(57)【要約】  本発明は、基板（１２）と、前記基板の第１の側に取り付けられている少なくとも１つのＬＥＤチップ（２０）と、ＬＥＤチップ（２０）を覆っている光学素子（２１）とを有するＬＥＤモジュール（１０）に関する。基板（１２）は、前記基板の前記第１の側から前記基板の第２の対向する側まで延在する少なくとも１つのバイアチャネル（２２）を更に備えており、これにより、前記バイアチャネルは、前記少なくとも１つのＬＥＤチップ（２０）を制御回路（３２）に電気的に接続する伝導手段を備えている。前記基板に伝導手段を備えるバイアチャネルを設けることにより、前記制御回路は、前記基板の第２の側（下側）又は縁において接続されることができる。従って、前記基板からの上部取付の電気的インターフェースが必要とされないので、小型化及び発光その他に関して有利である。
2008504711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
―  基板と、
―  前記基板の第１の側に取り付けされている少なくとも１つのＬＥＤチップと、
―  前記少なくとも１つのＬＥＤチップを覆う光学素子と、
を有するＬＥＤモジュールであって、前記基板は、前記基板の前記第１の側から前記基板の第２の側に延在している少なくとも１つのバイアチャネルを備えており、前記バイアチャネルは、前記少なくとも１つのＬＥＤチップを制御回路に電気的に接続する接続手段を備えている、ＬＥＤモジュール。
【請求項２】
前記基板の前記第１の側に利用されている伝導性金属パターンを更に有し、前記のようなパターンは、前記ＬＥＤチップ上の接続パッドと前記少なくとも１つのバイアチャネルの伝導手段との間に電気的接触を設けるように配されている、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つのバイアチャネルは、前記基板から電気的に隔離されている、請求項１又は２に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項４】
前記伝導手段は複数の導体を有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の記載のＬＥＤモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも１つのバイアチャネルは、前記基板の前記第１の側と前記第２の側との間の前記基板の縁に配されている、請求項１ないし４の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項６】
前記制御回路は、前記基板の前記第２の側における前記バイアチャネルにおいて取り付けられており、ヒートシンクが前記制御回路の近傍の前記第２の側に取り付けられている、請求項１ないし５の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項７】
前記基板及び前記制御回路は、ヒートシンク上で互いに近傍に取り付けられており、前記ヒートシンクは、前記制御回路を前記基板の前記バイアチャネルの前記伝導手段に電気的に接続する伝導層を備える前記制御回路及び前記基板に面している側に設けられている、請求項１ないし５の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項８】
前記基板は、ヒートシンク上に取り付けられており、前記制御回路は前記ヒートシンクと前記基板との間に配されている、請求項１ないし５の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項９】
前記ＬＥＤチップは、フリップチップ取り付けされている請求項１ないし８の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板と、前記基板の一方の端部に取り付けられた少なくとも１つのＬＥＤチップと、前記少なくとも１つのＬＥＤチップを覆っている光学素子とを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の上部に取り付けられたＬＥＤチップと、前記のようなチップ及び基板を覆っている光学レンズとを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、例えば、米国特許第６２７４９２４号に記載されている。前記のようなパッケージは、更に、前記チップ及び前記基板の上部から前記ＬＥＤパッケージの金属リード線まで延在している結合ワイヤを有し、前記のようなリード線は、制御回路への電気接続を提供している。前記チップを備える前記基板を覆っている光学レンズは、前記チップ及び前記基板から延在している前記結合ワイヤも覆うように、適応化されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、パッケージのコストを最小化するために、ＬＥＤパッケージは、可能な限り小さくなくてはならない。パッケージのこの最小化のために、前記チップの直ぐ周りの前記光学レンズの径を最小化することが必要であるが、このことは、前記基板の外部へと延在する前記結合ワイヤの存在によって制限されている。前記結合ワイヤは、前記ＬＥＤチップからの発光ともインターフェースしており、前記ＬＥＤモジュールの性能に負に影響している。
【０００４】
更に、前記光学レンズと前記ＬＥＤチップとの間の光学コンタクトを達成するために、カプセル材（encapsulant）が、一般に、前記のようなレンズと前記チップとの間に利用されている。しかしながら、前記結合ワイヤは、カプセル材の材料の選択を著しく制限し、この結果として、最高チップ温度及びチップの電力が制限され、前記ＬＥＤモジュールの性能を制限している。
【０００５】
本発明の目的は、小型化における前記のような問題を軽減すると共に、低コストにおいて、製造される及びパッケージンングされることができる改善されたＬＥＤ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】
【０００６】
この目的、及び以下の記載から明らかになる他の目的は、前置きとしてＬＥＤモジュールによって達成されるものであり、前記基板は、前記基板の第１端部から前記基板の第２の対向する端部まで延在している少なくとも１つのバイアチャネルを備えており、（複数の）前記バイアチャネルは、少なくとも１つのＬＥＤチップを、制御回路に電気的に接続する伝導手段を備えている。
【０００７】
基板内の前記のような伝導性バイアチャネルは、これ自体は良く知られており、例えば、米国特許ＵＳ６０２０６３７から知られていることに留意されたい。しかしながら、本発明は、ＬＥＤモジュール内の前記基板に、導電性バイアチャネルを設けることにより、何らかの電気制御回路が、前記基板の第２の側（下側）又は縁部で接続されることができることの理解に基づいている。言い換えれば、前記バイアチャネルの使用によって、制御回路への前記電気接続インターフェースは、従来技術のように前記基板の上部にではなく、前記基板の下側又は縁部に位置される。従って、前記制御回路への電気的インターフェースをするワイヤ結合は、前記基板の上側に必要ない。この結果、前記光学素子は、何らかのワイヤ結合又は何らかの他の上部に取り付けられた電気的インターフェースとインターフェースすることなく、前記ＬＥＤチップの近くに位置されることができ、このことは、前記ＬＥＤモジュールが、最小の大きさで実現されることができることを意味する。複数のＬＥＤチップが、最大パッケージング密度で、前記基板に取り付けられることもできる。
【０００８】
ワイヤ結合又は類似の上部取付電気的インターフェースの欠如は、更に、高温耐性カプセル化及びパッケージングが使用されることができ、この結果、最大チップ温度及びチップ電力が、前記カプセル化の材料によって制限されないことを意味する。
【０００９】
前記ＬＥＤチップを前記基板の下部又は縁部において前記制御回路に電気的に接続するために前記前記基板内のバイアチャネルを使用する他の有利な点は、前記電気的インターフェースが前記ＬＥＤチップからの発光とインターフェースせず、これにより、勿論、前記ＬＥＤモジュールの性能が改善されることにある。
【００１０】
ＬＥＤモジュールは、更に、前記基板の上側に利用されている伝導金属パターンを有し、前記のようなパターンは、前記ＬＥＤチップ上の接続パッドと前記少なくとも１つのバイアチャネルの伝導手段との間に電気的接続を提供するように配されている。言い換えれば、前記伝導金属パターンは、前記ＬＥＤチップの接続パッドを前記バイアチャネルの前記伝導手段に電気的に接続する。従って、ＬＥＤチップの前記接続パッドは、前記基板内の前記バイアチャネルに直接的に位置合わせされなくても良い。
【００１１】
導電性又はシリコンのような半導電性材料が前記基板内に使用される場合、前記基板内の前記バイアチャネルは、前記基板から電気的に隔離されている。前記バイアチャネルの前記伝導手段は、複数の別個の導体を有することができる。従って、各バイアチャネルは、複数の電気的接続を提供する。このことによる利点は、１つ以上のＬＥＤチップ（１つのＬＥＤチップは２つの電気的接続を必要とする）を個々に駆動できるようにするために、バイアチャネルがただ１つ必要であれば良いことである。
【００１２】
好ましくは、前記少なくとも１つのバイアチャネルは、前記基板のボディ内に、即ち、前記基板の縁部から離されて配される。代替的には、前記バイアチャネルは、前記基板の縁部に配される。この場合、前記チャネルは前記基板の側部から見られることができ、前記基板を前記制御回路に接続する際に有利であることができる。前記ＬＥＤモジュールの製造も容易化されることができる。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、前記制御回路は、前記基板の下側において前記バイアチャネルの前記下側に取り付けられる。好ましくは、前記制御回路は、ハンダ接続によって前記バイアチャネルの伝導手段に接続される。ヒートシンクが、更に、前記制御回路の近傍の、前記基板の第２の側に更に取り付けられる。従って、前記基板の下側の（バイアチャネルが存在する）部分は、前記制御回路にハンダ付けされ、前記基板の前記下側の（バイアチャネルが存在しない）部分は、前記ヒートシンクにハンダ付けされている。
【００１４】
他の実施例において、前記基板及び前記制御回路は、ヒートシンク上で互いに近くに取り付けられる。従って、前記基板の下側は、１つのボディ、即ち、前記ヒートシンクにハンダ付けされる。前記ヒートシンクは、伝導層を有する前記制御回路及び前記基板に面している側に更に設けられる。前記伝導層は、前記制御回路を前記基板内の前記バイアチャネルの前記伝導手段に電気的に接続する役割をする。
【００１５】
更なる実施例において、前記基板は、ヒートシンク上に取り付けられ、これにより、前記制御回路は、前記基板の下側と前記ヒートシンクとの間に配される。従って、前記のような電気的回路は、前記基板の下側において前記バイアチャネルの前記伝導手段に直接的にハンダ付けされることができる。
【００１６】
好ましくは、前記ＬＥＤモジュールの前記少なくとも１つのＬＥＤチップは、フリップチップ取り付けされる。しかしながら、非フリップチップが使用されることもできる。これらは、例えば、前記基板にワイヤ結合されることができる。ワイヤ結合が、ＬＥＤチップと基板との間に使用される場合、カプセル材の選択の点で不利な点を有する。しかしながら、前記光学素子は、前記基板と前記インターフェースボードとの間のワイヤ結合の代わりに、前記基板内のバイアホールを使用することにより、従来技術の解決策と比較しても前記ＬＥＤチップの近くに位置されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれら及び他の見地は、現在好適である実施例を示している添付図面を参照して、以下でより詳細に記載される。
【００１８】
図において、同一の符号は、前記ＬＥＤモジュールの対応する要素に使用されている。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例によるＬＥＤモジュール１０を示している。ＬＥＤモジュール１０は、基板１２（例えば、シリコン基板）を有する。ＬＥＤモジュール１０は、更に、誘電層１４（誘電層１４は基板１２の上側１６に設けられている）と、誘電層１４の上部に設けられている金属パターン層１８とを有する。前記基板、前記誘電層及び前記金属パターン層は、ＬＥＤチップ２０が取り付けられるサブマウント１３を構成している。ＬＥＤチップ２０を備えるサブマウント１３は、光学素子２１（例えば、光学レンズ又はコリメータ）によって覆われる。
【００２０】
基板１２は、前記基板のボディにおいて、当該基板の上側１６から下側２４へと延在しているバイアチャネル又はバイアホール２２を更に備えている。図１において、バイアホール２２は、伝導材によって充填されており、これにより、前記バイアホールは、基板１２の上側１６と下側２４との間の導電体として機能する。導電性又は半導電性の基板の場合、前記バイアホール、又は少なくとも前記バイアホール内の導体は、前記基板から隔離されていなければならない。
【００２１】
基板１２の上側における金属パターン１８は、前記チップが前記バイアホールの上部に直接的に位置されていない場合でさえも、チップ２０の接続パッド２６がバイアホール２２との電気的接続状態にあるように、設計されている。
【００２２】
基板１２の大部分は、ヒートシンク３４にハンダ付けされている一方で、導電性バイアホール２２の下端２８における小さい部分は、ハンダ接続３０によって、ＬＥＤチップ２０を制御する電気的制御回路３２と接触状態にある。
【００２３】
更に、図１から分かるように、前記制御回路は、ほぼヒートシンク３４のレベルで、ヒートシンク３４の近傍に取り付けられている。
【００２４】
従って、バイアホール２２は、ＬＥＤチップ２０と制御回路３２との間の電気的接続を提供しており、この結果、ＬＥＤモジュールの動作中、前記ＬＥＤチップは、前記制御回路によって制御されることができる。また、レンズ２１は、前記基板から延在している、インターフェースする上部取付電気的インターフェース（例えば、結合ワイヤ等）が無いので、ＬＥＤチップ２０の近くに位置される。
【００２５】
前記のような光学素子の代替的な位置決めが、図２に示されている。図２において、光学素子２１は、基板１２の縁４２まで延在している。前記光学素子のこの位置決めの有利な点は、前記光学素子と前記基板との間の固定点３５が前記ＬＥＤチップの放出面よりも下にあるので、ＬＥＤチップ２０からの側光が、固定点３５における封止／接着層を介して漏出しないことにある。
【００２６】
本発明の第２実施例が、図３に示されている。この実施例において、基板１２の下側は、ヒートシンク３４にのみ取り付けられている。前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの前記基板に面している側において伝導層３６を更に備えている。伝導層３６を備えるヒートシンク３４は、制御回路３２が、図３に示されているように基板１２の隣において、前記ヒートシンクの上部に取り付けられることができるように、基板１２の外側まで延在している。従って、制御回路３２は、本質的に基板１２のレベルにおいて、基板１２の近傍に取り付けられている。伝導層３６は、制御回路３２とバイアホール２２との間の電気的接続を可能にする。
【００２７】
従って、バイアホール２２は、伝導層３６と共に、前記ＬＥＤモジュールの動作中、前記ＬＥＤチップが、前記制御回路によって制御されることができるように、ＬＥＤチップ２０と制御回路３２との間の電気的接続を提供している。上述のように、レンズ２１は、前記基板から延在している、インターフェースする上部取付電気的インターフェース（例えば、結合ワイヤ等）が存在しないので、ＬＥＤチップ２０の近くに位置決めされることができる。
【００２８】
本発明の第３実施例は、図４に示されている。この実施例において、制御回路３２は、基板１２とヒートシンク３４との間に配されている。従って、制御回路３２は、基板１２の下側において、バイアホール２２の伝導手段によって、前記基板の上側におけるＬＥＤチップ２０に接続しており、これにより、上部取付電気的インターフェースは必要でない。制御回路３２は、好ましくは、セラミック基板によって実現される。この構成は、高い熱負荷を可能にする。
【００２９】
前記バイアチャネルの代替的な位置決めは、図５に示されている。図５において、バイアチャネル４０は、基板１２の縁部４２に配されている。このことは、制御回路への接続及び当該ＬＥＤモジュールの製造を容易化することができる。
【００３０】
（簡単さのために）１つだけのＬＥＤチップと１つのバイアホール／バイアチャネルが、上述の図１ないし４に示されているが、前記ＬＥＤモジュールが複数のＬＥＤチップ及びバイアホール／チャネルを有しても良いことが想像されることに留意されたい。典型的には、各ＬＥＤチップを個々に駆動するために、２つの電気的接続が必要とされる。また、系列的に接続されている複数のＬＥＤチップの場合、２つの接続が、各系列に必要である。充填されているバイアホールが上述のように使用される場合、１つのバイアホールが、各接続に必要である。従って、１つのＬＥＤチップを個々に駆動する又は系列のＬＥＤチップを駆動するためには、２つの充填されたバイアホールが必要とされる。前記充填されたバイアホールに対する代替的なものとして、前記バイアホールの側壁が、複数の導体４４によって覆われることもできる（図６参照）。この場合、１つの単一のバイアホールが、前記ＬＥＤチップへの複数の電気的接続を提供することができる。図６に示されているように、バイアホール２２は、この場合、延長された断面を有することもできる。
【００３１】
前記のような電気的制御回路は、プリント回路基板、フレックス基板、薄いフレックス基板等のような、インターフェースボードであって、前記インターフェースボード上には、１つ又はいくつかの構成要素が配され、制御電子機器を実現するインターフェースボードを有することもできることに留意されたい。
【００３２】
本発明は、上述の実施例に制限されるものではない。当業者は、変形及び変更が、添付請求項において請求されている本発明の範囲から逸脱することなく、なされることができることを認識するであろう。例えば、上述の図における前記ＬＥＤチップがフリップチップ取り付けされている場合でさえも、非フリップチップが使用されることもできる。
【００３３】
更に、前記基板の縁部におけるバイアチャネルの見地は、上述のいずれかの実施例において実行されることもできる。
【００３４】
更に、前記基板の縁に取り付けられている（従って、前記基板の上側全体及び前記ＬＥＤチップを覆っている）前記光学素子を有する見地は、図２に示されているものではない、他の実施例において実施されることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例によるＬＥＤモジュールを示している模式的な側面図である。
【図２】図１における前記ＬＥＤモジュールの変形を示している模式的な側面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるＬＥＤモジュールを示している模式的な側面図である。
【図４】本発明の第３実施例によるＬＥＤモジュールを示している模式的な側面図である。
【図５】前記基板の縁部にバイアチャネルを備えている基板を示している模式的な斜視図である。
【図６】バイアホールを示している模式的な部分図である。
【図１】
2008504711.tif 000003
【図２】
2008504711.tif 000004
【図３】
2008504711.tif 000005
【図４】
2008504711.tif 000006
【図５】
2008504711.tif 000007
【図６】
2008504711.tif 000008
【国際調査報告】
2008504711.tif 000009
2008504711.tif 000010
2008504711.tif 000011