発光デバイス及び灯具
【課題】低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイス及び灯具を提供する。
【解決手段】第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続された第１の発光部１１０と、前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極１３０と異なる第２の電極２３０が接続され、前記第１の発光部１１０と独立して発光可能な第２の発光部２１０と、を備えたことを特徴とする発光デバイスを提供する。
【解決手段】第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続された第１の発光部１１０と、前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極１３０と異なる第２の電極２３０が接続され、前記第１の発光部１１０と独立して発光可能な第２の発光部２１０と、を備えたことを特徴とする発光デバイスを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス及び灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイスの代表例として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）がある。
ＬＥＤの明るさを調整する最も簡単な方法は、駆動電流を制御する方法である。電源が定電圧の場合は、適当な値を持つ抵抗をＬＥＤと電源との間に接続することで、ＬＥＤに流れる電流を制御できる。これにより、ＬＥＤに流れる電流が大きい時に高輝度の発光が得られ、電流が小さい時に低輝度の発光が得られる。
【０００３】
一般に、ＬＥＤにおいて、電流と光出力との関係は必ずしも線形ではない。
すなわち、大きい電流を流しても、自己発熱と、注入キャリア密度（電流密度）の三乗以上に比例する非放射再結合成分の増加によって光出力は飽和傾向を示す。さらに、過度に大きい電流を流すと素子破壊や素子寿命への悪影響を引き起こす。
一方、過度に小さい電流で駆動したとき、表面再結合電流や、発光層の接合面の不完全性によるシャントパス（バイパス）形成で起こるリーク電流等の影響によって、発光効率が下がる。また、発光層の接合面内での電極抵抗の分布によって印加電圧に分布が生じ、均一な発光が得られず、チップ面の一部で発光しないこともある。
このように、ＬＥＤには、効率的に発光するための適切な駆動電流の範囲があり、従って、安定して出力できる輝度の範囲がある。
【０００４】
これに対し、極端に差のある高輝度状態と低輝度状態との発光が必要な応用がある。 このような例として、例えば自動車の後方ランプ用の赤色ＬＥＤが挙げられる。この場合、低輝度状態は、夜間のテールランプ発光であり、高輝度状態は、ブレーキを踏んだ時のストップランプ発光である。この高輝度状態の輝度は、例えば、低輝度状態の輝度の数１０倍の明るさであることが必要とされる。
このように極端に差異のある輝度は、従来の単一のＬＥＤで得ることは難しい。すなわち、従来の技術では、低輝度時には、発光の効率が低下し、発光にばらつきが発生する。
【０００５】
なお、特許文献１に、赤色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子より発光面積が広い青色ＬＥＤ素子を備えた、色再現範囲の広いＬＥＤパッケージに関する技術が公開されている。
【特許文献１】特開２００７−２７４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の条件の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイス及び灯具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、第１の発光面積を有し、第１の電極が接続された第１の発光部と、前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極と異なる第２の電極が接続され、前記第１の発光部と独立して発光可能な第２の発光部と、を備えたことを特徴とする発光デバイスが提供される。
【０００８】
本発明の別の一態様によれば、前記第１の発光部の光出力が、前記第２の発光部の光出力の１０倍以上であり、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲にあり、前記第１の発光部に供給される電流密度、及び、前記第２の発光部に供給される電流密度が、１０Ａ／ｃｍ２以上である上記の発光デバイスを用いたことを特徴とする車両後方表示用の灯具が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイス及び灯具が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図面は、本発明の一実施形態に係わり、図１〜図４は、発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図、図５は、発光デバイスの構成を例示する回路図、図６は、灯具の構成を例示する模式的断面図である。
なお、本願明細書及び各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る発光デバイス１０は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続された第１の発光部１１０と、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続された第２の発光部と、を備えている。
【００１１】
第２の発光面積は、第１の発光面積より小さい。
そして、発光デバイス１０では、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とが、同一の半導体チップ３００に設けられている。
【００１２】
半導体チップ３００は、ＬＥＤチップ（ＬＥＤ Die）であり、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に、両クラッド層より小さいバンドギャップを有する発光層（活性層）３１０を挟んだ構成を有している。下側のクラッド層の下には、下側電極３２０が設けられている。例えば、発光層３１０の材料としてＧａＡｌＡｓ系やＩｎＡｌＧａＰ系の化合物半導体を用いた場合、赤色の発光を得ることができる。
【００１３】
発光デバイス１０は、例えば、１辺が３５０μｍ角の直法体形状であり、その一部に、第２の面積（小さい面積）の第２の発光部２１０が設けられている。第２の発光部２１０は、例えば、１００μｍ角のＬＥＤであり、第２の発光部２１０以外の領域に、第１の面積（大きい面積）の第１の発光部１１０が設けられている。第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の間には、分離溝３２９が設けられており、これらの発光部は互いに電気的に分離されている。例えば、発光層（活性層）を分離溝３２９によって分離することで、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とをそれぞれ独立に発光させることができる。なお、上記に限らず、発光デバイス１０のサイズ、形状は任意であり、また、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０のそれぞれのサイズ、形状も任意である。
【００１４】
第１の発光部１１０の第１の電極１３０は、第１のワイヤー１６０をワイヤーボンディングするための円形のパッド部１３１と、電極指１３２を有している。この電極指１３２によって、第１の発光部１１０の上面の実質的全体に電流を広げることができる。
【００１５】
一方、第２の発光部２１０の第２の電極２３０は、円形であり、第２のワイヤー２６０をワイヤーボンディングするためのパッド部の機能も果たす。
このように、第１の電極１３０と第２の電極２３０とは独立している。
【００１６】
そして、第１の電極１３０と下側電極３２０との間に電流を流すことにより、第１の発光部１１０が発光する。そして、第２の電極２３０と下側電極３２０との間に電流を流すことにより、第２の発光部２１０が発光する。
【００１７】
このように、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０に、異なる電極である、第１の電極１３０と第２の電極２３０をそれぞれ設けることで、第１の発光部１１０と第２の発光部１２０とは、互いに独立して発光可能とされている。
【００１８】
これにより、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とをそれぞれ適切な駆動条件で発光させつつ、異なる輝度の発光を得ることができる。すなわち、低輝度を得たい時は、第２の発光部２１０のみを発光させる。このとき、第１の発光部１１０は、低輝度とは言え、第１の発光部１１０の適切な駆動条件で駆動されているため、安定した発光を得ることができ、発光のばらつきは実質上発生しない。
【００１９】
また、高輝度を得たい時は、第１の発光部１１０のみ、または、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の両方を発光させる。この時、第１の発光部１１０（または第１の発光部１１０と第２の発光部２１０）は、適切な駆動条件で駆動されているため、過度に大きい電流を流すことがなく、安定した駆動を行うことができる。
【００２０】
このように、本実施形態の発光デバイス１０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００２１】
なお、第１の発光部１１０の第１の発光面積は、第１の発光部１１０に対応する発光層（活性層）３１０の面積に依存するが、第１の電極１３０に遮光性がある材料を用いた場合は、発光した光が第１の電極１３０によって遮光される。このため、このときは、実用的には、第１の発光面積は、第１の電極１３０の第１の発光部１１０における開口部となる。また、同様に、第２の発光面積は、実用的には、第２の電極２３０の第２の発光部２１０における開口部となる。従って、両電極に遮光性がある材料を用いた場合は、これら両発光部の電極以外の開口部の面積が異なっていれば良い。
すなわち、本実施形態の発光デバイスにおいて、第１の発光部１１０の第１の発光面積と、第２の発光部２１０の第２の発光面積とは、実質的な発光面積として異なっている。
【００２２】
（比較例）
比較例の発光デバイスは、本実施形態に係る発光デバイス１０に対し、発光部が１つであり、その発光面積は、発光デバイス１０における第１の発光面積と第２の発光面積の実質的に和となっている。
例えば、比較例の発光デバイスのＬＥＤチップは、ＧａＡｌＡｓからなる発光層を備えた約３５０μｍ角であり、接合部の面積は、１．２２５×１０−３ｃｍ２である。そして、標準駆動電流は、７０ｍＡである。従って、標準駆動条件での電流密度は、５７Ａ／ｃｍ２（＝７０ｍＡ／１．２２５×１０−３ｃｍ２）である。
【００２３】
例えば、このＬＥＤは、製造後に、標準条件である７０ｍＡの電流で評価（検査）され、明るさが所定の仕様の範囲に入るように選別される。従って、標準条件である７０ｍＡで駆動すれば、安定した一定の所定の明るさが得られる。従って、このようなＬＥＤを複数設けた灯具（例えば自動車の後方ランプ）において、複数のＬＥＤ間での明るさのばらつきは実用上目立たない。
【００２４】
このＬＥＤをストップランプ状態（高輝度状態）及びテールランプ（尾灯）状態（低輝度状態）で点灯させる。
ここで、ストップランプ状態は、ブレーキを踏むことで車両が制動状態（減速・停止）にあることを、後方に認識させる発光表示状態である。また、テールランプ状態は、自動車や列車などの車体後部につける赤色の標識灯としての点灯状態である。
ストップランプ状態で点灯させた場合は、ＬＥＤは、大電流駆動状態である、標準駆動電流値付近で動作されており、安定した駆動が行われ、複数のＬＥＤ間での明るさのばらつきも実質的に生じない。
【００２５】
これに対して、テールランプ状態（低輝度状態）で点灯させた場合は、例えば、３ｍＡ程度の駆動電流、すなわち、２．５Ａ／ｃｍ２（＝３ｍＡ／１．２２５×１０−３）の電流密度の低電流で動作させる。このとき、例えば、ＬＥＤが上記のように標準条件である７０ｍＡの電流で評価され、明るさが所定の仕様の範囲（ランク）に入るように選別されている場合は、その評価条件よりかなり小さい電流で駆動するので、発光にばらつきが発生する。
すなわち、駆動電流が小さい場合には、表面再結合やシャントパスによるリーク電流のように発光に寄与しない無効電流の割合が増える。また、低輝度を発光するのに過度に大きい発光領域を使用することになるので、結晶の欠陥密度が一定であるとすれば面積が大きいために欠陥の数が増え、シャントパスが増える。また、面積が大きいと表面再結合電流の影響も大きくなる。そして、大面積になるほど、チップ面内の電圧分布も大きいため、発光の弱い部分も目立ってきて、輝度が低くなってしまい、ギラギラと輝く発光感がなくなる。
【００２６】
このように、単一の発光部しか有しない比較例の発光デバイスでは、低輝度時（小電流駆動時）には、発光の効率が低下し、発光にばらつきが発生する。一方、低輝度時に対応させて発光デバイスを設計すると、高輝度時の輝度が不足する。
【００２７】
これに対して、本実施形態によれば、異なる発光面積を有する複数の発光部を設けてこれらをそれぞれ発光可能とすることにより、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
なお本実施形態に係る発光デバイスにおいて、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光色（発光ドミナント波長）は、実質的に同一とすることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２に表したように、本発明の第２の実施形態に係る発光デバイス２０は、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とが、同一の外囲器（パッケージ）３７０に格納されている。そして、第１の発光部１１０として、第１のＬＥＤチップ１１１が用いられ、第２の発光部２１０として第２のＬＥＤチップ２１１が用いられている。
【００２９】
すなわち、ＬＥＤチップに電流を流し、光取り出し効率を高め、さらには、信頼性を高めるため、ＬＥＤチップが適当な外囲器３７０に収納されている。外囲器３７０としては、砲弾型やＳＭＤ（Surface Mount Device）型等の各種の構成の外囲器を用いることができる。図２には、ＳＭＤ型の外囲器３７０が例示されている。
【００３０】
カソード側リードフレーム３４０の上に、第１のＬＥＤチップ１１１及び第１のＬＥＤチップ２１１が導電材料によってマウントされている。そして、カソード側リードフレーム３４０はカソード側はんだパターン３５１に接続されている
第１のＬＥＤチップ１１１の上側の第１の電極１３０から、第１のアノード側リードフレーム１５０に第１のワイヤー１６０が設けられている。そして、第１のアノード側リードフレーム１５０は、第１のアノード側はんだパターン１５１に接続されている。
また、第２のＬＥＤチップ２１１の上側の第２の電極１３０から、第２のアノード側リードフレーム２５０に第２のワイヤー２６０が設けられている。そして、第２のアノード側リードフレーム２５０は、第２のアノード側はんだパターン２５１に接続されている。
【００３１】
そして、また、カソード側リードフレーム３４０、第１、第２のアノード側リードフレーム１５０、２５０及び第１、第２のＬＥＤチップ１１１、２１１の外側には、反射率の高い白色の樹脂やセラミック等の外囲器３７０が配されている。
この外囲器３７０の上面開口部から透明な樹脂材料３８０を充填し、第１、第２のＬＥＤチップ１１１、１２１が封止されている。
【００３２】
第１のＬＥＤチップ１１１は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続されており、第１の発光部１１０となる。
そして、第２のＬＥＤチップ２１１は、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続されており、第２の発光部２１０となる。そして、第２の発光面積は、第１の発光面積よりも小さい。
また、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光波長は実質的に等しく、すなわち、発光色は実質的に同じに設定できる。
テールランプ状態（低輝度状態）においては、第２のＬＥＤチップ２１１のみを発光させる。一方、ストップランプ状態（高輝度状態に）においては、第１のＬＥＤチップ１１１のみ、または第１のＬＥＤチップ１１１と第２のＬＥＤチップ２１１の両方を発光させる。これにより、第１実施形態に関して前述したものと同様の効果が得られる。
【００３３】
このように、同一の発光波長を有し、異なる発光面積を有する複数の発光部をそれぞれ別のＬＥＤチップとして作製し、これらを同一の外囲器３７０に格納することで、例えば各種の標準仕様のＬＥＤチップの中から、各種用途の仕様に合わせた組み合わせのＬＥＤチップを採用することで、任意の仕様の発光デバイスを簡便に製造することができ、実用上非常に便利となる。
【００３４】
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を同一の外囲器３７０内に格納する本実施形態の発光デバイス２０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図３に表したように、本発明の第３の実施形態に係る発光デバイス３０では、第１の発光部１１０と第２の発光部１２０とが同一の実装部材３９０に設けられている。実装部材３９０には、例えば、放熱機能を有するＰＣＢ（Printed Circuit Board）などの基板を使用することができる。
【００３６】
そして、第１の発光部１１０として、第１のＬＥＤパッケージ１１２が設けられている。第１のＬＥＤパッケージ１１２は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続されている。具体的には、第１の発光面積を有する第１のＬＥＤチップ１１１が、第１のＬＥＤパッケージ１１２に搭載されている。なお、この場合、第１の電極１３０は、第１のアノード側リードフレーム１５０または、第１のアノード側はんだパターン１５１とすることができる。
【００３７】
そして、第２の発光部２１０として、第２のＬＥＤパッケージ２１２が設けられている。第２のＬＥＤパッケージ２１２は、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続されている。具体的には、第２の発光面積を有する第２のＬＥＤチップ２１１が、第２のＬＥＤパッケージ２１２に搭載されている。なお、この場合、第２の電極２３０は、第２のアノード側リードフレーム２５０または、第２のアノード側はんだパターン２５１とすることができる。
【００３８】
そして、第２の発光面積は、第１の発光面積より小さい。
そして、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光波長は実質的に等しく、すなわち、発光色は実質的に同じに設定できる。
すなわち、第１の発光部１１０は、第１の半導体チップ（第１のＬＥＤチップ１１１）に設けられ、第２の発光部２１０は、第２の半導体チップ（第２のＬＥＤチップ２１１）に設けられ、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光色は、同じであり、第１の半導体チップは、第１の外囲器（第１のパッケージ１１２）に収容され、第２の半導体チップは、第２の外囲器（第２のパッケージ２１２）に収容され、第１の外囲器と第２の外囲器は、同一の実装部材３９０に搭載されている。
【００３９】
本実施形態においても、テールランプ状態（低輝度状態）においては、第２のＬＥＤチップ２１１のみを発光させる。一方、ストップランプ状態（高輝度状態に）においては、第１のＬＥＤチップ１１１のみ、または第１のＬＥＤチップ１１１と第２のＬＥＤチップ２１１の両方を発光させる。これにより、第１実施形態に関して前述したものと同様の効果が得られる。
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を別のＬＥＤパッケージとして作製し、これらを同一の実装部材３９０に搭載することで、例えば各種の標準仕様のＬＥＤパッケージの中から、各種用途の仕様に合わせた組み合わせのＬＥＤパッケージを採用することで、任意の仕様の発光デバイスを簡便に製造することができ、実用上非常に便利となる。
【００４０】
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を同一の実装部材３９０に搭載する本実施形態の発光デバイス３０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００４１】
なお、上記の発光デバイス３０では、発光面積が異なる複数のＬＥＤパッケージを同一基板上に設けた例であるが、発光面積が異なる複数のＬＥＤチップをベアチップ状態で同一基板上に設けても良い。
【００４２】
さらに、上記の発光デバイス１０〜３０において、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の２つの発光部が設けられているが、本発明はこれには限らず、異なる発光面積を有する３以上の発光部を、同一半導体チップ、同一外囲器、及び、同一基板に設けても良い。例えば、大、中、小の３種の発光面積の発光部をそれぞれ１つずつ設けても良い。
【００４３】
また、図４に例示した本実施形態の別の発光デバイス３１のように、大発光面積の発光部（第１の発光部１１０）を１つ設け、小発光面積の発光部（第２の発光部２１０）を２つ設けても良い。
【００４４】
すなわち、発光部の数と、それぞれの発光面積の組み合わせは任意である。これにより、３つ以上の発光部にそれぞれ対応した駆動条件でそれぞれの発光部を駆動でき、これにより、複数の輝度の発光を安定して得ることができる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る発光デバイス４０は、第１の発光部１１０と、第２の発光部１２０に加え、さらに、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とに接続されたスイッチ回路５００を備えている。
【００４６】
第１の発光部１１０と第２の発光部２１０には、それぞれ直列抵抗成分Ｒ１、Ｒ２がある。そして、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０は並列に接続され、それぞれスイッチ回路５００と接続されている。スイッチ回路５００と駆動端子Ｐとの間には、外部抵抗成分Ｒｅｘがある。
そして、駆動端子Ｐには、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０への駆動電流Ｉが供給される。
【００４７】
このとき、スイッチ回路５００は、駆動電流Ｉが、所定のしきい値電流以下の場合は、駆動電流Ｉを第２の発光部２１０に通電する。
そして、駆動電流Ｉがしきい値電流より大きい場合は、例えば、しきい値電流以下の電流成分Ｉ２を第２の発光部２１０に供給し、駆動電流Ｉのうちしきい値電流より大きい電流成分Ｉ１を第１の発光部１１０に供給する。または、駆動電流Ｉがしきい値電流より大きい場合は、駆動電流Ｉを第１の発光部１１０のみに供給しても良い。すなわち、駆動電流Ｉが、しきい値電流より大きい場合は、駆動電流Ｉの少なくとも一部を、第１の発光部１１０に供給する。この場合、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０に供給するそれぞれの電流の大きさは、発光特性と信頼性等を勘案して適切に設定できる。
すなわち、本実施形態の発光デバイス４０は、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とに接続され、供給すべき駆動電流Ｉがしきい値電流以下の場合は、駆動電流Ｉを第２の発光部２１０のみに供給し、供給すべき駆動電流Ｉがしきい値電流よりも大きい場合は、駆動電流の少なくとも一部を、第１の発光部に供給するスイッチ回路５００をさらに備えている。
【００４８】
このように、スイッチ回路５００は、２種類のＬＥＤに流れる電流を自動的に振り分ける機能を有している。これにより、例えば、所定のしきい値電流より小さい駆動電流に対しては、発光面積の小さい第２の発光部２１０のみに電流を流し、発光面積の大きい第１の発光部１１０には電流を流さないことにより、安定した駆動が実現できる。
【００４９】
このように、スイッチ回路５００を設けたことにより、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とを有する発光デバイスを通常のＬＥＤのように使用することができるので、実用上非常に便利になる。
【００５０】
スイッチ回路５００は、注入電流の一部を分岐して飽和トランジスタやサイリスタなどのベースやゲートに流すことで、全体の電流Ｉを、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０のどちらに流すかを選択することが可能な回路構成を有する。このような機能を持つ各種の回路構成を、スイッチ回路５００に用いることができる。
【００５１】
上記において、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の２種の発光部がある場合のスイッチ回路の動作について説明したが、本発明はこれに限らず、スイッチ回路は、異なる面積を有する、３つ以上を含めた複数の発光部を備えた場合において、それらの発光部に供給する電流を所定のしきい値電流に基づいて切り替え可能とする回路とすることができる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
以上の実施形態に係る発光デバイスは、例えば自動車後方ランプ等の灯具に応用できる。
自動車後方ランプ用の発光デバイスでは、発光ドミナント波長は、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、赤色光を発光する。また、意匠性等のために複数のＬＥＤを並べても良い。電源は定電源であり、外部抵抗を用いてＬＥＤに流れる電流値を変化させて高輝度及び低輝度の２状態の明るさが制御される。
【００５３】
赤色のＡｌＩｎＧａＰ形ＬＥＤチップにおいては、１０Ａ／ｃｍ２以上の電流で駆動すれば、輝度のばらつきは比較的小さく、実用的には無視できる。
すなわち、発明者の検討によれば、標準駆動電流の２〜４割の電流が、実用的に安定して発光可能な下限の電流と考えられる。ＬＥＤチップのサイズとその標準駆動電流の２〜４割での電流密度を調べると、２２０μｍ角のＬＥＤチップを５ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１２．５Ａ／ｃｍ２である。そして、３５０μｍ角のＬＥＤチップを２０ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１６．３Ａ／ｃｍ２である。そして、１ｍｍ角のＬＥＤチップを１００ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１０Ａ／ｃｍ２である。
すなわち、標準駆動電流の２〜４割に相当するこれら電流密度は、これらのサイズのＬＥＤチップを問題なく使用できる電流密度であり、上記の１０Ａ／ｃｍ２以上である。
【００５４】
従って、自動車用後方灯具に応用する場合、発光デバイスは、第１の発光部１１０の光出力が、第２の発光部２１０の光出力の１０倍以上であり、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、第１の発光部１１０に供給される電流、及び、第２の発光部２１０に供給される電流が、１０Ａ／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００５５】
そして、テールランプ状態では、第２の発光部２１０のみを発光させ、ストップランプ状態の時は、第１の発光部１１０、または、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の両方を発光させる。
【００５６】
これにより、自動車用後方ランプに適した、発光のばらつきが低減された、１０倍以上の輝度差の複数の赤色光を発光する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００５７】
なお、既述の比較例におけるテールランプ状態での２．５Ａ／ｃｍ２の電流密度は、この下限の１０Ａ／ｃｍ２の電流密度よりも低い値であり、安定した発光が得られない駆動条件である。
【００５８】
（第６の実施の形態）
以上の実施形態に係る発光デバイスは、例えば自動車後方灯具（ランプ）等の灯具に応用できる。
【００５９】
例えば、図６に表したように、本発明の実施形態に係る灯具５０は、上記の実施形態の発光デバイス１０を３つ用い、それらが、反射部６１０、レンズ６２０、カバー６３０を有するランプハウジング６００に搭載されている。発光デバイス１０は、例えば、第１の発光部１１０の光出力が、第２の発光部２１０の光出力の１０倍以上であり、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、第１の発光部１１０に供給される電流、及び、第２の発光部２１０に供給される電流が、１０Ａ／ｃｍ２以上である。
なお、図６では、発光デバイス１０が用いられているが、上記の実施形態の全ての発光デバイスを用いることができる。
【００６０】
これにより、発光のばらつきが低減された、１０倍以上の輝度差の複数の赤色光を発光する、高効率の灯具が提供される。
【００６１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光デバイス及び灯具を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した発光デバイス及び灯具を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発光デバイス及び灯具も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図２】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図３】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図４】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図５】発光デバイスの構成を例示する回路図。
【図６】灯具の構成を例示する模式的断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２０、３０、３１、４０…発光デバイス、 ５０…灯具、 １１０…第１の発光部、 １３０…第１の電極、 ２１０…第２の発光部、 ２３０…第２の電極、 ３００…半導体チップ、 ３７０…外囲器、 ３９０…実装部材、５００…スイッチ回路、 ６００…ランプハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス及び灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイスの代表例として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）がある。
ＬＥＤの明るさを調整する最も簡単な方法は、駆動電流を制御する方法である。電源が定電圧の場合は、適当な値を持つ抵抗をＬＥＤと電源との間に接続することで、ＬＥＤに流れる電流を制御できる。これにより、ＬＥＤに流れる電流が大きい時に高輝度の発光が得られ、電流が小さい時に低輝度の発光が得られる。
【０００３】
一般に、ＬＥＤにおいて、電流と光出力との関係は必ずしも線形ではない。
すなわち、大きい電流を流しても、自己発熱と、注入キャリア密度（電流密度）の三乗以上に比例する非放射再結合成分の増加によって光出力は飽和傾向を示す。さらに、過度に大きい電流を流すと素子破壊や素子寿命への悪影響を引き起こす。
一方、過度に小さい電流で駆動したとき、表面再結合電流や、発光層の接合面の不完全性によるシャントパス（バイパス）形成で起こるリーク電流等の影響によって、発光効率が下がる。また、発光層の接合面内での電極抵抗の分布によって印加電圧に分布が生じ、均一な発光が得られず、チップ面の一部で発光しないこともある。
このように、ＬＥＤには、効率的に発光するための適切な駆動電流の範囲があり、従って、安定して出力できる輝度の範囲がある。
【０００４】
これに対し、極端に差のある高輝度状態と低輝度状態との発光が必要な応用がある。 このような例として、例えば自動車の後方ランプ用の赤色ＬＥＤが挙げられる。この場合、低輝度状態は、夜間のテールランプ発光であり、高輝度状態は、ブレーキを踏んだ時のストップランプ発光である。この高輝度状態の輝度は、例えば、低輝度状態の輝度の数１０倍の明るさであることが必要とされる。
このように極端に差異のある輝度は、従来の単一のＬＥＤで得ることは難しい。すなわち、従来の技術では、低輝度時には、発光の効率が低下し、発光にばらつきが発生する。
【０００５】
なお、特許文献１に、赤色ＬＥＤ素子と、赤色ＬＥＤ素子より発光面積が広い青色ＬＥＤ素子を備えた、色再現範囲の広いＬＥＤパッケージに関する技術が公開されている。
【特許文献１】特開２００７−２７４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の条件の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイス及び灯具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、第１の発光面積を有し、第１の電極が接続された第１の発光部と、前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極と異なる第２の電極が接続され、前記第１の発光部と独立して発光可能な第２の発光部と、を備えたことを特徴とする発光デバイスが提供される。
【０００８】
本発明の別の一態様によれば、前記第１の発光部の光出力が、前記第２の発光部の光出力の１０倍以上であり、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲にあり、前記第１の発光部に供給される電流密度、及び、前記第２の発光部に供給される電流密度が、１０Ａ／ｃｍ２以上である上記の発光デバイスを用いたことを特徴とする車両後方表示用の灯具が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイス及び灯具が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図面は、本発明の一実施形態に係わり、図１〜図４は、発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図、図５は、発光デバイスの構成を例示する回路図、図６は、灯具の構成を例示する模式的断面図である。
なお、本願明細書及び各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る発光デバイス１０は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続された第１の発光部１１０と、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続された第２の発光部と、を備えている。
【００１１】
第２の発光面積は、第１の発光面積より小さい。
そして、発光デバイス１０では、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とが、同一の半導体チップ３００に設けられている。
【００１２】
半導体チップ３００は、ＬＥＤチップ（ＬＥＤ Die）であり、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に、両クラッド層より小さいバンドギャップを有する発光層（活性層）３１０を挟んだ構成を有している。下側のクラッド層の下には、下側電極３２０が設けられている。例えば、発光層３１０の材料としてＧａＡｌＡｓ系やＩｎＡｌＧａＰ系の化合物半導体を用いた場合、赤色の発光を得ることができる。
【００１３】
発光デバイス１０は、例えば、１辺が３５０μｍ角の直法体形状であり、その一部に、第２の面積（小さい面積）の第２の発光部２１０が設けられている。第２の発光部２１０は、例えば、１００μｍ角のＬＥＤであり、第２の発光部２１０以外の領域に、第１の面積（大きい面積）の第１の発光部１１０が設けられている。第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の間には、分離溝３２９が設けられており、これらの発光部は互いに電気的に分離されている。例えば、発光層（活性層）を分離溝３２９によって分離することで、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とをそれぞれ独立に発光させることができる。なお、上記に限らず、発光デバイス１０のサイズ、形状は任意であり、また、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０のそれぞれのサイズ、形状も任意である。
【００１４】
第１の発光部１１０の第１の電極１３０は、第１のワイヤー１６０をワイヤーボンディングするための円形のパッド部１３１と、電極指１３２を有している。この電極指１３２によって、第１の発光部１１０の上面の実質的全体に電流を広げることができる。
【００１５】
一方、第２の発光部２１０の第２の電極２３０は、円形であり、第２のワイヤー２６０をワイヤーボンディングするためのパッド部の機能も果たす。
このように、第１の電極１３０と第２の電極２３０とは独立している。
【００１６】
そして、第１の電極１３０と下側電極３２０との間に電流を流すことにより、第１の発光部１１０が発光する。そして、第２の電極２３０と下側電極３２０との間に電流を流すことにより、第２の発光部２１０が発光する。
【００１７】
このように、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０に、異なる電極である、第１の電極１３０と第２の電極２３０をそれぞれ設けることで、第１の発光部１１０と第２の発光部１２０とは、互いに独立して発光可能とされている。
【００１８】
これにより、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とをそれぞれ適切な駆動条件で発光させつつ、異なる輝度の発光を得ることができる。すなわち、低輝度を得たい時は、第２の発光部２１０のみを発光させる。このとき、第１の発光部１１０は、低輝度とは言え、第１の発光部１１０の適切な駆動条件で駆動されているため、安定した発光を得ることができ、発光のばらつきは実質上発生しない。
【００１９】
また、高輝度を得たい時は、第１の発光部１１０のみ、または、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の両方を発光させる。この時、第１の発光部１１０（または第１の発光部１１０と第２の発光部２１０）は、適切な駆動条件で駆動されているため、過度に大きい電流を流すことがなく、安定した駆動を行うことができる。
【００２０】
このように、本実施形態の発光デバイス１０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００２１】
なお、第１の発光部１１０の第１の発光面積は、第１の発光部１１０に対応する発光層（活性層）３１０の面積に依存するが、第１の電極１３０に遮光性がある材料を用いた場合は、発光した光が第１の電極１３０によって遮光される。このため、このときは、実用的には、第１の発光面積は、第１の電極１３０の第１の発光部１１０における開口部となる。また、同様に、第２の発光面積は、実用的には、第２の電極２３０の第２の発光部２１０における開口部となる。従って、両電極に遮光性がある材料を用いた場合は、これら両発光部の電極以外の開口部の面積が異なっていれば良い。
すなわち、本実施形態の発光デバイスにおいて、第１の発光部１１０の第１の発光面積と、第２の発光部２１０の第２の発光面積とは、実質的な発光面積として異なっている。
【００２２】
（比較例）
比較例の発光デバイスは、本実施形態に係る発光デバイス１０に対し、発光部が１つであり、その発光面積は、発光デバイス１０における第１の発光面積と第２の発光面積の実質的に和となっている。
例えば、比較例の発光デバイスのＬＥＤチップは、ＧａＡｌＡｓからなる発光層を備えた約３５０μｍ角であり、接合部の面積は、１．２２５×１０−３ｃｍ２である。そして、標準駆動電流は、７０ｍＡである。従って、標準駆動条件での電流密度は、５７Ａ／ｃｍ２（＝７０ｍＡ／１．２２５×１０−３ｃｍ２）である。
【００２３】
例えば、このＬＥＤは、製造後に、標準条件である７０ｍＡの電流で評価（検査）され、明るさが所定の仕様の範囲に入るように選別される。従って、標準条件である７０ｍＡで駆動すれば、安定した一定の所定の明るさが得られる。従って、このようなＬＥＤを複数設けた灯具（例えば自動車の後方ランプ）において、複数のＬＥＤ間での明るさのばらつきは実用上目立たない。
【００２４】
このＬＥＤをストップランプ状態（高輝度状態）及びテールランプ（尾灯）状態（低輝度状態）で点灯させる。
ここで、ストップランプ状態は、ブレーキを踏むことで車両が制動状態（減速・停止）にあることを、後方に認識させる発光表示状態である。また、テールランプ状態は、自動車や列車などの車体後部につける赤色の標識灯としての点灯状態である。
ストップランプ状態で点灯させた場合は、ＬＥＤは、大電流駆動状態である、標準駆動電流値付近で動作されており、安定した駆動が行われ、複数のＬＥＤ間での明るさのばらつきも実質的に生じない。
【００２５】
これに対して、テールランプ状態（低輝度状態）で点灯させた場合は、例えば、３ｍＡ程度の駆動電流、すなわち、２．５Ａ／ｃｍ２（＝３ｍＡ／１．２２５×１０−３）の電流密度の低電流で動作させる。このとき、例えば、ＬＥＤが上記のように標準条件である７０ｍＡの電流で評価され、明るさが所定の仕様の範囲（ランク）に入るように選別されている場合は、その評価条件よりかなり小さい電流で駆動するので、発光にばらつきが発生する。
すなわち、駆動電流が小さい場合には、表面再結合やシャントパスによるリーク電流のように発光に寄与しない無効電流の割合が増える。また、低輝度を発光するのに過度に大きい発光領域を使用することになるので、結晶の欠陥密度が一定であるとすれば面積が大きいために欠陥の数が増え、シャントパスが増える。また、面積が大きいと表面再結合電流の影響も大きくなる。そして、大面積になるほど、チップ面内の電圧分布も大きいため、発光の弱い部分も目立ってきて、輝度が低くなってしまい、ギラギラと輝く発光感がなくなる。
【００２６】
このように、単一の発光部しか有しない比較例の発光デバイスでは、低輝度時（小電流駆動時）には、発光の効率が低下し、発光にばらつきが発生する。一方、低輝度時に対応させて発光デバイスを設計すると、高輝度時の輝度が不足する。
【００２７】
これに対して、本実施形態によれば、異なる発光面積を有する複数の発光部を設けてこれらをそれぞれ発光可能とすることにより、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
なお本実施形態に係る発光デバイスにおいて、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光色（発光ドミナント波長）は、実質的に同一とすることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２に表したように、本発明の第２の実施形態に係る発光デバイス２０は、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とが、同一の外囲器（パッケージ）３７０に格納されている。そして、第１の発光部１１０として、第１のＬＥＤチップ１１１が用いられ、第２の発光部２１０として第２のＬＥＤチップ２１１が用いられている。
【００２９】
すなわち、ＬＥＤチップに電流を流し、光取り出し効率を高め、さらには、信頼性を高めるため、ＬＥＤチップが適当な外囲器３７０に収納されている。外囲器３７０としては、砲弾型やＳＭＤ（Surface Mount Device）型等の各種の構成の外囲器を用いることができる。図２には、ＳＭＤ型の外囲器３７０が例示されている。
【００３０】
カソード側リードフレーム３４０の上に、第１のＬＥＤチップ１１１及び第１のＬＥＤチップ２１１が導電材料によってマウントされている。そして、カソード側リードフレーム３４０はカソード側はんだパターン３５１に接続されている
第１のＬＥＤチップ１１１の上側の第１の電極１３０から、第１のアノード側リードフレーム１５０に第１のワイヤー１６０が設けられている。そして、第１のアノード側リードフレーム１５０は、第１のアノード側はんだパターン１５１に接続されている。
また、第２のＬＥＤチップ２１１の上側の第２の電極１３０から、第２のアノード側リードフレーム２５０に第２のワイヤー２６０が設けられている。そして、第２のアノード側リードフレーム２５０は、第２のアノード側はんだパターン２５１に接続されている。
【００３１】
そして、また、カソード側リードフレーム３４０、第１、第２のアノード側リードフレーム１５０、２５０及び第１、第２のＬＥＤチップ１１１、２１１の外側には、反射率の高い白色の樹脂やセラミック等の外囲器３７０が配されている。
この外囲器３７０の上面開口部から透明な樹脂材料３８０を充填し、第１、第２のＬＥＤチップ１１１、１２１が封止されている。
【００３２】
第１のＬＥＤチップ１１１は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続されており、第１の発光部１１０となる。
そして、第２のＬＥＤチップ２１１は、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続されており、第２の発光部２１０となる。そして、第２の発光面積は、第１の発光面積よりも小さい。
また、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光波長は実質的に等しく、すなわち、発光色は実質的に同じに設定できる。
テールランプ状態（低輝度状態）においては、第２のＬＥＤチップ２１１のみを発光させる。一方、ストップランプ状態（高輝度状態に）においては、第１のＬＥＤチップ１１１のみ、または第１のＬＥＤチップ１１１と第２のＬＥＤチップ２１１の両方を発光させる。これにより、第１実施形態に関して前述したものと同様の効果が得られる。
【００３３】
このように、同一の発光波長を有し、異なる発光面積を有する複数の発光部をそれぞれ別のＬＥＤチップとして作製し、これらを同一の外囲器３７０に格納することで、例えば各種の標準仕様のＬＥＤチップの中から、各種用途の仕様に合わせた組み合わせのＬＥＤチップを採用することで、任意の仕様の発光デバイスを簡便に製造することができ、実用上非常に便利となる。
【００３４】
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を同一の外囲器３７０内に格納する本実施形態の発光デバイス２０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図３に表したように、本発明の第３の実施形態に係る発光デバイス３０では、第１の発光部１１０と第２の発光部１２０とが同一の実装部材３９０に設けられている。実装部材３９０には、例えば、放熱機能を有するＰＣＢ（Printed Circuit Board）などの基板を使用することができる。
【００３６】
そして、第１の発光部１１０として、第１のＬＥＤパッケージ１１２が設けられている。第１のＬＥＤパッケージ１１２は、第１の発光面積を有し、第１の電極１３０が接続されている。具体的には、第１の発光面積を有する第１のＬＥＤチップ１１１が、第１のＬＥＤパッケージ１１２に搭載されている。なお、この場合、第１の電極１３０は、第１のアノード側リードフレーム１５０または、第１のアノード側はんだパターン１５１とすることができる。
【００３７】
そして、第２の発光部２１０として、第２のＬＥＤパッケージ２１２が設けられている。第２のＬＥＤパッケージ２１２は、第２の発光面積を有し、第２の電極２３０が接続されている。具体的には、第２の発光面積を有する第２のＬＥＤチップ２１１が、第２のＬＥＤパッケージ２１２に搭載されている。なお、この場合、第２の電極２３０は、第２のアノード側リードフレーム２５０または、第２のアノード側はんだパターン２５１とすることができる。
【００３８】
そして、第２の発光面積は、第１の発光面積より小さい。
そして、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光波長は実質的に等しく、すなわち、発光色は実質的に同じに設定できる。
すなわち、第１の発光部１１０は、第１の半導体チップ（第１のＬＥＤチップ１１１）に設けられ、第２の発光部２１０は、第２の半導体チップ（第２のＬＥＤチップ２１１）に設けられ、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の発光色は、同じであり、第１の半導体チップは、第１の外囲器（第１のパッケージ１１２）に収容され、第２の半導体チップは、第２の外囲器（第２のパッケージ２１２）に収容され、第１の外囲器と第２の外囲器は、同一の実装部材３９０に搭載されている。
【００３９】
本実施形態においても、テールランプ状態（低輝度状態）においては、第２のＬＥＤチップ２１１のみを発光させる。一方、ストップランプ状態（高輝度状態に）においては、第１のＬＥＤチップ１１１のみ、または第１のＬＥＤチップ１１１と第２のＬＥＤチップ２１１の両方を発光させる。これにより、第１実施形態に関して前述したものと同様の効果が得られる。
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を別のＬＥＤパッケージとして作製し、これらを同一の実装部材３９０に搭載することで、例えば各種の標準仕様のＬＥＤパッケージの中から、各種用途の仕様に合わせた組み合わせのＬＥＤパッケージを採用することで、任意の仕様の発光デバイスを簡便に製造することができ、実用上非常に便利となる。
【００４０】
このように、異なる発光面積を有する複数の発光部を同一の実装部材３９０に搭載する本実施形態の発光デバイス３０によれば、低輝度時の発光のばらつきを低減し、輝度差の大きい複数の状態の発光を制御性良く実現する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００４１】
なお、上記の発光デバイス３０では、発光面積が異なる複数のＬＥＤパッケージを同一基板上に設けた例であるが、発光面積が異なる複数のＬＥＤチップをベアチップ状態で同一基板上に設けても良い。
【００４２】
さらに、上記の発光デバイス１０〜３０において、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の２つの発光部が設けられているが、本発明はこれには限らず、異なる発光面積を有する３以上の発光部を、同一半導体チップ、同一外囲器、及び、同一基板に設けても良い。例えば、大、中、小の３種の発光面積の発光部をそれぞれ１つずつ設けても良い。
【００４３】
また、図４に例示した本実施形態の別の発光デバイス３１のように、大発光面積の発光部（第１の発光部１１０）を１つ設け、小発光面積の発光部（第２の発光部２１０）を２つ設けても良い。
【００４４】
すなわち、発光部の数と、それぞれの発光面積の組み合わせは任意である。これにより、３つ以上の発光部にそれぞれ対応した駆動条件でそれぞれの発光部を駆動でき、これにより、複数の輝度の発光を安定して得ることができる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る発光デバイス４０は、第１の発光部１１０と、第２の発光部１２０に加え、さらに、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とに接続されたスイッチ回路５００を備えている。
【００４６】
第１の発光部１１０と第２の発光部２１０には、それぞれ直列抵抗成分Ｒ１、Ｒ２がある。そして、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０は並列に接続され、それぞれスイッチ回路５００と接続されている。スイッチ回路５００と駆動端子Ｐとの間には、外部抵抗成分Ｒｅｘがある。
そして、駆動端子Ｐには、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０への駆動電流Ｉが供給される。
【００４７】
このとき、スイッチ回路５００は、駆動電流Ｉが、所定のしきい値電流以下の場合は、駆動電流Ｉを第２の発光部２１０に通電する。
そして、駆動電流Ｉがしきい値電流より大きい場合は、例えば、しきい値電流以下の電流成分Ｉ２を第２の発光部２１０に供給し、駆動電流Ｉのうちしきい値電流より大きい電流成分Ｉ１を第１の発光部１１０に供給する。または、駆動電流Ｉがしきい値電流より大きい場合は、駆動電流Ｉを第１の発光部１１０のみに供給しても良い。すなわち、駆動電流Ｉが、しきい値電流より大きい場合は、駆動電流Ｉの少なくとも一部を、第１の発光部１１０に供給する。この場合、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０に供給するそれぞれの電流の大きさは、発光特性と信頼性等を勘案して適切に設定できる。
すなわち、本実施形態の発光デバイス４０は、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とに接続され、供給すべき駆動電流Ｉがしきい値電流以下の場合は、駆動電流Ｉを第２の発光部２１０のみに供給し、供給すべき駆動電流Ｉがしきい値電流よりも大きい場合は、駆動電流の少なくとも一部を、第１の発光部に供給するスイッチ回路５００をさらに備えている。
【００４８】
このように、スイッチ回路５００は、２種類のＬＥＤに流れる電流を自動的に振り分ける機能を有している。これにより、例えば、所定のしきい値電流より小さい駆動電流に対しては、発光面積の小さい第２の発光部２１０のみに電流を流し、発光面積の大きい第１の発光部１１０には電流を流さないことにより、安定した駆動が実現できる。
【００４９】
このように、スイッチ回路５００を設けたことにより、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０とを有する発光デバイスを通常のＬＥＤのように使用することができるので、実用上非常に便利になる。
【００５０】
スイッチ回路５００は、注入電流の一部を分岐して飽和トランジスタやサイリスタなどのベースやゲートに流すことで、全体の電流Ｉを、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０のどちらに流すかを選択することが可能な回路構成を有する。このような機能を持つ各種の回路構成を、スイッチ回路５００に用いることができる。
【００５１】
上記において、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の２種の発光部がある場合のスイッチ回路の動作について説明したが、本発明はこれに限らず、スイッチ回路は、異なる面積を有する、３つ以上を含めた複数の発光部を備えた場合において、それらの発光部に供給する電流を所定のしきい値電流に基づいて切り替え可能とする回路とすることができる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
以上の実施形態に係る発光デバイスは、例えば自動車後方ランプ等の灯具に応用できる。
自動車後方ランプ用の発光デバイスでは、発光ドミナント波長は、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、赤色光を発光する。また、意匠性等のために複数のＬＥＤを並べても良い。電源は定電源であり、外部抵抗を用いてＬＥＤに流れる電流値を変化させて高輝度及び低輝度の２状態の明るさが制御される。
【００５３】
赤色のＡｌＩｎＧａＰ形ＬＥＤチップにおいては、１０Ａ／ｃｍ２以上の電流で駆動すれば、輝度のばらつきは比較的小さく、実用的には無視できる。
すなわち、発明者の検討によれば、標準駆動電流の２〜４割の電流が、実用的に安定して発光可能な下限の電流と考えられる。ＬＥＤチップのサイズとその標準駆動電流の２〜４割での電流密度を調べると、２２０μｍ角のＬＥＤチップを５ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１２．５Ａ／ｃｍ２である。そして、３５０μｍ角のＬＥＤチップを２０ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１６．３Ａ／ｃｍ２である。そして、１ｍｍ角のＬＥＤチップを１００ｍＡで駆動した時の電流密度は、例えば、１０Ａ／ｃｍ２である。
すなわち、標準駆動電流の２〜４割に相当するこれら電流密度は、これらのサイズのＬＥＤチップを問題なく使用できる電流密度であり、上記の１０Ａ／ｃｍ２以上である。
【００５４】
従って、自動車用後方灯具に応用する場合、発光デバイスは、第１の発光部１１０の光出力が、第２の発光部２１０の光出力の１０倍以上であり、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、第１の発光部１１０に供給される電流、及び、第２の発光部２１０に供給される電流が、１０Ａ／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００５５】
そして、テールランプ状態では、第２の発光部２１０のみを発光させ、ストップランプ状態の時は、第１の発光部１１０、または、第１の発光部１１０と第２の発光部２１０の両方を発光させる。
【００５６】
これにより、自動車用後方ランプに適した、発光のばらつきが低減された、１０倍以上の輝度差の複数の赤色光を発光する、高効率の発光デバイスが提供される。
【００５７】
なお、既述の比較例におけるテールランプ状態での２．５Ａ／ｃｍ２の電流密度は、この下限の１０Ａ／ｃｍ２の電流密度よりも低い値であり、安定した発光が得られない駆動条件である。
【００５８】
（第６の実施の形態）
以上の実施形態に係る発光デバイスは、例えば自動車後方灯具（ランプ）等の灯具に応用できる。
【００５９】
例えば、図６に表したように、本発明の実施形態に係る灯具５０は、上記の実施形態の発光デバイス１０を３つ用い、それらが、反射部６１０、レンズ６２０、カバー６３０を有するランプハウジング６００に搭載されている。発光デバイス１０は、例えば、第１の発光部１１０の光出力が、第２の発光部２１０の光出力の１０倍以上であり、第１の発光部１１０及び第２の発光部２１０の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲であり、第１の発光部１１０に供給される電流、及び、第２の発光部２１０に供給される電流が、１０Ａ／ｃｍ２以上である。
なお、図６では、発光デバイス１０が用いられているが、上記の実施形態の全ての発光デバイスを用いることができる。
【００６０】
これにより、発光のばらつきが低減された、１０倍以上の輝度差の複数の赤色光を発光する、高効率の灯具が提供される。
【００６１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光デバイス及び灯具を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した発光デバイス及び灯具を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発光デバイス及び灯具も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図２】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図３】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図４】発光デバイスの構成を例示する模式的斜視図。
【図５】発光デバイスの構成を例示する回路図。
【図６】灯具の構成を例示する模式的断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２０、３０、３１、４０…発光デバイス、 ５０…灯具、 １１０…第１の発光部、 １３０…第１の電極、 ２１０…第２の発光部、 ２３０…第２の電極、 ３００…半導体チップ、 ３７０…外囲器、 ３９０…実装部材、５００…スイッチ回路、 ６００…ランプハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発光面積を有し、第１の電極が接続された第１の発光部と、
前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極と異なる第２の電極が接続され、前記第１の発光部と独立して発光可能な第２の発光部と、
を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記第１の発光部と前記第２の発光部は、同一の半導体チップに設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記第１の発光部は、第１の半導体チップに設けられ、
前記第２の発光部は、第２の半導体チップに設けられ、
前記第１の発光部と前記第２の発光部の発光色は、同じであり、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップは、同一の外囲器に収容されてなることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記第１の発光部の光出力が、前記第２の発光部の光出力の１０倍以上であり、
前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲にあり、
前記第１の発光部に供給される電流密度、及び、前記第２の発光部に供給される電流密度が、１０Ａ／ｃｍ２以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光デバイスを用いたことを特徴とする車両後方表示用の灯具。
【請求項１】
第１の発光面積を有し、第１の電極が接続された第１の発光部と、
前記第１の発光面積よりも小さい面積の第２の発光面積を有し、前記第１の電極と異なる第２の電極が接続され、前記第１の発光部と独立して発光可能な第２の発光部と、
を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記第１の発光部と前記第２の発光部は、同一の半導体チップに設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記第１の発光部は、第１の半導体チップに設けられ、
前記第２の発光部は、第２の半導体チップに設けられ、
前記第１の発光部と前記第２の発光部の発光色は、同じであり、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップは、同一の外囲器に収容されてなることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記第１の発光部の光出力が、前記第２の発光部の光出力の１０倍以上であり、
前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ドミナント波長が、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲にあり、
前記第１の発光部に供給される電流密度、及び、前記第２の発光部に供給される電流密度が、１０Ａ／ｃｍ２以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光デバイスを用いたことを特徴とする車両後方表示用の灯具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２１８４５２（Ｐ２００９−２１８４５２Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１８５２（Ｐ２００８−６１８５２）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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