JP2014528171A - 高出力ｌｅｄ装置の組立及び相互接続の方法 - Google Patents

Abstract

複数の容易に交換可能なLEDアセンブリを備えたLEDアレイ。このLEDアセンブリは、例えば、電気絶縁ねじ止め具によって取り付け基板に取り付けられている。LEDアセンブリは、取り外し可能な電源接続クランプ及び相互接続クランプによって電気的に直列に接続されている。この要約書は、研究者又は他の読者による技術的開示の目的の迅速な確認を可能にする要約書に必要な規則を順守するように記載されることが重視されている。要約書は、添付の特許請求の範囲又は意味を理解又は限定するためのものではないという理解の下で提出される。米国特許法施行規則1.72（ｂ）。【選択図】 図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第119条（e）の下に、引用により全開示内容が本明細書中に組み込まれる2011年9月16日出願の米国仮特許出願第61/535,541号の優先権を主張するものである。

（発明の背景）
（1．発明の分野）
本発明は、LEDアレイに関し、詳細には、本発明は、交換可能なLEDアセンブリを備えたLEDアレイに関する。

（2．背景）
高強度発光ダイオード（「LED」）装置は、熱エネルギー管理、光エネルギー管理、及び電気エネルギー管理（相互接続）のデザインに大きな課題がある。これは、高レベルの特定の波長の光エネルギーを比較的短い距離、例えば、10mm〜100mmに焦点を合わせるLED発光システムをデザインする際に特に問題である。このようなデザインは、LED装置の高密度パッケージング（実装）を必要とする。従って、高密度及び電気エネルギー管理の目標を満たすために既存のLED「パッケージ」デザインを電気的に相互接続する方法が必要である。高強度光エネルギーのため、使用される材料は、適用可能な装置又はシステムの特定の波長で放射されるエネルギーに耐えなければならない。

従って、高密度LEDアレイから放射される高強度放射エネルギーを生成するLEDパッケージが必要とされている。現場で迅速かつ容易に修理することができる、又は様々な波長の放射エネルギーを供給するために変更することができるLEDパッケージが特に必要とされている。

本発明は、容易かつ迅速に交換可能なLEDアセンブリを備えたLEDアレイを提供することによって、産業界の上述の要望を実質的に満たす。

取り付け基板、複数のLEDアセンブリ、複数の電源接続クランプ、及び複数の相互接続クランプを備えるLEDアレイが提供される。このLEDアセンブリは、該基板に取り付けられ、それぞれが、LEDチップに電気的に接続された陽極及び陰極を備えている。電源接続クランプは、一対の末端LEDアセンブリのそれぞれを電源に接続する。電源接続クランプは、電源接続孔にねじ込まれる電源接続止め具を備えることができる。電源接続止め具は、電気コネクタにねじ込んで、各電源接続クランプを電源に接続することができる。相互接続クランプは、LEDアセンブリが電気的に直列に相互接続されるように、隣接するLEDアセンブリの陽極と陰極を接続する。各相互接続クランプは、一対の相互接続止め具を有することができ、各相互接続止め具は、相互接続孔にねじ込まれる。相互接続止め具は、陽極又は陰極にねじ込んで、隣接するLEDアセンブリの陽極と陰極を電気的に直列に接続して固定する。

図1は、本発明のLEDアレイの一実施態様の斜視図である。 図2は、図1のLEDアレイに利用されるLEDアセンブリの一実施態様の斜視図である。 図3は、レンズが所定の位置でLEDチップを覆っている図2のLEDアセンブリの斜視図である。 図4は、図1のLEDアレイに使用するのに適したLEDアセンブリの別の実施態様の斜視図である。 図5は、図1のLEDアレイに使用するのに適した取り付け基板の底面側の斜視図である。 図6は、図5の取り付け基板の上面側の斜視図である。 図7は、図1のLEDアレイに使用される電源接続クランプの一実施態様の斜視図である。 図8は、図1のLEDアレイに使用される相互接続クランプの一実施態様の斜視図である。

（詳細な説明）
上記説明した図面は、本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを企図するものではない。

特段の記載がない限り、本明細書で使用される全ての化学技術用語は、本発明が属する分野の一般的な技術者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書で説明される方法及び材料と同様又は同等の方法及び材料を使用して本発明を実施することができ、適切な方法及び材料を以下に説明する。

一番上及び一番下などの相対的な用語のいずれの使用も、説明の都合のためであり、本発明又はその構成要素をいずれか1つの位置又は空間の向きに限定するものではない。添付の図面の構成要素の全ての寸法は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施態様の可能なデザイン及び用途によって異なり得る。

本明細書に開示されるさらなる特徴及び方法はそれぞれ、本発明の改善された装置及びこの装置を製造及び使用する方法を提供するために、他の特徴及び方法と別個に又は共に使用することができる。多くのこのようなさなる特徴及び方法を共に利用する本発明の教示の代表的な例を、図面を参照して以下に詳細に説明する。この詳細な説明は、本教示の好ましい態様を実施するためのさらなる詳細を当業者に単に教示することが目的であり、本発明の範囲を限定するものではない。従って、以下の詳細な説明で開示される特徴及び方法の組み合わせのみが、広義で本発明を実施するために必須というわけではなく、このような組み合わせはむしろ、特に本発明の代表的な好ましい実施態様を説明するために単に教示される。

当業者であれば、本発明の様々な実施態様で示される個々の構成要素は、ある程度まで交換可能であり、本発明の概念及び範囲から逸脱することなく他の実施態様に加える、又は他の実施態様の構成要素と交換することができる。

図1を参照すると、LED（アセンブリ）アレイ100が示されている。このLEDアレイ100は、複数の基板止め具、例えば、取り付けねじ106によって取り付け基板104に取り付けられた複数のLEDアセンブリ102を備えている。電源接続クランプ108によってLEDアレイ100に電力が供給され、LEDアセンブリ102は、相互接続クランプ110を用いて相互接続されている。端部又は末端LEDアセンブリ112、114の1つが、LEDアレイ100の各端部に配設されている。

図2及び図3は、LEDアセンブリ102の一実施態様を示している。適切なLEDアセンブリの1つが、Luminus Devices社（1100 Technology Park Drive, Billerica, MA 01821 USA）から部品番号：SCBT-120-UV-C14-1382-22として入手可能である。このLEDアセンブリは、ピーク周波数が385nmで、主にUVスペクトルの電磁放射線を放射する。LEDアセンブリ102は、陽極120及び陰極122、並びに電気コネクタ（電線）アセンブリ126によって少なくとも部分的に該陽極120及び該陰極122に電気的に接続されたLED（チップ）124を備えている。図3に示されている実施態様では、LED124は、レンズ128によって覆われている。このレンズ128は、LED124から放射される本質的に全ての放射線を透過させることができる、又は任意に、選択された波長を除去することもできる。孔130、132が、ベース部134に画定されている。図示されている実施態様では、陽極及び陰極は、ベース部134の相反する長手方向の端部から延びている。取り付け孔136、138がそれぞれ、陽極120及び陰極122に画定されている。LEDアセンブリ102の他の構成要素及び特徴は、当業者には公知であるため、本明細書では説明しない。

図4は、LEDアセンブリ144を示しており、このLEDアセンブリは、陽極146及び陰極148が存在するため、LEDアセンブリ120とは異なっている。電極146、148は、先端部が切断されて孔136、138を備えていないという点で電極120、122とは異なっている。

図5及び図6はそれぞれ、取り付け基板104の底面及び上面を示している。取り付け基板104は、複数の取り付け孔160、162、及びLED固定孔164、166を画定している。図示されている実施態様では、孔160、160は、皿孔であるため、接続具、例えば、ナットを使用して、取り付け基板104を、印刷機に存在するような表面に同一平面となるように取り付けることができる。皿孔の特徴により、固定されたナットは、上面168と同一平面、又は上面168よりも完全に下に取り付けることができ、これにより、LEDアセンブリを取り付け基板104にぴったりと取り付けることが可能である。従って、皿孔の特徴により、LEDアセンブリは、上面168に取り付けられると該上面168に完全に接触することが可能となる。取り付け基板104は、導電材料、例えば、銅又はアルミニウムなどから形成することができる。

図7に示されているように、電源接続クランプ108の一実施態様は、上部172及び下部174を有する。電源接続クランプスロット176が、上部172と下部174との間に画定されている。図示されている実施態様では、下部174は、スロット176近傍の最大寸法に向かって先細になっている。電源接続クランプ孔178が、スロット176に横方向に近接して画定されている。電力接続クランプねじ孔180、182も、上部172に画定されている。ねじ孔180、182は、電源接続クランプ止め具、例えば、電源接続止めねじ184、186又は等価の接続具を収容する。図示されている実施態様では、孔180は、孔178に開口している。取り付け基板104の場合と同様に、クランプ108は、導電材料、例えば、銅又はアルミニウムなどから形成することができる。

図8に示されているように、相互接続クランプ110の一実施態様は、上部190及び下部192のそれぞれを画定している。相互接続クランプスロット194、196が、上部190と下部192との間に形成されている。相互接続クランプねじ孔198、200が、上部190に形成され、それぞれのスロット194、196に開口している。孔202、204が、下部192に形成され、図示されている実施態様のそれぞれの孔198、200と同一直線上にある。孔198、200は、相互接続クランプ止め具、例えば、相互接続クランプ止めねじ206、208又は等価の接続具を収容する。取り付け基板104及び電源接続クランプ108に関する場合と同様に、相互接続クランプ110は、導電材料、例えば、銅又はアルミニウムなどから形成することができる。

LEDアレイ100は、取り付けねじ106を孔130、132に通し、次いで該取り付けねじ106を取り付け孔164、166にねじ込んで複数のLEDアセンブリ102を取り付け基板104に取り付けることによって組み立てられる。図1に示されているように、隣接するLEDアセンブリ102は、極が交互するように配設され、1つのLEDアセンブリ102の陽極が隣接するLEDアセンブリ102の陰極に隣接している。一実施態様では、電気絶縁止め具、例えば、ねじ106は、LEDアセンブリのベース部と取り付け基板との間の電気的な絶縁を維持するために導電材料から形成されている。適切な絶縁材料の1つは、Ultemであり、Ultemは、SABIC Innovative Plastics IP B.V.社（besloten vennootschap (b.v.) Netherlands Plasticslaan 1 Bergen op Zoom Netherlands 4612PX）から入手可能な非晶質熱可塑性ポリエーテルイミド（PEI）樹脂の登録商標である。他の適切な合成樹脂は、当業者であれば、例えば、引用により本明細書中に組み込まれている「プラスチック、エラストマー、及び複合材の手引書（Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites）」（編集長Charles A. Harper、第3版、McGraw-Hill, New York, 1996）で見出すであろう。

複数のLEDアセンブリ102は、隣接する陽極と陰極の対を相互接続クランプ110に取り付けることによって直列に相互接続されている。図8を参照すると、陽極120は、スロット194、196の一方に配設され、隣接するLEDアセンブリ102の陰極122は、スロット194、196の他方に配設される。次いで、陽極及び陰極が、ねじ206、208が電極に確実に接触するまで該ねじをねじ込むことによってスロット194、196内に固定される。あるいは、ねじ止め具の代わりに、高圧縮ばね荷重接触を利用することができ、該ばね荷重接触はそれぞれ、気密電気接続を実現することができる。例えば、省スペース化が検討事項である場合は、LEDアセンブリ144を、LEDアセンブリ102の代わりに利用することができる。

ここで図7を参照されたい。末端LEDアセンブリ112、114と呼ばれるLEDアセンブリ100の各端部のLEDアセンブリ102は、止めねじ184をねじ孔180に締め込み、そして止めねじ186を孔182に締め込むことによって、例えば、クランプ108の孔178に配置された電線又は他の導体によって電源に接続される。

LEDアセンブリ102の1つを、修理のため、又はLEDアレイ100から放射される波長を変更するために交換することができる。LEDアセンブリは、陽極及び陰極を2つの相互接続クランプから取り外すことによって、又は、交換されるLEDアセンブリが末端LEDアセンブリである場合は、陽極及び陰極を相互接続クランプ及び電源接続クランプから取り外すことによって除去される。次いで、除去されたLEDアセンブリの代わりのLEDアセンブリが2つの相互接続クランプに取り付けられる、又は、場合によっては、相互接続クランプと電源接続クランプに取り付けられることもある。次いで、新たに取り付けられたLEDアセンブリが、取り付けねじを孔130、132に通し、該取り付けねじを孔164、166にねじ込むことによって取り付け基板に取り付けられる。

当業者であれば、電線及びくわ形導体の両方を、本発明の組立及び方法によって接続して利用できることを理解されよう。加えて、LEDアセンブリの寸法及び間隔を変更することによって様々な密集度の物理的取り付けを達成することができる。本明細書に記載される様々な構成要素及びその等価物は、LEDアセンブリが発光したときに生じる高温及び高エネルギー環境に耐えることができる。

極を交互に取り付ける方式を利用して、高効率で省スペースの組立及び相互接続の方法である、LED装置の直列接続を実現する。必要に応じて、ブラケット108、110の1つ又は両方を緩め、そしてねじ106を取り外すことによって1つのLEDアセンブリを除去し、別の1つのLEDアセンブリと交換することができる。次いで、除去されたLEDアセンブリの代わりとなるLEDアセンブリが、クランプ108、110の1つ又は両方に固定され、そして止めねじ106を用いて基板104に固定される。これにより、故障したLEDアセンブリの交換、現場でのメンテナンス、及び現在のLEDアレイによって生成される波長の変更が可能となる。

本発明の現在の組立及び相互接続の方法は、極性が交互するようにLEDアセンブリを取り付けることによって極性交互直列回路に「デイジーチェーン」を形成する。

本発明のLEDアセンブリの表面と取り付基板の表面との直接接触によって、LED熱源からのさらなる熱放射が実現される。

本発明の様々な変更が、本発明の概念から逸脱することなく可能であるため、本発明の範囲は、例示及び説明された実施態様に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって決まる。

Claims (20)

1. LEDアレイであって、
   取り付け基板と、
   該基板に取り付けられた複数のLEDアセンブリであって、一対の末端LEDアセンブリを備え、該各LEDアセンブリが、LEDチップに電気的に接続された陽極及び陰極を有する、該複数のLEDアセンブリと、
   該各末端LEDアセンブリを電源に接続するための複数の電源接続クランプであって、電源接続クランプ孔にねじ込まれた電源接続止め具を備え、該電源接続止め具が、電気コネクタにねじ込まれて、該各電源接続クランプを該電源に接続する、該複数の電源接続クランプと、
   隣接するLEDアセンブリの陽極と陰極を接続する複数の相互接続クランプであって、それぞれが、一対の相互接続クランプ止め具を備え、該各相互接続クランプ止め具が、相互接続クランプ孔にねじ込まれ、該相互接続クランプ止め具が、陽極又は陰極にねじ込まれて、隣接するLEDアセンブリの該陽極と該陰極を接続する、該複数の相互接続クランプと、を備える、前記LEDアレイ。
2. 前記LEDアセンブリを前記取り付け基板に固定する複数の電気絶縁止め具をさらに備える、請求項1記載のLEDアレイ。
3. 前記電気絶縁止め具が、前記取り付け基板に画定されたねじ孔に配設されたねじである、請求項2記載のLEDアレイ。
4. 前記絶縁止め具が、非晶質熱可塑性ポリエーテルイミドから形成されている、請求項2記載のLEDアレイ。
5. 前記各電源接続クランプが、電源接続クランプスロットを画定し、1つの前記末端LEDアセンブリの陽極又は陰極が、該電源接続クランプスロットに固定されている、請求項1記載のLEDアレイ。
6. 前記各相互接続クランプが、一対の相互接続クランプスロットを画定し、1つの前記LEDアセンブリの前記陰極が、一方の該相互接続クランプスロットに配設され、隣接する1つの前記LEDアセンブリの前記陽極が、他方の該相互接続クランプスロットに配設されている、請求項1記載のLEDアレイ。
7. 前記LEDアセンブリが、UV放射線を放射する、請求項1記載のLEDアレイ。
8. 前記取り付け基板、前記電源接続クランプ、及び前記相互接続クランプが導電性である、請求項1記載のLEDアレイ。
9. 前記各LEDアセンブリが、一対の取り付け孔を備え、該各取り付け孔が、前記取り付け基板に画定されたLED固定孔にねじ込まれた止め具を収容している、請求項1記載のLEDアレイ。
10. LEDアレイを製造する方法であって、
    複数のLEDアセンブリを、一対の止め具を該各LEDアセンブリに通して、取り付け基板に画定された一対の孔にねじ込むことによって該取り付け基板に取り付けるステップであって、該複数のLEDアセンブリが一対の末端LEDアセンブリを備える、該ステップと、
    該各末端LEDアセンブリを、第1のねじ止め具を用いて電源接続クランプに電気的に接続するステップと、
    陽極を、第2のねじ止め具を用いて隣接するLEDアセンブリの陰極に電気的に接続するステップと、を含む、前記方法。
11. 前記LEDアセンブリを前記取り付け基板に取り付ける前記ねじ止め具が電気絶縁性である、請求項10記載の方法。
12. 前記電源接続クランプが、電源接続クランプスロットを画定し、前記末端LEDの陽極又は陰極が、前記第1のねじ接続具によって該電源接続クランプスロットに固定される、請求項10記載の方法。
13. 前記各接続された陽極及び陰極が、相互接続クランプに取り付けられ、該各相互接続クランプが、一対の相互接続クランプスロットを画定し、隣接するLEDアセンブリの該陽極及び該陰極が、前記第2のねじ接続具によって該相互接続クランプスロットの1つに固定される、請求項10記載の方法。
14. 前記各電源接続クランプが、電源接続クランプ孔を画定し、前記各相互接続クランプが、前記第1のねじ止め具又は前記第2のねじ止め具の一方がねじ込まれる相互接続クランプ孔を画定し、該第1の止め具及び該第2の止め具が、該相互接続クランプ孔及び該電源接続クランプ孔にねじ込まれる、請求項13記載の方法。
15. LEDアレイにおけるLEDアセンブリを交換する方法であって、該LEDアレイが、取り付け基板；複数の基板止め具によって該取り付け基板に取り付けられた複数のLEDアセンブリであって、一対の末端LEDアセンブリを備え、該各LEDアセンブリが、LEDチップに電気的に接続された陽極及び陰極を有する、該複数のLEDアセンブリ；該各末端LEDアセンブリを電源に接続するための複数の電源接続クランプであって、電源接続クランプ孔にねじ込まれた電源接続クランプ止め具を備え、該電源接続クランプ止め具が、導体にねじ込まれて、該各電源接続クランプを該電源に接続する、該複数の電源接続クランプ；複数の相互接続クランプであって、それぞれが、隣接するLEDアセンブリの陽極と陰極を接続し、それぞれが、一対の相互接続クランプ止め具を備え、該各相互接続クランプ止め具が、相互接続クランプ孔にねじ込まれ、該相互接続クランプ止め具が、陽極又は陰極にねじ込まれて、隣接するLEDアセンブリの該陽極と該陰極を接続する、該複数の相互接続クランプと、を備え、該方法が、
    該基板止め具を該取り付け基板から取り外すステップと、
    該LEDアセンブリの該陰極を1つの該相互接続クランプから取り外すステップと、
    該LEDアセンブリの該陽極を別の該相互接続クランプから取り外すステップと、
    交換用LEDアセンブリを該取り付け基板に取り付けるステップと、
    該交換用LEDアセンブリの陰極を該相互接続クランプに取り付けるステップと、
    該交換用LEDアセンブリの陽極を他の該相互接続クランプに取り付けるステップと、を含む、前記方法。
16. 前記相互接続止め具及び前記電源接続止め具のねじを緩めるステップをさらに含む、請求項15記載の方法。
17. 前記各相互接続クランプが、複数の相互接続クランプスロットを画定し、前記陽極及び前記陰極を取り外す前記ステップが、該相互接続クランプスロットの1つから該陽極及び該陰極を取り外すステップを含む、請求項16記載の方法。
18. 陽極又は陰極の一方を、前記相互接続クランプから取り外し、該陽極又は該陰極の他方を、該電源接続クランプから取り外し、前記交換用LEDアセンブリの前記陰極又は前記陽極の一方を、該相互接続クランプに取り付け、該交換用LEDアセンブリの該陰極又は該陽極の他方を、該電源接続クランプに取り付ける、請求項15記載の方法。
19. 前記陽極及び前記陰極の取り外し及び取り付けが、前記相互接続止め具及び前記電源接続止め具を緩めること及び締めることによって行われる、請求項18記載の方法。
20. LEDアレイを発光させる方法であって、該LEDアレイが、取り付け基板；該取り付け基板に取り付けられた複数のLEDアセンブリであって、一対の末端LEDアセンブリを備え、該各LEDアセンブリが、LEDチップに電気的に接続された陽極及び陰極を有する、該複数のLEDアセンブリ；該各末端LEDアセンブリを電源に接続するための複数の電源接続クランプであって、電源接続クランプ孔にねじ込まれた電源接続クランプ止め具を備え、該電源接続クランプ止め具が、導体にねじ込まれて、該各電源接続クランプを該電源に接続する、該複数の電源接続クランプ；隣接するLEDアセンブリの陽極と陰極を接続する複数の相互接続クランプであって、それぞれが、一対の相互接続クランプ止め具を備え、該各相互接続クランプ止め具が、相互接続クランプ孔にねじ込まれ、該相互接続クランプ止め具が、陽極又は陰極にねじ込まれて、隣接するLEDアセンブリの該陽極と該陰極を接続する、該複数の相互接続クランプと、を備え、該方法が、該末端LEDアセンブリに電気を供給するステップを含む、前記方法。

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