JP2008270640A - 発光装置及びその検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子を精度よく測定できる発光装置及びその検査方法を提供する。
【解決手段】一方の端子が電源端子に接続された発光素子と、前記電源端子と、接地端子と、の間に接続された電圧検出部と、信号が入力される入力端子と、前記接地端子と、の間に接続された駆動回路部と、前記発光素子の他方の端子と、前記駆動回路部と、の間に接続された第１のスイッチと、前記入力端子と、前記発光素子の前記他方の端子と、の間に接続された第２のスイッチと、前記電源端子に印加された電源電圧が第１の電圧乃至第２の電圧の範囲内であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが接続かつ前記第２のスイッチが非接続となる動作モードを実行し、前記電源電圧が前記第１の電圧乃至第２の電圧の範囲外であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが非接続かつ前記第２のスイッチが接続となる検査モードを実行するスイッチ制御部と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその検査方法に関する。

電源系間を絶縁した状態で信号が伝送できる光結合装置では、入力電気信号が半導体発光素子により光信号に変換されるが、半導体発光素子を駆動するための制御回路が光結合装置に組み込まれている場合が多い。
光結合装置に組み込まれた発光素子を精度よく検査することができれば、特性が均一な光結合装置が得られ信頼性を高めることもできる。
電源電圧が動作保証範囲に達していない場合、電流バイパス回路により発光素子に電流が流れるようにし、受光部の出力を測定することにより光結合効率を測定検査する技術開示例がある（特許文献１）。
特許第３３６７７１８号公報

発光素子を精度よく測定できる発光装置及びその検査方法を提供する。

本発明の一態様によれば、一方の端子が電源端子に接続された発光素子と、前記電源端子と、接地端子と、の間に接続された電圧検出部と、信号が入力される入力端子と、前記接地端子と、の間に接続された駆動回路部と、前記発光素子の他方の端子と、前記駆動回路部と、の間に接続された第１のスイッチと、前記入力端子と、前記発光素子の前記他方の端子と、の間に接続された第２のスイッチと、前記電源端子に印加された電源電圧が第１の電圧乃至第２の電圧の範囲内であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが接続かつ前記第２のスイッチが非接続となる動作モードを実行し、前記電源電圧が前記第１の電圧乃至第２の電圧の範囲外であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが非接続かつ前記第２のスイッチが接続となる検査モードを実行するスイッチ制御部と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、入力端子からの信号に基づいて駆動回路により発光素子を駆動可能とした発光装置の検査方法であって、電源端子に印加される電源電圧が第１の電圧乃至第２の電圧の範囲外である場合に、前記駆動回路と前記発光素子とを非接続とし、前記入力端子と前記電源端子との間に前記発光素子を接続して前記発光素子の動作電流を前記入力端子を介して検出することを特徴とする発光装置の検査方法が提供される。

発光素子を精度よく測定できる発光装置及びその検査方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態にかかる発光装置を説明するための図である。本図は、例えば光結合装置４０の場合であるが本発明はこれに限定されない。入力側には電源（以下Ｖｃｃ）端子２０、入力（以下Ｖｉｎ）端子２２、接地（以下ＧＮＤ）端子２４が、出力側には電源（以下Ｖｃｃ１）端子３０、出力（以下Ｖｏｕｔ）端子３２、接地（以下ＧＮＤ）端子３４が設けられる。

まず、Ｖｃｃ端子２０は、電圧検出部６及び発光素子５のアノードに接続される。「０」及び「１」で構成される入力ディジタル信号はＶｉｎ端子を経由して駆動回路部４に入力される。駆動回路部４の出力は、第１のスイッチ１１の一方の端子に出力される。また、電圧検出部６の出力は、スイッチ制御部１０へ入力される。

発光素子５のカソードに接続された抵抗９は、第１のスイッチ１１の他方の端子及び第２のスイッチ１２の一方の端子と接続される。第２のスイッチ１２の他方の端子はＶｉｎ端子２２と接続される。第１及び第２のスイッチ１１、１２は、スイッチ制御部１０によりオンまたはオフに切り替えられる。第１及び第２のスイッチ１１、１２をＭＯＳＦＥＴとすると、そのゲート電圧をスイッチ制御部１０により制御し、オンまたはオフに容易に制御できる。

駆動回路部４、電圧検出部６、スイッチ制御部１０は、共通のＧＮＤ端子２４に接続される。発光素子５、駆動回路部４、電圧検出部６、スイッチ制御部１０、第１及び第２のスイッチ１１、１２、抵抗９を含む回路を発光素子制御回路４２と呼ぶことにする。

発光素子制御回路４２により制御され、発光素子５により光に変換された信号は、フォトダイオード１４により電気信号に変換される。フォトダイオード１４と受光ＩＣ１３とは受光回路を構成している。受光ＩＣ１３の出力はＶｏｕｔ端子３２から外部に取り出される。このようにして、電源系間が絶縁された状態で信号伝送が可能となり、産業機器や電子機器に用いられる。

図２は、電源電圧Ｖｃｃにより光結合装置４０のモードを切り替えることを表す図である。通常の光結合装置４０の動作保証範囲は、例えば４．５〜５．５Ｖとされ、動作モードである。他方、例えば４．４Ｖ以下、または５．６Ｖ以上の電源電圧範囲は検査モードである。「動作モード」は、信号が伝送される光結合装置４０の動作を実行するモードであり、「検査モード」は、例えば光結合装置４０を構成する発光素子５の特性を単独に測定するなどの検査を実行するモードである。検査モード範囲を動作保証範囲下側とすると、電源電圧をゼロから上昇させる場合に動作モードを通過しないで検査モードを実行できる。但し、高速性のＬＥＤは動作電圧が高い場合があり、素子製造プロセスにおける耐圧を高くできれは検査モード範囲を動作保証範囲の上側にも設定できるようにするとより好ましい。

図３は、発光素子５に４．５〜５．５Ｖが印加された動作保証範囲内における動作モードを説明するためのブロック図である。電圧検出部６がＶｃｃ端子２０の電圧を検出し、４．５〜５．５Ｖである場合、第１のスイッチ１１をオン、第２のスイッチ１２をオフ状態とする。この場合、駆動回路部４がＶｉｎ端子２２からの入力信号を図３の破線矢印の経路を介して到達させて発光素子５を駆動する。

図４は、発光素子５に動作保証範囲外の電源電圧が印加された発光装置の検査方法を説明するためのブロック図であり、図５はそのフロー図である。まず、検査モードにするために電源電圧を動作保証範囲外で、例えば６．０Ｖに設定する（ステップＳ１００）。電圧検出部６がＶｃｃ端子２０の電圧が動作保証範囲外であると判断した場合（ステップＳ１０２）、第１のスイッチ１１をオフ、第２のスイッチ１２をオン状態とし、駆動回路部４及び発光素子５を分離する（ステップＳ１０４）。もし、電源電圧が動作範囲内であればＳ１００に戻り再設定を行う。

図４に表すように、発光素子５及び抵抗９は、Ｖｃｃ端子２０及びＶｉｎ端子２２の間に挿入されることになる。この場合、Ｖｃｃ端子２０から流入し、電圧検出部６、駆動回路部４、スイッチ制御部１０などの回路を経由し、ＧＮＤ端子２４から流出する破線で表される電流が含まれず、実線で表される動作電流Ｉ_FがＶｉｎ端子２２において正確に検出できる（ステップＳ１０６）。

図６は、比較例にかかる発光装置のブロック図である。本比較例において、Ｖｃｃ端子２０の電源電圧が動作保証範囲より低い場合、電圧検出部６、電流バイパス回路５２を経由してＧＮＤ端子２４は駆動回路停止回路５０及び電流バイパス回路５２をオンとする。このために駆動回路部４がオフとなり、発光素子５及び抵抗９を通った動作電流Ｉ_Fは、ＧＮＤ端子２４から流出する。比較例の場合、電圧検出部６、駆動回路停止回路５０、駆動回路部４を流れる電流も、共通のＧＮＤ端子２４から流出し、発光素子５の動作電流Ｉ_Fが分離されず発光素子５の効率が精度よく測定できない。

これに対して本実施形態においては、動作電流Ｉ_FはＶｃｃ端子２０及びＶｉｎ端子２２の間に流れ、ＧＮＤ端子２４を経由しない。このために電圧検出部６、スイッチ制御部１０、駆動回路部４を経由してＧＮＤ端子２４から流出する電流を分離でき、検査モードで精度よく動作電流Ｉ_Fを測定することができる。

可視光〜赤外光を放射する発光素子５は、チップ間の初期特性の変動が大きく、連続動作による劣化を生じることもある。このような場合、光結合装置４０におけるように制御回路と組み合わされた場合でも、発光素子５のみの特性を検査できる本実施形態が好ましい。新たな測定端子を設けると光結合装置４０の形状が大きくなるが、本実施形態では端子を増やすことなく精度よく発光素子５を検査でき、小型化が容易となる。

また、Ｖｉｎ端子２２をＧＮＤ端子２４と独立とするために、発光素子５には例えば動作保証範囲より大きい電圧を印加して検査することが容易にできる。
図７は、光結合装置４０における受光ＩＣ１３の出力変化点を説明する図である。縦軸に表す受光ＩＣ１３の出力Ｖｏｕｔは、横軸に表す動作電流Ｉ_Fがしきい値Ｉ_Fthを越すとＶｏｕｔがＬレベルからＨレベルへとターンオンとなる。ここで、例えばＨレベルをＶｃｃ１よりもやや低く、Ｌレベルをゼロ、すなわち接地電位よりもやや高くする。

検査モードにおいて動作電流Ｉ_Fをディジタル的に増加させていきＶｏｕｔがターンオンする動作電流Ｉ_Fを求め、発光素子５のパワー効率の相対値を知ることができる。発光素子５は、初期特性値の分布、すなわちばらつきがあるためにパワー効率の分布を生じる。従って、検査工程においてパワー効率を精度よく測定できることが好ましい。パワー効率は、光子数を直流入力電力で除算したものである。

この場合、受光ＩＣ１３がディジタル出力であっても発光素子５のパワー効率は動作電流Ｉ_Fを変化させ受光ＩＣ１３の出力の変化点により容易に求められる。図６はターンオンとなる場合を表しているが、発光素子制御回路４２および入力信号により、動作電流Ｉ_FがＩ_Fthを越すとターンオフとなるようにすることもできる。また、この出力の変化点から発光素子５と受光ＩＣ１３との間の結合効率を求めることができる。

以上は、光結合装置４０の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光データリンクにおいて、発光素子制御回路４２に設けられたスイッチを切り替え、ＧＮＤ端子を経由しないで動作電流Ｉ_Fを精度よく測定し、発光素子５のパワー効率や光データリンクの結合効率を求めることができる。

図８は本実施形態にかかる発光素子制御回路４２を表す回路図である。本実施形態の電圧検出部６は破線部で構成されている。Ｖ３なる電位は、コレクタ・ベース間が接続された４つのトランジスタＱ１３、Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ１４が直列接続された４Ｖ_BEとなる。また、Ｖ４はＶｃｃがＲ３及びＲ４で分割されて決まる。Ｖ_BEを０．７Ｖとすると、Ｖｃｃ＞４Ｖ_BE＝２．８Ｖで、Ｑ５にＩ１、Ｑ８にＩ２、Ｑ２３にＩ３が流れ、動作モードが始まる。

また、Ｖ４はＶｃｃがＲ３及びＲ４で分割されて決まる。Ｖ４＜Ｖ３であればＶ１がＬレベルとでき、ＮＯＴ回路２６の出力Ｖ２がＨレベル、すなわち略Ｖｃｃの電位となる。このために第１のスイッチ１１（Ｍ１）がオン、第２のスイッチ１２（Ｍ２）がオフ状態となり、動作モードとできる。この場合、例えば、Ｒ３＝Ｒ４とすると、Ｖｃｃ＜４Ｖ_BE×２＝２．８×２＝５．６Ｖとなり、Ｖｃｃ＜５．６ＶとするとＶ４＜Ｖ３となり動作モードとできる。

他方、Ｖｃｃ≧５．６ＶとするとＶ４≧Ｖ３となり、Ｖ１がＨレベル、ＮＯＴ回路２６の出力Ｖ２がＬレベル、すなわち略ＧＮＤ電位となる。このために第１のスイッチ１１がオフ、第２のスイッチ１２がオン状態となり、検査モードとできる。なお、第１及び第２のスイッチ１１、１２はともにＭＯＳＦＥＴとすると、ＮＯＴ回路２６により相補的にオンまたはオフとでき、制御が容易となる。

図８の実施形態において、電源電圧Ｖｃｃが動作保証範囲内であれば、Ｖｉｎ端子２２からの信号入力がトランジスタ（Ｑ２０）のコレクタへ伝達され、発光素子５が駆動される。他方電源電圧が動作保証範囲外であれば、第１のスイッチ１１がオフ、第２のスイッチ１２がオンとなり、発光素子５の動作電流Ｉ_Fは電圧検出部、駆動回路部、スイッチ制御部を経由せず、Ｖｉｎ端子２２へ直接流れる。このためにＧＮＤラインに流れる電流を含まない発光素子５の正確な動作電流Ｉ_Fを検出できる。

図９は、電源電圧Ｖｃｃが動作保証範囲よりも低い場合の電圧検出部６を表す回路図である。この場合、Ｖｃｃ端子２０及び接地端子２４の間にトランジスタ６０を挿入して電圧検出を行う。例えば、Ｖｃｃ端子２４及びトランジスタ６０のベース間に７つの直列ダイオード（図９ではダイオード接続されたトランジスタ６２）を挿入すると、約３．７Ｖ以下ではトランジスタ６０をオフとでき、そのコレクタ電位によりスイッチ制御部１０を制御し、検査モードとできる。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらに限定されない。例えば、前述した各実施形態においては、電源電圧Ｖｃｃがプラスの場合について説明したが、これとは反対に電源電圧Ｖｃｃがマイナスであってもよい。この場合、例えば、発光素子、受光素子、制御回路などを構成する各半導体の導電型を反転させればよい。またさらに、本発明を構成する電圧検出部、駆動回路部、スイッチ制御部、発光素子、スイッチなどの配置及び構成などに関して当業者が変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。

実施形態にかかる発光装置を説明するブロック図。 動作モード及び検査モードを表す図。 実施形態の動作モードを説明するブロック図。 実施形態の検査モードを説明するブロック図。 検査方法のフロー図。 比較例にかかる発光装置を説明するブロック図。 光結合装置のターンオンを説明する図。 実施形態にかかる発光装置の回路図。 電圧検出部の回路図。

符号の説明

４ 駆動回路部、５ 発光素子、６ 電圧検出部、１０ スイッチ制御部、１１ 第１のスイッチ、１２ 第２のスイッチ、２０ 電源端子、２２ 入力端子、２４ 接地端子、６０ トランジスタ

Claims (5)

1. 一方の端子が電源端子に接続された発光素子と、
   前記電源端子と、接地端子と、の間に接続された電圧検出部と、
   信号が入力される入力端子と、前記接地端子と、の間に接続された駆動回路部と、
   前記発光素子の他方の端子と、前記駆動回路部と、の間に接続された第１のスイッチと、
   前記入力端子と、前記発光素子の前記他方の端子と、の間に接続された第２のスイッチと、
   前記電源端子に印加された電源電圧が第１の電圧乃至第２の電圧の範囲内であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが接続かつ前記第２のスイッチが非接続となる動作モードを実行し、前記電源電圧が前記第１の電圧乃至第２の電圧の範囲外であることを検出した前記電圧検出部からの出力により前記第１のスイッチが非接続かつ前記第２のスイッチが接続となる検査モードを実行するスイッチ制御部と、
   を備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記電圧検出部は、前記電源端子と前記接地端子との間を抵抗分割した第１の電位と、複数の直列ダイオードの順方向降下電圧により決定される第２の電位と、を比較して、前記第１の電位の絶対値が前記第２の電位の絶対値よりも高い場合に前記検査モードとする出力を前記スイッチ制御部に入力することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記電圧検出部は、直列に接続された複数のダイオード及びトランジスタを含み、
   前記複数のダイオードは、前記電源端子と前記トランジスタのベースとの間で直接に接続され、
   前記トランジスタのエミッタは、前記接地端子に接続され、
   前記トランジスタのコレクタは、前記電源端子に印加された前記電源電圧の絶対値が前記第１の電圧乃至第２の電圧の範囲よりも低い場合に前記検査モードとする出力を前記スイッチ制御部に入力することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 入力端子からの信号に基づいて駆動回路により発光素子を駆動可能とした発光装置の検査方法であって、
   電源端子に印加される電源電圧が第１の電圧乃至第２の電圧の範囲外である場合に、前記駆動回路と前記発光素子とを非接続とし、前記入力端子と前記電源端子との間に前記発光素子を接続して前記発光素子の動作電流を前記入力端子を介して検出することを特徴とする発光装置の検査方法。
5. 前記発光装置は、受光回路をさらに有し、
   前記発光素子の動作電流を変化させて前記受光回路の出力信号がターンオンまたはターンオフするしきい値電流を検出することを特徴とする請求項４記載の発光装置の検査方法。

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