发光二极管装置.pdf

本发明提供具有各自发光色不同的多个LED的LED装置，即可以用简单的结构驱动的LED装置。在LED装置(10)中具有：一端相互连接、各自发光色不同的LED(1B、1G、1R)，以及各自的一端连接到各LED的另一端，另一端相互连接的MOS晶体管(2B、2G、2R)。MOS晶体管(2B、2G、2R)构成电流镜电路。从外部提供的驱动电流以对应于各MOS晶体管的尺寸的比的电流比被分配给各LED。

1、  一种LED装置，其特征在于，包括：
第1～第N(N为大于等于2的整数)LED，一端相互连接，各自的发光色不同；以及
第1～第N晶体管，各自的一端连接到所述各LED的另一端，另一端相互连接，
所述第1～第N晶体管构成电流镜电路，
从外部提供的驱动电流以与所述各晶体管的尺寸比对应的电流比被分配给所述各LED。

2、  如权利要求1所述的LED装置，其特征在于，
所述第1～第N晶体管中的全部或者一部分由包含可导通截止的调整用晶体管的相互并联连接的多个晶体管构成，
被分配给所述各LED的电流的比可通过所述调整用晶体管的导通截止而改变。

3、  如权利要求2所述的LED装置，其特征在于，
所述调整用晶体管可通过熔断而设定为导通或者截止。

4、  如权利要求2所述的LED装置，其特征在于，还包括：
可改写的存储器；以及
根据存储于该存储器中的数据来导通截止所述调整用晶体管的开关，
通过改写所述存储器的数据，改变被分配给所述各LED的电流的比。

5、  如权利要求4所述的LED装置，其特征在于，
所述存储器为非易失性存储器。

6、  如权利要求1至5的任意一项所述的LED装置，其特征在于，
由所述第1～第NLED发射的光被相互混合而形成白色光。

发光二极管装置
技术领域
本发明涉及具有各个发光色不同的多个LED(发光二极管)的LED装置。
背景技术
以往作为通过LED实现希望的颜色的发光的结构，有在单色的LED上涂布荧光体的结构。但是在该结构中，由于当发光的波长分量被单色LED以及荧光体所具有的波长所限制，特别是在将LED作为液晶板的背光使用的情况下，示色性差。例如，通过在蓝色LED上涂布黄色的荧光体来实现白色发光的情况下，红色的示色性变差。
另一方面，作为通过LED实现希望的颜色的发光的其它结构，已知有将多个单色LED组合，通过外部半导体装置等控制流过各LED的电流的结构。图10是表示通过三色的LED实现白色发光的结构的一例的图。在图10中对蓝色LED(BLED)、绿色LED(GLED)、红色LED(RLED)分别连接可变电阻VR1、VR2、VR3。电流控制电路91控制各可变的电阻的电阻值，使得流过各LED的电流的比为与白色发光对应的电流比。在该结构中，由于将RGE)三色的LED组合来实现白色发光，所以可以得到优良的示色性。
但是，在将多个LED组合的结构中，如观察图10可知的那样，为了得到希望的亮度或颜色，必须对每个LED个别控制流过各LED的电流，用于驱动控制的电路变得复杂。
发明内容
因此，本发明提供一种LED装置，具有各自的发光色不同的多个LED，可以用简单的结构进行驱动。
本发明的LED装置，其特征在于，包括：第1～第N(N为大于等于2的整数)LED，一端相互连接，各自的发光色不同；以及第1～第N晶体管，各自的一端连接到所述各LED的另一端，另一端相互连接，所述第1～第N晶体管构成电流镜电路，从外部提供的驱动电流以与所述各晶体管的尺寸比对应的电流比被分配给所述各LED。
在本发明的优选实施方式中，所述第1～第N晶体管中的全部或者一部分由包含可导通截止的调整用晶体管的相互并联连接的多个晶体管构成，被分配给所述各LED的电流的比可通过所述调整用晶体管的导通截止而改变。在该优选实施方式中，所述调整用晶体管可通过熔断设定为导通或者截止。而且，在另一个优选的方式中，还包括：可改写的存储器；以及根据存储于该存储器中的数据来导通截止所述调整用晶体管的开关，通过改写所述存储器的数据，改变被分配给所述各LED的电流的比。这里，在优选的方式中，所述存储器为非易失性存储器。
而且，在本发明的优选方式中，由所述第1～第NLED发射的光被相互混合而形成白色光。
按照本发明，可以提供具有各自发光色不同的多个LED的LED装置，即可以用简单的结构驱动的LED装置。
附图说明
图1是表示第一实施方式的LED装置的结构的电路图。
图2是表示第一实施方式的LED装置的结构的外观立体图。
图3是在图2所示的S-S截断线所截断的剖面图。
图4是表示第二实施方式的LED装置的结构的电路图。
图5是表示第三实施方式的LED装置的结构的电路图。、
图6是表示MOS晶体管在芯片上的布局的一例的图。
图7是表示MOS晶体管的优选的布局的一例的图。
图8是表示阴极共用的LED装置的结构的电路图。
图9是利用了NPN型BIP晶体管的LED装置的结构的电路图。
图10是表示通过三色的LED来实现白色发光的结构的一例的图。
图11是表示在图10的结构中的三个LED的总电流和各LED中流过的电流的关系的图。
具体实施方式
以下按照附图说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1是表示本实施方式的LED装置10的结构的电路图。图2是表示本实施方式的LED装置10的结构的外观立体图。图3是用图2所示的S-S截断线所截断的剖面图。该LED装置10除了特别适合作为液晶屏的背光使用，还可广泛利用在携带电话的闪光、照明、电光显示板、信号机、电饰等各个领域。
LED装置10是具有各自发光色不同的多个LED，混合各LED的光从而以规定的颜色发光的装置。这里LED装置10具有蓝色的LED1B、绿色的LED1G、红色的LED1R，作为发出的白色光的白色LED起作用。但是，LED的个数、各LED的发光色、以及LED装置10的发光色，不限定于上述情况。
在图1中，LED装置10具有与LED1B、1G、1R对应设置的N沟道型MOS晶体管2B、2G、2R。LED1B、1G、1R的各个阳极相互连接并连接到同一个节点3。另一方面，LED1B、1G、1R的各个阴极连接到对应的MOS晶体管2B、2G、2R的漏极。MOS晶体管2B、2G、2R的各自的源极相互连接并连接到同一个节点4。
MOS晶体管2B、2G、2R中任意一个MOS晶体管(在图1中为MOS晶体管2B)漏极和栅极连接。而且，MOS晶体管2B、2G、2R的栅级被共用连接。由此，MOS晶体管2B、2G、2R构成电流镜电路。
MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比根据得到希望的发光色时的各LED中流过的电流的比Ib∶Ig∶Ir来设定。这里，Ib∶Ig∶Ir为流过各个LED1B、1G、1R的电流值。具体来说，在Ib∶Ig∶Ir＝a∶b∶c时LED装置10以希望的颜色发光的情况下，MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比设定为a∶b∶c。这里，Ib∶Ig∶Ir＝1∶2∶3时LED装置10的发光色为白色，MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比设定为1∶2∶3。
在上述的结构中，如果从外部的驱动电路向节点3提供驱动电流Itotal，则该Itotal以对应于MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比的电流比，被分配并流过LED1B、1G、1R。具体来说，LED1B、1G、1R中流过的电流比Ib∶Ig∶Ir与MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比1∶2∶3大致相同，由此LED装置10以白色发光。
这里，对上述LED装置10的优选物理结构进行简单的说明。如图2、图3所示，包含多个LED1B、1G、1R、MOS晶体管2B、2G、2R的IC5，以及节点3、4被设置在同一个基板6上，构成一个模块。各LED1B、1G、1R和IC5通过引线接合(wire bond)线相互连接。而且，LED1B、1G、1R和IC5用透光性树脂7覆盖。
如上所述，在本实施方式中从外部提供给LED装置的驱动电流，通过电流镜以与各晶体管的尺寸比对应的电流，自动地分配给各LED。于是各LED以与电流比对应的亮度比点亮，由此，LED装置以规定的颜色发光。因此本实施方式的LED装置可以以简单的结构进行驱动控制。由此，可以实现外部的驱动控制电路的简单化、小型化以及低成本化。
从另一方面看，LED装置的使用者仅通过与驱动一个LED的情况一样地对LED装置提供驱动电流，就可以得到规定的发光色(这里为白色)。因此，使用者不需要个别地控制流过多个LED的每个中的电流，可以如一个白色LED那样地操作LED装置。因此，使用者可以原样使用单一的LED用的驱动电路作为LED装置的驱动控制电路。这样，本实施方式中的LED装置是对于使用者可以以控制一个LED的感觉来使用的非常方便的模块。
与图10所示的以往的结构比较来说明上述的效果。图11是表示图10中的流过三个LED的总电流和流过各个LED的电流的关系的图。此外，在图11中，曲线L_B、L_G、L_R分别表示流过BLED、GLED、RLED的电流值。在图11中，图10的各可变电阻的电阻值被设定为在总电流50mA时流过各LED的电流的比为1∶1∶1。如观察图11可知那样，在图10的结构中，将各电阻值固定的情况下，如果使总电流变化则电流比变化。具体来说，如果使总电流比50mA大，则流过RLED的电流的比变小，如果使总电流比50mA小，则流过RLED的比变大。与此相反，在本实施方式中，各LED的电流比由晶体管的尺寸比决定，即使使总电流变化也大致一定。因此，在要将电流比保持为希望的比，同时使总电流变化的情况下，在图10的结构中每次使总电电流变化时，都必须使各可变电阻的电阻值变化，控制变得复杂，但是在本实施方式中，可以不需要这样复杂的控制。
[第二实施方式]
图4是表示本实施方式的LED装置20的结构的电路图。本实施方式的LED装置20与上述LED装置10基本相同，但是被分配给各LED的电流的比可变。具体来说，在本实施方式中，与各LED对应设置的晶体管中的全部或者一部分包含可导通截止的调整用晶体管，由相互并联连接的多个晶体管构成。于是，被分配给各LED的电流的比，可以通过调整用晶体管的导通截止来进行变更，以下对LED装置20进行说明，但是对于与LED装置10共用的部分，使用相同的标号并省略说明。
而且，在本说明书中，在“可导通截止”中，包含可以重复切换导通截止，可以仅一次从导通切换为截止，以及仅一次从截止切换为导通的情况。
在图4中，MOS晶体管2B由互相并联连接的3个MOS晶体管2B₁、2B₂、2B₃构成。同样，MOS晶体管2G由MOS晶体管2G₁、2G₂、2G₃构成，MOS晶体管2R由MOS晶体管2R₁、2R₂、2R₃构成。这9个MOS晶体管中，MOS晶体管2B₂、2B₃、2G₂、2G₃、2R₂、2R₃在初始状态为导通，是可以通过熔断设定为截止的调整用晶体管。这里，作为熔断的方法，有例如用电流或者激光破坏电阻或者齐纳二极管等的熔断元件的方法，但是没有特别限定。MOS晶体管2B₁、2B₂、2B₃的尺寸比、2G₁、2G₂、2G₃的尺寸比以及2R₁、2R₂、2R₃的尺寸比根据调整的目的适当地被调整。这里，为了对发光色(电流比)微调整，上述尺寸比被分别设定为9∶1∶1。
在上述的结构中，调整用晶体管被用在电流比的调整中。具体来说，为了使某个LED中流过的电流的比例降低，与该LED对应的调整用晶体管被截止。而且，为了使某个LED中流过的电流的比例增加，与该LED以外的LED对应的调整用晶体管被截止。
更具体来说，调整用晶体管被以下那样使用。由于LED的发光效率中存在离散，所以即使流过的电流相同，LED的亮度也产生离散。因此，使用者在初始状态中测试了LED的亮度以后，通过截止调整用晶体管来调整各LED中流过的电流的比，实现希望的色彩。例如，在LEDIR的亮度增大，LED装置20的发光色为带红色的白色的情况下，使用者通过截止MOS晶体管2R₁或者2R₂，获得为希望的发光色的白色。
如上所述，在本实施方式中，与各LED对应设置的晶体管中全部或者一部分，由包含可导通截止的调整用晶体管的多个晶体管来构成，所以通过导通截止调整用晶体管，可以调整各LED中流过的电流的比。由此，可以调整LED装置的发光色。而且，由于是通过熔断来截止调整用晶体管的结构，所以，可以用简单的结构实现电流比的调整。
而且，在本实施方式中，虽然是通过熔断截止调整用晶体管的结构，但是也可以是通过熔断来导通调整用晶体管的结构。
[第三实施方式]
图5是表示本实施方式中的LED装置30的结构的电路图。本实施方式的LED装置30通过开关进行调整用晶体管的导通截止。具体来说，LED装置30具有可改写的存储器，以及根据存储于该存储器中的数据来导通截止调整用晶体管的开关。于是，通过改写存储器的数据，被分配给各LED的电流的比变化。以下对LED装置30进行说明，但是对与LED装置10、20共同的部分使用相同的标号，并省略说明。
如图5所示，在LED装置30中，与LED装置20一样，与各LED对应的晶体管，由相互并联连接的3个晶体管构成。具体来说，MOS晶体管2B由MOS晶体管2B₁、2B₂、2B₃构成，MOS晶体管2G由晶体管2G₁、2G₂、2G₃构成，MOS晶体管2R由晶体管2R₁、2R₂、2R₃构成。在本实施方式中，这9个MOS晶体管全部是设定为导通截止的调整用晶体管。MOS晶体管2B₁、2B₂、2B₃的尺寸比、2G₁、2G₂、2G₃的尺寸比以及2R₁、2R₂、2R₃的尺寸根据调整的目的适当地被设定。这里，为了不仅实现白色，而且实现各种发光色，上述尺寸比被分别设定为4∶2∶1。
LED1B、1G、1R各自的阳极被相互连接并连接到同一个节点3。另一方面，LED1B、1G、1B各自的阴极被连接到对应的三个MOS晶体管的漏极。而且，9个MOS晶体管各自的源极相互连接并被连接到同一个节点4。
LED1B、1G、1R的阴极分别经由各个开关SW_B、SW_G、SW_R连接到共用线8。而且，对于9个MOS晶体管的每个设置两个开关SW₁、SW₂。于是，各MOS晶体管的栅极经由开关SW₁连接到共用线8，同时经由开关SW₂连接到节点4。
上述各开关被设定为导通或截止，以便满足以下的条件。即，对于开关SW_R、SW_G、SW_R，任何一个开关导通，同时不会两个以上的开关导通。对于开关SW₁、SW₂，任何一方导通同时另一方截止，两方不会同时导通或者截止。而且，在与LED1B对应的三个开关SW₁全部截止的情况下，开关SW_B为截止。同样，在与LED1G对应的三个开关SW₁全部截止的情况下，开关SW_G为截止。而且，在与LED1R对应的三个开关SW₁全部截止的情况下，开关SW_R为截止。
LED装置30具有可从外部改写的非易失性存储器9。在该非易失性存储器9中存储用于表示上述各开关的导通截止的数据。于是，上述各开关根据存储于该非易失性存储器9中的数据而设定为导通或者截止，由此，各MOS晶体管被设定为导通或者截止。
这里，对上述结构中的各开关的导通截止和MOS晶体管的导通截止的关系进行说明。这里，设开关SW_B为导通，同时与MOS晶体管的2B₁、2G₁、2G₃、2R₂对应的开关SW₁为导通，其它的开关SW₁为截止。这时，MOS晶体管2B₁栅极和漏极被短路而为导通状态。而且，MOS晶体管2G₁、2G₃、2R₂的栅极与MOS晶体管2B₁的栅极共同连接，与MOS晶体管2B₁形成电流镜而成为导通状态。另一方面，除此之外的MOS晶体管由于对应的开关SW₂为导通，所以栅极和源极被短路而成为截止状态。这样，各MOS晶体管在对应的开关SW₁导通时导通，在对应的开关SW₂导通时截止。而且，在上述的情况下，MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比为{1×(4/7)}∶{2×(5/7)}∶{3×(2/7)}。
在上述的结构中，各MOS晶体管根据存储于非易失性存储器9中的数据，由各开关设定为导通或者截止。因此，对各LED分配的电流的比，由非易失性存储器9的数据决定，由于非易失性存储器9的数据被改写而变化。而且，对LED1B、1G、1R分配的电流的比Ib∶Ig∶Ir取得用{1×(D_B/7)}∶{2×(D_G/7)}∶{3×(D_R/7)}(D_B、D_G、D_R为大于等于1，小于等于7的整数)表示的比。因此，本实施方式的LED装置30中实现非常宽的范围的发光色。
如上所述，在本实施方式中，由于与各LED对应设置的晶体管中全部或者一部分由包含可导通截止的调整用晶体管的多个晶体管构成，所以，通过导通截止调整用晶体管，可以调整流过各LED的电流的比。由此，可以调整LED装置的发光色。而且，由于根据存储器的数据通过开关来导通截止晶体管，所以与熔断的情况不同，可以反复导通截止各晶体管。因此，使用者通过从外部改写存储器的数据，可以反复得到各种发光色。
而且，在本实施方式中，由于作为上述存储器使用非易失性存储器，所以，可以不需要用于数据保持的电源供给，以及每次电源的开关时的数据写入。因此，例如如果将与白色对应的数据一次写入存储器，则以后不需要进行数据写入，可以如一个白色LED那样来处理LED装置。但是，上述存储器也可以为易失性存储器。
而且，开关的个数和配置位置不限定于上述那样，只要可以导通截止MOS晶体管，怎样设定都可以。
以下，对第二或者第三实施方式中的MOS晶体管的优选配置进行说明。图6是表示MOS晶体管的芯片上的布局的一例的图。该图6不是简单的电路图，而是表示电路结构的同时，表示MOS晶体管的配置的图。在图6的布局例中，与LED1B对应的MOS晶体管2B₁、2B₂、2B₃相互靠近而设置在区域A1。与LED1G对应的MOS晶体管2G₁、2G₂、2G₃相互靠近而设置在区域A2。与LED1R对应的MOS晶体管2R₁、2R₂、2R₃相互靠近而设置在区域A3。即，MOS晶体管2B、2G、2R分别在芯片上不同的区域中形成。因此，在图6所示的布局中，MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比由于晶体管特性的面内离散而比较大地离散。这里晶体管特性的面内离散由于氧化膜膜厚的离散或掩模偏差等而产生。
为了减轻上述晶体管尺寸比的离散，MOS晶体管最好如图7所示那样进行配置。该图7也不是简单的电路图，而是表示电路结构的同时，表示MOS晶体管的配置的图。图7的布局例中，MOS晶体管2B₁、2G₁、2R₁相互靠近而设置在区域A1，MOS晶体管2B₂、2G₂、2R₂相互靠近而设置在区域A2，MOS晶体管2B₃、2G₃、2R₃相互靠近而设置在区域A3。即，MOS晶体管2B、2G、2R各自相同地被分散配置在区域A1、A2、A3中，从整体上看，可以说形成于同一区域。因此，按照图7所示的布局，可以减轻晶体管特性的面内离散造成的MOS晶体管2B、2G、2R的尺寸比的离散。其结果，可以减轻对各LED分配的电流的比的离散。
如上所述，在与多个LED的每个对应而设置多个MOS晶体管的情况下，对各LED一样，将对应的多个MOS晶体管分散配置到多个区域较好。具体来说，在与j个(j为大于等于2的整数)LED的每个对应而设置k个(k为大于等于2的整数)MOS晶体管的情况下，将每个包含一个与各LED对应的MOS晶体管的合计j个MOS晶体管作为单位晶体管组，最好，将合计k个单位晶体管组按每个单位晶体管组配置在k个区域，使得单位晶体管组中包含的j个MOS晶体管相互接近配置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是不用说，本发明不限于上述的实施方式。例如，在上述的实施方式中，以阳极共用的情况为例进行了说明，但是也可以阴极共用。图8是表示阴极共用的LED装置40的结构的电路图。在图8中，与LED1B、1G、1R对应设置P沟道型的MOS晶体管42B、42G、42R。LED1B、1G、1R的阴极被共用连接后与节点44连接。另一方面，LED1B、1G、1R的各个阳极与对应的MOS晶体管42B、42G、42R的漏极连接。MOS晶体管42B、42G、42R的各个源极被共用连接后与节点43连接。
而且，在上述的实施方式中，以利用MOS晶体管的情况为例进行了说明，但是，也可以使用NPN型或者PNP行的双极晶体管(BIP晶体管)替代MOS晶体管。图9是表示利用了NPN型的BIP晶体管的LED装置50的结构的电路图。在图9中，与LED1B、1G、1R对应而设置NPN型的BIP晶体管52B、52G、52R，取代图1的MOS晶体管2B、2G、2R。在该结构中，如果将BIP晶体管52B、52G、52R的电流放大率(hfe)分别设为99、74、99，则BIP晶体管52B、52G、52R的基极电流和集电极电流的比(Ib_B∶Ic_B)、(Ib_G∶Ic_G)、(Ib_R∶Ic_R)分别为(1∶99)、(1∶74)、(1∶99)。这里，由于各BIP晶体管的基极电流相等，为Ib_B＝Ib_G＝Ib_R，所以各LED中流过的电流的比为Ib∶Ig∶Ir约为100∶75∶100。