JP3193192U - 共通端子を有する照明モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】低動作温度および低消費電力によるコスト削減を図った照明モジュールを提供する。【解決手段】照明モジュールは、電気的に導電性のヒートシンク１２と、導電性のヒートシンクに搭載され、電気的に接続された発光素子２０のアレイと、導電性のヒートシンクに搭載されたフレックス回路と、発光素子に接続された、フレックス回路上の導電性配線１８とを有する。照明モジュールは、ヒートシンクと、カソード端子とアノード端子とを有する発光素子のアレイとを含み、ヒートシンクは、発光素子のための共通端子である。【選択図】図１

Description

発光ダイオードのような固体状態発光体（solid-state light emitter）は、伝統的なアーク灯よりもいくつかの利点を有している。これらの利点は、低動作温度および低消費電力を含む一方、性能は上昇し、さらに、均一な低動作温度および低消費電力からコストの節約につながっている。

例えば、熱は、スクエアーセンチメートルあたりの光出力量において、ＬＥＤの性能を低下させる。ＬＥＤｓが作動し、動作環境における熱を低減する技術は、光出力の観点からＬＥＤｓの性能を向上させている。これは、熱を低減することがＬＥＤｓの損傷を減らすので、個別のＬＥＤｓの長寿命につながっている。熱は、一般的に、ヒートシンクの使用および／または空気または液体による冷却システムの使用により低減される。

消費電力を減らすことは、低コスト化および低熱化の両方の利益につながる。熱を発する要因の一つは、デバイスによって出される電力（power）量を含む。デバイスの電力がより小さい場合、デバイスは、電力供給クーラーを維持するだけでなく、エミッターとパワーサプライとの間のパスに少量の熱を発する。

多くの現在の技術は、上述したような冷却システム、または、電力制御装置、シールディングもしくはクラッディングのような素子を照明器具に付け加えることによって、温度を下げ、消費電力を減らしている。それらのデバイスがどのように構成されているかということに取り組む技術はほとんどない。

図１は、ヒートシンク上に搭載された現在のＬＥＤの側面図を示す。

図２は、共通端子を有するＬＥＤアレイの実施形態の側面図を示す。

図３は、フレックス回路の実施形態の上面図を示す。

図４は、共通アノードを使用するＬＥＤアレイの実施形態を示す。

図５は、ヒートシンクアセンブリ上に搭載された共通アノードを有するＬＥＤアレイの実施形態示す図である。

図６は、従来技術のＬＥＤアレイの配線図を示す図である。

図７は、共通アノードを有するＬＥＤアレイ用の配線図の実施形態を示す。

図１は、照明モジュールに使用されるＬＥＤアレイの現在の実施形態の例を示す。ＬＥＤｓは、伝統的な照明器具（特に、硬化用途で使用される照明器具）よりも多くの利点を有している。ＬＥＤｓは、典型的に、低温度で動作し、低電力を消費する。しかしながら、固体状態のデバイスは、それが熱せられると、性能の低下に悩まされることがある。ＬＥＤｓは低温度で動作する一方、それらが発する熱は、出力に影響する。多くの冷却技術が熱を管理する。例えば、そのような技術は、ヒートシンクの使用、ＬＥＤｓから離れて過剰の熱を吸収する熱導電性材料の使用などである。

図１は、ヒートシンク１２に搭載されたＬＥＤアレイ１０の現在の実施形態を示す。ＬＥＤｓは、典型的に、カソードとアノードとを有する。一般的に、各ＬＥＤ２０のアノードは、２２のようなワイヤーボンドによって隣接する導電性配線１８に配線されたカソードとともに、導電性配線（conductive trace）１８を上にある。導電性配線１８は、介在基板上にある。この例では、窒化アルミニウム基板１６からなる介在基板が挙げられる。介在基板１６は、熱グリース１４を介して、ヒートシンク１２に搭載されている。

熱は、ヒートシンクに到達し、最後にそこで消散するために、導電性配線、介在基板、熱グリースを通らなければならないので、この構成に問題が生ずる。これは、高レベルの熱抵抗につながり、特に、熱が上昇するので、同じ放射照度出力（irradiance output）を発生するためにより電力を要するという点で、電気抵抗に対する類似性を有している。

図１の例において、各発光素子のための各アノードとカソードは、分離して接続されている。しかしながら、発光素子が共通アノードを共有するようにＬＥＤアレイを形成することができる。これは、ＬＥＤｓやヒートシンクの構成が熱経路から素子を取り除くことによって、熱抵抗を減少させている。

図２は、発光素子用の共通アノードを有するＬＥＤアレイの実施形態を示す。発光素子のアレイ３０において、２０のような発光素子は、ヒートシンク１２に直接搭載されている。ヒートシンクは、一般的に、アルミニウムや銅のような、熱的かつ電気的に導電性のヒートシンクからなっている。ヒートシンクの電気導電性は、発光素子のアノードに共通の電気接続を提供する。発光素子は、発光ダイオードやレーザーダイオードのような固体状態素子からなっていてもよい。

ヒートシンクは、それらが電気的かつ熱的に絶縁されたモジュラーであってもよい。ヒートシンクの大きさによるが、ヒートシンクは互いに結合されていてもよく、結合されていなくてもよい。これは、共通のアノードヒートシンク接続に電流を運ぶことを必要とされているワイヤーゲージを削減する利益を有する。これは、プロダクトが異なるマーケットや異なる使用を占有するようなオプションとして、モジュール方式かつ可変サイズを提供するようになっている。

１８のような導電性配線は、ヒートシンクの導電性が導電性配線でショートするので、ヒートシンク上にあることができない。一つの解決策は、ヒートシンクと、発光素子のカソードが接続する導電性配線との間に絶縁体３２を使用することにある。本実施形態において、絶縁体はフレックス回路からなる。それは、典型的に、誘電材料のような電気絶縁材料のいくつかのタイプの少なくとも一つの層を有している。絶縁体は、その上に銅配線のような導電性配線を有する。そのような層構造の一つの例として、フレックス回路が挙げられる。

図３は、絶縁体３２として機能するフレックス回路の実施形態の上面図を示す。絶縁体３２は、発光ダイオードのアレイを収容する開口３６を有している。本実施形態において、各開口は、３つの発光ダイオードを収容する。しかし、開口はどのような構成であってもよい。加えて、フレックス回路は、４０のようなフォトダイオードまたはトランジスターを含んでいてもよい。また、フレックス回路は、４２のようなサーミスタを収容してもよい。これらの素子は、ＬＥＤｓの放射照度出力と、ＬＥＤｓの近くで発生した熱のモニタリングをする。

図４は、照明モジュール３０の正面図を示す。２０のようなＬＥＤｓのアレイは、フレックス回路３２とともにヒートシンク１２上にある。導電性クリップ４４は、ヒートシンクにフレックス回路３２を保持する。そのクリップは、４６のようなスクリューや他の留め具によってヒートシンクに取り付けてもよく、グラウンド４８に帰還路を提供してもよい。スクリューや他の留め具は、アノードとカソードの接続のショートを避けるために、ヒートシンクから電気的に絶縁されていなければならない。

図５は、照明モジュールの平面図を示す。照明モジュールは、ヒートシンク１２と、２０のようなＬＥＤｓのアレイと、フレックス回路３２と、クリップ４４と、留め具４８とを含む。ヒートシンクは、接地経路を作るために、接地ケーブル５０によって接地経路に取り付けられてもよい。

いくつかの熱抵抗源を除去することによる効率的な熱管理に加え、共通アノードの使用は、発光素子のアレイの電気的に異なる構成をもたらす。図６は、ＬＥＤアレイ６０の従来例の配線図を示す。この配線図において、素子は、行と列のｘ−ｙグリッドにある。行と列の指定（指示、表示）は、任意であってもよいが、本実施形態において、発光素子６２のグループはアレイの行（row）を作り上げる。素子のこの行は、与えられた行における各素子が特定の列における他の素子と直列に配線されているように、配線される。

これに対し、図７の配線図は、共通アノード構成によってできる一つの可能性を示す。アレイ７０は行７２を有する。その行７２において、行における各素子は、アレイにおける他の素子と並列に配線されている。これは、いくつかの利点を有する。また、これは、光抽出を増大するための光学素子を簡単に製造し、構築するヒートシンクのＬＥＤｓのランダムな設置を可能にしている。それは、光投影に役立つ、円形または特殊形状の多角形のようなパターンをＬＥＤｓで形成することができる。

以上、本考案を共通アノードを中心に説明したが、アノードとカソードは反対にしてもよく、電気回路の極性を変えてもよく、代わりに共通カソードを使用してもよい。したがって、コンセプトは共通端子と称される。

共通端子を有する発光素子のアレイの特別な実施形態を説明したが、本考案はこれらの実施形態の範囲を限定するものではない。

Claims (14)

1. ヒートシンクと、
   カソード端子とアノード端子とを有する発光素子のアレイとを含み、
   前記ヒートシンクは、前記発光素子のための共通端子であることを特徴とする照明モジュール。
2. 前記ヒートシンク上に搭載された銅配線をさらに含み、
   前記銅配線は、前記ヒートシンクから電気的に絶縁されている請求項１に記載の照明モジュール。
3. 前記銅配線と前記発光素子の前記カソードとの間に電気的接続をさらに含む請求項２に記載の照明モジュール。
4. 前記銅配線は、フレックス回路によって、前記ヒートシンクから電気的に絶縁されている請求項２に記載の照明モジュール。
5. 前記照明モジュールは、前記フレックス回路を前記ヒートシンクに保持するように配置された導電性クリップをさらに含む請求項４に記載の照明モジュール。
6. 前記クリップは、グラウンドに電気路を提供するように配置されている請求項５に記載の照明モジュール。
7. 前記発光素子のアレイは、行と列とを有し、
   一つの行における各前記発光素子は、同じ行における他の発光素子と並列に電気的に接続されている請求項１に記載の照明モジュール。
8. 電気的に導電性のヒートシンクと、
   前記導電性のヒートシンクに搭載され、前記導電性のヒートシンクに電気的に接続された発光素子のアレイと、
   前記導電性のヒートシンク上に搭載されたフレックス回路と、
   前記発光素子に接続された、前記フレックス回路上の導電性配線と、
   を含むことを特徴とする照明モジュール。
9. 前記導電性のヒートシンクは、銅またはアルミニウムのいずれか一方である請求項８に記載の照明モジュール。
10. 前記発光素子のアレイは、紫外線光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを含む請求項８に記載の照明モジュール。
11. 前記フレックス回路は、多重層を有し、
    その少なくとも一つは、誘電材料で構成されている請求項８に記載の照明モジュール。
12. 前記フレックス回路は、前記発光素子のアレイを収容する開口を有する請求項８に記載の照明モジュール。
13. 前記発光素子のアレイは、共通端子としての前記ヒートシンクに電気的に接続されている請求項８に記載の照明モジュール。
14. 前記照明モジュールは、多数のヒートシンクをさらに含み、
    前記多数のヒートシンクのそれぞれは、ともに接続されていない限り、電気的かつ熱的に絶縁されている請求項８に記載の照明モジュール。

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