発光装置
【課題】逆方向電圧の印加に起因する発光ダイオードの発光不良の発生を抑制する。
【解決手段】発光装置２０は、基板３０上に実装され、極性が揃えられた状態で直列接続される青色ＬＥＤ４０および保護ダイオード５０を備える。そして、青色ＬＥＤ４０に連続して印加することが許容される逆方向電圧の絶対最大定格を保護ダイオード５０単体に印加した際に保護ダイオード５０に流れる逆方向電流の値が、この逆方向電圧の絶対最大定格を青色ＬＥＤ４０単体に印加した際に青色ＬＥＤ４０に流れる逆方向電流の値より小さくなるよう、保護ダイオード５０を選択する。
【解決手段】発光装置２０は、基板３０上に実装され、極性が揃えられた状態で直列接続される青色ＬＥＤ４０および保護ダイオード５０を備える。そして、青色ＬＥＤ４０に連続して印加することが許容される逆方向電圧の絶対最大定格を保護ダイオード５０単体に印加した際に保護ダイオード５０に流れる逆方向電流の値が、この逆方向電圧の絶対最大定格を青色ＬＥＤ４０単体に印加した際に青色ＬＥＤ４０に流れる逆方向電流の値より小さくなるよう、保護ダイオード５０を選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電球や蛍光ランプに代えて、高効率、長寿命が期待される発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略す）を、照明器具として利用する技術が提案されている。このようなＬＥＤは、ｐｎ接合の順方向に電流が流れた際に発光し、逆方向に電流が流れた場合には発光しないという特性を有している。また、ＬＥＤは、一般的な整流用ダイオードと比較して、逆方向にかかる電圧（逆方向電圧）に対する耐性が低いことが知られている。
【０００３】
ここで、一般的な商用電源は交流を採用しているため、交流に直接ＬＥＤを接続した場合には、周期的にＬＥＤに過大な逆方向電圧がかかってしまい、ＬＥＤの発光不良を招くおそれがある。
【０００４】
公報記載の技術として、ダイオードブリッジ回路を用いて商用交流電源を全波整流し、直列接続された複数のＬＥＤに供給する交流電源用発光装置が存在する（特許文献１参照）。
また、別の公報記載の技術として、ダイオードブリッジ回路を用いて交流電源を全波整流し、直列接続された複数の発光ダイオードに供給するとともに、交流電源とダイオードブリッジ回路とを電気的に接続・切断するためのスイッチを設け、スイッチのオン・オフによって各発光ダイオードを点灯・消灯させる技術が存在する（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２８０８号公報
【特許文献２】特開平５−６６７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤを採用した照明器具の実使用時においては、例えば落雷などの外乱やスイッチをオン・オフすることに起因するノイズなどにより、外部からＬＥＤに逆方向電圧が印加されることがある。ここで、ＬＥＤは上述したように逆方向電圧に対する耐性が低いことから、外部から印加される逆方向電圧により、発光不良を招くおそれがあった。
【０００７】
本発明は、逆方向電圧の印加に起因する発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用される発光装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続される保護ダイオードとを備え、保護ダイオードは、発光ダイオードに連続して印加することが許容される逆方向電圧が保護ダイオード単体に印加された際に、逆方向電圧が発光ダイオード単体に印加された際に発光ダイオードに流れる逆方向電流の値よりも小さい逆方向電流が流れる特性を有することを特徴としている。
【０００９】
このような発光装置において、保護ダイオードのアノードが、発光ダイオードのカソードに接続されることを特徴とすることができる。
また、保護ダイオードは、ソース、ゲートおよびドレインを有する電界効果型トランジスタのゲートをアノードとし、ソースとドレインとを接続したものをカソードとする構造を有することを特徴とすることができる。
さらに、保護ダイオードがＰＩＮダイオードで構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とすることができる。
そして、発光ダイオードと保護ダイオードとを実装し、且つ、発光ダイオードと保護ダイオードとを直列に接続する基板をさらに備えることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続され、発光ダイオードとともにダイオード列を形成する保護ダイオードとを備え、保護ダイオードは、ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、発光ダイオードにかかる逆方向電圧が発光ダイオードに許容される逆方向電圧以下となるように、ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴としている。
【００１１】
このような発光装置において、保護ダイオードは、ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、発光ダイオードにかかる逆方向電圧が保護ダイオードにかかる逆電圧よりも小さくなるように、ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とすることができる。
また、保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逆方向電圧の印加に起因する発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
この照明システムは、第１電極１１および第２電極１２を備え、これら第１電極１１および第２電極１２を介して直流の電流を供給する電源装置１０と、この電源装置１０に接続される発光装置２０とを備えている。
【００１４】
ここで、電源装置１０としては、例えば商用電源等から供給される交流電流を整流回路等にて直流電流に整流して出力するもの、あるいは、例えば内蔵される乾電池等から直接直流電流を出力するものなどを用いることができる。
【００１５】
また、発光装置２０は、配線やスルーホール等が形成された基板３０と、発光ダイオードの一例としての青色ＬＥＤ４０と、青色ＬＥＤ４０を電気的に保護する保護ダイオード５０とを備えている。ここで、青色ＬＥＤ４０は発光チップ６０に設けられており、発光チップ６０および保護ダイオード５０が基板３０に実装されている。
【００１６】
発光装置２０において、青色ＬＥＤ４０および保護ダイオード５０は、青色ＬＥＤ４０のカソードが保護ダイオード５０のアノードに接続されることによってダイオード列を形成している。また、青色ＬＥＤ４０のアノードは電源装置１０の第１電極１１に、保護ダイオード５０のカソードは電源装置１０の第２電極１２に、それぞれ接続されている。このように、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０と保護ダイオード５０とが、極性が揃えられた状態で直列接続されている。
【００１７】
図２は、発光チップ６０の構成を説明するための図である。ここで、図２(ａ)は発光チップ６０の上面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIＢ−IIＢ断面図を、それぞれ示している。
【００１８】
この発光チップ６０は、一方の側に凹部６１ａが形成された筐体６１と、筐体６１に形成されたリードフレームからなる第１リード部６２および第２リード部６３と、凹部６１ａの底面に取り付けられた青色ＬＥＤ４０と、凹部６１ａを覆うように設けられた封止部６９とを備えている。なお、図２（ａ）においては、封止部６９の記載を省略している。
【００１９】
筐体６１は、第１リード部６２および第２リード部６３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
【００２０】
第１リード部６２および第２リード部６３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、第１リード部６２および第２リード部６３の一部が、凹部６１ａの底面に露出するようになっている。また、第１リード部６２および第２リード部６３の一端部側は筐体６１の外側に露出し、且つ、筐体６１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。
【００２１】
金属リード部のうち、第２リード部６３は底面の中央部まで延設されており、第１リード部６２は底面において中央部に到達しない部位まで延設されている。そして、青色ＬＥＤ４０は、その裏面側が図示しないダイボンディングペーストによって第２リード部６３に固定されている。また、第１リード部６２と青色ＬＥＤ４０の上面に設けられたアノード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。一方、第２リード部６３と青色ＬＥＤ４０の上面に設けられたカソード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。
【００２２】
また、青色ＬＥＤ４０の発光層はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む構成を有しており、青色光を出射するようになっている。そして、本実施の形態で用いた青色ＬＥＤ４０は、２５℃の環境下において２０ｍＡの順方向電流ＩFを流したときに、３．２Ｖの順方向電圧ＶFが発生するようになっている。また、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格は５．０Ｖである。さらに、青色ＬＥＤ４０は、２５℃の環境下において５．０Ｖの逆方向電圧ＶRを印加した際に、最大で１０μＡの逆方向電流ＩRが流れるようになっている。
【００２３】
封止部６９は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。また、封止部６９の表面側は平坦面となっている。封止部６９を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部６９を構成する透明樹脂に、青色ＬＥＤ４０から出射される青色光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
【００２４】
では、図１に示す照明システムの動作を、図１〜図３を参照しつつ説明する。
発光装置２０には、電源装置１０の第１電極１１を正極とし、第２電極１２を負極として、直流電圧が印加される。このとき、第１電極１１に接続される青色ＬＥＤ４０のアノードから保護ダイオード５０のカソードに向かって直流の順方向電流ＩFが流れる。
【００２５】
その結果、青色ＬＥＤ４０は、青色に発光する。そして、青色ＬＥＤ４０が搭載される発光チップ６０では、封止部６９内に存在する蛍光体が、青色ＬＥＤ４０から出射された青色光の一部を緑色および赤色に変換する。すると、発光チップ６０の封止部６９からは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射される。そして、発光チップ６０から出射された白色光は、空間あるいは対象物に向けて照射される。
【００２６】
一方、発光に伴って発光チップ６０の青色ＬＥＤ４０で発生した熱は、第２リード部６３を介して基板３０の表面に伝達され、さらに基板３０に貫通形成されたスルーホール（図示せず）を介して基板３０の裏面に伝達される。そして、基板３０の裏面に伝達された熱は、外部に放出される。
【００２７】
ところで、図１に示す照明システムを実際の使用においては、何らかの理由により、電源装置１０の第２電極１２が正極側となり、第１電極１１が負極側となることがある。この原因としては、例えば落雷等によって電源装置１０からの出力にノイズが重畳されてしまうことが挙げられる。また、電源装置１０に発光装置２０に対する電流の供給をオン・オフするためのスイッチが取り付けられている場合に、スイッチのオン・オフに起因する突入電流が発生してしまうことが挙げられる。さらに、電源装置１０においてトライアックを用いた調光（所謂トライアック調光）を行っている場合に、スイッチングによるノイズが重畳されてしまうことが挙げられる。さらにまた、電源装置１０において乾電池を電力供給源として用いている場合に、乾電池を正負逆に接続してしまうことが挙げられる。このような事態が生じると、発光装置２０には、瞬間的あるいは継続的に逆方向電圧ＶRが印加されることになる。
【００２８】
ここで、青色ＬＥＤ４０に対し瞬間的な逆方向電圧ＶRが印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加されたとしても、青色ＬＥＤ４０に異常は生じにくい。ただし、瞬間的であっても、青色ＬＥＤ４０に対し逆方向電圧ＶRの数倍以上の電圧が印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。また、瞬間的な逆方向電圧ＶRであっても、繰り返し逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加されることにより、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。
一方、青色ＬＥＤ４０に対し定常的な逆方向電圧ＶRが印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加され続けることにより、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０と保護ダイオード５０とを極性を揃えた状態で直列接続するとともに、保護ダイオード５０として、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（この例では５．０Ｖ）を保護ダイオード５０単体に印加した際に保護ダイオード５０に流れる逆方向の漏れ電流（逆方向電流ＩR）の値が、この逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）を青色ＬＥＤ４０単体に印加した際に青色ＬＥＤ４０に流れる逆方向電流ＩRの値よりも小さい特性を有するものを用いるようにした。
【００３０】
これにより、発光装置２０では、印加される逆方向電圧ＶRの多くが保護ダイオード５０に分圧されることになり、青色ＬＥＤ４０には逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）よりも小さい逆方向電圧ＶRが印加されることになる。その結果、発光装置２０に対する逆方向電圧ＶRの印加に起因する青色ＬＥＤ４０の故障の発生が抑制される。なお、保護ダイオード５０には青色ＬＥＤ４０よりも大きな逆方向電圧ＶRが印加されることになるが、保護ダイオード５０にかかる逆方向電圧ＶRの大きさは保護ダイオード５０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格よりも小さいので、逆方向電圧ＶRの印加に起因する保護ダイオード５０の故障の発生も抑制されることになる。
【００３１】
特に、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０よりも下流側に保護ダイオード５０を接続しているため、突入しようとする逆方向電流ＩRが保護ダイオード５０によって制限されることとなり、青色ＬＥＤ４０に流れ込む逆方向電流ＩRを青色ＬＥＤ４０に許容される逆方向電流ＩRの大きさよりも小さくすることができる。
【００３２】
では次に、発光装置２０の保護ダイオード５０として使用することのできるダイオードの特性について説明を行う。
図３は、青色ＬＥＤ４０と直列に接続される保護ダイオード５０の特性評価用の回路構成図を示している。
この特性評価用の回路は、図１に示す発光装置２０と同様、青色ＬＥＤ４０のカソードと保護ダイオード５０のアノードとを接続した構成となっている。そして、保護ダイオード５０のカソードと青色ＬＥＤ４０のアノードとの間に、図示しない電源にてカソード側からアノード側へと向かう電圧（以下の説明では逆方向総電圧ＶRTと呼ぶ）を印加し、そのときに青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０にかかる逆方向電圧ＶRPを測定している。なお、ここでは、４種類の保護ダイオード５０としてＬｉｔｅｃ社製Ｌ８１０２Ｆ、東芝セミコンダクター社製１ＳＳ３９７、ＶＩＳＨＡＹ社製ＰＡＤ１、および東芝セミコンダクター社製１ＳＳ３７０を用意し、それぞれについて評価を行った。これらのうち、１ＳＳ３７０および１ＳＳ３９７はＰＮ接合を有する一般的なダイオードであり、Ｌ８１０２Ｆは所謂Ｐ層とＮ層との間に絶縁層（Ｉ層）を有するＰＩＮダイオードである。また、ＰＡＤ１は、ピコアンペアダイオード（Pico Ampere Diodes）とも呼ばれ、逆方向電流ＩRが非常に小さいことで知られるダイオードである。
【００３３】
図４は、青色ＬＥＤ４０および上記４種類の保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０）の、単体での逆方向電圧−逆方向電流特性を示している。図４において、横軸は逆方向電圧ＶRであり、縦軸は逆方向電流ＩRである。なお、図４では、青色ＬＥＤ４０を単にＬＥＤと表記している。ここで、印加する逆方向電圧ＶRの範囲は５Ｖ≦ＶR≦５０Ｖとした。ただし、ＰＡＤ１については、その逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が３０Ｖとなっているため、印加する逆方向電圧ＶRの範囲を５Ｖ≦ＶR≦３０Ｖとしている。また、青色ＬＥＤ４０については、その逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が５．０Ｖであるが、ここでは印加する逆方向電圧ＶRの範囲を５Ｖ≦ＶR≦１５Ｖとしている。
【００３４】
図４より、青色ＬＥＤ４０には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、１０-10〜１０-7Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。また、Ｌ８１０２Ｆには、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-11Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。さらに、１ＳＳ３９７には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-12〜１０-11Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。さらにまた、ＰＡＤ１には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜３０Ｖの範囲において、１０-13〜１０-12Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。そして、１ＳＳ３７０では、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-9〜１０-8Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れていることがわかる。
【００３５】
したがって、逆方向電流ＩRに関していえば、Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０の中では、ＰＡＤ１が最も流れにくく、１ＳＳ３７０が最も流れやすい特性を有している。また、Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１は、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れにくいという特性を有している。これに対し、１ＳＳ３７０は、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、高電圧の領域（ほぼ１０Ｖ〜１５Ｖ）では青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れにくいものの、低電圧の領域（５Ｖ〜ほぼ１０Ｖ）では青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れやすいという特性を有している。
【００３６】
図５は、図３に示す回路の保護ダイオード５０として１ＳＳ３９７を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（１ＳＳ３９７）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。図５において、横軸は逆方向総電圧ＶRTであり、縦軸は各々のダイオードにかかる逆方向電圧ＶRである。なお、縦軸と横軸との関係については、後述する図６〜図８においても同様である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００３７】
図５より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（１ＳＳ３９７）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図５より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっていることがわかる。
【００３８】
また、図６は、図３に示す回路の保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（ＰＡＤ１）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、上述した理由により０Ｖ≦ＶRT≦３０Ｖとしている。
【００３９】
図６より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜３０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（ＰＡＤ１）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図６より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜３０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっている。そして、保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いた場合は、保護ダイオード５０として上記１ＳＳ３９７を用いた場合よりも、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLが著しく低くなり、全域においてほぼ０Ｖとなっていることもわかる。
【００４０】
さらに、図７は、図３に示す回路の保護ダイオード５０としてＬ８１０２Ｆを用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００４１】
図７より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ５Ｖの範囲において、保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPよりも青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLの方が大きくなっており、逆方向総電圧ＶRTがほぼ５Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。ただし、図７より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっていることがわかる。
【００４２】
一方、図８は、図３に示す回路の保護ダイオード５０として１ＳＳ３７０を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００４３】
図８より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ２２Ｖの範囲において、保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPよりも青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLの方が大きくなっており、逆方向総電圧ＶRTがほぼ２２Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図８より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ５Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となるのに対し、逆方向総電圧ＶRTがほぼ１５Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）を超えていることがわかる。
【００４４】
したがって、上述した１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、Ｌ８１０２Ｆおよび１ＳＳ３７０のうち、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１およびＬ８１０２Ｆについては、発光装置２０の保護ダイオード５０として使用した場合に、青色ＬＥＤ４０に絶対最大定格を上回る逆方向電圧ＶRを印加させることがなく、青色ＬＥＤ４０を保護することができる。これに対し、１ＳＳ３７０は、青色ＬＥＤ４０に絶対最大定格を上回る逆方向電圧を印加させることがあるため、青色ＬＥＤ４０を逆方向電圧ＶRから保護することができなくなる場合がある。
【００４５】
したがって、発光装置２０の保護ダイオード５０としては、これらのうち、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１やＬ８１０２Ｆ等を使用することができる。ただし、保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いる場合、ＰＡＤ１は１ＳＳ３９７やＬ８１０２Ｆよりも逆方向の耐圧性能が低いことから、複数のＰＡＤ１を直列に接続することで保護ダイオード５０を構成することが好ましい。
【００４６】
ところで、瞬時の逆電圧に対する逆電圧防止においては、保護ダイオード５０の端子間容量が小さいことが好ましい。保護ダイオード５０の両端に電圧が印加されると、保護ダイオード５０にはＱ＝ＣＶで表される電荷が蓄積される。ここで、Ｑは保護ダイオード５０に蓄積される電荷、Ｃは保護ダイオード５０の端子間容量、Ｖは保護ダイオード５０の端子間に印加されている電圧である。また電流（Ｉ）は１秒間あたりに流れる電荷の量であるのでＩ＝ｄＱ／ｄｔとなる。したがって、保護ダイオード５０の端子間に電圧変化が生じた場合には、上記２つの式から、Ｉ＝Ｃ×ｄＶ／ｄｔで表される電流が流れてしまうため、端子間容量Ｃが大きいと瞬時の逆電圧が印加された際のＬＥＤの逆電圧防止機能を発揮することが困難になる。
【００４７】
かかる理由から、瞬時の逆電圧を防止するために保護ダイオード５０の端子間容量Ｃは小さいほど好ましい。保護ダイオード５０に求められる端子間容量Ｃは電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）や負荷インピーダンスによって異なるが、実用的には２ｐＦ以下であることが好ましい。
【００４８】
保護ダイオード５０の端子間容量Ｃの測定は、インピーダンスアナライザーやＬＣＲメーターを用いて測定することができる。ダイオードでは、印加する逆電圧が大きいほど端子間容量Ｃが減少する。端子間容量Ｃの測定は、一般的な青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格である５Ｖに１ＭＨｚ、０．１Ｖ（ＲＭＳ）の交流信号を重畳して行った。
【００４９】
この方法で測定した端子間容量Ｃを表１に示した。また、表１には、上述したＬ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０に加え、一般的な整流ダイオードとしてＵＦ２０１０（Ｐａｎｊｉｔ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）、Ｇ３Ｇ（Ｖｉｓｈａｙ社製）について端子間容量Ｃを測定した結果も記載した。本発明の実施の形態として例示した保護ダイオード５０の端子間容量Ｃはいずれも２ｐＦ以下の小さな値であり、一般の整流用ダイオードと比べて小さな端子間容量Ｃを有している。したがって、瞬時の逆電圧に対しても適した特性を有している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
なお、上述した例では、保護ダイオード５０として所謂ダイオード素子を用いていたが、これに限られるものではない。
図９（ａ）は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いて保護ダイオード５０を構成した例を示す図である。
この保護ダイオード５０は、ゲートＧ、ドレインＤおよびソースＳを備えたＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）を用い、ドレインＤとソースＳとを短絡した構造を有している。このような構成とすることにより、ＪＦＥＴを、ゲートＧをアノード（Ａ）、ドレインＤとソースＳとの接続部をカソード（Ｋ）とするダイオードとして利用することができ、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に向かう順方向電流ＩFを流すことができる。
【００５２】
保護ダイオード５０は、２５℃の環境下において５ｍＡの順方向電流ＩFを流した際に、０．８Ｖの順方向電圧ＶFが発生するようになっている。また、この保護ダイオード５０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格は６０Ｖとなっている。
【００５３】
ここで、図９（ｂ）は、保護ダイオード５０の逆方向電圧−逆方向電流特性を示している。なお、図９（ｂ）において、横軸は逆方向電圧ＶRであり、縦軸は逆方向電流ＩRである。
【００５４】
ＪＦＥＴ等のＦＥＴを用いてダイオード構造を構成した場合、逆方向電圧ＶRを印加した際に流れる逆方向電流ＩRの大きさは、整流用ダイオードとして一般的なシリコンダイオード等と比べ、著しく小さくなる。例えば、同一の逆方向電圧ＶRをシリコンダイオードとＦＥＴベースのダイオードで構成された保護ダイオード５０とにそれぞれ印加した場合、シリコンダイオードには数ｎＡレベルの逆方向電流ＩRが流れるのに対し、保護ダイオード５０には１ｐＡ未満の逆方向電流ＩRしか流れない。
【００５５】
したがって、図９（ａ）に示す保護ダイオード５０を発光装置２０に組み込んで使用することにより、保護ダイオード５０に直列接続される青色ＬＥＤ４０を逆方向電圧ＶRから保護することができる。ただし、図９（ａ）に示す構成を採用した場合、逆方の耐圧性能が低いことから、複数個を直列接続して使用することが好ましい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、１個の青色ＬＥＤ４０と１個の保護ダイオード５０とを直列接続してダイオード列を構成するようにしていたが、これに限られるものではなく、保護ダイオード５０に対し、極性を揃えた状態で複数の青色ＬＥＤ４０を直列接続するようにしてもよい。この場合において、これら複数の青色ＬＥＤ４０に極性を揃えた状態で接続される保護ダイオード５０の数は１つでかまわないが、複数であってもよい。また、その場合において、保護ダイオード５０の接続部位については、直列接続される複数の青色ＬＥＤ４０のカソード側の端部であってもよいし、アノード側の端部であってもよいし、さらにその中間部位であってもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、発光装置２０を用いて照明システムを構成する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、上述した発光装置２０を例えば信号機、液晶表示装置等のバックライト装置、スキャナの光源装置、プリンタの露光装置、車載用の照明機器、ＬＥＤのドットマトリクスを用いたＬＥＤディスプレイ装置等にも適用することができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０を搭載した発光チップ６０を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば紫外ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、あるいは赤外ＬＥＤを搭載するものであってもよく、また、異なる色のＬＥＤを複数搭載するものであってもよい。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】(ａ)は発光チップの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIＢ−IIＢ断面図である。
【図３】保護ダイオードの特性評価用の回路構成図である。
【図４】青色ＬＥＤおよび各ダイオードの単体での逆方向電圧−逆方向電流特性を示す図である。
【図５】保護ダイオードとして１ＳＳ３９７を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図６】保護ダイオードとしてＰＡＤ１を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図７】保護ダイオードとしてＬ８１０２Ｆを用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図８】保護ダイオードとして１ＳＳ３７０を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図９】（ａ）はＦＥＴを用いた保護ダイオードの構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す保護ダイオードの逆方向電圧−逆方向電流特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…電源装置、２０…発光装置、３０…基板、４０…青色ＬＥＤ、５０…保護ダイオード、６０…発光チップ、６１…筐体、６２…第１リード部、６９…封止部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電球や蛍光ランプに代えて、高効率、長寿命が期待される発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略す）を、照明器具として利用する技術が提案されている。このようなＬＥＤは、ｐｎ接合の順方向に電流が流れた際に発光し、逆方向に電流が流れた場合には発光しないという特性を有している。また、ＬＥＤは、一般的な整流用ダイオードと比較して、逆方向にかかる電圧（逆方向電圧）に対する耐性が低いことが知られている。
【０００３】
ここで、一般的な商用電源は交流を採用しているため、交流に直接ＬＥＤを接続した場合には、周期的にＬＥＤに過大な逆方向電圧がかかってしまい、ＬＥＤの発光不良を招くおそれがある。
【０００４】
公報記載の技術として、ダイオードブリッジ回路を用いて商用交流電源を全波整流し、直列接続された複数のＬＥＤに供給する交流電源用発光装置が存在する（特許文献１参照）。
また、別の公報記載の技術として、ダイオードブリッジ回路を用いて交流電源を全波整流し、直列接続された複数の発光ダイオードに供給するとともに、交流電源とダイオードブリッジ回路とを電気的に接続・切断するためのスイッチを設け、スイッチのオン・オフによって各発光ダイオードを点灯・消灯させる技術が存在する（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２８０８号公報
【特許文献２】特開平５−６６７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤを採用した照明器具の実使用時においては、例えば落雷などの外乱やスイッチをオン・オフすることに起因するノイズなどにより、外部からＬＥＤに逆方向電圧が印加されることがある。ここで、ＬＥＤは上述したように逆方向電圧に対する耐性が低いことから、外部から印加される逆方向電圧により、発光不良を招くおそれがあった。
【０００７】
本発明は、逆方向電圧の印加に起因する発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用される発光装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続される保護ダイオードとを備え、保護ダイオードは、発光ダイオードに連続して印加することが許容される逆方向電圧が保護ダイオード単体に印加された際に、逆方向電圧が発光ダイオード単体に印加された際に発光ダイオードに流れる逆方向電流の値よりも小さい逆方向電流が流れる特性を有することを特徴としている。
【０００９】
このような発光装置において、保護ダイオードのアノードが、発光ダイオードのカソードに接続されることを特徴とすることができる。
また、保護ダイオードは、ソース、ゲートおよびドレインを有する電界効果型トランジスタのゲートをアノードとし、ソースとドレインとを接続したものをカソードとする構造を有することを特徴とすることができる。
さらに、保護ダイオードがＰＩＮダイオードで構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とすることができる。
そして、発光ダイオードと保護ダイオードとを実装し、且つ、発光ダイオードと保護ダイオードとを直列に接続する基板をさらに備えることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続され、発光ダイオードとともにダイオード列を形成する保護ダイオードとを備え、保護ダイオードは、ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、発光ダイオードにかかる逆方向電圧が発光ダイオードに許容される逆方向電圧以下となるように、ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴としている。
【００１１】
このような発光装置において、保護ダイオードは、ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、発光ダイオードにかかる逆方向電圧が保護ダイオードにかかる逆電圧よりも小さくなるように、ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とすることができる。
また、保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逆方向電圧の印加に起因する発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
この照明システムは、第１電極１１および第２電極１２を備え、これら第１電極１１および第２電極１２を介して直流の電流を供給する電源装置１０と、この電源装置１０に接続される発光装置２０とを備えている。
【００１４】
ここで、電源装置１０としては、例えば商用電源等から供給される交流電流を整流回路等にて直流電流に整流して出力するもの、あるいは、例えば内蔵される乾電池等から直接直流電流を出力するものなどを用いることができる。
【００１５】
また、発光装置２０は、配線やスルーホール等が形成された基板３０と、発光ダイオードの一例としての青色ＬＥＤ４０と、青色ＬＥＤ４０を電気的に保護する保護ダイオード５０とを備えている。ここで、青色ＬＥＤ４０は発光チップ６０に設けられており、発光チップ６０および保護ダイオード５０が基板３０に実装されている。
【００１６】
発光装置２０において、青色ＬＥＤ４０および保護ダイオード５０は、青色ＬＥＤ４０のカソードが保護ダイオード５０のアノードに接続されることによってダイオード列を形成している。また、青色ＬＥＤ４０のアノードは電源装置１０の第１電極１１に、保護ダイオード５０のカソードは電源装置１０の第２電極１２に、それぞれ接続されている。このように、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０と保護ダイオード５０とが、極性が揃えられた状態で直列接続されている。
【００１７】
図２は、発光チップ６０の構成を説明するための図である。ここで、図２(ａ)は発光チップ６０の上面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIＢ−IIＢ断面図を、それぞれ示している。
【００１８】
この発光チップ６０は、一方の側に凹部６１ａが形成された筐体６１と、筐体６１に形成されたリードフレームからなる第１リード部６２および第２リード部６３と、凹部６１ａの底面に取り付けられた青色ＬＥＤ４０と、凹部６１ａを覆うように設けられた封止部６９とを備えている。なお、図２（ａ）においては、封止部６９の記載を省略している。
【００１９】
筐体６１は、第１リード部６２および第２リード部６３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
【００２０】
第１リード部６２および第２リード部６３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、第１リード部６２および第２リード部６３の一部が、凹部６１ａの底面に露出するようになっている。また、第１リード部６２および第２リード部６３の一端部側は筐体６１の外側に露出し、且つ、筐体６１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。
【００２１】
金属リード部のうち、第２リード部６３は底面の中央部まで延設されており、第１リード部６２は底面において中央部に到達しない部位まで延設されている。そして、青色ＬＥＤ４０は、その裏面側が図示しないダイボンディングペーストによって第２リード部６３に固定されている。また、第１リード部６２と青色ＬＥＤ４０の上面に設けられたアノード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。一方、第２リード部６３と青色ＬＥＤ４０の上面に設けられたカソード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。
【００２２】
また、青色ＬＥＤ４０の発光層はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む構成を有しており、青色光を出射するようになっている。そして、本実施の形態で用いた青色ＬＥＤ４０は、２５℃の環境下において２０ｍＡの順方向電流ＩFを流したときに、３．２Ｖの順方向電圧ＶFが発生するようになっている。また、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格は５．０Ｖである。さらに、青色ＬＥＤ４０は、２５℃の環境下において５．０Ｖの逆方向電圧ＶRを印加した際に、最大で１０μＡの逆方向電流ＩRが流れるようになっている。
【００２３】
封止部６９は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。また、封止部６９の表面側は平坦面となっている。封止部６９を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部６９を構成する透明樹脂に、青色ＬＥＤ４０から出射される青色光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
【００２４】
では、図１に示す照明システムの動作を、図１〜図３を参照しつつ説明する。
発光装置２０には、電源装置１０の第１電極１１を正極とし、第２電極１２を負極として、直流電圧が印加される。このとき、第１電極１１に接続される青色ＬＥＤ４０のアノードから保護ダイオード５０のカソードに向かって直流の順方向電流ＩFが流れる。
【００２５】
その結果、青色ＬＥＤ４０は、青色に発光する。そして、青色ＬＥＤ４０が搭載される発光チップ６０では、封止部６９内に存在する蛍光体が、青色ＬＥＤ４０から出射された青色光の一部を緑色および赤色に変換する。すると、発光チップ６０の封止部６９からは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射される。そして、発光チップ６０から出射された白色光は、空間あるいは対象物に向けて照射される。
【００２６】
一方、発光に伴って発光チップ６０の青色ＬＥＤ４０で発生した熱は、第２リード部６３を介して基板３０の表面に伝達され、さらに基板３０に貫通形成されたスルーホール（図示せず）を介して基板３０の裏面に伝達される。そして、基板３０の裏面に伝達された熱は、外部に放出される。
【００２７】
ところで、図１に示す照明システムを実際の使用においては、何らかの理由により、電源装置１０の第２電極１２が正極側となり、第１電極１１が負極側となることがある。この原因としては、例えば落雷等によって電源装置１０からの出力にノイズが重畳されてしまうことが挙げられる。また、電源装置１０に発光装置２０に対する電流の供給をオン・オフするためのスイッチが取り付けられている場合に、スイッチのオン・オフに起因する突入電流が発生してしまうことが挙げられる。さらに、電源装置１０においてトライアックを用いた調光（所謂トライアック調光）を行っている場合に、スイッチングによるノイズが重畳されてしまうことが挙げられる。さらにまた、電源装置１０において乾電池を電力供給源として用いている場合に、乾電池を正負逆に接続してしまうことが挙げられる。このような事態が生じると、発光装置２０には、瞬間的あるいは継続的に逆方向電圧ＶRが印加されることになる。
【００２８】
ここで、青色ＬＥＤ４０に対し瞬間的な逆方向電圧ＶRが印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加されたとしても、青色ＬＥＤ４０に異常は生じにくい。ただし、瞬間的であっても、青色ＬＥＤ４０に対し逆方向電圧ＶRの数倍以上の電圧が印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。また、瞬間的な逆方向電圧ＶRであっても、繰り返し逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加されることにより、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。
一方、青色ＬＥＤ４０に対し定常的な逆方向電圧ＶRが印加される場合においては、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が印加され続けることにより、青色ＬＥＤ４０が破壊されてしまうおそれがある。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０と保護ダイオード５０とを極性を揃えた状態で直列接続するとともに、保護ダイオード５０として、青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（この例では５．０Ｖ）を保護ダイオード５０単体に印加した際に保護ダイオード５０に流れる逆方向の漏れ電流（逆方向電流ＩR）の値が、この逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）を青色ＬＥＤ４０単体に印加した際に青色ＬＥＤ４０に流れる逆方向電流ＩRの値よりも小さい特性を有するものを用いるようにした。
【００３０】
これにより、発光装置２０では、印加される逆方向電圧ＶRの多くが保護ダイオード５０に分圧されることになり、青色ＬＥＤ４０には逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）よりも小さい逆方向電圧ＶRが印加されることになる。その結果、発光装置２０に対する逆方向電圧ＶRの印加に起因する青色ＬＥＤ４０の故障の発生が抑制される。なお、保護ダイオード５０には青色ＬＥＤ４０よりも大きな逆方向電圧ＶRが印加されることになるが、保護ダイオード５０にかかる逆方向電圧ＶRの大きさは保護ダイオード５０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格よりも小さいので、逆方向電圧ＶRの印加に起因する保護ダイオード５０の故障の発生も抑制されることになる。
【００３１】
特に、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０よりも下流側に保護ダイオード５０を接続しているため、突入しようとする逆方向電流ＩRが保護ダイオード５０によって制限されることとなり、青色ＬＥＤ４０に流れ込む逆方向電流ＩRを青色ＬＥＤ４０に許容される逆方向電流ＩRの大きさよりも小さくすることができる。
【００３２】
では次に、発光装置２０の保護ダイオード５０として使用することのできるダイオードの特性について説明を行う。
図３は、青色ＬＥＤ４０と直列に接続される保護ダイオード５０の特性評価用の回路構成図を示している。
この特性評価用の回路は、図１に示す発光装置２０と同様、青色ＬＥＤ４０のカソードと保護ダイオード５０のアノードとを接続した構成となっている。そして、保護ダイオード５０のカソードと青色ＬＥＤ４０のアノードとの間に、図示しない電源にてカソード側からアノード側へと向かう電圧（以下の説明では逆方向総電圧ＶRTと呼ぶ）を印加し、そのときに青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０にかかる逆方向電圧ＶRPを測定している。なお、ここでは、４種類の保護ダイオード５０としてＬｉｔｅｃ社製Ｌ８１０２Ｆ、東芝セミコンダクター社製１ＳＳ３９７、ＶＩＳＨＡＹ社製ＰＡＤ１、および東芝セミコンダクター社製１ＳＳ３７０を用意し、それぞれについて評価を行った。これらのうち、１ＳＳ３７０および１ＳＳ３９７はＰＮ接合を有する一般的なダイオードであり、Ｌ８１０２Ｆは所謂Ｐ層とＮ層との間に絶縁層（Ｉ層）を有するＰＩＮダイオードである。また、ＰＡＤ１は、ピコアンペアダイオード（Pico Ampere Diodes）とも呼ばれ、逆方向電流ＩRが非常に小さいことで知られるダイオードである。
【００３３】
図４は、青色ＬＥＤ４０および上記４種類の保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０）の、単体での逆方向電圧−逆方向電流特性を示している。図４において、横軸は逆方向電圧ＶRであり、縦軸は逆方向電流ＩRである。なお、図４では、青色ＬＥＤ４０を単にＬＥＤと表記している。ここで、印加する逆方向電圧ＶRの範囲は５Ｖ≦ＶR≦５０Ｖとした。ただし、ＰＡＤ１については、その逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が３０Ｖとなっているため、印加する逆方向電圧ＶRの範囲を５Ｖ≦ＶR≦３０Ｖとしている。また、青色ＬＥＤ４０については、その逆方向電圧ＶRの絶対最大定格が５．０Ｖであるが、ここでは印加する逆方向電圧ＶRの範囲を５Ｖ≦ＶR≦１５Ｖとしている。
【００３４】
図４より、青色ＬＥＤ４０には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、１０-10〜１０-7Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。また、Ｌ８１０２Ｆには、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-11Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。さらに、１ＳＳ３９７には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-12〜１０-11Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。さらにまた、ＰＡＤ１には、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜３０Ｖの範囲において、１０-13〜１０-12Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れることがわかる。そして、１ＳＳ３７０では、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜５０Ｖの範囲において、１０-9〜１０-8Ａオーダーの逆方向電流ＩRが流れていることがわかる。
【００３５】
したがって、逆方向電流ＩRに関していえば、Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０の中では、ＰＡＤ１が最も流れにくく、１ＳＳ３７０が最も流れやすい特性を有している。また、Ｌ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１は、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れにくいという特性を有している。これに対し、１ＳＳ３７０は、逆方向電圧ＶRが５Ｖ〜１５Ｖの範囲において、高電圧の領域（ほぼ１０Ｖ〜１５Ｖ）では青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れにくいものの、低電圧の領域（５Ｖ〜ほぼ１０Ｖ）では青色ＬＥＤ４０よりも逆方向電流ＩRが流れやすいという特性を有している。
【００３６】
図５は、図３に示す回路の保護ダイオード５０として１ＳＳ３９７を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（１ＳＳ３９７）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。図５において、横軸は逆方向総電圧ＶRTであり、縦軸は各々のダイオードにかかる逆方向電圧ＶRである。なお、縦軸と横軸との関係については、後述する図６〜図８においても同様である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００３７】
図５より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（１ＳＳ３９７）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図５より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっていることがわかる。
【００３８】
また、図６は、図３に示す回路の保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（ＰＡＤ１）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、上述した理由により０Ｖ≦ＶRT≦３０Ｖとしている。
【００３９】
図６より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜３０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（ＰＡＤ１）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図６より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜３０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっている。そして、保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いた場合は、保護ダイオード５０として上記１ＳＳ３９７を用いた場合よりも、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLが著しく低くなり、全域においてほぼ０Ｖとなっていることもわかる。
【００４０】
さらに、図７は、図３に示す回路の保護ダイオード５０としてＬ８１０２Ｆを用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００４１】
図７より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ５Ｖの範囲において、保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPよりも青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLの方が大きくなっており、逆方向総電圧ＶRTがほぼ５Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（Ｌ８１０２Ｆ）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。ただし、図７より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となっていることがわかる。
【００４２】
一方、図８は、図３に示す回路の保護ダイオード５０として１ＳＳ３７０を用いた場合における、逆方向総電圧ＶRTと青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLおよび保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPとの関係を示す図である。ここで、印加する逆方向総電圧ＶRTの範囲は、０Ｖ≦ＶRT≦８０Ｖとしている。
【００４３】
図８より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ２２Ｖの範囲において、保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPよりも青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLの方が大きくなっており、逆方向総電圧ＶRTがほぼ２２Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLよりも保護ダイオード５０（１ＳＳ３７０）にかかる逆方向電圧ＶRPの方が大きくなっていることがわかる。また、図８より、逆方向総電圧ＶRTが０Ｖ〜ほぼ５Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）以下となるのに対し、逆方向総電圧ＶRTがほぼ１５Ｖ〜８０Ｖの範囲において、青色ＬＥＤ４０にかかる逆方向電圧ＶRLは、この青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格（５．０Ｖ）を超えていることがわかる。
【００４４】
したがって、上述した１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、Ｌ８１０２Ｆおよび１ＳＳ３７０のうち、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１およびＬ８１０２Ｆについては、発光装置２０の保護ダイオード５０として使用した場合に、青色ＬＥＤ４０に絶対最大定格を上回る逆方向電圧ＶRを印加させることがなく、青色ＬＥＤ４０を保護することができる。これに対し、１ＳＳ３７０は、青色ＬＥＤ４０に絶対最大定格を上回る逆方向電圧を印加させることがあるため、青色ＬＥＤ４０を逆方向電圧ＶRから保護することができなくなる場合がある。
【００４５】
したがって、発光装置２０の保護ダイオード５０としては、これらのうち、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１やＬ８１０２Ｆ等を使用することができる。ただし、保護ダイオード５０としてＰＡＤ１を用いる場合、ＰＡＤ１は１ＳＳ３９７やＬ８１０２Ｆよりも逆方向の耐圧性能が低いことから、複数のＰＡＤ１を直列に接続することで保護ダイオード５０を構成することが好ましい。
【００４６】
ところで、瞬時の逆電圧に対する逆電圧防止においては、保護ダイオード５０の端子間容量が小さいことが好ましい。保護ダイオード５０の両端に電圧が印加されると、保護ダイオード５０にはＱ＝ＣＶで表される電荷が蓄積される。ここで、Ｑは保護ダイオード５０に蓄積される電荷、Ｃは保護ダイオード５０の端子間容量、Ｖは保護ダイオード５０の端子間に印加されている電圧である。また電流（Ｉ）は１秒間あたりに流れる電荷の量であるのでＩ＝ｄＱ／ｄｔとなる。したがって、保護ダイオード５０の端子間に電圧変化が生じた場合には、上記２つの式から、Ｉ＝Ｃ×ｄＶ／ｄｔで表される電流が流れてしまうため、端子間容量Ｃが大きいと瞬時の逆電圧が印加された際のＬＥＤの逆電圧防止機能を発揮することが困難になる。
【００４７】
かかる理由から、瞬時の逆電圧を防止するために保護ダイオード５０の端子間容量Ｃは小さいほど好ましい。保護ダイオード５０に求められる端子間容量Ｃは電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）や負荷インピーダンスによって異なるが、実用的には２ｐＦ以下であることが好ましい。
【００４８】
保護ダイオード５０の端子間容量Ｃの測定は、インピーダンスアナライザーやＬＣＲメーターを用いて測定することができる。ダイオードでは、印加する逆電圧が大きいほど端子間容量Ｃが減少する。端子間容量Ｃの測定は、一般的な青色ＬＥＤ４０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格である５Ｖに１ＭＨｚ、０．１Ｖ（ＲＭＳ）の交流信号を重畳して行った。
【００４９】
この方法で測定した端子間容量Ｃを表１に示した。また、表１には、上述したＬ８１０２Ｆ、１ＳＳ３９７、ＰＡＤ１、１ＳＳ３７０に加え、一般的な整流ダイオードとしてＵＦ２０１０（Ｐａｎｊｉｔ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）、Ｇ３Ｇ（Ｖｉｓｈａｙ社製）について端子間容量Ｃを測定した結果も記載した。本発明の実施の形態として例示した保護ダイオード５０の端子間容量Ｃはいずれも２ｐＦ以下の小さな値であり、一般の整流用ダイオードと比べて小さな端子間容量Ｃを有している。したがって、瞬時の逆電圧に対しても適した特性を有している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
なお、上述した例では、保護ダイオード５０として所謂ダイオード素子を用いていたが、これに限られるものではない。
図９（ａ）は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いて保護ダイオード５０を構成した例を示す図である。
この保護ダイオード５０は、ゲートＧ、ドレインＤおよびソースＳを備えたＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）を用い、ドレインＤとソースＳとを短絡した構造を有している。このような構成とすることにより、ＪＦＥＴを、ゲートＧをアノード（Ａ）、ドレインＤとソースＳとの接続部をカソード（Ｋ）とするダイオードとして利用することができ、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に向かう順方向電流ＩFを流すことができる。
【００５２】
保護ダイオード５０は、２５℃の環境下において５ｍＡの順方向電流ＩFを流した際に、０．８Ｖの順方向電圧ＶFが発生するようになっている。また、この保護ダイオード５０の逆方向電圧ＶRの絶対最大定格は６０Ｖとなっている。
【００５３】
ここで、図９（ｂ）は、保護ダイオード５０の逆方向電圧−逆方向電流特性を示している。なお、図９（ｂ）において、横軸は逆方向電圧ＶRであり、縦軸は逆方向電流ＩRである。
【００５４】
ＪＦＥＴ等のＦＥＴを用いてダイオード構造を構成した場合、逆方向電圧ＶRを印加した際に流れる逆方向電流ＩRの大きさは、整流用ダイオードとして一般的なシリコンダイオード等と比べ、著しく小さくなる。例えば、同一の逆方向電圧ＶRをシリコンダイオードとＦＥＴベースのダイオードで構成された保護ダイオード５０とにそれぞれ印加した場合、シリコンダイオードには数ｎＡレベルの逆方向電流ＩRが流れるのに対し、保護ダイオード５０には１ｐＡ未満の逆方向電流ＩRしか流れない。
【００５５】
したがって、図９（ａ）に示す保護ダイオード５０を発光装置２０に組み込んで使用することにより、保護ダイオード５０に直列接続される青色ＬＥＤ４０を逆方向電圧ＶRから保護することができる。ただし、図９（ａ）に示す構成を採用した場合、逆方の耐圧性能が低いことから、複数個を直列接続して使用することが好ましい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、１個の青色ＬＥＤ４０と１個の保護ダイオード５０とを直列接続してダイオード列を構成するようにしていたが、これに限られるものではなく、保護ダイオード５０に対し、極性を揃えた状態で複数の青色ＬＥＤ４０を直列接続するようにしてもよい。この場合において、これら複数の青色ＬＥＤ４０に極性を揃えた状態で接続される保護ダイオード５０の数は１つでかまわないが、複数であってもよい。また、その場合において、保護ダイオード５０の接続部位については、直列接続される複数の青色ＬＥＤ４０のカソード側の端部であってもよいし、アノード側の端部であってもよいし、さらにその中間部位であってもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、発光装置２０を用いて照明システムを構成する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、上述した発光装置２０を例えば信号機、液晶表示装置等のバックライト装置、スキャナの光源装置、プリンタの露光装置、車載用の照明機器、ＬＥＤのドットマトリクスを用いたＬＥＤディスプレイ装置等にも適用することができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、青色ＬＥＤ４０を搭載した発光チップ６０を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば紫外ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、あるいは赤外ＬＥＤを搭載するものであってもよく、また、異なる色のＬＥＤを複数搭載するものであってもよい。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】(ａ)は発光チップの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIＢ−IIＢ断面図である。
【図３】保護ダイオードの特性評価用の回路構成図である。
【図４】青色ＬＥＤおよび各ダイオードの単体での逆方向電圧−逆方向電流特性を示す図である。
【図５】保護ダイオードとして１ＳＳ３９７を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図６】保護ダイオードとしてＰＡＤ１を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図７】保護ダイオードとしてＬ８１０２Ｆを用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図８】保護ダイオードとして１ＳＳ３７０を用いた場合における、逆方向総電圧と青色ＬＥＤにかかる逆方向電圧および保護ダイオードにかかる逆方向電圧との関係を示す図である。
【図９】（ａ）はＦＥＴを用いた保護ダイオードの構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す保護ダイオードの逆方向電圧−逆方向電流特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…電源装置、２０…発光装置、３０…基板、４０…青色ＬＥＤ、５０…保護ダイオード、６０…発光チップ、６１…筐体、６２…第１リード部、６９…封止部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続される保護ダイオードと
を備え、
前記保護ダイオードは、前記発光ダイオードに連続して印加することが許容される逆方向電圧が当該保護ダイオード単体に印加された際に、当該逆方向電圧が当該発光ダイオード単体に印加された際に当該発光ダイオードに流れる逆方向電流の値よりも小さい逆方向電流が流れる特性を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記保護ダイオードのアノードが、前記発光ダイオードのカソードに接続されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記保護ダイオードは、ソース、ゲートおよびドレインを有する電界効果型トランジスタの当該ゲートをアノードとし、当該ソースと当該ドレインとを接続したものをカソードとする構造を有することを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記保護ダイオードがＰＩＮダイオードで構成されることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項５】
前記保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光ダイオードと前記保護ダイオードとを実装し、且つ、当該発光ダイオードと当該保護ダイオードとを直列に接続する基板をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項７】
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続され、当該発光ダイオードとともにダイオード列を形成する保護ダイオードと
を備え、
前記保護ダイオードは、前記ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、前記発光ダイオードにかかる逆方向電圧が当該発光ダイオードに許容される逆方向電圧以下となるように、当該ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記保護ダイオードは、前記ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、前記発光ダイオードにかかる逆方向電圧が当該保護ダイオードにかかる逆電圧よりも小さくなるように、当該ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項７または８記載の発光装置。
【請求項１】
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続される保護ダイオードと
を備え、
前記保護ダイオードは、前記発光ダイオードに連続して印加することが許容される逆方向電圧が当該保護ダイオード単体に印加された際に、当該逆方向電圧が当該発光ダイオード単体に印加された際に当該発光ダイオードに流れる逆方向電流の値よりも小さい逆方向電流が流れる特性を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記保護ダイオードのアノードが、前記発光ダイオードのカソードに接続されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記保護ダイオードは、ソース、ゲートおよびドレインを有する電界効果型トランジスタの当該ゲートをアノードとし、当該ソースと当該ドレインとを接続したものをカソードとする構造を有することを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記保護ダイオードがＰＩＮダイオードで構成されることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項５】
前記保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光ダイオードと前記保護ダイオードとを実装し、且つ、当該発光ダイオードと当該保護ダイオードとを直列に接続する基板をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光装置。
【請求項７】
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと極性が揃えられた状態で直列接続され、当該発光ダイオードとともにダイオード列を形成する保護ダイオードと
を備え、
前記保護ダイオードは、前記ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、前記発光ダイオードにかかる逆方向電圧が当該発光ダイオードに許容される逆方向電圧以下となるように、当該ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記保護ダイオードは、前記ダイオード列の両端に逆方向電圧が印加された際に、前記発光ダイオードにかかる逆方向電圧が当該保護ダイオードにかかる逆電圧よりも小さくなるように、当該ダイオード列の両端にかかる逆方向電圧を分圧することを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記保護ダイオードの端子間容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項７または８記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４５３５６（Ｐ２０１０−２４５３５６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３４７０（Ｐ２００９−９３４７０）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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