TWI381541B - 發光二極體陣列，光學記錄裝置，以及對至少一個發光二極體進行脈衝操作之方法 - Google Patents

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Description

發光二極體陣列，光學記錄裝置，以及對至少一個發光二極體進行脈衝操作之方法
本發明是關於一發光二極體陣列，一光學記錄裝置，以及一種對至少一個發光二極體進行脈衝操作之方法。
美國第4843416號專利之專利說明書敘述一種包含有發光二極體和脈衝產生電路的自動對焦相機。其脈衝產生電路藉由發光二極體產生一單獨的閃光，再運用一個光電二極體(photodiode)接受來自於物體反射的光脈衝波。所接受到光脈衝波的振幅便被用於測定與物體之間的距離。
美國第6185240號專利之專利說明書敘述一種有一反向平行的第二個二極體與其相連結的雷射二極體。此第二個二極體的作用是使雷射二極體免於受靜電放電(ESD)的破壞，它保護雷射二極體免於受其反方向可能產生的ESD電壓脈衝所破壞。
WO 98/12757專利之專利說明書敘述一半導體組成物，其包含一個會發出光譜範圍420奈米到460奈米間之藍光的放射半導體晶片。這個半導體晶片至少有部分被一種含冷光轉換材料的密封劑所圈住，且這種冷光轉換材料適用於將半導體晶片的發射光轉換成波長較長的輻射，尤以黃色光譜範圍內為佳。因此這個半導體組成物會發出由波長變換成分的發射光和半導體晶片的原始發射光所組成的混合發射光，這個半導體組成物以發出白光為最佳。
本發明的目的是揭露一種特別有多種應用方式的發光二極體陣列。此外，本發明的另一目的係揭露一種含有此發光二極體陣列的，盡可能簡潔有效率的光學記錄裝置。另外，本發明的再一目的為揭露一適合用於光學記錄裝置的發光二極體陣列，並且特別指出對至少一個發光二極體進行脈衝操作之特別有效的方法。
本發明的一個實施例揭露一種特定的發光二極體陣列，有兩個彼此反向平行的發光二極體相連接。也就是說，假如有一外部電壓供給此發光二極體陣列，其中一發光二極體為正向接通，而另一個發光二極體便為反向接通。每一個發光二極體至少有一發光二極體晶片，另外，每一發光二極體也有可能係由一個單獨的發光二極體晶片所組成。
此外，本發明的一個實施例揭露一種利用交流電提供能源至發光二極體之裝置。也就是說，例如藉由這個裝置，兩個發光二極體中的每一個都可交替接通成正向或反向。假如向其中一個二極體供給反向的電壓，另一個電壓便會被正向供給給另一個發光二極體。因此這個發光二極體陣列的發光二極體適用於交替發射電磁輻射。此外，一段特定時間無電壓供給給發光二極體也是有可能的。
因此本發明揭露了一種有兩個彼此反向平行的發光二極體相連結的發光二極體陣列，和一種利用交流電提供能源至發光二極體之裝置，舉例來說，這個裝置是一種適用於提供發光二極體能 量正向獨立於另一二極體的電力供給裝置。
在一發光二極體陣列的實施例中，這個裝置適用於在預先設定的時段內，提供發光二極體陣列預先設定好方向和強度的電流，如此一來，當發光二極體陣列在預先設定的時段內操作時，發光二極體便可交替的發射出電磁輻射。電磁輻射的強度可被隨著個別的正向操作的發光二極體預先設定的電流強度所調控。
供給發光二極體陣列的電壓最好為小到讓出現反向電壓的二極體不會受損害，也就是說提供的電壓不可超過二極體的崩潰電壓(breakdown voltage)。
在藉由裝置提供能量的發光二極體陣列中，舉例來說，我們是有可能去選擇一時段內預設方向的流經發光二極體陣列的電流，讓這個電流往特定方向流動的時間較長於另一個方向。這樣在操作發光二極體陣列時，便能有利於確保其中一個發光二極體能比另一個發光二極體發射較長時間的電磁輻射。
這個裝置也較佳適用於讓其中一個方向選擇較大的電流。例如，操作中的發光二極體陣列，有可能一直有一相當高的電流在一發光二極體中正向流動，而在正向中提供較長時間的能量。而另一發光二極體則被操作成於較短的時間中有較低強度的正向電流。然而，這兩個發光二極體也可能被操作成分別於相同時間內，分別在其正向中有相同的電流強度。
這個裝置特別較佳為一個脈衝寬度調變電路(pulse-width-modulation circuit)。有了這個脈衝寬度調變電路，電流的強度、方向和預設電流強度方向的流動時間，都可被精確 且容易地設定。
在一發光二極體陣列的較佳實施例中，發光二極體被安置於一般的外罩。為了這個目的，舉例來說，兩個發光二極體可能都會被容納於一個外罩基體的凹處。
在一發光二極體陣列的較佳實施例中，發光二極體適於發射不同波長的電磁輻射。舉例來說，其中一個發光二極體可能發射紅光，然後另一個發光二極體則發射藍光。
在更進一步的發光二極體陣列實施例中，冷光轉換材料被用來至少能轉換一部分從其中一個發光二極體發出的電磁輻射波長。也就是說，冷光轉換材料被置於至少一個發光二極體下游的照射方向，且這個原料會吸收發光二極體發射出的部分輻射，然後接著發射出不同波長的輻射。這個冷光轉換材料發射出的輻射波長要大於原來發光二極體發出的輻射波長為較佳。最後得到的輻射便是由原來的發光二極體發出的輻射和被轉變過波長的輻射所混合組成。
基本上，發光二極體發出的輻射波波長也可被冷光轉換材料全部轉換，例如為了將不可見的輻射波轉換成可見光。假如冷光轉換材料中至少含有兩種不同的冷光物質，就有可能用這個方法去製造由兩種冷光物質發射出的混合光波。有機和無機的冷光物質都適合用來轉換電磁輻射波長，例如參照WO 98/12757專利關於冷光物質的內容，便是用此方法。
在更進一步的發光二極體陣列實施例中，冷光轉換材料被放在至少一個發光二極體的發光面的薄層中，然而它也可能只被放 在其中一個發光二極體的薄層中。此外在每一實例中，兩個發光二極體使用的冷光轉換材料有可能含不同的冷光物質，這些冷光物質可分別適用發光二極體所發射的電磁輻射。
在更進一步的發光二極體陣列實施例中，發光二極體可能被一普通的密封劑圍繞。這個密封劑最好能包含冷光轉換材料。特別最好是其中一個發光二極體發射的電磁輻射波波長，可以大量毫無阻礙的通過此密封劑。所謂大量毫無阻礙的意思是說，發光二極體發射的電磁輻射波波長，不會被密封劑上的冷光轉換材料所轉換，或是僅有細微程度的轉換。因此從這個密封劑出來的輻射波波長，跟原本自發光二極體發出時一樣，而不會被密封劑上的物質明顯吸收。至少有一些從另外一個發光二極體發出的輻射波的波長，會被冷光轉換材料所轉換。
在一發光二極體陣列的特別較佳實施例中，從其中一個發光二極體發出的電磁輻射波，其被轉換過波長的部分，可與原來這個發光二極體發出的電磁輻射波混合，形成混合光波。這些混合光波以白光為最佳。
這是說，其中一個發光二極體，發出紫外光/藍光範圍的電磁輻射波，波長峰值最好介於420奈米和470奈米之間，然後冷光轉換物質將部分的輻射波轉換成綠色/黃色光譜範圍，這些轉換後發射出的輻射波波長峰值最好介於530奈米和580奈米之間，便有利於讓得到的混合光為白光。
在更進一步的發光二極體陣列實施例中，其中一個發光二極體適合發射紅色，綠色或黃色光譜範圍內的電磁輻射波。
其中一個發光二極體發射出在紅色光譜範圍內，波長峰值介於600奈米和750奈米之間的電磁輻射波為較佳。
發光二極體陣列特別利用了這種概念，就是提供能量給發光二極體陣列，讓它能交替方向的發射電磁輻射，而有部分特定的紅光要被加進去。例如，若發光二極體陣列射出白光，是經由將部分的藍光轉換成黃光的方法來產生，這樣的白光含有非常少量的紅光。而這個選擇加入紅光的方法就是於預設的時段中，以固定強度的正向電流來提供發光二極體能量，使其發出紅光，便可克服這個紅光不足的缺點。假如選擇讓發光二極體發出綠色光譜範圍來代替紅色光譜，這樣清晰的綠光成分就會被加入發光二極體陣列的輻射中。整體而言，發光二極體陣列的色彩再現指數(color reproduction index)便可用此方式有效的增加。
特別也有有利證實指出，兩個發光二極體彼此反向平行連接的發光二極體陣列，可互相保護免於反向靜電放射。這種靜電放射電壓脈衝對光電零件可能會有不利的影響，甚至可能會毀壞零件。假如有一電流因為這種靜電放電(ESD)電壓脈衝而流經發光二極體陣列，它會在其中一個發光二極體的正向中被引開，因而任何一個發光二極體故障的風險都因此被降低。
在更進一步的發光二極體陣列較佳實施例中，至少一個其他的發光二極體，可與那彼此反向平行連接的發光二極體中的至少其中一個互相串聯。例如一個發綠光的發光二極體可能與一個發紅光的發光二極體相串聯，然後可能有一個發藍光的發光二極體與這兩個發光二極體反向平行連接。藉由交替地提供發光二極體 陣列能量，如此例便有可能製造出紅光和綠光部分增強的白光。
上述的發光二極體陣列，其一特別較佳於用作車輛、飛行器、或錄影機和相機中內建光學系統的照明裝置。可發出有增加紅光成分之白光的發光二極體陣列，被證實在這方面特別有利。例如，當這種發光二極體陣列被用於車輛的內建光學系統的照明裝置時，被照明的地圖較好閱讀；當人們被這種發光二極體陣列照射時，比起沒有增加紅光成分的傳統發光二極體陣列，也就比較不會顯得蒼白。當這種發光二極體陣列被用於攝影機或照相機時，它特別的益處也是被證實的。
在更進一步的實施例中，至少其中一個發光二極體有至少一個發光二極體晶片，而大部分從這個發光二極體晶片產生的電磁輻射，會從輻射釋放面或由這個發光二極體晶片形成的主要輻射方向出去。這個電磁輻射特別較佳為專門經由發光二極體晶片的輻射釋放面出去。
發光二極體晶片較佳為包含一磊晶成長堆疊層，舉例來說這個堆疊層是指一連串磊晶成長層；這個堆疊層較佳由至少一個適合製造電磁輻射的激活區(active zone)所組成。為達此目的，舉例來說這個激活區可能會有一pn型連接(pn-type junction)、一雙重異質結構(double heterostructure)、一單量子井結構(single quantum well structure)、或特別較佳為一多重量子井結構(multiple quantum well structure；MQW)。在本申請案範圍中，量子井結構這個詞包含任何經由禁閉而能量狀態經過量子化的載體結構。特別是量子井結構這個名詞並不包括任何關於量子化維度的資訊。 因此除了其他外事物外，它包含量子井(quantum wells)、量子線(quantum wires)和量子點(quantum points)，以及這些結構的任何組合。
此堆疊層特別最佳為，磊晶過程結束後將成長晶圓(grown-on substrate)移除之一連串磊晶成長層。一載體特別較佳被應用在堆疊層的表面，其位於原來之成長晶圓的另一面。組成物因而藉由從一連串磊晶成長層移除成長晶圓來製造，這也常被稱作薄膜層組成物。
薄膜層組成物的基本原理，例如在Schnitzer I.等中所描述的：「30%的外部量子效能來自於具特定結構的LEDs表面」Appl.Phys.Lett.，October 1993，volume 63，pages 2174-2176。其揭露關於薄膜層元件基本原理的內容，在此參照之。
薄膜發光二極體晶片，它非常接近朗伯表面放射器(Lambert surface radiator)，因此特別適合於前照燈之應用。相對於成長晶圓，能夠自由選取載體是非常有利的。例如這個載體在導電性或穩定性等方面的特性會比可用的成長晶圓更適合該組成物，可用的成長晶圓在製造高品質的磊晶成長系列層時，會受到嚴格的限制。又例如，為了得到高品質的磊晶層，沉澱磊晶的材料必須與成長晶圓點陣相匹配(lattice-matched)。
這個應用在堆疊層的載體，最好選擇與堆疊層的熱膨脹係數相當者為最佳。例如這個載體可以包含像鍺、砷化鎵、磷化鎵、碳化矽等半導體材料，以及其他如藍寶石(sapphire)、鉬(molybdenum)、金屬等材料。
此外，這個載體最好有良好的導熱性，那麼當發射電磁輻射時在激活區產生的熱，就至少有部分可經由這個載體被散發至周圍。
依據較精細製作的發光二極體晶片，其在被應用的載體和堆疊層之間放置一鏡像層(mirrored layer)。該鏡像層可包含一布拉格鏡(Bragg mirror)或一含金屬的鏡像層。含金屬鏡面可包含金、鍺化金、銀、鋁、白金等，它比布拉格鏡優越，因為其有較低的反射率的定向相依性(directional dependency of the reflectivity)。使用含金屬鏡面也有可能得到比使用布拉格鏡還高度的反射率。
兩個發光二極體都能至少有一個薄膜層設計的發光二極體晶片為最佳。
依據發光二極體陣列的至少一個實施例，發光二極體陣列有一光學感測器(optical detector)，用來偵測物體反射出的電磁輻射脈衝。這個輻射脈衝較佳為來自其中一個發光二極體發射出來的電磁輻射脈衝的反射。在本文中所說的這個感測器可位於發光二極體陣列外殼的裡面或外面。這個感測器較佳適用於偵測兩個發光二極體的發射光。
此外，在發光二極體陣列中包含一評估電路(evaluation circuit)，該電路使用探測訊號來偵測物體和感測器之間的距離。例如物體和感測器之間的距離可藉由評估電路，經由輻射脈衝發射和接受到物體反射脈衝之間的時間來計算。另外，評估電路也可能用比較原始脈衝和反射脈衝的方法，來探測物體距離。在本文中，可藉由比較脈衝波形狀的方式來探測物體距離，並且也有 可能用比較脈衝波振幅的方式來探測物體距離。
依據發光二極體陣列的至少一個實施例，發光二極體陣列可能有兩個會發出不同波長之光波的發光二極體，而來自這兩個發光二極體的輻射脈衝反射，便有可能被用來探測距離。這樣一來便可特別精準地探測物體的距離。因此來自這兩個發光二極體反射脈衝有可能用不同的評估演算法(evaluation algorithms)來計算。例如探測物體距離，可用其中一個發光二極體脈衝反射的傳播時間差來探測，而另一個發光二極體的反射脈衝波，則可用比較脈衝波振幅或形狀的方式來探測物體距離。
整體來說，這個發光二極體陣列特別適合用於光學記錄裝置或測量距離裝置。
另外，依據上述的至少一個實施例所載，本發明揭露一含有發光二極體陣列的光學記錄裝置。
在光學記錄裝置的第一實施例中，揭露一含有兩個彼此反向平行連接的發光二極體的光學記錄裝置。也就是說，假如提供一共同外部電壓給發光二極體的線路，其中一個發光二極體為正向接通，而另一個發光二極體則為反向接通。
此外，一電力供給裝置適用於將能量提供給對於正向(forward direction)彼此相互獨立之發光二極體。舉例來說，這個電力供給裝置適用於提供能量讓發光二極體交替地為正向(alternately in the forward direction)。然而，該電力供給裝置也可 用於提供能量讓兩個發光二極體同時均為正向。此外，這個電力供給裝置可用於提供能量讓其中一個發光二極體為連續的正向操作模式，同時讓第二個發光二極體在預定的時間內有預定次數的正向流通。它也有可能讓二個發光二極體都被操作成交替的連續模式或脈衝模式。
在一實施例中，因此揭露了有兩個彼此反向平行連接的發光二極體的光學記錄裝置，以及適用於提供能量讓發光二極體彼此正向獨立的電力供給裝置。
發光二極體較佳被置於一個共同外罩之內，發光二極體的電力供給裝置可被置於外罩的外面。該外罩最佳被安排成表面可安裝(surface-mountable)的模式。如此一來，至少一個光學元件可以較省空間的被放置在發光二極體主要放射方向的下游。該光學元件可附在外罩部分。這個光學元件可以是折射、繞射、全像或反射的光學系統。此外，這個光學元件可為多數的發光二極體最佳化。那就是說，在此例中的光學元件用此方式建構，以充當所有發光二極體的光學元件。舉例來說，光學元件的光放射面有可能為此目的而作成相關的設計。
發光二極體較佳為至少有部分被普通的密封劑所圍繞，這個密封劑較佳為至少能被一部分發光二極體射出的電磁輻射穿透。例如這個密封劑可形成一光學元件。這個光學元件的光學特性，經由折射率的選擇，和發光二極體產生的電磁輻射離開密封劑時的密封劑界面形狀，可被放置成清晰的樣子。一個單獨的光學元件也有可能被用在至少一部份的密封劑上。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，發光二極體用來發射不同波長的光。例如，其中一個發光二極體可用來發射紅外線或紅色光譜範圍的光，而另一個發光二極體則用以發射藍色光譜範圍的光。然而，也有可能兩個發光二極體用發射出相同光譜範圍內的光，特別是發光二極體也有可能射出相同波長的光。
發光二極體較佳以不同的方法來切割尺寸，換言之，發光二極體可隨著他們可變的特性，如電力消耗或相對亮度等，而有所不同。
這個光學記錄裝置特別利用一種概念，就是在一普通外罩中安排兩個不同的發光二極體，這樣的安排讓發光二極體與光學記錄裝置成為一體，發光二極體可被多方利用且非常節省空間。除此之外，發光二極體緊密的空間安排讓它可以去使用共同光學元件。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，一種冷光轉換材料被用來至少能部分轉換從至少其中一個發光二極體發出的電磁輻射波長。這是指說，冷光轉換材料被置於至少一個發光二極體之照射方向的下游，且這個原料會吸收發光二極體發射出的至少一部分的輻射，然後接著再發射出不同波長的輻射。這個冷光轉換材料發射出的輻射波長以大於原來發光二極體發出的輻射波長為較佳。最後得到的輻射便是由原來的發光二極體發出的輻射和被轉變過波長的輻射所混合組成。
基本上，發光二極體發出的輻射波波長也可被冷光轉換材料全部轉換，例如為了將不可見的輻射波轉換成可見光。假如冷光 轉換材料中含有至少兩種不同的冷光物質，就有可能用這個方法去製造由兩個發光二極體發射出的混合光波。
在更進一步的實施例中，這種冷光轉換材料可被應用在至少其中一個發光二極體的放射面的薄膜層。然而冷光轉換材料也有可能只被用在其中一個發光二極體的薄膜層。此外在每一個例子中，含不同冷光物質的冷光轉換材料有可能被用在兩個發光二極體上。這些不同的冷光物質可分別適用於不同發光二極體所發出的電磁輻射。
該共同密封劑也較佳為含有冷光轉換材料。其中一個發光二極體，特別較佳適合發射可大量毫無阻礙的通過此密封劑的電磁輻射波波長。本文中大量毫無阻礙的意思是說，從這個發光二極體發射的電磁輻射波波長，不會被密封劑上的冷光轉換材料所轉換，或是僅有很細微的轉換。因此從這個密封劑出來的輻射波波長，跟原本自發光二極體發出時一樣，而不會被密封劑上的物質明顯吸收。然後從另外一個發光二極體發出的電磁輻射波的波長，至少能有部分被轉換為較佳。
依據至少一個光學記錄裝置的實施例，從其中一個發光二極體發出的電磁輻射波，其被轉換過波長的部分，可與原來這個發光二極體發出的電磁輻射波相混合，形成混合光波。這些混合光波以白光為最佳。
這是說，其中一個發光二極體，適於發出紫外光/藍光範圍的電磁輻射波，波長峰值最好介於420奈米和470奈米之間，然後冷光轉換材料將部分的輻射波轉換成綠色/黃色光譜範圍內的電 磁輻射，這些轉換後發射出的輻射波波長峰值最好介於530奈米和580奈米之間，得到的混合光便為白光。
也有可能兩個發光二極體都發射出在紫外光/藍光範圍內的光波，因而讓這兩個發光二極體的光可與冷光轉換材料發射出的光混合，形成白光。
此外，也有可能至少其中一個發光二極體的白光，是由包含至少一個紅色，至少一個綠色，和至少一個藍色發光二極體晶片的發光二極體所發射。
在更進一步的實施例中，其中一個發光二極體適合製造紅色，綠色，藍色或黃色光譜範圍內的電磁輻射。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，有一光學探測器。該光學感測器適於偵測自物體反射的電磁輻射脈衝。這個感測器較佳適用於，偵測其中一個發光二極體發射出的輻射脈衝的反射脈衝波。為此目的，可以讓這個感測器的感光度適合發光二極體發射出的電磁輻射波波長，即這個感測器最佳的感光度在發光二極體發射出的電磁輻射波波長範圍內為最佳。為此目的，其中一個發光二極體用於發射紅外光範圍內的輻射脈衝，該感測器的最佳感光度即在紅外光範圍內。
此外，提供一評估電路，該電用探測訊號來偵測物體和感測器之間的距離。例如物體和感測器之間的距離可藉由評估電路，經由輻射脈衝發射和接受到自物體反射的脈衝波之間的時間來計算。另外，評估電路也可能用比較原始脈衝和反射脈衝的方法，來探測物體距離。在本文中，可藉由比較脈衝波形狀的方式來探 測物體距離，並且也有可能用比較脈衝波振幅的方式來探測物體距離。
這種用來偵測物體和感測器間的距離的方法，可被使用在光學記錄裝置中的自動聚焦系統。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，至少其中一個發光二極體用來製造一最多500 ms照明期間(illumination period)的閃光，最典型為300 ms，然而這個照明期間也有可能較短，例如在100 ms到200 ms之間。在光學記錄裝置中，有一用來提供能量讓至少一個發光二極體有這些時間週期的裝置，這個裝置可為一脈衝寬度調變電路(pulse-width-modulation circuit)。
兩個發光二極體均特別較佳可用上述方法製造閃光。然後這個裝置可用來製造兩個發光二極體的脈衝。從至少一個發光二極體發出的光，和部份被轉換波長後的輻射混合，在此特別有可能形成白光。這樣一來，兩個發光二極體都特別較佳用於製造白色閃光。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，閃光的照明強度可被設定成一定的方式，換言之，這個脈衝式提供能量裝置，讓脈衝長度去配合測得的變量，因此脈衝長度由控制變因的方式來決定。控制變因為可測量的數值，如周圍亮度。例如當周圍亮度高，而已足夠製造一較低照明強度的閃光時，這個閃光的脈衝長度就會被降低。然而閃光的脈衝長度也可與光學記錄裝置的照明期相配合。
更進一步的光學記錄裝置實施例中，至少有一個脈衝寬度調 變電路，用來操作至少其中一個發光二極體成為脈衝形式。藉由脈衝寬度調變電路，有可能在操作中調節發光二極體的光線強度。發光二極體的接通時間比起開啟電流時間越少時，發光二極體發出的光就會越亮。這樣一來就有可能操作至少其中一個發光二極體成為一可調光源。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，一裝置用於提供能量，讓至少其中一個發光二極體能與光學記錄裝置控制的影像記錄結果同步。這個裝置可為一脈衝寬度調變電路。這個裝置較佳為能一起控制閃光和影像記錄結果。因此當由光學記錄裝置記錄一影像結果時，便有可能用聯結的閃光照亮每一個影像記錄的單獨畫面。由於光學訊號顯影的慣性，對觀看者顯現的結果會是持續被照明的。然而，照度脈衝和記錄影像顯影的精確配合，優於發光二極體持續操作模式的地方是它特別有效率。此外，在發光二極體的脈衝操作模式下，熱的產生比連續操作模式要少，這有利於降低讓發光二極體充分冷卻的必要花費。
在所有以上提到的實施例中，特別最佳為兩個彼此反向平行連接的發光二極體，可構成互相保護讓它們避免反向靜電放射。這種靜電放電(ESD)電壓脈衝可能會對光電元件有不利的影響，甚至可能會破壞它。假如有一電流因為這種靜電放電(ESD)電壓脈衝而流經發光二極體陣列，這個電流會經由其中一個發光二極體的正向被引開，因而另一個發光二極體故障的風險便被降低。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，光學記錄裝置是下面這些物件的其中一個：有照相功能的行動電話、數位相機、攝錄 影機、靜態相機。發光二極體的省電和省空間，在這些物件中特別有利。
另外，本發明揭露對至少一個發光二極體進行脈衝操作之方法，即提供能量讓發光二極體與光學記錄裝置控制的影像記錄結果同步。發光二極體的提供能量裝置較佳為與影像記錄結果是同一裝置所控制，那就是說，發光二極體的能量供給和影像記錄結果較佳為都被光學記錄裝置控制。發光二極體可與光學記錄裝置外殼結合，或是安置在外面當作外部光源。這樣一來就有可能在影像記錄過程中，同時由光學記錄裝置提供能量給多個發光二極體。如上所述，發光二極體的同步操作特別適用於動態記錄。當使用多數個發光二極體時，就有利於從不同的方向照亮動態鏡頭。
此外，另外一個發光二極體可能會反向平行連接來保護靜電放射，但也有可能是和發光二極體平行連接一個稽納二極體(zener diode)或一電阻器，來作為ESD保護裝置。
在實施例和圖示中，完全相同或相同功能的元件，分別用相同的符號來表示。所述的元件和元件之間的大小關係並無尺規測量；相反地，一些圖示中的細節會被特別放大，以方便說明。
本發明實施例中之一個例示發光二極體陣列可以有第一發光二極體和第二發光二極體，彼此反向平行連接。第一發光二極體1用來製造波長為λ1的光波，第二發光二極體用來製造波長為λ2的光波。此彼此反向平行連接的發光二極體，由一交流電路提供能量，此電路即為脈衝寬度調變電路(pulse-width-modulation circuit)。
在本文中，舉例來說，第一發光二極體1在一段時間t1中，被正向提供強度為I1的電流，因而在時間t1中發射出波長為λ1的電磁輻射。
第二發光二極體在一段時間t2中，被正向提供強度為I2的電流，因而在時間t2中發射出波長為λ2的電磁輻射。
此發光二極體陣列的電流/時間關係，在時間t1中流經電流I1，在時間t2中流經電流I2。
脈衝寬度調變電路的頻率以1/(t1+t2)表示。脈衝寬度調變電路的頻路最好大於或等於100Hz。人的肉眼無法分辨兩個波長λ1和λ2，反而是兩個波長混合後形成有部分波長為λ1與部分波長為λ2的光。時間t1和t2的長度可以一樣也可以不一樣。假如t1>t2，發光二極體陣列就會發出較多部分為波長λ1的光。
此外，也有可能如另一實施例，在一特定無作用的時間t3內，沒有電流流經發光二極體陣列，即I3=0。這樣一來發光二極體陣列的輻射能量就可被調節。沒有電流流過的時間t3比t1和t2較長的話，發光二極體陣列發出的光就會顯得較不亮。這裡重要的是，時間要夠短讓觀看者不會看到閃爍不定的發射光。
本發明實施例中之兩個發光二極體也可以串聯方式連接，第一發光二極體則與這個串聯電路反向平行連接。兩個發光二極體在時間t2中同時被正向操作，並且發射出波長為λ2a和λ2b的電磁輻射，這樣一來就有可能在發光二極體陣列發出的電磁輻射中，加入另一個光的成分。
圖1為發光二極體陣列實施例的簡要剖面圖，在這裡第一發光二極體1，是一個用來發射波長範圍在420奈米和470奈米之間電磁輻射的發光二極體晶片。這個輻射波波長的峰值較佳為450奈米。發光二極體1有可能是一個單獨的發光二極體晶片。
第一發光二極體1可被一350 mA的正向電流I1操作，較佳為在t1=50 ms的時間內正向操作。發光二極體1與第一連結體3a相連結，並且經由連結線路4a和第二連結體3b相通。發光二極體2與發光二極體1反向平行，與第二連結體3b相連結，並且經由連結線路4b和第一連結體3a相通。舉例來說，第二發光二極體2可以是一個單獨的發光二極體晶片。
舉例來說，第二發光二極體2用來發射紅色光譜範圍內的電磁輻射。第二發光二極體2射出的輻射波波長峰值較佳在600奈米和750奈米之間。第二發光二極體2特別較佳為在t2時間內，在正向用強度在1 mA和30 mA之間的電流I2提供能量，時間最好為接近50 ms。兩個發光二極體1和2，都被放置在基體5的凹處，並且被一共同的密封劑6所圍繞。
密封劑6較佳為含有環氧澆鑄樹脂(epoxy casting resin)或矽，能被發光二極體1和2發射出的電磁輻射所穿透。此外，密封劑6較佳為含有冷光轉換材料7，用來將部分由發光二極體1發出的藍光轉變成黃光，此黃光較佳為介於530奈米和580奈米之間的光譜範圍，黃光的波長峰值特別較佳為接近565奈米。
發光二極體1的藍光和冷光轉換材料的黃光混合後形成白光。依據CIE1931標準色度系統，這個白光的色彩座標為 Cx=0.32，Cy=0.31。色彩溫度較佳為接近6,500K。
發光二極體陣列因此發射t1時間的白光和t2時間的紅光，一方面相較於時間t1去延長時間t2，紅光的成分便可藉此被增加，或者另一方面在操作第二發光二極體2時，藉由加強電流強度I2來增加紅光成分。也有可能根據另一個實施例，串聯另一個發出紅光的發光二極體。第二發光二極體2的紅光較佳為通過密封劑時不會被冷光轉換材料轉換波長。
彼此反向平行連接的發光二極體1、2，有利於構成互相免於反向靜電放射的保護裝置。舉例來說，根據JESD22-A114-B測試方法，這樣的靜電放射保護讓發光二極體陣列的電壓最高可達2kV。
以下說明為一發光二極體陣列在光學記錄裝置中的實施例。舉例來說，第一發光二極體1用來發射紫外光/藍色光譜範圍內的電磁輻射，波長適合在420奈米到470奈米之間，峰值較佳為450奈米。第一發光二極體1，由一個持續的，接近350 mA的正向電流提供能量。第二發光二極體2可被設計成和第一發光二極體1完全相同，但也有可能比第一發光二極體1小，它可用介於1和50 mA間的電流正向操作。
發光二極體2發射出的電磁輻射波長範圍依據發光二極體2的功能而定，例如發光二極體2可用來發射紅色或紅外線光譜範圍內的電磁輻射。
發光二極體1和2均較佳為置於一共同外罩。為此發光二極體1和2都被放在基體5的凹處，並且被一共同密封劑6所圍繞。 密封劑6較佳為含有環氧澆鑄樹脂或矽，能被發光二極體1和2發射出的電磁輻射所穿透。此外，密封劑6較佳為含有冷光轉換材料7，可用來將部分由發光二極體1發出的藍光轉變成黃光，此黃光較佳為介於530奈米和580奈米之間的光譜範圍，這個黃光的波長峰值特別較佳為接近565奈米。發光二極體1的藍光和冷光轉換材料7的黃光混合後形成白光。
發光二極體1、2和外罩外面的連結體3a和3b之間可形成通路，而且發光二極體1、2在外罩中，藉由連結線路4a、4b來彼此反向平行連接。發光二極體1、2，每一個是單獨的發光二極體晶片。此外也有可能為多數個發光二極體晶片1，例如在外罩中放置四個或五個發光二極體晶片，然後發光二極體2和這些發光二極體晶片1反向平行連接。發光二極體晶片1可被放置於陶瓷載體上。發光二極體晶片1可以是兩個發出綠光一個發出藍光和一個發出紅光的發光二極體晶片，當他們一起被操作時，發光二極體晶片1就可發出白光。
在一個光學記錄裝置的實施例中，發光二極體2可在照相時當作降低紅眼的初始閃光(preliminary flash)，那麼第二發光二極體2就較佳為發射藍光，好讓其發射光能與冷光轉換材料7的放射物混合形成白光。
第二發光二極體2也有可能發射紅光，此時發光二極體2就可用來當作保護眼睛的初始閃光。
在更進一步的實施例中，附加了一個脈衝寬度調變電路，它有可能正向啟動第二發光二極體2，如此一來第二發光二極體2 有可能作為可調式螢幕手電筒(pocket lamp)的可調光源。第二發光二極體2特別較佳為用25到35 mA的電流來操作。
在更進一步的實施例中，有可能使用第二發光二極體2作為初始閃光或是可調式螢幕手電筒。
光學記錄裝置中，發光二極體1、2省空間的安置，以及第二發光二極體2的省電，特別有利於使用在一些小型物件，例如行動電話或數位相機。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，一個裝置用來讓第一發光二極體1成為閃光。舉例來說這個裝置可以是脈衝寬度調變電路。發光週期最好可與周圍亮度相配合，為此，光學感測器(未於圖中顯示)就有可能用來在閃光啟動前偵測周圍亮度，因而發光週期就可與偵測值相配合。舉例來說，光學感測器為一光電二極管或一光電晶體(phototransistor)。
在另一個光學記錄裝置實施例中，第二發光二極體2用來發射紅外光，此外，此光學記錄裝置有一感測器，用來探測第二發光二極體2之被照物體的反射光。如說明書中揭露的一等效電路(未於圖中顯示)，被用來探測物體與感測器之間的距離，即為物體與記錄裝置之間的距離。以此方式得到的距離資訊，可被用來設計一光學系統，並且用此方式獲得物體的聚焦影像。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，發光二極體1、2，至少有一個用來製造紅外線光波範圍內的電磁輻射。發光二極體的光可被用來作為閃光燈，或是光學記錄裝置夜視模式的連續照明。也就是說，光學記錄裝置在此例中用來接受發光二極體在紅 外光頻率範圍內的反射電磁波，並且將它轉變至可見光的頻率範圍。
在更進一步的光學記錄裝置實施例中，發光二極體1、2構成互相免於反向靜電放射的保護裝置。根據JESD22-A114-B測試方法，這樣的靜電放射保護讓發光二極體陣列的電壓最高可達2kV。
本專利申請案，主張德國專利102004031689.9-34和102004042185.4-52的優先權，揭露內容可據此參照之。
本發明並不限定於說明書所述的實施例。相反地，本發明包含任何新的特徵，和與新特徵的結合，特別是包含與申請專利範圍之內的特徵的結合，即使這些特徵並未在申請專利範圍或具體實施例中明確揭露。
1‧‧‧發光二極體
2‧‧‧發光二極體
3a‧‧‧連結體
3b‧‧‧連結體
4a‧‧‧連結線路
4b‧‧‧連結線路
5‧‧‧基體
6‧‧‧密封劑
7‧‧‧冷光轉換材料
參照具體實施例與相關圖式，下面將更仔細的說明發光二極體陣列：
圖1為發光二極體陣列實施例的簡要剖面圖。
1‧‧‧發光二極體
2‧‧‧發光二極體
3a‧‧‧連結體
3b‧‧‧連結體
4a‧‧‧連結線路
4b‧‧‧連結線路
5‧‧‧基體
6‧‧‧密封劑
7‧‧‧冷光轉換材料

Claims (27)

  1. 一種發光二極體陣列，其包含兩個反向平行相互連接的發光二極體，其更包含一個裝置及一種冷光轉換材料，該裝置用以將交流電提供給所述發光二極體，其中該二發光二極體是以不同方法切割且電力消耗不同，該二發光二極體相互形成靜電放電防護，所述發光二極體之一所發射之電磁波的波長係介於420奈米至470奈米之間，且所述冷光轉換材料則用以將所述電磁波的波長轉換成波長介於530奈米與580奈米之間的電磁波。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之發光二極體陣列，其中所述裝置是用以在預先設定的時段內，提供發光二極體預先設定好方向和強度的電流。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述裝置是一脈衝寬度調變電路。
  4. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體是被放置在共通的外罩中。
  5. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體可發出不同波長的光。
  6. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述冷光轉換材料係用以至少部分轉換由所述發光二極體之一所發射之電磁輻射的波長。
  7. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體裝置是被密封劑所包覆。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體之一所發射之電磁輻射可大量毫無阻礙的通過所述密封劑。
  9. 根據申請專利範圍第6項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體之一所發射的電磁輻射，可與被所述冷光轉換材料轉換波長之電磁輻射相混合，而生成白光。
  10. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體之一所發射的電磁輻射，係屬於下列光譜之一：紅、綠、黃。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體之一所發射的電磁輻射屬於紅色光譜，其波長介於600奈米至750奈米之間。
  12. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述兩個發光二極體之相對亮度不同。
  13. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中更包含至少一個發光二極體與至少一個所述發光二極體串聯連接。
  14. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中所述發光二極體陣列係於下列之裝置中提供照明之設備：電動車輛之內部照明系統、攝錄影機、靜態相機。
  15. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，更包含有：一個光學感測器，所述光學感測器係用以感測被一物體反 射之所述發光二極體之一所發射之電磁輻射脈衝，並產生一感測器訊號；以及一個評估電路，其係使用所述感測器訊號以決定所述物體與所述感測器之間的距離。
  16. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中更包含一靜電放電防護裝置，用以產生光。
  17. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體陣列，其中至少所述發光二極體之一具有薄膜設計之發光二極體晶片。
  18. 一種光學記錄裝置，其包含如申請專利範圍第1項或第2項之該發光二極體陣列。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述之光學記錄裝置，其中所述光學記錄裝置更包含一個光學感測器以及一個評估電路，其中所述光學感測器係用以感測被一物體反射之所述發光二極體之一所發射之電磁輻射脈衝，所述評估電路係使用所述感測器訊號以決定所述物體與所述感測器之間的距離。
  20. 根據申請專利範圍第18項所述之光學記錄裝置，其中至少所述發光二極體之一係用以產生達到500毫秒發光週期之閃爍光。
  21. 根據申請專利範圍第20項所述之光學記錄裝置，其中所述閃爍光之發光強度可在明確方式下被設定。
  22. 根據申請專利範圍第18項所述之光學記錄裝置，其中至少 所述發光二極體之一係以連續運轉的方式發光。
  23. 根據申請專利範圍第18項所述之光學記錄裝置，其中所述光學記錄裝置更包含一裝置，所述裝置係用以與一影像記錄序列同步地提供至少所述發光二極體之一能量，其中所述影像記錄序列係被所述光學記錄裝置所控制。
  24. 根據申請專利範圍第18項所述之光學記錄裝置，其中所述之裝置係下列裝備之一：照相行動電話、數位相機、攝影機。
  25. 一種對如申請專利範圍第1項之發光二極體陣列之至少一發光二極體進行脈衝操作之方法，其中所述至少一發光二極體係與一影像記錄序列同步地提供能量，其中所述影像記錄序列係受如申請專利範圍第18項之所述光學記錄裝置所控制。
  26. 一種對如申請專利範圍第2項之發光二極體陣列之至少一發光二極體進行脈衝操作之方法，其中所述至少一發光二極體係與一影像記錄序列同步地提供能量，其中所述影像記錄序列係受如申請專利範圍第18項之所述光學記錄裝置所控制。
  27. 一種發光二極體陣列，其包含兩個反向平行相互連接的發光二極體，其更包含一個裝置，用以將交流電提供給所述發光二極體，其中該二發光二極體是以不同方法切割且電力消耗不同，且該二發光二極體相互形成靜電放電防護，所述發光二極體係包覆於一共同密封劑之內，所述共同密封劑並包含一冷光轉換材料，其中所述發光二極體之一所 發射之輻射通過所述共同密封劑且其波長未受轉換，至於另一所述發光二極體所發出輻射之波長則至少一部份被所述冷光轉換材料所轉換。
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