JP2018530152A - 電子回路を備えるｌｅｄ光源 - Google Patents

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Abstract

本発明は、シリコン製の基板上に配設される発光ダイオードを備えるエレクトロルミネンセント光源を提案する。光源には、発光ダイオードを制御するために必要な機能を果たすための電子回路が組み込まれる。

Description

本発明は、特に自動車両用の照明及び光信号の分野に関する。
自動車両用の照明及び光信号の分野において、発光ダイオード、すなわちＬＥＤ等の発光半導体部品に基づく光源を使用することが、いっそう一般的になっている。ＬＥＤ部品は、その端子に、直流電圧と称される少なくとも閾値に等しい値を有する電圧が印加されると、発光する。
公知の態様において、自動車両用の光モジュールの単数又は複数のＬＥＤが、コンバータ回路を備える給電制御手段を介して給電される。給電制御手段は、例えば、バッテリ等の自動車両の電流源により供給される第１の大きさの電流を、この第１のものとは異なる第２の大きさを有する負荷電流に変換するように構成されている。制御手段は、典型的には、専用の印刷回路基板（ＰＣＢ）上の表面実装部品、すなわちＳＭＤ（表面実装デバイス）により形成され、ＳＭＤは、ＬＥＤを備えるＰＣＢの位置に対して離間している。制御手段は、好適な配線により、ＬＥＤに電気的に接続される。
したがって、公知の構成は、複数の印刷回路基板を含むため、自動車両用の光モジュールを設計する際に、扱いにくい大きさや重量となっている。特に、このようなモジュールの種々の電子部品を収容するために利用可能なスペースは限られており、現在、重量の減少は、自動車設計の分野における全体的な目標と考えられている。
本発明の１つの目的は、上述の問題を克服する解決策を提案することである。より詳細には、本発明の１つの目的は、光源を制御するために必要な機能を果たす電子回路を組み込んだＬＥＤ光源を提案することである。
本発明の１つの主題は、シリコン製の第１基板と、前記基板に配設される少なくとも１つの発光ダイオードと、を備える半導体光源である。前記光源は、当該光源が前記単数又は複数のダイオードを制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路を備える、ということを特徴とする。
好適には、前記電子回路は、前記光源の前記第１基板に埋設され得る。
好適には、前記光源は、第１基板に接着されたシリコン製の第２基板を備え、前記電子回路は前記第２基板に埋設され得る。光源は、シリコン製の複数の第２基板であって、前記第１基板に接着された第２基板を備え得る。
好適には、前記第２基板は、前記第１基板に、前記単数又は複数のダイオードが配設される面と反対側の面において接着され得る。
好適には、前記基板は、はんだによって、特に金錫はんだによって互いに接着され得る。
好適には、前記２つの基板は、これら２つの基板の電気的相互連結を意図するビアを備え得る。
好適には、前記光源は、複数の発光ダイオードを備え得る。
好適には、前記発光ダイオードは、前記基板から突出する１ミリメートル未満のサイズの発光ロッドの形態にあり得る。
好適には、ロッドはマトリックス状に配設され得る。好適には、マトリックスは、所定のアライメントの２つの連続するロッド間に一定の間隔が存在するように、又はロッドが五点形において配設されるように、規則的であり得る。
好適には、ロッドの高さは、１乃至１０マイクロメートルであり得る。
好適には、端面の最大寸法は、２マイクロメートル未満であり得る。
好適には、２つの直接隣接するロッド同士の最小距離は、１０マイクロメートルに等しくてもよい。
好適には、光源の照明面の面積は、最大で８ｍｍ２であり得る。
複数の発光ロッドにより達成される輝度は、例えば少なくとも６０Ｃｄ／ｍｍ２であり得る。
代替例として、前記発光ダイオードは、薄膜の形態にあり得る。
好適には、前記ダイオードは、複数のグループに分配され、各グループの前記ダイオードは、特定の光を発光可能であり得る。
前記グループは、互いに異なる形状、寸法、及び／又は個数のダイオードを有し得る。
好適には、各グループは、他のグループから独立して給電され得る。
好適には、前記グループのそれぞれは、特定の輝度及び／又は色の光を発光可能であり得る。
好適には、前記第１基板は、これを橋絡によって電流源に電気的に接続することが意図される結合パッドを備え得る。
好適には、前記電子回路は、
‐発光ダイオードに関するビン情報を記憶する、
‐発光ダイオードの温度を測定する、
‐発光ダイオードへの給電を制御する、
‐少なくとも２つの照明機能を切り替えることが可能な回路、
‐複数のグループの発光ダイオードの特定の電気的接続を選択可能とする回路、
‐前記ロッドのグループを保護する、及び／又はこれらのグループを流れる電流を制限する、
という機能のうちの少なくとも１つを果たし得る。
好適には、前記回路は、特に、光源のダイオードの複数のグループの直列接続と並列接続とを切り替え得る。
好適には、前記電子回路は、例えばエッチングにより、前記光源の前記基板内に直接的に組み込まれ得る。
本発明の他の主題は、
‐光線を発光可能な少なくとも１つの光源と、
‐前記光線を受けて光ビームを生成することが可能な光学装置と、を備える光モジュールである。前記モジュールは、前記単数又は複数の光源が、本発明によるものであるということを特徴とする。
本発明の規定は、光源の第１の主要な機能である発光機能と、光源の電気的制御を意図する少なくとも１つの第２の機能とをまとめた電子部品を得ることが可能であるという点において有益である。公知の部品と比較して、体積が節約されることが明白である。なぜならば、本発明によれば、光源の制御に専用とされる印刷回路基板を設ける必要がなくなるからである。同様に、本発明は、光源／制御手段アセンブリの重量減少をもたらす。
本発明の他の特徴及び利点は、詳細な説明及び図面を用いてより良く理解されるであろう。
本発明の好適な一実施形態において実現される光源の図。 本発明の好適な一実施形態による光源の断面の概略図。 本発明の好適な一実施形態による光源の断面の概略図。
以下の説明において、同様の参照符号は、一般に、本発明の種々の実施形態を通して同様の概念に使用されるものとする。したがって、符号００１、１０１、２０１は、本発明の異なる実施形態による光源を指す。
特に断らない限り、所定の１つの実施形態に関して詳細に説明される技術的特徴は、非制限的な例として説明される他の実施形態の文脈において説明される技術的特徴と組み合わせられ得る。
図１は、本発明の第１実施形態によるエレクトロルミネセント光源００１を示す。図１は、光源の基本原理を示している。光源００１は、シリコン製の基板０１０と、これに配設された、当該基板から突出するワイヤ０２０の形態にある一連の発光ダイオードすなわちロッドと、を備える。各ロッド０２０のコア０２２はｎ型半導体材料からなり、すなわち電子でドーピングされている。これに対し、エンベロープ０２４はｐ型半導体材料からなり、すなわちホールでドーピングされている。再結合領域０２６が、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との間に設けられている。しかしながら、選択された技術に応じて、半導体材料を逆にすることも想定され得る。
有利には、基板はシリコン製であり、ロッドは１マイクロメートル未満の直径を有する。変形例として、基板は、ホールでドーピングされた半導体材料の層を備え、ワイヤは、１００乃至５００ｎｍの直径を有する。ダイオードを形成する、電子及びホールでドーピングされた半導体材料は、有利には、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）であり得る。典型的には、ロッドの高さは１乃至１０マイクロメートルであり、端面の最大寸法は２マイクロメートル未満である。好適な一実施形態によれば、ロッドは、マトリックス上に規則的に分散配置される。２つのロッド間の距離は一定であり、少なくとも１０マイクロメートルに等しい。ロッドは、五点形において配設され得る。このような光源の照明面の面積は、最大で８ｍｍ２である。光源は、少なくとも６０Ｃｄ／ｍｍ２の輝度を生成可能である。
図１を参照すると、基板０１０は、有利にはシリコン製の主層０３０と、ロッド０２０と反対側の主層の面に配設された第１電極すなわちカソード０４０と、ロッド０２０を備える面に配設された第２電極すなわちアノード０５０と、を備えている。アノード０５０は、ロッド０２０のエンベロープ０２４を形成するｐ型半導体材料と接触し、基板０１０の対応する面上に延在して、前記エンベロープ０２４とアノード０５０との間に導電層を形成している。一方、ロッドのコア又は中心部０２２は、主半導体層０３０と接触し、これによりカソード０４０と電気的に接触している。
アノードとカソードとの間に電圧が印加されると、ｎ型半導体材料の電子がｐ型半導体材料のホールと再結合して光子を発する。再結合の大半は、放射性である。ロッドの出射面はｐゾーンである。なぜならば、これは最も放射性であるからである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、光源００１は、異なるアノードに連結される複数のグループの発光ロッドを備える。したがって、各グループは、他から独立して給電され得る。有利には、各グループのロッドは、全て同じタイプである。すなわち、同一のスペクトラムにおいて発光し、共通の輝度で発光する。有利には、グループ同士は同一であり、共通の直流電圧を呈する。したがって、各グループは、好適には、略同数の発光ロッドを備える。代替例として、各グループが異なる幾何形状を呈し得るとともに、これらのグループは異なるサイズを有し得る。本発明の原理によれば、ロッドを制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路は、このような光源に組み込まれる。
シリコン製の基板上の発光ダイオード光源を得る別の技術が、特許文書ＥＰ２２２３３４８Ａ１号に記載されている。例えば窒化ガリウムＧａＮ製の活性層が、サファイア製の基板上に載置され、次いで、活性層はシリコン製の基板すなわちウエハ上に移送される。組付けは、例えば金錫はんだを使用して実施される。このようにして得られるダイオードは、一般に、薄膜発光ダイオードと称される。本発明によれば、光源は、このタイプの複数のグループの発光ダイオードを備え得る。各グループは、他のグループから独立して給電され得る。有利には、各グループのダイオードは、全て同じタイプである。すなわち、同一のスペクトラムにおいて発光し、共通の輝度で発光する。本発明の原理によれば、ダイオードを制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路は、このような光源に組み込まれる。
例示的な組み込みを、好適な実施形態２及び３において示す。図２は、シリコン製の基板１１０と、当該基板上に配設された少なくとも１つの薄膜発光ダイオード１２０と、を備えるエレクトロルミネセント光源１０１を示す。代替例として、発光ダイオードは、図１に関して説明したように、ミクロワイヤ又はナノワイヤの形態にあり得る。光源は、更に、単数又は複数のダイオード１２０を制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路１３０を備える。基板１１０はシリコン製のため、回路１３０を基板１１０内に、例えばエッチングにより直接的に組み込むことが可能である。電子回路１３０を直接的に埋設することにより、回路１３０とダイオード１２０との間に外部相互接続手段を設けることが不要とできる。基板１１０の表面における共通の結線により、電流がダイオード１２０と回路１３０とに供給される。図示例において、結合パッド１５０が回路１３０に連結され、回路１３０はダイオード１２０に連結されている。自動車両の電流源への接続は、橋絡１５２により、金属ワイヤを介して（ワイヤ・ボンディング）、又は金属ストリップを介して（リボン・ボンディング）達成される。本発明による構成によれば、基板１１０上で複数の機能を一緒にまとめることが可能となる。例えば、電子回路１３０は、
‐発光ダイオード１２０に関するビン情報を記憶する、
‐発光ダイオード１２０の温度を測定する、
‐発光ダイオード１２０への給電を制御する、
‐例えば「ハイビーム」機能と「ロービーム」機能等の少なくとも２つの照明機能１２０を切り替えることが可能な回路、
‐複数のグループの発光ダイオードの特定の電気的接続を選択可能とする回路、
‐ロッドのグループを保護する、及び／又はこれらのグループを流れる電流を制限する、
という機能のうちの１つを果たし得る。その実施は当業者の範囲にある。回路は、特に、光源のダイオードの複数のグループの直列接続と並列接続とを切り替え得る。
他の機能が、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者により想定され実施され得る。呈示されたリストは、網羅的なものではない。
図３の実施形態は、シリコン製の第１基板２１０と、当該基板から突出する１ミリメートル未満のサイズの発光ロッド２２０と、を有するエレクトロルミネセント光源２０１を備える。代替例として、薄膜発光ダイオードが、基板上に配設され得る。光源は、更に、単数又は複数のダイオード２２０を制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路２３０を収容する、シリコン製の第２基板２４０を備える。
第２基板２４０は、第１基板２１０に接着される。これら２つの基板は、例えば金錫はんだによって互いに接着される。第２基板２４０は、第１基板２１０に、ダイオード２２０が配設されている面と反対側の面において接着される。このような組付けから得られる部品は、「マルチチップ・パッケージ」タイプである。第２基板に、追加の機能、すなわち、光源の第１の機能である発光機能に対して、光源の制御に関係する機能が組み込まれる。
基板２１０の表面における共通の結線により、電流がダイオード２２０と回路２３０とに供給される。図示例において、結合パッド２５０が回路２３０に連結され、回路２３０はダイオード１２０に連結されている。自動車両の電流源への接続は、橋絡２５２によって達成される（ワイヤ・ボンディング）。基板２１０と２４０との電気的接続は、例えばビア２４２によって達成される。ＴＳＶ（貫通シリコンビア（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ））技術により、例えば、基板をレーザ穿孔することでホールが作製され得る。結果として得られたホールは、典型的には、銅の電気化学析出によって金属化される。

Claims (14)

  1. ‐シリコン製の第１基板と、
    ‐前記基板に配設される少なくとも１つの発光ダイオードと、
    を備える半導体光源において、
    前記光源は、前記単数又は複数のダイオードを制御するために必要な機能を果たすことが意図される電子回路を備える、
    ことを特徴とする半導体光源。
  2. 前記電子回路は、前記光源の前記第１基板に埋設される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源。
  3. 前記光源は、第１基板に接着されたシリコン製の第２基板を備え、
    前記電子回路は、前記第２基板に埋設される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源。
  4. 前記第２基板は、前記第１基板に、前記単数又は複数のダイオードが配設される面と反対側の面において接着される、
    ことを特徴とする請求項３に記載の光源。
  5. 前記基板は、はんだによって、特に金錫はんだによって互いに接着される、
    ことを特徴とする請求項３及び４のいずれかに記載の光源。
  6. 前記２つの基板は、これら２つの基板の電気的相互連結を意図するビアを備える、
    ことを特徴とする請求項３乃至５の一項に記載の光源。
  7. 前記光源は、複数の発光ダイオードを備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の光源。
  8. 前記発光ダイオードは、前記基板から突出する１ミリメートル未満のサイズの発光ロッドの形態にある、
    ことを特徴とする請求項１乃至７の一項に記載の光源。
  9. 前記発光ダイオードは、薄膜の形態にある、
    請求項１乃至８の一項に記載の光源。
  10. 前記ダイオードは、複数のグループに分配され、
    各グループの前記ダイオードは、特定の光を発光可能である、
    ことを特徴とする請求項１乃至９の一項に記載の光源。
  11. 前記グループのそれぞれは、特定の輝度及び／又は色の光を発光可能である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光源。
  12. 前記第１基板は、これを橋絡によって電流源に電気的に接続することが意図される結合パッドを備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１の一項に記載の光源。
  13. 前記電子回路は、
    ‐発光ダイオードに関するビン情報を記憶する、
    ‐発光ダイオードの温度を測定する、
    ‐発光ダイオードへの給電を制御する、
    ‐少なくとも２つの照明機能を切り替えることが可能な回路、
    ‐複数のグループの発光ダイオードの特定の電気的接続を選択可能とする回路、
    ‐前記ロッドのグループを保護する、及び／又はこれらのグループを流れる電流を制限する、
    という機能のうちの少なくとも１つを果たすことが意図される、
    請求項１乃至１２の一項に記載の光源。
  14. ‐光線を発光可能な少なくとも１つの光源（１０１、２０１、３０１、４０１）と、
    ‐前記光線を受けて光ビームを生成することが可能な光学装置と、
    を備え、
    前記単数又は複数の光源が、請求項１乃至１３の一項に記載されるものである、
    ことを特徴とする光モジュール。
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