JP2009206186A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光色の異なる複数個のLEDチップ(発光ダイオードチップ)を用いた発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device using a plurality of LED chips (light emitting diode chips) having different emission colors.
従来から、図4および図5に示すように、発光色の異なる4個のLEDチップ1a,1b,1c,1dが実装されるとともに各LEDチップ1a〜1dから放射される光を1対1で各別に検出するフォトダイオードからなる4つの光検出素子4が設けられてなり各LEDチップ1a〜1dからの光の混色光が取り出されるパッケージ2’を備えた発光装置が提案されている(特許文献1)。
Conventionally, as shown in FIGS. 4 and 5, four
上述のパッケージ2’は、各LEDチップ1a〜1dが収納される収納凹所2bが一表面に形成され各LEDチップ1a〜1dが実装される実装基板2aと、実装基板2aの上記一表面側で収納凹所2bを閉塞する形で配設された透光性部材3とで構成されており、収納凹所2b内が各LEDチップ1a〜1dを封止した透光性封止材(例えば、シリコーン樹脂など)からなる封止部5により充実されている。
The above-described
ここにおいて、実装基板2aは、シリコン基板20aを用いて形成され各LEDチップ1a〜1dが実装されるベース基板20と、シリコン基板40aを用いて形成され光取出窓41が形成されるとともに各光検出素子4が形成された光検出素子形成基板40と、シリコン基板30aを用いて形成されてなり光取出窓41に連通する開口窓31が形成されベース基板20と光検出素子形成基板40との間に介在する配光用基板30とで構成されており、各LEDチップ1a〜1dはベース基板20に形成された貫通孔配線24を介して外部接続用電極27a,27aと電気的に接続され、各光検出素子4は配光用基板30に形成された貫通孔配線34およびベース基板20に形成された貫通孔配線24を介して外部接続用電極27b,27bと電気的に接続されている。
Here, the
ところで、上述のパッケージ2’は、上述のように、光検出素子形成基板40に各発光色のLEDチップ1a〜1dそれぞれから放射された光を各別に検出する4つの光検出素子4が設けられており、4つの光検出素子4と互いに発光色の異なる4つのLEDチップ1a〜1dとを1対1で対応させるために、ベース基板20と配光用基板30とで囲まれた内部空間を各発光色のLEDチップ1a〜1dそれぞれの収納空間に区画し各LEDチップ1a〜1dそれぞれから放射された光が2つ以上の光検出素子4の受光面へ入射するのを阻止する十字状の遮光部39が、配光用基板30に連続一体に形成されている。
By the way, as described above, the above-described
上述の発光装置では、パッケージ2’を実装する回路基板を設けて、当該回路基板に、各LEDチップ1a〜1dを駆動する駆動回路と、各光検出素子4により検出される光強度がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路から各発光色のLEDチップ1a〜1dに流れる電流をフィードバック制御する制御回路とを設けることにより、各光検出素子4それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1a〜1dの光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのLEDチップ1a〜1dの光出力の経時変化の違いなどによらず混色光(ここでは、白色光)の光色や色温度の精度を向上することができ、信頼性が向上する。
しかしながら、図4および図5に示した構成のパッケージ2’と、上記駆動回路と、上記制御回路とを備えた発光装置では、パッケージ2’に複数の光検出素子4を設けるとともに遮光部39を設ける必要があり、パッケージ2’の構造が煩雑になり、パッケージ2’の小型化が制限されるとともにコストが高くなってしまう。また、遮光部39での光損失も発生し外部への光取出し効率が低下してしまう。
However, in the light emitting device including the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性が高く且つ低コスト化が可能な発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device that is highly reliable and can be reduced in cost.
請求項1の発明は、発光色の異なる複数個のLEDチップが実装されるとともに各LEDチップから放射される光を検出する1つの光検出素子が設けられてなり各LEDチップからの光の混色光が取り出されるパッケージと、各LEDチップそれぞれへの給電路に挿入されたスイッチング素子と、光検出素子の出力に基づいて各スイッチング素子それぞれをPWM制御することで各LEDチップの光出力を各別に調節する制御部とを備え、制御部は、全てのLEDチップが点灯する混色期間と光検出素子によるモニタリング対象となる1個のLEDチップのみが点灯するモニタリング用期間とが時系列的に交互に現われモニタリング対象として点灯するLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子それぞれへ与えるPWM信号を生成することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of LED chips having different emission colors are mounted, and one light detection element for detecting light emitted from each LED chip is provided. The light output of each LED chip is individually controlled by PWM control of each switching element based on the package from which light is extracted, the switching element inserted in the power supply path to each LED chip, and the output of the light detection element A control unit that adjusts, and the control unit alternately alternates the color mixture period in which all the LED chips are lit and the monitoring period in which only one LED chip to be monitored by the light detection element is lit in time series. The PWM signal that is given to each switching element so that the LED chips that appear and are lit as monitoring targets are switched sequentially. Characterized in that it formed.
この発明によれば、制御部が、全てのLEDチップが点灯する混色期間と光検出素子によるモニタリング対象となる1個のLEDチップのみが点灯するモニタリング用期間とが時系列的に交互に現われモニタリング対象として点灯するLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子それぞれへ与えるPWM信号を生成するので、パッケージに1つの光検出素子を設けるだけで各発光色のLEDチップそれぞれの光を精度良く検出することができるとともに混色光の光色や色温度の精度を向上することができるから、信頼性が高く且つ低コスト化が可能になる。 According to this invention, the control unit monitors the color mixture period in which all the LED chips are turned on and the monitoring period in which only one LED chip to be monitored by the light detection element is turned on alternately in time series. Since a PWM signal to be supplied to each switching element is generated so that the LED chips that are lit as a target are sequentially switched, it is possible to accurately detect the light of each LED chip of each emission color only by providing one light detection element in the package. In addition, the accuracy of the light color and color temperature of the mixed color light can be improved, so that the reliability is high and the cost can be reduced.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、制御部は、少なくとも混色期間とモニタリング用期間とを含む単位期間においてモニタリング対象のLEDチップの点灯開始タイミングを他のLEDチップの点灯開始タイミングよりも早くすることでモニタリング用期間が周期的に現われるように各PWM信号を生成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the control unit determines the lighting start timing of the LED chip to be monitored from the lighting start timing of other LED chips in a unit period including at least the color mixture period and the monitoring period. Each PWM signal is generated so that the monitoring period appears periodically by making it earlier.
この発明によれば、前記制御部において前記光検出素子の出力を入力するタイミング制御が容易になり、より信頼性が向上する。 According to the present invention, the timing control for inputting the output of the light detection element in the control unit is facilitated, and the reliability is further improved.
請求項1の発明では、信頼性が高く且つ低コスト化が可能になるという効果がある。 According to the first aspect of the invention, there is an effect that the reliability is high and the cost can be reduced.
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図3に基づいて説明する。 Hereinafter, the light emitting device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態の発光装置は、発光色の異なる複数個(本実施形態では、4個)のLEDチップ1a〜1dが実装されるとともに各LEDチップ1a〜1dから放射される光を検出する1つの光検出素子4が設けられてなり各LEDチップ1a〜1dからの光の混色光が取り出されるパッケージ2(図2および図3参照)と、各LEDチップ1a〜1dそれぞれへの給電路に挿入されたMOSFETからなるスイッチング素子Qa〜Qdと、光検出素子4の出力に基づいて各スイッチング素子Qa〜QdそれぞれをPWM制御することで各LEDチップ1a〜1dの光出力を各別に調節する制御部10とを備えている。
The light emitting device according to the present embodiment includes a plurality of (four in the present embodiment)
以下では、まずパッケージ2について説明した後、制御部10について説明する。
Hereinafter, the
パッケージ2は、図2および図3に示すように、各LEDチップ1a〜1dが収納される収納凹所2bが一表面に形成され各LEDチップ1a〜1dが実装される実装基板2aと、実装基板2aの上記一表面側で収納凹所2bを閉塞する形で配設された透光性部材3とで構成されており、収納凹所2b内が各LEDチップ1a〜1dを封止した透光性材料(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど)からなる封止部5により充実されている。なお、透光性部材3は、必ずしも設ける必要はなく、また、透光性部材3の代わりに、レンズなどの光学部材を設けてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
上述の4個のLEDチップ1a〜1dとしては、それぞれ、青色光を放射するLEDチップ1a、緑色光を放射するLEDチップ1b、黄色光を放射するLEDチップ1c、赤色光を放射するLEDチップ1dを採用しており、青色光と緑色光と黄色光と赤色光の混色光として白色光を得ることができる。ただし、各LEDチップ1a〜1dの発光色は特に限定するものではなく、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。
The four
また、実装基板2aは、各LEDチップ1a〜1dが一表面側に実装される矩形板状のベース基板20と、ベース基板20の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓41が形成されるとともに光検出素子4が形成された光検出素子形成基板40と、ベース基板20と光検出素子形成基板40との間に介在し光取出窓41に連通する矩形状の開口窓31が形成された配光用基板30とで構成されている。ここで、実装基板2aは、光検出素子形成基板40において配光用基板30の開口窓31上に張り出した部位が、実装基板2aの上記一表面側において収納凹所2bの周部から内方へ突出した庇状の突出部2cを構成しており、当該突出部2cに光検出素子4が形成されている。なお、光取出窓41の開口形状は円形状に限らず、例えば、矩形状でもよい。
The
ここにおいて、ベース基板20、配光用基板30および光検出素子形成基板40の外周形状は矩形状であり、配光用基板30および光検出素子形成基板40はベース基板20と同じ外形寸法に形成されている。また、光検出素子形成基板40の厚み寸法はベース基板20および配光用基板30の厚み寸法に比べて小さく設定されている。
Here, the outer peripheral shapes of the
上述のベース基板20、配光用基板30および光検出素子形成基板40は、それぞれ、導電形がn形で主表面が(100)面のシリコン基板20a,30a,40aを用いて形成してあり、配光用基板30の開口窓31の内側面は、アルカリ系溶液(例えば、TMAH水溶液、KOH水溶液など)を用いた異方性エッチングにより形成された(111)面により構成されており(つまり、配光用基板30は、開口窓31の開口面積がベース基板20から離れるにつれて徐々に大きくなっており)、LEDチップ1a〜1dから側方へ放射された光を前方(突出部2c側)へ反射するミラーを構成している。
The
ベース基板20は、シリコン基板20aの一表面側(図2(a)における上面側)に、LEDチップ1a〜1dの両電極それぞれと電気的に接続される2つ1組の導体パターン25a,25aが4組形成されるとともに、配光用基板30に形成された2つの貫通孔配線34,34を介して光検出素子4と電気的に接続される2つ導体パターン25b,25bが形成されており、各導体パターン25a,25a,25b,25bとシリコン基板20aの他表面側(図2(a)における下面側)に形成された各外部接続用電極27a,27a,27b,27bとがそれぞれ貫通孔配線24を介して電気的に接続されている。また、ベース基板20は、シリコン基板20aの上記一表面側に、配光用基板30と接合するための接合用金属層29も形成されている。
The
本実施形態におけるLEDチップ1a〜1dは、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極(図示せず)が形成された可視光LEDチップである。そこで、ベース基板20は、各LEDチップ1a〜1dが電気的に接続される2つの導体パターン25a,25aのうちの一方の導体パターン25aを、LEDチップ1a〜1dがダイボンディングされる矩形状のダイパッド部25aaと、ダイパッド部25aaに連続一体に形成され貫通孔配線24との接続部位となる引き出し配線部25abとで構成してある。要するに、LEDチップ1a〜1dは、上記一方の導体パターン25aのダイパッド部25aaにダイボンディングされており、ダイパッド部25aa側の電極がダイパッド部25aaに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ14を介して他方の導体パターン25aと電気的に接続されている。
The LED chips 1a to 1d in the present embodiment are visible light LED chips in which a conductive substrate is used as a crystal growth substrate and electrodes (not shown) are formed on both surfaces in the thickness direction. Therefore, the
また、ベース基板20は、シリコン基板20aの上記他表面側における各ダイパッド部25aaそれぞれの投影領域に、シリコン基板20aよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部28が形成されており、シリコン基板20aの厚み方向において重なるダイパッド部25aaと放熱用パッド部28とがシリコン基板20aよりも熱伝導率の高い金属材料(例えば、Cuなど)からなる複数の円柱状のサーマルビア26を介して熱的に結合されており、LEDチップ1a〜1dで発生した熱が各サーマルビア26および放熱用パッド部28を介して放熱されるようになっている。
Further, in the
ところで、ベース基板20は、シリコン基板20aに、上述の各貫通孔配線24それぞれが内側に形成される複数の貫通孔22aと、上述の各サーマルビア26それぞれが内側に形成される複数の貫通孔22bとが厚み方向に貫設され、シリコン基板20aの上記一表面および上記他表面と各貫通孔22a,22bの内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成されており、各導体パターン25a,25a,25b,25b、接合用金属層29、各外部接続用電極27a,27a,27b,27b、各放熱用パッド部28、各貫通孔配線24および各サーマルビア26がシリコン基板20aと電気的に絶縁されている。
By the way, the
ここにおいて、各導体パターン25a,25a,25b,25b、接合用金属層29、各外部接続用電極27a,27a,27b,27b、各放熱用パッド部28は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、シリコン基板20aの上記一表面側の各導体パターン25a,25a,25b,25b、接合用金属層29が同時に形成され、シリコン基板20aの上記他表面側の各外部接続用電極27a,27a,27b,27b、各放熱用パッド部28が同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜23上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。また、貫通孔配線24およびサーマルビア26の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Ni、Alなどを採用してもよい。
Here, each
配光用基板30は、シリコン基板30aの一表面側(図2(a)における下面側)に、ベース基板20の2つの導体パターン25b,25bと接合されて電気的に接続される2つの導体パターン(図示せず)が形成されるとともに、ベース基板20の接合用金属層29と接合される接合用金属層36が形成されている。また、配光用基板30は、シリコン基板30aの他表面側(図2(a)における上面側)に、貫通孔配線34,34を介して上記一表面側の2つの導体パターンと電気的に接続される2つの導体パターン37,37が形成されるとともに、光検出素子形成基板40と接合するための接合用金属層38が形成されている。なお、配光用基板30は、開口窓31の内側面にLEDチップ1a〜1dから放射される光に対する反射率の高い金属材料からなる反射膜などを設けてもよい。
The
また、配光用基板30は、上述の2つの貫通孔配線34それぞれが内側に形成される2つの貫通孔32がシリコン基板30aの厚み方向に貫設され、シリコン基板30aの上記一表面および上記他表面と各貫通孔32の内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜33が形成されており、上記一表面側の各導体パターンおよび上記他表面側の各導体パターン37,37および各接合用金属層36,38がシリコン基板30aと電気的に絶縁されている。ここにおいて、上記一表面側の各導体パターンおよび上記他表面側の各導体パターン37,37および各接合用金属層36,38は、絶縁膜33上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、シリコン基板30aの上記一表面側の各導体パターンおよび接合用金属層36が同時に形成され、シリコン基板30aの上記他表面側の各導体パターン37,37および接合用金属層38が同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜33上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜33との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。また、貫通孔配線34の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Ni、Alなどを採用してもよい。
Further, the
光検出素子形成基板40は、シリコン基板40aの一表面側(図2(a)における下面側)に、配光用基板30の2つの導体パターン37,37と接合されて電気的に接続される2つの導体パターン(図示せず)が形成されるとともに、配光用基板30の接合用金属層38と接合される接合用金属層48が形成されている。ここにおいて、光検出素子形成基板40の光検出素子4は、n形のシリコン基板40aにp形領域4aを形成することにより形成されたフォトダイオードからなり、光検出素子形成基板40に形成された2つの導体パターンの一方の導体パターンがフォトダイオードのp形領域4aに電気的に接続され、他方の導体パターンがn形領域(シリコン基板40aの一部)bに電気的に接続されている。本実施形態におけるパッケージ2は、実装基板2aの平面視における外周形状が正方形状であって、収納凹所2bの開口形状が正方形状であり、光検出素子形成基板40は、光取出窓41の開口形状が円形状であり、実装基板2aの収納凹所2bの投影領域へ張り出した突出部2cにp形領域4aが形成されている。
The light detection
ここで、光検出素子4を構成するフォトダイオードのp形領域4aは、光検出素子形成基板40の円形状の光取出窓41を取り囲むように形成されており(光取出窓41の周部において収納凹所2bに臨む表面側に受光面が形成されており)、図2(b)から分かるように実装基板2aへの投影視において全てのLEDチップ1a〜1dを取り囲むように形成されている。
Here, the p-
また、光検出素子形成基板40は、シリコン基板40aの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜43が形成されており、当該絶縁膜43がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出素子形成基板40は、上記一方の導体パターンが、絶縁膜43に形成した第1のコンタクトホール(図示せず)を通してp形領域4aと電気的に接続され、上記他方の導体パターンが絶縁膜43に形成した第2のコンタクトホール(図示せず)を通してn形領域4bと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターンおよび接合用金属層48は、絶縁膜43上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜43上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜43との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。
Further, in the photodetecting
また、上述の透光性部材3は、透光性材料(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど)からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材3は、実装基板2aと同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板2a側とは反対の光取り出し面に、LEDチップ1a〜1dから放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材3の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が2次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、LEDチップ1a〜1dの発光ピーク波長の1/4〜100倍程度の範囲で適宜設定すればよい。
Further, the above-described
上述のパッケージ2の形成にあたっては、光検出素子4、絶縁膜43、各導体パターン、および接合用金属層48が形成され且つ光取出窓41が形成されていないシリコン基板40aと配光用基板30とを接合する第1の接合工程を行った後、シリコン基板40aを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板40aに光取出窓41を形成する光取出窓形成工程を行うことで光検出素子形成基板40を完成させてから、LEDチップ1a〜1dが搭載され各ボンディングワイヤ14の結線が行われたベース基板20(つまり、LEDチップ1a〜1dが実装されたベース基板20)と配光用基板30とを接合する第2の接合工程を行うことにより実装基板2aを完成させ、続いて、実装基板2aの収納凹所2b内に透光性材料(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど)を充填して封止部5を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板2aと透光性部材3とを接合する第3の接合工程を行うようにすればよい。ここにおいて、第1の接合工程、第2の接合工程では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する常温接合法を採用しているが、常温接合法に限らず、AuSnや半田などの低融点共晶材料を用いた接合法を採用してもよい。
In forming the
上述の第1の接合工程では、シリコン基板40aの接合用金属層48と配光用基板30の接合用金属層38とが接合されるとともに、シリコン基板40aの導体パターンと配光用基板30の導体パターン37,37とが接合され電気的に接続される。ここで、シリコン基板40aの導体パターンと配光用基板30の導体パターン37,37との接合部位は、貫通孔配線34に重なる領域からずらしてあるので、前者の導体パターンと後者の導体パターン37,37との互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、上述の第2の接合工程では、ベース基板20の接合用金属層29と配光用基板30の接合用金属層36とが接合されるとともに、ベース基板20の導体パターン25b,25bと配光用基板30の導体パターンとが接合され電気的に接続される。ここで、ベース基板20の導体パターン25b,25bと配光用基板30の導体パターンとの接合部位は、貫通孔配線24に重なる領域および貫通孔配線34に重なる領域からずらしてあるので、前者の導体パターン25b,25bと後者の導体パターンとの互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。
In the first bonding step described above, the bonding metal layer 48 of the
また、上述のパッケージ2の製造にあたっては、上述の各シリコン基板20a,30a,40aとして、それぞれベース基板20、配光用基板30、光検出素子形成基板40を多数形成可能なシリコンウェハを用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材3を多数形成可能なウェハ状のもの(透光性ウェハ)を用い、上述の第1の接合工程、研磨工程、光取出窓形成工程、第2の接合工程、封止部形成工程、第3の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程によりパッケージ2のサイズに分割されている。したがって、ベース基板20と配光用基板30と光検出素子形成基板40と透光性部材3とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージ2を実現できるとともに、製造が容易になる。
In manufacturing the above-described
以下、上述の制御部10について説明する。
Hereinafter, the above-described
制御部10は、上述のように、光検出素子4の出力に基づいて各スイッチング素子Qa〜QdそれぞれをPWM制御することで各LEDチップ1a〜1dの光出力を各別に調節するものであり、各スイッチング素子Qa〜Qdそれぞれへ図1(b)に示すようなPWM信号を与える。
As described above, the
ここにおいて、制御部10は、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより構成されており、全てのLEDチップ1a〜1dが点灯する混色期間Taと光検出素子4によるモニタリング対象となる1個のLEDチップ(全てのLEDチップ1a〜1dのうちの1個)のみが点灯するモニタリング用期間Tuとが時系列的に交互に現われモニタリング対象として点灯するLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子Qa〜Qdそれぞれへ与えるPWM信号を生成する。なお、各PWM信号の周波数は、人が光の点滅を感じないように100Hz以上に設定することが望ましい。
Here, the
より具体的には、制御部10は、少なくとも混色期間Taとモニタリング用期間Tuとを含む単位期間T1においてモニタリング対象のLEDチップ(全てのLEDチップ1a〜1dのうちの1個)の点灯開始タイミング(PWM信号におけるオン期間の立ち上がりのタイミング)を他のLEDチップの点灯開始タイミングよりも早くすることでモニタリング用期間Tuが周期的に現われるように各PWM信号を生成するようになっている。ここで、制御部10は、各モニタリング用期間Tuにおいて図1(b)中に上向きの矢印で示したタイミングで光検出素子4の出力を入力し、光検出素子4の出力があらかじめ各LEDチップ1a〜1dそれぞれに対応付けて1対1で設定された各別の目標値に保たれるようにPWM信号のオンデューティをフィードバック制御する(オンデューティをフィードバック制御する際には、オン期間の立ち下りのタイミングを変化させることでオンデューティを変化させる)。ここで、上述の単位期間T1は、モニタリング用期間Tuと混色期間Taとの他に、全てのLEDチップ1a〜1dが消灯している消灯期間なども含んでいる。なお、上述の単位期間T1においては、混色期間Taとモニタリング用期間Tuとのうちモニタリング用期間Tuを混色期間Taよりも先に設定してあるが、混色期間Taの後にモニタリング用期間Tuを設定するようにしてもよい。
More specifically, the
上述の図1(b)に示した例では、制御部10は、青色光(B)を放射するLEDチップ1a、緑色光(G)を放射するLEDチップ1b、黄色光(A)を放射するLEDチップ1c、赤色光(R)を放射するLEDチップ1d、LEDチップ1a、LEDチップ1b、LEDチップ1c、・・・の順でモニタリング対象のLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子Qa〜Qdそれぞれへ与えるPWM信号を生成しているが、モニタリング対象とするLEDチップの順序は特に限定するものではない。
In the example illustrated in FIG. 1B, the
また、モニタリング対象とするLEDチップを複数の単位期間T1に亘って同じものとしてもよく、例えば、LEDチップ1a、LEDチップ1a、LEDチップ1b、LEDチップ1b、LEDチップ1c、LEDチップ1c、LEDチップ1d、LEDチップ1d、LEDチップ1a、LEDチップ1a、LEDチップ1b、LEDチップ1b、・・・の順でモニタリング対象のLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子Qa〜Qdそれぞれへ与えるPWM信号を生成するようにしもよく、この場合には、制御部10において、同じモニタリング対象のLEDチップに関する光検出素子4からの複数の入力の平均値を求める演算を行い、当該平均値と上記目標値とを比較してオンデューティをフィードバック制御するようにしてもよい。
Further, the LED chip to be monitored may be the same over a plurality of unit periods T1, for example,
なお、LEDチップ1a〜1dの光出力に関しては、現状では〔青色光を放射するLEDチップ1a〕>〔赤色光を放射するLEDチップ1d〕>〔黄色光を放射するLEDチップ1c〕>〔緑色光を放射するLEDチップ1b〕となっており、初期状態において各LEDチップ1a〜1dそれぞれに対応するスイッチング素子Qa〜Qdへ与えるPWM信号のオンデューティに関しては、図1(b)から分かるように、〔LEDチップ1aに対応するスイッチング素子Qa〕<〔LEDチップ1dに対応するスイッチング素子Qd〕<〔LEDチップ1cに対応するスイッチング素子Qc〕<〔LEDチップ1bに対応するスイッチング素子Qb〕となっている。ただし、LEDチップ1a〜1dとして光出力が同じものが用意できる場合には、各スイッチング素子Qa〜Qdへ与えるPWM信号のオンデューティを同じに設定してもよい。
Regarding the light output of the
以上説明した本実施形態の発光装置では、制御部10が、上述のように、全てのLEDチップ1a〜1dが点灯する混色期間Taと光検出素子4によるモニタリング対象となる1個のLEDチップのみが点灯するモニタリング用期間Tuとが時系列的に交互に現われモニタリング対象として点灯するLEDチップが順次切り替わるように各スイッチング素子Qa〜Qdそれぞれへ与えるPWM信号を生成するので、パッケージ2に1つの光検出素子4を設けるだけで各発光色のLEDチップ1a〜1dそれぞれの光を精度良く検出することができるとともに混色光の光色や色温度の精度を向上することができるから、信頼性が高く且つ低コスト化が可能になる。また、本実施形態の発光装置では、図4および図5に示した従来の発光装置のパッケージ2’における遮光部39を設ける必要がなく、隣り合うLEDチップ1a〜1d間の距離を短くすることができて、LEDチップ1a〜1dをより狭い範囲内に配置することが可能になり、色むらの発生を抑制できるとともに、混色光の光色や色温度の精度を向上することができる。また、上述の遮光部39に起因した光損失がなくなるので、外部への光取出し効率の向上も可能となる。
In the light emitting device of the present embodiment described above, the
また、本実施形態の発光装置によれば、制御部10が、少なくとも混色期間Taとモニタリング用期間Tuとを含む単位期間T1においてモニタリング対象のLEDチップの点灯開始タイミングを他のLEDチップの点灯開始タイミングよりも早くすることでモニタリング用期間が周期的に現われるように各PWM信号を生成するので、制御部10において光検出素子4の出力を入力するタイミング制御が容易になり、より信頼性が向上する。
Further, according to the light emitting device of the present embodiment, the
ところで、上述の発光装置は、制御部10が、パッケージ2を実装する回路基板に設けてあるが、半導体製造技術を利用してパッケージ2に制御部10を形成するようにしてもよい。また、上述の発光装置では、各スイッチング素子Qa〜QdをMOSFETにより構成してあるが、MOSFETに限らず、例えば、バイポーラトランジスタにより構成してもよい。
By the way, although the
なお、上述の実施形態では、ベース基板20、配光用基板30、光検出素子形成基板40それぞれをシリコン基板20a,30a,40aを用いて形成してあるが、シリコン基板20a,30a,40aに限らず、半導体基板であればよく、例えば、シリコンカーバイド基板(SiC基板)を用いて形成してもよい。また、LEDチップ1a〜1dとしては、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する導電性基板(例えば、Si基板など)を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。また、パッケージ2に実装するLEDチップの数や発光色は特に限定するものではない。
In the above-described embodiment, the
1a〜1d LEDチップ
2 パッケージ
4 光検出素子
10 制御部
Qa〜Qd スイッチング素子
T1 単位期間
Ta 混色期間
Tu モニタリング用期間
DESCRIPTION OF
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