JP2008515207A

JP2008515207A - Ｌｅｄアレイ

Info

Publication number: JP2008515207A
Application number: JP2007533860A
Authority: JP
Inventors: ボーグナーゲオルグ; エングルモーリッツ; ホフマンマルクス; ライルヨアヒム; ライナーストーマス
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2008-05-08
Also published as: CN101510546B; EP1800341A2; CN100474583C; DE102004047682A1; KR20070053818A; WO2006034668A3; CN101061583A; WO2006034668A2; CN101510546A; US20080061717A1

Abstract

少なくとも２つのＬＥＤチップ（２）を有するＬＥＤアレイでは、温度センサ（３）が含まれており、ＬＥＤチップ（２）の動作温度が、温度センサ（３）により検出された温度に依存して制御される。このことにより高い動作電流によるＬＥＤチップ（２）の長い動作時間が可能となり、熱的過負荷の危険性が緩和される。

Description

本発明は請求項１の上位概念によるＬＥＤアレイに関する。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102004047682.9号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。

ＬＥＤアレイは、高効率、長寿命、高速の応答時間、および衝撃および振動に対して比較的小さな脆弱性を特徴とする。ＬＥＤアレイはこの理由からますます頻繁に照明装置、とりわけ自動車前照灯、読書灯または懐中電灯で使用されるようになっている。これらではこれまでしばしば白熱ランプが使用されていた。

この種の照明目的で使用されるＬＥＤアレイでは、ＬＥＤチップが通常、非常に高い動作電流で駆動され、これによりできるだけ高い輝度を達成する。しかしこのことは大きな熱発生と結び付いている。小型の発光ダイオード照明装置では、しばしばビーム整形光学素子が組み込まれており、この光学素子はＬＥＤチップの非常に近傍に配置されるか、またはＬＥＤチップの上にさえ配置される。チップの熱放射がこのことにより付加的に困難となる。

本発明の基礎とする課題は、ＬＥＤチップの熱的過負荷の危険性が低減されたＬＥＤアレイを提供することである。

この課題は、請求項１記載の特徴を備えたＬＥＤアレイにより解決される。本発明の有利な実施形態および構成は従属請求に記載されている。

少なくとも２つのＬＥＤチップを備えるＬＥＤアレイは本発明によれば温度センサを有し、ＬＥＤチップの動作電流を温度センサにより検出された温度に依存して制御する制御部が設けられている。

ＬＥＤアレイのＬＥＤチップの動作電流を温度に依存して制御することによって、熱的過負荷による機能の障害またはＬＥＤチップの故障さえも回避することができる。例えば温度センサにより検出された温度は、有利にはＬＥＤアレイの外側に配置された評価回路によって評価することができ、温度センサにより検出された温度が臨界値に達すると直ちにＬＥＤチップの動作電流が低減される。このようにしてＬＥＤチップを有利には長い動作時間にわたり、その熱的負荷容量の限界領域内で駆動することができる。

多数のＬＥＤチップを含むＬＥＤアレイでは、本発明をとりわけ有利に適用することができる。なぜならＬＥＤチップの数と共に熱発生も上昇するからである。特に有利には本発明のＬＥＤアレイは少なくとも４つのＬＥＤチップを含む。

温度センサにより検出される温度と、ＬＥＤチップのビーム放射性アクティブ層の温度とをできるだけ良好に一致させるために、温度センサがＬＥＤチップの少なくとも１つとできるだけ小さな間隔を有すると有利である。有利には温度センサとＬＥＤアレイの少なくとも１つのＬＥＤチップとの間隔は５ｍｍまたはそれ以下であり、特に有利には３ｍｍまたはそれ以下である。さらにＬＥＤチップの温度測定のために、ＬＥＤアレイの個々のＬＥＤチップがＬＥＤケーシングを有していないと有利である。

ＬＥＤアレイは有利にはチップ支持体を有し、このチップ支持体上にはＬＥＤチップが配置され、温度センサはこのチップ支持体上に固定される。チップ支持体は有利にはセラミックからなる。とりわけチップ支持体はＡｌＮを含むことができる。

有利には温度センサは例えばチップ支持体上にプリントされた熱依存性の抵抗である。このようにして有利には、チップ支持体と温度センサとの間に比較的小さな間隔を達成することができる。

択一的に、ＬＥＤチップが固定されたチップ支持体を支持体本体の上に取付け、温度センサもこの支持体本体に固定することができる。ここで支持体本体とチップ支持体は有利には相互に接着されている。温度センサは例えばチップ支持体上に、または支持体本体上にハンダまたは接着により固定される。これにより、とりわけＬＥＤアレイが衝撃または振動に曝される環境、例えば自動車で使用する場合でも精確に規定された温度測定が保証される。

本発明は、チップ支持体および／または支持体本体が３００ｍｍ^２またはそれ以下の底面積を有する小型ＬＥＤアレイに対して特に有利である。チップ支持体は有利には１ｍｍより小さい高さ、例えば約０．５ｍｍから０．７ｍｍを有し、支持体本体は約１ｍｍから１．５ｍｍの高さを有する。

温度センサは有利には熱電対である。さらに温度センサは温度依存性の抵抗とすることもでき、負の温度係数（ＮＴＣ抵抗）または正の温度係数（ＰＴＣ抵抗）を有することができる。択一的に温度センサとして使用されるトランジスタまたはダイオードとすることもできる。この場合、この種の半導体構成素子の温度依存性の電気特性が評価回路により検出される。

本発明は、ＬＥＤチップの損失電力が高いため熱発生が非常に大きいＬＥＤアレイ、および例えば環境温度が高いため、またはＬＥＤアレイの構造形状に起因して放熱が困難であるＬＥＤアレイに対して特に有利である。とりわけＬＥＤアレイでの放熱はしばしば、ＬＥＤチップ近傍またはＬＥＤチップ上に配置されたビーム整形光学素子によって困難となる。例えばビーム整形光学素子として集光器を設けることができる。この集光器によりＬＥＤアレイの放射特性が有利に調整される。

集光器は有利には、ＣＰＣ状、ＣＥＣ状またはＣＨＣ状の集光器である。したがって、このような集光器は、反射性の側壁が少なくとも部分的および／または少なくとも広範囲に、複合放物面集光器（Compound parabolic concentrator、ＣＰＣ）、複合楕円面集光器（Compound elliptic concentrator、ＣＥＣ）および／または複合双曲線集光器（Compound hyperbolic concentrator、ＣＨＣ）の形状を有する。

本発明のＬＥＤアレイは例えば照明装置の一部、とりわけ自動車前照灯の一部とすることができる。照明装置のＬＥＤアレイはしばしば高い環境温度に曝され、例えば自動車前照灯では約１２５℃にもなり得るから、本発明はこの種の照明装置に対して特に有利である。

以下では本発明を図１〜３に示された３つの実施例に基づき詳細に説明する。
図面
図１ａは、本発明によるＬＥＤアレイの第１実施例のチップ支持体の概略的平面図である。
図１ｂは、図１ａに示されている本発明の第１実施例の線ＡＢに沿った概略的断面図である。
図２ａは、本発明によるＬＥＤアレイの第２実施例の支持体本体の概略的平面図である。
図２ｂは、図２ａに示されている本発明の第２実施例の線ＣＤに沿った概略的断面図である。
図３は、本発明によるＬＥＤアレイの第３実施例の概略的断面図である。

図１ａには平面図で、図１ｂには断面図で示された本発明によるＬＥＤアレイの第１実施例のチップ支持体１上には、６つのＬＥＤチップ２が取り付けられており、個々のＬＥＤチップはそれぞれケーシングを有していない。ＬＥＤチップ２は例えば白色発光ＬＥＤチップ２である。チップ支持体１は有利にはセラミックから作製される。ＬＥＤチップ２が取り付けられているチップ支持体１の底面積は有利には３００ｍｍ^２またはそれ以下である。チップ支持体１上には温度センサ３が固定されており、この温度センサは例えば熱電対、温度依存性抵抗または半導体構成素子とすることができる。温度センサ３と最も近いＬＥＤチップ２との間隔は有利には５ｍｍまたはそれ以下である。熱電対とＬＥＤチップ２の少なくとも１つの間隔が小さいことにより、および個々のＬＥＤチップ２がＬＥＤケーシングを有していないことにより、温度センサ３の測定点での温度と、ＬＥＤチップ２の実際の温度とは比較的良好に相関する。

少なくとも１つのＬＥＤチップ２と温度センサ３との間隔を有利には小さくすることは、温度センサ３をチップ支持体上にプリント法により取り付けることによって達成される。このことはとりわけチップ支持体がセラミック、例えばＡｌＮからなる場合に有利である。

図２ａには平面図で、図２ｂには断面図で示された本発明によるＬＥＤアレイの第２実施例では、複数のＬＥＤチップ２が１つの共通のチップ支持体１上に取り付けられている。チップ支持体１は支持体本体４上に取り付けられており、この支持体本体には温度センサも固定されている。温度センサ３は例えば支持体本体４上にハンダ付けされるか、または接着される。

この実施例でも、温度センサ３と最も近いＬＥＤチップ２との間隔は有利には５ｍｍを上回らない。支持体本体４は有利には良伝熱性の材料、例えば金属からなる。このことにより一方ではＬＥＤチップ２により形成された熱が支持体本体４を介して放熱され、他方では温度センサ３により測定された温度とＬＥＤチップ２の実際の温度との良好な一致が保証される。支持体本体４は有利には３００ｍｍ^２またはそれ以下の底面積を有する。例えば支持体本体４は矩形の底面を有し、この底面の長さｌは１０ｍｍから１５ｍｍ、幅ｂは１５ｍｍから２０ｍｍである。

図３に断面図で示された本発明のＬＥＤアレイの実施例では、支持体本体４上に、複数のＬＥＤチップ２を備えるチップ支持体１と温度センサ３が固定されており、この支持体本体はケーシング５に組み込まれている。温度センサ３は２つの線路８，９を介して、ケーシング５の外に配置された制御ユニット７と接続されている。

制御ユニット７は、温度センサ３により形成された測定信号を評価するための評価回路を有する。さらに制御ユニット７は、評価回路と接続された制御回路を有し、この制御回路はＬＥＤチップ２に線路１０，１１を介して動作電流を供給する。この動作電流は、温度センサ３により測定された温度に依存して制御される。

ＬＥＤチップ２には有利にはその放射方向１３，１４で少なくとも１つのビーム整形光学素子１２が後置されている。例えばビーム整形光学素子１２はＣＰＣ（複合放物面集光器）とすることができ、このＣＰＣによりＬＥＤチップ２の放射特性が有利に調整される。ＣＰＣによって例えばＬＥＤチップ２から放射されるビーム１３，１４のビーム拡散性が緩和される。ここでは各個々のＬＥＤチップ２にそれぞれ１つのビーム整形光学素子１２を後置することができる。択一的にＬＥＤ全体に、またはＬＥＤチップ２の１つまたは複数の群に１つのビーム整形光学素子１２を後置することができる。

ビーム整形光学素子１２はＬＥＤチップ２に非常に密に配置されるか、またはこの上に載置することができる。

ＬＥＤアレイの所望の放射特性に応じて、付加的にさらに別のビーム整形光学素子を設けることもできる。例えばＬＥＤアレイのケーシング５の上にレンズ１５を取り付けることができる。

なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。

図１ａは、本発明によるＬＥＤアレイの第１実施例のチップ支持体の概略的平面図であり、図１ｂは、図１ａに示されている本発明の第１実施例の線ＡＢに沿った概略的断面図である。図２ａは、本発明によるＬＥＤアレイの第２実施例の支持体本体の概略的平面図であり、図２ｂは、図２ａに示されている本発明の第２実施例の線ＣＤに沿った概略的断面図である。図３は、本発明によるＬＥＤアレイの第３実施例の概略的断面図である。

Claims

少なくとも２つのＬＥＤチップ（２）を有するＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイは温度センサ（３）を有し、ＬＥＤチップ（２）の動作電流を温度センサ（３）により検出された温度に依存して制御する制御部が設けられている、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイはチップ支持体（１）を有し、該チップ支持体上にはＬＥＤチップ（２）が配置されており、温度センサ（３）は該チップ支持体（１）上に固定されている、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項２記載のＬＥＤアレイにおいて、
温度センサ（３）はチップ支持体（１）上にプリントされている、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイはチップ支持体（１）を有し、該チップ支持体上にはＬＥＤチップ（２）が配置されており、
該チップ支持体（１）は支持体本体（４）に取り付けられており、温度センサ（３）は該支持体本体（４）上に固定されている、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項４記載のＬＥＤアレイにおいて、
支持体本体４は３００ｍｍ^２またはそれ以下の底面積を有する、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項２から５までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
チップ支持体（１）は３００ｍｍ^２またはそれ以下の底面積を有する、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項２から６までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
チップ支持体（１）はセラミックを含む、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から７までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
少なくとも１つのＬＥＤチップ（２）と温度センサ（３）との間隔は５ｍｍまたはそれ以下である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から８までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイのＬＥＤチップ（２）はＬＥＤケーシングを有していない、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から９までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
温度センサ（３）は熱電対である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から１０までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
温度センサ（３）は温度依存性抵抗である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から１１までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
温度センサ（３）は半導体構成素子である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から１２までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイは少なくとも４つのＬＥＤチップ（２）を含む、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から１３までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイは、ＬＥＤチップ（２）から放射されるビーム（１３，１４）をビーム整形するために光学素子（１２，１５）を有する、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１４記載のＬＥＤアレイにおいて、
光学素子（１２）は、ＣＰＣ状、ＣＥＣ状、またはＣＨＣ状の集光器である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。
請求項１から１５までのいずれか一項記載のＬＥＤアレイにおいて、
ＬＥＤアレイは自動車前照灯の一部である、ことを特徴とするＬＥＤアレイ。