JP2019536217A - Led照明アセンブリを製造する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明はLED照明アセンブリ(1)を製造する方法に関連し、本方法は、複数の発光ダイオード(11)のためのフレキシブル・キャリア(10)を準備するステップ;発光ダイオード(11)をフレキシブル・キャリア(10)に取り付けるステップ;所望の形状又は形態に曲げることが可能な材料により構成されるフレキシブル成形要素(12)を提供し、ヒート・スプレッダ(121)を組み込むステップ;及びフレキシブル・キャリアをフレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻き付けるステップを含む。本発明はそのようなLED照明アセンブリ(1)、及びそのような照明アセンブリ(1)を含むLED照明ユニット(2)に更に関連する。【選択図】図1

Description

本願はLED照明アセンブリの製造方法、LED照明アセンブリ、及びLED照明ユニットを説明している。
発光ダイオード(LEDs)は、広く様々な照明用途に使用されている。1つ又は複数のLEDは、例えば、直列配置で接続され、電源によって駆動されることが可能である。通常、LEDダイ又はチップは、導電性トラック及びコンタクト領域を含むように準備されたプリント回路基板(PCB)などのキャリア上に実装され、それにより、LEDダイが適所に実装されると、LEDsは電気回路に接続される。LED照明用途のためのPCBは、一般に、ファイバーガラス積層体のような頑丈な材料で構成され、通常、動作中にLEDからの熱を放散するヒート・スプレッダ上に取り付けられる。複数のLEDが使用される場合、PCB上のLEDの位置は、光源の形状を決定する。このタイプの構造の欠点は、少なくともPCBが特定の照明ユニット各々のために設計及び製造されなければならないことである。あるタイプのLED照明用途に適合するように成形されるPCB及びヒート・スプレッダ構成は、たとえこれらのLED照明用途が非常に類似していたとしても、他のLED照明用途にとっては全く適していないかもしれない。このことは広範な照明製品を開発するコストを著しく増加させる。
従って、本発明の課題は、LED照明アセンブリを製造する、より経済的な方法を提供することである。
本発明の課題は、LED照明アセンブリを製造する請求項1に記載の方法、請求項8に記載のLED照明アセンブリ、及び請求項14に記載のLED照明ユニットによって達成される。
本発明によれば、LED照明アセンブリを製造する方法は、複数の発光ダイオードのためのフレキシブル・キャリアを準備するステップ;発光ダイオードをフレキシブル・キャリアに取り付けるステップ;所望の形状又は形態に曲げることが可能な材料により構成されるフレキシブル成形要素を提供するステップ;フレキシブル成形要素にヒート・スプレッダを組み込むステップ;及びフレキシブル・キャリアをフレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻き付けるステップを含む。
本発明の方法の利点は、広範囲に及ぶLED照明ユニットが、単一のキャリア設計を用いて組み立てられることを許容する点にある。例えば、キャリアは、固定された幅を有する長いストリップであるとすることができ、LEDは、固定されたオフセット又はピッチでキャリア上に取り付けられることが可能である。フレキシブル・キャリアに取り付けられる一組のLEDsは、電源に接続されると、光源としての役割を果たす。本発明の方法では、異なる種類のフレキシブル成形要素の周りにキャリアを巻き付ける又はラッピングすることによって、単一のキャリア設計が、異なるLED照明用途で使用するための異なる形状のLED光源を達成するために使用されることが可能である。
本発明によれば、LED照明アセンブリは、ヒート・スプレッダを組み込んだフレキシブル成形要素と、フレキシブル・キャリア上に取り付けられた多数の発光ダイオードとを含む。フレキシブル・キャリアは、フレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻き付けられる。このようにして、本発明のLED照明アセンブリは、広範囲に及ぶモデル又は用途に使用されることが可能な単一のタイプのアセンブリを効果的に提供する。
本発明のLED照明ユニットは、コンテナ(又は容器)内に配置されるこのようなLED照明アセンブリを含み、このコンテナは、複数の部分的に反射する側壁と、側壁によって規定される光出口開口とを含み、LED照明アセンブリは、半透明のフレキシブル材料に埋め込まれる。成形素子はフレキシブルであり、任意の所望の形状を持つことが可能であり、フレキシブル・キャリアは、任意の多数の方法でフレキシブル成形素子の周りに配置されることが可能であるので、本発明のLED照明ユニットの可能な設計の範囲は、本質的に制限されない。本発明のLED照明ユニットの利点は、種々の異なるタイプのLED照明ユニットを提供するために、異なる製造業者によって変更されることなく使用され得ることである。
従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示している。実施形態の特徴は、適宜組み合わされてよい。ある請求項のカテゴリーの文脈において説明される特徴は、他の請求項のカテゴリーにも同様に適用されることが可能である。
「キャリア」は、電気回路内の1つ以上のLEDを接続するために使用される任意の構造であるとすることが可能である。好ましくは、フレキシブル・キャリアは、高い可撓性を有する薄いプリント回路基板(PCB)である。このような薄いPCBは、湾曲した形状をとるように屈曲させられる又は曲げられることが可能である。本発明の好ましい実施例では、フレキシブル・キャリアは、ポリイミド等のプラスチック・フィルムに銅箔を取り付けることによって用意される。銅箔又はプラスチック・フィルムの厚さは、30μm−100μm(マイクロメートル)の範囲内にあるとすることが可能である。電気回路内のLEDを後に接続する導電性トラックを形成するために、感光性マスクが銅表面に塗布される。マスクを現像した後、銅の層は、所望の形状に、例えば電極コンタクト領域間に延びるトラックを形成するようにエッチングされ、アノード及びカソードのコンタクト領域は、LEDダイを受け入れるように成形される実装領域の何れの側にも形成される。
LEDダイは、適所に取り付けられ、次いで、例えばワイヤ・ボンドを用いてトラックに結合されることが可能である。本発明の好ましい実施形態において、LEDダイ及びフレキシブル・キャリアにコーティングが塗布される。コーティングは、LEDs及びワイヤ・ボンドを保護する層として機能することが可能である。コーティングはまた、そのLED照明アセンブリを組み込む照明ユニットのために好ましい光出力を達成するために、反射性であるとすることが可能である。
LEDsは動作中に発熱する。特に、非常に明るい光源を達成するために使用されるパワーLEDの場合、高い温度はLEDのパフォーマンスを損ない、照明ユニットの寿命を短くする可能性があるので、LEDが過度に熱くならないことを保証することが重要である。従って、本発明の特に好ましい実施形態では、フレキシブル成形要素は、LEDに近接して配置されるヒート・スプレッダを含む。例えば、ワイヤ・コイル又はバンドがフレキシブル支持要素の周りに巻き付けられることが可能であり、その結果、ワイヤ・コイル又はバンドは、フレキシブル・キャリアの直下にあり、動作中にLEDから熱を放散する。もちろん、ヒート・スプレッダは、任意の適切な形状又は形態を有することが可能であり、例えば、フレキシブル支持要素を完全に又は部分的に囲むためのチューブ又はハーフ・パイプとして実現されてもよい。好ましくは、フレキシブル支持要素は、熱を放散させることもできる。支持要素は、ロッド、バー、又は任意の適切な形状の構成要素であるとすることが可能である。
フレキシブル・キャリアは、フレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻かれ又は巻き付けられ、螺旋状巻き付けピッチは、フレキシブル・キャリアに取り付けられるLEDsの位置を事実上に決定することになる。従って、本発明の好ましい実施例では、巻き付け後に所望のLED配置を達成するように巻き付けピッチ又は螺旋ピッチを決定するステップが、巻き付けステップに先行している。好ましくは、螺旋ピッチは、フレキシブル成形要素の寸法及び/又はフレキシブル・キャリアの寸法に基づいて決定される。好ましくは、LEDダイのための実装領域は、それがフレキシブル成形要素の周囲に巻き付けられた後のフレキシブル・キャリアのピッチを考慮に入れるように整形される。ダイ実装領域は、本質的に、アノード・コンタクト領域及びカソード・コンタクト領域によって両側を画定された長方形又は正方形の空きスペースである。曲げられた取り付け領域は、巻き付けられた後にLEDsが本質的に「真っ直ぐな」方向(“upright”orientation)になるように、フレキシブル・キャリア上に形成されることが可能である。例えば、フレキシブルPCBのエッジに実質的に平行に走るトラックは、傾斜したアノード・コンタクト領域で終端することが可能である。トラックは、ダイ実装領域の反対側の対応する形状に傾斜したカソード領域で再開する。
もちろん、フレキシブル・キャリアは、種々の可能なLED配置を念頭に置いて設計されることも可能である。例えば、LEDが共通ラインに沿って配置されるように見えるLEDsの直線配列を達成することが望ましい場合がある。例えば、LED照明アセンブリを収容するために使用されるハウジング・ユニットの形状及び設計に応じて、直線的な配列又は曲線的な配列を達成することが望ましい場合がある。従って、本発明の好ましい実施形態では、本方法は、巻き付けた後の所望のLED配置に基づいて発光ダイオード間の実装ピッチを決定するステップを含む。取り付けピッチは、フレキシブル・キャリアに取り付けられる場合の隣接するLEDs間の距離として理解されてもよい。取り付けピッチは、フレキシブル・キャリア設計に対して一定であってもよい。例えば、単に、より短いフレキシブル成形要素の周りに(比較的少ない数のLEDsを有する)短い長さのフレキシブル・キャリアを巻き付け、及びより長いフレキシブル成形要素の周りに(より多い数のLEDsを有する)長い長さのフレキシブル・キャリアを巻き付けることにより、同じフレキシブル・キャリア設計が、「短い」照明ユニット及び「長い」照明ユニットを構築するために使用されることが可能である。同じタイプのフレキシブル成形要素が使用される場合、それらの巻き付け位置にあるLEDs間の距離は、「短い」及び「長い」実装の両方に対して本質的に同じであるとすることが可能であり、その結果、異なる長さではあるが本質的に類似した外観を有する照明ユニットをもたらす。もちろん、取り付けピッチは、例えば、フレキシブル成形要素が不規則又は複雑な形状を有する場合に、単一のフレキシブル・キャリアの実施形態に応じて変化してもよい。
フレキシブル・キャリアは、単一セットのLEDsを担うように準備されることが可能である。同様に、単一のフレキシブル・キャリアは、2組以上のLEDsを担うように準備されることが可能である。例えば、自動車の後方照明ユニットで使用される場合、LED照明アセンブリは、一組の赤色LEDのためのトラックと、一組の黄色LEDのための個別のトラックとを含むフレキシブル・キャリアを使用することができる。複数のLEDセットを有するLED照明アセンブリは、フレキシブル・キャリア上に2つ以上のトラックのセットと、LEDダイを受けるための上述した実装領域の適切な配置とを形成することにより、達成されることが可能である。フレキシブル・キャリアの取り付けピッチ及び巻き付けピッチは、LEDセット用のLEDsの所望の配置を達成するように決定されることが可能である。代替的又は追加的に、所望のLED構成を達成するために、2つ以上のフレキシブル・キャリアが、単一のフレキシブル成形要素の周りに巻き付けられることが可能である。
フレキシブル成形要素それ自体は、ロッド又はバー、又は適切な寸法を有する任意の好適な構成要素であるとすることが可能である。本発明の好ましい実施形態では、成形要素は、所望の形状又は形態に曲げられることが可能な材料で構成される。このようにLED照明アセンブリを細工することは、必要に応じて、巻き付けステップの前又は巻き付けステップの後に行われることが可能である。例えば、本発明のLED照明アセンブリは、フレキシブル成形要素を形成するようにフレキシブル・ロッドの周りにワイヤ・コイルを巻き付け、フレキシブル成形要素の周りにフレキシブル・キャリアを巻き付け、次いで、照明ユニットのハウジングに挿入する前に、LED照明アセンブリ全体を所望の形状に曲げることによって、準備されることが可能である。このようにして、以前に準備された1種類のLED照明アセンブリが、異なる形状のハウジングに容易に適合させられることが可能である。
均一な光出力が、本発明のLED照明アセンブリを使用する照明用途において望まれるかもしれない。しかしながら、LEDの線状配列は、一般に、個別的な光源のストリングとして見えるであろう。従って、本発明の好ましい実施形態において、本方法は、半透明のフレキシブル材料の層がLED照明アセンブリのうち少なくともLEDを覆うように、螺旋状に巻かれたキャリア及び発光ダイオードを半透明のフレキシブル材料の中に封入するステップを含む。申し分のない均一な光出力を達成するために、散乱粒子が半透明のフレキシブル材料中で懸濁されることが可能である。材料の適切な選択肢は、例えば、シリコーンであってもよい。これは、モールド内に配置されたLED照明アセンブリ上に注がれ、次いで、任意の適切な硬化技術を用いてシリコンをセットするように硬化させられることが可能である。「モールド」は、LED照明アセンブリを受けるように成形された照明ユニットのハウジングであるとすることが可能である。このようなハウジングは、コンテナ又は混合ボックスと称することが可能であり、好ましくは、反射性の側壁と、側壁によって画定される光出口開口とを含む。本発明のLED照明アセンブリは、コンテナの「床」又は基部に位置するように配置されることが可能であり、好ましくは、上述したように半透明のフレキシブル材料に埋め込まれる。このような配置は、好ましい均一な光出力を有する直線状又は曲線状のストリップの外観を有することが可能な光源をもたらす。
本発明の他の課題及び特徴は、添付図面と関連して考察される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は、例示の目的のみでデザインされており、本発明の限界の定義としてはではないことが理解されるべきである。
本発明のLED照明アセンブリの実施形態を示す。 図1のLED照明アセンブリのフレキシブル・キャリアを示す。 図1のLED照明アセンブリのフレキシブル成形要素を示す。 本発明のLED照明アセンブリのさらなる実施形態を示す。 本発明のLED照明ユニットの実施形態を示す。 本発明のLED照明ユニットのさらなる実施形態を示す。 図中、同様な番号は全体を通して同様な対象物を指す。図中の対象物は必ずしもスケール通りに描かれているわけではない。
図1は、本発明のLED照明アセンブリ1の実施形態を示す。図は、フレキシブル・コア12の周りに巻き付けられているフレキシブルPCBキャリア10を示す。LEDs11は、フレキシブルPCB10の中又は上に形成される導電性トラック100によって電気的に接続され、単一の光源として制御されることが可能である。フレキシブル・コア12は、シリコーン・ゴム発泡ゴム又は他の任意の本質的にフレキシブルな材料等の可撓性材料のロッド120の周りに巻き付けられる金属コイル121を含む。従って、コア12は本質的にフレキシブルであり、金属コイル121は、LED11の動作中に効率的な熱拡散器として機能する。図に示されるようなLED11の直線配置は、フレキシブル・コア12の直径や、隣接するLEDダイ11間のオフセット距離S11等の種々のパラメータの適切な選択又は調整によって、達成されることが可能である。例えば、フレキシブル・キャリア10は、図2に示されるように、特定のLED取り付けピッチP11又はキャリア・オフセットP11を有するように準備されることが可能である。フレキシブル・コア12は、図3に示されるように、事前に準備されたワイヤ・コイル121にフレキシブル・ロッド120を挿入することによって、又はそのようなワイヤをフレキシブル・ロッド120の周りに巻き付けることによって、組み立てられることが可能である。フレキシブルPCB10の幅W10は、そのフレキシブル・キャリア10のLED11間の達成可能な最小のオフセット距離又は巻き付けピッチS11を決定することになる。LED巻き付けピッチS11は、コア12に適当な直径D12を選択することによって、及び/又は適当な螺旋ピッチを用いてフレキシブル・キャリア10をフレキシブル・コア12の周りに巻き付けることによって、増加させることが可能である。従って、LED実装ピッチP11とコア直径D12とが固定される場合でさえ、LEDs11の様々な異なる配置を達成することが依然として可能である。例えば、LEDs11の異なる直線配列を達成することが可能であり、その異なる配列の各々は異なる巻き付けピッチ又は取り付けオフセットS11を有する。あるいは、コア直径D12及び/又はキャリア幅W10及び/又は実装オフセットS11は、巻き付けられた状態でLEDs11の特定の螺旋配列を達成するように選択されることが可能である。
図4は、本発明のLED照明アセンブリ1の別の実施形態を示す。取り付けオフセットS11及びコア直径D12は、フレキシブル・キャリア10をフレキシブル・コア12の周りに螺旋状に巻き付けた後に、直線状のLED配列を達成するように選択されている。この実施形態では、フレキシブル・コア12は、湾曲した形状に持ち込まれている。フレキシブル・コア12のこの形状は、巻き付けステップの前又は後に行われることが可能である。
図5は本発明のLEDユニット2の実施形態の切り欠き図である。ここで、LED照明アセンブリ1は、フレキシブル・キャリア10をフレキシブル・コア12の周りに巻き付けることによって、本発明の方法を用いて製造されている。この例示的な実施形態では、フレキシブル・コア12は、棒状に成形され、長円断面を有し、フレキシブル・バーの周囲に配置されたヒート・スプレッダを含むことができる。フレキシブルPCBキャリア10は、LED11の線形配列を達成するために、フレキシブル・コア12の周りに螺旋状に巻き付けられている。LED照明アセンブリ1は、混合ボックス20又はコンテナ20又は容器20内に配置され、シリコーン等の半透明の充填剤(又はフィラー)21の中に埋め込まれる。充填剤21は、コンテナ20の光出口開口22で均一な光出力を達成するために、散乱粒子の懸濁(液)を含むことが可能である。図は、直線状の壁のコンテナ20を示すが、コンテナ20は、上記図4に記述されるタイプの湾曲したLED照明アセンブリ1を収容する曲線形状を有することができることを理解されたい。
図6は、LED照明ユニット2のそのような実施形態を示す。ここで、コンテナ20又はハウジング20は、湾曲した形状を有し、湾曲した自動車用後部照明ユニットの一部である。LED照明アセンブリ1は、コンテナ20内に配置され、半透明の充填剤21の中に埋め込まれる。この例示的な実施形態では、フレキシブル・キャリア10は、LEDs11のいくつかの独立に制御可能なセット(又は組)のためのトラックを提供するように準備されている。一組のLED−例えば下の行にあるもの−は後部ライト及び/又はブレーキ・ライトとして制御される赤色LEDs11を含むことが可能であり;別の一組のLED−例えば上の行にあるもの−はインジケータ・ライトとして制御される黄色LEDs11を含むことができる。さらなる一組のLEDs、例えばリバース・ライトとして制御されることが可能な白色LEDsが容易に包含され得る。独立に制御可能なLEDs11のセットのためのトラック(破線によって示されている)を含むフレキシブル・キャリア10は、上述のようにフレキシブル・コア12の周りに巻き付けられる。可変パラメータ(例えば、巻線ピッチ、コア直径)を本質的に固定されたパラメータ(例えば、LED実装オフセット、PCB幅)に調整する多くの可能性に起因して、明白に異なる外観及び/又は機能を有するそのような広範囲の多様な照明ユニット2を製造するために、単一キャリア設計を使用することが可能である。
本発明は、好ましい実施態様及びそれについての変形の形態で開示されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、それらに対して多数のさらなる修正及び変形が施され得ることが理解されるであろう。例えば、「インテリジェント」又はプログラマブルLEDsは、本発明のLED照明アセンブリの実施形態において使用されることが可能である。このようなプログラマブルLEDは、例えば可動光パターンを生成するように制御されることが可能である。適切な方法でプログラマブルLEDをオン/オフをスイッチングすることにより、特定の移動する光パターン又は照明シーケンスが達成され得る。
明確化のため、本願を通じて「ある」(「a」又は「an」)を使用することは複数を排除しておらず、「含む」(comprising)は他のステップ又は要素を排除していないことが、理解されるべきである。

Claims (15)

  1. LED照明アセンブリを製造する方法であって、
    複数の発光ダイオードのためのフレキシブル・キャリアを準備するステップ;
    前記発光ダイオードを前記フレキシブル・キャリアに取り付けるステップ;
    所望の形状又は形態に曲げることが可能な材料により構成されるフレキシブル成形要素を提供し、ヒート・スプレッダを組み込むステップ;及び
    前記フレキシブル・キャリアを前記フレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻き付けるステップ;
    を含む方法。
  2. 巻き付けた後に所望のLED配置を達成するように巻き付けピッチを決定するステップが、前記巻き付けるステップに先行している、請求項1に記載の方法。
  3. 前記巻き付けピッチは、前記フレキシブル成形要素の寸法及び/又は前記フレキシブル・キャリアの寸法に基づいて決定される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記フレキシブル・キャリアを準備するステップは、前記発光ダイオード間の取り付けピッチを、巻き付けた後の所望のLED配置に基づいて決定するステップを含む、請求項1−3のうち何れか1項に記載の方法。
  5. 前記発光ダイオード及び前記フレキシブル・キャリアに保護コーティングを塗布するステップが、前記巻き付けるステップに先行している、請求項1−4のうち何れか1項に記載の方法。
  6. 前記螺旋状に巻き付けられたキャリア及び前記発光ダイオードを、半透明のフレキシブル材料の中に封入するステップを含む、請求項1−5のうち何れか1項に記載の方法。
  7. 前記フレキシブル成形要素を提供するステップは、フレキシブル材料の支持要素の周りにワイヤ・コイルを巻き付け、それにより動作中に前記ワイヤ・コイルが前記LEDからの熱を放散できるようにするステップを含む、請求項1−3のうち何れか1項に記載の方法。
  8. LED照明アセンブリであって、
    所望の形状又は形態に曲げることが可能な材料により構成され、ヒート・スプレッダを組み込むフレキシブル成形要素;
    フレキシブル・キャリアに取り付けられる複数の発光ダイオード;
    を含み、前記フレキシブル・キャリアは前記フレキシブル成形要素の周りに螺旋状に巻き付けられる、LED照明アセンブリ。
  9. フレキシブル・キャリアは、独立に制御可能なLEDの2つ以上のセットのためにトラックを提供するように準備されている、請求項8に記載のLED照明アセンブリ。
  10. 共有されるフレキシブル成形要素の周りに巻き付けられた2つ以上のフレキシブル・キャリアを含む、請求項8又は請求項9に記載のLED照明アセンブリ。
  11. 前記フレキシブル成形要素は長尺支持要素を含み、前記長尺支持要素はシリコーン・ゴムにより構成されている、請求項8−10のうち何れか1項に記載のLED照明アセンブリ。
  12. 前記フレキシブル成形要素は、前記長尺支持要素の周りに巻き付けられたワイヤ・コイルを含む、請求項11に記載のLED照明アセンブリ。
  13. LEDの線状配置を達成するように前記フレキシブル成形要素の周りにフレキシブル・キャリアが巻き付けられている、請求項8−11のうち何れか1項に記載のLED照明アセンブリ。
  14. コンテナ内に配置される請求項8−13のうち何れか1項に記載のLED照明アセンブリを含み、前記コンテナは、複数の部分的に反射する側壁と前記側壁により規定される光出口開口とを含み、前記LED照明アセンブリは半透明のフレキシブル材料中に埋め込まれる、LED照明ユニット。
  15. 車両の後方照明ユニットとして実現される請求項14に記載のLED照明ユニットであって、フレキシブル・キャリアは、前記フレキシブル・キャリアに取り付けられるレッドLED及びイエローLEDの独立に制御可能なセットのためのトラックを含む、LED照明ユニット。
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