DE102007009532A1

DE102007009532A1 - Steuerverfahren, Steuervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102007009532A1
Application number: DE102007009532A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Zahner; Florian Dams; Peter Holzer; Stefan GRÖTSCH
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-08-28
Also published as: KR20090115716A; KR101486846B1; JP2010519774A; EP2062461A1; WO2008104152A1; CN101675708A; EP2062461B1; US20100090610A1; JP5502495B2; TW200901827A; CN101675708B; US8519633B2

Abstract

Zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer ansteigender, elektrischer Betriebsstrom (If) erzeugt. Dazu wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer Steuervorrichtung zum Betreiben des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz (Zth) ermittelt, die repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) wird ein einzustellender Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) ermittelt. Die Steuervorrichtung wird ferner so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des Betriebsstroms (If) jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren und eine Steuervorrichtung zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung.
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente werden beispielsweise als lichtemittierende Dioden, oder kurz: LED, für Signalisierungszwecke und in zunehmendem Maße auch für Beleuchtungszwecke genutzt. Beispielsweise werden LEDs unterschiedlicher Farbe, insbesondere rot, grün oder blau leuchtende LEDs, genutzt für das Projizieren von Farbbildern. Die LEDs unterschiedlicher Farbe beleuchten dazu abwechselnd in schneller Folge eine Anordnung von Mikrospiegeln, die so angesteuert werden, dass sich der gewünschte Farbeindruck eines jeweiligen Bildpunkts abhängig von der jeweiligen Zeitdauer ergibt, die das Licht der jeweiligen LED auf den jeweiligen Bildpunkt fällt. Durch das abwechselnde Projizieren in schneller Folge beispielsweise eines roten, eines grünen und eines blauen Teilbildes entsteht bei einem Betrachter ein farbiger Bildeindruck, der auch Mischfarben umfassen kann, zum Beispiel weiß. Die LEDs müssen dazu jeweils in einem Impulsbetrieb betrieben werden, das heißt in schneller Folge ein- und wieder ausgeschaltet werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Steuerverfahren, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung zu schaffen, das bzw. die einen Impulsbetrieb eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements mit einem homogenen Strahlungsfluss ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Steuerverfahren und eine entsprechende Steuervorrichtung. Zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer ansteigender, elektrischer Betriebsstrom erzeugt. Die Impulsdauer umfasst dabei insbesondere nicht eine ansteigende oder abfallende Flanke des elektrischen Betriebsstroms, die durch ein Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Betriebsstroms entsteht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement während der Impulsdauer erwärmt und dadurch der Strahlungsfluss während der Impulsdauer abnimmt, wenn der elektrische Betriebsstrom während der Impulsdauer im Wesentlichen konstant bleibt. Durch den während der Impulsdauer ansteigenden Betriebsstrom kann dem Abfallen des Strahlungsflusses entgegen gewirkt werden. Dadurch ist ein zuverlässiger Impulsbetrieb des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der elektrische Betriebsstrom derart erzeugt, dass sich ein Strahlungsfluss des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements während der Impulsdauer nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes verändert. Insbesondere wird der elektrische Betriebsstrom derart erzeugt, dass der Strahlungsfluss des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements im Wesentlichen konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dadurch besonders gut für Anwendungen geeignet ist, bei denen das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Impulsbetrieb betrieben wird und bei denen eine hohe Gleichmäßigkeit und Schwankungsarmut des Strahlungsflusses während der Impulsdauer gefordert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein impulsförmiger, elektrischer Schaltstrom erzeugt. Ein elektrischer Kompensationsstrom wird erzeugt, der dem elektrischen Schaltstrom überlagert wird zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Der elektrische Kompensationsstrom steigt während der Impulsdauer an. Auf diese Weise wird der während der Impulsdauer ansteigende elektrische Betriebsstrom sehr einfach erzeugt. Der Vorteil ist, dass der elektrische Schaltstrom und der elektrische Kompensationsstrom unabhängig voneinander erzeugbar sind. Der elektrische Schaltstrom ist beispielsweise sehr einfach rechteckförmig erzeugbar. Dieser wird mit dem ansteigenden elektrischen Kompensationsstrom überlagert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms erzeugt abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A·(1 – exp(–t/tau)). Eine Zeitkonstante tau und ein Faktor A sind jeweils vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass die Präzision des Verlaufs des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms sehr einfach über eine Anzahl der Summanden vorgebbar ist. Ferner ist der Verlauf auf diese Weise einfach und kostengünstig erzeugbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Steuervorrichtung ist diese zusammen mit dem mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet. Insbesondere bildet die Steuervorrichtung eine Treiberschaltung für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Durch das Ausbilden als eine gemeinsame Baueinheit, beispielsweise als ein Modul, kann diese besonders kompakt ausgebildet sein. Ferner kann die Steuervorrichtung entsprechend dem zugehörigen mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement justiert ausgebildet sein, so dass das zugehörige mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement besonders präzise ansteuerbar ist und der resultierende Strahlungsfluss besonders zuverlässig ist.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements mittels eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms. Ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz wird ermittelt, die repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz wird ein einzustellender Verlauf des elektrischen Betriebsstroms ermittelt. Die Steuervorrichtung wird ferner so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des Betriebsstroms jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird. Die Impulsdauer umfasst insbesondere nicht eine ansteigende oder abfallende Flanke des e lektrischen Betriebsstroms, die durch ein Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Betriebsstroms entsteht.
Der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist insbesondere einfach messtechnisch ermittelbar und ist im Wesentlichen bauart- und materialabhängig. Vorteilhafterweise wird der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz nicht für jedes einzelne strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ermittelt, sondern wird repräsentativ für alle oder eine Untermenge der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente gleicher Bauart und gleicher Materialauswahl ermittelt. Dadurch ist die Steuervorrichtung einfach und kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar. Durch Nutzen des Verlaufs der thermischen Impedanz ist der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms präzise ermittelbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms derart ermittelt, dass sich ein Strahlungsfluss des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements während der Impulsdauer nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes verändert. Insbesondere wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms derart ermittelt, dass der Strahlungsfluss des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements im Wesentlichen konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dadurch besonders gut für Anwendungen geeignet ist, bei denen das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Impulsbetrieb betrieben wird und bei denen eine hohe Gleichmäßigkeit und Schwankungsarmut des Strahlungsflusses während der Impulsdauer gefordert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird die Steuervorrichtung ausgebildet, einen impulsförmigen, elektrischen Schaltstrom zu erzeugen. Das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Betriebsstroms umfasst, dass der einzustellende Verlauf eines elektrischen, während der Impulsdauer ansteigenden, Kompensationsstroms ermittelt wird, der den elektrischen Schaltstrom zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms überlagert. Ferner wird die Steuervorrichtung so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des Kompensationsstroms jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der elektrische Schaltstrom und der elektrische Kompensationsstrom unabhängig voneinander einstellbar sind. Insbesondere ist der elektrische Schaltstrom sehr einfach rechteckförmig einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird eine Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie ermittelt, die jeweils repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelt. Die Kennlinien sind im Allgemeinen aus beispielsweise herstellerseitig zur Verfügung gestellten Kenndaten des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements bekannt oder sind einfach durch Messung ermittelbar. Durch Berücksichtigen mindestens einer der Kennlinien ist der einzu stellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms präzise ermittelbar.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelt wird abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A·(1 – exp(–t/tau)). Eine Zeitkonstante tau wird jeweils ermittelt abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz. Ein Faktor A wird jeweils ermittelt abhängig von der ermittelten Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie. Die jeweilige Zeitkonstante tau und/oder der jeweilige Faktor A sind beispielsweise durch Approximation an einen vorgegebenen Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelbar, der durch ein physikalisches Modell des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements vorgegeben ist. Dem physikalischen Modell werden dazu vorzugsweise der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz und/oder die ermittelte Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder die ermittelte Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder die ermittelte Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie zugeführt. Auf diese Weise ist der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms einfach mit der gewünschten Präzision ermittelbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie, eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und ein Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm,
2 einen Verlauf einer thermischen Impedanz,
3 ein Ausschnitt aus dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm,
4 ein erstes Strom-Zeit-Diagramm,
5 ein zweites Strom-Zeit-Diagramm,
6 eine Steuervorrichtung und ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement,
7 ein erstes Ablaufdiagramm und
8 ein zweites Ablaufdiagramm.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Messungen haben gezeigt, dass ein Strahlungsfluss Φe eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in einem Impulsbetrieb während einer Impulsdauer PD abnimmt. Die Impulsdauer PD umfasst dabei für jeden Impuls eine Zeitdauer zwischen einer Einschaltphase und einer Ausschaltphase. Während der Einschaltphase und der Ausschaltphase verändert sich der Strahlungsfluss Φe aufgrund eines Einschaltvorgangs beziehungsweise eines Ausschaltvorgangs. Während der Impulsdauer PD soll der Strahlungsfluss Φe jedoch im Wesentlichen konstant sein.
1 zeigt links oben eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie, in der ein erstes Strahlungsflussverhältnis gegen eine Sperrschichttemperatur Tj eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 aufgetragen ist. Das erste Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis eines Strahlungsflusses Φe des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf den Strahlungsfluss Φe, der sich bei einer vorgegebenen Sperrschichttemperatur von 25 Grad Celsius ergibt. Das erste Strahlungsflussverhältnis kann jedoch auch anders gebildet sein. Mit zunehmender Sperrschichttemperatur Tj, die auch als Junction-Temperatur bezeichnet werden kann, sinkt der Strahlungsfluss Φe. Dies wirkt sich insbesondere während eines Impulsbetriebs des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 negativ aus, wenn sich das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 bei jedem Impuls während dessen Impulsdauer PD erwärmt und nach einem Ende des Impulses wieder abkühlt. Der Strahlungsfluss Φe während der jeweiligen Impulsdauer PD sinkt dann im Allgemeinen mit zunehmender Erwärmung.
1 zeigt links unten eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, in dem ein zweites Strahlungsflussverhältnis gegen einen elektrischen Betriebsstrom If des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements aufgetragen ist. Das zweite Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis des Strahlungsflusses Φe des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf den Strahlungsfluss Φe, der sich bei einem vorgegebenen Betriebsstrom von 750 Milliampere ergibt. Das zweite Strahlungsflussverhältnis kann jedoch auch anders vorgegeben sein. Mit steigendem Betriebsstrom If steigt der Strahlungsfluss Φe.
Jedoch steigt mit steigendem Betriebsstrom If im Allgemeinen auch die Sperrschichttemperatur Tj des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Impulsdauer PD genügend lang ist, das heißt ein Arbeitszyklus in dem Impulsbetrieb genügend groß ist, um das Erwärmen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu bewirken. Aufgrund des in der Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie gezeigten Zusammenhangs kann der Strahlungsfluss Φe durch Erhöhen des Betriebsstroms If daher nicht beliebig erhöht werden und sinkt sogar bei zu großem Betriebsstrom If und zu langer Impulsdauer PD beziehungsweise zu großem Arbeitszyklus.
Abhängig von der Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie, der Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und abhängig von einem zeitlichen Verlauf einer thermischen Impedanz Zth des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, der in 2 dargestellt ist, kann ein Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ermittelt werden, das rechts in der 1 gezeigt ist. In dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ist ein drittes Strahlungsflussverhältnis gegen den Betriebsstrom If und eine Zeit t aufgetragen. Das dritte Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis des Strahlungsflusses Φe des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf einen vorgegebenen Referenzstrahlungsfluss Φe0. Der vorgegebene Referenzstrahlungsfluss Φe0 ist beispielsweise als der Strahlungsfluss Φe vorgegeben, der sich bei der vorgegebenen Sperrschichttemperatur von 25 Grad Celsius und bei dem vorgegebenen Betriebsstrom von 750 Milliampere ergibt. Der vorgegebene Referenzstrahlungsfluss Φe0 kann jedoch auch anders vorgegeben sein. Ferner kann auch das dritte Strahlungsflussverhältnis anders gebildet sein.
Das Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ist beispielsweise ermittelbar durch ein physikalisches Modell des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, das insbesondere ein Elektro-Thermo-Optisches Modell ist, in dem die relevanten elektrischen, die thermischen und die optischen Größen geeignet miteinander verknüpft sind. Zu den elektrischen Größen gehören beispielsweise der Betriebsstrom If, der durch das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 fließt, und eine Spannung, die über dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 abfällt. Zu den thermischen Größen gehören beispielsweise eine thermische Leistung sowie thermische Widerstände und thermische Kapazitäten, die durch die Materialien und deren Anordnung in dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 vorgegeben sind. Zu den optischen Größen gehört beispielsweise der Strahlungsfluss Φe. Es können auch weitere oder andere Größen in dem physikalischen Modell berücksichtigt sein. Dem physikalischen Modell werden bevorzugt die Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie, die Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie, der Verlauf der thermischen Impedanz Zth und gegebenenfalls eine Spannungs-Strom-Kennlinie vorgegeben. In der nicht dargestellten Spannungs-Strom-Kennlinie ist die Spannung, die über dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement abfällt, über den Betriebsstrom If aufgetragen.
Die Kennlinien und der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth sind beispielsweise durch Messen ermittelbar. Der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth ist beispielsweise durch einen Aufheiz- oder Abkühlvorgang ermittelbar und ist abhängig von den thermischen Widerständen und den thermischen Kapazitäten des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Die Kennlinien und der Verlauf der thermischen Impedanz Zth sind charakteristisch für das jeweilige strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1.
3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm gemäß 1 für den Fall, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis konstant auf einem Wert von Eins gehalten werden soll. Der für das konstante dritte Strahlungsflussverhältnis einzustellende Betriebsstrom If ergibt sich als eine Höhenlinie in dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm oder, anders ausgedrückt, als eine Schnittlinie in der Ebene des dritten Strahlungsflussverhältnisses mit dem konstanten Wert Eins. Entsprechend kann der einzustellende Betriebsstrom If auch für einen anderen Wert des dritten Strahlungsflussverhältnisses ermittelt werden.
Dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm in 3 ist zu entnehmen, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis nicht beliebig lange auf dem Wert von Eins gehalten werden kann. Eine weitere Erhöhung des Betriebsstroms If bewirkt dann aufgrund der damit einhergehenden Erwärmung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 keine Erhöhung, sondern eine Verringerung des Strahlungsflusses Φe. Die Impulsdauer PD muss daher so kurz beziehungsweise der Arbeitszyklus so klein sein, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis und damit der Strahlungsfluss Φe durch das Erhöhen des Betriebsstroms If im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, das dritte Strahlungsflussverhältnis auf einem anderen Wert als Eins konstant zu halten, insbesondere auf einem niedrigeren Wert. Entsprechend ergibt sich für den einzustellenden Verlauf des Betriebsstroms If eine andere Schnittlinie beziehungsweise Höhenlinie. Gegebenenfalls kann bei einem dritten Strahlungsflussverhältnis mit einem Wert kleiner als Eins die Impulsdauer PD länger beziehungsweise der Arbeitszyklus größer sein, ohne dass der Strahlungsfluss Φe während der Impulszeitdauer PD abfällt.
Bevorzugt wird der Verlauf des einzustellenden Betriebsstroms If als Überlagerung, das heißt als Summe, eines elektrischen Schaltstroms Is und eines elektrischen Kompensationsstroms Ik ermittelt, eingestellt und erzeugt, zum Kompensieren des Abfalls des Strahlungsflusses Φe aufgrund der Erwärmung während der jeweiligen Impulsdauer PD. Der elektrische Schaltstrom Is wird vorzugsweise rechteckförmig vorgesehen und entspricht daher Rechteckimpulsen. Der elektrische Schaltstrom Is ist während der Impulsdauer PD vorzugsweise im Wesentlichen konstant und dient zum Einschalten des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 während der Impulsdauer PD und zum ansonsten Ausschalten des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Der elektrische Kompensationsstrom Ik ist so vorgesehen, dass dieser während der Impulsdauer PD ansteigt, um den Abfall des Strahlungsflusses Φe aufgrund der Erwärmung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu kompensieren. Entsprechend dem elektrischen Kompensationsstrom Ik steigt auch der elektrische Betriebsstrom If während der Impulsdauer PD an.
4 zeigt ein erstes Strom-Zeit-Diagramm, in dem der Kompensationsstrom Ik, wie er beispielsweise mittels des physikalischen Modells ermittelbar ist, über die Zeit t aufgetragen ist. Bevorzugt wird ein Verlauf eines approximierten Kompensationsstroms Ia als Approximation des Verlaufs des Kompensationsstroms Ik ermittelt, der den Verlauf des einzustellenden Kompensationsstrom Ik repräsentiert. Der Verlauf des approximierten Kompensationsstroms Ia wird ermittelt abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A·(1 – exp(–t/tau)). 4 zeigt den Verlauf des approximierten Kompensationsstroms Ia für einen einzigen Summanden. Durch Berücksichtigen weiterer Summanden kann die Präzision der Approximation verbessert werden.
Eine Zeitkonstante tau wird jeweils ermittelt abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz Zth. Wird die Anzahl der Summanden gleich einer Anzahl thermischer Widerstands-Kapazitätsglieder oder thermischer RC-Glieder des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 gewählt, die den Verlauf der thermischen Impedanz Zth prägen, dann entspricht die jeweilige Zeitkonstante tau einer jeweiligen Zeitkonstante, die durch jeweils eines der thermischen RC-Glieder des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 vorgegebenen sind. Die thermischen Widerstände und die thermischen Kapazitäten, die die thermischen RC-Glieder bilden, und somit auch die zugehörigen Zeitkonstanten sind abhängig von dem Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelbar. Ferner wird ein Faktor A jeweils ermittelt abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder der Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder der Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie. Aufgrund der Einfachheit der Funktion der einzelnen Summanden kann der Verlauf des approximierten Kompensationsstroms Ia sehr einfach erzeugt werden, zum Beispiel mittels entsprechend ausgebildeter elektrischer Widerstands-Kapazitäts-Glieder, die auch als elektrische RC-Glieder bezeichnet werden können.
5 zeigt ein zweites Strom-Zeit-Diagramm mit einem gemessenen Verlauf des Strahlungsflusses Φe, der durch den ansteigenden Betriebsstrom If im Wesentlichen konstant gehalten wird. Ferner ist der gemessene Verlauf des Betriebsstroms If gezeigt. Der Strahlungsfluss Φe soll während der Impulsdauer PD im Wesentlichen konstant bleiben. Anders ausgedrückt soll der Strahlungsfluss Φe während der Impulsdauer PD innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes Φetol liegen, durch das eine maximale Schwankungsbreite des Strahlungsflusses Φe vorgegeben ist. Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass der Strahlungsfluss Φe während der Impulsdauer PD nur um maximal 1,5 Prozent schwanken darf. Die Breite des vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes Φetol kann entsprechend den Anforderungen vorgegeben werden. Entsprechend präzise muss der Betriebsstrom If und gegebenenfalls der Kompensationsstrom Ik oder entsprechend der approximierte Kompensationsstrom Ia erzeugt werden. Das vorgegebene Strahlungsflusstoleranzband Φetol kann jedoch auch anders vorgegeben sein.
6 zeigt eine Steuervorrichtung 2 und ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 1, das mit einem Ausgang der Steuervorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung ist elektrisch mit einem Betriebspotential VB und einem Bezugspotential GND gekoppelt. Eingangsseitig ist die Steuervorrichtung 3 mit einer Steuerleitung koppelbar, über die der Steuervorrichtung 2 beispielsweise Steuersignale zuführbar sind zum Auslösen des jeweiligen Impulses für den Impulsbetrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Die Steuervorrichtung 2 ist ausgebildet, den impulsförmigen, während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Betriebsstrom If zum Ansteuern des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu erzeugen. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung 2 als eine Treiberschaltung für das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 ausgebildet. Ferner sind bevorzugt die Steuervorrichtung 2 und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 zusammen als eine gemeinsame Baueinheit in einem Modul 4 ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, zwei oder mehr strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 1 durch die Steuervorrichtung 2 zu betreiben und/oder in dem Modul 4 anzuordnen.
7 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Steuervorrichtung 2. Das Verfahren beginnt in einem Schritt S1. In einem Schritt S2 wird der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt repräsentativ für eine Gruppe von gleichartigen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1. Die Gleichartigkeit betrifft insbesondere die Bauart und die Materialauswahl. Die zeitlichen Verläufe der thermischen Impedanz Zth weichen zwischen verschiedenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1 innerhalb der Gruppe nur in einem tolerierbaren Maße voneinander ab. So muss gegebenenfalls nicht für jedes einzelne strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 dessen zeitlicher Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelt werden. In dem Schritt S2 werden gegebenenfalls auch die Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie und/oder die Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder die Spannungs-Strom-Kennlinie ermittelt, vorzugsweise repräsentativ für die Gruppe von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1.
Ein Schritt S3 kann vorgesehen sein, in dem die Steuervorrichtung 2 so ausgebildet wird, dass der impulsförmige, vorzugsweise rechteckförmige, elektrische Schaltstrom Is erzeugbar ist. Ein Schritt S4 kann vorgesehen sein, in dem der einzustellende Verlauf des während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Kompensationsstroms Ik ermittelt wird, ge gebenenfalls in Form des approximierten Kompensationsstroms Ia. Das Ermitteln erfolgt abhängig von dem erfassten Verlauf der thermischen Impedanz Zth. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln mittels des physikalischen Modells des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, dem der erfasste Verlauf der thermischen Impedanz Zth vorgegeben wird. Dazu wird beispielsweise der Verlauf der gewünschten Höhenlinie in dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ermittelt und gegebenenfalls die Approximation des approximierten Kompensationsstroms Ia durchgeführt. Durch die Approximation werden beispielsweise Parameter ermittelt, die zum Einstellen des Kompensationsstroms Ik nutzbar sind. Das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Kompensationsstroms Ik kann jedoch auch anders erfolgen.
Ferner kann ein Schritt S5 vorgesehen sein, in dem der einzustellende Betriebsstrom If als Überlagerung oder Summe des Schaltstroms Is und des Kompensationsstroms Ik ermittelt wird. In einem Schritt S6 wird die Steuervorrichtung 2 so ausgebildet, dass der einzustellende Betriebsstrom If während des Betriebs erzeugbar ist. Dies kann beispielsweise durch Ausbilden einer elektrischen Schaltungsanordnung und geeignetes Dimensionieren von elektrischen RC-Gliedern erfolgen. Es ist jedoch ebenso möglich, die Parameter oder Werte, die den einzustellenden Verlauf des Kompensationsstroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If repräsentieren, digital in einem Speicher zu speichern und während der Impulsdauer PD zum Einstellen des Kompensationsstroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If zu nutzen, beispielsweise durch Wandeln einer Folge von gespeicherten Werten mittels eines Digital-Analog-Wandlers. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, einen Funktionsgenerator vorzusehen, der ausgebildet ist, ausgangsseitig einen Signalverlauf entsprechend dem Verlauf des einzustellenden Betriebsstroms If oder des einzustellenden Kompensationsstroms Ik bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 2 kann in dem Schritt S6 jedoch auch anders ausgebildet werden.
Das Verfahren endet in einem Schritt S7. Es kann auch vorgesehen sein, den einzustellenden Betriebsstrom If abhängig von dem ermittelten Verlauf der thermischen Impedanz Zth in einem Schritt S8 zu ermitteln, ohne dass dazu der Schaltstrom Is und der Kompensationsstrom Ik ermittelt werden müssen. Der Schritt S8 kann daher gegebenenfalls die Schritte S3 bis S5 ersetzen.
8 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens zum Betreiben des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterelements 1 mittels des impulsförmigen, während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms If. Das Steuerverfahren wird vorzugsweise durch die Steuervorrichtung 2 ausgeführt. Das Steuerverfahren kann beispielsweise in Form der elektrischen Schaltungsanordnung in der Steuervorrichtung 2 implementiert sein. Die elektrische Schaltungsanordnung umfasst dazu beispielsweise die elektrischen RC-Glieder. Das Steuerverfahren kann jedoch auch als ein Programm implementiert und in einem Speicher gespeichert sein, der durch die Steuervorrichtung 2 umfasst ist oder der mit der Steuervorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung 2 umfasst dann beispielsweise eine Recheneinheit, die das Programm ausführt. Beispielsweise steuert die Recheneinheit abhängig von dem Programm den Digital-Analog-Wandler oder eine andere Komponente der Steuereinheit, die ausgebildet ist, den einzustellenden Verlauf des Kompensationsstroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If einzustellen.
Das Steuerverfahren beginnt in einem Schritt S10. In einem Schritt S11 wird der impulsförmige, vorzugsweise rechteckförmige, elektrische Schaltstrom Is erzeugt. In einem Schritt S12 wird der einzustellende Kompensationsstrom Ik eingestellt, zum Beispiel in Form des approximierten Kompensationsstroms Ia, und entsprechend erzeugt. In einem Schritt S13 wird der Betriebsstrom If als Überlagerung oder Summe des Schaltstroms Is und des Kompensationsstroms Ik erzeugt und in einem Schritt S14 an das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 ausgegeben. Das Steuerverfahren endet in einem Schritt S15. Es kann auch vorgesehen sein, den ansteigenden Betriebsstrom If in einem Schritt S16 zu erzeugen, ohne dass dazu der Schaltstrom Is und der Kompensationsstrom Ik erzeugt werden muss. Der Schritt S16 kann daher gegebenenfalls die Schritte S11 bis S13 ersetzen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

1: strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement
2: Steuervorrichtung
3: Steuerleitung
4: Modul
Φe: Strahlungsfluss
Φe0: vorgegebener Referenzstrahlungsfluss
Φetol: vorgegebenes Strahlungsflusstoleranzband
GND: Bezugspotential
Ia: approximierter Kompensationsstrom
If: Betriebsstrom
Ik: Kompensationsstrom
Is: Schaltstrom
PD: Impulsdauer
S1–16: Schritt
t: Zeit
Tj: Sperrschichttemperatur
VB: Betriebspotential
Zth: thermische Impedanz

Claims

Steuerverfahren, bei dem zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer (PD) ansteigender, elektrischer Betriebsstrom (If) erzeugt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Betriebsstrom (If) derart erzeugt wird, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem – ein impulsförmiger, elektrischer Schaltstrom (Is) erzeugt wird und – ein elektrischer Kompensationsstrom (Ik) erzeugt wird, der während der Impulsdauer (PD) ansteigt und der dem elektrischen Schaltstrom (Is) überlagert wird zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If) des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1).
Steuerverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms (Ik) erzeugt wird abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A·(1 – exp(–t/tau)),wobei eine Zeitkonstante tau und ein Faktor A jeweils vorgegeben sind.
Steuervorrichtung, die ausgebildet ist zum Erzeugen eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer (PD) ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms (If) zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1).
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, die ausgebildet ist zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If) derart, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, die zusammen mit dem mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement (1) als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Steuervorrichtung (2) zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) mittels eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer (PD) ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms (If), bei dem – ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz (Zth) ermittelt wird, die repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (1), – abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) ein einzustellender Verlauf des Betriebsstroms (If) ermittelt wird und – die Steuervorrichtung (2) so ausgebildet wird, dass der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) jeweils während der Impulsdauer (PD) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch, bei dem der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstrom (If) derart ermittelt wird, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem – die Steuervorrichtung (2) ausgebildet wird, einen impulsförmigen, elektrischen Schaltstrom (Is) zu erzeugen, – das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Betriebsstroms (If) umfasst, dass ein einzustellender Verlauf eines elektrischen, während der Impulsdauer (PD) ansteigenden, Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird, der den elektrischen Schaltstrom (Is) überlagert zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If), und – die Steuervorrichtung (2) so ausgebildet wird, dass der einzustellende Verlauf des Kompensationsstroms (Ik) jeweils während der Impulsdauer (PD) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem – eine Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie ermittelt wird, die jeweils repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (1), – abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A·(1 – exp(–t/tau)),wobei – eine Zeitkonstante tau jeweils ermittelt wird abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) und – ein Faktor A jeweils ermittelt wird abhängig von der ermittelten Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie.