(57)【要約】【課題】車両環境および発熱に対する信頼性を高めた光源モジュールを提供する。【解決手段】発光素子（マイクロＬＥＤ）１０をドライバＩＣ２０に一体的に搭載した光源モジュール１であり、発光素子１０の発光面１１が露呈された状態で発光素子１０とドライバＩＣが樹脂５０により封止される。ドライバＩＣ２０はベース３０に実装されてヒートシンク１１１に取り付けられる。ベース３０に電気接続されるアタッチメント４０を備えて外部の電源・制御系に電気接続することが好ましい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ状の発光素子と、この発光素子を駆動するドライバ装置を備え、前記発光素子を前記ドライバ装置に一体的に搭載した光源モジュールであって、前記発光素子の発光面が露呈された状態で当該発光素子と前記ドライバ装置が封止材料により封止されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記ドライバ装置が実装されるベースを備えており、当該ベースはヒートシンクに取り付けられ、前記封止材料は当該ベース上に配設される請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記ドライバ装置は発光素子を駆動するための回路が集積されたドライバＩＣとして構成されており、前記発光素子は当該ドライバＩＣにフリップチップにより搭載されている請求項１又は２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記ベースは前記ドライバＩＣに電気接続される配線を備えており、当該配線を介して外部の電源・制御系に電気接続される請求項３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記ベースの配線に電気接続されるアタッチメントを備え、当該アタッチメントには前記外部の電源・制御系に電気接続するコネクタを備える請求項４に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記ドライバＩＣは前記ベースにフリップチップにより実装されている請求項３ないし５のいずれかに記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記ドライバＩＣは前記ベースにワイヤボンディングにより実装されている請求項３ないし５のいずれかに記載の光源モジュール。
【請求項８】
前記封止材料は樹脂材である請求項１ないし７のいずれかに記載の光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子、特にチップ型の発光素子をドライバＩＣ（集積回路）に搭載した構造の光源モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤアレイ、特にマイクロＬＥＤ等のような半導体で構成された発光素子をディスプレイ装置に適用することが提案されている。また、車両用ランプにおいても、光源としてこの種の発光素子を用いることが検討されている。このような発光素子を光源に用いる場合には、所要サイズのチップに形成された発光素子を、当該発光素子を駆動するためのドライバＩＣ上に搭載し、両者を一体化して光源モジュールとして構成することが好ましい。
【０００３】
例えば、特許文献１には、発光素子としてのＬＥＤアレイをドライバＩＣに搭載して発光表示装置を構成する技術が開示されている。ここでは、ドライバＩＣの上面にＬＥＤアレイをフリップチップ実装して両者を一体化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１４７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常の半導体チップを含む装置では、信頼性を高めるために半導体チップを樹脂やセラミック等で封止してパッケージすることが行われる。しかし、発光素子チップはその表面、すなわち発光面から光を出射させる必要があるためパッケージを行うことは難しい。特許文献１にも、発光素子チップとドライバＩＣを一体的にパッケージすることまでは記載されていない。
【０００６】
このように、発光素子を含んで光源モジュールを構成する場合には、樹脂やセラミックによるパッケージを行うことが難しい。そのため、パッケージしていない光源モジュールを車両用ランプに適用したときには、厳しい車両環境、例えば温度、湿度、振動、衝撃等に対する信頼性を維持することが難しいという課題が生じる。
【０００７】
また、仮に発光素子やドライバＩＣをパッケージしたとしても発光素子の発熱が問題になる。発光素子をパッケージすることにより発生した熱の放熱がパッケージにより阻害されるおそれがある。放熱が十分でないと、ＬＥＤ等の発光素子はいわゆる熱暴走によって発光特性が低下され、光源モジュールの信頼性が低下するという問題も生じる。
【０００８】
本発明の目的は、車両環境および発熱に対する信頼性を高めた光源モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、チップ状の発光素子と、この発光素子を駆動するドライバ装置を備え、当該発光素子を当該ドライバ装置に一体的に搭載した光源モジュールであって、発光素子の発光面が露呈された状態で発光素子とドライバ装置が封止材料により封止されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、ドライバＩＣが実装されるベースを備え、当該ベースはヒートシンクに取り付けられ、封止材料は当該ベース上に配設されることが好ましい。また、ベースの配線に電気接続されるアタッチメントを備え、当該アタッチメントには外部の電源・制御系に電気接続するコネクタを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光素子とドライバ装置を封止材料で封止することにより、光源モジュールを車両に適用した場合においても、光源モジュールを車両環境から保護して信頼性を高めることができる。また、樹脂封止した場合においては、発光素子を搭載したドライバ措置をベースに実装し、さらにベースをヒートシンクに固定することにより、光源モジュールの放熱効果を高めて信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光源モジュールを適用したヘッドランプの断面図。
【図２】実施形態１の光源モジュールの断面図。
【図３】実施形態１の光源モジュールの概略部分分解斜視図。
【図４】マイクロＬＥＤとドライバＩＣの回路構成を説明する模式図。
【図５】実施形態２の光源モジュールの断面図。
【図６】実施形態３の光源モジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の光源モジュールを適用した自動車のヘッドランプの概略断面図である。ヘッドランプＨＬのランプハウジング１００内にランプユニット１１０が内装されており、ランプボディ１０１に支持されている。このランプユニット１１０から出射された光は、当該ランプハウジング１００の透光カバー１０２を透過されて自動車の前方領域に照射される。
【００１４】
前記ランプユニット１１０は本発明にかかる光源モジュール１を備えており、この光源モジュール１の発光を制御することにより、対向車や先行車を眩惑しないように一部の領域を遮光し、その他の領域を広範囲に照明するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）制御が可能なランプユニットとして構成されている。
【００１５】
前記ランプユニット１１０は、前記光源モジュール１を固定支持するヒートシンク１１１と、光源モジュール１で発光した光を自動車の前方領域に投影するための投影レンズ１１２を備えている。この投影レンズ１１２は前記ヒートシンク１１１に支持されている筒状のレンズホルダ１１３に支持されている。
【００１６】
前記光源モジュール１には電源・制御系２００が接続されている。この電源・制御系２００は、車載バッテリ２０２を電源として光源モジュール１に電力を供給する電源部２０１と、光源モジュール１に供給する電流を制御する制御部２１０を備えている。前記電源部２０１は、例えばＤＣ−ＤＣスイッチングコンバータで構成されている。前記制御部２１０は、ここでは自動車に装備されている制御ＥＣＵで構成されている。この制御ＥＣＵ２１０には監視センサーとしての撮像カメラ２１１が接続されており、この撮像カメラ２１１で撮像した外部画像に基づいて光源モジュール１の電流を制御し、前記したＡＤＢ制御を実行する。
【００１７】
図２は前記光源モジュール１の断面図、図３はその部分分解概略斜視図である。なお、以降において、上下方向は図２を基準にしているが、この上下方向は図１においては前記ランプユニット１１０の光軸Ｌｘに沿った前後方向に相当する。光源モジュール１は、チップ状をした発光素子１０と、この発光素子１０を搭載しているドライバＩＣ（集積回路装置）２０と、さらにこのドライバＩＣ２０を実装しているベース３０とを備えている。そして、このベース３０は前記ランプユニット１１０のヒートシンク１１１に固定されている。
【００１８】
前記発光素子１０は、複数のＬＥＤを一体に配列したチップ状のＬＥＤアレイ、ここではマイクロＬＥＤで構成されている。このマイクロＬＥＤ１０の上面には複数のＬＥＤが配設されており、当該マイクロＬＥＤの上面は発光面１１として構成されている。また、このマイクロＬＥＤ１０の下面には複数の搭載バンプ１２が配設されている。これらの搭載バンプ１２は前記複数のＬＥＤにそれぞれ接続されており、ここではｎ×ｍ（ｎ，ｍは２以上の整数）の枡目状に配列されている。
【００１９】
前記ドライバＩＣ２０は、後述するように複数のトランジスタ素子がモノリシックに形成された半導体装置として構成されている。これら複数のトランジスタ素子は、前記マイクロＬＥＤ１０を構成している複数のＬＥＤにそれぞれ駆動電流を供給する電流駆動回路を構成している。このドライバＩＣ２０の上面には導電膜により複数の搭載パッド２１が配設され、下面には複数の実装バンプ２２が形成されている。この搭載パッド２１は前記マイクロＬＥＤ１０の搭載バンプ１２に対応して配列されており、導電性バンプ２２はドライバＩＣ２０の周縁に沿って配列されている。
【００２０】
前記ベース３０は、熱伝導率の高い絶縁材、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウム等のセラミックスで平板状に形成されている。このベース３０はその下面が前記ヒートシンク１１１の上面に密接した状態で固定されている。当該ベース３０の上面には所要形状の導電パターンが形成されている。この導電パターンは、ベース３０の上面中央領域に配設されて前記ドライバＩＣ２０を実装するための複数の実装パッド３１と、当該上面の周辺領域に配設されて後述するアタッチメント４０との電気接続を行うための入出力パッド３２と、これら実装パッド３１と入出力パッド３２を相互に電気接続するための接続部３３とを備えている。前記実装パッド３１は前記ドライバＩＣ２０の実装バンプ２２に対応して配列されている。
【００２１】
前記光源モジュール１においては、前記ベース３０の上面にドライバＩＣ２０がフリップチップ方式で実装される。すなわち、ドライバＩＣ２０の下面の実装バンプ２２が、ベース３０の上面の実装パッド３１に接合されることにより、両者は一体化されるとともに、相互に電気接続される。さらに、このドライバＩＣ２０の上にマイクロＬＥＤ１０がフリップチップ方式で搭載される。すなわち、マイクロＬＥＤ１０の下面の搭載バンプ１２がドライバＩＣ２０の上面の搭載パッド２１に接合されることにより両者は一体化され、かつ相互に電気接続される。
【００２２】
その上で、図２に示したように、マイクロＬＥＤ１０の上面、すなわち発光面１１を除いた領域、ここではマイクロＬＥＤ１０の側面領域からドライバＩＣ２０を完全に覆う領域に封止用の樹脂５０が被着され、これらの領域を当該樹脂５０で封止したパッケージが構成されている。この封止用の樹脂５０は、ここではシリコーンを用いている。この樹脂５０は前記ベース３０の上面を封止しているが、当該ベース３０の上面の周辺領域、すなわち前記入出力パッド３２が形成されている領域には被着しておらず、入出力パッド３２は露呈された状態とされている。
【００２３】
このような樹脂５０の封止を行う工程としては、例えばゾル状の樹脂を図外のノズルから吐出させながらドライバＩＣ２０を覆うように塗布し、その後硬化させる樹脂ポッティングの方法が採用できる。あるいは、ドライバＩＣ２０を囲むようにしてベース３０の上に図外の型枠を仮置きした上で、当該型枠内に流動性のある樹脂を充填し、硬化させた後に型枠を除去する方法であってもよい。また、予め樹脂を所定の形状に形成したものを接着剤等によってドライバＩＣ２０を覆うように接着する方法であってもよい。いずれにしても、樹脂によりドライバＩＣを液密ないし気密状態に封止する方法であればよい。
【００２４】
さらに、前記ベース３０を囲むようにヒートシンク１１１の上面にアタッチメント４０が固着されている。このアタッチメント４０は樹脂等の絶縁材によって矩形の枠体４１として形成されており、この枠体４１の下縁部の複数箇所に設けられた支持片４２においてヒートシンク１１１にネジ４３で固定されている。また、当該枠体４１の上縁部には、マイクロＬＥＤ１０から出射される光に影響を与えないように開口窓を設けた天板、換言すれば庇板４４が形成され、さらに当該枠体４１の周方向の一部には側方に向けて開口した角筒状をしたコネクタハウジング４５が一体に形成されている。
【００２５】
その上で、前記枠体４１には金属等の導電材が、例えばインサート成型によって一体に形成されている。この導電材の一部は前記コネクタハウジング４５内に配設されて図外の外部コネクタに電気接続するためのコネクタ端子４６として構成されている。また、前記導電材の複数の他部は前記庇板４４の内面に沿って周方向に配列されており、その先端が下方に向けて突出延長されたコンタクト片４７として構成されている。前記コネクタ端子４６とコンタクト片４７は相互に電気接続されている。
【００２６】
このアタッチメント４０をヒートシンク１１１に固定することにより、コンタクト片４７は自身の弾性によりベース３０の周辺領域に露呈されている入出力パッド３２に接触され、相互に電気接続される。また、コネクタ端子４６は、コネクタハウジング４５に嵌合される外部コネクタに電気接続される。この外部コネクタは、図１に示した電源部２０１と制御ＥＣＵ２１０に電気接続されており、コネクタ端子４６に電気接続されることにより光源モジュール１に対して電源・制御系２００が電気接続される。
【００２７】
図４は前記マイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０の回路構成の一例を示す模式図である。マイクロＬＥＤ１０には、前記したように複数のＬＥＤが配列されており、搭載バンプ１２、搭載パッド２１、実装パッド２２を介して電源部２０１から給電されるようになっている。ドライバＩＣ２０は電流駆動回路として、例えばトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２でカレントミラー回路が構成されており、実装バンプ２２を介して前記制御ＥＣＵ２１０から出力される制御信号によりトランジスタＴｒ３のベース電流を制御して当該カレントミラー回路の動作をオン、オフし、トランジスタＴｒ２の電流を制御する。これにより、トランジスタＴｒ２に接続されたＬＥＤに供給される電流が制御され、各ＬＥＤの発光が個々に、あるいは所定数毎に一括して制御される。
【００２８】
この実施形態の光源モジュール１は、図１に示したように、ヒートシンク１１１に固定されたときには、マイクロＬＥＤ１０の発光面１１はランプユニット１１０の前方に向けられる。そして、制御ＥＣＵ２１０での制御により、マイクロＬＥＤ１０の複数のＬＥＤの発光が制御され、各ＬＥＤで発光した光は投影レンズ１１２により自動車の前方領域に投影される。詳細な説明については省略するが、複数のＬＥＤはそれぞれ自動車の前方領域の各部に対応されているので、発光したＬＥＤに対応する前方領域に光が照射され、所要の配光での照明が実行される。
【００２９】
したがって、図１に示した撮像カメラ２１１により自動車の前方領域に存在する他車、すなわち先行車や対向車を検出し、この検出に基づいて制御ＥＣＵ２１０からドライバＩＣ２０に所要の制御信号を出力する。ドライバＩＣ２０は、マイクロＬＥＤ１０のＬＥＤのうち、検出した他車が存在する領域に対応するＬＥＤを消光あるいは減光することにより、当該他車を眩惑することがなく、その他の領域を明るく照明するＡＤＢ制御が実行される。
【００３０】
この光源モジュール１は、マイクロＬＥＤ１０での発光を妨げないようにして樹脂５０によりマイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０を気密ないし液密に封止してパッケージを構成しているので、マイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０を自動車の厳しい外部環境から保護することができる。すなわち、温度変化、湿度変化、振動、衝撃等からマイクロＬＥＤ１０のＬＥＤと、ドライバＩＣ２０のトランジスタ素子を保護し、安定した電流制御を行って好適なＡＤＢ制御が実現できる。
【００３１】
また、ドライバＩＣ２０とマイクロＬＥＤ１０は、マイクロＬＥＤ１０からの光の出射に影響を与えない範囲で、アタッチメント４０の枠体４１と庇板４４により周囲領域ないし上方領域が覆われているので、外部衝撃からの保護を図る上でも有効である。
【００３２】
マイクロＬＥＤ１０は発光に伴い発熱するが、発光面側の熱はアタッチメント４０の開口窓を通して輻射されて放熱される。また、反対の下面側の熱はドライバＩＣ２０からベース３０に伝熱され、さらにヒートシンク１１１に伝熱されて放熱される。ベース３０は熱伝導率の高いセラミックスで構成されているので、高い放熱効果が得られ、マイクロＬＥＤ１０およびドライバＩＣ２０における熱的な信頼性が確保される。
【００３３】
（実施形態２）
図５は実施形態２の光源モジュール１Ａの断面図であり、実施形態１と同じ構成の主要な部位には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。ランプユニットのヒートシンク１１１に固定されたベース３０ＡにドライバＩＣ２０が実装され、このドライバＩＣ２０の上面にマイクロＬＥＤ１０が搭載されている。また、ドライバＩＣ２０とマイクロＬＥＤ１０は封止用の樹脂５０でパッケージされ、ヒートシンク１１１に固定されたアタッチメント４０Ａによりベース３０に対する電気接続が行われている。
【００３４】
ここで、実施形態２では、ベース３０Ａは周壁３４を有する浅皿容器状に形成されている。このベース３０Ａの内面側には導電膜により所要の導電パターンが形成され、この配線パターンによりベース３０Ａの内底面に実装パッド３１が配設され、前記周壁３４の上面に入出力パッド３２が配設されている。このベース３０Ａの高さ寸法は、周壁３４の上面がマイクロＬＥＤ１０の発光面にほぼ等しい高さ位置、ないしはそれよりも幾分低い高さ位置となるように設定されている。
【００３５】
ベース３０Ａの内底面には実施形態１と同様にドライバＩＣ２０とマイクロＬＥＤ１０が実装、搭載されており、これらにおける実装、搭載の構成は実施形態１と同じである。前記ベース３０Ａの内底面を含む内部には封止用の樹脂５０が充填され、この樹脂５０によりドライバＩＣ２０の全体とマイクロＬＥＤ１０の周辺領域が封止されている。
【００３６】
実施形態２は、容器状をしたベース３０Ａの内部に封止用の樹脂５０を充填することによりマイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０のパッケージが実現できるので、実施形態１における樹脂の封止工程に比較して簡単に封止を行うことができる。また、衝撃や振動によっても樹脂５０の型崩れが生じることはなく、パッケージの信頼性が向上する。さらに、樹脂５０とベース３０Ａとの接触面積は実施形態１よりも大きくできるので、マイクロＬＥＤ１０で発生した熱の一部は樹脂５０を介してベースに伝熱するが、その際の伝熱量を実施形態１よりも多くして放熱効果をより高めることができる。
【００３７】
（実施形態３）
図６は実施形態３の光源モジュール１Ｂの断面図である。実施形態３は実施形態２の変形例に相当するものであり、ドライバＩＣ２０は、下面に実装バンプが形成されておらず、上面の周辺部にボンディングパッド２３が配設されている。また、ベース３０Ｂは周壁３４が２段に構成されており、内側の低い側の上面に実装パッド３１が形成され、外側の高い側の上面に入出力パッド３２が形成されている。
【００３８】
ドライバＩＣ２０はベース３０Ｂの内底面に接着や接合等により実装された上で、当該ボンディングパッド２３と、ベース３０Ｂの実装パッド３１がボンディングワイヤ２４により電気接続されている。また、ベース３０Ｂの内部には、実施形態２と同様に封止用の樹脂５０が充填され、マイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０とボンディングワイヤ２４が封止されてパッケージが構成されている。
【００３９】
アタッチメント４０Ｂは実施形態２とほぼ同じ構成であり、枠体４１にインサート成型した導電材によりコネクタ電極４６とコンタクト片４７が形成されている。また、このアタッチメント４０Ｂは、庇板４４を覆うように導電材からなるカバー４８が設けられている。このカバー４８は、前記コンタクト片４７を形成している導電材とは独立て設けられている。このカバー４８は、その内側の先端がマイクロＬＥＤ１０の周辺近傍まで延長されており、少なくともドライバＩＣ２０の上方領域を電磁的に遮蔽するシールドとして機能される。なお、このカバー４８は周壁３４の外側面にまで延長されてもよく、このようにすればドライバＩＣ２０の側方領域についても電磁的に遮蔽する上で有利になる。
【００４０】
実施形態３では、パッケージ用の樹脂５０によりマイクロＬＥＤ１０とドライバＩＣ２０とボンディグワイヤ２４が封止されるので、これらを外部環境から保護し、信頼性を向上する。また、実施形態３では、図４に示したドライバＩＣ２０に構成されている電流制御回路のトランジスタ素子がＭＯＳトランジスタで構成されている場合に、当該ＭＯＳトランジスタをカバー４８での電磁シールド効果によって外部の電磁波や静電気から保護することが可能になる。これにより、ドライバＩＣ２０の電気的な信頼性を向上することも可能になる。
【００４１】
本発明において、前記した各実施形態は、発光素子としてマイクロＬＥＤを例示しているが、ＬＥＤアレイ、半導体レーザ、有機ＥＬ等をドライバＩＣに搭載する光源モジュールであってもよい。また、本発明における発光素子とドライバＩＣはそれぞれ１つに限られるものではなく、複数の発光素子とドライバＩＣで構成される光源モジュールであってもよく、これらが一体的にあるいはそれぞれ個別にパッケージされる構成であってもよい。
【００４２】
本発明において、ベースに設けた入出力パッドに対して電気接続を行う構成は、必ずしも実施形態に記載のアタッチメントを用いた構成でなくてもよく、例えばベースにコネクタを設けて外部の電源・制御系に電気接続するように構成してもよい。
【００４３】
本発明において、ドライバＩＣは絶縁基板上に電子部品を実装したハイブリッド型のＩＣとして構成されてもよく、さらには発光素子に供給する電流を駆動する回路を備えるのみではなく、発光素子に供給する電力を制御するための制御回路の一部を含む構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  光源モジュール
１０  発光素子（マイクロＬＥＤ）
２０  ドライバＩＣ（ドライバ装置）
３０，３０Ａ，３０Ｂ  ベース
４０，４０Ａ，４０Ｂ  アタッチメント
５０  樹脂（封止材料）
１１１  ヒートシンク
２００  電源・制御系
２０１  電源部
２１０  制御ＥＣＵ
【図１】
2019153723.tif 000003
【図２】
2019153723.tif 000004
【図３】
2019153723.tif 000005
【図４】
2019153723.tif 000006
【図５】
2019153723.tif 000007
【図６】
2019153723.tif 000008