特許 7472392 金属インレーおよび頂面コンタクトを備える発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】金属インレーおよび頂面コンタクトを備える発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/64 20100101AFI20240415BHJP

   H05B 45/00 20220101ALI20240415BHJP

   H05B 45/325 20200101ALI20240415BHJP

   H05B 47/10 20200101ALI20240415BHJP

   F21V 19/00 20060101ALI20240415BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20240415BHJP

   F21V 29/70 20150101ALI20240415BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20240415BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240415BHJP

【ＦＩ】

H01L33/64

H05B45/00

H05B45/325

H05B47/10

F21V19/00 150

F21V19/00 170

F21V29/503

F21V29/70

H01L33/62

F21Y115:10

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023504248

(86)(22)【出願日】2021-07-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-22

(86)【国際出願番号】 US2021042578

(87)【国際公開番号】W WO2022020474

(87)【国際公開日】2022-01-27

【審査請求日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】16/934,917

(32)【優先日】2020-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】20190472.9

(32)【優先日】2020-08-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500507009

【氏名又は名称】ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ヒン，ツェ ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ラウ，セン ファート

(72)【発明者】

【氏名】カゲヤマ，ヒデオ

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０７１４９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１０９００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１３９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６００５６４９（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１９４５３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／６４

Ｈ０５Ｂ ４５／００

Ｈ０５Ｂ ４５／３２５

Ｈ０５Ｂ ４７／１０

Ｆ２１Ｖ １９／００

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／７０

Ｈ０１Ｌ ３３／６２

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリダイズされたデバイスと、
パッケージ基板と、
複数の導電性コンタクトと、
複数の導電性コネクタと、を含む、
デバイスであって、
前記ハイブリダイズされたデバイスは、頂面と、底面とを有し、
前記パッケージ基板は、前記パッケージ基板の発光する頂面にある開口内に金属インレーを含み、該金属インレーは、前記ハイブリダイズされたデバイスの前記底面に熱的に結合され、
前記複数の導電性コンタクトは、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にあり、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある前記複数の導電性コンタクトは、外部制御基板にインターフェース接続し、
前記複数の導電性コネクタは、前記ハイブリダイズされたデバイスの前記頂面と前記パッケージ基板の前記発光する頂面との間に電気的に結合され、
当該デバイスは、前記外部制御基板に画定される開口内に少なくとも部分的に配置される、
デバイス。

【請求項2】

前記ハイブリダイズされたデバイスは、シリコンバックプレーンと、該シリコンバックプレーン上のモノリシックなアレイとを含み、該モノリシックなアレイは、複数の発光セグメントを含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記シリコンバックプレーンは、複数のドライバを含み、該複数のドライバのうちの１つは、前記複数の発光セグメントのうちの１つまたはサブセットに駆動電流を提供するように電気的に結合されている、請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記複数の発光セグメントは、２０μｍ以下で離間した少なくとも２０，０００個の発光セグメントを含む、請求項２に記載のデバイス。

【請求項5】

前記金属インレーの頂面と前記ハイブリダイズされたデバイスの前記底面との間に熱伝導性金属材料を更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項6】

前記金属インレーは、前記パッケージ基板内に埋め込まれる銅材料の単一の本体を含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記複数の導電性コネクタを覆う光遮断封入材料を更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項8】

前記光遮断封入材料は、炭素充填材を有するエポキシまたはシリコーンのうちの１つである、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記複数の導電性コネクタと前記複数の導電性コンタクトとの間に電気的に結合される前記パッケージ基板の前記頂面に少なくとも１つの金属被覆層を更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項10】

ヒートシンクと、
制御基板と、
発光デバイスパッケージと、
複数の導電性コネクタと、を含み、
前記ヒートシンクは、頂面を有し、
前記制御基板は、頂面と、底面とを有し、開口を画定し、前記制御基板の前記底面は、前記ヒートシンクの前記頂面に熱的に結合されており、
前記発光デバイスパッケージは、前記制御基板にある前記開口内に少なくとも部分的にあり、前記発光デバイスパッケージは、パッケージ基板の発光する頂面にあるハイブリダイズされたデバイスと、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある開口内の金属インレーと、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある複数の導電性コンタクトとを含み、前記パッケージ基板の底面が、前記ヒートシンクの前記頂面に熱的に結合されており、
前記複数の導電性コネクタは、前記制御基板の前記頂面と前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある前記複数の導電性コンタクトとの間に電気的に結合される、
デバイス。

【請求項11】

前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの頂面にある開口内に金属インレーを更に含み、
前記金属インレーの底面が、前記金属インレーの頂面に熱的に結合される、
請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

前記複数の導電性コネクタは、ワイヤ、リボンワイヤおよびフレキシブル回路のうちの１つである、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項13】

前記ハイブリダイズされたデバイスは、シリコンバックプレーンと、該シリコンバックプレーン上の少なくとも１つのモノリシックなアレイとを含み、該少なくとも１つのモノリシックなアレイは、２０μｍ以下で離間した２０，０００個以上の発光セグメントを含み、前記シリコンバックプレーンは、前記２０，０００個以上の発光セグメントの各々のために或いは前記２０，０００個以上の発光セグメントのサブセットの各々のために別個のドライバを含む、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項14】

前記発光デバイスパッケージは、前記ハイブリダイズされたデバイスの頂面と前記パッケージ基板との間に電気的に結合される複数の他の導電性コネクタを更に含む、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項15】

頂面と、底面とを有する、制御基板と、
前記制御基板の前記頂面に底面を有する発光デバイスパッケージであって、パッケージ基板の発光する頂面にあるハイブリダイズされたデバイスと、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある開口内の金属インレーと、前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある複数の導電性コンタクトとを含む、発光デバイスパッケージと、
前記制御基板の前記頂面と前記パッケージ基板の前記発光する頂面にある前記複数の導電性コンタクトとの間に電気的に結合される複数の導電性コネクタと、を含む、
デバイス。

【請求項16】

前記制御基板は、前記制御基板の前記頂面にある開口内に金属インレーを更に含み、
前記金属インレーの底面が、前記金属インレーの頂面に熱的に結合される、
請求項１５に記載のデバイス。

【請求項17】

前記複数の導電性コネクタは、ワイヤ、リボンワイヤおよびフレキシブル回路のうちの１つである、請求項１５に記載のデバイス。

【請求項18】

前記ハイブリダイズされたデバイスは、シリコンバックプレーンと、該シリコンバックプレーン上の少なくとも１つのモノリシックなアレイとを含み、該少なくとも１つのモノリシックなアレイは、２０μｍ以下で離間した２０，０００個以上の発光セグメントを含み、前記シリコンバックプレーンは、前記２０，０００個以上の発光セグメントの各々のために並びに前記２０，０００個以上の発光セグメントのサブセットの各々のために別個のドライバを含む、請求項１５に記載のデバイス。

【請求項19】

前記発光デバイスパッケージは、前記ハイブリダイズされたデバイスの頂面と前記パッケージ基板との間に電気的に結合された複数の他の導電性コネクタを更に含む、請求項１５に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

精密制御照明用途は、小さなアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムの生産および製造を必要とすることがある。そのようなシステムのより小さなサイズは、従来的でないコンポーネント(構成要素)および製造プロセスを必要とすることがある。

【発明の概要】

【0002】

発光デバイスが、本明細書に記載される。デバイスは、頂面と、底面とを有する、ハイブリダイズされたデバイス(hybridized device)と、パッケージ基板(packaging substrate)とを含み、パッケージ基板は、パッケージ基板の頂面にある開口内に金属インレー(metal inlay)を含む。金属インレーは、ハイブリダイズされたデバイスの底面に熱的に結合される。デバイスは、パッケージ基板の頂面にある導電性コンタクトと、ハイブリダイズされたデバイスの頂面とパッケージ基板の頂面との間に電気的に結合される導電性コネクタとを含む。

【0003】

添付の図面と共に例示として与えられる以下の記述からより詳細な理解を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】例示的なＬＥＤアレイの頂面図である。

【0005】

【図2A】例示的なハイブリダイズされたデバイスの断面図である。

【0006】

【図2B】図２Ａの例示的なハイブリダイズされたデバイスを組み込んだ例示的なＬＥＤ照明システムの断面図である。

【0007】

【図3A】図２ＢのＬＥＤ照明システムを組み込んだ例示的なアプリケーションシステムの断面図である。

【0008】

【図3B】図２ＢのＬＥＤ照明システムを組み込んだ別の例示的なアプリケーションシステムの断面図である

【0009】

【図4A】図２Ｂの例示的なＬＥＤ照明システムの頂面図である。

【0010】

【図4B】図４３Ａおよび図３Ｂの例示的な適用システムの頂面図である。

【0011】

【図5】図２ＢのＬＥＤ照明システムを組み込むことがある例示的な車両ヘッドランプシステムの図である。

【0012】

【図6】別の例示的な車両ヘッドランプシステムの図である。

【0013】

【図7】図２ＢのＬＥＤ照明システムのようなＬＥＤ照明システムの例示的な製造方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

異なる光照明システムおよび／または発光ダイオード（ＬＥＤ）実装の例が、添付の図面を参照して以下により完全に記載される。これらの例は、相互に排他的ではなく、１つの例において見出される構成は、追加の実装を達成するために、１つ以上の他の例において見出される構成と組み合わされることがある。従って、添付の図面に示される例は、例示目的のためにのみ提供されており、それらは、本開示を如何様にも限定することを意図しないことが理解されるであろう。同様の参照番号は、全体を通じて同様の要素を指す。

【0015】

様々な要素を記述するために、第１、第２、第３などの用語が、本明細書において使用されることがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用されることがある。本発明の範囲から逸脱することなく、例えば、第１の要素が第２の要素と称されることがあり、第２の要素が第１の要素と称されることがある。本明細書において使用されるとき、「および／または」という用語は、関連付けられる列挙されるアイテム(品目)の１つ以上のアイテムのありとあらゆる組み合わせを含むことがある。

【0016】

層(layer)、領域(region)または基板(substrate)のような要素が、別の素子の「上(on)」にある或いは「上(onto)」に延在していると称されるとき、それは、直接、他の素子の上にあるか或いは他の要素の上に直接的に延在することがあり、あるいは介在要素が存在することもあることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素の「上に直接的に(directly on)」あるか或いは別の要素の「上に直接的に(directly onto)」延在していると称されるときには、介在要素が存在しないことがある。ある要素が別の要素に「接続される(connected)」または「結合される(coupled)」と称されるとき、それは他の要素に直接的に接続または結合されることがあり且つ／或いは１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続または結合されることがあることも理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接的に接続される(directly connected」または「直接的に結合される(directly coupled)」と称されるとき、その要素と他の要素との間に介在要素は存在しない。これらの用語は、図に描かれる任意の向きに加えて、要素の異なる向きを包含することが意図されることが理解されるであろう。

【0017】

「下(below)」、「上(above)」、「上方(upper)」、「下方(lower)」、「水平(horizontal)」または「垂直(vertical)」のような相対的な用語は、図に示されるような別の要素、層または領域に対するある要素、層または領域の関係を記載するために本明細書において使用されることがある。これらの用語は、図に示される向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されることが理解されるであろう。

【0018】

更に、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、電気コンポーネントおよび／または電子コンポーネントが、１つ、２つまたはそれよりも多くのエレクトロニクス基板(electronics boards)上に収容されるかどうかは、設計上の制約および／または用途に依存することもある。

【0019】

半導体発光デバイス（ＬＥＤ）または紫外線（ＵＶ）もしくは赤外線（ＩＲ）光パワー(optical power)を発するデバイスのような光パワー発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。これらのデバイス（以下「ＬＥＤ」という。）は、発光ダイオード、共振キャビティ発光ダイオード、垂直キャビティレーザダイオード、エッジ発光レーザなどを含むことがある。例えば、それらのコンパクトなサイズおよびより低い電力要求の故に、ＬＥＤは、多くの異なる用途にとって魅力的な候補となることがある。例えば、それらは、カメラおよび携帯電話のような手持ち式のバッテリ動力供給デバイスのための光源（例えば、フラッシュライトおよびカメラフラッシュ）として使用されることがある。それらは、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街路照明、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家、店舗およびスタジオ照明、劇場／ステージ照明および建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、ディスプレイ用のバックライトとしての、仮想現実（ＶＲ）照明、およびＩＲ分光のために使用されることもある。単一のＬＥＤは、白熱光源よりも明るさが少ない光を提供することがあり、従って、多接合デバイスまたは（モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなどのような）ＬＥＤのアレイが、より多くの明るさが望まれるか或いは必要とされる用途のために使用されることがある。

【0020】

ＬＥＤは、幾つかの用途のためにアレイに配列されることがある。例えば、ＬＥＤアレイは、光分布(light distribution)の微細粒強度(fine-grained intensity)、空間的および時間的制御から恩恵を受ける用途をサポートすることがある。これは、ピクセルブロックまたは個々のピクセルから放射される光の正確な空間パターン化を含むことがあるが、それに限定されない。用途に依存して、放射される光は、スペクトル的に別個であることがあり、時間に亘って適応的であることがあり、且つ／或いは環境応答的であることがある。ＬＥＤアレイは、様々な強度、空間的または時間的パターンにおいて予めプログラムされた光分布を提供することがある。放射される光は、少なくとも部分的に受信されたセンサデータに基づくことがあり、光無線通信に使用されることがる。関連するエレクトロニクスおよび光学系は、エミッタ、エミッタブロックまたはデバイスレベルで異なることがある。

【0021】

ＬＥＤアレイは、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ、ＯＬＥＤまたは他の制御可能な発光システムの一次元、二次元または三次元アレイから形成されてよい。ＬＥＤアレイは、モノリシック基板上にエミッタアレイとして形成されてよく、基板の部分的または完全なセグメント化によって形成されてよく、写真平版的(photolithographic)、加法的(additive)または減算的処理を用いて形成されてよく、或いはピックアンドプレース(pick and place)または他の適切な機械的配置を用いてアセンブリを通じて形成されてよい。ＬＥＤアレイは、グリッドパターンにおいて均一に配置されてよく、或いは、代替的に、幾何学的構造、曲線、ランダムまたは不規則なレイアウトを画定するように位置付けられてよい。

【0022】

図１は、例示的なＬＥＤアレイ１０２の頂面図である。図１に示される例において、ＬＥＤアレイ１０２は、エミッタ１２０のアレイである。ＬＥＤアレイ１０２内のエミッタ１２０は、個々にアドレス指定可能(addressable)であってよく、或いはグループ／サブセット内でアドレス指定可能であってよい。

【0023】

ＬＥＤアレイ１０２の３×３部分の分解図も図１に示されている。３×３部分分解図に示されるように、ＬＥＤアレイ１０２は、各々が幅ｗ１を有するエミッタ１２０を含んでよい。実施形態において、幅ｗ１は、約１００μｍ以下（例えば、４０μｍ）であってよい。エミッタ１２０間のレーン１２２は、幅ｗ２の幅であってよい。実施形態において、幅ｗ２は、約２０μｍ以下（例えば、５μｍ）であってよい。幾つかの実施形態において、幅ｗ２は、１μｍ程度に小さくてよい。レーン１２２は、隣接するエミッタ間にエアギャップを提供してよく、或いは他の材料を含んでよい。１つのエミッタ１２０の中心から隣接するエミッタ１２０の中心までの距離ｄ１は、約１２０μｍ以下（例えば、４５μｍ）であってよい。本明細書で提供される幅および距離は、例にすぎず、実際の幅および／または寸法は異なる場合があることが理解されるであろう。

【0024】

対称行列(マトリクス)に配置された矩形のエミッタが図１に示されているが、任意の形状および配置のエミッタが本明細書に記載される実施形態に適用されてよいことが理解されるであろう。例えば、図１のＬＥＤアレイ１０２は、２００×１００行列、対称行列、非対称行列などのような、任意の適用可能な配置において２０，０００を超えるエミッタを含んでよい。複数のセットのエミッタ、行列、および／または基板は、本明細書に記載される実施形態を実装するために任意の適用可能なフォーマットで配置されてよいことも理解されるであろう。

【0025】

上述のように、ＬＥＤアレイ１０２のようなＬＥＤアレイは、２０，０００以上のエミッタを含むことがある。そのようなアレイは、９０ｍｍ^２以上の表面積を有することがあり、６０ワット以上のような、それらに電力供給するための有意な電力を必要とすることがある。このようなＬＥＤアレイは、マイクロＬＥＤアレイまたは単にマイクロＬＥＤと称されることがある。幾つかの実施形態において、マイクロＬＥＤは、センチメートルスケール以下のエリア基板(centimeter scale area substrates or smaller)上に一緒に位置付けられた数百、数千、または数百万ものＬＥＤまたはエミッタを含んでよい。マイクロＬＥＤは、基板上に提供される個々のエミッタのアレイを含んでよく、或いは単一のシリコンウェハまたはエミッタを形成するセグメントに部分的にまたは完全に分割されたダイであってよい。

【0026】

コントローラは、異なる光ビームパターンを提供するために、ＬＥＤアレイ内のエミッタのサブグループに選択的に電力供給するように結合されてよい。ＬＥＤアレイ内のエミッタの少なくとも一部は、接続された電気的トレースを通じて個々に制御されてよい。他の実施形態において、エミッタのグループまたはサブグループは、一緒に制御されてよい。幾つかの実施形態において、エミッタは、明確な非白色を有してよい。例えば、エミッタのうちの少なくとも４つは、エミッタのＲＧＢＹグループであってよい。

【0027】

ＬＥＤアレイ照明器具は、選択的エミッタアクティブ化(起動)および強度制御に基づいて異なる照明パターンを投影するようにプログラムされることがある光フィクスチャ(light fixtures)を含んでよい。そのような照明器具は、可動部品を使用しない単一の照明デバイスから複数の制御可能なビームパターンを送達することがある。典型的には、これは１Ｄまたは２Ｄアレイ内の個々のＬＥＤの明るさ(brightness)を調整することによって行われる。光学系は、共有であろうと、個別であろうと、光を特定のターゲットエリアに任意的に向けることがある。幾つかの実施形態において、ＬＥＤ、それらの支持基板および電気的トレース、並びに関連するマイクロ光学系の高さは、５ｍｍ未満であることがある。

【0028】

ＬＥＤまたはμＬＥＤアレイを含むＬＥＤアレイは、改良された視覚的ディスプレイのために建物またはエリアを選択的かつ適応的に照明するために或いは照明コストを低減するために使用されることがある。加えて、そのようなＬＥＤアレイは、装飾的な動きまたはビデオ効果のためにメディアファサード(media facades)を投影するために使用されることがある。追跡センサおよび／またはカメラと共に、歩行者の周囲のエリアの選択的照明が可能なこともある。スペクトル的に異なるエミッタが、照明の色温度を調整するために並びに波長特異的な園芸照明をサポートするために使用されることがある。

【0029】

街路照明は、ＬＥＤアレイの使用から大いに恩恵を受けることがある重要な用途である。単一のタイプのＬＥＤアレイを使用して様々な街灯タイプを模倣して、選択されるエミッタの適切なアクティブ化(起動)または非アクティブ化(起動解除)によってタイプＩ線形街灯とタイプＩＶ半円形街灯との間の切り替えを可能にしよてい。加えて、環境条件または使用時間に従って光ビーム強度または分布を調整することによって、街路照明コストが下げられることがある。例えば、歩行者が存在しないときには、光強度および分布面積が削減されてよい。エミッタがスペクトル的に明瞭(distinct)であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光、薄明、または夜間条件に従って調節されてよい。

【0030】

ＬＥＤアレイは、直接的なまたは投影されるディスプレイを必要とする用途をサポートするのにも良く適している。例えば、警告、緊急または情報標識(signs)は、全てＬＥＤアレイを用いて表示されるか或いは投影されることがある。これは、例えば、色変化または閃光を放つ出口標識が投影されることを可能にする。ＬＥＤアレイが多数のエミッタを含むならば、テキストまたは数値情報が提示されることがある。指向性矢印または類似のインジケータが提供されることもある。

【0031】

車両ヘッドランプは、多数のピクセルおよび高いデータリフレッシュ速度を必要とすることがあるＬＥＤアレイ用途である。道路の選択された部分のみを能動的に照らす自動車ヘッドライトは、対向する運転者のグレア(glare)または眩惑(dazzling)に関連する問題を軽減するために使用されることがある。赤外線カメラをセンサとして使用することで、ＬＥＤアレイは、歩行者または対向車両の運転者を眩惑する(眩しくする)ことがあるエミッタを非アクティブ化しながら、道路を照らすのに必要なエミッタのみをアクティブ化することがある。加えて、運転者の環境意識を向上させるために、オフロード(一般道路以外の場所)の歩行者、動物または標識が選択的に照明されることがある。エミッタがスペクトル的に明瞭であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光、薄明、または夜間条件に従って調節されてよい。幾つかのエミッタは、光無線車両対車両通信のために使用されてよい。

【0032】

アレイ内の個々のＬＥＤまたはエミッタを個別に駆動または制御するために、シリコンバックプレーンが、ＬＥＤアレイに近接近して設けられてよい。幾つかの実施形態において、シリコンバックプレーンは、シリコンバックプレーンの様々な部分に電力供給するために１つ以上のソースから電力を受け取るための回路構成、ＬＥＤアレイを介して画像を表示するために１つ以上のソースから画像入力を受け取るための回路構成、シリコンバックプレーンと外部コントローラ（例えば、車両ヘッドランプコントローラ、一般照明制御装置など）との間の通信のための回路構成、例えば、受け取った画像入力および外部ソースから受け取った通信に基づいて、アレイ内の個々のＬＥＤまたはエミッタの動作を制御するための、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のような信号を生成するための回路構成、および生成された信号に基づいてアレイ内のＬＥＤまたはエミッタを個々に駆動するための多数のＬＥＤドライバを含むことがある。実施形態において、シリコンバックプレーンは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）バックプレーンであってよく、それは対応するＬＥＤアレイ内のＬＥＤまたはエミッタと同じ数のドライバを含んでよい。幾つかの実施形態において、シリコンバックプレーンは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。幾つかの実施形態において、１つのドライバが、幾つかの数のＬＥＤまたはエミッタの各グループのために提供されてよく、制御は、個別ではなく、ＬＥＤまたはエミッタのグループであってよい。各ドライバは、対応するＬＥＤもしくはエミッタまたはＬＥＤもしくはエミッタのグループに個別に電気的に結合されてよい。シリコンバックプレーンは、特定の回路構成に関して上述されているが、当業者は、本明細書に記載されるようなＬＥＤアレイを駆動するために使用されるシリコンバックプレーンが、本明細書に記載される実施形態から逸脱することなく、異なる機能を潜在的に実行するより多くの、より少ないまたは異なるコンポーネントを含む場合があることを理解するであろう。

【0033】

上述のように、シリコンバックプレーン内の個々のドライバは、ＬＥＤアレイ内の個々のＬＥＤもしくはエミッタまたはＬＥＤもしくはエミッタのグループに電気的に結合されることがある。よって、ＬＥＤアレイは、シリコンバックプレーンに近接近して配置されなければならない。実施形態において、これは、ＬＥＤアレイの表面上の銅ピラーバンプまたはコネクタのアレイ内の銅ピラーバンプまたは他のコネクタをシリコンバックプレーンの対向する表面上の対応するコネクタに個々に結合することによって達成されることがある。上述のようなシリコンバックプレーンは、動作中に、特にＬＥＤアレイへの近接近の故に、非常に高温になることがある。従って、熱放散(heat dissipation)は、そのようなデバイスにとって困難であり得る。幾つかの解決策が半導体デバイスのための熱放散について知られているが、そのような解決策は、しばしば、デバイスの頂部を通じて熱を放散する構造を含む。しかしながら、ＬＥＤアレイからの発光の故に、デバイスの頂部を通じる熱放散は、実用的ではないか或いは可能でないことがある。本明細書に記載される実施形態は、デバイスの底面を通じる効果的かつ効率的な熱放散を可能にすることがある構造を提供する。

【0034】

加えて、ＬＥＤアレイ１０２のようなＬＥＤアレイ、および関連するシリコンバックプレーンは、シリコンバックプレーンに近接近して回路基板上に配置されるべき抵抗、コンデンサ、および結晶のような多くの受動素子を必要とすることがある。デバイスの底面を通じて熱放散を提供することに加えて、本明細書に記載される実施形態は、回路基板の頂面上の並びにバックプレーンおよびＬＥＤアレイに近接近した多数（例えば、２７個以上）の受動コンポーネントの配置を可能にするＬＥＤパッケージを提供することがある。更に、本明細書に記載される実施形態は、１つ以上の受動素子を収容することがあり、シリコンバックプレーンおよびＬＥＤアレイによって生成される熱の放散を可能にすることがある、低プロファイルＬＥＤアレイパッケージを提供することがある。

【0035】

図２Ａは、例示的なハイブリダイズされたデバイス２００(hybridized device)の断面図である。図２Ａに示される例において、ハイブリダイズされたデバイス２００は、シリコンバックプレーン２０４を含む。μＬＥＤのようなＬＥＤアレイ２０２の第１の表面２０３が、シリコンバックプレーン２０４の第１の表面２０５に取り付けられてよい。記述の単純性のために、シリコンバックプレーン２０４の第１の表面２０５は、本明細書では頂面(top surface)と称されることもあり、ＬＥＤアレイ２０２の第１の表面２０３は、本明細書では底面(bottom surface)と称されることもある。しかしながら、当業者は、ハイブリダイズされたデバイス２００が逆さまにされるならば、第１の表面２０５が底面である場合があり、ハイブリダイズされたデバイス２００が横向きにされるならば、第１の表面２０５が側面である場合があることなどを理解するであろう。同様に、ハイブリダイズされたデバイスが逆さまにされるならば、第１の表面２０３が頂面となる場合があり、ハイブリダイズされたデバイス２００が横向きにされるならば、第１の表面２０３が側面となる場合などがある。上述のように、シリコンバックプレーン２０４の第１の表面２０５上のコネクタ（図示せず）のアレイは、ＬＥＤアレイ２０２の底面上のコネクタのアレイに半田付け、リフロー、或いはその他の方法で電気的および機械的に結合されてよい。コネクタのアレイは、銅ピラーバンプのアレイのような、コネクタの任意のアレイであってよい。ＬＥＤアレイ２０２は、深さＤ１を有してよい。実施形態において、深さＤ１は、例えば、５～２５０μｍであってよい。シリコンバックプレーン２０４は、深さＤ２を有してよい。実施形態において、深さＤ２は、例えば、１００μｍ～１ｍｍの間であってよい。ハイブリダイズされたデバイス２００は、ハイブリダイズされたダイと称されることもある。

【0036】

図２Ｂは、図２Ａの例示的なハイブリダイズされたデバイス２００を組み込んだ例示的なＬＥＤ照明システム２５０の断面図である。図２Ｂに示される例において、ハイブリダイズされたデバイス２００は、パッケージ基板２０８(packaging substrate)内にパッケージされる。

【0037】

図２Ｂに示される例では、シリコンバックプレーン２０４の第２の表面２０７が、金属インレー２１０の第１の表面２０９に取り付けられている。シリコンバックプレーン２０４の第２の表面２０７は、本明細書では底面と称されることもあり、金属インレー２１０の第１の表面２０９は、本明細書では頂面と称されることもある。しかしながら、当業者は、ハイブリダイズされたデバイス２００が逆さまにされるならば、第２の表面２０７が頂面となることがあり、ハイブリダイズされたデバイス２００が横向きにされるならば、側面となることがあることなどを理解するであろう。同様に、第１の表面２０９は、ハイブリダイズされたデバイスが逆さまにされたるならば、底面となることがあり、ハイブリダイズされたデバイス２００が横向きにされるならば、側面となることなどがある。図２Ｂに示される例において、シリコンバックプレーン２０４の第２の表面２０７および金属インレー２１０の第１の表面２０９は、金属層２０６によって接合されている。金属層２０６は、シリコンバックプレーン２０４と金属インレー２１０との間の熱伝達を可能にする良好な熱特性を有する任意の金属であってよい。実施形態において、金属層２０６は、銀であってよい。金属層２０６は、シリコンバックプレーン２０４を金属インレー２１０に熱的に結合する。

【0038】

金属インレー２１０は、良好な熱特性を持つ１つ以上のタイプの金属の任意の１片(piece)または複数の層であってよい。実施形態において、金属インレー２１０は、銅またはアルミニウム部材または本体のような、単一の金属片である。金属インレー２１０は、金属インレー２１０を介してＬＥＤアレイ２０２およびシリコンバックプレーン２０４から回路基板、ヒートシンクまたは他のインレーまたは金属片への熱伝達を容易にするために、その例を以下に説明する別の回路基板、ヒートシンクまたは他の金属インレーまたは金属片と接触することがある、第２の表面２１１を有してよい。金属インレー２１０の第２の表面２１１は、本明細書では底面とも称されることもある。しかしながら、当業者は、ハイブリダイズされたデバイス２００が逆さまにされるならば、第２の表面２１１は、頂面となることがあり、ハイブリダイズされたデバイス２００が横向きにされるならば、側面となることなどを理解するであろう。金属インレー２１０は、側面を含んでもよい。形状に依存して、金属インレー２１０は、任意の数の側面または単一の側面を有してよく、それは、ハイブリダイズされたデバイス２００の向きに依存して、頂面、底面などであることがある。図２Ｂに示されていないが、導電性パッドの１つ以上は、金属インレー２１０の第１および／または第２の表面２０９／２１１の一部であってよく、或いはそれらに結合されてよく、第１および／または第２の表面２０９／２１１の一部を覆ってよく、第１および／または第２の表面２０９／２１１のす全てを覆ってよく、或いは第１および／または第２の表面２０９／２１１を越えて延びてよい。

【0039】

図示の実施形態において、金属インレー２１０は、金属層２０６、シリコンバックプレーン２０４およびＬＥＤアレイ２０２が基板２０８の第１の表面２１３より上に突出して延びるように、基板２０８に埋め込まれる。第１の表面２１３は、本明細書では頂面と称されることがあるが、ＬＥＤ照明システム２５０の向きに依存して、側面または底面となることがある。幾つかの実施形態では、金属層２０６および／またはシリコンバックプレーン２０４の全部または部分が、基板２０８に埋め込まれてよい。基板２０８は、基板２０８の内面２１７ａ、２１７ｂ(inner surfaces)を露出させる開口を有してよい。開口は、基板２０８の全厚Ｔを完全に貫通して延在してよい。形状に依存して、開口は、ＬＥＤ照明システム２５０の向きに依存して、頂面、底面などであることがある、任意の数の内面または単一の内面２１７を有してよい。図２Ｂに示される例において、ハイブリダイズされたデバイス２００は、少なくとも金属インレー２１０が開口にあり、金属インレー２１０の側面が基板２０８の内面２１７ａ、２１７ｂと接触した状態で、配置される。そのような実施形態において、ハイブリダイズされたデバイス２００は、適切な接着剤を介して、基板２０８の内面２１７ａ、２１７ｂに固定されてよい。他の実施形態において、基板２０８は、少なくとも金属インレー２１０の側面が基板２０８の内面２１７ａ、２１７ｂと直接的に接触するように、ハイブリダイズされたデバイス２００の周囲に成形されてよい。他の実施形態において、開口は、ハイブリダイズされたデバイス２００よりも広くてよく、内面２１７ａ、２１７ｂと少なくとも金属インレー２１０の側面との間に空間を残してよい。

【0040】

図示されるＬＥＤ照明システム２５０は、金属インレー２１０の一部または金属インレー２１０とは別個であることがあり、金属インレー２１０に取り付けられることがある、金属インレー２１０の第２の表面２１１に熱的に結合される金属パッド２１８を含んでもよい。金属パッド２１８は、金属インレー２１０と別の回路基板、別の金属インレーおよび／またはヒートシンクとの間の接続を容易にすることがある。実施形態において、金属パッド２１８は、含まれないことがあり、金属インレー２１０は、別の回路基板、別の金属インレー、および／またはヒートシンクと直接的に接触して配置されることがある。図示される実施形態において、金属パッド２１８は、金属インレー２１０の第２の表面２１１を完全に覆い、基板２０８の第２の表面２１５の一部と重なる。第２の表面２１１は、底面と称されることもあるが、ＬＥＤ照明システム２５０の向きに依存して、頂面、側面などであることもある。当業者は、金属パッド２１８が、金属インレー２１０の第２の表面２１１を部分的にのみ覆うことがあり、基板の第２の表面２１５と重なることなく金属インレー２１０の第２の表面２１１を完全に覆うことがあり、或いは基板２０８の第２の表面２１５のより広い領域を覆うように更に延びることがあることを理解するであろう。

【0041】

受動コンポーネント２１６が、基板２０８の第１の表面２１３に取り付けることがある。図２Ｂに示される例において、受動コンポーネント２１６は、第１の表面２１３にある第１の金属パッド（図示せず）に取り付けられる。第２の金属パッドまたはコンタクト２２０(接点)も、基板２０８の第１の表面２１３に設けられることがある。シリコンバックプレーン２０４も、導電性コネクタ２１２を介して受動コンポーネント２１６および第２の金属パッドまたはコンタクト２２０に電気的に結合されてよい。図２Ｂには示されていないが、基板２０８の第１の表面２１３上の追加的な金属被覆(メタライゼーション)が、シリコンバックプレーン２０４と、導電性コネクタ２１２と、それぞれの受動コンポーネント２１６との間の電気的接続を完了してよい。金属被覆の例は、図４Ａおよび図４Ｂに関して以下に示され且つ記載される。第２の金属パッドまたはコンタクト２２０は、シリコンバックプレーン２０４と（その例が図３Ａおよび図３Ｂに示される）回路基板または第２の基板にある他の電子コンポーネントおよび／または電源との間に電気的接続を形成することがある。

【0042】

２つの導電性コネクタ２１２のみが図２Ｂに示されているが、任意の数の導電性コネクタ２１２が含まれてよい。例えば、ＬＥＤ照明システム２５０は、２７個以上の受動コンポーネント２１６と、同数以上の導電性コネクタ２１２とを含んでよい。図示される実施形態において、導電性コネクタ２１２は、リボンワイヤのような、ワイヤである。しかしながら、導電性コネクタ２１２は、フレキシブル回路のような、任意の適切なタイプの導電性コネクタであってよい。導電性コネクタは、カプセル材料２１４(encapsulant material)によって完全に覆われてよい。カプセル材料２１４は、導電性コネクタ２１２を保護することがあり、実施形態においては、例えば、ＬＥＤアレイ２０２を介して表示される画像のために、コントラストを提供する機能を果たすこともある。実施形態において、封入材料(encapsulant)は、暗いまたは黒色の外観を作り出すことがある炭素充填剤を有するエポキシまたはシリコーン材料であることがある。カプセル材料は、本明細書では、光遮断(light-blocking)封入材料と称されることもある。

【0043】

図３Ａは、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０を組み込んだアプリケーションシステム３００Ａ(応用システム)の断面図である。アプリケーションシステム３００Ａは、第１の表面３０１に多数の金属パッド２３３を有する回路基板２２２を含んでよい。回路基板２２２は、制御装置および／または他の回路構成を収容することがあり、本明細書では制御基板と称されることもある。金属パッド２３３は、基板２０８の第１の表面２１３上の第１の金属パッドまたはコンタクト２２０（図３Ａには示されていない）との電気的結合を可能にする場所にあってよい。図３Ａに示されるように、回路基板２２２は、開口を画定し、ＬＥＤ照明システム２５０は、基板２２２の外縁(outer edge)と開口によって露出させられた回路基板２２２の内面との間にギャップ(間隙)を備えて、開口内に配置される。しかしながら、実施形態において、ギャップは、より小さくてよく、より大きくてよく、或いは存在しなくてよい。

【0044】

図３Ａに示された例では、基板２０８および回路基板２２２の両方が、ヒートシンク２３２の上にあり、熱インターフェース材料（ＴＩＭ）２２８を介してヒートシンク２３２に熱的に結合されている。金属パッドまたはコンタクト２２０は、導電性コネクタ２２４を介して回路基板２２２の第１の表面３０１にある金属パッド２３３に電気的に結合されてよい。図示される実施形態において、導電性コネクタ２２４は、リボンワイヤのような、ワイヤである。しかしながら、導電性コネクタ２２４は、フレキシブル回路のような、任意の適切なタイプの導電性コネクタであってよい。導電性コネクタ２２４は、カプセル材料２２６によって完全に覆われてよい。カプセル材料２１４は、導電性コネクタ２１２を保護することがあり、実施形態においては、例えば、ＬＥＤアレイ２０２を介して表示される画像のために、コントラストを提供する機能を果たすこともある。実施形態において、封入材料は、暗いまたは黒色の外観を作り出すことがある炭素充填剤を有するエポキシまたはシリコーン材料であってよい。カプセル材料は、本明細書では光遮断封入材料と称されることもある。

【0045】

ヒートシンク２３２は、ＬＥＤ照明システム２５０の金属パッド２１８と対応するように配置される金属パッドを含むことがある金属インレー２３０を含んでもよい。ＬＥＤ照明システム２５０の金属インレー２１０の配置は、ヒートシンク２３２に近接近し且つヒートシンク熱的に結合され、特にヒートシンク２３２内の金属インレー２３０に近接近し且つ熱的に結合され、含まれる場合には、ＬＥＤアレイ２０２の第２の表面または底面２０３、２０７および２１１、シリコンバックプレーン２０４並びに金属インレー２１０を介して、ハイブリダイズされたデバイス２００からヒートシンク２３２への良好な熱伝達を可能にすることがある。

【0046】

加えて、金属コンタクトまたはパッド２２０と回路基板２２２にある対応する金属パッド２３３との間の電気的結合は、受動コンポーネント２１６と、シリコンバックプレーン２０４と、回路基板２２２との間の電気的結合を可能にすることがある。回路基板２２２は、車両照明またはフラッシュ用途のような、特定の用途において使用されるより大きなシステムの一部であってよい（例えば、車両照明システムは、図５および図６に関して以下に記載される）。回路基板２２２は、ヒートシンク２３２に加えて、より大きなシステムのために必要とされる他の回路要素を含むことがある。実施形態において、金属インレー２３０は、ＬＥＤ照明システム２５０の金属インレー２１０に関して上述した方法のいずれかにおいてヒートシンク２３２内に配置されてよい。

【0047】

図３Ｂは、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０を組み込んだ別のアプリケーションシステム３００Ｂの断面図である。アプリケーションシステム３００ａと同様に、アプリケーションシステム３００Ｂは、（図３Ｂでは印されていない）第１の表面３０１に多数の金属パッド２３３を有する回路基板２２２を含んでよい。金属パッド２３３は、基板２０８の第１の表面２１３にある金属パッドまたはコンタクト２２０との電気的結合を可能にする場所にあってよい。しかしながら、ＬＥＤ照明システム２５０が回路基板２２２の開口内に配置される図３Ａとは対照的に、図３Ｂに示されるアプリケーションシステムにおいて、ＬＥＤ照明システム２５０は、回路基板２２２の上に取り付けられる。図３Ｂに示される例において、ＬＥＤ照明システム２５０は、回路基板２２２の上に配置され、熱インターフェース材料（ＴＩＭ）２２８を介して回路基板２２２に熱的に結合される。

【0048】

幾つかの実施態様において、回路基板２２２は、開口を画定し、第２の金属インレー２３０が、開口に埋め込まれる。実施形態において、第２の金属インレー２３０は、ＬＥＤ照明システム２５０の金属インレー２１０に関して上述した方法のいずれかで回路基板２２２内に配置されてよい。ＬＥＤ照明システム２５０は、金属インレー２１０および２３０が整列した状態で、回路基板２２２に取り付けられる。ＬＥＤ照明システム２５０の金属インレー２１０の配置は、回路基板２２２に近接近し且つ回路基板２２２と熱的に結合され、特に回路基板２２２内の金属インレー２３０に近接近し且つ熱的に結合され、含まれる場合には、ＬＥＤアレイ２０２の第２の表面または底面２０３、２０７および２１１、シリコンバックプレーン２０４並びに金属インレー２１０を介した、ハイブリダイズされたデバイス２００から回路基板２２２への良好な熱伝達を可能にすることがある。

【0049】

図３Ｂに示される例において、回路基板２２２は、ヒートシンク２３２の上に更に取り付けられる。金属パッドまたはコンタクト２２０は、導電性コネクタ２２４を介して回路基板２２２の第１の表面３０１にある金属パッド２３３に電気的に結合されてよい。図示される実施形態において、導電性コネクタ２２４は、リボンワイヤのような、ワイヤである。しかしながら、導電性コネクタ２２４は、フレキシブル回路のような、任意の適切なタイプの導電性コネクタであってよい。導電性コネクタ２２４は、カプセル材料２２６によって完全に覆われてよい。カプセル材料２２６は、導電性コネクタ２２４を保護することがあり、実施形態では、例えば、ＬＥＤアレイ２０２を介して表示される画像のために、コントラストを提供する機能を果たすこともある。実施形態において、封入材料は、暗いまたは黒色の外観を作り出すことがある炭素充填剤を有するエポキシまたはシリコーン材料であることがある。カプセル材料は、本明細書では、光遮断封入材料と称されることもある。

【0050】

加えて、金属コンタクトまたはパッド２２０と回路基板２２２にある対応する金属パッドとの間の電気的結合は、受動コンポーネント２１６と、シリコンバックプレーン２０４と、回路基板２２２との間の電気的結合を可能にすることがある。回路基板２２２は、車両照明またはフラッシュ用途のような特定の用途において使用されるより大きなシステムの一部であってよい（例えば、車両照明システムは、図５および図６に関して以下に記載される）。回路基板２２２は、ヒートシンク２３２に加えて、より大きなシステムに必要とされる他の回路要素を含んでよい。

【0051】

図３Ａおよび図３Ｂの両方の実施形態において。ＬＥＤ照明システム２５０と回路基板２２２との間の電気的接続を形成するために、頂面コンタクトが使用される。これは接続を作る安価な方法であることがあり、受動コンポーネント、表面金属被覆、導電性コネクタおよび任意の他の所要のまたは所望の要素を収容するために、より大きな基板の使用を可能にすることもある。図３Ａおよび図３Ｂは、縮尺通りに示されておらず、図３Ｂ中の矢印は、回路基板２２２が実際よりも小さく描かれており、図示されるよりも遙かに大きい場合があることを示している。

【0052】

図４Ａは、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０の頂面４００を示す頂面図である。頂面図は、ＬＥＤアレイ２０２の第１の表面または頂面、ＬＥＤアレイ２０２によって覆われないシリコンバックプレーン２０４の第１の表面または頂面２０５の一部分、導電性コネクタ２１２を覆う封入材料２１４、受動コンポーネント２１６、コンタクトまたはパッド２２０、導電性コネクタ２１２を受動コンポーネント２１６またはコンタクトもしくはパッド２２０のそれぞれのものに電気的に結合する金属被覆２３４、およびシリコンバックプレーン２０４、封入材料２１４、金属被覆２３４、受動コンポーネント２１６またはコンタクトもしくはパッド２２０によって覆われない基板２０８の第１の表面または頂面２１３の一部分を示している。金属被覆２３４は、導電性コネクタ（図示せず）が取り付けられるコンタクト、ピンまたはパッドと、受動コンポーネント２１６または金属コンタクトもしくはパッド２２０との間に電気的接続を形成するようにパターン化される或いはエッチングされる、金属の層であってよい。

【0053】

図４Ａに示されるように、ＬＥＤ照明システム２５０は、長さｌ_１および幅ｗ_１を有する。実施形態において、長さｌ_１は、約２０ｍｍ～４０ｍｍであってよく、幅ｗ_１は、約２０ｍｍ～４０ｍｍであってよい。シリコンバックプレーン２０４は、（明瞭性のために印されていない）長さｌ_２および幅ｗ_２を有してよい。実施形態において、長さｌ_２は、約１５．５ｍｍであり、幅ｗ_２は、約６．５ｍｍであってよい。ＬＥＤアレイ２０２は、長さｌ_３および幅ｗ_３を有してよい。実施形態において、長さｌ_３は、約１１ｍｍであってよく、幅ｗ_３は、約４．４ｍｍであってよい。

【0054】

これらの例示的な寸法を考慮して、（上記の例では約１００ｍｍ^２の表面積を有する）ＬＥＤアレイによって取り込まれない多量の表面積を有する、大きな表面積（上記の例では４００ｍｍ^２～１６００ｍｍ^２）を有するＬＥＤアレイパッケージが提供されてよい。従って、この設計は、ＬＥＤアレイパッケージ上に受動電子コンポーネントを取り付けるための十分な空間を提供する。

【0055】

図４Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂのアプリケーションシステム３００ａまたは３００ｂの頂面４５０を示す頂面図である。図４Ｂに示される例において、ＬＥＤ照明システム２５０は、回路基板２２２の頂面に取り付けられている。導電性コネクタ２２４を覆うカプセル材料２２６も示されている。コンタクトまたはパッド２３３は、金属被覆２４２を介して導電性コネクタ２２４に電気的に結合される。

【0056】

頂部コンタクト、パッド、受動コンポーネント、および金属被覆は、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、基板２０８および回路基板２２２の特定の側面にある特定の場所に示されているが、当業者は、これらの要素のうちのより多いまたはより少ない要素が含まれる場合があり、或いは全ての側面、図示よりも少ない側面または図示とは異なる場所にある場合があることを認識するであろう。

【0057】

上述のように、シリコンバックプレーンは、シリコンバックプレーンの様々な部分に電力供給する１つ以上のソースから電力を受け取る回路構成、ＬＥＤアレイを介して画像を表示するために１つ以上のソースから画像入力を受け取る回路構成、シリコンバックプレーンと外部コントローラ（例えば、車両ヘッドランプ制御装置、一般照明制御装置など）との間の通信のための回路構成、例えば、受け取った画像入力および外部ソースから受け取った通信に基づいて、アレイ内の個々のＬＥＤまたはエミッタの動作を制御するためのパルス幅変調信号のような信号を生成するための回路構成、および生成される信号に基づいてアレイ内のＬＥＤまたはエミッタを個々に駆動するための多数のＬＥＤドライバを含むことがある。通信のために、シリコンバックプレーンは、多数のデジタルインターフェースを有してよく、よって、外部基板(external board)またはデバイスへの接続のための多数の（例えば、１００個以上の）物理的接続ピンを必要とすることがある。幾つかの実施形態において、外部基板またはデバイスは、制御信号を受信するために自動車内の様々な制御モジュールに通信的に結合されることがある車両ヘッドランプであってよい。

【0058】

加えて、シリコンバックプレーンは、デジタル電源、アナログ電源およびＬＥＤ電源のような、最大３つ以上の電源を必要とすることがある。各電源は、少なくとも１つの個々の減結合キャパシタ、時には５つ以上の減結合キャパシタを必要とすることがある。加えて、シリコンバックプレーンは、ＬＥＤ電流、他の非減結合キャパシタ、および／またはユニバーサル非同期受信機－送信機（ＵＡＲＴ）のための周波数を設定する水晶を正確に設定するために、抵抗器を必要とすることがある。これらの受動コンポーネントの多くまたは全ては、シリコンバックプレーンピンに可能な限り近接して配置されなければならない。例えば、ＵＡＲＴのための周波数を設定するために使用される結晶は、非常に高い周波数を有することがあり、それはノイズに敏感なことがある。加えて、これらの受動コンポーネントの各々は、シリコンバックプレーンに電気的に結合されることが必要なことがある。

【0059】

図５は、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０を組み込むことがある例示的な車両ヘッドランプシステム５００の図である。図５に示される例示的な車両ヘッドランプシステム５００は、電力線５０２と、データバス５０４と、入力フィルタおよび保護モジュール５０６と、バス送受信機５０８と、センサモジュール５１０と、ＬＥＤ直流対直流（ＤＣ／ＤＣ）モジュール５１２と、論理低ドロップアウト（ＬＤＯ）モジュール５１４と、マイクロコントローラ５１６と、アクティブヘッドランプ５１８とを含む。実施形態において、アクティブヘッドランプ５１８は、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０のような、ＬＥＤ照明システムを含むことがある。

【0060】

電力線５０２は、車両から電力を受け取る入力を有してよく、データバス５０４は、車両と車両ヘッドランプシステム５００との間でデータを交換することがある入力／出力を有してよい。例えば、車両ヘッドランプシステム５００は、ターン信号伝達(signaling)をオンにする命令またはヘッドランプをオンにする命令のような、車両内の他の場所からの命令を受け取ることがあり、所望であれば、車両内の他の場所にフィードバックを送ることがある。センサモジュール５１０は、データバス５０４に通信的に結合されてよく、車両ヘッドランプシステム５００、または、例えば、環境条件（例えば、時刻、雨、霧、または周囲光レベル）、車両状態（例えば、駐車中、動作中、動作速度、または動作方向）、および他の物体（例えば、車両または歩行者）の存在／位置に関連する車両内の他の場所に、追加的なデータを提供してよい。車両データバスに通信的に結合された任意の車両コントローラから分離されたヘッドランプコントローラも、車両ヘッドランプシステム５００に含められてよい。図５において、ヘッドランプコントローラは、マイクロコントローラ（μｃ）５１６のような、マイクロコントローラであってよい。マイクロコントローラ５１６は、データバス５０４に通信的に結合されてよい。

【0061】

入力フィルタおよび保護モジュール５０６は、電力線５０２に電気的に結合されてよく、例えば、伝導された放出(emissions)を低減し且つ電力耐性(power immunity)を提供するための様々なフィルタを支持してよい。加えて、入力フィルタおよび保護モジュール５０６は、静電放電（ＥＳＤ）保護、ロードダンプ保護、交流発電機電界減衰保護、および／または逆極性保護を提供してよい。

【0062】

ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール５１２は、フィルタリングされた電力を受け取り、アクティブヘッドランプ５１８内のＬＥＤアレイ内のパワーＬＥＤに駆動電流を提供するために、フィルタおよび保護モジュール５０６とアクティブヘッドランプ５１８との間に結合されてよい。ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール５１２は、約１３．２ボルトの公称電圧を有する７～１８ボルトの間の入力電圧と、（例えば、負荷、温度または他の要因に起因する要因または局所較正および動作条件調整によって決定されるような）ＬＥＤアレイのための最大電圧よりもわずかに高いことがある（例えば、０．３ボルト）出力電圧とを有してよい。

【0063】

論理ＬＤＯモジュール５１４は、フィルタリングされた電力を受け取るために、入力フィルタおよび保護モジュール５０６に結合されてよい。論理ＬＤＯモジュール５１４は、マイクロコントローラ５１６および／またはアクティブヘッドランプ５１８内のシリコンバックプレーン（例えば、ＣＭＯＳ論理）に電力を供給するために、マイクロコントローラ５１６およびアクティブヘッドランプ５１８に結合されてもよい。

【0064】

バス送受信機５０８は、例えば、ユニバーサル非同期受信機送信機（ＵＡＲＴ）またはシリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）を有してよく、マイクロコントローラ５１６に結合されてよい。マイクロコントローラ５１６は、センサモジュール５１０からのデータに基づいて或いはセンサモジュール５１０からのデータを含む車両入力を変換してよい。変換された車両入力は、アクティブヘッドランプモジュール５１８内の画像バッファに転送可能なビデオ信号を含んでよい。加えて、マイクロコントローラ５１６は、デフォルトの画像フレームをロードし、起動中にオープン／ショートピクセルをテストしてよい。実施形態では、ＳＰＩインターフェースが、ＣＭＯＳ内の画像バッファをロードしてよい。画像フレームは、フルフレーム、差分フレームまたは部分フレームであることがある。マイクロコントローラ５１６の他の構成は、ダイ温度、並びに論理ＬＤＯ出力を含む、ＣＭＯＳ状態の制御インターフェース監視を含んでよい。実施形態において、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣ出力は、ヘッドルームを最小化するように動的に制御されてよい。画像フレームデータを提供することに加えて、サイドマーカまたはターン信号灯と一緒の補完的使用および／または日中走行灯のアクティブ化のような、他のヘッドランプ機能も制御されてよい。

【0065】

図６は、別の例示的な車両ヘッドランプシステム６００の図である。図６に示される例示的な車両ヘッドランプシステム６００は、アプリケーションプラットフォーム６０２(application platform)と、２つのＬＥＤ照明システム６０６および６０８と、光学系６１０および６１２とを含む。２つのＬＥＤ照明システム６０６および６０８は、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０のような、ＬＥＤ照明システムであってよく、或いは、図５の車両ヘッドランプシステム５００内の他のモジュールの一部または全部に加えて、ＬＥＤ照明システム２５０を含んでよい。後者の実施形態において、ＬＥＤ照明システム６０６および６０８は、車両ヘッドランプサブシステムであってよい。

【0066】

ＬＥＤ照明システム６０８は、（図６において矢印６１４ａおよび６１４ｂの間に示される）光ビーム６１４を放射してよい。ＬＥＤ照明システム６０６は、（図６において矢印６１６ａおよび６１６ｂの間に示される）光ビーム６１６を放射してよい。図６に示される実施形態では、二次光学系６１０が、ＬＥＤ照明システム６０８に隣接しており、ＬＥＤ照明システム６０８から放射される光は、二次光学系６１０を通過する。同様に、二次光学系６１２が、ＬＥＤ照明システム６０６に隣接しており、ＬＥＤ照明システム６０６から放射される光は、二次光学系６１２を通過する。代替的な実施形態では、車両ヘッドランプシステムに二次光学系６１０／６１２が提供されない。

【0067】

二次光学系が含まれる場合、二次光学系６１０／６１２は、１つ以上の光ガイドであってよく、或いは１つ以上の光ガイドを含んでよい。１つ以上の光ガイドは、エッジ照明されてよく、或いは光ガイドの内部エッジを画定する内部開口を有してよい。ＬＥＤ照明システム６０８および６０６（または車両ヘッドランプサブシステムのアクティブヘッドランプ）は、それらが１つ以上の光ガイドの内部エッジ（内部開口光ガイド）または外部エッジ（エッジ照明光ガイド）に光を注入するように、１つ以上の光ガイドの内部開口に挿入されてよい。実施形態において、１つ以上の光ガイドは、例えば、勾配、面取りされた分布、狭い分布、広い分布、または角度分布のような所望の方法において、ＬＥＤ照明システム６０８および６０６によって放射される光を成形してよい。

【0068】

アプリケーションプラットフォーム６０２は、図５の電力線５０２およびデータバス５０４の１つ以上または部分を含む線６０４を介して、ＬＥＤ照明システム６０６および／または６０８に電力および／またはデータを提供してよい。（例示的な車両のヘッドランプシステム５００内のセンサまたは他の追加的なセンサであってよい）１つ以上のセンサが、アプリケーションプラットフォーム６０２のハウジングの内部または外部にあってよい。代替的にまたは追加的に、図５の例示的な車両ヘッドランプシステム５００に示されるように、各ＬＥＤ照明システム６０８および６０６は、それ自体のセンサモジュール、接続性および制御モジュール、電力モジュール、および／またはＬＥＤアレイを含んでよい。

【0069】

実施形態において、車両ヘッドランプシステム６００は、操縦可能な光ビーム(steerable light beams)を有する自動車を表すことがあり、その場合、ＬＥＤは、操作可能な光を提供するために選択的にアクティブ化されることがある。例えば、ＬＥＤのアレイ（例えば、ＬＥＤアレイ１０２）を使用して、形状またはパターンを画定または投影してよく、或いは道路の選択される区画のみを照明してよい。例示的な実施形態では、ＬＥＤ照明システム６０６および６０８内の赤外線カメラまたは検出器ピクセルが、照明を必要とするシーンの部分（例えば、道路または歩行者横断）を識別する（例えば、図５のセンサモジュール５１０内のセンサに類似する）センサであってよい。

【0070】

図７は、図２ＢのＬＥＤ照明システム２５０のような、ＬＥＤ照明システムを製造する例示的な方法７００のフロー図である。

【0071】

図７の例示的な方法７００において、熱伝導性インレーは第１の基板（７０２）に埋め込まれてよい。実施形態において、これは熱伝導性インレーを第１の基板にある開口内に配置することによって行われてよい。幾つかの実施形態において、熱伝導性インレーは、接着剤を用いて基板の露出された内側側面に接着されてよく、或いは圧力嵌めされてよい。幾つかの実施形態において、基板は、熱伝導性インレーの周囲に成形されてよい。受動コンポーネントは、第１の基板に表面実装されてよい（７０４）。実施形態において、受動コンポーネントは、例えば、半田付けによって、第１の基板の第１の表面または頂面上の多数の金属コンタクトのうちの少なくとも幾つかに取り付けられてよい。実施形態において、熱伝導性インレーが埋め込まれているか或いは後に形成されることがあるときには、ビアおよび他の表面金属被覆が、第１の基板に既に形成されていてよい。

【0072】

マイクロＬＥＤアレイのようなＬＥＤアレイが、シリコンバックプレーンの第１の表面または頂面に取り付けられてよい（７０６）。実施形態において、ＬＥＤアレイは、銅ピラーバンプのような、コネクタのアレイを含んでよく、それらは、半田付け、リフローまたは他の方法によって、シリコンバックプレーン内のドライバに個々に結合されてよい。熱伝導性材料が、第１の基板上に計量分配(ディスペンス)されてよい（７０８）。実施形態において、熱伝導性材料は、熱伝導性インレーに取り付けられた或いは熱伝導性インレーの一部分である少なくとも１つの金属パッド上に計量分配されてよい。他の実施形態において、熱伝導性材料は、少なくとも熱伝導性インレー上に直接的に計量分配されてよい。幾つかの実施形態において、熱伝導性材料は、第１の基板の第１の表面または頂面の全体を覆ってよい。実施形態において、熱伝導性材料は、銀であってよい。ＬＥＤアレイが取り付けられたバックプレーンは、例えば、それを熱伝導性材料の上に置いて、それを硬化させることによって、第１の基板にダイ取り付けされてよい(die attached)（７１０）。

【0073】

バックプレーンは、第１の基板にワイヤボンド取り付けされてよい(wirebond attached)（７１２）。これは、例えば、リボンワイヤ、フレキシブル回路、または他のコネクタを用いて、並びにバックプレーンにある金属コンタクト、パッドまたはピンを第１の基板の第１の表面または頂面にある金属コンタクト、パッドまたはピンに半田付けするか或いはその他の方法で電気的に結合して、行われてよい。上記で詳述されるようなカプセル材料は、ワイヤボンド（例えば、リボンワイヤ、フレキシブル回路、または他の導電性コネクタ）上に計量分配されてよく、或いはそのようなワイヤボンドの周囲に成形されてよい（７１４）。実施形態において、これはカプセル材料によって完全に覆われているワイヤボンドをもたらすことがある。

【0074】

第２の基板（例えば、回路基板）は、例えば、ＴＩＭのような熱伝導性材料を使用して、ヒートシンクに取り付けられてよい（７１６）。幾つかの実施形態において、第１の基板は、第２の基板に埋め込まれてよい（７１８ａ）。このような実施形態において、これは、第１の基板を第２の基板の開口内に配置し、ＴＩＭのような熱伝導性材料を使用して第１の基板をヒートシンクの第１の表面または頂面に取り付けることによって、行われてよい。実施形態において、第２の基板は、埋め込まれた第２の熱インレーを有してよく、第２の熱インレーは、別個に取り付けられた金属パッドを含むか或いは有してよく、第１および第２の金属インレーは、一緒に半田付けされてよい。第２の金属インレーは、例えば、それをヒートシンクにある開口内に配置し、第２の金属インレーをヒートシンクに圧力嵌めするか或いはボンディングすることによって、ヒートシンクに埋め込まれてよい。

【0075】

他の実施形態において、第１の基板は、第２の基板上に表面実装されてよい（７１８ｂ）。実施形態において、第１の基板の第２の表面または底面上の金属パッドまたはコンタクトは、第２の基板の第１の表面または頂面上の金属パッドまたはコンタクトに半田付けされてよく、或いはその他の方法において電気的に結合されてよい。更に、幾つかの実施形態では、例えば、両方の熱伝導性インレー上のパッドまたは両方の熱伝導性インレーの部分を一緒に半田付けするか、或いは熱伝導性インレーを互いに直接的に半田付けすることによって、第２の基板に埋め込まれた熱伝導性インレーが、第１の基板に埋め込まれた熱伝導性インレーに熱的に結合されてよい。

【0076】

第１の基板は、第２の基板にワイヤボンディングされてよい（７２０）。これは、例えば、リボンワイヤ、フレキシブル回路、または他のコネクタを使用して、並びに第１の基板上の金属コンタクト、パッドまたはピンを第２の基板の第１の表面または頂面上の金属コンタクト、パッドまたはピンに半田付けするか或いはその他の方法において電気的に結合することによって、行われてよい。上記で詳述されたようなカプセル材料は、ワイヤボンド（例えば、リボンワイヤ、フレキシブル回路、または他の導電性コネクタ）上に計量分配されよく、或いはそれらの周囲に成形されてよい。実施形態において、これはカプセル材料によって完全に覆われたワイヤボンドをもたらすことがある。

【0077】

実施形態を詳細に記載したが、当業者は、本発明の概念の精神から逸脱することなく、本記述を所与として、修正が本明細書に記載された実施形態に行われてよいことを理解するであろう。従って、本発明の範囲が図示される並びに記載される特定の実施形態に限定されることは意図されていない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】