JP2017525152A - 高強度ｌｅｄ装置をパッケージング及び相互接続するためのデザイン及び方法 - Google Patents

Abstract

高強度LED装置をパッケージング及び相互接続するためのデザイン及び方法は、1つのLED装置のアノードが、隣接するLED装置のカソードに電気的に接続されて直列になるように、極性が交互になった隣接タブレスLED装置を利用する。電気的接続及び位置的接続は、止め具、任意に存在する熱伝導性絶縁体によってアノード又はカソードに取り付けられたコネクタによる影響を受ける。【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、引用により本明細書中に組み込まれる2014年7月25日出願の米国仮特許出願第62/029,343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、UV感受性インクでの印刷に関し、詳細には、本発明は、UV感受性インクを硬化させるためのUVスペクトルを放射する装置に関する。

（2．背景）
高強度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を比較的短い距離、例えば、10mm〜100mmに焦点を合わせなければならない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（取り付け）を必要とする。

（概要）
本発明は、改善された熱管理、エネルギー管理、及び電気管理の方法及び装置を備えるLEDアセンブリ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。本発明の方法及び装置は、LEDパッケージを取り付けると共に、非常に望ましい特徴として電気接続を提供する。相互接続ワイヤ及び/又は止め具の排除により、構造の信頼性及び単純さがさらに加えられる。放射される高強度光エネルギーのために、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、複数の導電性コネクタ及び複数のLED装置を含むLEDアセンブリが提供され、各LED装置は、カソード及びアノードを備え、該LED装置が、1つのLED装置のカソードが前記伝導性コネクタの1つによって隣接LED装置のアノードに電気的に直列に接続されるように並置される。

LEDアセンブリを製造する方法がさらに提供され、この方法は、隣接LED装置が、極性が交互した位置になるように複数のタブレスLED装置を配置するステップ；及び前記LED装置の1つのアノードを隣接LED装置のカソードに接続して電気的に直列にするステップを含む。

基板を照射する方法がさらに提供され、この方法は、LEDアセンブリにエネルギーを供給するステップを含み、前記LEDアセンブリが複数の導電性コネクタ；及び複数のLED装置を含み、各LED装置が、LED、カソード、及びアノードを備え、該LED装置が、1つのLED装置のカソードが前記導電性コネクタの1つによって隣接LED装置のアノードに電気的に直列に接続されるように並置される。

本発明の組み立てられたアレイは、電気接続を可能にする平らな導電面を有するようにデザインすることができ、かつこのような接続の長いストリングを可能にするために本質的にリバーシブルにすることができ、これにより、これらのパッケージのアレイが形成される。LEDアセンブリ又は装置の場合には、このような構成は、発光源の反復アレイを形成することになる。

本発明は、1つ以上のLEDを取り付けるために積層パッケージを形成し、かつ装置に外部接続を提供する標準的な回路の形成方法を使用する。

本装置は、1つの位置で取り付け止め具と電気相互接続を組み合わせている。

本発明は、ストラップを完全な電気回路ツリー（electrical circuit tree）に相互接続する可変長の「ドッグボーン」を利用し、かつLED装置間の可変「ピッチ」又は間隔を可能にする。

「ドッグボーン」相互接続は、金又は錫でめっきして腐食を無くす又は低減し、かつ導電率を高めることができる。

本発明は、極性が交互する方式でLEDパッケージを取り付けることによって、交互極性直列回路に「デイジーチェーン」を提供する。

本発明は、装置間の電気的遮断を達成するために「最上層（top hat）」又は「チューブ・アンド・リング（tube and ring）」型の絶縁体を利用する。

本発明は、回路でのエネルギー損失を最小限にするために高い導電率及び相互接続の「最短経路」を提供する。

本発明は、例えば、取り外し及び交換のために1つの装置あたり2つのねじ（又は他の止め具）を使用する容易な交換を提供する。

ベースのデザイン及び表面の回路を変更することによって複数のねじ止め位置の選択が可能となる。

取り付け面の熱伝導率を高めて維持するために安定した機械接続が提供される。

LED装置を電気的に相互接続し、位置固定するための装置及びこの装置の方法は：
1. 銅又は他の適切な導電材料から形成することができる；
2. 全ての密度の物理的取り付けに適応することができる；
3. これらの装置によって生じる高熱及び光エネルギー環境に耐えることができる；
4. LED装置の「直列」接続を提供するために交互極性取り付け方式を利用することができる；
5. 個々のLEDを現場で変更する能力を提供することができる；
6. LEDパッケージを極性が交互する方式で取り付けることによって交互極性直列回路に「デイジーチェーン」を提供することができる；及び
7. 熱エネルギーをLED熱源からさらに遠ざけることができる。

モジュールの追加又は除去が容易であるため、複数のこれらのLED装置の組み立ては、照射される領域（複数可）の放射される放射線の強度（放射出力）を容易に調整できるという点でリニアスケーラブル（linearly scalable）である；

一実施態様では、絶縁体は、熱伝導性であり、装置のより効率的かつ効果的な冷却を可能にする；

本発明の装置上に存在するLEDチップは、複数のアレイに単独で配置する又は存在させることができる；

熱用ボルト孔は、線形パッケージングのために単一LEDチップ装置上の電気アノード（複数可）/カソード（複数可）と組み合わせることができる；（本発明の組立方法は、先行技術の接続方法と比較して単純にすることができる）；

様々なサイズのドッグボーン相互接続は、線量中の線形放射出力強度を決定すると共に、この強度に影響を与える；

通常は電気接続に必要な長手方向又は周辺方向に延びた電気タブの必要性を排除している。

本発明のこれら及び他の特徴は、添付の図面を参照すると、以下の説明から明らかになるであろう。

図1は、本発明のLED装置の一実施態様の組立分解図である。 図2は、図1のLED装置の斜視図である。 図3は、本発明のLED装置の第2の実施態様の斜視図である。 図4は、本発明のLED装置の第3の実施態様の斜視図である。 図5は、直列に接続された複数の図1の実施態様の斜視図である。 図6は、本発明のコネクタによって電気的及び位置的に接続された複数のLED装置の平面図である。 図7は、止め具がコネクタを所定の位置に固定している、図6に示されている複数のLED装置の平面図である。 図8は、絶縁装置が配置された、コネクタ及び止め具によって電気的及び位置的に固定された本発明のLED装置の一実施態様の側面図である。 図9は、本発明のLED装置の一実施態様の平面図である。

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ことを理解されたい。

（詳細な説明）
材料、方法、及び例は、単に例示であり、限定することを意図するものではない。以下の説明を十分に検討しながら図面を参照すれば、本発明を理解することができる。

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ための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利用することができる。多くのこのようなさら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は、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。結果として、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が、ある程度互換可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施態様に追加できる又は他の実施態様と交換できることを容易に理解されよう。

図面、特に図1を参照すると、100で示されている本発明のタブレスLED装置は、導体104とベース106との間に配置された誘電体層102を備える。取り付け孔108及び電気接続孔110が、ベース106に形成されている。誘電体層102には、開口、例えば、窓112及び電気接続孔114が存在しても良い。導体の開口は、窓116、スロット118、及び電気接続孔120を含み得る。一対のパッド122、124を設けることができ、設けられた場合は、該パッド122、124が、導体上に位置し、かつ窓116内に配置されて該導体104の縁部130、132に当接するように、該パッド122、124を、該窓116の縁部126、128に整合するように配置することができる。ガラスフレーム134が存在しても良く、パッド122、124上に配置することができる。ガラス136は、ガラスフレーム（class frame）134内に配置して、該ガラスフレーム134内の所定の位置に固定することができる。取り付け孔108及び電気接続孔110により、ベースが冷却装置に最大限接触するように該ベースを該冷却装置に取り付けることができ、これにより、LED装置から冷却装置への熱伝導が最大化される。誘電体層102は、以下により詳細に説明するように、熱伝導材料から選択することができる。一実施態様では、不図示のLEDチップが、ガラス136とベース106との間に機能的に配置される。

内部位置でのアノード及びカソードの配置により、電気接続用のタブは、本発明のLED装置内に存在しない。結果として、本タブレスLED装置は、先行技術のLED装置から1つ以上のタブが伸びている場合よりも狭い空間を利用する構成で配置することができる。本発明のLED装置のこの空間を節約する特徴により、先行技術のあらゆる公知のLED装置よりも狭い領域からより多くのLED装置が照射を行うことが可能である。

図2を参照すると、図1のLED装置が組み立てられて示されており、この図面では、パッド122、124、ガラスフレーム134、及びガラス136は省略されている。省略された要素は、142で示されている部分が指定の位置である。

図3は、本発明のLED装置の別の実施態様を200で示しており、この図面では、パッド122、124、ガラスフレーム134、及びガラス136は省略されている。図3の実施態様では、LEDは、図1、図2に示されているようにLED装置の概ね中心に配置されているのではなく、204で示されているように該LED装置の一端に近接して配置されている。取り付け孔208は、一方の長手方向端部にあり、電気接続孔210は、LED装置200の中心に配置されている。

図4は、本発明のLED装置のさらに別の実施態様を300で全体的に示している。LED装置300は、その一方の長手方向端部にLEDが機能的に取り付けられて示されている。図4では、誘電体層、導電層、パッド、ガラスフレーム、及びガラスが示されていない。しかしながら、孔302、304が、ベース306内に形成されている。誘電体層、導体、パッド、ガラスフレーム、及びガラスがどこに配置されるかによって、孔302、304のどちらかを電気接続孔又は取り付け孔とすることができる。

図5を参照すると、複数、例えば、4つのLED装置100が直列に接続されて示され、パッド、ガラスフレーム、ガラス、及びLEDは示されていない。しかしながら、図2〜図5の場合には、当業者であれば、あらゆる予想される使用に適したパッド、ガラスフレーム、ガラス、及びLEDを選択できることが容易に理解されよう。図5では、LED装置100は、コネクタ138及び止め具140によって電気的に直列に結合されている。従って、アノードとカソードが同一方向に向けられたアレイに配置されるのではなく、図5に示されているアレイのアノードとカソードは交互であり、これにより、図示されている直列が可能となっている。

図6、図7を参照すると、本発明のコネクタ及び止め具によってLED装置がどのように電気的に接続され、位置固定されているかのさらなる詳細が示されている。LEDアセンブリ150は、コネクタ138及び止め具140によって電気的に接続された複数LED装置100を含む。図6は、1つのLED装置100のアノード及び隣接LED装置100のカソードに配置されたコネクタ138を示している。次いで、コネクタ138は、止め具140、例えば、取り付けねじによって所定の位置に固定される。取り付けねじは、下層の支持体、例えば、冷却装置の表面に予め開けられた孔に挿入することができる。

図8、図9を参照すると、それぞれの正及び負の電気接続144、146がLED装置100上に示されている。図8では、コネクタ138は、止め具140、例えば、取り付けねじが絶縁体152の中に延びることによって、所定の位置に固定され、正又は負の電気接続144、146の一方に電気的に接続されている。

図6に示されている電気接続コネクタ138の実施態様は、長手方向のローブ156、158を有する導電性ストリップ154を備え、該ローブのそれぞれにそれぞれの孔又は開口160、162が形成されている。

ベース106に適した材料としては、銅（めっき又は非めっき）、金、及びアルミナセラミックが挙げられる。誘電体層102に適した材料としては、ポリマー厚膜誘電体（polymer thick film die-electric）、及びカプトン（ポリイミド）膜（DuPont）が挙げられる。導体104に適した材料としては、銅、アルミニウム、及び他の導体、例えば、銅合金及びめっき銅が挙げられる。アノードをカソードに電気的に接続するのに適した（ドッグボーン）コネクタは、銅及び銅合金（めっき又は非めっき）、及び当業者に公知の他の導体を含む。パッドに適した材料としては、金（銅下地のフラッシュめっき）及び当業者に公知の他の導体が挙げられる。

適切なLEDは、一実施態様における印刷プロセスでUV活性化インクを硬化させるためにUV光スペクトルを放射し得る。しかしながら、本発明の小型LED装置が利用される場合は、他のLEDが他の使用に適するであろう。実際、本発明のLED装置は、例えば、限定された空間又は体積などの条件が存在するときは常に有利に使用される。

本LED装置は、線形の構成及び大幅に限定可能な光エンジンセグメントを可能にし、これにより、1つのLED装置又は一組全てへの照射を容易に制御することができる。本LED装置は、交換可能なセグメント化を可能にし、これにより、分離冷却（differential cooling）及び互換性、並びに容易なセグメントの交換が可能となる。本発明のLED装置は、本明細書に記載のアレイとして配置される場合は、熱用ボルト孔を電気アノード/カソードに結合して、線形パッケージング用の大きい単一LEDチップ装置にする。本発明のアレイ内の本LED装置は、熱伝導のために熱伝導性絶縁体を含み得る。様々なサイズのドッグボーン接続が、線量中の線形放射出力強度を決定し/この強度に影響を与える。本発明のLEDアレイの単純な組立方法は、該LEDアレイを組み立てる面倒なさらなるステップを排除し、これにより、容易なエンドユーザー用の単純なツールの代わりとなる。

本発明の様々な変更が、本発明の精神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. 複数の導電性コネクタ；及び
   複数のLED装置を含むLEDアセンブリであって：
   各LED装置が、LED、カソード、及びアノードを備え、該LED装置が、1つのLED装置のカソードが該導電性コネクタの1つによって隣接LED装置のアノードに電気的に直列に接続されるように並置される、前記LEDアセンブリ。
2. 前記LED装置のそれぞれが、導体とベースとの間に配置された誘電体層を備える、請求項1記載のLEDアセンブリ。
3. 取り付け孔及び電気接続孔が、前記ベースに形成されている、請求項2記載のLEDアセンブリ。
4. 電気接続孔及び窓が、前記誘電体層に形成されている、請求項2記載のLEDアセンブリ。
5. 窓が前記導体に画定されている、請求項2記載のLEDアセンブリ。
6. それぞれの前記導電性コネクタが、止め具によって所定の位置に固定されている、請求項1記載のLEDアセンブリ。
7. それぞれの前記止め具が、絶縁体内に固定されている、請求項6記載のLEDアセンブリ。
8. それぞれの前記絶縁体が、熱伝導性である、請求項7記載のLEDアセンブリ。
9. 前記LEDの1つが、前記LED装置の1つに対して概ね中心に配置されている、請求項1記載のLEDアセンブリ。
10. 前記LEDの1つが、前記LED装置の1つの長手方向端部に近接して配置されている、請求項1記載のLEDアセンブリ。
11. LEDアセンブリを製造する方法であって：
    隣接LED装置が、極性が交互した位置になるように複数のタブレスLED装置を配置するステップ；及び
    前記LED装置の1つのアノードを隣接LED装置のカソードに接続して電気的に直列にするステップを含む、前記方法。
12. 前記LED装置の1つの前記カソードが、導電性コネクタによって前記隣接LED装置の前記アノードに接続されている、請求項11記載の方法。
13. 前記導体が、導電性ストリップ、及び該導電性ストリップに対して長手方向に配置されたローブを備える、請求項12記載の方法。
14. 止め具が、それぞれの前記ローブに形成された孔に配置されている、請求項13記載の方法。
15. 絶縁体が、それぞれの前記孔に配置されている、請求項14記載の方法。
16. 前記絶縁体が熱伝導性である、請求項15記載の方法。
17. 基板を照射する方法であって、LEDアセンブリにエネルギーを供給するステップであって、該LEDアセンブリが複数の導電性コネクタ；及び複数のLED装置を含み、各LED装置が、LED、カソード、及びアノードを備え、該LED装置が、1つのLED装置のカソードが該導電性コネクタの1つによって隣接LED装置のアノードに電気的に直列に接続されるように並置される、ステップを含む、前記方法。
18. 前記導電性コネクタのそれぞれが、それぞれの長手方向に配置されたローブに孔を有するローブ状導電性ストリップである、請求項17記載の方法。
19. それぞれの止め具が、それぞれの前記孔に固定されている、請求項18記載の方法。
20. それぞれの前記止め具が、絶縁体内に配置されている、請求項19記載の方法。

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