JP2011522410A - Ｌｅｄ装置及び配置 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ装置は、回路基板（１０）上へと取り付けられるＬＥＤ（１６）と、回路基板（１０）によって担持される電気コネクタ（１４）と、回路基板（１０）によって担持され且つ熱をＬＥＤ（１６）から離して導くよう配置されるヒートシンク（２０）とを有する。本願はまた、かかるＬＥＤ装置を複数組み込む配置を示す。

Description

本発明は、ＬＥＤ装置に係り、また、複数の個別のＬＥＤ装置がランプを形成するようアレイにおいて使用される配置（arrangement）に係る。

ＬＥＤは、光源が必要とされる用途においてますます一般的に使用されている。そのような用途の１つにはインクの硬化等が挙げられる。かかる用途において複数のＬＥＤはアレイにおいて配置され、該ＬＥＤは、（全てのＬＥＤの作動による）照射可能範囲全体の照射、又は（いくつかのＬＥＤのみの作動による）全体範囲のうち選択された領域のみの照射を可能にするよう個別に制御可能である。光源において使用されるＬＥＤは、ＵＶ波長において光を発するよう設計される種類のものである。ＵＶ ＬＥＤは典型的に、使用時に高い熱レベルを発出し、冷却を必要とする。

かかる種類の用途において使用される従来のＬＥＤ配置の１つは、個別に制御可能であるＵＶ ＬＥＤのアレイを有し、該ＬＥＤの各々は、例えば水冷又は空冷の形態を有する一般的なヒートシンクに対して接合される。この種類の用途において使用されるＬＥＤは、高価であり且つしばしば非常に信頼性に欠け、なかには寿命が５００時間という短いものもある。ＬＥＤが使用される用途は、アレイの全てのＬＥＤが正常に稼働することを必要とする。ＬＥＤのうちの１つのみが不具合を起こした場合でも、アレイ全体が使用不可能となり交換されなければならなくなる。ＬＥＤのうちのたった１つ又は極小数が不具合を起こした場合にもアレイ全体が交換されるということは、明らかに非効率的である。ＬＥＤはヒートシンクから取り外される必要があり、更には関連付けられる制御回路から除去される必要もあるため、アレイの個別のＬＥＤの交換は複雑で時間を要する作業である。

本発明は、前述された不利益を克服するかあるいは低減させるＬＥＤ配置を与える、ことを目的とする。

本発明によれば、回路基板上に取り付けられるＬＥＤと、回路基板によって担持される電気コネクタと、回路基板によって担持され且つ熱をＬＥＤから離して導くよう配置されるヒートシンクとを有するＬＥＤ装置が与えられる。

ＬＥＤは、ＬＥＤの小型アレイ（miniature array of LEDs）を有し得る。

望ましくは、ＬＥＤは光をＵＶ波長において発するよう配置される。

ヒートシンクは望ましくは、概して円錐形状であるようなテイパ形状を有する。ヒートシンクは例えば、アルムニウム構造であり得るが、銅等である優れた熱伝導性を有する一連の他の材料が使用されてもよいことは理解される。

ヒートシンクは、中空形状を有し得る。

ヒートシンクは望ましくは保定凹部を与えられ、該保定凹部において密封装置は、マニホールド（manifold）に対するヒートシンクの密封を可能にするよう位置決めされる。密封装置はＯリングを有し得る。マニホールドは、冷却を支援するようヒートシンクにわたって並びにヒートシンクの周囲に流れ得る水又は他の液体冷却剤を供給されるよう配置され得る。

あるいは、マニホールドはヒートシンクを内部に受容可能である凹部を有する密封形状であり得、使用時に熱はヒートシンクからマニホールドへ、マニホールドから冷却剤へと伝達される。マニホールドは望ましくは、複数のかかるＬＥＤ装置のヒートシンクを収容するよう設計される。

かかる配置を有して、ＬＥＤ装置の１つが不具合を起こした場合でも、該ＬＥＤ装置はマニホールドから取り外されて交換され得る、ことが理解される。ＬＥＤ装置の交換は比較的単純な工程である。残りのＬＥＤ装置はそのままの位置に残され得る。結果として、まだ稼働しているＬＥＤ装置を含めた全てのＬＥＤ装置を交換する必要はなくなり、故に効率的に節約がなされ得る。

集光装置は、ＬＥＤ装置に関連付けられ得る。

本発明は更に、複数の開口が形成されたマニホールドと、前述された種類の複数のＬＥＤを有するＬＥＤ配置に関連する。各ＬＥＤ装置のヒートシンクは夫々、前出の開口の１つを通ってあるいは開口の１つへと延在し、ＬＥＤ装置の電気コネクタは、マニホールドに関連付けられるかあるいはマニホールド上に取り付けられる制御回路に対して解放可能に接続される。

マニホールドにおいて形成される開口は、ＬＥＤ装置に関連付けられるＯリングの形状等における密封装置で密封するよう便利に形成される。

本発明は、例として添付の図面を参照して更に説明される。

本発明の一実施例に従ったＬＥＤ装置の斜視図である。 図１に示された種類の複数のＬＥＤ装置を組み込むＬＥＤ配置を示す斜視図である。 明確にするために部分的に省略されたＬＥＤ配置の他の図である。 他の実施例を図示する。 他の実施例を図示する。 他の実施例を図示する。

添付の図面の図１乃至３において、本発明の一実施例に従ったＬＥＤ装置は、トラック（tracks）１２を形成された回路基板１０を有し、該トラック１２は、接続ピン１４に対して電気的に接続される。トラック１２のうち少なくとも複数は更に、小型発光ダイオード１８の小型アレイ１６に対して電気的に接続される。

ヒートシンク２０は、小型アレイ１６の後方において接合され、回路基板１０によって担持される。ヒートシンク２０は、概して裁頭円錐形状（frustoconical form）であり、回路基板１０に対する接続に近接する箇所において環状形状の凹部２２を画定する。ヒートシンク２０は、アルミニウム又は銅等である熱伝導性に優れた材料を有する。

図２及び３に示される通り、ＬＥＤ配置２４は概して立方体形状であるマニホールド２６を有する。マニホールド２６は、液体冷却剤を供給されるよう設計されるため、流入及び流出路２８を有する。幅広い種類の材料がマニホールド２６の構成において使用され得、図示される配置においては半透明のアクリル材料である。使用される材料は望ましくは、液体冷却剤からの熱伝達を最小限に抑えるよう、比較的低い熱伝導性を有する。図示される配置においてはアクリル材料が使用されているが、本発明は該材料若しくは該材料と同一又は類似の熱特性を備える材料に限定されない、ことが理解される。

マニホールド２６は、図１に示される種類のＬＥＤ装置のアレイを担持するよう配置される。このため、マニホールド２６の１つの面は、ＬＥＤ装置のヒートシンク２０がマニホールド２６の内部へと入ることを可能にする寸法及び位置を有する一連の開口を与えられる。マニホールド２６は使用時に流体を充填されるため、各ＬＥＤ装置とマニホールド２６との間において密封を形成することが所望される。このことを達成するよう、複数の種類の密封装置及び密封技術が使用され得る。図示される配置においては、密封装置は、各ヒートシンク２０の凹部２２において位置決めされるＯリング（オーリング）（図示せず）の形状を取り、Ｏリングは、ヒートシンク２０をマニホールド２６に対して密封するよう各開口の周囲においてマニホールド２６において与えられる対応する構成に対して位置する（bearing against）。しかしながら、本発明はこの点において限定されない、ことが理解される。

ＬＥＤ装置の作動を制御する回路基板３０の少なくとも一部を担持する回路基板３０は、マニホールド２６上へと取り付けられ、回路基板３０は、ＬＥＤ装置の接続ピン１４と協働するよう配置されるコネクタ３２を有する。

使用時には、全てのＬＥＤ装置が正しく作動する一方、各ＬＥＤ装置の作動は、回路基板によって制御され、制御信号は、コネクタ３２及び接続ピン１４を介してＬＥＤ装置に伝達される。所望される作動モードに依存して、全てのＬＥＤ装置が照射され得るか、あるいは複数のＬＥＤ装置のみが所定の時点に照射され得る、ことは理解される。ＬＥＤ装置の接合部からの熱は、ヒートシンク２０を介してマニホールド２６内における液体冷却剤に対して伝導される。ヒートシンク２０が概して裁頭円錐形状である結果、その比較的大きな表面積が液体冷却剤への熱伝達に対して使用可能であり、故に熱伝達を支援する。

例えば小型アレイ１６が作動可能ではなくなっている、あるいは小型アレイ１６が所望される強度で光を発することが出来なくなっているというようにＬＥＤ装置の１つが不具合を起こしていると判断された場合、該１つのＬＥＤ装置は、マニホールド２６から取り外され、新しいＬＥＤ装置に交換される。取外し作業中、接続ピン１４は関連付けられるコネクタ３２から接続を外され、ヒートシンク２０はマニホールド２６から取り外される。交換作業が必要とすることは、交換ＬＥＤ装置のヒートシンク２０がマニホールド２６における適切な開口へと導入されること、接続ピン１４が対応するコネクタ３２と協働するよう位置決めされること、及びＬＥＤ装置が押し戻されて交換ＬＥＤ装置に関連付けられるＯリングがマニホールドとの密封を形成するようにされること、である。その後、ＬＥＤ配置は再度使用可能となる。

取外し及び交換作業中、マニホールド２６における開口は密封されておらず、マニホールド２６が液体冷却剤の漏れを確実に避けられるよう注意が払われる必要がある、ことが理解される。

本発明の配置は、不具合発生の場合、交換される必要があるのはＬＥＤ装置のうち不具合のあったもののみであり、依然として作動可能であるＬＥＤ装置はそのまま使用され続ける、という点において有利である。結果として、コスト削減及び効率的な節約がなされ得る。更に、ＬＥＤ装置をヒートシンクから剥離する必要、あるいは制御回路基板との複雑な電気的接続を分離及びリメイクする必要がないため、交換は迅速に達成され得る。

前述された装置は液冷形態を有するが、本発明は空冷配置又はガス冷却配置にも適用可能であり適切な修正は、本発明の範囲から逸脱することなくかかる使用を可能にするよう本願に記載される装置に対して行なわれてもよい、ことが理解される。

ヒートシンク２０にわたって並びにヒートシンク２０の周囲に冷却流を有するのではなく、ヒートシンク２０は単純に、マニホールド２６において形成される凹部内に受容され得、マニホールド２６がそこに冷却流を有する。かかる配置は、マニホールドがより優れた熱伝導性を有する材料を有することを要求するが、ＬＥＤ装置の交換中に冷却剤が漏出し得ないという利点を有する。

図４は、図１乃至３中のＬＥＤ配置に類似するＬＥＤ配置が示され、該配置において冷却剤は各ヒートシンク２０まで順次流れる、ことが理解される。ヒートシンク２０は、概して円錐形状を有して図示されてはいるが、例えば円筒形であるような他の形状を有してもよい。更に、例えばストレート形状又はらせん形状であるようなリブ又は溝は、所望に応じて与えられ得る。

図５及び６は、ヒートシンク２０が中空形状である他の設計を示しており、該ヒートシンク２０は、内部へと冷却流体が方向付けられ得る凹部２０ａを有する。図５に示される通り、別個の構成要素（図示せず）であり得るかあるいはマニホールド２６と一体であり得る流入管２６ａは、ヒートシンク２０を冷却するよう凹部２９ａへと冷却剤を方向付、冷却剤は、ヒートシンク２０と管２６ａとの間における環状形状路を通って流出路２６ｂまで流れる。当然のことながら、流体流方向は所望に応じて反転され得る。更に、流入管２６ａ及び流出路２６ｂは所望に応じて同軸に配置され得る。

ヒートシンク２０は、本発明の一実施例において概して円筒形状を有するよう図示されているが、円錐形状等である他の形状も可能であることは理解される。更に、凹部２０ａは、円筒形状を有するよう図示されているが、例えば円錐形状であってもよく、所望に応じてリブ又は溝を備えられ得る。

図５中の配置において、冷却剤は最初に凹部２０ａ内において流れる。これは常にそうである必要はなく、図６では変形が示されており、該変形において冷却剤は、凹部２０ａ内部及びヒートシンク２０の外側の周囲の両方において流れてその冷却を促進する。これは、偏向体（デフレクタ）３４の使用によって達成される。該偏向体３４は、流入管２６ａに対して取り付けられるかあるいは流入管２６ａと一体的に形成され、ヒートシンク２０と流入管２６ａとの間において画定される環状路に沿って流れた後にヒートシンク２０の外側の周囲に冷却剤流体を偏向させるよう作動可能である。

他の実施例と同様に、ヒートシンク２０の内側形状及び外側形状は変更され得、リブ、溝、又は他の構造が所望に応じて与えられ得る。更に、冷却剤流方向は所望に応じて反転され得る。

図５及び６中の配置において、各ヒートシンク２０は夫々の冷却剤の流れを与えられ得るため、配置にわたる温度変化の生成が低減され得、全てのＬＥＤ装置は、実質的に的に同じ冷却レベルに露出される。

図６中の配置において、集光体３６は、内部反射を低減するようアレイ１６の上方に与えられ、アレイからの光の透過を高める。類似する集光体が前述された他の実施例において使用され得る、ことは理解される。

他の複数の変更及び修正は、本願発明の範囲から逸脱することなく本願に記載される配置に対して行なわれ得る。例えば、多くの他の種類の密封配置が使用され得る。可能性の１つは接着密封の使用であるが本発明はこの点に限定されない、ことが理解される。更に、マニホールドを通る冷却剤流及び／又はヒートシンクにわたる冷却剤流は前述された配置とは異なり得、ヒートシンクは、本願発明の範囲から逸脱することなく幅広い種類の形状及び寸法を有し得る。

Claims (13)

1. ＬＥＤ装置であって、
   回路基板上へと取り付けられるＬＥＤと、
   該回路基板によって担持される電気コネクタと、
   前記回路基板によって担持され、熱を前記ＬＥＤから離して導くよう配置されるヒートシンクと、
   を有するＬＥＤ装置。
2. 前記ＬＥＤは、ＬＥＤの小型アレイを有する、
   請求項１記載の装置。
3. 前記ＬＥＤは、光をＵＶ波長において発するよう配置される、
   請求項１又は２記載の装置。
4. 前記ヒートシンクは、テイパ形状を有する、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の装置。
5. 前記ヒートシンクは概して円錐形状を有する、
   請求項４記載の装置。
6. 前記ヒートシンクは中空形状を有する、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の装置。
7. 前記ヒートシンクは保定凹部を備えられ、マニホールドに対する前記ヒートシンクの密封を可能にするよう該保定凹部内において密封装置が位置決めされる、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の装置。
8. 前記密封装置はＯリングを有する、
   請求項７記載の装置。
9. 前記マニホールドは、冷却を支援するよう前記ヒートシンクにわたって、前記ヒートシンクの周囲において、並びに／あるいは前記ヒートシンク内部において流れ得る水又は他の液体冷却剤を供給されるよう配置される、
   請求項７又は８記載の装置。
10. 前記ヒートシンクの中空内部へと冷却を方向付ける手段を更に有する、
    請求項９記載の装置。
11. 前記ヒートシンクの周囲に冷却剤を方向付ける偏向体を更に有する、
    請求項１０記載の装置。
12. 前記マニホールドは、複数の前記ＬＥＤ装置を有するヒートシンクを収容するよう設計される、
    請求項７乃至１１のうちいずれか一項記載の装置。
13. ＬＥＤ配置であって、
    複数の開口が形成されたマニホールドと、
    請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の複数のＬＥＤ装置と、
    を有し、
    各ＬＥＤ装置のヒートシンクは夫々、前記開口の１つを通って延在し、
    前記ＬＥＤ装置の電気コネクタは、前記マニホールドと関連付けられるかあるいは前記マニホールド上へと取り付けられる制御回路に対して解放可能に接続される、
    ＬＥＤ配置。

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