JP2017524262A - 柔軟な熱的インターフェイスを有するｌｅｄデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、キャリア（３）上に取り付けられた１個又は数個のＬＥＤ（２）を備えたＬＥＤモジュール（１）、ヒートシンク（５）又はヒートスプレッダー、及びキャリア（３）とヒートシンク（５）との間にある熱的インターフェイス（４）を少なくとも含むＬＥＤデバイスに関する。キャリア（３）が熱的インターフェイス（４）を介してヒートシンク（５）に熱的に接続されている。、熱的インターフェイス（４）は、熱伝導性材料の部材（８−１０）で形成されており、熱伝導性材料は、少なくとも当該ＬＥＤデバイスの組立中に延伸性であり、ヒートシンク（５）がキャリア（３）から実質的に独立して方向及び位置の調整が可能である。本提案のＬＥＤデバイスは、例えば自動車ライティングにおける応用のために、全体設計と同様に熱的部品の柔軟な設計ソリューションを可能にする。

Description

本発明は、ＬＥＤモジュールを含むＬＥＤデバイスに関するものであり、該ＬＥＤモジュールは、キャリア上に取り付けられた１個又は数個の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、ヒートシンク及びキャリアとヒートシンクとの間の熱的インターフェイス（a thermal interface）を有する。キャリアは、熱的インターフェイスを介してヒートシンクに熱的に接続されている。

発光ダイオードは、現在、自動車用ライティングにおいて広範に用いられている。
自動車ランプにおけるＬＥＤ光源の応用には、ロービーム及びハイビーム機能、日昼走行ライト、方向指示器及びリヤコンビネーションライトが含まれる。スタイリング柔軟性（styling flexibility）を最大に利用するために、自動車用ＬＥＤソルーションがしばしば、各プラットフォームで個々に開発されており、製品を照明器具に複雑に一体化することを導いている。ＬＥＤモジュールを使用することによって、ＬＥＤ光源の単純でコスト効率的な一体化が可能になる。ＬＥＤ機能に加えて、これらのモジュールは、ＬＥＤが取り付けられる、例えば照明器具等のデバイスの熱的及び光学的部品が整合すべき基準点及びインターフェイスをもたらす。

米国特許公開2010/0302777 A1号公報

ヒートスプレッダー（a heat spreader）又はヒートシンク上のＬＥＤモジュールは、比較的に大きく硬いデバイスを呈し、しかも照明器具内の光学部品に整合されなければならない。ＬＥＤモジュールに対するヒートシンク又はヒートスプレッダーの位置は、モジュールの熱的インターフェイスによって決められてしまう。このことは設計柔軟性を制限し、したがって、照明器具の外見に影響を与える。この欠点は、熱的インターフェイスを介してヒートシンクに熱的に接続されているキャリアの上に取り付けられた１個又は数個のＬＥＤを有する代表的なＬＥＤモジュールを開示する米国特許公開2010/0302777 A1号公報にも当てはまる。熱的インターフェイスは、キャリアとヒートシンクとの間に画成された小距離を維持するためにガラス小球を含有する熱伝導性接着剤により形成される。

本発明の一目的は、少なくともＬＥＤモジュール及びヒートシンク又はヒートスプレッダーを含むＬＥＤデバイスを提供することである。当該ＬＥＤデバイスは、より柔軟な設計を可能とする。

本発明の目的は、請求項１に従って提供されるＬＥＤデバイスにより達成される。ＬＥＤデバイスを提供する方法の有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、以下の説明及び好適実施形態についての引き続く箇所に記述される。

本提案に係るＬＥＤデバイスは、キャリア上に取り付けられた１個又は数個のＬＥＤを備えたＬＥＤモジュール、ヒートシンク又はヒートスプレッダー、及びキャリアとヒートシンクとの間にある熱的インターフェイスを少なくとも含む。キャリアが熱的インターフェイスを介してヒートシンクに熱的に接続されている。本提案のＬＥＤデバイスにおいて、熱的インターフェイスは、熱伝導性材料の部材で形成されており、熱伝導性材料は、少なくとも当該ＬＥＤデバイスの組立中に延伸性であり、ヒートシンク又はヒートスプレッダーがキャリアから実質的に独立して方向及び位置の調整が可能である。この目的のために、部材は、当該ＬＥＤデバイスの組立時に延伸性であるだけではなく、キャリアとの（すなわち、キャリアの表面とヒートシンク又はヒートスプレッダーの対応する表面との間の）不規則な間隔又は傾斜をもってヒートシンク又はヒートスプレッダーを位置づけることを可能にする。対応して、従来の接着剤で可能であったよりもキャリアからの大きな距離が可能になる。

そのようなＬＥＤデバイスによって、ヒートシンク又はヒートスプレッダーは、モジュールの位置及び方向から殆ど独立して位置づけられ方向付けられることが可能となり、個々の応用及びその空間的条件のみに依存する。ＬＥＤモジュールのキャリアに対するヒートシンク又はヒートスプレッダーの位置は、モジュールにより決められるのではなく、個々に調整可能である。このことにより、全体的設計と同様に熱的部品の柔軟な設計ソリューションが可能となる。ヒートシンク又はヒートスプレッダー整合が、ＬＥＤモジュールへの応用である光学システムの機械的参照（基準）から分離され、光学システムの制度に影響せずにより精巧なヒートシンク又はヒートスプレッダー設計を可能とする。ＬＥＤモジュールのキャリアに対してヒートシンク又はヒートスプレッダーがシフトされた場合においても、良好な熱的インターフェイスがもたらされる。有利な実施形態において、熱的インターフェイスを形成する部材は、当該部材がヒートシンク又はヒートスプレッダーの表面荒さに適応するように選択される。

好適実施形態において、熱的インターフェイスを形成する部材は、組立中に延伸性であり、組立後に例えばキュアリング（curing）により硬くなり或いは硬くされる材料で作られる。この目的のために、当該部材は、フォーミング後に形状を維持するワンタイムフォーム可能な材料（a one-time formable material）で好適に作られる。

本提案のＬＥＤデバイスの熱的インターフェイスのために用いることができる部材又は材料の例としては、例えば金属メッシュ、特に銅メッシュなどの柔軟な金属材料、例えば熱伝導性ポッティング化合物（thermally conductive potting compounds）などの組立後にキュアリング（curing）される固体フォーム若しくはバルク材料、又はスプリング状成分を用いた構造物を挙げることができる。そのようなヒートシンク又はヒートスプレッダーを用いることにより、１個又は数個のＬＥＤを有するモジュール又はキャリアが全体システム組立時に整合可能であり、ＬＥＤデバイスは、それが取り付けられる施設に適合されることができる。ＬＥＤを有するキャリアに対するヒートシンクの位置づけは、ＬＥＤモジュールにより決定されるのではなく、この時に個々的に調整することができる。

ヒートシンク又はヒートスプレッダー自身は、例えば金属材料の固まりからのコンパクト材料で好適に形成される。

ＬＥＤモジュールを有するそのようなＬＥＤデバイスの応用は、自動車ランプのためのライティング及びシグナリングであり、例えばハイビーム、ロービーム、昼間走行ライト、フロント方向指示器、フロント及びリアフォグ若しくはリアコンビネーションランプである。それらに限られず、デバイスの柔軟全体設計を要求する他の応用にＬＥＤデバイスを用いることもできる。

添付図面に関連した例示的な方法で、本提案のＬＥＤデバイスを以下に説明する。
本発明に従ったヒートシンク上のＬＥＤモジュールの第１の例である。 本発明に従ったヒートシンク上のＬＥＤモジュールの第２の例である。 本発明に従ったヒートシンク上のＬＥＤモジュールの第３の例である。 本発明に従ったヒートシンク上のＬＥＤモジュールの第４の例である。 自動車ランプａ）〜ｄ）における、本発明に従ったＬＥＤデバイスの組み立ての例示である。

図１は、本提案ＬＥＤデバイスの第１の実施形態の断面概略図を示す。当該ＬＥＤデバイス内には、ＬＥＤモジュール１が熱的インターフェイス４を介してヒートシンク５に熱的に接続している。図示はしていないが、ＬＥＤモジュール１は、ＬＥＤに電気的に接続する１個又は数個の電気的接続パッドを含む。本実施形態において、熱的インターフェイス４は、モジュール１のキャリア３とヒートシンク５との間にあるスプリング状金属部材８で形成されている。モジュール１の上にはＬＥＤ２が取り付けられている。熱的インターフェイス４のためにそのようなスプリング状部材８を使用すると、当該部材を適切に曲げることが可能となり、それによりキャリア３及びヒートシンク５は互いに柔軟な位置、方向にすることができ、互いの間の良好な熱接続を維持する。

図２の例は、第２実施形態の断面概略図を示す。第２実施形態において、熱伝導性金属メッシュ９が、キャリア３とヒートシンク５との間に位置づけられている。この柔軟なメッシュ９によって、モジュール１又はキャリア３及びヒートシンク５を互いから独立して（依存せずに）位置づけ及び方向づけることが可能となる。メッシュ９は、両部材（キャリア３及びヒートシンク５）の間の容積を充填して、適切な熱接続を達成する。

図３及び図４は、さらなる実施形態を示す。これらの実施形態において、熱的インターフェイス４は体積の大きい材料、特に固体熱伝導性フォーム１０で形成される。固体熱伝導性フォーム１０は、デバイス組立の間に引き延ばせる。熱伝導性延伸性フォームは、組立時に、キャリア３とヒートシンク５との間に位置づけられている。このことにより、モジュール１又はキャリア３及びヒートシンク５を互いから独立して（依存せずに）位置づけ及び方向づけることが可能となる。フォームは、両部材（キャリア３及びヒートシンク５）の間の容積を充填して、適切な熱接続を達成する。フォームを適用し、両部材を適切に調節した後、組立後に例えばＵＶキュアリング（UV curing）によって、フォームが自動的に硬くなる、又は硬化する。図３及び図４に示すように、そのようなフォーム１０は、適用時における延伸性のためにヒートシンク５の粗い表面に適応する。

図５は、自動車ランプの反射器６内に４個のＬＥＤモジュールを組み立てた実施形態を示している。この実施形態において、図５に示すように、キャリア３とＬＥＤ２から形成された４個のモジュール１が、対応する４個の反射器部品に取り付けられなければならない。共通のヒートシンク５が、４個のＬＥＤモジュール１に熱的に接続されなければならない。ヒートシンク５は、それ自身の機械的固定を有しており、反射器部品６内のＬＥＤモジュール１の機械的固定及び基準から独立して取り付けることができる。図５ｂにおいて、反射器部品６へのＬＥＤモジュール１の取付は、良好な光学的基準を以て行われる。この取付の後に、ヒートシンク５がＬＥＤモジュール１に接続されなければならない。
図５ｃは、ＬＥＤモジュール１の近くにヒートシンク５を位置づけることを示している。如何なる追加的な熱的インターフェイスもなしに、図５ｃに示すように、モジュール１の１つとヒートシンク５との間に空気ギャップ７が生じる。本発明に従ったこの柔軟な熱的インターフェイス４を用いると、ヒートシンク５は、図５ｄに示すように、モジュール１に対するヒートシンク５の実際の位置及び方向に独立して全モジュール１への良好な熱接続へと接続されることができる。熱的インターフェイス４は、１個だけで形成され、硬くなり、熱的接触を提供するため、自動車ランプの組立後に、その位置及び形状を維持する。ヒートシンク整合は、光学的システムのＬＥＤモジュール１への機械的参照から分離される。スタイリング自由性と、熱的性能との間の妥協は一切ない。

図面及び上記記述において詳細に本発明を図示、説明してきたけれども、そのような図示及び説明は例示的なものであり、制限的なものではないと解釈されるべきである。本発明は開示した実施形態に限定されない。開示した実施形態に対する他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”及び“含む”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。複数の特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、請求項の範囲を限定するものとして解されるべきではない。

Claims (13)

1. キャリア上に取り付けられた１個又は数個の発光ダイオードを備えたＬＥＤモジュール、ヒートシンク又はヒートスプレッダー、及び前記キャリアと前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーとの間にある熱的インターフェイスを少なくとも含むＬＥＤデバイスであって、
   前記キャリアが前記熱的インターフェイスを介して前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーに熱的に接続され、前記熱的インターフェイスは熱伝導性材料の部材で形成されており、
   前記熱的インターフェイスの前記熱伝導性材料は、
   少なくとも当該ＬＥＤデバイスの組立中に延伸性であり、前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーが前記キャリアから実質的に独立して方向及び位置の調整が可能であり、且つ
   組立後は位置及び方向を維持する、
   ＬＥＤデバイス。
2. 請求項１に記載のＬＥＤデバイスであり、前記部材が、当該ＬＥＤデバイスの組立後に硬くなり或いは硬くされる材料で形成されている、ＬＥＤデバイス。
3. 請求項２に記載のＬＥＤデバイスであり、前記部材が、固体フォーム又は固体バルク材料で形成されている、ＬＥＤデバイス。
4. 請求項１に記載のＬＥＤデバイスであり、前記部材が、柔軟性金属で形成されている、ＬＥＤデバイス。
5. 請求項４に記載のＬＥＤデバイスであり、前記部材が、スプリング状形状を有する、ＬＥＤデバイス。
6. 請求項１に記載のＬＥＤデバイスであり、前記部材が、金属メッシュで形成されている、ＬＥＤデバイス。
7. 請求項１に記載のＬＥＤデバイスであり、前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーが、コンパクト固体材料で形成されている、ＬＥＤデバイス。
8. 請求項１に記載のＬＥＤデバイスであり、前記１個又は数個の発光ダイオードが光学システムに一体化されている、ＬＥＤデバイス。
9. 請求項８に記載のＬＥＤデバイスであり、前記発光ダイオードが前記光学システムに対して整合している、ＬＥＤデバイス。
10. 請求項８に記載のＬＥＤデバイスであり、前記光学システムが１個又は数個の反射器を含む、ＬＥＤデバイス。
11. 請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載のＬＥＤデバイスを含む自動車ランプ。
12. 請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載のＬＥＤデバイスを提供する方法であって、
    前記１個又は数個の発光ダイオード及び前記キャリアを提供するステップと；
    前記キャリア及び前記１個又は数個の発光ダイオードを整合させるステップと；
    前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーを提供するステップと；
    少なくとも組立中に延伸性である、熱伝導性の前記熱的インターフェイスを提供するステップと；
    前記熱的インターフェイスの手段によって、前記キャリアと前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーとを整合させて組み立てるステップであり、前記ヒートシンク又はヒートスプレッダーの位置が前記キャリアの位置から実質的に独立している、
    方法。
13. 請求項１２に記載の方法であり、さらに、
    光学システムを提供するステップと；
    前記光学システムを、前記１個又は数個の発光ダイオード及び／又は前記キャリアと整合して一体化するステップと；
    を含む方法。
    

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