about 1 ° C.

本発明の光源システムは、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置や、街頭用大型ディスプレイ、プロジェクタ等に使用される表示装置等に有用である。 The light source system of the present invention includes, for example, lighting devices used for general lighting, production lighting (sign lights, etc.), automotive lighting (especially headlights), large street displays, projectors, etc. Useful for devices and the like.

Ａは本発明の一実施形態に係る光源システムに使用される光源の平面図であり、ＢはＡに示す光源を用いた本発明の一実施形態に係る光源システムの概略構成図である。A is a top view of the light source used for the light source system which concerns on one Embodiment of this invention, B is a schematic block diagram of the light source system which concerns on one Embodiment of this invention using the light source shown to A. FIG. 本発明の実施例の光源システムにおけるジャンクション温度と電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between junction temperature and voltage in the light source system of the Example of this invention. 本発明の実施例の光源システムにおける投入電流値とジャンクション温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the input electric current value and junction temperature in the light source system of the Example of this invention.

Explanation of symbols

１光源システム
１０光源
１１基板
１２第１回路
１３第１発光素子
１４第２回路
１５第２発光素子
１６端子
１７定電流制御部
１８中央制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source system 10 Light source 11 Board | substrate 12 1st circuit 13 1st light emitting element 14 2nd circuit 15 2nd light emitting element 16 Terminal 17 Constant current control part 18 Central control part

Claims

A substrate on which the first circuit and the second circuit are formed, at least two first light emitting elements mounted on the first circuit, and mounted on the second circuit and sandwiched between the plurality of first light emitting elements. A light source system including at least one second light emitting element,
A current controller connected to the first and second circuits;
The first circuit and the second circuit can be electrically disconnected,
The light source system is characterized in that the current control unit controls the current value input to the second light emitting element to be smaller than the current value input to the first light emitting element.

The current control unit controls a current value supplied to each of the first and second light emitting elements based on a voltage value applied to each of the first and second light emitting elements. Light source system.