特許 6929232 発光ダイオードモジュール、及び発光ダイオードモジュールを形成する方法

(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】6929232

(24)【登録日】2021年8月12日

(45)【発行日】2021年9月1日

(54)【発明の名称】発光ダイオードモジュール、及び発光ダイオードモジュールを形成する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/58 20100101AFI20210823BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20210823BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/58

   H01L33/50

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-566071(P2017-566071)

(86)(22)【出願日】2016年6月16日

(65)【公表番号】特表2018-524810(P2018-524810A)

(43)【公表日】2018年8月30日

(86)【国際出願番号】EP2016063864

(87)【国際公開番号】WO2016207053

(87)【国際公開日】20161229

【審査請求日】2019年6月12日

(31)【優先権主張番号】15173760.8

(32)【優先日】2015年6月25日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】517152128

【氏名又は名称】ルミレッズ ホールディング ベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】スウィーガース，ノルベルトゥス，アントニウス，マリア

(72)【発明者】

【氏名】デ サンバー，マルク，アンドレ

【審査官】 大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０１４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８４３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１５−００４４３０７（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９１１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４９１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７７５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２６０１７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１０８５１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

Ｇ０２Ｆ １／１３３５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブル部分を有する単一の基板と、
前記基板上にマウントされた、複数の発光ダイオードを有する発光ダイオードアセンブリであり、前記複数の発光ダイオードによって放たれた光が出力される第１の出力窓を有する発光ダイオードアセンブリと、
第１の入力窓及び第２の出力窓を有する光方向付け素子であり、当該光方向付け素子は、前記第１の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、前記第２の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、
当該光方向付け素子は、前記第１の出力窓から出力された光を、前記第１の入力窓で受けるように位置付けられ、
前記第２の出力窓は、前記第１の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ
前記第２の出力窓は、前記第１の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にある、
光方向付け素子と、
前記基板上にマウントされた、複数の更なる発光ダイオードを有する更なる発光ダイオードアセンブリであり、前記複数の更なる発光ダイオードによって放たれた光が出力される第３の出力窓を有する更なる発光ダイオードアセンブリと、
第２の入力窓及び第４の出力窓を有する更なる光方向付け素子であり、当該更なる光方向付け素子は、前記第２の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、前記第４の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、
当該更なる光方向付け素子は、前記第３の出力窓から出力された光を、前記第２の入力窓で受けるように位置付けられ、
前記第４の出力窓は、前記第３の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ
前記第４の出力窓は、前記第３の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にある、
更なる光方向付け素子と
を有し、
前記光方向付け素子及び前記更なる光方向付け素子が背中合わせで位置付けられ、前記第２の出力窓と前記第４の出力窓とで単一のいっそう大きい出力領域を形成するように、前記フレキシブル部分が屈曲されている、
発光ダイオードモジュール。

【請求項2】

前記光方向付け素子は、前記発光ダイオードアセンブリの前記第１の出力窓から出力された光が前記光方向付け素子の前記第１の入力窓に直接結合されるように、前記発光ダイオードアセンブリに直接結合され、且つ／或いは、前記更なる光方向付け素子は、前記更なる発光ダイオードアセンブリの前記第３の出力窓から出力された光が前記更なる光方向付け素子の前記第２の入力窓に直接結合されるように、前記更なる発光ダイオードアセンブリに直接結合される、請求項１に記載の発光ダイオードモジュール。

【請求項3】

前記発光ダイオードアセンブリ及び前記更なる発光ダイオードアセンブリは、フレキシブル基板上にマウントされている、請求項１又は２に記載の発光ダイオードモジュール。

【請求項4】

前記光方向付け素子及び前記更なる光方向付け素子はそれぞれ更に、それぞれ前記第１の入力窓及び前記第２の入力窓で第１の波長の光を受け取って、異なる波長を持つ更なる光を放つように適応され、それにより、それぞれ前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓で出力される光が、それぞれ前記第１の入力窓及び前記第２の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有する、請求項１乃至３の何れかに記載の発光ダイオードモジュール。

【請求項5】

当該発光ダイオードモジュールは更に、
前記発光ダイオードアセンブリ及び前記光方向付け素子と前記更なる発光ダイオードアセンブリ及び前記更なる光方向付け素子とのそれぞれからの光リークを抑制するように、前記発光ダイオードアセンブリ及び前記光方向付け素子と前記更なる発光ダイオードアセンブリ及び前記更なる光方向付け素子とのそれぞれを包み込むように適応されたエンケーシングモールド
を有し、
前記エンケーシングモールドは、前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓のそれぞれを覆わないように形成され、それにより、前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓のそれぞれから、光が当該発光ダイオードモジュールから出力されることを可能にしている、
請求項１乃至４の何れかに記載の発光ダイオードモジュール。

【請求項6】

発光ダイオードモジュールを形成する方法であって、
複数の発光ダイオードを有する発光ダイオードアセンブリを用意し、該発光ダイオードアセンブリは、前記複数の発光ダイオードによって放たれた光が出力される第１の出力窓を有し、
第１の入力窓及び第２の出力窓を有する光方向付け素子を用意し、該光方向付け素子は、前記第１の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、前記第２の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、前記第２の出力窓は、前記第１の出力窓よりも小さい面積を有し、
前記光方向付け素子を、前記第１の出力窓から出力された光を前記第１の入力窓で受けるように位置付け、
複数の更なる発光ダイオードを有する更なる発光ダイオードアセンブリを用意し、該更なる発光ダイオードアセンブリは、前記複数の更なる発光ダイオードによって放たれた光が出力される第３の出力窓を有し、
第２の入力窓及び第４の出力窓を有する更なる光方向付け素子を用意し、該更なる光方向付け素子は、前記第２の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、前記第４の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、前記第４の出力窓は、前記第３の出力窓よりも小さい面積を有し、
前記更なる光方向付け素子を、前記第３の出力窓から出力された光を前記第２の入力窓で受けるように位置付け、
前記発光ダイオードアセンブリ及び前記更なる発光ダイオードアセンブリを、フレキシブル部分を有する単一の基板上にマウントし、前記フレキシブル部分は、前記光方向付け素子と前記更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられることができるよう、十分に屈曲可能であるように適応され、且つ
前記光方向付け素子と前記更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられ、前記第２の出力窓と前記第４の出力窓とで単一のいっそう大きい出力領域を形成するように、前記フレキシブル部分を屈曲させる、
ことを有する方法。

【請求項7】

前記光方向付け素子及び前記更なる光方向付け素子はそれぞれ更に、それぞれ前記第１の入力窓及び前記第２の入力窓で第１の波長の光を受け取って、異なる波長を持つ更なる光を放つように適応され、それにより、それぞれ前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓で出力される光が、それぞれ前記第１の入力窓及び前記第２の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有するようにされる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

当該方法は、
光リークを抑制するように、エンケーシングモールドで、前記発光ダイオードアセンブリ及び前記光方向付け素子と前記更なる発光ダイオードアセンブリ及び前記更なる光方向付け素子とのそれぞれを包み込む
ことを有し、
前記エンケーシングモールドは、前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓のそれぞれを覆わないように形成され、それにより、前記第２の出力窓及び前記第４の出力窓のそれぞれから、光が当該発光ダイオードモジュールから出力されることを可能にする、
請求項６又は７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の入力窓が前記第１の出力窓に直接結合されるように、前記光方向付け素子を前記発光ダイオードアセンブリにマウントし、
前記第２の入力窓が前記第３の出力窓に直接結合されるように、前記更なる光方向付け素子を前記更なる発光ダイオードアセンブリにマウントする、
ことを有する請求項６乃至８の何れかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤモジュールの分野に関し、特に、光方向付け素子を有するＬＥＤモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

投影照明システム、屋外照明システム、及び例えばヘッドライトといった自動車照明システムにおけるＬＥＤモジュールの使用に増加傾向がある。これら及びその他の環境において、高輝度光源に対する要望が高まっている。

【0003】

光源の輝度を最適化する既知の方法は、光変換素子、高出力ＬＥＤ、及びより密集したＬＥＤの使用を含む。しかしながら、そのような方法を使用しても、達成可能な最大輝度には依然として限界がある。現在、例えば、そのようなＬＥＤ光源のおおよその照度限界は２５０ｌｍ／ｍｍ^２である。

【0004】

また、高出力ＬＥＤや密集したＬＥＤを使用することは、ＬＥＤモジュールに必要な放熱を増大させ、このことが、ＬＥＤの利用可能なサイズ及び／又は効率に更なる制限を課してしまい得る。
国際公開第２０１５／０８３３４号パンフレットは、基板と、少なくとも１つのＬＥＤと、ライトガイドとを有する発光デバイスを開示している。ＬＥＤは、ライトガイドに少なくとも部分的に埋め込まれる。
米国特許出願公開第２０１１／０２６０１７９号明細書は、１つ以上のＬＥＤを有するフレキシブルＬＥＤパッケージング構造を開示している。ＬＥＤは、第１の金属フォイル基板および第２の金属フォイル基板の上に接合され且つそれらと接続される。複数のＬＥＤが複数の異なる面内に配置され得る。

【発明の概要】

【0005】

本発明は請求項によって規定される。

【0006】

本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤモジュールが提供され、当該ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤを有するＬＥＤアセンブリであり、該複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第１の出力窓を有するＬＥＤアセンブリと、第１の入力窓及び第２の出力窓を有する光方向付け素子であり、当該光方向付け素子は、第１の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第２の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、当該光方向付け素子は、第１の出力窓から出力された光を、第１の入力窓で受けるように位置付けられ、第２の出力窓は、第１の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ第２の出力窓は、第１の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にある、光方向付け素子と、を有する。

【0007】

換言すれば、一実施形態によれば、（ＬＥＤアセンブリを形成する）複数の発光ダイオード又はＬＥＤが提供され得る。これら複数のＬＥＤから放たれた光が少なくとも第１の方向に通るＬＥＤアセンブリの第１の出力窓が画成される。この第１の出力窓を通り抜ける光が、第１の入力窓で光方向付け素子によって受け取られる。光方向付け素子は、第１の入力窓で受け取った光を光方向付け素子の第２の出力窓へと方向付け、それにより光を放射する。故に、光方向付け素子によって受け取られた光は、入力窓から第２の出力窓へと方向付けられる。

【0008】

第２の出力窓は、（ＬＥＤアセンブリの）第１の出力窓よりも小さい表面積を有する。換言すれば、第２の出力窓から出力される光は、第１の出力窓を通ってＬＥＤアセンブリから放たれる光よりも集中される（例えば、より明るい）。

【0009】

第２の出力窓は、第１の出力窓に対して垂直な平面内に位置付けられる。換言すれば、第２の出力窓は、第１の出力窓に対して実質的に垂直である。第１の出力窓から第１の方向に放たれた光が、第２の出力窓から第２の方向に出力されるように、光方向付け素子によって方向付けられると考えることができ、第２の方向は第１の方向に対して実質的に垂直である（例えば、第１の方向から８５°−９５°）。

【0010】

容易に理解されることには、これは、ＬＥＤアセンブリの面積が、ＬＥＤモジュールから光が出力される窓よりも大きいサイズのものになることを可能にする。また、この最終的な出力窓（すなわち、第２の出力窓）に対して垂直にＬＥＤモジュールを位置付けることは、改善されたヒートスプレッド及びヒートシンク手段を実装することを可能にし得るものである３次元設計アプローチを可能にする。

【0011】

実際、ここで有利に認識されることには、３次元能力は、小さい光出口窓を達成しながら、高められた熱マネジメントを可能にする。これは少なくとも部分的に、ＬＥＤアセンブリのサイズがＬＥＤモジュールの光出口窓（すなわち、第２の出力窓）のサイズによって制約される必要がないので、増大された領域がＬＥＤアセンブリにおけるヒートシンク手段のために利用可能であることによる。

【0012】

少なくとも１つの実施形態において、光方向付け素子は、ＬＥＤアセンブリの第１の出力窓から出力された光が光方向付け素子の第１の入力窓に直接結合されるように、ＬＥＤアセンブリに直接結合される。

【0013】

換言すれば、第１の出力窓と第１の入力窓とが、直ちに面して互いに近接するように、一緒に位置付けられる。これは、有利なことに、第１の出力窓から第１の入力窓への光のカップリングを改善させて、潜在的な光損失を最小にすることになる。

【0014】

一部の実施形態において、ＬＥＤアセンブリは、フレキシブル基板上にマウントされる。

【0015】

他の又は更なる実施形態において、光方向付け素子は更に、第１の入力窓で第１の波長の光を受けて異なる波長を持つ光を更に放つように適応され、それにより、第２の出力窓で出力される光が、第１の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有するようにされる。

【0016】

少なくとも１つのそのような実施形態では、光方向付け素子によって受け取られた光のうちの少なくとも一部が異なる波長の光へと変換され得るように、光方向付け素子は変換素子としての役割を果たすように適応され得る。これは、光方向付け素子によって受け取られる光よりも広い波長範囲の光を光方向付け素子が放つことを可能にする。

【0017】

これは、有利なことに、より高い効率及び／又は輝度を持つＬＥＤ（例えば、青色ＬＥＤ）をＬＥＤアセンブリ内に配設することを可能にする。この光の一部を異なる色の光に変換する（例えば、一部の青色光を黄色光に変える）ことは、ＬＥＤモジュールによって、より広い且つ／或いはより望ましい波長範囲の光を放つことを可能にし得る。

【0018】

ＬＥＤモジュールは更に、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子からの光リークを抑制するように、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子を包み込むように適応されたエンケーシングモールドを有することができ、エンケーシングモールドは、第２の出力窓を覆わないように形成され、それにより、第２の出力窓から、光がＬＥＤモジュールから出力されることを可能にする。

【0019】

換言すれば、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子は、ＬＥＤアセンブリ及び／又は光方向付け素子からの光リーク又は光の逃げ出しを抑制するように、エンケーシングモールドによって少なくとも部分的に覆われ得る。例えば、逃げ出る光をＬＥＤアセンブリ又は光方向付け素子へと反射し返すように、それぞれ、ＬＥＤアセンブリ及び／又は光方向付け素子の外表面を覆うように反射素子が位置付けられ得る。

【0020】

エンケーシングモールドは、ＬＥＤモジュールから光が出力され得るように、第２の出力窓を覆わないように適応される。実施形態において、エンケーシングモールドは、ＬＥＤモジュールから（例えば空気中に）光が出力され得る領域が第２の出力窓のみであるように、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子の実質的に全てを覆う。

【0021】

有利には、光方向付け素子モジュールは三角プリズムとして形成され、第２の出力窓は三角プリズムの側縁（サイドエッジ）である。実施形態において、光方向付け素子は、先細るプリズム（すなわち、三角プリズム）として形成されることができ、先細るプリズムの底面（すなわち、最もテーパされていない側縁）が第２の出力窓である。これは、有利なことに、第２の出力窓に向かって付勢されるように、光方向付け素子の内部での光の指向性を最適化する。

【0022】

一部の実施形態において、複数のＬＥＤを有する更なるＬＥＤアセンブリであり、該複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第３の出力窓を有する更なるＬＥＤアセンブリと、第２の入力窓及び第４の出力窓を有する更なる光方向付け素子であり、当該更なる光方向付け素子は、第２の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第４の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、当該更なる光方向付け素子は、第３の出力窓から出力された光を、第２の入力窓で受けるように位置付けられ、第４の出力窓は、第３の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ第４の出力窓は、第３の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にある、更なる光方向付け素子と、を更に有するＬＥＤモジュールが提供され得る。

【0023】

換言すれば、ＬＥＤモジュールは、各々にそれぞれ第１及び第２の光方向付け素子が付随する第１及び第２のＬＥＤアセンブリを有していてもよい。

【0024】

更なる一実施形態において、ＬＥＤアセンブリ及び更なるＬＥＤアセンブリは両方とも、フレキシブル（可撓性）材料を有する単一の基板上にマウントされ、光方向付け素子は、第１の入力窓が第１の出力窓に直接結合されるように、ＬＥＤアセンブリ上にマウントされ、更なる光方向付け素子は、第２の入力窓が第３の出力窓に直接結合されるように、更なるＬＥＤアセンブリ上にマウントされ、単一の基板は、光方向付け素子と更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられることができるよう、十分に屈曲可能であるように適応される。

【0025】

換言すれば、第１及び第２のＬＥＤアセンブリは両方とも、フレキシブル材料を有する同一の基板上にマウントされ得る。基板は、第１及び第２の光方向付け素子（各々がＬＥＤアセンブリからの光を受けるように位置付けられる）が背中合わせで位置付けられるように、屈曲可能である（例えば、フレキシブル材料が十分に可撓性である）ように適応される。換言すれば、基板は、第１及び第２のＬＥＤアセンブリが互いに面し得るように（それらは互いに対向していると見なされ得るように）、十分に屈曲可能である。

【0026】

本発明の第２の態様によれば、ＬＥＤアセンブリの第１の出力窓によって放たれる光を方向付ける方法が提供され、当該方法は、光方向付け素子の第１の入力窓にて、ＬＥＤアセンブリの第１の出力窓から放たれた光を受け取り、且つ第１の入力窓から光方向付け素子の第２の出力窓へと光を方向付けることを有し、第２の出力窓は、第１の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にあり、第２の出力窓は、第１の出力窓よりも小さい面積を有する。

【0027】

実施形態において、この方法は更に、第１の入力窓で第１の波長の光を受けて、異なる波長を持つ光を更に放つことを有し、それにより、第２の出力窓で出力される光が、第１の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有するようにされる。

【0028】

本発明の第３の態様によれば、ＬＥＤモジュールを形成する方法が提供され、当該方法は、複数のＬＥＤを有するＬＥＤアセンブリを用意し、該ＬＥＤアセンブリは、上記複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第１の出力窓を有し、第１の入力窓及び第２の出力窓を有する光方向付け素子を用意し、該光方向付け素子は、第１の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第２の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、第２の出力窓は、第１の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ、第１の出力窓から出力された光を第１の入力窓で受けるように光方向付け素子の入力窓を位置付けることを有する。

【0029】

光方向付け素子は更に、第１の入力窓で第１の波長の光を受けて異なる波長を持つ光を更に放つように適応されることができ、それにより、第２の出力窓で出力される光が、第１の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有するようにされる。

【0030】

この方法は更に、光リークを抑制するように、エンケーシングモールドで、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子を包み込むことを有することができ、エンケーシングモールドは、第２の出力窓を覆わないように形成され、それにより、第２の出力窓から、光が当該ＬＥＤモジュールから出力されることを可能にする。

【0031】

この方法はオプションで、複数のＬＥＤを有する更なるＬＥＤアセンブリを用意し、該更なるＬＥＤアセンブリは、該複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第３の出力窓を有し、第２の入力窓及び第４の出力窓を有する更なる光方向付け素子を用意し、該更なる光方向付け素子は、第２の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第４の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、第４の出力窓は、第３の出力窓よりも小さい面積を有し、且つ、第３の出力窓から出力された光を第２の入力窓で受けるように、更なる光方向付け素子の入力窓を位置付けることを有する。

【0032】

更なる実施形態において、この方法は、第１の入力窓が第１の出力窓に直接結合されるように、光方向付け素子をＬＥＤアセンブリにマウントし、第２の入力窓が第３の出力窓に直接結合されるように、更なる光方向付け素子を更なるＬＥＤアセンブリにマウントし、ＬＥＤアセンブリ及び更なるＬＥＤアセンブリを、フレキシブル部分を有する単一の基板上にマウントし、フレキシブル部分は、光方向付け素子と更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられることができるよう、十分に屈曲可能であるように適応され、且つ、光方向付け素子と更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられるように、フレキシブル部分を屈曲させる、ことを有する。

【0033】

本発明のこれら及び他の態様が、以下に記載される１つ以上の実施形態を参照して明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

以下、以下の図を含む添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。

【図1】本発明の第１の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの断面を例示している。

【図2】本発明の第１の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの代表的な等角図を示している。

【図3】本発明の第１の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの分解等角図を例示している。

【図4】本発明の第２の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの“上面”図の概略を示している。

【図5】本発明の第３の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの断面を例示している。

【図6】本発明の第４の実施形態に従ったＬＥＤモジュールの断面を例示している。

【図7】本発明の一実施形態に従ったＬＥＤアセンブリから放たれる光を方向付ける一方法の代表的なフローチャートを示している。

【図8】本発明の一実施形態に従ったＬＥＤモジュールを形成する一方法の代表的なフローチャートを示している。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明は、集中された光出力窓を有するＬＥＤモジュールを提供する。ＬＥＤアセンブリの第１の出力窓から出力される（例えば、複数のＬＥＤからの）光が、光方向付け素子の入力窓に渡され、そして、光方向付け素子の第２の、より小さい出力窓から放射されるように向け直される。この大きさの差は、それにより、光方向付け素子によって出力される光を集中させる。（光方向付け素子の）第２の出力窓は、第１の出力窓に対して実質的に垂直であり、特定の次元におけるＬＥＤアセンブリのサイズが、第２の出力窓のサイズによって必ずしも制約されないことを可能にする。

【0036】

同様の又は同じ機構は、同じ参照符号を用いて識別するものとする。

【0037】

本発明の第１の実施形態に従ったＬＥＤモジュール１の基本構造は、図１−３を参照して理解され得る。図１は、第２の出力窓１２５に面して見たときのＬＥＤモジュール１の断面を例示している。

【0038】

ＬＥＤモジュール１は、基板１６０上にマウントされたＬＥＤアセンブリ１１０を有している。ＬＥＤアセンブリは、各々が光を発するように適応された複数の発光ダイオードＬＥＤ（例えば、第１のＬＥＤ１１２、第２のＬＥＤ１１４、及び第３のＬＥＤ１１６）を有しており、それにより、ＬＥＤアセンブリ全体が光を放つことを可能にしている。光方向付け素子１２０が、ＬＥＤアセンブリによって放たれた光を受け取るように位置付けられるとともに、この光を、光方向付け素子の面又は端部（すなわち、第２の出力窓１２５）で出力されるように方向付けるよう適応される。明らかになるように、基板１６０はオプションの機構である（すなわち、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子は、自立したチップであってもよい）。

【0039】

複数のＬＥＤは、ＬＥＤのラインとして、又はその他の方法でＬＥＤの分散アレイとして形成され得る。

【0040】

本実施形態において、ＬＥＤモジュールは、エンケーシングモールド１５０なるオプションの機構を有している。エンケーシングモールド１５０は、ＬＥＤモジュールから逃げ出る光の量を低減するよう、ＬＥＤアセンブリ１１０及び光方向付け素子１２０を十分に覆うように適応される。例えば、エンケーシングモールド１５０は、逃げ出る可能性のある光をＬＥＤアセンブリ及び／又は光方向付け素子へと反射し返すように適応された反射表面とし得る。エンケーシングモールドは、光が第２の出力窓でＬＥＤモジュールから出力されることを可能にするように適応される。

【0041】

図２及び３を特に参照して、ＬＥＤモジュール１の動作がいっそう容易に理解され得る。図２は、ＬＥＤアセンブリ１１０に対する光方向付け素子１２０の位置付けを更に明瞭に特定するＬＥＤモジュール１の等角図を提供している。図３は、図２の等角図の分解図である。図２及び３は、内部コンポーネントを明らかにするために、半分に切断されたデバイスを示すデバイス断面である。

【0042】

ＬＥＤアセンブリから放たれた光は、少なくとも第１の方向３０１に第１の出力窓１１５（例えば、ＬＥＤアセンブリの上面にある）を通り抜けると考え得る。光方向付け素子１２０は、第１の出力窓１１５を通って放たれた光を、第１の入力窓１２３（例えば、光方向付け素子１２０の下側又は下面にある）で受けるように位置付けられる。光方向付け素子は、第１の入力窓を通して受け取った光を、第２の出力窓１２５から出力されるように方向付けるように適応される。

【0043】

第１の出力窓１１５は、ＬＥＤアセンブリ１１０の面又は表面として形成されてもよいし、又は、単に、ＬＥＤによって放たれる光が通り抜ける仮想平面を表してもよい。

【0044】

第１の入力窓１２３及び第２の出力窓１２５は、光方向付け素子１２０のそれぞれの面又は表面として形成され得る。故に、光方向付け素子は、複数の表面又は面を持つ単一ピースの材料から形成されることができ、第１の表面又は面が、ＬＥＤアセンブリからの光を受けるように位置付けられ、第２の表面又は面が、向け直された光を光方向付け素子から出力するように位置付けられる。

【0045】

好ましくは、第１の入力窓１２３及び第１の出力窓１１５は、同じ面積を有するとともに、同じ形状に形成される。

【0046】

本実施形態においては、第２の出力窓１２５でのみＬＥＤモジュールから光が放出されることを確保するために、（オプションの）エンケーシングモールド１５０が、光が逃げ出ることを防止するように光方向付け素子１２０及びＬＥＤアセンブリ１１０の他の表面又は面を覆うように適応されている。

【0047】

換言すれば、例えば特定の表面（すなわち、第２の出力窓１２５）でのみＬＥＤモジュールから光が放出されることを可能にするように形成され得るものであるエンケーシングモールドの支援を受けて、光の方向付けが実行され得る。従って、エンケーシングモールドは、第２の出力窓に達するまで光が光方向付け素子内で跳ね返されるように、光方向付け素子１２０の表面（その表面が第２の出力窓表面ではない場合）で光を反射し得る。

【0048】

エンケーシングモールドは、例えば、フォイルアシスト（foil assisted）成形法によって形成され得る。他の又は更なる実施形態において、エンケーシングモールドは、ＬＥＤアセンブリ及び／又は光方向付け素子を覆う高反射コーティングとして形成され得る。

【0049】

理解されるように、エンケーシングモールド１５０は単にオプション機構であり、光方向付け素子１２０は、また／代わりに、例えば全反射に基づいて動作してもよい。例えば、光は、光方向付け素子の材料と（光方向付け素子に対して）外部の材料（例えば、空気）との間の屈折率の違いによって、光方向付け素子１２０に戻るように内部反射され得る。光が光方向付け素子から逃げ出ることを可能にするよう、光方向付け素子の特定の表面が、光を内部反射しないように適応され得る（例えば、表面が波状にされ且つ／或いは反射防止コーティングで被覆され得る）。この特定の表面が、それにより、第２の出力窓としての役割を果たし得る。

【0050】

光方向付け素子は、第２の出力窓１２５が第１の出力窓１１５に対して実質的に直角又は垂直な平面内にあるように形成されて位置付けられ得る。換言すれば、第１の方向は第１の出力窓に対して垂直であるとして、第１の方向３０１に放たれた光が、第１の方向３０１の光に対して実質的に垂直な第２の方向３０２に放たれるように向け直される。

【0051】

第１の出力窓に対して実質的に垂直な平面内に第２の出力窓を位置付けることは、特定の方向（例えば、長さ、幅、及び／又は高さ）におけるＬＥＤアセンブリの面積又はサイズが、第２の出力窓（すなわち、ＬＥＤモジュールの出力窓）の面積によって必ずしも制約されない又はその他で制限されないことを可能にする。これは、ヒートシンク及び／又は更なるＬＥＤのためにいっそう大きい面積を提供して、ＬＥＤモジュールの効率／光度を改善することを可能にし得る。

【0052】

例えば、ＬＥＤモジュールは、２つの次元で制約され得る（例えば、ＬＥＤモジュールの幅及び高さが、所望サイズの第２の出力窓に関して利用可能なフットプリントによって制約され得る）が、任意の深さ／長さのものであり得る。第１の出力窓（従って、例えばＬＥＤアセンブリ）を第２の出力窓に対して垂直に位置付けることは、ＬＥＤアセンブリを深さ方向に延ばすことを可能にし、より多数のＬＥＤをＬＥＤアセンブリ上に配置することを可能にする（故に、ＬＥＤモジュール当たりの出力に利用可能な光が増える）。

【0053】

第２の出力窓１２５は、第１の出力窓１１５よりも小さい面積のものである。例えば、第２の出力窓１２５の領域のサイズは、第１の出力窓の領域のサイズの半分以下とすることができ、例えば１／４以下、例えば１／１０以下とし得る。この面積の違いは、ＬＥＤアセンブリ１１０によって放出される光をいっそう小さい領域に集中させ、それによりＬＥＤモジュールによって出力される光の実効的な光強度／照度（ｌｕｘ又はｌｍ／ｍ^２）を上昇させると考えられる。

【0054】

単に例として、第２の出力窓１２５は、０．１ｍｍ^２の面積を有することができ、第１の出力窓１１５は、１．０ｍｍ^２の面積を有することができる。１００％の光効率の向け直し（すなわち、ＬＥＤアセンブリによって出力される光の全てが、光方向付け素子によって向け直される）を仮定すると、実効的な光強度の１０倍の上昇が実現される。

【0055】

第１の出力窓１１５が第２の出力窓１２５よりも大きい面積を持つことを可能にすることは、更なるＬＥＤをＬＥＤアセンブリ内に位置付けることを可能にし、ＬＥＤモジュールによって出力されるのに利用可能な光を増加させる。故に、所与又は所望のＬＥＤモジュール出力窓サイズに対して（例えば、出力窓は０．１ｍｍ^２のサイズを有することが望ましい）、より大きいサイズのＬＥＤアセンブリを設けることができ（例えば、１０ｍｍ^２、例えば２０ｍｍ^２以上）、それにより、その出力窓サイズから出力される光を従来製品よりも多く提供するよう、より多数のＬＥＤを配置することを可能にする。

【0056】

１つの例示的な光方向付け素子は、光方向付け素子によって受け取られた光を光方向付け素子内で散乱させるよう、光散乱粒子又は反射粒子（例えば、液晶又はＴｉＯ_２）を含み得る。これは、例えば、受け取られた光が、光方向付け素子の全ての表面（第２の出力窓を含む）に向けられることを可能にする。実施形態において、光は、ＬＥＤモジュールから第２の出力窓を介してのみ逃げ出ることができ、例えば、ＬＥＤモジュールのその他の表面は、エンケーシングモールド／高反射コーティングによって覆われ、又は全反射による。そのような実施形態において、反射光は、光散乱粒子又は反射粒子によって再び散乱され得る。故に、光は、全体として、第２の出力窓へと導かれる。

【0057】

少なくとも１つの実施形態において、光方向付け素子１２０は、更に又は代わりに、波長変換材料（例えば、蛍光体粒子又は蛍光材料）を有していてもよく、それにより変換素子としての役割を果たし得る。そのような例示的な実施形態において、光方向付け素子は、第１の波長範囲を持つ光を入力窓で受け取って、波長変換材料を励起させる。これは、波長変換材料が、第２の異なる波長範囲を持つ光を放出することをもたらし得る。第１の範囲を持つ光と第２の範囲を持つ光とが混合されることで、より広い全体波長範囲を持つ光が第２の出力窓から出力されるようにし得る。

【0058】

例として、ＬＥＤアセンブリの第１のＬＥＤ１１２、第２のＬＥＤ１１４、及び第３のＬＥＤ１１６は、高輝度青色ＬＥＤ（例えば、ＧａＮを有する）とし得る。そのような実施形態において、光方向付け素子１２０によって受け取られる光は青色とし得る。光方向付け素子内の蛍光体粒子が励起され、蛍光体粒子に黄色光を放出させ得る。故に、光方向付け素子は、青色光及び黄色光を有する光（例えば、白色光を有する）を第２の出力窓で出力し得る。

【0059】

波長変換材料は、光散乱粒子としても作用し得る（例えば、波長変換材料によって放出される光は、あらゆる方向にあり得る）。

【0060】

図４は、本発明の第２の実施形態に従ったＬＥＤモジュール４の上面図である。ＬＥＤモジュール４の構造は、図１−３を参照して説明したＬＥＤモジュールと同様であり、共に結合された、基板４６０と、ＬＥＤアセンブリ４１０と、光方向付け素子４２０とを有している。簡潔さのため、以下では、異なるように具現化される又は未だ詳述されていない機構のみを説明する。故に、ＬＥＤアセンブリ４１０及び光方向付け素子４２０は概して、先述したのと同じように動作すると考えることができる。

【0061】

本実施形態の光方向付け素子４２０は、三角プリズムの形状にされている。換言すれば、光方向付け素子４２０はくさび形とし得る。光方向付け素子４２０の第１の端部４２１（すなわち、第２の出力窓が形成される端部）が、当該第１の端部４２１に対向して反対側の光方向付け素子４２０の第２の端部４２２よりも幅広であるように、第２の出力窓は、くさび形の光方向付け素子の底面として形成され得る。

【0062】

換言すれば、光方向付け素子４２０は、光方向付け素子４２０の第１の端部４２１が光方向付け素子４２０の第２の端部４２２よりも大きい面積のものであるように、三角プリズムの形状に形成されることができ、第２の出力窓は、光方向付け素子の第１の端部に形成される。

【0063】

ここで認識されることには、このような形状にされた光方向付け素子は、第２の出力窓の方への変換器素子内部での光の指向性を最適化する。これは、くさび形の光方向付け素子を有しないＬＥＤモジュールに対して、ＬＥＤモジュール４の光収集及び全体効率を向上させる。

【0064】

図４にはまた、ＬＥＤアセンブリ４１０に接続された第１の接続配線４９０及び第２の接続配線４９１が示されている。このような第１の接続配線４９０及び第２の接続配線４９１は、例えば、ＬＥＤアセンブリに電力を供給し、又はＬＥＤアセンブリの複数のＬＥＤのスイッチングを制御し得る。明らかなように、如何なる数の接続配線がＬＥＤアセンブリに設けられてもよく、そのような接続配線は、例えば、基板４６０の一態様として形成され得る。

【0065】

明らかなように、ＬＥＤモジュール４も、当該ＬＥＤモジュールから逃げ出る光の量を減らす（すなわち、第２の出力窓を介して放出されないＬＥＤモジュールからの放出光の量を減らす）ように、エンケーシングモールド（図示せず）を備え得る。

【0066】

次に図５を参照して、本発明の第３の実施形態に従ったＬＥＤモジュール５を説明する。ＬＥＤモジュール５は、第１及び第２のサブモジュール５０１、５０２を有している。第１のサブモジュール５０１は、第１の実施形態を参照して説明したようにして形成された、第１の光方向付け素子１２０と、第１のＬＥＤアセンブリ１１０と、第１のエンケーシングモールド１５０とを有している。簡潔さのために、以下では、異なるように具現化される又は未だ詳述されていない機構のみを説明する。

【0067】

第２のサブモジュール５０２は、第２の光方向付け素子５２０と、第２のＬＥＤアセンブリ５１０と、第２のエンケーシングモールド５５０とを有している。理解されるように、第２の光方向付け素子は、第２の光方向付け素子の第２の入力窓５２３で（第２のＬＥＤアセンブリの第３の出力窓５１５から）光が受け取られるように、第１の光方向付け素子と同様に具現化され得る。この光方向付け素子は、受け取ったこの光を、第２の光方向付け素子の第４の出力窓５２５へと方向付ける。

【0068】

第１のＬＥＤアセンブリ１１０及び第２のＬＥＤアセンブリ５１０は両方とも、フレキシブル材料を有する同一で単一の基板５６０上にマウントされている。可能なフレキシブル材料は、例えばポリイミド、ポリエチレン、及び／又はポリエチレンナフタレートといった、ポリマーを含み得る。実施形態において、基板が単一のフレキシブル部分からなるように、基板の全体を可撓性とし得る。

【0069】

故に、第１のサブモジュール５０１及び第２のサブモジュール５０２が存在し、各サブモジュールが同一基板５６０にマウントされ、そして、各サブモジュールが、それぞれのＬＥＤアセンブリ、光方向付け素子、及びエンケーシングモールドを有すると考えることができる。

【0070】

本実施形態の単一基板５６０は、基板５６０を曲げることで第１及び第２の光方向付け素子を背中合わせで位置付けることができるように、実質的にフレキシブル材料で形成される。換言すれば、第１及び第２の光方向付け素子は、互いに近接して（例えば、非ゼロの間隔を持って）並走するように位置付けられることができ、それにより、第１及び第２の光方向付け素子のそれぞれの光出力領域（すなわち、第２の光出力領域１２５及び第４の光出力領域５２５）を、ＬＥＤモジュールから光が出力される単一のまとまり領域として考え得る。

【0071】

各光方向付け素子の頂面（例えば、第１の光方向付け素子１２０の頂面１２７、及び第２の光方向付け素子の頂面５２７）が存在し、これらの頂面が、互いに並走するように位置付けられた光方向付け素子の表面として特定されると考え得る。

【0072】

少なくとも１つの実施形態において、それぞれのサブモジュール５０１、５０２の各々のエンケーシングモールド１５０、５５０は、それぞれの光方向付け素子１２０、５２０の各々の頂面を覆わないように適応される。換言すれば、各モジュールのエンケーシングモールドは、第１のサブモジュール５０１の光方向付け素子１２０と第２のサブモジュール５０２の光方向付け素子５２０との間に配置されないように形成され得る。

【0073】

このようにして（単一のいっそう大きい出力領域を形成するように）２つのそれぞれの光出力領域を一緒にして位置付けることは、有利なことに、それぞれのＬＥＤアセンブリに利用可能にされる放熱を低減することなく（すなわち、各ＬＥＤアセンブリと単一基板との間に依然として熱経路が形成されている）、特定の領域又は選択された領域から出力される光の全体的な増加を可能にする。さらに、所望のＬＥＤモジュール出力窓サイズにおいて、増大された放熱領域又はＬＥＤアセンブリ全体サイズが利用可能にされる。

【0074】

図６は、本発明の第４の実施形態に従ったＬＥＤモジュール６の断面を示しており、ＬＥＤモジュール６は、本発明の第３の実施形態に従ったＬＥＤモジュール５を参照して説明したのと同様の又は同じ機構を有している。簡潔さの目的で、以下では、異なるように具現化される機構のみを説明する。

【0075】

その上に第１のサブモジュール５０１及び第２のサブモジュール５０２がマウントされる単一の基板が、第１の基板部分６６１と、第２の基板部分６６２と、第３の基板部分６６３とに分離又は分割されている。第１の基板部分６６１及び第３の基板部分６６３（これらの上にそれぞれのサブモジュールがマウントされ得る）は、必ずしもフレキシブル材料で作製されなくてもよく、むしろ、機械的にいっそう硬い材料（例えば、ＡｌＮ、シリコン、Ａｌ_２Ｏ_３、セラミック又はメタルコアプリント回路基板）で作製されることができる。本実施形態において、第１及び第２の光方向付け素子が互いに面して並んで位置付けられることを可能にするように、第２の基板部分が曲げられ得るよう、第２の基板部分６６２は十分にフレキシブルな材料で作製される。換言すれば、第２の基板部分は、基板が一つにまとめられ得るようにされた、基板のフレキシブル部分として考え得る。

【0076】

故に、容易に理解されるように、その上に第１及び第２のＬＥＤアセンブリがマウントされる単一基板の全てがフレキシブル材料で作製される必要はないが、基板は代わりに、第１及び第２の光方向付け素子が背中合わせで位置付けられることを可能にするよう、十分にフレキシブルな材料を有し得る。

【0077】

当業者によって容易に理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、如何なる数のＬＥＤサブモジュールが単一基板上にマウントされてもよい。例えば、４つのサブモジュールが提供されて、第１及び第２のサブモジュールが互いに近接して位置付けられ、第３及び第４のサブモジュールが互いに近接して位置付けられてもよい。

【0078】

次に図７を参照するに、ＬＥＤアセンブリ（例えば、複数のＬＥＤを有する）の第１の出力窓によって放たれた光を方向付ける方法が記載されており、この方法は、光方向付け素子の第１の入力窓によって受け取られるように、ＬＥＤアセンブリの出力窓から、（第１の波長範囲を持つ）光を放つこと７０５を有する。この方法は、次いで、光方向付け素子の第１の入力窓で光を受け取ること７１０と、第１の入力窓から光方向付け素子の第２の出力窓へと光を方向付けること７２０とを有し、第２の出力窓は、第１の出力窓の平面に対して実質的に垂直な平面内にあり、第２の出力窓は、第１の出力窓よりも小さい面積を有する。

【0079】

オプションで、この方法は更に、第２の出力窓で出力される光が、第１の入力窓で受け取られる光よりも広い波長範囲を有するように、光方向付け素子の第１の入力窓で受け取られる光とは異なる波長範囲を有する更なる光を放つこと７３０を有し得る。

【0080】

図８を参照して、ＬＥＤモジュールを形成する方法が容易に理解され得る。

【0081】

この方法は、複数のＬＥＤを有するＬＥＤアセンブリを用意すること８１０を有し、ＬＥＤアセンブリは、該複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第１の出力窓を有する。この方法はまた、第１の入力窓及び第２の出力窓を有する光方向付け素子を用意すること８２０を有し、光方向付け素子は、第１の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第２の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、第２の出力窓は、第１の出力窓よりも小さい面積を有する。この方法はまた、第１の出力窓から出力された光を第１の入力窓で受けるように光方向付け素子の入力窓を位置付けること８３０を有する。

【0082】

オプションで、この方法は更に、光リークを抑制するように、エンケーシングモールドで、ＬＥＤアセンブリ及び光方向付け素子を包み込むこと８４０を有することができ、エンケーシングモールドは、第２の出力窓を覆わないように形成され、それにより、第２の出力窓から、光がＬＥＤモジュールから出力されることを可能にする。

【0083】

少なくとも１つの実施形態において、この方法は更に、複数のＬＥＤを有する更なるＬＥＤアセンブリを用意すること８１５を有し、更なるＬＥＤアセンブリは、該複数のＬＥＤによって放たれた光が出力される第３の出力窓を有し、この方法はまた、第２の入力窓及び第４の出力窓を有する更なる光方向付け素子を用意すること８２５を有し、更なる光方向付け素子は、第２の入力窓で光を受け取り、該受け取った光を、第４の出力窓で出力されるように方向付けるよう適応され、第４の出力窓は、第３の出力窓よりも小さい面積を有し、この方法はまた、第３の出力窓から出力された光を第２の入力窓で受けるように、更なる光方向付け素子の入力窓を位置付けること８３５を有する。

【0084】

同様に、オプションの一実施形態において、この方法は更に、光リークを抑制するように、エンケーシングモールドで、更なるＬＥＤアセンブリ及び更なる光方向付け素子を包み込むこと８４５を有することができ、エンケーシングモールドは、第４の出力窓を覆わないように形成され、それにより、第４の出力窓から、光がＬＥＤモジュールから出力されることを可能にする。

【0085】

オプションで、光方向付け素子はＬＥＤアセンブリに直接結合され、且つ／或いは、更なる光方向付け素子は更なるＬＥＤアセンブリに直接結合され、
少なくとも１つの更なる実施形態において、この方法は、ＬＥＤアセンブリ及び更なるＬＥＤアセンブリを、フレキシブル部分を有する単一の基板上にマウントすること８５０を有し、フレキシブル部分は、光方向付け素子と更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられることができるよう、十分に屈曲可能であるように適応され、この方法はまた、光方向付け素子と更なる光方向付け素子とが背中合わせで位置付けられるように、フレキシブル部分を屈曲させること８６０を有する。

【0086】

光変換を提供するのに適した蛍光体材料は、広く入手可能である。

【0087】

開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】