半導(dǎo)體光源裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體光源裝置，其使用多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，將各半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)和光量保持恒定。半導(dǎo)體光源裝置（100）具有輸出各色光的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件（6R、6G、6B）、將半導(dǎo)體發(fā)光元件（6R、6G、6B）的輸出光合成并進(jìn)行輸出的投影儀（9）以及運(yùn)算部（2）。運(yùn)算部（2）控制提供給半導(dǎo)體發(fā)光元件（6R、6G、6B）的驅(qū)動(dòng)電流（If），使得光傳感器（8R、8G、8B）的檢測(cè)光量（Le）接近預(yù)定的目標(biāo)光量（Li），并且計(jì)算半導(dǎo)體發(fā)光元件（6R、6G、6B）的目標(biāo)溫度（Tthi），控制調(diào)溫部（5R、5G、5B），使得溫度傳感器（7R、7G、7B）的檢測(cè)溫度（Tth）接近目標(biāo)溫度（Tthi）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體光源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體光源裝置，尤其涉及將亮度和色度保持恒定的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為照明裝置和顯示裝置的光源，如今使用半導(dǎo)體激光器(激光二極管:LD)和發(fā)光二極管(LED)等半導(dǎo)體發(fā)光元件取代燈作為光源。關(guān)于這種用途，可使用與作為所謂光的三原色的紅色、綠色、藍(lán)色這三種顏色對(duì)應(yīng)的發(fā)光元件。將這些各色光的光量比例控制為恒定的比率，然后進(jìn)行混合，從而合成出白色光。為了實(shí)現(xiàn)良好的顏色再現(xiàn)性，需要將各顏色的光量比例維持為恒定，并且需要將各色光各自的波長(zhǎng)保持為恒定。
[0003]而且，半導(dǎo)體發(fā)光元件具有以下性質(zhì):發(fā)光波長(zhǎng)會(huì)由于驅(qū)動(dòng)電流的變化或環(huán)境溫度的變化引起的結(jié)溫的變化而發(fā)生變化。因此存在以下問(wèn)題:即便通過(guò)使驅(qū)動(dòng)電流恒定來(lái)保持光量比例恒定，色度也會(huì)由于結(jié)溫的變化而發(fā)生變化。
[0004]針對(duì)該問(wèn)題，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了以下技術(shù):通過(guò)調(diào)節(jié)各光源的冷卻能力，即便結(jié)溫發(fā)生變化也能夠使各光源的光量比例保持于一定范圍內(nèi)而維持白平衡。當(dāng)為了調(diào)節(jié)光量而使驅(qū)動(dòng)電流變化時(shí)，發(fā)光波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，因而固定驅(qū)動(dòng)電流而進(jìn)行冷卻能力的控制。
[0005]此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提出了以下內(nèi)容:根據(jù)LED的環(huán)境溫度計(jì)算結(jié)溫，根據(jù)結(jié)溫與基準(zhǔn)溫度的溫度差計(jì)算不會(huì)破壞白平衡的目標(biāo)光量。
[0006]【專(zhuān)利文獻(xiàn)I】國(guó)際公開(kāi)第2011/086682號(hào)公報(bào)
[0007]【專(zhuān)利文獻(xiàn)2】日本專(zhuān)利第4525767號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2都是以維持白平衡(各顏色的光量比例)為目的，而并非防止因溫度變化導(dǎo)致的各發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)的變化。此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中使驅(qū)動(dòng)電流固定，因而即使能夠維持光量比例，也無(wú)法將光輸出值調(diào)節(jié)為任意的恒定值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供一種使用多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，并能夠?qū)⒏靼雽?dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)和光量保持為期望的恒定值的光源裝置。
[0010]本發(fā)明的半導(dǎo)體光源裝置具有:多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，它們分別輸出不同顏色的光；合成部，其將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光合成并進(jìn)行輸出；光傳感器，其檢測(cè)各半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光量；電流控制部，其向各半導(dǎo)體發(fā)光元件提供驅(qū)動(dòng)電流；溫度傳感器，其檢測(cè)各半導(dǎo)體發(fā)光元件的周?chē)鷾囟龋徽{(diào)溫部，其對(duì)各半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行冷卻；以及運(yùn)算部，其接收光傳感器和溫度傳感器的輸出以及預(yù)先準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，控制電流控制部提供的驅(qū)動(dòng)電流，使得光傳感器的檢測(cè)光量接近預(yù)定的目標(biāo)光量，并且計(jì)算半導(dǎo)體發(fā)光元件的目標(biāo)溫度，控制調(diào)溫部，使得溫度傳感器的檢測(cè)溫度接近目標(biāo)溫度。
[0011]本發(fā)明的半導(dǎo)體光源裝置具有:多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，它們分別輸出不同顏色的光；合成部，其將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光合成并進(jìn)行輸出；光傳感器，其檢測(cè)各半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光量；電流控制部，其向各半導(dǎo)體發(fā)光元件提供驅(qū)動(dòng)電流；溫度傳感器，其檢測(cè)各半導(dǎo)體發(fā)光元件的周?chē)鷾囟?；調(diào)溫部，其對(duì)各半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行冷卻；以及運(yùn)算部，其接收光傳感器和溫度傳感器的輸出以及預(yù)先準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，控制電流控制部提供的驅(qū)動(dòng)電流，使得光傳感器的檢測(cè)光量接近預(yù)定的目標(biāo)光量，并且計(jì)算半導(dǎo)體發(fā)光元件的目標(biāo)溫度，控制調(diào)溫部，使得溫度傳感器的檢測(cè)溫度接近目標(biāo)溫度。本發(fā)明能夠通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流將各半導(dǎo)體發(fā)光元件的亮度保持恒定，并且能夠通過(guò)溫度調(diào)節(jié)將各半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)保持為期望的恒定值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的光源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是示出本發(fā)明的光源裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0014]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0015]1:存儲(chǔ)部；2:運(yùn)算部；3:溫度控制部；4:電流控制部;5R、5G、5B:調(diào)溫部；6R、6G、6B:發(fā)光元件；7R、7G、7B:溫度傳感器；8R、8G、8B:光傳感器；9:投影儀。
【具體實(shí)施方式】
[0016]〈A.第I實(shí)施方式〉
[0017]<A-1.結(jié)構(gòu)〉
[0018]圖1是實(shí)施方式I的半導(dǎo)體光源裝置100的結(jié)構(gòu)圖。半導(dǎo)體光源裝置100具有存儲(chǔ)部1、運(yùn)算部2、溫度控制部3、電流控制部4、調(diào)溫部5R、5G、5B、發(fā)光元件6R、6G、6B、溫度傳感器7R、7G、7B、光傳感器8R、8G、8B以及投影儀9。
[0019]發(fā)光兀件6R、6G、6B是分別輸出紅色光、綠色光、藍(lán)色光的半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)等半導(dǎo)體發(fā)光兀件。發(fā)光兀件6R、6G、6B的輸出光被投影儀9合成為白色光。投影儀9還針對(duì)每個(gè)像素調(diào)制白色光，生成影像，并將影像投影到投影面。即，投影儀9具備合成部、光調(diào)制部和投影部的功能。
[0020]在發(fā)光元件6R、6G、6B的周?chē)謩e設(shè)有測(cè)定發(fā)光元件6R、6G、6B的周?chē)鷾囟萒th的溫度傳感器7R、7G、7B和接收發(fā)光元件6R、6G、6B的一部分輸出光并測(cè)定光量的光傳感器8R、8G、8B。此外，在發(fā)光元件6R、6G、6B的周?chē)謩e設(shè)有對(duì)發(fā)光元件6R、6G、6B進(jìn)行冷卻的調(diào)溫部5R、5G、5B。調(diào)溫部5R、5G、5B例如是風(fēng)扇或珀耳貼元件等，其冷卻能力由溫度控制部3控制。此外，發(fā)光元件6R、6G、6B的驅(qū)動(dòng)電流由電流控制部4進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0021]運(yùn)算部2從溫度傳感器7R、7G、7B取得發(fā)光元件6R、6G、6B的周?chē)鷾囟?，將溫度控制信?hào)輸出到調(diào)溫部5R、5G、5B，以使得周?chē)鷾囟冉咏繕?biāo)溫度。此外，運(yùn)算部2從光傳感器8R、8G、8B取得發(fā)光元件6R、6G、6B的輸出光量，將電流控制信號(hào)輸出到電流控制部4，以使得輸出光量接近目標(biāo)光量。
[0022]為了使光源實(shí)現(xiàn)其功能，在存儲(chǔ)部I中記錄有在運(yùn)算部2中進(jìn)行各種設(shè)定/調(diào)節(jié)所需要的數(shù)據(jù)。
[0023]〈A-2.工作〉
[0024]在半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流或環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)結(jié)溫也發(fā)生變化，由此輸出光的亮度和波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。因此，在半導(dǎo)體光源裝置100中，將發(fā)光元件6R、6G、6B的結(jié)溫保持恒定，從而將發(fā)光元件6R、6G、6B的輸出光的亮度和波長(zhǎng)保持恒定。其結(jié)果是，能夠?qū)⒑铣筛魃舛玫降陌咨獾牧炼群蜕缺３譃楹愣?。雖然按照?qǐng)D2的流程圖說(shuō)明的亮度和波長(zhǎng)的控制動(dòng)作是分別對(duì)發(fā)光元件6R、6B、6G進(jìn)行的，但為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，下面以發(fā)光元件6R的控制動(dòng)作為代表進(jìn)行說(shuō)明。
[0025]首先，用戶(hù)設(shè)定作為目標(biāo)的畫(huà)面亮度(步驟SI)?？梢詫?duì)畫(huà)面亮度設(shè)定任意值，所設(shè)定的值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部I中。
[0026]接著，在用戶(hù)接通了半導(dǎo)體光源裝置100的電源后(步驟S2)，從電流控制部4提供驅(qū)動(dòng)電流，發(fā)光元件6R、6G、6B發(fā)光(步驟S3)。
[0027]接下來(lái)對(duì)發(fā)光元件6R進(jìn)行說(shuō)明，運(yùn)算部2從光傳感器SR取得發(fā)光元件6R的輸出光量Le (步驟S4)。運(yùn)算部2計(jì)算用于實(shí)現(xiàn)在步驟SI中設(shè)定的畫(huà)面亮度的發(fā)光元件6R的目標(biāo)光量Li，并將Li與Le進(jìn)行比較(步驟S5)。在Le與Li之差為閾值以上的情況下，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流If，使得Le向接近Li的方向變化(步驟S6)。具體而言，若Le〈Li則增大If，若Le > Li則減小If。在If的調(diào)節(jié)結(jié)束后，返回步驟S4，重新取得Le。在步驟S5中Le與Li之差低于閾值的情況下，不調(diào)節(jié)If而直接返回步驟S4。在發(fā)光元件6R的發(fā)光過(guò)程中重復(fù)執(zhí)行上述運(yùn)算部2中的驅(qū)動(dòng)電流If的控制動(dòng)作。另外，以上說(shuō)明了運(yùn)算部2對(duì)驅(qū)動(dòng)電流If進(jìn)行調(diào)節(jié)，而具體地講，是電流控制部4根據(jù)來(lái)自運(yùn)算部2的電流控制信號(hào)使得驅(qū)動(dòng)電流If發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0028]在運(yùn)算部2中，還與驅(qū)動(dòng)電流的控制(步驟S4~S6)并行地進(jìn)行溫度控制。在溫度控制中，首先，運(yùn)算部2從溫度傳感器7R取得發(fā)光元件6R的周?chē)鷾囟萒th(步驟S7)。接著，計(jì)算發(fā)光元件6R的目標(biāo)周?chē)鷾囟萒thi (步驟S8)。下面說(shuō)明目標(biāo)周?chē)鷾囟萒thi的算式。
[0029]首先，下式表示發(fā)光元件6R的結(jié)溫Tj。
`[0030]【式I】
[0031]Tj = Tth+ Θ jthXQ *..(1)
[0032]此處，Θ jth是周?chē)鷾囟萒th的測(cè)定部位與結(jié)區(qū)之間的熱阻。Q是在發(fā)光元件6R中產(chǎn)生的熱量，可通過(guò)下式表示。
[0033]【式2】
[0034]Q = VfXIf-P0...(2)
[0035]此處，Vf是端子間電壓，If是驅(qū)動(dòng)電流，Po是輸出光的熱量。即，從發(fā)光元件6R內(nèi)產(chǎn)生的熱量中減去照射到外部的光產(chǎn)生的熱量后的熱量，作為熱量Q被蓄積于發(fā)光元件6R。
[0036]根據(jù)式(I)和式(2)，通過(guò)下式表示目標(biāo)周?chē)鷾囟萒th。
[0037]【式3】
[0038]Tthi = Tj1- Θ jthX (VfXIf-Po)...(3)
[0039]在該式中，Tji是發(fā)光元件6R的目標(biāo)結(jié)溫，是設(shè)計(jì)上的最佳值。熱阻Θ jth和端子間電壓Vf是實(shí)測(cè)值，但由于幾乎不存在個(gè)體差異，因而也可以使用預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部I的固定值。在進(jìn)行更高精度的控制時(shí)，可以將在制造階段單獨(dú)測(cè)定的實(shí)測(cè)值預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部I。或者還可以在半導(dǎo)體光源裝置100設(shè)置端子間電壓測(cè)定部，使用該端子間電壓測(cè)定部的測(cè)定值作為Vfo這種情況下，能夠考慮因老化導(dǎo)致的Vf的變化來(lái)設(shè)定目標(biāo)溫度Tthi。If是用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)光量Li的驅(qū)動(dòng)電流，是在與溫度控制并行執(zhí)行的步驟S6中可隨時(shí)調(diào)節(jié)的值。輸出光的熱量Po是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)光量Li而確定的。如上所述,在運(yùn)算部2中使用式
(3)計(jì)算出目標(biāo)周?chē)鷾囟萒thi。
[0040]接著，運(yùn)算部2對(duì)周?chē)鷾囟萒th與目標(biāo)周?chē)鷾囟萒thi進(jìn)行比較(步驟S9)。在該差值低于閾值的情況下，調(diào)節(jié)調(diào)溫部5R的冷卻能力，使得Tth接近Tthi。在Tth > Tthi的情況下提高冷卻能力，在Tth < Tthi的情況下降低冷卻能力。在此，溫度控制部3根據(jù)來(lái)自運(yùn)算部2的溫度控制信號(hào)使調(diào)溫部5R的冷卻能力發(fā)生變化。在發(fā)光元件6R的發(fā)光過(guò)程中與電流控制并行地重復(fù)執(zhí)行上述運(yùn)算部2的溫度控制。
[0041]以上說(shuō)明了對(duì)發(fā)光元件6R的電流控制和溫度控制，在對(duì)發(fā)光元件6R進(jìn)行這些控制的同時(shí)，也對(duì)發(fā)光兀件6B、6G進(jìn)行電流控制和溫度控制。這樣，各發(fā)光兀件6R、6B、6G的光量被調(diào)節(jié)為目標(biāo)光量，且色度被保持恒定。因此，能夠?qū)⑼队皟x9合成各輸出光而得到的白色光的白平衡保持恒定，并且能夠任意地調(diào)節(jié)亮度。
[0042]〈A-3.效果〉
[0043]半導(dǎo)體光源裝置100具有:分別輸出不同顏色的光的多個(gè)發(fā)光元件6R、6G、6B (半導(dǎo)體發(fā)光兀件)；將發(fā)光兀件6R、6G、6B的輸出光合成并進(jìn)行輸出的投影儀9 (合成部)；檢測(cè)各發(fā)光元件6R、6G、6B的輸出光量Le的光傳感器8R、8G、8B ；向各發(fā)光元件6R、6G、6B提供驅(qū)動(dòng)電流If的電流控制部4 ;檢測(cè)發(fā)光元件6R、6G、6B的周?chē)鷾囟萒th的溫度傳感器7R、7G、7B ;冷卻各發(fā)光元件6R、6G、6B的調(diào)溫部5R、5G、5B ;以及運(yùn)算部2，其接收光傳感器8R、8G、8B和溫度傳感器7R、7G、7B的輸出以及預(yù)先準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，將電流控制部4提供的驅(qū)動(dòng)電流If控制為使得光傳感器8R、8G、8B的檢測(cè)光量Le接近既定的目標(biāo)光量Li，并且計(jì)算出發(fā)光元件6R、6G、6B的目標(biāo)溫度Tthi，將調(diào)溫部5R、5G、5B控制為使得溫度傳感器7R、7G、7B的檢測(cè)溫度Tth接近目標(biāo)溫度Tthi。通過(guò)以上結(jié)構(gòu)，由于進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電流If的控制和調(diào)溫部5R、5G、5B的控制，因此能夠按照每個(gè)發(fā)光元件6R、6G、6B任意地調(diào)節(jié)輸出光的光量和波長(zhǎng)。
[0044]此外，運(yùn)算部2根據(jù)以驅(qū)動(dòng)電流If為參數(shù)的運(yùn)算式，計(jì)算發(fā)光元件6R、6G、6B的結(jié)溫Tj成為預(yù)定值時(shí)的周?chē)鷾囟萒th作為目標(biāo)溫度Tthi。因而，即便在為進(jìn)行光量調(diào)節(jié)而使得驅(qū)動(dòng)電流If發(fā)生變動(dòng)的情況下，由于考慮驅(qū)動(dòng)電流If的變動(dòng)來(lái)確定目標(biāo)溫度Tthi，因此也能夠?qū)l(fā)光波長(zhǎng)保持恒定。
[0045]此外，目標(biāo)光量Li是與可以從外部任意地設(shè)定的亮度對(duì)應(yīng)的值，因此與用戶(hù)任意地設(shè)定的亮度相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出光的光量，該情況下發(fā)光波長(zhǎng)也被保持恒定。
[0046]此外，半導(dǎo)體光源裝置100也可以具備測(cè)定發(fā)光元件6R、6G、6B的端子間電壓Vf的電壓測(cè)定部。運(yùn)算部2根據(jù)還將端子間電壓Vf作為參數(shù)的運(yùn)算式計(jì)算目標(biāo)溫度Tthi，因此能夠校正元件老化所伴隨的端子間電壓的降低對(duì)結(jié)溫的影響。
[0047]另外，本發(fā)明可以在該發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)實(shí)施方式適當(dāng)進(jìn)行變形和省略。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體光源裝置，其中，該半導(dǎo)體光源裝置具有: 多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光兀件，它們分別輸出不同顏色的光； 合成部，其將所述多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光合成并進(jìn)行輸出； 光傳感器，其檢測(cè)各所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出光量； 電流控制部，其向各所述半導(dǎo)體發(fā)光元件提供驅(qū)動(dòng)電流； 溫度傳感器，其檢測(cè)各所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的周?chē)鷾囟龋? 調(diào)溫部，其對(duì)各所述半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行冷卻；以及 運(yùn)算部，其接收所述光傳感器和所述溫度傳感器的輸出以及預(yù)先準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，控制所述電流控制部提供的所述驅(qū)動(dòng)電流，使得所述光傳感器的檢測(cè)光量接近預(yù)定的目標(biāo)光量，并且計(jì)算所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的目標(biāo)溫度，控制所述調(diào)溫部，使得所述溫度傳感器的檢測(cè)溫度接近所述目標(biāo)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光源裝置，其中， 所述運(yùn)算部根據(jù)將所述驅(qū)動(dòng)電流作為參數(shù)的運(yùn)算式，計(jì)算所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)溫成為預(yù)定值時(shí)的所述周?chē)鷾囟龋鳛樗瞿繕?biāo)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光源裝置，其中， 所述目標(biāo)光量是與能夠從外部任意地進(jìn)行設(shè)定的亮度對(duì)應(yīng)的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體光源裝置，其中， 該半導(dǎo)體光源裝置還具有測(cè)定所述發(fā)光元件的端子間電壓的電壓測(cè)定部， 所述運(yùn)算部根據(jù)還將所述端子間電壓作為參數(shù)的運(yùn)算式，計(jì)算上述目標(biāo)溫度。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103517511SQ201310218361
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】渡部裕之, 栗秋誠(chéng), 西村哲也, 田中靖人 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社