JP2012243766A - 照明モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ベースとカバーとを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールを提供する。
【解決手段】ベース３４０上に回路が提供される。ＬＥＤアレイがベース３４０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結合される。ＬＥＤモジュール３１０は、望ましい光出力を提供しながら最小限のスペースを占めるように構成する。
【選択図】図１６

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 (14)

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. 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、
   ＡＣライン電圧を受け入れ、且つ前記ＬＥＤアレイに電力を与えるように構成された前記ベース上に配置される回路と、
   を備え、４０，０００ｍｍ³ 以下の体積を有する、照明モジュール。
6. 前記回路が、前記照明がユーザが知覚できるちらつきのないものであるように、前記光ブロックの中に提供された異なる一連のＬＥＤに選択的に電力を与えるように構成される、請求項５に記載の照明モジュール。
7. 前記体積が３５，０００ｍ³ 以下である、請求項６に記載の照明モジュール。
8. 前記体積が３０，０００ｍ³ 以下である、請求項７に記載の照明モジュール。
9. 前記カバーが、ＬＥＤアレイから放出される光の整形を実質的に回避するように構成される、請求項８に記載の照明モジュール。
10. 前記回路が、前記ベースによって支持されるコンデンサを含み、該コンデンサの一部が前記ベースの両方の側部上に延びるように前記コンデンサが開口の中に配置される、請求項５に記載の照明モジュール。
11. 前記コンデンサが第１の底面及び前記基板の第２の底面を有し、前記第１の底面と第２の底面が実質的に平面である、請求項１０に記載の照明モジュール。
12. 前記ベースが、第３の底面を備えるヒートパックをさらに支持し、前記第３の底面が第２の底面と実質的に平面である、請求項１１に記載の照明モジュール。
13. 前記ベースが、前記回路から前記ヒートパックに熱を誘導するように構成された複数の熱バイアを含む、請求項１２に記載の照明モジュール。
14. 前記照明モジュールが、５００ルーメンよりも大きく放出するように構成される、請求項５に記載の照明モジュール。