変圧回路(その1)

 駆動回路に関する最後のトピックスとして変圧回路を取り上げます。ここでいう変圧回路とは電源電圧を発光ダイオードの駆動に適した電圧に変換する回路のことです。  携帯電話をはじめとして電池を電源とする機器が広く使われていますが、電池の電圧は1.5Vとか3Vとかに決まっていて、複数個使ってこれの整数倍の電圧を得ても、負荷となる素子の最適…
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輝度調整回路

 パルス駆動の2つ目の応用例として輝度調整回路を取り上げます。発光ダイオードの駆動回路では、電流制限抵抗を変化すれば、発光ダイオードに流れる電流を変化させることができ、発光ダイオードの発光強度(輝度)が変えられます。そう考えると、パルス駆動との関係がどこにあるのか疑問になるかもしれません。  確かにもっとも簡便に輝度を調整するには…
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マトリックス駆動

 前回、発光ダイオードをパルス駆動する場合に使う基本回路を紹介しました。今回と次回はこのパルス駆動の応用例を紹介します。今回は発光ダイオードを用いたディスプレイです。  一言でディスプレイといってもいろいろありますが、ここではテレビやPCの画面などのイメージ、つまり平面ディスプレイに注目します。平面ディスプレイといえば、現在のとこ…
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パルス駆動

 発光ダイオードは長時間点灯したままで使うこともありますが、多くの応用ではむしろ短い時間間隔で断続的に点灯させて使われています。町中で点滅するイルミネーションもこの例ですが、多数の発光ダイオードを使って文字や画像を表示するLEDディスプレイでは個々の発光ダイオードを信号にしたがってオンオフするように駆動します。  直接人の眼に触れ…
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発光ダイオードの駆動回路(その3:定電流回路のつづき)

 前回の最後に抵抗を定電圧ダイオードに置き換えた定電流回路を紹介しました。今回はさらにその変形版を紹介しましょう。  ダイオードの代わりにトランジスタを使います。バイポーラトランジスタのベース-エミッタ間はpn接合ですから、この接合に順方向に電流を流している場合、接合にかかる電圧(順方向電圧VBE)は電流によらずほぼ一定です。シリ…
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発光ダイオードの駆動回路(その2:定電流回路)

 前回紹介した基本的な駆動回路では抵抗器を発光ダイオードと直列に接続しています。このとき電源電圧Vと発光ダイオードを流れる電流Iの関係は、前回も掲げた通り    (1) となります。ここでRは抵抗器の抵抗値、Vfは発光ダイオードの順方向電圧です。  ところでこの順方向電圧は素子によってかなり異なります。順方向電圧はpn接合にお…
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発光ダイオードの駆動回路(その1:基本回路)

 電子部品としての発光ダイオードを手にしても、それを光らせるためには外部に電気回路を用意しなければなりません。その回路にはやはり発光ダイオード特有の考え方があります。以後数回にわたってそれを紹介してみましょう。  発光ダイオードを光らせるには順方向に所定の直流電流を流す必要があります。順方向に電流を流すためには、pn接合でできてい…
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静電気破壊対策(パッケージ)

 発光ダイオードの故障原因の大きな割合を占めるのが、静電気放電であるとされています。以前に素子構造の工夫による静電気破壊対策に触れました。しかし素子構造に手を加えなければならないという難点があり、またその効果にも限界がありそうです。  そこでより確実かつ簡単な方法として、発光ダイオードチップとは別に保護用の素子を付け加える手段が採…
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放熱と冷却

 発光ダイオードの接合温度を上昇させないために、まずはパッケージから外部へ熱がよく逃げるようにする必要があります。そのためには前回紹介したようにチップから外界に至る熱伝導経路の熱抵抗をできるだけ小さくすることが必要です。  よく採られる手段は熱伝導率の高い(熱抵抗の小さい)金属の基板やリードフレームの上にチップをダイボンドすること…
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熱抵抗

 発光ダイオードパッケージには発光ダイオードが発生する熱を吸収し、外界へ逃がすという重要な役割があります。発光ダイオードは白熱電球などに比べたらその発熱は少ないのですが、最近は照明などの用途でますます強い光を出すことが求められていて、そうなると発熱は無視できなくなります。  パッケージから熱が放散しやすいようにしてやらないと、発光…
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光学要素(その2、光路変換素子)

 前回のコリメータの中にも反射面を使って光路を折り曲げている例がありましたが、今回取り上げるのは、このような光路を折り曲げる光学素子です。これを光路変換素子と呼ぶのが一般的かどうかはわかりません。偏向素子という言い方もあるかと思います。  図A(特開2003-8081より)に示すように基板などに固定した発光ダイオードチップ38の上…
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光学要素(その1.コリメータ)

 発光ダイオードは人の眼からみれば非常に小さく、ほぼ点光源とみなせ、1点からあらゆる方向に広がる光を出します。実際の光源としては一つの方向に光を取り出したいことが多いので、例えば反射体など何らかの光学要素を組み合わせて出射光を得る場合が多くなります。  このような光学要素は発光ダイオードパッケージとは別に用意して組み合わせてもよい…
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チップの封止技術(方法)

 発光ダイオードのチップを封止するには主として透明な樹脂が使われますが、どのような方法でチップを覆うのか、その方法についてまとめてみます。主な方法はつぎの3種類です。 1.ポッティング法  もっとも簡易な方法で、液状の樹脂を滴下する方法です。  「ポッティング(potting)」はやや耳慣れない語です。日本語で「樹脂盛り」…
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チップの封止技術(材料)

 発光ダイオードをパッケージに収める手順はいろいろありますが、もっとも普通にはまず半導体チップを固定するダイボンドを行い、つぎにチップに給電するための電気配線をワイヤボンドなどによって行います。そのつぎに何をするかというとチップの封止です。  発光ダイオードのチップは電気配線さえすれば空気中で動作しないわけではありません。しかし普…
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フリップチップボンド

 フリップチップボンドは半導体チップへ電気接続をする方法の一つです。この方法は半導体チップを固定するダイボンドの役割も兼ねているところがワイヤボンドとは異なります。  図A(特開2004-39983より)がそのイメージです。基板2上の配線パターン21、21'上にバンプと呼ばれる小さな金属の塊B、B’によって発光ダイオードチップ1の…
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ワイヤボンド

 半導体デバイスは電流を供給するために外部と電気接続をする必要があります。そのための有力な方法がワイヤボンドです。原理的には単に電線(ワイヤ)を使ってつなぐ方法です。  そうは言っても発光ダイオードのチップは普通1mm角にも満たない小さなものです。その上にある電極はさらに小さいので、そこに電線(ワイヤ)をつなぐのには特殊な方法が必…
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リードフレーム

 ダイボンドの話の角度を少し変えて、半導体チップを接着する相手方の部材の一つであるリードフレームを取り上げてみます。  半導体チップを回路基板などに接着するのではなく、半導体チップの電極に外部と電気的につながるリード線を直接接着してしまう実装方法があります。リード自身で半導体チップを支えるので、リードにはやや厚さの厚いしっかりした…
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ダイボンド工程

 半導体デバイスが作り込まれた半導体の小片のことをチップまたはダイと言います。半導体デバイスのパッケージを形成するためにはまずこのチップまたはダイを台の上にしっかり固定しなければなりません。この工程のことをダイボンドまたはダイボンディングと言います(チップボンドという語は使いません)。  余談ですが、この「ダイ」という語、英語では…
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ダイボンド用接着部材-はんだ

 半導体チップをパッケージ内に接着固定することをダイボンド(ダイボンディング)と言います。発光ダイオードに限らず、半導体デバイスをパッケージに収めるためには必須の工程です。  一例として図A(特開2003-264267より)によって基板上に発光ダイオードをダイボンドする構造を説明します。絶縁基板2にはプリント配線などによって端子電…
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半導体チップの固定と電気接続

 パッケージになくてはならない機能には、半導体チップを固定する機能と電気接続をする機能があります。この2つの機能は別々に独立している場合と両方を兼ねている場合があります。  チップをパッケージ内で固定するための相手方の部材としては前回例にあげたリードやステムのほか、プリント基板などがあります。  またチップの固定はチップの基…
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