JP6203833B2 - 可撓性のプリント回路基板を有するランプ - Google Patents

Description

本発明は、レトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプのような、固体光源を有するランプに関し、より詳細には、互いに嵌合された種類のＬＥＤランプに関する。

従来の白熱球型のランプは、現在、ＬＥＤランプのように、より少ないエネルギを消費する代替物に置き換えられつつある。レトロフィットＬＥＤランプの設計における重要な問題は、白熱電球の光分布に似ている全方向性の光分布を得て、ＬＥＤ及び駆動電子部品により生成される熱の十分な放散を提供することにある。

国際出願公開第２０１０／０５８３２５号パンフレットは、ソケットに取り付けられた管球を有する管球型のＬＥＤランプを示している。管球内部において複数のＬＥＤがプリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられ、冷却手段に接続されている。前記冷却手段は、管球の内部から管球の外面まで延在しており、これにより前記管球の外面は、光透過可能な表面のサブ領域及び冷却手段の両方により形成される。前記サブ領域及び冷却手段は、好ましくは、互いに嵌合された（交互する）コンフィギュレーションにおいて配される。前記冷却手段及び前記光透過可能な表面は、管球状の外面を形成し、これによりＬＥＤからの熱放散と全方向性の光分布とを改善する。しかしながら、このようなランプは、これら相互の向きによって生じる駆動電子部品とＰＣＢとの間のより複雑な相互接続による新しい製造の難題をもたらしている。

本発明の目的は、改善された光分布及び熱放散性能をランプに提供することにある。また、本発明の目的は、当該ランプの製造を容易にするランプ設計も提供することにある。

これら及び他の目的は、添付の独立請求項に規定されているランプにより達成される。好ましい実施例は、添付の従属請求項に規定されている。

本発明によれば、当該ランプは、少なくとも２つの固体光源と、前記固体光源からの光を透過する光透過可能な表面を有するエンベロープと、前記エンベロープを少なくとも２つの区画に分割するように、前記エンベロープ内部からエンベロープの外面まで延在しているヒートシンク（又は冷却手段）とを有する。当該ランプは、更に、固体光源が取り付けられる可撓性のプリント回路（ＦＰＣ）を有する。前記ＦＰＣは、前記固体光源が前記区画（の両方）に分配されるように前記ヒートシンクに取り付けられる。

本発明によれば、（固体光源と駆動電子部品との間の）相互接続構造は、あまり複雑ではなく、このことは、製造を容易にし、前記駆動電子部品により大きい空間を提供する。

ＦＰＣの可撓性のおかげで、ランプの製造は更に容易になる（製造費用は、減少される）。ヒートシンクの表面（この表面にＦＰＣが取り付けられる）を機械加工する必要性が低減されるからである。従来技術においては、ヒートシンクのこのような表面は、非常に高い平坦さの許容誤差を要求し、従って当該表面に取り付けられるＰＣＢ（典型的にはセラミック基板を有する）のクラックを防止するように特定の平坦さまで機械加工されなければならない。セラミックＰＣＢは硬く脆いので、（例えば、ネジによって、加えられる）集中された力により平坦でない表面上を押下された場合、クラックを生じ得る。

本発明は、更に、（ヒートシンクにおける）区画壁における固体光源及び前記エンベロープの光透過可能な表面の配置が、より全方向性である空間光分布を提供するので、光分布が改善されるという点において有利である。従来のＬＥＤランプの場合、所望の全方向性の光分布は、ＬＥＤが取り付けられるベースプレート（下壁）によって妨げられている。

更に、従来のＬＥＤランプと比較すると、本発明は、ランプの熱放散の容量が改善されるという点において有利である。ヒートシンクのエンベロープの外面までの拡張は、周囲雰囲気にさらされるヒートシンクの表面を増大させる。更に、ＦＰＣの可撓性は、当該ＦＰＣがヒートシンクの平坦でない表面を覆うことができるので、当該ＦＰＣがより良好にヒートシンクの形状に合致するのを可能にし、これにより増大された領域を有することができる。ＦＰＣの増大された領域は、ヒートシンクまでのＦＰＣの増大された熱輸送表面を提供し、このことは、前記固体光源からの熱放散を更に改善する。更に、ＦＰＣの増大された熱輸送表面は、ＦＰＣとヒートシンクとの間の界面をあまり臨界的なものとせず、これによりＦＰＣとヒートシンクとの間の熱界面材料（ＴＩＭ）の必要性を減少させ、製造の費用を減少させる。

本発明は、固体光源を有する回路、好ましくは、固体光源を駆動電子部品と相互接続するための配線がＦＰＣを備える１つのアセンブリに組立てに一体化される点において更に有利である。前記ＦＰＣは、前記ＦＰＣの少なくとも１つの固体光源を有する一部分が前記区画の１つにおいて前記ヒートシンクに取り付けられることが可能であると共に、前記ＦＰＣの少なくとも１つの固体光源を有する他の部分も他の区画において前記ヒートシンクに取り付けられることが可能であるように、前記ランプの内部構造に対して成形され適応化されることもできる。ＦＰＣの前記２つの部分を相互接続している部分は、例えば、ヒートシンクの前記区画を分離している壁又は部分にわたって湾曲されることができる。従って、ランプの製造、特にアセンブリは、アセンブリする構成要素の数が減少されることができ（例えば、回路基板に対するワイヤの）ハンダ付けの必要性が減少されることができるので、容易にされる。減少された数のはんだ付けされた接続も、はんだの欠陥のリスクを低下させる。

本発明は、更に、前記ＦＰＣが従来のプリント回路の種類（例えばＦＲ４又はＩＭＳ）よりも薄く、従って、固体光源が前記光透過可能な表面からより遠くに位置されるのを可能にし、このことは、前記光透過可能な表面がより一様に放射されるので、異なる色の固体光源が使用される場合の色の混合を容易にし、角度にわたる光度をより均一にする点において有利である。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは単一の備品のＦＰＣであっても良く、このことは、ランプのアセンブリ（又はパーツ）の数が減少されるという点において有利である。本実施例によれば、固体光源を有する回路、好ましくは、固体光源を駆動電子部品に接続するための配線は、単一のＦＰＣ内に一体化される。はんだ付けされた接続の数は、単一のＦＰＣが固体光源と駆動電子部品との間のはんだ付けされた接続の必要性を減少させるので、更に減少される。代替的な実施例によれば、前記ＦＰＣは、２つ以上のＦＰＣの部品を含むことができる。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは、ＦＰＣの中央部分から延在している脚部分（又は拡張部）を有し、各脚部分は前記区画のうちの１つに配されることができる。前記ＦＰＣは、例えば、１つの脚が前記区画のそれぞれに配されるように前記ランプが３つの区画を有する場合、３つの脚部分を有することができる。ＦＰＣの可撓性は、脚部分が異なる区画までに湾曲されて下げられることを可能にする。前記中央部分は、各脚における固体光源からの配線が集まることができる前記脚部分のための接合を形成することができる。本実施例は、異なる区画内に嵌入すると共に、単一部品において製造されることを可能にするＦＰＣの便利な設計を提供する。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは、前記ランプの駆動電子部品に接続されるように適応化された相互接続脚部分（又は相互接続拡張部）を有する。前記相互接続脚部分は、ＦＰＣの一部を（即ちＦＰＣ部）を形成することができ、前記固体光源に接続される配線を有する。相互接続脚部分の端部は、前記駆動電子部品にはんだ付けされることができる（又は他の仕方で接続される）相互接続点を有することができる。本実施例は、別個の配線の必要性を減少させ、従って、固体光源を駆動電子部品に接続するための、はんだ付けされた接続の数も減少するという点において有利である。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは、前記エンベロープ内部のヒートシンク表面（又はヒートシンク区画壁）の大部分（例えば、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、更に好ましくは少なくとも９０％）を覆うことができ、これにより前記ＦＰＣの熱輸送表面を増大させ、従って、前記ＦＰＣと前記ヒートシンクとの間の熱輸送界面も増大させる。従って、ランプの熱放散容量は改善され、前記ＦＰＣと前記ヒートシンクとの間のＴＩＭの必要性は更に減少される。

本発明の一実施例によれば、前記光透過可能な表面は、ヒートシンクによってサブ領域に分割されることが可能である。各サブ領域は、区画のうちの１つと関連付けられていても良い。本実施例によれば、ランプの光分布は、例えば、サブ領域及び固体光源の関連するサブグループの向きの設定により、調整されることができる。更に、前記サブ領域及び前記ヒートシンクは、互いに嵌合された（又は交互する）コンフィギュレーションにおいて配されることができ、このことは、前記ヒートシンクが（好ましくは連続的に）エンベロープの外面にわたって広げられ、これにより熱放散容量を改善することにおいて有利である。互いに嵌合されたコンフィギュレーションは、前記光透過可能な表面を前記ヒートシンクに取り付けるのを容易にするので、製造も容易にする。
更に、前記サブ領域は、一体的な光透過可能な表面を形成することができ、これによりランプのパーツの数を減らし、ランプの組立てを容易にする。

本発明の一実施例によれば、前記ヒートシンクは、ランプの長手方向の軸に向かって（即ち内側に、ランプの中央に向かって）延在している凹部を有することもできる。ランプの長手方向の軸（又は光軸）は、前記ランプのソケット（又はベース若しくは下部）の中心の端部及びエンベロープの中心の先端を通って延在していることは言うまでもない。本実施例は、前記ヒートシンクの外側の表面積が増大され、前記ヒートシンクからの熱放散を改善するという点において有利である。代替的には、前記ヒートシンクは、無地（solid）であっても良く、即ち凹部を有していなくても良く、このことは当該ヒートシンクの製造（機械加工及び鋳造）を容易にする。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは、反射性のソルダーレジストを有しており、このことは、前記反射性のソルダーレジストが前記固体光源からの光を反射してランプの外に出すので、前記ランプから出力される光を増大させる点において有利である。本実施例によれば、別個の反射器の部分は減少され、このことは、ランプの費用及び複雑さを低減される。

本発明の一実施例によれば、前記ＦＰＣは、接着剤によってヒートシンクに取り付けられることが可能である。例えば、接着材層は、前記ＦＰＣのヒートシンクへの取付けのために前記ＦＰＣ及び／又はヒートシンク上に被覆されることができる。本実施例は、前記ＦＰＣをヒートシンクに取り付けるためのネジの必要を低減させ、これによりアセンブリを容易にするという点において有利である。

本発明は、添付の請求項において詳述されるフィーチャの全ての取り得る可能性がある組合せに関することに注意されたい。本発明の更なるフィーチャ及び有利な点は、以下の詳細な説明、図面及び添付の特許請求の範囲を研究する際に明らかになるであろう。当業者であれば、本発明の様々なフィーチャが、以下に記載されているもの以外の実施例を作るために組み合わされることができることを理解するであろう。

本発明の一実施例によるランプ１を示している。 図１に示されているランプのヒートシンク及びＦＰＣを示している。 平らな、折り畳まれていない状態における図２のＦＰＣを示している。 本発明の実施例による反射器を備えるランプを示している。

本発明の上述及び他の見地は、以下で、本発明の実施例を示している添付図面を参照して詳細に記載されるであろう。

全ての図は、必ずしも縮尺で描かれているわけではなく、全体的に本発明を説明するために必要な部分のみを示しており、他の部分は、省略される又は単に示唆されるのみであり得る。

本発明の一実施例によるランプ１が、図１乃至４を参照して後述される。まず図１を参照すると、ランプ１は、ＬＥＤ９（図１には示されていないが、図２及び３に示されている）又は何らかの他の種類の固体光源が配されている管球２と、ランプ取付具に嵌合されるように適応化されているソケット６とを有している。ソケット６は、ランプ１の長手方向の軸１０（又は光軸）がソケット６の中心の端部及び管球２の中心の端部を通って延在するように管球２に取り付けられる。ランプ１は、更に、光透過可能な（又は透過性の）表面３を有しており、当該表面は、管球２の一部を形成すると共に、ＬＥＤ９からの光を透過するのに適している。光透過可能な表面３は、ガラス（又は何らかの他のセラミック）又はプラスチックのような、透明又は半透明の材料でできていても良く、好ましくは、ＬＥＤ９のグレアのリスクを低下させる、並びに（様々な着色されたＬＥＤが使用される場合の）色混合、光均一性及び角度に対する光分布（ＩｏＡ）を改善するために、拡散性のもの（艶消しされたもの（frosted））であっても良い。上述の実施例において、エンベロープは、管球形であり、従って管球と称される。しかしながら、本発明は、管球形にされているエンベロープに制限されるものではなく、必要な機能を備える各エンベロープは本発明の範囲に入る。

ＬＥＤ９及び駆動電子部品（図示略）を冷却するために、ランプ１は、管球２を複数の区画１６（図２に示される）に分割するように、管球２内部から管球２の外面まで延在しているヒートシンク４を有する。従って、区画１６により規定される囲いの壁は、ヒートシンク４及び光透過可能な表面３の表面により形成される。ヒートシンク４であって、特に、ヒートシンク４の壁の外縁部は、光透過可能な表面３をサブ領域１７に分割し、サブ領域１７は、好ましは一体化されると共に、１つの部品である材料（a single piece of material）を形成しても良い。サブ領域１７は、光透過可能な表面３の中央部分（管球２の上にある中央部分）から延在することができる。図１に示されているように、サブ領域１７及びヒートシンク４は、互いに嵌合された（又は分岐された）コンフィギュレーションにおいて配されることができ、サブ領域１７及びヒートシンク４（又はヒートシンク４の外縁部）は、交互に配される。一緒に、ヒートシンク４及び光透過可能な表面３は、管球２の外面を形成する。

ヒートシンク４（周囲雰囲気にさらされている）の熱放散領域を増大させるために、ヒートシンク４は、ランプ１の長手方向の軸１０に向かって延在している凹部８を有し、当該凹部の長手方向は、長手方向の軸１０と実質的に平行であっても良い。従って、凹部８は、管球２（の外面）における凹形を有する溝を形成することができる。

ランプ１は、更に、下部ヒートシンク５を有していても良く、下部ヒートシンク５は、好ましくは、管球２のヒートシンク４と同じ部品である材料において作られ（成形され）ることができ、これによりランプ１のパーツの数を減少し、前記管球から下部ヒートシンク５までの熱の輸送を増大させる。代替的には、下部ヒートシンク５及び管球２のヒートシンク４は、別のパーツとして作られることが可能である。ヒートシンク４及び下部ヒートシンク５は、好ましくは、７０―２００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する金属（例えば、マグネシウム若しくはアルミニウム、又は少なくとも２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する又は何らかの材料）でできている。

ランプ１の設計は、特にヒートシンク４（又は冷却手段）、光透過可能な表面３、管球２及びソケット６に関して、国際出願第２０１０／０５８３２５号パンフレットの開示に従って、特に国際出願第２０１０／０５８３２５号パンフレットの図２Ａ―３Ｂ及び対応する部分の記載に従ってなされることができ、当該開示はここに引用したものとする。

ここで、図２及び３に戻ると、ランプ１は、更に、ＬＥＤ９が（例えば、ハンダ付けによって、）取り付けられるＦＰＣ（可撓性のプリント回路）７を有する。図２において、ＦＰＣ７は、ランプ１のヒートシンク４に設けられており、図３において、ＦＰＣ７は、平らであり、折り畳まれておらず設けられていない状態において、又はつまり展開された状態において示されている。ＦＰＣ７は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）又はＰＩ（ポリイミド）を有する可撓性基板を有しており、図２に示されているように、配線１４（又は銅のトラック）を含む、電気的構成要素と、ＬＥＤ９とが設けられる。配線１４は、ＬＥＤ９を駆動電子部品に接続するのに適している。好ましくは、前記ＦＰＣは、当該ＦＰＣからの熱放散を向上させるために、約３５―１００μｍ、好ましくは約７０μｍの厚さを有する銅のコーティング１８（図３に示されている）を有している。ＬＥＤ９から光のランプ１の外への反射を増大させるために、前記ＦＰＣは、反射性の（例えば、白色の）ソルダーレジストを有していても良い。

ＦＰＣ７は、好ましくは、ＦＰＣ７の中央部分１１（又は接合部）から延在している脚部分１２及び相互接続脚部分１３を有する単一の部品からできていても良い。ＬＥＤ９は脚部分１２に取り付けられ、配線１４は中央部分１１を経てＬＥＤ９から相互接続脚部分１３まで延在している。相互接続脚部分１３の端部において、（例えば、ハンダ付け又はコネクタによって）ＦＰＣ７を駆動電子部品に接続するための相互接続点又はパッド１５が配される。

前記ＦＰＣは、好ましくは接着剤によって、ヒートシンク４に取り付けられ、この結果、各脚部分１２は区画１６のうちの１つに配される。従って、各脚部分１２は、ヒートシンク４の上部エッジにわたって湾曲され、相互接続脚部分１３はヒートシンク４（の中央における）内部の区画内へと湾曲され、前記区画内には駆動電子部品が配されている。ＦＰＣ７は、管球２内部のヒートシンク表面の、大部分（例えば、少なくとも８０％）を覆うことができ、好ましくは、各脚部分１２は、対応するヒートシンク区画の壁（又は表面）とほぼ同じ大きさを有し、これは、（図２に示されているように）最大の使用可能な熱移送表面を提供するように取り付けられる。

一実施例によれば、ランプ１は、前記区画の少なくとも１つ内に配される少なくとも１つの（別個の）反射器２０を有することができ、この結果、好ましくは、図４に示されているように、前記反射器が（固体光源９のための開口部を備えて）ＦＰＣ７を覆う。従って、ＦＰＣ７は、ヒートシンク４と反射器２０との間に配されることができる。本実施例は、ＦＰＣ７が従来のＰＣＢの種類（例えば、ＦＲ４又はＩＭＳ）よりも薄く、従って前記反射器と前記ヒートシンクとの間に必要とする空間が小さいという点において有利である。更に、従来のＰＣＢを使用している従来技術においては、ＰＣＢにはんだ付けされるワイヤは、光を吸収するので、反射器によって覆われなければならず、従って、前記反射器は、光学チャンバ内に隆起していた。隆起している反射器は、当該反射器が（固体光源への接近により）固体光源によって、より直接的に照明されるという点において不利である。しかしながら、光透過可能な表面から散乱されて戻る光のみが反射器により反射されるべきであることが望ましい。本実施例によれば、ＦＰＢ７が従来のＰＣＢのソリューションよりも薄く平坦であるので、反射器におけるこのような膨隆は必要ではない。従って、反射器２０の直接的な照明は減少され、このことは、反射の損失を減少するという点において有利である。

当業者であれば、本発明が上述の好ましい実施例に決して限定されるものではないと理解するであろう。逆に、多くの変形及び変更が、添付の請求項の範囲内で可能である。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの固体光源と、
   前記固体光源からの光を透過するのに適している光透過可能な表面を有するエンベロープと、
   前記エンベロープを少なくとも２つの区画に分割するように前記エンベロープ内部から前記エンベロープの外面まで延在するヒートシンクと、
   前記固体光源が取り付けられている可撓性のプリント回路であって、前記固体光源が前記区画内に分配されるように、前記ヒートシンクに取り付けられている可撓性のプリント回路と、
   を有するランプにおいて、
   前記可撓性のプリント回路は、前記ランプの駆動電子部品に接続される相互接続脚部分を有する、ランプ。
2. 前記可撓性のプリント回路は、単一の部品の可撓性のプリント回路である、請求項１に記載のランプ。
3. 前記可撓性のプリント回路は、前記可撓性のプリント回路の中央部分から延在している脚部分を有し、各脚部分は前記区画のうちの１つに配されている、請求項１に記載のランプ。
4. 前記可撓性のプリント回路は、前記エンベロープ内部で前記ヒートシンクの表面の大部分を覆っている、請求項１に記載のランプ。
5. 前記光透過可能な表面は、前記ヒートシンクによってサブ領域に分割されている、請求項１に記載のランプ。
6. 前記サブ領域及び前記ヒートシンクは、互いに嵌合されたコンフィギュレーション内に配される、請求項５に記載のランプ。
7. 前記ヒートシンクは、前記ランプの長手方向の軸に向かって延在している凹部を有する、請求項１に記載のランプ。
8. 前記可撓性のプリント回路は、反射性のソルダーレジストを有する、請求項１に記載のランプ。
9. 前記可撓性のプリント回路は、接着剤によって、前記ヒートシンクに取り付けられている、請求項１に記載のランプ。

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