JP5544394B2 - 照明モジュール - Google Patents

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Description

関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2011年5月16日に出願された米国特許仮出願第61/486,542号に基づく優先権を主張するものである。

本発明は、発光ダイオード(LED)を用いる照明の分野に関し、より具体的にはモジュラ式LEDベースのソリューションの分野に関する。

発光ダイオード(LED)の効率は、過去10年間で実質的に増加しており、その結果、LEDは、全般照明を提供するのに用いるのに適していることが知られている。しかしながら、存在する1つの問題は、LEDのパッケージングである。LEDは、効率的なものであるが、他の方法では可能となるであろう潜在的な長寿命に悪影響を及ぼすのを避けるために、慎重な熱管理を必要とする。加えて、LEDは機能するのに一方向の電流を必要とするので、AC電圧はDC電圧に変換される(少なくとも効果的に変換される)必要がある。さらに、LEDモジュールを小さいパッケージサイズで提供することが有益であろう。単一のLEDチップからなるようなエミッタが用いられているが、こうしたデバイスは、光出力の量が制限される傾向がある(典型的に200ルーメン未満)。より大きいルーメンを提供するために、図1に示されたデバイスのような適度に小型のデバイスが提案されている。しかしながら、これらのデバイスは依然としてDC電圧を必要とし、普通はそれらがライン電圧要件と適合しないように構築される(しばしばそれらはメタルクラッドPCBベースを用いる)。したがって、既存の設計は、ACライン電圧と適合するであろう小型の高い光出力のシステムを提供するのに失敗する。したがって、或る人々は、改善されたLEDモジュールを歓迎するであろう。

ベースとカバーとを含む発光ダイオード(LED)モジュールが提供される。ベース上に回路が提供される。LEDアレイがベース上に提供され、且つ一実施の形態ではACライン電圧をDC電圧に変換する可能性がある回路に電気的に接続される。カバーは、LEDアレイから放出される光の形状に対して最小限の影響を有するように設計される無反射性の角度がついた面を含むことができる。

本発明は、単なる例として例証され、同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面に限定されない。

従来技術の照明システムを例証する図である。 LEDモジュールの実施の形態の斜視図である。 図2Aに示されたLEDモジュールの別の斜視図である。 熱パッドが除去された状態のLEDモジュールの斜視図である。 図3に示されたLEDモジュールの別の斜視図である。 LEDモジュールの実施の形態の平面図である。 カバーが除去された状態のLEDモジュールの実施の形態の平面図である。 図6に示された実施の形態の斜視図である。 図7に示された実施の形態の部分分解斜視図である。 図7に示された実施の形態の別の部分分解斜視図である。 図7に示された実施の形態の別の部分分解斜視図である。 図6に示されたLEDモジュールの、線11−11に沿って見た断面の斜視図である。 図11に示されたLEDモジュールの、線12−12に沿って見た別の断面の斜視図である。 図11に示されたLEDモジュールの、線13−13に沿って見た別の断面の斜視図である。 LEDモジュールの別の実施の形態の斜視図である。 カバーが省略された状態の図14に示されたLEDモジュールの斜視図である。 LEDモジュールの実施の形態の斜視図である。 図16に示されたLEDモジュールの別の斜視図である。 熱パッドが除去された状態のLEDモジュールの斜視図である。 カバーが除去された状態の図18に示された実施の形態の別の斜視図である。 図18に示された実施の形態の別の斜視図である。 図20に示された実施の形態の、線21−21に沿って見た断面の斜視図である。

以下の詳細な説明は、例示的な実施の形態を説明するものであって、明確に開示された組合せに限定されることを意図しない。したがって、他の方法で記載しない限り、本明細書で開示される特徴は、簡潔にする目的でそれ以外に示されなかった付加的な組合せを形成するために一緒に組み合わされてもよい。

図2A〜13は、LEDモジュールの実施の形態を例証する。示された設計の1つの有益な特徴は、カバー60が、実質的に無反射面として作用する角度がついた面62を備えることである。言い換えれば、LEDアレイ100は、照明を提供し且つベース40の開口94を通して延びる光ブロック110を有し、角度がついた面62は、光ブロック110から放出される光を実質的に整形しないように設計される。したがって、光ブロック110が約60度又は90度又は110度又は幾つかの他の角度の分布を本来提供する場合、角度がついた面は、その対応する角度に又はそれより僅かに大きい角度に構成されるであろう。一般に無反射面の角度がついた面は、放出される光の10パーセント未満を反射するように構成することができ、好ましくは放出される光の5パーセント未満を反射するであろう。

もちろん、容易に理解できるように、カバーはまた、光を意図的に整形する反射器及び/又はレンズを含むことがある。このような構成では、カバーは無反射性の角度がついた面を有さないが、それ以外では、本明細書で論じられる他の利点を提供することがある。光を整形する(例えば、光を合焦する)又は単純な透明レンズを含むカバーに加えて、触れても安全であると考えられるLEDモジュールを提供することが可能であろう。

理解できるように、LEDモジュールは、LEDアレイ100を支持するベース40を含む。ベース40は、AC電圧をDC電圧に変換する回路をさらに支持することができる。図示のように、例えば、ベース40は、導体11、12を介してACライン電圧(例えば、110VのAC)入力を可能にし、且つ光ブロック110によって提供されるLEDに効果的な様態で電力を与えることができるようにAC電圧をDC電圧に変換する。示された実施の形態は、ヒューズ83、整流器84、電圧サージサプレッサ85、及びMOSFET電源87を作動させるコントローラ86を含む。示された構成は、LEDアレイ100のパッド111、112、113、及び114に選択的に電力を与えるのに用いられる複数のタップ88をベース40上に有し、パッドのそれぞれは、光ブロック110の中の一連のLEDに結合される。異なる一連のLEDに選択的に電力を与えることにより、ユーザの目にちらつきのない照明を提供することが可能である(例えば、存在するあらゆるちらつきは、ユーザには知覚できない)。このタイプの制御を提供することができるチップは、EXCLARAのEXC100ドライバによって提供されるような設計を含む。したがって、示された設計は、AC電圧の効率的な使用と、AC電圧が変動するという事実があるにもかかわらずユーザの目に実質的に一定の照明を提供することを可能にする。したがって、示された構成は、目に見えて分かるようなちらつきを伴わない心地よい照明を提供するが、コンデンサ(あらゆる長持ちするシステムの故障点となる傾向がある)を必要としない。もちろん、コンデンサの付加は、システムの性能をさらに最適化することができ、輝度調整機能が望まれる状況に有用な場合があるが、提供される場合、コンデンサは、したがって依然として高い耐久性及びより低いコストを提供しながら、サイズがより小さくされ且つ設計がより堅牢にされる可能性がある(例えば、或る実施の形態ではセラミックコンデンサが用いられる可能性があり、又はコンデンサは冷却された方が良い可能性がある)。加えて、示されたシステムは、ウェーブはんだ付技術を使用するプロセスでの製造に適している。

しかしながら、所望の場合にさらに慣習的なコンデンサベースの電力変換システムが用いられる可能性があることに留意されたい。こうした電力変換システム(出力を安定化させるために整流器とより大きいコンデンサを含むであろう)は、より慣習的であり、したがって多くの可能な変形が利用可能であるため本明細書で詳細に論じられる必要はなく、こうしたシステムは他の方法では望ましかったかもしれないサイズよりも大きいサイズとなるであろうことが理解される。

示された設計の1つの利点は、ベース40が、構造剛性を提供すると共に回路70(ACからDCへの変換のような所望の制御を提供する)も支持する、絶縁材料であることである。理解できるように、ベース40上に提供されるトレース81、82は、種々の構成要素を電気的に接続することができる。一実施の形態では、ベース40は、めっきできるプラスチックとすることができ、トレースは、公知の従来のLDSプロセスを介して提供することができる。示された設計の1つの利点は、ベースの直径を約60mmとなるように構成することができるが、一方、ベースとカバーとの組合せの高さを約10mmとすることができることである。したがって、LEDモジュールの体積は、500ルーメンよりも大きい出力を依然として提供しながら35,000mm3 未満とすることができ、且つまた、ACからDCへの変換を提供する。一実施の形態では、入力AC電圧は、ACライン電圧(例えば、110ボルト)とすることができる。示された実施の形態では、無反射性のカバーの使用に起因する光の整形を実質的に回避しながら、体積を30,000mm3 未満とすることができる。したがって、示された実施の形態は、既存のLEDモジュールと比べて実質的な利点を提供する。

500ルーメンよりも大きく放出できる、一実施の形態では700よりも大きく、又はさらに1000ルーメンよりも大きく放出することができるシステムに適した熱的性能を提供するために、LEDアレイ100は、低い熱抵抗を有する基板105を含む。加えて、熱パッド20が、周縁に沿って延びるフランジ44上に及びベース40の底部上に配置され、且つ基板105と支持面との間の熱的接続を提供する。一実施の形態では、フランジ44と基板105は、両方が同一平面上に底面を有するように構成することができる。したがって、LEDチップとその上にLEDモジュールが設置される支持面との間の熱抵抗を、2C/Wよりも低く、好ましくは1C/Wよりも低く保つことができる。

熱パッド20は、好ましくは電気絶縁性であるが、熱伝導性であり、したがって、カバー及びベースと組み合わせされて、ベース40上に提供される構成要素の周りに絶縁材料のポケットを形成する。LEDアレイ100は、開口94と連通するソケット50の中に配置されるように構成されるが、基板105は、熱パッド20への良好な熱的接続を保証するためにソケット50よりも下に延びる。所望の場合に、ベース40の底側に1つ又は複数のヒートパック130を提供することができ、ヒートパック130は、熱バイア93を介してベース40の上側に配置される構成要素と熱的に連通することができる。したがって、所望のサイズ要件をもつACと適合するLEDモジュールを提供することができるように、望ましい電気的分離を保証しながらシステム全体の熱管理が可能である。

図14〜15は、対応するLEDアレイから放出される光を整形するように構成されるレンズ295をともなうLEDモジュール210の実施の形態を例証する。LEDモジュール210の構成は、カバー260の増加した高さによって、適切なレンズ295が光を所望のパターンに整形できるようになること以外は、LEDモジュール10と実質的に類似した構成とすることができる。したがって、LEDモジュール10の中に提供される回路と類似した回路とすることができる回路270がベース240(しかし付加的なスペースは伴わず、所望の場合に付加的な構成要素を付加することができる)及び熱パッド220上に提供される。いずれの例においても、理解できるように、WI−FI又はZIGBEEベースのプロトコル(又は他の任意の望ましいプロトコル)を介してコマンドを受信する及び/又は送信することができるアンテナ及び無線通信可能なチップ(トランシーバ・チップなど)を含むことも可能であろう。こうしたチップは、コントローラに結合される(又は中に組み込まれる)可能性があり、(例えば、モジュールを輝度調整し又はオン及びオフにするために)LEDモジュールの出力を無線で修正できるようにする。しかしながら、レンズ295のような光整形要素を含む、より背の高い実施の形態であっても、モジュールの体積は、40,000mm3 未満となる可能性がある。

LEDモジュール310の別の実施の形態が図16〜21に示される。LEDモジュールは、ベース340、カバー360、及びレンズ395を含む。熱パッド320が提供され、随意的な電源ピン397は、熱パッドよりも下に2mmよりも大きく、より好ましくは3mmよりも大きくすることができる距離だけ延びる。こうした構成は、高電圧を搬送するコンタクトと接触する恐れなしに人が指をソケットの中に安全に入れることができるように、ソケット(図示せず)を触れても安全な様態で構成できるようにすることが判っている。

理解できるように、随意的なチャネル343は、モジュールを支持面に容易に組み立てる、且つまた配線をはんだ付けする必要なしに電源に容易に接続することができるように、(例えば、従来の配線トラップを含むことによって)チャネルの中に挿入される配線を受け入れるように構成することができる。一実施の形態では、電源ピンを省略することができ、チャネルは、配線トラップからトレースをベース340上の所望の電源位置に結合することができる場所まで延びるトレースを含むことができる。

モジュール310の構成は、上記で示された構成と類似した構成とすることができる。例えば、ベース340は、照明の発光を可能にする様態で光ブロック410を配置することができるように、LEDアレイ(LEDアレイ100など)を受け入れるソケット350を伴って示されるが、しかしながら、レンズは、放出された光を整形するものとして示される。レンズの使用は、LEDモジュールの高さを増大させる傾向があり、したがって、モジュールの内部に回路を配置するためにより多くのスペースをもたらす。上述のように、タップ388は、光ブロック410の異なる部分に電力が選択的に提供されることを可能にする。回路は、前述のように、電圧サプレッサ385並びにヒートパック130と位置合わせすることができる熱バイア393の近くに配置することができるコントローラ及び通信チップ(別々に提供する又は共に一体化させることができる)を含むことができる。モジュール310はまた、コンデンサ399を含むものとして示される。コンデンサは、他の構成要素よりもサイズが大きくなる傾向があり、熱の影響を若干受けやすいことがある。したがって、ヒートパック130の底面130a、基板105の底面105a、及びコンデンサ399の底面399aは、熱パッド320が支持面と対応する底面との間の容認可能な熱伝達を提供するのに効果的となるような配向に実質的に平面となるように位置合わせすることができる。したがって、コンデンサ399は、ベースの第2の側部上の熱パッドにも延びながら、コンデンサ399をベース340の第1の側部上に配置される構成要素に電気的に容易に接続できるようにする開口400の中に配置することができる。

理解できるように、したがって、示された設計の機能部は、望ましい照明特徴を提供し、且つ入力としてACライン電圧を受け入れることができる、より小型のLEDモジュールを可能にする。本明細書に示された実施の形態の多くの他の利点もまた、所望の構成に応じて理解できるであろう。

本明細書で提供される開示は、その好適且つ例示的な実施の形態の観点で機能部を説明する。本開示を精査することで当業者には付属の特許請求の範囲及びその趣旨の範囲内の多くの他の実施の形態、修正、及び変形が想起されるであろう。

Claims (6)

  1. 照明モジュールであって、
    ベースであり、第1の側部及び第2の側部を備え、且つ前記第1の側部上のソケット及び前記第2の側部上の開口を含み、前記ソケットが開口と連通する、絶縁性のベースと、
    基板及び該基板上に設置された光ブロックを有し、光ブロックが前記開口の中に延びるように前記基板が前記ソケットの中に配置される、発光ダイオード(LED)アレイと、
    前記光ブロックと位置合わせされた開口部を備えるカバーであり、前記ベース上に設置され、前記開口部の周りに配置された角度がついた面を有し、該角度がついた面が前記光ブロックに対して実質的に無反射性となるように構成される、カバーと、
    前記ベースの前記第2の側部上に配置され、且つ前記基板と熱的に連通する、熱パッドと、
    を備える照明モジュール。
  2. 前記ベースが、少なくとも110ボルトのACのACライン電圧をDC電圧に変換するように構成される回路を支持する、請求項1に記載の照明モジュール。
  3. 前記モジュールが35,000mm3 以下の体積を有する、請求項2に記載の照明モジュール。
  4. 前記モジュールの前記体積が30,000mm3 未満である、請求項3に記載の照明モジュール。
  5. 前記角度がついた面は、前記光ブロックから放出される光の実質的にすべてが前記角度がついた面よりも上方に向かうような低い形状を有する、請求項4に記載の照明モジュール。
  6. 前記光ブロックから放出される光の5パーセント未満が前記角度がついた面に向かう、請求項5に記載の照明モジュール。
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