(57)【要約】高熱伝導性基板（例えば、メタルクラッドＰＣＢ）と；基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体デバイスと；基板に固定され、ＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む外側ダイクと；複数のＬＥＤデバイス上に配置され、外側ダイクによって制限された実質的に透明なポリマー封入材（例えば、光学用シリコーン）とを備えるＬＥＤ光エンジン。一実施形態では、光エンジンは基板に固定された反射体（例えば、略円錐形の反射体）を含み、外側ダイクを形成する。別の実施形態では、光学部品（例えば、レンズ、フィルタなど）が、ＬＥＤデバイス上に配置されたポリマー封入材に光学的に結合されている。
2007507115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性基板と、
該基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、該複数のＬＥＤデバイスは、第１の端子と第２の端子とを有する回路において電気的に相互接続されており、該第１の端子および該第２の端子が、入力電圧を受容するように構成されている、複数のＬＥＤデバイスと、
該基板に固定され、該ＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む外側ダイクと、
該複数のＬＥＤデバイス上に配置され、該外側ダイクによって制限された実質的に透明なポリマー封入材と
を備える、光エンジン。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤデバイスが電気的に直列に構成されている、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤデバイスが電気的に並列に構成されている、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤデバイスが複数のセットのシリアルＬＥＤデバイスに区分され、該複数のセットは並列に構成される、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項５】
前記高熱伝導性基板がメタルクラッドプリント基板を含む、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項６】
前記封入材が光学用シリコーンを含む、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項７】
前記封入材が前記ダイクの上面に実質的に同一の高さにあり、該ダイクは実質的に透明である、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項８】
前記基板の実質的に中心に配置された内側ダイクをさらに備える、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項９】
前記基板が反射体リングに結合されている、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項１０】
前記反射体リングの一部が前記外側ダイクとしての機能を果たす、請求項９に記載の光エンジン。
【請求項１１】
前記ポリマー封入材上に提供された光学部品をさらに備える、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項１２】
前記光学部品がレンズを含む、請求項１１に記載の光エンジン。
【請求項１３】
前記レンズが、凸レンズと、凹レンズと、平面レンズとからなる群から選択される、請求項１２に記載の光エンジン。
【請求項１４】
前記光学部品がフィルタを含む、請求項１１に記載の光エンジン。
【請求項１５】
前記複数のＬＥＤデバイスが、目標の相関色温度（ＣＣＴ）で実質的に白色の光を達成するために選択された、個々に選択されたＬＥＤの色の割合を含む、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項１６】
前記ＣＣＴが約２０００Ｋ〜１００００Ｋである、請求項１５に記載の光エンジン。
【請求項１７】
前記複数のＬＥＤデバイスが、目標の色を達成するために選択された、個々に選択されたＬＥＤの色の割合を含む、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項１８】
前記反射体リングが、反射性メッキと、光を混ぜるように構成されたテクスチャとを含む、請求項９に記載の光エンジン。
【請求項１９】
メタルクラッドプリント基板を含む基板と、
該基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体デバイスであって、該複数のＬＥＤデバイスは、第１の端子と第２の端子とを有する回路において電気的に相互接続されており、該第１の端子および該第２の端子が、入力電圧を受容するように構成されている、複数のＬＥＤデバイスと、
該基板に固定され、該複数のＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む反射体リングと、
該複数のＬＥＤデバイス上に配置され、該反射体リングによって制限された実質的に透明なポリマー封入材と
を備える、ＬＥＤ光エンジン。
【請求項２０】
前記複数のＬＥＤデバイスが、第１の色を有する第１のＬＥＤと、第２の色を有する第２のＬＥＤとを含み、前記反射体リングは、該第１のＬＥＤと該第２のＬＥＤとによって生成された光を散乱して該第１の色と該第２の色とが提供する光の混合を促進するように、選択された表面テクスチャを有する、請求項１９に記載の光エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、照明製品に関し、より詳しくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を内蔵した光エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年にわたって、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、比較的低エネルギーの表示ランプ、数値呼び出しなどを必要とするアプリケーションにおいて用いられてきた。しかし、近年は、個々のＬＥＤの輝度および出力が相当増大してきて、その結果、１ワットおよび５ワットのデバイスで利用可能になった。
【０００３】
ＬＥＤは、小さいが、従来の照明製品と比べて高効率かつ長寿命を示す。例えば、典型的な白熱電球は、１ワットあたり１０〜１２ルーメンの効率であり、約１０００〜２０００時間持ち、一般的な蛍光灯は、１ワットあたり４０〜８０ルーメンの効率であり、１００００〜２００００時間持ち、典型的なハロゲン電球は、２０ルーメンの効率であり、２０００〜３０００時間持つ。それとは対照的に、赤−オレンジＬＥＤは、約１００，０００時間の寿命で１ワットあたり５５ルーメンの光を放ち得る。
【０００４】
近年、ＬＥＤの効率が進歩し、顕著な省エネルギーの見込みがあるにもかかわらず、既知のシステムは、ＬＥＤの好ましい特徴の十分な利用、ならびに、商用および消費領域において用いられる標準的な照明製品に取って代わり得るシステムの製造ができていない。これは、主に、今日知られている光エンジンに内在する制限が理由である。
【０００５】
例えば、商用の高出力ＬＥＤデバイスは、膨大な量の熱（約５０Ｗ／ｃｍ２のオーダーの熱）を生成する。信頼性および長寿命を達成するためには、ＬＥＤデバイスの温度を適正に低く保つことが重要である。今日知られているシステムは、必要な熱伝達特性を維持しながら複数のＬＥＤをコンパクトな態様でアセンブルできていない。
【０００６】
同様に、特定の形態のコーティングでＬＥＤダイを保護することは望ましいが、標準的な半導体パッシベーションを用いて複数のＬＥＤダイのアレイを確実に保護することは困難である。その理由は、（特に大規模なアセンブリにおいて）熱変動に起因する熱応力が、ワイヤー接合のせん断、ダイ接合の破損、および別の信頼性の問題を引き起こし得るためである。
【０００７】
さらに、複数の色のＬＥＤを内蔵して白色光を生成しようとする努力は望ましくなかった。その理由は、ＬＥＤデバイスを近接してアセンブルした場合（この近接も、熱伝達を考慮すると制限される）でさえ、そのようなシステムによって生成された光は十分に混ざらず、その結果、白色光の均一な投影ではなく個々の色の不均一な斑点が得られるからである。同様に、現在の製品の化合物半導体ＬＥＤの色は、特定の波長（例えば、５７５ｎｍの黄色光）を効率的に生成し得ない。効率的な赤色と緑色のＬＥＤの光を混ぜることは、優れたアプローチである。
【０００８】
従って、従来技術のこれらの制限および別の制限を克服するＬＥＤ光エンジンデバイスが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
概して、本発明は、高熱伝導性基板と；基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体デバイスと；基板に固定され、ＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む外側ダイク（ｄｉｋｅ）と；ＬＥＤデバイス上に配置され、外側ダイクによって制限された実質的に透明なポリマー封入材（例えば、光学用シリコーン（ｏｐｔｉｃａｌ−ｇｒａｄｅ  ｓｉｌｉｃｏｎｅ））とを備える新規なマルチチップオンボード（ＭＣＯＢ）の光エンジンを提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態によると、高熱伝導性基板は、メタルクラッドプリント基板（ＰＣＢ）を含む。
【００１１】
本発明の種々の実施形態によると、ＬＥＤデバイスは、直列、並列、またはそれらの組み合わせで電気的に構成される。
【００１２】
本発明の代替実施形態によると、光エンジンは、外側ダイクを形成するように基板に固定された反射体（例えば、略円錐形の反射体）を含む。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態によると、光学部品（例えば、レンズ、フィルタなど）が、ＬＥＤデバイス上に配置されたポリマー封入材に光学的に結合されている。
【００１４】
このように、本発明は、広範な照明アプリケーションに適した高効率のＬＥＤ光エンジンを提供する。
【００１５】
本発明のより完全な理解は、詳細な説明を図面と併せて考慮して参照することによって、引き出され得る。図中における同等な参照番号は、全図にわたって類似の要素を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（詳細な説明）
以下の記載は、本発明の例示的な実施形態の記載に過ぎず、本発明の範囲、適用性または構成を限定することを意図したものでは決してない。むしろ、以下の記載は、本発明の種々の実施形態をインプリメントするための簡便な説明を提供することを意図したものである。明らかになるように、これらの実施形態において記載した機能および要素の配置において、本発明の範囲を逸脱せずに、種々の改変がなされ得る。
【００１７】
（概要）
概して、本発明によるＬＥＤ光エンジンは、高熱伝導性基板（例えば、メタルクラッドＰＣＢ）と；基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体デバイスと；基板に固定され、ＬＥＤデバイスの少なくとも一部（好適には全部）を囲む外側ダイクと；複数のＬＥＤデバイス上に配置され、外側ダイクによって制限された実質的に透明なポリマー封入材（例えば、光学用シリコーン）とを備える。一実施形態では、光エンジンは基板に固定された反射体（例えば、略円錐形の反射体）を含み、外側ダイクを形成し、光の指向および集光、ならびに／または異なった色を有する二つ以上のＬＥＤデバイスからの光の混合をアシストする。別の実施形態では、以下に議論するように、一つ以上の光学部品（例えば、フィルタ、レンズなど）が封入材コーティングに固定されている。
【００１８】
（ＬＥＤ接続）
本発明に適用可能な例示的な電気トポロジーを示す図１を参照すると、光エンジン１００は、高熱伝導基板（または、単に「基板」）１０２に接続された複数のＬＥＤデバイス１０４（この実施形態では、表面実装のＬＥＤチップ）を含む。この実施形態では、基板１０２は、複数のＬＥＤデバイス１０４が電気的かつ機械的に接続される導電トレースパターン１０６を含む。
【００１９】
トレースパターン１０６は、アプリケーションに依りＡＣ電源またはＤＣ電源とインタフェースをとるように構成されている。例えば、図示した実施形態では、ＤＣのＶ＋端子１０８およびＶ０端子１１０が提供される。本明細書では、一部の場合では、これらの端子をより一般的に「入力部」と呼ぶ。
【００２０】
ＬＥＤデバイス１０４は、任意の適切な態様で電気的に相互接続されている。図１に示すように、例えば、ＬＥＤデバイス１０４は、個々のデバイスのセットが直列に接続されるように回路内で構成され得る。ここで、それらのセットは、入力部に関して並列に接続されている。図示した実施形態では、各々が５つの直列に接続されたＬＥＤデバイスを含む７つの並列な列が、端子１０８および１１０を横断して並列に接続されている。あるいは、図３を一時参照すると、複数のＬＥＤデバイス１０４（この実施形態では、４９個のワイヤー接合されたチップ）が、端子１１０および１０８に関して直列に接続されている。
【００２１】
概して、図示した実施形態を上述したが、本発明は、任意の適切な電気トポロジー（直列、並列、またはそれらの組み合わせ）および任意の適切なジオメトリで構成された任意数のＬＥＤデバイスの使用を包含する。例えば、ＬＥＤデバイスは、直線パターン（例えば、正方形または長方形のアレイ）、円形もしくは曲線パターン、ランダムもしくは確率的パターン、またはそれらの任意の組み合わせで配置され得る。さらに、ＬＥＤデバイスは、複数の領域においてレイアウトされ得る。ここで、この領域の各々は、異なったパターンおよび複数のデバイスを示す。
【００２２】
デバイスに内蔵されるＬＥＤデバイス１０４の数は、複数の設計変数に従って選択され得る。その変数としては、例えば、電源の性質（ＤＣに変換されるＡＣ、利用可能なＤＣ電圧、利用可能な電力など）、ＬＥＤデバイス自身の性質（例えば、順電圧（Ｖｆ）、電力定格など）、所望の色の組み合わせ（後述）、基板１０２の性質（例えば、熱伝導度、ジオメトリなど）、ならびに、アプリケーションの性質および外部熱条件が挙げられる。
【００２３】
一実施形態では、ＬＥＤデバイスの順電圧を全て合わせたものが電気入力に一致するように、ＬＥＤデバイスが直列または並列に接続されている。例えば、米国およびカナダにおける家庭用のアプリケーションでは、ＬＥＤに入力され得る前に、１２０ＶＡＣを１６２ＶＤＣに整流する必要がある。通常は、個々のＬＥＤのＶｆに依って４０〜８０個のＬＥＤデバイスが直列に接続され得、１６２Ｖの整流されたＤＣの入力が得られる。公知のように、典型的な赤色および琥珀色のＬＥＤデバイスは、約１．８〜２．５Ｖの公称Ｖｆを有し、緑色および青色のＬＥＤは、約３．０〜４．５Ｖの公称Ｖｆを有する。低電圧アプリケーション（例えば、１２ＶＤＣまたは２４ＶＤＣ  ＭＲ−１６）に対して、所望の光出力を達成し入力電圧を整合させるためには、ＬＥＤチップを並列および直列に構成する必要があり得る。米国およびカナダ以外の大抵の国は、２２０Ｖまたは２３０Ｖの家庭用電源を有する。従って、整流したＤＣに整合するためには、８０〜１６０個のＬＥＤチップを直列に接続する必要があり得る。
【００２４】
組み合わせた順電圧を入力源の電圧に整合することによって、システムと関連してバルキーかつ複雑な昇圧変圧器もしくは降圧変圧器、またはスイッチング電源を用いる必要はなく、シンプルかつ効率的なＡＣ−ＤＣ整流回路で足りるように、光エンジン用の電源が単純化され得る。これによって、光エンジンをコンパクトなアセンブリ（例えば、標準的な電球ソケットに収まる電球アセンブリ）に組み込むことが可能になる。
【００２５】
（ＬＥＤデバイス）
本発明に関連して任意の適切な部類のＬＥＤデバイス１０４が用いられ得る。そのデバイスとしては、個別のダイ、チップスケールのパッケージ、従来のパッケージ、表面実装デバイス（ＳＭＤ）、現在既知の別のＬＥＤデバイス、または将来開発される別のＬＥＤデバイスが挙げられる。図１に関連して記載した実施形態では、例えば、ＬＥＤデバイス１０４は、電気コンタクトを有する表面実装デバイス（例えば、「フリップチップ」またはハンダで隆起したダイ）を備え、そのデバイスは、トレースパターン１０６の表面に直接載せられている。
【００２６】
あるいは、図２を参照すると、ＬＥＤデバイスは、各々のＰＣＢパッド２０６に（ハンダ接合、エポキシ接合などを介して）接合されたＬＥＤチップ２０４を備え得る。ここで、各ダイ２０４は、ワイヤー接合相互接続２０２を介して電気伝導を提供する２つの接合パッドを有する。オプションとして、個々のダイの間のワイヤー接合を促進するために、中間ＰＣＢパッド２０８が用いられ得る。この実施形態は、直列に接続された７つのダイの並列なセットを７つ示す。しかし、上述したように、本発明は、それに限定されず、直列、並列、またはそれらの組み合わせに接続された任意数のダイを含み得る。
【００２７】
図５は、図２に示されるような単一のＬＥＤデバイスの等角断面図を示す。図のように、基板１０２は、高熱伝導性の電気絶縁材料５０２を上部に有する高熱伝導性基部５０４を備える。個別のＰＣＢトレース２０８および２０６は、層５０２上に配置され、ＬＥＤダイ２０４はＰＣＢトレース２０６に接合されている。（例えば、中間ＰＣＢトレース２０８を用いて）ダイ２０４を隣接したダイと相互接続するために、ワイヤー接合（図示せず）が用いられる。
【００２８】
図４は、本発明のさらに別の実施形態を示す。この設計によると、個々のＬＥＤダイ２０４は、（ハンダ接合または別の導電性の接合を介して）ＰＣＢパッド２０６に接合されている。次いで、個別のワイヤー接合２０２を用いて、ＰＣＢパッド２０６を、隣接したダイ上の接合領域に接続する。換言すれば、各ＬＥＤダイ２０４は単一の接合パッドを含み、そのダイの背面は、第２の電気コンタクトの機能を果たす。
【００２９】
ＬＥＤデバイス１０４は、一つ以上の適切な半導体材料を用いて製造される。その材料としては、例えば、ＧａＡｓＰ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮなどが挙げられる。選択したＬＥＤデバイス１０４のサイズは、種々の設計パラメータを用いて決定され得る。一実施形態では、ＬＥＤデバイス１０４は、厚みが約１００ミクロンの３００×３００平方ミクロンのダイである。当業者には、本発明がそれに限定されないことは理解される。
【００３０】
技術的に知られているように、個別のＬＥＤデバイスは、特定の波長（または周波数）に対応する特定の色を有する。本発明の一局面は、種々の色のＬＥＤを複数用いることによって所望の色の放射光を生成する性能に関する。概して、基板に載せたＬＥＤデバイスのセットは、ｘ個の赤色ＬＥＤと、ｙ個の緑色ＬＥＤと、ｚ個の青色ＬＥＤとを含む。ここで、比ｘ：ｙ：ｚは、特定の相関色温度（ＣＣＴ）の白色光を達成するように選択される。
【００３１】
概して、任意数のＬＥＤ色が任意の所望の比率で用いられ得る。典型的な白熱電球は、２７００ＫのＣＣＴを有する光（温白色光）を生成し、蛍光灯は、約５０００ＫのＣＣＴを有する光を生成する。従って、典型的には、２７００Ｋの光を達成するためには赤色および黄色ＬＥＤをより多く必要とし、その一方で、５０００Ｋの光にはより多くの青色ＬＥＤが必要である。高い演色評価数（ＣＲＩ）を達成するためには、その混合光に、濃赤色、薄赤色、琥珀色、薄緑色、濃緑色、薄青色、および濃青色が必ずあるように、光源が、可視光（３８０ｎｍ〜７７０ｎｍの波長）の全範囲をほとんどカバーするスペクトルを有する白色光を発する必要がある。
【００３２】
本発明は、これらの目的を達成するために、異なった波長を有するＬＥＤデバイスを光エンジンに取り込むことを可能にする。例えば、一実施形態では、Ｒ（６２０ｎｍ）：Ｙ（５９０ｎｍ）：Ｇ（５２５ｎｍ）：Ｂ（４６５ｎｍ）の混合比（ＬＥＤの数に関する比）は、３２００Ｋの光を達成するためには６：２：５：１である。別の実施形態によると、３９００Ｋの光を達成するために７：３：７：２のＲ：Ｙ：Ｇ：Ｂの混合比が用いられる。さらに別の実施形態では、５０００Ｋの光を達成するために１０：３：１０：４の比が用いられる。これらの３つの実施形態の各々に対するスペクトルを図１１に示す。
【００３３】
上記の混合比はチップの輝度およびそれらの波長に依存するということは理解される。従って、本発明は、所望の光出力を築くために用いられ得るＬＥＤのタイプの数に限定されない。
【００３４】
本発明は、白色光に加えて、類似の色混合方法を用いて特定の色の光を生成するために、用いられ得る。換言すると、多くの場合、複数の単一色ＬＥＤを用いて所望の色を生成することは可能であるが、一部の場合では、二つ以上の色のＬＥＤを組み合わせて用いて複合色を形成することも、望ましい。
【００３５】
より詳しくは、ＬＥＤ化合物半導体の材料特性のために、特定の波長の効率は望ましくない。例えば、従来の化合物半導体材料には、５７５ｎｍにおける黄色光を効率的に発し得るものはない。この波長５７５ｎｍは、ＡｌＧａＩｎＰ半導体とＧａＩｎＮ半導体の間の性能の谷に位置する。しかし、それらの両材料から製造されたＬＥＤデバイスを混合することによって、所望の効率の黄色光が生成され得る。
【００３６】
（基板）
基板１０２は、所望の熱特性（すなわちＬＥＤデバイス１０４によって生成された熱の全てまたは一部を分散するのを促進することによる熱特性）を提供しながら、ＬＥＤデバイス１０４の機械的な支持を提供することが可能な任意の構造を含む。この点に関して、基板１０２は、好適には、高熱伝導性基板を含む。
【００３７】
用語「高熱伝導性基板」は、本明細書で用いる場合には、実効熱伝導度が１Ｗ／°Ｋ−ｍ（好適には約３Ｗ／°Ｋ−ｍ）よりも大きい基板を意味する。従って、基板１０２のジオメトリおよび材料は、アプリケーションに依り変わり得る。一実施形態では、基板１０２は、メタルクラッドＰＣＢを含む（例えば、Ｔｈｅｒｍａｇｏｎ  Ｔ−ＬａｍまたはＢｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｌａｄ基板）。これらのメタルクラッドＰＣＢは、従来のＦＲ−４  ＰＣＢプロセスを用いて製造され得る。従って、比較的コスト効率が良い。別の適切な基板としては、種々のハイブリッド型セラミック基板および磁器製エナメル金属基板が挙げられる。さらに、基板に白色マスキングを適用し、回路に銀メッキをすることによって、基板からの光の反射が増強され得る。
【００３８】
（封入材層）
実質的に透明なポリマー封入材は、好適にはＬＥＤデバイスの上に配置され、次いで、保護層を提供するために適切にキュアされる。好適な実施形態では、この封入材は、光学用シリコーンを含む。封入材の性質は、（例えばＬＥＤデバイスによって生成された光をフィルタリングすることによって）別の光学特性を得るために選択され得る。それと同時に、この保護封入材層は、ダイ、ワイヤー接合および別の部品を疲労させずに、アセンブリが受ける熱変動に耐えるのに十分軟らかい。
【００３９】
図６、７Ａおよび７Ｂは、ＬＥＤデバイスをカバーする封入材がダイク構造によって適切に制限される本発明の一実施形態の種々の図を示す。より詳しくは、図６の光エンジン１００は、ＬＥＤダイ２０４の少なくとも一部を囲む外側ダイク６０２を含む。好適な実施形態では、ダイク６０２は、ＬＥＤダイ２０４の全アレイを囲む、略長方形、略正方形、略六角形、略円形、略八角形または略楕円形の構造である。外側ダイク６０２は、接着または別の所望の接合方法を用いて基板１０２に適切に接合されている。光学上の理由から、円形ダイクは好ましい。
【００４０】
図のように、封入材は、外側ダイク６０２によって規定される容積を満たすように、好適には、ＬＥＤダイ２０４一面に堆積される。換言すると、図７Ｂに示す断面（Ａ−Ａ断面）を参照すると、封入材６０６が外側ダイク６０２の上面まで満たされている。さらに、外側ダイク６０２は、好適には、実質的に透明な材料（例えば、透明プラスチック（例えば、ポリカーボネート）材料）から作成される。この透明性が、光エンジンの端部付近における光の放射を可能にする。
【００４１】
代替実施形態では、第２の内側ダイク６０４がＬＥＤダイ２０４の中心付近に配置される。内側ダイク６０４は、封入材を制限する機能を果たし、好ましくは透明材である。内側ダイク６０４の存在が、基板の中央を介した接続を可能にする。
【００４２】
（反射体リング）
代替実施形態では、光エンジンは反射体リングを含み、そのリングは、ＬＥＤデバイスを実質的に囲み、システムによって生成される光の集光および／または配向を促す。
【００４３】
図８を参照すると、例示的な反射体８０２は、ＬＥＤダイ２０４の全てが反射体の基部に位置するように、光エンジンの基板１０２に適切に接合されている。示した実施形態では、反射体８０２は略円錐形の形状である。しかし、反射体８０２が、放物線状であってもよく、角張っていてもよく、任意の別の所望の形状およびサイズを有していてもよいことは、理解される。図のように、反射体８０２は、封入材を制限することによって外側ダイクの機能を果たす。
【００４４】
反射体８０２がＬＥＤダイ２０４によって生成される光を配向および集光するように設計される限り、反射体８０２のテクスチャおよび材料は反射性が高いのが望ましい。この点に関して、反射体８０２は、好適には、概ね滑らかな研磨された鏡のような内面を有する。
【００４５】
実質的に白色の光（または別の特定色）を対象にし、その色を生成するために二つ以上の色のＬＥＤを組み合わせて用いるアプリケーションでは、（光の散乱のために）光エンジンの効率またはフォーカスがわずかに低減され得るとはいえ、反射体８０２の内面が、最適な色混合を提供するようにＬＥＤデバイスによって生成される光を拡散する機能を果たすことは、好ましい。従って、二つ以上のＬＥＤの色を用いるアプリケーションでは、反射体８０２の内面は、好適には、適切なプロセスを介して、適切なスケールでテクスチャ付けされる。例えば、反射体８０２は、所望の拡散を提供するために、ファセット付けされ得るか、サンドブラストされ得るか、化学的に粗面化され得るか、別の方法でテクスチャ付けされ得る。さらに、テクスチャまたはファセットは、ランダムであり得るか、規則的であり得るか、確率的であり得るか、それらの組み合わせであり得る。
【００４６】
（さらなる光学部品）
本発明のさらなる実施形態によると、ＬＥＤデバイスによって放射される光に対して所望の光学効果を提供するために、一つ以上の光学部品が封入材の表面上に提供される。これらの光学部品は、それ自身が硬質ガラスまたはプラスチックであり得る。これらの部品は、封入材層が保護表面として機能するので、ＬＥＤデバイスに危険をもたらさない。適切な光学部品としては、例えば、種々のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、平面レンズ、「バブル」レンズ、フレネルレンズなど）および種々のフィルタ（偏光器、色フィルタなど）が挙げられる。
【００４７】
図１０Ａは、光エンジンが「バブル」レンズを内蔵する本発明による一実施形態による光エンジンの上面図を、図１０Ｂは、その光エンジンの断面図を、図１０Ｃは、その光エンジンの等角図を示す。バブルレンズ１０２が、封入材６０６とインタフェースをとる平坦な面を多く含むほど、バブル面は、多くの凸領域１００４を含む。説明した実施形態では、バブルレンズ１０２は、４×４のグリッドのそのようなバブルを含む。本発明は、任意数のそのようなレンズ特徴および任意のサイズを考慮している。
【００４８】
（結論）
要約すると、本発明は、現在既知の考え得る照明アプリケーションまたは将来開発されるアプリケーションにおける使用が可能であり、新規の高効率なマルチチップオンボードのＬＥＤ光エンジンを提供する。例えば、そのような光エンジンは、標準的な家庭用設備に収まる電球（標準的なねじ込み式の電球、蛍光灯、ハロゲン電球など）を必要とするアプリケーションにおいて、自動車用のアプリケーション（テールライト、ヘッドライト、ウィンカなど）において、携帯可能な照明アプリケーションにおいて、そして、交通制御アプリケーション（交通信号など）において、用いられ得る。さらに、特許請求をする光エンジンは、特定の色または特定の範囲の色を必要とするアプリケーションにおいて用いられ得る。その光としては、所望の色温度の白色光が挙げられる。本出願において、本発明が用いられ得るアプリケーションの範囲を限定することを意図するものはない。
【００４９】
本発明の別の利点および構造の詳細は、添付の図面から明らかであり、それは、当業者にはよく理解される。特定の例示的な実施形態に関して本発明を記載してきた。しかし、例示的な実施形態において、多様な改変、組み合わせ、および修正が、本発明の範囲を逸脱せずになされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、並列および直列に構成された複数の表面実装のＬＥＤチップを有する本発明の一実施形態による光エンジンの等角概略図である。
【図２】図２は、並列および直列に構成されたワイヤー接合された複数のＬＥＤチップであって、各々が２つの接合パッドを有する、ＬＥＤチップを有する本発明の代替実施形態による光エンジンの上面図である。
【図３】図３は、直列に構成されたワイヤー接合された複数のＬＥＤを有する本発明の代替実施形態による光エンジンの上面図である。
【図４】図４は、並列および直列に構成されたワイヤー接合された複数のＬＥＤチップであって、各々が単一の接合パッドを有する、ＬＥＤチップを有する本発明の代替実施形態による光エンジンの上面図である。
【図５】図５は、メタルクラッドの高熱伝導性のＰＣＢ基板に載せたＬＥＤダイを備える例示的な光エンジンの等角断面図である。
【図６】図６は、内側ダイクと外側ダイクとを含む光エンジンの等角概略図である。
【図７】図７Ａは、封入材で満たされた内側ダイクと外側ダイクとを含む光エンジンの上面図を示し、図７Ｂはその光エンジンの側面図を示す。
【図８】図８は、反射体と内側ダイクとを含む光エンジンの等角概略図である。
【図９】図９Ａは、図８に示す光エンジンの上面図であり、図９Ｂは、その光エンジンの側面図である。
【図１０】図１０Ａは、例示的なレンズを内蔵する光エンジンの上面図であり、図１０Ｂは、その光エンジンの側面図である。
【図１１】図１１は、白色光の種々の温度のスペクトルを示すグラフである。
【図１】
2007507115.tif 000003
【図２】
2007507115.tif 000004
【図３】
2007507115.tif 000005
【図４】
2007507115.tif 000006
【図５】
2007507115.tif 000007
【図６】
2007507115.tif 000008
【図７】
2007507115.tif 000009
【図８】
2007507115.tif 000010
【図９】
2007507115.tif 000011
【図１０】
2007507115.tif 000012
【図１１】
2007507115.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月24日(2006.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性基板と、
該基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、該複数のＬＥＤデバイスは、第１の端子と第２の端子とを有する回路において電気的に相互接続されており、該第１の端子および該第２の端子が、入力電圧を受容するように構成されている、複数のＬＥＤデバイスと、
該基板に固定され、該ＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む外側ダイクと、
該複数のＬＥＤデバイス上に配置され、該外側ダイクによって制限された実質的に透明なポリマー封入材と
を備える、光エンジン。
【請求項２】
前記高熱伝導性基板がメタルクラッドプリント基板を含む、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項３】
前記基板が反射体リングに結合されている、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項４】
前記ポリマー封入材上に提供された光学部品をさらに備える、請求項１に記載の光エンジン。
【請求項５】
メタルクラッドプリント基板を含む基板と、
該基板に機械的に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体デバイスであって、該複数のＬＥＤデバイスは、第１の端子と第２の端子とを有する回路において電気的に相互接続されており、該第１の端子および該第２の端子が、入力電圧を受容するように構成されている、複数のＬＥＤデバイスと、
該基板に固定され、該複数のＬＥＤデバイスの少なくとも一部を囲む反射体リングと、
該複数のＬＥＤデバイス上に配置され、該反射体リングによって制限された実質的に透明なポリマー封入材と
を備える、ＬＥＤ光エンジン。
【請求項６】
前記複数のＬＥＤデバイスが、第１の色を有する第１のＬＥＤと、第２の色を有する第２のＬＥＤとを含み、前記反射体リングは、該第１のＬＥＤと該第２のＬＥＤとによって生成された光を散乱して該第１の色と該第２の色とが提供する光の混合を促進するように、選択された表面テクスチャを有する、請求項５に記載の光エンジン。
【国際調査報告】
2007507115.tif 000014
2007507115.tif 000015