JP2020129554A - 個別に指定可能なｌｅｄモジュールを有するｌｅｄ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ストリング内の各ＬＥＤが完全に個別に指定可能であるように内部接続及び外部接続を有した、３つのＬＥＤモジュールの相互接続されたストリングを提供する。【解決手段】 ＬＥＤのバイアス及び相互接続が、ストリング内の各ＬＥＤへの直接的な外部信号接続の必要なしで個別指定能力が達成されるように方向付けられて構成される。結果として、ＬＥＤモジュールのアレイを形成するように構成された複数のストリングを有する実施形態が提供され、ＬＥＤのロウの下を走る又はＬＥＤのロウ間の中間スペースに沿って走る配線トラックは必要とされない。従って、ロウ間及びカラム間の間隔が縮小され、且つ基板層を垂直に横切る最適な熱経路を有した、個別に指定可能なＬＥＤモジュールのアレイを有するＬＥＤ装置が提供される。提供される装置は、改善された放熱と、より高い達成可能なＬＥＤアレイ密度とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤの個別指定能力に対して適応されたＬＥＤ照明ユニットに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）が、多様な照明用途でますます使用されるようになっており、特に、自動車フロント照明内でますます採用されるようになっている。ＬＥＤは、伝統駅な（白熱又は蛍光）光源に対して、長い寿命、高いルーメン（光束強度）効率、低い動作電圧、及び高速なルーメン出力の変調を含め、数多くの利点を提供する。
ＬＥＤはまた、自動車照明内で更なる機能を切り開く。特に、単一の照明ユニット内で共に使用される複数のＬＥＤが、適応的なビーム整形（ビームシェイピング）の可能性を提供する。例えば、個別又はグループでの指定能力（アドレサビリティ）を持つＬＥＤのアレイが、異なる形状、角度及びプロファイルのビームを選択的に生成するために使用され得る。例えば、外部のビーム整形光学系と組み合わせて使用されて、高度に指向性の、高コントラストのフロントビームが、異なる形状、指向性又は角度幅を実現するようにリアルタイムで動的に適応される更なる能力を持って生成され得る。
この種の適応ビーム整形は、個別に、又は小さいサブグループ内で、活性化又は非活性化されることができるＬＥＤモジュールのアレイを必要とするが、個別に指定可能（アドレッサブル）であることが、それが提供するいっそう大きな融通性の理由で好ましい。典型的に、アレイ内のＬＥＤの個別指定能力は、アレイの広がりを横切って全てのＬＥＤに手を伸ばして個々の電流を提供するために、アレイのロウ（行）間及び／又はカラム（列）間の中間スペースに沿って走る配線トラックを設けることによって達成される。
しかしながら、そのような用途において最大性能を達成するためには、光強度が最大化されることが好ましく、既知の出力パワーの所与の個数の光源について、光が放出される総面積が最小化されることを必要とする。ＬＥＤモジュールのアレイの場合、発光面積が最小化されることは、隣接するモジュール間の間隔が可能な限り小さくされることを必要とする。
個別指定能力を可能にするために最先端装置によって利用されるような、アレイのロウ間及び／又はカラム間のスペースに沿って（すなわち、平行且つ一致して）走る配線トラックは、貴重なスペースを消費し、それにより、達成可能なアレイ密度ひいては装置の光強度を制限してしまう。
この問題に対する１つのソリューションは、それに代えて、個々の接続トラックのうちの一部又は全てを、ＬＥＤモジュール間ではなく、それらの下で、基板それ自体に組み込まれた別個の層としてルーティングするものである（例えば、図４参照）。
しかしながら、この種の多層配線ソリューションは、装置内の放熱容量を実質的に制限してしまうという有意な欠点を持っている。密に詰められたＬＥＤアレイの中では、熱は、隣接するＬＥＤの近接性のために、横方向に（Ｘ−Ｙ平面内で）広がることができず、故に、基板層を通じて、典型的には下方の専用ヒートシンク層まで、‘縦方向に’放熱されなければならない。これは、ＬＥＤモジュールとヒートシンクとの間に最適な熱経路を必要とする。基板層の中を走る１つ以上の配線層は、この熱経路を妨げて、ＬＥＤとヒートシンクとの間の熱伝導率を有意に損ねてしまう。さらに、このような配線層はまた、多層基板が必要とされるのでコストを上昇させるとともに、内部の層との接続を取るためにビアが必要とされるので信頼性を落とす虞を高めてしまう。
故に、望まれるのは、ＬＥＤの下方であるか、又はＬＥＤ間の中間スペースに沿ってであるか、の何れかで走る配線トラックの必要性を回避しながら、構成ＬＥＤの個別指定能力を促進する配線スキームを有し、それにより、ヒートシンクへの放熱速度を最大化しながら、トータルで招く面積フットプリントを最小化するような、密に配列されたＬＥＤアレイを有する照明ユニットである。
本発明は請求項によって定められる。
本発明の一態様によれば、ＬＥＤユニットが提供され、このＬＥＤユニットは、
ＬＥＤモジュールのストリング（一続きのもの）を有し、ＬＥＤモジュールのストリングは、
ストリングの両端の一対の終端ＬＥＤモジュールであり、終端ＬＥＤモジュールの各々が、該ＬＥＤモジュールのアノード及びカソードにそれぞれ接続された２つの外部端子を有する、一対の終端ＬＥＤモジュールと、
終端ＬＥＤモジュールのうちの一方のカソードに接続されたアノードと、終端ＬＥＤモジュールのうちの他方のアノードに接続されたカソードと、を有する中間ＬＥＤモジュールと
を含み、
外部端子のうちの選択された組み合わせ間に電流を供給することによって、如何なる組み合わせでもＬＥＤモジュールがオンに切り換えられることができる。
この構成によって提供される相互接続の構成は、中間ＬＥＤへの直接的な（１つ以上の）外部端子接続の必要なしで、ストリング内のＬＥＤモジュールの個別指定能力を可能にする。ストリングの両端にあるモジュールに接続された４つの外部端子のうちの１つ以上の対（ペア）を横切って電流を供給することにより、ＬＥＤの可能な組み合わせの各々がターンオン又はターンオフされ得る。これは、中間ＬＥＤモジュールの端子の各々が、２つの終端モジュールのうちの１つの反対極性の単一の端子と接続をなすように、２つの終端モジュール間に直列に中間ＬＥＤモジュールを接続することによって達成される。この構成により、ストリングに沿って一方向に、制限されない導通経路が存在し、この導通経路により、電流が、一方側の終端モジュールのアノードから他方側の終端モジュールのカソードまで、３つ全てのモジュールを横切って流れ得る。しかしながら、加えて、これら２つのエンドのモジュールの各々の別の端子にも外部端子接続を設けたことにより、ストリングに沿って同じ方向に、先行又は後続して終端モジュールのジャンクションを通り抜けることなく中間モジュールに又はから直接的に電流を導くことで、終端モジュールの一方又は双方を迂回する電流経路が存在する。これらのケースでは、終端モジュールの逆バイアスダイオード特性が自身の端子間に電流が流れないことを確保する。制限されない電流経路及び妨げられる電流経路のこの集合を選択的に設定することにより、ストリング上のＬＥＤモジュールが如何なる組み合わせでも点灯され得る。
外部端子接続が２つの終端（エンド）モジュールのみに必要とされるので、本発明を利用するアプリケーションは、中間モジュールに到達するためにエンドモジュールを避ける配線要素（例えば、ストリングの脇に平行に横方向に走る又はストリングの下を走る配線トラックを有する）を必要としない。
ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤを有し得る。この複数のＬＥＤは、例えば、このユニットが、一斉に活性化されるＬＥＤ群の個別指定能力を可能にするように、並列回路にて接続され得る。
ＬＥＤユニットは更に、外部端子に構成変更可能に結合され且つ外部端子のうちの選択された組み合わせ間に電流を供給するように適応されるコントローラユニットを有し得る。
コントローラは、特定の組み合わせの外部端子に正電圧及び／又は負電圧を供給し、それにより、特定の組み合わせのＬＥＤモジュールを横切る電流を誘導することによって、ＬＥＤユニットの複数の異なる照明モード間での‘選択’を行う。各モードに関し、そのモードに対応するＬＥＤモジュールのグループを活性化させる少なくとも１つの特定の印加電圧設定が存在する。
本発明の特定の一実施形態によれば、照明装置が提供され、この照明装置は、
基板層と、
基板層上に配列された、上述の実施形態のうちの何れかに従ったＬＥＤユニットのアレイと、
ＬＥＤユニットの外部端子に電気的に接続され且つ平面内に分布された１つ以上の配線要素を有する配線層と
を有する。
これら１つ以上のＬＥＤユニットに属するものであるＬＥＤモジュールの複数のストリングが、共有の基板層の上で、隣接するロウ又はカラムにて、共に整列されて、ＬＥＤモジュールが集合的にアレイを有するようにされる。アレイの外部端子の特定の組み合わせに選択的に電流を供給することにより、ＬＥＤモジュールのうちの１つ以上からなるグループが活性化され得る。
この実施形態によれば、各ストリングの両端にあるＬＥＤモジュールに設けられた外部端子接続のみが存在する。従って、外部配線は、アレイの頂部端及び底部端との接続をなすことのみを必要とし、アレイの中央にあるモジュールの何れにも達する必要がない。従って、ＬＥＤモジュールのロウ間及びカラム間の中間スペースに沿って走る配線要素は不要であり、それにより全体的な発光面積が最小化されるとともに、配線要素が単一の平面レベルのみに分布され得る。
照明装置は更に、基板層に熱的に結合されたヒートシンク層を有し得る。
ヒートシンク層は、ＬＥＤのアレイからの熱の放散の助けとなる。熱は、他のＬＥＤモジュールの近接性のために、横方向に放散することができない。従って、熱は、基板層を通じて‘下方に’、垂直に放散しなければならない。基板層の下に位置するとともに高い熱伝導率を持つヒートシンク層は、外部に放散されるようにＬＥＤのマトリクスから熱を運び去ることを支援する。
照明装置は、例えば、現行テクノロジを用いて０．０３ｍｍと０．０７ｍｍとの間といった、アレイ内の隣接し合うＬＥＤモジュール間の間隔を有し得る。理解されることになるように、本発明の教示は特定テクノロジに限定されないので、個々のＬＥＤモジュールのサイズが更に縮小される将来テクノロジにおいては、もっと小さい最小間隔が達成され得る。
アレイのカラム間を走る配線トラックの必要性の排除は、各構成ＬＥＤモジュール間にいっそう微細な間隔を持つアレイを可能にする。特に、本発明の実施形態では、現行テクノロジを用いて、０．０３ｍｍと０．０７ｍｍとの間の間隔が典型的に達成可能である。
照明装置は更に、これらのＬＥＤユニットの外部端子に構成変更可能に結合され且つ外部端子のうちの選択された組み合わせ間に電流を供給するように適応される少なくとも１つのコントローラユニットを有し得る。
例えば、単一のコントローラユニットが設けられて、アレイを成す全ての構成ストリングのＬＥＤモジュールの照明モードが、この単一のコントローラユニットによって制御され得る。このケースでは、単一ストリングのモードの個数をｍ、アレイを成すストリングの個数をｎとして、装置は基本的に、トータルでｍ×ｎ個のモードを有した、個別指定可能なＬＥＤモジュールの集積アレイを有する。３ＬＥＤモジュールのストリングではトータルで８個の無二の照明組み合わせが存在するので、対応する３×ｎアレイはトータルで８×ｎ個の無二の照明モードを有する。
これに代えて、例えば、ストリング毎に１つ、又はストリングの小さいグループ毎に１つといった、複数のコントローラユニットが設けられてもよく、このグループは、連続的であってもよいし非連続的であってもよい。複数のコントローラユニットのケースにおいて、なおも、アレイ全体にわたる出力を統制するための１つのいっそう高次のコントローラが設けられてもよい。
照明装置は更に、ビーム整形機能を果たすようにＬＥＤモジュールよりも光学的下流に位置付けられた１つ以上のビーム整形装置を有し得る。
ビーム整形装置は例えば、１つ以上のレンズ構成を有することができ、例えば、指向性あるビーム出力を生成する例えばフレネル構造などのコリメートレンズを含み得る。これは特に、標準的なＬＥＤ構成で典型的なランバーシアン分布を持たずに、むしろ高コントラストのビーム状放射を持つＬＥＤ出力が必要とされる自動車照明などの用途に適用可能であり得る。
一例において、ビーム整形装置は、異なるＬＥＤモジュールによって発せられた光を異なる方向に導くように構成され得る。
このような構成は例えば特に、ＬＥＤモジュールのアレイを有するＬＥＤ装置が、その方向又は形状が動的に適応可能なビーム出力を有すること、が望まれる適応ビーム整形用途において適用可能であり得る。ここで、ＬＥＤアレイについて配置された、異なる方向に光を導くように構成された複数のビーム整形装置を有することは、多数のビーム伝播角度のうちの１つが、単にその方向での伝播に合わせて適応された（１つ以上の）ビーム整形装置と一致するＬＥＤモジュールを活性化させることだけによって選択されることを可能にする。
このケースにおいて、例えば、これら１つ以上のビーム整形装置の各々が、ＬＥＤモジュールのうちの１つ以上からなる連続したサブグループと光学的にアライメントされるように位置付けられ得る。
最も単純なケースでは、例えば、アレイが概念上、異なるエリア部分に分割され、各エリア部分に対して、その部分から発せられた光を所与の特定方向に導くように適応された別々のビーム整形装置が配設される。この場合、異なる伝播角度のビームを生成するために、アレイの異なる部分がオンに切り換えられることになる。
一般的なケースにおいて、これら１つ以上のビーム整形装置は、１つ以上のグループをなすビーム整形装置を有することができ、特定のグループのメンバーが、一緒になって特定の形状のビームを生成するように適応され得る。
これらのグループは、上の例でのように、アレイの特定の部分が特定の方向のビームと対応するように、空間的に連続したグループを有し得る。しかしながら、他の例では、ビーム整形装置の特定のグループのメンバーが、例えばアレイの表面に広がる体系立てられたパターンで、ＬＥＤモジュールのアレイにわたって非連続的に分散されてもよい。この場合、一見して同じような光源領域から、異なる指向角度を持つビームが伝播され得る。これは、美的考慮が重要である一部の照明用途において好ましいことがある。
一部の実施形態において、基板層は湾曲した基板とし得る。湾曲した基板層は、光学的なビーム整形素子の必要なしで、又はそれに加えての、ある程度のビーム整形を可能にする。
照明装置は、自動車照明ユニットの一部を形成し得る。
特に、適応ビーム整形機能のために、非連続的に分散された光学装置のグループを有するＬＥＤモジュールのアレイが、自動車フロント照明に組み込まれ得る。
以下、以下の図を含む添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
一実施形態に従ったＬＥＤユニットの一例を示している。 一実施形態に従ったＬＥＤユニット例の８個の照明モードを示している。 ＬＥＤモジュールの３×ｎアレイを有する一実施形態に従ったＬＥＤ装置の第１の例を示している。 技術的に知られたＬＥＤ装置の一例の模式図を示している。 第１のＬＥＤ装置例に関する配線レイアウトの一例の模式図を示している。 他の一実施形態に従ったＬＥＤ装置の第２の例を示している。
本発明の態様は、ストリング内の各ＬＥＤが完全に個別に指定可能であるように内部接続及び外部接続を有した、３つのＬＥＤモジュールの相互接続されたストリングを提供する。ＬＥＤのバイアス及び相互接続が、ストリング内の各ＬＥＤへの直接的な外部信号接続の必要なしで個別指定能力が達成されるように方向付けられて構成される。結果として、ＬＥＤモジュールのアレイを形成するように構成された複数のストリングを有する実施形態が提供され、ＬＥＤのロウの下を走る又はＬＥＤのロウ間の中間スペースに沿って走る配線トラックは必要とされない。従って、ロウ間及びカラム間の間隔が縮小され、且つ基板層を垂直に横切る最適な熱経路を有した、個別に指定可能なＬＥＤモジュールのアレイを有するＬＥＤ装置が提供される。提供される装置は、改善された放熱と、より高い達成可能なＬＥＤアレイ密度とを有する。また、例えば適応ビーム整形用途に適した、１つ以上のビーム整形装置を更に有する実施形態も提供される。
本発明は、ストリングの両端にある終端ＬＥＤを介して直接的に、ただし、これらのＬＥＤのジャンクションを迂回してそれらを非活性のままにするようにする選択肢を有して、ストリング内の中間ＬＥＤに選択的に電流を送り届けるために、（１つ以上の）ストリング内のＬＥＤの逆バイアスを利用する。斯くして、（１つ以上の）中間ＬＥＤが、これらのモジュールへの直接的な外部端子接続の必要なしに、ストリング内の他のＬＥＤとは独立に個別に指定され得る。
図１に、本発明の一態様に従ったＬＥＤユニットの単純な一例を示す。一続き（ストリング）の３つのＬＥＤモジュールが直列に接続されている。ストリングは、当該ストリングの反対側の端部にある２つの終端ＬＥＤモジュール６、８と、それらの間に直列に接続された中間ＬＥＤモジュール１８とを有する。第１の終端ＬＥＤモジュール６は、当該ＬＥＤモジュールのアノード１０及びカソード１４にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子１、２を有する。同様に、第２の終端ＬＥＤモジュール８は、当該ＬＥＤモジュールのアノード１２及びカソード１６にそれぞれ電気的に接続された２つの外部端子３、４を有する。中間ＬＥＤモジュール１８は、そのカソード２２を第１の終端ＬＥＤモジュールのアノード１０に接続し、且つそのアノード２０を第２の終端ＬＥＤモジュールのカソード１６に接続して、これら２つの終端ＬＥＤモジュール間に接続されている。
その最も広い意味において、本発明は、中間ＬＥＤモジュール１８が、その端子（アノード２０及びカソード２２）の各々を反対極性の端子に接続して、終端ＬＥＤモジュール６、８間に直列に接続されることのみを必要とする。従って、図１の中間モジュールの接続の構成は、別の例では、アノードが頂部の終端ＬＥＤのカソード１４に接続し且つカソードが第２の終端ＬＥＤのアノード１２に接続するように、逆にされてもよい。なお、実際には、この別構成は等価的に、第２の終端ＬＥＤ８がストリングの頂部にあり且つ第１の終端ＬＥＤ６がストリングの底部にあるように、図１のユニットを単に回転させることによって達成される。
図１によって描かれる特定の例において、ユニットは、一つ一つのＬＥＤのストリングを有している。しかしながら、他の例においては、ユニットは、一般に複数の個別のＬＥＤを有し得るものであるＬＥＤモジュールのストリングを有する。例えば、ＬＥＤモジュールは、並列に接続された多数のＬＥＤの配列を有することがあり、この構成全体が、ストリング内で個別に指定可能な要素である。
なお、本発明の例及び実施形態を記述することにおいて、用語‘ＬＥＤ’及び‘ＬＥＤモジュール’は交換可能に使用されることがある。これが行われる場合、それは単に説明の簡潔さ及び容易さのためであり、一方の用語の他方に代えての使用は、限定するものとして理解されるべきでない。全ての実施形態に関し、最も一般的なケースはＬＥＤモジュールを有し、ＬＥＤモジュールは１つ以上の個別のＬＥＤを有し得る。しかしながら、ここに記載される単純な例では、ＬＥＤモジュールは典型的に１つだけのＬＥＤを有し、従って、説明の単純さのために、‘ＬＥＤモジュール’がしばしば単純に‘ＬＥＤ’で代用される。
点灯ＬＥＤ及び非点灯ＬＥＤの可能な組み合わせの各々が、外部端子１、２、３、４の特定の組み合わせに異なる極性の電圧を供給することによって実現される。図２に、図１の実施形態の８個の可能な照明モード（ラベルＡ−Ｈが付されている）が描かれており、ハッチングありが、そのモードによれば活性（アクティブ）であるＬＥＤを指し示し、ハッチングなしが、非活性（イナクティブ）であるＬＥＤを指し示している。各モードについて、４つの外部端子１−４が示されており、そして、そのモードを実現するのに必要な印加電圧の設定が、そのモードにおいて電気的活性である各端子の末端にある＋符号及び−符号によって指し示されている。
例えば、図２の２番目のストリングによって示されるモードＢは、第１の終端ＬＥＤモジュールが点灯され且つその他２つのモジュールが非点灯にされる設定に対応する。このモードは、正の相対電圧を端子１に供給し且つ負の相対電圧を端子２に供給することにより（すなわち、より高い電位を端子１に持たせて、端子１と２との間に電位差を与えることにより）、終端ＬＥＤ６のジャンクションを経由して端子１から端子２まで流れるように電流を誘導することによって実現される。その他２つの端子は非接続（すなわち、オープン）のままとされ、故に、終端ＬＥＤ８又は中間ＬＥＤ１８の何れかのジャンクションを横切って流れる電流はない。
モードＡ−Ｈの各々に対応する電気的設定の全体概要が、以下の表１に与えられており、‘＋’は正の定電流源（又は正の相対電圧）を指し示し、‘−’は負の定電流源（又は負の相対電圧）を指し示し、そして、‘０’は非接続（すなわち、オープン）である端子を指し示している。
Figure 2020129554
なお、これらのモードのうちの幾つかについては、同じ構成の点灯ＬＥＤ及び非点灯ＬＥＤを等価的に実現することになる別の電気的設定が存在する。しかしながら、簡潔さのため、８個の照明モードの各々に関して１つのみ、可能な電気的設定を記載又はリスト化することとする。
上述のように、本発明の配線構成によれば、ストリングの長さ全体にわたる制限されない導通経路が存在し、それにより、一端の端子３から他端の端子２まで、３つ全てのＬＥＤモジュール８、１８、６のジャンクションを横切って電流が流れ得る。この構成は、モードＧによって表されて図２に模式的に示されている。この構成では、３つ全てのＬＥＤが点灯され、終端ＬＥＤ６及び８のジャンクションを経由して中間ＬＥＤ１８を横切る電流が供給される。
しかしながら、これまた上述したように、外部端子の２つの対の各々のうちの別の方を通じて電流を導き、それにより一方又は双方の終端ＬＥＤのジャンクションを迂回することにより、終端ＬＥＤを活性化させることなく、中間ＬＥＤ１８を個別に指定し得る。例えば、モードＥにおいて、その電気的設定は、正の電流源が端子３の代わりに端子４を通じて導かれることを除いて、モードＧに対応するものと同じである。この変更の帰結は、正電流が、最初にＬＥＤ８のジャンクションを通り抜けることなく、中間ＬＥＤ１８のアノードに到達することができることである。従って、この設定においては、ＬＥＤ１８及び６が点灯される一方で、ＬＥＤ８は非点灯のままである。
同様に、モードＤは、負の電流源が端子２の代わりに端子１に供給される点で、モードＥとは異なっている。結果として、電流が、終端ＬＥＤ６のジャンクションを横切って通ることなく、中間ＬＥＤ１８のカソードから流れて回路を完成させることができる。従って、この設定においては、中間ＬＥＤ１８がアクティブである一方で、ＬＥＤ８及び６の双方が非点灯のままである。
従って、外部端子の各対の２つ間で、ストリングの各端部での電気接続を選択的に互い違いにすることにより、中間ＬＥＤが、単独で点灯され、あるいは終端ＬＥＤの何れか一方又は双方との組み合わせで点灯され得る。
それに代えて、終端ＬＥＤ６、８それら自体が、対応する対の外部端子間に直接的に電流を供給することによって、中間ＬＥＤ１８を活性化することなく独立して指定され得る。例えばモードＣでは、端子３と端子４との間に、そしてそれ故に、その他のＬＥＤの何れのジャンクションも横切らずにＬＥＤ８のジャンクションを横切って、直接的に電流を導くことにより、終端ＬＥＤ８が単独で活性化される。同様に、モードＢではＬＥＤ６が個別に活性化される。
ＬＥＤユニットは更に、様々な照明モードに対応する電気的設定に従って外部端子に構成変更可能に結合されてそれらの各々に電圧を送り届けることができるコントローラユニットを有し得る。コントローラユニットは、例えば、様々な可能な照明モード間でユーザが切り換えを行うことができるように、ユーザインタフェース要素を組み入れ得る。このような実施形態は、故に、スタンドアローン装置として独立に機能し得る。それに代えて、コントローラユニットは、例えばコンピュータコントローラ又は単純にいっそう高次のコントローラといった、更なる（外部）コントローラユニットへの更なる接続をなし得る。しかしながら、より単純な実施形態において、ユニットは、コントローラユニットを全く有さずに、単純に図１のストリングを有していてもよく、これが、それ自身のコントローラを既に有するいっそう広大な装置に組み込まれる。この場合、該いっそう広大な装置内のコンポーネントとして機能することに加えて、ストリングそれ自体が、例えば、そのままのユニットとして、修理のためのパーツとして、又はアップグレードとして販売又は配布され得る。
上述のように、本発明の少なくとも一部の態様によって提供される相互接続構成の１つの重要な利点は、各モジュールへの直接的な外部信号接続の必要なしで、ストリング内のＬＥＤモジュールを個別に指定する能力を授与することである。これは、複数のＬＥＤストリングを有する実施形態のケース、とりわけ、個別に指定可能なＬＥＤモジュールのアレイを形成するように複数のストリングを連続的に結合する実施形態のケースで、特に意義ある利点を持っている。これらのケースにおいて、単一の平面レベルのみを占有するとともに、中央に侵入する必要なくアレイの側部まで走るのみの配線要素を持ったＬＥＤのアレイが可能である。従って、配線トラックがロウ間又はカラム間を走る必要がなく、それにより、貴重なスペースが節約され、遥かに微細なピッチが達成されることを可能にする。
図３に、ＬＥＤモジュールのアレイ５２内のカラム（又はロウ）を形成するように配置された複数のＬＥＤユニットを有する一実施形態に従った照明装置の一例を示す。ＬＥＤユニットは、共有の基板層５０の上に配置されている。図３の特定の例において、基板層の下に更にヒートシンク層５８が設けられ、これら２つが熱的に結合されている。アレイ５２によって生成された熱が、基板層を横切って垂直に伝わり（矢印６０によって示されている）、隣接するヒートシンク層へと伝達される。ヒートシンク層は、比較的大きい体積及び表面積を有することができ、その表面を介して熱が外部環境に放散することを可能にする。
しかしながら、意図される用途に応じて、一部の実施形態では、専用のヒートシンク層は省略され得る。例えば、基板層５０それ自体が、ヒートシンクを不要にするのに十分な高さの熱伝導率を持つ材料で構成されてもよく、又はそのような材料を含んでいてもよい。あるいは、他の例において、この装置が例えば、放熱に専用の要素を既に有するいっそう大きい装置に組み込まれ得る。
図３に示されるように、外部端子接続は、ＬＥＤの各ストリングの端部に位置する終端モジュール６、８においてのみ必要とされ、従って、外部配線要素５６は、アレイの各カラム（又はロウ）の頂部及び底部まで走りさえすればよい。これが意味することは、アレイの異なるストリング間を走るか、又は基板の異なる階層で終端ＬＥＤの下を走るかである配線要素は存在しないということである。中間ＬＥＤモジュール１８は、終端モジュールとの横接続を介して間接的にソース電流を受け取る。
図４に、技術的に知られた個別指定可能なＬＥＤアレイ６２の一例を有した、図３の実施形態のものに類似する照明装置の模式図を示す。この例では、アレイ内の全てのモジュールが直接的な外部電圧接続を必要とし、この目的のために、配線要素５６が２つの異なる平面レベル５４、６４で走っており、中間ＬＥＤは、それを囲む２つのエンドＬＥＤの下を走る配線要素によって給電される。しかしながら、この場合、第２の配線層６４が基板層の中央を横方向に走らなければならず、それにより、アレイ６２とヒートシンク層５８との間の熱経路を妨げる。アレイの密度に起因して、熱は、横方向に効率的に放散することはできず、主として垂直に（すなわち、このケースでは縦方向に）放散しなければならない。しかしながら、これは、ＬＥＤモジュールからヒートシンクまでの十分な熱経路を必要とする。図４の先端技術例の第２の配線層６４は、放熱の効率を有意に制限し、装置の損ねられた全体性能をもたらすか、又は代替的に、例えば許容可能な熱性能のために必要なモジュール間隔に関して、望ましくない設計制約を課す必要をもたらすかの何れかである。さらに、追加の配線層は、（主に、内部の層への接続をなすためにビアを含む必要性に起因して）コストの上昇及び信頼性の懸念の増大につながる。
対照的に、図３の例は、基板層５０の頂面と平行な平面を占める単一の配線層５４のみであることを特徴とする。基板層はそのバルク内に配線要素を組み入れておらず、従って、ＬＥＤアレイ５２と下方のヒートシンク層５８との間に最適な熱経路が維持される。
図５は、図３に示した実施形態に対応する配線構成例をもっとはっきりと示す模式図である。ＬＥＤアレイ５２が、基板及びヒートシンクの層（図示せず）とともに、回路ボード６６の上に座しており、ＬＥＤの各ストリングの終端モジュールから配線要素６８が走っている。このアレイは、３つのＬＥＤのカラムを８個有しており、従って、各終端モジュールに対して２つの接続で、アレイの頂部及び底部の各々にトータルで１６個の外部接続が存在している。他の例では、このアレイが、追加のカラム毎に更なる４つの外部接続を必要として、望まれるだけの多さのカラムを有するように拡張され得る。配線要素６８は例えば、その後に、当該配線要素が接続された外部端子の選択された組み合わせ間に構成変更可能に電流を与えるように適応されたコントローラユニットの端子との接続をなし得る。ストリング間の中間スペースに沿って走る配線トラックが存在しないことは、より狭い間隔をカラム／ロウ間に有するアレイ、そして結果として、より高密度のＬＥＤモジュールを有するアレイを可能にする。より高密度のＬＥＤモジュールは、所与のパワー出力のための発光面積が縮小されるので、光出力の強度を高める。一例において、現行テクノロジを用いて、０．０３ｍｍと０．０７ｍｍとの間の隣接ＬＥＤモジュール間隔が達成される。
特定の実施形態において、基板層の上に配列されたＬＥＤユニットのアレイを有する照明装置が更に、外部端子の選択された組み合わせ間に電流を供給するためにＬＥＤユニットの外部端子に構成変更可能に結合される１つ以上のコントローラユニットを有し得る。単一のコントローラユニットが設けられてもよく、例えば、それによって、複数のストリングの各ストリングの照明モードが中央制御される。この場合、ストリングの個数をｎ、各ストリングのモードの個数をｍ（すなわち、３×ｎアレイでは８）として、これらのストリングが一緒になって適切に、トータルでｍ×ｎ個のモードを有した、完全に個別指定可能なＬＥＤモジュールのアレイを形成する。
しかしながら、これに代わる例において、照明装置は、例えば、ストリング毎に１ユニットで、又はストリングの小さいグループ毎に１つで、複数のコントローラユニットを有してもよく、このグループは、連続的であってもよいし非連続的であってもよい。複数のコントローラユニットのケースにおいて、なおも、アレイ全体にわたる出力を統制するための１つのいっそう高次のコントローラが設けられてもよい。
例えば自動車フロント照明などの特定の用途では、標準的なＬＥＤ構成のランバーシアン出力ではなく、高度に指向性のある放射を照明装置が生成することが望ましい。この目的のため、一部の例において、上述の照明装置は更に、ビーム整形機能を果たすようにアレイのＬＥＤモジュールから光学的下流に位置付けられた１つ以上のビーム整形装置を有し得る。ビーム整形装置は例えば、１つ以上のレンズ構成（例えば、光線をその入射角に比例して屈折させるように作用し、それにより平行な光線群のコリメートされたビームを生成するものであるフレネルレンズなど）、１つ以上のコリメータ装置、１つ以上のリフレクタ装置、又はこれらのような装置の組み合わせを有し得る。
図６に、一実施形態に従ったＬＥＤモジュールのアレイ５２を有した、そのような装置の単純な一例を示す。これらのＬＥＤモジュールは、単一の配線層５４を備えた基板層５０の上に配列されている。ＬＥＤアレイから光学的下流にビーム整形装置８０がある。この装置は、図示のようにフレネルプレートの形態をとり得るが、他の例では、様々な構成で、異なる多様なレンズ又はその他のビーム整形素子を有し得る。図６の例では、アレイ５２全体の上に、単一のビーム整形装置８０が位置付けられている。しかしながら、他の例において、装置は、複数のビーム整形装置、特に、異なるＬＥＤモジュールによって発せられた光を異なる方向に導くように構成された装置を有し得る。
このような構成は例えば特に、ＬＥＤモジュールの単一のアレイを有する単一のＬＥＤ装置が、その方向又は形状が動的に適応可能なビーム出力を有すること、が望まれる適応ビーム整形用途において適用可能であり得る。ここで、ＬＥＤアレイについて配置された、異なる方向に光を導くように構成された複数のビーム整形装置を有することは、多数のビーム伝播角度のうちの１つが、単にその方向での伝播に合わせて適応された（１つ以上の）ビーム整形装置と一致するＬＥＤモジュールを活性化させることだけによって選択されることを可能にする。
このケースにおいて、例えば、これら１つ以上のビーム整形装置の各々が、ＬＥＤモジュールのうちの１つ以上からなる連続したサブグループと光学的にアライメントされるように位置付けられ得る。最も単純なケースでは、例えば、アレイが概念上、異なるエリア部分に分割され、各エリア部分に対して、その部分から発せられた光を所与の特定方向に導くように適応された別々のビーム整形装置が配設される。この場合、異なる伝播角度のビームの生成のために、アレイの異なる部分がオンに切り換えられることになる。例えば、自動車フロント照明の場合、装置は、‘頂部’エリア部分の上に位置付けられたビーム整形装置と、‘底部’エリア部分の上に位置付けられたビーム整形装置とを有することができ、頂部ビーム整形装置は、底部装置よりも大きい極角で光を導くように適応される。アレイの頂部又は底部のエリア部分を選択的にオンに切り換えることにより、この場合、‘下向き’又は‘上向き’の指向ビームが生成され得る。
より一般的なケースにおいて、これら１つ以上のビーム整形装置は、１つ以上のグループをなすビーム整形装置へと、概念上、分割されることができ、特定のグループのメンバーが、一緒になって特定の形状のビームを生成するように適応され得る。これらのグループは、上の例でのように、アレイの特定の部分が特定の方向のビームと対応するように、連続エリアに基づくグループを有し得る。しかしながら、他の例では、ビーム整形装置の特定のグループのメンバーが、例えばアレイの表面に広がる体系立てられたパターンで、ＬＥＤモジュールのアレイにわたって非連続的に分散されてもよい。この場合、一見して同じような光源領域から、異なる指向角度を持つビームが伝播され得る。これは、美的考慮が重要である一部の照明用途において好ましいことがある。例えば、自動車フロント照明に関し、このような構成は、ヘッドライトが異なる角度のビームを動的に生成することを可能にするが、あらゆる角度に関して、ビームがアレイ表面全体にわたる光源に由来するように見える。従って、照明装置の発光面の大まかな外観が、様々に生成されるビームプロファイルで見分けがつかない。
その他のビーム整形機構が、代替的又は追加的に組み込まれてもよい。一例において、湾曲した表面を持つ基板にアレイが結合されてもよく、それにより、元から指向性のある発光面を持つ装置が作り出され得る。他の例では、レンズ装置の上に、あるいはその代わりに、例えば１つ以上のコリメートじょうごなど、更なる光学素子が設けられてもよい。例えば、フレネルプレートから光学的下流に位置付けられたコリメートじょうごは、ビームエッジで高いコントラスト（すなわち、輪郭が明瞭なビーム境界）を持つビーム出力を生成する助けとなる。
開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。複数の特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

Claims (12)

  1. ＬＥＤユニットであって、
    ＬＥＤモジュールのストリングを有し、当該ＬＥＤモジュールのストリングは、
    第１の終端ＬＥＤモジュールであり、当該第１の終端ＬＥＤモジュールのアノード及びカソードにそれぞれ接続された２つの外部端子を有する第１の終端ＬＥＤモジュールと、
    第２の終端ＬＥＤモジュールであり、当該第２の終端ＬＥＤモジュールのアノード及びカソードにそれぞれ接続された２つの外部端子を有する第２の終端ＬＥＤモジュールと、
    前記第２の終端ＬＥＤモジュールの前記カソードに接続されたアノードと、前記第１の終端ＬＥＤモジュールの前記アノードに接続されたカソードと、を有する中間ＬＥＤモジュールと
    を含み、
    当該ＬＥＤユニットは更に、
    前記第１及び第２の終端ＬＥＤモジュールの前記外部端子のみに構成変更可能に結合され、且つ如何なる組み合わせでも前記第１及び第２の終端ＬＥＤモジュール及び前記中間ＬＥＤモジュールがオンに切り換えられることができるように、前記外部端子のうちの選択された組み合わせ間に電流を供給するように適応されたコントローラユニット、
    を有する、
    ＬＥＤユニット。
  2. 前記ＬＥＤモジュールのうちの少なくとも１つが、複数のＬＥＤを有する、請求項１に記載のＬＥＤユニット。
  3. 基板層と、
    前記基板層上に配列された請求項１又は２に記載のＬＥＤユニットのアレイと、
    前記ＬＥＤユニットの前記外部端子に電気的に接続され且つ平面内に分布された１つ以上の配線要素を有する配線層と、
    を有する照明装置。
  4. 前記基板層に熱的に結合されたヒートシンク層、を更に有する請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記アレイ内の隣接し合うＬＥＤモジュール間の間隔が０．０３ｍｍと０．０７ｍｍとの間である、請求項３又は４に記載の照明装置。
  6. ビーム整形機能を果たすように前記ＬＥＤモジュールよりも光学的下流に位置付けられた１つ以上のビーム整形装置、を更に有する請求項３乃至５の何れかに記載の照明装置。
  7. 前記１つ以上のビーム整形装置は、異なるＬＥＤモジュールによって発せられた光を異なる方向に導くように構成される、請求項６に記載の照明装置。
  8. 前記１つ以上のビーム整形装置の各々が、前記ＬＥＤモジュールのうちの１つ以上からなる連続したサブグループと光学的にアライメントされている、請求項６又は７に記載の照明装置。
  9. 前記１つ以上のビーム整形装置は、１つ以上のグループをなすビーム整形装置を有し、特定のグループのメンバーが、一緒になって特定の形状のビームを生成するように適応される、請求項７又は８に記載の照明装置。
  10. 各グループのメンバーが、ＬＥＤモジュールの前記アレイにわたって非連続的に分散される、請求項９に記載の照明装置。
  11. 前記基板層は、湾曲した基板である、請求項３乃至１０の何れかに記載の照明装置。
  12. 当該照明装置は、自動車照明ユニットの一部を形成する、請求項３乃至１１の何れかに記載の照明装置。
JP2020084882A 2014-11-20 2020-05-14 個別に指定可能なｌｅｄモジュールを有するｌｅｄ装置 Active JP6868731B2 (ja)

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