CN1288765C - 发光器件 - Google Patents

Abstract

一种发光器件包括多个发光元件，尤其是三个发光二极管和一个光敏晶体管，并且具有卓越的白光特性。多个发光元件和一个光检测元件设置在一个衬底上。特别是，设置了用来发射第一、第二和第三颜色的中各种颜色的各个发光元件，并且一个光检测元件检测从各个发光元件发射出的光。

Description

发光器件

技术领域

本发明涉及通过使用多个发光元件(LED：发光二极管)，尤其是红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三种LED，产生例如白光的光预定颜色的发光器件。

背景技术

使用红色(以下称为“R”)、绿色(以下称为“G”)和蓝色(以下称为“B”)三基色的混合光源一直被作为白色光源使用，该白色光源通过合成三基色产生。通过合成蓝光和蓝光激励的荧光物质获得伪白色和产生红光的LED同样是众所周知的。

白色光源可作为移动电话单元等等的液晶显示器(LCD)的背景光使用。

为了能使用三基色LED来发射白光，适当地选择三基色LED的结构和光强度并适当地调节三基色的彩色平衡以避免色差是必要的。对于三种LED的结构和发光方法已经提出了各种各样的建议(参考专利文献1和2)。

专利文献1：日本未经审查实用新型专利No.Hei6(1994)-79165

专利文献2：日本未经审查实用新型专利No.Hei5(1993)-21458

专利文献1揭示了具有这样一种结构的LED灯，其中一个红色LED被设置在中心处，而两个绿色LED和两个蓝色LED设置成位于中心处的红色LED相互对称，以便各自显示颜色。

专利文献2揭示了具有这样一种结构的半导体发光器件，其中一个红色LED设置在正方形的中心，两个绿色LED和两个蓝色LED交叉设置在正方形的四角。

当三基色LED用来产生所希望颜色的光源时，每个LED的颜色、色彩平衡和光强度都是保持所希望颜色的显示色彩质量及防止色差的重要因素。尤其是，每种颜色的光强度比率决定了该颜色的色调。

完善地制造出R、G和B各种颜色都符合设计要求的LED芯片是困难的。当多个相同颜色的LED或者当许多不同LED用于产生相同色调的发光颜色时，产品之间会产生色彩平衡的偏差。

尤其在白光情况下，按照设计产生色调是重要的，因为当色调变化时，在日光颜色、灯的颜色等等之下房间环境也随之变化。

每个LED随着时间流逝的老化速度是不同的。由于这个差别，在发光器件长期使用的过程中，会在颜色和色彩平衡中发生差异，并且发光颜色的色调也会变化。

为了克服随着时间的这个变化，我们相信理想的方法是，为每个LED设置一个光强度监测芯片，用来在对每个LED的光强度一直进行测量的同时调节每个LED的光发射强度，并因此来保持发光颜色的质量。然而，当光强度监测芯片为每个LED单独设置时，用来监测光强度的单元数量增加，电路变得更加复杂并且封装的尺寸变得更大。因此，这种结构不适于紧凑尺寸尤其必要的应用。

发明内容

本发明提供了一种发光器件，它包括：多个用来发射互相不同颜色的光的发光元件，这多个发光元件由三个分别用来发射第一、第二和第三颜色的光的发光芯片组成，它还包括：用来施加预定电流到发光元件并且使三个发光芯片能够以预定的时间间隔陆续发射光的光发射控制部分；以及用来以相应于光强度的方式来陆续接收由光检测元件输出的检测信号，分析上述检测信号并且调节施加到三个发光芯片中的每一个发光芯片的电流以便能够产生预定的颜色的光强度调节部分；以及一个用来检测从每个发光元件发射出的光的光检测元件；上述发光元件和光检测元件安装在衬底上，所述光发射控制部分使光检测元件能够检测到在发光元件都不发光的时间区域内入射到光检测元件的外部光，光强度调节部分通过利用基于外部光的检测信号调节施加到每个发光元件的电流。

附图说明

图1为本发明一个实施例的发光器件的结构图；

图2为示于图1中的发光器件结构的电路图；

图3为图1中剖面A-A’的剖视图；

图4为本发明光发射控制的示意结构图；

图5显示了一例在本发明中用于电流控制的时序图的实例；

图6为显示本发明发光器件中光敏晶体管的设置的另一个实例的结构图；

图7为图6中剖面B-B’的剖视图；

图8显示了一例在本发明中包括外部光检测的电流控制的时序图；

图9为本发明发光器件中具有两个LED的实例的结构图；以及

图10为本发明发光器件中具有四个LED的实例的结构图。

具体实施方式

本发明旨在提供一种发光器件，该发光器件包括各自能发射R、G和B颜色中的每一种颜色的光的LED(发光二极管)以及用于检测光强度的一个光敏晶体管(光检测元件)，以保持在调节色彩平衡时发射颜色的质量，并且能够减少器件的尺寸。

光检测元件设置在大体与三个发光芯片等距离的位置更为适宜。

第一、第二和第三颜色的发光元件最好能设置在等边三角形的各个顶点，光检测元件设置在该等边三角形的中心。依照这种安排，能够使从每个发光元件入射进入光检测元件的光的比例大体恒定，并且光检测元件的输出对于各种颜色也变得大体相等。因此，能够使后续阶段中放大器的放大倍数大体相等，并且发光器件的结构能够得到简化。此外，元件之间的间隙能够减少到最小值，并且能够使器件在尺寸上变得紧凑。

各种各样的元件都可以用作发光元件，但是LED能够作为紧凑并且经济的元件使用。用来发射三种颜色的光，也就是红色、绿色和蓝色的LED，可用来获得白光。例如，光敏晶体管可用作光检测元件。

本发明进一步提供一种发光器件，该发光器件包括用来将预定电流施加到上述发光元件并且能使三个发光芯片以预定的时间间隔连续发射光的光发射控制部分，以及以相应于发射光的强度这样一种方式连续地接收由上述光检测元件输出的检测信号的光强度调节部分，该部分分析所检测信号并且调节施加到每个发光元件的电流，从而能够产生预定的白光。

光发射控制部分和光发射强度调节部分两者都能够通过使用组合逻辑元件的硬件逻辑来构成，而且包括CPU、ROM、RAM、I/O控制器、定时器等等的微型计算机也可使用。当使用微型计算机时，ROM或者RAM预先储存将电流量表示成调节的参考，光发射的控制序列等等的程序。

也有可能使光发射控制部分能够检测在发光元件都不发光的时间区域内入射进入光检测元件的外部光，并且使光强度调节部分能够通过利用基于外部光的检测信号来调节施加到每个发光元件的电流。

三个发光芯片可以设置在绝缘衬底上，光检测元件可以这种不会阻挡发射光的方式来设置。例如，光检测元件可以设置在绝缘衬底中形成的凹槽内。

本发明的发光器件可以作为液晶显示器等的背景光使用。

本发明的发光器件包括在衬底上的多个发光元件以及一个用来检测从发光元件发射出光的光检测元件，因此能够容易地调节发射光颜色的色彩平衡。

本发明的发光器件包括三个发光元件和一个光检测元件，以及它们结构的设计方案。因此，发光器件能够限制色彩平衡的偏差，并且能够保持由三个发光元件所发射光合成的发光颜色的色调，尤其是白光的色调。因为发光器件是由较少数量的元件构成的，就能可能减小发光器件的尺寸和降低它的生产成本。

施加到发光元件的电流可以利用光检测元件检测到的检测信号进行调节。因此，能够一直获得具有所希望的色彩平衡的发光颜色，即使当发光元件的发光特性发生任何偏差或退化时，尤其是，能够稳定地获得所希望的白光。

此外，光检测元件检测外部光。因此，白光的光强度能够以相应于外部光的光强度这样一种方式进行调节，从而能够提供用户易于观看的高质量显示。

下文将在附图所示的实施例基础上，但并不局限于此，对本发明进行详细地说明。

下列实施例说明了发光元件的数量为三个的情况。

图1显示了本发明一个实施例的发光器件的结构图。

图2显示了对应于图1所示发光器件结构的电路图。

图3显示了图1中剖面A-A’的剖视图。

如图1所示，本发明的发光器件包括在一个绝缘衬底1上制成的三个LED芯片(2a、2b、2c)以及一个光敏晶体管3。

这三个LED芯片为发射红光的LED 2a、发射绿光的LED 2b以及发射蓝光的LED 2c，分别被安排在等边三角形的顶点。

一个光敏晶体管3设置在与每个LED芯片大体等距离的位置，也就是，在等边三角形的中心处。

引线图形4和引线5制成在绝缘衬底1上，以施加电流到LED芯片(2a、2b、2c)和光敏晶体管3上。引线图形4是适用于三个LED芯片中的每一个LED芯片和光敏晶体管为电气相互独立的布线。

在图1中，如图所示制成了适用于每个LED芯片2和光敏晶体管3的电气相互独立的引线图形4以及用于直接连接这些引线图形的引线5。

连接着各个LED芯片的引线图形(4a，4c，4d)与示于图4中的控制单元11电气连接。控制单元11通过该引线图形4对流入每个LED的电流进行开/关控制。

为了保护芯片并且增加光扩散，所形成的树脂保护薄膜6能够覆盖全部电路除了电极的外部接触部分之外。

图2采用电路符号来表示示于图1中的显示器件。当电流流经LED芯片并且发射出各自颜色的光时，光线在所有方向进行传播，一个光敏晶体管3可检测部分这样的光线。

因为仅仅存在一个光敏晶体管3，可以进行控制以便不使多个LED同时发射光，但是，可以使这些LED在时间分隔基础上陆续发射光。

换句话说，一次仅仅只有一个LED能够发射光，并且光敏晶体管3检测来自这一个LED的光。

连接着光敏晶体管3的引线图形(4b)也连接着上述的控制单元11。对通过该引线图形4b输出的这三个LED中的每一个的光强度的检测信号进行分析，以调节流经每个LED的电流。

图4为本发明中LED光发射、光强度检测和电流控制的结构示意图。

图4中，R、G和B颜色中的每一种的光都以时间分隔基础发射，彼此间不会重叠，检测信号SR、SG和SB作为在时间上互相偏离的信号输入至控制单元11。控制单元11分析检测信号SR、SG和SB的大小，调节R、G和B这三个光发射强度，从而能够根据设计输出白光，并且当它们在时间上互相偏离的同时，输出相应于这些强度的电流(ia、ib、ic)。

控制单元11具有用来控制光发射时序的光发射控制单元的功能，以及用来分析从光敏晶体管输入的检测信号并且计算相应于光强度的电流调节值的光强度调节单元功能。

图5显示了本发明中电流控制的时序图的实例。

在图5中，红色LED2a的光在0到时间T1期间产生发射。光敏晶体管3在该时期内从时间t1到t1’进行操作，以输出检测信号SR。

绿色LED2b的光在时间T1到T2期间产生发射。光敏晶体管3在该时期内从时间t2到t2’进行操作，以输出检测信号SG。

此外，蓝色LED2c的光在时间T2到T3期间产生发射。光敏晶体管3在该时期内从时间t3到t3’进行操作，以输出检测信号SB。

这里，例如，每个LED的光发射时间可以是大约5msec，光敏晶体管3的检测时间可以是大约3msec。

当进行这样的光发射控制时，在一个特定的瞬间仅仅只有三种颜色中的一种产生发射。然而，即使这三个LED以大约15msec的周期陆续发射光时，因为人眼具有视觉残留效应，由于R、G和B三种颜色的合成光，似乎是以白色被发射至人眼。

检测信号SR、SG和SB作为随着时间互相偏离的信号陆续输入至控制单元11。

控制单元11预先储存检测信号强度值作为各种颜色的参考(参考强度值)，确定该参考强度值与输入的检测信号之间的差异，并且以对应于差异的1∶1基础来计算电流修正值。

在下一次光发射的时序中，将以电流修正值所计算得到的电流施加至每种颜色的LED。

因为如上所述对光强度进行监测并且对电流值进行控制，可以能够始终稳定地获得设计时所决定的白色。

图6为本发明发光器件的光敏晶体管的另一个结构实例的结构图。

图7为图6中剖面B-B’的剖视图。

当每个LED芯片2和光敏晶体管3在衬底1上形成至相同高度时，如图3中所示，则传播至光敏晶体管3的光线就会被光敏晶体管3反射，使得部分光线对视觉没有贡献。

附带地，当发光器件作为背景光使用时，所要获得的白光尽可能地明亮更为适宜。因此，对视觉没有贡献的光线的数量尽量可能地小更为适宜。

在示于图6和7的发光器件中，对于光敏晶体管3的结构进行了设计，以免朝着光敏晶体管3的方向传播的光线被光敏晶体管3切断。

如图6的平面图中所示，LED2和光敏晶体管3在绝缘衬底1上的位置与图1中相同。然而，如图7所示，凹槽7在准备设置光敏晶体管3的位置制成，并且光敏晶体管3在该凹槽7内制成。

因为光敏晶体管3必须检测从每个LED发射出的部分光线，凹槽7的深度为光敏晶体管高度的1到1.5倍更为适宜。

例如，当光敏晶体管3的高度为大约100μm时，凹槽7的深度为大约110μm更为适宜。

附带地，为了保护光敏晶体管3与引线图形4之间的电连接，电导层8在凹槽7中光敏晶体管3之下制成并且通过引线5连接到引线图形4b’。

在这种情况下，通过检测信号来实现的LED光发射控制和强度调节可以与图4和5中所示相同的方式来进行。

光发射强度的调节方法不限于上述实施例的方法，但是可以是那些能够独立测量每个发光芯片强度的方法。例如，使每个发光芯片以时间间隔发射光，从总输出中减去前面时间的输出并且计算随后发射光的发光芯片的强度是可能的。

在上述实施例中，一个光敏晶体管3检测这三个LED的光发射。然而，当这些LED不发射光时，光敏晶体管3可以检测外部光，也就是，室内照明和太阳光线。

移动终端1在各种各样的场合使用，并且经常在室外使用，不仅仅在室内。换句话说，移动终端1有时在相对暗的房间内使用，相反，有时在明亮的太阳光线下使用。因此，作为背景光使用的白光的强度能够以与外部光的强度相对应的方式进行调节是可取的。

例如，所使用一种方法能够在黑暗的房间内增加白光的强度和在明亮的太阳光线下降低日光的强度。因此，所构成的发光器件能够使得外部光能够引入图1所示的芯片区域，光敏晶体管3在LED发射光之前或者当LED停止光发射时立即进行操作，并且控制单元11可以很好检测检测信号(见图8)。

从外部光检测到的检测信号与预先确定的外部光参考值进行比较，光强度的调节量依照预先确定的计算公式进行计算。

当LED的光发射以该调节量为基础进行控制时，白光的亮度能够以与外部光的强度相对应的方式进行变化。

当发光器件具有检测外部光的功能时，本发明的发光器件在应用到折叠式移动电话单元时，能够以外部光检测的存在与否为基础作为开关传感器使用。

换句话说，当使用在折叠的时候阻止光线入射进入光敏晶体管3的结构时，传感器在没有检测到外部光时处于导通状态，在检测到外部光时处于开路状态。

上述实施例描述了具有三个发光芯片的发光器件，但是发光芯片的数量不限于3个。

例如，发光器件可以具有两个发光芯片，或者四个或者更多发光芯片。

当发光器件具有两个发光芯片，例如一个红色LED和一个绿色LED时，在进行这两个LED的光发射控制时，能够发射至少红、橙和绿三种颜色的光。当对各个LED的光发射量进行调节时，通过适当地混合这些红色和绿色，就能够发射出灰色光。

当发光器件具有四种颜色的发光芯片，例如，当发光器件具有分别发射红、蓝、绿和翠绿色的LED芯片时，通过调节这四个LED的光发射量就能够发射各种各样混合颜色的光。

图9为依照另一个实施例具有两个发光元件(LED芯片)的发光器件的结构示意图。

图9显示了一个红色LED芯片(2a)、一个绿色LED芯片(2b)和一个光敏晶体管3在一个绝缘衬底上排成一列的结构。

该光敏晶体管3设置在连接这两个LED芯片(2a、2b)部分的大体中心处。该光敏晶体管3用来监测光发射量。

光敏晶体管3检测从红色LED2a输出的红光和从绿色LED2b输出的绿光的量。

当发光器件被作为三色(红、橙和绿)的显示器件使用时，同时控制红色LED和绿色LED的光发射。光敏晶体管3检测红色LED2a的光发射量和绿色LED2b的光发射量，并且发射颜色的色调能够利用检测结果进行调节。当对红色和绿色的光发射量进行控制时，能够显示红色和绿色之间的各种灰色。

图10为依照另一个实施例具有四个发光元件(LED芯片)的发光器件的结构示意图。这里，四个LED芯片(红色2a、绿色2b、蓝色2c、翠绿色2d)和一个光敏晶体管3设置在一个绝缘衬底上。光敏晶体管3与每个LED芯片等距离进行设置，被用来监测各种颜色的光发射量。当这四种颜色LED的光发射同时进行控制时，就能够显示四种颜色和从这四种颜色产生的各种化合物颜色。光敏晶体管3检测从每个LED输出的光的光发射量并且发光颜色的色彩平衡能够以检测结果为基础进行调节。

当使用n(n＞2)个LED芯片时，通常使用全部发射不同颜色的光的n个LED芯片是可取的，但是这n个LED中的一些可能发射相同颜色的光。换句话说，这n个LED的发光颜色取决于应用可能具有任意的结合。

当LED芯片的数量n为5或更多(n≥5)时，每个LED芯片可以设置在等边n多边形的每个顶点位置，该等边n多边形的中心有一个光敏晶体管。

当多个LED芯片和用来检测每种颜色光发射量的一个光敏晶体管设置在绝缘衬底上时，在本发明的发光器件作为发光器件使用时，发光颜色的色彩平衡能够容易地进行调节。

当制成了光敏晶体管的Si衬底用作衬底时，光敏晶体管的安装面积能够减少。

上述说明主要是基于在LED芯片安装到由平常的玻璃环氧树脂形成的引线衬底的假设。然而，LED芯片和光敏晶体管当然可以安装到如日本未经审查专利公报No.Hei11(1999)-087780中所述由引线框与树脂框架集成一体所制成的封装中，如日本未经审查专利发表No.Hei7(1995)-038154中所述通过在树脂表面浇铸电极图形的图形化所制成的MID型封装中，以及如日本未经审查专利发表No.Hei9(1997)-234728中所述电极嵌陶瓷类型的封装。

Claims (5)

1.一种发光器件，它包括：

多个用来发射互相不同颜色的光的发光元件，这多个发光元件由三个分别用来发射第一、第二和第三颜色的光的发光芯片组成，它还包括：

用来施加预定电流到发光元件并且使三个发光芯片能够以预定的时间间隔陆续发射光的光发射控制部分；以及

用来以相应于光强度的方式来陆续接收由光检测元件输出的检测信号，分析上述检测信号并且调节施加到三个发光芯片中的每一个发光芯片的电流以便能够产生预定的颜色的光强度调节部分；以及

一个用来检测从每个发光元件发射出的光的光检测元件；

上述发光元件和光检测元件安装在衬底上，

所述光发射控制部分使光检测元件能够检测到在发光元件都不发光的时间区域内入射到光检测元件的外部光，光强度调节部分通过利用基于外部光的检测信号调节施加到每个发光元件的电流。

2.依照权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述光检测元件设置在与上述三个发光芯片大体等距离的位置。

3.依照权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一、第二和第三颜色的发光元件设置在等边三角形的顶点处，所述光检测元件设置在上述等边三角形的中心处。

4.依照权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述三个发光芯片设置在衬底上，并且使得所构成的光检测元件不会阻挡发射的光。

5.使用依照权利要求1到4的任一项所述发光器件作为背景光的液晶显示器。

Images