組み込まれた光又は温度センサ及び時間多重を用いる半導体パッケージ

专利摘要:
少なくとも２つのピン１１、１２を持つパッケージ１０が提案される。該パッケージは、第１の機能を持つ半導体構造２０と、第２の機能を持つ少なくとも１つの回路素子を有する電気回路３０と、を有する。構造２０及び回路３０は、ピン１１、１２に電気的に接続される。更に、該パッケージは、ピン１１、１２を通る第１の動作信号６０及び第２の動作信号７０を時間多重化することにより、該第１及び第２の機能を実行するように動作可能である。最後に、該第１の機能は照明機能であり、該第２の機能は感知機能である。本発明は、ＬＥＤ又はレーザダイオードを有する、コスト効率が良く汎用性の高い小型化された発光パッケージを提供するため、特に有利である。
公开号:JP2011511451A
申请号:JP2010544824
申请日:2009-01-23
公开日:2011-04-07
发明作者:フランス；エム ヴォス；ジェフリー；ディー クメテック
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー；
IPC主号:H01L33-48

专利说明:

[0001] 本発明は、少なくとも２つのピンを持つパッケージであって、半導体構造を有するパッケージに関する。更に本発明は、斯かるパッケージを有するモジュール、並びに斯かるパッケージ及びモジュールを動作させる方法に関する。]
背景技術

[0002] 発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する上述の種類のパッケージ及びモジュールは、良く知られている。これらパッケージ及びモジュールは、（一般）照明、ＬＣＤ用のバックライト、又は標識等のような、多くの用途に利用され得る。一般に、斯かるパッケージは電気回路を含む。該回路は、例えば、静電気又は逆電圧に対する保護のため、ＬＥＤに対して逆並列に配置された静電放電保護ダイオードから成る。代替としては、該回路は、同様に第１のＬＥＤと逆並列に配置された第２のＬＥＤから成り、該パッケージが例えばＡＣ電流で駆動されることを可能とする。ことによると、該２つのＬＥＤは異なる波長で光を発し、混色を可能とする。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 先行技術のパッケージは、典型的な動作条件下での色安定性に欠ける。数あるなかでも、ＬＥＤ中で動作する物理プロセスが、発せられる光を接合部温度に敏感にする。発せられる光の色安定性を確実にするため、温度又は光センサに依存する、多くの能動的及び受動的なフィードバック／フィードフォワード制御方式が提案されてきた。伝統的には、斯かるセンサは、パッケージを光源として有する発光モジュール又は発光体の中に配置されてきた。しかしながら、このことは高い組み立てコストに対して、生産可能な複雑な装置に帰着する。更に、センサがパッケージの外のモジュールにおいて組み立てられるため、個々のパッケージのアイデンティティ及び寄与に対する低い選択度しか持たない。加えて、既知のパッケージは、２個より多いアクセスピンを適用する場合、ＬＥＤの両端の電圧効果の測定のような、電気的手段を介してしか、障害のあるＬＥＤを検出することができない。例えば、２つのアクセスピンのみを持つ単一のパッケージに直列で４個のＬＥＤからなる列を適用すると、斯かる電圧効果測定により、該列においてもたらされる単一の障害を決定することは不可能である。]
課題を解決するための手段

[0004] 本発明の目的は、コスト効率が良く汎用性のあるパッケージを提供することにある。本発明の更なる目的は、付加的なアクセスピンの必要なく、障害のあるＬＥＤの決定を可能とするパッケージを提供することにある。更に、本発明は、小型化されたパッケージ及び／又はモジュールを提供することを目的とする。更に、本発明は、（光及び熱）の源のアイデンティティ及び該源からの寄与に対する高い選択度を持つ（光及び温度）センサアセンブリを提供することを目的とする。これらの目的の少なくとも１つは、請求項１による本発明の第１の態様によるパッケージ、即ち少なくとも２つのピンを持つパッケージであって、前記パッケージは、第１の機能を持つ半導体構造と、第２の機能を持つ少なくとも１つの回路素子を有する電気回路と、を有し、前記構造及び前記回路は、前記ピンに電気的に接続され、前記パッケージは、前記ピンを通る第１及び第２の動作信号を時間多重化することにより、前記第１及び第２の機能を実行するように動作可能であり、前記第１の機能は照明機能であり、前記第２の機能は感知機能である、パッケージによって達成される。]
[0005] 本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、及び端面発光レーザのような半導体発光構造が、一方向にしか電流を通さないため、時間多重化によりピン共有のための優れた機会を提供するという洞察に基づく。加えて、これら構造のパルス動作又は変調動作が一般的であり、即ち通常は連続的には駆動されない。従って、一部の時間の間、該半導体構造に駆動電流を供給しないことが、他の機能のためのピンの再利用を可能とする。更に、最小の数のアクセスピンを持つパッケージを設計することは、コストの理由による利点を持つ。更に、設計規則が、一度に複数のピンによりピン計数を増大させるようにパッケージに指示する。斯くして、本発明は、パッケージに対するアクセスピンの数を最小化し、コスト効率の良い、汎用的で小型化されたパッケージを実現する。最後に、センサをパッケージ内に組み込みことが、該パッケージ内の（光又は熱の）源に対する選択度を、他のパッケージ内の源に比べて改善する。]
[0006] 本発明の一実施例においては、前記回路は、少なくとも１つの直流（ＤＣ）で動作させられる装置を有する。一実施例においては、前記ＤＣで動作させられる装置は、温度センサ又は光センサの少なくとも一方を有する。このことは有利にも、光出力（光束、色点等）を制御及び安定化させるためのフィードバック信号を供給することを可能とする。]
[0007] 一実施例においては、前記回路は更に、半導体発光構造に対して逆並列に配置されたダイオードを有する。このことは有利にも、互いとは独立して実行される２つの機能を構成する。]
[0008] 一実施例においては、前記感知機能は、光束測定又は色点測定の一方を有する。ここでもまた、このことは発せられた光の光束及び／又は色点を制御及び安定化することを可能とする。]
[0009] 一実施例においては、前記回路の少なくとも一部が、前記半導体発光構造に一体化される。一実施例においては、前記半導体発光構造はサブマウントを有し、前記回路は前記サブマウント上に一体化される。このことは、更に大きな一体化の度合いを可能とする。]
[0010] 一実施例においては、前記半導体発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）の少なくとも一方を有する。]
[0011] 本発明の第２の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの本発明によるパッケージを有する発光モジュールを提供する。有利にも、該発光モジュールは、（光及び熱）の源のアイデンティティ及び該源からの寄与に対する高い選択度を持つ、感知及びフィードバック機能を持つ発光アセンブリ（発光体等のような）を提供することを可能とする。]
[0012] 一実施例においては、前記モジュールは更に、第１及び第２の動作信号を時間多重化するように構成された処理手段を有する。好適には、これら処理手段は、ＬＥＤ又はＬＤを駆動し、且つセンサからフィードバック／フィードフォワード信号を収集して、駆動信号の調節を可能とし、発光モジュールの所定の出力（光束、色点等）を安定化させる、（集積又はディスクリート）回路を有する。]
[0013] 第３の態様によれば、本発明は、発光モジュールを動作させる方法であって、前記モジュールを、少なくとも２つのピンを持つパッケージを有するように構成するステップと、前記パッケージを、第１の機能を持つ半導体構造と第２の機能を持つ電気回路とを有するように構成するステップと、前記構造及び前記回路を、ピンに電気的に接続するステップと、前記パッケージを、前記ピンを通る第１及び第２の動作信号を時間多重化することにより、前記第１及び第２の機能を実行するように動作させるステップと、を有し、前記第１の機能は照明機能であり、前記第２の機能は感知機能である、方法を提供する。]
[0014] 本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。]
[0015] 本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、図面と共に、以下の例の説明及び好適な実施例において開示される。]
図面の簡単な説明

[0016] 本発明による実施例を模式的に示す。
本発明によるパッケージを動作させる時間多重化方式を示す。
集積回路素子を持つサブマウントを有する半導体構造を模式的に示す。
本発明によるパッケージの実施例の分解図を示す。]
実施例

[0017] 図１は、本発明の実施例を模式的に示す。即ち、パッケージであって、該パッケージが例えば電源（図示されていない）に接続されることを可能とする少なくとも２つのピン１１、１２を持つパッケージ１０である。パッケージ１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、及び端面発光レーザのような半導体構造２０を有する。更に、パッケージ１０は、電気回路３０を有する。該回路３０は、ダイオード５０と、ＤＣで動作する素子４０とを有する。ダイオード５０は、半導体構造２０に逆並列に配置される。従って、半導体構造２０が光を発するよう動作させられると、ダイオード５０はＤＣ素子をシャットダウンする。更に、ダイオード５０は、ＤＣで動作する素子４０を逆極性から保護する。幾つかのＤＣで動作する素子は、それ自体にダイオード特性を持つ（例えば光及び温度に感応するダイオード）ことに留意されたい。斯かる場合には、ダイオード５０及びＤＣで動作する素子４０は、１つの回路素子に組み合わせられ得る。この構成は、２つの異なる機能のために、ピン１１、１２を順次的に利用することを可能とする。] 図１
[0018] 図２は、本発明によるパッケージ１０を動作させる時間多重化方式を示す。本図は、ピン１１における電気信号の極性を、時間の関数として示す。該時間多重化方式は、所定の長さＴ１及びＴ２（等しい長さであっても良いし等しくなくても良い）を持つ間隔に時間を分割する。Ｔ１間隔の間、ピン１１において正の極性を持つ第１の動作信号６０が、半導体構造２０を駆動する。Ｔ２間隔の間は、ピン１２において正の極性（ピン１１における負の極性と等価）を持つ第２の動作信号７０が、ＤＣで動作する素子４０を駆動する。例えば、半導体構造２０がＬＥＤとして構成される場合、第１の機能は照明機能であっても良い。第１の動作信号６０は、一定の高さと、発せられる光束を定義する可変の幅とを持つ、ＰＷＭベースの駆動信号であっても良い。代替としては、第１の動作信号は、一定の幅と、発せられる光束を定義する可変の高さ（即ち振幅）とを持つ、ＰＡＭベースの信号であっても良い。本分野において他の多くの駆動信号（ＤＣ又は変調）方式が存在し、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく利用され得る。更に、ＤＣで動作する素子４０をセンサとして構成することは、第２の機能が感知機能となることを可能とする。有益にも、斯かるセンサは、温度センサを有する。代替としては、該センサは光センサを有しても良い。斯くして、第２の動作信号７０は、測定される温度又は検出される光を調べても良い。有益にも、このことは、発せられる光の光束及び／又は色点を制御及び安定化させるためのフィードバック信号を提供することを可能とする。本発明の精神及び範囲から逸脱することなくパッケージ１０を動作させる、他の多くの多重化方式が考えられ得る。] 図２
[0019] 以上の実施例においては、パッケージ１０が半導体構造２０及び電気回路３０を有するが、これら２つは離散的な構成要素として存在しても良いし、又は一体化されていても良い。斯くして、一実施例においては、回路３０の少なくとも一部が、半導体構造２０に一体化される。一実施例においては、半導体構造２０はサブマウント２９を有し、回路３０は該サブマウントに一体化される（図３）。このことは、更に大きな一体化の度合いを実現する。本実施例においては、サブマウント２９は、ＤＣで動作する素子４０、ダイオード５０及び半導体光源２１を相互接続する電気回路（図示されていない）を、該サブマントの上端面に有する。更に、該回路は、パッケージ１０のピン１１、１２の相互接続を実現する。半導体光源２１は、光源２１に適切な駆動信号が与えられたときに所定の波長で光を発するように構成された、接合層２４を挟持する、第１の導電型（例えばｎ型）の層２２と、第２の導電型（例えばｐ型）の層２３とを有する。第１の導電型の層２２及び第２の導電型の層２３は、それぞれ接触層２５及び２６に接続される。はんだバンプ２７、２８が、サブマウント２９における電気回路の接続を実現する。] 図３
[0020] 図４は、パッケージ１０の分解図を示す。一実施例においては、該パッケージは、挿入成形されたリードフレームに配置されたヒートシンクスラグ１００を有する。該挿入成形されたリードフレームは例えば、ピン１０６ａ、１０６ｂを介して電気的な経路を提供する金属フレーム１０６の周囲に成形された充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は、光反射器１０２を含んでも良い。半導体発光構造１０４は、スラグ１００に直接に、又は熱導伝性のサブマウント１０３を介して間接的に、装着される。回路３０（図示されていない）は、半導体発光構造１０４に一体化されても良い。代替としては、回路３０は、サブマウント１０３上に一体化されても良い。代替としては、回路３０は、成形されたプラスチック材料１０５内に一体化されても良い。光レンズであっても良いカバー１０８が付加されても良い。] 図４
[0021] 複数のパッケージ１０をモジュールに組み立てることは、発光体（等）を製造することを可能とする。有利にも、このことは、（光及び熱）の源のアイデンティティ及び該源からの寄与に対する高い選択度を持つ、感知及びフィードバック機能を備えた発光アセンブリを提供する。センサをパッケージ１０内に一体化させることにより、これらセンサは、同じパッケージ１０内の光源の適切な特性（温度、光）のみを効果的に測定する。一実施例においては、該モジュールは更に、第１の動作信号６０及び第２の動作信号７０を時間多重化するように構成された処理手段を有する。好適には、これら処理手段は、ＬＥＤ又はＬＤを駆動するとともに、発光モジュールの所定の出力（光束、色点等）を安定化させるために、駆動信号の調節を可能とするセンサからのフィードバック／フィードフォワード信号を収集する、（集積又はディスクリート）回路を有する。]
[0022] 本発明は以上に記載された実施例を参照しながら説明されたが、同じ目的を達成するために代替の実施例が利用され得ることは明らかであろう。例えば、該パッケージは、適切な数のピンと組み合わせた関連回路３０を備えた１つよりも多い半導体構造２０を有しても良い。それ故本発明の範囲は、以上に説明された実施例に限定されるものではない。従って、本発明の精神及び範囲は、請求項及びそれと同等の記載によってのみ限定されるべきものである。]

权利要求:

請求項1
少なくとも２つのピンを持つパッケージであって、前記パッケージは、第１の機能を持つ半導体構造と、第２の機能を持つ少なくとも１つの回路素子を有する電気回路と、を有し、前記構造及び前記回路は、前記ピンに電気的に接続され、前記パッケージは、前記ピンを通る第１及び第２の動作信号を時間多重化することにより、前記第１及び第２の機能を実行するように動作可能であり、前記第１の機能は照明機能であり、前記第２の機能は感知機能である、パッケージ。
請求項2
前記回路は、前記感知機能を実行するように構成された少なくとも１つの直流で動作させられる装置を有する、請求項１に記載のパッケージ。
請求項3
前記直流で動作させられる装置は、温度センサ又は光センサの少なくとも一方を有する、請求項２に記載のパッケージ。
請求項4
前記回路は更に、前記半導体構造に対して逆並列に配置されたダイオードを有する、請求項２に記載のパッケージ。
請求項5
前記感知機能は、光束測定又は色点測定の一方を有する、請求項２に記載のパッケージ。
請求項6
前記回路の少なくとも一部が、前記半導体構造に一体化された、請求項１に記載のパッケージ。
請求項7
前記半導体構造はサブマウントを有し、前記回路は前記サブマウント上に一体化された、請求項６に記載のパッケージ。
請求項8
前記半導体構造は、発光ダイオード及びレーザダイオードの少なくとも一方を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパッケージ。
請求項9
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のパッケージを有する発光モジュール。
請求項10
前記モジュールは更に、前記第１及び第２の動作信号を時間多重化するように構成された処理手段を有する、請求項９に記載の発光モジュール。
請求項11
発光モジュールを動作させる方法であって、前記モジュールを、少なくとも２つのピンを持つパッケージを有するように構成するステップと、前記パッケージを、第１の機能を持つ半導体構造と第２の機能を持つ電気回路とを有するように構成するステップと、前記構造及び前記回路を、ピンに電気的に接続するステップと、前記パッケージを、前記ピンを通る第１及び第２の動作信号を時間多重化することにより、前記第１及び第２の機能を実行するように動作させるステップと、を有し、前記第１の機能は照明機能であり、前記第２の機能は感知機能である、方法。