(57)【要約】  照明組立品には、間隔のある関係で上に配置された複数の回路付きストリップ（２２）を有する、放熱部材（３０）が含まれる。各回路付きストリップには、電気絶縁性の基材（３２）が含まれ、また、基材（３２）は、基材の第一の側（３５）上に少なくとも１つの回路配線（３４）を、基材の第二の側（４０）上に導電性及び熱伝導性の層（３８）を有しており、少なくとも１つの回路配線が、基材の第二の側から電気的に絶縁されている。回路付きストリップは、基材の第一の側から第二の側まで延びる複数のビアを有する。複数のＬＥＤ（２４）が、複数のビアの中に配置され、各ＬＥＤは、基材の第二の側上の導電性及び熱伝導性の層の上に配置され、基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線に電気接続される。
2008519419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部材と、
前記放熱部材上に間隔のある関係で配置された複数の回路付きストリップであって、そのようなストリップのそれぞれが、電気絶縁性の基材と、その基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線及びその基材の第二の側上の導電性及び熱伝導性の層とを有しており、前記回路配線の少なくとも１つは前記基材の第二の側から電気的に絶縁されており、また、前記回路付きストリップは、前記基材の第一の側から第二の側まで延びる複数のビアを有している回路付きストリップと、
前記複数のビア内に配置された複数のＬＥＤであって、前記ＬＥＤのそれぞれは、前記基材の第二の側上の導電性及び熱伝導性の層の上に配置され、かつ前記基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線に電気的に接続されているＬＥＤと
を含んでなる照明組立品。
【請求項２】
前記ＬＥＤが、前記基材の第二の側上の前記導電性及び熱伝導性の層に電気的に接続されている、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項３】
前記放熱部材が導電性であり、かつ前記基材の第二の側上の前記導電性及び熱伝導性の層が前記放熱部材に電気的に接続されている、請求項２に記載の照明組立品。
【請求項４】
それぞれの基材ストリップの前記複数のビアが一列に配置されている、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項５】
少なくとも２つの隣接した回路付きストリップの間に配置された光学フィルムをさらに有する、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項６】
前記回路付きストリップが可撓性である、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項７】
前記電気絶縁性の基材が、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、光学反射性絶縁性ポリマー、多層光学フィルム（ＭОＦ）、ポリカーボネート、ポリスルホン、ＦＲ４エポキシ複合材、そしてそれらの組み合わせからなる群から選ばれた材料を含む、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項８】
前記電気絶縁性の基材が、多層光学フィルム（ＭОＦ）から実質的に構成されている、請求項７に記載の照明組立品。
【請求項９】
前記基材の第二の側上の前記導電性及び熱伝導性の層が、銅、ニッケル、金、アルミニウム、錫、鉛、そしてそれらの組み合わせからなる群から選ばれた材料を含む、請求項６に記載の照明組立品。
【請求項１０】
前記複数のビアのそれぞれに単一のＬＥＤが配置されている、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項１１】
前記複数のビアの少なくとも１つは、その内部に配置された任意のＬＥＤを有していない、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項１２】
それぞれのＬＥＤが、少なくとも１個の回路配線にワイヤボンドによって電気的に接続されている、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項１３】
それぞれのＬＥＤが、前記基材の第二の側上の前記導電性及び熱伝導性の層と電気的に接触して、それぞれのビアの内部に配置されている、請求項１に記載の照明組立品。
【請求項１４】
電気絶縁性の基材と、その基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線及びその基材の第一の側から第二の側まで前記基材を貫通して延びる複数のビアとを含む可撓性の回路と、
前記複数のビアの少なくとも１つに配置されたＬＥＤと、
前記可撓性の回路の第二の側に近接して配置された導電性の放熱部材と
を含み、かつ、その際、
前記ＬＥＤは、前記放熱部材及び前記少なくとも１つの回路配線の両方に電気的に接続されている、照明組立品。
【請求項１５】
前記ＬＥＤは、前記ビアに配置された複数のＬＥＤの１つであり、かつ前記複数のＬＥＤのそれぞれは、前記放熱部材及び前記少なくとも１つの回路配線の両方に電気的に接続されている、請求項１４に記載の照明組立品。
【請求項１６】
前記可撓性の回路は、前記放熱部材上に間隔のある関係で配置された複数の可撓性の回路の１つであり、それぞれの可撓性の回路は、電気絶縁性の基材と、その基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線及びその基材の第一の側から第二の側まで前記基材を貫通して延びる複数のビアとを含み、それぞれの可撓性の回路は、前記ビアの少なくとも１つにＬＥＤを含み、かつ前記ＬＥＤは、前記放熱部材に電気的に接続されている、請求項１４に記載の照明組立品。
【請求項１７】
照明組立品を製造する方法であって、
電気絶縁性の基材を提供することと、
前記電気絶縁性の基材の上に複数の回路配線を提供することと、
前記電気絶縁性の基材に複数列のビアを設けるとともに、それらのビアの各列には少なくとも１つの関連付けられた回路配線を備えることと、
前記基材を複数のストリップに分離するとともに、各ストリップに前記複数列のビアの１つと、関連付けられた回路配線とを含ませることと、
各ストリップの少なくとも１つのビアにＬＥＤを装着して、そのＬＥＤを前記関連付けられた回路配線に電気的に接続することと、
前記複数のストリップの少なくとも２つをヒートシンク上に配置してＬＥＤのアレイを形成し、各ストリップのＬＥＤを前記ヒートシンクに電気的に接続することと
を含んでなる照明組立品の製造方法。
【請求項１８】
前記ビアの複数列は、前記基材を複数のストリップに分離する前、第１の間隔で互いに離間しており、かつプリント基板上に実装した後、第２の間隔で互いに離間している、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の間隔が前記第２の間隔よりも小さい、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記電気絶縁性の基材が、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、光学反射性絶縁性ポリマー、多層光学フィルム（ＭОＦ）、ポリカーボネート、ポリスルホン、ＦＲ４エポキシ複合材、そしてそれらの組み合わせからなる群から選ばれた材料を含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記電気絶縁性の基材が、多層光学フィルム（ＭОＦ）から実質的に構成されている、請求項２０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ライティング又は照明の組立品に関する。とりわけ、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列を使用する、ライティング又は照明の組立品に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムは、種々多様な用途に使用される。従来の照明システムは、例えば白熱灯又は蛍光灯などの光源を使用してきた。より最近では、他のタイプの発光素子、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）が、照明システムで使用されてきている。ＬＥＤは、サイズが小さい、寿命が長い、消費電力が少ないという利点を有する。ＬＥＤは、これらの利点により、数多くの多様な用途において有用になっており、しばしば他の光源に取って代わっている。
【０００３】
多くのライティング用途では、複数のＬＥＤで、必要とされる光の強度及び／もしくは光の分布を供給することが必要であるかもしくは望ましい。例えば、複数のＬＥＤが、小さな寸法を有する配列（アレイ）に組み立てられて、小さな面積で高い照度を提供すること、又はより広い面積にわたり分布されて、より広い及びより均一な照度を提供することが可能である。
【０００４】
アレイ状のＬＥＤは、一般に、プリント基板上への実装により、相互に及び他の電気システムに接続される。しかしながら、ＬＥＤが（例えば、大きな高性能ディスプレイデバイスを背面照射するときのように）広い面積にわたる分布を必要とされるとき、プリント基板の使用は、幾つかの理由で問題となる。例えば、プリント基板は、幾つかのディスプレイデバイスに必要とされるサイズ及び形状（例えば、非常に長くて細いストリップ）では、生産及び／又は取扱いが困難なことがある。特に、プリント基板が非平面形状に適応しなければならない場合、プリント基板の材料の剛性により、製造又は組立が困難になることがある。加えて、ＬＥＤの放熱条件が、従来のプリント基板の構成によって満たされないことがある。したがって、これらの問題に対処する照明組立品が必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願は、ＬＥＤの配列（アレイ）を使用する照明組立品を開示する。幾つかの実施形態では、本組立品は、間隔のある関係で上に配置された複数の回路付きストリップを有する、放熱部材を含む。各回路付きストリップには、電気絶縁性の基材が含まれ、基材の第一の側上に少なくとも１つの回路配線を有し、その基材の第二の側上に導電性及び熱伝導性の層を有しており、少なくとも１つの回路配線が、基材の第二の側から電気的に絶縁されている。回路付きストリップはまた、基材の第一の側から第二の側まで延びる複数のビアを有する。複数のＬＥＤが、複数のビアの中に配置される。ＬＥＤのそれぞれは、基材の第二の側上の導電性及び熱伝導性の層の上に配置され、基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線に電気接続される。
【０００６】
幾つかの実施形態では、本組立品は、基材の第一の側上の少なくとも１つの回路配線と基材の第一の側から第二の側まで延びる複数のビアとを有する電気絶縁性基材を有する、可撓性の回路を含む。ＬＥＤが、少なくとも１つのビアの中に配置され、導電性の放熱部材が、可撓性回路の第二の側に近接して配置される。ＬＥＤは、放熱部材と少なくとも１つの回路配線との両方に電気接続される。
【０００７】
照明組立品を製造する方法も開示される。幾つかの実施形態では、本方法は、絶縁性基材を提供することと、絶縁性基材の上に複数の回路配線を提供することと、絶縁性基材に複数列のビアを設けること（ビアの各列は少なくとも１つの関連付けられた回路配線を有する）と、基材を複数のストリップに分離すること（各ストリップにビアの複数列の１つと、関連付けられた回路配線とが含まれる）と、各ストリップの少なくとも１つのビアにＬＥＤを装着して、そのＬＥＤを関連付けられた回路配線に電気接続することと、複数のストリップの少なくとも２つをヒートシンク上に配置してＬＥＤの配列を形成し、各ストリップのＬＥＤをヒートシンクに電気接続することとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明では、添付の図面を参照する。他の実施形態も使用可能であること、及び構造的又は論理的な変更がなされてもよいことを、読者は理解するであろう。したがって、以下の詳細説明は、制限する意味で理解されるべきではなく、本発明の範囲は、付随する請求項によって定義される。
【０００９】
本明細書で使用するとき、用語「ＬＥＤ」及び「発光ダイオード」は一般に、ダイオードに電力を供給するための接触（コンタクト）域が付いた発光半導体素子を指すために使用されている。種々の形態の無機半導体発光ダイオードは、例えば１つ以上の第III族元素と１つ以上の第V族元素との組み合わせ（III−V族半導体）から形成されてもよい。ＬＥＤに使用可能なIII−V族半導体材料の例として、ガリウムナイトライド又はインジウムガリウムナイトライドなどの窒化物、及びインジウムガリウムホスファイドなどのリン化物が挙げられる。他のタイプのIII−V族材料も使用可能であり、また同様に、周期表の他の族の無機物質も使用可能である。
【００１０】
ＬＥＤは、パッケージ化された形態であっても、又はパッケージ化されていない形態であってもよく、例えばＬＥＤダイ、表面実装型ＬＥＤ、チップオンボード型ＬＥＤ、及び他の構成のＬＥＤが含まれる。チップオンボード（ＣＯＢ）とは、例えばワイヤボンディングを使用して従来法で基板に相互連結される、面を上にして固着されるチップデバイスを用いる、ハイブリッド技術を指す。用語ＬＥＤは、蛍光体と共にパッケージ化された又はこれに関連付けられたＬＥＤをも含み、蛍光体が、ＬＥＤから放たれる光を異なる波長の光に変換する。ＬＥＤへの電気接続は、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングにより行うことができる。ＬＥＤは、図面において概略的に示されており、本明細書で説明するように、非パッケージ化ＬＥＤダイでも、又はパッケージ化されたＬＥＤでもあることができる。
【００１１】
ＬＥＤは、赤、緑、青、紫外線、又は赤外線スペクトル領域など、いかなる所望の波長にても発光するように選定することができる。ＬＥＤの配列において、ＬＥＤのそれぞれは、同一スペクトル領域で発光すること、又は異なるスペクトル領域で発光することができる。異なるＬＥＤは、発光素子からの発光色が選定可能である場合に、異なる色を作り出すように使用されてもよい。
【００１２】
図１は、照明組立品２０の一部分の斜視図を示す。照明組立品２０には、１つ以上の長手の回路付きストリップ２２が含まれる。各回路付きストリップ２２は、複数のＬＥＤ２４を担持し、また放熱装置３０に取り付けられている。本明細書で使用するとき、用語「放熱装置」は、一般に、発熱するＬＥＤの表面などの熱い場所から離れてより冷たい熱質量部への熱の伝達を強化する、任意の装置又は素子を指すために使用されている。より冷たい熱質量部は、（周囲空気又は液体冷却材などの）流体又は（大きな金属ブロックなどの）固体とすることができる。放熱装置は、受動的にも能動的にもすることができ、固体もしくは流体の熱質量部だけを使用することも、又は相互に組み合わせて使用することもできる。放熱装置として、例えば、ヒートシンク、ヒートスプレッダー、ヒートパイプ、及び熱交換器が挙げられる。放熱装置は、熱伝達を強めるための放射フィン又は他の表面を含むことができる。
【００１３】
放熱装置３０は、熱伝導性及び導電性の材料で作製される。放熱装置３０に好適な材料として、アルミニウムもしくは銅などの金属、又は例えば銅モリブデンを含む合金が挙げられる。代替実施形態では、非金属の熱伝導性材料が使用可能である。代表的な非金属材料は、ミネソタ州セントポール（Saint Paul, Minnesota）の３Ｍ社（3M Company）から３Ｍフレキシブルヒートシンク（3M Flexible Heat Sink）として入手可能な、グラファイトとシリコーンとの複合材料である。好ましくは、放熱装置３０は、低い熱抵抗と低い電気固有抵抗とを有する。幾つかの実施形態では、放熱装置３０は、約１５〜２０℃／Ｗの熱抵抗と、約１．７×１０-8Ω・ｍ以下の範囲の電気固有抵抗とを有する。
【００１４】
図２において最もよく見られるように、各回路付きストリップ２２には、電気絶縁性の誘電基材３２が含まれ、また、基材３２は、その少なくとも第一の側３６上に導電性の層３４を、そしてその第二の側４０上に導電性及び熱伝導性の層３８を有する。図１及び図２に示されるように、基材３２の第一の側３６上の導電性の層３４が、少なくとも１つの回路配線４２を形成するようにパターン付けされ、一方、基材３２の第二の側４０上の層３８は、パターン無しのままとすることができる。別の方法としては、層３４は、ＬＥＤ２４への動作電気接続のための電力配線及び信号配線が含まれる複数の回路配線を、基材３２の第一の側３６上に形成するようにパターン付けされてもよい。
【００１５】
電気絶縁性の誘電基材３２は、様々な好適材料からなってもよく、例えば、デラウェア州ウィルミントン（Wilmington, Delaware）のデュポン（Du Pont）により製造されるカプトン（Kapton）ブランドのポリイミドなどのポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、（米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）ら）及び同第５，８０８，７９４号（ウェバー（Weber）ら）にて開示されるような）多層光学フィルム、ポリカーボネート、ポリスルホン、又はＦＲ４エポキシ複合材などが挙げられる。幾つかの実施形態では、基材３２は、可撓性であることができる。基材３２の第一及び第二の側３６、４０上の導電性及び熱伝導性の層３４、３８は、様々な好適材料、好ましくは、例えば銅、ニッケル、金、アルミニウム、スズ、鉛、クローム、及びこれらの組み合わせなどが含まれるがこれらに限定されない金属からなってもよい。基材３２が可撓性である実施形態では、層３４、３８も可撓性であることが好ましい。その上に銅の導電性の層（複数）を有するポリイミドの絶縁性基材を備えた好適な可撓性材料は、ミネソタ州セントポール（Saint Paul, Minnesota）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能な３Ｍ（登録商標）フレキシブル回路（Flexible Circuitry）である。
【００１６】
先に述べた多層光学フィルムは、交互するポリマー層を共押出しすることにより製造することができる。そのようなポリマー多層光学フィルムでは、ポリマー材料が、個別の層の構成に優勢的に又は独占的に使用される。そのようなフィルムは、大量製造プロセスに適合しており、大きいシート及びロール品で製造することができる。それらのフィルムは、異なる屈折率特性を有する個々のミクロ層を含むので、隣接ミクロ層間の界面で幾分かの光を反射する。ミクロ層は、所望の反射又は透過特性をフィルムに付与するために、複数の界面で反射された光が強め合う又は弱め合う干渉を受けるように、十分に薄い。紫外線、可視域、又は近赤外波長において光を反射するように設計された光学フィルムの場合、各ミクロ層は、一般に、光学的厚さ（すなわち、物理的厚さに屈折率を乗じたもの）が約１μｍ未満である。しかしながら、フィルムの外側表面における表面薄層、又はミクロ層のパケットを分離する、フィルム内に配置された保護境界層などのより厚い層も、含むことができる。
【００１７】
多層光学フィルムの反射及び透過特性は、それぞれのミクロ層の屈折率の関数である。各ミクロ層は、フィルムの少なくとも局所的位置において、面内屈折率ｎx、ｎy、及びフィルムの厚さ方向軸に関連付けられる屈折率ｎzによって特徴づけることができる。これらの屈折率が、相互に直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれに沿って偏光した光に対する、対象の材料の屈折率を表す。実際には、屈折率は、賢明な材料選択及び加工条件によって制御される。多層光学フィルムは、典型的には２つの交互するポリマーＡ、Ｂの数十又は数百の層を共押出した後、任意にその多層押出物を１つ以上の多層化ダイに通し、次に押出物を延伸して又は他の方法で配向して最終フィルムを形成することによって、製造することができる。得られたフィルムは、典型的には数十又は数百の個々のミクロ層で構成され、その厚さ及び屈折率は、可視又は近赤外などの所望のスペクトル領域において１以上の反射バンドをもたらすように調整される。妥当な数の層で高い反射率を達成するために、隣接ミクロ層は、好ましくは、少なくとも０．０５の、ｘ軸に沿って偏光した光に対する屈折率の差（Δｎx）を示す。２つの直交する偏光に対して高反射率が望ましい場合には、隣接ミクロ層はまた、好ましくは、少なくとも０．０５の、ｙ軸に沿う偏光に対する屈折率の差（Δｎy）を示す。
【００１８】
所望の場合、ｚ軸に沿って偏光した光に対する隣接ミクロ層間の屈折率の差（Δｎz）も、斜め入射光のｐ偏光成分に対する望ましい反射率特性を達成するように調整されることができる。説明を容易にするために、多層光学フィルム上の関心のあるいかなる点においても、ｘ軸は、Δｎxの大きさが最も大きくなるようにフィルム面内に配向されるものとする。したがって、Δｎyの大きさは、Δｎxの大きさに等しいか又はそれ未満（超過ではない）とすることができる。更に、差Δｎx、Δｎy、Δｎzを計算するに際して、どの材料層から始めるべきかという選定は、Δｎxを負数にしないということを求めることにより決定される。言い換えれば、界面を形成する２層間の屈折率の差はΔｎj＝ｎ1j−ｎ2jであり、式中、ｊ＝ｘ、ｙ、又はｚ、及び層の表記１、２は、ｎ1x≧ｎ2x、すなわち、Δｎx≧０となるように選定される。
【００１９】
斜め入射角におけるｐ偏光の高い反射率を維持するために、ミクロ層間のｚ屈折率の不一致Δｎzは、最も大きい面内屈折率の差Δｎxより実質的に小さく制御して、Δｎz≦０．５×Δｎxのようにすることができる。より好ましくは、Δｎz≦０．２５×Δｎxである。ゼロ又はほぼゼロの大きさのｚ屈折率の不一致が、ｐ偏光に対する反射率が入射角の関数として一定又はほぼ一定である界面をミクロ層の間にもたらす。更に、ｚ屈折率の不一致Δｎzは、面内屈折率の差Δｎxと比較して反対の極性を有するように、すなわち、Δｎz＜０であるように、制御することができる。この条件は、ｓ偏光の場合と同様に、ｐ偏光に対する反射率が、入射角の増加と共に増加する界面をもたらす。
【００２０】
あるいは、多層光学フィルムは、ポリマーミクロ層の全てが本来等方性である、すなわち各々の層についてｎx＝ｎy＝ｎzである、より簡単な構造を有することもできる。更に、コレステリック反射偏光子及びある種のブロックコポリマーなどの既知の自己組立周期構造を、本出願の目的のための多層光学フィルムと考えることができる。コレステリックミラーは、左旋性及び右旋性キラルピッチ要素の組み合わせを使用して作製することができる。
【００２１】
再び図２を参照すると、基材３２は、基材３２の第一の側３６から第二の側４０まで基材３２を貫いて延びる、複数の貫通孔すなわちビア５０を更に有する。各ビア５０は、その中にＬＥＤ２４を受け入れるように構成される。ビア５０は、使用される製造プロセス及び材料に依存して、当該技術分野において既知のように、絶縁性基材３２を貫く化学的エッチング、プラズマエッチング、レーザーミリング、又はパンチで加工することができる。
【００２２】
図面群において、回路付きストリップ２２は、単一列のビアを収容するのに十分な幅Ｗを有する。別の実施形態では、回路付きストリップ２２の幅Ｗは、２列以上のビアを収容してもよい。ＬＥＤ２４は、特定のライティング用途並びにその関連付けられた明るさ及び解像度条件に依存して、３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲のＬＥＤからＬＥＤへの間隔（ピッチ）で、所与の回路付きストリップ２２に沿って配置されてもよい。非常に高い解像度及び／又は明るさが要求される用途では、所望のピッチは、３ｍｍ未満であってもよい。解像度及び／又は明るさの条件が低い他の用途では、所望のピッチは、１５ｍｍ超過であってもよい。
【００２３】
ビア５０は、組立中にＬＥＤ２４を配置するのに便利な位置合わせ点という利点をもたらす。好ましくは、ビア５０は、基材３２の第二の側４０上に設けられた導電性及び熱伝導性の層３８を貫いて延びることがなく、製造プロセス中にビア５０内に置かれたＬＥＤ２４が、層３８に取り付けできるようになっている。導電性及び熱伝導性の層３８は、例えば、ＬＥＤ２４への電気接続を作ること、ＬＥＤ２４から下に存在する放熱装置３０への直接的な熱通路を提供すること、ＬＥＤ２４から横方向へ熱を拡散すること、及び他のシステムへの電気接続を提供することなどの、目的の組み合わせに役立つことができる。図１及び図２の照明組立品２０では、図示されるＬＥＤ２４は、ＬＥＤ２４の基部５２上に１つの電気接点とＬＥＤ２４の反対（頂）面上に別の電気接点とを有するタイプのものである。各ＬＥＤ２４の基部５２上の接点は、基材３２の第二の側４０上の層３８に電気的及び熱的に接続され、一方、各ＬＥＤ２４の頂部上の接点は、ＬＥＤ２４から回路配線４２上のボンディングパッド５６まで延びるワイヤボンド５４によって、基材３２の第一の側３６上の回路配線４２に電気接続される。
【００２４】
ＬＥＤ２４を基材３２の第二の側４０上の熱伝導性及び導電性の層３８に取り付けるのに使用可能な取り付け方法の中には、熱伝導性及び導電性の接着剤、はんだリフロー、（ＬＥＤダイが適切な裏側金属被覆を有する場合）熱音波接着、並びにＡｕ／Ｓｎ共晶結合がある。はんだは通常、接着剤より低い熱抵抗を有するが、全てのＬＥＤ２４が、はんだ付け可能な基部の金属被覆を有するわけではない。はんだ取り付けはまた、溶融はんだの表面張力がプロセス中にＬＥＤ２４を整列させるので、ＬＥＤ２４の自己位置合わせという利点を有する。しかしながら、幾つかのＬＥＤは、はんだのリフロー温度に敏感なことがあり、接着剤がより適切となる。
【００２５】
ＬＥＤ２４は、少なくとも幾つかのビア５０の中に配置される。ビア５０の幾つかは、任意に、ＬＥＤ２４が装着されないままでもよい。例えば、幾つかの実施形態では、１つ置きのビアを未装着で残すことができる。未装着のビア５０は、幾つかの目的のために有用である。回路付きストリップ内のビアの幾つかにＬＥＤを装着した後、あるＬＥＤが欠陥品であるとテスト中に判明した場合、交換のＬＥＤを、欠陥ＬＥＤの隣の未装着のビアの中に取り付けてもよい。未装着のビアはまた、回路付きストリップ２２への適切な電力及び信号接続を作るために、又は組立品の他の要素との位置合わせのための位置合わせ点として、使用することができる。
【００２６】
ＬＥＤ２４が取り付けられた回路付きストリップ２２は、第一の側３６が放熱装置３０から離れ、また導電性及び熱伝導性の層３８が放熱装置３０に隣接するように、放熱装置３０の上に配置される。したがって、基材３２の第一の側３６上の回路配線４２は、基材３２によって導電性の層３８及び放熱装置３０から電気的に絶縁される。基材３２の第二の側４０上の導電性及び熱伝導性の層３８は、好ましくは、図１及び図２において固着層６０として示される導電性及び熱伝導性の固着剤を使用して、放熱装置３０の上に実装される。層３８を放熱装置３０に取り付けるのに使用可能な取り付け方法の中には、熱伝導性及び導電性の接着剤又ははんだがある。したがって、放熱装置３０は、照明組立品２０の熱制御システムの能動素子であるのに加えて、照明組立品２０の電気回路の能動素子でもある。例えば、放熱装置３０は、回路付きストリップ２２内のＬＥＤ２４のそれぞれに対して共通の電気接地を提供することができる。更に、放熱装置３０が良好な導電率を有する材料で構成されるとき、低い電圧降下での均一な電流分布及びＥＭＩ遮蔽を含む追加効果が、有益にもたらされる。
【００２７】
基材３２の第二の側４０上の層３８及び放熱装置３０は、両方とも金属とすることができ、固着されるべき金属表面の少なくとも１つにはんだを付着させて、次に層３８及び放熱装置３０の金属表面を互いにはんだ付けすることによって、回路付きストリップ２２を放熱装置３０上に実装させることができる。好適なはんだ付け方法には、リフローはんだ付け及びフローはんだ付けが含まれる。はんだ付けはまた、はんだペーストを使用し、加熱したニップ又はスタンプで回路付きストリップ２２を金属の放熱装置３０に積み重ねて、実施されてもよい。回路付きストリップ２２と放熱装置３０の間の固着は、回路付きストリップ２２の全面積にわたって広がってもよく、又は回路付きストリップの一部分だけを覆ってもよい。ある場合には、ＬＥＤと放熱装置との間の照明組立品の層又は構成要素が、ＬＥＤ２４と放熱装置３０との間に直接的な熱通路をもたらすことが望ましい。ある場合には、回路付きストリップ２２は、回路付きストリップ２２にＬＥＤ２４を装着する前に、放熱装置３０の上に実装することができる。
【００２８】
非パッケージ化ＬＥＤダイがビアの装着に使用される場合、ＬＥＤ２４は通常、高さが公称２５０マイクロメートルであり、絶縁性基材３２は、厚さが２５〜５０マイクロメートルの範囲であり、導電性の層３４、３６の厚さは、１７〜３４マイクロメートルの範囲であるが、ＬＥＤ２４の電力条件に基づいて、その範囲よりいくらか変化させることができる。ボンディングパッド５６における良好なワイヤボンディングを容易にするために、ボンディングパッド５６は、ニッケル及び金の表面金属被覆を含むことができる。ビア５０は、化学的にエッチングされたビアにおいて典型的であるように、傾斜側壁６２を有するとして示されている。しかしながら、プラズマエッチング又はレーザーミリングされたビアは、実質的に垂直の側壁を有してもよい。
【００２９】
図３は、照明組立品２０に類似する照明組立品２０ａの概略断面図であるが、ストリップ２２が回路付きストリップ２２ａに置き換えられている。図３の回路付きストリップ２２ａは、基材３２の第二の側４０上の導電性及び熱伝導性の層３８が省略されたという点で、図２のストリップ２２と異なる。図３の実施形態では、回路付きストリップ２２ａは、ビア５０の全て又は一部にＬＥＤ２４を装着する前に、放熱装置３０の上に実装される。ビア５０にＬＥＤ２４を装着すると、各ＬＥＤ２４の基部５２が、放熱装置３０に直接的に電気的及び熱的に接続され、一方、各ＬＥＤ２４の頂部上の接点が、ＬＥＤ２４から回路配線４２上のボンディングパッド５６まで延びるワイヤボンド５４によって、回路配線４２に電気接続される。基材の第二の側４０上に金属層がない場合、回路付きストリップ２２ａは、いかなる好適な方法によって取り付けられてもよく、それには熱伝導性及び導電性の接着剤、又ははんだが含まれる。基材３２を放熱装置３０に取り付けるのに接着剤が使用される場合でさえ、ＬＥＤ２４と放熱装置３０との間の熱伝導率を改善するために、ＬＥＤ２４と放熱装置３０との間に、はんだ固着も形成することができる。したがって、放熱装置３０は、照明組立品２０の能動的な熱及び電気素子である。
【００３０】
図４及び図５はそれぞれ、追加の照明組立品２０ｂ、２０ｃの概略断面図であって、代わりの回路付きストリップ２２ｂ、２２ｃを利用している。図４及び図５では、ワイヤボンディングされたＬＥＤ２４ａは、両方の電気接点パッドを、図１〜図３のワイヤボンディングされたＬＥＤ２４のようにダイオードの反対側上にではなく、ＬＥＤの同一側上に有する。図４の回路付きストリップ２２ｂの構成は、図２のストリップ２２と類似しており、ＬＥＤ２４ａが、ビア５０の中に配置され、熱伝導性の層６０によって層３８に熱的に接続されている。層６０は、例えば接着剤、はんだ、熱音波接着、又はＡｕ／Ｓｎ共晶結合を含んでもよい。図５の回路付きストリップ２２ｃの構成は、図３のストリップ２２ａと類似しており、ＬＥＤ２４ａが、ビア５０の中に配置され、熱伝導性の接着剤又ははんだ層６０によって、放熱装置３０に熱的に接続されている。図４及び図５の照明組立品では、ＬＥＤ２４ａには、放熱装置３０への直接の熱通路が備わっているが、放熱装置３０は、照明組立品２０の能動的な電気素子ではない。
【００３１】
図６及び図７は、追加の照明組立品２０ｄを示すが、これは、放熱装置３０ａ、３０ｂの組み合わせの上に配置された、代わりの回路付きストリップ２２ｄを利用している。各回路付きストリップ２２ｄは、電気絶縁性の誘電基材３２を含み、また、基材３２は、基材３２の第一の側３６から第二の側４０まで基材３２を貫いて延びる複数の貫通孔すなわちビア５０を有する。各ビア５０は、その中にＬＥＤ２４ｂを受け入れるように構成される。導電性及び熱伝導性の層３８ｄが、第二の側４０上に配置され、ビア５０全体に広がる。導電性及び熱伝導性の層３８ｄは、複数の別個の区分６４を形成するようにパターン付けされて、それぞれのビア５０が区分６４の１つに関連付けられる。
【００３２】
層３８ｄの区分６４は、例えば、ＬＥＤへの電気接続を作ること、ＬＥＤから下に存在する放熱装置３０ａ、３０ｂへの熱通路を提供すること、ＬＥＤから横方向へ熱を拡散すること、及び他のシステムへの電気接続を提供することなどの、目的の組み合わせに役立つことができる。図６及び図７の照明組立品２０ｄでは、図示されるＬＥＤ２４ｂは、ＬＥＤの基部５２上に１つの電気接点とＬＥＤの反対（頂）面上に別の電気接点とを有するタイプのものである。各ＬＥＤの基部５２上の接点が、層３８ｄの関連付けられた区分６４に電気的及び熱的に接続され、一方、各ＬＥＤの頂部上の接点が、ＬＥＤ２４ｂから、基材３２を貫いて延びる充填されたビア６６まで延びるワイヤボンド５４によって、隣接区分６４に電気接続される。別の実施形態では、ビア６６は充填されていなくてもよく、ワイヤボンド５４は、隣接区分６４に直接的に接続することができる。層３８ｄの別個の区分６４によって、ＬＥＤの直列接続が可能となるが、これは、ある種の用途で望ましいことがある。他の実施形態に関し先に説明したように、層３８ｄは、金属とすることができ、熱伝導性及び導電性の接着剤、はんだリフロー、（ＬＥＤダイが適切な裏側金属被覆を有する場合）熱音波接着、及びＡｕ／Ｓｎ共晶結合を含む取り付け方法によって、ＬＥＤ２４ｂに取り付けることができる。
【００３３】
回路付きストリップ２２ｄのそれぞれについて、層３８ｄの区分６４がそれぞれ、関連付けられた第一の放熱装置３０ａの１つに直接的に固着される。第一の放熱装置３０ａは、ストリップ２２ｄの幅Ｗ２より広い幅Ｗ１を有し、ヒートスプレッダーとして機能して、関連付けられたＬＥＤにより発生された熱を第二の放熱装置３０ｂに伝達する助けをする。第二の放熱装置３０ｂには、フィン６８などの機構が含まれて、組立品２０ｄからの熱放散の助けをすることができる。
【００３４】
図示される実施形態では、各第一の放熱装置３０ａは、層３８ｄの関連付けられた区分６４に電気的及び熱的に接続されるが、第二の放熱装置３０ｂからは電気的に隔離される。層３８ｄ及び第一の放熱装置３０ａが金属であるとき、各区分６４及び関連付けられた第一の放熱装置３０ａは、固着されるべき金属表面の少なくとも１つにはんだを付着させて、次に層３８ｄ及び第一の放熱装置３０ａの金属表面を互いにはんだ付けすることによって、熱的及び電気的に固着することができる。はんだ付けはまた、はんだペーストを使用し、加熱したニップ又はスタンプで回路付きストリップ２２ｄの区分６４を金属の第一の放熱装置３０ａに積み重ねて、実施されてもよい。第一の放熱装置３０ａは、熱伝導性であるが電気絶縁性の層６９によって、第二の放熱装置３０ｂから電気的に分離される。層６９の材料は、例えば、ミネソタ州セントポール（Saint Paul, Minnesota）の３Ｍ社（3M Company）から３Ｍ２８１０として入手可能なもののような、窒化ホウ素が充填されたポリマーなどの熱伝導性接着剤とすることができる。
【００３５】
図１及び図６の回路付きストリップは、例えば基材にスリットを入れることにより形成されるような、真直ぐの側縁部７０を有するとして示されている。別の実施形態では、回路付きストリップは、例えば打ち抜き又はエッチング加工により形成される、複雑な側縁部を有してもよい。図８において、複雑な側縁部７０ａを有する代表的な回路付きストリップ２２ｅが、上面すなわち平面図で示される。ストリップ２２ｅには、複数の比較的狭い首部領域７４により分離された、複数の比較的広い拡大領域７２が含まれる。複数の電力及び信号の伝導配線４２ａが、基材３２の第一の表面上に設けられている。拡大領域７２のそれぞれには、ＬＥＤ（図示せず）を受け入れるためのビア５０と、ＬＥＤ及び他の電気システムへの電気接続を作るためのボンディングパッド５６とが含まれる。
【００３６】
図１〜図８の回路付きストリップは、絶縁性の誘電基材のシート又はウェブから製造することができる。図９に、図８の回路付きストリップ２２ｅを製造するための１つの方法が示される。絶縁性の誘電基材３２のウェブ又はシート８０が、金属被覆されて、複数の伝導配線４２ａを上に有するようにパターン付けされる。ウェブ又はシート８０は、次に、スリットされる、打ち抜かれる、ジッパー状の穿孔が設けられて引き裂かれる、又はエッチングされて、個々の回路付きストリップ２２ｅに分離される。図９において、複雑な側縁部７０ａの形状によって、基材３２の不使用領域が、どのようにして有利に最小限になるかを見ることができる。回路付きストリップ２２ｅが分離された後で、ＬＥＤは、先に説明されたようにビアの幾つか又は全ての中へ実装することにより回路付きストリップ２２ｅに取り付けることができ、ストリップ２２ｅは所望の配列及び間隔で放熱装置上に実装される。
【００３７】
照明組立品の実施形態の全てにおいて、開示された回路付きストリップ、もしくはＬＥＤ、又は両方は、照明組立品上の他の光学デバイス、フィルム、又は他の要素と組み合わせることができる。そのようなデバイス、フィルム、又は他の要素は、例えば、光を吸収するマスキング構成要素、反射性の高い材料、及び封入材、並びに蛍光体を含むことができる。
【００３８】
封入材は、回路付きストリップをウェブ８０から分離する前又は後で、ＬＥＤの全て又は幾つかに直接的に適用することができる。封入材は、ＬＥＤを個々に、又は２つ以上のＬＥＤのグループとして覆うことができる。封入材の形状及び位置が、所望の導光効果又は光抽出効果をもたらすことができる。封入材は、ＬＥＤの最終所望形状を形成することができ、又は後に別の封入材の層で覆われてもよい。当初の封入材層を別の封入材層で覆うことによって、ＬＥＤで装填された回路付きストリップが容易に取り扱われている間に、より高価で高屈折率の、硬化が遅い封入材及び封入材の汎用形状の生成が可能となり、後刻、より複雑な封入材の形状が適用可能となる。封入材の形状は、屈折と反射との組み合わせを通して、光を分布させることができる。封入材はまた、他の光学構成要素と協同して、所望の光出力特性を作り出すことができる。他の光学素子は、照明組立品の所望の光学特性に依存して、回路付きストリップの間に、ＬＥＤを覆って、又はＬＥＤの間に適用可能である。
【００３９】
図６の組立品２０ｄは、隣接する回路付きストリップ２２ｄの第一の放熱装置３０ａの間に配置された光学フィルム層８２を示す。代替実施形態では、層８０にＬＥＤの位置で開口が設けられている場合、層８２は、第一の放熱装置３０ａの上に、又は回路付きストリップの上全体に広がることができる。図７では、任意の封入材８４が、基材３２の第一の側３６を覆って広がっているのが示される。光学フィルム層８２及び封入材８４は、本明細書で説明された照明組立品のいずれとも併せて使用可能である。
【００４０】
好ましい実施形態の説明の目的のために、特定の実施形態を本明細書において例示し記述したが、同じ目的を達成すると予測される種々多様な代替及び／又は同等の実施が、本発明の範囲を逸脱することなく、図示及び説明された特定の実施形態に置き換わり得ることを、当業者は理解するであろう。化学技術、機械技術、電気機械技術、及び電気技術の当業者は、本発明が多種広範な実施形態で実行できることを、容易に理解するであろう。本出願は、本明細書で説明された好ましい実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。したがって、本発明が請求項及びその等価物によってのみ限定されることを、明示的に意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】代表的な照明組立品の斜視図である。
【図２】図１の線分２−２に沿って見た概略断面図である。
【図３】別の照明組立品の概略断面図である。
【図４】異なるタイプのＬＥＤを使用する、図２の実施形態の概略断面図である。
【図５】異なるタイプのＬＥＤを使用する、図３の実施形態の概略断面図である。
【図６】別の代表的な照明組立品の斜視図である。
【図７】図６の線分７−７に沿って見た概略断面図である。
【図８】複雑な側縁部形状を有する回路付きストリップの概略平面図である。
【図９】個々の回路付きストリップを分離する前の基材ウェブの概略平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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