JP2018142591A - 光源モジュール、照明装置、および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】光源アレイを構成する複数の光源が個々に点灯制御可能であり、かつ複数の光源が行列状に高密度で配列された光源モジュールを提供する。
【解決手段】実施形態の一例である光源モジュール10は、一次配線基板20と、当該基板の表面に行列状に実装された個々に点灯制御される複数の光源41とを備える。また、光源モジュール10は、複数の光源41からなる列Cに沿って延設され、第1電極43のそれぞれに給電するための第1給電配線23と、第1給電配線23よりも一次配線基板20の裏面側で列Cに沿って延設され、第2電極44のそれぞれに給電するための複数の第2給電配線24とを備える。第1電極43は、列Cに沿った列方向と直交する行方向の長さが、第2電極44よりも長い。複数の第2給電配線24の少なくとも1つは、1つまたは複数の同列光源41の第1電極43と一次配線基板20の厚み方向に重なる直下領域36を通って延設されている。
【選択図】図6
【解決手段】実施形態の一例である光源モジュール10は、一次配線基板20と、当該基板の表面に行列状に実装された個々に点灯制御される複数の光源41とを備える。また、光源モジュール10は、複数の光源41からなる列Cに沿って延設され、第1電極43のそれぞれに給電するための第1給電配線23と、第1給電配線23よりも一次配線基板20の裏面側で列Cに沿って延設され、第2電極44のそれぞれに給電するための複数の第2給電配線24とを備える。第1電極43は、列Cに沿った列方向と直交する行方向の長さが、第2電極44よりも長い。複数の第2給電配線24の少なくとも1つは、1つまたは複数の同列光源41の第1電極43と一次配線基板20の厚み方向に重なる直下領域36を通って延設されている。
【選択図】図6
Description
本開示は、光源モジュール、照明装置、および移動体に関する。
従来、複数の光源を行列状に配置してなる光源アレイを備えた光源モジュールが知られている。例えば、特許文献1には、発光ダイオード(LED)を有してなるドット状に形成された発光単位が二次元配列され、それらの単位表示を任意に組み合わせて所望の文字、記号、または図柄を構成して表示する発光表示装置が開示されている。特許文献1の発光表示装置には、各LEDへの給電配線が基板の両面に形成され、基板を厚み方向に貫通するスルーホールが発光単位毎に形成された配線基板が設けられている。
ところで、光源アレイを備えた光源モジュールにおいて、複数の光源を個々に点灯制御可能な構成とする場合、プラス側およびマイナス側の少なくとも一方の給電配線を光源と同数設ける必要がある。一方、光源モジュールでは、各光源の間隔を小さくして多くの光源を高密度に配列することが求められているため、配線スペースを大きくとることは難しい。
本開示の一態様である光源モジュールは、基材と、前記基材の表面に行列状に実装された複数の光源であって、第1給電パッドおよび第2給電パッドをそれぞれ有し、個々に点灯制御される複数の光源と、前記複数の光源からなる列に沿って延設され、前記第1給電パッドのそれぞれに給電するための第1給電配線と、前記第1給電配線よりも前記基材の裏面側で前記列に沿って延設され、前記第2給電パッドのそれぞれに給電するための複数の第2給電配線とを備え、前記第1給電パッドは、前記列に沿った列方向と直交する行方向の長さが、前記第2給電パッドよりも長く、前記複数の光源のうち同じ列を構成する同列光源のそれぞれに接続される前記複数の第2給電配線の少なくとも1つは、1つまたは複数の前記同列光源の前記第1給電パッドと前記基材の厚み方向に重なる直下領域を通って延設されていることを特徴とする。
本開示の一態様である照明装置は、上記光源モジュールを備える。また、本開示の一態様である移動体は、上記光源モジュールを備える。
本開示の一態様によれば、光源アレイを構成する複数の光源が個々に点灯制御可能であり、かつ複数の光源が行列状に高密度で配列された光源モジュールを提供することができる。また、本開示の一態様である光源モジュールによれば、省スペースで多くの配線を形成でき、例えば同一層内に光源と同数の給電配線を形成することが可能である。
以下、図面を参照しながら、本開示に係る光源モジュール、照明装置、および移動体の実施形態の一例について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであるから、各構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において、「略〜」との記載は、略平行を例に説明すると、完全に平行はもとより、実質的に平行と認められる状態を含む意図である。
実施形態の説明では、本開示に係る光源モジュールが搭載された照明装置として、自動車の前照灯2を例示するが、本開示の照明装置はこれに限定されない。本開示の照明装置は、ディスプレイ、プロジェクタ、信号機等の機器用照明装置、住宅、店舗、オフィス、工場、商業施設、公共施設、野外施設等の施設用照明装置などであってもよく、自動車の前照灯以外の移動体用照明装置であってもよい。
また、本開示に係る光源モジュールが搭載される移動体として、前照灯2を備える自動車1を例示するが、本開示の移動体は自動車(自動二輪車を含む)に限定されない。本開示の移動体は、鉄道車両、飛行機、ヘリコプター、船、自転車などであってもよい。
図1は、実施形態の一例である自動車1の正面図である。図1に例示するように、自動車1は、前照灯2と、前照灯2に電力を供給するためのバッテリ3とを備える。前照灯2は、車体4の前端部において、車体4の幅方向両側にそれぞれ設けられている。また、自動車1は、前照灯2をオンオフするためのスイッチ5と、前照灯2の動作を制御する駆動回路6とを備える。スイッチ5は、一般的に運転席に設置され、ドライバーによって操作されるが、前照灯2は照度センサ等を用いて自動でオンオフされてもよい。
駆動回路6は、前照灯2またはその近傍に設置されている。駆動回路6は、スイッチ5の操作等に基づく前照灯2のオンオフ制御だけでなく、前照灯2の調光、調色などを実行してもよい。駆動回路6は、例えば自動車1の全体を制御する車両制御システム(図示せず)から制御指令を受信し、この制御指令に基づいて前照灯2の動作を制御する。
図2は、実施形態の一例である前照灯2の断面図である。図2に例示するように、前照灯2は、筒状のケース7と、ケース7の軸方向一端部に取り付けられた投影レンズ8と、ケース7内に配置された光源モジュール10とを備える。光源モジュール10は、光源アレイ40を備え、光源アレイ40を投影レンズ8側に向けた状態でケース7内に配置されている。光源アレイ40は、一次配線基板20の表面に行列状に実装された複数の光源41を含む(図3等参照)。好適な光源41は、半導体発光素子であって、中でも発光ダイオード(LED)が好ましい。以下、光源41をLEDとして説明する。
ケース7は、例えば軸方向一端が開口した有底円筒形状を有する。投影レンズ8の形状は特に限定されないが、図2では、ケース7の内側に向いた光入射面8Aが平面、ケース7の外側を向いた光出射面8Bが凸面である平凸レンズを例示している。前照灯2は、ケース7の開口を塞ぐように軸方向一端部に投影レンズ8が固定され、投影レンズ8と対向するケース7の壁面(底面)に光源モジュール10が固定された構造を有する。
光源モジュール10は、一次配線基板20が実装される二次配線基板11を備え、ボルト、ナット等の締結部材9を用いてケース7の壁面に固定される。二次配線基板11には、締結部材9を取り付けるための複数の貫通孔18が形成されている。光源アレイ40を構成する複数の光源41には、駆動回路6を介してバッテリ3から電力が供給される。駆動回路6は、各光源41に対応する複数のスイッチング素子を有し、個々の光源41を独立に点灯制御可能である。
光源モジュール10の光源アレイ40は、複数の光源41を行列状に並べて構成されており、行方向の長さが列方向の長さよりも長い平面視帯状を呈する(図3等参照)。自動車1の前照灯2は、鉛直方向よりも水平方向に対して広角に光を照射できることが望ましい。このため、光源モジュール10は、光源アレイ40の長手方向(行方向)が水平方向に沿うようにケース7内に固定される。
なお、前照灯2の構造は、図2に例示する構造に限定されない。例えば、光源モジュール10は、二次配線基板11が固定される取り付け部材を介してケース7に固定されてもよい。また、ケース7内には、光源モジュール10の光を投影レンズ8側に反射させる反射体が設けられていてもよい。
図3は、実施形態の一例である光源モジュール10の平面図である。図3に例示するように、光源モジュール10は、二次配線基板11と、二次配線基板11上に実装された一次配線基板20とを備える。光源アレイ40は、上述の通り、一次配線基板20上に実装されている。光源アレイ40は、多くの光源41を行列状に高密度で配列して構成されることが好ましい。一方、光源モジュール10では、複数の光源41を個々に点灯制御可能な構成とするため、例えば光源41と同数の第2給電配線24(図5等参照)を一次配線基板20に形成する必要がある。詳しくは後述するが、光源モジュール10は、複数の光源41が個々に点灯制御可能であり、かつ複数の光源41が行列状に高密度で配列された構造を有する。
二次配線基板11および一次配線基板20は、いずれも平面視長方形状を有するが、一次配線基板20は二次配線基板11よりも長辺および短辺の長さがいずれも短く、二次配線基板11よりも細長い。一次配線基板20は、二次配線基板11の中央部において、各基板の長辺同士および短辺同士が略平行となるように配置される。一次配線基板20は、二次配線基板11の表面に半田付けされてもよく、接着剤を用いて接合されてもよい。各基板の平面視形状は長方形状に限定されず、正方形状であってもよい。
二次配線基板11は、平面視長方形状のベース基板12と、ベース基板12の表面側に形成された給電配線14と、給電配線14が接続されるコネクタ17とを有する。また、二次配線基板11には、複数の貫通孔18が形成されている。ベース基板12は、二次配線基板11の母材であって、給電配線14等の支持体として機能する。
ベース基板12には、例えば金属基板、半導体基板、セラミック基板、樹脂基板などが用いられる。導電性の基板を用いる場合は、基板表面と給電配線14との間に絶縁層を設ける必要がある。給電配線14は、例えばアルミニウム、銅、タングステン、銀、金等を主成分とする金属で構成される。導電性、材料コスト等を考慮すると、アルミニウムまたは銅が好ましい。
二次配線基板11は、一次配線基板20の周囲に形成された給電パッドを備える。給電パッドには、一次配線基板20の第1給電パッド25と電気的に接続される二次基板側第1給電パッド15、および一次配線基板20の第2給電パッド26と電気的に接続される二次基板側第2給電パッド16が含まれる。各給電パッドは、例えば給電配線14と同様の金属で構成される。
二次配線基板11の各給電パッドは、例えば金等の金属ワイヤを介して、一次配線基板20の各給電パッドに接続される。二次配線基板11の各給電パッドは、一次配線基板20の対応する給電パッドと同数形成される。一次配線基板20の第1給電パッド25は、一次配線基板20の長手方向両端部に1つずつ形成されているので、二次基板側第1給電パッド15は、一次配線基板20の長手方向両端部の近傍にそれぞれ形成される。
他方、一次配線基板20の第2給電パッド26は、一次配線基板20の短手方向両端部に複数形成されているので、二次基板側第2給電パッド16は、一次配線基板20の短手方向両端部の近傍にそれぞれ形成される。二次配線基板11には、一次配線基板20を短手方向両側から挟むように、一次配線基板20の長手方向に沿って、複数の二次基板側第2給電パッド16が1列に並んで形成された列(以下、「列R(16)」とする)が2つ形成されている。
光源モジュール10では、二次配線基板11の中央部に実装された一次配線基板20を取り囲むように複数のコネクタ17が配置されている。具体的には、二次配線基板11の長手方向両端部に短手方向に沿って2つずつ、短手方向両端部に長手方向に沿って2つずつ、合計8つのコネクタ17が配置されている。以下、二次配線基板11の長手方向両端部に配置されたコネクタ17を「コネクタ17A」、短手方向両端部に配置されたコネクタ17を「コネクタ17B」とする。
給電配線14は、複数の二次基板側第2給電パッド16と、複数のコネクタ17の各端子(図示せず)とをそれぞれ接続する配線であって、一次配線基板20の短手方向両端部の近傍から二次配線基板11の四方に延びている。給電配線14は、二次基板側第2給電パッド16と同数形成されている。複数の給電配線14のそれぞれは、各二次基板側第2給電パッド16を介して一次配線基板20の各第2給電パッド26に給電するための配線であるが、光源アレイ40の熱を二次配線基板11の四方に放熱する熱伝導路としても機能する。
複数の給電配線14のそれぞれは、二次基板側第2給電パッド16と、コネクタ17の端子とを一対一で接続する。例えば、隣り合う2つのコネクタ17A,17Bから延びる複数の給電配線14は、当該2つのコネクタの近くに位置する列R(16)に対して、その列R(16)の半分を構成する各二次基板側第2給電パッド16にそれぞれ接続される。そして、コネクタ17Aから延びる複数の給電配線14、およびコネクタ17Bから延びる複数の給電配線14は、絶縁層を介して二次配線基板11の厚み方向に積層形成され、各二次基板側第2給電パッド16に対して交互に接続される。
詳しくは後述するが、一次配線基板20には、基板中央に光源アレイ40が実装されており、光源アレイ40の周囲に遮光材46が設けられている。また、一次配線基板20は、各給電パッドおよび各光源41の電極に対応する部分を除き、基板表面が絶縁層29で覆われている。
図4は、光源モジュール10の回路図である。図4に例示するように、複数の光源41には、各光源41で共通するプラス側配線90と、互いに独立した複数のマイナス側配線91とが接続されている。すなわち、光源モジュール10には、光源アレイ40を構成する複数の光源41と同数のマイナス側配線91が設けられている。なお、マイナス側配線を共通配線とし、プラス側配線を光源41と同数設けてもよい。
ここで、光源モジュール10のプラス側配線90は、一次配線基板20の第1給電配線23(図5参照)、第1給電パッド25、金属ワイヤ、および二次基板側第1給電パッド15等で構成される。また、マイナス側配線91は、一次配線基板20の第2給電配線24(図5参照)、第2給電パッド26、金属ワイヤ、二次基板側第2給電パッド16、給電配線14、およびコネクタ17等で構成される。
光源モジュール10では、第2給電配線24等のマイナス側配線91が光源41と同数設けられているため、複数の光源41を個々に点灯制御可能である。二次基板側第1給電パッド15およびコネクタ17の各端子は、各光源41に対応する複数のスイッチング素子を備えた駆動回路6に接続される。各光源41は、駆動回路6によってそれぞれ独立にオンオフされ、また調光、調色される。駆動回路6は、自動車1に搭載された各種センサの検知情報に基づいて、個々の光源41を制御してもよい。
以下、図5〜図7を参照しながら、一次配線基板20および光源アレイ40の構成について詳説する。図5は、一次配線基板20および当該基板に実装された光源アレイ40を示す平面図であって、絶縁層29および遮光材46を取り除いた状態を示す。図5等では、光源41の行に沿った行方向をα、光源41の列に沿った列方向をβ、一次配線基板20の厚み方向をγでそれぞれ示している。
図5に例示するように、光源モジュール10は、一次配線基板20(基材)と、当該基板の表面に行列状に実装された複数の光源41を含む光源アレイ40とを備える。光源アレイ40を構成する複数の光源41は、第1電極43(第1給電パッド)および第2電極44(第2給電パッド)をそれぞれ有し、個々に点灯制御可能される。光源アレイ40は、複数の光源41で構成される光源41の行Rと、複数の光源41で構成される光源41の列Cとをそれぞれ複数有する。図5に示す例では、列方向よりも行方向に沿って複数の光源41が多く配置されているが、行方向および列方向の光源41の数を同数としてもよい。
本実施形態では、第1の方向に延びる光源41の列および第2の方向に延びる光源41の列のうち、列を構成する光源41の数が多い方を「行R」、光源41の数が少ない方を「列C」とする。なお、「行」を第1の列、「列」を第2の列と読み替えてもよい。「行方向」は行Rに沿った方向、「列方向」は列Cに沿った方向であり、行方向と列方向は直交している。
光源モジュール10は、各光源41の第1電極43にそれぞれ給電するための第1給電配線23と、各光源41の第2電極44にそれぞれ給電するための複数の第2給電配線24とを備える。第1給電配線23および第2給電配線24は、いずれも光源41の列Cに沿って延設されているが、第2給電配線24は第1給電配線23よりも一次配線基板20の裏面側に形成されている。なお、各給電配線は各光源41の熱を拡散させる熱伝導路としても機能する。
詳しくは後述するが、同列光源41のそれぞれに接続される複数の第2給電配線24の少なくとも1つは、1つまたは複数の同列光源41の第1電極43と一次配線基板20の厚み方向に重なる直下領域36を通って延設される。ここで、同列光源41とは、同じ列Cを構成する光源41を意味する。光源モジュール10では、行方向だけでなく、列方向にも多くの光源41を配列可能である。同列光源41の数は特に限定されないが、3つ以上設けられることが好ましい。
光源モジュール10は、一次配線基板20の周縁部に設けられた給電パッドを備える。給電パッドには、金属ワイヤを介して二次基板側第1給電パッド15と電気的に接続される2つの第1給電パッド25と、金属ワイヤを介して二次基板側第2給電パッド16と電気的に接続される複数の第2給電パッド26とが含まれる。各光源41の共通配線である第1給電配線23は、2つの第1給電パッド25に接続される。他方、各光源41で独立した複数の第2給電配線24は、複数の第2給電パッド26に一対一で接続される。
一次配線基板20は、行方向に長い長尺の基材であることが好ましい。光源アレイ40の形状に対応する基材を用いることで、例えば第2給電配線24等を効率良く配置することができる。一次配線基板20の一例は、厚みが0.1mm〜2mm程度の基板である。なお、光源アレイ40が実装される基材には、ブロック状の基材を用いることも可能である。光源アレイ40は、行方向長さが列方向長さよりも長く、行方向が長手方向、列方向が短手方向といえる。
一次配線基板20および光源アレイ40は、いずれも平面視長方形状を有する。光源アレイ40は、例えば一次配線基板20の中央部において、一次配線基板20および光源アレイ40の長辺同士および短辺同士が略平行となるように配置される。光源アレイ40は、一次配線基板20よりも長辺および短辺の長さがいずれも短く、一次配線基板20よりも細長い形状を有し、平面視帯状を呈する。本実施形態では、行方向と一次配線基板20の長手方向が同じ方向であり、列方向と一次配線基板20の短手方向が同じ方向である。
光源アレイ40では、各行Rの長さが互いに同じで、各列Cの長さも互いに同じである。各行Rを構成する光源41の数は、例えば10〜100であり、各行Rで同数である。また、各列Cを構成する光源41(同列光源41)の数は、例えば3〜30であり、各列Cで同数である。なお、各行R、各列Cにおける光源41の数は同数に限定されない。前照灯2では、光源アレイ40を細長く形成し、その長手方向が水平方向に沿うように光源モジュール10を配置することが好ましいが、例えば他の用途に適用される光源モジュールでは、行方向および列方向の光源41の数を同数としてもよい。
光源アレイ40を構成する複数の光源41のそれぞれは、行方向の長さが列方向の長さよりも長いことが好ましい。換言すると、各光源41は、その長手方向が行方向に沿うように配置されることが好ましい。各光源41は、例えば平面視長方形状を有する。各光源41の長手方向を光源41が多く並ぶ行方向に向けることで、例えば光源41の下(裏側)に第2給電配線24の形成スペースを確保し易くなり、光源41の高密度配置が可能となる。この点については、さらに後述する。
複数の光源41のそれぞれは、発光部42と、第1電極43と、第2電極44とを有する。発光部42は、例えばサファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板、炭化シリコン基板等の基板上に、pn接合を含む窒化ガリウム系化合物半導体層が形成された構造を有する。本実施形態では、第1電極43および第2電極44が、発光部42の一方の面に形成されており、第1電極43がp電極(アノード電極)、第2電極44がn電極(カソード電極)となっている。
各光源41の第1電極43は、行方向の長さが第2電極44よりも長くなっている。第1電極43および第2電極44は、例えば平面視長方形状に形成されるが、第1電極43は第2電極44よりも大きく形成される。第1電極43は光源41の長手方向に長く形成され、光源41は第1電極43の長辺方向が行方向に沿うように配置される。なお、第1電極43の列方向長さは、第2電極44の列方向長さと同程度であってもよい。第2電極44の長辺方向は列方向に沿っていてもよい。
第1電極43の行方向長さは、例えば第2電極44の行方向長さの2倍〜10倍である。第1電極43は、第2電極44と第1給電配線23との電気的接続等に支障がない範囲で行方向に長く形成されることが好ましく、光源41の行方向長さの50%〜80%の長さで形成されてもよい。光源モジュール10では、複数の第2給電配線24が第1電極43の直下領域36を通って形成されるため、第1電極43の行方向長さを長くして第2給電配線24のスペースを大きくすることが好ましい。
第1給電パッド25は、上述の通り、金属ワイヤを介して二次基板側第1給電パッド15と電気的に接続される。第1給電パッド25は、一次配線基板20の長手方向両端部に1つずつ、一次配線基板20の短辺に沿って形成されている。各第1給電パッド25の長さは、一次配線基板20の短辺の長さより短く、例えば光源アレイ40の列方向長さと同等であってもよい。各第1給電パッド25は、一次配線基板20の長手方向に光源アレイ40と並ぶように形成されることが好ましい。
第1給電配線23は、光源アレイ40の各光源41の第1電極43と2つの第1給電パッド25とを接続する。第1給電配線23は、光源アレイ40の行方向両端部から行方向(一次配線基板20の長手方向)に沿って直線状に形成されることが好ましい。2つの第1給電パッド25は、一次配線基板20の長手方向に光源アレイ40と並んで形成されているため、第1給電配線23を直線状に形成することで、光源アレイ40と各第1給電パッド25とを最短距離で接続できる。この場合、第1給電配線23を介して光源アレイ40の熱を効率良く放熱できる。
複数の第2給電パッド26は、上述の通り、金属ワイヤを介して複数の二次基板側第2給電パッド16と一対一で接続される。複数の第2給電パッド26は、一次配線基板20の短手方向両端部にそれぞれ形成されている。各第2給電パッド26は、例えば平面視正方形状を有する。
一次配線基板20には、複数の第2給電パッド26が1列に並んで形成された列(以下、「列R(26)」とする)が、基板の長手方向に沿って2つ形成されている。2つの列R(26)では、例えば第2給電パッド26の数が同じで、第2給電パッド26同士の間隔が略同一である。
第2給電パッド26の列R(26)は、光源アレイ40の行方向長さよりも長く、光源アレイ40の行方向両端に対応する位置を超えて、一次配線基板20の長手方向両端側に延びている。すなわち、複数の第2給電パッド26は、行Rの両端に配置される2つの光源41同士の間隔よりも一次配線基板20の長手方向に長く形成されている。この場合、第2給電パッド26と二次基板側第2給電パッド16との接続が容易になると共に、各光源41の熱が一次配線基板20の広い範囲に拡散し易くなり放熱性が向上する。
第2給電パッド26の列R(26)は、一次配線基板20の長手方向全長にわたって形成されていてもよく、例えば光源アレイ40の長手方向長さの1.5倍〜3倍の長さで形成される。また、第2給電パッド26は第1給電パッド25と接触しない範囲で、一次配線基板20の短辺に沿って形成されてもよい。
複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の各光源41の第2電極44と、複数の第2給電パッド26とを一対一で接続する。複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の列方向両端部(短手方向両端部)から一次配線基板20の短手方向両端部側にそれぞれ延設されている。このように複数の第2給電配線24を光源アレイ40の両側に延ばすことで、配線スペースを確保し易くなり、各光源41を密に配置し易くなる。また、光源アレイ40の放熱性も向上する。
光源アレイ40の列方向両側に形成される第2給電配線24の群G1,G2は、光源アレイ40を構成する複数の光源41の半分の数と同数の第2給電配線24でそれぞれ構成されることが好ましい。
第2給電配線24の群G1,G2のそれぞれは、光源アレイ40の列方向両端部から一次配線基板20の短手方向両端に近づくほど次第に広がり、平面視台形状に形成されている。第2給電パッド26の列R(26)は、光源アレイ40の行方向両端に対応する位置を超えて一次配線基板20の長手方向両端側に延びているので、第2給電配線24の群G1,G2も光源アレイ40から離れるほど基板の長手方向に広がった形状となる。この場合、各光源41の熱が一次配線基板20の広い範囲に拡散し易くなり放熱性が向上する。
複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の列方向端部から延びる第1直線部33と、第1直線部33に接続される第2直線部34とを有することが好ましい。光源アレイ40の行方向中央部に配置される少なくとも1つの光源41は、第1直線部33のみで構成される第2給電配線24によって、最短距離で第2給電パッド26に接続されていてもよい。また、光源アレイ40の長手方向両端部に配置される少なくとも1つの光源41は、第2直線部34のみで構成される第2給電配線24によって、第2給電パッド26に接続されていてもよい。
光源アレイ40の行方向中央部に配置される光源41は、多くの光源41に囲まれているため高温になり易いが、列方向に沿って延びる第1直線部33で第2給電パッド26と接続されることで、当該光源41の熱を効率良く放熱でき、温度上昇を抑制できる。
また、複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の行方向中央を境に、第2直線部34の傾斜方向が異なるように形成されることが好ましい。複数の第2給電配線24において、第1直線部33同士は互いに略平行に形成されることが好ましく、同じ方向に延びる第2直線部34同士も互いに略平行に形成されることが好ましい。
第1直線部33と第2直線部34とをそれぞれ有する複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の行方向両端から行方向中央に近づくほど、第1直線部33の長さが長くなり、第2直線部34の長さが短くなるように形成されている。第1直線部33と第2直線部34との接続部35は、光源アレイ40の行方向中央から行方向両端に近づくほど光源アレイ40の近くに形成され、各接続部35をつなぐ仮想線が直線となっている。
図6は、図5の一部を拡大して示す図(絶縁層29および遮光材46の図示省略)である。図7は、図6中のAA線断面の一部を示す図である。図6および図7に例示するように、光源アレイ40を構成する各光源41には、各光源41で共通の第1給電配線23と、互いに独立した複数の第2給電配線24とがそれぞれ接続されている。1つの連続した第1給電配線23が各光源41の第1電極43の全てに接続されるのに対し、各第2給電配線24は各光源41の第2電極44と一対一で接続される。
本実施形態では、第1給電配線23よりも一次配線基板20の裏面側に複数の第2給電配線24が形成されており、各第2給電配線24は、層間導電路27(図7参照)を介して光源41の第2電極44と電気的に接続されている。複数の層間導電路27は、第2給電配線24と光源41の第2電極44とを一対一で接続する。すなわち、層間導電路27は光源41と同数形成される。
図7に例示するように、一次配線基板20は、ベース基板21と、ベース基板21の表面側に形成された配線層22とを備える。光源アレイ40を構成する複数の光源41は、配線層22の表面に実装される。ベース基板21は、一次配線基板20の母材であって、配線層22の支持体として機能する。
ベース基板21は、二次配線基板11のベース基板12と同様に、金属基板、半導体基板、セラミック基板、樹脂基板などで構成される。第1給電配線23、第2給電配線24、および層間導電路27は、例えばアルミニウム、銅、タングステン、銀、金等を主成分とする金属で構成される。導電性、材料コスト等を考慮すると、アルミニウムまたは銅が好ましい。
配線層22は、第1給電配線23と、複数の第2給電配線24と、各給電配線を絶縁するための絶縁層28とを有する。配線層22は、ベース基板21側から順に、複数の第2給電配線24、絶縁層28、および第1給電配線23が積層されてなる。また、配線層22には、絶縁層28を貫通して第2給電配線24に接続された層間導電路27が形成されている。
配線層22は、ベース基板21の表面側に形成された複数の第2給電配線24を含む裏側金属層Lbと、裏側金属層上に形成された絶縁層28と、絶縁層28上に形成された第1給電配線23を含む表側金属層Lfとで構成されることが好ましい。第1給電配線23は表側金属層Lfで構成され、複数の第2給電配線24は裏側金属層Lbで構成される。また、光源41の第2電極44が接続される層間導電路27の表層部分は、表側金属層Lfによって構成される。
裏側金属層Lbは、CVD、スパッタリング、蒸着、メッキ等により、ベース基板21の表面に形成できる。表側金属層Lfについても同様の方法で形成できる。複数の第2給電配線24は、この裏側金属層Lbをパターニングして形成されることが好ましい。なお、各給電配線のパターンは、導電性インクの印刷により形成することも可能である。絶縁層28は、パターニングされた裏側金属層Lbの表面、すなわち第2給電配線24の表面に形成され、絶縁層28の一部は裏側金属層Lbが除去されて露出したベース基板21の表面に形成される。絶縁層28は、例えば酸化ケイ素等を主成分とする絶縁性の金属化合物で構成され、CVDにより形成される。
表側金属層Lfは、絶縁層28の層間導電路27を形成する部分をエッチング除去した後、すなわち各第2給電配線24の一部を露出させる開口部を形成した後、絶縁層28の表面に形成される。このとき、当該開口部および露出した各第2給電配線24の一部にも金属層が堆積される。互いに分離された第1給電配線23と層間導電路27は、この表側金属層Lfをパターニングして形成されることが好ましい。なお、各給電パッドは、対応する各給電配線の先端部において、メッキ等により金属層を堆積することで形成できる。
配線層22は、複数の第2給電配線24を形成するために、絶縁層と金属層を交互に積層して多層構造とすることもできるが、生産性等の観点から、1つの金属層で複数の第2給電配線24を形成することが好ましい。本実施形態では、全ての第2給電配線24が裏側金属層Lbをパターニングして同一平面上に形成されている。後述するように、光源41の裏側を通る第2給電配線24の形成パターンを工夫することで、上記3層構造であっても多数の第2給電配線24を形成することができる。
配線層22の最表面には、各給電パッドおよび各光源41の電極に対応する部分を除く領域に、絶縁層29が形成されていてもよい。絶縁層29は、第1給電配線23の表面を覆って保護する機能を有する。絶縁層29は、フォトレジストとして使用される感光性の樹脂で構成されてもよい。また、ベース基板21として、半導体基板などの導電性を有する基板を用いた場合は、ベース基板21と第2給電配線24とを絶縁するための絶縁層を設ける必要がある。
光源モジュール10は、各光源41の発光部42の表面をそれぞれ覆う透光性カバー45を備えていてもよい。LEDである光源41は、例えば蛍光体を用いて光源41の青色光の一部をより長波長の光に変換し、青色光の残りの一部と混色することで白色光を出射する。透光性カバー45の一例は、蛍光体を含有するセラミックであって、蛍光体を含有するガラスであってもよい。透光性カバー45は、光源41の光を波長変換すると共に、光源41を保護する機能を有する。
光源モジュール10は、光源アレイ40の四方を取り囲んで光源アレイ40の周囲に設けられると共に、各光源41の隙間に充填された遮光材46を備えていてもよい。遮光材46は、各発光部42および各透光性カバー45の側面を覆い、各光源41の光が一次配線基板20の面方向に出射されることを防止する。また、遮光材46は光源41の光を反射させる機能を有する。遮光材46には、例えば白色顔料を含有したシリコーン樹脂が用いられる。
図6に例示するように、第1給電配線23は、光源アレイ40の行方向端部から行方向に沿って形成される第1主幹部30と、光源アレイ40を挟むように光源アレイ40の短手方向両側に形成される2つの第2主幹部31とを有する。本実施形態では、光源アレイ40の行方向両端部から2つの第1給電パッド25に向かって第1主幹部30がそれぞれ直線状に形成されている。2つの第2主幹部31は、光源アレイ40の行方向両側に形成される各第1主幹部30につながっている。
また、第1給電配線23は、第2主幹部31から分岐して光源41の各列Cに沿ってそれぞれ形成される複数の分岐部32を有する。分岐部32は、光源41の列Cと同数形成される。複数の分岐部32は、列方向に沿って互いに略平行に形成される。また、複数の分岐部32のそれぞれは、各列Cの全長にわたって、好ましくは2つの第2主幹部31にわたって形成される。
各分岐部32には、各列Cを構成する全ての光源41の第1電極43がそれぞれ接続される。つまり、一次配線基板20に形成された各分岐部32に沿って複数の光源41が配置され、これにより複数の列Cが形成される。分岐部32は、同列光源41で共有される共通配線である。第1電極43は、分岐部32に対して金属バンプまたは導電性接着剤を用いて接合されてもよく、半田付けされてもよい。分岐部32は、第1電極43が分岐部32上からはみ出さないように第1電極43の行方向長さよりも幅広に形成されるが、隣の列Cと干渉しないように光源41の行方向長さの範囲内で形成されることが好ましい。
第1主幹部30、第2主幹部31、および分岐部32は、いずれも平面視帯状に形成されているが、その幅は第1主幹部30が最も太く、次いで第2主幹部31が太くなっている。第1主幹部30は、例えば光源アレイ40の列方向長さと同等か、それ以上の幅で形成される。特に、第1主幹部30には大電流が流れるため、幅広に形成して発熱を抑えることが好ましい。また、第1主幹部30を幅広に形成することで、光源アレイ40の放熱性も向上する。
複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の裏側において、光源41の各列Cに沿ってそれぞれ形成される。上述のように、各第2給電配線24は第1給電配線23よりも一次配線基板20の裏側に形成され、層間導電路27(図7参照)を介して各光源41の第2電極44と一対一で接続される。複数の層間導電路27は、各光源41の第2電極44が配置される部分の直下にそれぞれ形成され、各層間導電路27の直下に各第2給電配線24の一部がそれぞれ形成される。すなわち、第2電極44、層間導電路27、および第2給電配線24は、一次配線基板20の厚み方向に重なって形成される。
第2電極44が接続される層間導電路27の表層部分は、第2電極44よりも大きく形成される。第2電極44は、層間導電路27の表層部分に対して金属バンプまたは導電性接着剤を用いて接合されてもよく、半田付けされてもよい。
以下では、同じ列を構成する複数の光源41である同列光源41の数を14個として説明する。図6では、列C1を構成する14個の同列光源41のうち、4つの同列光源41a〜41dが一次配線基板20の短手方向に沿って略等間隔で配置されている。なお、図6では、第2給電配線24e,24f,24gを図示しているが、これらが接続される同列光源41e,41f,41gは図示していない。
光源アレイ40を構成する複数の光源41のそれぞれは、上述の通り、その長手方向を光源41が多く並ぶ行方向に向けて配置されている。すなわち、各光源41は、その長手方向が列Cに沿って形成される複数の第2給電配線24と直交するように配置される。光源41を密に配列するには、14個の同列光源41に接続される14本の第2給電配線24が隣りの列Cの第2給電配線24と干渉しないように、列C1の範囲内で第2給電配線24を形成する必要がある。このため、各光源41の長手方向を行方向に向けて第2給電配線24の形成スペースを広くとることが好ましい。
同列光源41に接続される複数の第2給電配線24は、光源アレイ40の列方向両側に別れて形成され、列方向両側で第2給電配線24の群G1,G2(図5参照)をそれぞれ形成する。例えば、14個の同列光源41に接続される14本の第2給電配線24のうち、第2給電配線24a〜24gの7本は光源アレイ40の列方向一方側に延設され、残りの7本は光源アレイ40の列方向他方側に延設される。
図6および図7に例示するように、同列光源41にそれぞれ接続される複数の第2給電配線24は、1つまたは複数の同列光源41の第1電極43の直下領域36を通って延設される。第1電極43の直下領域36とは、上述のように、第1電極43の裏側において、第1電極43と一次配線基板20の厚み方向に重なる領域を意味する。なお、列C1の端に位置する同列光源41aに接続される第2給電配線24aは、他の光源41の裏側を通ることなく光源アレイ40の列方向一方側に延設される。
例えば、同列光源41bに接続される第2給電配線24bは、同列光源41aの裏側を通って光源アレイ40の列方向一方側に延設される。また、同列光源41gに接続される第2給電配線24gは、6個の同列光源41a〜41fの裏側を通って光源アレイ40の列方向一方側に延設される。そして、第2給電配線24bは第1電極43aの直下領域36aに形成され、第2給電配線24gは第1電極43a〜43fの直下領域36a〜36fに形成されている。
複数の第2給電配線24を、図7に例示する3層構造のような少数の層で形成する場合、第2給電配線24gの列方向一方側には、同一層内に第2給電配線24a〜24fが存在する。このため、第2電極44gの直下から列方向に沿って真っ直ぐに第2給電配線24gを延設することは困難である。なお、第2給電配線24b〜24fについても同様である。そこで、光源モジュール10では、同列光源41の直下領域36に第2給電配線24を形成することによって、各第2給電配線24の干渉を防止し、一次配線基板20を多層化することなく各光源41の高密度配置を可能としている。
各同列光源41における第1電極43の直下領域36は、列方向に並んで形成される。このため、各直下領域36を通って複数の第2給電配線24を直線状に形成できる。例えば、列C1の各同列光源41にそれぞれ接続される14本の第2給電配線24は、互いに干渉することなく、列C1の範囲内に形成される。光源モジュール10では、第1電極43が第2電極44よりも行方向に長く形成され、行方向に長い直下領域36が確保されているので、直下領域36に多くの第2給電配線24を形成することが可能である。
複数の第2給電配線24は、1つまたは複数の同列光源41の第1電極43の直下領域36で列方向に沿って並走していることが好ましい。図6に示す例では、同列光源41aの直下領域36aにおいて、6本の第2給電配線24b〜24gが列方向に沿って並走している。各直下領域36において、複数の第2給電配線24は、互いに一定の隙間をあけて略平行に形成されることが好ましい。1つの直下領域36を並走する第2給電配線24の数は、列Cの端に位置する直下領域36ほど多くなる。
光源モジュール10では、直下領域36を通る第2給電配線24のうち、最も第2電極44側に位置する近接配線が、当該直下領域36に対応する同列光源41と隣り合う隣接光源41に接続される配線であることが好ましい。例えば、直下領域36aを通る第2給電配線24b〜24gのうち、最も第2電極44a側に位置する配線は、同列光源41bに接続される第2給電配線24bである。このような配線パターンとすることで、同一層内に形成される複数の第2給電配線24が互いに干渉することを防止できる。
なお、一部の第2給電配線24が直下領域36からはみ出して形成されてもよい。但し、当該第2給電配線24は、その列Cの範囲内で列方向に沿って形成されることが好ましい。第1給電配線23の分岐部32は、光源41の行方向長さの範囲内で第1電極43よりも行方向にやや長く形成されるので、各第2給電配線24は、分岐部32の直下領域内に収まるように形成されてもよい。
以上のように、上記構成を備えた光源モジュール10は、光源アレイ40を構成する複数の光源41と同数の第2給電配線24を備えるため、各光源41の独立した点灯制御が可能である。また、光源モジュール10には多くの第2給電配線24が形成されているにも関わらず、複数の光源41が行列状に高密度で配列された光源アレイ40を構築できる。光源モジュール10では、第2給電配線24を形成するために一次配線基板20を多層化する必要がなく、光源41と同数の第2給電配線24を同一層内に形成できる。光源モジュール10によれば、行方向、列方向の両方向に多くの光源41を高密度で配列することが可能である。
1 自動車、2 前照灯、3 バッテリ、4 車体、5 スイッチ、6 駆動回路、7 ケース、8 投影レンズ、8A 光入射面、8B 光出射面、9 締結部材、10 光源モジュール、11 二次配線基板、12 ベース基板、14 給電配線、15 二次基板側第1給電パッド、16 二次基板側第2給電パッド、17 コネクタ、18 貫通孔、20 一次配線基板、21 ベース基板、22 配線層、23 第1給電配線、24 第2給電配線、25 第1給電パッド、26 第2給電パッド、27 層間導電路、28,29 絶縁層、30 第1主幹部、31 第2主幹部、32 分岐部、33 第1直線部、34 第2直線部、35 接続部、36 直下領域、40 光源アレイ、41 光源、42 発光部、43 第1電極、44 第2電極、45 透光性カバー、46 遮光材、90 プラス側配線、91 マイナス側配線、R 行、C 列、G1,G2 群、Lf 表側金属層、Lb 裏側金属層
Claims (8)
- 基材と、
前記基材の表面に行列状に実装された複数の光源であって、第1給電パッドおよび第2給電パッドをそれぞれ有し、個々に点灯制御される複数の光源と、
前記複数の光源からなる列に沿って延設され、前記第1給電パッドのそれぞれに給電するための第1給電配線と、
前記第1給電配線よりも前記基材の裏面側で前記列に沿って延設され、前記第2給電パッドのそれぞれに給電するための複数の第2給電配線と、
を備え、
前記第1給電パッドは、前記列に沿った列方向と直交する行方向の長さが、前記第2給電パッドよりも長く、
前記複数の光源のうち同じ列を構成する同列光源のそれぞれに接続される前記複数の第2給電配線の少なくとも1つは、1つまたは複数の前記同列光源の前記第1給電パッドと前記基材の厚み方向に重なる直下領域を通って延設されている、光源モジュール。 - 前記同列光源は、3つ以上設けられ、
前記直下領域の少なくとも1つにおいて、前記複数の第2給電配線が前記列方向に沿って並走している、請求項1に記載の光源モジュール。 - 前記直下領域を通る前記複数の第2給電配線のうち、最も前記第2給電パッド側に位置する近接配線は、当該直下領域に対応する前記同列光源と隣り合う隣接光源に接続されている、請求項2に記載の光源モジュール。
- 前記複数の光源のそれぞれは、前記行方向の長さが前記列方向の長さよりも長い、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 前記第1給電配線は、前記列の全長にわたって形成された共通配線を有し、
前記共通配線には、前記同列光源の全ての前記第1給電パッドが接続されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光源モジュール。 - 前記基材は、前記母材と、前記母材の表面側に形成された配線層とを有し、
前記配線層は、
前記母材の表面側に形成された前記複数の第2給電配線を含む裏側金属層と、
前記裏側金属層上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された前記第1給電配線を含む表側金属層と、
で構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光源モジュール。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源モジュールを備えた、照明装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源モジュールを備えた、移動体。
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