(2) 金属マイグレーション 22 (3) ウイスカ 劣化の 3 次要因 環境温度 24 (1) 照明器具の内部温度と環境温度について 24 (2)LED の放熱手法 環境雰囲気 25 (1) 湿気による電極酸化 樹脂膨張 25 (2) 硫化腐食 2

［目次］

第 1 部 基礎編

第 1 章

総論

1.1 LED の特徴････････････････････････････････････････････････････････7

1.1.1 従来光源との違い･････････････････････････････････････････････････････････7 1.1.2 白色 LED の寿命を決める要因････････････････････････････････････････････････8 1.1.3 白色 LED に望まれる品質･･･････････････････････････････････････････････････8

1.2 LED 照明の寿命････････････････････････････････････････････････････9

1.2.1 LED の故障････････････････････････････････････････････････････････････････9 1.2.2 光束維持率･･･････････････････････････････････････････････････････････････10

1.3 白色 LED パッケージ構成例･･････････････････････････････････････････12

1.3.1 各部材の解説･････････････････････････････････････････････････････････････12 1.3.2 使用時の留意点･･･････････････････････････････････････････････････････････13

第 2 章

劣化のメカニズム

2.1 劣化の 1 次要因･･･････････････････････････････････････････････････16

2.1.1 温度(熱)･････････････････････････････････････････････････････････････････16 2.1.2 光･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････19 2.1.3 電気･････････････････････････････････････････････････････････････････････19 (1)通電量･･･････････････････････････････････････････････････････････････････19 (2)サージ･･･････････････････････････････････････････････････････････････････19 (3)突入電流･････････････････････････････････････････････････････････････････20

2.2 劣化の 2 次要因････････････････････････････････････････････････････21

2.2.1 機械的要因･･･････････････････････････････････････････････････････････････21 (1)LED チップの結晶歪･欠陥･･･････････････････････････････････････････････････21 (2)剥離･････････････････････････････････････････････････････････････････････21 (3)樹脂クラック･････････････････････････････････････････････････････････････21 (4)はんだクラック･･･････････････････････････････････････････････････････････22 2.2.2 物性的要因･･･････････････････････････････････････････････････････････････22 (1)樹脂の変色･変質･･････････････････････････････････････････････････････････22

(2)金属マイグレーション･････････････････････････････････････････････････････22 (3)ウイスカ･････････････････････････････････････････････････････････････････23

2.3 劣化の 3 次要因････････････････････････････････････････････････････24

2.3.1 環境温度････････････････････････････････････････････････････････････････24 (1)照明器具の内部温度と環境温度について･････････････････････････････････････24 (2)LED の放熱手法････････････････････････････････････････････････････････････25 2.3.2 環境雰囲気･･･････････････････････････････････････････････････････････････25 (1)湿気による電極酸化･樹脂膨張･･････････････････････････････････････････････25 (2)硫化腐食･････････････････････････････････････････････････････････････････25 (3)塩分腐食･････････････････････････････････････････････････････････････････26 2.3.3 振動･････････････････････････････････････････････････････････････････････26 (1)接合部分･････････････････････････････････････････････････････････････････26 (2)振動による故障モード･････････････････････････････････････････････････････26 2.3.4 静電気･･･････････････････････････････････････････････････････････････････26 (1)静電気の発生要因･････････････････････････････････････････････････････････26 (2)静電気による故障モード･･･････････････････････････････････････････････････27 (3)対策･････････････････････････････････････････････････････････････････････27

2.4 電源に関する要因･･････････････････････････････････････････････････28

2.4.1 交流点灯方式･････････････････････････････････････････････････････････････28 2.4.2 定電圧点灯方式･･･････････････････････････････････････････････････････････29 2.4.3 定電流点灯方式･･･････････････････････････････････････････････････････････29 2.4.4 デューティ制御方式(パルス点灯方式)･･･････････････････････････････････････30

第 3 章

各部材の諸特性

3.1 青色 LED チップ･･･････････････････････････････････････････････････32

3.1.1 基本構造････････････････････････････････････････････････････････････････32 3.1.2 青色 LED チップの劣化要因･････････････････････････････････････････････････33 (1)温度(発熱)･･･････････････････････････････････････････････････････････････33 (2)電気的ストレスによる劣化･････････････････････････････････････････････････34 3.1.3 実装方法と放熱性･････････････････････････････････････････････････････････34 (1)WB タイプ･････････････････････････････････････････････････････････････････34 (2)FC タイプ･････････････････････････････････････････････････････････････････34 3.1.4 実装方法に応じた留意点･･･････････････････････････････････････････････････35

3.2 蛍光体････････････････････････････････････････････････････････････36

3.2.1 蛍光体が使用される各種の白色 LED の特性･･･････････････････････････････････36 (1)青色 LED チップと黄色蛍光体を組合わせたタイプ･････････････････････････････36 (2)青色 LED チップと緑色蛍光体および赤色蛍光体を組合わせたタイプ･････････････37 (3)近紫外 LED チップと青･緑･赤色蛍光体を組合わせたタイプ･････････････････････38 3.2.2 蛍光体の信頼性に影響を及ぼす因子･････････････････････････････････････････38 (1)湿度･････････････････････････････････････････････････････････････････････38 (2)熱････････････････････････････････････････････････････････････････････39 (3)光･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････41 3.2.3 信頼性改善方法･･･････････････････････････････････････････････････････････41 (1)化学組成･････････････････････････････････････････････････････････････････41 (2)粒径･････････････････････････････････････････････････････････････････････42 (3)表面処理･････････････････････････････････････････････････････････････････42

3.3 封止剤＆接着剤･･････････････････････････････････････････････････43

3.3.1 材料･部品の物性及び特性(性能)････････････････････････････････････････････43 3.3.2 各材料の特徴(利点･欠点)･･････････････････････････････････････････････････44 (1)封止剤･･･････････････････････････････････････････････････････････････････44 (2)接着剤･･･････････････････････････････････････････････････････････････････45 3.3.3 封止剤＆接着剤の信頼性確保のための留意点･････････････････････････････････45 (1)1 次的要因について････････････････････････････････････････････････････････45 (2)2 次的要因について････････････････････････････････････････････････････････48

3.4 樹脂ケース、リードフレーム･････････････････････････････････････････50

3.4.1 樹脂ケース･･･････････････････････････････････････････････････････････････50 3.4.2 樹脂ケースの設計上の留意点･･･････････････････････････････････････････････50 (1)金属との線膨張の差･･･････････････････････････････････････････････････････50 (2)形状と構造･･････････････････････････････････････････････････････････････50 (3)樹脂ケースの材質･････････････････････････････････････････････････････････51 3.4.3 樹脂ケースのその他の留意点･･･････････････････････････････････････････････51 3.4.4 リードフレームに要求される特性･･････････････････････････････････････････52 (1)設計、加工に必要な特性･･･････････････････････････････････････････････････52 (2)パッケージングの信頼性に関係する化学的特性･･･････････････････････････････52 3.4.5 高光量用樹脂ケース･･･････････････････････････････････････････････････････52

3.5 セラミックスケース････････････････････････････････････････････････53

3.5.1 熱に対する留意点･････････････････････････････････････････････････････････54 3.5.2 電気に対する留意点･･･････････････････････････････････････････････････････54 3.5.3 機械的留意点･････････････････････････････････････････････････････････････54

3.5.4 放熱設計･････････････････････････････････････････････････････････････････55

3.6 基板･･････････････････････････････････････････････････････････････56

3.6.1 基板の種類について･･･････････････････････････････････････････････････････56 3.6.2 各種金属ベース系基板の概要及び構造について･･･････････････････････････････58 (1)金属コア基板の概要及び構造･･･････････････････････････････････････････････58 (2)金属ベース基板の概要及び構造･････････････････････････････････････････････58 3.6.3 信頼性確保のための留意点･････････････････････････････････････････････････59 (1)金属コア基板/1 次要因(熱)による信頼性低下･････････････････････････････････59 (2)金属ベース基板/1 次要因(熱)による信頼性低下･･･････････････････････････････60 (3)金属ベース基板/2 次要因(ヒートサイクル)による信頼性低下･･･････････････････61

3.7 光学部品･･････････････････････････････････････････････････････････62

3.7.1 熱可塑性透明樹脂の性質･･････････････････････････････････････････････････62 3.7.2 温度(熱)による特性変化･･･････････････････････････････････････････････････63 (1)全光線透過率･････････････････････････････････････････････････････････････63 (2)屈折率･･････････････････････････････････････････････････････････････････63 (3)線膨張係数･･････････････････････････････････････････････････････････････64 (4)熱伝導率･････････････････････････････････････････････････････････････････64 (5)機械的性質･･････････････････････････････････････････････････････････････65 3.7.3 光による特性変化･････････････････････････････････････････････････････････65

第 1 部 基礎編

近年、発光ダイオード(LED)の性能向上に伴い、多様な製品へ利用が拡大している。そこで、 第 1 部では、LED を活用される様々な分野の開発者の方へ、白色 LED パッケージ･ランプモジュー ルの正しい姿(特性、特徴、寿命)、正しい使い方(設計基準、使用環境、使用上の留意点)を御理 解して頂く手助けとして、パッケージ･ランプモジュールの寿命を左右する劣化現象を構造･材料 に焦点を置き解説する。 (構成) 第 1 章「総論」では、白色 LED 光源の特徴と寿命の概念、及びパッケージ･ランプモジュールの構 造を解説する。 第 2 章「劣化のメカニズム」では、寿命を左右する劣化現象を要因別に解説する。 第 3 章「各材料の諸特性」では、パッケージ･ランプモジュールを構成する材料の物質解説と使用 上の留意点について解説する。

LIGHT EMITTING DIODE

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● 第 1 章 ●

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総 論

この章では白色 LED パッケージ･ランプの寿命を解説する上で必要な、1)白色 LED の特徴と照明 に利用されるに至る経緯、半導体光源としての寿命要因や望まれる品質、2)LED 照明の寿命の定 義、3)代表的な白色 LED パッケージ･ランプモジュールの構造について説明する。

1.1 LED の特徴

光源としての白色 LED は、従来光源では実現の難しい低光量領域で非常に高い発光効率が得ら れる特徴から、携帯電話用バックライトなど小型光源への応用が広がってきた。得られる光量と 効率の関係から見た白色 LED と蛍光灯の位置づけを図 1.1-1 に示す。この図に示すように、白色 LED は従来の低光量用途だけではなく、高光量用途においても効率改善が進み、照明用として開 発が進んでいる。 白熱電球や蛍光灯などの既存光源と比較した半導体を用いる白色 LED の特徴としては、1)高信 頼･長寿命、2)高発光効率、3)低発熱量、4)高速応答、5)耐衝撃性、6)小型･軽量、7)耐環境性、 などがあげられる。これらの特徴のなかで長寿命に関しては、真空管の代替として半導体を用い たトランジスタが発明されたときに“永久寿命”が大きく取り上げられたが、実はいろいろな故 障モードにより特性劣化が生じたことと同様に白色 LED でも特性劣化が生じる。 1.1.1 従来光源との違い 白色 LED の寿命は、白熱電球のようにフィラメントが断線することで決まる寿命ではなく、点 灯時間に伴って構成部材が劣化し、光束や特性の初期値よりの変化で決まる。劣化する部分は白 色 LED を構成する半導体チップ、蛍光体、樹脂ケース、封止樹脂などに分けて考える。従来、樹 脂封止した白色 LED の場合、半導体チップよりも封止材料の透明樹脂が光と熱により劣化するこ とが光束減衰や特性変化の主要因であったが現在は改善が進んでいる。 5 0 対象光量 LED 現状 10 _蛍光灯 得意な領域 蛍光灯が Ｌ Ｅ Ｄ 得意な領域 ＬＥＤ効率改善 効率 （ｌｍ ／ Ｗ） 設計寿命期間にわたり光束減衰や特性変化を一定の許容値以内に収めるためには使用波長、光 量、動作温度を材料特性で許される範囲内に抑える必要がある。とくに白色 LED の照明用途への 応用では、大電流印加という過酷な使用条件で長寿命･信頼性を確保することが重要となっており、 実際使用する白色 LED モジュールやシステムでも信頼性･寿命を確保するためには他光源と異な る白色 LED の特徴を把握する必要がある。さらに言えば、本来高信頼･長寿命という優れた特徴を もつ白色 LED でも使用上の注意を守らないと寿命を著しく縮めることにつながる。 図 1.1-1 既存光源と LED の比較と今後の方向性 低光量 高光量

1.1.2 白色 LED の寿命を決める要因 LED 照明に用いられる白色 LED の寿命は、使用電流、発光波長、放熱性などの要因により大き く左右される。このなかで発光波長に関しては紫外線成分が樹脂劣化の原因となるが、最も考慮 すべき要因は熱である(図 1.1.3-1)。この熱に関しては、使用電流と放熱性について他光源とは 異なる白色 LED の特徴を把握する必要がある。白熱電球では可視光以外は赤外線で放射されるの に対し、白色 LED は消費する電力のうち可視光に変換されるのは数十％程度であり、その他は直 接熱となる。また白色 LED は他光源に比べ小型のため空間的に狭い領域に熱が集中し、環境温度 が高い場合や放熱性が悪いパッケージやモジュールでは寿命が加速的に低下するため放熱設計に 留意する必要がある。さらに LED システムでは、数多くの LED が高密度に配置され、システムを 構成する部材の熱管理が重要となる。 このほか、一般電子機器と同様に湿度(水分)に対する保護、振動防止、静電気対策も信頼性確 保には配慮すべき項目である。とくに白色 LED は一般に静電気に対して弱いので、製造時や使用 時に白色 LED に加わる静電気ストレスから素子を守る設計や対策が必要となる。 1.1.3 白色 LED に望まれる品質 現在白色 LED は照明用途へ展開が急ピッチで進んでおり、高光量領域でも蛍光灯を上回る効率 改善が重要な開発要素となっている(図 1.1.1-1)。さらに、高効率化により熱の発生も抑制され 信頼性が向上することに加え、白色 LED 個数削減、放熱設計の簡素化などシステムの低コスト化 につながる。LED の照明応用には、このような白色 LED 自体のもっている初期特性を向上させる ことに加え、その初期特性を永く持続させる品質、さらに初期特性や使用時の不点灯故障のばら つきを抑える品質が重要である。とくに現状、複数の白色 LED を使用する際の光量や色度などの ばらつきが問題になっており、ランク指定やランク選別で対応している。そのため初期特性のば らつきの改善が強く望まれている。 100,000 10,000 1,00 ＬＥＤ 寿命（ 時間 ） ＬＥＤ温度 要求寿命 図 1.1.3-1 LED 寿命と LED 温度の関係 高 低

1.2 LED 照明の寿命

照明における寿命は、要求される明るさが保てなくなるまでの時間で表される。LED における 光束減衰は、白熱灯や蛍光灯とは異なるため、まず LED の故障について述べる。 1.2.1 LED の故障 一般の電子部品と同様に LED の故障率は、図 1.2.1-1 のように、あるひとつの定まった傾向を 示す。これを 3 つの期間に分けて、初期故障期、偶発故障期、磨耗故障期という 1)。この図のこ とをバスタブカーブと呼ぶ。 初期故障は、製造工程などに起因した潜在欠陥が、使用中のストレスで劣化することにより起 こると考えられている。潜在欠陥を持つデバイスのみが故障し、次第に除去されるため、故障率 は時間とともに減少する傾向がある。偶発故障は、潜在欠陥を持つデバイスが故障して除かれ、 残存した高品質なデバイスが安定して稼動する間の故障現象である。故障の原因は、偶発的に生 じるオーバーストレス(サージなど)によるものと考えられる。磨耗故障は、デバイスが基本的に 持っている磨耗や疲労に対する寿命によるもので、その領域に入ると故障率は急速に増加する傾 向を示す。磨耗故障の一般的な例として白熱電球の故障があり、一定の作動時間が経過するとフ ィラメントが突然断線する。LED の場合、白熱電球と同等の故障メカニズムはないが、その他の 磨耗メカニズムは存在する。 LED の故障モードとしては、「不点灯」、と「特性故障」がある。不点灯としては、オープン故 障(または順電圧の大幅な増加)、ショート故障があり、それらの原因としては、 ･LED 内部の金ワイヤ自身の断線 ･LED 内部の金ワイヤとチップの接合部(ボールボンド部)の剥離 ･LED 内部の金ワイヤと端子の接合部(ストレッチボンド部)の剥離 ･チップを固定している接着剤の剥離 ･LED 内部のマイグレーション 作動時間 故障率 初期故障期 偶発故障期 磨耗故障期 図 1.2.1-1 故障率曲線

･チップの静電破壊等があげられる。 特性故障としては、磨耗故障期の光束の低下、色度の変化、電気特性の変化があり、それらの 原因としては、 ･LED 内部の封止樹脂における透過率の低下 ･LED 内部のケース等における反射率の低下 ･チップ自身の特性変化 ･蛍光体の特性変化等があげられる。 本ハンドブックではこれらの故障モードのうち、光束維持率に注目して解説していく。 1.2.2 光束維持率 照明用ランプは使っている間に全光束が徐々に低下する。光束維持率とは初期に対しどのくら いの光束を維持できるかを示す指標である。その光束の低下速度は、ジャンクション温度、周囲 温度、駆動電流等の使い方によっては大きくなったり、小さくなったり変化する。その関係は例 えば半導体デバイスの加速寿命モデルとして最も一般的に用いられているアレニウスの式を使用 すると、下のように寿命の予測が行なうことができる 1)。

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛−

⋅

Λ

=

kT

E

K

exp

a (式 1.2.2-1)

K

：反応速度

Λ

：定数

Ea

：活性化エネルギー(eV)

_k

：ボルツマン定数(8.617×10-5_eV･K-1₎

T

：ジャンクション温度(絶対温度 K) ここで寿命は反応速度の逆数 1／K で表されるため、

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

=

kT

E

A

L

exp

a (式 1.2.2-2)

L

：寿命

A

：定数

Ea

：活性化エネルギー(eV)

K

：ボルツマン定数(8.617×10-5_eV･K-1₎

T

：ジャンクション温度(絶対温度 K) この式からわかるように、ジャンクション温度が高いと寿命は短くなる。また環境温度が高い ほど、あるいは LED チップからの放熱が良くないほど、寿命は短くなる。

ここで言う寿命とは、目的の機能を実行する能力が終了することであり、システムとして明る さの低下をどこまで見込んでいるかにより寿命の基準値は変わるため、同じ LED で同じ使い方を しても使用目的により寿命は異なる。これまで表示用途を中心として利用されてきた LED は、半 導体分野では「発光出力が初期の半分に低下する時間」、すなわち光束維持率 50％を機能として の寿命としていた。一方照明分野では、「光束が初期の 70％に低下する時間(光束維持率 70％)」 としており、分野による歴史的、文化的な違いがある。

1.3 白色 LED パッケージ構成例

照明用途に用いられる白色 LED のパッケージの構成例を図 1.3.1-1 に示す。ただしここで示す のは一般的な代表例であって、実際は随時改良が重ねられている。 1.3.1 各部材の解説 ヒートシンク、リードフレーム、ケースは一体成型している例が最も一般的である。ヒートシ ンクは熱的拡散、リードフレームは電気的導通を目的としたもので、ケースには絶縁および放熱 効果が要求される。最近では熱による劣化の改善策として、特に高出力 LED においてはセラミッ ク材料がケースに採用されている。 接着剤は発光素子である青色 LED チップの機械的強度の確保が目的であるが、LED チップの底 面から放射される光の影響による劣化を考慮し、これまで一般的であったエポキシ樹脂系からシ リコーン樹脂系、はんだ、金錫などへの変更も検討されている。リードフレームから LED チップ への電気的導通は、金ワイヤをボンディングすることにより行われる。また、直接 LED チップへ ワイヤボンディングを行わずに、サブマウント基板を使用し、フリップチップボンディングで実 装をしている例もある。 青色 LED を白色に変換するためには黄色成分を持った蛍光体が必要となるが、その蛍光体は分 散媒という透明樹脂に混ぜて青色 LED チップを覆うように配置される。分散媒の材料としてはシ リコーン樹脂、エポキシ樹脂などがある。 封止の目的は他に LED チップや金ワイヤの保護と、レンズ形状形成による光取出し効率の向上 や配光特性の変更があげられる。図 1.3.1-1 に示している例は、光利用効率の向上のため、封止 剤を樹脂でレンズ形状にしている例である。レンズ部の材料にはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂 などの透明性の高い樹脂が使用される。 図 1.3.1-1 白色 LED パッケージ構成例

パッケージされた LED は電気的導通を取るためにパターニングされた基板に実装されて使用さ れる。ここではヒートシンクからの熱を効率よく放熱させる基板を使用することが望ましい。 1.3.2 使用時の留意点 照明用途に LED を使用する際には、熱的拡散、光の取り出し効率、電気的導通を考慮する必要が ある。代表的なランプモジュール(ここではライン型のランプを想定)の例を図 1.3.2-1 に示す。 いくつかの白色 LED パッケージがライン状に配置されている。また、LED パッケージ 1 個当りの エネルギーの消費の基本的な考え方を図 1.3.2-2 に示す。LED パッケージが消費する電力(Wuse)は、 放射束(WL)と単位時間あたりの発熱量(WT)に分配される。したがって、電気的な損失すなわち発熱 はできる限り低くし、かつチップから放熱される熱エネルギーを効率よく拡散させ、各部材にお ける光の損失もできる限り低くすることが、ランプモジュールとしての光利用効率を向上させる ことにつながる。言い換えれば、取出し光量の向上は、得られる光量が向上するという効果のみ ならず、熱に変わるエネルギーが低くなるということから、結果的に LED の信頼性確保につなが る。 図 1.3.2-1 ランプモジュール構成例 モジュールにおけるエネルギー消費の考え方 さらには、環境温度や外界環境(光･湿度･ガス･振動等)による経時的な変化に対しても考慮する

ことが信頼性設計においては重要となる。それぞれの部材の劣化と取出し光量との関係の一例を 参考までに図 1.3.2-3 に示しておく。それぞれの損失を総合的かつ長期的に最低限に抑えること が重要である。たとえば、光路中に配置された樹脂や蛍光体の透過率が劣化すると、そこでの光 の損失が発生し、取出し光量が低下するので長期的使用に耐えうる材料の選定が必要となる。光 路中に配置された部材のみならず、光の利用効率を向上させるためのミラーや、ケースでの反射 特性についても同様のことが言える。また、熱的拡散の経路、たとえば接合材の劣化、ヒートシ ンクとの密着性の劣化についても、そこでの放熱性が低下し、チップ温度が上昇し取出し光量が 低下する。その結果として信頼性に影響が及ぶので、材料、接合方法等についても長期的な使用 条件を考慮して選定することが重要となる。 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 【参考文献】 1）ルネサステクノロジ 信頼性ハンドブック、2006、p1－2、p14－17 図 1.3.2-3 各部材の劣化と取出し光量との関係

LIGHT EMITTING DIODE

●

●

● 第 2 章 ●

●

●

劣化のメカニズム

この章では寿命を左右する劣化現象に視点を置き、白色 LED パッケージ･ランプモジュールに劣 化を引き起す要因を説明する。1 次要因は、LED を駆動させることで劣化を誘引する直接要因。2 次要因は、1 次要因が元で材料物性･機械的要素により劣化を誘引する間接要因。3 次要因は、パ ッケージ･モジュールの外界から劣化を誘引する環境要因とし、以下に説明する。

2.１ 劣化の 1 次要因

長寿命のポテンシャルが高い LED であるが、無理な使い方をすれば劣化を招くのは当然である。 LED の故障モードを大別すると、突然の「不点灯」と光量が次第に低減していく「光束低下」が あげられる。不点灯の場合は、ダイオード部と並列に電気が流れてダイオードが発光しなくなる 「短絡モード(ショートモード)」とダイオードへの給電回路のどこかが切断して発光しなくなる 「断線モード(オープンモード)」に分けられ、電圧印加で電流が流れているか、いないかで判別 が可能である。本節では光束低下を引き起す劣化要因と代表的な劣化現象について、紹介する。 物理現象的に表現すれば、「劣化とは物質の反応が進み、より安定した状態に変化しただけ」と も言える。LED 製品を安定した状態で使用したいならば、反応を促進させないことが肝要である。 反応を促進する物理パラメータを劣化の 1 次要因、1 次要因が原因で劣化を引き起す要因を 2 次 要因、1 次要因･2 次要因に影響を与える周囲環境を 3 次要因として、以下、説明する。また、LED を駆動する電源については、LED 製品の劣化のみならず、消費電力や製品安全性に対して重大な 影響を与える要素であるので、基礎的な知識についてまとめた。 2.1.1 温度(熱) 反応を促進するパラメータとして、温度は最も重要なパラメータである。LED チップは半導体 なので原理的には良導体の電気配線よりも発熱する。従って、第一に考慮しなければならない発 熱源は LED チップである。その LED チップの中身についても細分化でき、例えば直流電源に限定 すればダイオードと内部抵抗による等価回路で記述できる。実際の LED チップは電流を印加する ことでダイオードと内部抵抗それぞれに電圧が発生し、それぞれの電力損失に応じて熱が発生す ることになる。ちなみに、LED の定格を超えて過度に電流を印加すれば、内部抵抗の電力損失の 比率が著しく増大するので、「抵抗加熱ヒーターをつけて LED チップを加熱している！」といった 事態になりかねず注意が必要である。 ダイオードの順方向電圧には数式で記述可能な温度依存性がある。従って、ダイオードの順方 向電圧を測定すれば LED チップの「内部」の温度を計測することが可能である。この温度を「ジ ャンクション温度」と言い、LED の温度管理はジャンクション温度に基づいてなされる。ジャン クション温度の測定については、電流―電圧特性がダイオード特性を示している領域で測定しな

静電気

温度

(熱)

光

電気

１次要因

機械的要因

物性的要因

２次要因

環境温度

環境雰囲気

振動

３次要因

図 2.1-1 劣化の要因関連図

くてはならないこと、測定電流印加による発熱の寄与が無視できる測定方式を採用しなければな らないこと、など注意が必要である。 LED チップのジャンクション温度を、単純なモデルで記述すると、

(

j b b a

)

a a a b b j j

T

T

T

R

R

P

T

T

=

Δ

₋

+

Δ

₋

+

=

θ

₋

+

θ

₋

⋅

+

(式 2.1.1-1) で表記される。

T

_j ：LED チップ発光部の温度、j は LED チップの発光部(ジャンクション)の意味

T

_b ：LED が実装されたプリント基板の温度、b はボードの意味 (図 2.1.1-1 参照)

T

_a ：照明器具の外側の温度、a は環境(アンビエント)の意味 照明器具周囲の気温

Δ

T

_j−b ：ジャンクションからボードまでの温度差

Δ

T

_b−a ：ボードからアンビエントまでの温度差

R

θ

_j−b ：ジャンクションからボードまでの部材トータルの熱抵抗 ［K･W-1_］

R

θ

_b−a ：ボードからアンビエントまでの部材トータルの熱抵抗［K･W-1_］

P

：消費電力 図 2.1.1-1 モデルの配置を示す図 即ち、このモデルは、発熱した LED チップ(ジャンクション)を起点とした熱流のほとんどが、 Tj Tb _Ta ハウジング ヒートシンク 伝熱材 基板 反射ミラー レンズ ランプモジュール(ラインランプ)

LED パッケージの実装されているボードを通じて、外部環境に放熱される、といった単純なケー スを表しており、その他の放熱経路は無視できるケースである。逆に言えば、LED チップの温度(ジ ャンクション温度)がボードを通じて外部環境へ放熱される構造によって、決定されるケースであ る(図 2.1.1-1)。現実のケースにおいては、照明器具内の空間の温度が上がることなどからわか るとおり、LED チップの放熱経路は複雑であり、直列熱回路と並列熱回路が入り組んだ合成熱抵 抗値として理解されるべきである。 さて、この単純なモデルによれば、LED 照明器具において最も高温となる「LED チップ発光部の 温度」は、「環境温度」に「電流印加時の自己発熱による温度上昇」を加えた温度であるため、高 温環境では印加できる電流値に制限を受けることになる。LED チップのジャンクション温度が高 温になるにつれ、LED 関連製品に使われている樹脂、蛍光体、はんだ、電極金属、半導体結晶、 といった材料が、概ねこの順に反応促進による変質や機械的不良を引き起こすことになる。 信頼性工学の分野では故障物理的なアプローチがいくつかあるが、温度に支配される故障･劣化 のモデルとしてアレニウスモデルが知られている。なお温度以外のストレスの影響を扱うモデル としてはアイリングモデル、累積損傷則などがある。 例えば、アレニウスモデルによる温度と故障率の関係については、次の式で表すことができる。 この式は式 1.2.2-2 の逆数 1／L を故障率λととらえ、変形したものである。

⎭

⎬

⎫

⎩

⎨

⎧

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

⋅

=

2 1 1 2

1

1

exp

T

T

k

E

_a

λ

λ

(式 2.1.1-2)

λ

₁ ：ジャンクション温度 T1での故障率

λ

₂ ：ジャンクション温度 T2での故障率

E

_a ：活性化エネルギー(eV)

_k

：ボルツマン定数(8.617×10-5_eV･K-1₎

T

：ジャンクション温度(絶対温度 K) この式よりわかるように、同一故障モードであればジャンクション温度が高いほど、故障率は 高くなり寿命は短くなる。 一方、低温環境においては、LED チップや封止樹脂の化学的変化は抑制され、また LED チップ 半導体結晶の格子振動が抑制され、発光効率が維持できるなど、このような点では有利である。 しかし、物理的な側面では、水分が浸入し凍結膨張することによる各所の剥離や、結露によるは んだ、メッキ、銅箔パターンを始めとした材料の吸湿起因の化学的変化などには注意が必要であ る。 また、屋外に設置される機器などは温度変化に対する耐性が必要である。耐性を評価する手法 としては、低温と高温を昇温時間、降温時間を十分取って繰り返す熱サイクル試験や、瞬間的に 低温、高温にする熱衝撃試験が知られている。

2.1.2 光 LED はトランジスタなどの電子デバイスと異なり、「発光する」という点に特徴がある。劣化に 関して、電力損失の面では発光して外部に放出されるエネルギー分、発熱が減るというメリット になるが、有機物の部材などが青～紫外の高エネルギー光や、高密度の光に曝され、劣化を促進 するといった点でデメリットになる。LED チップあたりの光量は小さいが、発光部のサイズも小 さいので、チップ周辺の光密度を考慮した材料設計、発光量仕様設計が必要である。 光をフォトン(光量子)で考えると、フォトン 1 個のエネルギーは波長によって異なる。波長が 短い青や紫外光の方が、赤や赤外光よりもフォトン 1 個のエネルギーが高いため、例えば赤や赤 外光の LED で実績がある一般的な透明エポキシ樹脂が、青や紫外光の LED では黄変することが報 告されている。さらに、フォトンの数が増えたり、フォトンの密度が増えれば、材料の変化を促 進することになる。 2.1.3 電気 LED は従来の光源と違って非常に低い電圧と小さな電流で点灯する。また、高速に点滅させる ことが可能といった特長や、一方向にしか電流を流せないという特性がある。LED を点灯させる ためには、それらの特性を把握し、より最適な点灯回路および点灯制御を選定することが重要で あるが、LED の寿命を確保するためには、前述の温度･光以外に電気的要因による劣化についても 把握しておかなければならず、LED を突発的な電気的ストレスより守る設計が必要となる。 (1)通電量 通常、LED には定格電流が設定されており、信頼性を確保するためには、その値を超えないよ うに設計する必要がある。LED の定格電流には、順電流･パルス順電流･逆方向電流などの定格値 があり、定格電流値以下で使用する。 ① 定格順電流は、指定温度条件(例えば 25℃)にて LED のアノードからカソード方向へ連続的 に常時流しうる直流電流の基準であり、定格値以下で使用することにより長寿命が見込まれ る。 ② 定格パルス順電流は、LED のアノードからカソード方向へ瞬間的に流しうるパルス電流の 基準であり、パルス幅とともに設定される場合が多く、定格順電流よりも高く設定されてい る。 ③ 定格逆方向電流は、LED のカソードを基準電位とし、アノードに負のバイアス電圧を印加 した時に LED に流れてしまう漏れ電流(最大値)の基準である。また、逆方向電圧で規定され る場合もある。 これらの定格値は各メーカによってそれぞれ異なるため、実際の使用環境に応じて十分な確認 が必要である。 (2)サージ サージとは過渡的な過電圧や過電流全般を意味する。例えば、雷、配電系統の切替え、容量性 や誘導性負荷の開閉、静電気放電などによって生じるが、一般的にサージと言えば、雷サージの

ことを指す場合が多いようである。雷サージは、雷による直接･間接的に発生する異常電圧(電流) のことを言い、直撃雷と誘導雷の 2 種類に分けられる。直撃雷で発生する電流、電圧は雷サージ 保護素子で保護するには桁違いに大きいため、完全に保護することは非常に難しい。誘導雷は雷 雲がある限り発生する可能性があるので、被害の発生する頻度は誘導雷によるものの方が遥かに 多い。 LED 照明には商用電源が使用される場合が多く、当然電源装置には雷サージ保護が必要になる。 誘導雷による雷サージは雷サージ保護素子により保護できるが、例えば屋外で LED 照明を使用 する場合には直撃雷による雷サージが発生する可能性もあるので、器具筐体との絶縁距離を確保 するなどの対策を施すことが望ましい。 (3)突入電流 LED を点灯させる電源(回路)の種類によっては、次のような場合に定常的な電流よりも遥かに 大きい電流が短時間流れることがある。 ① 電源 ON あるいは OFF 時 ② 通電時の LED 脱着 ③ 瞬時停電や瞬時電圧変動 その時の電流値は、絶対最大定格値(瞬時たりとも超過してはならない限界値)以下である必要 がある。この値を超えて使用した場合には、LED のみならず電源(回路)の信頼性を著しく低下さ せたり、破損する可能性があるので注意が必要である。

2.2 劣化の 2 次要因

1 次要因である熱、光、電気に起因する劣化要因としては、図 2.2-1 に示すように剥離･クラッ クなどの機械的要因と樹脂の変色･変質、金属の析出物等の物性的要因があげられる。 ウイ 剥離(LED 樹脂クラック 樹脂の変質 剥離(ケース／樹脂界面) 剥離 (リードフレーム／接合材界面) 剥離 (リードフレーム／樹脂界面) ／樹脂界面) スカ(リードフレーム) LED結晶歪･欠陥 はんだクラック 図 2.2-1 劣化の要因 2.2.1 機械的要因 (1) LED チップの結晶歪･欠陥 LED チップは実装基板や接合材料と線膨張係数が異なる。その結果、実装、固着した LED チッ プが実装温度付近(接合材料により 100～300℃)から使用温度(－40～85℃)に下がると、実装基板 や接合材料との間で残留応力が生じ、結晶歪の発生が助長される。また点灯―消灯時の熱的変化 の繰り返しによって実装基板との接合界面での応力が変動し、疲労破壊により結晶に欠陥が生じ る可能性がある。これら、結晶の歪や欠陥によって LED の発光効率が低下する。特に高出力化の ためチップを大型化した場合や、チップからの抜熱を効率よく行うために銅やアルミニウム等の 金属の実装基板材料を用いると、熱膨張による変位の差が大きくなり、結晶の歪や欠陥の発生確 率が増加する。 (2)剥離 LED を搭載するパッケージは、リードフレーム･ケース･蛍光体･封止剤などで構成され固有の材 料物性を持つ。これらに外部環境や LED、及び蛍光体の発熱により低温･高温の熱が定常的に或い は、不定常に印加継続されると材料物性である膨張率(線膨張係数)の差で発生する材料間の界面 応力により、界面では密着力が徐々に損なわれ剥離が発生する場合がある。 剥離の発生は、光の放射経路に余分な層(空気層)が付加されるため、使用当初に比べ光量の低 下を招く場合がある。 (3)樹脂クラック 樹脂で形成されたケース･封止剤では、低温･高温の温度印加によりクラックが発生する場合が

ある。LED チップを封止している封止剤のクラックは、LED チップの電気的導通を確保しているワ イヤ(金やアルミ材質)を切断し、不点灯を誘発する場合がある。 (4)はんだクラック パッケージの電気的導通を担うはんだ材は、低温･高温の温度衝撃や機械的振動を継続的に受け ると、金属の結晶粒界部にクラックが発生する場合がある(図 2.2.1-1)。はんだクラックの発生 進行は、電気的な導通が不安定となり、さらには導通を全く得られないオープンモードの故障を 引き起す場合がある。 2.2.2 物性的要因 (1)樹脂の変色･変質 LED を連続的に点灯し続けると封止剤である樹脂が黄変し光量の低下を招くことがある。 LED 及び蛍光体や外部環境からの熱エネルギーの印加により樹脂の格子振動が激しくなる。格 子振動は、樹脂の炭素 2 重結合を開環し、炭素は外部からの水分と結合した酸化物となり発色団 を形成する。例えば、炭素 2 重結合をもつ有機化合物は、比較的低いエネルギーで活性化され、 外部からの水分及び酸素と酸化反応を起こす。その酸化反応により発色団を形成する。この発色 団は樹脂の黄変として確認できる。短波長の光も同様の現象を発生させる。青色 LED 光などの短 波長光は、光子エネルギーが強く樹脂の共有結合を直接切断し、熱エネルギーと同様の現象を引 き起す。 (2)金属マイグレーション 銀(Ag)マイグレーションが良く知られているが他の金属でも発生する可能性はある。基板実装 したコンデンサ、抵抗等の金属電極(例えば Ag 電極)間に電圧を印加すると空気中の水分等により 正電極よりイオン化した金属イオン、例えば Ag＋_{が負電極に移動析出し、電気的に導通したショ} ート現象を引き起す場合がある(図 2.2.2-1)。この現象を金属マイグレーションという。金属マ イグレーションは高温高湿下で高電圧を印加すると発生しやすく、5V 程度の低電圧の印加でも発 生する場合がある。金属マイグレーションの防止には、部品実装基板への水分の浸入を防ぐこと が重要である。 図 2.2.1-1 はんだクラック(一例) はんだクラック 金属マイグレーション

(3)ウイスカ ウイスカは、金属枠等において、 そ 図 2.2.2-2 ウイスカ(一例) 表面の錫(Sn)メッキに加工時の曲げ歪の応力が残っていると、 の応力を逃がす為、Sn 粒子が移動し、直径 0.3μm から 1μm 程度のひげ状の或いは、針状の結 晶に成長する現象である(図 2.2.2-2)。メッキ厚が薄いほど成長しやすい。錫ウイスカ、亜鉛ウ イスカが現象として確認されている。ウイスカの成長が進行し、回路的にオープンであるべき部 位に達すると、電気的に導通したショート状態となり回路の誤動作を引き起こす場合がある。ウ イスカの防止には、メッキに歪を残さないように金属枠等をプレス加工、曲げ加工した後にメッ キ処理をすることが望ましい。リードの曲げ加工は、ウイスカの発生防止を考慮した設計が必要 である。 ウイスカ

2.3 劣化の 3 次要因

LED 照明の寿命は使用している LED の特性の他に、使用環境によっても大きく影響を受けるた め、照明器具の設計においては使用環境を十分考慮する必要がある。 ここでは、一般的な使用環境条件による劣化について説明する。 2.3.1 環境温度 第 1 部第 1 章 1.2.2 や第 1 部第 2 章 2.1.1 で述べた通り、LED は使用する場所の環境温度が高 くなる程、劣化が加速される。 環境温度が下がるよう、LED 照明器具が設置される場所等を考慮するとともに、なるべく低い ジャンクション温度になるような放熱設計が必要となる。また、LED の消費電力を低く抑える工 夫が必要となる。例えば、照明器具の強制空冷を行う、基板材料等に放熱効果の高いものを使用 するといった対策を講じることが必要である。 (1)照明器具の内部温度と環境温度について 照明器具の環境温度は一般的に 35℃とされている。照明器具に内蔵された LED からの発熱によ り、照明器具の内部空間の温度は上昇する。したがって、照明器具の外郭材料や構造により、照 明器具内部にこもる熱を効率良く外部へ放出する必要がある。

LED のジャンクション温度 Tj は、LED の消費電力と LED が実装された基板部材等の熱抵抗によ り求められる。

(

_{j b b a}

)

_a

（式

2.3.1

-

1

）

a a b b j j

T

T

T

R

R

P

T

T

=

Δ

₋

+

Δ

₋

+

=

θ

₋

+

θ

₋

⋅

+

T

_j ：LED チップ発光部の温度、j は LED チップの発光部 (ジャンクション)の意味

T

_b ：LED が実装されたプリント基板の温度、b はボードの意味

T

_a ：照明器具の外側の温度、a は環境(アンビエント)の意味 照明器具周囲の気温

Δ

T

_j−b ：ジャンクションからボードまでの温度差

Δ

T

_j−a ：ボードからアンビエントまでの温度差

R

θ

_j−b ：ジャンクションからボードまでの部材トータルの熱抵抗［K･W－１_］

R

θ

_b−a：ボードからアンビエントまでの部材トータルの熱抵抗［K･W－１_］

P

：消費電力

ここで、LED の消費電力 P を用いると、

R

θ

_j−bと

R

θ

_b−aは下記の式により求められるため、LED のジャンクション温度

T

_jを下げるために使用する放熱材の熱抵抗の目標値が定められる。

(

)

P

T

T

R

j b j b

−

=

− θ _{(式 2.3.1-2)}

(

)

P

T

T

R

b a a b

−

=

− θ _{(式 2.3.1-3)} (2) LED の放熱手法 放熱材の熱抵抗は材質の熱伝導率λを用いて算出する。熱伝導率が高いほど低熱抵抗となり放 熱性が良くなる。

A

L

R

⋅

=

λ

θ

(式 2.3.1-4)

R

θ

：熱抵抗(K･W-1₎

L

：長さ(m)

A

：断面積(m2₎

λ

：熱伝導率(W･m-1_･K-1₎ 実際に放熱性を高める手段としては、基板の材質･パターン･寸法形状、接着としてのグリスや 封止剤、ヒートシンク材などの放熱材の選定及び放熱経路が放熱設計の決め手となる。 2.3.2 環境雰囲気 LED 照明は、一般の照明器具と同様に照明器具を設置する環境雰囲気で劣化が加速する場合が ある。これは、使用環境下に硫化ガス、塩素などの発生要因がある場合、LED 樹脂部及び接合部 にダメージを与えるほか、リード等金属部分が変化することに起因する。このため、設置場所に よっては、耐腐食構造で器具を構成する必要がある。 (1)湿気による電極酸化･樹脂膨張 高湿の場所で使用する場合、電極部の酸化が促進される。また、樹脂も水分を吸湿して自ら、 脆くなったり、膨張しチップに応力を加えたりする場合がある。 (2)硫化腐食 温泉地等で使用する場合、または機器の使用部材に硫化ガスを発生する樹脂等を使う場合は、

耐腐食構造の検討が必要である。 (3)塩分腐食 潮風の当たる場所等で使用する場合は、リード部等が腐食するため、耐腐食構造の検討が必要 である。 2.3.3 振動 LED 照明の取付けに際して、振動及び衝撃の加わる箇所への取付けは劣化の原因となることが ある。このため設置場所に応じた対策が必要となる。但し一般の蛍光灯、電球より耐振性が劣る わけではない。 ここでは振動による劣化について説明する。 先ず、LED を使用した照明器具でいうと、LED パッケージの本体器具部分への取付方法が大きく 効いてくる。取付方法としては、ねじ止め、かしめ、放熱シート、放熱材などがある。また、回 路部は、一般的にはんだ付けが多く用いられる。 (1)接合部分

LED 照明の接合部分は、LED パッケージ内部の LED チップの固定及び電気的接点の部分と、照明 器具への LED パッケージの取付け、および組立ての部分の大きく二つに分かれる。 (2) 振動による故障モード ･はんだクラック ･リード折れ 2.3.4 静電気 (1) 静電気の発生要因 LED 照明は一般照明に比べ静電気に弱く、特に組立段階での LED チップは静電気放電により特 性の劣化を生じることがあるので、十分に静電気対策を行なう必要がある。ここでは静電気の発 生原因として各モデルについて説明する。 ① 人体モデル(HBM) 人体に帯電した電荷が LED チップに放電した場合のモデル。 図 2.3.2-1 パターン腐食 図 2.3.2-2 リード付け根腐食

② マシンモデル(MM) 金属製機器に帯電した電荷が LED チップに放電した場合のモデル。 ③ パッケージ帯電モデル(CPM) LED パッケージ同士が擦れ合い帯電した電荷が LED チップに放電した場合のモデル。 ④ デバイス帯電モデル(CDM) LED パッケージの導電部に帯電した電荷が LED チップに放電した場合のモデル。 (2)静電気による故障モード ･リーク電流の増加 ･順方向電圧の変動 ･ショートあるいはオープン (3)対策 LED チップおよび器具などの製造工程において、静電気破壊に対する防止対策について基本的 な方法について説明する。 ① LED チップの保護 静電気により発生した過電圧が、直接 LED チップに印加されないようにツェナーダイオー ドなどで保護する。 ② 電荷の発生を抑制する 湿度管理を行い、電荷の発生しやすい材質や組み合わせを避けるなど、静電気の発生しに くい環境にする。 ③ 帯電した電荷を除電する 金属など導電部に帯電した電荷は、アースを施し除去する。この場合、急激な電荷移動を発生さ せないように、1MΩ程度の抵抗を介してアースすることが基本である。また、絶縁物はアースの 効果がないため、帯電した電荷を中和するための正負イオンを発生するイオナイザーの使用が推 奨される。

表 2.4-1 LED 照明用電源の一例

2.4 電源に関する要因

LED が劣化する要因は先に述べた通りであるが、LED を点灯させる電源の種類によっても、LED の寿命は大きく左右される可能性がある。LED 照明用の電源には様々なものが使用されており、 それぞれ特長を持っていることから、一概にどのような電源が LED 照明に最適であるかを判断す るのは難しい。そこで、ここでは一般的に使用されている LED 照明用の電源(点灯方式)の一例を 紹介し(表 2.4-1)、その特長や LED 照明の寿命を長く保つための注意点についてそれぞれ説明す る。 交流点灯方式 定電圧点灯方式 定電流点灯方式 デューティ制御方式 概要 ･回路が単純 ･負荷変動に弱い ･電流変動大きい ･ノイズを発生しない ･回路がやや複雑 ･負荷変動に弱い ･電流変動やや大きい ･ノイズを発生する ･回路が複雑 ･負荷変動に強い ･電流変動小さい ･ノイズを発生する ･回路が複雑 ･負荷変動に弱い ･電流変動やや大きい ･ノイズを発生する LED 寿命 △ △ 〇 ◎ 効率 △ 〇 ◎ △ 形状 ◎ 〇 △ △ コスト ◎ 〇 △ △ 2.4.1 交流点灯方式 LED を一般照明用として用いる場合、商用(交流)電源に直接接続して使用される場合がある。 LED を点灯させるには、LED に順方向電圧をかけなければならないため、例えば図 2.4.1-1 のよう に整流素子を接続して点灯させる方式や図 2.4.1-2 のように LED を双方向に接続して点灯させる 方式がある。また、商用トランスや電子トランスが使用される場合もある。 この方式の利点は、コストパフォーマンスに優れている点である。安全性を考慮するとヒュー ズやコンデンサ、インダクタ等で構成される EMC フィルタなどは必要であるが、基本的には LED 制限抵抗 LED LED 制限抵抗 図 2.4.1-1 交流点灯方式(整流素子) 図 2.4.1-2 交流点灯方式(双方向) 整流素子

と直列に接続された抵抗だけで容易に点灯させることが可能であるため、大幅な部品の削減が実 現できる。 その反面この方式の欠点は、商用電源の電圧変動で LED に流れる電流が変動する点である。場 合によっては、LED に流れる電流が定格値を超える可能性がある。さらに、直列に接続された抵 抗での損失を最小限に抑えるためには、LED の直列数を増やさなければならないが、LED の順方向 電圧(Vf)のばらつきは直列数に比例して大きくなるため、さらに LED 電流が変動する可能性があ り、発熱や破損などの恐れがある。また、商用電源ラインからのサージなどで LED 素子が破損す る可能性もあり、その対策については十分注意が必要である。 2.4.2 定電圧点灯方式 LED に印加する直流電圧を一定にすることで、所望の LED 電流を確保する方式で、制限抵抗式 とも呼ばれる。一般的には定電圧タイプのスイッチング電源が採用される場合が多い。スイッチ ング電源は、入力された電源電圧を半導体素子により高周波でスイッチングして、トランスによ り電圧を変換し、整流･平滑して LED を点灯させるのに必要な直流電源を得ている。スイッチング 電源は一般に市販されているものを使用すれば、比較的安価に点灯回路が実現できる。 図 2.4.2-1 は点灯回路の一例であるが、LED に直列に制限抵抗を接続したものをさらに並列に 接続していく方式が多いようである。ただし、LED の順方向電圧(Vf)がバラツキや自己発熱により 変化した場合、LED に流れる電流も変化するため、明るさに影響を及ぼしたり、さらなる発熱で 寿命に影響を及ぼしたりする可能性がある。また、1 系統の LED が開放状態で破損した場合でも、 その他の系統は点灯するという利点はあるが、短絡状態で破損した場合はすべての LED が不点灯 になる恐れもある。 2.4.3 定電流点灯方式 LED に流れる電流を一定に制御する方式で、LED の順方向電圧(Vf)のバラツキや周囲温度が変化 しても LED の順方向電流が変化することはない。照明用で使用される高出力 LED は、電流値の変 化によって明るさが大きく変化してしまうため、定電流タイプの電源と組み合わされるケースが 多いようである。最近では、高出力 LED 用の電源として一般に市販されるようになっている。 図 2.4.3-1 は点灯回路の一例であるが、この方式は定電圧点灯方式と違い直列に制限抵抗を接 続しない。比較的大電流を流しても抵抗による損失がないため効率が良いと言える。定電流タイ プのスイッチング電源は、通常 LED の直列接続数が変化しても問題なく点灯することが可能であ 図 2.4.2-1 定電圧点灯方式 LED 制限抵抗