JP7030057B2 - Ｌｅｄモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、LEDモジュール、LEDモジュールを含むデバイス及びLEDモジュールの製造方法に関する。
発光ダイオード（LED）は、様々な用途に使用されている。詳細には、高出力LEDは、改良型ランプ；日中のランニングライト、ブレーキライト、インジケータライトなどの自動車照明モジュール；スマートフォンのフラッシュユニット等において広く使用されている。いくつかのLED照明用途では、デバイスがオフにされたときに半導体ダイの出射面が見えてしまう。通常、出射面上の蛍光体コーティングのために、半導体ダイは黄色がかった小さな正方形又は長方形のように見える。そのような黄色い四角は、ガラスバルブ又はプラスチックチューブを通して見える棒状のインサートの周りに複数のLEDが取り付けられている改造ランプのような、いくつかの照明用途において非常に目立ってしまうことがある。可視黄色ダイはエンドユーザにとって魅力的ではないと考えられ得るので、オフ状態でダイを目立たなくするためのLEDモジュールがいくつか開発されている。公知の手法では、LEDは、金属酸化物粒子が懸濁されたシリコーン材料によって被覆又は封止される。半透明のシリコーン材料中の金属酸化物の効果は、LEDダイの黄色度を低下させることであり、それによりLEDダイをオフ状態でより白い外観にする。そのようなLEDは、「オフ状態の白色（off-state white）」LEDと呼ばれる。金属酸化物粒子の添加は、一般的にスペクトル及び効率の理由から選択されるが、白い色は、自動車のブレーキライト又はインジケータライトなどのアプリケーションからこのようなLEDモジュールを除外する。
光源がある特定のピッチ（隣り合ったLEDの間の距離）で配列されたLED列を含むような、管状LED又は自動車の前部及び後部照明ユニットなどの他のいくつかの用途において、観察者には、一般に、同じピッチを伴う光「スポット」の対応する列が見えてしまう。しかしながら、光源は、均質、すなわち光の帯として現われることが一般に望ましい。場合によっては、光出力の低下を犠牲にして、多数LED光源のこの「スポッティネス(spottiness)」を排除するために、拡散ドームを実装することができる。しかしながら、この方策は常に可能であるとは限らず、また望まれるとも限らない。別のアプローチでは、LEDのピッチを著しく減少させ、LEDを非常に接近して配置させることにより、スポッティネスを低減することができる。近接して配置されたLED（小ピッチ）を有するLED光源は、一般に、疎に配置されたLED（大ピッチ）を有するLED光源よりも均質な光出力を有する。しかし、ピッチが小さいことは、結果的な熱問題に対処するための追加的な努力を必要とし、より複雑な電気配線問題に関連する。従って、ピッチが小さいLED光源は、ピッチが大きい同等のLED光源よりも製造費用がかなり高い。特に自動車用途では、熱問題及びコストは重要な要素である。
したがって、本発明の目的は、上述の問題を克服する改善されたLEDモジュールを提供することである。
本発明の目的は、請求項1のLEDモジュール、請求項12のデバイス、及びLEDモジュールを製造する請求項13に記載の方法によって達成される。
本発明に従えば、LEDモジュールは、LED装置と、LED装置を覆う封止材とを含み、封止材は柔軟性の半透明組成物と金属粒子組成物とを含む。封止材の各組成物は、LEDモジュールが非アクティブ状態にあるときにLEDに所定の隠蔽度を付与するように選択される。
本発明に従ったLEDモジュールの利点は、各LEDのダイオード表面の固有の黄色が隠されているので、満足なオフ状態外観を呈することである。充填混合物組成物を適切に選択することによって、本発明のLEDモジュールは、オフ状態にあるLEDを効果的に「隠す」。金属粒子組成物のさらなる効果は、オン状態で光を拡散させることである。これらの両方の効果は、封止材中の金属粒子組成物の散乱特性によるものである。封止材中に懸濁された金属粒子は、LEDモジュールのオン状態とオフ状態の両方において、封止材を通過する光を散乱させる。さらに、充填混合物組成物を適切に選択することにより、LEDモジュールのオフ状態の色の外観を、LEDモジュールの周囲の色、例えば、デバイスハウジングの色に一致させることができる。LEDモジュールによって放射される光の所望の特定の色は、LED及び金属粒子組成物のスペクトル分布を半透明組成物の透過スペクトル特性に一致させることによって達成することができる。
本発明に従えば、デバイスは、デバイスハウジングと請求項1乃至11のいずれか一項に記載の少なくとも1個のLEDモジュールとを備える。LEDモジュールは、デバイスハウジング内の開口を通して光を放出するように配列され、LEDモジュールの封止材の構成要素（組成物）が都合良く選択されて、デバイスハウジングの色に一致する。
本発明に従ったデバイスの利点は、ハウジング内に埋め込まれた如何なるLEDモジュールも、デバイスハウジングに密接に一致する色を有することができることである。このようにして、デバイスは、均質で審美的に好ましい外観を与えられることができ、LEDの本来的に黄色のダイ表面は、オフ状態の間、見えないように効果的に隠される。
本発明に従えば、LEDモジュールの製造方法は、ベースとベースに隣接する包囲壁とにより画成される容器を提供するステップ； ベース上に多数のLEDを配列するステップ； 非活性状態時のLEDモジュールに所望の色を与えるように封止材の組成物を決定するステップ； 半透明組成物と金属粒子組成物とを含む封止材混合物を準備するステップ； 封止材を容器内に注入し、LEDモジュールを覆うステップ； 続いて封止材を硬化させるステップ； を含む。
本発明の方法の利点は、オン状態及びオフ状態の両方において、様々な好ましい光学的効果を有するLEDモジュールが、比較的少ない労力及び低コストで達成できることである。本発明の方法によって、例えば自動車用途で望まれるように、良好に均質なオン状態の外観を有するLEDモジュールの製造が可能になる。同様に、本発明の方法によって、LED自体がオフ状態で隠されているか隠蔽されているLEDモジュールの製造が可能になり、LEDモジュールを内蔵するデバイスの色に応じてLEDモジュールの色を選択することができる。
従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。数例の実施形態の数個の特徴は適宜組み合わせてもよい。あるクレームカテゴリーの文脈で説明されている特徴は、別のクレームカテゴリーにも等しく適用することができる。
本発明の特に好ましい実施形態において、LEDモジュールの色は、そのLEDモジュールを組み込むデバイスのハウジング色に対応する。このことは、例えば、ある量の染料を半透明充填剤中に混合することによって達成できる。染料の量は、半透明充填剤の色を、デバイスハウジングの色と色調が類似するように選択することができる。このようなオフ状態の色の一致は、審美性又は光学的外観が重要な要素であるデバイスの場合に特に望ましい。
所望の色彩特性を達成するための様々な可能な方法が存在する。例えば、本発明の好ましい実施形態において、特定のオン状態の色を達成するために、可視光スペクトルの1つ又は複数の特定の領域の光を吸収するように封止材の成分（組成物（constituent））を選択する。好ましくは、封止材は、染色組成物（成分）を含む。
本発明のさらに好ましい実施形態において、LEDモジュールは、発光ダイオードのRGBW配列、例えば、赤、緑、青及び白色LEDを所定の順序で有するLEDストリップを備える。LEDモジュールの光エンジン又はLEDドライバは、様々な異なる色のLEDを同じ強度又は異なる強度で駆動することができる。所望の特定の色は、特定の色を有する充填混合物を構成し；異なる色のLEDの適切な強度を決定し；それに応じてそれらを駆動することによって達成することができる。変形的には、LEDが同じ強度で駆動されると仮定すると、特定の波長の光を吸収するように充填混合物を構成することによって、所望の特定の色を達成することができる。
封止剤の半透明組成物（構成要素）は、光に対して透過性であり、満足のいくようにLEDを覆うか又は封止するために使用できる任意の適切な材料を含んでよい。好ましくは、封止材の半透明組成物は、顔料と混合することができる液体形態の透明材料を含む。そのような材料の例は、ポリジメチルシロキサン（PDMS）であり、これは2成分生成物として得ることができる。硬化されると、透明封止剤は可撓性（柔軟性）である。これは、LEDモジュールを硬化後に容器から取り外すべき場合に有利であり得る。例えば、LEDは、電気的接続を組み込んだ可撓性バンド又はストリップなどのキャリアに取り付けることができる。硬化後、LEDは可撓性材料内に封止され、LEDモジュールは本質的に任意の形状に配列することができる。
本発明のLEDモジュールのLEDは、封止材中に金属粒子組成物を含めることによって、オフ状態で効果的に「隠される」。好ましくは、金属粒子組成物は、アルミニウム粒子及び／又は銀粒子を含む金属顔料である。これらの粒子は、好ましくは非常に小さく、50～60μｍの範囲であり、肉眼では知覚できない。封止材中の粒子の効果は、硬化した、すなわち固化した封止材を通過する如何なる光をも散乱させることである。LEDが消灯しているとき、すなわちLEDモジュールがオフ状態にあるとき、封止材層を通過する如何なる周囲光をも金属粒子によって散乱され、LEDの黄色表面を隠すか隠蔽する効果がある。LEDが点灯しているとき、粒子は、光度のわずかな減少を除いて、光出力に有意な有害な影響を与えない。しかしながら、多数のLEDを有するLEDモジュールの場合、金属粒子組成物の別の好ましい効果は、金属粒子組成物の「散乱力」が個々のLEDからの光を効果的に混合し、それによって全体の光出力を均質化するように作用することである。このようにして、封止材中の金属粒子組成物の「散乱力」に依存して、LEDのストリップの「スポッティネス」が好適に減少され或いは除去される。封止材中の金属粒子組成物の「散乱力」は、金属粒子組成物と粒子寸法との相対量によって決定される。このようにして、封止材の各組成物は、非活性であるときのLEDモジュールに所望の色を与え、活性であるときのLEDモジュールにより発せられる光に対して均質な外観を付与する。本発明に従ったLEDモジュールは、例えば自動車照明用途又は改装LEDランプにおいて、オン状態で均質性が要求されるマルチLED光源に特に適している。
本発明のさらに好ましい実施形態では、金属粒子組成物は、二酸化チタン（TiO2）、酸化アルミニウム（Al2 O3）などの1種又は多種の金属酸化物顔料を含む。このような金属粒子組成物を有する封止材は、LEDモジュールのスポッティネスを低減又は除去することによって一様な光源概観を達成する。
好ましくは、各封止材組成物の相対的な割合は、LEDストリップのLEDのピッチを考慮して選択され、その結果、金属粒子の散乱パワーは、活性状態のLEDモジュールに対して所望の光均質性を達成する。
特定の効果を達成するために、金属粒子及び金属酸化物顔料を含むように単一の封止材を調製することができる。次に、この封止材を容器に注ぎ、硬化させてLEDを封止する。変形的には、LEDモジュールは、2段階プロセスで製造することができる。第1の段階では、金属酸化物顔料を含む第1の封止材が調製され、容器内にあるレベルまで注がれ、硬化される。第2の段階では、金属粒子を含む第2の封止材を調製し、容器内の硬化した第1層上に最終レベルまで注ぎ、硬化させる。
好ましくは、金属粒子組成物の重量負荷は、活性時のLEDによって生成される光の所望の均質性に基づいて、及び／又は所望の輝き（sparkling）、シンチレーション若しくはきらめきの効果（coruscating effect）に基づいて、及び／又は非活性時のLEDの所望の隠蔽度に基づいて決定される。例えば、本発明の好ましい実施形態では、金属粒子組成物の重量負荷は、封止材の0.001重量％～0.5重量％の範囲で良い。金属粒子組成物の代表的な重量負荷は、約0.15重量％であってもよい。例えば、「軽い」成分は、シリコーン封止材中に金属フレーク（meal flakes）を0.012重量％まで含むことができる。「重い」成分は、シリコーン封止材中に金属フレークを0.014重量％まで含むことができる。
有利に高い光出力を達成するために、本発明の好ましい実施形態では、容器の包囲壁の内側表面は高度に反射性である。容器の材料は、容器を作った材料に依存して、本質的に反射性であってもよい。変形的には、LEDを設置して容器に封止材を充填する前に、内側表面に適切な材料の層を適用することによって、容器の内側に高反射性コーティングを施すことができる。LEDが取り付けられる容器及び／又はストリップのベースには、反射性コーティングが施されてもよく、或いは反射性材料から作製されてもよい。
本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は説明の目的のためだけにデザインされており、本発明の範囲の定義としてデザインされているわけではないことを理解されたい。
図面において、同様の参照符号は全体を通して同様の部材等を指す。図面内の部材等は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
主要符号の説明
1 LEDモジュール
10 発光ダイオード
10S 均質マルチLED光源
11 封止材
11A,11B 封止材層
110 半透明組成物
110_a,110_b 半透明封止材の成分
111 金属粒子組成物
112 金属酸化物顔料組成物
113 染色組成物
12 容器
120 ベース
121 側壁
122 光出射開口
13 キャリア
2 デバイス
4 混合カップ
5 ドライバ
7 従来技術LEDモジュール
70S 個別的光源
40,41,42,43 方法のステップ
P LEDピッチ
1 LEDモジュール
10 発光ダイオード
10S 均質マルチLED光源
11 封止材
11A,11B 封止材層
110 半透明組成物
110_a,110_b 半透明封止材の成分
111 金属粒子組成物
112 金属酸化物顔料組成物
113 染色組成物
12 容器
120 ベース
121 側壁
122 光出射開口
13 キャリア
2 デバイス
4 混合カップ
5 ドライバ
7 従来技術LEDモジュール
70S 個別的光源
40,41,42,43 方法のステップ
P LEDピッチ
図1は、本発明に従ったLEDモジュール1の第1の実施形態を示す。この図は、製造プロセス中の容器として機能する容器12を示している。この例示的な実施形態では、容器12は、細長い直方体形状を有し、ベース120及び光出口開口122を画成する側壁121を有する。この図では、LED10の列が、バンド13（通常の電気的接続とともに）上に設けられ、容器12のベース120に沿って配置されている。容器12は封止材混合物で充填されており、封止材混合物は、半透明組成物と金属粒子組成物（小さな三角形によって大きく誇張して示されている；粒子寸法はミクロン範囲）とを含む。好適な層の厚さは、6～7mm程度であってよい。封止材混合物は、製造プロセスの最終段階で固化又は硬化され、LED10のための封止材11として働く。
図2は、オフ状態の図1のLEDモジュールを示す。容器12の中を見ると、個々のLED10は、封止材11の金属粒子組成物の散乱作用によって効果的に隠蔽されるか隠される。
図3は、オン状態の図1のLEDモジュールを示す。ここで、封止材11の金属粒子組成物の散乱作用は、多数のLED10から発する光を混合して、これらが単一の光源10Sであるかのように見えるよう作用する。
図4は、本発明に従った方法の各ステップを示すブロック図である。ステップ40において、半透明封止材組成物110の2つの構成要素110_a、110_bは、例えば3000rpmで数分間、製造者の指示に従って完全に混合される。この段階で、染色組成物113を混合物中に溶解しても良い。ステップ41において、金属粒子組成物111が半透明組成物110に加えられ、例えば3000rpmで数分間、完全に混合される。ステップ42において、封止材混合物を容器に注入する。ステップ43において、混合物を例えば60℃で数時間、硬化させる。
図5は、本発明に従った方法における1つの段階を示す。この図は、LEDを載置させたキャリア13を示している。これは、必要な電気的接続を組み込んだ薄い可撓性のバンドであってよく、通常の方法でLEDドライバモジュール5に接続することができる。ここで、LEDモジュールには2層の封止材が設けられる。この目的のために、半透明組成物110及び金属酸化物顔料組成物112を有する第1の封止材層11Aは既に硬化されている。第2層11Bが、混合カップ4から、第1層11A上に注がれている。第2の層11Bは、半透明組成物110及び金属粒子組成物111を含み、後の工程で硬化される。もちろん、封止材11は、任意の数の層を使用して構築することができる。
この図（図5）はまた、LED10のピッチPを示す。封止材が1層、2層又はそれ以上の層を含むか否かにかかわらず、様々な組成物110, 111, 112, 113の相対的量が都合良く選択されて、オフ状態にあるLEDモジュールに所望の色を与え、LED10がオフ状態で隠蔽され、熱に関する問題を回避するのに十分な大きさのピッチPであってもオン状態で単一の均質な光源として見えるような所定の又は所望の散乱効果を与える。
図6は、本発明に従ったLEDモジュール1のさらなる実施形態を示す。ここでは、LEDモジュール1は、自動車の前照灯装置2の一部であり、昼間のランニングライトのためのL字型構成のいくつかのLEDを備える。LEDモジュール1のオン状態の間、光は、単一の光源10Sから生じているように見える。
図7は、同様な自動車の前照灯装置における従来技術のLEDモジュール7を示している。ここで、LEDモジュール7のオン状態の間、個々のLEDからの光は、隣接するLED間のピッチのために、一連の別個の光源70Sとして現れる。
好適な実施形態及びそれらの変形例の形態で本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく多くの追加的修正及び変更を行うことができることは明らかである。
明瞭にするために、本出願を通して不定冠詞「a」又は「an」の使用は複数を排除せず、「含む(comprising)」は他のステップ又は要素を除外しないことを理解されたい。
Claims (14)
- キャリア上に配列された多数の発光ダイオード(LED)と、
前記LEDを覆う封止材と、
を含むLEDモジュールであり、
前記封止材が、半透明組成物及び金属酸化物顔料を有する第１封止材層と、第２封止材層とを含み、
前記第２封止材層が、半透明組成物と金属粒子組成物との混合物を含み、
前記金属粒子組成物が、前記第２封止材層を通過する光を散乱し、非活性時に当該LEDモジュールへ所望の色を与える金属顔料を含み、前記LEDに対して、当該LEDモジュールの非活性状態時に所望の隠蔽度を与え、当該LEDモジュールの活性状態時に所望の均質度を与え、
前記封止材が柔軟性である、
LEDモジュール。 - 請求項１に記載のLEDモジュールであり、
前記金属粒子組成物が、前記金属顔料に加えてさらに金属酸化物顔料を含む、
LEDモジュール。 - 請求項１に記載のLEDモジュールであり、
前記封止材を当該LEDモジュールを組み込み得るデバイスハウジングの色に一致させるように、前記金属粒子組成物が構成されている、LEDモジュール。 - 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
前記封止材の前記半透明組成物が、可視光スペクトラムの１つ以上の特定領域の光を吸収するように選択されている、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
発光構造体のRGBW配列を含む、LEDモジュール。 - 請求項１乃至５のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
前記封止材の半透明組成物がポリジメチルシロキサンを含む、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至６のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
前記第２封止材層がさらに染色組成物を含む、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至７のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
前記金属顔料がアルミニウム粒子及び／又は銀粒子を含む、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至８のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
活性状態時の前記LEDにより生成される光の所望の均質度に基づいて、及び／又は非活性状態時の前記LEDの所望の隠蔽度に基づいて、前記第２封止材層中の前記金属粒子組成物の重量負荷が決定される、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至９のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
前記金属粒子組成物の重量負荷が、前記第２封止材層の0.001 wt% と 0.5 wt%との間の範囲にある、
LEDモジュール。 - 請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載のLEDモジュールであり、
発光ダイオードを配列させたベースと、該ベースに隣接する側壁とにより画成され、光出射開口を形成する容器を含む、LEDモジュール。 - デバイスハウジング及び請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の少なくとも１個のLEDモジュールを含むデバイスであり、
前記LEDモジュールが、前記デバイスハウジングの開口を通して光を出射するように配列され、
前記封止材の各組成物が、前記デバイスハウジングの色に従って選択されている、
デバイス。 - LEDモジュールの製造方法であって、
ベース及び側壁により画成される容器を提供するステップ；
前記容器の前記ベースに沿って多数のLEDを配列するステップ；
半透明組成物及び金属酸化物顔料を有する第１封止材層を前記容器内に注入して前記LEDを覆い、続いて前記第１封止材層を硬化させるステップ；
第２封止材層の半透明組成物と金属粒子組成物との相対的量を決定するステップ；
前記半透明組成物と前記金属粒子組成物とを含む第２封止材層混合物を準備するステップ；
前記第２封止材層混合物を前記容器内に注入し、続いて前記第２封止材層を硬化させるステップ；
を含み、
前記第２封止材層が柔軟性であり、
前記金属粒子組成物が、前記第２封止材層を通過する光を散乱し、非活性時に当該LEDモジュールへ所望の色を与える金属顔料を含み、前記LEDに対して、当該LEDモジュールの非活性状態時に所望の隠蔽度を与え、当該LEDモジュールの活性状態時に所望の均質度を与え、
製造方法。 - 請求項１３に記載の製造方法であり、
所望の光均質度に基づいて、LEDピッチ及び／又は前記半透明組成物、前記金属酸化物顔料及び前記金属粒子組成物
の相対的比率を決定するステップ；
を含む製造方法。
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