JP6108834B2 - 発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードおよび発光ダイオードの製造方法に関する。

発光ダイオードは、その出力、すなわち、発光の輝度または光度が入力電流のアナログ値に依存する、アナログデバイスである。この動作モードのバリエーションの１つでは、順電流の固定値すなわち定電流値が用いられ、次いで、パルス幅変調（ＰＷＭ）により順電流の継続時間が変化されて、ＬＥＤの出力に比例するデューティサイクルが変えられる。

映像ディスプレイメーカに納入される典型的な発光ダイオードは、組み合わされた単一の波長群での輝度において浮動単一ビンを有する発光ダイオードである。これらの予め分けられた発光ダイオードは、多くの場合、色および輝度における必要な均一性を提供するには十分である。輝度のビンは通常幅３０％〜６０％であり、波長のビンは通常幅４ｎｍ〜５ｎｍである。

したがって、所定の発光波長において所定の光度を有する発光ダイオードおよびこのような発光ダイオードの製造方法を提供することは有用である。

少なくとも１つの発光ダイオードチップと、少なくとも１つの制御装置とを備え、各発光ダイオードチップは少なくとも１つの制御装置の１つに電気的に接続され、各少なくとも１つの制御装置は、当該制御装置に接続されている各発光ダイオードについての輝度データが記憶されるデータ記憶装置を有し、制御装置は、発光ダイオードチップについて記憶された輝度データに従って選択される電流によって、接続された発光ダイオードチップを駆動する、発光ダイオードが提供される。

ａ）少なくとも１つの発光ダイオードチップの１つのための少なくとも１つの制御装置の１つのデータ入力に電気的試験パルスを送るステップと、ｂ）試験パルスにより、発光ダイオードチップの発光光度を測定するステップと、ｃ）補正データを計算するステップであって、当該補正データの値が測定された発光光度と目標光度との差に比例する、ステップと、ｄ）補正データをデータ記憶装置に記憶するステップと、ｅ）測定された光度が目標光度に一致するまで、ステップａ）〜ｄ）を繰り返すステップと、ｆ）すべての発光ダイオードチップについて、ステップａ）〜ｅ）を繰り返すステップと、を含む発光ダイオードの製造方法もまた提供される。

以下、例示的な発光ダイオードについて、実施例および実施例に係る各図面を参照して、より詳細に説明する。

発光ダイオードの回路図および発光ダイオードの構成を概略的に示す。 発光ダイオードの回路図および発光ダイオードの構成を概略的に示す。 発光ダイオードの回路図および発光ダイオードの構成の別の組を概略的に示す。 発光ダイオードの回路図および発光ダイオードの構成の別の組を概略的に示す。 発光ダイオードの一実施例の断面図を概略的に示す。 発光ダイオードの別の実施例の断面図を概略的に示す。 発光ダイオードのまた別の実施例の断面図を概略的に示す。 発光ダイオードのさらに別の実施例の断面図を概略的に示す。

本発光ダイオードは、少なくとも１つの発光ダイオードチップを有する。この少なくとも１つの発光ダイオードチップは動作時に発光する。たとえば、本発光ダイオードは、該発光ダイオードの動作時に赤色を発光する少なくとも１つの発光チップと、青色を発光する少なくとも１つの発光チップと、緑色を発光する少なくとも１つの発光チップとを有する。

本発光ダイオードは、たとえば、少なくとも１つの制御装置を有する。この制御装置は、たとえば、発光ダイオードの動作時に少なくとも１つの発光ダイオードチップを駆動する。たとえば、各発光ダイオードチップは、少なくとも１つの制御装置に電気的に接続されている。たとえば、発光ダイオードの全ての発光ダイオードチップが１つの制御装置に接続されていてもよい。さらに、各発光ダイオードチップがこの発光ダイオードチップのみを駆動する個別の制御装置に接続されていてもよい。またさらに、同じ色の発光ダイオードチップが同じ制御装置に接続され、異なる色の発光チップが異なる制御装置に接続されていてもよい。

少なくとも１つの制御装置のそれぞれは、たとえば、制御装置に接続される各発光ダイオードチップについての輝度データが記憶されるデータ記憶手段を有する。たとえば、データ記憶手段は、不揮発性のフラッシュランダムアクセスメモリから構成されまたはこれから成るものである。各発光ダイオードチップについての輝度データは、たとえば、各発光ダイオードチップの光度または各発光ダイオードチップの光度に依存する値である。

制御装置は、たとえば、発光ダイオードチップについての記憶された輝度データに従って選択される電流により、接続された発光ダイオードを駆動する。たとえば、電流の強さは、記憶された輝度データに従って選択される。あるいは、デューティサイクルが記憶されたデータに従って選択されてもよい。この場合、制御装置のデータ記憶手段に保存された輝度データに依存するデューティサイクルのパルス電流により、接続された発光ダイオードチップを駆動するパルス幅変調回路が制御装置に設けられる。

本発光ダイオードは、たとえば、少なくとも１つの発光ダイオードチップと少なくとも１つの制御装置とを有し、各発光ダイオードチップは、少なくとも１つの制御装置に電気的に接続されており、各少なくとも１つの制御装置は、制御装置に接続されている各発光ダイオードチップについての輝度データが記憶されるデータ記憶手段を有し、制御装置は、発光ダイオードチップについて記憶された輝度データに従って選択される電流により、接続された発光ダイオードチップを駆動する。

たとえば、発光ダイオードは、補正データの不揮発性記憶のための内部フラッシュランダムアクセスメモリを有する制御装置を備える。したがって、補正データの履歴を支持する必要はない。補正後、発光ダイオードが特定の入力によって駆動されるとき、出力は目標輝度値の試験公差の範囲内となる。したがって、発光ダイオードは予め定めた光度を有する。さらに、発光ダイオードの発光ダイオードチップは、発光のピーク波長に関して、分けられまたはビニングされる。結果、発光ダイオードは予め定めた輝度および既知の波長を有する。

本発明に係る発光ダイオードは、ディスプレイ（たとえばＬＣＤディスプレイ）のバックライトとして有利に適している。

さらに、本発光ダイオードは、ディスプレイの各ピクセルまたは各サブピクセルが発光ダイオードにより形成される大型ディスプレイを形成するために有利に適している。

本発光ダイオードは、コスト低減および設計の簡略化の両方をもたらし、ディスプレイメーカにとっては設計リードタイムの短縮化をもたらし、ディスプレイメーカによる費用のかかるピクセル補正を不要とする。

発光ダイオードは、たとえば、接続された発光ダイオードチップを定電流によって駆動するための定電流電源を有する。たとえば、この定電流は駆動される発光ダイオードチップのための制御装置に記憶される輝度データに依存する。

発光ダイオードは、発光ダイオードのサーマルシャットダウンを行うサーマルセンサを有する。発光ダイオードのサーマルシャットダウンは、制御装置に接続された少なくとも１つの発光ダイオードチップの１つが安全動作温度を超えるときに行われる。

少なくとも１つの制御装置は、たとえば、接続された発光ダイオードチップのための開回路および／または短絡検出回路を有する。換言すれば、制御装置は、接続された発光ダイオードチップが壊れているかどうかを検出することができる。

制御装置は、接続された発光ダイオードチップの機能状態に関する情報を発光ダイオードの外部に信号として送ることができる。たとえば、制御装置は、接続された発光ダイオードチップの機能状態、たとえば発光ダイオードチップの温度などのデータの出力のためのデータポートを有する。

少なくとも１つの制御装置の少なくとも１つまたは各々は、たとえば、接続された発光ダイオードチップのための、静電放電に対する保護（ＥＳＤ保護）を有する。この場合、発光ダイオードチップのさらなるＥＳＤ保護、たとえば、保護ダイオードは不要となる。

各少なくとも１つの制御装置は、たとえば、その動作温度に従って発光ダイオードチップに供給される電力を調整する、接続された発光ダイオードチップのための温度補償回路を有する。

たとえば、動作温度が上昇するとき、制御装置の温度補償回路は、発光ダイオードチップにより生成される廃熱を減少させるため、発光ダイオードチップに供給される電流を減少させることができる。

しかし、制御装置の温度補償回路は、発光光度を一定に維持するために動作温度が上昇するとき、発光ダイオードチップに供給される電流を増加させることもできる。制御装置の補償回路は、その後、発光ダイオードチップの所定最大温度に達するまで、電流を増加させる。

本発光ダイオードは、また、少なくとも１つの発光ダイオードチップのための支持部材を有する。たとえば、発光ダイオードの全ての発光ダイオードチップは、支持部材に設けられている。少なくとも１つの制御装置が支持部材に設けられていてもよい。また、少なくとも１つの制御装置が支持部材に組み込まれていてもよい。

この場合、支持部材はたとえばシリコンで形成され、少なくとも１つの上記回路または特徴は、このシリコンの支持部材に組み込まれる。最終的に、支持部材自体を制御装置としてもよい。たとえば、制御装置は、少なくとも１つの発光ダイオードチップが取り付けられたＣＭＯＳチップにより得られる。この場合、発光ダイオードチップは、制御装置と直接物理的に接触することができる。たとえば、発光ダイオードチップは、接着剤、はんだなどの接続材料により制御装置に取り付けられる。

本発光ダイオードは、少なくとも３つの発光ダイオードチップと、すべての発光ダイオードのための１つの制御装置とを有し、この発光ダイオードチップは互いに異なる色の光を発する。たとえば、発光ダイオードチップは、赤色、緑色および青色を発する。

発光ダイオードは少なくとも３つの発光ダイオードチップを有し、各発光ダイオードチップはそれぞれ個別の制御装置に接続されている。これにより、発光ダイオードチップは、互いに異なる色の光を発する。この場合、同じ色の光を発する全ての発光ダイオードチップを同じ制御装置に接続し、他の色の発光ダイオードチップを他の制御装置に接続するようにしてもよい。

さらに、発光ダイオードの製造方法が提供される。この方法は、以下のステップを有する。

第１のステップにおいて、少なくとも１つの発光ダイオードチップと、少なくとも１つの制御装置とを有する発光ダイオードを用意する。この際、各発光ダイオードチップは少なくとも１つの制御装置に電気的に接続されており、この制御装置は、発光ダイオードチップについて記憶された輝度データに従って選択される電流によって、接続された発光ダイオードチップを駆動するために設けられている。

次いで、電気的試験パルスを少なくとも１つの発光ダイオードチップの１つのための少なくとも１つの制御装置の１つのデータ入力端に送る。試験パルスは、発光ダイオードチップの１つに発光を生じさせる。

次のステップにおいて、発光ダイオードチップの発光光度を測定する。

次いで、補正データを計算する。この際、補正データの値は、測定された光度と、発光ダイオードチップが到達すべき目標光度との差に依存する。たとえば、補正データの値は、測定された光度と、発光ダイオードチップが到達すべき目標光度との差に比例する。

次のステップにおいて、補正されたデータを制御装置の記憶手段に保存する。

電気的試験パルスの送信ステップから補正データの制御装置の記憶手段への記憶ステップまでは、測定された光度が目標光度と一致するまで繰り返される。たとえば、測定された光度と目標光度との差が１０％以下、好ましくは２％以下であるとき、２つの光度が一致する。

たとえば、方法ステップは、全ての発光ダイオードチップについて繰り返される。結果として、全ての発光ダイオードチップについての輝度値が少なくとも１つの制御装置の記憶手段に記憶され、最終的に、制御装置は、記憶された輝度データに従って選択される電流によって、接続された発光ダイオードチップを駆動することができ、各発光ダイオードチップは目標光度で発光する。

本発明に係る方法により、同じ光度を有する多数の発光ダイオードを製造することができる。

データ記憶手段に記憶される補正データは、たとえば、８ビット補正データパルスである。少なくとも１つの制御装置の１つのデータ入力端に送られる試験パルスは、たとえば、パルス長２５ｍｓのパルスである。

本方法により製造可能な発光ダイオードは、以下の利点を有する。本発明に係る発光ダイオードを有するたとえばディスプレイの設計および試験を簡略化する、狭い公差の輝度および既知の波長群を有する発光ダイオードを顧客に提供することができる。さらに、発光ダイオードに組み込まれた制御装置によって多数の外部要素を除くことができるので、全体的な表示回路基板は簡略化可能である。

図面を参照して、構造／形態において、同様のまたは同様に機能する構成部分は、同一の参照符号が付されている。図面に示される要素および互いのその寸法関係は特記しない限り実際のものとして見なされるべきではない。むしろ、個々の要素は、よりよい表現および／またはより良い理解のために誇張された寸法で表されている場合がある。

図１Ａは、発光ダイオード１００の一例の回路図を概略的に示す。発光ダイオード１００は、可視光を発する１つの発光ダイオードチップ１を有する。たとえば、発光ダイオードチップ１は白色光を発する。

発光ダイオード１００は、さらに制御装置２を有する。制御装置２は、たとえばフラッシュランダムアクセスメモリにより得られるデータ記憶手段／データ記憶装置２１を有する。制御装置はさらに、フラッシュランダムアクセスメモリのコントローラ２２と、データ記憶手段２１のアクセスのための直並列シフトレジスタ２３とをさらに有する。

制御装置は、さらに、定電流源２５を切り替えるため、したがって、発光ダイオードチップ１を切り替えるための１ビットデータラッチ２４を有する。

定電流源２５とデータ記憶手段２１とはデータ線を介して接続されており、データ線を介して、発光ダイオードチップ１のためのデータ記憶手段２１に記憶される輝度値を表す８ビットパルスが定電流源に送られる。換言すれば、定電流源２５は、発光ダイオードチップ１がデータ記憶手段に記憶された光度で発光するように、発光ダイオードチップ１に定電流を供給する。

図１Ｂは、図１Ａに記載の９つの発光ダイオード１００の構成に関する回路図を概略的に示す。この構成は、３つの赤色発光ダイオードチップ１ｒと、３つの緑色発光ダイオードチップ１ｇと、３つの青色発光ダイオードチップ１ｂとを有する。

しかし、各色の発光ダイオードチップの数は、これ以上でもこれ以下でもよい。すべての発光ダイオード１００はデータバスシステム６により接続されている。たとえば、データバスシステム６は、映像表示用に必要な十分な帯域幅を提供する同期シリアルデータインタフェースである。発光ダイオード１００が照明器具において用いられるとき、制限された帯域幅を有する非同期シリアルインタフェースを用いてもよい。このような非同期シリアルインタフェースは、小型の映像ディスプレイ用にも十分である。

発光ダイオード１００は、さらに、発光ダイオードの構成要素に電力を供給する電力供給ユニット７に接続されている。たとえば、赤色発光ダイオード１ｒには、緑色および青色発光ダイオード１ｇ、１ｂよりも低い電力が供給される。しかし、全ての発光ダイオードに同じ電力を供給し、１つの増幅器を用いてもよい。

図２Ａは発光ダイオード１００の別の例の回路図を概略的に示す。発光ダイオード１００は、赤色光、緑色光および青色光を発する３つの発光ダイオードチップ１ｒ、１ｇ、１ｂを有する。発光ダイオード１００は、各発光ダイオードチップのためにそれぞれ１つの制御装置２を有する。

図２Ｂに示す構成において、たとえば、互いに異なる色の光を発する３つの発光ダイオードチップが１つの発光ダイオードチップ１００に設けられていてもよい。この場合、たとえば、発光ダイオード１００は、３つの異なる発光ダイオードのために１つの制御装置を有する。

図３は、発光ダイオード１００の他の実施例の断面図を概略的に示す。発光ダイオード１００はケーシング５を有する。ケーシング５は、たとえば、支持部材３と反射壁５１とを有する。３つの発光ダイオードチップ１ｒ、１ｇ、１ｂは、ケーシング５内に配置されている。さらに、３つ全ての発光ダイオードチップ１ｒ、１ｇ、１ｂの１つの制御装置２が支持部材に組み込まれている。たとえば、支持部材はシリコンから形成され、制御装置２の回路は、シリコンの支持部材に組み込まれている。発光ダイオードチップ１ｒ、１ｇ、１ｂによる発光は、反射壁５１により反射される。

図４は、発光ダイオード１００の他の実施例の断面図を概略的に示す。図３の例と異なり、図４の発光ダイオード１００は、３つの制御装置２を有する。各制御装置２は、発光ダイオード１ｒ、１ｇ、１ｂのただ１つを駆動する。

発光ダイオード１００の他の実施例が、図５の概略断面図と関連して示されている。この場合、支持部材３は制御装置により実現される。たとえば、支持部材３は発光ダイオードチップ１ｒ、１ｇ、１ｂが設けられたＣＭＯＳチップである。たとえば、制御装置２は、データ記憶手段２１と、データ記憶コントローラ２２と、直並列シフトレジスタ２３と、データラッチ２４と、定電流源２５と、サーマルセンサ２６と、開回路および／または短絡検出装置２７と、各発光ダイオードのためのＥＳＤ保護装置２８と、温度補償回路２９とを有する。

図５の実施例と異なり、図６に示される発光ダイオードの実施例は、１つの発光ダイオードチップ１を有する。１つの発光ダイオードチップ１は、発光ダイオードチップ１のための支持部材として機能する制御装置２に設けられている。たとえば、制御装置２は、発光ダイオードチップ１が設けられたＣＭＯＳチップである。たとえば、制御装置２の接続点４は、発光ダイオードチップ１に電気的および機械的に接続されている。したがって、制御装置２および発光ダイオードチップ１は、発光ダイオードチップ１および制御装置２の側面が一致するように、横方向に同じ寸法であってよい。

本発明は、これらの形態に基づく記載による例示的な実施例／形態に限定されない。むしろ、本発明は、任意の新たな特徴、ならびに、有利には請求項中の特徴の任意の組み合わせおよび実施例中の特徴の任意の組み合わせを含む、特徴の任意の組み合わせを、この特徴またはこの組み合わせ自体が請求項または実施例に明確に記載されていなくとも、包含する。

１ 発光ダイオードチップ、 ２ 制御装置、 ３ 支持部材、 ２１ データ記憶手段、 ２２ データ記憶コントローラ、 ２３ 直並列シフトレジスタ、 ２４ データラッチ、 ２５ 定電流源、 ２６ サーマルセンサ、 ２７ 開回路および／または短絡検出装置、 ２８ 保護装置、 ２９ 温度補償回路、 １００ 発光ダイオード

Claims (12)

1. 少なくとも１つの発光ダイオードチップと、少なくとも１つの制御装置と、前記少なくとも１つの発光ダイオードチップのための支持部材と、を備え、
   前記少なくとも１つの制御装置は前記支持部材に組み込まれており、前記制御装置は、全ての側面が前記支持部材によって包囲されており、
   各前記発光ダイオードチップは前記少なくとも１つの制御装置の１つに電気的に接続され、
   各前記少なくとも１つの制御装置は、当該制御装置に接続されている各発光ダイオードについての輝度データが記憶されるデータ記憶手段を有し、
   前記制御装置は、前記発光ダイオードチップについて前記データ記憶手段に記憶された前記輝度データに従って選択される電流によって、前記接続された発光ダイオードチップを駆動する、
   ことを特徴とする、発光ダイオード。
2. 各前記少なくとも１つの制御装置は、前記接続された発光ダイオードチップを駆動する定電流源を有する、請求項１記載の発光ダイオード。
3. 各前記少なくとも１つの制御装置は、当該制御装置に接続された前記少なくとも１つの発光ダイオードチップの１つが選択された安全動作温度を超えるときに、前記発光ダイオードのサーマルシャットダウンを行うサーマルセンサを有する、請求項１記載の発光ダイオード。
4. 各前記少なくとも１つの制御装置は、前記接続された発光ダイオードチップのための開回路および／または短絡検出装置を有する、請求項１記載の発光ダイオード。
5. 各前記少なくとも１つの制御装置は、前記接続された発光ダイオードチップのためのＥＳＤ保護装置を有する、請求項１記載の発光ダイオード。
6. 各前記少なくとも１つの制御装置は前記接続された発光ダイオードチップのための温度補償回路を有し、前記温度補償回路は、前記発光ダイオードに供給される電流をその動作温度に従って調整する、請求項１記載の発光ダイオード。
7. 少なくとも３つの発光ダイオードチップと、全ての発光ダイオードチップのための１つの制御装置とを備え、前記発光ダイオードチップは、互いに異なる色の光を発する、請求項１記載の発光ダイオード。
8. それぞれが自身の制御装置を有する少なくとも３つの発光ダイオードチップを備え、前記発光ダイオードチップは、互いに異なる色の光を発する、請求項１記載の発光ダイオード。
9. ａ）前記少なくとも１つの発光ダイオードチップの１つのための少なくとも１つの制御装置の１つのデータ入力端に電気的試験パルスを送るステップと、
   ｂ）前記試験パルスによる、発光ダイオードチップの発光の光度を測定するステップと、
   ｃ）補正データを計算するステップであって、当該補正データの値が前記測定された光度と目標光度との差に比例する、ステップと、
   ｄ）前記補正データを前記データ記憶装置に記憶するステップと、
   ｅ）前記測定された光度が前記目標光度に一致するまで、前記ステップａ）〜ｄ）を繰り返すステップと、
   ｆ）すべての発光ダイオードチップについて、前記ステップａ）〜ｅ）を繰り返すステップと、
   を含むことを特徴とする、請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
10. 前記補正データは８ビットの補正データパルスである、請求項９記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの発光ダイオードチップおよび反射壁のための前記支持部材を有するケーシングをさらに備え、各前記発光ダイオードチップは前記ケーシング内に設けられている、請求項１記載の発光ダイオード。
12. 前記少なくとも１つの発光ダイオードチップは、前記データ記憶手段と、データ記憶コントローラと、直並列シフトレジスタと、データラッチとを有している、請求項１記載の発光ダイオード。

Images