(57)【要約】【課題】発光装置の展開可能なアレイにおけるアレイ要素として機能することができる発光装置を提供すること。【解決手段】発光装置は、上面と複数の縁部とを有する基板を備える。入力および出力端子が基板の上面に取り付けられる。両端子は基板の縁部のすぐ近くに配置された複数の導体パッドを備え、基板の複数の縁部から両端子への容易な接続を可能にする。発光素子が基板の上面に取り付けられる。発光素子は入力端子と出力端子との間に接続される。導体パッドは、デバイスが展開可能なアレイにおけるアレイ要素として使用されたときにより大きな設計の柔軟性を可能にする、端子への複数の接続ポイントを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と複数の縁部とを有する基板と、
前記基板の複数の前記縁部から接続可能な前記上面に配置された入力端子と、
前記基板の複数の前記縁部から接続可能な前記上面に配置された出力端子と、
前記基板の前記上面に取り付けられ、前記入力端子と前記出力端子との間に接続された少なくとも１つの発光素子と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記基板は多角形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記基板は六角形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記入力端子は、対応する複数の前記縁部に近接して前記上面に配置された第１の組の導体パッドをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記出力端子は、前記第１の組の導体パッドの反対側の対応する複数の前記縁部に近接して前記上面に配置された第２の組の導体パッドをさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記入力端子から前記少なくとも１つの発光素子を通り前記出力端子へ接続可能にする、前記基板の前記上面に配置された少なくとも１つの電気的トレースをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの発光素子は直列に接続された複数のＬＥＤを備え、前記ＬＥＤの１つは前記入力端子に接続され、別の前記ＬＥＤは前記出力端子に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤは前記基板の上で蛇行する形態に配列されたことを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
高熱伝導率の材料で作られた熱放散器をさらに備え、前記熱放散器は熱が前記基板から引き出されるように前記基板に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１０】
６つの縁部と上面とを有する規則的な六角形として形成された基板と、
前記基板縁部の３つから接続可能に前記基板の前記上面に配置された入力端子と、
前記入力端子の反対側の前記基板縁部の３つから接続可能に前記基板の前記上面に配置された出力端子と、
前記基板の前記上面に取り付けられ、前記入力端子と前記出力端子との間に接続された少なくとも１つのＬＥＤと、
を備えたことを特徴とするＬＥＤアレイ要素。
【請求項１１】
前記入力端子は３つの入力導体パッドを備え、前記入力導体パッドのそれぞれは前記縁部の対応する１つに近接して配置されたことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤアレイ要素。
【請求項１２】
前記出力端子は３つの出力導体パッドを備え、前記出力導体パッドのそれぞれは前記縁部の対応する１つに近接して配置され、前記入力導体パッドの反対側に配置されたことを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤアレイ要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明システムに関し、より詳細には、相互接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、電子から光への高効率変換器として働く半導体光子源（ｐｈｏｔｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）である。通常、それらは、注入型電界ルミネッセンス（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）によって光を放出する半導体材料から製造された順方向にバイアスされるｐ−ｎ接合である。それらの小さなサイズと、高い効率と、高い信頼性と、電子システムとの適合性とが、数多くの用途に対してＬＥＤを極めて有益なものにしている。最年、多色で高出力なＬＥＤが生み出された。これら新世代のＬＥＤは、高出力フラッシュライト、航空機照明システム、光ファイバー通信システム、および光データ記憶システムなどの、より高輝度な光出力を必要とする用途に有用である。
【０００３】
ハイフラックス（ｈｉｇｈ−ｆｌｕｘ）を用いた照明が、街路照明、空港／航空機照明システム、プール照明システム、および多くの他のシステムなどの様々な用途によって現在必要とされる。光出力の高出力化を達成するために、多数のＬＥＤを様々な形態またはアレイに配列することがある。これらのアレイはほぼ任意の形状をとることができ、普通はいくつかの個別のＬＥＤを含む。
【０００４】
光出力をさらに増やすために、複数のＬＥＤアレイを同一面上でグループ化する方法がるが、ＬＥＤアレイに電力を供給するために必要とされる電気接続を行なうことが困難なことがある。アレイ面上の個々のＬＥＤのレイアウトは、入力および出力接続部がこの面上のどこに配置されるべきか、およびＬＥＤアレイはそれらが共に接続可能であるにはどのように配列されるべきかによって決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
グループ化されるＬＥＤアレイの数が増えるにつれて、これらのアレイを接続するために必要とされる回路構成が複雑で高価になってくる。また、アレイに給電するために必要な回路トポロジーが、アレイ面内には取り付けられない回路要素を必要とする場合がある。これは、発光体を覆い隠し光が外部環境に出るのを妨げ、アレイの効率を著しく低下させる回路要素を結果として生じさせる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による発光装置の一実施形態は、上面と複数の縁部とを有するように形成された基板を備える。入力端子が、基板の複数の縁部から接続可能であるように上面に配置される。出力端子が、基板の複数の縁部から接続可能であるように上面に配置される。少なくとも１つの発光素子が基板の上面に取り付けられ、入力端子と出力端子との間に接続される。
【０００７】
本発明によるＬＥＤアレイ要素の一実施形態は、６つの縁部と上面とを有する規則的な六角形として形成された基板を備える。入力端子は、基板縁部のうちの３つから接続可能であるように基板の上面に配置される。出力端子は、入力端子と反対側の基板縁部のうちの３つから接続可能であるように基板の上面に配置される。少なくとも１つのＬＥＤが基板の上面に取り付けられ、入力端子と出力端子との間に接続される。
【０００８】
本発明による展開可能なＬＥＤアレイの一実施形態は、面の上に展開可能なタイル状に配列された複数のＬＥＤアレイ要素を備え、ＬＥＤアレイ要素のそれぞれは少なくとも１つのＬＥＤを有し、ＬＥＤアレイ要素のそれぞれは、複数の導体パッドを備えた入力端子と複数の導体パッドを備えた出力端子とを有する。網状の導体が、複数のＬＥＤアレイ要素に電力を供給するために接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は発光装置に関し、詳細には、光出力の高出力化のためにパターン配列される個別のアレイ要素として使用可能な発光装置に関する。また、本発明は、発光素子（例えばＬＥＤ）の展開可能なアレイにも関する。一実施形態では、少なくとも１つの発光体が基板の上に配置され、基板の両側に配置された入力端子と出力端子との間に接続される。複数の発光素子が基板上でパターンの形に配置されることができる。これらの発光素子は、入力端子と出力端子との間で直列に、並列に、またはそれらの組み合わせの状態に接続されることができる。入力端子と出力端子とは、それらが複数の縁部から接続可能であるように基板の上面に縁部に沿って配置される。アレイ要素が相互接続されることができる様式を増やすことによって、導体パッドの構成は、発光素子のレイアウトをアレイ状に設計する上で柔軟性を向上させる。
【００１０】
他の実施形態では、このデバイスは展開可能なアレイにおけるアレイ要素として働く。いくつかのアレイ要素を共にグループ化することは、全体の光出力を増加させる。特に、アレイ要素は、１つの面へと組み立てられるように効率的に他のアレイ要素と形が合うように作られている。アレイ要素は、規則的な多角形（例えば四角形、六角形、八角形）として形作られ、または設計要求を満たす任意の他の形状に形作られてもよい。要素の複数の側からの端子の接続のしやすさは、アレイ要素のそれぞれを通る電源からの電流経路に関して設計者に多くの選択の自由を提供する。アレイ要素は、二次元の面または三次元の面に取り付けられることができる。
【００１１】
本発明はいくつかの実施形態を参照して本明細書で説明されるが、本発明は、多くの異なる形状で実施されることができ、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではないことを理解されたい。また、領域または基板などの要素が他の要素の「上（ｏｎ）」にあると表される場合、その要素が直接他の要素の上にあることができ、または間に介在する要素が存在することもできることも理解されたい。さらに、「内側の」、「外側の」、「上の」、「上方の」、「下の」、「すぐ下の」、「下方の」および類似の語などの相対語は、本明細書では例えば１つの要素と他の要素との関係を説明するために使用されることができる。これらの語は、図面に示された向きに加えてデバイスの異なる向きを含むことが意図されていることを理解されたい。
【００１２】
「第１の」、「第２の」などの語が様々な素子、構成要素、領域、層および／または部分を説明するために本明細書で使用されることができるが、これらの素子、構成要素、領域、層および／または部分は、これらの語によって限定されるべきではない。これらの語は、１つの素子、構成要素、領域、層または部分を他の領域、層または部分から識別するために使用されるだけである。したがって、以下で議論される第１の素子、構成要素、領域、層、または部分は、本発明の教示から逸脱することなく第２の素子、構成要素、領域、層または部分と称されることができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略図である様々な図面を参照して本明細書で説明される。よって、例えば製造手法および／または製造の許容差の結果として、図面の形状からの変形が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に示された範囲の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきでなく、例えば製造の結果として生じる形状のずれかを包含するものである。したがって、図に示されたデバイスはその本質において概略的であり、本発明の範囲を限定することは意図されない。
【００１４】
図１に、本発明による発光装置１００の一実施形態を示す。発光装置１００は、光出力を増加させるために複数のデバイスを互いに連結する場合には、アレイ要素として機能することができる。
【００１５】
基板１０２は、上面１０４と下面（図示せず）とを備える。基板１０２は様々な材料で作られてよく、好適な材料はプリント回路基板（ＰＣＢ）材料である。抵抗器、コンデンサ、トランジスタ、導体、レンズ、あるいは任意の他の能動または受動部品を含むがこれらに限定されない様々な電子および光学部品が上面１０４に配置される。これらの部品は少なくとも１つの発光素子１０６を含むべきである。こうした発光素子は、垂直共振器表面発光ダイオードレーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の半導体素子を含むことができる。
【００１６】
発光素子１０６は上面１０４に取り付けられる。発光素子１０６は、上面１０４に配置されたトレース（ｔｒａｃｅ）１０８を介して直列に接続されて示されている。また、発光素子は、並列構成に、または直列および並列接続の組み合わせの形に接続されることもできる。入力端子１１０が基板１０２の縁部の近くに配置される。出力端子１１２が、入力端子１１０の反対側で基板１０２の向かい側の縁部近くに配置される。図１は、セグメント化された弧状に形成された入力および出力端子１１０、１１２を示す。この形状は、端子１１０、１１２を基板１０２の複数の側面から接続可能であるようにする。端子は、同程度の接続のしやすくするために他の形状をとってもよい。電源（図示せず）からの電流は、入力端子１１０から発光素子１０６を通って出力端子１１２へと流れ、装置１００を発光させる。
【００１７】
基板１０２は、規則的な六角形である好適な形状と共に多くの異なる形状をとることができる。しかし、また、基板１０２は四角形、五角形等などの規則的な多角形とすることもできる。また。基板１０２は不規則な多角形としてもよい。基板１０２は、図１に示されるように実質的に等しい長さの６つの縁部を有する規則的な六角形である。本実施形態では、入力端子１１０は３つの隣接する縁部に沿って配置される。入力端子１１０は、そのそれぞれが３つの入力側の縁部のうちの対応する１つの近くに配置された３つの入力導体パッド１１４を備える。出力端子１１２は、入力端子１１０の反対側で、出力側の３つの隣接する縁部の近くに配置された３つの出力導体パッド１１６を備える。
【００１８】
入力および出力導体パッド１１４、１１６は、入力および出力端子１１０、１１２への容易な接続を行なえるように、上面１０４の上で縁部に沿って配置されることができる。導体パッド１１４、１１６は、銅、金、または銀などの任意の導電性材料で作られることができる。導体パッド１１４、１１６は、それぞれの端子の一部分を非導電性材料でコーティングし、さらに各導体パッドの形状が上手く組み合うように形成されることができる。これは、例えばはんだマスクを使用して行なわれることができる。導体パッドを整形することは、これらのタイプの接続が使用されなければならない場合には、はんだ接続のための画定された間隔を提供する。
【００１９】
いくつかの発光素子１０６は上面１０４に取り付けられることができる。発光素子は上面１０４の上で多くの異なる形態に配列されることができる。発光素子は、所望の光出力を達成するために並列に、直列に、またはその両方を組み合わせた形に接続されることができる。好適なパターンは、図１に示すように直列の蛇行するパターンに配列された７つの発光素子１０６を備える。電流は、入力端子１１０から発光素子１０６の全てを通って出力端子１１２へと流れる。
【００２０】
ボアホール１１８が、外側の入力および出力導体パッド１１４、１１６の間の向かい合う頂点近くに配置される。ボアホール１１８は、ネジまたは取付けピンを使用してデバイスを面に取り付けることを容易にするために使用される。それらは多様なネジまたは取付けピンに適するような大きさにすることができる。また、熱伝導性エポキシまたははんだを使用してデバイスを面に貼り付けるなどの他の取付け方法が使用されてもよい。デバイスは、金属やプラスチックなどのいくつかの異なるタイプの面に取り付けられることができる。例えば、デバイスは動作中に大量の熱を発生することがあるので、デバイスから過剰な熱を引き出すことができる熱伝導性の面（すなわちヒートシンク）にデバイスを取り付けることが望ましい。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態による発光装置１００の側面の前面図である。発光装置１００は上面１０４と下面２０２とを有する。発光素子１０６は上面に取り付けられ電気的に接続される。
【００２２】
発光素子１０６は大量の熱を発生することがあるので、熱により損傷される恐れのある発光素子１０６および他の回路要素からその熱を取り去る経路を作ることが必要とる。雰囲気中に発生される過剰な熱を消散させるための１つの方法は、デバイスにヒートシンクを取り付けることである。熱の消散を達成させるために使用されることができるいくつかの構成がある。図２に、１つのこうした構成を示す。熱放散器２０４は広範囲な温度にわたって高い熱伝導率を有し、上面１０４の真下に配置される。熱放散器２０４は、例えば銅またはアルミニウムで作られることができるが、また、任意の高熱伝導率材料で作られてもよい。図２に示された設計では、熱放散器２０４はデバイスの下面２０２を形成している。
【００２３】
図２に示すように、発光装置１００の実施形態は、（この図では見えない）入力端子１１０が正の記号（＋）で示されるように図の左手側にあるように向けられている。同様に、（この図では見えない）出力端子１１２は、負の記号（−）で示されるように右手にある。この向きから見た本実施形態では、（この図では見えない）出力導体パッド１１６は前面縁部近くに配置される。
【００２４】
ボアホール２０６は、それらが装置１００の前面縁部から直接見えないこと示すために破線で示されている。このボアホール２０６は、装置１００が他の面に容易に取り付けられるように上面および下面１０４、２０２を貫通している。上述したように、装置１００は、ネジ、エポキシ接着剤およびはんだを使用した方法を含むがこれらに限定されない、いくつかの異なる様式で面に取り付けられることができる。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態による３つの発光装置３０２、３０４、３０６の上面平面図である。デバイス３０２、３０４、３０６は直列配列に接続されている。矢印は、デバイスを通る電流の流れの方向を示す。電流は正の（＋）で印された縁部の１つで３０２に流れ込む。次いで、この電流は発光素子（図示せず）を通り、負の記号（−）で印された縁部の１つにおいてデバイス３０２から流れ出て、デバイス３０４の正の縁部の１つに流れ込む。デバイス３０６は、デバイス３０４の真ん中の負の縁部に隣接して位置した状態で示される。
【００２６】
しかしながら、また、デバイス３０６は（破線で示された）２つの代替位置３０８のいずれかに配置されることも可能である。正および負の端子は各デバイスの複数の側面から容易に接続可能であるので、アレイ状のデバイスのレイアウトとそこを通って電流が流れる経路とを設計する上で非常に大きな柔軟性がある。図３のレイアウトは、デバイスのアレイの単に１つの単純な例であり、本発明の様々な実施形態によって与えられる設計のさらなる自由度を示す意味がこめられる。当業者は、デバイスが、所望のレイアウトおよび電流の流れを達成するために容易に回転され、移動され、展開されることができることを理解されよう。そうしたアレイの一例を図４に示し、以下で説明する。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態による発光装置１００のアレイ４００の上面平面図である。装置１００はアレイ要素として働き、光出力の要件に適合するように全ての方向に展開されることができるタイル状に配列される。装置１００は、互いに向き合ったそれぞれの装置の縁部が平行になるような位置に置かれる。装置１００の間の間隔は、例えば異なるタイプの導体に適合するように、設計仕様に従って変えることができる。本実施形態では、装置１００は平面の上に取り付けられる。
【００２８】
図４に示された幾何学的配置では、電源（図示せず）からの電流は、正の記号（＋）で示されるように上部左手隅のアレイに入る。次いで、電流は、各アレイ要素内で入力端子から発光素子を通り出力端子へと進む。出力端子は隣接するアレイ要素の入力端子に導体（図示せず）を介して接続されている。本実施形態によると、電流は蛇行するパターンの形でアレイ要素を通って進む。電流の流れの方向は矢印で指示されたように示される。しかし、設計の目標を達成するために利用されることができる多くの可能なアレイのレイアウトが存在する。
【００２９】
この特定の実施形態では、入力端子と出力端子とは３つの側面から接続可能であるので、設計技術者はアレイ要素を配列する上で極めて大きな柔軟性を有する。アレイは任意の方向に展開されることができ、様々な回路接続スキームとますます高まる出力効率とを可能とする。
【００３０】
他の実施形態では、例えば四角形、五角形、または八角形などの異なる形状を有するアレイ要素を利用することができる。また、こうした形状の組み合わせも、特定のアレイレイアウトを展開するために使用されることができる。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態による発光装置５０４の三次元（３−Ｄ）アレイ５００の斜視図である。デバイス５０４は、全方向性の発光を達成するために３−Ｄ構造体５０２の面に取り付けられることができる。この特定の実施形態は、その上にデバイス５０４が取り付けられる実質的に球形の３−Ｄ構造に対応した六角形および五角形のアレイ要素５０４を備える。
【００３２】
本実施形態では構造体５０２は支持材５０６に取り付けられる。電流は、構造体５０２の外部にあるか、あるいは構造体５０２または支持材５０６の中にある電源（図示せず）から届けられることができる。この特定の実施形態は電源が構造体５０２の外部にある場合を示す。電流は、有極性の矢印で示されるようにアレイ要素５０４のいくつかまたは全てを通って流れ、構造体５０２から戻って流れる。
【００３３】
代替の実施形態が任意の３−Ｄ形状を有する構造体を含む。また、これらの構造体に取り付けられたアレイ要素は、この構造体の一部または全部の面を効率的に覆うために任意の形状になることもできる。
【００３４】
いくつかの好適な形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、他のバージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）も可能である。したがって、本発明の精神および範囲は上に説明されたバージョンに限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による発光装置の上面平面図を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光装置の側面図を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるアレイに配列された複数の発光装置の上面平面図を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、平面の上でタイリングの形に配列された複数のＬＥＤアレイ要素の上面平面図を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、三次元の面の上でタイリングの形に配列された複数のＬＥＤアレイ要素の斜視図を示す図である。
【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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【外国語明細書】
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