專利名稱：發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及照明裝置。
背景技術：
近年來，在便攜式電話或數(shù)碼相機等電子設備中，驅動可見光發(fā)光二極管(可見光LED)等發(fā)光元件的發(fā)光裝置以及使用多個所述發(fā)光裝置的照明裝置的利用機會在逐漸增多。隨著電子設備的高集成化，市場需求安裝面積小的發(fā)光裝置。
在日本專利文獻特開2003-8075號公報(專利文獻1)中公開了在保護元件上安裝發(fā)光元件并將其作為一個發(fā)光模塊來削減發(fā)光裝置的安裝面積的技術。參照圖12和圖13來說明專利文獻1中記載的現(xiàn)有例子的發(fā)光裝置。
圖12是現(xiàn)有例的發(fā)光裝置的結構平面圖。圖13是圖12的虛線A-A’的剖面圖。在圖12和圖13中相同的構成要素使用相同的標號。在現(xiàn)有例的發(fā)光裝置中，在基板1202上形成了基板配線1203(包括VCC配線以及GND配線)，并在基板配線1203上安裝了發(fā)光模塊1201、電源電路104以及驅動IC 1204。作為發(fā)光模塊1201、電源電路104以及驅動IC1204的構成要素的各個元件通過基板配線1203而分別電連接。
電源電路104具有輸入電容器143，連接在VCC配線和GND配線之間；線圈141，經由VCC配線而與輸入電容器143連接；肖特基二極管142，通過基板配線1203而與線圈141連接；輸出電容器144，其一端經由基板配線1203而與肖特基二極管142及電壓反饋端子125連接，另一端與GND配線連接。
在發(fā)光模塊1201中，引線框架114被安裝在基板1202的上方。齊納二極管1213固定在引線框架114上。齊納二極管1213的上面除了焊盤孔113外均被絕緣膜131所覆蓋。
在除了齊納二極管1213兩端附近的部分以外的焊盤孔113上設有凸起115，在凸起115上安裝有發(fā)光元件111。發(fā)光元件111是可見光發(fā)光二極管(LED)。齊納二極管1213保護發(fā)光元件111使其免受靜電破壞以及高壓破壞。
在圖12和圖13中，在兩個齊納二極管1213上分別安裝了發(fā)光元件111。在現(xiàn)有例的發(fā)光裝置中，將發(fā)光元件111安裝到齊納二極管1213上構成一體化的模塊，從而與分別安裝齊納二極管1213和發(fā)光元件111的情形相比，減小了安裝面積。
兩條鍵合線116的各一端分別連接在位于靠近齊納二極管1213兩端的部分的焊盤孔113上。一條鍵合線116的另一端與正極側端子1253相連，另一條鍵合線116的另一端與負極側端子1254相連。
在驅動IC 1204中，引線框架114安裝在基板1202的上方。驅動器IC芯片1212被固定在引線框架114上。驅動器IC芯片1212的上面除了焊盤孔113之外的部分均被絕緣膜131所覆蓋。
六條鍵合線116的各一端分別連接在六個焊盤孔上，每條鍵合線116的另一端分別與外部連接端子(控制端子123、電壓反饋端子125、開關端子124、電流反饋端子126、VCC端子121、GND端子122)連接。這樣通過多條鍵合線116，驅動器IC芯片1212與外部連接端子電連接。
VCC端子121與VCC配線連接。GND端子122與GND配線連接?？刂贫俗?23是輸入用于進行驅動IC 1204的ON/OFF切換的信號的端子。
開關端子124通過基板配線1203而與肖特基二極管142的正極端子及線圈141連接。電壓反饋端子125通過基板配線1203而與肖特基二極管142的負極端子、發(fā)光模塊1201的正極側端子1253、以及輸出電容器144連接。電流反饋端子126通過基板配線1203而與發(fā)光模塊1201的負極側端子1254連接。
專利文獻1日本專利文獻特開2003-8075號公報。

發(fā)明內容
由于期望發(fā)光元件具有高亮度，因而發(fā)光元件的功耗有逐年增加的趨勢。由于發(fā)光元件的光電轉換效率為30％左右，因此，發(fā)光元件功耗的70％以上都變成熱而消耗掉，從而使發(fā)光元件的溫度上升。特別是，當在動作保證溫度范圍以上的高溫條件下連續(xù)使用發(fā)光元件時，容易導致元件的損壞或老化。為了在發(fā)光元件的動作保證溫度范圍內使用發(fā)光元件，需要使用檢測發(fā)光元件的溫度的溫度檢測元件來控制發(fā)光元件的動作。
但是，在現(xiàn)有發(fā)光裝置的結構中，由于不能在發(fā)光模塊1201內安裝溫度檢測元件，因此，多將溫度檢測元件省去不安裝(因此，在圖12和圖13中省略了溫度檢測元件的圖示)。另外，當在現(xiàn)有發(fā)光裝置的結構中安裝溫度檢測元件時，溫度檢測元件被安裝在驅動IC 1204上。即，由于將溫度檢測元件安裝在以往發(fā)光模塊1201的外部，所以不能正確檢測發(fā)光元件111的溫度。因此，現(xiàn)有的發(fā)光裝置難以根據(jù)發(fā)光元件的溫度來進行動作控制?，F(xiàn)有例的發(fā)光裝置中存在隨著發(fā)光元件的發(fā)熱導致的溫度上升，而可能引起發(fā)光元件老化或損壞的問題。
本發(fā)明是為解決上述問題而作出的，其目的在于，提供一種發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置，在該發(fā)光元件驅動用半導體芯片中，通過將溫度檢測元件設置在比以往更靠近發(fā)光元件的位置來正確檢測發(fā)光元件。
本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置，在該發(fā)光元件驅動用半導體芯片中，當發(fā)光元件的溫度超過上限時，通過停止驅動IC的動作來停止發(fā)光元件的發(fā)熱，從而防止發(fā)光元件的損壞或老化。
本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置，所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片正確檢測發(fā)光元件的溫度，并根據(jù)溫度來調節(jié)紅、綠、藍三原色的白平衡。
本發(fā)明的目的在于，提供一種安裝面積小的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明具有下述的結構。
根據(jù)本發(fā)明一個觀點的發(fā)光裝置包括發(fā)光元件，具有電信號端子，并由從外部施加給所述電信號端子的電信號驅動而發(fā)光；以及發(fā)光元件驅動用半導體芯片，包括由半導體形成的發(fā)光元件驅動用電路和溫度檢測元件，所述發(fā)光元件驅動用電路輸出所述電信號并將其施加給所述電信號端子，所述溫度檢測元件檢測周圍溫度，該發(fā)光裝置將所述發(fā)光元件安裝在所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片面上，并基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來驅動所述發(fā)光元件。
根據(jù)本發(fā)明，通過將發(fā)光元件安裝在發(fā)光元件驅動用半導體芯片(驅動器IC芯片)上，并在驅動器IC芯片中內置溫度檢測元件，能夠實現(xiàn)在極為接近的位置正確檢測發(fā)光元件的溫度、且安裝面積小的發(fā)光裝置。根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)例如在高溫時通過停止驅動IC動作來停止發(fā)光元件的發(fā)熱，從而防止發(fā)光元件的損壞或者老化的發(fā)光裝置。
在根據(jù)本發(fā)明另一觀點的上述發(fā)光裝置中，所述溫度檢測元件的至少一部分配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，所述發(fā)光元件配置區(qū)域是將包含所述發(fā)光元件的最小區(qū)域投影到所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片上的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)正確檢測發(fā)光元件的溫度的發(fā)光裝置。
在根據(jù)本發(fā)明又一觀點的上述發(fā)光裝置中，所述發(fā)光元件驅動用電路形成在所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片內的除所述發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域中。
如果將發(fā)光元件驅動用電路(驅動器電路部)配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，則發(fā)光元件的發(fā)熱和驅動器電路部的發(fā)熱會局部集中，從而該部位的溫度有升高的可能性。通過將驅動器電路部形成在驅動器IC芯片內除發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域中，能夠在驅動器IC芯片上分散產生的熱，從而能夠抑制局部溫度的峰值。根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)防止發(fā)光元件和驅動器電路部因溫度上升而老化或誤動作的發(fā)光裝置。
在根據(jù)本發(fā)明再一觀點的上述發(fā)光裝置中，所述發(fā)光元件是以不同波長發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件，所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來個別驅動所述發(fā)光元件，以便維持所述多個發(fā)光元件的白平衡。
發(fā)光元件具有對應其類型的固有的溫度特性。例如在溫度上升時，紅色發(fā)光二極管的亮度下降比藍色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管的大。在具有以紅、綠、藍三原色分別發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件的彩色顯示用發(fā)光裝置中，在整個使用溫度范圍內維持白平衡是重要的。
以往，因為難以正確檢測出發(fā)光元件的溫度，所以難以根據(jù)溫度來調節(jié)以紅、綠、藍三原色分別發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件的亮度。另外，當以紅、綠、藍三原色分別發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件的安裝位置相分離時，需要為每個發(fā)光元件安裝溫度檢測元件，從而成本變高。
根據(jù)該發(fā)明，由于能夠正確檢測發(fā)光元件的溫度，因此能夠實現(xiàn)根據(jù)溫度來調節(jié)RGB的白平衡的價格低廉的發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明一個觀點的照明裝置具有多個上述的發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)具有上述效果的照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明一個觀點的發(fā)光元件驅動用半導體芯片安裝發(fā)光元件，該發(fā)光元件具有電信號端子，并由從外部發(fā)送給所述電信號端子的電信號驅動而發(fā)光，并且該半導體芯片包括發(fā)光元件驅動用電路和溫度檢測元件，所述發(fā)光元件驅動用電路輸出所述電信號并將其施加給所述電信號端子，所述溫度檢測元件檢測周圍溫度，該半導體芯片基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來驅動所述發(fā)光元件。
根據(jù)本發(fā)明，通過將發(fā)光元件安裝在發(fā)光元件驅動用半導體芯片(驅動器IC芯片)上，并在驅動器IC芯片中內置溫度檢測元件，能夠實現(xiàn)在極為接近的位置正確檢測發(fā)光元件的溫度、且安裝面積小的發(fā)光元件驅動用半導體芯片。根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)例如在高溫時通過停止驅動IC的動作來停止發(fā)光元件的發(fā)熱，從而防止發(fā)光元件的損壞或者老化的發(fā)光元件驅動用半導體芯片。
在根據(jù)本發(fā)明另一觀點的上述發(fā)光元件驅動用半導體芯片中，所述溫度檢測元件的至少一部分配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，所述發(fā)光元件配置區(qū)域是包含所述發(fā)光元件的最小區(qū)域投影到所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片上的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)正確檢測發(fā)光元件的溫度的發(fā)光元件驅動用半導體芯片。
在根據(jù)本發(fā)明又一觀點的上述發(fā)光元件驅動用半導體芯片中，所述發(fā)光元件驅動用電路形成在除所述發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域中。
如果將發(fā)光元件驅動用電路(驅動器電路部)配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，則發(fā)光元件的發(fā)熱和驅動器電路部的發(fā)熱局部集中，從而該部位的溫度有升高的可能性。通過將驅動器電路部形成在驅動器IC芯片上的除發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域中，能夠在驅動器IC芯片上分散產生的熱，從而能夠抑制局部溫度的峰值。根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)防止發(fā)光元件和驅動器電路部因溫度上升而老化或誤動作的發(fā)光元件驅動用半導體芯片。
在根據(jù)本發(fā)明再一觀點的上述發(fā)光元件驅動用半導體芯片中，所述發(fā)光元件是以不同波長發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件，發(fā)光元件驅動用半導體芯片基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來個別驅動所述發(fā)光元件，以便維持所述多個發(fā)光元件的白平衡。
根據(jù)該發(fā)明，由于能夠正確檢測發(fā)光元件的溫度，因此能夠實現(xiàn)根據(jù)溫度來調節(jié)RGB的白平衡的價格低廉的發(fā)光元件驅動用半導體芯片。
雖然在權利要求書中特別記載了本發(fā)明的新特征，但結合附圖并根據(jù)以下的詳細說明，能夠從構成和內容兩方面來更好地理解和評價本發(fā)明的其它目的和特征。
應當將附圖的一部分或全部理解為以圖示為目的的示意性表示，而并不一定是真實地描繪出圖中所示要素的實際的相對大小和位置。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可獲得能夠實現(xiàn)正確檢測發(fā)光元件的溫度的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置的有益效果。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得下述的有益效果，即能夠實現(xiàn)在發(fā)光元件的溫度超過上限時，通過停止驅動IC的動作來停止發(fā)光元件的發(fā)熱，從而防止發(fā)光元件的損壞或老化的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)防止驅動器電路部因溫度上升而老化或誤動作的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得下述的有益效果，即能夠實現(xiàn)根據(jù)溫度來調節(jié)紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色的白平衡的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得能夠實現(xiàn)安裝面積小的發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及使用其的照明裝置的有益效果。


圖1是示出本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置的結構的平面圖；圖2是在圖1的虛線A-A’間剖切的剖面圖；圖3是示出本發(fā)明第一實施方式的溫度檢測元件的位置的正面放大剖面圖；圖4是示出本發(fā)明第一實施方式的溫度檢測元件的位置的平面圖；圖5是本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置的電路圖；圖6是示出本發(fā)明第一實施方式的驅動器電路部的位置的正面圖；圖7是示出本發(fā)明第一實施方式的驅動器電路部的位置的平面圖；圖8是示出本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置的結構的平面圖；圖9是本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置的電路圖；圖10A～圖10G是本發(fā)明第三實施方式的溫度檢測元件的電路圖；圖11A和11B是本發(fā)明第四實施方式的溫度檢測元件的位置示意圖；圖12是示出現(xiàn)有例的發(fā)光裝置的結構的平面圖；圖13是在圖12的虛線A-A’間剖切的剖面圖。
具體實施例方式
以下參照附圖記載了實施本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
(第一實施方式)參照圖1～圖7來說明本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置。圖1是本發(fā)明第一實施方式中的發(fā)光裝置的平面圖。圖2是以圖1中的虛線A-A’剖切的剖面圖。在圖1和圖2中，對相同的構成要素標以相同的標號。在圖1和圖2中，對與現(xiàn)有例的圖12和圖13所示構成要素相同的構成要素標以相同的標號。
在本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置中，在基板102上形成基板配線103(包括VCC配線和GND配線)，在基板配線103上安裝電源電路104和發(fā)光模塊101。發(fā)光模塊101的各個元件和電源電路104的各個元件通過基板配線103而分別電連接。VCC配線與外部電源連接，GND配線與接地電位連接。
電源電路104具有輸入電容器143，連接在VCC配線和GND配線之間；線圈141，經由VCC配線而與輸入電容器143連接；肖特基二極管142，通過基板配線103而與線圈141連接；輸出電容器144，其一端經由基板配線103與肖特基二極管142連接，另一端與GND配線連接。
對發(fā)光模塊101的構成要素進行說明。發(fā)光模塊101具有通過基板配線103而與電源電路104連接的外部連接端子(VCC端子121、GND端子122、控制端子123、開關端子124、電壓反饋端子125)。
VCC端子121與VCC配線連接。GND端子122與GND配線連接?？刂贫俗?23通常與微型計算機等控制電路的輸出連接，輸入用于切換發(fā)光裝置的ON/OFF的信號。
開關端子124通過基板配線103而與肖特基二極管142的正極端子以及線圈141連接。電壓反饋端子125通過基板配線103而與肖特基二極管142的負極端子以及輸出電容器144連接。
本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置不具有電流反饋端子126?，F(xiàn)有例的發(fā)光裝置的電流反饋端子126與現(xiàn)有的發(fā)光模塊1201連接，但在第一實施方式中，由于在發(fā)光模塊101內連接發(fā)光元件111和驅動器IC芯片112，因此不需要電流反饋端子126。
在本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光模塊101中，引線框架114安裝在基板102的上方，并在引線框架114上固定有驅動器IC芯片(發(fā)光元件驅動用半導體芯片)112。驅動器IC芯片112的上面除了焊盤孔113之外均被絕緣膜131所覆蓋。焊盤孔113是在驅動器IC芯片112上沒有絕緣膜131的部分。焊盤孔113是為了設置凸起115和連接鍵合線116而設置的。
除了兩端附近的焊盤孔113，在其它焊盤孔113中設有凸起115，發(fā)光元件111a、111b按照在凸起115上。鍵合線116連接在兩端附近部分的五個焊盤孔113上。驅動器IC芯片112通過鍵合線116而將內部電路和外部連接端子(VCC端子121、GND端子122、控制端子123、開關端子124、電壓反饋端子125)電連接。
本發(fā)明的發(fā)光裝置與現(xiàn)有例的發(fā)光裝置的區(qū)別特點是，驅動器IC芯片112內置在發(fā)光模塊101內，發(fā)光元件111a、111b安裝在驅動器IC芯片112上。因此，本發(fā)明的基板102的大小小于現(xiàn)有例的基板1202。在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，由于將發(fā)光元件111a、111b安裝在驅動器IC芯片112上，因而能夠減小發(fā)光裝置的安裝面積。
發(fā)光元件111a、111b(如圖5所示，將二者合并表示為發(fā)光元件111)分別由單個芯片構成。在本發(fā)明的第一實施方式中，在驅動IC112上安裝多個發(fā)光元件。在圖1～圖7中安裝了兩個發(fā)光元件111a、111b。
發(fā)光元件111a、111b是可見光發(fā)光二極管(LED)。發(fā)光元件的發(fā)光顏色可使用所期望的顏色。在第一實施方式中，發(fā)光元件111a、111b是藍色發(fā)光二極管，它們通過表面涂敷了白色熒光物質的透射型聚光透鏡(凸透鏡)119而向外部發(fā)射白色光。在本發(fā)明中，多個發(fā)光元件也可以以各自不同的波長來發(fā)光。配置在發(fā)光元件111上部的凸透鏡119會聚發(fā)光元件111的光，增強光的定向性，從而提高與基板102垂直的方向的亮度。
可透光的樹脂模117覆蓋包括發(fā)光元件111、驅動器IC芯片112、引線框架114、凸透鏡119在內的全體，并對它們進行固定和保護?？赏腹獾臉渲?17起到會聚發(fā)光元件111的光，調節(jié)亮度和光的定向性的作用?？赏腹獾臉渲?17的上半部分為拋物線形狀，并形成通過對光進行高效的全反射來聚光，從而提高與基板102垂直的方向的亮度的反射面。
在第一實施方式中，可透光的樹脂模117和凸透鏡119由同一材料一體形成。多個發(fā)光元件111a、111b配置在一個半球形的透射型聚光透鏡119和一個反射面117的焦點附近，所述透射型聚光透鏡119在表面上涂敷了白色熒光物質，并與反射面117一體形成在發(fā)光裝置上。
圖3是驅動器IC芯片內部的簡要的正面放大剖面圖。圖2的驅動器IC芯片112是在圖3的P型硅基板132上覆蓋絕緣膜131而形成的。在P型硅基板132內的上部形成N型井312，并在該N型井312的內部形成P型擴散電阻311。P型擴散電阻311是利用了電阻的正溫度特性的溫度檢測元件。
P型擴散電阻311的上面被絕緣膜131所覆蓋。在第一實施方式中，絕緣膜131是氧化膜(SiO2)。另外，絕緣膜131的材料不限于氧化膜(SiO2)，也可以是氮化膜(SiN)，高分子化合物(聚酰亞胺等)、樹脂(環(huán)氧樹脂等)等等。
圖4是驅動器IC芯片的簡要平面圖。圖3和圖4示出了內置于驅動器IC芯片112內的P型擴散電阻(溫度檢測元件)311的位置。P型擴散電阻(溫度檢測元件)311配置在發(fā)光元件配置區(qū)域300內。這里，“發(fā)光元件配置區(qū)域”是指“將包含所有發(fā)光元件的最小矩形區(qū)域投影到驅動器IC芯片上的區(qū)域”。
發(fā)光元件配置區(qū)域300內的溫度與發(fā)光元件111的溫度最為接近。通過將溫度檢測元件311置于發(fā)光元件配置區(qū)域300內，能夠進行正確的溫度檢測。
圖5是本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置的電路圖。在圖5中，對于與圖1～圖4相同的構成要素標以相同的標號。如圖5所示，本發(fā)明第一實施方式的發(fā)光裝置由電源電路104和發(fā)光模塊101構成，所述電源電路104對外部電源140輸出的電壓進行升壓。所述發(fā)光模塊101經由外部連接端子(VCC端子121、開關端子124、電壓反饋端子125)與電源電路104連接。
在電源電路104中，輸入電容器143的一端與外部電源140連接。輸入電容器143的另一端與接地電位連接。線圈141與輸入電源140以及肖特基二極管142的正極端子連接。肖特基二極管142的負極端子與輸出電容器144的一端連接。輸出電容器的另一端與接地電位連接。
發(fā)光模塊101具有發(fā)光元件111b和發(fā)光元件111a，經由電壓反饋端子125而接受輸出電容器144的輸出電壓；溫度檢測電路501；驅動器電路部(發(fā)光元件驅動用電路)502，與發(fā)光元件111a和溫度檢測電路501連接。溫度檢測電路501和驅動器電路部502是形成在圖1和圖2的驅動器IC芯片112內的電路。
溫度檢測電路501具有恒流源512；溫度檢測元件311，連接在恒流源512和接地電位之間；電壓比較器513，在其倒相輸入端子輸入恒流源512和溫度檢測元件311的連接點；基準電壓514，連接在電壓比較器513的非倒相輸入端子和接地電位之間。電壓比較器513的輸出被輸入到AND電路524中。
溫度檢測元件311是圖3所示的P型擴散電阻。P型擴散電阻具有溫度升高時電阻值增大的特性，因此，溫度檢測元件311的端子電壓隨溫度的上升而升高。當溫度檢測元件311的端子電壓比基準電壓514高時，電壓比較器513的輸出變成Low。
驅動器電路部502具有將溫度檢測電路501和控制端子123連接在其輸入端子上的AND電路524、連接在發(fā)光元件111a的負極和GND端子122之間的電流檢測電阻523、與電流檢測電阻523和AND電路524的輸出端子連接的電壓檢測電路522、以及與AND電路524的輸出端子和電壓檢測電路522連接的驅動電路521。
AND電路524輸入溫度檢測電路501的輸出信號和輸入到控制端子123上的控制信號，當二者均為High時，輸出High信號，從而驅動驅動電路521和電壓檢測電路522。發(fā)光元件111連續(xù)發(fā)光。當溫度檢測電路501的輸出信號和從控制端子123輸入的控制信號中的任一個為Low時，AND電路524使驅動電路521和電壓檢測電路522停止動作，從而使整個驅動器IC芯片112停止。發(fā)光元件111的發(fā)光也停止。也可以通過向控制端子123輸入脈沖電壓來重復發(fā)光元件111的閃爍動作。
電壓檢測電路522具有將發(fā)光元件111a和電流檢測電阻523的連接點輸入倒相輸入端子上的誤差放大器542、連接在誤差放大器542的非倒相輸入端子和接地電位之間的比較電壓541、將誤差放大器542的輸出端子連接在其非倒相輸入端子上的PWM比較器544、以及與PWM比較器544的倒相輸入端子連接的鋸齒波振蕩器543。
在電壓檢測電路522中，誤差放大器542、振蕩器543以及PWM比較器544進行負反饋的動作，以使電流檢測電阻523的端子間電壓與輸入到誤差放大器542的非倒相輸入端子上的比較電壓541相等。電壓檢測電路522將流經電流檢測電阻523的電流控制為恒定，使流經發(fā)光元件111的電流恒定，從而將發(fā)光亮度保持為恒定。
電壓檢測電路522的PWM比較器544的輸出端子與驅動電路521的AND電路531的一個輸入端子連接。AND電路531的另一輸入端子與AND電路524的輸出端子連接。AND電路531的輸出端子經由放大器而與N溝道MOS晶體管532的柵極連接。
N溝道MOS晶體管532的漏極與線圈141和肖特基二極管142的連接點連接，N溝道MOS晶體管532的源極與接地電位連接。驅動電路521基于AND電路531的輸出來控制N溝道MOS晶體管532的開關動作。通過該開關動作，從外部電源140向包括線圈141在內的電路供應的輸入電壓被升壓，從而向輸出電容器144輸出高于輸入電壓的電壓。
輸出電容器144的電壓通過電壓反饋端子125而施加在作為串聯(lián)連接的發(fā)光元件111a和111b的電信號端子的正極-負極之間，從而發(fā)光元件111a和111b發(fā)光。流經發(fā)光元件111a和111b的電流通過與發(fā)光元件111a的負極串聯(lián)連接的電流檢測電阻523而被檢測為電壓。
對在如上構成的本發(fā)明發(fā)光裝置中向發(fā)光元件111a和111b供應恒定電流的動作進行說明。當流經發(fā)光元件111a和發(fā)光元件111b的電流增加時，電流檢測電阻523的端子電壓升高。當電流檢測電阻523的端子電壓高于比較電壓541，并且電流檢測電阻523的端子電壓和比較電541的電壓差變大時，電壓檢測電路522的誤差放大器542的輸出信號變低。
將誤差放大器542的輸出信號輸入非倒相輸入端子中，并將振蕩器543的輸出信號輸入倒相輸入端子輸入中的PWM比較器544的輸出信號隨著誤差放大器542的輸出信號的降低，其低電平(Low)期間延長，高電平(Hight)期間縮短。在PWM比較器544的輸出信號為高電平的期間，N溝道MOS晶體管532導通。由于導通時間變短，因此，從外部電源140輸入的電流在線圈141中積累的量變少。
當由于在線圈141中積累的電流少而PWM比較器544的輸出信號變?yōu)榈碗娖?，從而N溝道MOS晶體管532截止時，施加在輸出電容器144和電壓反饋端子125上的電壓值變小。從而，從電壓反饋端子125流向發(fā)光元件111a以及發(fā)光元件111b的電流減少。于是，電流檢測電阻523的端子電壓下降，電流檢測電阻523的端子電壓和比較電壓541的差變小。
當流經發(fā)光元件111a和111b的電流減少時進行與上述動作相反的動作。這樣，驅動器電路部502控制N溝道MOS晶體管532的開關動作，以使電流檢測電阻523的端子電壓和比較電壓541相等。由此，驅動器電路部502進行控制，使得從電壓反饋端子125向串聯(lián)連接的發(fā)光元件111a和發(fā)光元件111b流通恒定電流。
另外，向控制N溝道MOS晶體管532的AND電路531中輸入AND電路524的輸出信號，所述AND電路524輸入溫度檢測電路501的輸出信號和輸入到控制端子123的控制信號。P型擴散電阻具有溫度升高時3電阻值增大的特性，因此，溫度檢測元件311的端子電壓隨溫度的上升而變高。在溫度檢測元件311的端子電壓高于基準電壓514的時刻，電壓比較器513的輸出變成Low。于是，AND電路524的輸出信號以及AND電路531的輸出信號變成Low，N溝道MOS晶體管532停止開關動作。
如上所述，當由于發(fā)光元件111的發(fā)熱而發(fā)光元件111的溫度上升并超過規(guī)定的上限值(基準電壓514)時，通過使N溝道MOS晶體管532停止開關動作來停止發(fā)光元件111的發(fā)光。這樣，由于本發(fā)明的發(fā)光裝置進行阻止發(fā)光元件111的溫度上升的動作，因此，能夠避免發(fā)光元件111由于在高溫下使用而導致老化或損壞。
圖5所示的驅動器電路部502配置在圖6和圖7所示的位置。圖6和圖7示出了發(fā)光元件111和驅動器電路部502在驅動器IC芯片112上的位置關系。圖7是驅動器IC芯片112的平面圖，圖6是以圖7的虛線A-A’所示剖面來剖切的剖面圖。圖6和圖7所示的驅動器電路部502的框線w表示配置驅動器電路部的區(qū)域，而并不表示驅動器電路部的構造。
驅動器電路部502配置在驅動器IC芯片112內的發(fā)光元件配置區(qū)域300之外的區(qū)域。如果將驅動器電路部502配置在發(fā)光元件配置區(qū)域300內，則發(fā)光元件111的發(fā)熱和驅動器電路部502的發(fā)熱局部集中，從而可能會導致區(qū)域內的溫度升高。在本實施例中，通過將驅動器電路部502形成在驅動器IC芯片112上的發(fā)光元件配置區(qū)域300之外的區(qū)域，能夠在驅動器IC芯片112上分散產生的熱量，從而能夠抑制局部溫度的峰值。通過如圖6和圖7所示來配置驅動器電路部502，能夠防止驅動器IC芯片112的誤動作。
上述實施方式1的驅動器IC芯片112是恒流電路，其升高輸入電壓，使得在發(fā)光元件111a、111b中流通規(guī)定的電流。代替此結構，驅動器IC芯片也可以是恒壓電路，其升高輸入電壓，從而向發(fā)光元件111a、111b施加規(guī)定的電壓。另外作為其它的結構，驅動器IC芯片也可以具有將輸入電壓升至固定電壓的恒壓電路，和向并聯(lián)連接的多個發(fā)光元件的每一個提供規(guī)定的電流的恒流電路。驅動器IC芯片也可以是降低輸入電壓，從而向發(fā)光元件111a、111b提供規(guī)定電流的恒流電路，或者向發(fā)光元件111a、111b施加規(guī)定電壓的恒壓電路。
在第一實施方式的圖1～圖7中，兩個發(fā)光元件111串聯(lián)連接，但串聯(lián)連接的發(fā)光元件的個數(shù)不限于兩個，串聯(lián)多個的情形也包括在本發(fā)明中。另外，將多個發(fā)光元件和與發(fā)光元件串聯(lián)的電阻并聯(lián)連接的發(fā)光裝置也包含在本發(fā)明中。當然，發(fā)光元件也可以是一個。
另外，在第一實施方式中，在發(fā)光元件111的上部配置了一個凸透鏡119，但也可以根據(jù)發(fā)光元件個數(shù)來配置多個凸透鏡。例如可以是一個發(fā)光元件與一個凸透鏡的組合。
(第二實施方式)參照圖8和圖9來說明本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置。圖8是本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置的平面圖。在圖8中，對于與圖1相同的構成要素標以相同的標號。第二實施方式的發(fā)光裝置與第一實施方式的發(fā)光裝置的不同之處在于，具有三個發(fā)光元件811，并且以第二實施方式的驅動器IC芯片812代替了第一實施方式的驅動器IC芯片112。第二實施方式的其它結構與第一實施方式相同。因此省略重復的說明。在第二實施方式的發(fā)光裝置中，在驅動器IC芯片812上安裝了紅色發(fā)光元件811R、綠色發(fā)光元件811G、藍色發(fā)光元件811B。
圖9是本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置的電路圖。在第二實施方式的圖9中，對于與第一實施方式的圖5相同的電路元件標以相同的標號。本發(fā)明第二實施方式的發(fā)光裝置具有電源電路104以及與電源電路104連接的發(fā)光模塊101。電源電路104與第一實施方式相同。
在第二實施方式的發(fā)光模塊101中，將溫度檢測電路和驅動電路安裝在驅動器IC芯片812上。
溫度檢測電路具有恒流源512；連接在恒流源512和接地電位之間的溫度檢測元件311；將非倒相輸入端子連接在恒流源512和溫度檢測元件311的連接點上的用于發(fā)光顏色R、G、B的信號的差動放大器911、912、913；連接在各個差動放大器911、912、913的倒相輸入端子與接地電位之間的基準電壓源921、922、923；以及非倒相輸入端子與各個差動放大器911、912、913的輸出端子連接的差動放大器931、932、933。
各差動放大器911、912、913在倒相輸入端子輸入基準電壓源921、922、923的電壓，在非倒相輸入端子輸入由溫度檢測元件311檢測的電壓，并輸出放大二者之差而得的電壓值。
差動放大器931、932、933在倒相輸入端子輸入由電流檢測電阻941、942、943檢測的電壓，在非倒相輸入端子差動放大器911、912、913的輸出電壓，并輸出放大二者之差而得的電壓值。
紅色發(fā)光元件811R、綠色發(fā)光元件811G、藍色發(fā)光元件811B的正極分別與差動放大器931、932、933的輸出端子連接。紅色發(fā)光元件811R、綠色發(fā)光元件811G、藍色發(fā)光元件811B的負極與差動放大器931、932、933的倒相輸入端子連接。
各差動放大器911、912、913的增益根據(jù)RGB的基于溫度的發(fā)光效率而各不相同。通常，當溫度上升時，R、G、B的發(fā)光元件的亮度下降。特別是，紅色的發(fā)光元件811R的發(fā)光效率在高溫下會急劇下降。因此，后述的驅動電路被構成為在溫度上升時使流經R、G、B的發(fā)光元件的電流根據(jù)各個元件的溫度特性而變化的結構。
溫度檢測元件311是P型擴散電阻。當溫度上升時，溫度檢測元件311的電阻增大。在發(fā)光裝置中，如果溫度檢測元件311的端子電壓升高，則供給發(fā)光元件811R、811G、811B的電壓上升，從而提高了發(fā)光元件的亮度。由此來補償發(fā)光效率在高溫下的急劇下降，調節(jié)RGB的白平衡。
紅色發(fā)光元件811R的差動放大器911將溫度檢測元件311的輸出電壓的變化量反饋到發(fā)光元件的電流中的增益大于其他的差動放大器912、913。
驅動器電路部具有分別連接在紅色發(fā)光元件811R、綠色發(fā)光元件811G、藍色發(fā)光元件811B的負極與GND端子122之間的電流檢測電阻941、942、943；與電壓反饋端子125以及控制端子123連接的電壓檢測電路522；連接在電壓檢測電路522和開關端子124之間的驅動電路521。
電壓檢測電路522的誤差放大器542的倒相輸入端子與電壓反饋端子125連接。電壓檢測電路522的其它結構和第一實施方式相同。電壓檢測電路522進行負反饋的動作，以使輸出電容器144的輸出電壓與輸入到誤差放大器542的非倒相輸入端子上的比較電壓541相等。
驅動電路521的內部電路與第一實施方式相同，省略重復的說明。
代替第二實施方式的發(fā)光裝置的結構，還可以使流經紅色發(fā)光元件811R的電流保持恒定，并通過減少流經綠色和藍色的發(fā)光元件811G、811B的電流，來在溫度上升時維持白平衡。雖然溫度上升時亮度下降，但由于維持白平衡，所以幾乎不會給使用者帶來不舒服感。
本實施方式的R、G、B的發(fā)光元件在溫度上升時亮度下降。但不限于此，也可以通過改變相關電路來使用溫度上升時亮度也上升的類型的發(fā)光元件。
在本實施方式中，也可以根據(jù)發(fā)光元件811R、811G、811B的數(shù)量來配置多個凸透鏡。
(第三實施方式)參照圖10A～圖10G來說明本發(fā)明第三實施方式的發(fā)光裝置。圖10A～圖10G是示出溫度檢測元件內部電路的電路圖。第三實施方式的發(fā)光裝置與第一實施方式的不同之處僅在于溫度檢測元件。
圖10A示出了第二實施方式的溫度檢測元件，圖10B示出了圖10A的溫度特性，圖10C、圖10D、圖10F示出了第三實施方式的溫度檢測元件，圖10E示出了圖10C、圖10D的溫度特性，圖10G示出了圖10F的溫度特性。在圖10、B圖10E、圖10G中，橫軸表示溫度，縱軸表示輸出電壓。
圖10A和圖10B分別參考性地示出了由P型擴散電阻311和恒流源512構成的第二實施方式的溫度檢測元件及其溫度特性。該溫度檢測元件輸出P型擴散電阻311的兩端電壓V0。電壓V0依賴于溫度，溫度上升則電壓值也上升。
圖10C的溫度檢測元件包括負極接地的二極管1011和與二極管1011的正極連接的恒流源I0。該溫度檢測元件從二極管1011和恒流源I0的連接點輸出正極-負極電壓V1。如圖10E所示，當溫度上升時，電壓V1下降。
圖10D的溫度檢測元件包括恒流源I1、恒流源I2、以及雙極晶體管1012，所述雙極晶體管1012的基極與恒流源I1連接，集電極與恒流源I2連接，發(fā)射極與接地電位連接。該溫度檢測元件從恒流源I2和雙極晶體管1012的連接點輸出基極-發(fā)射極電壓V2。如圖10E所示，當溫度上升時，電壓V2下降。
圖10F的溫度檢測元件包括P型擴散電阻1013，其一端與接地電位連接；恒流源I1，與P型擴散電阻101的另一端連接；雙極晶體管1014，其基極連接在P型擴散電阻101和恒流源I1的連接點上，發(fā)射極與接地電位連接；以及恒流源I2，與雙極晶體管1014的集電極連接。該溫度檢測單元從恒流源I2和雙極晶體管1014的連接點輸出雙極晶體管1014的集電極電壓V3。雙極晶體管1014的基極電壓由恒流源I1和電阻1013的連結點的電壓V0提供。如圖10G所示，當溫度上升時，電壓V0上升，電壓V3下降。
如圖10C、圖10D、圖10F所示，第三實施方式的溫度檢測元件根據(jù)相對于溫度參數(shù)是具有正特性還是具有負特性來構成反饋溫度的結構。
除了反饋的極性和增益，第三實施方式中溫度檢測元件以外的結構與第一和第二實施方式相同。因此，省略重復說明。在該第三實施方式中，由于也具有相同的要部結構，因此也具有與第一和第二實施方式相同的效果。在本實施方式中，與第一實施方式相同，發(fā)光元件和凸透鏡在數(shù)量上的組合也可以是任意的。
(第四實施方式)參照圖11A和圖11B來說明本發(fā)明第四實施方式的發(fā)光裝置。圖11A和圖11B是示出內置于本發(fā)明第四實施方式的驅動器IC芯片內部的溫度檢測元件的位置的平面圖。第四實施方式的發(fā)光裝置與第一實施方式的不同之處僅在于溫度檢測元件的位置。
圖11A是示出配置了四個正方形發(fā)光元件111時的溫度檢測元件的配置區(qū)域的圖。圖11B是示出配置了三個圓形發(fā)光元件111時的溫度檢測元件的配置區(qū)域的圖。
第一實施方式的溫度檢測元件311(圖3和圖4)整個配置在發(fā)光元件配置區(qū)域300內，而第四實施方式的溫度檢測元件(圖11A和圖11B)的配置區(qū)域1111以及1112只有一部分區(qū)域位于發(fā)光元件配置區(qū)域300內。如第四實施方式所示，只要溫度檢測元件的至少一部分配置在發(fā)光元件配置區(qū)域300內，就能夠檢測出發(fā)光元件的正確溫度，從而能夠防止發(fā)光元件的損壞或老化。
在圖11A和圖11B中，各發(fā)光元件在驅動器IC芯片上的投影區(qū)域和溫度檢測元件的配置區(qū)域1111、1112不重疊。在具有多個發(fā)光元件的發(fā)光裝置中，如果將溫度檢測元件的配置區(qū)域1111、1112的一部分配置在特定的發(fā)光元件的正下方(發(fā)光元件在驅動器IC芯片上的投影區(qū)域)，則溫度檢測元件可能會過度受到該特定發(fā)光元件的發(fā)熱影響。如圖11A和圖11B所示，通過使各個發(fā)光元件的正下方沒有溫度檢測元件的配置區(qū)域1111、1112，溫度檢測元件能夠正確檢測所有發(fā)光元件的平均溫度。
在第四實施方式的發(fā)光裝置中，溫度檢測元件的配置以外的結構與第一～第三實施方式相同。因此，省略重復說明。在第四實施方式中，由于也具有相同的要部結構，因此也具有與第一～第三實施方式相同的效果。在本實施方式中，與第一實施方式相同，發(fā)光元件和凸透鏡在數(shù)量上的組合也可以是任意的。
可通過將多個第一實施方式～第四實施方式的任意發(fā)光裝置并聯(lián)連接來制作照明裝置。
雖然利用優(yōu)選實施方式對發(fā)明進行了詳細到一定程度的描述，但可以在具體的結構方面修改該優(yōu)選實施方式的公開內容，可以在不脫離所要求的發(fā)明范圍以及思想的前提下改變各要素的組合或順序。
工業(yè)實用性本發(fā)明可用于發(fā)光元件驅動用半導體芯片、發(fā)光裝置以及照明裝置。
權利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括發(fā)光元件，具有電信號端子，并由從外部施加給所述電信號端子的電信號驅動而發(fā)光；以及發(fā)光元件驅動用半導體芯片，包括由半導體形成的發(fā)光元件驅動用電路和溫度檢測元件，所述發(fā)光元件驅動用電路輸出所述電信號并將其施加給所述電信號端子，所述溫度檢測元件檢測周圍溫度；將所述發(fā)光元件安裝在所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片面上，并基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來驅動所述發(fā)光元件。
2.如權利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述溫度檢測元件的至少一部分配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，所述發(fā)光元件配置區(qū)域是將包含所述發(fā)光元件的最小區(qū)域投影到所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片上的區(qū)域。
3.如權利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件驅動用電路形成在所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片內的除所述發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域。
4.如權利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件是以不同波長發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件，所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來個別驅動所述發(fā)光元件，以便維持所述多個發(fā)光元件的白平衡。
5.一種照明裝置，其特征在于，具有多個權利要求1所述的發(fā)光裝置。
6.一種發(fā)光元件驅動用半導體芯片，安裝發(fā)光元件，該發(fā)光元件具有電信號端子，并由從外部施加給所述電信號端子的電信號驅動而發(fā)光，該發(fā)光元件驅動用半導體芯片的特征在于，包括發(fā)光元件驅動用電路和溫度檢測元件，所述發(fā)光元件驅動用電路輸出所述電信號并將其施加給所述電信號端子，所述溫度檢測元件檢測周圍溫度，基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來驅動所述發(fā)光元件。
7.如權利要求6所述的發(fā)光元件驅動用半導體芯片，其特征在于，所述溫度檢測元件的至少一部分配置在發(fā)光元件配置區(qū)域內，所述發(fā)光元件配置區(qū)域是將包含所述發(fā)光元件的最小區(qū)域投影到所述發(fā)光元件驅動用半導體芯片上的區(qū)域。
8.如權利要求6所述的發(fā)光元件驅動用半導體芯片，其特征在于，所述發(fā)光元件驅動用電路形成在除所述發(fā)光元件配置區(qū)域之外的區(qū)域。
9.如權利要求6所述的發(fā)光元件驅動用半導體芯片，其特征在于，所述發(fā)光元件是以不同波長發(fā)光的多個可見光發(fā)光元件，基于所述溫度檢測元件檢測出的溫度來個別驅動所述發(fā)光元件，以便維持所述多個發(fā)光元件的白平衡。
全文摘要
提供一種正確檢測發(fā)光元件的溫度并防止發(fā)光元件的損壞或老化的發(fā)光裝置。本發(fā)明的發(fā)光裝置包括發(fā)光元件，具有電信號端子，并由從外部施加給該電信號端子的電信號驅動而發(fā)光；發(fā)光元件驅動用半導體芯片，具有由半導體形成的發(fā)光元件驅動用電路和溫度檢測元件，所述發(fā)光元件驅動用電路輸出電信號并將其施加給電信號端子，所述溫度檢測元件檢測周圍溫度。在該發(fā)光裝置中，將發(fā)光元件安裝在發(fā)光元件驅動用半導體芯片面上，并基于溫度檢測元件檢測出的溫度來驅動發(fā)光元件。
文檔編號H01L23/58GK1947267SQ20058001268
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月18日 優(yōu)先權日2004年4月21日
發(fā)明者后藤周作, 川原司, 池田忠昭, 青柳徹 申請人:松下電器產業(yè)株式會社