JP6310468B2 - 発光ダイオード組立体、モジュール及び発光ダイオード組立体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える発光ダイオード組立体に関し、特に発光ダイオードチップを備える発光ダイオード組立体に関する。この種のＬＥＤは自動車分野、例えばフロントヘッドライトに使用されることになるものである。

ＬＥＤは製造工程でのばらつきにより、同一の駆動電流で光の発生量や色に関してしばしば異なる特性を持つ。この種の変動は望ましくない。

本発明の課題は、よりすぐれた特性をもつ発光ダイオード組立体、モジュール及び発光ダイオード組立体の製造方法を提示することである。

本発明は発光ダイオード組立体を提示する。この発光ダイオード組立体は発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に発光ダイオードチップを備える。当該発光ダイオード組立体は更に発光ダイオードのコーディングのためのコーディング抵抗を備える。

好ましくはＬＥＤのコーディングはＬＥＤが組み込まれる前に行われる。特にコーディングは基板上で、つまりウエハーレベルで行われる。

例えばこのコーディング抵抗は、定められた電流でのＬＥＤの特性、例えばＬＥＤの光の発生量や色をコーディングする。これより、コーディング抵抗の抵抗値を判定することにより、ＬＥＤの特性を判断することができる。これにより個別の特性に応じたＬＥＤの駆動が可能になり、例えば特性の異なる複数のＬＥＤを使用する場合に、均一な光の発生量を達成することができる。

コーディングのために好ましくはＬＥＤの特性が判定される。それに応じてＬＥＤをあるクラスに分類することができる。これは「ビニング（Binning)」（クラス分け）とも呼ばれる。各クラスがコーディング抵抗の抵抗値に対応づけられていてよい。コーディング抵抗の抵抗値はこのクラスに応じて選択され、具体的には調整される。こうしてこのＬＥＤに対応する組み込み場所がコーディングされる。

例えば発光ダイオード組立体は基板を備える。ＬＥＤは好ましくは基板、特に基板の上面上に配設されている。ＬＥＤは好ましくは、ＬＥＤが基板とともに組み込まれる前にコーディングされている。

例えば基板はセラミック材料または有機材料を含んでよい。例えば基板は酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，ＬＴＣＣタイプのセラミック（"low temperature cofired ceramics"（低温共焼結セラミック)、つまり低温で一緒に焼結されるセラミック），ＨＴＣＣタイプのセラミック（"high temperature cofired ceramics"(高温共焼結セラミック)、つまり高温で一緒に焼結されるセラミック）の少なくとも１つを含むか、またはこれらの材料のうち少なくとも１つから成る。基板は、英語で"printed circuit board"と称されるプリント回路基板として形成されていてよい。例えば基板は多層構造に形成されている。

コーディング抵抗は、１つの実施形態によれば少なくとも部分的に基板中に埋め込まれている。もう１つの実施形態においては、コーディング抵抗は基板上に配設されている。

コーディング抵抗は好ましくは少なくとも１つの抵抗、特にディスクリートな抵抗素子を備える。この少なくとも１つの抵抗は、例えば薄膜技術または厚膜技術で形成されていてよい。１つの実施形態によれば、コーディング抵抗は複数の抵抗を備える。これら複数の抵抗はコーディング抵抗を形成するために相互に電気的に回路接続されている。

抵抗は例えば基板に埋め込まれている。こうして基板の上面でスペースを節約できる。特にこの上面は、光学系の形成やＥＳＤ保護またはＮＴＣのような他の部品のために空いたままとなってい。ここで「ＥＳＤ」は"electrostatic discharge" （静電放電）を、「ＮＴＣ」は"negative temperature coefficient"（負温度係数）を表す。更に埋め込みにより抵抗の保護を実現できる。埋め込み抵抗は特に多層基板、例えば多層セラミックの場合に可能である。

代替として抵抗は基板の外面、例えば基板の上面または下面に配設されていてもよい。

ＬＥＤに対応したコーディング抵抗のコーディングは、アナログ式に実施されていてもデジタル式に実施されていてもよい。アナログ式コーディングとデジタル式コーディングの混合も可能である。コーディングの仕方はビニングクラスに対する条件に応じて選択される。ビニングクラスの数はそのときどきの用途に従う。

１つの実施形態では、コーディング抵抗は少なくとも１つの電気配線、好ましくは複数の電気配線を備える。特にコーディング抵抗は複数の抵抗を含んでいてよく、その場合それぞれの抵抗が１つの配線を備える。コーディング抵抗のコーディングは、この配線の破断の実施ないし不実施により実施することができる。例えばコーディングは配線のレーザ切断によって行われる。配線が複数ある場合、破断された配線と破断されていない配線との可能な組み合わせから、可能なコーディングクラスが生成される。好ましくはここで、破断される配線と破断されない配線との適切な選択により、ＬＥＤをコーディングするコーディング抵抗の抵抗値が調整される。この実施形態はデジタル式コーディングの一例である。

１つの実施形態においてはコーディングはコーディング抵抗のトリミングにより行われる。特にコーディング抵抗は、トリミングによってコーディングされる少なくとも１つの抵抗を備えてよい。この少なくとも１つの抵抗は、例えば厚膜技術で製造されている。トリミングでは抵抗値の調整は、好ましくは材料の除去、特に抵抗の切断によって行われる。ここで抵抗値を増大させてもよい。この実施形態はアナログ式コーディングを可能にする。

トリミングは例えば基板の外面に配設された抵抗に適している。無論、内部にある抵抗を特別な技術でトリミングすることも可能である。

１つの実施形態においてはコーディング抵抗は、温度測定用に形成された少なくとも１つの抵抗を備えてよい。例えばこの抵抗は温度係数、好ましくは正の温度係数を備える。これは例えばＬＥＤのインテリジェントな駆動を可能にする。

本発明のもう１つの態様によれば、複数のこのような発光ダイオード組立体を備えるモジュールが提示される。好ましくはこのモジュールは、もう１つの基板を備え、この基板上にこれらの複数の発光ダイオード組立体が配設されている。このようなモジュールにおいては、好ましくはＬＥＤ毎に、そのＬＥＤの特性を示すコーディング抵抗が設けられている。

モジュールの動作中、好ましくはＬＥＤ毎に、対応づけられたコーディング抵抗の抵抗値が計測される。抵抗値に応じてＬＥＤが駆動される。こうしてクラスの異なる複数のＬＥＤで、モジュールの均一な放射特性を達成できる。

本発明のもう１つの態様によれば、発光ダイオード組立体の製造方法が提示される。ここで発光ダイオードと発光ダイオードのコーディングのためのコーディング抵抗が準備される。発光ダイオードは好ましくは基板上に配設されている。基板は好ましくはコーディング抵抗を備えている。特にコーディング抵抗は少なくとも部分的に基板中に埋め込まれ、および／または少なくとも部分的にこの基板上に配設されていてよい。発光ダイオードの１つの特性、例えば光学的または電気的特性が検出される。この特性は具体的にはＬＥＤの光の発生量または色に関するものであってよい。コーディング抵抗は検出された特性に依存してコーディングされる。具体的にはこのコーディングのために、コーディング抵抗の抵抗値が調整されてよい。

好ましくは、上述の方法によって上述の発光ダイオード組立体が製造され、上記の発光ダイオード組立体のあらゆる機能的及び構造的特徴それぞれが上述の方法で提供することができる。

好ましくは発光ダイオードはコーディング抵抗のコーディングの前に基板上に配設される。具体的には発光ダイオードはその特性の検出前に基板上に配設されてよい。

以下でここに述べる発明を、概略的で縮尺が忠実でない実施例を用いてより詳細に説明する。

発光ダイオード組立体の概略回路図を示す。 コーディング抵抗の概略回路図を示す。 発光ダイオード組立体を概略斜視図で示す。

特に、以下の図においては、異なる実施形態で同等な機能的ないし構造的部分を、同じ参照符号で示す。

図１は発光ダイオード組立体１の概略回路図を示す。発光ダイオード組立体は発光ダイオード（ＬＥＤ）２、詳細には発光ダイオードチップおよびコーディング抵抗Ｒ_Cを含む。コーディング抵抗Ｒ_CはＬＥＤ２と並列に回路接続されている。コーディング抵抗Ｒ_Cの抵抗値はＬＥＤ２の特性に対して特定されており、従ってこの特定のコーディング抵抗Ｒ_Cはこの特定のＬＥＤ２のコーディングを表す。特にコーディング抵抗Ｒ_Cは、電流−電圧特性曲線でのＬＥＤ２の光の発生量または色をコーディングしてよい。こうしてコーディング抵抗Ｒ_Cの抵抗値の測定により、ＬＥＤ２の特性を判断することができる。

発光ダイオード組立体１は、ＬＥＤ２と並列に回路接続されたＥＳＤ保護デバイス３を備える。このＥＳＤ保護デバイス３は、好ましくは発光ダイオードチップを過電圧、特に静電気放電から保護するのに用いられる。

発光ダイオード組立体１は、カソードあるいはアノードとして形成された第１および第２の接続端子４，５を備える。コーディング抵抗Ｒ_Cの抵抗が極めて高い場合、アノード接続端子及びカソード接続端子４，５は、ＬＥＤ２とコーディング抵抗Ｒ_Cとで共通に利用することができるが、これは極めて小さな漏れ電流しか流れ得ないからである。ここで測定は"reverse"（逆）方向に行われてよい。コーディング抵抗Ｒ_Cの抵抗が小さい場合、例えば更に１つの接続端子が組み込まれ、回路接続は例えば破線で示された分離線６にて切断される。

図２は複数の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のスター結線として形成されているコーディング抵抗Ｒ_Cの概略回路図を示す。コーディング抵抗Ｒ_Cの抵抗値は第１および第２の接点７，８を用いて判定できる。

コーディング抵抗Ｒ_Cは、個別のＬＥＤに対し、それぞれの抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃への配線９，１０，１１の破断１２，１３，１４を個別に実施ないし不実施とすることによりコーディングすることができる。こうしてコーディングはデジタル式に行われる。抵抗値が異なる３つの抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の場合、コーディング抵抗Ｒ_Cに例えば７つの可能な抵抗値を生成することができる。具体的には、３つの配線９，１０，１１がいずれも破断されない場合に可能な抵抗値、３つの配線９，１０，１１すべてが破断される場合に可能な別の抵抗値、配線９，１０，１１が１つだけ破断される場合に可能な更に別な３つの抵抗値、３つの配線９，１０，１１のうち２つが破断される場合に可能な更に別な３つの抵抗値が生成される。こうしてコーディングに７つのビニングクラスが利用できる。

配線９，１０，１１の破断１２，１３，１４の実施は、好ましくはコーディング抵抗Ｒ_CによりコーディングされることになるＬＥＤ２の特性の測定後に行われる。

図３は、ＬＥＤ２が基板１５上に配設された発光ダイオード組立体１を概略斜視図で示す。ＬＥＤ２は接続部１９，２０によって電気的に接続されるとともに基板１５に固定されている。

ここでは基板１５は多層ＬＴＣＣ技術で形成されている。見易さの観点から、最上層１６ともう１つ別の層１７のみが図示されている。最上層１６とこのもう１つの層１７との間に１つ以上の更なる層があってよい。更にこの別の層１７の下側にも１つ以上の更なる層があってよい。

発光ダイオード組立体１は、回路接続されてコーディング抵抗Ｒ_Cを形成している３つの抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃を備えている。抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は薄膜抵抗として形成されている。抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は基板１５に埋め込まれている。抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は配線９，１０，１２によってＬＥＤ２と回路接続されている。配線９，１０，１２は部分的にビア１８として形成されており、基板１５の上面２１で外へ引き出されている。ビア（Via）は"vertical interconnec access" (垂直方向相互接続手段）を表し、貫通接続部（Durchkontaktierung）を意味する。

ＬＥＤ特性を測定後、コーディング抵抗Ｒ_Cは、配線９，１０，１２が個別に破断、具体的には切断されるか、あるいは破断されないことにより、ＬＥＤ２に対しコーディングされる。配線９，１０，１２は例えばレーザを用いて破断することができる。ここでは、コーディングのために第２の抵抗Ｒ₂をＬＥＤ２と結ぶ第２の配線１０にだけ破断１３が行われることが示されている。こうしてＬＥＤ２の特性をコーディングするコーディング抵抗Ｒ_Cの総抵抗が生成される。

ＬＥＤ２の特性を検出するために、コーディング抵抗Ｒ_Cの総抵抗を２つの接点７，８を用いて測定することができる。接点７，８は基板１５の上面２１と下面２２に配設され、コーディング抵抗Ｒ_Cと電気的に結合されている。ここでは下面２２は、前述のもう１つの層１７のＬＥＤ２に向いていない面により形成されている。しかしながら、このもう１つの層１７の下側に更なる層（複数）が存在してよく、この場合下面２２はこれらの更なる層の最下層によって形成される。

１ 発光ダイオード組立体
２ 発光ダイオード
３ ＥＳＤ保護デバイス
４ 第１の接続端子
５ 第２の接続端子
６ 分離線
７ 第１の接点
８ 第２の接点
９ 第１の配線
１０ 第２の配線
１１ 第３の配線
１２ 第１の配線の破断
１３ 第２の配線の破断
１４ 第３の配線の破断
１５ 基板
１６ 最上層
１７ 更なる層
１８ ビア
１９ 接続部
２０ 接続部
２１ 上面
２２ 下面
Ｒ_C コーディング抵抗
Ｒ₁ 第１の抵抗
Ｒ₂ 第２の抵抗
Ｒ₃ 第３の抵抗

Claims (14)

1. 基板であって、前記基板の上面（２１）を含む最上層（１６）と、当該最上層（１６）の垂直下方に積層され、前記基板の下面（２２）を含む更なる層（１７）とを有する基板（１５）と、
   前記上面（２１）上に配置された発光ダイオード（２）と、
   前記発光ダイオード（２）のコーディングのためのコーディング抵抗（Ｒｃ）であって、前記最上層（１６）と前記もう１つの層（１７）との間に挟まれ、前記発光ダイオード（２）の少なくとも一部と垂直方向で重なり合うコーディング抵抗（Ｒｃ）と、
   前記発光ダイオード（２）と前記コーディング抵抗（Ｒｃ）とを電気的に接続するためのビア（１８）であって、前記発光ダイオード（２）に水平方向で隣接して配置され、前記最上層（１６）を貫通するビア（１８）と、
   前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の抵抗値を測定するための第１の接点（７）及び第２の接点（８）と、を備えた発光ダイオード組立体であって、
   前記第１の接点（７）及び第２の接点（８）の少なくとも一方は、前記発光ダイオード（２）の接続端子（４、５）を形成する、
   発光ダイオード組立体。
2. 前記コーディング抵抗（Ｒｃ）は、複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を含む、請求項１に記載の発光ダイオード組立体。
3. 前記ビア（１８）は複数個設けられ、前記発光ダイオード（２）は、前記複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の各々と前記ビア（１８）の対応する１つを介して電気的に接続される、請求項２に記載の発光ダイオード組立体。
4. 前記第１の接点（７）は前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の一端に接続され、前記第２の接点（８）は前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の他端に接続される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光ダイオード組立体。
5. 前記コーディング抵抗（Ｒｃ）は少なくとも１つの温度係数を有する抵抗を含み、前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の抵抗値は前記第１の接点（７）および前記第２の接点（８）により検出可能である、請求項３に記載の発光ダイオード組立体。
6. 前記複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）のそれぞれを前記発光ダイオード（２）に接続する、複数の配線（９、１０、１１）と、
   前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の内の前記複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の少なくともいずれか１つを、前記発光ダイオード（２）から電気的に絶縁する、前記複数の配線（９、１０、１１）のいずれか１つに位置する配線の破断（１３）を更に備える、請求項３に記載の発光ダイオード組立体。
7. 前記コーディング抵抗（Ｒｃ）は、前記発光ダイオード（２）と並列に接続される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光ダイオード組立体。
8. 前記発光ダイオード（２）と並列に接続される、ＥＳＤ保護デバイスを更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光ダイオード組立体。
9. 前記第１の接点（７）は前記基板（１５）の前記上面（２１）に設置され、前記第２の接点（８）は前記基板（１５）の前記下面（２２）に設置される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光ダイオード組立体。
10. 発光ダイオード（２）と、
    複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を備える、前記発光ダイオード（２）のコーディングのための前記コーディング抵抗（Ｒｃ）と、
    少なくとも最上層（１６）ともう１つの層（１７）とを備える基板（１５）であって、前記発光ダイオード（２）が、前記最上層（１６）上に設置され、少なくとも１つ以上の前記複数の前記抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）が、当該基板（１５）内で埋設されるように前記もう１つの層（１７）上に設置される、基板（１５）と、
    前記埋設されたの前記抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の１つ以上が接続される複数の電気的な配線（９、１０、１１）と、を備え、当該複数の電気的な配線（９、１０、１１）のそれぞれは、最上層（１６）上で前記発光ダイオード（２）の横方向に隣接して配置された第１の部分と、前記もう１つの層（１７）上に配置された第２の部分とを備え、前記少なくとも１つ以上の前記抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）は前記第２の部分と接続され、前記電気的な配線（９、１０、１１）のそれぞれは、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する複数のビア（１８）として形成された第３の部分を更に備える、
    発光ダイオード組立体。
11. 前記コーディング抵抗（Ｒｃ）の抵抗値を測定ための第１の接点（７）および第２の接点（８）と、を更に備える、請求項１０に記載の発光ダイオード組立体。
12. 前記第１の接点（７）は前記基板（１５）の上面（２１）に設置され、前記第２の接点（８）は前記基板（１５）の下面（２２）に設置される、請求項１１に記載の発光ダイオード組立体。
13. 前記第１の接点（７）および前記第２の接点（８）の少なくとも一方は、前記発光ダイオード（２）の接続端子（４，５）を形成する、請求項１０または１１のいずれかに記載の発光ダイオード組立体。
14. 複数の電気的な配線（９、１０、１１）は、前記第２の部分を前記第２の接点に接続するビアとして形成された第４の部分を更に備える、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の発光ダイオード組立体。

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