特表 2024-524832 チップスケールパッケージＬＥＤのＥＳＤ保護

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(54)【発明の名称】チップスケールパッケージＬＥＤのＥＳＤ保護

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/54 20200101AFI20240702BHJP

   H05B 45/40 20200101ALI20240702BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20240702BHJP

   F21V 19/00 20060101ALI20240702BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20240702BHJP

   F21V 29/70 20150101ALI20240702BHJP

   F21V 25/10 20060101ALI20240702BHJP

   F21V 29/508 20150101ALI20240702BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20240702BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20240702BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H05B45/54

H05B45/40

F21V23/00 130

F21V19/00 150

F21V19/00 170

F21V29/503 100

F21V29/70

F21V25/10

F21V29/508 100

F21V23/00 140

H05K1/02 N

H05K1/03 610D

H05K9/00 C

H05K9/00 U

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571912

(86)(22)【出願日】2022-05-12

(85)【翻訳文提出日】2024-01-18

(86)【国際出願番号】 EP2022062947

(87)【国際公開番号】W WO2022243169

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】21175180.5

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516043960

【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＧＮＩＦＹ ＨＯＬＤＩＮＧ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ４８，５６５６ ＡＥ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100163821

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 沙希子

(72)【発明者】

【氏名】テンフンベルフ クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】マリナ ディミトロ ヴィクトロヴィッチ

(72)【発明者】

【氏名】デ モール ユージェン ヤコブ

【テーマコード（参考）】

3K013

3K014

3K273

5E321

5E338

【Ｆターム（参考）】

3K013AA06

3K013BA01

3K013CA05

3K014AA01

3K014JA01

3K273AA10

3K273BA32

3K273BA34

3K273CA02

3K273CA12

3K273GA03

3K273GA22

3K273GA28

3K273GA29

3K273HA02

3K273HA14

3K273HA15

3K273HA16

3K273HA17

3K273HA20

5E321AA01

5E321AA14

5E321AA31

5E321GG01

5E321GH03

5E338AA03

5E338AA18

5E338BB75

5E338CC06

5E338EE12

(57)【要約】

本発明は、ＬＥＤドライバに結合するための照明装置に関する。照明装置は、第１の端部及び第２の端部を有するＬＥＤストリングを形成するように配置される直列接続の複数のＬＥＤと、ＬＥＤストリングに熱的に結合されるヒートシンクであって、ヒートシンクは導電性である、ヒートシンクと、ＬＥＤストリングの第１の端部とヒートシンクとの間に結合されるコンデンサと、ＬＥＤストリングの第２の端部とヒートシンクとの間の電気的接続とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＥＤドライバに結合するための照明装置であって、当該照明装置は、
第１の端部及び第２の端部を有するＬＥＤストリングを形成するように配置される直列接続の複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤストリングに熱的に結合される第１の導電性要素であって、前記第１の導電性要素は、グランドから電気的に絶縁される、第１の導電性要素と、
グランドに電気的に結合され、前記第１の導電性要素に熱的に結合される第２の導電性要素と、
前記ＬＥＤストリングの前記第１の端部と前記第１の導電性要素との間の電気的接続と、
前記ＬＥＤストリングの前記第２の端部と前記第１の導電性要素との間に結合されるコンデンサと、
を含む、照明装置。

【請求項2】

当該照明装置は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、前記ＬＥＤストリング及び前記コンデンサは、前記ＰＣＢに設けられる、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記ＬＥＤストリング及び前記コンデンサは、前記ＰＣＢの一方の側に設けられ、前記第１の導電性要素は、前記ＰＣＢの別の側に設けられる、請求項２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤストリングの前記第１の端部と前記第１の導電性要素との間の電気的接続は、前記ＬＥＤストリングの前記第１の端部から前記第１の導電性要素へのビアを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項5】

前記コンデンサは、ビアを用いて前記第１の導電性要素に電気的に結合される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項6】

前記ＰＣＢは、セラミックＰＣＢである、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項7】

前記第１の導電性要素は、前記第２の導電性要素から電気的に切り離される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項8】

前記第１の導電性要素は、前記ＬＥＤストリングのすべてのＬＥＤに熱的に結合されるように配置される単一のエンティティである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項9】

当該照明装置は、さらなるコンデンサを含み、前記第１の導電性要素は、前記さらなるコンデンサを介してグランドリターンパスに結合される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項10】

前記第１の導電性要素は、銅プレーンを含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置に調整電流を供給するためのＬＥＤドライバと、
を含む、照明システム。

【請求項12】

前記ＬＥＤドライバは、前記ＬＥＤドライバの入力と前記ＬＥＤドライバの出力との間にガルバニック絶縁を提供するように配置され、前記ＬＥＤドライバの前記出力は、前記ＬＥＤストリングに結合され、前記ＬＥＤドライバの前記入力は、電源電圧源に結合され、前記ＬＥＤドライバは、前記ガルバニック絶縁を横切って配される絶縁コンデンサを含む、請求項１１に記載の照明システム。

【請求項13】

前記第２の導電性要素は、ハウジングである、請求項１１又は１２に記載の照明システム。

【請求項14】

前記ハウジングは、グランドに結合される、請求項１３に記載の照明システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明装置に関する。本発明はさらに、照明システムに関する。

【背景技術】

【0002】

人間は絶縁体であり、多くの表面に触れるため、静電気エネルギを発生させる、非常に良好な電荷ジェネレータ(very good charge generator)である。歩くことによって、人間は静電気を発生させ、静電気はゆっくりと地面に放電される。静電気を帯びている人が電気部品に触れる場合、静電気、すなわち、静電荷が電気部品に放電され、電気部品にダメージを与える又は破壊する大きなリスクがある。この現象は、静電放電（ＥＳＤ：electrostatic discharge）としてよく知られている。

【0003】

文献によれば、人体は、抵抗１５００Ω及びキャパシタンス１５０ｐＦを有する電気等価回路を持つ。ＥＳＤイベントは、高電圧及び高電流で多くのエネルギを発生させることができる。ＥＳＤがＬＥＤ基板上のＬＥＤにダメージを与える場合、ＬＥＤ基板の寿命を推定することが非常に困難になる。ＥＳＤはＬＥＤ基板を弱め(weaken up)、信頼性に影響を与える。

【0004】

ほとんどのチップスケールパッケージ（ＣＳＰ：Chip Scale Package）ＬＥＤ基板は、ＥＳＤ保護(ESD protection)を持たない。

【0005】

ＥＳＤ保護の欠如に起因して、又はＥＳＤ保護があるとしても、ＣＳＰ ＬＥＤの追加のリスクは、サージ(surge)の影響を受けやすいことである。このサージは、電源網(mains grid)において大きな負荷がオン又はオフする場合等に発生する。サージは、１０ｋＶ及び１ｋＡの範囲の高い振幅を有する非常に短時間に発生する電圧及び電流の表現である。サージは例えば２．５μｓ～２０μｓの間持続し得、この短時間に多くのエネルギを含む。サージは、ＬＥＤ基板に給電するＬＥＤドライバの入力にも現れる。ＬＥＤドライバによって提供されるサージ保護(surge protection)がない又は不十分である場合、サージはＬＥＤ基板に到達し、ＬＥＤ又はＬＥＤ基板にサージエネルギを放出することによってＬＥＤ基板上のＬＥＤにダメージを与える可能性がある。

【0006】

ＥＳＤ及びサージによるＬＥＤの損傷を防ぐことが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、サージ及びＥＳＤに対してより耐性がある照明装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題を克服するために、本発明の第１の態様では、照明装置が提供される。照明装置は、
第１の端部及び第２の端部を有するＬＥＤストリングを形成するように配置される直列接続の複数のＬＥＤと、
ＬＥＤストリングに熱的に結合されるヒートシンクであって、ヒートシンクは導電性である、ヒートシンクと、
ＬＥＤストリングの第１の端部とヒートシンクとの間に結合されるコンデンサと、
ＬＥＤストリングの第２の端部とヒートシンクとの間の電気的接続と、
を含む。

【0009】

ＬＥＤストリングの両端を導電性ヒートシンクに結合することにより、サージは、ＬＥＤからヒートシンクを介して寄生容量パスを通ってサージのソース(source)に戻される。ヒートシンクは導電性であり、ＬＥＤストリングの両端がこれに結合されるため、両端を直接ヒートシンクに結合することは不可能である。ＬＥＤストリングの一端はヒートシンクに直接電気的に結合される一方、他端はコンデンサを介してヒートシンクに電気的に結合されてもよい。サージが、例えばＬＥＤドライバを介して、ＬＥＤストリングに到達する場合、サージは、コンデンサ又は直接接続を介してヒートシンクへ直接そらされ(diverted)、サージのソース(source)に戻る。本件に関するより詳細は、詳細な説明で述べられるであろう。

【0010】

さらなる例において、照明装置は、プリント回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board）を含み、ＬＥＤストリング及びコンデンサは、ＰＣＢに設けられる。

【0011】

好ましくは、ＬＥＤ及びコンデンサは、ＰＣＢに設けられる。好ましくは、ＬＥＤは、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）タイプのＬＥＤである。なぜなら、これらは、ＰＣＢにとてもよく集積されることができるからである。好ましくは、コンデンサは、表面実装型デバイス（ＳＭＤ：surface mounted device）コンデンサであり、例えば、セラミック製であってもよい。ＬＥＤ及びコンデンサを設けるためのＰＣＢの使用は、ＬＥＤドライバに簡単に結合されることができる、ロバストで作成が容易なＬＥＤ基板を提供する。

【0012】

さらなる例において、ＬＥＤストリング及びコンデンサは、ＰＣＢの一方の側に設けられ、ヒートシンクは、ＰＣＢの別の側に設けられる。

【0013】

照明装置の簡単な設計は、ＰＣＢの単一の側にすべてのコンポーネントを有することである。ＰＣＢの他方の側は、ヒートシンクを備える又はヒートシンクに結合されるために使用されることができる。このようなヒートシンクの例としては、ヒートシンクの他方の側に置かれることができる、ＰＣＢ上の導電層又は銅のプレーンが挙げられる。このプレーンは、ＰＣＢの他方の側全体を覆うことができる。代替的に、このプレーンは、このプレーンを流れる渦電流を防止又は低減するために、全体として電気的に接続される一方、小さな中断を有することができる。代替的に、プレーンは、この例ではＬＥＤである、熱源の下だけに配されることもできる。これは、例えば、各ＬＥＤの下にプレーンがある一方、各プレーンは、単一の電気的に接続されたプレーンを提供するために相互接続されることになる。

【0014】

さらなる例において、照明装置は、ヒートシンクに結合され、ハウジングに結合されるように適合される電気絶縁、及び熱伝導層を含む。最適な熱経路を提供するために、ＬＥＤをハウジングに熱的に結合し、熱が周囲に最適に伝達されることができるようにすることが好ましい。異なる電圧レベル、及び人間の安全(human safety)のためにハウジング自体に電圧が存在することはよくないという事実に起因して、電気的絶縁が、ＬＥＤストリングの第１の端部又は第２の端部の一方に直接結合され得、それゆえこの電位差を有する、ヒートシンクと、ハウジングとの間に提供される必要がある。同様に重要なこととして、この電気的インシュレータ(electric insulator)は、ヒートシンクとハウジングとの間に良好な熱的結合(thermal coupling)を提供することができる必要がある。この電気的絶縁及び良好な熱的結合は、ギャップパッド又はセラミック材料によって提供されることができる。ギャップパッドは、良好な電気絶縁パラメータ及び良好な熱伝導パラメータを有する軟質材料である。

【0015】

さらなる例において、ＬＥＤストリングの第１の端部とヒートシンクとの間の電気的接続は、ＬＥＤストリングの第１の端部からヒートシンクへのビア(via)を含む。

【0016】

ＬＥＤ及びコンデンサがＰＣＢの一方の側に設けられ、ヒートシンクがＰＣＢの他方の側に設けられる場合、ＰＣＢを通して熱を伝達する最良のやり方は、１つ以上のビアを使用することである。好ましくは、より多くのビアが、熱伝達を最適化するために使用される。これらのビアは、サーマルビア(thermal via)と呼ばれる。ビアは、ＬＥＤストリングの第２の端部とヒートシンクを電気的に接続するために使用される。それゆえ、ビアは、第２の端部とヒートシンクとの間の電気的及び熱的結合を提供する。

【0017】

さらなる例において、コンデンサは、ビアを用いてヒートシンクに電気的に結合される。

【0018】

コンデンサをヒートシンクに電気的に結合するためのビアの使用は、この接続が可能な限り寄生効果が少ない可能な限り短い接続であるため、最も最適な電気的接続を提供するので好ましい。

【0019】

さらなる例において、ＰＣＢは、セラミックＰＣＢである。

【0020】

セラミックＰＣＢの使用は、さらなる利点をもたらす。セラミックＰＣＢは、電気絶縁性であり、熱伝導性に優れている。この結果、ビアは少なくとも電気伝導性を提供する必要があるが、熱伝導性を提供する必要はないので、必要とされるビアは少なくなる。ＰＣＢにセラミックを使用する別の利点は、ＰＣＢ全体が、ＰＣＢの表面全体に熱を拡散させるために使用されることができ、それゆえ、ヒートシンクの表面全体にも熱を拡散させるために使用されることができることである。これは、サーマルホットスポット(thermal hotspot)として機能するＬＥＤが、ＰＣＢにわたる向上した熱分布を有することを意味する。実際、セラミックＰＣＢ及びヒートシンクは、全体として、熱を環境に逃がすために使用されることができる。これは、ＰＣＢ及びヒートシンクがハウジングに熱的に接続される必要がなく、すなわち、ヒートシンクがハウジングから切り離される(disconnected)ことを可能にする。

【0021】

さらなる例において、ヒートシンクは、複数のＬＥＤのすべてのＬＥＤに熱的に結合されるように配置される単一のエンティティ(single entity)である。

【0022】

好ましくは、ヒートシンクは、ＰＣＢの他方の側、すなわち、コンポーネントが存在しない側を覆う単一の銅プレーンである。このようにして、ヒートシンクは簡単に作れる。

【0023】

さらなる例において、照明装置は、さらなるコンデンサを含み、ヒートシンクは、さらなるコンデンサを介してグランドリターンパス(ground return path)に結合される。

【0024】

ヒートシンクがさらなるコンデンサでグランドリターンパスに直接結合される場合、サージ又はＥＳＤは、電流が流れる専用のパスを有することになる。これは、特に、グランドへ戻る他のパスがない、すなわち、グランドへのパスを提供するハウジングが存在しない場合、周囲からの寄生キャパシタンスを用いることと比較して、電流がどのように流れるかについてより確実性を提供する。

【0025】

さらなる例において、ヒートシンクは、銅プレーン(copper plane)を含む。

【0026】

銅プレーンは、ＰＣＢの一方の側に置くことが非常に簡単である。

【0027】

別の例では、照明システムが提供される。照明システムは、照明装置と、照明装置に調整電流(regulated current)を供給するためのＬＥＤドライバとを含む。

【0028】

ランプ又は照明器具等の照明システムは、サージに対する保護によって利益を得る。通常、ＬＥＤドライバは、サージが発生し得る、電源に直接接続される。このＬＥＤドライバは、サージに対して十分に保護されていない可能性がある。なぜなら、ＬＥＤドライバは、小さく安価に設計される可能性があるからである。本発明によれば、サージがＬＥＤからバイパスされるため、照明装置のＬＥＤはサージに対して保護される。さらに、ＬＥＤは、ＥＳＤに対してもより良好に保護される。

【0029】

別の例において、ＬＥＤドライバは、ＬＥＤドライバの入力とＬＥＤドライバの出力との間にガルバニック絶縁(galvanic isolation)を提供するように配置され、ＬＥＤドライバの出力は、ＬＥＤストリングに結合され、ＬＥＤドライバの入力は、電源電圧源(mains voltage supply)に結合され、ＬＥＤドライバは、ガルバニック絶縁を横切って配される(placed across)絶縁コンデンサを含む。

【0030】

ドライバは、ガルバニック絶縁を提供するために使用されることができる。照明装置は、電源入力からガルバニック絶縁される。これは、照明装置が、例えば、安全超低電圧（ＳＥＬＶ：safety extra-low voltage）で動作されることを可能にする。これは、ユーザが、電気ショックを受けるリスクなくＬＥＤに触れることを可能にする。ＬＥＤに触れることにより、ユーザはＥＳＤリスクを導入するが、ＥＳＤリスクは、本発明によって低減される。通常、Ｙコンデンサ(Y-capacitor)が、ＬＥＤドライバによって生み出される電磁干渉（ＥＭＩ：electromagnetic interference）を低減するためにガルバニック絶縁を横切って配される。このコンデンサは、サージがガルバニック絶縁バリア(galvanic isolation barrier)を越え、ＬＥＤにダメージを与えることを可能にする。本発明の実施により、このサージはＬＥＤをバイパスする。

【0031】

別の例において、照明システムは、ハウジングを含む。ハウジングは、ＬＥＤドライバ及び照明装置の完全な包囲(total encapsulation)を提供するために使用されることができる。

【0032】

別の例において、ハウジングは、導電ハウジングであり、ハウジングは、グランドに結合される。

【0033】

金属ハウジング等の導電ハウジングは、ドライバ及び照明装置の包囲を提供するために使用されることができる一方、金属は良好な熱導体であるため熱的な利点をもたらすこともできる。人間の安全を提供するために、この導電ハウジングは、保護アース(protective earth)に結合される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

ここで、本発明の例が、添付の図面を参照して述べられる。

【図1】図１は、慣例による照明システムの一例を示す。

【図2】図２ａ、２ｂ及び２ｃは、照明装置を流れるサージの例を示す。

【図3】図３は、本発明による照明装置のレイアウトの一例を示す。

【図4】図４は、本発明による照明装置のレイアウトの別の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明が、図を参照して述べられる。

【0036】

詳細な説明及び特定の例示は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示すものであるが、説明のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。本発明の装置及びシステムのこれら及び他の特徴、態様及び有利な点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されることになるであろう。図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことも理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。

【0037】

図１は、よく使用されている照明システムの一例を示している。図１において、ＬＥＤドライバ１は、照明装置２に調整パワー(regulated power)を供給するために使用される。ドライバは、自身の入力において電源に結合される。電源は、例えば、２３０Ｖ５０Ｈｚ又は１２０Ｖ６０Ｈｚであることができる。ＬＥＤドライバ１は、照明装置２が所望の光出力を提供するように、この電源電圧を所望の出力電圧及び電流に変換する。所望の光出力は、ユーザによって設定されてもよく、又は、ＬＥＤドライバに事前構成されてもよい。照明装置２は、直列構成で結合される複数のＬＥＤを有する。これらのＬＥＤは、ＬＥＤストリング３を形成する。ＬＥＤストリング３は、照明装置２がＬＥＤドライバ１に電気的に結合される第１の端部４及び第２の端部５を有する。第１の端部４は、ヒートシンク６に電気的に結合されない。第２の端部５は、寄生コンデンサＣｐａｒを介してヒートシンク６に結合される。この回路は、サージ又はＥＳＤから非常に低いグレードの保護(very low grade of protection)を提供する。

【0038】

サージは、電源入力側で発生する。これは、例えば、電気機械、冷蔵庫又は洗濯機等の大きな負荷が突然オン又はオフする場合に起こり得る。大きな電圧及び電流スパイクが、ＬＥＤドライバ１の入力に印加される。ＬＥＤドライバ１は、このサージ電圧を自身の出力に伝える。これは、いくつかのやり方で起こり得る。サージは、ディファレンシャルモード又はコモンモードで供給され得る。ディファレンシャルモードサージでは、サージは、ラインとニュートラルとの間で発生する。コモンモードサージでは、サージは、ライン又はニュートラルのいずれかと保護アース、すなわち、グランドとの間で発生する。いずれの状況においても、サージは、第１の端部４又は第２の端部５のいずれかに供給され、それゆえ、ＬＥＤに供給される。ディファレンシャルモードサージの状況では、サージは、第１の端部４から第２の端部５へ、又はその逆へ流れる。コモンモードサージの状況では、サージは、第１の端部４又は第２の端部５のいずれかから保護アースへ流れる。ＬＥＤストリング３自体には保護アース接続がないため、サージは、保護アースへの別のパスを見つける必要がある。このパスは、ヒートシンク６が保護アースに対して利用可能な最大の寄生キャパシタンスとして機能するため、ヒートシンク６を介して見つけられ得る。

【0039】

第１の端部４は、ＬＥＤストリング３の最初のＬＥＤを介してヒートシンク６に結合される。これは、第１の端部４から来るサージは常にＬＥＤストリング３の最初のＬＥＤを流れることを意味する。これは、最初のＬＥＤの損傷、ましては最初のＬＥＤの破壊につながる。

【0040】

第２の端部５は、寄生キャパシタンスＣｐａｒを介してヒートシンク６に結合されるだけである。しかしながら、このキャパシタンスは、サージ全体が寄生キャパシタンスＣｐａｒを流れることを可能にするほど十分に低いインピーダンスを提供するには不十分である。この結果、サージの一部がＬＥＤストリング３の最後のＬＥＤに流れることになる。これは、第２の端部５から来るサージは常にＬＥＤストリング３の最後のＬＥＤを流れることを意味する。これは、最後のＬＥＤの損傷、ましては最後のＬＥＤの破壊につながる。

【0041】

ＥＳＤは、サージに関する挙動との類似性を有するが、ソースがどこに位置付けられるかの大きな違いがある。照明装置２に触れる人体がソースとして作用する。人体は、照明装置２のどこにでも触れ得る。それゆえ、複数の電流パスが可能であり得る。各電流パスは保護アースに向かって方向付けられるので、各ＥＳＤは、ヒートシンク６に向かって放電することになる。それゆえ、いずれの状況でもＬＥＤがバイパスされることが重要である。図１で提供される例において、第１の端部４は、トップのＬＥＤを介してヒートシンク６に接続されるだけであるが、これは、少なくともトップのＬＥＤにＥＳＤダメージのリスクをもたらす。

【0042】

それゆえ、照明システムがサージ及びＥＳＤに対してより良好に保護されることが望まれる。

【0043】

図２ａ、２ｂ及び２ｃにおいて、本発明による照明装置２の一例が示されており、本例の機能性が説明される。

【0044】

照明装置２は、ＬＥＤストリング３を有する。この例では、６個のＬＥＤが直列に結合されている。任意の数のＬＥＤが直列に結合されることができることを理解されたい。さらに、複数のＬＥＤストリングが形成されることができる又は単一のＬＥＤストリング３が直列に結合される複数の並列ＬＥＤを有することができるように、追加のＬＥＤがＬＥＤストリング３と並列に配されることができる。

【0045】

照明装置２は、ＬＥＤドライバ１に結合されてもよい。第１の端部４は、照明装置２の入力、すなわち、ＬＥＤストリング３の最初のＬＥＤのアノードにＬＥＤドライバ１の第１の出力を接続するために使用されてもよい。第２の端部５は、照明装置２の出力、すなわち戻り側、すなわち、ＬＥＤストリング３の最後のＬＥＤのカソードにＬＥＤドライバ１の第２の出力を接続するために使用されてもよい。ＬＥＤは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられることができる。このＰＣＢは、電気的に非導電性のＰＣＢであることができる。このＰＣＢは、ＬＥＤ、コンデンサ及び相互接続を設けるためのプラットフォームを提供する。ＬＥＤは、小さな表面で比較的多量のパワーを消費する。これは、除去される必要がある大量の熱が生成されることを意味する。この目的のためにヒートシンク６が使用される。ヒートシンク６は、熱及び電気伝導性である。この例では、ＬＥＤストリング３のＬＥＤは、ＰＣＢの一方の側に設けられる。ヒートシンク６は、ＰＣＢの他方の側に設けられる。ヒートシンク６は、すべてのＬＥＤにヒートシンキング効果(heatsinking effect)を提供するように、例えば、ＰＣＢの他方の側に、すべてのＬＥＤに対向して配されてもよい。図１の照明システムと同様に、各ＬＥＤとヒートシンク６との間に寄生容量結合(parasitic capacitive coupling)が存在する。この寄生結合に関連する各寄生キャパシタンスは、各ＬＥＤのカソードからヒートシンク６へのキャパシタンスとして表される。この例では、寄生キャパシタンスは、寄生キャパシタンスの電極として作用する、ＬＥＤのパッド（熱的又は電気的接続パッド）及びヒートシンク６によって作り出される。ＰＣＢは、パッドとヒートシンク６との間に存在し、それゆえ、寄生キャパシタンスの誘電体として機能する。構成は多少異なっても同様の効果を有することができることを理解されたい。メタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ：metal core printed circuit board）が使用される場合、ＬＥＤは、短絡を避けるためにＭＣＰＣＢから電気的に絶縁される必要がある。ＬＥＤをＭＣＰＣＢから絶縁するためのアイソレータは、寄生キャパシタンスの誘電体として作用する。非メタルコアＰＣＢの状況と同様である、パッド、及び、この場合はＭＣＰＣＢである、ヒートシンク６は、寄生キャパシタンスの電極として作用する。

【0046】

ヒートシンク６は、ハウジング７に結合されてもよい。このハウジング７は、電気的及び熱的に伝導性であってもよい。ＬＥＤとハウジング７との間の良好な熱的結合により、ＬＥＤによって生成される熱は、非常に効率的に周囲に伝達されることができる。

【0047】

照明システムの通常動作時、寄生キャパシタンスは、ＬＥＤの安全性に関して無害である。しかしながら、サージ又は静電放電（ＥＳＤ）のイベントにおいて、状況は異なってきて、ＬＥＤにダメージを与えるリスクがある。

【0048】

図２ａにおいて、第２の端部５から発生し、ヒートシンク６を通ってグランドに流れるコモンモードサージが示されている。サージは、図２ａにおいて最も下の寄生キャパシタンスとして示されている最後の寄生キャパシタンスを流れることになる。キャパシタンスがｐＦレンジの寄生キャパシタンスであるためこの例の場合のように、このキャパシタンス値が低すぎる場合、電流は、最後のＬＥＤ及び最後のＬＥＤのアノードにおける寄生キャパシタンスも流れることになる。最後のＬＥＤは、このプロセスにおいて、サージ又は少なくともサージの一部が最後のＬＥＤを逆方向に流れることによりダメージを受けることになる。

【0049】

第２の端部５からヒートシンク６へのサージが少なくとも最後のＬＥＤにダメージを与えるのを防ぐために、コンデンサＣ_ｂｙｐが第２の端部５とヒートシンク６との間に配される。このキャパシタンスＣ_ｂｙｐは、サージがどのＬＥＤも流れることなくヒートシンク６に流れるための低インピーダンスパスを提供するのに十分なキャパシタンスを提供する。

【0050】

この状況では、ヒートシンク６自体が、サージがヒートシンク６からグランドに流れるパスを提供するのに十分なグランドへの寄生キャパシタンスを提供することが想定される。

【0051】

ヒートシンク６がハウジング７に熱的に結合される場合、サージは、ヒートシンク６から寄生容量結合を介してハウジング７及びグランドに流れることになる。ハウジング７は、グランドに電気的に結合され、グランドへの低インピーダンスパスを提供してもよい。

【0052】

代替的に、ハウジング７の代わりに又はハウジング７と一緒に、さらなるコンデンサＣ_ｇｎｄが、ヒートシンク６とグランドとの間に結合されることができる。多くの状況において、ＬＥＤドライバ１は、電源電圧が給電される。電源電圧は、ライン（Ｌｉｎｅ）及びニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ）入力を介して供給される。これら２つの入力に加え、追加の入力、すなわち、グランドが提供されてもよい。グランドは、保護アース、ＰＥ又はアースと呼ばれることもある。グランド接続の目的は、そうでなければ浮いている金属部分又は表面を電気的にグランドに接続することにより、ユーザが金属部分又は表面に触れた場合に電気ショックから保護されるようにすることである。

【0053】

グランド接続は、ＬＥＤドライバ１を介して照明装置２に提供されることができる。この場合、容量接続が、さらなるコンデンサＣ_ｇｎｄを使用してグランド入力とヒートシンク６との間に確立されることができる。これは、ヒートシンク６に触れた場合の電気ショックからユーザを保護するには十分ではないかもしれないが、サージ及びＥＳＤからＬＥＤを保護する。ヒートシンク６からの電気ショックからユーザを保護するために、グランドに直接電気的に接続されるハウジング７が提供されることができる。この電気接続は、ＬＥＤドライバ１によって提供されるのと同じグランド入力によって確立されることができる。

【0054】

図２ｂは、図２ａと同様の照明装置２を示している。図２ｂにおいて、コモンモードサージは、第１の端部４からヒートシンク６に流れる。第１の端部４をヒートシンク６に電気的に結合することにより、サージは、ＬＥＤをバイパスし、直接ヒートシンク６に流れることになる。そこから、サージは、直接又は間接的にグランドに戻る。

【0055】

図２ａ及び２ｂで表されるサージは、グランドに戻る必要がある、コモンモードサージとして表されている。

【0056】

図２ｃにおいて、図２ａ及び２ｂの照明装置と同様である、照明装置２が示されている。サージは、第１の端部４から第２の端部５へ、又はその逆へ発生する。

【0057】

ヒートシンク６への第１の端部４の直接電気接続、及びヒートシンク６への第２の端部５の容量接続は、サージ等、高周波電流に対するシャントパスを提供する。実際、サージ又はＥＳＤ等の過渡事象(transient)がＬＥＤに接近する場合、ＬＥＤストリング３はヒートシンク６を介してバイパスされる。

【0058】

第１の端部４とヒートシンク６との間の直接接続及び第２の端部５とヒートシンク６との間の容量接続の使用は、コモンモード及びディファレンシャルモードサージからＬＥＤストリング３を保護する。

【0059】

この回路は、ＥＳＤに対するＬＥＤの保護も向上させる。ＥＳＤは、ユーザがＬＥＤストリング３の任意の場所でいずれかのＬＥＤに触れる場合に発生し得る。ＥＳＤは、ＬＥＤに触れる人体からの電荷をグランドに放電しようとする。これは、照明装置２がＬＥＤドライバ１に接続されていない場合でさえも発生し得る。ＥＳＤは、サージと同じ放電パスをたどる。ユーザが第１の端部４又は第２の端部５に触れる場合、ＥＳＤは、ＬＥＤストリング３からヒートシンク６にバイパスされる。

【0060】

図３において、本発明による照明装置２の一例が示されている。照明装置２の側面図が示され、ＬＥＤがＰＣＢに設けられている。ＬＥＤストリング３は、直列に結合される３つのＬＥＤとして描かれ、最初のＬＥＤが左側に示され、最後のＬＥＤが右側に示されている。ＬＥＤは、ＰＣＢの第１の側に設けられる、銅プレーンを使用して共に結合される。第１の端部４は、左側の銅プレーンとして表され、ＬＥＤドライバ１への相互接続がなされることができる。第２の端部５は、右側の銅プレーンとして表され、ＬＥＤドライバ１への別の相互接続がなされることができる。ＰＣＢは、任意の一般に使用される材料で作られることができる。材料は、以下の非限定的な例のリストのいずれであることができる：ＦＲ４、フレキシブルＰＣＢ用のフィルム基板材料、金属又はセラミック。好ましくは、ＬＥＤは、ＬＥＤ自体でＥＳＤが起こるのを防ぐコーティング１０で覆われる。依然として、ＥＳＤは、第１の端部４又は第２の端部５で発生する可能性がある。

【0061】

セラミックＰＣＢの使用は、メタルコアＰＣＢを使用するのと同様、ＰＣＢ自体がその良好な熱伝導性に起因してヒートスプレッダとして作用することができるという利点が得られる。ＭＣＰＣＢとは対照的に、セラミックは電気的に非伝導性の材料であり、それゆえ、周囲への寄生キャパシタンスのためのプレーンを提供せず、それゆえ、グランドを提供しない。さらに、ＬＥＤ及びバイパスコンデンサＣ_ｂｙｐ等のコンポーネントは、電気的インシュレータの必要なくセラミックＰＣＢに直接設けられることができる。これは、ＭＣＰＣＢに比べて照明装置２の放射ＥＭＩ性能(radiated EMI performance)を大幅に向上させる。ＬＥＤ及びバイパスコンデンサＣ_ｂｙｐは、ＰＣＢの一方の側に配される。セラミックＰＣＢの他方の側には、ヒートシンク６が提供される。セラミックＰＣＢはすでに良好なサーマルスプレッディング及びコンダクタンス(thermal spreading and conductance)を提供しているため、ヒートシンク６は、ボリュメトリック(volumetric)である必要はない。セラミックＰＣＢの他方の側の銅プレーンですでに十分であり得るが、任意の他のヒートシンクも可能である。単一の銅プレーンが、セラミックＰＣＢの他方の側全体をカバーすることができるが、使用される銅の量を節約するために、より小さなプレーンも可能である。また、ヒートシンク６として作用するこの銅プレーンは、第１の端部４に電気的に結合され、バイパスコンデンサＣ_ｂｙｐを介して第２の端部５に容量的に結合される。好ましくは、セラミックＰＣＢは、ハウジング７から切り離される、すなわち、ハウジング７に熱的に結合されない。これは、環境への照明装置２の寄生結合をさらに低下し、放射ＥＭＩをさらに向上させる。

【0062】

好ましくは、第１の端部４は、ビアを用いてヒートシンク６に電気的に結合される。このビアは、第１の端部４が位置付けられる層、この例では、ＰＣＢの第１の側からヒートシンクへＰＣＢを通る相互接続である。ビアは、第１の端部４とヒートシンク６とを直接電気的に接続するメタライズスルーホール接続(metallized through hole)であってもよい。図示の例では、バイパスコンデンサＣ_ｂｙｐは、ＬＥＤと同じ側に配されるＳＭＤコンデンサとして示されている。このバイパスコンデンサＣ_ｂｙｐは他の場所に配されることもできることは当業者に明らかである。この例では、バイパスコンデンサは、銅プレーン又はトレースを用いて最後のＬＥＤのカソードに電気的に結合されることができる。バイパスコンデンサＣ_ｂｙｐの他方の端部は、ビアを用いてヒートシンク６に結合されることができる。追加のサーマルビアが、ＰＣＢの両端間の熱結合を向上させるために使用されることができる。これらのサーマルビアが結合される場所、例えば、ＬＥＤストリング３における第１のＬＥＤと第２のＬＥＤとの間のノードに結合されることに依存して、この例ではヒートシンク６が第１の端部４と同じ電位にあるため、サーマルビアとヒートシンク６との間に電気的絶縁が必要とされてもよい。セラミックＰＣＢを使用することは、セラミック材料の良好な熱特性を理由にサーマルビアの必要性を省いてもよい。

【0063】

ヒートシンク６は、サーマルパッド８を用いてハウジング７に熱的に結合されてもよい。このサーマルギャップパッドは、限定されるものではないが、サーマルペースト、サーマルテープ又はギャップフィラー等、ヒートシンク６とハウジング７との間のしっかりとした(solid)熱的接続を提供するために使用されることができる任意の材料であることができる。

【0064】

ハウジング７は、好ましくは、ハウジングが安全な電位に設定されるようにグランドに電気的に結合される。

【0065】

図４は、本発明の詳細な例を提供している。ＰＣＢの一方の側に設けられる直列の３つのＬＥＤを有するＬＥＤストリング３を有する、照明装置２が提供される。さらに、第１の端部４及び第２の端部５もＰＣＢの同じ側に設けられている。ＰＣＢはセラミック製であってもよく、これは、ヒートシンク６への良好な熱的接触を提供する。ＬＥＤストリング３は一方の側に設けられ、交換可能であることができ、これにより、ユーザは、所望の数のＬＥＤを備える所望のＰＣＢを選択することができる。ヒートシンク６は、導電性プレーン、例えば、銅プレーンであってもよい。ヒートシンク６は、サーマルパッド８を用いてハウジング７に結合される。ヒートシンク６、サーマルパッド８及びハウジング７の組み合わせは、ＬＥＤストリング３を有するＰＣＢが設けられることができる独立したエンティティ(independent entity)であることができる。ヒートシンク６は、ＰＣＢをヒートシンク６に設ける場合にギャップパッド８が損傷しないように保護する。ヒートシンク６がフレキシブルにされることができる場合、ＰＣＢとヒートシンクとの間の熱的結合は最適化されることができ、すなわち、エアギャップが防止される又は低減される。

【0066】

図４の例において、第１の端部４とヒートシンク６との間の接続はビアで行われない。接続は、ワイヤ又はボンディングワイヤで行われ、ＰＣＢがヒートシンク６に設けられる場合に取り付けられることができる。バイパスコンデンサＣ_ｂｙｐは、この例では、第２の端部５とヒートシンク６との間に設けられる別個のコンデンサである。ここでも、ワイヤ又はボンディングワイヤが、バイパスコンデンサＣ_ｂｙｐを第２の端部５及びヒートシンク６に接続するために使用されることができる。

【0067】

提供される例では、第１の端部４は、ＬＥＤドライバ１と照明装置２との間のトップ接続(top connection)として表され、第２の端部５は、ＬＥＤドライバ１と照明装置２との間のボトム接続(bottom connection)として表されている。第１の端部４は、ＬＥＤドライバ１と照明装置２との間のボトム接続として表されることができ、第２の端部５は、ＬＥＤドライバ１と照明装置２との間のトップ接続として表されことができることを理解されたい。これは、例えば、コンデンサＣ１がボトムエンド又はトップエンドに配されることができることを意味する。

【0068】

ＰＣＢの一方の側及び他方の側という用語は、２つの側のみを有するＰＣＢに関する。ＰＣＢは、３つ以上の側を有することとなる、多層を有することができることを理解されたい。多層の場合、一方の側は他方の側とは異なる層であることは説明から明らかである。

【0069】

提供される例では、第１の導電性要素６はヒートシンクとして例示され、第２の導電性要素７はハウジングとして例示されている。これらは非限定的な例として考慮されるべきであり、これらは明瞭化のために例において使用されているに過ぎないことを理解されたい。ヒートシンクは、第１の導電性要素６の一例である。第１の導電性要素６は、例えば、導電性材料の中間層であってもよい。ハウジングは、第２の導電性要素７の一例である。第２の導電性要素７は、例えば、ヒートシンクであってもよく、好ましくは、導電性材料の中間層と組み合わされる。

【0070】

好ましくは、第１の導電性要素６は、第２の導電性要素７及び／又はグランドから電気的に絶縁される。好ましくは、第２の導電性要素７は、グランドに電気的に結合される。

【0071】

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する他の変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む」は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙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が、有利に使用され得ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】