JP6208739B2 - 伸張リードフレームアーキテクチャ用の予め回転されたオーバーモールド双方向性拡散レンズ - Google Patents

伸張リードフレームアーキテクチャ用の予め回転されたオーバーモールド双方向性拡散レンズ Download PDF

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Description

本発明は、蛍光管形電球を置き換えるためのLEDレトロフィット管形電球といった、固体発光デバイス(LED)間に大きいピッチ又は空間を有するリニア照明アプリケーション用のアーキテクチャに関する。
多くの照明アプリケーションにおいて、発光デバイス(LED)ランプは、蛍光灯に取って代わっている。LEDランプは、より長い寿命、より高いエネルギー効率及びちらつきのない照明を提供する。LEDランプは更に、水銀を含まず、また、精密機器と干渉しない。
蛍光管形ランプは、一般的に、広い室内領域内に周囲照明を提供するように使用される。これらの管形ランプは、通常、2乃至8フィート(1フィート=30.48センチ)である。同等のLEDレトロフィット管形ランプに対して、LEDの密集アレイが、長いプリント回路基板(PCB)上に取付けられる。LEDの数及びPCBの長さが共に、LED管形ランプの費用を増大させる。したがって、LED間に大きいピッチ又は空間を有するリニア照明アプリケーション用の新規のアーキテクチャが求められている。
固体発光デバイス(LED)照明装置を製造する方法は、折まれた相互接続子(インターコネクト)によって直列に接続されたリードフレームのグループを有するリードフレームアセンブリを形成するステップを含む。次に、リードフレーム上にLEDが取り付けられ、LEDの周囲に光学素子が配置される。次に、リードフレームアセンブリは、LEDを空間的に分布させるように相互接続子が展開するように伸張される。光学素子をLEDの周囲に配置する(位置付ける)ステップは、リードフレームアセンブリが伸張された後に、光学素子が所定の光パターンを提供するように、光学素子を方向付けるステップを含む。
図1は、プリント回路基板上に取付けられた発光ダイオードのアレイを有する従来の発光ダイオード管形ランプの断面平面図である。 図2Aは、リードフレームアセンブリの平面図である。 図2Bは、図2Aのリードフレームアセンブリにおける第1及び第2のリードフレームの平面図を形成するように図2Cと組み合わせられる。 図2Cは、図2Aのリードフレームアセンブリにおける第1及び第2のリードフレームの平面図を形成するように図2Bと組み合わせられる。 図2Dは、図2Aのリードフレームアセンブリにおける最後のリードフレームの平面図である。 図3は、図2Aのリードフレームアセンブリにおけるリードフレームに取付けられた光源の平面図である。 図4は、発光デバイス(LED)の等角図である。 図5は、図3のリードフレームアセンブリ上のLEDの周囲に配置された1つのタイプの光学素子の平面図である。 図6Aは、図5の伸張されたリードフレームアセンブリの平面図である。 図6Bは、図6Aの伸張されたリードフレームアセンブリの一部の等角図である。 図7Aは、反射器間の絶縁ストリップの1つの構成にある反射器に対して固定される図6Aの伸張されたリードフレームアセンブリの等角図である。 図7Bは、図7Aの伸張されたリードフレームアセンブリ及び反射器の2つのセクションの等角図である。 図8は、反射器間の絶縁ストリップの異なる構成にある反射器に対して固定される図6Aの伸張されたリードフレームアセンブリの等角図である。 図9は、図7Aの伸張されたリードフレームアセンブリ及び反射器を有する管形ランプの断面平面図である。 図10は、図9の管形ランプを製造する方法のフローチャートである。 図11は、図3のリードフレームアセンブリ上のLEDの周囲に配置された異なるタイプの光学素子の平面図である。 図12は、LED上に取付けられた反射器カップの等角図である。 図13は、図11のリードフレームアセンブリ上のLEDの周囲に配置された光学素子の断面側面図である。 図14は、3列のリードフレームを有するリードフレームアセンブリの等角図である。 図15は、図14のリードフレームアセンブリ上のLED及び光学素子の等角図である。 図16は、伸張後の図15のリードフレームアセンブリの等角図である。
図面は、すべて、本発明の実施形態にしたがって構成されている。様々な図面における同じ参照符号の使用は、同様又は同一の要素を示す。
図1は、従来の固体発光ダイオード管形ランプ100の断面平面図である。管形ランプ100は、T5、T8又はT12蛍光管形ランプといった標準的な直線状蛍光管形ランプ又は任意の他の適切なランプの形状因子を有する。管形ランプ100は、ガラス管102と、管形ランプが標準的な蛍光照明器具に接続できるように、当該ガラス管の2つの端に取付けられる2ピンコネクタ104A、104Bとを含む。標準的な蛍光管形ランプが図示されているが、LEDの任意の他の分散使用も考えられ、本発明の範囲内に含まれる。
発光ダイオード106(一部にのみ符号を付している)のアレイが、ガラス管102の長さに沿って延在する大きいプリント回路基板(PCB)108上に取付けられる。アレイは、通常、発光ダイオード106の3つのスタガード列からなるが、光を分散させるために、任意の適切な配置が考えられ、本発明の範囲内に含まれる。むらのある外観を回避するために、発光ダイオード106間の水平ピッチPh及び垂直ピッチPvは、単一の均一に点灯する光源の外観を提供するように制御される。約0.5インチ(1インチ=2.54センチ)の一般的なピッチPh及びPvでは、一般的な4フィートの長さの管形ランプ100には、約300個の発光ダイオードが必要となる。交互の列は、オフセットにされるが、例えば交互の列は、ピッチPhの半分、ずらされる。
PCB108は、直列又は並列にある発光ダイオード106、又は、LEDの直列ストリングの組み合わせが並列に駆動される当該発光ダイオード106を、外部電源に接続する。PCB108は、ガラス管12の直径と長さとの積に略等しい面積を有する。PCB108は、その構造は比較的単純であるが、多くのLEDアプリケーションに比べて非常に大きい面積を有する。発光ダイオード106が多数であること及びPCB108の面積が大きいことによって、管形ランプ100の費用が増大される。
伸張可能なリードフレームアセンブリが、PCB108の代わりに使用されてもよい。リードフレームアセンブリは、折畳み相互接続子によって、機械的及び電気的に直列接続されたリードフレームを含む。各リードフレームは、アノードパッド及びカソードパッドを含む。光源がリードフレームに取付けられると、リードフレームアセンブリは、光源を空間的に分布させるために、伸張される。折畳み相互接続子の面積が小さいことにより、従来のPCBに比べて、材料及び処理空間を節約する。
図2Aは、本発明の1つ以上の実施形態におけるリードフレームアセンブリ202の平面図を示す。リードフレームアセンブリ202は、通常、製造工程の初期に使用される、折り畳まれた構成にある。後に、リードフレームアセンブリ202は、発光ダイオード管形ランプ内への配置のために、異なる構成に伸張される。以下の説明では、伸張孔214がリードフレームアセンブリ202の左下の隅にあるリードフレームセグメントの方向が使用される。セグメントとの用語は、リードフレームアセンブリ202の任意の通常の直線部材を指す。
リードフレームアセンブリ202は、リードフレーム210−1、210−2、210−3、210−4及び210−5のグループを含む。例えばリードフレーム210−1乃至210−5は、左から右に、列状に線形に配置される。各リードフレームは、矩形のカソードパッドと、カソードパッドを部分的に囲むように切られた大きいアノードパッドとを含む。図2Aの左側から開始するに、折畳み相互接続子212は、最左端における伸張孔214と、リードフレーム210−1のアノードパッドに接続される最右端とを有する。折畳み相互接続子212は、通常、リードフレーム210−1の左側にある垂直セグメントと、通常、リードフレーム210−1の上にあるセグメントの折畳みセクションとを含む。
隣接するリードフレームの各対は、折畳み相互接続子によって接続される。リードフレーム210−1は、折畳み相互接続子216−1によって、リードフレーム210−2に接続される。折畳み相互接続子216−1は、リードフレーム210−1のカソードパッドに接続された最左端と、リードフレーム210−2のアノードパッドに接続された最右端とを含む。折畳み相互接続子216−1は、通常、リードフレーム210−1の下にあるセグメントの第1の折畳みセクションと、通常、リードフレーム210−1と210−2との間にある垂直セグメントと、通常、リードフレーム210−2の上にあるセグメントの第2の折畳みセクションとを含む。
リードフレーム210−2は、折畳み相互接続子216−2によって、リードフレーム210−3に接続され、リードフレーム210−3は、折畳み相互接続子216−3によって、リードフレーム210−4に接続され、リードフレーム210−4は、折畳み相互接続子216−4によって、リードフレーム210−5に接続される。折畳み相互接続子216−2、216−3及び216−4は、折畳み相互接続子216−1と同様に構成される。
折畳み相互接続子218は、リードフレーム210−5のカソードパッドに接続された最左端と、最右端における伸張孔220とを有する。折畳み相互接続子218は、通常、リードフレーム210−5の下にあるセグメントの折畳みセクションと、通常、リードフレーム210−5の右側にある垂直セグメントとを含む。特定のアプリケーションに応じて、リードフレームアセンブリ202は、より多くの又はより少ないリードフレームと、折畳み相互接続子要素とを含む(例えばリードフレーム210−1乃至210−n。ただし、nは可変である)。
図2B及び図2Cは組み合わされて、本発明の1つ以上の実施形態におけるリードフレーム210−1及び210−2の平面図を示す。リードフレーム210−1は、カソードパッド221−1及びアノードパッド224−1を含む。カソードパッド222−1は、矩形で、アノードパッド224−1は、略矩形で、カソードパッドの周りにフィットする切欠き225−1を有する。アノードパッド224−1は、切欠き225−1の上の上部ウィング領域226−1と、切欠き225−1の下の下部ウィング領域228−1とを含む。ウィング領域226−1、228−1は、ガルウィングマウントを形成するように、後で曲げられる。リードフレーム210−1と同様に、リードフレーム210−2も、カソードパッド222−2と、切欠き225−2及びウィング領域226−2、228−2を有するアノードパッド224−2とを含む。リードフレーム210−3乃至210−5(図2A)は、リードフレーム210−1及び210−2と同様に構成される。
上記のとおり、折畳み相互接続子212は、リードフレーム210−1に接続される。折畳み相互接続子212は、通常、リードフレーム210の左側にある垂直セグメント212−1を含む。垂直セグメント212−1は、一端における伸張孔214と、上部折畳みセクション232−1に接続されるもう一端とを有する。
上部折畳みセクション232−1は、矩形波のように成形され、垂直セグメント212−1に接続される一端と、リードフレーム210−1のアノードパッド224−1に接続されるもう一端とを有する。上部折畳みセクション232−1は、セグメント212−1から右方向に延在して、垂直セグメント212−3に接続する水平セグメント212−2を含み、当該垂直セグメント212−3は、水平セグメント212−4に接続するように下方向に延在する。水平セグメント212−4は、垂直セグメント212−5に接続するように右方向に延在し、当該垂直セグメント212−5は、水平セグメント212−6に接続するように上方向に延在する。水平セグメント212−6は、垂直セグメント212−7に接続するように右方向に延在し、当該垂直セグメント212−7は、水平セグメント212−8に接続するように下方向に延在する。水平セグメント212−8は、垂直セグメント212−9に接続するように右方向に延在し、当該垂直セグメント212−9は、水平セグメント212−10に接続するように上方向に延在する。水平セグメント212−10は、垂直セグメント212−11に接続するように右方向に延在し、当該垂直セグメント212−11は、リードフレーム210−1のアノードパッド224−1に接続するように下方向に延在する。代替案では、折畳み相互接続子212の上部折畳みセクションは、正弦波、のこぎり歯波の形状又は任意の他の適切な形状を有してもよい。
上記のとおり、リードフレーム210−1は、折畳み相互接続子216−1によって、リードフレーム210−2に接続される。折畳み相互接続子216−1は、通常、リードフレーム210−1の下にある下部折畳みセクション235−1と、通常、リードフレーム210−1と210−2との間にある垂直セグメント236−1と、通常、リードフレーム210−2の上にある上部折畳みセクション239−1とを含む。下部折畳みセクション235−1は、矩形波のように成形され、リードフレーム210−1のカソードパッド222−1に接続される一端と、垂直セグメント236−1に接続されるもう一端とを有する。下部折畳みセクション235−1は、水平セグメント234−2に接続するように下方向に延在する垂直セグメント234−1を有し、当該水平セグメント234−2は、垂直セグメント234−3に接続するように右方向に延在する。垂直セグメント234−3は、水平セグメント234−4に接続するように上方向に延在し、当該水平セグメント234−4は、垂直セグメント234−5に接続するように右方向に延在する。垂直セグメント234−5は、水平セグメント234−6に接続するように下方向に延在し、当該水平セグメント234−6は、垂直セグメント234−7に接続するように右方向に延在する。垂直セグメント234−7は、水平セグメント234−8に接続するように上方向に延在し、当該水平セグメント234−8は、垂直セグメント234−9に接続するように右方向に延在する。垂直セグメント234−9は、水平セグメント234−10に接続するように下方向に延在し、当該水平セグメント234−10は、垂直セグメント236−1に接続するように右方向に延在する。代替案では、折畳みセクション235−1は、正弦波、のこぎり歯波の形状又は任意の他の適切な形状を有してもよい。
垂直セグメント236−1は、リードフレーム210−1及び210−2間を通過する。垂直セグメント236−1は、下部折畳みセクション235−1に接続される下端と、上部折畳みセクション239−1に接続される上端とを有する。
上部折畳みセクション239−1は、矩形波のように成形され、垂直セグメント236−1に接続される一端と、リードフレーム210−2のアノードパッド224−2に接続されたもう一端とを有する。上部折畳みセクション239−1は、折畳み相互接続子212の上部折畳みセクション232−1と同様に構成される。
リードフレームアセンブリ202は、集合的に犠牲タイ221と呼ぶ犠牲タイを含む。犠牲タイは、折畳み相互接続子の一部を、同じ若しくは異なる折畳み相互接続子の他の一部、又は、アノード若しくはカソードパッドに接続する。犠牲タイ221は、リードフレームアセンブリ202が製造工程の間のハンドリングに対し十分に剛性であるように、当該リードフレームアセンブリ202に剛性を追加する。犠牲タイ221は後に除去されて、折畳み相互接続子212、216−1乃至216−4及び218(図2A)が展開されて、リードフレーム210−1乃至210−5が分布される。
図2Bでは、犠牲タイ221は、通常、すべての折畳み相互接続子212、216−1乃至216−4及び218を作成するのに使用した工程と同じ工程で作成されるが、ハッチングされた領域として示される。このハッチングは、図中における犠牲タイ221を、処理後も残るリードフレームアセンブリ202の部分から区別するためだけに使用される。
図2Bでは、犠牲タイ221−1は、セグメント212−1を上部ウィング領域226−1に接続する。犠牲タイ221−2は、上部ウィング領域226−1をセグメント212−11に接続する。犠牲タイ221−3は、セグメント212−11をセグメント236−1に接続する。犠牲タイ221−4は、セグメント236−1を上部ウィング領域226−2に接続する。犠牲タイ221−5は、上部ウィング領域226−2を垂直セグメント239−1に接続する。犠牲タイ221−6は、セグメント212−1をセグメント234−1に接続する。犠牲タイ221−7は、セグメント234−1を下部ウィング領域228−1に接続する。犠牲タイ221−8は、下部ウィング領域228−1をセグメント236−1に接続する。犠牲タイ221−9は、セグメント236−1をセグメント234−2に接続する。犠牲タイ221−10は、セグメント234−2を下部ウィング領域228−2に接続する。
折畳み相互接続子216−2、216−3及び216−4(図2A)は、折畳み相互接続子216−1と同様に構成される。
図2Dは、本発明の1つ以上の実施形態におけるリードフレーム210−5の平面図を示す。リードフレーム210−5は、カソードパッド222−5と、切欠き225−5及びウィング領域226−5、228−5を有するアノードパッド224−5とを含む。
上記のとおり、リードフレーム210−5は、その端に伸張孔220を有する折畳み相互接続子218に接続される。折畳み相互接続子218は、通常、リードフレーム210−5の下にある下部折畳みセクションと、通常、リードフレーム210−5の右側にある垂直セグメント218−1とを含む。折畳み相互接続子218は、実質的に、逆の構成にある折畳み相互接続子212である。
図3は、本発明の1つ以上の実施形態において、リードフレーム210−1乃至210−5に、それぞれ、はんだ付けされる、又はその他の方法で電気的に接続される光源302−1、302−2、302−3、302−4及び302−5を示す。リードフレーム210−1乃至210−5に接続されると、LED302−1乃至302−5は、PHfoldedの水平ピッチで離間される。リードフレームへの光源の取付けは、(図2A及び図2Bにハッチングされたセグメントとして示される)犠牲タイ221が除去された後でも、リードフレームのカソードパッド及びアノードパッドを互いに機械的に結合する。光源302−1乃至302−5は、固体発光デバイス(LED)であってよい。
図4は、本発明の1つ以上の実施形態におけるリードフレーム210−1(図3)のカソードパッド222−1及びアノードパッド224−1にそれぞれ対応するカソードパッド402−1及びアノードパッド404−1を有する例示的なLED302−1を示す。カソードパッド402−1及びアノードパッド404−1は、リードフレーム210−1のカソードパッド222−1及びアノードパッド224−1と同じ寸法に成形されていてもいなくてもよい。代替案では、カソードパッド402−1は、大体、アノードパッド224−1の中心の形状であってよい。図3を再び参照するに、LED302−2乃至302−5のカソードパッド及びアノードパッドは、LED302−1のパッドと同様に構成される。
LED302−1乃至302−5は、裸の発光ダイオードダイであっても、(例えばチップスケールパッケージ内に)プリパッケージされた発光ダイオードであってもよい。プリパッケージされた発光ダイオードは、サブマント又はインタポーザ上に取付けられた裸の発光ダイオードダイを有する。サブマウントは、セラミック基板と、金属相互接続層と、様々なパッドとを含む。セラミック基板は、機械的な支持を与え、発光ダイオードダイをセラミック基板の底面上の熱パッドに熱的に接続する。金属相互接続層は、発光ダイオードダイをセラミック基板の底面上のカソードパッド及びアノードパッドに接続する。プリパッケージされた発光ダイオードダイは、封入されてもされなくてもよい。
リードフレームアセンブリ202が伸張されると、LED302−1乃至302−5のスパース配置が管形ランプ内にもたらされ、LEDが管形ランプの長さに沿って暗い領域によって離された明るい点を生成する、むらのある外観が伴う。図5は、本発明の1つ以上の実施形態において、LED302−1乃至302−5の周囲にそれぞれ配置された光学素子502−1、502−2、502−3、502−4及び502−5を示す。光学素子502−1乃至502−5は、リードフレームアセンブリ202が伸張された後に、LED302−1乃至302−5間の空間に追加の光を向けることによって、むらのある外観を回避するように構成された非対称拡散レンズである。非対称拡散レンズ502−1乃至502−5は、LED302−1乃至302−5間の暗い領域を軽減するように伸張されたリードフレームアセンブリ202の長さに沿って、追加の光を向ける双方向性拡散レンズであってよい。双方向性拡散レンズ502−1乃至502−5は、2つの半放物線が交差する形状を有する。
双方向性拡散レンズ502−1は、拡散軸504−1に対して垂直なヌル軸よりも当該拡散軸に沿って両方向により多くの光を向ける。双方向性拡散レンズ502−1は、予め回転され、したがって、拡散軸504−1も、リードフレームアセンブリ202が伸張された(図7参照)後に、リードフレームアセンブリ202の長さに沿う「伸張」軸606(図6A)といった所望の方向に沿って回転されて整列される。
予回転の量は、相互接続子パターン、リードフレームへの相互接続子の取付け点及び伸張孔の場所を含む、リードフレームアセンブリ202の幾何学形状と、伸張されたリードフレームアセンブリの最終長さとに依存する。図5に示されるリードフレームアセンブリ202の幾何学形状では、拡散軸504−1は、「引張り」軸509と実質的に平行であり、リードフレームアセンブリ202が通常の四角形状にあるときの「列」軸508から約45度、予め回転される。引張り軸509は、2つの伸張孔214、220を通過する線であってよく、犠牲タイ221が除去された後、リードフレームアセンブリ202は、その線に沿って伸張される。列軸508は、リードフレームアセンブリ202が伸張される前に、リードフレーム210−1乃至210−5上のLED302−1乃至302−5を通過する線である。
しかし、拡散軸504−1は、他の実施形態では、リードフレームアセンブリ202の幾何学形状及び伸張されたリードフレームアセンブリの最終長さに依存して、引張り軸509及び列軸508の両方に対し、角度が付けられてもよい。各実施形態において、拡散軸は、最終製品におい光を均一に分布させるために、リードフレームアセンブリを伸張した後所望の方向に沿って整列することになるように配置される
双方向性拡散レンズ502−2乃至502−5は、双方向性拡散レンズ502−1と同様に構成される。
図6Aは、本発明の1つ以上の実施形態における伸張されたリードフレームアセンブリ602を示す。伸張された構成では、折畳み相互接続子212、216−1、216−2、216−3、216−4及び218(図2A)は、それぞれ、実質的に直線の相互接続子612、616−1、616−2、616−3、616−4及び618を形成するように伸張される。相互接続子612は、展開された折畳み相互接続子212であり、垂直セグメント212−1(図2B及び図2C)と、上部折畳みセクション232−1とを含む。相互接続子612の一端は、リードフレーム210−1のアノードに接続される。
相互接続子616−1は、展開された折畳み相互接続子216−1であり、下部折畳みセクション235−1と、垂直セグメント236−1と、上部折畳みセクション239−1(図2B)とを含む。相互接続子616−1の一端は、リードフレーム210−1のカソードに接続され、もう一端は、リードフレーム210−2のアノードに接続される。他のリードフレーム210−2乃至210−5も同様に接続される。折畳み相互接続子212、216−1乃至216−4及び218は、リードフレームアセンブリ202が伸張された後、実質的に直線の相互接続子として示されているが、相互接続子612、616−1乃至616−4及び618は、幾つかの実施形態では、少し屈曲していてもよい。代替案では、幾つかの相互接続子セグメントの幾つかの部分は、屈曲部又は隆起部を有してもよい。
伸張後、LED302−1乃至302−5(レンズ502−1、502−2及び503−3が付随するLED302−1乃至302−3のみが示される)は、伸張軸606に沿って置かれる。見てとれるように、双方向性拡散レンズ502−1の拡散軸504−1は、今度は、リードフレームアセンブリ602の長さに沿って伸張軸606と整列されている。双方向性拡散レンズ502−2乃至502−5は、双方向性拡散レンズ502−1と同様に向けられ、したがって、双方向性拡散レンズは、LED間の暗い領域を軽減するように、LED302−1乃至302−5からの追加の光を、リードフレームアセンブリ602の長さに沿って向ける。
LED302−4、双方向レンズ502−4、LED302−5及び双方向レンズ502−5は、リードフレーム210−4及び210−5を露出するように、図6Aからは省略されている。リードフレーム210−4は、カソードパッド222−4と、ウィング領域226−4、228−4を有するアノードパッド224−4とを含む。カソードパッド222−4及びアノードパッド224−4は、切欠き又は間隙225−4によって、互いから電気的に絶縁されている。LED302−4(図5)が、カソードパッド222−4及びアノードパッド224−4上に取付けられると、パッドは、LEDによって物理的に及び電気的に接続される。同様に、リードフレーム210−5も、カソードパッド222−5と、ウィング領域226−5、228−5を有するアノードパッド225−4とを含む。カソードパッド222−5及びアノードパッド224−5は、切欠き又は間隙225−5によって、互いから電気的に絶縁されている。LED302−5(図5)が、カソードパッド222−5及びアノードパッド224−5上に取付けられると、パッドは、LEDによって物理的に及び電気的に接続される。図6Bは、本発明の1つ以上の実施形態において、アノード224−4のウィング領域226−4及び228−4が、リードフレーム210−4用のマウント704−4を形成するように屈曲され、アノード224−5のウィング領域226−5及び228−5が、リードフレーム210−5用のマウント704−5を形成するように屈曲されることが示される。
図7Aは、本発明の1つ以上の実施形態において、反射器701−1、701−2、701−3、701−4及び701−5に対して方向付けられる伸張されたリードフレームアセンブリ702の一実施形態を示す。反射器701−1乃至701−5は、単一の均一に点灯する光源の外観を提供するように、LED302−1乃至302−5からの光を、所定の均一な拡散パターンに反射することによって、結果として得られる管の光のむらのある外観を回避するように配置される。反射器701−1乃至701−5は更に、LED302−1乃至302−5から熱を放散させるヒートシンクの機能も果たす。
リードフレームアセンブリ702は、次のとおりに反射器701−1乃至701−5に対して配置される。反射器701−1乃至701−5は、少なくとも部分的に湾曲された金属シートであってよい。隣接する反射器は、小さい間隙によって離間される。相互接続子612は、反射器702−1の一部に亘って懸架され、その最右端がリードフレーム210−1に接続される。LED302−1を有するリードフレーム210−1は、反射器702−1の質量中心付近に取付けられる。相互接続子616−1は、反射器702−1、702−2に亘って懸架され、その最左端がリードフレーム210−1に接続され、その最右端がリードフレーム210−2に接続される。LED302−2を有するリードフレーム210−2は、反射器702−2の質量中心付近に取付けられる。相互接続子616−2は、反射器702−2、702−3に亘って懸架され、その最左端がリードフレーム210−2に接続され、その最右端がリードフレーム210−3に接続される。LED302−3を有するリードフレーム210−3は、反射器702−3の質量中心付近に取付けられる。相互接続子616−3は、反射器702−3、702−4に亘って懸架され、その最左端がリードフレーム210−3に接続され、その最右端がリードフレーム210−4に接続される。LED302−4を有するリードフレーム210−4は、反射器702−4の質量中心付近に取付けられる。相互接続子616−4は、反射器702−4、702−5に亘って懸架され、その最左端がリードフレーム210−4に接続され、その最右端がリードフレーム210−5に接続される。LED302−5を有するリードフレーム210−5は、反射器702−5の質量中心付近に取付けられる。相互接続子618は、反射器702−5の一部に亘って懸架され、その最左端がリードフレーム210−5に接続される。
図7Bでは、本発明の1つ以上の実施形態における、リードフレーム210−1、LED302−1、反射器702−1、リードフレーム210−2、LED302−2及び反射器702−2からなる2つのセクションが示される。リードフレーム210−1上のアノード224−1のウィング領域226−1及び228−1(図2B及び図2C)は、リードフレーム210−1を反射器702−1に固定するガルウィングマウント704−1を形成するように屈曲される。マウント704−1は、反射器701−1の上の相互接続子612及び616−1の一端を懸架し、これにより、相互接続子612及び616−1の反射器702−1への短絡の可能性を回避する。リードフレーム210−2上のアノード224−2のウィング領域226−2及び228−2(図2B及び図2C)は、リードフレーム210−2を反射器702−2に固定するガルウィングマウント704−2を形成するように屈曲される。マウント704−2は、反射器701−2の上の相互接続子616−1及び616−2の一端を懸架し、これにより、相互接続子616−1及び616−2の反射器702−2への短絡の可能性を回避する。他のセクションは、同様に構成される。図7Aを再び参照するに、相互接続子612、616−1乃至616−4、618と反射器702−1乃至702−5との間の短絡を阻止するために、絶縁ストリップ706−1、706−2、706−3、706−4、706−5及び706−6が、反射器701−1乃至701−5の長さに亘って、隣接する反射器間の間隙を横断して設けられる。絶縁ストリップ706−1は、相互接続子612の下で固定され、反射器702−1の左部を覆う。絶縁ストリップ706−2は、相互接続子616−1の下で固定され、反射器702−1の右部と反射器702−2の左部とを覆う。絶縁ストリップ706−3、706−4及び706−5は、絶縁ストリップ706−2と同様に構成される。絶縁ストリップ706−6は、相互接続子618の下で固定され、反射器702−5の右部を覆う。
或いは、図8に示されるように、絶縁ストリップ808−1、808−2、808−3及び808−4が、隣接する反射器間の間隙に沿って、反射器702−1乃至702−5の幅に沿って設けられていてもよい。絶縁ストリップ808−1は、反射器702−1及び702−2間の間隙の上に固定される。絶縁ストリップ808−2乃至808−4は、絶縁ストリップ808−1と同様に構成される。リードフレームアセンブリ202が、反射器702−1乃至702−5に対して固定されると、当該アセンブリは、管形ランプ内に挿入される。
図9は、本発明の1つ以上の実施形態における管形ランプ900の断面平面図である。管形ランプ900が、LEDレトロフィット管形ランプとして利用される場合、標準的な直線状蛍光管形ランプの形状因子を有する。この用途のために、管形ランプ900は、透明管902(例えばガラス又はプラスチック)と、管形ランプが標準的な蛍光照明器具に接続できるように、透明管の2つの端に取付けられた2ピンコネクタ904A、904Bとを含む。管形ランプ900は更に、AC電源からLED302−1乃至302−n(ただしnは可変である)を駆動するための電子機器も含んでもよい。管形ランプ900は、用途に応じて、他の形状因子を有してもよい。
リードフレーム210−1乃至210−n上のLED302−1乃至302−nは、水平ピッチPHfolded(図3)よりも大きい水平ピッチPHextendedで離間される。水平ピッチPHextendedは、水平ピッチPHfoldedの大きさの2倍以上であってよい。LED302−1乃至302−n間に約1インチの水平ピッチPHextendedでは、4フィードの長さの管形ランプ900には、47、48又は49個のLEDが必要である。なお、水平ピッチPHextendedは、用途に応じて可変である。
図1及び図9の比較は、管形ランプ900は、管形ランプ100よりも少ない数のLEDを使用することを示す。LED302−1乃至302−nがリードフレームアセンブリ202上に取付けられているので、ダイのサイズを縮小するために、チップスケールパッケージングを使用してもよい。更に、リードフレームアセンブリ202は、PCB108よりも使用する材料が少ない。以下に説明されるように、リードフレームアセンブリ202を使用する管形ランプ900の製造は、大規模に効率的に行われることが可能である。
図10は、本発明の1つ以上の実施形態における管形ランプ900を製造する方法1000の例示的なフローチャートである。方法1000は、1つ以上のステップによって示されるように1つ以上の動作、機能又は行為を含む。ステップは、順次的に示されているが、これらのステップは、並列に行われても、及び/又は、本明細書において説明される順序とは異なる順序で行われてもよい。また、様々なステップは、より少ない数のステップに組み合わされてもよく、追加のステップに分割されてもよく、及び/又は、所望の実施に基づいて除外されてもよい。方法1000は、方法における経過を示す他の図面も活用して説明される。
方法1000は、ステップ1002において開始する。ステップ1002では、リードフレームアセンブリが形成される。リードフレームアセンブリは、銅又はアルミニウムシートといったリードフレーム基板からスタンプ加工されるか又はエッチングされる。ステップ1002の後にステップ1004が続く。
ステップ1004では、LEDが、リードフレームアセンブリ内のリードフレーム上に取付けられる。スクリーンプリンティングによって、はんだペーストがリードフレームのカソード及びアノードパッドに塗布される。LEDが、リードフレーム上にピックアンドプレースされる。LEDは、次に、はんだリフローによって、リードフレームに永久的にはんだ付けされる。ステップ1004の後にステップ1006が続く。
ステップ1006では、双方向性拡散レンズといった光学素子が、リードフレームアセンブリ上の対応するLEDの周囲に配置される。各双方向性拡散レンズは、その拡散軸、リードフレームアセンブリが伸張された後に回転して所望の方向に沿って整列することになるように、予め回転される。予回転の量は、リードフレームアセンブリの幾何学形状及び伸張されたリードフレームアセンブリの最終長さに応じて、決定される。
双方向性拡散レンズは、LEDの上に直接的に成形されてもよい。複数の双方向性拡散レンズが、LED上に、並列に射出成形される。レンズ材料は更に、LEDの露出した表面領域を封入する機能も果たす。或いは、双方向性拡散レンズは、予備成形され、接着剤が塗布されLED上にピックアンドプレースされてもよい。ステップ1006の後にステップ1008が続く。
ステップ1008では、リードフレームアセンブリが、トリミングされて形成される。具体的には、アノードパッドのウィング領域が屈曲されて、ガルウィングマウントが形成され、犠牲タイが、リードフレームアセンブリをリードフレーム基板から自由にするように、また、相互接続子及びリードフレームを互いから自由にするように切断される。ステップ1008の後にステップ1010が続く。
ステップ1010では、リードフレームアセンブリが伸張される。ステップ1010の後にステップ1012が続く。
ステップ1012では、伸張されたリードフレームアセンブリが、絶縁ストリップあり又はなしで、反射器に対して固定される。ステップ1012の後にステップ1014が続く。
ステップ1014では、反射器に対して固定された伸張されたリードフレームアセンブリが、透明管の中に挿入される。ステップ1014の後にステップ1016が続く。
ステップ1016では、リードフレームアセンブリの端子相互接続子が、電子機器に接続される。当該電子機器は、ガラス管の端に取付けられた2ピンコネクタに接続される。
他のタイプの光学素子が、リードフレームアセンブリ上のLEDと共に使用されてもよい。図11は、本発明の1つ以上の実施形態では、反射器カップである光学素子1102−1、1102−2、1102−3、1102−4及び1102−5を有するリードフレームアセンブリ202の平面図を示す。反射器カップ1102−1は、LED302−1の周囲に配置される。反射器カップ1102−2乃至1102−5は、LED302−2乃至302−5の周囲に同様に構成される。
図12は、LEDからの光を抽出して方向付けるために、LED302−1に対して傾斜される1組の平面側壁1202、1204、1206及び1208を含む反射器カップ1102−1を示す。或いは、反射器カップ1102−1は、LED302−1を中心とした湾曲面を有する。図13は、反射器カップ1102−1乃至1102−5をLED302−1乃至302−5固定するように反射器カップを充たす、及び/又は、LEDによって放射された光に対する屈折率整合媒体を提供する封入剤1302を示す。
反射器カップ1102−1乃至1102−5は、LED302−1乃至302−5上に直接的に成形されてもよい。反射器カップ1102−1乃至1102−5は、リードフレームアセンブリ202上のLED302−1乃至302−5の周囲に並列に射出成形されてもよい。或いは、個々の反射器カップ1102−1乃至1102−5又は反射器カップ1102−1乃至1102−5のフレームが予備成形され、接着剤が付与されLED302−1乃至302−5の周囲にピックアンドプレースされてもよい。反射器カップ1102−1乃至1102−5のフレームが使用される場合、反射器カップは、ステップ1008のトリミング及び屈曲工程の一部として、個片化されてもよい。
他のタイプのリードフレームアセンブリが、管形ランプ900に使用されてもよい。図14は、本発明の1つ以上の実施形態におけるリードフレームアセンブリ1402の等角図を示す。リードフレームアセンブリ1402は、3つのグループの直線的に配置されたリードフレームを有する。リードフレーム1404−1及び1404−2の左側カラムは、仮想ボックス1405によって、大まかに示される。リードフレーム1406−1、1406−2及び1406−3の真ん中のカラムは、仮想ボックス1407によって、大まかに示される。リードフレーム1408−1及び1408−2の右側カラムは、仮想ボックス1409によって、大まかに示される。真ん中のカラム1407におけるリードフレーム1406−1乃至1406−3は、左側カラム1405におけるリードフレーム1404−1、1404−2及び右側カラム1409におけるリードフレーム1408−1、1408−2からずらされている。
リードフレーム1404−1は、矩形カソードパッド1410−1と、矩形アノードパッド1412−1と、アノードパッドの1つの縁から内側に延在する三角形ウィング1414−1とを含む。リードフレーム1404−2は、リードフレーム1404−1と同様に構成される。
リードフレーム1406−1は、矩形カソードパッド1416−1と、矩形アノードパッド1418−1と、アノードパッドの2つの縁から延在する三角形ウィング1420−1、1422−1とを含む。リードフレーム1406−2及び1406−3は、リードフレーム1406−1と同様に構成される。
リードフレーム1408−1は、矩形カソードパッド1424−1、矩形アノードパッド1426−1と、アノードパッドの1つの縁から内側に延在する三角形ウィング1428−1とを含む。リードフレーム1408−2は、リードフレーム1408−1と同様に構成される。
ウィング1414−1、1414−2は、ウィング1420−1、1420−2、1420−3と互い違いにされ、ウィング1428−1、1428−2は、ウィング1422−1、1422−2及び1422−3と互い違いにされる。ウィング1414−1、1414−2、1420−1乃至1420−3、1422−1乃至1422−3、1424−1及び1424−2は、マウントを形成するように後に屈曲される。
相互接続子1430−1は、カソードパッド1410−1をアノードパッド1418−1に接続するように、ウィング1414−1及び1420−1間を通る。相互接続子1432−1は、アノードパッド1412−1をカソードパッド1416−2に接続するように、ウィング1414−1及び1420−2間を通る。相互接続子1430−2は、カソードパッド1410−2をアノードパッド1418−2に接続するように、ウィング1414−2及び1420−2間を通る。相互接続子1432−2は、アノードパッド1412−2をカソードパッド1416−3に接続するように、ウィング1414−2及び1420−3間を通る。
相互接続子1434−1は、カソードパッド1424−1をアノードパッド1418−1に接続するように、ウィング1422−1及び1428−1間を通る。相互接続子1436−1は、アノードパッド1426−1をカソードパッド1416−2に接続するように、ウィング1428−1及び1422−2間を通る。相互接続子1434−2は、カソードパッド1424−2をアノードパッド1418−2に接続するように、ウィング1422−2及び1428−2間を通る。相互接続子1436−2は、アノードパッド1426−2をカソードパッド1416−3に接続するように、ウィング1428−2及び1422−3間を通る。
図15に示されるように、LED1502−1、1502−2、1502−3、1502−4、1502−5、1502−6及び1502−7は、それぞれ、リードフレーム1404−1、1404−2、1406−1乃至1406−3、1408−1及び1408−2上にはんだ付けされ、又はその他の方法で固定される。光学素子1504−1、1504−2、1504−3、1504−4、1504−5、1504−6及び1504−7が、それぞれ、LED1502−1乃至1502−7上に配置される。各光学素子は、LED1502−1乃至1502−7の隣接する列間の領域を埋めるように、全方向に光を拡散する低いドーム形レンズ(「バットウィング」レンズとも知られる)であってよい。リードフレームアセンブリ1402は、図16に示されるように、LED1502−1乃至1502−7が一定間隔を保つように、伸張軸1506に沿って両方向に伸張される。LED1502−1及び1502−2は、左側カラム1605内に置かれ、LED1502−3及び1502−5は、真ん中のカラム1607内に置かれ、LED1502−6及び1502−7は、右側カラム1609内に置かれる。伸張されたリードフレームアセンブリ1602は、マウント1604によって、反射器上に固定され、管形ランプの透明管内に置かれる。
LED1502−3のアノード1418−1(図14)は、LED1502−1及び1502−6のカソード1410−1及び1424−1(図14)のそれぞれに並列に接続される。LED1502−1のアノード1412−1及び1426−1(図14)は、それぞれ、LED1502−4のカソード1416−2(図14)に接続される。LED1502−4のアノード1418−2(図14)は、LED1502−2及び1502−7のカソード1410−2及び1424−2(図14)のそれぞれに並列に接続される。LED1502−2及び1502−7のアノード1412−2及び1426−2(図14)は、それぞれ、LED1502−5のカソード1416−3(図14)に接続される。
開示された実施形態の様々な他の適応及び特徴の組み合わせは、本発明の範囲内である。例えば管形ランプ900は、標準的な円形又はU字型蛍光管形ランプの形状因子を有してもよい。相互接続子212、216−1乃至216−4及び218は柔軟性があるため、伸張されたリードフレームアセンブリ602は、管形ランプの形状に適合することができる。発光ダイオードではなく、レーザといった他の光源が使用されてもよい。大きいリードフレームアセンブリが、クロスバーによって並列に接続されたリードフレームアセンブリ202を組み合わせることによって構築されてもよい。各リードフレームは、光源を受けるための単一のダイ取付けパッドを有してもよい。当該パッドは、ワイヤボンドによって、対応する相互接続子に接続されるボンドパッドを有する。多数の実施形態が、以下の請求項の範囲に包含される。

Claims (20)

  1. 固体発光デバイス(LED)照明装置を製造する方法であって、
    リードフレームアセンブリを形成するステップであって、
    リードフレーム基板上に、第1のピッチで離間され、それぞれ1つ以上のパッドを含むリードフレームのグループを形成することと、
    前記リードフレーム基板上に、初期の折り畳まれた状態にあり、それぞれ2つの隣接するリードフレームを結び付ける相互接続子を形成することと
    を含む、ステップと、
    前記固体発光デバイスを前記リードフレーム上に取り付けるステップと、
    前記固体発光デバイスの周囲に非対称拡散レンズを配置するステップと、
    前記固体発光デバイスが前記第1のピッチよりも大きい第2のピッチで離間するように、前記相互接続子が展開するように前記リードフレームアセンブリを伸張するステップと、
    を含む、方法。
  2. 前記非対称拡散レンズを配置するステップは、前記リードフレームアセンブリが伸張された後に、前記非対称拡散レンズが所定の光パターンを提供するように、前記非対称拡散レンズを方向付けることを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記非対称拡散レンズは、双方向性拡散レンズを含み、各双方向性拡散レンズは、拡散軸と、前記拡散軸に垂直であるヌル軸とを有し、各双方向性拡散レンズは、前記ヌル軸よりも前記拡散軸に沿う両方向により多くの光を向け、前記非対称拡散レンズを配置するステップは、前記拡散軸が伸張軸と整列するように、各双方向性拡散レンズを方向付けるステップを含み、前記伸張軸は、前記リードフレームアセンブリの伸張後に、前記伸張されたリードフレームアセンブリの長さに沿って整列される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記拡散軸は、前記リードフレームアセンブリが伸張される前は、前記伸張軸に対し角度が付けられ、前記方法は更に、前記リードフレームアセンブリの幾何学形状及び前記伸張されたリードフレームアセンブリの最終長さに基づいて、前記拡散軸と前記伸張軸との間の角度を決定するステップを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記拡散軸は、前記リードフレームアセンブリが伸張される前の前記リードフレーム上の前記固体発光デバイスを通過する列軸に対し角度が付けられ、前記方法は更に、前記リードフレームアセンブリの幾何学形状及び前記伸張されたリードフレームアセンブリの最終長さに基づいて、前記拡散軸と前記列軸との間の角度を決定するステップを含む、請求項3に記載の方法。
  6. 前記非対称拡散レンズを配置するステップは、前記固体発光デバイスの周囲に反射器カップを配置することと、前記反射器カップを封入剤で充たすこととを含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記非対称拡散レンズを配置するステップは、前記固発光デバイス上に前記非対称拡散レンズを取り付けること、又は、前記固発光デバイス上に前記非対称拡散レンズを直接的に成形することを含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記リードフレームアセンブリを形成するステップは更に、前記相互接続子の一部と前記リードフレームとを接続する犠牲タイを形成することを含み、前記方法は更に、前記固発光デバイスを取付け、前記非対称拡散レンズを配置した後に、前記犠牲タイをトリミングするステップを含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記伸張されたリードフレームアセンブリを、反射器に対して固定するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
  10. 隣接する反射器間の間隙に亘って絶縁ストリップを固定するステップを更に含む、請求項9に記載の方法。
  11. 前記伸張されたリードフレームアセンブリ及び前記反射器を、透明管内に挿入するステップと、
    前記透明管の端に2ピンコネクタを取り付けるステップと、
    を更に含む、請求項9に記載の方法。
  12. 前記固体発光デバイスは、プリパッケージされた発光ダイオード又は裸の発光ダイオードダイである、請求項1に記載の方法。
  13. 固体発光デバイス(LED)照明装置であって、
    伸張されたリードフレームアセンブリを含み、
    前記伸張されたリードフレームアセンブリは、
    それぞれ1つ以上のパッドを含むリードフレームのグループと、
    それぞれ隣接するリードフレームを結び付ける相互接続子と、
    前記リードフレーム上に取付けられる固体発光デバイスと、
    前記固体発光デバイスの周囲に配置される非対称拡散レンズと、
    を含む、装置。
  14. 前記非対称拡散レンズは、双方向性拡散レンズを含み、各双方向性拡散レンズは、拡散軸と、前記拡散軸に垂直であるヌル軸とを有し、各双方向性拡散レンズは、前記ヌル軸よりも前記拡散軸に沿う両方向により多くの光を向け、前記拡散軸は、前記伸張されたリードフレームアセンブリの長さに沿って整列されている、請求項13に記載の装置。
  15. 前記非対称拡散レンズは、前記固発光デバイスの周囲の反射器カップと、前記反射器カップ内の封入剤とを含む、請求項13に記載の装置。
  16. 各相互接続子は、隣接するリードフレームを、機械的及び電気的に直列に接続する、請求項13に記載の装置。
  17. 1つ以上の反射器を更に含み、前記伸張されたリードフレームアセンブリは、前記1つ以上の反射器に対して固定される、請求項13に記載の装置。
  18. 隣接する反射器間の間隙に亘る絶縁ストリップを更に含む、請求項17に記載の装置。
  19. 前記伸張されたリードフレームアセンブリ及び前記反射器を受容する透明管と、
    前記透明管の端に取付けられた2ピンコネクタと、
    を更に含む、請求項17に記載の装置。
  20. 前記固体発光デバイスは、プリパッケージされた発光ダイオード又は裸の発光ダイオードダイである、請求項13に記載の装置。
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