特許 5910969 ＬＥＤに基づくディスプレイ用の集積型バック電源アーキテクチャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5910969

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】ＬＥＤに基づくディスプレイ用の集積型バック電源アーキテクチャ

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20160414BHJP

   H01L 33/48 20100101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 J

   H01L33/00 400

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-544730(P2012-544730)

(86)(22)【出願日】2010年12月15日

(65)【公表番号】特表2013-514671(P2013-514671A)

(43)【公表日】2013年4月25日

(86)【国際出願番号】US2010060401

(87)【国際公開番号】WO2011075499

(87)【国際公開日】20110623

【審査請求日】2013年11月18日

【審判番号】不服2014-23503(P2014-23503/J1)

【審判請求日】2014年11月18日

(31)【優先権主張番号】61/288,221

(32)【優先日】2009年12月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/328,567

(32)【優先日】2010年4月27日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】12/965,001

(32)【優先日】2010年12月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502188642

【氏名又は名称】マーベル ワールド トレード リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チャン、ワンフェン

(72)【発明者】

【氏名】ウー、アルバート

【合議体】

【審判長】 河原 英雄

【審判官】 ▲高▼ 芳徳

【審判官】 近藤 幸浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２３２０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−９１３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５８４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２４４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−５９８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００２１１８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５３３９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２６５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２１２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０７１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３７１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４５３３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L33/00-33/64

H01S5/00-5/50

H01L27/15

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスを発生して前記複数のＬＥＤを駆動する制御モジュールと
を備え、
前記複数のＬＥＤおよび前記制御モジュールは、集積回路（ＩＣ）パッケージ内に集積され、かつ前記ＩＣパッケージ内で単一のダイ上に配置されており、
前記ダイは、
第１面、および前記第１面とは反対側の第２面を有するセラミック層と、
前記制御モジュールを含むシリコン層と
を有し、
前記複数のＬＥＤは、前記セラミック層の前記第１面に隣接して配置され、
前記セラミック層の前記第１面は、反射材料でコーティングされており、
前記シリコン層は、前記セラミック層の前記第２面に隣接し、
前記複数のＬＥＤは、前記シリコン層に電気的に接続されており、
前記ダイは、前記制御モジュールによって発生された前記ＰＷＭパルスに基づいて前記複数のＬＥＤに電力を供給するバック電源のインダクタンスおよびキャパシタンスのうち少なくとも一方を含む金属コア層をさらに有し、
前記金属コア層は、前記シリコン層の、前記セラミック層とは反対側の面に配置されている、
システム。

【請求項2】

前記複数のＬＥＤは封止されておらず、
前記複数のＬＥＤは、互いに直列に接続されている
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記複数のＬＥＤは、前記セラミック層に貫通孔を用いることにより、前記シリコン層に電気的に接続されている
請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記複数のＬＥＤは、ボンドワイヤを用いることにより電気的に接続されている
請求項１または２に記載のシステム。

【請求項5】

前記ダイは、複数のツェナーダイオードをさらに有し、
前記複数のツェナーダイオードのうち少なくとも１つは、前記複数のＬＥＤのうち対応する１つに接続され、
前記複数のツェナーダイオードは、前記セラミック層の前記第１面に隣接して配置され、または前記シリコン層内に配置される
請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスを発生して前記複数のＬＥＤを駆動する制御モジュールと
を備え、
前記複数のＬＥＤは、集積回路（ＩＣ）パッケージ内で第１のダイ上に配置されており、
前記制御モジュールは、前記ＩＣパッケージ内で第２のダイ上に配置されており、
前記第２のダイは、
前記第１のダイに隣接する第１面、および前記第１面とは反対側の第２面を有するセラミック層と、
前記制御モジュールを含み、前記セラミック層の前記第２面に隣接するシリコン層と
を有し、
前記複数のＬＥＤは、前記シリコン層に電気的に接続されている
システム。

【請求項7】

前記第１のダイは、複数のツェナーダイオードをさらに有し、
前記複数のツェナーダイオードのうち少なくとも１つは、前記複数のＬＥＤのうち対応する１つに接続されている
請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記複数のＬＥＤは、ボンドワイヤを用いて電気的に接続されている
請求項６または７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第２のダイは、前記制御モジュールにより発生された前記ＰＷＭパルスに基づいて前記複数のＬＥＤに電力を供給するバック電源のインダクタンスとキャパシタンスのうち少なくとも一方を含む金属コア層をさらに有し、
前記金属コア層は、前記シリコン層の、前記セラミック層とは反対側の面に配置されている
請求項６から８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記ＩＣパッケージは、前記複数のＬＥＤに隣接する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第２面は露出パッドを有する
請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

前記ＩＣパッケージは、前記複数のＬＥＤに隣接する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、ヒートシンクが前記第２面に取り付けられている
請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、主にＬＥＤに基づくディスプレイに関し、特に、ＬＥＤに基づくディスプレイ用の集積型バック電源アーキテクチャに関する。

【背景技術】

【0002】

［関連出願の相互参照］
本願は、２００９年１２月１８日出願の米国仮出願第６１／２８８，２２１号および２０１０年４月２７日出願の米国仮出願第６１／３２８，５６７号の利益を主張する２０１０年１２月１０日出願の米国出願第１２／９６５，００１号の優先権を主張する。上記出願の開示内容の全体を本明細書に参照として組み込む。

【0003】

本明細書において提供される背景についての記載は、開示内容の背景を全般的に提示することを目的とする。本願において名前を提示された発明者の本背景技術の項目に記載される仕事と、出願時に先行技術としての条件を満たさない本記載の側面とは、明示的にも黙示的にも本開示内容に対する先行技術と自認するものでない。

【0004】

発光ダイオード（ＬＥＤ）のＰＮ接合は、順方向バイアスされたときに発光する。一般的に、ＬＥＤはエネルギー効率が良く、信頼性があり、保守の必要性が低く、環境に優しい。したがって、ＬＥＤに基づくディスプレイ（照明器具）は、住居用および商用に様々に用いられている。たとえば、ディスプレイは、電子レンジ、広告看板、産業用の制御パネル、街灯等に使用されている。

【0005】

ＬＥＤの明度は、通常、ＰＮ接合が順方向バイアスされたときのＰＮ接合に流れる順方向電流の関数である。明度はさらに、ＰＮ接合の温度（接合温度）の関数でもある。ＰＮ接合に印加される順方向電圧によって、ＰＮ接合に流れる順方向電流が決まる。順方向電圧も、接合温度の関数である。

【0006】

ＬＥＤコントローラは、接合温度の変化に基づいてＬＥＤに流れる電流を制御する。電流を制御することにより、ＬＥＤコントローラは、ＬＥＤの明度を所定のレベルに維持する。ＬＥＤに電力を供給するべく、複数種類のスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）が使用される。たとえば、ＳＭＰＳは、バックＳＭＰＳ（ｂｕｃｋ ＳＭＰＳ）、ブースト（ＳＭＰＳ）、フライバックＳＭＰＳ等であってよい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

システムは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスを発生してＬＥＤを駆動する制御モジュールとを備える。ＬＥＤおよび制御モジュールは、集積回路（ＩＣ）パッケージに集積されている。

【0008】

その他の特性においては、ＬＥＤは封止されておらず、ＬＥＤは、互いに直列に接続されている。

【0009】

その他の特性においては、ＬＥＤおよび制御モジュールは、ＩＣパッケージ内でダイ上に配置されている。ダイは、第１面、および第１面とは反対側の第２面を有するセラミック層と、シリコン層とを有する。ＬＥＤは、セラミック層の第１面に隣接して配置されている。シリコン層は、制御モジュールを含む。シリコン層は、セラミック層の第２面に隣接している。ＬＥＤは、シリコン層に電気的に接続されている。

【0010】

その他の特性においては、ＬＥＤは、セラミック層に貫通孔を用いることにより、またはボンドワイヤを用いることにより、シリコン層に電気的に接続されている。

【0011】

その他の特性においては、ダイは、複数のツェナーダイオードをさらに有する。ツェナーダイオードのうち少なくとも１つは、ＬＥＤのうち対応する１つに接続されている。ツェナーダイオードは、セラミック層の第１面に隣接して配置されているか、またはシリコン層内に配置されている。

【0012】

別の特性においては、セラミック層の第１面は、反射材料でコーティングされている。

【0013】

その他の特性においては、ダイは、制御モジュールによって発生されたＰＷＭパルスに基づいてＬＥＤに電力を供給するバック電源のインダクタンスおよびキャパシタンスのうち少なくとも一方を含む金属コア層をさらに有する。金属コア層は、シリコン層の、セラミック層とは反対側の面に配置されている。

【0014】

その他の特性においては、ＬＥＤは、ＩＣパッケージ内で第１のダイ上に配置されており、制御モジュールは、ＩＣパッケージ内で第２のダイ上に配置されている。

【0015】

その他の特性においては、第１のダイは、複数のツェナーダイオードをさらに有する。ツェナーダイオードのうち少なくとも１つは、ＬＥＤのうち対応する１つに接続されている。

【0016】

その他の特性においては、第２のダイは、第１のダイに隣接する第１面、および第１面とは反対側の第２面を有するセラミック層と、シリコン層とを有する。シリコン層は、制御モジュールを含む。シリコン層は、セラミック層の第２面に隣接する。ＬＥＤは、シリコン層に電気的に接続されている。ＬＥＤは、ボンドワイヤを用いて電気的に接続されている。

【0017】

その他の特性においては、第２のダイは、制御モジュールによって発生されたＰＷＭパルスに基づいてＬＥＤに電力を供給するバック電源のインダクタンスおよびキャパシタンスのうち少なくとも一方を含む金属コア層をさらに有する。金属コア層は、シリコン層のセラミック層とは反対側の面に配置されている。

【0018】

その他の特性においては、ＩＣパッケージは、ＬＥＤに隣接する第１面と、第１面とは反対側の第２面とを有する。第２面は、露出パッドを有する。

【0019】

その他の特性においては、ＩＣパッケージは、ＬＥＤに隣接する第１面と、第１面とは反対側の第２面とを有する。ヒートシンクが、第２面に取り付けられている。

【0020】

別の特性においては、ＩＣパッケージのサイズは、ＬＥＤのルーメン対ワット比に基づいて決定される。

【0021】

別の特性においては、ＩＣパッケージのサイズは、ＬＥＤのルーメン対ワット比に反比例する。

【0022】

別の特性においては、ＬＥＤおよび制御モジュールは、単一の実装プロセスを用いてＩＣパッケージに集積される。

【0023】

さらに他の特性においては、方法は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を集積回路（ＩＣ）パッケージ内に配置する段階と、制御モジュールを用いてパルス幅変調（ＰＷＭ）パルスを発生してＬＥＤを駆動する段階とを備える。ＬＥＤおよび制御モジュールは、ＩＣパッケージ内に集積されている。ＬＥＤは封止されておらず、互いに直列に接続されている。方法は、複数のツェナーダイオードをＩＣパッケージ内に配置する段階と、ツェナーダイオードのうち少なくとも１つを、ＬＥＤのうち対応する１つに接続する段階と、ＬＥＤ、制御モジュール、およびツェナーダイオードを、単一の実装プロセスを用いてＩＣパッケージ内に集積する段階とをさらに備える。

【0024】

本開示内容のさらなる応用領域が、詳細な記載、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。詳細な記載および特定の実施例は、例示目的だけを意図されており、本開示内容の範囲を限定することは意図されていない。

【図面の簡単な説明】

【0025】

開示内容は、詳細な記載および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

【0026】

【図1】ＬＥＤ用のバック電源の概略図である。

【0027】

【図2】集積されたトランジスタＱ、ダイオードＤ、およびＬＥＤを示すＬＥＤ用バック電源の概略図である。

【0028】

【図3】集積されたトランジスタＱ、ダイオードＤ、ＬＥＤ、および制御モジュールを示すＬＥＤ用バック電源の概略図である。

【0029】

【図4】集積されたＬＥＤストリングおよびリニアレギュレータを示すＬＥＤ用リニア電源の概略図である。

【0030】

【図5A】ＬＥＤと、ＬＥＤ用のバック電源またはリニア電源の構成要素とを備える集積回路（ＩＣ）パッケージの多様な構成を示す。

【図5B】ＬＥＤと、ＬＥＤ用のバック電源またはリニア電源の構成要素とを備える集積回路（ＩＣ）パッケージの多様な構成を示す。

【図5C】ＬＥＤと、ＬＥＤ用のバック電源またはリニア電源の構成要素とを備える集積回路（ＩＣ）パッケージの多様な構成を示す。

【図5D】ＬＥＤと、ＬＥＤ用のバック電源またはリニア電源の構成要素とを備える集積回路（ＩＣ）パッケージの多様な構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下の記載は、本来的に例示的であり、開示内容またはその用途もしくは利用を限定することは全く意図されていない。明瞭性を期する目的で、図面において同一の参照番号を使用して類似の要素を表す。本明細書において使用されるＡ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという文言は、論理学上の非排他的論理ＯＲを用いる（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきである。方法に含まれる各段階は、本開示内容の原理を変更することなく異なる順序で実行してよい。

【0032】

本明細書において使用されるモジュールという文言は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ（共有、専用、もしくはグループ）、記載される機能を提供するその他の適切な部材、または上記のうちのいくつかもしくは全てをたとえばシステムオンチップのように組み合わせたものを示してよく、それの一部であってよく、もしくは、それを含んでよい。モジュールという文言は、プロセッサにより実行されるコードを格納するメモリ（共有、専用、もしくはグループ）を含んでよい。

【0033】

上に使用されたコードという文言は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはマイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／またはオブジェクトを示してよい。上に使用された共有という文言は、複数のモジュールからのコードのうちいくつかもしくは全てを単一の（共有）プロセッサを使用して実行してよいことを意味する。さらに、複数のモジュールからのコードのうちいくつかもしくは全てを単一の（共有）メモリに格納してよい。上に使用されたグループという文言は、単一のモジュールからのコードのうちいくつかもしくは全てをプロセッサ群を使用して実行してよいことを意味する。さらに、単一のモジュールからのコードのうちいくつかもしくは全てをメモリ群を使用して格納してよい。

【0034】

図１を参照すると、ＬＥＤ用の典型的なバック電源１００が示されている。バック電源１００は、制御モジュール１０２、トランジスタＱ、ダイオードＤ、インダクタンスＬ、入力キャパシタンスＣ_ｉｎ、出力キャパシタンスＣ_ｏ、および負荷としてのＬＥＤを備える。キャパシタンスＣ_ｉｎおよびＣ_ｏ、並びにインダクタンスＬは、バック電源１００の受動的構成要素である。

【0035】

ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＤＣ変換器（不図示）は、入力電圧Ｖ_ｉｎをバック電源１００に供給する。バック電源１００は、ＬＥＤ間に出力電圧Ｖ_ｏを発生させる。入力キャパシタンスＣ_ｉｎは、入力電圧Ｖ_ｉｎをフィルタリングする。出力キャパシタンスＣ_ｏは、出力電圧Ｖ_ｏをフィルタリングする。

【0036】

制御モジュール１０２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてパルスを生成し、トランジスタＱを所定のデューティサイクルで駆動する。トランジスタＱがオンしているとき、インダクタンスＬ、ＬＥＤ、およびトランジスタＱを電流が流れる。トランジスタＱがオフしているとき、インダクタンスＬ、ＬＥＤ、およびダイオードＤを電流が流れる。

【0037】

バック電源１００において、入力キャパシタンスＣ_ｉｎおよび出力キャパシタンスＣ_ｏは、一般的に電解キャパシタンスである。電解キャパシタンスの寿命は、通常、約１０^３時間である。対照的に、ＬＥＤは、通常、平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が約１０^５から１０^６時間である。電解キャパシタンスはＬＥＤより寿命が短いので、電解キャパシタンスを用いたＬＥＤに基づくディスプレイは、ＬＥＤの寿命よりも早くに寿命が終わる傾向がある。

【0038】

さらに、電解キャパシタンスの大きさおよび電解キャパシタンスによるフィルタリングの質は、これらキャパシタンスの値に比例する。つまり、フィルタリングの程度を高めるには、より大きい電解キャパシタンスが通常用いられる。したがって、バック電源のいくつかの構成要素は集積回路（ＩＣ）に集積することができるのであるが、電解キャパシタンスはＩＣに集積できない。さらに、バック電源のシリコン系構成要素（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）をＩＣパッケージに実装するには、ＬＥＤを実装するのとは異なる実装プロセスが必要である。したがって、ＬＥＤおよびバック電源のシリコン系構成要素のＩＣパッケージへの実装には問題がある。

【0039】

本開示内容は、ＬＥＤおよびバック電源のシリコン系構成要素をＩＣパッケージに実装するにおいて、単一の実装プロセスを用いることに関する。具体的には、非封止型ＬＥＤ（つまり、樹脂またはレンズ等の材料によって封止されていないＬＥＤ；つまり、ＬＥＤのシリコン系部位（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｂａｓｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎｓ））およびバック電源のシリコン系構成要素をダイ上に配置することができる。ダイをＩＣパッケージに実装する。

【0040】

または、非封止型ＬＥＤを第１のダイに配置し、バック電源のシリコン系構成要素を第２のダイに配置することができる。第１のダイを貫通孔、ワイヤボンディング、またはその他の種類の接続を用いて第２のダイに電気的に接続する。第１のダイおよび第２のダイをＩＣパッケージに実装する。

【0041】

非封止型ＬＥＤを含む層とバック電源のシリコン系構成要素を含むシリコン層との間にセラミック層を設けることができる。セラミック層は、ＬＥＤを含む層とシリコン層との間の膨張係数の差を補償する。さらに、任意のヒートシンクもしくは露出パッド（ｅｘｐｏｓｅｄ ｐａｄ；Ｅ−パッド）をＩＣパッケージ上に設けて熱を放散させることもできる。

【0042】

さらに、ＬＥＤに基づくディスプレイは、バック電源において入力フィルターキャパシタンスおよび出力フィルターキャパシタンスとして非電解キャパシタンスを用いることにより長寿命化することができる。たとえば、電解キャパシタンスの代わりに、セラミックキャパシタンスもしくは薄膜キャパシタンスを用いてよい。バック電源の非電解キャパシタンスおよびインダクタンスは、ＩＣパッケージの金属コア層に集積することができる。

【0043】

図２から図４を参照すると、バック電源の様々な構成要素をＩＣパッケージに集積することができる。通常、異なる種類のシリコン系構成要素をＩＣパッケージに集積するには、異なる実装プロセスが用いられる。たとえば、第１の実装プロセスを用いてトランジスタおよびダイオードをＩＣパッケージに集積し、第１の実装プロセスとは異なる第２の実装プロセスを用いてＬＥＤをＩＣパッケージに集積してよい。しかし、本開示内容によると、単一の実装プロセスを用いてＬＥＤおよびバック電源のその他のシリコン系構成要素をＩＣパッケージに集積してよい。さらに、ＩＣパッケージは、バック電源の受動的構成要素を実装するために用いられる金属コア層を含む。金属コア層は、ＩＣパッケージのＬＥＤおよびその他の構成要素が発する熱を放散させる。金属コア層は、アルミニウム、銅合金、鉄合金、または炭素であってよい。金属コア層の組成は、ＩＣパッケージの熱放散および重量等の要因により決まる。

【0044】

たとえば、図２では、ダイオードＤ、トランジスタＱ、およびＬＥＤをＩＣパッケージに集積することができ、単一の実装プロセスを用いてダイオードＤ、トランジスタＱ、およびＬＥＤをダイ上に集積してよい。さらに、受動的構成要素（つまり、インダクタンスＬ並びにキャパシタンスＣ_ｉｎおよびＣ_ｏ）は、ＩＣパッケージの金属コア層に集積することができる。

【0045】

図３では、ダイオードＤ、トランジスタＱ、およびＬＥＤに加えて、制御モジュール１０２をダイ上に集積することができる。繰り返すが、単一の実装プロセスを用いてダイオードＤ、トランジスタＱ、ＬＥＤ，および制御モジュール１０２をダイ上に集積してよい。さらに、受動的構成要素（つまり、インダクタンスＬ並びにキャパシタンスＣ_ｉｎおよびＣ_ｏ）は、ＩＣパッケージの金属コア層に集積することができる。

【0046】

図２および図３では、キャパシタンスＣ_ｉｎおよびＣ_ｏは、非電解キャパシタンスである。たとえば、キャパシタンスＣ_ｉｎおよびＣ_ｏは、セラミックキャパシタンスもしくは薄膜キャパシタンスを含むことができる。ＡＣ／ＤＣ変換器が入力電圧Ｖ_ｉｎを供給する場合、入力キャパシタンスＣ_ｉｎは、以下のように選択することができる。入力キャパシタンスＣ_ｉｎは、出力電圧Ｖ_ｏより高い入力電圧Ｖ_ｉｎを保持するのに十分な値を有することができる。ＤＣ／ＤＣ変換器が入力電圧Ｖ_ｉｎを供給する場合、入力電圧Ｖ_ｉｎは出力電圧Ｖ_ｏより高い。さらに、制御モジュール１０２は、力率を補正することができる。

【0047】

図４では、ＬＥＤストリング用リニア電源２００が示されている。ＬＥＤストリングは、直列接続された複数のＬＥＤを含む。図示のように、ツェナーダイオード（Ｚ）が、各ＬＥＤに接続されている。ツェナーダイオードは、ツェナーダイオードに接続されたＬＥＤが誤動作したときに電流を伝導する。したがって、ＬＥＤストリングは、ＬＥＤストリングに含まれるＬＥＤが誤動作したとき、用を成せなくならない。

【0048】

リニア電源２００は、リニアレギュレータ２０２を備える。リニアレギュレータ２０２、制御モジュール２０４およびトランジスタＱを有する。制御モジュール２０４は、トランジスタＱを所定の振幅に駆動する制御信号を生成する。リニアレギュレータ２０２は、ＬＥＤストリングを流れる電流を定数に制御する。

【0049】

リニアレギュレータ２０２、ＬＥＤストリング、およびツェナーダイオードは、ＩＣパッケージに集積することができる。リニアレギュレータ２０２、ＬＥＤストリング、およびツェナーダイオードは、単一の実装プロセスを用いてダイ上に集積することができる。または、ＬＥＤストリングを第１のダイ上に配置し、リニアレギュレータ２０２を第２のダイ上に配置することができる。ツェナーダイオードは、第１のダイまたは第２のダイに含めることができる。第１のダイは、貫通孔、ワイヤボンディング、またはその他の種類の接続を用いて第２のダイに電気的に接続される。第１のダイおよび第２のダイは、単一の実装プロセスを用いてＩＣパッケージに実装される。

【0050】

バック電源１００と異なり、リニア電源２００は、インダクタンスＬ、ダイオードＬ、もしくは出力キャパシタンスＣ_ｏを用いない。リニア電源２００の入力キャパシタンスＣ_ｉｎは、セラミックキャパシタンスまたは薄膜キャパシタンスを含むことができる。入力キャパシタンスＣ_ｉｎは、ＩＣパッケージの金属コア層に集積することができる。

【0051】

図５Ａから５Ｄを参照すると、ＬＥＤと、バック電源１００またはリニア電源２００の１つ以上の構成要素とを含むＩＣパッケージが示されている。図示のＬＥＤは、封止されていない。図５Ａおよび５Ｂは、ＬＥＤと、バック電源１００またはリニア電源２００の１つ以上の構成要素とが単一のダイに配置されたＩＣパッケージを示す。図５Ｃおよび５Ｄは、ＬＥＤが第１のダイに配置され、バック電源１００またはリニア電源２００の１つ以上の構成要素が第２のダイに配置されたＩＣパッケージを示す。

【0052】

図５Ａから５Ｄでは、参照番号によって示される要素は、例示目的においてだけ図示されている。要素は、いかなる尺度に合わせても図示されていない。図面は、図示される要素の実際の配置を表していない。以下の記載では、図４に示されるＬＥＤおよびリニア電源２００は、例示としてだけ用いられる。以下に記載される教示は、１つ以上のＬＥＤ、および図２と図３とに示されるバック電源１００の１つ以上の構成要素を集積するのに適用することができる。

【0053】

図５Ａでは、ＩＣパッケージ３００は、ＬＥＤ３０２−１、３０２−２、・・・、および３０２−Ｎ（まとめて、ＬＥＤ３０２）を備え、Ｎは、１より大きい整数である。さらに、ＩＣパッケージ３００は、セラミック層３０４、シリコン層３０６、金属コア層３０８、およびヒートシンク３１０を備える。ヒートシンク３１０は任意である。ＬＥＤ３０２、セラミック層３０４、シリコン層３０６、および金属コア層３０８は、単一のダイ上に配置される。

【0054】

セラミック層３０４は、ＬＥＤ３０２とシリコン層３０６との間にバッファを提供する。セラミック層３０４は、ＬＥＤ３０２とシリコン層３０６との間の膨張係数の差を補償する。セラミック層３０４のＬＥＤ３０２に隣接する面は、ＬＥＤ３０２が発光した光を反射する反射材料でコーティングすることができる。反射性コーティングは、たとえば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、銀コーティング、金属コーティング、またはミラーコーティング（ｍｉｒｒｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ）であってよい。

【0055】

シリコン層３０６は、リニア電源２００のリニアレギュレータ２０２、およびツェナーダイオード（まとめて、リニア電源２００のシリコン系構成要素）を含む。さらに、シリコン層３０６は、ＬＥＤ３０２およびリニア電源２００のシリコン系構成要素用の静電放電（ＥＳＤ）保護を含んでよい。ＬＥＤ３０２のコンタクト３１２は、図示のように、セラミック層３０４にボンドを有する貫通孔３１６を用いることにより、シリコン層３０６のコンタクト３１４に電気的に接続してよい。

【0056】

金属コア層３０８は、リニア電源２００の受動的構成要素（たとえば、キャパシタンスＣ_ｉｎ）を含む。ヒートシンク３１０は任意である。または、ＩＣパッケージの露出した金属プレートである露出パッド（Ｅ−パッド）（不図示）を用いることができる。Ｅ−パッドは、通常、ＩＣパッケージのリードと同一の金属（たとえば、スズ）もしくは合金でメッキされる。Ｅ−パッドは、プリント配線基板（ＰＣＢ）に直接的に半田付けされる。Ｅ−パッドによって、ＩＣパッケージの電力損失特性が高められる。

【0057】

図５Ｂでは、ＩＣパッケージ３５０はボンドワイヤを用いる。ＬＥＤ３０２のコンタクト３１２は、以下のようにボンドワイヤ３２０を用いることにより、シリコン層３０６のコンタクト３１４に電気的に接続される。ＬＥＤ３０２のコンタクト３１２を、ボンドワイヤ３２０を用いてセラミック層３０４上のコンタクト３１８に電気的に接続する。セラミック層３０４のコンタクト３１８を、図示のようにセラミック層３０４にボンドを有する貫通孔３１６を用いて、シリコン層３０６のコンタクト３１４に電気的に接続する。ＩＣパッケージ３５０は、図５Ａを参照して記載したように、セラミック層３０４、シリコン層３０６、金属コア層３０８、任意のヒートシンク３１０等を備える。

【0058】

図５Ｃでは、ＩＣパッケージ３７０は、２つのダイを備える。第１のダイ３７２は、図示のように接続されたＬＥＤ３０２およびツェナーダイオード３０３を有する。第２のダイは、セラミック層３０４、リニア電源２００のリニアレギュレータ２０２を含むシリコン層３０６、および金属コア層３０８を有する。例示目的において、２つのダイが、点線３７５−１および３７５−２により隔離されて図示されているが、２つのダイは互いに電気的および／熱的に接触している。ヒートシンク３１０は任意である。または、Ｅ−パッドを使用することができる。

【0059】

ＬＥＤ３０２のストリングの第１端は、第１のダイ３７２上のコンタクト３７４に接続されている。ＬＥＤ３０２のストリングの第２端は、第１のダイ３７２上のコンタクト３７６に接続されている。コンタクト３７４および３７６は、図示のようにセラミック層３０４にボンドを有する貫通孔３１６を用いることにより、シリコン層３０６のコンタクト３７８および３８０にそれぞれ電気的に接続されている。

【0060】

図５Ｄでは、ＩＣパッケージ３９０は、図５Ｃを参照して記載したように２つのダイを備える。ＩＣパッケージ３９０は、ボンドワイヤを用いる。コンタクト３７４および３７６は、ボンドワイヤ３９６を用いて、セラミック層３０４上のコンタクト３９２および３９４に電気的に接続されている。セラミック層３０４のコンタクト３９２および３９４は、図示のようにセラミック層３０４にボンドを有する貫通孔３１６を用いて、シリコン層３０６のコンタクト３７８および３８０に電気的に接続されている。

【0061】

ＩＣパッケージ３００、３５０、３７０、および３９０において、ＬＥＤ３０２およびリニア電源２００の構成要素が集積される１つ以上のダイのサイズ（つまり、ダイサイズ）は、ＬＥＤ３０２のルーメン対ワット比によって決まる。したがって、ＩＣパッケージ３００、３５０、３７０、および３９０のサイズも、ＬＥＤ３０２のルーメン対ワット比によって決まる。

【0062】

特に、ダイサイズ（およびＩＣパッケージのサイズ）は、ＬＥＤ３０２のルーメン対ワット比に反比例する。これは、ＬＥＤ３０２のルーメン対ワット比が増えるにつれ、より少ない数のＬＥＤで所望の光量を発光できるからである。使用されるＬＥＤの数が少なくなるので、ＬＥＤ３０２が発する熱が少なくなる。したがって、ＬＥＤ３０２のルーメン対ワット比が高いほど、ダイサイズ並びにＩＣパッケージ３００、３５０、３７０、および３９０のサイズが小さくなる。

【0063】

または、ルーメン対ワット比が比較的低いＬＥＤを用いる場合、所望の光量を発光するにはより多くのＬＥＤが必要になる。ＬＥＤ３０２の数が増えるほど、ＬＥＤ３０２が発する熱の量が増える。したがって、ルーメン対ワット比が比較的低いＬＥＤを用いる場合には、ヒートシンクまたはＥ−パッドを用いてＬＥＤ３０２が発した熱を放散することができる。

【0064】

図示されていないが、ＩＣパッケージ３００、３５０、３７０、および３９０において、ＬＥＤ３０２は、シリコン層３０６のシリコン系構成要素に、その他の方法で（たとえば、フリップチップボンディングを用いて）電気的に接続することができる。さらに、ウェハレベルボンディングの一種であるＡｕ−Ｓｎ共晶接合を用いてダイと、ＩＣパッケージ３００、３５０、３７０、および３９０の基板とを接合することができる。基板は、上部に回路が形成もしくは製造される支持材料である。Ａｕ−Ｓｎ共晶接合によって、ダイと基板との間に電気的接触が与えられる。さらに、Ａｕ−Ｓｎ共晶接合によって、ダイに機械的な支持が与えられ、ＩＣパッケージの放熱特性が改善される。

【0065】

本開示内容の広範な教示は、多様な形態で実施することができる。したがって、本開示内容は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討することでその他の変形例が明らかになるので、本開示内容の真実の範囲を特定の例だけに限定するべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】