發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器與相關(guān)的照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器與相關(guān)的照明系統(tǒng)。實(shí)施例公開了一種驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一發(fā)光元件，包含有一整流電路以及一電流驅(qū)動(dòng)電路。該整流電路包含有至少一整流二極管，電連接至一交流輸入電源，用以產(chǎn)生一直流電源，跨于一直流電源線與一接地線之間。該電流驅(qū)動(dòng)電路包含有至少一恒定電流源。該恒定電流源與該發(fā)光元件串接于該直流電源線與該接地線之間。該恒定電流源可提供一恒定電流，驅(qū)動(dòng)該發(fā)光元件。該整流二極管與該恒定電流源，共同形成于一單一半導(dǎo)體芯片上。
【專利說明】
發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器與相關(guān)的照明系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器與相關(guān)的照明系統(tǒng)，尤其涉及一種具有簡(jiǎn)單架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器與照明系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，因?yàn)榱己玫碾姽廪D(zhuǎn)換效率以及較小的產(chǎn)品體積，發(fā)光二極管(Iight-emitting d1de)已經(jīng)漸漸地取代陰極燈管或是鎢絲，作為背光或是照明系統(tǒng)的光源。只是，因?yàn)榘l(fā)光二極管的電壓電流特性(約3伏特，直流電驅(qū)動(dòng))，一般市電的交流輸入電源無法直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，而是需要一電源轉(zhuǎn)換器，將交流輸入電源轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹绷麟娫础?br>[0003]照明用電往往占用市電供電非常大的部分。因此針對(duì)照明所用的電源轉(zhuǎn)換器，法規(guī)上除了要求有非常低的轉(zhuǎn)換損失之外，還必須提供有良好的功率因數(shù)(功率因數(shù)介于O到I之間)。一電子裝置的功率因數(shù)越靠近I，表示該電子裝置越接近電阻式負(fù)載。
[0004]圖1為公知的照明系統(tǒng)10，其中有橋式整流器12、功率因數(shù)校正器(powerfactorcorrector) 14、LED驅(qū)動(dòng)電路16、以及一LED 18。功率因數(shù)校正器14可以是一個(gè)升壓電路(booster)，LED驅(qū)動(dòng)電路16可以是一降壓電路(buck converter)。但是，如升壓電路或是降壓電路般的切換式電源轉(zhuǎn)換器，不但需要用到體積龐大且昂貴的電感元件，整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)也需要使用非常多的電子零件。因此，采用切換式電源轉(zhuǎn)換器的照明系統(tǒng)，因其生產(chǎn)成本高昂比較沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實(shí)施例公開了一種驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一發(fā)光元件，包含有一整流電路以及一電流驅(qū)動(dòng)電路。整流電路包含一整流二極管，電連接至一交流輸入電源，用以產(chǎn)生一直流電源，跨于一直流電源線與一接地線之間。電流驅(qū)動(dòng)電路包含一恒定電流源。該恒定電流源與該發(fā)光元件串接于直流電源線與接地線之間。該恒定電流源可提供一恒定電流，驅(qū)動(dòng)該發(fā)光元件。整流二極管與恒定電流源，共同形成于一單一半導(dǎo)體芯片上。
【附圖說明】
[0006]圖1為公知的照明系統(tǒng)。
[0007]圖2顯示一依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器。
[0008]圖3顯示三個(gè)電壓波形。
[0009]圖4A顯示一半導(dǎo)體芯片上的一金屬層的圖案。
[0010]圖4B顯示將圖4A的半導(dǎo)體芯片封裝后的一集成電路示意圖。
[0011]圖5顯示圖4A中的HEMT Tl沿著線ST-ST的剖面圖。
[0012]圖6顯示圖4A中的二極管DVF3沿著線SD-SD的剖面圖。
[0013]圖7顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一照明系統(tǒng)。
[0014]圖8顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器。
[0015]圖9A顯示另一半導(dǎo)體芯片上的一金屬層的圖案。
[0016]圖9B顯示將圖9A的半導(dǎo)體芯片封裝后的一集成電路示意圖。
[0017]圖10顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一照明系統(tǒng)。
[0018]圖11顯示LED與額外的一穩(wěn)壓電容相并聯(lián)的電路圖。
[0019]圖12顯示另一半導(dǎo)體芯片上的一金屬層的圖案。
[0020]圖13顯示圖4A中的二極管DVF3沿著線SD-SD的依據(jù)另一種實(shí)施例的芯片剖面圖。
[0021]圖14顯示可以用來制作圖13中的二極管的流程圖。
[0022]圖15顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)與HEMT中IDS對(duì)VDS關(guān)系。
[0023]圖16顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器。
[0024]圖17顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一半導(dǎo)體芯片上的一金屬層的圖案。
[0025]圖18顯示將圖17的半導(dǎo)體芯片封裝后的一集成電路。
[0026]圖19顯示采用圖18中的集成電路實(shí)現(xiàn)的一照明系統(tǒng)。
[0027]圖20顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一LED驅(qū)動(dòng)器的電路設(shè)計(jì)。
[0028]圖21顯示依據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的一LED驅(qū)動(dòng)器，具有多個(gè)LED。
[0029]圖22顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一二極管芯片的剖面圖。
[0030]圖23顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器。
[0031]圖24顯示了一橋式整流器。
[0032]圖25舉例顯示一半導(dǎo)體芯片，其可以實(shí)現(xiàn)圖24中的橋式整流器。
[0033]圖26A、26B 與 26C 顯示半導(dǎo)體芯片 808沿著線 CSV1-CSV1、CSV2-CSV2 與 CSV3-CSV3 的芯片剖面圖。
[0034]圖27顯示了另一橋式整流器。
[0035]圖28舉例顯示一半導(dǎo)體芯片，其可以實(shí)現(xiàn)圖27中的橋式整流器。
[0036]圖29A顯示在一半導(dǎo)體芯片上的一增強(qiáng)型HEMT ME與一耗盡型的HEMT MD。
[0037]圖29B則顯示圖29A中HEMT MD與ME之間的電連接。
[0038]圖30則顯示圖29A中，沿著線CSV4-CSV4的芯片剖面圖。
[0039]圖31顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一LED驅(qū)動(dòng)器。
[0040]圖32顯示了圖31中的交流輸入電源VAC-1N的電壓波形以及流經(jīng)橋式整流器844的一電流波形。
[0041]圖33顯示了具有正溫度系數(shù)的一熱敏電阻的一LED驅(qū)動(dòng)器。
[0042]圖34顯示了具有負(fù)溫度系數(shù)的一熱敏電阻的一LED驅(qū)動(dòng)器。
[0043]圖35顯示了具有熱敏電阻的另一LED驅(qū)動(dòng)器。
[0044]附圖標(biāo)記列表
[0045]10照明系統(tǒng)12橋式整流器
[0046]14功率因數(shù)校正器16 LED驅(qū)動(dòng)電路
[0047]18、18B、18R LED19 穩(wěn)壓電容
[0048]60 LED驅(qū)動(dòng)器62橋式整流器
[0049]64填谷電路66電流驅(qū)動(dòng)電路
[0050]67虛線72、74、76電壓波形[0051 ]80半導(dǎo)體芯片92硅基底
[0052]94緩沖層95、95a平臺(tái)區(qū)
[0053]96通道層98高價(jià)帶間隙層
[0054]100蓋層102金屬層
[0055]102a、102b、102c、102d、102e金屬片
[0056]103絕緣層104金屬層
[0057]104a、104b、104c、104d、104e、104f、104g、104h 金屬片
[0058]105保護(hù)層120 二極管符號(hào)
[0059]130 集成電路140、142、144、146、148 步驟
[0060]150、152 曲線170 調(diào)整區(qū)[0061 ]200照明系統(tǒng)300 LED驅(qū)動(dòng)器
[0062]302電流驅(qū)動(dòng)電路330照明系統(tǒng)
[0063]500 LED驅(qū)動(dòng)器502橋式整流器
[0064]504 電流驅(qū)動(dòng)電路518、5181、5182、5183 LED
[0065]5201、5202、5203、5204 LED段
[0066]550半導(dǎo)體芯片552集成電路
[0067]560照明系統(tǒng)600 LED驅(qū)動(dòng)器
[0068]700 LED驅(qū)動(dòng)器800 LED驅(qū)動(dòng)器
[0069]802雙向可控硅調(diào)光器806橋式整流器
[0070]808半導(dǎo)體芯片810橋式整流器
[0071]812半導(dǎo)體芯片840 LED驅(qū)動(dòng)器
[0072]848 LED850 電阻
[0073]852肖特基二極管900 LED驅(qū)動(dòng)器
[0074]902,906熱敏電阻910 LED驅(qū)動(dòng)器
[0075]AC+,AC-交流輸入引腳AC1、AC2交流電源線
[0076]ARMUARM2 上臂ART、ARB 上下兩臂
[0077]C1、C2、CF 電容CCl、CC2、CC3、CC4 電流開關(guān)
[0078]DB1-DB4 整流二極管DVF1-DVF3 二極管
[0079]D端點(diǎn)D1、D2驅(qū)動(dòng)引腳
[0080]GD、GE柵極GND接地線
[0081 ]GG柵區(qū)域IC1、IC2分段電路
[0082]ME、MD HEMTPFUPF2 校正引腳
[0083]S端點(diǎn)S1、S2驅(qū)動(dòng)引腳
[0084]SBD1、SBD2、SBD3、SBD4肖特基二極管
[0085]T1、T2、T3、T4 HEMTΤ5、Τ6、Τ7、Τ8 耗盡型HEMT
[0086]ΤΡ1、ΤΡ2、ΤΡ3時(shí)段VAC-1N交流輸入電源
[0087]VCC高電壓引腳VDC-1N直流電源
[0088]VDD直流電源線VPEAK電壓峰值
[0089]VSS低電壓引腳
【具體實(shí)施方式】
[0090]在本說明書中，相同的符號(hào)除另有說明外通常表示具有相同或是類似的結(jié)構(gòu)、功能、原理的元件，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依據(jù)本說明書的教導(dǎo)而推知。為說明書的簡(jiǎn)潔度考慮，相同的符號(hào)的元件將不再重述。
[0091]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，整個(gè)LED照明系統(tǒng)具有簡(jiǎn)潔的電路設(shè)計(jì)，主要元件僅有封裝有一單一半導(dǎo)體芯片(chip)的一集成電路、兩個(gè)電容、以及當(dāng)作光源的一 LED。實(shí)施例中的LED照明系統(tǒng)可以不需要連接額外的電感元件。因此，LED照明系統(tǒng)的電路成本將會(huì)相當(dāng)?shù)牡?。此外，?shí)施例中的LED照明系統(tǒng)也提供了相當(dāng)優(yōu)良的功率因數(shù)，可以符合大多數(shù)規(guī)范的要求。
[0092]圖2顯示一依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器60，其可用來驅(qū)動(dòng)LED181ED18可以是一高壓LED，由許多微型LED(micro LED)串連在一起所構(gòu)成。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)微型LED的正向電壓約3.4伏特，而LED 18由10多個(gè)微LED串聯(lián)而成，其等效正向電壓(forward voItageMtSOV0
[0093]LED驅(qū)動(dòng)器60大致有三級(jí)。連接到交流輸入電源VAC-1N的第一級(jí)是橋式整流器62。第二級(jí)是填谷電路(valley-fill circuit)64，作為一功率因數(shù)校正器，可以改善整個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器60的功率因數(shù)。第三級(jí)有兩個(gè)高電子迀移率場(chǎng)效晶體管(high electron mobilitytransistor;HEMT)T1與T2，作為電流驅(qū)動(dòng)電路66JEMT Tl與Τ2可以各自作為一恒定電流源使用或是并聯(lián)后作為一可以提供更大電流數(shù)值的恒定電流源。以HEMT Tl為例，當(dāng)其漏源電壓(drain-to-source voltage，VDS)足夠大時(shí)，漏源電流(drain-to-source current，IDS)，也就是從漏極流到源極的電流，將大約是一常數(shù)，幾乎不隨VDS而變化，HEMT Tl大致提供一恒定電流，用以驅(qū)動(dòng)LED 18。
[0094]橋式整流器62包含有四個(gè)整流二極管DB1-DB4。以下將說明，這四個(gè)整流二極管可以都是肖特基二極管(Schottky Barrier D1de; SBD)。橋式整流器62將交流輸入電源VAC-1N整流，用以產(chǎn)生直流電源VDC-1N，跨于直流電源線VDD與接地線GND之間。舉例來說，交流輸入電源VAC-1N可以是一般市電所提供的110VAC或是220VAC。
[0095]填谷電路64電連接于直流電源線VDD與接地線GND之間，包含有三個(gè)二極管DVFl-DVF3與電容Cl、C2。二極管DVF1-DVF3逆向串接于直流電源線VDD與接地線GND之間。在此實(shí)施例中，電容Cl與C2的電容值大約相等，但本發(fā)明不限于此。理論上，電容Cl與C2的電容電壓VCl與VC2大約可以被充電到直流電源VDC-1N的電壓峰值VPEAK的一半(0.5*VPEAK)。而當(dāng)交流輸入電源VAC-1N的電壓絕對(duì)值低于0.5*VPEAK時(shí)，電容Cl與C2可以對(duì)直流電源線VDD與接地線GND放電。只要電容Cl與C2夠大，填谷電路64可以使直流電源VDC-1N的最小值電壓大約等于0.5VPEAK，提供足夠的電壓使LED 18持續(xù)發(fā)光。
[0096]HEMT Tl與T2都是耗盡型(deplet1n mode)晶體管，意味著他們的臨界電壓(threshold voltage，VTH)都是負(fù)值。每個(gè)HEMT都具有一柵極(gate)以及二通道極，而這二通道極一般又稱為源極(source)與漏極(drain)。每個(gè)HEMT Tl與T2的柵極(gate)與源極(source)相互短路。以HEMT Tl為例，當(dāng)其漏源電壓(drain-to-source voltage，VDS)足夠大時(shí)，漏源電流(drain-to-source current，IDS)，也就是從漏極流到源極的電流，將大約是一常數(shù)，幾乎與VDS無關(guān)。所以，不論HEMT Tl或T2，都可以大約當(dāng)作一恒定電流源，提供穩(wěn)定的一恒定電流來驅(qū)動(dòng)LED 18 JiLED 18的發(fā)光強(qiáng)度維持一定，不會(huì)有閃爍問題。在圖2中，HEMT Tl驅(qū)動(dòng)LED 18，兩者一起作為負(fù)載(load)，串接在直流電源線VDD與接地線GND之間。圖2以虛線67連接了HEMT T2與LED 18，表示HEMT T2可以選擇性地聯(lián)合HEMT Tl —同驅(qū)動(dòng)LED 18，稍后將詳細(xì)說明。
[0097 ]圖3顯不交流輸入電源Vac-1n的電壓波形72、沒有填谷電路64時(shí)的直流電源Vdoin的電壓波形74、以及有填谷電路64時(shí)的直流電源VDC-1N的電壓波形76。舉例來說，交流輸入電源Vac-1n是220VAC，為一正弦波，如同圖3所示。電壓波形74表示沒有填谷電路64時(shí)的虛擬結(jié)果。如果沒有填谷電路64，橋式整流器62將提供簡(jiǎn)單的全波整流，所以會(huì)將電壓波形72中電壓值為負(fù)的部分，轉(zhuǎn)變成正，如同電壓波形74所示。填谷電路64會(huì)將電壓波形74中的波谷填入，或是使電壓波形74中的波谷不再那么的深，如同電壓波形76所示。為了敘述上的方便，以下的說明有時(shí)將采用電壓波形74來講解事件發(fā)生的時(shí)序。舉例來說，電壓波形74到達(dá)波峰時(shí)，代表電壓波形72(交流輸入電源VAC-1N)到達(dá)波峰或是波谷時(shí)。
[0098]時(shí)段TPl從電壓波形74大于等于電壓波形76開始，直到電壓波形74隨時(shí)間上升直至峰值VPEAK結(jié)束。在時(shí)段TPl中，LED 18發(fā)光的電能將直接來自交流輸入電源VAC-1N，所以電壓波形76等于電壓波形74。此時(shí)，一旦直流電源VDC-1N的電壓大于電容電壓VCl與VC2兩者的和，電容Cl與C2將會(huì)被交流輸入電源VAC-1N所充電。當(dāng)電壓波形74達(dá)峰值VPEAK時(shí)，電容電壓VCl與VC2大約都會(huì)是0.5VPEAK。
[0099]時(shí)段TP2從電壓波形74由達(dá)到峰值VPEAK開始，直到電壓波形74下降至一半峰值(1/2VPEAK)為止。在時(shí)段TP2中，電壓波形74隨時(shí)間開始下降，而LED 18發(fā)光的電能將直接來自交流輸入電源VAC-1N，所以電壓波形76等于電壓波形74。因?yàn)殡娙軨l與C2沒有充放電，電容電壓VCl與VC2都將維持在0.5VPEAK。
[0100]時(shí)段TP3從電壓波形74低于0.5VPEAK后開始，大約就是電壓波形74的波谷出現(xiàn)的時(shí)間。在時(shí)段TP3內(nèi)，電容Cl會(huì)通過二極管DVF3放電，來供電給HEMT Tl與LED 18。類似地，電容C2會(huì)通過二極管DVFl放電，一樣供電給HEMT Tl與LED 18。電容電壓VCl與VC2將隨著時(shí)間降低，降低的速度視電容Cl與C2的電容值而定。時(shí)段TP3終止于電壓波形74從波谷反彈后而高于電容電壓VCl或VC2時(shí)。之后由另一個(gè)時(shí)段TPl接續(xù)。如同圖3的電壓波形76所示，只要電容Cl與C2夠大，直流電源VDC-1N就可能提供足夠的電壓使LED 18持續(xù)發(fā)光。
[0101]只要電容Cl與C2夠大，填谷電路64所達(dá)到的功率因數(shù)，可以符合大多數(shù)國(guó)家的功率因數(shù)要求。
[0102]在一實(shí)施例中，圖2中的整流二極管DB1-DB4、二極管DVF1-DVF3、以及HEMT Tl與T2，都共同形成于一單一半導(dǎo)體芯片上。圖4A顯示一半導(dǎo)體芯片80上的一金屬層104的圖案，并標(biāo)示圖2中的二極管與HEMT在半導(dǎo)體芯片80上的相對(duì)位置。半導(dǎo)體芯片80可以是一以氮化鎵為導(dǎo)通通道材料(GaN-based)的單片微波集成電路(monolithic microwaveintegrated circuit ；MMIC)。在圖4A中，每個(gè)二極管的元件結(jié)構(gòu)大約都相類似，都是一肖特基二極管，而HEMT Tl與T2的元件結(jié)構(gòu)也相類似。圖5顯示了，圖4A中的HEMT Tl沿著線ST-ST的芯片剖面圖；圖6顯示了，圖4A中的二極管DVF3沿著線SD-SD的芯片剖面圖。圖中其他的二極管與HEMT的元件結(jié)構(gòu)可以類推而得知。
[0103]圖5的例子中，硅基底92上的緩沖層94可以是摻雜有碳(C-doped)的本征(intrinsic )GaN。通道層96可以是本征(intrinsic )GaN，其上形成有一高價(jià)帶間隙(high-bandgap)層98，其材料可為本征的AlGaN。蓋層100可以是本征GaN。蓋層100、高價(jià)帶間隙層98與通道層96被圖案化而成為一平臺(tái)區(qū)95(mesa)。二維電子云(2D_electron gas)可以形成于通道層96內(nèi)鄰接于高價(jià)帶間隙層98的量子阱(quantum well)，作為導(dǎo)電通道。圖案化(patterned)的金屬層102的材料可以是鈦、鋁或是這兩種材料的迭層。在圖5中，金屬層102在平臺(tái)區(qū)95的上方形成兩個(gè)金屬片(metal strips) 102a、102b，分別跟平臺(tái)區(qū)95形成兩個(gè)歐姆接觸(ohmic contact)，使得金屬片102a、102b分別作為HEMT Tl的源極與漏極。金屬層104的材料可以是鈦、金或是這兩種材料的迭層。舉例來說，由下而上，金屬層104有一鎳層(Ni)、一銅層(Cu)以及一鉑層(Pt)，其中鉑層可以增加稍后形成的護(hù)層105彼此之間的粘著度(adhes1n)，防止在焊墊過程時(shí)產(chǎn)生剝離的問題。在其他實(shí)施例中，金屬層104也可以是鎳層(Ni)、金層(Au)以及鉑層(Pt)的迭層，或者鎳層(Ni)、金層(Au)以及鈦層(Ti)的迭層。在圖5中，圖案化的金屬層104形成了金屬片104a、104b與104c。金屬片104b接觸了平臺(tái)區(qū)95的中央上方，形成一肖特基接觸(schottky contact) JtSHEMT Tl的柵極。圖5中的104a與104c分別接觸了 1 2a、1 2b，提供HEMT TI的源極與漏極到其他電子元件的電性連接。請(qǐng)同時(shí)參考圖5與圖4A，可以發(fā)現(xiàn)HEMT Tl的柵極(金屬片104b)，通過金屬層104，短路到金屬片104a，也短路到HEMT Tl的源極。圖5的右部分則顯示了HEMT Tl的等效電路圖。金屬層104上方有保護(hù)層105，其材料可以是氮氧化娃(siI icon oxinitride，S1N)。保護(hù)層105被圖案化，用來形成封裝時(shí)所需要的焊墊(bonding pad)。舉例來說，圖5中，左半邊保護(hù)層105沒有蓋住的部分，可以焊接至低電壓引腳VSS(稍后將解釋)的焊線(bonding wire);而右半邊保護(hù)層105沒有蓋住的部分，可以焊接至驅(qū)動(dòng)引腳Dl(稍后將解釋)的焊線。
[0104]為簡(jiǎn)潔的緣故，圖6與圖5相同或類似的部分不再累述。圖6中，金屬層102在平臺(tái)區(qū)95的上方形成兩個(gè)金屬片102c、102d，圖案化的金屬層104則形成了金屬片104d、104e與104f。與圖5相類似，金屬片104e可作為一 HEMT的柵極。雖然金屬片102d可以作為一 HEMT的一源極，但金屬片102d上沒有接觸到金屬層104。在另一實(shí)施例中，金屬片102d可以省略而不形成。金屬片104f接觸平臺(tái)區(qū)95的一部分上表面與一側(cè)壁，形成另一個(gè)肖特基接觸，可以作為一肖特基二極管，其陰極等效上短路到圖6的HEMT的源極。請(qǐng)同時(shí)參考圖6與圖4A。金屬片104e，通過金屬層104，短路到金屬片104f，其為肖特基二極管的陽極。圖6的右部分顯示了左半部的等效電路連接圖，電路行為上等效為一個(gè)二極管。圖6的右部分同時(shí)顯示一特別的二極管符號(hào)120，來代表圖6中的等效電路。二極管符號(hào)120也使用于圖2中，表示整流二極管DB1-DB4與二極管DVF1-DVF3，每個(gè)都是由一 HEMT與一肖特基二極管所復(fù)合而成的二極管。
[0105]圖4B顯示將半導(dǎo)體芯片80封裝后的一集成電路130，其只有8個(gè)引腳(pin)，分別是:高電壓引腳VCC、校正引腳PFI與PF2、低電壓引腳VSS、交流輸入弓I腳AC+與AC-、驅(qū)動(dòng)引腳Dl與D2。請(qǐng)參閱圖4A，其中也顯示了每個(gè)引腳，通過焊線(bonding wire)，電性短路到由金屬層104圖案化后所形成的金屬片，而這些金屬片也提供了半導(dǎo)體芯片80中電子元件相對(duì)應(yīng)的輸入或輸出端點(diǎn)相互連接。舉例來說，驅(qū)動(dòng)引腳Dl電連接到HEMT Tl的漏極，校正引腳PFl電連接到二極管DVF3的陰極。
[0106]圖7顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一照明系統(tǒng)200。集成電路130固定在印刷電路板202上。通過印刷電路板202上的金屬線，電容Cl電連接于高電壓引腳VCC與校正引腳PFl之間，電容C2電連接于低電壓引腳VSS與校正引腳PF2之間，LED 18電連接于高電壓引腳VCC與驅(qū)動(dòng)引腳Dl之間，交流輸入引腳AC+與AC-電連接到交流輸入電源VAC-1N。通過先前的解說可以了解，圖7的照明系統(tǒng)200很簡(jiǎn)潔，僅僅用了 4個(gè)電子零件(兩個(gè)電容Cl與C2、集成電路130與LED 18)，就實(shí)現(xiàn)了圖2中的LED驅(qū)動(dòng)器60。沒有昂貴且體積龐大的電感元件，照明系統(tǒng)200成本得以降低，且整個(gè)產(chǎn)品體積也可以縮小。
[0107]圖7中，集成電路130的驅(qū)動(dòng)引腳D2(電連接到HEMT T2的漏極)，可以視交流輸入電源VAC-1N的交流電壓不同，而決定是否電連接至LED18。換言之，集成電路130可以選擇性地用單單一個(gè)HEMT(Tl)，或是用兩個(gè)HEMT(T1與T2)并聯(lián)來驅(qū)動(dòng)LED 18發(fā)光。舉例來說，假定集成電路130中的HEMT Tl與T2元件大小都一樣，分別可提供大約一樣的Iu單位恒定電流。當(dāng)圖7的照明系統(tǒng)200運(yùn)用于交流輸入電源VAC-1N為110 VAC時(shí)，可以選用正向電壓(forwardvoltage)為50V的LED作為L(zhǎng)ED 18，并且連接驅(qū)動(dòng)引腳Dl以及D2—起到LED 18, LED 18此時(shí)所消耗的功率約2u*50 ( = 10u)。而當(dāng)圖7的照明系統(tǒng)200運(yùn)用于交流輸入電源VAC-1N為220VAC時(shí)，可以選用正向電壓為100V的LED作為L(zhǎng)ED 18，并且單單連接驅(qū)動(dòng)引腳Dl到LED
18,并保持驅(qū)動(dòng)引腳D2浮動(dòng)空接，LED 18此時(shí)所消耗的功率約lu*100( = 10u)。如此，盡管交流輸入電源VAC-1N的交流電壓不一樣，只要選用正向電壓不同的LED，LED 18消耗的功率可以大約相同(都大約是10u)，那照明系統(tǒng)200所產(chǎn)生的照明亮度就大約也會(huì)是相同。換言之，集成電路130不只是適用于220VAC的交流輸入電源，也可適用于110VAC的交流輸入電源。這對(duì)于照明系統(tǒng)200的制造商而言是非常方便的，可以節(jié)省照明系統(tǒng)200的零件庫存管理成本。
[0108]在圖2中，電流驅(qū)動(dòng)電路66連接于LED18與接地線GND之間，但本發(fā)明并不限于此。圖8顯示另一依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的LED驅(qū)動(dòng)器300，用來驅(qū)動(dòng)LED 18。在圖8中，電流驅(qū)動(dòng)電路302具有HEMT T3與T4，HEMT T3與T4的漏極一起電連接到直流電源線VDD，LED 18電連接于接地線GND與電流驅(qū)動(dòng)電路302之間。圖9A顯示一半導(dǎo)體芯片310上的金屬層140的圖案，并標(biāo)示圖8中的二極管與HEMT的相對(duì)位置。圖5也可代表圖9A中的HEMT T3沿著線ST-ST的芯片剖面圖；圖6也可代表圖9A中的二極管DVF3沿著線SD-SD的芯片剖面圖。圖9B顯示將半導(dǎo)體芯片310封裝后的一集成電路320，其只有8個(gè)引腳(pin)，分別是:高電壓引腳VCC、校正引腳PFl與PF2、低電壓引腳VSS、交流輸入引腳AC+與AC-、驅(qū)動(dòng)引腳SI與S2。圖10顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的另一照明系統(tǒng)330，其實(shí)現(xiàn)了圖8中的LED驅(qū)動(dòng)器300。圖8、9A、9B與10，可以參照先前圖2、4A、4B與7以及相關(guān)的解說，而得知其原理、操作、以及優(yōu)點(diǎn)，為簡(jiǎn)潔故，不再累述。
[0109]如同圖11的實(shí)施例所示，額外的一穩(wěn)壓電容19可以與LED 18并聯(lián)。穩(wěn)壓電容19可以降低LED 18的跨壓VLED的變化，甚至增加LED 18在交流輸入電源VAC-1N的一周期時(shí)間內(nèi)的工作周期(duty cycle)或發(fā)光時(shí)間，減少LED 18閃爍(flickering)的可能性。
[0110]圖4A中的圖案僅僅是作為一個(gè)例子，本發(fā)明并不限于此。圖12顯示另一半導(dǎo)體芯片上的一金屬層104的圖案。圖12大致類似于圖4A，為簡(jiǎn)潔的緣故，彼此相同或類似的部分不再累述。在圖4A中，位于每個(gè)二極管中間位置的一柵極，都只有通過一個(gè)圖案化后金屬層104的一上臂ARMl連接到其陽極(譬如圖6中的金屬片104f);位于每個(gè)HEMT中間位置的一柵極，也都是通過一個(gè)圖案化后金屬層104的一上臂ARM2連接到其源極(譬如圖5中的金屬片104a)。然而，在圖12中，如同例示的柵區(qū)域GG，每個(gè)二極管中間位置的柵極，通過圖案化后金屬層104的上下兩臂ART與ARB連接到其陽極;而位于每個(gè)HEMT中間位置的一柵極，也都是通過圖案化后金屬層104的上下兩臂連接到其源極。與圖4A的設(shè)計(jì)相較之下，圖12中的二極管的上下兩臂結(jié)構(gòu)在制作上比較對(duì)稱，在顯影、曝光、磊晶、蝕刻等過程的過程中比較不易被上下兩臂之間的結(jié)構(gòu)壓縮空間，(上下兩臂的)寬度會(huì)比較一致、結(jié)構(gòu)比較不易有破損或者變形；而圖4A的結(jié)構(gòu)因?yàn)閮H有單臂，在制作時(shí)容易在制作其他部分時(shí)造成整個(gè)臂寬度不一致的情況，而這種情況也容易導(dǎo)致大電流或者大電壓的聚集而造成擊穿。因此圖12的上下兩臂的結(jié)構(gòu)因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)寬度較為一致，也不易受到其他結(jié)構(gòu)影響而變形，使得圖12的結(jié)構(gòu)具有較高的擊穿電壓耐受能力。
[0111]圖5與圖6中的剖面圖也并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。舉例來說，如圖13顯示圖4A中的二極管DVF3沿著線SD-SD依據(jù)另一種實(shí)施例的芯片剖面圖。圖13與圖6，為簡(jiǎn)潔的緣故，彼此相同或類似的部分不再累述。與圖6不同，圖13中的金屬片104e與蓋層100之間夾有一絕緣層103，其材料譬如說是氧化硅。絕緣層103的存在也可以增強(qiáng)二極管的擊穿電壓耐受能力。
[0112]圖14顯示用來制作圖13中的二極管的流程圖。步驟140先形成平臺(tái)區(qū)。舉例來說，先在緩沖層94上分別形成通道層96、高價(jià)帶間隙層98、與蓋層100。然后以感應(yīng)式耦合電漿蝕刻等方式圖案化這三層而完成平臺(tái)區(qū)95。步驟142形成歐姆接觸。舉例來說，分別沉積鈦/鋁/鈦/金作為金屬層102，之后對(duì)金屬層102圖案化，形成金屬片102a、102b等。步驟144形成絕緣層103。舉例來說，先沉積一二氧化硅層，然后將其圖案化，剩下的二氧化硅層便成為絕緣層103。步驟146形成肖特基接觸與圖案化。舉例來說，步驟146先依序沉積鎳/金/鉑作為金屬層104，然后對(duì)金屬層104圖案化形成金屬片104a、104b、104c等。金屬層104與金屬層102之間為歐姆接觸，但金屬層104與平臺(tái)區(qū)95之間則為肖特基接觸。步驟148形成保護(hù)層105，并對(duì)之圖案化，以形成焊墊開孔。當(dāng)然，圖14的流程圖也適用于制作圖12中的HEMT。而通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，圖14中的流程圖，也可以用來制作如圖4A中的二極管與HEMT，例如省略步驟144，或者加入其他過程。
[0113]雖然圖2與圖5中的HEMTTl與T2可以視為恒定電流源，但是其可能不是一個(gè)完全理想的電流源。HEMT Tl與T2的漏源電流(IDS)，在飽和區(qū)時(shí)，可能依然跟漏源電壓(VDS)有些許相關(guān)。圖15顯示了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)與HEMT中，IDS對(duì)VDS關(guān)系。曲線150與152分別針對(duì)以硅為基材的一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)以及一 HEMT。從曲線150可以發(fā)現(xiàn)，在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管中，IDS與VDS大約都是正相關(guān)，也就是VDS越大，IDS越大。但是HEMT則不同。從曲線152可以發(fā)現(xiàn)，在HEMT中，當(dāng)VDS超過一特定值時(shí)，IDS與VDS的關(guān)系，會(huì)從正相關(guān)變成負(fù)相關(guān)。而這個(gè)特定值可以通過過程上的參數(shù)，來加以設(shè)定。該HEMT的特性有一個(gè)特別的好處，當(dāng)VDS因?yàn)槭须婋妷翰环€(wěn)而突然飆高時(shí)，IDS反而會(huì)下降，可能可以降低消耗于HEMT的電功率，所以避免HEMT被燒毀。
[0114]在先前幾個(gè)實(shí)施例中，LED驅(qū)動(dòng)器有一填谷電路，但本發(fā)明并不限于此。圖16顯示了另一LED驅(qū)動(dòng)器500，用以驅(qū)動(dòng)LED 518，其包含了幾個(gè)LED段5201、5202、5203串接在一起。LED驅(qū)動(dòng)器500中并沒有填谷電路。LED驅(qū)動(dòng)器500中的橋式整流器502與電流驅(qū)動(dòng)電路504可以一起整合在一半導(dǎo)體芯片上，封裝成一集成電路。圖17顯示一半導(dǎo)體芯片550上的一金屬層104的圖案，并標(biāo)示圖16中的二極管與HEMT在半導(dǎo)體芯片550上的相對(duì)位置。半導(dǎo)體芯片550整合了LED驅(qū)動(dòng)器500中的橋式整流器502與電流驅(qū)動(dòng)電路504。圖18顯示將半導(dǎo)體芯片550封裝后的一集成電路552。圖19顯示采用圖18中的集成電路552實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)器500的一照明系統(tǒng)560。圖16至19可以通過先前的教導(dǎo)而了解，故其細(xì)節(jié)不在此累述。從圖19可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)照明系統(tǒng)560采用了非常少量的電子零件(一電容CF、集成電路552與LED 518)。照明系統(tǒng)560成本將得以降低，且整個(gè)產(chǎn)品也更加精簡(jiǎn)。
[0115]圖16與19并非用來限制集成電路552的應(yīng)用。圖20舉例一LED驅(qū)動(dòng)器600，可用以說明包含橋式整流器502與電流驅(qū)動(dòng)電路504的集成電路的另一應(yīng)用。在圖20中，電流驅(qū)動(dòng)電路504中的HMET Tl與T2可以選擇性地用來驅(qū)動(dòng)LED 518，其包含了幾個(gè)LED段5201、5202、52031ED驅(qū)動(dòng)器600另有分段電路ICl與IC2，其可以依據(jù)直流電源VDC-1N的高低而成為短路或是開路。舉例來說，當(dāng)直流電源VDC-1N比LED段5203的正向電壓略高時(shí)，分段電路ICl與IC2都是短路電路，所以LED段5203發(fā)光，而LED段5201、5202不發(fā)光；當(dāng)直流電源VDC-1N增加到超過LED段5202與5203的正向電壓總和時(shí)，分段電路ICl為短路電路，分段電路IC2為開路電路，所以LED段5202與5203發(fā)光，而LED段5201不發(fā)光；當(dāng)直流電源VDC-1N再增加到超過LED段5201、5202與5203的正向電壓總和時(shí)，分段電路ICl也跟著變成開路電路，所以LED段5201、5202與5203都發(fā)光。使得LED驅(qū)動(dòng)器600的電光轉(zhuǎn)換效率更好，功率因數(shù)與總諧波失真率都能得到良好的控制。
[0116]依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一集成電路并不限于只是整合了一橋式整流器與一電流驅(qū)動(dòng)電路。先前所述的集成電路130與552僅僅作為例子。舉例來說，依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一集成電路除了有橋式整流器與電流驅(qū)動(dòng)電路之外，還整合有一些二極管或HEMT，可用于圖20中的分段電路ICl與IC2中。
[0117]本發(fā)明所實(shí)施的集成電路并不只限于耗盡型的HEMT。在一些實(shí)施例中，集成電路包含有增強(qiáng)型(enhancement-mode )HEMT，其導(dǎo)通電流可以通過提供適當(dāng)?shù)臇烹妷簛砑右钥刂?，由此改變所?qū)動(dòng)的LED段所發(fā)出的光強(qiáng)度。例如在圖20中利用分段電路I Cl與IC2調(diào)整啟動(dòng)的LED段5201、5202、5203的同時(shí)，可以調(diào)整增強(qiáng)型HEMT的柵電壓以改變HEMT輸入到LED段5201、5202、5203的電流，進(jìn)而改變LED段5201、5202、5203所發(fā)出的光強(qiáng)度。
[0118]盡管先前所揭示的LED驅(qū)動(dòng)器或是照明系統(tǒng)，每個(gè)都是用以驅(qū)動(dòng)單一LED 518，但本發(fā)明并不限于此。在一些實(shí)施例中，可以有兩個(gè)或是以上的LED，以不同的電流，分別被驅(qū)動(dòng)。圖21舉例一LED驅(qū)動(dòng)器700，其中電流驅(qū)動(dòng)電路504中的HEMT Tl與T2，分別驅(qū)動(dòng)LED 18R與18B。舉例來說，HEMT Tl所提供的驅(qū)動(dòng)電流小于HEMT T2所提供的驅(qū)動(dòng)電流，而LED 18R大致為紅光LED，而LED 18B大致為藍(lán)光LED。
[0119]圖6與圖13中的二極管，分別都形成于單一平臺(tái)區(qū)95上，但本發(fā)明并不限于此。圖22顯示另一種實(shí)施例中，一二極管的芯片剖面圖。圖22中與圖6以及圖13彼此相同或類似的部分，為簡(jiǎn)潔的緣故，不再累述。圖22中有兩個(gè)平臺(tái)區(qū)95與95a。金屬片102e于平臺(tái)區(qū)95a上，形成一歐姆接觸;而金屬片102d則在于平臺(tái)區(qū)95上，形成另一歐姆接觸。金屬片102d與102e通過金屬片104g，彼此短路電連接。金屬片104f作為二極管的一陽極，金屬片104d則作為二極管的一陰極。圖22中的結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)二極管的擊穿電壓耐受能力。
[0120]先前所教導(dǎo)的電流驅(qū)動(dòng)電路66、302與504，都用來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，但本發(fā)明并不限于此。圖23顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)器800，其與圖16相似，彼此之間相同之處，可以參考先前的說明而了解，為簡(jiǎn)潔的緣故，不再說明。與圖16的LED驅(qū)動(dòng)器500不同，圖23中的LED驅(qū)動(dòng)器800多了一雙向可控硅調(diào)光器(TRIAC dimmer)802，而且電流驅(qū)動(dòng)電路804中的HEMT TI直接連接于直流電源線VDD與接地線GND之間，沒有驅(qū)動(dòng)任何LED。當(dāng)一雙向可控娃調(diào)光器關(guān)閉，大約呈現(xiàn)開路時(shí)，需要有一定量的維持電流(holding current)，才可以避免誤動(dòng)作發(fā)生。在圖23中，HEMT Tl可以提供雙向可控硅調(diào)光器802所需要的維持電流。設(shè)計(jì)上來說，HEMT T2可以提供相對(duì)的大電流，使LED 518發(fā)光;而HEMT Tl可以提供相對(duì)的小電流，當(dāng)LED 518不發(fā)光時(shí)，當(dāng)作雙向可控硅調(diào)光器802所需要的維持電流。
[0121 ]先前實(shí)施例中的二極管都是以圖6中的二極管符號(hào)120表示，其是由一 HEMT與一肖特基二極管所復(fù)合而成的二極管。但是本發(fā)明并不限于此。所有實(shí)施例中的二極管，可以全部或是部分替換成其他種二極管。舉例來說，圖24顯示了一橋式整流器806，其以四個(gè)肖特基二極管 SBD1、SBD2、SBD3、SBD4 所構(gòu)成。
[0122]圖25舉例顯示一半導(dǎo)體芯片808上的金屬層104與平臺(tái)區(qū)95的圖案，其可以實(shí)現(xiàn)圖24中的橋式整流器806。圖26A、26B與26C顯示半導(dǎo)體芯片808沿著線CSV1-CSV1、CSV2-CSV2與CSV3-CSV3的芯片剖面圖。舉例來說，圖24中的肖特基二極管SBDl連接于交流電源線ACl與接地線GND之間。圖25與圖26A中顯示具有一多指狀結(jié)構(gòu)(mult1-f inger structure)的HEMT AEMT的柵端作為肖特基二極管SBDl的陽極，HEMT的通道端作為肖特基二極管SBDl的陰極。等效上，肖特基二極管SBDl由許多的小肖特基二極管并聯(lián)所構(gòu)成。多指狀結(jié)構(gòu)的HEMT可以在有限的芯片面積中，提供較大的驅(qū)動(dòng)電流。
[0123]在先前的實(shí)施例中，每一個(gè)二極管，也可以用多個(gè)二極管串聯(lián)來實(shí)施，如同圖27所舉例的。圖27顯示了另一橋式整流器810。舉例來說，在橋式整流器810的交流電源線ACl與接地線GND之間，具有兩個(gè)串接的肖特基二極管。圖28舉例顯示一半導(dǎo)體芯片812上的金屬層104與平臺(tái)區(qū)95的圖案，其可以實(shí)現(xiàn)圖27中的橋式整流器810。圖26A、26B與26C也可以用以顯示半導(dǎo)體芯片812沿著線CSV1-CSV1、CSV2-CSV2與CSV3-CSV3的芯片剖面圖。
[0124]如同先前所述，在本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片中，并不限于只能有耗盡型的HEMT與肖特基二極管，也可以包含有增強(qiáng)型(enhancement mode，E-mode)的HEMT。圖29A顯示在一半導(dǎo)體芯片上的一增強(qiáng)型HEMT ME與一耗盡型的HEMT MD，兩者的金屬層104與平臺(tái)區(qū)95的圖案。圖29B則顯示圖29A中HEMT MD與ME之間的電連接。圖30則顯示圖29A中，沿著線CSV4-CSV4的芯片剖面圖。如同圖30所示，左半邊為一增強(qiáng)型HEMT ME，其中作為柵極GE的金屬片104h與蓋層100之間夾有一絕緣層103。蓋層100與高價(jià)帶間隙層98在金屬片104h下方的部分，形成有一調(diào)整區(qū)170。舉例來說，調(diào)整區(qū)170可以將氟離子局部地注入蓋層100與高價(jià)帶間隙層98而形成。相較于圖22左半部的耗盡型HEMT MD，圖30左半邊的增強(qiáng)型HEMT ME多了調(diào)整區(qū)170以及絕緣層103，兩者都可以用來調(diào)整或增加一HEMT的臨界電壓值Vt(threshold voltage)。
[0125]如同圖29A、29B與30所示，耗盡型HEMT MD的柵極⑶，通過金屬層104的電性連接，短路到增強(qiáng)型HEMT ME的端點(diǎn)S。
[0126]圖29B中的電路，當(dāng)HEMT ME關(guān)閉(開路MtHEMT ME與HEMT MD—起，可以承擔(dān)分散從端點(diǎn)D到端點(diǎn)S之間的跨壓，所以可以有相當(dāng)好的耐壓能力。當(dāng)HEMT ME開啟(導(dǎo)通)時(shí)，HEMT MD可以作為一個(gè)恒定電流源，限制端點(diǎn)D到端點(diǎn)S之間的最大電流量。
[0127]圖29A與29B中的增強(qiáng)型HEMT也可以作為一半導(dǎo)體芯片中的主動(dòng)開關(guān)。圖31顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一 LED驅(qū)動(dòng)器840的電路設(shè)計(jì)，其具有增強(qiáng)型HEMT與耗盡型HEMT。除了一些肖特基二極管與電阻外，LED驅(qū)動(dòng)器840還包含有電流開關(guān)CCl、CC2、CC3，以及耗盡型HEMT T8，彼此的電性連接如圖31所示。在一半導(dǎo)體芯片上，電流開關(guān)CCl、CC2、CC3可以以圖29A與圖30中的元件結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。在一實(shí)施例中，電流開關(guān)CCl、CC2、CC3以及耗盡型HEMTT8，可以導(dǎo)通的最大電流，分別是電流值Il、I2、I3與14，且I1<I2<I3<I4。每個(gè)電流開關(guān)CCl、CC2、CC3都有一個(gè)控制端(也就是一增強(qiáng)型HEMT的柵端)，通過一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電阻，共同連接到肖特基二極管852，其具有另一端連接到接地線GND。
[0128]圖32顯示了圖31中的交流輸入電源VAC-1N的電壓波形以及流經(jīng)橋式整流器844的一電流波形。隨著直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓從OV開始逐漸升高，電流開關(guān)CC1、CC2、CC3會(huì)全部開啟。此時(shí)，只有LED段5201發(fā)光，LED段5202、5203、5204都不發(fā)光，流經(jīng)LED段5201的驅(qū)動(dòng)電流被電流開關(guān)CCl所限制，最大為電流值11。隨著直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓繼續(xù)升高，電流開關(guān)CCl關(guān)閉而LED段5202加入發(fā)光，此時(shí)，流經(jīng)LED段5201與5202的驅(qū)動(dòng)電流被電流開關(guān)CC2所限制，最大為電流值12。當(dāng)直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓繼續(xù)升高后，電流開關(guān)CC2關(guān)閉而LED段5203加入發(fā)光，此時(shí)，流經(jīng)LED段5201、
5202、5203的驅(qū)動(dòng)電流被電流開關(guān)CC3所限制，最大為電流值13。當(dāng)直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓超過一定程度時(shí)，電流開關(guān)CC1、CC2、CC3會(huì)全部關(guān)閉，LED段5201、5202、
5203、5204全部都發(fā)光。此時(shí)，流經(jīng)1^0段5201、5202、5203、5204的驅(qū)動(dòng)電流被耗盡型冊(cè)組'T8所限制，最大為電流值14。當(dāng)直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓從最高點(diǎn)慢慢下降時(shí)，電流開關(guān)CC3、CC2、CC1會(huì)依序漸漸開啟導(dǎo)通。從圖32可以發(fā)現(xiàn)，圖31的LED驅(qū)動(dòng)器840不只是有良好的功率因數(shù)(power factor)，而且會(huì)有相當(dāng)?shù)偷目傊C波失真率(to ta Iharmonic distort1n,THD)ο
[0129]于圖31中，對(duì)應(yīng)每個(gè)電流開關(guān)0:3、0:2、0:1，都有兩個(gè)反向串接的肖特基二極管，連接于每個(gè)電流開關(guān)的一控制端與一高壓端之間。而在另一個(gè)實(shí)施例中，這些肖特基二極管(圖31A中總共有6個(gè))可以省略不做，降低成本。
[0130]連接于電阻850與接地線GND之間的肖特基二極管852，可以用來限定電流開關(guān)CC3、CC2、CC1的控制端的最高電壓。當(dāng)突波高壓出現(xiàn)在直流電源線VDD上時(shí)，肖特基二極管852可以防止一增強(qiáng)型HEMT因過高柵電壓而導(dǎo)致?lián)p壞。
[0131]圖31中的LED驅(qū)動(dòng)器840中，所有的肖特基二極管以及HEMT，都可以整合于一以氮化鎵為導(dǎo)通通道材料(GaN-based)的單片微波集成電路。舉例來說，肖特基二極管可以用圖6或是圖26A中的元件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而增強(qiáng)型HEMT與耗盡型HEMT可以分別用圖30中的左半部與右半部的元件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。換言之，實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)器840時(shí)，可能只需要一單片微波集成電路、一些電阻元件、一LED 848以及一印刷電路板(printed circuit board，PCB)而已，成本非常低廉。
[0132]隨著環(huán)境溫度的升高，以恒定電流驅(qū)動(dòng)的一LED，其發(fā)光亮度可能會(huì)減弱。為了彌補(bǔ)高溫所導(dǎo)致的亮度衰減，所以在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以用正溫度系數(shù)或是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，來調(diào)整對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)電流。
[0133]圖33顯示了具有正溫度系數(shù)的一熱敏電阻的一LED驅(qū)動(dòng)器900，其中，熱敏電阻902的兩端，分別連接到電流開關(guān)CC4內(nèi)的增強(qiáng)型HEMT MEI的一柵端與一通道端。耗盡型HEMTT5作為一恒定電流源，大約提供一恒定電流流經(jīng)正溫度系數(shù)熱敏電阻902，增強(qiáng)型HEMT MEl工作于線性區(qū)。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，熱敏電阻902的電阻上升，因此，電流開關(guān)CC4的控制柵的電壓也變高，增加了流經(jīng)LED 518的電流。如此，可以使LED 518的發(fā)光量，大約不隨著溫度變化而改變。
[0134]圖34顯示了具有負(fù)溫度系數(shù)的一熱敏電阻的一LED驅(qū)動(dòng)器906，其中，耗盡型HEMTT6可作為一恒定電流源，其所提供的恒定電流大致由其源極電壓所決定。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，熱敏電阻906的電阻下降，因此，耗盡型HEMT Τ6的源極電壓變低，耗盡型HEMT Τ6的柵對(duì)源(gate to source)電壓增加，因此增加了流經(jīng)LED 518的電流。如此，可以使LED 518的發(fā)光量，大約不隨著溫度變化而改變。
[0135]依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的LED驅(qū)動(dòng)器，并不限于只能有一個(gè)LED或是只能有一個(gè)熱敏電阻。圖35顯示了LED驅(qū)動(dòng)器910，其具有LED 5181、5182與5183。類似圖33所教導(dǎo)的，流經(jīng)LED5181的驅(qū)動(dòng)電流，受熱敏電阻902控制，隨著溫度增加而增加。類似圖34所教導(dǎo)的，流經(jīng)LED5182的驅(qū)動(dòng)電流，受熱敏電阻906控制，隨著溫度增加而增加。而流經(jīng)LED 5183的驅(qū)動(dòng)電流，受耗盡型HEMT T7所控制，大致不隨溫度而變化。在一實(shí)施例中，LED 5183是一藍(lán)光LED，而LED 5181 或5182是一紅光LED。
[0136]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明保護(hù)范圍所做的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一發(fā)光元件，包含有: 一整流電路，包含一整流二極管，用以接收一交流輸入電源并產(chǎn)生一直流電源，跨于一直流電源線與一接地線之間；以及 一電流驅(qū)動(dòng)電路，包含一恒定電流源，其中該恒定電流源用以與該發(fā)光元件串接于該直流電源線與該接地線之間，該恒定電流源可提供一第一恒定電流，驅(qū)動(dòng)該發(fā)光元件； 其中，該整流二極管與該恒定電流源，共同形成于一單一半導(dǎo)體芯片上。2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，該整流二極管包含一肖特基二極管以及一高電子迀移率場(chǎng)效晶體管。3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，該整流二極管包含有一多指狀結(jié)構(gòu)的HEMT。4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，還包含一雙向可控硅調(diào)光器耦接在該交流輸入電源與該整流二極管之間，以及一第二恒定電流源直接連接至該直流電源線與該接地線，用以提供該雙向可控硅調(diào)光器的一維持電流。5.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，還包含有一功率因數(shù)校正器，校正該驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)，其包含有多個(gè)二極管，逆向串聯(lián)于該直流電源線與該接地線之間，其中，這些二極管形成于該單一半導(dǎo)體芯片上。6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，還包含有一熱敏電阻，用來控制該恒定電流源，使驅(qū)動(dòng)該發(fā)光元件的一驅(qū)動(dòng)電流，隨環(huán)境溫度升高而增加。7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，該熱敏電阻為一正溫度系數(shù)熱敏電阻，該恒定電流源包含有一耗盡型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管以及一增強(qiáng)型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管，該增強(qiáng)型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管包含有一柵極以及二通道端，該二通道端其中的一個(gè)與該柵端之間，耦接有該熱敏電阻。8.如權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，該增強(qiáng)型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管包含有一柵絕緣層，用以隔絕該柵極以及該二通道端，該柵絕緣層下形成有一調(diào)整區(qū)，用以調(diào)整該增強(qiáng)型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管的一臨界電壓。9.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，還包含一第二恒定電流源，提供的最大電流值與該第一恒定電流源提供的最大電流值不相同。10.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中，該整流二極管包含有一肖特基二極管，其以一耗盡型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管所構(gòu)成，該耗盡型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管具有一第一金屬片以及一第二金屬片，分別作為該耗盡型高電子迀移率場(chǎng)效晶體管的一柵極與一通道極，該第一金屬片通過二金屬臂電性連接至該第一金屬片，且該第一金屬片、該第二金屬片以及這些金屬臂均由同一金屬層圖案化而形成。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK105939549SQ201610090841
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年2月18日
【發(fā)明人】黃知澍, 吳長(zhǎng)協(xié), 謝明勛
【申請(qǐng)人】晶元光電股份有限公司