JP2008527666A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板の縁端部に取り付けられる少なくとも1つのLEDを有する発光装置に関する。前記基板は、前記基板の主表面に平行な面内に延在し、前記発光装置が取り付けられるPCB上の回路に前記LEDを接続することが出来る平面導体を有する。前記導体のうちの少なくとも1つは、第1及び第2表面の間の面内に延在する、即ち、前記表面のうちの1つの下に埋設される。これは、この種の発光装置を高密度実装することを可能にする。本発明はまた、このような照明装置を製造する方法にも関する。
Description
本発明は、平面基板であって、第1及び第2主表面と、前記基板の縁端部に取り付けられる少なくとも1つの発光ダイオードと、前記第1及び第2表面に平行に延在し、前記ダイオードに接続される陰極導体及び陽極導体とを持つ平面基板を有する照明装置に関する。更に、本発明は、このような装置を製造する方法に関する。
発光ダイオード(LED)ディスプレイ用のこのような装置は、米国特許公報第4,016,449, A号に開示されている。そこでは、ダイオードは、「LEDカード」を形成する基板の縁端部に取り付けられる。LEDカードを形成する、開示されている照明装置は、例えばはんだ付けによって、ベース基板(base substrate)又はプリント回路基板(PCB)に取り付けられてもよく、従って、PCBに垂直に延在する。この装置は、LEDカード内にダイオードを高密度実装(dense packing)することを可能にする。更に、LEDによって生成される熱は、ベースPCBから離れたところで放出されることから、この熱の放散は多少容易になる。
しかしながら、カード内にLEDを高密度実装することは可能になるとしても、LEDカードを高密度実装することは可能にならない。なぜなら、導体、及び平面導体とLEDとを接続する結合リード線が、LEDカード基板の表面に露出しているからである。これらの表面に絶縁コーティングを施すのは可能だと思われるが、これは、付加的な製造ステップによって製造コストを増大させる。考えうる、LEDカードの縁端部に折り重ねられ得る可撓性絶縁ホイルの使用にも同じことが当てはまる。
それ故、本発明の目的は、構成要素をより高密度に実装することを可能にする、冒頭に言及した種類の照明装置を提供することにある。
この目的は、請求項1に記載の照明装置及び請求項11に記載の方法によって達成される。
より詳細には、第1の態様によれば、本発明は、平面基板であって、第1及び第2主表面と、前記基板の縁端部に取り付けられる少なくとも1つの発光ダイオードと、前記第1及び第2表面に平行に延在し、前記ダイオードに接続される陰極導体及び陽極導体とを持つ平面基板を有する照明装置であって、前記基板が多層基板であり、前記陰極導体及び前記陽極導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する照明装置に関する。これは、前記照明装置を、同種の他の照明装置などの他の構成要素の近傍に配置することを可能にする。なぜなら、前記主表面のうちの少なくとも1つは、例えばダイオードを短絡させるリスクに直面することなしに他の構成要素と接触することが出来るからである。
好ましい実施例においては、前記陽極導体と前記陰極導体との両方が、第1及び第2主表面の間の別々の面内に延在する。これは、前記照明装置をより一層ロバストにする。
前記照明装置は、前記陽極導体及び前記陰極導体から絶縁された、前記第1及び第2主表面と平行な面内に延在する金属熱導体を持っていてもよい。これは、前記ダイオードの冷却を高め得る。前記熱導体は、前記多層基板を越えて延在してもよく、従って、外気にさらされる。これは、前記ダイオードのより一層良好な冷却を供給する。その場合、前記装置は、前記熱導体の、前記多層基板を越えて延在する部分を覆う、通気穴付きハウジング(ventilated housing)を有してもよい。
前記照明装置は、前記多層基板の前記縁端部に取り付けられる複数の発光ダイオードを有してもよい。
前記照明装置はまた、2つ以上の積み重ねられる多層基板(stacked multi-layer substrates)であって、各々が、前記多層基板上に配置される少なくとも1つのLEDを持つ2つ以上の積み重ねられる多層基板を有してもよい。これは、照明装置において2次元LEDアレイを構成することを可能にする。
前記発光ダイオードを有する前記縁端部において前記基板に取り付けられるコリメータを前記装置に設けることも可能である。
前記コリメータは、前記縁端部の近くで、前記基板の前記表面において金属領域にはんだ付けされてもよい。
好ましい実施例においては、前記第1及び第2主表面の間の前記面内に延在する前記金属熱導体は、前記多層基板内の副層(sub-layer)を貫いて延在するめっきされた貫通孔(plated through-hole)に接続されてもよい。前記めっきされた貫通孔は、前記縁端部において、前記めっきされた貫通孔の内面を露出させるよう切断され得る。これは、前記縁端部において、この導体に実質的に増大された接触面を供給し、これは、はんだ付けによる前記ダイオードとこの導体のより信頼性の高い接続を可能にする。
第2の態様によれば、本発明は、照明装置を製造する方法であって、a)第1及び第2主表面と、前記第1及び第2表面に平行に延在する少なくとも第1及び第2の導体とを持つ平面多層基板であって、前記第1及び第2の導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する埋設導体である平面多層基板を用いるステップと、b)前記埋設導体の端面が露出されるようにして前記基板の縁端部を形成するよう、前記基板を切断するステップと、c)前記基板の前記縁端部に少なくとも1つの発光ダイオードを取り付けるステップと、d)前記端面に前記ダイオードを接続するステップとを有する照明装置を製造する方法に関する。
この方法は、上記の種類の照明装置を製造する。
この方法の変形例においては、前記第1及び第2主表面の間の前記面内に延在する前記導体が、前記多層基板内の副層を貫いて延在するめっきされた貫通孔に接続されてもよい。その場合、前記めっきされた貫通孔は、ステップb)において、前記めっきされた貫通孔の内面が前記導体の前記端面の拡張部を構成するように、前記縁端部において、前記めっきされた貫通孔の前記内面を露出させるよう、端から端まで切断される。
他の変形例においては、前記めっきされた貫通孔は、前記第1及び第2主表面の間の前記面内に延在する少なくとも2つの導体に接続される細長い孔である。その場合、前記方法は、ステップb)の後に、前記少なくとも2つの導体に接続される表面セグメントを電気的に切り離すよう前記細長い孔の前記内面を切削するステップを更に有する。
下記の実施例を参照して本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。
図1は、本発明の実施例による照明装置の斜視図である。照明装置は、第1及び第2主外面2、3を備える平面基板1を有する。基板1の縁端部5には少なくとも1つの発光ダイオード4が取り付けられる。基板縁端部5には任意の所望の数の発光ダイオードが取り付けられ得る。図示されているように、ダイオード4は、縁端部5の切欠き部6に配置されてもよいが、他の例においては、縁端部5はまっすぐであってもよい。各ダイオード4は、通電されるために、ダイオードに電流を供給する陽極導体7及び陰極導体8を必要とするであろう。これらの導体7、8は、基板1の第1及び第2主表面2、3に平行な面内に延在する平面導体として案出(devise)されている。応用例によっては、陰極導体は、2つ以上のダイオードに共通のものであってもよい。陽極導体及び陰極導体は、基板ノーマル(substrate normal)から見て部分的に重なっていてもよい。
基板1は、少なくとも2つの誘電性副層(例えば、図2において見られるような1a及び1b)を持つ多層基板である。これは、陽極導体と陰極導体との両方又はいずれかが2つの誘電性副層の間に挟まれ得ることを意味する。これらの副層は、同じ材料から成り得る。
従って、図2によりはっきりと図示されているように、本発明の実施例によれば、陰極導体及び陽極導体のうちの少なくとも1つは、基板1の第1及び第2主表面2、3の間に位置する面内に埋設される、即ち、延在する。当然、他の導体も基板表面の下に埋設され得る。その場合、基板ノーマルから見て、導体が部分的に重なる場合には、少なくとも3つの基板副層が必要とされる。
多層基板は、FR−4材料などのガラス繊維強化エポキシから成り得る。しかしながら、パターン化セラミック基板(patterned ceramic substrate)などの他の材料もありうる。金属導体トラック(track)は、通常数μmから100μmまでの範囲のトラック厚を持つCuから成り得る。埋設導体を備える多層基板それ自体は、従来の、めっき(plating)工程、エッチング工程及び積層工程で製造され得る。
図1に図示されている装置は、垂直構造部としてメインベースPCBに取り付けられ得る。即ち、そこで、装置の基板1は、メインPCBに垂直に、又は略々垂直に延在する。図1に図示されているような陽極導体及び陰極導体7、8の最下端部は、メインPCB上の導体にはんだ付けされ得る、又は装置が挿入されるコネクタの端子に接続され得る。必要に応じて、埋設導体をメインPCB上の導体に接続するのを容易にするために、埋設導体は、基板の最下部において、表面の導体に接続されてもよい。
陽極導体7にダイオード陽極端子結合リード線を取り付ける場合、端子は、図1に図示されているように、(導体の厚さ及び幅によって決定される)小さい面積を持つこの導体の縁端面にはんだ付けされ得る。別の方法として、主表面に平行なより大きい面の領域が用いられてもよい。埋設陰極導体8には、後者の選択肢は利用可能ではない、なぜなら、縁端面しか露出しないからである。より大きい表面が必要とされる場合には、めっきされた貫通孔(PTH)を備える装置が用いられてもよい。その場合、第1及び第2主表面2、3の間の面内に延在する導体は、多層基板1内の副層を貫いて延在するPTHに接続される。PTHは、前記縁端部において前記PTHの内面を露出させるよう切断される。埋設導体に接続されるPTHの内面は、この導体に拡張された端面を供給する。これについては図9乃至10に関連して更に述べる。
図3は、多数の光源を備える照明装置を構成するための3つの基板1、1'、1''のスタック(stack)を図示している。この照明装置は、このようにして、行及び列の形で配設され、2次元領域にわたって配置されるLEDを持ち得る。多層基板1、1'、1''は、接着されてもよいが、スタックを組み立てられたままにする他の手段もありうる。導体の少なくとも1つが基板外面の下に埋設されることは、積み重ねる工程(stacking procedure)を容易にすることに注意されたい。なぜなら、使用される接着剤が絶縁体としての機能を果たすことが確実にされる必要がないからである。
ダイオードは、陽極導体及び陰極導体7、8のそばに熱導体11を具備してもよいことに注意されたい。この熱導体は、LEDによって生成される熱の放散を高めるのに用いられてもよく、2つの基板副層の間の、導電導体が延在する面から離れた面内に延在し得る。冷却導体11は、LEDから熱を運び去るよう、LED接続縁端部5から遠くへ延在するのに対して、陽極導体及び陰極導体7、8は、図3に図示されているように、接続箇所に向けて横に曲がってもよく、これらの導体は、前記接続箇所において、例えばメインPCB上の他の素子に接続され得る。
図4は、図3に図示されているような基板スタックを用いて構成される光源を図示している。この光源は、異なるスペクトルを持つLEDを用いることによって、制御可能な多色光源として案出され得る。図示されている実施例においては、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)のLEDを備える3×3のアレイが配設されている。このようにして、照明装置は、スペクトルが制御可能な光源を構成し得る。
この実施例においては、赤色ダイオード(R)は、導体にワイヤ接合されているのに対して、緑色(G)及び青色(B)ダイオードは、その代わりに、所謂フリップチップ構成部分(flip-chip components)である。当然、LEDを前記LEDの関連導体に接続するのに、他の表面取り付け技術が用いられてもよい。
図5は、図3の基板スタックと類似しているが、基板領域を越えて延在する、即ち、基板スタックから突出する熱導体11を備える基板スタックを図示している。これは、熱導体が外気にさらされ得ることを意味し、これは、ダイオードからの熱の放散を高める。
図6は、図5に図示されているような基板スタックから構成され、筐体(casing)12を有する光源の断面図である。その場合、延長熱導体11は、例えばプラスチック材料から成り得る筐体12によって保護される。これは、熱導体11もまた、陽極導体又は陰極導体のいずれかと接触し得ることを意味する。なぜなら、それらが、近くの他の構成要素と物理的接触することから保護されているからである。これは、LEDの冷却がより一層良好になり得ることを意味する。なぜなら、電気接続部が、優れた熱接続部も供給するからである。筐体12は、外気が対流によって筐体を通過することを可能にし、従って、冷却効果を高める開口部14を具備してもよい。当然、ファンなどによる強制冷却を用いることも可能である。筐体12と関連したペルティエ素子などの付加的な冷却構造を用いることも可能だと思われる。
図7の断面図に図示されているように、照明装置は、反射面17を設けるために、基板縁端部のまわりに取り付けられるコリメータ16を具備し得る。多くても1つの導体しか基板表面上に位置しないことから、たとえコリメータ16が導電性であったとしても、コリメータ16は、ダイオードを短絡させないであろう。基板の短い縁端部に1つのダイオードしか取り付けられない場合、又は図4に図示されているように、正方形のダイオード構成が用いられる場合には、コリメータは円形であってもよい。しかしながら、図1に図示されているような照明装置において用いられる場合には、コリメータは、当然、縁端部5の方向に細長くなければならない。
基板のLED縁端部の近くに図1の導体7のような金属領域が設けられる場合には、コリメータは、この領域に、場合によっては、LED接続部がはんだ付けされるのと同時に、はんだ付けされ得る。
図8は、照明装置を製造する方法を図示している。この方法は、
(a)第1及び第2主表面と、前記第1及び第2表面に平行に延在する少なくとも第1及び第2の導体とを持つ平面多層基板であって、前記第1及び第2の導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する埋設導体である、即ち、図1に図示されているような、平面多層基板を用いるステップと、
(b)前記埋設導体の端面が露出されるようにして前記基板の縁端部を形成するよう、前記基板1を、図8において破線20で示されているように切断するステップと、
(c)前記基板の前記縁端部に発光ダイオードを取り付けるステップと、
(d)前記導体端面にこのダイオードを接続するステップとを有する。これは、図1に図示されているような装置をもたらし得る。
(a)第1及び第2主表面と、前記第1及び第2表面に平行に延在する少なくとも第1及び第2の導体とを持つ平面多層基板であって、前記第1及び第2の導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する埋設導体である、即ち、図1に図示されているような、平面多層基板を用いるステップと、
(b)前記埋設導体の端面が露出されるようにして前記基板の縁端部を形成するよう、前記基板1を、図8において破線20で示されているように切断するステップと、
(c)前記基板の前記縁端部に発光ダイオードを取り付けるステップと、
(d)前記導体端面にこのダイオードを接続するステップとを有する。これは、図1に図示されているような装置をもたらし得る。
この方法のわずかに変更を加えたバージョンが、図9a及び9bに図示されている。この場合には、埋設導体24(例えば陰極導体)に接続される、めっきされた貫通孔PTH22が、この導体24により大きな接触面を供給するのに用いられる。PTHは、多層基板内の少なくとも1つの副層を貫いて延在する。基板が、図9aにおいて破線23で示されているように切断される場合、埋設陰極コネクタ24の端面は、(図9bに図示されているような)PTHのめっきされた内面25であるので、露出され、これは、陰極導体24の使用可能端面を拡張する基板は、貫通孔の中心を通して、又は中心からわずかにずらして切断され得る。
次いで、基板の裏の主表面上に延在する陽極導体26及びめっきされた内面25にダイオード接続部がはんだ付けされ得る。 当然、同じようにして、(陽極及び陰極導体が埋設される)対称に又は(1つの導体しか埋設されない)非対称に、PTHを備える陽極導体を案出することも可能である。
図10a及び10bは、長形のPTH27も用いられているこのような対称形の実施例の例を図示している。この実施例においては、基板縁端部に3つのLEDが取り付けられることになっている。各LEDのために、2つの埋設導体(陽極用のa、陰極用のc)31a、31c;32a、32c;33a、33cが用いられることになっている。基板の他方の面には(図10aにおいては見えない)別の長形のPTH29が延在する。PTH27、29の両方とも、少なくとも1つの副層を貫いて延在する。従って、少なくとも3つの副層を備える多層基板が用いられる。基板は、長形のPTH27の細長い中心を通して、又はその近くで、図10aの線28に沿って切断され、結果として、図10b及び11に図示されているような構成になる。
図9a、9bの実施例とは異なり、この実施例のPTH27、29は、2つ以上の埋設導体に接続される。PTH27は、陽極導体31a、32a、33aに接続され、PTH29は、陰極導体31c、32c、33cに接続される。それ故、残っているPTHの内面の材料の幾らかが取り除かれる付加的なステップが必要とされる。各々のこのような表面は、介在領域40、41、42、43においてめっき金属を(例えば機械加工することにより)取り除くことによって、電気的に分離した表面セグメント34、35、36、37、38、39に分けられる。当然、導体の数に対応して、任意の数のこのようなセグメントが設けられ得る。各表面セグメント34、35、36、37、38、39は、1つの埋設導体の拡張接続領域を供給する。
要約すると、本発明は、基板の縁端部に取り付けられる少なくとも1つのLEDを有する発光装置に関する。前記基板は、前記基板の主表面に平行な面内に延在し、前記発光装置が取り付けられるPCB上の回路に前記LEDを接続することが出来る平面導体を有する。前記導体のうちの少なくとも1つは、第1及び第2表面の間の面内に延在する、即ち、前記表面のうちの1つの下に埋設される。これは、この種の発光装置を高密度実装することを可能にする。本発明はまた、このような照明装置を製造する方法にも関する。
本発明は、前記実施例に限定されない。本発明は、添付した特許請求の範囲内で様々に変形され得る。
Claims (13)
- 平面基板であって、第1及び第2主表面と、前記基板の縁端部に取り付けられる少なくとも1つの発光ダイオードと、前記第1及び第2表面に平行に延在し、前記ダイオードに接続される陰極導体及び陽極導体とを持つ平面基板を有する照明装置であって、前記基板が多層基板であり、前記陰極導体及び前記陽極導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する照明装置。
- 前記陰極導体と前記陽極導体との両方が、第1及び第2主表面の間の別々の面内に延在する請求項1に記載の照明装置。
- 前記陽極導体及び前記陰極導体から絶縁された少なくとも1つの金属熱導体が、第1及び第2主表面と平行な面内に延在する請求項1又は2に記載の照明装置。
- 前記熱導体が、前記多層基板を越えて延在する請求項3に記載の照明装置。
- 前記熱導体の、前記多層基板を越えて延在する部分を覆う、通気穴付きハウジングを更に有する請求項4に記載の照明装置。
- 前記多層基板の前記縁端部に取り付けられる複数の発光ダイオードを有する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の照明装置。
- 少なくとも2つの積み重ねられる多層基板であって、各々が、前記多層基板に取り付けられる少なくとも1つの発光ダイオードを持つ少なくとも2つの積み重ねられる多層基板を有する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記発光ダイオードを有する前記縁端部において前記基板に取り付けられるコリメータ装置を有する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記コリメータが、前記縁端部の近くで、前記基板の前記表面において金属領域にはんだ付けされる請求項8に記載の照明装置。
- 前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する前記導体が、前記多層基板内の副層を貫いて延在するめっきされた貫通孔に接続され、前記めっきされた貫通孔が、前記縁端部において、前記めっきされた貫通孔の内面を露出させるよう切断される請求項1乃至9のいずれか一項に記載の照明装置。
- 照明装置を製造する方法であって、
a)第1及び第2主表面と、前記第1及び第2表面に平行に延在する少なくとも第1及び第2の導体とを持つ平面多層基板であって、前記第1及び第2の導体のうちの少なくとも1つが、前記第1及び第2主表面の間の面内に延在する埋設導体である平面多層基板を用いるステップと、
b)前記埋設導体の端面が露出されるようにして前記基板の縁端部を形成するよう、前記基板を切断するステップと、
c)前記基板の前記縁端部に少なくとも1つの発光ダイオードを取り付けるステップと、
d)前記端面に前記ダイオードを接続するステップとを有する照明装置を製造する方法。 - 前記第1及び第2主表面の間の前記面内に延在する前記導体が、前記多層基板内の副層を貫いて延在するめっきされた貫通孔に接続され、前記めっきされた貫通孔が、ステップb)において、前記めっきされた貫通孔の内面が前記導体の前記端面の拡張部を構成するように、前記縁端部において、前記めっきされた貫通孔の前記内面を露出させるよう、端から端まで切断される請求項11に記載の照明装置を製造する方法。
- 前記めっきされた貫通孔が、前記第1及び第2主表面の間の前記面内に延在する少なくとも2つの導体に接続される長形の孔であり、前記方法が、ステップb)の後に、前記少なくとも2つの導体に接続される表面セグメントを電気的に切り離すよう細長い前記孔の前記内面を切削するステップを更に有する請求項12に記載の照明装置を製造する方法。
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