CN1943049A - 发光元件驱动用半导体芯片、发光装置以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种安装面积小的发光装置。本发明的发光装置包括：发光元件，该发光元件具有电信号端子，由从外部赋予该电信号端子的电信号驱动而发光；以及发光元件驱动用半导体芯片，其使用半导体形成了输出电信号并将该电信号施加给电信号端子的发光元件驱动用电路。将发光元件安装在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上，并且在发光元件驱动用芯片的表面上具有相互连接多个发光元件的导电路径。

Description

发光元件驱动用半导体芯片、发光装置以及照明装置
技术领域
本发明涉及发光元件驱动用半导体芯片、发光装置以及照明装置。
背景技术
近年来，在移动电话或数码照相机等电子设备中，利用驱动可视发光二极管(可视光LED)等发光元件的发光装置、以及使用多个该发光装置的照明装置的机会增多。随着电子设备的高集成化，市场上要求安装面积小的发光装置。由于可视发光二极管等发光元件容易发生静电损坏或耐压损坏，所以需要保护元件，另外还需要驱动发光元件的驱动IC，因此存在着发光装置的安装面积大的问题。
在日本专利文献特开2003-8075号公报(专利文献1)中公开了以下技术：在保护元件上安装发光元件，将其做成一个发光模块，由此来减小发光装置的安装面积。使用图12～图14来说明记载在专利文献1中的以往例子的发光装置。图12是示出以往例子的发光装置的结构的平面图。图13是沿图12的虚线A-A’所取的截面图。图14是图12和图13所示的以往例子的发光装置的电路图。在图12～图14中，对相同的结构元件标注相同的标号。
首先，对图12和图13进行说明。在以往例子的发光装置中，在基板1202上形成基板布线1203(包括VCC布线以及GND布线)，并在基板布线1203上安装发光模块1201、电源电路104、以及驱动IC 1204。构成发光模块1201、电源电路104、以及驱动IC 1204的内部电路的各个元件通过基板布线1203而分别电连接。
电源电路104包括：输入电容器143，连接在VCC布线与GND布线之间；线圈141，通过VCC布线与输入电容器143连接；肖特基二极管142，通过基板布线1203与线圈141连接；以及输出电容器144，其一端通过基板布线1203与肖特基二极管142和电压反馈端子125连接，另一端与GND布线连接。
下面对发光模块1201的各个结构元件进行说明。在发光模块1201中，引线框架114安装在基板1202的上方。齐纳二极管1213固定在引线框架114上。齐纳二极管1213的上表面除了焊盘孔113以外，都被绝缘膜131覆盖着。
除了靠近齐纳二极管1213上的两端的部分以外，在焊盘孔113中置有凸点115，在凸点115上安装有发光元件111。发光元件111是可视发光二极管(LED)。齐纳二极管1213保护发光元件111免于静电损坏或高压损坏。
在图12和图13中，在两个齐纳二极管1213上分别安装有一个发光元件111。通过将发光元件111安装在齐纳二极管1213上并形成一体化的模块，与分别安装齐纳二极管1213和发光元件111的情况相比，以往例子的发光装置的安装面积减小了。
在靠近齐纳二极管1213上的两端的部分上的焊盘孔113中分别连接有两根焊线116的一端。其中一根焊线116的另一端与正极一侧端子1253连接，另一根焊线116的另一端与负极一侧端子1254连接。
在发光元件111的上部配置有凸透镜119。凸透镜119会聚发光元件111的光，增强光的指向性，从而提高与基板1202垂直的方向上的亮度。
透光树脂模块117覆盖包括发光元件111、齐纳二极管1213、引线框架114、以及凸透镜119的整体，与基板1202一体构成。透光树脂模块117的上半部分为抛物面形状，形成有效地对光进行全反射并会聚的反射面。
下面对驱动IC 1204的各个结构元件进行说明。在驱动IC 1204中，引线框架114安装在基板1202的上方。驱动IC芯片112固定在引线框架114上。驱动IC芯片112的上表面除了焊盘孔113以外，都被绝缘膜131覆盖着。
在6个焊盘孔中分别连接有6根引线116的一端，各引线116的另一端分别与外部连接端子(控制端子123、电压反馈端子125、开关端子124、电流反馈端子126、VCC端子121、GND端子122)连接。这样，通过多根引线116，驱动IC芯片112与外部连接端子电连接。
VCC端子121与VCC布线连接。GND端子122与GND布线连接。控制端子123输入用于进行驱动IC 1204的开/关(ON/OFF)的切换的信号。当输入控制端子123的输入电压为高(High)时，驱动IC芯片112进行操作，发光元件111连续发光。当输入电压为低(Low)时，驱动IC芯片112停止操作，发光元件111停止发光。通过向控制端子123输入脉冲电压，可以重复进行发光元件111的点亮熄灭的操作。
开关端子124通过基板布线1203与肖特基二极管142的正极端子和线圈141连接。电压反馈端子125通过基板布线1203与肖特基二极管142的负极端子、发光模块1201的正极一侧端子1253、以及输出电容器144连接。电流反馈端子126通过基板布线与发光模块1201的负极一侧端子1254连接。
下面对图14的以往例子的发光装置的电路结构进行说明。如图14所示，以往例子的发光装置包括：电源电路104，使外部电源140输出的电压升压；驱动IC 1204，通过外部连接端子(VCC端子121、开关端子124、电压反馈端子125)与电源电路连接；以及发光模块1201，通过正极一侧端子1253与电源电路104连接，并通过负极一侧端子1254与驱动IC 1204连接。
在图14中，驱动IC 1204的框内所示的电路是安装在驱动IC芯片112中的内部电路。驱动IC芯片112包括：第一保护电路501，连接在电压反馈端子125与GND端子122之间；第二保护电路1401，连接在VCC端子121与GND端子122之间，在其中间连接点上连接有电流反馈端子126；电流检测电阻504，连接在电流反馈端子126与接地电位之间；电压检测电路503，其与控制端子123、电压反馈端子125、以及电流反馈端子126连接；以及驱动电路502，其与控制端子123、电压检测电路503、以及开关端子124连接。
第一保护电路501通过向电压反馈端子125施加电涌而防止电压检测电路503遭受静电损坏，该第一保护电路501由齐纳二极管、MOS晶体管、或场效应晶体管等构成。图14的第一保护电路501为齐纳二极管。
第二保护电路1401通过向电流反馈端子126施加电涌而防止驱动IC芯片112的内部电路遭受静电损坏。在图14中，第二保护电路1401由两个二极管的串联连接电路构成。
驱动电路502通过开关端子124来驱动线圈141和肖特基二极管142，使来自外部电源140的输入电压升压。由此，比输入电压高的电压作为输出电压而被施加在输出电容器144上。输出电容器144的电压通过发光模块1201的正极一侧端子1253被施加在发光元件111的正极一侧。
在发光模块1201中，一对齐纳二极管1213和一对发光元件111并联连接。齐纳二极管1213在安装发光模块1201时等情况下保护发光元件111免受施加在正极一侧端子1253或负极一侧端子1254上的电涌的损坏。
发光模块1201的负极一侧端子1254与连接在驱动IC芯片112内部的电流检测电阻504上的电流反馈端子126连接。电压检测电路503通过将电流检测电阻504的端子电压保持为恒定而使流经发光元件111的电流保持恒定。电压检测电路503进行输出电压的检测和控制，以使电压反馈端子125的电压不超过规定值。
由于以往例子的驱动电路502和电压检测电路503与本发明相同，所以在图14中省略或简化地记载了内部电路。驱动电路502和电压检测电路503的内部电路的详细情况将在本发明的第一实施方式中进行说明。
专利文献1：日本专利文献特开2003-8075号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
由于在如上构成的以往例子的发光装置中将包括发光元件111的发光模块1201和包括驱动IC芯片112的驱动IC 1204安装在不同的引线框架上，因而有安装面积大的问题。尤其是在使用多个发光元件111的情况下，齐纳二极管1213所占据的空间增大，很成问题。在以往例子的发光装置中，由于需要保护发光元件111免受静电损坏或电压损坏的保护元件1213、以及驱动发光元件111的驱动IC 112，所以无法为了减小安装面积而将其去除。
本发明解决了上述问题，其目的在于提供一种安装面积小的发光装置。
本发明的目的在于提供一种可以组合使用任意数量的发光元件的、廉价的发光元件驱动用半导体芯片。
本发明的目的在于提供一种廉价的照明装置。
本发明的目的在于提供一种高亮度的小型照明装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明具有以下结构。
本发明第一方式的发光装置包括：发光元件，该发光元件具有电信号端子，由从外部赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光；以及发光元件驱动用半导体芯片，其使用半导体形成有输出所述电信号并将该电信号施加给所述电信号端子的发光元件驱动用电路；其中，将所述发光元件安装在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上。
通过在发光元件驱动用半导体芯片(驱动IC芯片)上安装发光元件，本发明可以实现安装面积小的发光装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，所述发光元件驱动用半导体芯片包括：保护电路，保护所述发光元件或所述发光元件驱动用电路免受从外部施加的静电或高电压(以下，将静电或高电压称为“电涌电压”)损坏；以及保护端子，用于将所述保护电路与外部电连接起来；其中，将所述保护端子连接到所述发光元件的所述电信号端子上。
在设置用于保护驱动IC芯片的内部电路的保护电路的工序中，通过将发光元件的保护电路设置在驱动IC芯片上，或者通过设置兼顾对驱动IC芯片的内部电路进行保护和对发光元件进行保护的保护电路，能够实现高可靠性的、廉价的发光装置。根据本发明，由于在驱动IC芯片的外部不设置如以往那样的、仅用于保护发光元件不受从外部施加的电涌电压损坏的第一保护电路，所以可以实现与以往相比价格便宜且安装面积小的发光装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，所述保护电路包括一个或多个元件，其中所述元件是通过与形成所述发光元件驱动用半导体芯片的发光元件驱动用电路的元件相同的制造方法而形成的。
例如，使用PN结二极管、场效应晶体管、MOS晶体管中的至少一个来形成保护电路。本发明可以实现廉价、高可靠性、安装面积小的发光装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上安装有分别由不同芯片构成的多个所述发光元件，所述发光元件驱动用半导体芯片设有相互连接所述发光元件的导电路径。
通过在驱动IC芯片上设置仅用于相互连接多个发光元件的导电路径，可以实现廉价、且安装面积小的发光装置。
导电路径既可以是电阻值极低的导电体，也可以是产生规定电阻值或规定压降的路径。一般来说，导电路径在很多情况下优选由电阻值极低的导电体形成。导电路径既可以在驱动IC芯片的半导体基板自身上由扩散层形成，也可以通过蒸镀、粘合、涂布等任意方法在半导体基板上形成。导电路径的材质是任意的。例如，是在驱动IC芯片上形成的扩散层、金属布线层、树脂布线层等。
在本发明其他方式的上述发光装置中，在所述发光元件驱动用半导体芯片中，所述导电路径由扩散层或金属布线层形成，其中所述扩散层或金属布线层是通过与形成所述发光元件驱动用电路的扩散层或金属布线层相同的处理方法而形成的。
通过本发明，可以实现廉价、且安装面积小的发光装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，所述导电路径包括具有规定电阻值的电阻。
根据本发明，例如，可以根据导电路径的电阻值的变化检测出发光元件附近的温度、或者可以根据导电路径的两端电压检测出流经发光元件的电流，或者可以通过在并联连接多个发光元件的电路中与各个发光元件串联连接具有电阻值的导电路径而使流经各个发光元件的电流均匀。
本发明其他方式的上述发光装置具有以不同的波长发光的多个可视发光元件。
根据本发明，由于可以将发光颜色不同的多个发光元件配置在非常接近的位置上，所以例如当使多个发光元件同时发光时，多个发光元件的颜色能够很好地混合，因此从任何角度观察均不易产生色斑。
在本发明其他方式的上述发光装置中，所述发光元件包括分别以红、绿、蓝三原色发光的多个可视发光元件。
本发明的发光装置可以进行彩色显示。由于发光装置本身具有驱动IC芯片，所以可以削减周边电路，并且可以将多个发光装置容易地连接起来。由于发光装置的安装面积小、在各个发光装置的整体面积中发光面积所占的比例大，因此如果密集地排列多个发光装置的话，就可以实现亮度远高于以往的高亮度发光装置的显示装置(照明装置)。例如，可以用于户外用图像显示装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个透过型聚光透镜的焦点附近。
通过将发光元件配置在聚光用光学系统的焦点上，可以将发光元件发出的光向预定的方向会聚。由于在电路基板上安装发光元件的精度方面的限制等，在将多个发光元件配置在电路基板上的以往的发光装置中，必须间隔一定程度的距离来配置各个发光元件。因此，多个发光元件被安装在稍偏离聚光用光学系统的焦点的位置处。例如，多个发光元件被配置在稍大的抛物线形反射面下方的、稍偏离抛物线的焦点的位置上，在抛物线的底部，在各个发光元件的正上方设有各个树脂制的凸透镜。因此，发光元件发出的光的一部分不会朝向规定的方向，从而无法将聚光率提高到某一程度以上。而根据本发明，可以实现具有比以往高的聚光率和比以往强的指向性的发光装置。
在本发明其他方式的上述发光装置中，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个反射面的焦点附近。
典型的反射面是在其内表面上对光进行全反射的透明的树脂反射面。根据本发明，可以实现具有高聚光率、高指向性的发光装置。
本发明一个方式的照明装置具有多个上述发光装置，每个上述发光装置具有所述发光元件驱动用半导体芯片，所述发光元件驱动用半导体芯片具有向所述发光元件施加规定电流的恒流电路或向所述发光元件施加规定电压的恒压电路。
根据本发明，可以实现简化了发光装置之间的布线的、廉价的照明装置。通过密集地配置发光装置，可以实现与以往相比高亮度和/或小型的照明装置。照明装置例如包括通常的照明装置、大型的显示面板、影像显示装置等。
本发明的一个方式的发光元件驱动用半导体芯片安装有多个发光元件，每个发光元件具有电信号端子，由赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光，所述发光元件驱动用半导体芯片包括：发光元件驱动用电路，用半导体形成，输出所述电信号并将其施加给所述电信号端子；以及导电路径，相互连接所述多个发光元件的所述电信号端子。
根据本发明，通过在发光元件驱动用半导体芯片(驱动IC芯片)上设置仅用于相互连接多个发光元件的导电路径，可以实现廉价、且安装面积小的发光元件驱动用半导体芯片。
在本发明其他方式的上述发光元件驱动用半导体芯片中，分别由不同的芯片构成的个数为P(P为1以上的正整数)的所述发光元件和所述发光元件驱动用半导体电路的电路元件经由设置于所述导电路径上的凸点而相互连接。
根据本发明，可以实现不需要焊线、廉价、并且安装面积小的发光元件驱动用半导体芯片。
在本发明其他方式的上述发光元件驱动用半导体芯片中，所述导电路径具有如下导电路径形状：代替个数为P的所述发光元件，安装与所述发光元件形状大致相同的个数为Q(Q是与P不同的正整数)的发光元件。
根据本发明，在一种导电路径图案(例如铝布线图案)中，通过改变发光元件的安装位置，可以制造出具有不同数量发光元件的多个发光装置。根据本发明，形成导电路径图案的掩膜只要一种即可。另外，由于可以组合一种驱动IC芯片和任意的发光元件而制造出符合需要的发光装置，因此可以减少作为LED材料的驱动IC芯片的库存。根据本发明，可以减少工厂的管理成本。
本发明其他方式的上述发光元件驱动用半导体芯片具有用于使得驱动所述发光元件的电流或电压值可变的外部连接端子。
例如，在驱动IC芯片驱动1个发光元件和驱动4个发光元件的情况下，有时改变驱动IC芯片的设定。本发明的发光元件驱动用半导体芯片可以改变从外部连接端子流向发光元件的电流或施加在发光元件上的电压，因此可以使用一种驱动IC芯片来制造多种发光装置。
本发明的新特征记载在权利要求书中，以下将结合附图进行详细的说明，由此应该可以更好地理解、评价本发明的结构、内容、以及其他目的、特征。
为了进行图示，以简要的表现方式描述了附图的一部分或全部，因而未必忠实地描述了其所表示的要素的实际相对大小或位置。
发明的效果
根据本发明，能够取得可实现安装面积小的发光装置的有利效果。
根据本发明，通过去除以往必需的齐纳二极管等保护元件，能够取得可实现廉价、高可靠性的发光装置的有利效果。
根据本发明，能够取得可实现以下发光装置的有利效果，该发光装置提高了发光模块的外部连接端子的静电损坏的耐压。
根据本发明的发光装置，由于在驱动IC芯片上安装发光元件，所以与以往相比，基板布线的寄生电阻、寄生电容降低。因此，可以取得以下有利效果：使电流值稳定的相位补偿的设计变得容易，发光的亮度稳定，从而不会出现发光的闪烁。
根据本发明，能够取得可实现以下发光元件驱动用半导体芯片的有利效果，该发光元件驱动用半导体芯片可以组合使用任意数量的发光元件并且价格低廉。
根据本发明，能够取得可实现廉价的照明装置的有利效果。
根据本发明，能够取得可实现高亮度、小型的照明装置的有利效果。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式的发光装置的结构的平面图；
图2是沿图1的虚线A-A’所取的截面图；
图3是本发明第一实施方式的驱动IC芯片的部分放大截面图；
图4是示出连接在本发明第一实施方式的发光装置的发光元件与驱动IC芯片之间铝布线的形状的平面图；
图5是本发明第一实施方式的发光装置的电路图；
图6是本发明第二实施方式的发光装置的电路图；
图7是本发明第三实施方式的保护电路的电路图；
图8是本发明第四实施方式的保护电路的电路图；
图9是本发明第五实施方式的保护电路的电路图；
图10是本发明第六实施方式的驱动IC芯片的部分放大截面图；
图11是本发明第七实施方式的驱动IC芯片的部分放大截面图；
图12是示出以往例子的发光装置的结构的平面图；
图13是沿图12的虚线A-A’所取的截面图；
图14是以往例子的发光装置的电路图；
图15的(a)至(d)是示出连接在本发明第八实施方式的发光装置的发光元件与驱动IC芯片之间的铝布线的形状的平面图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明具体示出了用于实施本发明的最佳方式的实施方式。
【第一实施方式】
使用图1～图5来说明本发明第一实施方式的发光装置。图1是本发明第一实施方式中的发光装置的平面图。图2是沿图1中的虚线A-A’所取的截面图。图3是驱动IC芯片112的部分放大截面图。图4是示出连接在作为LED的发光元件111a、111b和驱动IC芯片112之间的铝布线的形状的平面图。图5是本发明第一实施方式的发光装置的电路图。在图1～图5中，对与以往例子的图12～图14相同的结构元件使用相同的标号。
使用图1和图2来说明本发明第一实施方式的发光装置。在本发明第一实施方式的发光装置中，在基板102上形成基板布线103(包括VCC布线以及GND布线)，在基板布线103上安装电源电路104和发光模块101。发光模块101的内部电路的各个元件和电源电路104的内部电路的各个元件通过基板布线103分别电连接。VCC布线与外部电源连接，GND布线与接地电位连接。
电源电路104包括：输入电容器143，连接在VCC布线与GND布线之间；线圈141，通过VCC布线与输入电容器143连接；肖特基二极管142，通过基板布线103与线圈141连接；以及输出电容器144，其一端通过基板布线103与肖特基二极管142连接，另一端与GND布线连接。
发光模块101具有通过基板布线103而与电源电路104连接的外部连接端子(VCC端子121、GND端子122、控制端子123、开关端子124、电压反馈端子125)。
VCC端子121与VCC布线连接。GND端子122与GND布线连接。控制端子123通常与微型计算机等控制电路的输出连接，输入对发光元件111a、111b的发光/停止进行切换的信号。
开关端子124通过基板布线103与肖特基二极管142的正极端子和线圈141连接。电压反馈端子125通过基板布线103与肖特基二极管142的负极端子和输出电容器144连接。
下面进一步说明构成发光模块101的各个元件。在本发明第一实施方式的发光模块101中，引线框架114安装在基板102的上方，在引线框架114上固定有驱动IC芯片(发光元件驱动用半导体芯片)112。驱动IC芯片112的上表面除了焊盘孔113以外，都被绝缘膜131覆盖着。焊盘孔113是驱动IC芯片112上不存在绝缘膜131的部分。除了靠近两端的部分以外，在焊盘孔113中设有凸点115，将发光元件111a、111b安装在凸点115上。
本发明的发光装置与以往例子的发光装置的不同的特征点在于，在发光模块101中内置有驱动IC芯片112，将发光元件111a、111b安装在驱动IC芯片112上。因此，本发明的基板112的尺寸比以往例子的基板1202小。在本发明的发光装置中，由于将发光元件111a、111b安装在驱动IC芯片112上，所以与以往相比，可以减小发光装置的安装面积。
发光元件111a、111b(将两者统一表示为发光元件111)分别由不同的芯片构成。在本发明的第一实施方式中，将多个发光元件安装在驱动IC芯片112上。在图1～图5中，安装有2个发光元件111a、111b。
发光元件111a、111b是可视发光二极管(LED)。发光元件的颜色可以使用所希望的颜色。在第一实施方式中，发光元件111a、111b为蓝色发光二极管，通过表面上涂敷有白色荧光物质的透过型聚光透镜119而向外部发出白色光。在本发明中，多个发光元件也可以分别以不同的波长来发光。配置在发光元件111上部的凸透镜119会聚发光元件111的光，增强光的指向性，从而提高与基板102垂直的方向上的亮度。
透光树脂模块117覆盖、固定并保护包括发光元件111、驱动IC芯片112、引线框架114、以及凸透镜119的整体。透光树脂模块117发挥以下作用：会聚发光元件111的光，调节亮度和光的指向性。透光树脂模块117的上半部分为抛物面形状，形成有效地对光进行全反射并会聚、从而提高与基板102垂直的方向上的亮度的反射面。
在第一实施方式中，透光树脂模块117和凸透镜119的材质相同并且形成为一体。多个发光元件111a、111b配置在一个透过型聚光透镜119和一个反射面117的焦点附近，在该透过型聚光透镜119的表面上涂敷有白色荧光物质。
图3是驱动IC芯片112的上表面的一部分的放大图。作为驱动IC芯片112的基板的P型硅基板132的上表面被绝缘膜133a覆盖。绝缘膜133a的上表面除了作为导电路径的铝布线118a、118b、118c之处以外，都被绝缘膜133b覆盖。
在第一实施方式中，绝缘膜133a和绝缘膜133b是氧化膜(SiO2)。另外，绝缘膜133a、133b的材质不限于氧化膜(SiO2)，也可以是氮化膜(SiN)、高分子化合物(聚酰亚胺等)、树脂(环氧树脂等)等。
绝缘膜133b、铝布线118a、118b、118c的上表面除了焊盘孔113以外，都被绝缘膜131覆盖着。焊盘孔113用于连接焊线116以及载置凸点115。在铝布线118a、118b、118c上的焊盘孔113的某一规定的位置上设有凸点115。
发光元件111a、111b安装在凸点115上。发光元件111a、111b通过凸点115与驱动IC芯片112上的铝布线118a、118b、118c连接。
在图3的靠近两端的部分所示的焊盘孔113中连接有图1和图2所示那样的焊线116。驱动IC芯片112通过焊线116与内部电路和外部连接端子(VCC端子121、GND端子122、控制端子123、开关端子124、电压反馈端子125)电连接。
如图4的铝布线的形状和图5的电路图所示，发光元件111b的正极(电信号端子)通过凸点115和铝布线118c与驱动IC芯片112的内部电路元件和电压反馈端子(保护端子)125连接。发光元件111b的负极通过凸点115和铝布线188b与发光元件111a的正极连接。发光元件111a的负极通过凸点115和铝布线118a与驱动IC芯片112的内部电路元件(电路反馈用的电阻元件504等)连接。发光元件111a、111b的正极和负极为电信号端子。
铝布线118b具有连接发光元件111b的负极和发光元件111a的正极的功能，与形成在驱动IC芯片112上的电路元件不相连。
也可以代替本发明第一实施方式的铝布线118a、118b、118c，而通过由金属布线层或扩散层等形成的导电路径将驱动IC芯片112和多个发光元件111a、111b相互连接在一起。金属布线层例如由铝、金、或铜形成。
下面对图5的第一实施方式的发光装置的电路图进行说明。如图5所示，本发明的第一实施方式的发光装置包括：电源电路104，使外部电源140输出的电压升压；以及发光模块101，通过外部连接端子(VCC端子121、开关端子124、电压反馈端子125)与电源电路104连接。
在电源电路104中，输入电容器143的一端与外部电源140连接。输入电容器143的另一端与接地电位连接。线圈141与输入电源140和肖特基二极管142的正极端子连接。肖特基二极管142的负极端子与输出电容器144的一端连接。输入电容器的另一端与接地电位连接。
记载在图5所示的发光模块101的框内的第一保护电路501、驱动电路502、电压检测电路503、以及电流检测电阻504是安装在驱动IC芯片112中的发光元件驱动用电路。驱动IC芯片112通过连接在输入电容器143和线圈141之间的VCC端子121获得电源的供电而驱动。
电压反馈端子125连接在肖特基二极管142的负极端子与输出电容器144之间，将输出电压输入。GND端子122与接地电位连接。
在电压反馈端子125与GND端子122之间并联连接有：第一保护电路501、电压检测电路503的第一分压电阻521和第二分压电阻522。
在第一实施方式中，第一保护电路501为齐纳二极管。第一保护电路501防止电压检测电路503由于电涌电压被施加在电压反馈端子125上而遭受静电损坏。
在电压反馈端子125上还连接有发光元件111b的正极。发光元件111b的负极与发光元件111a的正极连接。发光元件111a的负极通过电流检测电阻504与接地电位连接。
发光元件111b的正极一侧通过电压反馈端子125而电暴露于外部。在安装工序等当中，通过电压反馈端子125而被施加在发光元件111b的正极上的电涌电压被第一保护电路501吸收。由此，防止了发光元件111a和111b受到静电损坏。
虽然第一保护电路501是用于保护驱动IC芯片112内部的电路，但由于在发光模块101内与发光元件111b连接，所以也起着发光元件111a和111b的保护电路的功能。因此，本发明的发光装置可以省略以往例子的发光装置所需要的图14的齐纳二极管1213。
由于发光元件111a的负极一侧在发光模块101内部与电流检测电阻504连接，所以来自外部的电涌电压未施加在其上。因此，本发明的发光装置不需要以往例子的发光装置所需的第二保护电路1401(图14)。由此，本发明与以往的发光装置相比，可以减小驱动IC芯片112的面积。
发光元件111a和电流检测电阻504的连接点与误差放大器526的反相输入端子连接。在误差放大器526的非反向输入端上连接有第一基准电压525的一端。第一基准电压525的另一端与接地电位连接。误差放大器525的输出端子与PWM比较器528的非反向输入端子连接，并通过电容器和电阻与误差放大器525的非反向输入端子连接。
在PWM比较器528的反向输入端子上连接有一端与控制端子123连接的锯齿波振荡器527的另一端。PWM比较器528的输出端子与驱动电路502内部的AND电路511的输入端子连接。
如上所述，通过相互连接电压检测电路503内部的各个元件而进行负反馈的操作，使得电流检测电阻504的端子间电压与输入误差放大器526的非反向输入端子的第一基准电压525相等。由此，通过使流经电流检测电阻504的电流恒定，可以将流经发光元件111的电流控制为恒定，从而使发光的亮度保持恒定。
在驱动电路502内部的AND电路511的输入端子上还连接有比较器524的输出端子。在比较器524的反向输入端子上连接有第一分压电路521和第二分压电路522的连接点。在比较器524的非反向输入端子上连接有第二基准电压523的一端。第二基准电压523的另一端与接地电位连接。
如上所述连接的第一分压电阻521、第二分压电阻522、第二基准电压523、以及比较器524即为用于进行输出电压的检测和控制、以使输出电容器144的输出电压(电压反馈端子125的电压)不超过规定值的保护电路。
在驱动电路502中，AND电路511的输出端子通过放大器与N通道MOS晶体管512的栅极连接。N通道MOS晶体管512的源极与接地电位连接，漏极与开关端子124连接。
驱动电路502通过AND电路511的输出来控制N通道MOS晶体管512的导通截止的开关操作。通过该开关操作，使外部电源140输出的输入电压升压，向输出电容器144施加高于输入电压的电压。
在AND电路511的输入端子上连接有控制端子123。当输入控制端子123的输入电压为高时，驱动IC芯片112进行操作，驱动电路502使发光元件111连续发光。当输入电压为低时，驱动IC芯片112停止操作，驱动电路502使发光元件111停止发光。由此，驱动电路502根据输入控制端子123的输入电压来进行发光元件111的ON/OFF的切换。通过向控制端子123输入脉冲电压，可以重复进行发光元件111的点亮熄灭的操作。
对在如上构成的本发明的发光装置中向发光元件111a和111b提供恒定电流的操作进行说明。当流经发光元件111a和发光元件111b的电流增加时，电流检测电阻504的端子电压升高。当电流检测电阻504的端子电压变得高于第一基准电压525、电流检测电阻504的端子电压与第一基准电压525的差变大时，电压检测电路503的误差放大器526的输出信号降低。
误差放大器526的输出信号被输入PWM比较器528的非反向输入端子，振荡器527的输出信号被输入PWM比较器528的反向输入端子。随着误差放大器526的输出信号降低，PWM比较器528的输出信号低(Low)的期间变长，高(High)的期间变短。在PWM比较器528的输出信号高的期间内，N通道MOS晶体管512导通。由于导通时间变短，所以从外部电源140输入的电流蓄积在线圈141中的量减少。
由于蓄积在线圈141中的电流少，因此当PWM比较器528的输出信号为低、N通道MOS晶体管512截止时，施加在输出电容器144的电压反馈端子125上的电压值变小。从电压反馈端子125流经发光元件111a和发光元件111b的电流变小。于是，电流检测电阻504的端子电压下降，电流检测电阻504的端子电压与第一基准电压525的差变小。
流经发光元件111a和111b的电流变小时的操作与上述操作相反。如上所述，电压检测电路503控制驱动电路502的N通道MOS晶体管512的开关操作，以使电流检测电阻504的端子电压与第一基准电压525相等。这样一来，恒定电流流经发光元件111。
在本发明第一实施方式的发光装置中，在发光模块101中未设置作为外部连接端子的电流反馈端子126。在以往例子的发光装置中，电流反馈端子126设置在驱动IC 1204中，与以往的发光模块1201的负极一侧端子1254连接。在本发明的第一实施方式中，在发光模块101内安装有发光元件111和驱动IC芯片112并将其相互连接在一起，因此不需要如以往那样的电流反馈端子126。
本发明第一实施方式的驱动IC芯片112为恒流电路，使输入电压升压，并使规定的电流流经发光元件111a、111b。也可以代替该结构而采用以下结构：驱动IC芯片112为恒流电路，使输入电压升压，并向发光元件111a、111b施加规定的电压。
另外，作为其他结构，驱动IC芯片112也可以包括：使输入电压升压至恒定电压的恒压电路、以及使规定的电流流经各个相互连接的多个发光元件的恒流电路。驱动IC芯片112也可以是使输入电压降压、并使规定的电流流经发光元件111a、111b的恒流电路，或者是向发光元件111a、111b施加规定电压的恒压电路。
由于在本发明的发光装置中将发光元件111安装在驱动IC芯片112上，所以与以往例子的发光装置相比可以大幅度地减小安装面积。
根据本发明，与以往通过使用齐纳二极管等孤立的保护元件来进行保护相比，由于可以在驱动IC芯片112内形成多种保护电路，所以可以提高发光模块101的外部连接端子的静电损坏的耐压。
【第二实施方式】
使用图6来说明第二实施方式的发光装置。图6是示出第二实施方式的发光装置的电路图。在图6中，对与图5相同的元件标注相同的标号。第二实施方式的发光装置与第一实施方式的发光装置的不同点在于将4个发光元件111(111a、111b、111c、111d)串联连接。除此之外的结构与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第二实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。
另外，发光元件111的个数或连接不限于第一实施方式和第二实施方式，连接任意的期望数量的发光元件、或并联连接多个发光元件和串联电阻的实施方式也包括在本发明中。当然，发光元件也可以是1个。
另外，在第一实施方式和第二实施方式中，配置在发光元件111的上部的凸透镜119为1个，但也可以根据发光元件的数量而配置多个凸透镜。例如，也可以针对1个发光元件而使用1个凸透镜。
【第三实施方式】
使用图7来说明第三实施方式的发光装置。第三实施方式的发光装置仅在第一保护电路501的结构方面与第一实施方式(图5)不同。图7是示出第三实施方式的发光装置的保护电路的结构的电路图。在第三实施方式的第一保护电路501中并联连接齐纳二极管711和二极管712。
二极管712主要使用的是PN结。齐纳二极管711和二极管712的负极与第一实施方式的图5的电压反馈端子125连接。齐纳二极管711和二极管712的正极与图5的GND端子122连接。另外，第一保护电路501也可以仅是二极管712。
在第三实施方式中，除了第一保护电路501的结构以外均与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第三实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。与第一实施方式和第二实施方式相同，本实施方式的发光元件和凸透镜的数量的组合是任意的。
【第四实施方式】
使用图8来说明第四实施方式的发光装置。第四实施方式的发光装置仅在第一保护电路501的结构方面与第一实施方式(图5)不同。图8是示出第四实施方式的发光装置的保护电路的结构的电路图。在第四实施方式的第一保护电路501中，在NPN型场效应晶体管811的基极-发射极之间连接有电阻812。
NPN型场效应晶体管811的发射极与第一实施方式的图5的GND端子122连接。NPN型场效应晶体管811的集电极与第一实施方式的图5的电压反馈端子125连接。第四实施方式的第一保护电路501可以通过改变电阻812的电阻值来调节耐压。使用场效应晶体管811的保护电路的面积通常比使用二极管的保护电路的面积小。
在第四实施方式中，除了第一保护电路501的结构以外均与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第四实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。与第一实施方式和第二实施方式一样，本实施方式的发光元件和凸透镜的数量的组合是任意的。
【第五实施方式】
使用图9来说明第五实施方式的发光装置。第五实施方式的发光装置仅在第一保护电路501的结构方面与第一实施方式(图5)不同。图9是示出第五实施方式的发光装置的保护电路的结构的电路图。在第五实施方式的第一保护电路501中使用N通道MOS晶体管911。
N通道MOS晶体管911的栅极、背栅、源极端子共同连接在第一实施方式的图5的GND端子122上。N通道MOS晶体管911的漏极与第一实施方式的图5的电压反馈端子125连接。使用N通道MOS晶体管911的保护电路501的面积通常比使用二极管的保护电路的面积小。
在第五实施方式中，除了第一保护电路501的结构以外均与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第五实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。与第一实施方式和第二实施方式相同，本实施方式的发光元件和凸透镜的数量的组合是任意的。
【第六实施方式】
使用图10来说明第六实施方式的发光装置。图10是示出第六实施方式的驱动IC驱动芯片112的部分放大截面图。在图10中，对与第一实施方式的图3相同的结构元件标注相同的标号。第六实施方式的发光装置与第一实施方式的发光装置的不同点在于发光元件111a与发光元件111b的连接。
在第六实施方式的发光装置中，在作为驱动IC芯片112的基板的P型硅基板132的上部配置有P型扩散电阻1002，P型扩散电阻1002的周围被N型晶片1001覆盖。P型硅基板132的上表面被铝布线1018a、1018a’、以及绝缘膜133a覆盖。在其上还覆盖有绝缘膜133b、以及铝布线118a、1018b、1018b’、118c。
绝缘膜133b、以及铝布线118a、1018b、1018b’、118c上除了焊盘孔113以外，都被绝缘膜131覆盖。第六实施方式的绝缘膜131为聚酰亚胺。在焊盘孔113的规定的位置上置有凸点115，在其上安装有发光元件111a和111b。发光元件111a通过凸点115、铝布线1018b、铝布线1018a、P型扩散电阻1002、铝布线1018a’、铝布线1018b’电连接到发光元件111b上。
第六实施方式的其他的结构与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第六实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。在本实施方式中，也可以相应于发光元件111a和111b的数量而使用两个凸透镜。
【第七实施方式】
使用图11来说明第七实施方式的发光装置。图11是驱动IC芯片112的部分放大截面图。在图11中，对与第一实施方式的图3和第六实施方式的图10相同的结构元件标注相同的标号。第三实施方式的发光装置与第一实施方式和第六实施方式的不同点在于多个发光元件111的相互连接的方式。
在第七实施方式的发光装置中，在驱动IC芯片112的P型硅基板132的上部配置有P型扩散电阻1002，P型扩散电阻1002的周围被N型晶片1001覆盖。P型硅基板132的上表面被4层绝缘膜(从下至上依次为133a、133b、133c、133d)、以及4层铝布线(1118a和1118a’、1118b和1118b’、1118c和1118c’、1118d和1118d’)所覆盖。
除了焊盘孔113以外，在上层的绝缘膜133d和铝布线118a、118d、118d’上还形成有绝缘膜131。在焊盘孔113的规定的位置上设有凸点115，在其上安装有发光元件111a、111b。发光元件111a和111b通过凸点115、4层铝布线(1118a、1118a’、1118b、1118b’、1118c、1118c’、1118d、1118d’)、P型扩散电阻1002而相互电连接。
对于第七实施方式的发光装置来说，其他结构与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第七实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式相同的效果。在本实施方式中，也可以根据发光元件111的数量而配置多个凸透镜119。
【第八实施方式】
使用图15(a)～图15(d)来说明第八实施方式的发光装置。图15的(a)是示出作为第八实施方式的导电路径的铝布线的形状的平面图。图15的(b)～(d)是分别将2个、3个、4个发光元件安装在铝布线1510上的图。图15的(a)～(d)的铝布线1510的形状均相同。第八实施方式的发光装置的铝布线1510具有可以电连接2至4个中任意数量的发光元件的形状。
在第八实施方式的发光装置中，将多个铝布线1510安装在驱动IC芯片112上。在图15的(a)～(d)中，铝布线1510上的白圈1511示出了凸点的位置。发光元件1501～1509通过设置在铝布线1510上的凸点而与铝布线1510电连接。第八实施方式的发光装置与第一实施方式的不同点仅在于铝布线1510的形状。在图15的(b)～(c)中示出了电流在连接各个发光元件1501～1509的凸点1511和凸点1511之间流动的路径。
根据本发明的第八实施方式，仅通过使用一种导电路径图案(例如铝布线1510的图案)并改变发光元件1501～1509的安装位置，就可以制造出具有不同数量的发光元件的多个发光装置。根据本发明的第八实施方式，形成导电路径图案的掩膜只要一种即可。另外，由于可以组合一种驱动IC芯片和任意的发光元件而制造出符合需要的发光装置，所以可以减少作为LED材料的驱动IC芯片的库存。从而可以削减工厂的管理成本。
第八实施方式的发光装置的驱动IC芯片112也可以具有用于改变流经发光元件的电流或向发光元件施加的电压的外部连接端子。
在第八实施方式的发光装置中，作为导电路径的铝布线的形状以外的结构与第一实施方式相同。因此省略重复的说明。由于在该第八实施方式中主要部分的结构相同，所以具有与第一实施方式的发光装置相同的效果。在本实施方式中，也可以根据发光元件的数量而配置多个凸透镜。
上述第一实施方式至第八实施方式的发光装置也可以具有以不同的波长发光的多个可视发光元件。上述第一实施方式至第八实施方式的发光装置也可以具有分别以红、绿、篮三种原色发光的多个可视发光元件。可以制造并联连接多个上述第一实施方式至第八实施方式的发光装置的照明装置。
对发明的优选实施方式进行了一定程度的详细说明，该优选方式所公开的内容可以在结构的细节上进行适当的改变，可以在不脱离本发明的范围和思想的情况下改变各个要素的组合或顺序。
工业实用性
本发明可用于发光元件驱动用半导体芯片、发光装置、以及照明装置。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
根据专利合作条约第19条(1)修改的声明
PCT国际申请号：PCT/JP2005/007412
PCT国际申请日：2005年4月18日
进行了以下修改：在权利要求1中追加了包括在提出申请时的权利要求2中的内容，即“发光元件驱动用半导体芯片包括保护电路”，同时明确了发光元件和发光元件驱动用半导体芯片之间的连接关系。
删除了权利要求2。
1.(修改后)一种发光装置，其特征在于，包括：
发光元件，该发光元件具有电信号端子，由从外部赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光；和
发光元件驱动用半导体芯片，其使用半导体形成有：输出所述电信号并将所述电信号施加给所述电信号端子的发光元件驱动用电路、以及连接在用于与外部电连接的保护端子上的保护电路；
并且，将所述发光元件经由绝缘膜而配置在所述发光元件驱动用半导体芯片上，并通过贯穿所述绝缘膜的连接体而连接到所述发光元件驱动用半导体芯片上，
所述发光元件及所述发光元件驱动用电路分别通过所述保护端子而与外部相连接。
2.(删除)
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
所述保护电路包括一个或多个元件，其中所述元件是通过与形成所述发光元件驱动用半导体芯片的发光元件驱动用电路的元件相同的制造方法而形成的。
4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上安装有分别由不同芯片构成的多个所述发光元件，
所述发光元件驱动用半导体芯片设有将所述发光元件相互连接起来的导电路径。
5.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，
在所述发光元件驱动用半导体芯片中，所述导电路径由扩散层或金属布线层形成，其中所述扩散层或金属布线层是通过与形成所述发光元件驱动用电路的扩散层或金属布线层相同的处理方法而形成的。
6.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述导电路径包括具有规定电阻值的电阻。
7.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置具有以不同的波长发光的多个可视发光元件。
8.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述发光元件包括分别以红、绿、蓝三原色发光的多个可视发光元件。
9.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个透过型聚光透镜的焦点附近。
10.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个反射面的焦点附近。
11.一种照明装置，其特征在于，具有多个权利要求1所述的发光装置，所述发光装置具有所述发光元件驱动用半导体芯片，所述发光元件驱动用半导体芯片具有向所述发光元件施加规定电流的恒流电路或向所述发光元件施加规定电压的恒压电路。
12.一种发光元件驱动用半导体芯片，其安装有多个发光元件，每个发光元件具有电信号端子，由赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光，所述发光元件驱动用半导体芯片的特征在于，包括：
发光元件驱动用电路，用半导体形成，输出所述电信号并将其施加给所述电信号端子；以及
导电路径，相互连接所述多个发光元件的所述电信号端子。
13.如权利要求12所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，
分别由不同的芯片构成的个数为P(P为1以上的正整数)的所述发光元件和所述发光元件驱动用半导体电路的电路元件经由设置于所述导电路径上的凸点而相互连接。
14.如权利要求13所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，
所述导电路径具有如下导电路径形状：代替个数为P的所述发光元件，而安装与所述发光元件形状大致相同的、个数为Q(Q是与P不同的正整数)的发光元件。
15.如权利要求12所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，所述发光元件驱动用半导体芯片具有用于使得驱动所述发光元件的电流或电压值可变的外部连接端子。

Claims (15)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
发光元件，该发光元件具有电信号端子，由从外部赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光；以及
发光元件驱动用半导体芯片，其使用半导体形成有输出所述电信号并将所述电信号施加给所述电信号端子的发光元件驱动用电路；
其中，将所述发光元件安装在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
所述发光元件驱动用半导体芯片包括：
保护电路，保护所述发光元件或所述发光元件驱动用电路免受从外部施加的静电或高电压的损坏；以及
保护端子，用于使所述保护电路与外部电连接；
其中，将所述保护端子连接到所述发光元件的所述电信号端子上。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
所述保护电路包括一个或多个元件，其中所述元件是通过与形成所述发光元件驱动用半导体芯片的发光元件驱动用电路的元件相同的制造方法而形成的。
4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，在所述发光元件驱动用半导体芯片的表面上安装有分别由不同芯片构成的多个所述发光元件，
所述发光元件驱动用半导体芯片设有将所述发光元件相互连接起来的导电路径。
5.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，
在所述发光元件驱动用半导体芯片中，所述导电路径由扩散层或金属布线层形成，其中所述扩散层或金属布线层是通过与形成所述发光元件驱动用电路的扩散层或金属布线层相同的处理方法而形成的。
6.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述导电路径包括具有规定电阻值的电阻。
7.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置具有以不同的波长发光的多个可视发光元件。
8.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述发光元件包括分别以红、绿、蓝三原色发光的多个可视发光元件。
9.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个透过型聚光透镜的焦点附近。
10.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，多个所述发光元件配置在一体形成于所述发光装置上的一个反射面的焦点附近。
11.一种照明装置，其特征在于，具有多个权利要求1所述的发光装置，所述发光装置具有所述发光元件驱动用半导体芯片，所述发光元件驱动用半导体芯片具有向所述发光元件施加规定电流的恒流电路或向所述发光元件施加规定电压的恒压电路。
12.一种发光元件驱动用半导体芯片，其安装有多个发光元件，每个发光元件具有电信号端子，由赋予所述电信号端子的电信号驱动而发光，所述发光元件驱动用半导体芯片的特征在于，包括：
发光元件驱动用电路，用半导体形成，输出所述电信号并将其施加给所述电信号端子；以及
导电路径，相互连接所述多个发光元件的所述电信号端子。
13.如权利要求12所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，
分别由不同的芯片构成的个数为P(P为1以上的正整数)的所述发光元件和所述发光元件驱动用半导体电路的电路元件经由设置于所述导电路径上的凸点而相互连接。
14.如权利要求13所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，
所述导电路径具有如下导电路径形状：代替个数为P的所述发光元件，而安装与所述发光元件形状大致相同的、个数为Q(Q是与P不同的正整数)的发光元件。
15.如权利要求12所述的发光元件驱动用半导体芯片，其特征在于，所述发光元件驱动用半导体芯片具有用于使得驱动所述发光元件的电流或电压值可变的外部连接端子。
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