JP3074622U - 光電素子群 - Google Patents

光電素子群

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JP3074622U JP2000004710U JP2000004710U JP3074622U JP 3074622 U JP3074622 U JP 3074622U JP 2000004710 U JP2000004710 U JP 2000004710U JP 2000004710 U JP2000004710 U JP 2000004710U JP 3074622 U JP3074622 U JP 3074622U
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板３上にマウントされておりかつ所定の間
隔ａにある少なくとも２つの隣接したＬＥＤ２と関連の
接続線路４とを有する光電素子群を簡単で、コストが抑
えられしかもスペースが節約される手法で良好な熱消散
を実現する。 【解決手段】 基板は１Ｗ／Ｋ×ｍより良好な、例え
ば、少なくとも１．５Ｗ／Ｋ×ｍの熱伝導率を有する材
料から形成されて成る。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、請求項１の上位概念に記載の光電素子群、すなわち基板上にマウン トされておりかつ所定の間隔にある少なくとも２つの隣接したＬＥＤと関連（所 属）の接続線路（４）とを有する光電素子群に関する。これは特に、平面的な手 法において配置されているＬＥＤ（発光ダイオード）アレイ、例えば平面を照射 する照明器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
国際公開番号ＷＯ９９／０７０２３号に、チップ基板が熱消散を目的とした外 部接続部分を有する光電素子群がすでに開示されている。しかし、この配置は非 常に複雑で、高価であり、さらに大きなスペースを必要とする。
【０００３】 特許公開番号ＥＰ−Ａ９９１００３５２．６号から、共通の基板があって、そ の上で複数個のＬＥＤがプレーナ・アレイを形成している、平面を照射する照明 器具が公知である。特許公開番号ＥＰ−Ａ９００９７１号において、使用される 基板はガラスプレートであり、その上に導体トラックも取り付けられている。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
本考案の課題は、簡単で、コストが抑えられしかもスペースが節約される手法 で良好な熱消散を実現する、請求項１の上位概念に記載の光電素子群を提供する ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本課題は、請求項１の特徴部分に記載のように、基板を１Ｗ／Ｋ×ｍ以上、特 には、少なくとも１．５Ｗ／Ｋ×ｍの熱伝導率を有する材料から形成することに よって解決される。特に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】 ＬＥＤは熱くなるので、熱負荷をできるだけ小さく抑えることが保証されるよ うに注意しなければならない。この問題は特に、複数個のＬＥＤが結合されて、 例えばランプの場合のようにセクションを形成するとき、または例えば平面を照 射する照明器具の場合のようにアレイを形成しているときに生じる。今日まで、 常に気をつけなければならなかったことは、ＬＥＤのパッキング密度が高すぎな いような選択を保証することだっだ。これまで通例であった最小間隔は８〜１０ ｍｍ（言い換えると約１ＬＥＤ／ｃｍ2）であり、これは、相互の熱の広がりを できるだけ小さく保つためである。なぜなら、ＬＥＤチップの接合部温度を超え る非常に大きな熱が耐用年数を縮め、ひいては破壊に導くからである。前記の比 較的大きな最小間隔では、各ＬＥＤがそれぞれに内在する熱をうまく処理しさえ すればよいことが保証されてる。にも拘わらず、均一に照明される表面を製造す るために、これまでリフレクタが使用されている。さらに、拡散スクリーンがカ バーとして用いられる。これらの部品に付加的なコストがかかる。
【０００７】 本考案によれば今や、良好な熱消散（heat dissipation）を有する（ＦＲ１な いし４またはＣＥＭ１のような、従来のプリント回路板材料より良好）材料が、 ＬＥＤを含む素子群のための基板として用いられている。特に、半導体工業にお いてそれ自体既に公知の種類の（酸化アルミニウムまたは他にＡＩＮに基づいて いる）セラミック基板、非導電性のサーメット、または合成材料がこの目的のた めに適している。これは両方とも、２つの成分が混合された材料（例えば、エボ キシ樹脂と無機質充てん材料）と、層構造を有する材料（例えば、上層としての セラミック（酸化アルミニウム）および下層としての金属（アルミニウム））と を含んでいる。
【０００８】 つまり今や、均一性の所望される程度に依存して、部分的にまたはそれどころ か完全にもリフレクタを省くことが可能である。ＬＥＤ相互の間隔が比較的大き い場合（３〜５ｍｍ）、カバーとして拡散スクリーンを依然として使用するよう にしても有利である。カバーはいずれの場合にも望ましく、または、所定の環境 においては、アプリケーションに依存して、規定により定められてすらいる。し かしながら、拡散スクリーンはもはや絶対に必要というわけではない。なぜなら 、ＬＥＤ間の間隔は、良好な熱消散のために、非常に小さく、特に２ｍｍ未満、 約１ｍｍの値にまで選択できるからである。
【０００９】 全体として、本考案によれば、熱消散は実質的には基板材料を介して行われる 。これにより、ＬＥＤのパッキング密度を高めることができる。１ＬＥＤ／ｃｍ 2 ではなく、一般的に４ＬＥＤ／ｃｍ2まで、もしくはそれ以上のパッキング密度 が今では可能である。
【００１０】 詳細には、本考案は、基板上にマウントされておりかつ所定の間隔（ａ）にあ る少なくとも２つの隣接したＬＥＤと関連の接続線路とを有する光電素子群にお いて、該基板は１Ｗ／Ｋ×ｍより良好な、特に、少なくとも１．５Ｗ／Ｋ×ｍの 熱伝導率を有する材料から形成されて成る光電素子群に関する。
【００１１】
【考案の実施の形態】
有利には、基板は、ＳＭＤ技術によって配置することができる材料から形成さ れている。殊に、該基板は、セラミック、非導電性サーメット、プラスティック および／または合成材料から成るグループから選択されている材料から形成され ており、ここで別の、殊に電子構成素子部分が基板上に集積されていてよい。
【００１２】 材料が適当に選択されていれば、少なくとも１つの別の構成素子を基板上に固 定することができる。この構成素子は、電子回路、とりわけ集積回路、駆動回路 全体または１つないし複数のＬＥＤであってよい。
【００１３】 この形式の素子群は、平面を照射する照明器具またはランプの構成素子部分で あってよい。
【００１４】 複数個のＬＥＤは基板上に普通は規則的に配置されている。これらは、セクシ ョンまたはアレイを形成し、それぞれロウおよびカラムにおいて所定の間隔（ａ およびｂ）を有している。ロウおよびカラム間隔は、殊に同一であってよい。
【００１５】 基板材料の適当な選択の必然的な結果として、２つの隣接するＬＥＤ間の間隔 は最大で５ｍｍ、有利には２ｍｍ未満ということになる。
【００１６】 特有なアプリケーションのために、基板は、別の熱散逸性材料、特に別個のサ ーマルプレートまたは車両のボディ部分にマウントされていてよい。
【００１７】 特に有利な実施例において、群の構造上の高さは１０ｍｍ未満である。このこ とは、平面照射形照明器具に対して基本的に、著しく重要なことである。
【００１８】 別の実施例は、基板上にマウントされておりかつ相互に間隔を置かれている、 少なくとも２つの隣接したＬＥＤと、関連の接続線路とを有する光電素子群であ る。基板は、最大５ｍｍ、有利には２ｍｍ未満である隣接ＬＥＤ間の間隔を実現 するために十分申し分なく熱を消散する材料から形成されており、しかもＬＥＤ の順電流が特定に制限されることはなく（ＴＯＰＬＥＤの場合には例えば７０ｍ Ａ）かつ例えば冷却フィンのような別の補助手段もない。
【００１９】 特に有利な実施例において、この基板材料は別の熱消散器（例えば、別個のサ ーマルプレート）にマウントされており、この場合は結果的に熱消散性は付加的 に改善される。このことは特に、当該素子群が車両のリア照明器具（尾灯）とし て使用されている場合に当てはまる。この場合、シートメタルのボディ部分が付 加的な熱消散体の機能を果たすことができる。
【００２０】 このマウントの可能性のために、ＬＥＤをここでは物理的に可能である最高限 度、すなわち接合温度まで負荷をかけることができる。一方において、ＬＥＤの 順電流ＩFを高めることができるので、輝度を高めることもできる。
【００２１】 本考案の重要な利点は、容易に熱を伝導する基板、特にセラミック基板上に、 別の構造部分または構成素子を付加的に組み込むこともできかつ特に、これらを 、ＬＥＤ、特には電子回路と一緒に集積することができる。例えば、集積回路の 集積に対するベースとしてセラミック材料は非常に適している。このような回路 はどんな場合でも多くのアプリケーションに対して必要とされる。すなわち、例 えば、保護回路、モニタリング機能、そしてバスシステムに対するインターフェ ースが含まれている。
【００２２】 結果として極めて密に詰め込むことが可能である。これにより、例えば自動車 におけるワイヤリングハーネスを自動車において減らして、１つのデータ線およ び１つの給電線にすることができる。この場合、駆動回路は（セラミック）基板 上に付随的に取り付けられている。
【００２３】
【実施例】
次に本考案を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】 図１は、白色ＬＥＤ２から成る矩形のアレイから構成される素子群１を示して いる。この構成により、表面が均一に照明されることが可能になる。関連の接続 線路４は著しく簡単に図示されている。使用されるＬＥＤは前方放射形ＬＥＤ（ 例えば、Siemens のＳＭＴ ＴＯＰＬＥＤ）である。共通基板３は、例えば酸化 アルミニウムのようなセラミック材料、またはDENKA Chemicals のＨＩＴＴプレ ートのような合成材料から形成されている。後者の材料は、下の層がアルミニウ ムから、上の熱伝導率の誘電体層は無機質充てん剤成分を含んだエボキシ樹脂（ 典型的なプリント配線板用材料）から構成されている。また、局所的に銅ででき た薄いカバー層から成っていてもよい。次の表は、種々様々な物質の（温度２０ 度における）熱伝導率を比較したものである。
【００２５】
【表１】
【００２６】 相応の高い熱伝導率を有するすべての電気的に絶縁性の物質は適している。相 応の高い熱伝導率とは、少なくとも１Ｗ／Ｋ×ｍ、有利には１．５Ｗ／Ｋ×ｍ、 特には少なくとも３Ｗ／Ｋ×ｍ（無機質充てん剤材料を含み、特にはいずれの場 合もできるだけ小さい多孔性を有するセラミックまたはエボキシ樹脂）である。 しかし、金属のような導電性の物質は適さない。なぜなら、なにか手を打たなけ れば短絡回路が生じるかもしれないからである。合成材料においては、少なくと もＬＥＤに対向している面が（局所的に導電性のカバー層からできるだけ離して ）電気的に絶縁していることが重要である。
【００２７】 ＬＥＤ２は基板上にはんだ付けされており、この基板はＳＭＤ技術を使用して 矩形の基本形を有している。
【００２８】 反射板のような付加的な構成要素は必要ない。ＬＥＤ相互の間隔が矩形のケー シングの各辺においてたったの１．５ｍｍだからである。
【００２９】 さらに図２には、平面を照射する別の照明器具５が示されており、この照明器 具には、ＬＥＤ６のアレイに加えて集積回路７も基板８を形成するセラミック板 上に配置されている。この場合の均一的な放射を保証するために、カバー９が拡 散スクリーンとして実現されている。この照明器具は約４ｘ３ｃｍ2のベース面 積を有する。
【００３０】 ＬＥＤ相互の間隔ａ（ロウ間隔）とｂ（カラム間隔）が狭いため、照明器具ケ ーシングの構造上の高さを大幅に低減することができ、これにより、従来技術と 比較して約３０から５０％だけ正確なものにすることができる。なぜなら、横方 向の間隔と構造上の高さとの間に近似的に線形の関係があるからである。横方向 の間隔が１０ｍｍの場合、構造上の高さは近似的に１５ｍｍになる一方、ａ＝５ ｍｍ、ｂ＝４ｍｍという間隔の場合、構造上の高さを近似的に７ｍｍに低減する ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＥＤを有する面を照明する照明器具の略図で
ある。
【図２】回路が集積されている、照明する照明器具の別
の実施例の略図である。
【符号の説明】
２ ＬＥＤ ３ 基板 ４ 関連接続線路 ７ 集積回路 ９ カバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ギュンター ヒルシュマン ドイツ連邦共和国 ミュンヘン エッツヴ ィーゼンシュトラーセ 34

Claims (13)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板（３）上にマウントされておりかつ
    所定の間隔（ａ）にある少なくとも２つの隣接したＬＥ
    Ｄ（２）と関連の接続線路（４）とを有する光電素子群
    において、 前記基板（３）は１Ｗ／Ｋ×ｍより良好な、例えば、少
    なくとも１．５Ｗ／Ｋ×ｍの熱伝導率を有する材料から
    形成されて成ることを特徴とする光電素子群。
  2. 【請求項２】 前記基板は、ＳＭＤ技術によって配置す
    ることができる材料から形成されている、請求項１記載
    の光電素子群。
  3. 【請求項３】 前記基板は、セラミック、非導電性サー
    メット、プラスティックおよび／または合成材料から成
    るグループから選択されている材料から形成されてい
    る、請求項１記載の光電素子群。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つの別の素子が前記基板上
    に固定されている、請求項１記載の光電素子群。
  5. 【請求項５】 前記素子は、電子回路、例えば集積回
    路、駆動回路全体または１つのＬＥＤである、請求項４
    記載の光電素子群。
  6. 【請求項６】 当該素子群は、平面を照射する照明器具
    またはランプの構成素子部分である、請求項１記載の光
    電素子群。
  7. 【請求項７】 複数個のＬＥＤ（２）が基板上に規則的
    に配置されている、請求項１記載の光電素子群。
  8. 【請求項８】 前記ＬＥＤ（２）はセクションまたはア
    レイを形成して、ロウとカラムにおいてそれぞれ所定の
    間隔（ａおよびｂ）を有している、請求項７記載の光電
    素子群。
  9. 【請求項９】 ２つの隣接するＬＥＤ相互の間隔は最大
    でも５ｍｍであり、有利には２ｍｍ未満である、請求項
    ６記載の光電素子群。
  10. 【請求項１０】 前記基板は、別の熱散逸性材料、例え
    ば別個のサーマルプレートまたは車両のボディ部分に収
    容されている、請求項１記載の光電素子群。
  11. 【請求項１１】 更に例えば、電子素子部分が前記基板
    に集積されている、請求項２記載の光電素子群。
  12. 【請求項１２】 当該群の構造上の高さは１０ｍｍ未満
    である、請求項６載の光電素子群。
  13. 【請求項１３】 基板（３）上にマウントされておりか
    つ相互に間隔を置かれている、少なくとも２つの隣接し
    たＬＥＤ（２）と、関連の接続線路（４）とを有する光
    電素子群において、 前記基板（３）は、最大でも５ｍｍ、例えば２ｍｍ未満
    である隣接ＬＥＤ間の間隔を実現するために十分申し分
    なく熱を消散する材料から形成されており、しかもＬＥ
    Ｄの順電流が特定に制限されることはなくかつ別の補助
    手段もないことを特徴とする光電素子群。
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