特許 5758907 ＬＥＤｓを有する、拡大縮小可能なセラミック性ダイオード支持体から構成されるアレー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5758907

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年8月5日

(54)【発明の名称】ＬＥＤｓを有する、拡大縮小可能なセラミック性ダイオード支持体から構成されるアレー

(51)【国際特許分類】

   F21V 29/85 20150101AFI20150716BHJP

   F21V 29/76 20150101ALI20150716BHJP

   F21S 2/00 20060101ALI20150716BHJP

   F21Y 101/02 20060101ALN20150716BHJP

【ＦＩ】

   F21V29/85

   F21V29/76

   F21S2/00 110

   F21Y101:02

【請求項の数】12

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-535800(P2012-535800)

(86)(22)【出願日】2010年10月27日

(65)【公表番号】特表2013-508929(P2013-508929A)

(43)【公表日】2013年3月7日

(86)【国際出願番号】EP2010066211

(87)【国際公開番号】WO2011051310

(87)【国際公開日】20110505

【審査請求日】2013年10月16日

(31)【優先権主張番号】102009046049.7

(32)【優先日】2009年10月27日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102009054974.9

(32)【優先日】2009年12月18日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】511004645

【氏名又は名称】セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー ドーン

(72)【発明者】

【氏名】アルフレート ティム

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン グレーガー

(72)【発明者】

【氏名】クアト ブラウン

(72)【発明者】

【氏名】アーミン ファイトル

【審査官】 田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８７８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３１８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２３８３３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｖ ２９／８５

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ２９／７６

Ｆ２１Ｙ １０１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放熱性セラミック性冷却フィンとモノリスを形成しているセラミック性支持体ボディを含むセラミック性ダイオード支持体であって、前記支持体ボディの表面に焼結されたメタライジング領域が導体路として配置されており、かつ、前記ダイオード支持体にＬＥＤｓが固定可能であり、前記ＬＥＤｓの電気端子が前記導体路と電気的に接続可能であるセラミック性ダイオード支持体において、少なくとも２の同一のセラミック性ダイオード支持体が接続して１つのアレーとなっており、前記ＬＥＤｓはＡｕＳｎを用いてメタライジング化したセラミック性支持体ボディに実装されており、
前記ダイオード支持体が、柔軟に構成されているフレーム内にはめ込まれており、かつ前記アレーが点状照明のためにＬＥＤｓの側に凹状に曲げられていることを特徴とするセラミック性ダイオード支持体。

【請求項2】

前記ダイオード支持体が、金属又はプラスチック製のフレーム内にはめ込まれていることを特徴とする請求項１記載のダイオード支持体。

【請求項3】

前記ダイオード支持体がプラグ及び／又はブッシュを電気的及び／又は機械的接続エレメントとして有し、前記エレメントと隣接するダイオード支持体が直接的又は間接的に相互に接続していることを特徴とする請求項１記載のダイオード支持体。

【請求項4】

前記プラグがピンであり、前記ブッシュが前記ピンに適合されていることを特徴とする請求項３記載のダイオード支持体。

【請求項5】

前記ダイオード支持体が別個の接続エレメントを介して相互に接続していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項6】

少なくとも前記ダイオード支持体の周辺でストリップがメタライジング領域及びＬＥＤｓ無しに配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項7】

前記ストリップが少なくとも１の空所を有することを特徴とする請求項６記載のダイオード支持体。

【請求項8】

前記フレームが同時にＬＥＤｓのための電流供給装置としても用いられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項9】

前記ダイオード支持体が前記フレーム内へと、組み込まれ、差し込まれ、吊り下げられ又は挟み込まれていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項10】

前記ダイオード支持体が前記フレーム内へと、交換可能に、組み込まれ、差し込まれ、吊り下げられ又は挟み込まれていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項11】

前記ダイオード支持体に相互に平行な導体路が配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のダイオード支持体。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１項記載のセラミック性ダイオード支持体少なくとも２つを備えるアレーであって、前記ダイオード支持体にＬＥＤｓが固定されており、前記ＬＥＤｓの電気端子は前記ダイオード支持体の導体路と電気的に接続していることを特徴とするアレー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念によるセラミック性ダイオード支持体に関する。

【0002】

パワーＬＥＤ用の支持体は、必要な熱伝導率に応じて、セラミック原料、例えばＡｌＮ又はＡｌ₂Ｏ₃からなってよい。あるいは、金属原料、例えばＡｌからの金属支持体が使用されることもあり、しかし、前記支持体は、その導電性のために、ＬＥＤ構築前に非金属被覆されなくてはならないか、又は前記ＬＥＤｓは個々の非導電性構築物（支持体プレート）に実装されなくてはならず、このことは、そうして、この金属性冷却ボディの良好な熱伝導にもかかわらず、接着剤及びプラスチックのその劣悪な熱伝導率（典型的には３Ｗ／ｍＫ未満）のために、この必要な取付面積（及び冷却面積）を増加させるか、又はこのパワーＬＥＤｓのパッケージ密度を低下させる。

【0003】

ＷＯ ２００７／１０７６０１ Ａ２からは、ヒートシンクとも呼ばれるセラミック性冷却ボディ１が知られている（図２ａ〜２ｄ参照）。前記冷却ボディ１は、セラミック性支持体ボディ２からなり、前記ボディ２は一体となって放熱性冷却エレメント７（フィンとも呼ばれる）を備えており、その際、前記支持体ボディ２の表面３には焼結されたメタライジング領域４１が設けられているため、前記冷却ボディ１はプリント回路基板として使用可能である。

【0004】

メタライジング領域４１は、好ましくはタングステンからなり、かつ、化学的にニッケルめっきされている。図２ａは、三次元の観点における冷却エレメント７を備える支持体ボディ２を示し、図２ｂは冷却エレメント７の下側からの一観点を示す。図２ｃは縦断面を、図２ｄは冷却ボディ１の表面３を示す。

【0005】

本発明の基礎となる課題は、請求項１の主題によるダイオード支持体から照明ボディを製造することである。

【0006】

本発明に応じて、少なくとも２の同一のセラミック性ダイオード支持体を接続して１つのアレーにすることによって、前記課題は解決される。これによって、照明ボディの製造のために１つのアレーへと物理的にかつ電気的に相互に接続される、同一のセラミック性ダイオード支持体だけを製造することが必要となる。アレーとは、定められた様式にある、同種のエレメント（ここではダイオード支持体）の構成が理解される。

【0007】

好ましい一実施態様では、前記ダイオード支持体は、好ましくは金属又はプラスチック製の、フレーム内にはめ込まれる。前記フレームは、ダイオード支持体のための収容装置として用いられる。前記フレームは、平面状に仕上げられていてもよいし、三次元に仕上げられていてもよい。

【0008】

好ましくは、前記ダイオード支持体はプラグ及び／又はブッシュを電気的及び／又は機械的接続エレメントとして有し、前記エレメントと隣接ダイオード支持体は直接的又は間接的に相互に接続している。プラグ及びブッシュがこの機能を引き受ける場合には、フレームは省略されてよい。しかし、プラグ及び／又はブッシュは、ダイオード支持体の電気的接続のためにだけ相互に利用されてもよい。電気的接続のためには、前記プラグ及び／又はブッシュのポールは、この導体路又はメタライジング領域と接続していなくてはならない。

【0009】

好ましい一実施態様において、前記プラグはピン、特に規格ＧＵ ５．３によるピンであり、かつ、前記ブッシュはこのピンに適合されている。この実施態様でも、前記ピン及びブッシュは機械的接続も同様に電気的接続も引き受ける。

【0010】

代替的な好ましい一実施態様において、前記ダイオード支持体は別個の接続エレメントを介して相互に接続している。この接続エレメントもまた、電気的及び／又は機械的接続エレメントであってよく、又は両方の機能（機械的及び電気的接続）を満たしてよい。

【0011】

好ましい一実施態様において、少なくとも前記ダイオード支持体の周辺で、メタライジング領域及びＬＥＤｓなしにストリップが配置されている。このストリップは、セラミックさね（Feder）をフレーム又はレールにも対する固定のために形成する。そうして、少なくとも２のレールがフレームを形成する。

【0012】

好ましくは、前記ストリップはボルトでの固定のために少なくとも１の空所を有する。この空所は好ましくは半円形に形成されており、かつ、前記ストリップの長さの中央に配置されている。前記ダイオード支持体の反対側には同様に、切欠き（Ausnehmung）を有するストリップが配置されており、その際、同じ場所に空所が見出される。

【0013】

好ましい一実施態様において、前記フレームはＬＥＤｓのための電流供給装置としても同時に用いられる。このために、前記フレームは導電性材料から、例えば金属からならなくてはならない。

【0014】

好ましい一実施態様において、前記フレームは柔軟に形成されており、それによって、前記ダイオード支持体の凸状又は凹状の配置を容易に達成することができる。そのため、例えば、前記ダイオード支持体は凹状に相互に取り付けられていてよく、その結果、ＬＥＤｓの光は約１００ｃｍ離れて集束化される。アレーは、面状照明のために平らであり、そして、点状照明のためにＬＥＤｓの側に凹状に曲げられている。

【0015】

前記ダイオード支持体はフレーム内へと、好ましくは交換可能に、組み込まれ、差し込まれ、吊り下げられ又は挟み込まれており、そのため、欠陥のあるダイオード支持体は容易に交換されることができ、かつアレーは容易に製造できる。

【0016】

好ましい実施態様において、前記ダイオード支持体には相互に平行な導体路が配置されている。そのつど２の隣接する導体路はＬＥＤｓのための電流供給装置を形成する。

【0017】

本発明により、少なくとも２の同一のセラミック性ダイオード支持体を有するアレーが記載され、その際、前記ダイオード支持体にはＬＥＤｓが固定されており、その電気端子は前記ダイオード支持体の導体路と電気的に接続している。

【0018】

セラミック性冷却ボディは、例えばＡｌＮ（１８０Ｗ／ｍＫ）から、セラミック性フィンを有するプレートとして裏側にモノリシックに形成されているが、良好な熱伝導性のはんだ化合物（例えば約６０〜８０Ｗ／ｍＫを有するＡｕＳｎ）を用いたメタライジング化した冷却ボディへのＬＥＤｓへの直接的な実装性のために、極めて効率的であり、そのため、複数の冷却ボディもが直接的に隣り合って、サイズ及び数の点で拡大縮小可能に（skalierbar）１つのアレーへと配置されることができる。このアレーは、例えば金属製であるフレームによって、クランプを用いて個々の冷却ボディに一緒に集積される。アレー中ではダイオード支持体は種々の角度で固定化されてよく、そのため、集束したアレー又は散乱性アレー、又は調節可能アレーが生ずる。ダイオードの光の色は種々であってよい。適した電気回路と一緒になってダイオードは所定の時間断続的にスイッチを入れた状態にされてよい。冷却ボディは対流冷却又は液体冷却されていてよい。

【0019】

以下、本発明を図面に基づき説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、９つの同一の正方形のセラミック性ダイオード支持体を示す図である。

【図2】図２は、ＷＯ ２００７／１０７６０１ Ａ２によるセラミック性冷却ボディ１を示す図である。

【図3】図３は、本発明によるセラミック性ダイオード支持体１０を示す図である。

【0021】

図２ａ〜２ｄは、上で説明したように、ＷＯ ２００７／１０７６０１ Ａ２によるセラミック性冷却ボディ１を示す。

【0022】

図１は、９つの同一の正方形のセラミック性ダイオード支持体（そのつど４×４ｃｍの回路面）を示し、１Ｗａｔｔごとに同じ色のＬＥＤｓ１３をそのつど６つ備えており、これは１つのアレーへと接続している。この個々のダイオード支持体１０は金属フレーム１１（模式的によってのみ示されている）中に組み込まれているか又は吊り下げられており、これは同時にＬＥＤｓ１３（電流供給はこの図では示していない）のための電流供給器としても用いられる。４つの角１２で、金属フレーム１１又はこのアレーは中央のダイオード支持体１０ａとは反対にいくらか持ち上げられ、その結果、ダイオード支持体１０は凸状（図からは見出せない）に相互に実装されている。凸状の配置の結果として、アレーのＬＥＤｓの光はダイオード支持体１０から約１００ｃｍ離れて集束する。

【0023】

ダイオード支持体１０からのアレーは、面状照明に用いられるが、しかし、記載のように、点状照明にも使用できる。このために、ダイオード支持体１０は種々の角度で金属フレーム１１中に固定され、その結果、集束した光が生じる。

【0024】

角１２の折り畳み（Hochklappen）によって、例えば、光燃焼点（Lichtbrennpunkt）を有するパラボラ構造が発生する。このアレーは、面状照明のために平らであってもよいし、点状照明のために曲げられていてもよい。

【0025】

前記ダイオード支持体１０は、セラミック性支持体ボディ２からなり、前記ボディ２は一体となって放熱性冷却エレメント７（フィンとも呼ばれる）を備えており、その際、前記支持体ボディ２の表面３には焼結されたメタライジング領域２が設けられている（図２参照のこと）ため、前記支持体ボディ２はプリント回路基板として使用可能である。

【0026】

前記メタライジング領域は好ましくはタングステンからなり、かつ、化学的にニッケルめっきされている。

【0027】

好ましくは前記アレーの使用は、手術室中の外科手術における適用のためである。更なる好ましい使用可能性は次のとおりである：
街灯
インドア／アウトドア物品照明
フラッドライト。

【0028】

図３ａ、３ｂは、本発明によるセラミック性ダイオード支持体１０を俯瞰図（３ａ）及び断面図（３ｂ）で示し、前記支持体１０は、冷却ボディ１から又はセラミック性支持体ボディ２からなり、これは一体となって放熱性セラミック性冷却エレメント７（ここではフィン）を備えている。この冷却エレメント７は、図２に示すように、支持体ボディ２の側に配置されており、かつ、支持体ボディ２から櫛形に直角に突き出ている。支持体ボディ２の表面３には、焼結されたメタライジング領域４１が導体路４２として設けられており、そのため、前記ダイオード支持体１０は極めて良好な放熱性を有するプリント回路基板の機能を有する。この実施態様において、ダイオード支持体１０には５つのＬＥＤｓ１３が固定されており、前記ＬＥＤはその電気リードでもってメタライジング領域４１にはんだ付けされている。２以上のダイオード支持体１０を１のアレーへと電流伝導的接続及び／又は機械的接続するには、ダイオード支持体１０はプラグ及び／又はブッシュを接続エレメントとして有し、これと前記ダイオード支持体は直接的又は間接的に相互に接続している。

【0029】

ここで示した一実施態様において、前記プラグはピン６、特に規格ＧＵ ５．３によるピンであり、かつ、前記ブッシュはこのピンに適合されている。図３は、ここではピン６からなるプラグのみを有する一実施態様を示す。このピン６は、各プラグにつき２つであり、ダイオード支持体１０の周辺領域に配置されており、その際、前記プラグ６はダイオード支持体１０の反対側にある。２つのダイオード支持体１０の接続には、ここでは別個の接続エレメント８が使用される。この接続エレメント８は、ここで示した変法において、長方形の又は正方形に成形されたプレートであり、貫通孔１４を有する。この孔１４中にはダイオード支持体１０にあるピン６が差し込まれ、電気的コンタクトを作製している。各接続エレメント８は、４つの孔１４を有する。そのつどの２つの孔１４は、接続エレメント８で相互に電気に接続している。

【0030】

フレーム内にダイオード支持体１０を固定するために、これは少なくとも周辺にストリップ４をメタライジング領域４１なしに、かつ、ＬＥＤｓ１３なしに有する。ストリップ４は、これによって、セラミックさねをフレーム又はレール内の固定のために形成する。そうして、少なくとも２のレールがフレームを形成する。

【0031】

ストリップ４は、好ましくはボルトでの固定のために、少なくとも１の空所（Aussparung）を有する。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図3a】

【図3b】