KR101486846B1 - 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 방법, 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위해, 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(If)가 생성된다. 이를 위해, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법에서 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)이 산출되고, 상기 시간 곡선은 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자를 위해 대표적이다. 상기 산출된 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)에 따라, 조절되어야 할 전기적 동작 전류(If)의 곡선 구간이 산출된다. 제어 장치는 상기 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간이 각각 임펄스 지속 시간 동안 조절되도록 형성된다.
임펄스 전류, 장방형, 열 임피던스, 보상 전류, 중첩

Description

복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 방법, 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치 및 이의 제조 방법{CONTROL METHOD FOR OPERATING A RADIATION-EMITTING SEMICONDUCTOR COMPONENT，CONTROL DEVICE FOR OPERATING A RADIATION-EMITTING SEMICONDUCTOR COMPONENT，AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE CONTROL DEVICE}
본 발명은 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 제어 장치의 제조 방법에 관한 것이기도 하다.
복사 방출 반도체 소자는 예를 들면 발광 다이오드(또는, LED라 함)로서 신호화 목적으로 사용되며, 조명 목적으로도 점점 더 많이 사용되고 있다. 예를 들면, 유색 이미지를 영사하기 위해 서로 다른 색을 가진 LED들이 사용되며, 특히, 상기 LED들은 적색 발광, 녹색 발광 또는 청색 발광 LED들이다. 서로 다른 색의 LED들은 마이크로 거울 배열을 빠른 순서로 번갈아 조사하며, 상기 마이크로 거울들은, 상기 각 LED의 광이 각 화소에 입사되는 시간에 의존하여, 각 화소의 원하는 색감(color impression)이 나타나도록 제어된다. 예를 들면 적색, 녹색 및 청색의 부분 이미지가 빠른 순서로 번갈아 영사됨으로써, 관찰자에게는 혼합색을 포함할 수 있는 유색의 색감이 생성되며, 상기 혼합색은 예를 들면 백색이다. 이를 위해, LED들은 각각 임펄스 동작으로 동작해야 하는데, 즉, 빠른 순서로 스위치 온되고, 다시 스위치 오프되어야 한다.
본 발명의 과제는, 복사 방출 반도체 소자의 임펄스 동작을 균일한 복사속으로 구현하는 제어 방법, 제어 장치 및 제어 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들을 통해 해결된다. 본 발명의 유리한 발전예들은 종속 청구항들에서 특징화되어 있다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 제어 방법 및 그에 상응하는 제어 장치를 특징으로 한다. 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위해, 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류가 생성된다. 특히, 임펄스 지속 시간은 전기적 동작 전류의 스위치 온 또는 스위치 오프에 의해 발생하는 상기 전기적 동작 전류의 증가 또는 감소 플랭크 구간을 포함하지 않는다.
본 발명은, 임펄스 지속 시간 동안 전기적 동작 전류가 실질적으로 일정하게 유지되는 경우, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 상기 임펄스 지속 시간 동안 가온되어, 상기 임펄스 지속 시간 동안 복사속이 감소한다는 인식에 근거한다. 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 동작 전류는 복사속의 감소에 반작용할 수 있다. 이를 통해, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 신뢰할만한 임펄스 동작이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 전기적 동작 전류는, 임펄스 지속 시간 동안 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 복사속이 소정의 복사속 허용대내에서만 변경되도록 생성된다. 특히, 전기적 동작 전류는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 복사속이 실질적으로 일정하도록 생성된다. 이 때의 장점은, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 임펄스 동작으로 동작하고, 임펄스 지속 시간 동안 복사속의 균일도는 높고 편차는 낮아야 하는 경우에 있어, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 매우 양호하게 적합하다는 것이다.
다른 바람직한 실시예에서, 임펄스형 전기적 스위치 전류가 생성된다. 전기적 보상 전류가 생성되고, 상기 보상 전류는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 전기적 동작 전류를 생성하기 위해 전기적 스위치 전류에 중첩된다. 임펄스 지속 시간 동안, 전기적 보상 전류는 증가한다. 이러한 방식으로, 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 전기적 동작 전류가 매우 간단하게 생성된다. 이 때의 장점은, 전기적 스위치 전류 및 전기적 보상 전류가 서로에 대해 독립적으로 생성될 수 있다는 것이다. 전기적 스위치 전류는 예를 들면 매우 간단하게 장방형(rectangle)으로 생성될 수 있다. 상기 스위치 전류는 상기 증가하는 전기적 보상 전류와 중첩된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 곡선은 식 A*(1-exp(-t/tau)) 의 적어도 하나의 가수(addend)에 의한 합에 따라 생성된다. 시간 상수(tau) 및 인자(A)는 각각 정해져 있다. 이 때의 장점은, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 곡선의 정확도가 이러한 가수들의 개수에 의해 매우 간단하게 정해질 수 있다는 것이다. 또한, 상기 곡선은 이러한 방식으로 간단하고 비용 경제적으로 생성될 수 있다.
제어 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 상기 제어 장치는 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자와 함께 하나의 공통된 구성 유닛으로서 형성된다. 특히, 제어 장치는 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자를 위한 구동 회로를 형성한다. 예를 들면 모듈과 같은 공통의 구성 유닛으로서 형성됨에 따라, 상기 제어 장치는 매우 콤팩트하게 형성될 수 있다. 또한, 제어 장치는 그에 부속하는 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자에 상응하여 조정되어 형성될 수 있어서, 상기 부속한 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 매우 정확하게 제어될 수 있고, 그 결과 얻어지는 복사속은 매우 신뢰할만하다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위해 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류를 이용하는 제어 장치의 제조 방법을 특징으로 한다. 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자에 대해 대표적인 열 임피던스의 시간 곡선이 산출된다. 상기 산출된 열 임피던스의 시간 곡선에 따라, 조절되어야 할 전기적 동작 전류 곡선 구간이 산출된다. 또한 제어 장치는 동작 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 각각 임펄스 지속 시간 동안 조절되도록 형성된다. 특히, 임펄스 지속 시간은 전기적 동작 전류의 스위치 온 또는 스위치 오프시 발생하는 상기 전기적 동작 전류의 증가 또는 감소 플랭크 구간을 포함하지 않는다.
특히, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 열 임피던스의 시간 곡선은 측정 기술로 간단히 산출될 수 있고, 실질적으로 구성 방식 및 물질에 의존한다. 상기 열 임피던스의 시간 곡선은 각각의 개별적 복사 방출 반도체 소자를 위해 산출되는 것이 아니라, 동일한 물질이 선택된 동일한 구성 방식의 복사 방출 반도체 소자의 모든 부분량 또는 하나의 부분량을 위해 대표적으로 산출되는 것이 유리하다. 이를 통해, 제어 장치는 간단하고 비용 경제적으로 대량 생산될 수 있다. 열 임피던스의 곡선을 이용하여, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 정확하게 산출될 수 있다.
제2 양태의 바람직한 실시예에서, 전기적 동작 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 산출되되, 임펄스 지속 시간 동안 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 복사속이 소정의 복사속 허용대내에서만 변경되도록 산출된다. 특히, 전기적 동작 전류의 조절되어야 할 곡선 구간은, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 복사속이 실질적으로 일정하도록 산출된다. 이 때의 장점은, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 임펄스 동작으로 동작하고, 임펄스 지속 시간 동안 복사속이 매우 균일하고 편차가 낮아야만 하는 경우에 있어, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자가 매우 양호하게 적합하다는 것이다.
제2 양태의 다른 바람직한 실시예에서, 제어 장치는 임펄스형 전기적 스위치 전류를 생성하도록 형성된다. 동작 전류의 조절되어야 할 곡선 구간을 산출하는 단계는, 임펄스 지속 시간 동안 증가하는 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 전기적 보상 전류는 전기적 동작 전류를 생성하기 위해 상기 전기적 스위치 전류와 중첩된다. 또한, 제어 장치는 상기 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 각각 상기 임펄스 지속 시간 동안 조절되도록 형성된다. 이때의 장점은, 전기적 스위치 전류 및 전기적 보상 전류가 서로에 대해 독립적으로 조절될 수 있다는 것이다. 특히, 전기적 스위치 전류는 매우 간단하게 장방형으로 조절될 수 있다.
제2 양태의 또 다른 바람직한 실시예에서, 전압-전류 특성선 및/또는 복사속-전류 특성선 및/또는 복사속-접합 온도 특성선이 산출되고, 이들은 각각 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자에 대해 대표적이다. 전압-전류 특성선 및/또는 복사속-전류 특성선 및/또는 복사속-접합 온도 특성선에 따라, 상기 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 산출된다. 일반적으로, 이러한 특성선들은 예를 들면 제조사측에서 제공하는 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 특성 데이터들로 알려져 있거나, 간단하게 측정을 통해 산출될 수 있다. 상기 특성선들 중 적어도 하나의 특성선을 고려하여, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 정확하게 산출될 수 있다.
이와 관련하여, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간은 식 A*(1-exp(-t/tau))의 적어도 하나의 가수에 의한 합에 의존하여 산출되는 것이 유리하다. 시간 상수(tau)는 열 임피던스의 시간 곡선에 따라 각각 산출된다. 인자(A)는 산출된 전압-전류 특성선 및/또는 산출된 복사속-전류 특성선 및/또는 산출된 복사속-접합 온도 특성선에 따라 각각 산출된다. 각각의 시간 상수(tau) 및/또는 각각의 인자(A)는 예를 들면 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 소정 곡선에 대한 근사법으로 산출될 수 있으며, 상기 소정 곡선은 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 물리적 모델에 의해 정해진다. 이 때 바람직하게는, 열 임피던스의 시간 곡선 및/또는 산출된 전압-전류 특성선 및/또는 산출된 복사속-전류 특성선 및/또는 산출된 복사속-접합 온도 특성선이 상기 물리적 모델에 부가된다. 이러한 방식으로, 전기적 동작 전류 내지 전기적 보상 전류의 조절되어야 할 곡선 구간이 소기의 정확도로 간단히 산출될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 개략적 도면들에 의거하여 설명된다.
도 1은 복사속-접합 온도 특성선, 복사속-전류 특성선 및 복사속-전류-시간 다이어그램을 도시한다.
도 2는 열 임피던스 곡선을 도시한다.
도 3은 복사속-전류-시간 다이어그램의 세부도를 도시한다.
도 4는 제1 전류-시간 다이어그램을 도시한다.
도 5는 제2 전류-시간 다이어그램을 도시한다.
도 6은 제어 장치 및 복사 방출 반도체 소자를 도시한다.
도 7은 제1 흐름도를 도시한다.
도 8은 제2 흐름도를 도시한다.
도면 전체에서, 동일한 구성 또는 기능을 가진 요소들은 동일한 참조 번호를 가진다.
측정 결과는, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 임펄스 동작하는 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe)이 감소한다는 것을 나타냈다. 이 때, 임펄스 지속 시간(PD)은 각각의 임펄스를 위해 스위치 온 단계(switch on phase) 및 스위치 오프 단계 사이의 시간을 포함한다. 스위치 온 단계 및 스위치 오프 단계 동안, 복사속(Φe)은 스위치 온 내지 스위치 오프 과정에 의해 변경된다. 그러나 임펄스 지 속 시간(PD) 동안 복사속(Φe)은 실질적으로 일정해야 한다.
도 1의 좌측 상부에는 복사속-접합 온도 특성선이 도시되어 있는데, 여기서 복사 방출 반도체 소자(1)의 접합 온도(Tj)에 대한 제1 복사속 비율이 그래프로 도시되어 있다. 제1 복사속 비율은 25℃라는 소정의 접합 온도에서 얻어지는 복사속(Φe)과 관련하여 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe)의 비율로 형성된다. 그러나 제1 복사속 비율은 상기와 다르게도 형성될 수 있다. Junction temperature로도 표현될 수 있는 접합 온도(Tj)가 증가함에 따라, 복사속(Φe)은 낮아진다. 이러한 점은, 특히, 복사 방출 반도체 소자(1)가 각 임펄스 상태에서 임펄스 지속 시간(PD) 동안 가온되고, 임펄스의 종료 이후 다시 냉각되는 경우, 상기 복사 방출 반도체 소자(1)의 임펄스 동작 중에 부정적으로 작용한다. 이후, 일반적으로, 가온이 증가함에 따라, 각각의 임펄스 지속 시간(PD) 동안 복사속(Φe)은 낮아진다.
도 1의 우측 하부에는 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속-전류 특성선이 도시되어 있는데, 복사 방출 반도체 소자의 전기적 동작 전류(If)에 대한 제2 복사속 비율이 그래프로 도시되어 있다. 제2 복사속 비율은, 750 mA라는 소정의 동작 전류에서 얻어지는 복사속(Φe)과 관련하여 상기 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe) 비율로 형성된다. 그러나, 제2 복사속 비율은 상기와 다르게도 정해질 수 있다. 동작 전류(If)가 증가하면 복사속(Φe)도 증가한다.
그러나 일반적으로, 동작 전류(If)가 증가하면 복사 방출 반도체 소자(1)의 접합 온도(Tj)도 상승한다. 이러한 점은, 특히, 복사 방출 반도체 소자(1)의 가온 을 야기하기 위해 임펄스 지속 시간(PD)이 충분히 긴 경우, 즉 임펄스 동작 시 작업 사이클이 충분히 큰 경우에 해당한다. 도시된 복사속-접합 온도 특성선과 관련하여, 복사속(Φe)은 동작 전류(If)의 증가에 의해 임의적으로 증가할 수 없으며, 더욱이, 동작 전류(If)가 너무 크고 임펄스 지속 시간(PD)이 너무 길거나 작업 사이클이 너무 큰 경우 감소한다.
복사속-접합 온도 특성선, 복사속-전류 특성선에 따라, 그리고 도 2에 도시된 복사 방출 반도체 소자(1)의 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)에 따라, 복사속-전류-시간 다이어그램이 산출될 수 있으며, 이는 도 1의 우측에 도시되어 있다. 복사속-전류-시간 다이어그램에는 동작 전류(If) 및 시간(t)에 대한 제3 복사속 비율이 그래프로 도시되어 있다. 제3 복사속 비율은, 소정의 기준 복사속(Φe0)에 대한 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe) 비율로 형성된다. 소정의 기준 복사속(Φe0)은 예를 들면 25℃라는 소정의 접합 온도 및 750 mA라는 소정의 동작 전류에서 얻어지는 복사속(Φe)으로 정해진다. 그러나, 소정의 기준 복사속(Φe0)은 상기와 다르게도 정해질 수 있다. 또한, 제3 복사속 비율도 다르게 형성될 수 있다.
복사속-전류-시간 다이어그램은 예를 들면 복사 방출 반도체 소자(1)의 물리적 모델을 통해 산출될 수 있는데, 상기 물리적 모델은 특히 전기-열-광학 모델이며, 이러한 모델에서는 관련된 전기적 크기, 열적 크기 및 광학적 크기가 상호 간에 적합하게 연결된다. 상기 전기적 크기에는 예를 들면 복사 방출 반도체 소자(1)에 흐르는 동작 전류(If) 및 복사 방출 반도체 소자(1)에 의해 감소하는 전압 이 속한다. 상기 열적 크기에는 예를 들면 열 전력뿐만 아니라, 복사 방출 반도체 소자(1)에서 물질들 및 상기 물질들의 배열에 의해 정해지는 열 저항 및 열 커패시턴스가 속한다. 광학적 크기에는 예를 들면 복사속(Φe)이 속한다. 또한, 물리적 모델에서 그 외의 다른 값들이 고려될 수 있다. 바람직하게는, 물리적 모델에는 복사속-접합 온도 특성선, 복사속-전류 특성선, 열 임피던스 곡선(Zth) 및 경우에 따라서 전압-전류 특성선이 주어질 수 있다. 동작 전류(If)에 대한, 상기 복사 방출 반도체 소자에 의해 감소하는 전압을 나타내는 그래프는 전압-전류 특성선에 도시되지 않았다.
상기 특성선들 및 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)은 예를 들면 측정을 통해 산출될 수 있다. 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)은 예를 들면 가열- 또는 냉각 공정을 통해 산출될 수 있고, 복사 방출 반도체 소자(1)의 열 저항들 및 열 커패시턴스들에 의존한다. 특성선들 및 열 임피던스 곡선(Zth)은 각각의 복사 방출 반도체 소자(1)에 대해 특징적이다.
도 3은 제3 복사속 비율이 1이란 값으로 일정하게 유지되어야 하는 경우, 도 1에 따른 복사속-전류-시간 다이어그램의 세부도를 나타낸다. 상기 일정한 제3 복사속 비율을 위해 조절되어야 할 동작 전류(If)는 복사속-전류-시간 다이어그램의 높이선으로 나타내거나, 바꾸어 말하면, 항수값 1을 가진 제3 복사속 비율의 평면에서 교선으로 나타낸다. 그에 상응하여, 다른 값의 제3 복사속 비율을 위해 조절되어야 할 동작 전류(If)가 산출될 수도 있다.
도 3의 복사속-전류-시간 다이어그램으로부터, 제3 복사속 비율은 1이란 값 에 의도적으로 길게 유지될 수 있다는 것을 추론할 수 있다. 동작 전류(If)가 계쏙 증가하면, 그와 결부된 복사 방출 반도체 소자(1)의 가온에 의해 복사속(Φe)이 증가하지 않고 감소한다. 따라서, 임펄스 지속 시간(PD)을 짧게 하거나 작업 사이클을 작게 하여, 제3 복사속 비율 및 그로 인한 복사속(Φe)이 동작 전류(If)의 증가에 의해 실질적으로 일정하게 유지될 수 있어야 한다. 또한, 제3 복사속 비율이 1과 다른 값으로, 특히, 더 낮은 값으로 일정하게 유지되도록 할 수도 있다. 이에 상응하여, 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간을 위해 다른 교선 내지 높이선이 얻어진다. 경우에 따라서, 제3 복사속 비율이 1보다 작은 값일 경우, 임펄스 지속 시간(PD)이 더 길거나 작업 사이클이 더 클 수 있고, 이 때, 임펄스 지속 시간(PD)동안 복사속(Φe)이 감소하지는 않는다.
바람직하게는, 각각의 임펄스 지속 시간(PD) 동안 가온에 의한 복사속(Φe)의 감소를 보상하기 위해, 조절되어야 할 동작 전류(If)의 곡선 구간은 전기적 스위치 전류(Is)와 전기적 보상 전류(Ik)의 중첩, 즉 합으로서 산출되고 조절되며 생성된다. 바람직하게는, 전기적 스위치 전류(Is)는 장방형으로 예정되고, 따라서 장방형 임펄스에 상응한다. 바람직하게는, 전기적 스위치 전류(Is)는 임펄스 지속 시간(PD) 동안 실질적으로 일정하고, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 복사 방출 반도체 소자(1)의 스위치 온을 위해 역할하거나, 그렇지않으면 복사 방출 반도체 소자(1)의 스위치 오프를 위해 역할한다. 전기적 보상 전류(Ik)는, 복사 방출 반도체 소자(1)의 가온에 의한 복사속(Φe)의 감소를 보상하기 위해, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하도록 예정된다. 이러한 전기적 보상 전류(Ik)에 상응하여, 임펄스 지 속 시간(PD) 동안 전기적 동작 전류(If)도 증가한다.
도 4는 제1 전류-시간 다이어그램을 도시하며, 시간(t)에 대한 보상 전류(Ik)의 그래프인데, 상기 보상 전류는 예를 들면 물리적 모델에 의해 산출될 수 있는 것과 같다. 바람직하게는, 보상 전류(Ik) 곡선의 근사법으로서 근사적 보상 전류(Ia) 곡선이 산출되며, 이는 조절되어야 할 보상 전류(Ik)의 곡선 구간을 나타낸다. 근사적 보상 전류(Ia)의 곡선은 식 A*(1-exp(-t/tau))의 적어도 하나의 가수에 의한 합에 따라 산출된다. 도 4는 단일 가수를 위한 근사적 보상 전류(Ia) 곡선을 도시한다. 다른 가수들을 고려하여 상기 근사법의 정확도가 개선될 수 있다. 도 4의 예시에서, 함수 Ia=A*(1-exp(-t/tau))+I0 은 보상 전류(Ik)에 대한 측정값에 맞춰진다. 상기 식 A*(1-exp(-t/tau))에서 단일 가수만 고려되므로, 이러한 맞춤은 완벽하지 않다. 이를 위해, 상기 전류 곡선(Ia)은 보상 전류를 간단히 생성하는 매우 단순한 함수를 통해 주어진다. 상기에서 A = -0.425A, tau = 0.00033s 및 I0 = 0.425A이다.
시간 상수(tau)는 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)에 따라 각각 산출된다. 상기 가수의 개수가 상기 열 임피던스의 곡선(Zth)을 특징짓는 복사 방출 반도체 소자(1)의 열 저항-커패시턴스 회로 또는 열 RC-회로의 수와 동일하게 선택된다면, 각각의 시간 상수(tau)는 복사 방출 반도체 소자(1)의 각각의 열 RC-회로에 의해 정해지는 각 시간 상수에 상응한다. 열 RC 회로를 형성하는 열 저항들 및 열 커패시턴스들, 그리고 그에 속한 시간 상수들은 열 임피던스 곡선(Zth)에 따라 산출될 수 있다. 또한, 인자(A)는 전압-전류 특성선 및/또는 복사속-전류 특성선 및/또는 복사속-접합 온도 특성선에 따라 각각 산출된다. 개별 가수들의 함수가 간단하므로, 근사적 보상 전류(Ia)의 곡선이 매우 간단히 생성될 수 있으며, 예를 들면 그에 상응하여 형성된 전기 저항-커패시턴스 회로를 이용하여 생성될 수 있고, 상기 회로는 전기적 RC 회로로도 표현될 수 있다.
도 5는 동작 전류(If)의 증가에 의해 실질적으로 일정하게 유지되는 복사속(Φe)의 측정된 곡선을 포함하여 제2 전류-시간 다이어그램을 도시한다. 또한, 동작 전류(If)의 측정된 곡선이 도시되어 있다. 임펄스 지속 시간(PD) 동안, 복사속(Φe)은 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 바꾸어 말하면, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 복사속(Φe)은 소정의 복사속 허용대(Φetol)내에 있어야 하는데, 상기 소정의 복사속 허용대에 의해 복사속(Φe)의 최대 편차폭이 정해진다. 예를 들면, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 복사속(Φe)이 최대 1.5 % 만큼만 편차가 있도록 정해질 수 있다. 소정의 복사속 허용대(Φetol)의 폭은 상기 요건에 상응하여 정해질 수 있다. 이에 상응하여, 동작 전류(If) 및 경우에 따라서 보상 전류(Ik)가 정확하게 생성되어야 하거나, 근사적 보상 전류(Ia)에 상응하여 생성되어야 한다. 그러나 소정의 복사속 허용대(Φetol)가 상기와 다르게 정해질 수도 있다.
도 6은 제어 장치(2) 및 복사 방출 반도체 소자(1)를 도시하며, 상기 복사 방출 반도체 소자는 제어 장치(2)의 출력단과 전기적으로 결합되어 있다. 제어 장치는 동작 전위(VB) 및 기준 전위(GND)와 전기적으로 결합되어 있다. 입력단에서 상기 제어 장치(3)는 제어 도선과 결합될 수 있으며, 복사 방출 반도체 소자(1)의 임펄스 동작을 위한 각각의 임펄스를 발생시키기 위해, 예를 들면 제어 신호는 상 기 제어 도선을 경유하여 제어 장치(2)에 공급될 수 있다. 제어 장치(2)는, 복사 방출 반도체 소자(1)의 제어를 위해, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(IF)를 생성하도록 형성된다. 바람직하게는, 제어 장치(2)는 복사 방출 반도체 소자(1)를 위한 구동 회로로서 형성된다. 또한 바람직하게는, 제어 장치(2) 및 복사 방출 반도체 소자(1)는 함께 하나의 공통된 구성 유닛으로서 모듈(4)에 형성된다. 또한, 2개 이상의 복사 방출 반도체 소자들(1)이 제어 장치(2)에 의해 동작하고 및/또는 모듈(4)에 배치되는 것이 고려될 수 있다.
도 7은 제어 장치(2)의 제조 방법의 제1 흐름도를 도시한다. 상기 방법은 S1 단계에서 시작한다. S2 단계에서, 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)이 산출된다. 바람직하게는, 상기 단계는 동일한 종류의 복사 방출 반도체 소자들(1)로 이루어진 그룹을 대표하는 것으로서 수행한다. 상기 동일한 종류란 구성 방식 및 물질 선택에 관련한다. 열 임피던스의 시간 곡선들(Zth)은 상기 그룹 내의 다양한 복사 방출 반도체 소자들(1) 사이에서 서로 간에 허용 가능한 정도로만 오차가 있다. 그러므로, 경우에 따라서 각각의 개별적 복사 방출 반도체 소자(1)를 위해 상기 반도체 소자의 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)이 산출되지 않아도 된다. S2 단계에서는, 경우에 따라서, 복사속-접합 온도 특성선 및/또는 복사속-전류 특성선 및/또는 전압-전류 특성선이 산출되고, 바람직하게는 복사 방출 반도체 소자들(1)의 그룹을 위해 대표적으로 산출된다.
S3 단계에서는, 임펄스형이면서 바람직하게는 장방형인 전기적 스위치 전류(Is)가 생성되도록 제어 장치(2)가 형성되는 것이 예정될 수 있다. S4 단계에서 는, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 전기적 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 곡선 구간이 산출되고, 경우에 따라서 근사적 보상 전류(Ia)의 형태로 산출되는 것이 예정될 수 있다. 상기 산출은, 상기 얻어진 열 임피던스 곡선(Zth)에 따라 수행된다. 바람직하게는, 상기 산출은 상기 얻어진 열 임피던스의 곡선(Zth)이 주어지는 복사 방출 반도체 소자(1)의 물리적 모델을 이용하여 수행된다. 이를 위해 예를 들면, 복사속-전류-시간 다이어그램에서 원하는 높이선 구간이 산출되고, 경우에 따라서 근사적 보상 전류(Ia)의 근사법이 수행된다. 근사법을 통해, 예를 들면 보상 전류(Ik)의 조절을 위해 사용될 수 있는 파리미터들이 산출된다. 그러나 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 구간 산출은 상기와 다르게 수행될 수도 있다.
또한, S5 단계에서는, 조절되어야 할 동작 전류(If)가 스위치 전류(Is)와 보상 전류(Ik)의 중첩 또는 합으로서 산출되는 것이 예정될 수 있다. S6 단계에서는, 상기 조절되어야 할 동작 전류(If)가 동작 중에 생성될 수 있도록 제어 장치(2)가 형성된다. 이러한 점은, 예를 들면 전기적 회로 배열 형성 및 전기적 RC-회로의 적합한 치수화에 의해 수행될 수 있다. 그러나 마찬가지로, 보상 전류(Ik) 내지 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간을 나타내는 파라미터들 또는 값들이 메모리에 디지털 방식으로 저장되고, 임펄스 지속 시간(PD) 동안 보상 전류(Ik) 내지 동작 전류(If)의 조절을 위해 사용되되, 예를 들면 디지털-아날로그-변환기를 이용하여 저장된 값들의 순서를 변환함으로써 사용될 수 있다. 다른 가능성은, 예를 들면, 출력단에서 신호 곡선이 조절되어야 할 동작 전류(If) 또는 조절되어야 할 보상 전류(Ik)의 곡선 구간에 상응하여 마련되도록 하는 함수 발생기를 구비하 는 것이다. 그러나 제어 장치(2)는 S6 단계에서 상기와 다르게 형성될 수도 있다.
본 방법은 S7 단계에서 종료된다. 또한, S8 단계에서 조절되어야 할 동작 전류(If)가 산출된 열 임피던스 곡선(Zth)에 따라 산출되고, 이 때 스위치 전류(Is) 및 보상 전류(Ik)는 산출되지 않을 수 있다. S8 단계는 경우에 따라서 S3 내지 S5 단계로 대체될 수 있다.
도 8은 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(If)를 이용하여 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)를 동작시키기 위한 제어 방법의 제2 흐름도를 도시한다. 바람직하게는, 제어 방법은 제어 장치(2)에 의해 실시된다. 제어 방법은 예를 들면 제어 장치(2)에서 전기적 회로 배열의 형태로 실행될 수 있다. 전기적 회로 배열은 예를 들면 전기적 RC 회로를 포함한다. 또한, 제어 방법은 프로그램으로 실행되고, 제어 장치(2)에 포함되어 있거나 제어 장치(2)와 전기적으로 결합된 메모리에 저장될 수 있다. 예를 들면, 제어 장치(2)는 프로그램을 실행하는 계산 유닛을 포함한다. 예를 들면, 계산 유닛은, 프로그램에 따라, 보상 전류(Ik) 내지 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간을 조정하도록 형성된 제어 유닛의 디지털 아날로그 변환기 또는 다른 구성 요소를 제어한다.
제어 방법은 S10 단계에서 시작한다. S11 단계에서는, 임펄스형이면서 바람직하게는 장방형인 전기적 스위치 전류(Is)가 생성된다. S12 단계에서는, 조절되어야 할 보상 전류(Ik)가 예를 들면 근사적 보상 전류(Ia) 형태로 조절되며, 그에 상응하여 생성된다. S13 단계에서는, 스위치 전류(Is) 및 보상 전류(Ik)의 합 또는 중첩으로서 동작 전류(If)가 생성되고, S14 단계에서 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)에 출력된다. 본 제어 방법은 S15 단계에서 종료된다. 또한, S16 단계에서 증가형 동작 전류(If)가 생성되고, 이 때 스위치 전류(Is) 및 보상 전류(Ik)가 생성될 필요는 없을 수 있다. S16 단계는 경우에 따라서 S11 내지 S13 단계로 대체될 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 기재에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 특히, 이러한 점은 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2007 009 532.7의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 참고로 포함된다.
◎ 참조 번호 목록
1 복사 방출 반도체 소자
2 제어 장치
3 제어 도선
4 모듈
Φe 복사속
Φe0 소정의 기준 복사속
Φetol 소정의 복사속 허용대
GND 기준 전위
Ia 근사적 보상 전류
If 동작 전류
Ik 보상 전류
Is 스위치 전류
PD 임펄스 지속 시간
S1-16 단계
t 시간
Tj 접합 온도
VB 동작 전위
Zth 열 임피던스

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)를 동작시키기 위해 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(If)를 생성하는 제어 방법으로서,
    - 임펄스형 전기적 스위치 전류(Is)를 생성하는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 임펄스형 전기적 동작 전류(If)를 생성하기 위해, 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하고 상기 전기적 스위치 전류(Is)에 중첩되는 전기적 보상 전류(Ik)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자를 동작시키기 위한 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 생성 단계는, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe)이 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 소정의 복사속 허용대(Φetol) 내에서만 변경되도록 수행하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자를 동작시키기 위한 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If) 또는 상기 전기적 보상 전류(Ik)의 곡선을 식 A*(1-exp(-t/tau))의 적어도 하나의 가수(加數)에 의한 합에 따라 생성하고, 시간 상수(tau) 및 인자(A)는 각각 미리 정해져 있는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자를 동작시키기 위한 제어 방법.
  5. 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 동작을 위한 제어 장치로서, 이 제어 장치는 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 생성을 위해 형성되어 있으며, 임펄스형 전기적 동작 전류(If)는 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 일정한 스위치 전류(Is)와 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 전기적 보상 전류(Ik)의 합인 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 생성을 위해, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe)이 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 소정의 복사속 허용대(Φetol) 내에서만 변경되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)와 함께 하나의 공통 구성 유닛으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치.
  8. 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하는 임펄스형 전기적 동작 전류(If)를 이용하여 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 동작을 위한 제어 장치(2)의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 제어 장치에 의해 작동되는 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)와 구성 방식 및 물질이 같은 하나의 복사 방출 반도체 소자의 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)을 산출하는 단계;
    - 상기 산출된 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)에 따라 상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간을 산출하는 단계; 및
    상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간이 각각 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 조절되도록 제어 장치(2)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간은, 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)의 복사속(Φe)이 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 소정의 복사속 허용대(Φetol) 내에서만 변경되도록 산출되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제어 장치(2)는 임펄스형 전기적 스위치 전류(Is)를 생성하도록 형성되고,
    - 상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If)의 조절되어야 할 곡선 구간을 산출하는 단계는, 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 증가하며 상기 전기적 동작 전류(If)의 생성을 위해 상기 전기적 스위치 전류(Is)와 중첩되는 전기적 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 곡선 구간을 산출하는 것을 포함하고,
    - 상기 제어 장치(2)는, 상기 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 곡선 구간이 각각 상기 임펄스 지속 시간(PD) 동안 조절되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법.
  11. 청구항 8 또는 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자(1)와 구성 방식 및 물질이 같은 하나의 복사 방출 반도체 소자에 대하여, 전압-전류 특성선, 복사속-전류 특성선 또는 복사속-접합 온도 특성선 중 적어도 하나가 산출되고,
    - 상기 전압-전류 특성선, 복사속-전류 특성선 또는 복사속-접합 온도 특성선 중 적어도 하나에 따라 상기 전기적 동작 전류(If) 또는 전기적 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 곡선 구간이 산출되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 임펄스형 전기적 동작 전류(If) 또는 전기적 보상 전류(Ik)의 조절되어야 할 곡선 구간은 식 A*(1-exp(-t/tau))의 적어도 하나의 가수에 의한 합에 따라 산출하며,
    - 시간 상수(tau)는 상기 열 임피던스의 시간 곡선(Zth)에 따라 각각 산출하고,
    - 인자(A)는 산출된 상기 전압-전류 특성선, 복사속-전류 특성선 또는 복사속-접합 온도 특성선 중 적어도 하나에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 복사 방출 반도체 소자의 동작을 위한 제어 장치의 제조 방법.
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