(57)【要約】回路支持体の上に装着された１つまたは複数の半導体光源を備える、半導体光源を制御するための制御回路において、半導体光源の制御回路が回路支持体の上に一緒に装着されており、３μｓよりも短い立ち上がり時間をもつパルスを生成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路支持体の上に装着された１つまたは複数の半導体光源を備える、半導体光源を制御するための制御回路において、半導体光源を制御するための前記制御回路は、当該半導体光源について前記回路支持体の上に一緒に装着されており、３μｓよりも短い立ち上がり時間をもつパルスを生成することを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記制御回路は、４μｓ−１５０ｍｓのパルス時間をもつパルスを生成することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記制御回路は、１つのパルス内で電流の強さを制御して、さまざまに異なる値に合わせて調整することを特徴とする請求項１または２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記制御回路は、１つのパルス内で電流の強さを１％の電流の強さから１００％の電流の強さまで制御することを特徴とする請求項３に記載の制御回路。
【請求項５】
前記回路支持体の熱伝導性は、前記半導体光源の温度を前記制御回路で測定できる程度に高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項６】
前記回路支持体は、アルミニウムコア基板で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項７】
前記回路支持体は、銅コア基板で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項８】
前記回路支持体は、セラミック基板でできていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項９】
前記回路支持体は前記半導体光源のための光学部材を収容するのに適していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項１０】
前記制御回路は、連続するパルスとパルス休止期間とで構成されるパルス列のサイクルでオン・オフされるリニアレギュレータを含んでいることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項１１】
前記制御回路は、パルス列を生成するクロック式のスイッチコンバータを含んでいることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御回路。
【請求項１２】
半導体光源の制御回路が配線板の上に一緒に配置されている、回路支持体の上に複数配置された半導体光源を作動させる方法において、前記半導体光源は、さまざまに異なるパルス時間と、２つのパルス間のさまざまに異なる休止期間と、さまざまに異なる電流値に制御される１つのパルス内の電流の強さとを有するパルスを含む、連続パルスによって作動することを特徴とする方法。
【請求項１３】
１つのパルス内で電流の強さを１％の電流の強さから１００％の電流の強さまで制御することを特徴とする請求項９に記載の半導体光源を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い面積の半導体光源を制御するための空間的な回路構造に関する。さらに本発明は、広い面積の半導体光源を効率的に制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＬＥＤモジュールには比較的低い割合のドライバ電子装置しか備え付けられていないのが普通である。コストを削減して相乗作用を活用するために、制御電子装置の大部分は外部の動作機器にまとめられており、ＬＥＤモジュールにあるのはモジュールコーディング部と、作動のために好ましいいくつかのフィルタだけにすぎない。このことは、複数の異なるＬＥＤモジュールについて、１つの動作機器を使用することができるという利点がある。動作機器は、空間的に必ずしもＬＥＤモジュールへダイレクトに接続できるわけではないため、制御電子装置とＬＥＤモジュールの間の回線はしばしば比較的長くなる。このことは、通常の半導体光源については、さほど大きな問題とはならない。このような半導体光源は、しばしば一定の電流で作動するからである。しかし、半導体光源の迅速なオンオフを要求する照明ソリューションにおいては、さまざまな種類の問題が発生する。長い引込線は、システム全体の動作挙動にマイナスの影響を及ぼす寄生的なキャパシタンスやインダクタンスを生じる。動作電子装置が、発光ダイオードの温度についての情報を必要とするときには、追加の温度センサがＬＥＤモジュールに必要であり、このことは配線コストと費用を引き上げる。パルス式の動作方法については電磁的な干渉放射が深刻な問題となり、こうした干渉放射はとりわけ送信アンテナとして作用する長い引込線によって引き起される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明の課題は、上に挙げた欠点が回避されるように、回路構造の空間的構造を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このことは、効率的な動作方法を実行できるようにするために、発光ダイオードのための付属の制御回路が当該発光ダイオードのごく近傍に配置されることによって実現される。本発明は、いわゆる高出力発光ダイオードに適用されるのが好ましい。これは、通常の発光ダイオードに比べて明らかに広い発光面と、大幅に高い電力消費量とを有する発光ダイオードである。
【０００５】
現代の高出力発光ダイオードは、今日の照明・投影技術に関わるあらゆる要求事項を満たすために、特別な方法で作動させなくてはならない高度に改良された光源である。
【０００６】
特に投影技術の分野では、いっそう高い画像品質に関わる要求事項を満たすために、高度に開発された動作方法が必要とされる。高出力発光ダイオードは、エッジが非常に急峻で、かつしばしば非常に短い信号（パルス）で制御される（パルス立ち上がり時間は３μｓまたはこれ以下、パルス長は最短で４μｓ）。このような各パルスの間には長さに差のあるパルス休止期間があり、そこでは電流がゼロになる。パルスとパルス休止期間の相前後する連続全体のことを、ここではパルス列と呼ぶ。信号の経過も同じく非常に高いダイナミクス範囲を有していなくてはならず、たとえば１つのパルス内で初期電流を最大の電流値から、この最大値の１％に相当する電流値へ切り換えなくてはならないという事態が起こり得る。そして、このようなパルスが複数のパルスセグメントに区分される。このような信号シーケンスを具体化できるようにするには、引込線の影響を最低限に抑えなくてはならない。
【０００７】
このことは上位の制御特性についても当てはまる。高出力発光ダイオードは、高解像度の（＞＝８ビット解像度）電流制御によって作動する。このことは、モジュールにおけるさまざまな高出力発光ダイオードの均等な耐用寿命挙動を保証するために必要である。電流供給部が短く抑えられていてフィードバック経路が短ければ、コントローラは大幅に安定的に作動し、干渉の影響を受けにくくなる。
【０００８】
したがって、こうした所要の前提条件を満たすために、本発明では高出力発光ダイオードのためのドライバ回路が、モジュールに直接統合されている。ホストシステムとの接続は、電流供給部と、電流の大きさおよびタイミングを調整するためのデジタルインターフェースとだけを通じて行われる。
【０００９】
ドライバ回路は、これに付属する高出力発光ダイオードへ電流を通す経路ができる限り短くなるように配置されているのが好ましい。
【００１０】
投影で用いられるような多色の用途の場合、高出力発光ダイオードとこれに付属するドライバ回路はすべての色について１つのモジュールに統合されていてよい。
【００１１】
非常に出力の高いモジュールでは、１つまたは複数のシステムワイドなプリレギュレータを利用するのが好ましい場合がある。プリレギュレータは、高出力発光ダイオード電圧を若干上回るだけの電圧を有する適合化された電力を供給する。このようにしてドライバ回路を効率的に作動させることができ、損失出力が最低限に抑えられる。多色モジュールでは、たとえば各々の色について単一のプリレギュレータを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術に基づくアルミニウムコア基板上のＬＥＤモジュールを示す断面図である。
【図２】高出力発光ダイオードおよびこれに付属するドライバ回路をアルミニウムコア基板上に備える、本発明に基づくＬＥＤモジュールを示す断面図である。
【図３】本発明によるＬＥＤモジュールを示す平面図である。
【図４】好ましい実施形態の一例としてのパルスシーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、従来技術に基づく公知のＬＥＤモジュールの断面図を示している。高出力発光ダイオードは、良好な熱排出を保証するために、アルミニウムコア基板の上に実装されている。アルミニウムコア基板は、主として、薄い配線板が上に積層されたアルミニウム板でできている。あるいはアルミニウムに代えて、熱を良く伝導する他のどのような材料でも利用することができる。この配線板の上に、標準の方法ではコンポーネントがはんだ付けされる。配線板が非常に薄いことによって、およびモジュールの主要部分がアルミニウムまたはその他の熱を良く伝導する材料でできていることによって、非常に良好な熱排出が実現される。
【００１４】
図２は、本発明によるＬＥＤモジュールを示している。高出力発光ダイオード（１）のほか、付属の制御電子装置（２）が配線板の上のスペースを占めている。このことは次のような複数の利点がある。
制御電子装置から高出力発光ダイオードへの電流経路が非常に短いので、良好な制御特性と効率的な動作方法を具体化することができる。
短い引込線によって寄生現象が最低限に抑えられるので、電流制御のための測定をいっそう正確に実行することができる。
高出力発光ダイオードとドライバ回路が同じ温度にさらされるので、ドライバ回路における温度現象を制御し、発光ダイオードの過熱を防止することがはるかに容易になる。
パルス式制御と高いエッジ急峻度によって電磁両立性が問題になる。電流経路が短いことは、電磁放射を最低限に抑えることを追加的に助ける。
【００１５】
図３は、本発明によるモジュールの平面図を示している。ドライバ回路（２）は、高出力発光ダイオード（１）の上方に配置される光学装置の妨げにならないように、高出力発光ダイオード（１）に対してある程度の最低間隔をおいて配置されている。直接的な接続によって、高出力発光ダイオード（１）に通じる電流経路の長さが最低限に抑えられている。
【００１６】
最後に図４は、好ましい実施形態の一例としてのパルスシーケンスを示している。ドライバ回路は、最大電流Ｉmaxと最小電流Ｉminを生じさせることができる。エッジ立ち上がり時間とエッジ立ち下り時間には符号ｔRないしｔFが付されている。最大のエッジ急峻度が第１のパルスに示されており、時間ｔFによって表されており、この時間内に高出力発光ダイオード電流は最大電流からゼロになる。符号ｔOFFは２つのパルス間の時間を表しており、符号ｔONは通常、パルスの長さからエッジ立ち上がりの長さを差し引いたものを表している。しかしながら、図４の第１のパルスに示すように、１つのパルスが異なる電流値の組み合わせからなっているという事態も起こり得る。この場合、パルスは電流ＩMinにおけるターンオン時間ｔON1を有する第１のパルスセグメントと、電流ＩMaxにおけるターンオン時間ｔON2を有する第２のパルスセグメントとで構成される。
【００１７】
制御回路の好ましい実施形態は、所望のパルス列によってオン・オフされる同相レギュレータでできている。同相レギュレータは高速ロジックにより制御され、そのようにして１つのパルス内で電流を迅速に変更、調整することができる。比較的出力の大きいモジュールではプリレギュレータを採用することもでき、それによって同相レギュレータにおける損失出力が最低限に抑えられる。
【００１８】
別案としてチョッパ型レギュレータも考えることができるが、チョッパ型レギュレータは前述した反応時間では、設計上構造が複雑になり、コストが高くなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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