JP6547548B2 - 発光装置及び配光可変ヘッドランプシステム - Google Patents
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Description
しかし、通常、基板にマトリクス配線を形成する場合、特に、複数の発光素子の個別の点滅を実現しようとすると、多層配線とすることが必要となるため、その構成が複雑となり、製造工程の煩雑化及び製造コストの上昇を招く。また、基板サイズが増大して、発光装置の小型化の妨げとなる。
また、発光装置において種々のマトリクス配線が提案されている(例えば、特許文献2等)なか、個々の発光素子の性能を十分に確保するために、配線基板の配線パターンに対応した発光装置の設計が求められている。
(1)第1主面を有する基板と、
前記第1主面に形成され、第1方向に延長する複数の第1配線と、
前記第1主面に形成され、第2方向に延長し、分断されて配置される複数の第2配線と、
半導体積層構造の同一面側に配置された第1電極及び第2電極を備える複数の発光素子とを備え、
前記第1電極は、前記第1配線と対向して接続しており、
前記第2電極は、第1接続部と、前記第1接続部と繋がった第2接続部とを有し、前記第2配線と対向し、前記第2方向に分断された少なくとも2つの第2配線間を跨いで、前記第1接続部及び前記第2接続部に接続しており、
前記複数の発光素子は、前記第2方向に沿って配置されている発光装置。
(2)上述した発光装置と、
前方車両の位置を認識する車載カメラと、
遮光すべきエリアと配光パターンを判断する電子制御装置とを備える配光可変ヘッドランプシステム。
さらに、このような発光装置を利用することにより、高性能な配光可変ヘッドランプシステムを提供することができる。
発光装置は、第1主面を有する基板と、第1主面に形成され、第1方向に延長する複数の第1配線と、第1主面に形成され、第2方向に延長し、分断されて配置される複数の第2配線とを含む駆動基板と、この駆動基板上に搭載され、半導体積層構造の同一面側に配置された第1電極及び第2電極を備えた複数の発光素子とを備える。
(基板)
基板は、第1主面を備える。また、第1主面と反対側の主面として第2主面をも有することが好ましい。第1主面及び/又は第2主面は平坦であることが好ましい。基板の形状としては、例えば、矩形平板状が好ましい。
基板の厚み及び大きさは特に限定されず、搭載しようとする発光素子の大きさ及び数等によって適宜調整することができる。例えば、基板の厚みは0.05mm〜10mm程度が挙げられ、0.1mm〜1mm程度が好ましい。大きさは50mm×50mm〜100mm×100mm程度が挙げられる。
第1配線及び第2配線は、基板の第1主面に形成されている。
第1配線及び第2配線は、例えば、発光素子と外部電源とを電気的に接続し、発光素子に対して外部電源からの電圧を印加するためのものである。なお、後述するように、第1配線は、発光素子の第1電極と、第2配線は、発光素子の第2電極と、それぞれ接続される。第1配線及び第2配線は、アノード及びカソードのいずれに相当するものでもよいが、第1配線がカソード、第2配線がアノードに相当することが好ましい。
第1配線と第2配線とは、その外周が、例えば、正方形、長方形、菱形等を形作るような行列方向に規則的に配列されているものが好ましい。
なお、第1配線及び/又は第2配線が積層膜によって形成される場合、第1配線及び/又は第2配線は、面内又は厚み方向において、部分的に異なる積層構造を有していてもよい。例えば、第1配線及び/又は第2配線の表面を部分的にレーザーで除去し、露出した第1配線及び/又は第2配線の表面を酸化物としてもよい。より具体的には、第1配線又は第2配線がTiW/Cu/Ni/Auの積層構造により形成されている場合、Auのみを除去し、露出したNi表面を酸化物としてもよい。
このように、第2配線を第1配線よりも幅広とすることにより、発光時の発光層で生じた熱を、より幅広の第2配線によって、効果的に逃がすことができる。つまり、後述する発光素子における、第2電極を介して接続される第2導電層の存在する領域は、発光層の存在する領域であり、発光時に発熱する。よって、この熱を、第2導電層、第2電極、第2配線の順に逃がす場合に、第2配線が幅広であれば、効果的に放熱することができる。
発光素子としては、発光ダイオードを用いるのが好ましい。
発光素子は、例えば、基板上に、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、第1導電層、発光層及び第2導電層を含む半導体積層構造が形成され、さらに第1電極及び第2電極が形成されたものが挙げられる。発光素子の基板としては、サファイア等の絶縁性基板、SiC、Si、GaN、GaAs等の導電性基板等が挙げられる。ただし、例えば半導体層の積層後にこれらの基板を剥離する等して、最終的には、発光素子がこれら基板を有していなくてもよい。
第1電極及び第2電極は、それぞれ、第1導電層及び第2導電層に接続されているが、通常、第1電極は、第1導電層上に積層された発光層及び第2導電層の一部が除去されて露出した第1導電層上に接続され、第2電極は、第2導電型半導体層上に接続され、第1電極及び第2電極とが、積層構造の同一面側に配置されているものが好ましい。また、第1導電層はn型、第2導電層はp型であることがより好ましい。
このように、第2電極が、複数の第2配線と、互いに繋がった接続部によって接続されることにより、分断された第2配線を、発光素子の第2電極によって繋げることができるため、シンプルなパターンによって、つまり、基板の配線を多層配線とすることなく、マトリクス配線を実現することができる。加えて、分断された第2配線は、発光素子における半導体積層体に加え第2電極を用いて通電させることができるために、導通抵抗を低減させることができる。よって、発光素子点灯時の発熱を低減させ、発光装置の信頼性を高めることができる。
ここで、絶縁性の保護膜としては、特に限定されるものではなく、例えば、Si、Al、Nb、Zr、Tiなどの酸化物、窒化物又はフッ化物の単層膜又は多層膜が挙げられる。膜厚は、適宜調整することができる。
コアの成分は、Cuが主成分(つまり、Cuの含有率が50質量%以上)であることが好ましい。特に、Cu含有率99質量%以上のボール又はCuとZn、Sn、P、Ni、Au、Mo、Wの内の1種以上との合金のボールである場合は、熱伝導性及び電気伝導性に優れるため好ましい。
そして、このような任意の発光素子の点滅が自在に制御することが可能となる発光装置を得ることができるため、後述するように、いわゆる配光可変ヘッドランプとして、配光可変ヘッドランプシステムにおいて有効に利用することが可能となる。
駆動基板上に実装された複数の発光素子は、それぞれ、発光素子周囲に反射部材が形成されていることが好ましい。反射部材は、各発光素子の側面と接触して配置されていることが好ましい。反射部材は、基板と発光素子との間、第1電極と第1配線及び第2電極と第2配線との接続部を取り囲んで配置されていることが好ましい。反射部材は、いくつかの発光素子ごとに又は発光素子ごとに配置してもよいが、全ての発光素子に対して一体的に成形されたものが好ましい。これにより、発光素子から照射される光の全てを、光取り出し面側(発光素子の上面又は下面)から効率的に取り出すことができる。また、これにより発光領域と発光しない領域との明暗境界が鮮明となり、いわゆる見切りのよい発光状態とすることができる。
波長変換層は、発光素子からの光を、異なる波長に変換させるものであり、発光装置において、発光素子の光取り出し面側に配置されていることが好ましい。波長変換層としては、例えば、蛍光体や量子ドットを用いることができる。
量子ドットとしては、半導体材料、例えば、II−VI族、III−V族、I−III−VI族半導体、具体的には、ZnS、CdS、CdSe、InAgS2、InCuS2、コアシェル型のCdSxSe1-x/ZnS、GaP等のナノサイズの高分散粒子が挙げられる。InP、InAs、InAsP、InGaP、ZnTe、ZnSeTe、ZnSnP、ZnSnP2であってもよい。
蛍光体層は、貼着法、電着法、静電塗装法、スパッタリング法、蒸着法、ポッティング法、印刷法、スプレー法等を用いて形成することができる。貼着法は、蛍光体層を均一に含むシート又は板状体を貼り付けることによって簡便に形成することができる。電着法、静電塗装法、スパッタリング法、蒸着法は、発光素子及び基体上全体に、蛍光体層を、バインダーを用いずに付着させることができる。蛍光体層を付着した後で、バインダーとなる樹脂等を含浸させてもよい。ポッティング法、印刷法、スプレー法は、透光性部材中に分散させた蛍光体を用いることによって、選択的に蛍光体を付着させることが可能である。ここでの透光性部材は、発光素子のピーク波長の60%以上、70%以上、80%以上を透過し得る材料によって形成することができ、上述した熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等から適宜選択することができる。
配光可変ヘッドランプシステムとは、車両が、ヘッドランプのハイビームで走行中に、対向車又は前走車等の前方車両あるいは前方に対向する人が出現した際に、車載カメラで前方車両又は人の位置を検知し、その位置のみを遮光し、他の位置はハイビームで照射するヘッドランプシステムである。前方車両又は人の位置に合わせて、ヘッドライトの照射エリアのうち、遮光するエリアを自動的に調整し、前方車両のドライバ又は人に眩しさを与えることを回避することができる。その一方、ドライバは常にハイビーム走行に近い視界を確保することができ、歩行者、道路標識、遠方の道路形状等が見やすくなり、安全運転に寄与することができる。
従って、従来、車両用前照灯装置において、必要であった、レンズの移動、灯体のスイブル用の駆動装置(ACT)等を用いることなく、発光素子の点滅のみで同様の制御が可能となる。
そして、電子制御装置は、その配光パターンを実現するために必要な発光装置の制御量を決定する。ここで、制御量は、例えば、遮光領域の位置及び範囲等であり、この制御量に基づいて、発光装置における各発光素子の制御内容(点消灯、投入電力など)を決定する。
(駆動基板)
この実施形態における発光装置90で用いられる駆動基板10は、図1Aに示すように、基板13と、第1配線11及び第2配線12とを備える。
基板13は、窒化アルミニウムによる単層構造によって構成されている。例えば、そのサイズは、10mm×10mmであり、厚みは0.5mmである。
このような駆動基板を製造する工程は非常に簡便であるために、製造コストの上昇を抑えることができる。さらに、基板等の膨張及び収縮を回避して、高精度の駆動基板を得ることができる。
この実施形態の発光装置90は、図2C及び図2Dに示すように、上述した駆動基板10の上に、図1Bに示すように、16個の発光素子14が搭載されて構成されている。
発光素子14は、例えば、図1D、1E及び1Fに示すように、サファイア基板S上に第1導電層、発光層及び第2導電層を含む半導体積層体SCが積層され、この半導体積層体SCの同一面側に第1電極15及び第2電極16が形成されている。
第1電極15及び第2電極16は、図1Cに示すように、平面視において、発光素子14の内側に配置されている。例えば、第1電極15は、発光素子14の一辺の1/4〜1/3程度の直径を有する円形状であり、発光素子14の中央に配置されている。この第1電極15を取り囲むように、発光素子14とほぼ等しいか若干小さい外形形状で、第2電極16が配置されている。
具体的には、図1Dから図1Fに示すように、第2電極16の表面において、少なくとも2つ、接続部16a、16b、例えば、4つの接続部16a、16b、16c、16dを露出するとともに、第1電極15も露出するように、保護膜19を形成することが好ましい。
そのため、各発光素子を独立して駆動制御することができる。その結果、任意の位置の発光素子のみを、任意の数、選択して点灯又は消灯させることができる。また、任意の発光素子においてのみ、電力の大小の制御が可能となり、発光装置内で明暗を与えることができる。
加えて、第2電極16が、複数の接続部16a〜16dによって分断された第2配線12にそれぞれ接続されていることにより、第2方向の導通は第2電極を介することで導通抵抗を低減させることができる。
反射部材18は、TiO2を30重量%含有するシリコーン樹脂によって形成されている。反射部材18の大きさは、2.5×2.5mm、厚みが0.25mm程度である。
反射部材18は、波長変換層17の全側面をも被覆しており、その上面は、波長変換層の上面に一致する。これにより、隣接する発光素子の点滅にかかわらず、点灯した発光素子の光を、光取り出し面から確実に取り出すことができる。
まず、図2Aに示すように、駆動基板10及び発光素子14をそれぞれ準備する。
発光素子14は、4×4のマトリクス状に、スタッドバンプを介して搭載する。発光素子14の間隔は、例えば、100μmとする。
この変形例における駆動基板20は、図3Aに示すように、基板13と、第1配線21及び第2配線22とを備える。第1配線21及び第2配線22とは、3×3でマトリクス状に発光素子を配置するために、それぞれx軸方向及びy軸方向に延長して配置されている。
第2配線22は、y軸方向に沿って、第2配線22x、22y、22zに示すように、3本の第1配線21の対となるように3本に相当する数で配置されている。ただし、y軸方向に沿って配置された第2配線22x、22y、22zは、第1配線21の間に2つに、第1配線21の先端において1つに、これと異なる他端側において1つに、それぞれ4つに離間されて配置されている。
第2配線22の幅Mは540μmであり、その長さは480μmである。第1配線21の幅Qは100μmである。
これらの構成以外は、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の構成を有する。
これによって、第1配線21及び第2配線22は、その交差するが互いに離間されている部位において、発光素子14によって、第x方向及びy方向に、それぞれ低抵抗な状態で電気的に導通することとなる。よって、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の効果を有する。
(駆動基板)
この実施形態における駆動基板30は、図4Aに示すように、基板13と、第1配線31及び第2配線32とを備える。第1配線31及び第2配線32とは、3×3でマトリクス状に発光素子を配置するために、それぞれx軸方向及びy軸方向に配置されている。
第2配線32は、y軸方向に沿って、第2配線32x、32y、32zに示すように、3本に相当する第1配線31の対となるように3本に相当する数で配置されている。ただし、y軸方向に沿って配置された第2配線32は、第1配線31の間に2つに、第1配線31の先端において1つに、これと異なる他端側において1つに、それぞれ4つに離間されて配置されている。
これらの構成以外は、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の構成を有する。
この実施形態の発光装置においては、図4Cに示すように、発光素子24は、サファイア基板S上に第1導電層、発光層及び第2導電層を含む半導体積層体SCが積層され、この半導体積層体SCの同一面側に第1電極15及び第2電極16が形成されている。
第1電極15は、上述した駆動基板の第1配線のパターンに相当するように、平面視において、発光素子24の内側で3つ、互いに平行に配置されている。この第1電極15の幅は70μm程度、長さは420μm程度である。第2電極16は、これら第1電極15に対して平行に、それらの上下に、それぞれ4つずつ、接続部16a〜16gが配置されている。
これらの構成以外は、実質的に実施の形態1の発光装置と同様の構成を有する。
これによって、第1配線31及び第2配線32は、その交差せずに互いに離間されている部位において、発光素子14により、第x方向及びy方向に、それぞれ低抵抗な状態で電気的に導通することとなる。よって、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の効果を有する。
この変形例における駆動基板40は、図5Aに示すように、基板13と、第1配線41及び第2配線42とを備える。第1配線41及び第2配線42とは、3×3でマトリクス状に発光素子を配置するために、それぞれx軸方向(階段状)及びy軸方向に配置されている。
第2配線42は、y軸方向に沿って、第2配線42x、42y、42zに示すように、3本の第1配線41の対となるように3本に相当する数で配置されている。ただし、y軸方向に沿って配置された第2配線42は、第1配線41の間に2つに、第1配線41の先端において1つに、これと異なる他端側において1つに、それぞれ4つに離間されて配置されている。なお、3本の第2配線42は、第1配線41の各段に対応して、それぞれy軸方向にシフトして配置されている。
これらの構成以外は、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の構成を有する。
これによって、第1配線21及び第2配線42は、その交差せずに互いに離間されている部位において、発光素子14によって、第x方向及びy方向に、それぞれ低抵抗な状態で電気的に導通することとなる。よって、実質的に実施の形態1の駆動基板と同様の効果を有する。
この実施形態の配光可変ヘッドランプシステム50は、図6Aに示すように、実施形態2における発光装置を配光可変ヘッドランプ51として備え、さらに、前方車両の位置を認識する車載カメラ52と、遮光すべきエリアと配光パターンを判断する電子制御装置54とを備える。
電子制御装置54は、通常、CPU、RAM、ROM及びI/O等を含むマイクロコンピュータで構成されている。ROMには、配光制御を行うためのプログラム等が記憶されている。RAMは、CPUが各種演算等を行う際のワークエリアとして使用される。
このように構成される配光可変ヘッドランプシステム50は、図6Bに示すように制御することができる。
まず、車載カメラ52は、車両前方から、必要なデータを取得する(S10)。データは、例えば、車両前方の画像、車速、車間距離、走路の形状、配光パターン等のデータである。取得したデータは、電子制御装置54に送信される。
電子制御装置54は、取得したデータに基づいてデータ処理を行う(S20)。データ処理により、車両前方の物体の属性(信号灯、照明灯等)、車両等の属性(対向車、先行車、人)、車速、車間距離、物体の輝度、道路形状(車線幅、直線路)等が算出される。
次に、電子制御装置54は、算出されたデータに基づいて、適切な配光パターンを決定する(S30)。選択される制御配光パターンは、例えば、ハイビーム用配光パターン、車速が速い場合は集光配光パターン、車速が低い場合は拡散配光パターン、対向車両が検出された場合にはロービーム用配光パターン等である。
電子制御装置54は、決定された配光パターンに応じて、配光可変ヘッドランプ51における各発光素子の点消灯及び/又は投入電力の制御量を決定する(S40)。
これらの一連のフローが所定時間間隔で繰り返される。
11、11x、11y、11z、11w、21、31、41 第1配線
11a、12a、21a、22a、31a、32a、41a、42a 引き回し配線
11b、12b、21b、22b、31b、32b、41b、42b パッド電極
12、12x、12y、12z、12w、22、22x、22y、22z、32、32x、32y、32z、42、42x、42y、42z 第2配線
13 基板
13a 第1主面
14、24 発光素子
15 第1電極
16 第2電極
16a〜16h 接続部
17 波長変換層
18 反射部材
19 保護膜
50 配光可変ヘッドランプシステム
51 配光可変ヘッドランプ
52 車載カメラ
53 ドライバ
54 電子制御装置
90 発光装置
S サファイア基板
SC 半導体積層体
Claims (13)
- 第1主面を有する基板と、
前記第1主面に形成され、第1方向に延長する複数の第1配線と、
前記第1主面に形成され、第2方向に延長し、分断されて配置される複数の第2配線と、
半導体積層構造の同一面側に配置された第1電極及び第2電極を備える複数の発光素子とを備え、
前記第1電極は、前記第1配線と対向して接続しており、
前記第2電極は、第1接続部と、前記第1接続部と前記第2電極によって繋がった第2接続部とを有して、前記第2配線と対向し、
前記第1接続部及び前記第2接続部が、前記第2方向に分断された少なくとも2つの第2配線間を跨いで、それぞれ該第2配線に接続しており、
前記複数の発光素子は、前記第2方向に沿って配置されている発光装置。 - 第1主面を有する基板と、
前記第1主面に形成され、第1方向に延長する複数の第1配線と、
前記第1主面に形成され、第2方向に延長し、分断されて配置される複数の第2配線と、
半導体積層構造の同一面側に配置されたn側電極である第1電極及びp側電極である第2電極を備える複数の発光素子とを備え、
前記第1電極は、前記第1配線と対向して接続しており、
前記第2電極は、第1接続部と、第2接続部とを有して、前記第2配線と対向し、
前記第1接続部及び前記第2接続部が、前記第2方向に分断された少なくとも2つの第2配線間を跨いで、それぞれ該第2配線に接続しており、
前記複数の発光素子は、前記第2方向に沿って配置されている発光装置。 - 前記第1電極と前記第1配線又は前記第2電極と前記第2配線とが、スタッドバンプ又は半田ボールにより接続されている請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記第2電極は、前記第1電極を囲むように配置され、前記第1電極及び第2電極の上面が同一平面を形成する請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1配線は、前記第2電極と対向して配置される領域を有しており、前記領域の前記第1配線の表面又は前記第2電極の表面に絶縁性の保護膜が形成されている請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記複数の発光素子間に、前記発光素子の側面と接して反射部材が形成されている請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記複数の発光素子が独立駆動制御型である請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1配線と第2配線とは、同じ金属材料によって形成されている請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記基板は、単層のセラミックスである請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1配線と第2配線とは、行列方向に規則的に配列されている請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1配線又は第2配線は、部分的に分岐している請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第2配線は、前記第1配線よりも幅広である請求項1〜11のいずれか1つに記載の発光装置。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光装置と、
前方車両の位置を認識する車載カメラと、
遮光すべきエリアと配光パターンを判断する電子制御装置とを備える配光可変ヘッドランプシステム。
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