特許 7428789 ダイオードアレイを動作させるための装置および方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】ダイオードアレイを動作させるための装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/14 20200101AFI20240130BHJP

【ＦＩ】

H05B45/14

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022517882

(86)(22)【出願日】2020-09-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-24

(86)【国際出願番号】 EP2020076004

(87)【国際公開番号】W WO2021053083

(87)【国際公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-05-16

(31)【優先権主張番号】102019125364.0

(32)【優先日】2019-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】イェンス リヒター

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー ゼル

【審査官】塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５３０２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３１２６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイオードアレイ（１０）を動作させるための装置（１）であって、
当該装置（１）は、複数の発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（Ｄ）を含み、それぞれのＬＥＤ（Ｄ）に、それぞれ１つのセンサ素子（Ｆ）が対応付けられており、前記センサ素子（Ｆ）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の光束を表す特性値を検出するように構成されており、
当該装置（１）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の発光動作のための電流を供給するためのそれぞれ１つの給電入力部（Ｅ）を含み、
当該装置（１）は、それぞれ１つの制御ユニット（Ｓ）を含み、前記制御ユニット（Ｓ）の入力側は、それぞれの前記給電入力部（Ｅ）およびそれぞれの前記センサ素子（Ｆ）に結合されており、前記制御ユニット（Ｓ）の出力側は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）に結合されており、前記制御ユニット（Ｓ）は、対応する前記特性値に依存して、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の発光動作のための電流を制御するように構成されており、
それぞれの前記センサ素子（Ｆ）は、対応する前記特性値に依存して、出力電流を供給するように構成されており、
それぞれの前記制御ユニット（Ｓ）は、ドレイン電極（ＴＡ＿ｄ）、制御電極（ＴＡ＿ｇ）、およびソース電極（ＴＡ＿ｓ）を有する出力トランジスタ（ＴＡ）と、入力電極（ｉｉｎ）および出力電極（ｖｏｕｔ）を有する調整ユニット（Ｋ）とを有し、
前記出力トランジスタ（ＴＡ）は、前記ソース電極（ＴＡ＿ｓ）を介してそれぞれの前記給電入力部（Ｅ）に結合されており、前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）を介して前記調整ユニット（Ｋ）の前記出力電極（ｖｏｕｔ）に結合されており、前記ドレイン電極（ＴＡ＿ｄ）を介してそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）に結合されており、
前記調整ユニット（Ｋ）は、前記出力電流を受信するために、前記入力電極（ｉｉｎ）を介してそれぞれの前記センサ素子（Ｆ）に結合されており、前記出力電極（ｖｏｕｔ）を介して前記出力トランジスタ（ＴＡ）の前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）に結合されており、前記調整ユニット（Ｋ）は、前記出力電流をリファレンス電流と比較し、前記比較に応じて前記出力トランジスタ（ＴＡ）をスイッチングするように構成されており、
当該装置（１）は、前記ダイオードアレイ（１０）の規定通りの動作において、前記ＬＥＤ（Ｄ）の順次の発光動作のために構成されており、前記順次の発光動作は、それぞれのＬＥＤ（Ｄ）が交互に、発光する第１の動作状態と、発光しない第２の動作状態とになるように行われ、
前記第１の動作状態にあるそれぞれのＬＥＤ（Ｄ）には、前記第２の動作状態にあるそれぞれ１つの隣り合うＬＥＤ（Ｄ）がセンサ素子（Ｆ）として対応付けられている、
装置（１）。

【請求項2】

ダイオードアレイ（１０）を動作させるための装置（１）であって、
当該装置（１）は、複数の発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（Ｄ）を含み、それぞれのＬＥＤ（Ｄ）に、それぞれ１つのセンサ素子（Ｆ）が対応付けられており、前記センサ素子（Ｆ）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の光束を表す特性値を検出するように構成されており、
当該装置（１）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の発光動作のための電流を供給するためのそれぞれ１つの給電入力部（Ｅ）を含み、
当該装置（１）は、それぞれ１つの制御ユニット（Ｓ）を含み、前記制御ユニット（Ｓ）の入力側は、それぞれの前記給電入力部（Ｅ）およびそれぞれの前記センサ素子（Ｆ）に結合されており、前記制御ユニット（Ｓ）の出力側は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）に結合されており、前記制御ユニット（Ｓ）は、対応する前記特性値に依存して、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の発光動作のための電流を制御するように構成されており、
それぞれの前記センサ素子（Ｆ）は、対応する前記特性値に依存して、出力電流を供給するように構成されており、
それぞれの前記制御ユニット（Ｓ）は、ドレイン電極（ＴＡ＿ｄ）、制御電極（ＴＡ＿ｇ）、およびソース電極（ＴＡ＿ｓ）を有する出力トランジスタ（ＴＡ）と、入力電極（ｉｉｎ）および出力電極（ｖｏｕｔ）を有する調整ユニット（Ｋ）とを有し、
前記出力トランジスタ（ＴＡ）は、前記ソース電極（ＴＡ＿ｓ）を介してそれぞれの前記給電入力部（Ｅ）に結合されており、前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）を介して前記調整ユニット（Ｋ）の前記出力電極（ｖｏｕｔ）に結合されており、前記ドレイン電極（ＴＡ＿ｄ）を介してそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）に結合されており、
前記調整ユニット（Ｋ）は、前記出力電流を受信するために、前記入力電極（ｉｉｎ）を介してそれぞれの前記センサ素子（Ｆ）に結合されており、前記出力電極（ｖｏｕｔ）を介して前記出力トランジスタ（ＴＡ）の前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）に結合されており、前記調整ユニット（Ｋ）は、前記出力電流をリファレンス電流と比較し、前記比較に応じて前記出力トランジスタ（ＴＡ）をスイッチングするように構成されており、
前記調整ユニット（Ｋ）は、カレントミラー回路（Ｖ）、第１の抵抗（Ｒ１）、第２の抵抗（Ｒ２）、リファレンス電流源（Ｉ）、およびオペアンプ（Ｏ）を含み、前記オペアンプ（Ｏ）は、第１の調整入力部（ｖｉｎ＿ｐ）、第２の調整入力部（ｖｉｎ＿ｎ）、および前記出力電極（ｖｏｕｔ）を有し、
前記カレントミラー回路（Ｖ）の入力側は、それぞれの前記センサ素子（Ｆ）に結合されており、前記カレントミラー回路（Ｖ）は、前記出力電流を増幅するように構成されており、前記カレントミラー回路（Ｖ）の出力側は、前記第１の抵抗（Ｒ１）および前記第１の調整入力部（ｖｉｎ＿ｐ）に結合されており、
前記リファレンス電流源（Ｉ）の出力側は、前記第２の抵抗（Ｒ２）および前記第２の調整入力部（ｖｉｎ＿ｎ）に結合されている、
装置（１）。

【請求項3】

前記第１の動作状態にあるそれぞれのＬＥＤ（Ｄ）には、前記第２の動作状態にある同一の色のそれぞれ１つの隣り合うＬＥＤがセンサ素子として対応付けられている、
請求項１記載の装置（１）。

【請求項4】

当該装置（１）は、第１のスイッチ（Ｓ１）、第２のスイッチ（Ｓ２）、およびバッファコンデンサ（Ｐ）を含み、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）は、それぞれのセンサ素子（Ｆ）を、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第１の動作状態において前記調整ユニット（Ｋ）の前記入力電極（ｉｉｎ）に結合するように、かつそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第２の動作状態において前記調整ユニット（Ｋ）の前記入力電極（ｉｉｎ）から切り離すように、制御可能に構成されており、
前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記出力トランジスタ（ＴＡ）を、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第１の動作状態において前記調整ユニット（Ｋ）の前記出力電極（ｖｏｕｔ）に結合するように、かつそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第２の動作状態において前記調整ユニット（Ｋ）の前記出力電極（ｖｏｕｔ）から切り離すように、制御可能に構成されており、
前記バッファコンデンサ（Ｐ）は、１つの電極を介して前記出力トランジスタ（ＴＡ）の前記ソース電極（ＴＡ＿ｓ）に結合されており、さらなる電極を介して前記出力トランジスタ（ＴＡ）の前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）に結合されており、
前記バッファコンデンサ（Ｐ）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第１の動作状態において、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の前記第２の動作状態の間に前記ソース電極（ＴＡ＿ｓ）と前記制御電極（ＴＡ＿ｇ）との間に印加された電圧を維持するように構成されている、
請求項１または３記載の装置（１）。

【請求項5】

それぞれのＬＥＤ（Ｄ）には、それぞれ１つのフォトダイオードがセンサ素子として対応付けられている、
請求項２記載の装置（１）。

【請求項6】

当該装置（１）は、ミラー層（１１）をさらに含み、前記ミラー層（１１）は、前記ダイオードアレイ（１０）の、規定通りの動作において発光する側とは反対を向いている側に沿って延在しており、
それぞれの前記センサ素子（Ｆ）は、前記ミラー層（１１）の、前記ダイオードアレイ（１０）とは反対を向いている側に配置されており、
前記ミラー層（１１）は、それぞれ１つの開口部（１１ａ）を有し、前記開口部（１１ａ）は、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）と、対応する前記センサ素子（Ｆ）とに対応付けられており、前記ミラー層（１１）の、前記ダイオードアレイ（１０）に向いている側から、前記ミラー層（１１）の、それぞれの前記センサ素子（Ｆ）に向いている側まで、前記ミラー層（１１）を完全に貫通して延在している、
請求項５記載の装置（１）。

【請求項7】

当該装置（１）は、１つまたは複数の金属層（１２，１３）をさらに含み、
前記１つまたは複数の金属層（１２，１３）は、前記ミラー層（１１）の、前記ダイオードアレイ（１０）とは反対を向いている側に配置されており、
それぞれの前記制御ユニット（Ｓ）は、前記１つまたは複数の金属層（１２，１３）の、前記ダイオードアレイ（１０）とは反対を向いている側に配置されている、
請求項６記載の装置（１）。

【請求項8】

前記ＬＥＤ（Ｄ）は、青色光を放出するように構成されている、
請求項５から７までのいずれか１項記載の装置（１）。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（１）を用いて、前記ダイオードアレイ（１０）を動作させるための方法であって、
それぞれのＬＥＤ（Ｄ）が交互に、発光する第１の動作状態と、発光しない第２の動作状態とになるように、ＬＥＤ（Ｄ）を順次に発光するように動作させ、
前記第１の動作状態においてそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）を動作させるための所定の電流を、給電入力部（Ｅ）を介して供給し、
前記第１の動作状態におけるそれぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の光束を表す特性値を、それぞれのセンサ素子（Ｆ）によって検出して、それぞれの制御ユニット（Ｓ）に供給し、
それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）の光束が所定のリファレンス光束に近づくように、それぞれの前記ＬＥＤ（Ｄ）に実際に供給される動作電流を、それぞれの前記制御ユニット（Ｓ）によって前記特性値に依存して適合させる、
方法。

【請求項10】

それぞれのＬＥＤ（Ｄ）に、同一のリファレンス光束を対応付ける、
請求項９記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイオードアレイを動作させるための装置および方法に関する。

【0002】

本願は、独国特許出願第１０２０１９１２５３６４．０号の優先権を主張するものであり、その開示内容を参照により本明細書に援用するものとする。

【0003】

ダイオードアレイでは、個々の画素（「ピクセル」）への給電が問題となる。したがって、ダイオードアレイの発光像は、とりわけ、それぞれ画素を形成している個々の発光ダイオード（ＬＥＤ）が、対応するドライバ電流源によってどのくらい均質に給電されるか（いわゆる「マッチング」）に顕著に依存している。この理由から、大抵の場合、電流リファレンスを用いて動作する、とりわけ調整された高精度の電流源が使用される。調整された電流源は、例えばフィードバックに起因して増加された出力抵抗を有するので、負荷に殆ど依存しない定電流を提供する。

【0004】

しかしながら、例えば、ピクセルセルの電流源とＬＥＤ自体との間の不整合、すなわち英語でのmismatch（ミスマッチ）と、ＬＥＤ間の温度差とによって引き起こされる光出力電力の偏差は、前述した調整によって補償することはできない。とりわけ後者は、ドライバがほぼ完全な精度を有していたとしても、ダイオードアレイにおいて不均質な光像を顕著に引き起こす可能性がある。

【0005】

本発明の基礎となる課題は、前述した不整合（英語でのmismatch）を打ち消し、かつダイオードアレイの均質な発光像に貢献するような、装置および対応する方法を提供することである。

【0006】

上記の課題は、独立請求項によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0007】

第１の態様によれば、本発明は、複数のＬＥＤを含む、ダイオードアレイを動作させるための装置に関する。

【0008】

ダイオードアレイは、例えば、横方向に互いに隣り合うように配置された複数のＬＥＤの複合体である。とりわけ、ＬＥＤは、ダイオードアレイの列および行に沿って行列状に配置されている。ダイオードアレイのそれぞれ１つの画素を、それぞれ１つまたは複数のＬＥＤによって形成することができる。この関連において、ＬＥＤは、μＬＥＤと呼ばれることもある。

【0009】

１つの実施変形例では、ダイオードアレイのＬＥＤは、もっぱら単色のＬＥＤ、とりわけ青色のＬＥＤである。これに代わる実施変形例では、ダイオードアレイは、複数の異なる色のＬＥＤを含む。とりわけ、モノリスの赤色、緑色、青色のＬＥＤは、ピクセル毎の精確な変換によって、ダイオードアレイのそれぞれの画素を形成することができる。

【0010】

ＬＥＤは、とりわけ、複数のＬＥＤのそれぞれの主放射方向が互いに、かつダイオードアレイの主放射方向と実質的に平行に一致するように、ダイオードアレイ内に整列されて配置されている。

【0011】

第１の態様による１つの実施形態では、それぞれのＬＥＤに、それぞれ１つのセンサ素子が対応付けられており、センサ素子は、それぞれのＬＥＤの光束を表す特性値を検出するように構成されている。

【0012】

この場合、センサ素子としてダイオード、例えばフォトダイオード、またはセンサとして動作するＬＥＤが考慮される。その場合、特性値は、ダイオードとして構成されたセンサ素子の、入射した光束に依存した対応する出力電流である。

【0013】

それぞれのセンサ素子は、ＬＥＤの光路に配置されている。好ましくは、それぞれのセンサ素子は、相応に対応付けられたＬＥＤに対して空間的にすぐ近くに、例えば１０μｍ以上１５ｍｍ以下、好ましくは４０μｍの間隔を置いて配置されている。

【0014】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、それぞれのＬＥＤ毎に、それぞれのＬＥＤの発光動作のための電流を供給するための給電入力部を含む。

【0015】

例えば、給電入力部は、電流リファレンスに結合されている。とりわけ、給電入力部を介して、ＬＥＤの所定の光出力に対応する所定の電流を供給することができる。

【0016】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、それぞれのＬＥＤ毎に、それぞれ１つの制御ユニットを含む。それぞれの制御ユニットの入力側は、それぞれの給電入力部およびそれぞれのセンサ素子に結合されており、それぞれの制御ユニットの出力側は、それぞれのＬＥＤに結合されている。それぞれの制御ユニットは、対応する特性値に依存して、それぞれのＬＥＤの発光動作のための電流を制御するように構成されている。

【0017】

とりわけ、それぞれの制御ユニットは、それぞれのセンサ素子を介した光フィードバックによって、それぞれのＬＥＤに実際に供給される動作電流を適合させるように構成されている。

【0018】

この関連において、それぞれの制御ユニットは、ドライバと呼ばれることもある。例えば、当該装置の複数の制御ユニットは、集積回路（ＩＣ）として複合体内に配置されている。とりわけ、当該装置の全ての制御ユニットは、ドライバＩＣとして構成可能である。

【0019】

それぞれの制御ユニットは、それぞれのＬＥＤに電気的および機械的に結合可能である。とりわけ、ダイオードアレイは、ドライバＩＣ上に配置可能である。この関連において、ドライバＩＣは、支持体として機能することができる。

【0020】

第１の態様による１つの実施形態では、ダイオードアレイを動作させるための装置は、複数のＬＥＤを含み、それぞれのＬＥＤに、それぞれ１つのセンサ素子が対応付けられている。それぞれのセンサ素子は、それぞれのＬＥＤの光束を表す特性値を検出するように構成されている。当該装置はさらに、それぞれのＬＥＤの発光動作のための電流を供給するためのそれぞれ１つの給電入力部を含む。当該装置はさらに、それぞれ１つの制御ユニットを含み、制御ユニットの入力側は、それぞれの給電入力部およびそれぞれのセンサ素子に結合されており、制御ユニットの出力側は、それぞれのＬＥＤに結合されており、それぞれの制御ユニットは、対応する特性値に依存して、それぞれのＬＥＤの発光動作のための電流を制御するように構成されている。

【0021】

光フィードバックによってダイオードアレイの全てのＬＥＤを、有利には、同じ光出力に調整することができる。このようにして、有利には、ＬＥＤ間の不整合（英語でのmismatch）を打ち消すことができ、ダイオードアレイの発光像を格段により均質に実現することができる。

【0022】

とりわけ、この関連において、英語でＰＷＭエンジンとも呼ばれるＰＷＭ装置を用いてそれぞれのＬＥＤの明るさを制御する調整された電流源を、省略することが可能となる。ＬＥＤ間の不整合（英語でのmismatch）と、局所的な温度差とを補償するために、明るさ値の面倒な温度依存性およびピクセル依存性の較正が、もはや単なるオプションとなる。

【0023】

換言すれば、電気ドメインから光学ドメインへのドライバのフィードバックのシフトが実施される。すなわち、ドライバの電流は、駆動されるべきＬＥＤの実際に放出される光出力に依存して調整される。

【0024】

第１の態様による１つの実施形態では、それぞれのセンサ素子は、対応する特性値に依存して、出力電流を供給するように構成されている。

【0025】

それぞれの制御ユニットは、ドレイン電極、制御電極、およびソース電極を有する出力トランジスタを有する。それぞれの制御ユニットはさらに、入力電極および出力電極を有する調整ユニットを有する。

【0026】

出力トランジスタは、ソース電極を介してそれぞれの給電入力部に結合されている。出力トランジスタはさらに、制御電極を介して調整ユニットの出力電極に結合されている。出力トランジスタはさらに、ドレイン電極を介してそれぞれのＬＥＤに結合されている。

【0027】

調整ユニットは、それぞれのセンサ素子の出力電流を受信するために、入力電極を介してそれぞれのセンサ素子に結合されている。調整ユニットはさらに、出力電極を介して出力トランジスタの制御電極に結合されている。調整ユニットは、それぞれのセンサ素子の出力電流をリファレンス電流と比較し、比較に応じて出力トランジスタをスイッチングするように構成されている。

【0028】

出力電流は、センサ素子がダイオードである場合には、光電流に対応する。

【0029】

出力トランジスタは、とりわけ、ＬＥＤの動作電流を調整するように構成されている。

【0030】

第１の態様による１つの実施形態では、「スイッチング」とは、例えば、「制御」、「駆動」、「調整」、または「設定」を意味する。調整ユニットは、それぞれのセンサ素子の出力電流をリファレンス電流と比較し、比較に応じて出力トランジスタを設定するように構成されている。この場合、出力トランジスタの制御区間の抵抗値が設定される。制御区間を、調整ユニットによって完全に導通するように、または遮断するように、または完全な導通と遮断との間の抵抗値に設定することができる。調整ユニットは、出力トランジスタを通って流れる動作電流の大きさを種々異なる値（３つ以上の値）に設定することができる。これに代えて、「スイッチング」は、「スイッチオンまたはスイッチオフ」を意味してもよい。

【0031】

第１の態様による１つの実施形態では、調整ユニットは、カレントミラー回路、第１の抵抗、第２の抵抗、リファレンス電流源、およびオペアンプを含む。オペアンプは、調整ユニットの第１の調整入力部、第２の調整入力部、および出力電極を有する。

【0032】

カレントミラー回路の入力側は、それぞれのセンサ素子に結合されている。カレントミラー回路はさらに、それぞれのセンサ素子の出力電流を増幅するように構成されている。さらに、カレントミラー回路の出力側は、第１の抵抗および第１の調整入力部に結合されている。

【0033】

リファレンス電流源の出力側は、第２の抵抗および第２の調整入力部に結合されている。

【0034】

とりわけ、カレントミラー回路は、１つまたは複数のカレントミラーを有する。カレントミラー回路によって増幅された出力電流は、とりわけ第１の抵抗に印加され、これによってこの第１の抵抗を介して電圧が降下し、その電圧がオペアンプに供給される。リファレンス電流源によって供給されたリファレンス電流は、とりわけ第２の抵抗に印加され、これによってこの第２の抵抗を介して電圧が降下し、その電圧がオペアンプに供給される。

【0035】

オペアンプは、とりわけＬＥＤの動作電流を調整することができるように、供給された両方の電圧に依存して出力トランジスタを制御するように構成されている。

【0036】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、ダイオードアレイの規定通りの動作において、ＬＥＤの順次の発光動作のために構成されている。この動作は、それぞれのＬＥＤを交互に、発光する第１の動作状態と、発光しない第２の動作状態とにスイッチングすることが可能となるように行われる。第１の動作状態にあるそれぞれのＬＥＤには、第２の動作状態にあるそれぞれ１つの隣り合うＬＥＤがセンサ素子として対応付けられている。

【0037】

換言すれば、ダイオードアレイのそれぞれのＬＥＤは、順次に発光するように動作され（「スイッチオン」）、その間、それぞれの他のＬＥＤには動作電流が供給されず（「スイッチオフ」）、スイッチオンされたＬＥＤに対して隣り合っているスイッチオフされたＬＥＤが、センサ素子として機能する。個々のＬＥＤは、とりわけパルス幅変調（ＰＷＭ）されて動作される。

【0038】

有利には、このような構造によれば、光フィードバックによってドライバＩＣのトランジスタの干渉を回避することができる。それと同時に、このような装置は、比較的少ない構造手段によって低コストに実現可能である。第１の態様による１つの実施形態では、第１の動作状態にあるそれぞれのＬＥＤには、第２の動作状態にある同一の色のそれぞれ１つの隣り合うＬＥＤがセンサ素子として対応付けられている。有利には、同じ色のＬＥＤを用いて、特に効率的な光フィードバック、ひいては、ＬＥＤの動作電流の正確な調整を達成することができる。

【0039】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、およびバッファコンデンサを含む。

【0040】

第１のスイッチは、それぞれのセンサ素子を、それぞれのＬＥＤの第１の動作状態において調整ユニットの入力電極に結合するように、制御可能に構成されている。第１のスイッチはさらに、それぞれのセンサ素子を、それぞれのＬＥＤの第２の動作状態において調整ユニットの入力電極から切り離すように、制御可能に構成されている。

【0041】

第２のスイッチは、出力トランジスタを、それぞれのＬＥＤの第１の動作状態において調整ユニットの出力電極に結合するように、制御可能に構成されている。第２のスイッチはさらに、出力トランジスタを、それぞれのＬＥＤの第２の動作状態において調整ユニットの出力電極から切り離すように、制御可能に構成されている。

【0042】

バッファコンデンサは、１つの電極を介して出力トランジスタのソース電極に結合されており、さらなる電極を介して出力トランジスタの制御電極に結合されている。バッファコンデンサはさらに、それぞれのＬＥＤの第１の動作状態において、それぞれのＬＥＤの第２の動作状態の間にソース電極と制御電極との間に印加された電圧を維持するように構成されている。

【0043】

有利には、センサ素子自体が、このようにして、発光する第１の動作状態に切り替わることができる。オペアンプの出力電極または出力トランジスタの制御電極に電圧の形態で印加される光フィードバックによってＬＥＤに対して決定された較正が、スイッチによって切り離された後でも利用可能であることを、バッファコンデンサによって保証することができる。

【0044】

第１の態様による１つの実施形態では、それぞれのＬＥＤには、それぞれ１つのフォトダイオードがセンサ素子として対応付けられている。

【0045】

とりわけ、このフォトダイオードは、ＬＥＤの光路に配置されている、それぞれのＬＥＤ毎のそれぞれの専用のフォトダイオードであってよい。

【0046】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、ミラー層を含む。ミラー層は、ダイオードアレイの、規定通りの動作において発光する側とは反対を向いている側に沿って延在している。

【0047】

それぞれのセンサ素子は、ミラー層の、ダイオードアレイとは反対を向いている側に配置されている。

【0048】

ミラー層は、それぞれ１つの開口部を有する。開口部は、例えばＩＣの内部のピクセルセルの内部で、それぞれのＬＥＤと、対応するセンサ素子とに対応付けられている。開口部は、ミラー層の、ダイオードアレイに向いている側から、ミラー層の、それぞれのセンサ素子に向いている側まで、ミラー層を完全に貫通して延在している。

【0049】

ミラー層は、裏面ミラーと呼ばれることもある。開口部として、例えばスリットが考慮される。

【0050】

したがって、前述した光フィードバックおよび調整を可能にするような、ＬＥＤとセンサ素子との間に光路を有するコンパクトなコンポーネントが可能となる。

【0051】

第１の態様による１つの実施形態では、当該装置は、１つまたは複数の金属層を含む。

【0052】

１つまたは複数の金属層は、ミラー層の、ダイオードアレイとは反対を向いている側に配置されている。

【0053】

制御ユニットは、１つまたは複数の金属層の、ダイオードアレイとは反対を向いている側に配置されている。

【0054】

有利には、このようにして、ドライバＩＣのアクティブな部分を干渉影響から保護することができる。金属層は、とりわけ、開口部とセンサ素子との間の光路がブロックされないように構成されている。例えば、金属層は、このために開口部または切欠部も有する。

【0055】

第１の態様による１つの実施形態では、ＬＥＤは、青色光を放出するように構成されている。有利には、青色光に対するシリコンの感度は比較的低いので、ドライバＩＣ等のトランジスタは、光フィードバックによって十分に阻害されないままとなる。

【0056】

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による装置を用いて、ダイオードアレイを動作させるための方法に関する。

【0057】

それぞれのＬＥＤが交互に、発光する第１の動作状態と、発光しない第２の動作状態とになるように、ＬＥＤを順次に発光するように動作させる。

【0058】

第１の動作状態においてそれぞれのＬＥＤを動作させるための所定の電流を、それぞれの給電入力部を介して供給する。

【0059】

第１の動作状態におけるそれぞれのＬＥＤの光束を表す特性値を、それぞれのセンサ素子によって検出して、制御ユニットに供給する。

【0060】

それぞれのＬＥＤの光束が所定のリファレンス光束に近づくように、それぞれのＬＥＤに実際に供給される動作電流を、制御ユニットによって特性値に依存して適合させる。

【0061】

第２の態様による１つの実施形態では、それぞれのＬＥＤに、同一のリファレンス光束を対応付ける。とりわけ、このために、それぞれのリファレンス電流源によって供給されるリファレンス電流を、それぞれのＬＥＤに対して同じになるように選択することができる。有利には、このことは、ダイオードアレイの均質な発光像に貢献する。

【0062】

以下では、本発明の実施例を、概略図に基づいてより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】例示的なダイオードアレイを示す図である。

【図2】ダイオードアレイのＬＥＤを動作させるための回路の第１の実施例を示す図である。

【図3】ダイオードアレイのＬＥＤを動作させるための回路の第１の実施例を示す図である。

【図4】ダイオードアレイのＬＥＤを動作させるための回路の第１の実施例を示す図である。

【図5】ダイオードアレイのＬＥＤを動作させるための回路の第１の実施例を示す図である。

【図6】図２～図５による回路を有するダイオードアレイの一部の断面図である。

【図7】ダイオードアレイのＬＥＤを動作させるための回路の第２の実施例を示す図である。

【0064】

同じ構造または同じ機能を有する要素には、各図にわたって同じ参照符号が付されている。

【0065】

図１は、ｎ列およびｍ行の行列状に配置された多数の画素５ａ，５ｂを有するダイオードアレイ１０を示す。画素５ａ，５ｂは、それぞれ１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｄによって形成される。

【0066】

個々の画素５ａ，５ｂまたはＬＥＤ Ｄへの給電は、通常、電流リファレンスによって実施される。このために、ダイオードアレイ１０にリファレンス電流源２０を対応付けることができ、リファレンス電流源２０は、ダイオードアレイ１０のそれぞれの画素５ａ，５ｂのための出力線路８を有する。それぞれのＬＥＤ Ｄには、電流リファレンスによって動作するドライバＴが対応付けられている。ドライバＴを用いて、ＬＥＤ Ｄまたはダイオードアレイ１０の駆動が実施される。ドライバＴの電流は、高精度で調整可能であるが、この調整は、ＬＥＤ Ｄの動作電流に対してのみ機能し、ＬＥＤ Ｄ間の不整合、すなわち英語でのmismatchに対しては機能せず、また、個々のＬＥＤ Ｄ間の局所的な温度差も考慮しない。

【0067】

しかしながら、とりわけ温度差に起因してダイオードアレイ１０の不均質な発光像が生じる可能性があり、ドライバＴの複雑な調整および高精度の実行によってもこれを解決することはできない。

【0068】

図２～図５に基づいて、ダイオードアレイ１０の均質な発光像に貢献することができる、ダイオードアレイ１０を動作させるための装置１の第１の実施例について説明する。ここでは、見やすくするために、ダイオードアレイ１０のただ１つのＬＥＤ Ｄのための回路だけが、装置１の一部として図示されている。

【0069】

図示のように、それぞれのＬＥＤ Ｄに、それぞれ１つのセンサ素子Ｆが対応付けられており、センサ素子Ｆは、それぞれのＬＥＤ Ｄの光束を表す特性値を検出するように構成されている。第１の実施例によれば、センサ素子Ｆは、経路Ｒを介してそれぞれのＬＥＤ Ｄに光学的にフィード（バック）されているフォトダイオードである。この場合、特性値は、光束によって引き起こされた光電流に対応する。

【0070】

それぞれのＬＥＤ Ｄにはさらに、それぞれ１つの給電入力部Ｅと、それぞれ１つの制御ユニットＳとが対応付けられている。それぞれの制御ユニットＳの入力側は、それぞれの給電入力部Ｅおよびそれぞれのセンサ素子Ｆに接続されている。それぞれの制御ユニットＳの出力側は、それぞれのＬＥＤ Ｄに接続されており、光電流に依存して、それぞれのＬＥＤ Ｄの動作電流を制御する。

【0071】

それぞれの制御ユニットＳは、光電流を検出し、それに応じてそれぞれのＬＥＤ Ｄの動作電流を適合させる。図３に基づいて図示されているように、このためにそれぞれのＬＥＤ Ｄに、調整ユニットＫが対応付けられており、調整ユニットＫは、調整入力部ｉｉｎにおいて光電流を受信する。それぞれのＬＥＤ Ｄの上流にはさらに、出力トランジスタＴＡが接続されており、出力トランジスタＴＡは、自身の制御電極ＴＡ＿ｇおよび制御出力部ｖｏｕｔを介して調整可能であり、自身のドレイン電極ＴＡ＿ｄを介してそれぞれのＬＥＤ Ｄのための動作電流を供給する。

【0072】

センサ素子Ｆの光電流は、まず始めに、カレントミラー回路Ｖ（ＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を有する図５の回路図を参照のこと）等を介して増幅可能であり、第１の抵抗Ｒ１によって電圧に変換可能であり、この電圧が、オペアンプＯの第１の調整入力部ｖｉｎ＿ｐに印加される。オペアンプＯは、この電圧を、オペアンプＯの第２の調整入力部ｖｉｎ＿ｎに供給されたリファレンス電圧と比較する。リファレンス電圧は、リファレンス電流源Ｉのリファレンス電流が印加される、リファレンス分岐上の第２の抵抗Ｒ２を介して降下する。オペアンプＯは、両方の電圧が等しくなるように出力トランジスタＴＡを調整する。リファレンス電流は、カレントミラー比と、光電流に対するＬＥＤ Ｄの動作電流の比とに従って、期待される動作電流がＬＥＤ Ｄを通って流れるように選択される。引き起こされた光電流に対するＬＥＤ Ｄの輝度の光フィードバックＲにより、ネガティブフィードバック（英語での“negative feedback”）が形成される。比較的効率的なＬＥＤの場合には、同じ動作電流によって比較的大きい光電流が得られるはずであり、これにより、装置は、ＬＥＤ Ｄを流れる動作電流を再び低減させるであろう。したがって、隣り合うＬＥＤ Ｄ間の不整合、すなわち英語でのmismatchは、重要ではなく、センサ素子Ｆの整合だけが重要となり、この整合は、基本的に格段により良好である。この原理はさらに、一定に調整された電流源において見られる、それぞれ異なる温度での２つのＬＥＤ Ｄの明るさの変化を打ち消す。

【0073】

シミュレーションでは、光電流に対するＬＥＤ Ｄの動作電流の結合係数が変化すると、動作電流の線形の変化が生じる。シミュレーションでは、より高い結合係数は、電流が同じである場合により明るく発光するより効率的なＬＥＤに相当する。なぜなら、フォトダイオードは、ＬＥＤ Ｄの動作電流が同じである場合、より多くの電流を生成するからである。すなわち、動作電流を低減させる必要があり、このことは、回路によって期待通りに実施される。これにより、ＬＥＤ Ｄの輝度は、その効率または温度に関係なく一定に保たれる。

【0074】

図６に基づいて、図２～図５で説明された、ＬＥＤ Ｄのための装置１のダイオードアレイ１０の一部の断面図が示されている。

【0075】

この場合、ダイオードアレイ１０は、シリコンドライバＩＣ（ここでは、ビア１５を有する基板１６上の制御ユニットＳによって概略的に示されている）上にはんだ付けされており、チップを形成している。ＬＥＤの裏面には、とりわけ金属被覆部の形態のミラー層１１が設けられており、ミラー層１１は、ＬＥＤ Ｄの放出された光が反射されてそれぞれのＬＥＤ Ｄの表面から出射することを保証している（いわゆる裏面ミラー）。チップはさらに、例えば、はんだ層１２と、１つまたは複数のＩＣ金属層１３と、それらの間にそれぞれ配置されたＩＭＤ層（英語での“Inter-Metal Dielectric（金属間誘電体）”）とを有する。ミラー層１１の、例えば小さなスリットとして形成された開口部１１ａにより、光の一部がシリコンチップに侵入することが可能となる。そこで光は、センサ素子Ｆとしてのフォトダイオードに衝突する。この関連において、とりわけ、それぞれのＬＥＤ Ｄとそれぞれのセンサ素子Ｆとの間の光路をブロックするさらなる層は、スリット状に形成されていてもよいし、またははんだ層１２および金属層１３に基づいて概略的に図示されているように、この領域において切り欠かれるように形成されていてもよい。このようにして、センサ素子Ｆは、それぞれのＬＥＤ Ｄの光出力を測定することができ、それに応じてＬＥＤ Ｄの動作電流を調整することができる。ＩＣの残りのアクティブな部分は、図示のように上に位置する金属層１３によって覆われており、これによって影響を受けないようになっている。

【0076】

この方法の利点は、複数のＬＥＤ Ｄが、可能な限り正確なドライバ電流に調整されるのではなく、同じ光出力に調整されることである。このようにして、複数のＬＥＤ Ｄ間の不整合、すなわち英語でのmismatchを打ち消すことができ、ダイオードアレイ１０の発光像を、格段により均質に実現することができる。

【0077】

図７に基づいて、ダイオードアレイ１０の均質な発光像に貢献することができる、ダイオードアレイ１０を動作させるための装置１の第２の実施例について説明する。ここでも、見やすくするために、ダイオードアレイ１０のただ１つのＬＥＤ Ｄのための回路だけが、装置１の一部として図示されている。

【0078】

第１の実施例のように専用のフォトダイオードを設ける代わりに、ここでは、ダイオードアレイ１０のうちの、動作されるべきＬＥＤ Ｄに対して隣り合っているＬＥＤが、センサ素子Ｆとして使用される。換言すれば、ＬＥＤ Ｄの光出力を測定するために、隣り合うＬＥＤ間の光結合が利用される。

【0079】

このために、まず始めに、今まさに自身は発光していない「測定」ＬＥＤを、センサ素子Ｆとして選択して、これを「反転」モードにおいて回路の測定経路に組み込むことが必要である。このために、第１のスイッチＳ１，Ｓ３が設けられており、これらの第１のスイッチＳ１，Ｓ３は、「測定」ＬＥＤの動作状態に応じてこの「測定ＬＥＤ」を、逆方向において、隣り合うＬＥＤ Ｄの測定経路にスイッチングする（スイッチＳ１，Ｓ３が閉成される）か、または順方向において、「測定」ＬＥＤの発光動作を許可する（スイッチＳ１，Ｓ３が開成される）。発光動作のための「測定」ＬＥＤの配線は、ＬＥＤ Ｄのために図示されたバリエーションに対応しており、すなわち、見やすくするために、組み合わせて図示することは省略した。

【0080】

さらに、第２のスイッチＳ２によってオペアンプＯを制御電極ＴＡ＿ｇから切り離すこともできる。

【0081】

ダイオードアレイ１０において通常であるＬＥＤ ＤのＰＷＭ動作により、上記のスイッチングプロセスを、ダイオードアレイ１０の完全な動作フェーズ（いわゆる「フレーム」）の範囲内で問題なく実施することが可能である。残りの動作フェーズ、すなわち（調整を実行することができない）残りのフレームでは、出力トランジスタＴＡのゲート・ソース間電圧がコンデンサに蓄えられる。このために、出力トランジスタＴＡの制御電極ＴＡ＿ｇおよびソース電極ＴＡ＿ｓは、バッファコンデンサＰの２つの電極Ｐ１，Ｐ２のうちのそれぞれ１つに接続されている。

【0082】

すなわち、同等の調整を実現するために、専用のフォトダイオードの代わりにスイッチＳ１～Ｓ３およびバッファコンデンサＰだけが必要である。

【0083】

前述した実施例は、とりわけＬＥＤ、いわゆるスタックされたチップ、英語での“stacked Chips”およびμＬＥＤの使用のために適している。

【0084】

要約すると、電気ドメインから光学ドメインへのドライバのフィードバックのシフトと、第１の実施例に基づいて説明したような、駆動されるべきＬＥＤの実際に放出された光出力に依存したドライバの電流の調整とを、光の一部をシリコンダイオードに向ける小さな裏側のスリットを介して実現することができる。これに代えて、第１の実施例に基づいて説明したように、寄生光結合を利用して、今まさに非アクティブである隣接ＬＥＤを用いて測定することも可能である。

【0085】

有利には、提案した装置を用いることにより、ダイオードアレイ１０の均質な発光像を、面倒な、ピクセル毎に精確な、かつ／または温度依存性の較正を用いることなく達成することができる。

【0086】

較正データは、通常、光学的な製品テストにおいて初めてピクセル毎に生成される。このことは、大型のダイオードアレイの場合には、最終製品にとって高コストで時間のかかる追加的な労力である。

【0087】

さらに、リアルタイム（英語でのon-the-fly）でのＰＷＭ較正を実施可能にするために、ダイオードアレイ１０の動作中に個々のＬＥＤ Ｄに関する局所的な温度を測定することを省略することができる。

【0088】

本発明は、実施例に基づく説明によって実施例に限定されるわけではない。むしろ、本発明は、とりわけ特許請求の範囲における特徴のあらゆる組み合わせを含む、あらゆる新しい特徴と、特徴のあらゆる組み合わせとを、この特徴自体またはこの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例において明示的に記載されていない場合であっても包含するものである。

【符号の説明】

【0089】

ｍ 行
ｎ 列
５ａ，５ｂ 画素
８ 出力線路
２０ 電流リファレンス
Ｔ ドライバ
Ｄ ＬＥＤ
ｖｄｄ 給電電圧
ｇｎｄ グラウンド
ＴＡ 出力トランジスタ
ＴＡ＿ｓ ソース電極
ＴＡ＿ｄ ドレイン電極
ＴＡ＿ｇ 制御電極
Ｋ 調整ユニット
ｖｏｕｔ 出力電極
ｉｉｎ 入力電極
Ｅ 給電入力部
Ｓ 制御ユニット
Ｆ センサ素子
Ｒ フィードバック
Ｖ カレントミラー回路
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｉ リファレンス電流源
Ｏ オペアンプ
ｖｉｎ＿ｐ 調整入力部
ｖｉｎ＿ｎ 調整入力部
ｖ１，ｖ２ 給電入力部
Ｔ１～Ｔ４ トランジスタ
Ｐ バッファコンデンサ
Ｐ１，Ｐ２ コンデンサ電極
Ｓ１～Ｓ３ スイッチ
１０ ダイオードアレイ
１１ ミラー層
１２ はんだ層
１３ 金属層
１４ ＩＭＤ層
１５ ビア
１６ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】