专利名称：电路单元的制作方法
电路单元
本发明涉及一种用于产生辐射的半导体单元的电路单元。
在传统的产生辐射的半导体单元中，例如在发光二极管中，经过半导 体单元的导通电流If借助恒定电流调节装置保持在恒定水平上。在此会出 现的问^A，半导体单元产生的辐射的强度在半导体单元温升时降低。
在JP2005-011895的摘要中公开了一种LED电路，其能够实现通过 白色LED的恒定电流。
本发明的任务是提出一种电路单元，其能够在产生辐射的半导体单元 中实现简单的光通量调节。
该任务通过根据权利要求1所述的电路单元解决。
此外本发明的任务是，提出一种具有简单的光通量调节的辐射源。
该任务通过根据权利要求16所述的辐射源解决。
在根据本发明的用于产生辐射的半导体单元的电路单元中，在工作中 在产生辐射的半导体单元上有导通电压Uf，并且导通电流If流过产生辐 射的半导体单元，其中电路单元调节导通电流If，使得取决于导通电流If 和导通电压Uf的实际值Vist具有预先给定的额定值Vs。u。
在此，准确的对应Vis广Vs。u并不仅仅意味着，实际值Vist具有预先
给定的额定值Vs。u。更确切地说，在此在本发明的范围中，可容忍的是额 定值Vs。u保持在预先给定的偏差内，该偏差可以典型为实际值Vw的10 %以下。
借助根据本发明的电路单元进行光通量调节，优选的是进行功率调 节。在半导体单元产生的辐射的强度或者光通量与产生辐射的半导体单元 中所转换的电功率成比例的前提下，光通量调节相对于恒流调节具有的优 点是，光通量出现较小的波动。因为导通电压Uf随着产生辐射的半导体 单元的温升增大而降低，所以在传统的恒流调节情况中，所转换的电功率 以及由此辐射强度降低。而才艮据本发明，导通电流If根据导通电压Uf而 变化，使得电功率以及由此辐射功率保持在恒定的水平上。在上面所说明 的公差范围内的偏差是允许的。根据一种优选的实施形式，电路单元具有控制单元和分析单元。借助 控制单元可以控制流过产生辐射的半导体单元的导通电流If。借助分析单 元，可以确定导通电流的瞬时值。此外，可以借助分析单元来确定瞬时的 实际值Vw。
根据电路单元的另一优选实施形式，分析单元包括欧姆电阻。优选的 是，借助欧姆电阻上的电压降来确定导通电流If。这能够实现简单地确定 导通电流If。与传统的装置相对，根据本发明可以省去用于确定对于辐射
源的辐射强JL^决定性作用的导通电流if的附加部件如光电二极管或者 温度传感器。在光电二极管的情况下，产生辐射的单元所发出的光被光电 二极管检测，并且所产生的光电流的瞬时实际值被与预先给定的额定值比 较。在温度传感器的情况下，产生辐射的单元的温度可以借助与温度相关 的电阻来确定并且被与导通电流If对应地匹配。而在本发明的情况下，欧 姆电阻就足以确定导通电流lf的瞬时实际值。
特别优选的是，欧姆电阻与产生辐射的半导体单元串联。特别地，在 产生辐射的半导体单元的导通方向上，欧姆电阻连接在该产生辐射的半导 体单元下游。
根据一种优选的变形方案，分析单元包括数学电路。借助该数学电路， 可以进行输入量的数学运算，也即导通电压Uf和导通电流If的数学运算，
如乘法、除法、加法和减法。
根据另一优选的变形方案，实际值Vist可以借助数学电路来确定。实
际值Vist特别是导通电压Uf和导通电流If的函数f，其中适用以下关系之 一Vis产f(Uf* If); Vw=f(Uf/ If); Vist=f(Uf+ If); Viirt=f(Uf- If)。与传统的恒 流调节不同，由此感兴趣的不仅仅是导通电流If，而是还有导通电压Uf。 优选的是，函数f仅仅取决于导通电压Uf和导通电流If。
导通电流If可以是直流电流或者时钟控制的电流，其中在后一种情况 中，脉宽调制(PWM)是优选的。半导体本体的辐射强度可以通过改变 直流电流或者改变PWM控制的占空率(脉冲持续时间与周期持续时间的 比例)而变化。有利的是，人眼在不同的占空率情况下感知到平均的辐射 强度。
为了在时钟控制的电流的情况下如所说明的那样确定实际值Vist，必 需确定平均的导通电流If。为此，分析单元可以具有平均值形成元件。合 乎目的的是，该平均值形成元件与占空率匹配。例如，平均值形成单元可以是RC低通滤波器。
有利的是，分析单元具有至少一个用于确定Vw和Vs。n的差的元件。 由此，可以确定Vw与Vs。u偏差多大。优选的是，该元件是减法器，其用 作调节器。所确定的差形成了用于调节导通电压Uf和导通电流If的基础。
合乎目的的是，控制单元与分析单元导电连接。有利的是，由此可以 根据所确定的实际值Vist进行输出电压和导通电流If的调节，其中该输出 电压位于半导体单元上并且等于导通电压Uf。
优选的是，控制单元包括电压转换器。该电压转换器例如可以是 DC/DC转换器，特别是SEPIC转换器(单端初级电感转换器)。特别优 选的是，可以借助电压转换器来匹配针对辐射源设计的供给电压，使得位 于半导体单元上的输出电压具有所希望的值。
根据本发明的辐射源具有如上所述的电路单元。
有利的是，辐射单元由此能够以比较恒定的光通量工作，这意味着， 在上面所说明的公差范围内的偏差是允许的。
才艮据一种优选的实施形式，辐射源此外包括产生辐射的半导体单元， 其中产生辐射的半导体单元与电路单元导电连接。例如，产生辐射的半导 体单元和电路单元可以设置在共同的印刷电路板上，并且借助印制导线导 电连接。
借助电路单元，可以调节产生辐射的单元的导通电压Uf和导通电流 If。此外，由此可以调节光通量。
根据另一优选的实施形式，产生辐射的单元具有至少一个产生辐射的 半导体本体。
此外，产生辐射的单元可以具有多个半导体本体的串联电路。由此， 可以实现通过所有半导体本体的相同大小的电流，使得可以实现在照明面 上的均匀亮度。
特别是针对在汽车领域中的应用或者针对照明目的，多个半导体本体 带来了更高的辐射强度的其他优点。借助半导体本体的紧凑设置，此外可 以实现比较高的亮度。
从公开文献WO 2006/012842 A2中可以得到根据本发明的电路单元 所适于的、产生辐射的半导体单元的优选构型，其公开内容通过引用结合 于此。单个的半导体本体可以包含"基于氮化物-化合物半导体，，的材料， 其在该上下文中表示用于产生辐射的半导体本体具有如下的层序列或者
至少一层其包含氮化物-III/V -化合物半导体材料，优选为 AlnGamlnnJV，其中0《n《l， 0《m《l并且n+m《l。在此，该材料并非一 定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以 具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变 AlnGanJnh-JV材料的典型的物理特性。然而，出于筒单的原因，上面 的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(A1, Ga， In， N)，即使这些成分 还可部分被少量其他材料所代替。
半导体本体的有源层或者产生辐射的层例如可以构建为异质结构、双
异质结构或者量子阱结构。在此，术语量子阱结构包括任意的、其中载流 子由于限制(confinement)而会经历其能量状态的量子化的结构。特别 地，术语量子阱结构不包含关于量子化的维数的说明。由此，其尤其是包 括量子槽、量子线和量子点，以及这些结构的任意组合。
半导体本体可以构建为薄膜发光二极管芯片。
一种薄膜发光二极管芯片，其特征特别是在于以下特征至少之一
-在产生辐射的外延层序列的朝向支承元件的第 一主面上施加或者构建 有反射层，其将外延层序列中产生的电磁辐射的至少一部分反射回该外延 层序列中；
-外延层序列具有20pm或者更小范围中的厚度，特别是lOfim范围中的 厚度；以及
-外延层序列包含至少一个半导体层，该半导体层具有至少一个面，该面 具有混匀结构(Durchmischungsstruktur )，该混匀结构在理想情况下导 致光在外延的外延层序列中的近似各态历经分布，即其具有尽可能各态历 经的随机^t射特性。
薄MJC光二极管芯片的基本原理例如在I. Schnitzer等人于1993年 10月18日所著的Appl. Phys. Lett. 63 (16), 2174 一 2176页中进行了描述， 其公开内容通过引用结合于此。
薄膜发光二极管芯片良好地近似于朗伯(Lambert，scher)表面辐射 器，并且因此特别良好地适于应用在前灯中。
特别地，产生辐射的单元可以包含至少一个发光二极管或者激光二极 管。例如，产生辐射的单元可以是多个发光二极管或者激光二极管形成的阵列。发光二极管或者激光二极管的频谱强度最大值可以处于电磁频谱的 紫外范围、可见范围或者红外范围。
根据一种优选的变形方案，辐射源针对前灯而设计。
此外，根据本发明的辐射源可以设计用于照明。有利的是，辐射源适 于以恒定的亮度照明。
此外，辐射源可以^没计用于例如显示器的背光照明。
根据本发明的多量子阱结构的优点和发射辐射的半导体本体或部件 的其他优选的特征、有利的扩展方案和改进方案以及优点在下面结合
图1
至7进一步阐述的实施例中得到。 其中
图1图示地示出了传统的冷却的或未被冷却的发光二极管的亮度和 温度的时间分布；
图2示出了带有温度传感器或光电传感器的传统辐射源的框图3a和3b图示地示出了在传统的恒流调节和根据本发明的光通量调 节情况下的亮度的时间分布；
图4图示地示出了导通电压Uf的与温;l相关的分布；
图5a图示地示出了导通电压Uf、导通电流If和由其得到的被转换的 -A鱼p.
图5b示出了多个串联的半导体本体；
图6图示地示出了恒定的辐射强度的曲线，该辐射强度可以借助根据 本发明的电路单元或辐射源来实现；
图7示出了#4§本发明的辐射源的第一实施例的框图8示出了根据本发明的辐射源的第二实施例的示意图9示出了辐射源的第二实施例的示意图，其中该辐射源与光学元件 相连。
图1所示的图中绘出了相对于时间t秒]的亮度L[ccFm力和温度 TfC]。曲线A或D示出了在冷却的发光二极管情况下亮度L (曲线A) 或温度T (曲线D)的时间分布。与此相对，曲线C或B示出了在未被 冷却的发光二极管情况下亮度L (曲线C)或温度T (曲线B)的时间分 布。如从曲线中可以看出的那样，在冷却的发光二极管情况下比在未被冷 却的发光二极管情况下更快地达到稳定状态。在稳定状态中，实际值与额
定值对应。此外，在稳定状态中，亮度L和温度T基本上不改变。可以 看到的是，当温度T如在未被冷却的发光二极管情况下那样上升到大约 初始值的两倍时，亮度L (曲线C)下降大约20%。应注意的是，由于 在发光二极管的工作中出现的损耗热以及由于环境温度的改变而会引起 温度T的变化。
从借助图1中所示的图表现出的亮度L和温度T之间的关联而得到 的缺点可以以不同方式来克服。
图2示出了传统的辐射源1的框图。辐射源1在第一种情况中可以具 有光电传感器6，用于确^JL射辐射的单元2所产生的亮度L。该光电传 感器将所接收的辐射转换为光电流，该光电流输出给分析单元3。借助光 电流来调节用于发射辐射的单元的相应的控制电流，使得控制单元4提供 的导通电流If基本上恒定。在第二种情况中，辐射源l可以具有温度传感 器5，用于确定发射辐射的单元2的瞬时温度T。借助将用于控制电流的 合适值指派给温度值的温度表，可以调节相应的控制电流。
根据本发明，可以节省附加的部件如光电传感器或温度传感器。因为 有利的是，在此欧姆电阻足以在温度T改变时将光通量或亮度L保持恒 定。另一优点在于，省去了传感器的控制，其中这些传感器易受污染或故 障影响。
在传统的辐射源(例如图2所示的辐射源)中进行恒流调节，也即导 通电流If保持在恒定的水平。如图3a中的曲线B所示，导通电流If在时 间上并不改变。然而因为温度T (曲线C)升高，这又导致导通电压Uf 降低(参见图4，曲线B),所以亮度L (曲线A)在工作中降低。
与此相对，根据本发明可能的是，在工作期间将所发射的辐射的亮度 L保持恒定(参见图3b，曲线A)。根据本发明，这可以借助产生辐射的 半导体单元的光通量调节来实现。在此，导通电流If是可变的(曲线B)。 特别地，导通电流If被调节为使得在产生辐射的半导体单元的温度T升 高的情况下，亮度L基本上保持恒定。如图3b中表明的那样，这导致导 通电流If在开始的运行中与温度一样上升。
图4中所示的图示出了已经提及的在具有恒流调节(曲线A，导通电 流If =恒定)的传统辐射源中在导通电压Uf和温度T之间的关联。随着温度T升高，导通电压Uf (曲线B)降低，>^之亦然。线性走向的曲线B 的斜率通过温度系数Tk确定，该温度系数取决于针对产生辐射的单元所 使用的材料和可能的散热器。
图5a中示出了传统的带有恒流调节的辐射源的功率P，其为导通电 流If和导通电压Uf的乘积。导通电流If恒定(直线B)，而在温度升高的
情况下导通电压Uf从最大值Uft^变化为最小值Ufmin (参见图4)。相应
地，功率P从最大值P隨变化为最小值Pmin,使得有Pmax>P。PfPs。u>Pmin。 而根据本发明，尽管温度升高，功率P仍然可以保持在对应于额定值P醎 的最优值P。pt (参见图6)。
在此要注意的是，在产生辐射的半导体单元2中(其具有多个串联的 产生辐射的半导体本体7，如图5b中所示)，导通电压Uf对应于相电压 (Strangspannung )，即在导通方向上从第一至最后的半导体本体7所下 降的总电压。
图6示出了恒定的辐射强度或恒定的功率P。pt的曲线A。这种曲线可 以借助根据本发明的辐射源来实现，该辐射源具有如下面结合图7进一步 阐述的电路单元和例如图5b所示的产生辐射的单元。与传统的辐射源(参 见图5a)中所实现的可变的功率值不同，在根据本发明的辐射源中可以 实现保持相同的功率值，其方式是导通电流If在温度T升高时与降低的 导通电压Uf匹配。特别地，导通电流If被与导通电压Uf匹配为使得导通 电流If和导通电压Uf的乘积具有最优的功率值P一或额定值Ps。u (P一在 图6中对应于所示的矩形的面积)。
图7中示出了根据本发明的辐射源1的框图。辐射源1具有电路单元 8和产生辐射的半导体单元2，其中产生辐射的半导体单元2与电路单元 8导电连接，使得半导体单元2借助电路单元8来供电。
电路单元8具有分析单元3和控制单元4，其中分析单元3包括欧姆 电阻9。借助在欧姆电阻9上的电压降，可以根据欧姆定律确定导通电流 If。由此以及借助分压器20还可以确定导通电压Uf。
欧姆电阻9与产生辐射的半导体单元2串联。
所确定的导通电流If和导通电压Uf的值被转发给数学电路10，该数 学电路是分析单元3的一部分。借助数学电路10可以计算实际值Vist，该 实际值是导通电压Uf和导通电流If的函数f，其中有以下关系之一 Vist=f(Uf * If); Vw=f(Uf/ If); Visff(Uf+ If); Vis『f(Uf- If)。借助第一元件ll (该元件为分析单元3的一部分)，可以确定实际值 Vi"和额定值Vs。u之间的差。优选的是，元件11是减法器，其用作调节器。 借助第一元件11产生调节电压。该调节电压位于第二元件12的第一输入 端。在第二元件12的第二输入端上有三角形电压，调节电压被以该三角 形电压来调制。优选的是，元件12是比较器。
在所示的情况下，流过产生辐射的半导体单元2的导通电流If是直流 电流。替代地，导通电流If可以是时钟控制的电流。光通量可以保持恒定， 其方式是改变直流电流或者改变PWM控制的占空率。
如图7所示,控制单元4除了具有第二元件12之外还具有电压源23， 其提供供电电压UB他。电压源23可以是直流电压源例如车用蓄电池。控 制单元4的其他元件在整体上是一种电压转换器21，其如在此那样为 DC/DC转换器，特别是SEPIC转换器。
为了PWM控制，需要确定平均导通电流If。为此，分冲斤单元3可以 具有平均值形成元件22。优选的是，平均值形成元件22在导通方向上连 接在数学电路10上游。例如平均值形成元件22可以是RC低通滤波器。
图8中示出了带有产生辐射的半导体单元2的辐射源1，其中产生辐 射的半导体单元2设置在安装支承体18上。产生辐射的半导体单元2具 有多个产生辐射的半导体本体7。这些产生辐射的半导体本体设置在壳体 本体的凹处15中，该壳体本体借助支承体13和框架14形成。优选的是， 半导体本体7以电的方式安装在壳体本体中。为此，半导体本体7设置于 其上的支承体13具有接触面。接触面一方面是线连接面16，用于与半导 体本体7的上侧线接触，另一方面是芯片连接面(未示出)，用于与半导 体本体7的例如借助焊接或者导电胶的下侧接触。接触面与外接触部17 之一导电相连。半导体本体7例如可以串联。
安装支承体18—方面^L计用于安装产生辐射的半导体单元2，另一 方面电路单元(未示出)可以设置在安装支承体18上。在电路单元和产 生辐射的半导体单元2之间的导电连接于是可借助外接触部17来实现。 此外，安装支承 沐18可以具有散热器，用于冷却产生辐射的半导体单元 2,或者与散热器导热相连。
图9中所示的装置具有辐射源1，如从图8中已知的那样，以及具有 光学元件19。光学元件19例如是非成像的光学聚光器，借助它可以减小 半导体单元2所发射的辐射的发散。本发明并未通过借助实施例的描述而受到限制。更确切地说，本发明 包含任意新的特征和特征的任意组合，特别是包含在权利要求中的特征的 任意组合，即使该特征或者该组合本身没有明确地在权利要求或者实施例 中说明。
权利要求
1. 一种用于产生辐射的半导体单元(2)的电路单元(8)，其中在工作中在产生辐射的半导体单元(2)上有导通电压Uf，并且导通电流If流过产生辐射的半导体单元(2)，其中电路单元(8)调节导通电流If，使得取决于导通电流If和导通电压Uf的实际值Vist具有预先给定的额定值Vsoll。
2. 根据权利要求1所述的电路单元(8 )，其中电路单元(8)具有控 制单元(4)和分析单元(3)。
3. 根据权利要求1或2所述的电路单元(8)，其中分析单元(3)包 括欧姆电阻(9)。
4. 根据权利要求3所述的电路单元(8)，其中导通电流If借助在欧 姆电阻(9)上的电压降来确定。
5. 根据权利要求3或4所述的电路单元(8)，其中欧姆电阻(9)与 产生辐射的半导体单元(2)串联。
6. 根据权利要求2至5中的任一项所述的电路单元(8)，其中分析 单元(3)包括数学电路(10)。
7. 根据上述权利要求中的任一项所述的电路单元(8)，其中实际值 Vw是导通电压Uf和导通电流If的函数f，其中适用以下关系之一 Vis产f(Uf * If); Vw=f(Uf/ If); Vist=f(Uf + If); Virt=f(Uf- If)。
8. 根据权利要求6和7所述的电路单元(8 ),其中实际值Vw借助数 学电路(10)来确定。
9. 根据上述权利要求中的任一项所述的电路单元(8)，其中导通电 流If是直流电流。
10. 根据权利要求2至8中的任一项所述的电路单元(8 )，其中导通 电流If是时钟控制的电流。
11. 根据权利要求IO所述的电路单元(8)，其中分析单元(3)具有 平均值形成元件(22)用于确定平均的导通电流If。
12. 根据权利要求2至11中的任一项所述的电路单元(8)，其中分 析单元(3 )具有至少一个第一元件(11)用于确定Vw和Vs。u的差。
13. 根据权利要求12所述的电路单元(8)，其中第一元件(11)是减法器，该减法器用作调节器。
14. 根据权利要求2至13中的任一项所述的电路单元(8),其中控 制单元(4)与分析单元(3)导电连接。
15. 根据权利要求2至14中的任一项所述的电路单元(8)，其中控 制单元(4)包括电压转换器(21)。
16. —种辐射源(1),其具有根据权利要求1至15中的任一项所述 的电路单元(8 )。
17. 根据权利要求16所述的辐射源(1),其具有产生辐射的半导体 单元(2)，其中产生辐射的半导体单元(2)与电路单元(8)导电连接。
18. 根据权利要求16或17所述的辐射源(1),其中借助电路单元(8 ) 调节产生辐射的半导体单元(2)的光通量。
19. 根据权利要求17或18所述的辐射源(1)，其中产生辐射的半导 体单元(2)具有至少一个产生辐射的半导体本体(7)。
20. 根据权利要求19所述的辐射源(1)，其中产生辐射的半导体单 元(2)具有多个半导体本体(7)的串联电路。
21. 根据权利要求16至20中的任一项所述的辐射源(1),其中产生 辐射的半导体单元(2)包含至少一个发光二极管或激光二极管。
22. 根据权利要求16至21中的任一项所述的辐射源(1)，其中辐射 源(1)设计用于照明。
23. 根据权利要求16至22中的任一项所述的辐射源(1)，其中辐射 源(1)设计用于前灯。
24. 根据权利要求16至21中的任一项所述的辐射源(1)，其中辐射 源(1)设计用于显示器背光照明。
全文摘要
本发明涉及一种用于产生辐射的半导体单元的电路单元，其中在工作中在产生辐射的半导体单元上有导通电压U<sub>f</sub>，并且导通电流I<sub>f</sub>流过产生辐射的半导体单元，其中电路单元调节导通电流I<sub>f</sub>，使得取决于导通电流I<sub>f</sub>和导通电压U<sub>f</sub>的实际值V<sub>ist</sub>具有预先给定的额定值V<sub>soll</sub>。
文档编号H05B33/08GK101467491SQ200780021484
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月5日 优先权日2006年6月9日
发明者京特·希尔施曼, 阿洛伊斯·比布尔 申请人:奥斯兰姆有限公司