专利名称：绝缘体上硅集成电路上的集成led驱动电子线路的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有发光二极管(LED)阵列的照明设备，更具体地，涉及具有控制系统用于调节单独的部件以维持期望的颜色平衡(色度)的白光照明设备。
作为用于广泛应用的照明源，LED正在变得越来越重要。对于一般照明和很多特殊的应用，有必要混和三种颜色的LED(即，红、绿和蓝)以产生白光。实现其的一种方式是采用适当的已知光学设备和驱动电子线路将红色、绿色和蓝色LED发光组合。
美国公开No.US 2001/0032985 A1披露了具有包括红色、绿色和蓝色每一种的多个LED的LED阵列的LED照明设备。每种颜色的LED是并行布线的，并提供有由于光敏性而与LED阵列分开设置的电源和驱动电子线路。组件的色度是通过使用至少一个光敏设备来测量的，并可以手动地或自动地控制(即，校准)。
基于LED的照明的一个吸引人的特性是照明源的紧凑性和小光斑尺寸，其可以在几十微米的量级或更小。这允许了高度灵活性来操纵借助标准光学部件(即，透镜、反射镜等)产生的光。
由于光敏性，当前的LED阵列采用与LED阵列分开设置的驱动电子线路。这限制了LED阵列的性能和紧凑性，同时增加了制造成本。基于这些限制，期望能够将LED阵列的驱动电子线路集成到单一集成电路中。
本发明包括以绝缘体上硅技术制造的集成驱动电子线路，导致了改进的白光产生。
在本发明的一个方面，用于控制LED阵列的集成电路包括至少一个信号放大器、信号处理装置、用于驱动发光二极管阵列的驱动器装置、至少一个开关、以及用于控制集成电路的控制装置。在该方面，集成电路采用绝缘体上硅技术形成，并选择性地屏蔽开LED阵列。
在一个实施例中，集成电路通过涂层选择性地屏蔽开发光二极管阵列。
在几个其他的实施例中，涂层是金属层。金属层可以是不透明的。金属层可以是铝。
在另一实施例中，涂层接触集成电路周围的隔离区。
在另一实施例中，从集成电路到LED阵列端子的至少一个金属交叉使得暴露给有源电路的光最小化。
在一个实施例中，从集成电路到LED阵列端子的至少一个金属交叉通过金属涂层使得暴露给有源电路的光最小化，该金属涂层是通过接触集成电路而环绕的弯曲线结构。在另一实施例中，金属涂层涂敷有第二金属涂层。
在本发明的一个方面中，照明设备包括LED阵列，LED阵列包括具有多种颜色的每一种的至少一个LED，至少一个光敏元件，以及用于控制LED阵列的集成电路。集成电路包括至少一个信号放大器、信号处理装置、用于驱动发光二极管阵列的驱动器装置、至少一个开关、以及用于控制集成电路的控制装置。集成电路还包括绝缘体上硅，并选择性地屏蔽开发光二极管阵列。此外，至少一个光敏元件暴露于LED阵列。
在一个实施例中，至少一个光传感元件还包括至少一个光电探测器。在另一实施例中，至少一个光电探测器相当接近于LED阵列中的至少一个LED。
在本发明的另一方面中，制造用于控制LED阵列的集成电路的方法包括以下步骤将LED阵列的驱动电子线路结合到单一绝缘体上硅集成电路中；选择性地屏蔽驱动电子线路；并在集成电路上安装LED阵列。
从下述说明、附图和权利要求中可以看出，本发明提供了很多优点。
图1是具有红-绿-蓝LED的白光产生驱动电子线路的电路图；图2描述了具有覆盖驱动电子线路的金属层的IC中的驱动电子线路；图3描述了根据本发明的LED阵列的实施例；图4描述了通过接触环绕的弯曲线金属线。
图1描述了驱动电子线路的结构，其驱动红-绿-蓝(RGB)LED阵列能够产生白光。LED阵列4、5、6通过已知的颜色混和技术产生白光。光电二极管10测量RGB阵列4、5、6产生的白色平衡，并发送通过信号放大器1放大的信号。可以使用多个光电二极管，由此阵列中的每种颜色被分开地监测。信号通过信号处理装置2进行处理，然后传递到驱动器装置3。信号放大器1将从控制装置11接收到的信号进行放大。驱动器装置3通过控制高电流和高电压开关7、8、9来调节颜色平衡。在该结构中，每种颜色的LED并行布线，并提供以单一电源和驱动电子线路，其非常接近于LED阵列。
上述结构在基于绝缘体上硅(SOI)的集成电路上实现。LED阵列4、5、6可以安装在集成电路顶上，如图2所示。由于驱动电子线路25的部件形成了对于曝光敏感的电路，因此它们必须被选择性地屏蔽。驱动电子线路25位于绝缘体衬底20的上方，其被涂敷以至少一层硅21。驱动电子线路25采用形成SOI IC的公知方法形成。为了选择性地使驱动电子线路25屏蔽开LED阵列4、5、6，金属层覆盖22覆盖它们。LED阵列4、5、6可以直接安装在驱动器电子线路25的顶上，例如利用金属层22作为地电极。
图3是安装在驱动器电子线路30上方的LED阵列4、5、6的布局顶视图，驱动器电子线路30位于金属层下方，如图2所示，并在LED 4、5、6之间。光电二极管31、32、33单独地位于LED阵列4、5、6中紧靠近LED之内。光电二极管31、32、33用于测量每个LED的光输出，之后驱动器电子线路30调节LED阵列4、5、6的颜色平衡。这种结构提供了以下优点，即保护驱动器电子线路30使其不暴露于LED阵列4、5、6发出的光，同时允许光电二极管31、32、33暴露于LED，以便测量其输出。这种结构允许比现有技术中目前存在的任何其他结构更紧凑的LED阵列和驱动器电子线路结构(例如，更高的封装密度)。这种结构还允许光电二极管31、32、33位于LED阵列4、5、6中紧靠近其各自的LED之中，其例如通过将光电检测器上的阵列中其他两个LED的影响最小化，而允许更好的输出测量和更精确的颜色平衡控制(例如，光电检测器31较少受到来自LED 4和5发光的影响，并因此提供LED 6输出的更加精确的测量)。远离LED阵列4、5、6和驱动电路30的附加光电检测器(未示出)和光电检测器31、32、33可以用于辅助校准LED阵列4、5、6的真实白光输出。
从驱动电路到LED端子的金属交叉可以设计为使得蔓延到有源驱动器电路中的光最小化。图4描述了由接触42环绕的弯曲线金属线40。在第二金属层上方的LED阵列4、5、6覆盖图4的整个区域。
前述实例是示例性的，并非意图限制下列权利要求的范围。
权利要求
1.用于控制LED阵列的集成电路，包括-至少一个信号放大器；-耦合到所述放大器输出的信号处理装置；-耦合到所述信号处理装置输出的驱动器装置，用于驱动发光二极管阵列；-至少一个开关，耦合到驱动器装置；以及-控制装置，耦合到放大器、信号处理装置、或者驱动器装置其中之一，用于控制集成电路；-其中集成电路包括绝缘体上硅，并选择性地屏蔽开LED阵列。
2.权利要求1的集成电路，其中集成电路通过涂层选择性地屏蔽开发光二极管阵列。
3.权利要求2的集成电路，其中涂层是金属层。
4.权利要求3的集成电路，其中金属是不透明的。
5.权利要求3的集成电路，其中金属是铝。
6.权利要求2的集成电路，其中涂层进一步接触集成电路周围的隔离区。
7.权利要求1的集成电路，其中从集成电路到LED阵列端子的至少一个金属交叉使得暴露给有源电路的光最小化。
8.权利要求3的集成电路，其中从集成电路到LED阵列端子的至少一个金属交叉通过金属涂层使得暴露给有源电路的光最小化，该金属涂层包括通过接触集成电路而环绕的弯曲线结构。
9.权利要求8的集成电路，其中金属涂层涂敷有第二金属涂层。
10.一种照明设备，包括-LED阵列，包括具有多种颜色的每一种的至少一个LED；-至少一个光敏元件；-用于控制LED阵列的集成电路，包括至少一个信号放大器；-耦合到信号放大器的信号处理装置；-耦合到信号处理装置的驱动器装置，用于驱动发光二极管阵列；-至少一个开关，耦合到驱动器装置；以及-控制装置，耦合到放大器、信号处理装置、或者驱动器装置其中之一，用于控制集成电路；-其中集成电路包括绝缘体上硅，并选择性地屏蔽开LED阵列。
11.权利要求10的照明设备，其中至少一个光敏元件暴露于LED阵列。
12.权利要求11的照明设备，其中至少一个光敏元件还包括至少一个光电探测器。
13.权利要求11的照明设备，其中至少一个光敏元件相当接近于LED阵列中的至少一个LED。
14.权利要求11的照明设备，其中至少一个光敏元件安装在绝缘体上硅中。
15.制造用于控制LED阵列的集成电路的方法，包括-将LED阵列的驱动电子线路结合到单一绝缘体上硅集成电路中；-选择性地屏蔽驱动电子线路；-在集成电路上安装LED阵列。
全文摘要
一种用于控制LED阵列的集成电路，包括至少一个信号放大器，信号处理装置，用于驱动发光二极管阵列的驱动器装置，至少一个开关，以及用于控制集成电路的控制装置。集成电路采用绝缘体上硅技术形成，并选择性地屏蔽开LED阵列。集成驱动电路以及绝缘体上硅技术将允许改进的白光产生。
文档编号H05B33/02GK1647586SQ03807759
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年4月10日
发明者S·穆克赫吉 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司