JP2016528745A - Ｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールは、導電性でありかつ絶縁層で選択的に被覆される、基部を含む。基部は、接続フランジおよび発光領域を含み得る。トレースが、絶縁コーティング上に提供され、発光領域上に位置付けられるＬＥＤを接続フランジ上のパッドに接続するために使用され得る。接続フランジは、角度および／または位置付けにおいて、基部からオフセットされ得、分極した様式でコネクタと噛合するために好適な接点形状を提供するように構成され得る。基部は、所望の機能性を提供するように形作られ得る。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、２０１３年８月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／８６９，３６７号に対する優先権を主張する。

本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）による固体照明の分野、より具体的にはＬＥＤモジュールの分野に関する。

ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤの使用による照明を提供する既知の方法である。ＬＥＤは、照明において有用となるために準備を必要とする。既存のＬＥＤモジュールは、ＬＥＤの種類に基づいて構成されるＬＥＤアレイを含む。例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤアレイは、典型的に反射表面上に載置され、ワイヤボンディングにより電気接続されるＬＥＤチップを含む。所望の光出力を提供するために、赤色、緑色、および青色のバランスを有し、維持することはいくぶんより複雑であるため、小さな範囲の波長を発生する効率的なＬＥＤを有すること、および蛍光体を使用して、発せられた波長を望ましいスペクトルに変換することがしばしば望ましい。したがって、ＬＥＤアレイは、金属クラッドＰＣＢまたは他の望ましい材料であり得る基板上に定置される、１つ以上のＬＥＤチップを含み得る。ＬＥＤチップは、それらを陽極および陰極に接続するパターンでワイヤボンディングされ、その後、チップは、蛍光層による光の変換を提供しながらチップを保護するように、適切なシリコーンおよび蛍光体の層で被覆され得る。

結果として生じるＬＥＤアレイは、上向きＬＥＤを提供し、陽極および陰極に電気接続される上向き接触をもまた提供し得る。これは、ＬＥＤアレイをヒートシンクに固定し、信頼できる様式で（例えば、保持器でＬＥＤアレイを押下することによって）電力を接点に接続することを可能にする。増大するＬＥＤの効率のために、ＬＥＤアレイはより小さくなっており、これによりサイズが縮小した基板を提供するための能力がもたらされている。これはコストの観点からは有益である一方で、サイズの縮小は、ＬＥＤアレイを扱うこと、およびそれを用途（治具または電球など）に固定することをより困難にしている。取り扱いの問題に対処するための１つの方法は、ＬＥＤアレイを固定するための保持器を使用することである。絶縁材料で形成され得る保持器は、ＬＥＤ基板上の接点に対して電気接続を提供し、ＬＥＤアレイに安全に載置され得る。例えば、物理的接続は、二次的な留め具を使用することなくはんだまたは伝導性接着剤の使用によって作られ得、したがって、ＬＥＤアレイのサイズは最小化され得、保持器（より安価な材料で形成される）は接点と外部電力源との間に物理的接続および電気接続を提供し得る。そのように構築されるＬＥＤモジュールの可能な構築物の一実施形態は、２０１３年１月４日に出願された米国特許出願公開第２０１３／０１７６７３２号に描写される。そのようなＬＥＤモジュールはいくつかの用途に好適である一方で、特定の個人によっては更なる改善が評価されるであろう。

発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールは熱および電気伝導性である基部を含み、基部は光を発生するように設計される光エンジンおよび接続フランジを含む。絶縁層は基部に選択的に適用され、絶縁層は粉末コーティングであり得る。トレースは、あるパターンで絶縁層上に形成される。ＬＥＤは、好ましくは絶縁層で被覆されない反射区域上に定置される。導電性であるトレースは、ＬＥＤに電気接続され得る。保護被覆は、ＬＥＤがトレースに電気接続されると、ＬＥＤ上に定置される。トレースは、ＬＥＤの隣接域から接続フランジへと延在する。作動中、接続フランジは、電力がＬＥＤに提供されることを可能にするコネクタを受容し得る。

本発明は、添付の図面において例として図示されており、ここにおいて限定されるものではなく、これらの図面において同様の符号は類似の要素を示す。

ＬＥＤモジュールの一実施形態を示す斜視図である。 図１に描写する実施形態を示す簡易化された部分分解斜視図である。 図２に描写するＬＥＤモジュールを示す拡大斜視図である。 ＬＥＤモジュールの別の実施形態を示す斜視図である。 基部および光エンジンの一実施形態を示す概略立側面図である。 基部および光エンジンの別の実施形態を示す概略立側面図である。 基部および光エンジンの別の実施形態を示す概略立側面図である。 基部および光エンジンの別の実施形態を示す概略立側面図である。 ＬＥＤモジュールの別の実施形態を示す概略描写図である。 ＬＥＤモジュールを提供する方法を示す図である。 ＬＥＤモジュールとの使用のために好適な基部の、簡易化された一実施形態を示す概略側面図である。 ＬＥＤモジュールの一実施形態を示す概略側面図である。

以下に続く詳細な説明は例示的な実施形態を説明し、明示的に開示される組み合わせ（複数可）に限定されることが意図されない。したがって、別途述べられない限り、本明細書に開示される特徴をともに組み合わせて、簡潔さの目的のためにさもなければ示されなかった追加の組み合わせを形成し得る。

図１〜３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール１０の第１の実施形態を図示する。ＬＥＤモジュール１０は、導電性であり、かつ基部１５上に選択的な様式で提供される絶縁層２１を含む基部１５を含む。基部１５は、反射区域２２内に位置付けられるＬＥＤチップ３８を含む発光領域２０を支持する。反射区域２２は、好ましくは絶縁層２１を含まない。ＬＥＤチップ３８に電力を提供するために、導電性のトレース３０ａ、３０ｂが絶縁層２１上に提供される。トレース３０ａは（陽極としての役割を果たす）パッド３１から接続領域３３へと延在し、トレース３０ｂは（陰極としての役割を果たす）パッド３２から接続領域３４へと延在する。ワイヤボンディング３５は、様々なＬＥＤチップ３８を接続領域３３、３４に所望のパターンで電気接続するために使用される。認識され得るように、パッド３１、３２は、接続フランジ１７上に位置付けられる。基部１５が支持表面（図示せず）と同一平面で載置されることを想定して、接続フランジ１７は、コネクタ４０へのアクセスを提供するような角度で基部１５から延在し得る。図５Ａ〜５Ｄから認識され得るように、接続フランジ１７ａ〜１７ｄは、基部１５ａ〜１５ｄに対して、上に角度付け、下に角度付け、平行、または平行かつオフセットなどの幅広い構成で提供され得る。言い換えると、発光領域２０ａ、２０ｂは、接続フランジとは異なる角度で配向され得る。所望される場合、他の構成もまた提供され得る。

発光領域２０は、シリコーンなどの材料で形成され得る保護層２５を含み、発光領域２０は、発生された照明をより望ましい波長の光に変換する役割を果たす蛍光体スラリーの層を含み得る。以下に、保護層２５の可能な変形形態について更に言及する。

発光領域２０に電力を供給するために使用されるトレース３０ａ、３０ｂは、パウダーコーティング技術によって、基部１５の所望の表面上に絶縁層２１を選択的に定置することによって適用され得る。絶縁層２１が基部１５の所望の表面（上部表面、１つ以上の側面表面、および底部表面など）上に提供されると、基部１５は、結果として生じる絶縁層２１が望ましい電気的隔離を提供するように硬化され得る。絶縁層２１は、基部１５の部分（基部１５の側面表面および底部表面を含む）を実質的に被覆し得ることに留意すべきである。追加の被覆を提供することは、トレース３０ａ、３０ｂを基部から電気的に隔離することに役立ち得、基部１５自体を、隣接した構成要素（ヒートシンクまたは支持具など）上に含まれ得る、あらゆる露出した金属から電気的に隔離することにもまた役立ち得る。

基部１５に絶縁層２１が選択的に適用されると、トレース３０ａ、３０ｂが絶縁層２１上に形成され得る。以下に考察するように、図７は、より詳細に考察されるトレースを形成するプロセスの考察を含む、ＬＥＤモジュールが形成され得る方法についての追加の情報を提供する。認識され得るように、絶縁層２１が接続フランジ１７上に適用されて、トレースが形成され得る。

以上に述べたように、反射区域２２は絶縁層２１を省略し得、一実施形態において、反射区域２２は光抽出を補助するために研磨され得る。所望される場合、ＬＥＤチップ３８は反射区域２２上に定置される。例えば図３に描写されるように、複数のＬＥＤは連続して接続されて、ＬＥＤ経路３９を形成し、２つ以上のＬＥＤ経路が平行して提供され得る。当然のことながら、所望される場合、他の回路パターンが提供され得る。ＬＥＤ経路３９を、それが５０ボルト未満の電位によって駆動されるように構成することが望ましいということ、およびＬＥＤ経路３９を駆動するために必要とされる電位が２５ボルト未満であることがより望ましいということが決定されている。より低い電圧の使用は、好適な電力供給を提供することをより容易にし、クリーページ（ｃｒｅｅｐａｇｅ）および空間問題をもまた改善する。

図４から認識され得るように、ＬＥＤモジュール１０’を所定の位置付けに固定するために、（スクリュー５などであるが、これに限定されない）従来の留め具が使用され得るように、留め具開口部を有する基部１５’を含む発光領域２０を有する、ＬＥＤモジュール１０’の別の実施形態が描写される。他の実施形態において、治具が、別個の留め具を使用せずにＬＥＤモジュールを所定の位置付けに保持するように、基部はサイズ調整され、形作られ得る。例えば、治具は、モジュールが電力源に係合し、クリップで所定の位置付けに保持されることを可能にするスナップを特徴に有して設計され得る。そのような状況において、ＬＥＤモジュールは、基部の底部表面上に、ＬＥＤモジュールと支持表面との間の改善した熱移動を提供するために役立つ熱結合層（熱パッドまたは放熱グリスなど）を含み得る。

導電性のトレース３０ａ、３０ｂは、反射区域２１の隣接域から接続フランジ１７へと延在する。接続フランジ１７はコネクタ４０と噛合するようにサイズ調整され、構成され得、コネクタは、ワイヤ４２に電気接続される末端を支持する本体４１を有する。末端は、陽極、陰極３１、３２と噛合し、したがって発光領域２０に電気接続を提供するように構成される。接続フランジ１７は、それが分極した様式でコネクタに係合するように構成され得る。描写される実施形態のうちのほとんどにおいて、接続フランジ１７は、基部１５とは異なって配向されることに留意すべきである。接続フランジが基部とは異なる様式で配向／構成されることの利点は、それが、コネクタ４０を接続フランジ上のパッドに接続することを容易にすることである。例えば、接続フランジはコネクタへの噛合を簡素かつ柔軟にする様式で角度付けられ得る一方で、基部は、光出力との干渉を最小化するような低いプロファイルを有し得る。図１〜４の実施形態は、照明出力角度に向かう方向に角度付けられる（例えば、図５Ａに描写するものに類似する）接続フランジを図示する一方で、代替的な一実施形態において、接続フランジは反対側の方向に角度付けられ得る（例えば、図５Ｄに描写するものに類似する）ことに留意すべきである。更に、（平行であるが、基部からオフセットされる接続フランジを示す、図５Ｂに描写するように）接続フランジは基部からオフセットされ得る。

特定の実施形態において、（図５Ｃに描写するように）接続フランジはまた、ＬＥＤモジュールの発光領域の基部と平行に整列され得ることに留意すべきである。そのような構成は、例えば、治具が平坦な表面に係合し得る接点を含み、モジュールが発光領域から離れた一側面上の接点に係合することが意図される用途において好適である（一実施形態において、治具における接点は、接触安全環境を提供するように陥凹され得るか、または囲われ得る）。

図６は、追加の特徴を含む、ＬＥＤモジュール１１０の別の実施形態を図示する。基部１１５は、発光領域１２０を提供する平坦領域１１５ａと、第１の屈曲部分１１６と、接続フランジ１１７と、第２の屈曲部分１１８と、を含む。認識され得るように、発光領域１２０は、集光様式で光を形作る反射構造を提供するように、屈曲部分の中央に位置付けられる。基部１１０は、主にＬＥＤ１４０から発生される光を、ＬＥＤモジュールから出て、または第１および第２の屈曲部分１１６、１１８に向かって反射することが意図される反射領域１２１を更に含む。以上の実施形態におけるように、屈曲部分は、電気的隔離を可能にする絶縁層で被覆され得る。一実施形態において、絶縁層は電気的に隔離され、かつ絶縁層の反射性質が９０％を超える、拡散した高反射特性を有し得る。

前の実施形態におけるように、ＬＥＤ１４０は所望のパターンでワイヤボンディング１３５と電気的に接続され、蛍光体層および／またはシリコーン層を含み得る保護層１２５で被覆され得る。ワイヤボンディング１３５は、第１の屈曲部分１１６上に提供される絶縁層に沿って、基部１１０の開口部を通って接続フランジ１１７へと延在する導電性のトレース１３０に接続する。したがって、絶縁層は、発光領域１２０から接続フランジ１１７へと延在する。構成のために、ＬＥＤモジュール１１０は基部の第１の側面１１４ａ上に光を発生し、基部１１５の第２の側面１１４ｂ上で電源に接続され得、これは、電子装置および電力送達を基部の一側面上に、ならびに発光領域を基部の他の側面上に定置する、より望ましい治具設計を可能にすることにおいて有益であり得る。認識され得るように、基部１１５の両側面上へのトレースのパターンの使用によって、基部の別の側面上に位置付けられるＬＥＤチップによって提供される、発生される光とのあらゆる干渉を避けながら、構成要素（非限定的にドライバ、コンデンサ、サーミスタ、およびヒューズなど）を、基部の一側面上に提供されるトレースに鑞着することが可能である。当然のことながら、基部が十分に大きい場合、追加の構成要素およびＬＥＤチップもまたすべて、基部の同一側面上に固定され得る。

基部１１５は熱伝導性であるため、基部１１５はヒートシンクとして使用され得、用途によっては、それ自体で熱付加を管理するために十分であり得ることに留意すべきである。代替的な実施形態において、基部１１５は熱スプレッダとして使用され、熱エネルギーをヒートシンクに向けるのに役立ち得る。

図７は、ＬＥＤモジュールを提供するために使用され得る方法を図示する。まず、ステップ２０５において、熱伝導性材料（アルミニウムまたは任意の他の望ましい熱伝導性金属もしくは金属合金などであり、ほとんどの場合、基部もまた電気伝導性である）で基部が形成される。以上に述べたように、基部は、用途に応じて様々な異なる形状を有し得る。次に、ステップ２１０において、粉末コーティングであり得る絶縁層で、基部が選択的にめっきされる。ステップ２１５において、絶縁層上にトレースが形成される。一実施形態において、これは、プラスチック上にレーザーダイレクトストラクチャリング（ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）が行われる方法に類似したパターンで、絶縁層を活性化するためのレーザーの使用を伴い得る。パターンが形成されると、無電解プロセスの使用によりパターンがめっきされるように、基部はめっき浴中に定置され得る。所望される場合、追加の無電解めっき、またはトレースに電荷を適用し、その後、基部をめっき浴中に定置することによる電気めっきの使用のいずれかによって、トレースの厚さは更に増大され得る。あるいは、トレースは、導電性インクを絶縁層上に直接印刷することによって、インクジェット技術で絶縁層上に形成され得る。トレースがインクジェット技術で形成される場合、用途および所望の電流に応じて、トレースを更にめっきして、より高い電流負荷を処理することができるより厚いトレースを提供することが望ましくあり得、これは好ましくは電気めっきを使用して行われるであろう。しかしながら、適切な導電性インクによって、そのような追加のめっきは必要ではなくなることが予期される。所望される場合、トレースは、基部の１つ以上の側面上に形成され得、他の電気構成要素（ＬＥＤダイ以外）がトレースに接続されることを可能にする間隙および複雑なパターンを含み得ることに留意すべきである。認識され得るように、トレースは基部のいかなる露出した部分からも隔離され、したがって電気めっき操作は選択的に適用され得る。

導電性のトレースが形成されると、ステップ２２０において、ＬＥＤダイは基部上に定置され得る。認識され得るように、ダイを適用するプロセスは、ダイの定置（例えば、以上に考察するように、ダイは反射区域上に定置され得る）前に清浄および研磨された領域に対して行われ得る。ステップ２２５において、ＬＥＤダイはともにワイヤボンディングされ、トレースに接続される。最後に、ステップ２３０において、ＬＥＤは、シリコーン層および任意の蛍光体スラリー層を含み得る保護層で被覆される。所望される場合、追加の層およびフィルタが追加され得る。例えば、特定の光の波長は、これらの波長が望ましくないと決定される場合、遮断され得る。追加の構成要素もまた、基部に載置され得る。認識され得るように、追加の構成要素ははんだまたは伝導性接着剤で取り付けられ得る。

図８〜９は、ＬＥＤモジュールにおいて使用され得る基部３１５の一実施形態の断面の概略図を図示し、基部３１５は、壁３１８を有する陥凹した領域３１９を含む。陥凹した領域３１９は反射区域３２２を含み、したがって上部表面３１５ａと底部表面３１５ｄとの間にある発光領域を提供する。陥凹した領域３１９は描写される通りであり得、基部の一部が除去または平坦化され、したがって底部表面３１５ｄが単一の平面上にある基部をもたらす。あるいは、基部の厚さは一定に維持され、陥凹領域区域が単に押下され得る（これは、単一の平面上にない基部の底部表面をもたらす）。いずれにしても、陥凹した領域３１９は発光区域を提供する。陥凹した領域３１９は、ＬＥＤチップ３４０が反射区域３２２内に位置付けられ、ワイヤボンディング３３５によって電気接続されることを可能にする。チップおよびワイヤボンディングを保護するために、ＬＥＤチップ３４０上に第１のシリコーン層３２５ａが定置され得る。その後、第１のシリコーン層上に蛍光体層３２５ｂが提供され得る。蛍光体層３２５ｂは、ＬＥＤチップから発生される光を他の波長の光に変換する役割を果たす。その後、蛍光体層３２５ｂは追加のシリコーン層３２５ｃによって被覆され得る。当然のことながら、追加の層が、フィルタリングを提供するためにおよび／または異なる特性を提供するために使用され得、描写される実施形態はかなり簡潔である。描写される設計の１つの利点は、陥凹した領域３１９の壁３１８が液体である層を含み、それらの層が消散すること、または隣接する区域に流入することを防ぐのに役立つことである。したがって、陥凹した領域３１９および壁３１８はともに、追加の治具または二次壁を必要とせずに、ＬＥＤモジュールの製造中の層の封じ込めを提供する。

以上に述べたように、ＬＥＤチップを提供するとき、いくつかの層が提供され得る。これは、一般的に、本明細書に開示されるＬＥＤチップ設計のうちのいずれにも適用可能である。構成要素を保護するためにシリコーン層を使用することが一般的であり、したがって保護層が少なくともシリコーン層に類似するものを含むことが予期される。用途に応じて、追加の層および／またはフィルタ（図示せず）が以上のＬＥＤチップに追加され得る。例えば、特定の波長を遮断するため、および／または光の色を調節するためのフィルタが追加され得る。もちろん、ＬＥＤチップがＲＧＢ構成で構成される一実施形態について、特定の光の波長を被覆または遮断するための蛍光体またはフィルタを使用する必要なく、ＬＥＤチップが所望の出力を提供するため、蛍光体層および第２のシリコーン層は除去され得る。したがって、構成に関わらず、陥凹した領域の使用はいくつかの利益を提供し、所望の層を含むための適切な深さで構成され得、描写される３つの層は何らかの他の数の層であり得る。所望される場合、発光領域は高度に研磨されて、光抽出を改善し得ること、および発光領域もまた、（基部の他の部分のあらゆる形成に加えて、またはそれとは別個に）発光領域から発生される光の形状の制御に役立つように形作られ得ることに留意すべきである。

認識され得るように、描写されるＬＥＤモジュールは、小型で対費用効果の高い様式で電気接続を提供し得る。一実施形態において、ＬＥＤモジュールの基部は、追加のヒートシンクが必要とされないように、それが十分に大きいように構成され得ることに留意すべきである。代替的な一構成において、基部はヒートシンクに熱結合し、したがってより熱スプレッダとしての役割を果たすように構成される。

本明細書に提供される開示は、特徴を、それらの好ましいおよび例示的な実施形態の点から説明する。添付の特許請求の範囲および趣旨内での多数の他の実施形態、修正形態、および変形形態が、本開示を検討することによって当業者に想到されよう。

Claims (13)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールであって、
   熱および電気伝導性であり、発光領域および接続フランジを有する基部と、
   該基部上に選択的に提供される絶縁層であって、前記接続フランジ上に位置付けられるように構成される絶縁層と、
   該絶縁層上に提供される第１のトレースおよび第２のトレースであって、前記接続フランジ上のパッドから前記発光領域に隣接した対応する接続領域へと延在する、第１および第２のトレースと、
   前記発光領域内にあるパターンで載置されたＬＥＤチップであって、前記第１および第２のトレースが前記ＬＥＤチップに陽極および陰極を提供するように、前記ＬＥＤチップの組が前記第１および第２のトレースに電気接続される、ＬＥＤチップと、を備える、ＬＥＤモジュール。
2. 前記接続フランジが前記発光領域からオフセットされる、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記接続フランジが前記基部に対して角度付けされる、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記発光領域が前記基部内に陥凹させられる、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記ＬＥＤチップが少なくとも２つの層によって被覆される、請求項４に記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記基部が上部表面および底部表面を有し、前記陥凹が前記上部表面と底部表面との間に延在し、少なくとも２つの層が前記上部表面より下にある、請求項５に記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記基部が、集光様式で発生される光を形作るように構成されるように、該基部が屈曲し、前記発光領域が前記基部内に位置付けられる、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
8. 前記基部が、前記ＬＥＤチップを支持する前記基部の第１の側面から、該第１の側面と反対側の第２の側面へと延在する開口部を含み、前記接続フランジが、前記開口部から延在し、前記第２の側面上に位置付けられる、請求項７に記載のＬＥＤモジュール。
9. 発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールを形成する方法であって、
   反射区域および接続フランジを有する基部を提供することと、
   該基部上に絶縁層を提供することであって、前記反射区域が前記絶縁層を実質的に含まず、該絶縁層が前記接続フランジを少なくとも部分的に被覆する、提供することと、
   前記絶縁層上に第１のトレースおよび第２のトレースを提供することであって、該第１および第２のトレースが、前記反射区域の隣接域から前記接続フランジへと延在する、提供することと、
   前記反射区域上に複数のＬＥＤチップを位置付けることと、
   該複数のＬＥＤチップを前記第１および第２のトレースに電気接続することと、
   前記ＬＥＤチップ上に保護コーティングを提供することと、
   を含む、方法。
10. 前記反射区域が陥凹させられる、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１および第２のトレースの前記提供が、前記接続フランジ上に２つのパッドを提供することを含み、該２つのパッドのうちの一方が前記第１のトレースに電気接続され、前記２つのパッドのうちの他方が前記第２のトレースに電気接続される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記トレースの形成が、前記絶縁層上に導電性インクを直接定置することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記トレースの形成が、前記絶縁層上にレーザーでパターンを形成することと、その後、導電層が前記パターン上に形成されるように前記基部をめっき浴中に定置することと、を含む、請求項１１に記載の方法。

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