JP5855589B2 - ホルダおよびホルダ使用のledモジュール - Google Patents

ホルダおよびホルダ使用のledモジュール Download PDF

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Description

関連出願
本願は2012年1月5日出願の米国特許仮出願番号第61/583,270号、2012年1月11日出願の同第61/585,325号、2012年1月18日出願の同第61/587,997号、2012年7月16日出願の同第61/672,084号、および2012年12月3日出願の同第61/732,754号に基づく優先権を主張し、それら全ては本明細書にその全体が参照により組み込まれる。
本発明は発光ダイオード(LED)技術の分野に関し、より具体的には、多用する用途に適した設計に関する。
LEDアレイは多数の企業によって提供されている。例えば、BRIDGEUXは広範囲の照明ニーズを満たすLEDアレイを提供している。しかし、一つの問題点は、製造上の制約のため、LEDアレイのコストが依然として高いことである。このため、結果的なシステム(例えば電球)は消費者には高すぎる価格になっている。そこでLEDアレイのコストを低減すべく多大な努力がなされつつある。
LEDアレイのコスト高を招く傾向を生じさせている1つの特徴はLEDを支持する基板である。基板はLEDアレイ用として多くの利点を備えていてLEDを支持する上で必要である。しかし、基板は大きく造るとコストがかかり小さく造ると扱いが難しくなるといった応用面でのいくつかの問題を伴う。のみならず、既存のホルダは1本のワイヤを受入れるには1個のワイヤトラップに1本の裸線を挿入するか、またはワイヤをLEDアレイにはんだ付するか、のいずれかを必要とする傾向が多い。これらの構成が、ある用途では許容される一方で、他の用途ではLEDアレイに電気的に接続する簡易な方法が有利となり得る。そこでLEDアレイを支持できるホルダの改良を好評価する関係者もあり得る。
LEDアレイに直接はんだ付けできるホルダが提供される。このホルダはLEDアレイ上の接点にはんだ付けされるように構成されたパッドを持つ2つ以上の端子及び電源に接続されるように構成された接点を備える。これらの接点は係合コネクタをはんだ付けされるように構成でき、係合コネクタと係り合うようにも構成できる。ホルダは2つの接点を持つ一体化コネクタを含むことができる。必要に応じて、一体化コネクタに凹部を含めることができ、2つの接点がその凹部内に延在することができる。
LEDモジュールはLEDアレイと、そのLEDアレイにはんだ付けされた1個のホルダを含む。このホルダはLEDモジュールがレセプタクル内に容易に設置できるようにする接点を含む。このホルダは一体化コネクタを含むこともできる。LEDアレイがLEDアレイの上面に配置された接点を持つ場合は、ホルダは別様の接続構成ができるように他の域内で整合する接点を含み得る。ホルダは、許容する一体化コネクタを含み得る。
本発明は例証として図示するが、随伴図に限定するものではなく、添付の図面において参照番号は類似の要素を示すものである。
本発明のLEDモジュールの斜視図を示す図である。 本発明の図1に示した実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明のホルダの斜視図を示す図である。 本発明の図3に示したホルダの上面図を示す図である。 本発明の図3に示した実施形態の別の斜視図を示す図である。 本発明の図3に示したホルダの底面図を示す図である。 本発明の図1に示した実施形態の断面の斜視図を示す図である。 本発明の図7に示した実施形態の部分分解した斜視図を示す図である。 本発明の図8に示した実施形態の別の斜視図を示す図である。 本発明のホルダの別の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図10に示した実施形態の別の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールのシートの一実施形態の上面図を示す図である。 本発明の図12に示した実施形態の概略斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの一実施形態の概略上面図を示す図である。 本発明の図14に示した実施形態の高架側面図を示す図である。 本発明のLEDアセンブリの斜視図を示す図である。 本発明の図16に示した実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明のカバーとLEDモジュールの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図18に示した実施形態の別の斜視図を示す図である。 本発明の図19に示した実施形態の断面20−20の斜視図を示す図である。 本発明の図19に示した実施形態の断面21−21の斜視図を示す図である。 本発明の図21に示した実施形態の別の斜視図を示す図である。 本発明のカバーおよびホルダの実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明のカバーの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図24に示した実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明のホルダおよびカバーの実施形態の概略斜視図を示す図である。 本発明のホルダの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図27に示したホルダの別の斜視図を示す図である。 本発明の図27に示したホルダの別の斜視図を示す図である。 本発明のホルダおよびLEDアレイの実施形態の概略斜視図を示す図である。 本発明の図30に示した実施形態の断面31−31の斜視図を示す図である。 本発明の図31に示した実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明のホルダおよびLEDアレイインタフェースの概要を示す図である。 本発明のLEDアセンブリの斜視図を示す図である。 本発明の図34に示した実施形態の部分分解斜視図を示す図である。 本発明の回路基板アセンブリの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の回路基板アセンブリの実施形態の一断面の斜視図を示す図である。 本発明の回路基板アセンブリの別の実施形態の一断面の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図39に示した実施形態の概略斜視図を示す図である。 本発明の図39に示したLEDモジュールに使用し得るホルダの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDホルダ内の使用に適する端子の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDホルダ内の使用に適する端子の別の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のキャリヤを使用して成形されるLEDモジュールの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図44に示した実施形態のLEDアレイを除去した斜視図を示す図である。 本発明の図44に示したモジュールに類似のLEDモジュールの部分的な実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの別の実施形態の一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダの一部を除去したLEDモジュールの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図48に示したLEDモジュールの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図49に示した実施形態の、ホルダの一部を除去した斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールのホルダの一部を除去した実施形態の一部分解斜視図を示す図である。 本発明のキャリヤを使用して成形されるLEDモジュールの実施形態の部分斜視図を示す図である。 本発明のキャリヤを使用して成形されるLEDモジュールの実施形態の部分斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの、2つの導体にはんだ付けされた実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールの、2つの導体にはんだ付けされた別の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDアセンブリであってカバーを開放位置に組付けてある実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDアセンブリであってカバーを閉鎖位置に組付けてある実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールであって係合コネクタに係合させる前の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のLEDモジュールであって係合コネクタに係合させた後の実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダの実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図61に示した実施形態の線62−62における斜視図を示す図である。 本発明の一体化コネクタの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダ内での使用に適する端子の一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図64に示した端子の高架側面図を示す図である。 本発明のホルダの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図66に示したホルダの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図67に示したパッドの一実施形態の斜視拡大図を示す図である。 本発明のホルダ内での使用に適する端子の一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図70に示したホルダ内の一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の図70に示した実施形態の線72−72における断面の斜視図を示す図である。 本発明の一体化コネクタの一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明の端子であって、図73に示した一体化コネクタとの併用に適した一実施形態の斜視図を示す図である。 本発明のホルダであって、LEDアレイへのはんだ付けを要しないホルダの一実施形態の斜視図を示す図である。
以下の記述は代表的な実施形態を説明するものであって、明瞭に開示される組合せに限定されることを意図したものではない。理解されるように、いくつかの特徴は特定の実施形態と関連して示されているが実用においてそのように限定されるものではない。したがって、別途特記しない限り、ここで開示した諸特徴を組み合わせて、簡潔を期するため別の形で示されてはいない別の組み合わせを作ることが可能である。
LEDモジュールと可能な用途とについて以下に述べる。理解されるように、LEDは一層効率的になりつつあり、アレイの使用でもって天井用照明等の従来式の電球といった多くの用途向けの照明としてLEDアレイから充分な光を直接得ることができるようになりつつある。とはいえ、効率性の向上が続くにつれてLEDのサイズの可能性が問題となることが認められている。この理由は、アレイが楽には取扱えないほど小さくなるからである。しかも、効率がかなり高くても800ルーメン範囲の出力を出すには6〜8ワットの電力が必要となることが予想される。したがって、熱的に丈夫な解決策を持たない設計が提供されるという可能性はありそうもない。
どのような所望のLEDアレイが使用できることも留意すべきである。実際にはより小型のLEDアレイ(15mm×15mm未満)が記載したホルダには有益であると判断されている。その理由は、そのように小さなLEDアレイは従来の照明器具で取り扱うには問題であり大型の装置に一体化することはより困難になるからである。というわけで、別途特記がない限り、諸特徴は特定サイズのLEDアレイに限定されることはない一方、最大の有益性は小型のLEDアレイにより評価されるであろうと予期される。
理解されるように、1個のLEDモジュールは1つのLEDアレイと、接続を提供し、及びそのLEDアレイを所望の場所に簡単かつ即座に設置を可能にする1個のホルダとで構成される。ある種の用途では、LEDモジュールは所定位置にはんだ付けできる。他の用途では、ワイヤをはんだ付けする必要のないレセプタクル内に設置するLEDモジュルがより望ましいかもしれない。
図1〜9はLEDアレイとホルダ30を持つLEDモジュール10の実施形態の詳細を示す。理解されるように、LEDアレイ20についての詳細は範例的なものである。このように、図示した解決策は図示したLEDアレイに限るものではなく、その代わりに、接点28a、28b(これらは表面接点と称されることもある)を含む絶縁層24を持つプレート22と、LEDエミッタ26(これは1つ以上のLEDチップを含み、含リン被膜で被覆されることもある)とを含むあらゆるLEDアレイにも適用される。理解されるように、この設計は頂部に接点を持つLEDアレイの使用に好適である。プレート22と(ヒートシンクとして機能可能な)支持面との間の熱抵抗を低めるためにプレート22に熱層23を付加することができる。実際、ほとんどの用途に置いてこの熱層は望ましいものとなるはずであり、他の実施形態に関して検討はしないものの、結果としてのモジュールと共に熱層がしばしば取り入れられようことは想像される。該熱層23はプレート22と支持面との間の熱抵抗を低める構成とすることができる。さらに、前記熱層23は絶縁性にして電気を通さなくすることができる。多くの用途において、前記熱層のサイズは適当なクリープ性/隙間を確保する為プレートよりわずかに大きくできる。設置し易くするため、前記熱層は、熱層をプレートに簡単に確保する接着面を含む事が出来る。
ホルダ30は、LEDエミッタ26と整合する開口33と外縁部32aを有するものであって好適な樹脂のような絶縁性材料で形成できるベース32を含む。前記開口33は角度を持つ表面を含むことができる。前記ホルダはパッド35bを介してLEDアレイ20上の接点と電気的に接続する端子35を含む。該端子35はベース32にメッキされた端子であり、接点35a、35c及びブリッジ35dにて接続される前記パッド35bを含む。後述するように、別の実施形態ではより従来的な端子設計も含めることができる。しかし、理解されるように、記載した多数の実施形態は、一体の端子(ホルダ表面に直接形成したものかまたはホルダにインサート成形したもの)を含むホルダを含む。LED配列のコンパクトな確保ができる開口を備えながら端子をホルダ内に一体化できることは、多くの用途にとって有益である。有益な点の一つは、他のコネクタと係り合うように構成された一体化コネクタ装置を含むようにホルダを構成できることである。そのような構成はLEDモジュール10を実用途においてパッケージングする能力を大幅に改善できる。
図1〜図3から理解されるように、LEDアレイ20上の接点が水平であると考えられる場合、ホルダ30は垂直な接点を供することができる(例えば、アレイ上の接点はホルダ上の各接点と垂直になり得る)。この利点の一つは、ホルダをレセプタクルに垂直に挿入できることであり、そのことは自動化操業にとっても、他のパッケージング上の制約への対処に際しても有益である。これにより(指定面積N×Mが150mm2 未満の場合)比較的コンパクトなパッケージングが可能となり、面積N’×M’を200mm2 未満にできる。後述するスターパッケージのように大型のモジュールの場合、一体化コネクタを含むLEDアレイは500mm2 未満にできる。当然、大型のLEDアレイにはモジュールのサイズを大きくすることは望ましかろうし、必要であろう。
図10および図11は、係合コネクタと垂直係合用に適した突起端子135、136を含むホルダ130の実施形態を示す。あるビュウの図では、ホルダは(他の実施形態においても)四等分体の組み合わせとして示されている。そのような構造も可能ではあるが、ほとんどの用途においてはホルダは鋳造工程において一体成形され、したがって別途記載がない限り分割線は無視できる。
理解されるように、ホルダ130は角度付きの面を含み得る開口133を持つベース130aを含む。端子135、136が前記ベース130aに設けられ、そのそれぞれは最初の垂直接点135a、136a、パッド135b、136b、ブリッジ135b、136c、二番目の垂直接点135d、136d、および連絡ブリッジ135e、136eを含む。前記二番目の垂直接点135d、136dは突起部140に配置されている。理解されるように、このような構成は凹部内にある係合接点を設けることが望ましい用途には有益である(例えば、レセプタクルは触れても安全である)。前記突起部は(図27〜29に示したように)電導性材料でめっき可能である。しかし、理解されるように、このめっきは(レーザー直接成形またはツーショット成形法のいずれかで)選択的に実施でき、図27〜図29に示した全部位に行う必要はない。其の上、このめっきをベース130a内にインサート成形される端子の代わりにしたければすることができよう。ホルダ130には、係合LEDアレイの外周の回りに伸びることを意図したリップ142がさらに含まれる。
図12および図13はシート150でバッチ生産加工され、提供される複数のホルダ130の実施形態を示す(図13にはフレームは簡潔を期するため省略してある)。シート150には加工時にホルダ130を支える部材154、152、156が含まれる。シート150を加工することの一つの利点はそれぞれのホルダに多数のLEDアレイを一度にはんだ付けするのに経済的であることである。しかし、望ましい場合には、リール(reel)が加工用リールに設計を最適化することができる(そうすれば、ホルダは並行加工ではなく連続加工できよう)。
理解されるように、主たる状況においては大きな融通性を許容する単純なLEDモジュールを備えることが有利になると判断されている。しかし、望ましい場合には、LEDモジュールに(レンズ、反射板、簡単なカバー、或いはそれらの組み合わせ、といった)光学部材を含めることもできよう。図14および図15はその種の設計を概略的に示す。具体的には、ホルダ180は開口183の上に配置される反射板125を含む。反射板182の支持を補助するためショルダー184が設けられる。
図16〜図25は(ホルダ130を含むLEDモジュール110のような)LEDモジュールの上に取付けられてそれをヒートシンク105に固着させることが意図されたカバー160の実施形態を示す。ヒートシンクはさまざまな形状や大きさのものが広範囲に入手可能であり、図示したヒートシンク105は概念を表わすだけのものであって限定するものでないことを留意すべきである。それに限定することなく、容易に理解されるように、LEDアレイに必要な放熱をできるものでありさえすれば、ヒートシンクは(取付器具や電球の内面といった)所望の形状を備えることができよう。
カバー160は1つ以上の締結具161でヒートシンクに固定できる。前記カバー160にはエンドユーザーがLEDモジュールへの配線のためワイヤを簡単に突っ込めるようにするためのワイヤ穴を含めてもよい。理解されるように、前記カバー160はLEDアレイと支持面(例えばヒートシンク)間の熱抵抗を確実に低く(望ましくは3C/W未満に、より望ましくは2C/W未満に)することを補助するためにモジュール210をヒートシンクに押しつける構成となっている。前記カバー160は開口163を備えるベース162を含む。締結具入れ口164は対応する締結具を受入れる構成となっており、カバー160は、端子170を受入れることができワイヤ差込み穴168と連通しているポケット169を備える端子ハウジング165も含み、端子ハウジング165は、光学性能を改善するために開口163と整合する角度付き表面166を含み得る。この端子ハウジングはモジュール210により支持される端子を係り合せるように構成された係合端子170を支持する。モジュール210はホルダ130とLEDアレイ20を含む。熱性能を改善するために熱層23を含め得る。理解されるように、対向するアーム172、173を含む端子170が、信頼できる電気的接触の確保のためにすべり方式でLEDモジュール210に端子135、136を垂直接触で係り合せる構成となっている。
記述した設計の一つの利点は、コンパクトなLEDモジュールをカバー付きのヒートシンクにしっかり取付でき、付加的なはんだ付けの必要がなく(このことはヒートシンクが非常に大きい場合は有利である)電源に接続でき、コストは充分妥当な程度におさえることができることである。したがって、この設計はLEDアレイのコストが低下していてなお全体の解決策コストの引き下げ要望がある用途に好適である。
図27〜図29は端子135’、136’を含むホルダ130’の実施態様を示す。理解されるように、前記端子135’、136’は突起部140上に設けられ、それぞれはベース135a’、136a’;パッド135’、136’、および垂直接点135c’、136c’を含む。上述したように、実際にはホルダ130’は一体化した設計となり分割線は最終アセンブリには含まれないことが予想される。
図30〜図33はホルダがLEDアレイにどのように取付けられるかの特徴を示す。理解されるように、ホルダ130はLEDアレイ上の接点28aに固定されるように構成されたパッド135bを備える端子135を含む。より一般的には、ベース30a’により支持された端子35’が、はんだ付けされた層18’を介して接点28’に接合される。絶縁層が複数の接点を支持するプレート22と接点28’との間に設置され、これによりホルダ上のパッドがプレート上の接点に直接はんだ付けできることが予想される。理解されるように、このパッドは垂直接点に電気的に接続され、特定の実施形態ではそれら両者間に伸びる痕跡となり得、かくして1本の痕跡がLEDアレイの上部に伸び得る可能性がある。他のいくつかの実施形態では、LEDアレイは確実な電気絶縁のためプレートの側面上で拡がる絶縁被覆24’を持ち得る。別途では、(図33に図示したように)痕跡をLEDアレイの縁部から離れた位置になるようにできる輪郭表面を備えることができる。
図34〜図36は、ヒートシンクに取付けられてホルダ130(および対応するLEDアレイ20)を係合させることができるアセンブリ190を供するため、回路基板191に電気的に接続されるレセプタクル192の実施形態を示す(SMT取付けは部品193にて示してあるが、取付けをはんだ貫通孔によってもよいし、圧入してもよい)。理解されるように、回路基板で電力変換および/または機能性を制御することを意図するなら、その場合は回路系195を回路基板に取付けてレセプタクルの端子にルートすることができる。LEDモジュールと回路基板をヒートシンクに固定するためにクリップ208(またはフレーム)を使用することができる。
図37および図38は、回路基板に設置されるレセプタクルのさらなる特徴を示す。理解されるように、図37は、回路基板に端子を直接取付けできるようにするとともに平坦面上での設置に適した回路基板アセンブリを供することができるSMT取付を提示するものである。図38は類似のものであるが、回路基板に挿入されてハウジングの定置保持を補助できる1つ以上のハウジング内の突出部193を含む。図38の実施形態では突出部193は回路基板の底面より下方に突き出し、このため回路基板とヒートシンクインタフェースの方向決めおよび/または極性および/またはポカヨーク(poka-yoke )管理にも使用できる可能性があることに留意すべきである。
図39〜図42は、LEDアレイ20(所望の任意のLEDアレイであってよい)と、ホルダ230のベース230’にインサート成形される端子231、232、235、236を備えるホルダ230とを含むLEDモジュール210の別の実施形態の特徴を示す。端子231は接点231aとパッド231bを含み、この場合パッド231bはLEDアレイの対応する接点28にはんだ付けされる。端子232は接点232aとパッド232bを含み、この場合パッド232bはLEDアレイ20の対応する接点28にはんだ付けされる。端子235は接点235aとパッド235bを含み、この場合パッド235bはLEDアレイ20の対応する接点28にはんだ付けされる。端子236は接点236aとパッド236bとを含み、この場合パッド236bはLEDアレイ20の対応する接点28にはんだ付けされる。このように、図示したこの実施形態はLEDアレイ20の対応する接点28にはんだ付けされたそれぞれの端子上のパッド231b、232b、235bおよび236bを含む。
理解されるように、垂直なブレードを提供する端子235、236(上に図示されたレセプタクルと同様の係合端子を有するレセプタクルでの使用に適する)と、糸はんだを適用する際の使用に適する端子231、232との2つのタイプの端子が図示されている。実際には、ベースを越えて延びるように構成するのは1組の端子だけでよく、一方のタイプまたは他方が使われるであろう(なぜなら、ベース230’を越えて延びる端子の組を両タイプ有することは、通常必要ではなく、特に望ましいものでもないと思われるためである)。理解されるように、ベース230’を拡大して、どちらの端子の組もベース230’を越えて延びないようにすることもできる。ホルダ230は、締結具用の開口237を含み、LEDモジュール210を支持面(例えば、ヒートシンクなど)に固定するために使用できる。理解されるように、2つの端子だけを使って電力を提供できるが、特定の実施形態においては、ホルダ230とLEDアレイ20との間のはんだ接合が複数となるように2つ以上のパッドを有することが望ましいかもしれない。しかしながら、他の実施形態において、はんだ接合が2つだけであってもよい。
端子のパッドと、LEDアレイ上の接点とは、同じ形状を有する必要がないことに注意されたい。したがって、パッドおよび接点の形状を調整して所望の性能を提供するようにしてもよいし、場合によっては、一方を他方よりも大きくして、2つの部品のはんだ付けの許容範囲をより大きくすることが望ましいこともある。一方の端子の組を電源供給に使用することになる場合、他方の端子は、LEDアレイをホルダに固定するために使用できるパッドを提供しつつ、ベース内に実質的に含まれる(例えば、実質的に露出しない)ように構成できる。
図43および図52〜図53から理解されるように、ホルダの加工処理を補助する条片を有するキャリヤ241、242を使用してもよい。1つの実施形態では、端子は、成形され、めっきされた後、ベースへインサート成形されてホルダを形成する。ホルダ230は、LEDアレイ220にはんだ付けしてもよく、LEDアレイ220は、放出領域226を含む。放出領域226は、変換素子(通常リン系材料であるが、これに限定されない)によって覆われた1つまたは2つ以上のLEDダイを含む。LEDアレイ220とホルダ230とを接合するとLEDモジュール210となり、この時点でLEDモジュール210はキャリヤから分離可能となる。したがって、理解されるように、設計が、LEDアレイとホルダとを連続的に(例えば、リールツーリール方式によって)接合できる加工処理を可能とする。図43から理解されるように、LEDアレイ220において4点の接点を必要とするが、必要な電気的接続は2点だけである場合、キャリヤ241によって支持される端子のうち片側の端子は(例えば、外部端子と係合、または、電気的接続をなすべく構成されない)疑似端子であり得る。さらに、必要であれば、対向する側の端子が疑似端子であってもよい(例えば、左側前方の端子と右側後方の端子とが疑似端子であってよい)。このような設計には、LEDアレイの両側の接点とのはんだ接合が維持されるという利点がある。当然、LEDアレイの接点が(LEDアレイの対向する側に配置される)2点だけである場合、疑似端子はさほど有益ではないはずであり、省略してよい。さらに、それぞれの側にある単一の端子は、複数のパッドを含んでもよい(例えば、図42Aに示すように、端子のパッド231および235は、1つの端子235Aの一部分であってもよく、1つの端子上に2つのパッドを含む)。当然、端子の数は任意であってよく(例えば、片側3端子など)、単一の端子は2つ以上のパッドを有してよい(例えば、使用するLEDアレイに応じて3つまたは4つ以上など)。このように、本明細書に図示された実施形態では多数の異なる端子の組み合わせを用いることができ、特に断りのない限り、特定の端子の構成は限定することを意図するものではない。
かなり多様な度合の変化が可能であるが、リールツーリール方式の工程の場合には、端子を(疑似端子か否かによらず)ホルダの両側に設けて、2つの条片を有するキャリヤを使用可能とすることが有益であることが確認されている。理解されるように、2つのキャリヤ条片の利用は、2つまたは3つ以上の端子の周囲にインサート成形されたベースを有する(開示された、または、開示された特徴の組み合わせにより形成された)任意のホルダで実施可能であり(2つの端子は、インサート成形の工程中に組み合わせてもよいが)、したがって、特に断りのない限り、この利点は限定することを意図するものではない。
図43〜図45から理解されるように、ベース230’は、(ベース上に触れても安全なように)はんだ付け部分を覆うように構成できる。はんだ付け部分を視認可能とする利点の1つは、はんだ付け工程の確認をスキャン装置の利用(例えば、X線スキャナ)によらず視覚的に行うことができる点にある。したがって、適用例の多くは低電圧であるため、接合部分が視認可能であるために製造が容易となるという利点が、接触時の安全を確保する設計を有する利点を上回るであろう。しかしながら、完全に覆う場合にはより有利な仕上がりとなるため、ある状況では望ましいこともある。
さらに理解されるように、端子は、従来の端子テールの構成により回路基板上に実装するように構成できる。例えば、端子は、図46に示すように針孔テール(eye-of-the-needle tail)235d、または、図52に示すようなスルーホール用のはんだ端子テールを含んでもよい。図46および図47は、接点1組(垂直な接点またはスルーホール用端子テールのいずれか一方)だけの実施形態を示すことに注意されたい。他の部分でも述べているように、接点の数は任意であってよい。
さらに理解されるように、端子は、所望の方法により構成できる。例えば、図47に示すように、端子は、結果として得られるパッケージへ圧入されるように構成できる。このことは、回路基板またはMIDプレートなどの基板に組み込まれて非常に廉価なレセプタクル(例えば、2つのめっきされたビア)を可能にする可能性がある一方、手作業によるはんだ付けをするのを避けられる。そして、受け側の基板を利用するような適用例の場合、図47に示すような端子が互いに接近して配置されるように提供されて、端子に係合するための簡単で廉価なコネクタを可能にする。
加工処理上の理由により手作業によるはんだ付けが必要な場合、図48〜図51および図54〜図55に示される実施形態ならばLEDモジュールに安全にワイヤをはんだ付けすることができる。理解されるように、端子331、332は、接点331a、332bが、端子の下の領域をはんだ接合の形成による影響から保護するのを補助する任意のシェルフ337上に配置されるように構成される。端子は、LEDアレイ320のプレート322上の接点328にはんだ付けされるパッド331bのようなパッドを含む。図54および図55に図示されたように、ワイヤは、所望のとおりに位置合わせ可能であり、シェルフ337’は、2つのはんだ接合の間に壁337a’を含んで製造工程を改良することができる。
図56および図57は、LEDモジュールを固定する締結具を必要とすることなしにLEDモジュールを受け入れ可能であるLEDシステム460に対する実施形態の特徴を示す。フレーム461は、開口およびレセプタクル(図36に示すレセプタクルと同様のものであってよい)とともに提供され、LEDモジュールは、開口に配置される。フレーム461がヒートシンク上に実装される場合、LEDモジュールは、LEDモジュールとヒートシンクとの間で低熱抵抗の(3C/Wよりも低く、好ましくは、2C/Wよりも低い)熱接続を有することもある。理解されるように、フレーム461は、回路基板の上に実装、または、内部に集積できる。カバー462は、フレーム461によって移動可能に支持される。カバー462は、閉位置に移動されると、LEDモジュールをヒートシンクに対して固定する様に機能する。例えば、図示のように、カバー462は、フレーム461にピボット式に連結された第1の端部を有し、第2の端部は、カバー462が閉位置に旋回されるとフレーム461とスナップ式に係合する。
図58〜図59は、係合コネクタ412に連結するように構成されたLEDモジュール410の実施形態を示す。理解されるように、LEDモジュールによって支持される端子435、436は、係合コネクタの接点と係合するが、LEDシステムは、係合コネクタを解放可能にLEDモジュール410と連結可能とする特徴を1つまたは2つ以上有することができる。このような構成は、いくつかの係合コネクタを並列または直列に(選択された電源に適切なように)接続可能としながら、電源が複数のLEDモジュールに電力を供給するように構成されるような状況に特に適している。
図60〜図74に、ホルダの別の実施形態を示す。図60には、3種類の寸法のホルダの実施形態が示されている。ホルダ530は、より大きなLEDアレイに係合するように構成され、ホルダ630は、中型のLEDアレイに係合するように構成され、ホルダ730は、従来のスターパッケージと実質的に同様のパッケージを提供するように構成されている。理解されるように、図示されたホルダは、所望の適用例に適する電気的接続を提供しながらLEDアレイの頂面上における電気的接続を可能にする。
図示のように、ホルダ530は、外縁部530bを含むベース530a内に開口533を提供するが、一体化コネクタ540、および、2つのはんだ接点531a、532aを含む。同様に、ホルダ630は、開口633を提供し、一体化コネクタ640、ならびに、はんだ接点631aおよび632aを含む。さらに、ホルダ730は、開口733を提供し、はんだ接点731a、732aとともに、一体化コネクタ740を含む。
理解されるように、図示されたホルダのそれぞれは、はんだ接点間に壁を含む。上述のように、このことは、2つのはんだ接点の間が短絡する可能性を最小にしながら、信頼性のあるはんだ接合を確実にする。もちろん、はんだ接点を省略し、一体化コネクタを介してホルダに電力を供給してもよい。その際、3種類の寸法全てにおいて同じ寸法の一体化コネクタを用いることができることに注意されたい。
図61から理解されるように、図示の実施形態は、係合コネクタは、ホルダ530の一体化コネクタ540中に直接垂直に移動可能とする。しかしながら、別の実施形態は、水平に移動可能とする実施形態を有することもできることに注意されたい(図58〜59に示されている)。係合コネクタの垂直な移動を可能とする利点の1つは、結果として得られるLEDモジュールをパッケージングする際、その方法以外にはLEDモジュールを容易に収容できない状況において利用できる点にある。理解されるように、図60および図70に示すホルダは、対応するLEDアレイに直接はんだ付け可能であり、アセンブリ全体は、任意の望ましい締結具により取り付け可能である。例えば、図のように、単純なねじ取り付け方法が示される。他に、リップ(lip )は、別個の固定機構を用いて周縁部をしっかりと締め付けることもできる。他の実施形態においては、磁石を用いてLEDモジュールを取り付け可能である。理解されるように、図60および図70に示される実施形態は、LEDモジュールを支持固定具上に設置可能にして、電源(例えば、電力を供給する導体)を垂直に設置できるようにする。もちろん、図示された設計は薄型でもあり、2mmよりも小さいホルダを可能にする。ホルダが望ましい材料で形成される場合、反射率も高くなり、結果として得られるアセンブリの光抽出に役立つ。
図62〜図65から理解されるように、図示された構成の利点の1つは、接点と比較して垂直方向に異なる高さにある端子の支持構造(例えば、本体)を備える端子を有する点にある。端子535、536はそれぞれ、垂直な接点535a、536aと、パッド535b、536bと、端子本体535c、536cとを有する。端子531、532は同様に構成され、例えば、端子531は、はんだ接点531aと、パッド532bと、パッド532bをはんだ接点531aに接合する本体531cとを含む。端子535および536は、例えば、端子本体535c、536cに対して垂直方向に異なる高さにある垂直な接点535a、536aを有する。パッド535b、536bは、端子本体535c、536cと垂直方向に同じ高さにあってもよい。このように、必要であれば、端子本体535c、536cと、パッド535b、536b(図示のように)との両方は接点よりも異なる垂直レベルに配置することができ、ある実施形態では、図65に示すように、接点は、端子本体およびパッドの下部に配置することもできる。理解されるように、パッドは、開口533に近接し、接点は外縁部530bの近傍において接近し、及び/又は露出させる。
このことは、より効果的なパッケージングおよびホルダ内の端子の配置構成であり、結果として得られるホルダの高さをより低く維持可能とすることが確認された。しかしながら、図示されたある実施形態においては2組の端子が提供されるが、2組の端子を使用する必要はないことに注意されたい。必要であれば、例えば上述のように、端子531、532だけを提供することもできる。別の実施形態においては、端子535、536だけを提供することもできる。端子の組を両方提供する利点は、アセンブリのコストはわずかに増加するだけであるが、在庫削減可能なより柔軟性の高いホルダを提供される点にある。
一体化コネクタ540は、凹部541を画定する2つの壁542を含む。2つの垂直な接点535a、536aは、凹部に突出し、垂直な移動によって係合コネクタに係合可能とする。他の端子構成が可能であるが、垂直な接点を使用する場合は、接点は、係合コネクタと一体化コネクタ540との間における垂直な移動を介して係合コネクタに係合するように構成されることに注意されたい。位置合わせをさらに改良するために、凹部内に延びる垂直壁543を提供でき、垂直壁543は、係合コネクタの位置を制御するために使用される。
有益であることが確認されている追加の特徴の1つは、図61から理解され、各端子に少なくとも1つの端子開口595が提供される。端子開口595は、インサート成形作業におけるベース成形に先立って端子を所定の場所に支持するための取り外し可能な支持部材(図示せず)を可能にする。そして、端子がベース630a(必要に応じて、絶縁および高反射性の材料とすることができる)によって支持されると、支持部材は除去されて、端子開口のみが残る。支持部材を利用することにより、端子は、インサート成形過程において少なくとも2つの位置で支持可能となり(また、側面の端子開口596もタブを取り外すことが可能であり、タブは、インサート成形に先立って端子を支持するために使用できる)、第2の側面の端子開口を設けるのを避けながら望ましい回転機能を提供することが確認されている(多分、第2の側面の端子開口はLEDアレイと直接に整列された開口内に必要とされるだろう)。さらに、支持部材は、端子に対して垂直に延長可能に配置できて、これはインサート成形過程における端子の追加的な位置制御を可能にする。理解されるように、端子のいずれかの側に低い端子開口を提供して、所望のとおりに端子を支持することができる。
図60〜図74にはホルダのみを示したが、LEDアレイ120または20(上述)などのLEDアレイは、対応するホルダに配置可能であり、ホルダの他の実施形態について論じた際に上述したように、支持表面への熱的結合が許容範囲内であることを確実にするためにLEDアレイ上に熱層を配置してもよい。このように、LEDモジュールに関して上述した特定の有益な特徴は、LEDモジュールを形成するためにホルダをLEDアレイと結合する際に、図60〜図74に示すホルダに組み込むこともできる。
図60〜図74に示す実施形態から理解されるように、円形のLEDエミッタを受けるように構成された円形の開口を有するホルダを提供する複数の実施形態が提示される。そのような実施形態の1つを図66〜図69に示す。具体的には、ホルダ730は、端子731、732、735および736を支持する外縁部730bを有するベース730aを含む。端子731および732は、(水平な接点の例である)接点731a、732aがシェルフ737上に配置されるように構成され、壁744によって隔てられる。一方、端子735、736は、(垂直な接点であり得る)接点735a、736aが一体化コネクタ740の凹部741内に延びるように配置されるように構成される。当然、他の構成では垂直または水平な接点以外の方法が適するのであり、有益である限り、特に断りのない限り、これらの特徴は限定することを意図するものではない。係合コネクタの保持力をさらに改良するために、一体化コネクタ740は、係合コネクタが一体化コネクタ740中にしっかりと保持されることを確実にするための肩部746を含む(2つの側面上にあるように図示されているが、片側上だけに提供することもできる)。
ホルダ730は、開口733を含み、ホルダを取り付け位置に固定するために使用可能な追加の締結具用の開口738を有する(結果として得られるLEDモジュールを締結具で取り付ける必要がある場合)。ホルダ730は、各端子に関連付けされた端子開口795と、側面の端子開口796とをさらに含む。
LEDアレイ(LEDアレイ20、120、または、任意の望ましいLEDアレイなど)へのはんだ付けを改良するために、端子は、端子ノッチ752内にそれぞれ配置されたパッド731b、732b、735bおよび736bを含む。はんだ壁754は、パッド731b、732b、735bおよび736bと、開口733との間に配置でき、LEDを遮蔽して、はんだがリフロー工程の際にLED上に吹き付けられることのないようにする。したがって、理解されるように、パッドは、開口633に近接し、接点は外縁部630bの近傍において接近し、及び/又は露出させる。
円形の開口は、LEDエミッタと位置合わせすると有益であることが確認された。これを達成する1つの方法は、壁757によって画定された凹部753を設けることであることが確認され、この時、壁は、プレート上のLEDエミッタの位置の実質的な変化を収容するために寸法決めされる。この方法でもLEDエミッタは開口(開口633など)と中心合わせ可能であり、LEDエミッタをプレートの縁部とさらに位置合わせするよりコスト高な制御を必要としない。例えば、1mm以上のクリアランスを提供できる。このことから、LEDアレイの表面上でLEDエミッタと対応する接点とを位置合わせすることは、LEDエミッタの位置をプレートの縁部に対して合わせることに比べて(特に、プレートの縁部を後の工程で形成する場合)、より容易であるために製造過程をより低コストにできる。
理解されるように、図示されたいくつかの実施形態の別の利点は、従来のLEDアレイ設計において、基板は十分に大きく、電源に容易に接続される接点を実現できる点にある。しかしながら、ホルダは、LEDエミッタを支持するより小さい基板(例えば、プレート)を使用可能とし、取り付ける電源を廉価なホルダと接続可能とする。さらに、ホルダは一体化コネクタとともに構成できるため、かなりコストを節約できる。LEDアレイをホルダに直接はんだ付け可能であるために、固定具またはその他の適用例に容易に組み込み可能な一体型パッケージが提供される。ソルダーダム(solder dam)と共に、間隔を空けて配置されたパッドによって、使いやすいシステムの性能を改良できる。さらに、垂直方向に接合できることにより、LEDモジュールのパッケージ方法の柔軟性が一層高められる。このように、図示された一体型LEDモジュールは、先のホルダと異なり、ロバスト設計を提供しつつ、LEDアレイの使用を簡単にする。
ある適用例において、ホルダは、リフロー工程の際に変色しない樹脂で形成可能であることに注意されたい。このような樹脂であれば、ホルダおよびLEDアレイは、実質的にホルダを変色させずに、リフロー工程を通過できる。
図示されたホルダのいくつかは、ホルダに妨げられることのない光学窓(ホルダの表面から上方にある角度をなして延びる立体)を提供する。端子は、それらの接点が光学窓の外側に配置されるように構成できることに注意されたい。このことにより、接点に接合する際にパッケージングを容易にできる。光学窓のパッケージングにおいても大きな柔軟性をもたらす。上述のように、ホルダは、光学窓をホルダに固定するための取り付け点(開口739など)も提供できる。
図70〜図74は、前述の特徴を多数含み、追加の特徴をいくつかさらに含むホルダ830の実施形態を示す。具体的には、ホルダ830は、外縁部830bを有するベース830aに設けられた開口833と、締結具用の開口838と、光学的な開口839とを含む。ベース830aは、一体化コネクタ840と、壁857によって画定され、LEDアレイを受けるように設計されている凹部853とをさらに含み、LEDアレイ上の接点がパッド(パッド835b、836bなど)と位置合わせされ、パッドは、対応するはんだ壁854によって開口833から保護される。したがって、理解されるように、パッドは、開口833に近接し、接点は外縁部830bの近傍において接近し、及び/又は露出させる。
ホルダ830の設計はホルダ530と類似するが、4つの締結具用の開口があり、ホルダを4つの位置で支持体の表面に取り付けできるようにする点が異なる。理解されるように、締結具用の開口を4つの角に配置することは、適切な応力制御方法となるが、締結具用の開口は、一体化コネクタ840を配置する妨げになりやすい。これを補うために、端子835を端子836よりも短くして、一体化コネクタ840が開口833に対してずらして配置されるようにする。しかしながら、図840から理解されるように、一体化コネクタ840は、ホルダの円周部分に接するA−A線に対して直角に位置合わせされるように構成できる。これは、接点835a、836aを平行としながら角度をつけることによって提供でき、端子本体835c、836cは、836cを835cの2倍の長さとなるようにずらした配置とするように構成される。
図75は、外縁部930bおよび開口933を有するベース930aを含むホルダ930の実施形態を示す。ホルダは、上述のように、一体化コネクタ940を含み、その中に配置された接点936aなどの接点とともに上述のように一般に構成される。こうしてホルダ930は、他の実施形態の形成方法と同様に、ベースにインサート成形された2つの端子を含むことができる。しかしながら、端子(端子936など)は、LEDアレイ上の表面の接点にはんだ付けされるのではなく、LEDアレイに対して押圧するように構成され、各端子は、LEDアレイの表面の接点に対して押圧された際に曲がる少なくとも1つの翼部936bを含む(このようにして、従来の圧力型電気接続を提供する)。図示のように、各端子に2つの翼部が提供され、翼部は反対方向に延びて、作動中に、端子と、対応するLEDアレイの表面の接点との間の接触力に偏りがないようにする。理解されるように、翼部は開口に配置される。図75に示すホルダの利点は、はんだ付けが不要である点にある。欠点は、ホルダ930はLEDアレイに接合されず、またおそらく、ホルダは手動でLEDアレイと位置合わせされることである。しかしながら、ある適用例において、ホルダ930は望ましいこともある。
本明細書の本開示は、その好ましく例示的な実施形態の観点から特徴を記載する。当業者であれば、本開示を検討すれば、添付の請求項の趣旨および範囲内から逸脱することなく、他の多くの実施形態、変更、変形に想到し得るであろう。

Claims (13)

  1. 絶縁性で、外縁部、該外縁部に隣接する凹部、および、開口を含むベースと、
    電気的に一緒に接続された第1のパッドおよび第1の接点を含む第1の端子と、
    電気的に一緒に接続された第2のパッドおよび第2の接点であって、前記第1のパッドおよび第1の接点から電気的に絶縁された第2のパッドおよび第2の接点を含む第2の端子と、を備え、
    前記ベースが、前記第1および第2の端子を支持し、前記第1および第2のパッドの両方が、対応するLEDアレイの表面の接点にはんだ付けされるように構成された表面を提供し、前記第1および第2の接点が、前記凹部内に位置して一体化コネクタを提供するホルダ。
  2. 前記ベース内にインサート成形された第3の端子および第4の端子をさらに備え、該第3および第4の端子が第3および第4の接点と第3および第4のパッドとをそれぞれ含み、該第3および第4のパッドは、前記対応するLEDアレイの表面の接点にはんだ付けされるように構成され、前記第3および第4の接点は、前記第1および前記第2の接点から離れて延びる、請求項1に記載のホルダ。
  3. 前記ベースはシェルフを含み、前記第3および第4の接点が前記シェルフ上に配置される、請求項2に記載のホルダ。
  4. 前記ベースが、リフロー工程時に耐変色性を保つ樹脂から形成される、請求項に記載のホルダ。
  5. 発光ダイオード(LED)モジュールであって、
    LEDエミッタを支持するプレートと、該プレートの第1の表面上に設けられた第1の表面の接点および第2の表面の接点とを有し、前記第1の表面の接点がアノードであり、前記第2の表面の接点がカソードであるLEDアレイと、
    該LEDアレイに実装されたホルダであって、該ホルダが、前記LEDエミッタと位置合わせされる開口を含む絶縁性のベース、外縁部および該外縁部に隣接する凹部を含み、前記ベースが、第1のパッド、第2のパッド、第1の接点および第2の接点を支持し、前記第1の接点が前記第1のパッドに電気的に接続し、前記第2の接点が前記第2のパッドに電気的に接続するホルダと、を備え、
    前記第1および第2のパッドが前記第1および第2の表面の接点にそれぞれはんだ付けされ、前記第1および第2のパッドならびに第1および第2の接点が前記ベース内にインサート成形され、前記第1および第2の接点が前記凹部内に位置して一体化コネクタを提供する発光ダイオード(LED)モジュール。
  6. 前記第1のパッドおよび前記第1の接点が第1の端子によって形成され、前記第2のパッドおよび第2の接点が第2の端子によって形成される、請求項に記載のLEDモジュール。
  7. 前記第1および第2の端子が前記ベース内にインサート成形される、請求項に記載のLEDモジュール。
  8. 前記ホルダが、前記ベース内にインサート成形された第3の端子および第4の端子をさらに備え、該第3および第4の端子が、前記プレートの第1の表面上に設けられた第3および第4の表面の接点にそれぞれはんだ付けされる第3および第4のパッドをそれぞれ含み、第3および第4の接点が、前記第1および第2の接点の反対側に配置される、請求項に記載のLEDモジュール。
  9. 前記ベースがリフロー工程時に耐変色性を保つ樹脂から形成される、請求項に記載のLEDモジュール。
  10. 前記第1および第2のパッドおよび前記第1および第2の接点は、前記ホルダ上に提供される第1および第2のめっきによって形成され、該第1および第2のめっきのそれぞれが、互いに電気的に隔てられ、前記第1のパッドを第1の接点へ連結し、前記第2のパッドを第2の接点へ連結する、請求項に記載のLEDモジュール。
  11. 外縁部、該外縁部に隣接する凹部、および、開口を有するベースと、
    該ベース内に成形された第1および第2の端子であって、各端子が、対応するLEDアレイの表面の接点に対して押圧するように構成された少なくとも1つの翼部を含み、少なくとも1つの接点をさらに含む第1および第2の端子と、を備え、
    前記翼部が前記開口内に配置され、前記接点が前記ホルダの外縁部に隣接する前記凹部内に位置して一体化コネクタを提供するホルダ。
  12. 各端子が反対方向に延びる2つの翼部を含む、請求項11に記載のホルダ。
  13. ヒートシンクと、
    請求項に記載のLEDモジュールと、
    該LEDモジュールをヒートシンクに固定するように構成されたカバーと、を備えるLEDシステム。
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