JP2014507076A - ばね式ｌｅｄ保持部を有する発光デバイス - Google Patents

Abstract

発光デバイス１は、キャリア上に設置された少なくとも一つのＬＥＤ、及びＬＥＤモジュールの電気的接続用の少なくとも一つの接続パッド１０ａ、１０ｂを有するＬＥＤモジュール３と、前記ＬＥＤが作動中に発生した熱を放出する放熱板２と、前記ＬＥＤモジュール３に外部電力を供給することを可能にする導体パターンを備えた基板を有する接続ボード４と、前記接続ボード４に取り付けられた少なくとも一つの接続ばね７ａ〜ｄを有する接続機構７ａ〜ｄであって、前記少なくとも一つの接続ばね７ａ〜ｄは前記ＬＥＤモジュール３の前記少なくとも一つの接続パッド１０ａ、１０ｂを前記接続ボード４の前記導体パターンと電気的に接続する当該接続機構７ａ〜ｄと、前記接続ボード４に取り付けられた少なくとも一つの保持ばね７ａ〜ｄを有するＬＥＤ保持部であって、前記少なくとも一つの保持ばね７ａ〜ｄは前記ＬＥＤモジュール３を前記放熱板２と熱的に接続するようばね力により前記ＬＥＤモジュール３を前記放熱板２に抗して押し付ける当該ＬＥＤ保持部とを有する。前記接続機構７ａ〜ｄは、前記接続ボード４の前記導体パターンと前記少なくとも一つの接続パッド１０ａ、１０ｂとの間の移動を可能にするように構成されている。前記少なくとも一つの接続ばね７ａ〜ｄは、前記少なくとも一つの保持ばね７ａ〜ｄを構成し、前記ＬＥＤモジュール３の前記少なくとも一つ接続ばね７ａ〜ｄを前記接続ボード４の前記導体パターンと電気的に接続するとともに前記ＬＥＤモジュール３を前記放熱板２に押し付ける。

Description

本発明はＬＥＤ発光デバイスに関する。

ＬＥＤ発光デバイスの使用は益々拡大している。この人気の理由の一つはＬＥＤ（発光ダイオード）の長寿命である。しかし、現在市販されているＬＥＤ発光デバイスではＬＥＤ自身ではなく他の部品、例えばＬＥＤモジュールと回路基板との間の電気的接続部等により寿命が限定される場合がある。

現在市販されているＬＥＤ発光デバイスにおいては、ＬＥＤモジュールは大抵の場合通常のプリント基板（ＰＣＢ）にはんだ付けされている。ＰＣＢは一般的にＦＲ−４等から形成されている。ＬＥＤモジュールとＰＣＢとの熱膨張挙動にはずれがあるため、熱循環の繰り返しの結果、ＬＥＤモジュールとＰＣＢとの間のはんだ接続部が欠損し、ＬＥＤ発光デバイスの早期故障を引き起こす場合がある。

ＷＯ０２／１２７８８Ａ１は、配線板と放熱板との間の電気伝導を防ぐための絶縁層の上に施された回路配線板で挟持された前記絶縁層の下に導電性かつ伝熱性の放熱板を含むＬＥＤアセンブリを開示している。複数のＬＥＤは、ＬＥＤに給電するため配線板との電気的接触のために配線板上に横たわるように、各ＬＥＤの両端から横断的に延在する電気的リード線を有している。独立した部品である、断面で見て略Ｕ字型の保持装置は、ＬＥＤに横たわる基部と、当該ＬＥＤから当該ＬＥＤと放熱板との間のリード線に横断的に延びる一対の脚部とを規定する。基部は、穴を規定し、ＬＥＤは、光を放射するために穴を通って突出している。絶縁層は、各ＬＥＤと各関連する保持装置の脚部を囲むボイド（空所）を含み、各保持装置は、ボイドを通じてＬＥＤに力を付与して、放熱板との熱的係合を付与し、リード線を配線板と係合させる引張り部を有する。上記の問題を解決してＬＥＤ発光デバイスの寿命を長くすることを目的として、通常のＰＣＢをＬＥＤモジュールの熱膨張率と最も近い熱膨張率を持つ回路基板と置き換えることが提案されている。このような回路基板は、例えば、セラミック製回路基板である。しかし、寿命の問題が解決されたとしても、通常のＰＣＢをセラミック製回路基板と置き換えることは高コスト化につながる。また、セラミック製の回路基板は壊れやすいため、発光デバイスの形状ファクタを制限する。

上記及び他の従来技術の問題点を考慮し、本発明の全体的な目的は、低コストの解決策の可能性と長寿命とを組み合わせたＬＥＤ発光デバイスを提供することである。

本発明によれば、キャリア上に設置された少なくとも一つのＬＥＤ又はＬＥＤダイ及びＬＥＤモジュールの電気的接続用の少なくとも一つの接続パッドを有する当該ＬＥＤモジュールと、前記ＬＥＤが作動中に発生した熱を放出する放熱板と、前記ＬＥＤモジュールに外部電力を供給することを可能にする導体パターンを備えた基板を有する接続ボードと、前記ＬＥＤモジュールの前記少なくとも一つの接続パッドを前記接続ボードの前記導体パターンと電気的に接続する接続機構と、前記ＬＥＤモジュールと前記放熱板との間に熱的接続を供給するために、前記ＬＥＤモジュールを前記放熱板に抗して押し付ける当該ＬＥＤ保持部とを有する発光デバイスにおいて、接続部材が、前記接続ボードの前記導体パターンと前記少なくとも一つの接続パッドとの間の移動を可能にするように構成され、前記ＬＥＤ保持部は、前記ＬＥＤモジュールを前記放熱板に抗して押し付けるばね力を行使する、発光デバイスが提供される。

本発明は、ばね力によりＬＥＤモジュールを放熱板に押し付け、接続ボードの導体パターンとＬＥＤモジュールの接続パッドとの間の少なくとも水平方向移動を可能にするＬＥＤモジュールと接続ボードとの間の電気的接続を提供することにより、従来の解決策に比べて低コストで、ＬＥＤ発光デバイスの改善された寿命が達成できるという認識に基づく。これにより、ＬＥＤモジュール（しばしばセラミックベースである）と接続ボード（一般的にＦＲ−４又は同様な素材）との熱膨張率が大きく異なる場合であっても、強固な電気的接続だけでなく良好な放熱も提供できる。したがって、長寿命、低コスト、及び／又は提案されている他の解決策、例えばＬＥＤモジュールと同素材の接続ボードを用いる場合に比べて、デザインの柔軟性に優れる発光デバイスを提供する。

本発明によれば、ＬＥＤ保持部は、接続ボードと、当該接続ボードに取り付けられた少なくとも一つの保持ばねとにより好適に形成されている。ＬＥＤ保持部として別の部品ではなく接続ボードを用いることによりコストを抑えることができる。

接続機構は、接続ボードに取り付けられ、接続ボードの導体パターンと電気的に接触する少なくとも一つの導電性接続ばねを有し、少なくとも一つの接続ばねは、ばね力によりＬＥＤモジュールの少なくとも一つの接続パッドを押し付け、ＬＥＤモジュールの少なくとも一つの接続パッドと接続ボードの導体パターンとを電気的に接続する。これにより、ＬＥＤモジュールと接続ボードとの間での（熱的不整合に起因する）多少の移動を許容しつつ電気的接続が提供される。接続ばねと接続パッドとの間の相対的移動の非常に多くのサイクルにわたって、接続ばねと接続パッドとの間の電気的接続は無傷な状態を保つことができ、したがって、「通常の」はんだ接続よりも信頼性を高めることができる。少なくとも一つの接続ばねは、好適に金属製であってもよい。

本発明によれば、少なくとも一つの接続ばねは、ＬＥＤモジュールの少なくとも一つの接続パッドを接続ボードの導体パターンと電気的に接続すると同時に、ＬＥＤモジュールを放熱板に押し付けるための少なくとも一つの保持ばねを構成する。従って、接続ばねは、ＬＥＤモジュールと接続ボードとの間の信頼性の高い電気的接続を提供する機能と、ＬＥＤモジュールを放熱板に押し付けて発光デバイスが作動中にＬＥＤモジュール内のＬＥＤから発生する熱を効率的に放出する機能との二つの機能を実現する。

少なくとも一つの接続ばねが少なくとも一つの保持ばねを構成しない場合、少なくとも一つの保持ばねは、少なくとも一つの接続ばねがＬＥＤモジュールに行使するより大きな力をＬＥＤモジュールに行使する。異なるばねをこのように寸法決めすることにより、接続ばねは、電気的接続を提供するには十分で、かつＬＥＤモジュールと放熱板との間の良好な熱的接続を保証するには必ずしも十分ではない接触力をＬＥＤモジュールの接続パッドに提供するために最適化される一方、保持ばねは、良好な熱的接続を達成するために十分な力を提供するように寸法決めされる。このようにして、放熱板との良好な熱的接触が実現される一方で、同時に、ＬＥＤモジュールの接続パッドにおける接触面摩耗を防ぐか又は少なくとも大幅に低減することができ、腐食及びそれに伴う接触抵抗のリスクを低減する。更に、この場合において、非常に小さい接触表面摩耗と良好な熱的接続との望ましい組み合わせを提供するためには、少なくとも一つの保持ばねが、関連する接触パッドに少なくとも一つの接続ばねにより行使される力より少なくとも２０％高い圧力をＬＥＤモジュールに行使するように好適に寸法決めされる。また、この場合において、少なくとも一つの保持ばねと少なくとも一つの接触ばねは、板金のような一枚の弾力性を有する材料の互いに異なる部分であってもよく、これにより、上記の二重機能は、保持ばね部と接続ばね部とを有する単一の部品を使用して、実現できる。これは、単純かつコスト効率の良い製造を提供する。

本発明の多様な実施形態によれば、接続ボードは、ＬＥＤモジュールが少なくとも部分的に接続ボードによって囲われるようＬＥＤモジュールを収容する開口部を好適に備えてもよい。開口部の位置及び形状を含む接続ボードの設計は、異なるＬＥＤモジュールごとに容易に適合させることができ、このことは、発光デバイス内に他のＬＥＤモジュールを使用することを含めたアップグレード等を簡単にする。

接続ボードの開口部は、略長方形でもよく、ばねは開口部の向かい合う辺に設けられてもよい。

その上、少なくとも一つの保持ばね及び／又は少なくとも一つの接続ばねは、好適に接続ボードにはんだ付けしてもよい。

ある実施形態において、接続ボードは、少なくとも一つの保持ばねの一端が固定される成形接続装置を有する。この固定は、少なくとも一つの保持ばねの良好な機械的固定を提供する。他の実施形態においては、成形接続装置は、少なくとも一つの保持ばねの一部と電気的に接触するはんだで充填された穴を有する。このようにして、成形接続装置による少なくとも一つの保持ばねの機械的固定がはんだにもたらす応力を低減する。はんだは、成形接続装置の導体パターンと電気的に接触してもよい。

標準的な電子機器製造設備を用いて、低いフォームファクタで自動化生産を可能にするために、更に、少なくとも一つの保持ばね及び／又は少なくとも一つの接続ばねは、リーフスプリングであってもよい。板金から作られてもよいリーフスプリングは、ピックアンドプレース機構によって配置されてもよく、接続ボードにはんだ付けできる。

本発明の上記及び他の特徴は、本発明の実施形態例を表す図面を参照しながら以下に詳細に説明されるだろう。
図１は、本発明に係る発光デバイスの第１の例示的実施形態の分解図である。 図２は、発光デバイスの分解図である。 図３は、本発明に係る発光デバイスの他の例示的実施形態の概略断面図である。

以下の説明においては、本発明は、接続ボードがＬＥＤモジュールを完全に包囲する長方形の開口部を有し、板金リーフスプリングが接続ボードにはんだ付けされているＬＥＤ発光デバイスを参照しながら説明される。

これは、本発明の範囲を決して何ら限定するものではない。本発明は、ばね力によりＬＥＤモジュールを放熱板に抗して押し付けるＬＥＤ保持部と、ＬＥＤモジュールの接続パッドと接続ボードの導体パターンとの間の移動を可能にする接続部材とを有する他の発光デバイスにも等しく適用できる。例えば、一つあるいは複数の巻ばね又は板ばね等他の種類のばねが、ＬＥＤモジュールを放熱板に押し付けるために使用できる。また、接続部材は、接続ボードの導体パターンとＬＥＤモジュールの接続パッドとに電気的に接続されたフレキシブルワイヤのような他の手段により、所望の相対的水平方向移動を提供してもよい。

図１は、本発明に係る発光デバイスの第１実施形態の分解図である。図１を参照すると、発光デバイス１は、金属製ヒートシンク２の形式の放熱板、ＬＥＤモジュール３、接続ボード４及びカバー５を有する。図１から分かるように、発光デバイス１は、更に、ばね７ａ〜ｄとＬＥＤモジュール３内のＬＥＤへの外部電力の供給を可能にするコネクタ８とを有する。ばね７ａ〜ｄとコネクタ８は、ばね７ａ〜ｄのうちの少なくとも二つがコネクタ８の適切なピンに接続されるように、接続ボード４の（図示されない）導体パターンにはんだ付けされている。ＬＥＤモジュール３は、少なくとも一つのＬＥＤ（図１ではレンズ９により覆われている）とＬＥＤの電気的接続を可能にする二つのコネクタパッド１０ａ、１０ｂとを備えている。更にまた、接続ボードは、ＬＥＤモジュール３を収容する長方形開口部６を有している。

図１から容易にわかるように、ばね７ａ〜ｄは、コネクタ８とＬＥＤとの電気的接続が達成される一方で、同時にＬＥＤモジュール３をヒートシンク２に押し付けるように、発光デバイスが組み立てられているとき、ＬＥＤモジュール３のコネクタパッド１０ａ、１０ｂを押し付ける。

よって、上記で図１を参照して説明される第１実施形態においては、ばね７ａ〜ｄは、コネクタ８の適切なピンとＬＥＤモジュール３のＬＥＤとの電気的接続を提供する機能と、ＬＥＤモジュールをヒートシンク２に押し付ける機能との二つの機能を実施する。

図２は、ＬＥＤモジュール３のコネクタパッド１０ａ、１０ｂとコネクタ８との間の電気的接続という点と、ＬＥＤモジュール３のヒートシンク２への押し付けが板金からなるばね機構２１ａ、２１ｂにより達成される点とにおいて図１を参照して説明した発光デバイス１とは異なる、発光デバイス２０を模式的に示す。図２からわかるように、ばね機構２１ａ、２１ｂは、略長方形開口部６の向かい合う辺で接続ボード４に取り付けられている。同じく図２からわかるように、ばね機構２１ａ、２１ｂの各々は、接続ばね部２３と保持ばね部２２とを有する。接続ばね部２３は、やや細い形状を持つ一方、保持ばね部２２はやや幅広い形状を持ち、これは、保持ばね部２２が接続ばね部より高いばね定数を持つことを意味する。接続ばね部２３は、ＬＥＤモジュール３の接続パッド１０ａ、１０ｂへ接続ばね部２３により行使される力が、接続ばね部２３と接続パッド１０ａ、１０ｂとの確実な電気的接続を達成するためには十分高いが、経時的な接触表面摩耗と結果的になるには、それ程高くはないように寸法決めされている。つまり、接続ばね部２３は、ＬＥＤモジュールの接続パッドを接続ボード４の導体パターンと電気的に接続させる機能を達成するように寸法決めされている。ＬＥＤモジュール３をヒートシンク２に抗して押し付ける機能を達成するために、保持ばね部２２は、発光デバイス２０が組み立てられるとき、ＬＥＤモジュール３に大幅により大きな力を行使するように寸法決めされている。

図３は、本発明に係る発光デバイス３０の実施形態を示す概略断面図である。発光デバイス３０は、ほとんどの点で図１を参照して説明された実施形態と同様であるが、主な違いは、本実施形態では接続ボードが成形接続装置（ＭＩＤ）３１である点である。図３を参照すると、発光デバイス３０は、金属製ヒートシンク２の形式の放熱板、ＬＥＤモジュール３及びＭＩＤ３１を有する。ＬＥＤモジュール３は、少なくとも一つのＬＥＤ（レンズ９により覆われている）とＬＥＤの電気的接続を可能にする二つのコネクタパッド１０ａ、１０ｂ（図３ではコネクタパッド１０ａのみ図示）とを備えている。発光デバイス３０は、更に、ばね７ａ〜ｄを有する（図３では、ばね７ｂのみ図示）。ばね７ａ〜ｄは、図１を参照して説明されたものと同様の性質を持つ。本実施形態においては、ばね７ａ〜ｄの一端は、ＭＩＤ３１内に機械的に固定され、ばねの他端は、ＬＥＤモジュール３の一部、例えば電気的接触を確立するためのコネクタパッド１０ａ、１０ｂに接触して押し付け力を行使する。ばね７ａ〜ｄは、このように発光デバイス３０が組み立てられるとき、ＬＥＤモジュール３のコネクタパッド１０ａ、１０ｂを押し付けるので、コネクタ８とＬＥＤとの電気的接続が達成される一方で、同時にＬＥＤモジュール３をヒートシンク２に押し付ける。ばね７ａ〜ｄは、ＭＩＤ３１のビア又は開口部に付与されたはんだ３２を通じて（図示されていない）ＭＩＤ３１の導体パターンと電気的に接続され、ビア又は開口部は、ＭＩＤ３１内に固定されたばね７ａ〜ｄを部分的に露出し、よって、ばね７ａ〜ｄを通じてＭＩＤ３１の導体パターンからコネクタパッド１０ａ、１０ｂへの電気的接続を確立する。ＭＩＤ３１は、例えば積層ＰＣＢに比べて接続ボードの形状選択に、より多くの自由度を与える。本実施形態は、ばね７ａ〜ｄがＭＩＤ３１の内部で固定され、よって、より優れた機械的固定を達成できるので、より高い信頼性を提供する。更に、図１を参照して例示されたはんだでのばね７ａ〜ｄの固定と比較すると、ばね７ａ〜ｄにより誘発される機械的な力及びストレスに対するはんだ接続部３２の改善された保護が達成される。

追加的に、開示された実施例への好適な変更は、図面、明細書、請求項の検討から、発明を実施する当業者により理解され実施できる。例えば、開口部６は、ＬＥＤモジュール３を完全に包囲する必要はない。ばね部品の設計についての他の例が見ることができる。ＳＭＤ部品（他の例におけるように）として設計できるし、またスルーホール部品であってもよい。又は、ＰＣＢ部材への穴の窪み（ＰＣＢ面より下には達しない）に挿入される部品であってもよい。このようにして、はんだ接続部は力を伝達する単独のインターフェイスではなくなるため、総合的により大きな力を許容可能な部品が作られる。

請求項において、「有する」という語は、他の要素又は工程を除外するものではないし、名詞は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された複数のアイテムの機能を実現してもよい。さらに、特定の手段が、相互に異なる独立クレームに記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを公的に使用できないことを示さない。

Claims (8)

1. キャリア上に設置された少なくとも一つのＬＥＤ、及びＬＥＤモジュールの電気的接続用の少なくとも一つの接続パッドを有する当該ＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤが作動中に発生した熱を放出する放熱板と、
   前記ＬＥＤモジュールに外部電力を供給することを可能にする導体パターンを備えた基板を有する接続ボードと、
   前記接続ボードに取り付けられた少なくとも一つの接続ばねを有する接続機構であって、前記少なくとも一つの接続ばねは、前記ＬＥＤモジュールの前記少なくとも一つの接続パッドを前記接続ボードの前記導体パターンと電気的に接続するよう前記ＬＥＤモジュールの前記少なくとも一つの接続パッドをばね力で押し付け、前記接続ボードの前記導体パターンと前記少なくとも一つの接続パッドとの間の移動を可能にする当該接続機構と、
   前記接続ボード、及び前記接続ボードに取り付けられた少なくとも一つの保持ばねによって形成されるＬＥＤ保持部であって、前記少なくとも一つの保持ばねは、前記ＬＥＤモジュールと前記放熱板との間に熱的接続を供給するために、ばね力により前記ＬＥＤモジュールを前記放熱板に抗して押し付ける当該ＬＥＤ保持部とを有する発光デバイスにおいて、
   前記少なくとも一つの接続ばねは、前記ＬＥＤモジュールの前記少なくとも一つの接続ばねを前記接続ボードの前記導体パターンと電気的に接続するとともに前記ＬＥＤモジュールを前記放熱板に押し付けるための前記少なくとも一つの保持ばねを構成することを特徴とする、発光デバイス。
2. 前記接続ボードにより前記ＬＥＤモジュールが少なくとも部分的に囲まれるように、前記接続ボードは、前記ＬＥＤモジュールを収容する開口部を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記開口部は略長方形である、請求項２に記載の発光デバイス。
4. 前記ＬＥＤ保持部は、前記接続ボードの第１側に取り付けられた第１のばねセットと前記接続ボードの前記第１側と反対の第２側に取り付けられた第２のばねセットを備える、請求項３に記載の発光デバイス。
5. 前記少なくとも一つの保持ばねは、前記接続ボードにはんだ付けされている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光デバイス。
6. 前記少なくとも一つの保持ばねは、リーフスプリングである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光デバイス。
7. 前記接続ボードは、前記少なくとも一つの保持ばねの一端が固定される成形接続部品を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
8. 前記成形接続部品は、前記少なくとも一つの保持ばねの一部が接続されるはんだが充填された穴を有する、請求項７に記載の発光デバイス。
   

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