EP4115120A1 - Système led sans dissipateur thermique - Google Patents

Système led sans dissipateur thermique

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EP4115120A1
EP4115120A1 EP21709802.9A EP21709802A EP4115120A1 EP 4115120 A1 EP4115120 A1 EP 4115120A1 EP 21709802 A EP21709802 A EP 21709802A EP 4115120 A1 EP4115120 A1 EP 4115120A1
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EP
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overmolding
heat
sheath
diodes
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EP21709802.9A
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EP4115120B1 (fr
EP4115120C0 (fr
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Jacques Bordes
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Agomoon Srl
Original Assignee
Agomoon Srl
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/87—Organic material, e.g. filled polymer composites; Thermo-conductive additives or coatings therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S4/00—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources
    • F21S4/20—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources with light sources held by or within elongate supports
    • F21S4/28—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources with light sources held by or within elongate supports rigid, e.g. LED bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/14—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array
    • F21Y2105/16—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array square or rectangular, e.g. for light panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lighting system based on the technology of light emitting diode lamps responding to the horticultural and domestic or industrial lighting markets.
  • Light-emitting diodes type CMS (Surface Mounted Component) or COB (Chip on printed circuit), constituting lighting systems, need to be protected, so as not to be in direct contact with the environment in which they operate.
  • CMS Surface Mounted Component
  • COB Chip on printed circuit
  • the device overcomes these drawbacks by providing a lighting system that is both powerful, robust, durable and having a protection index of up to IP69, while keeping a cost of weak manufacturing.
  • the principle of the invention is to use a heat-shrinkable sleeve, translucent or transparent and whose thermal conductivity is of the order of ten times that of air.
  • a heat-shrinkable sleeve translucent or transparent and whose thermal conductivity is of the order of ten times that of air.
  • We will slide into this sheath an insulated metal substrate in the form of a straight block, twice the length of the width and twice the width of the thickness.
  • At least one light-emitting diode mounted on the surface, SMD or COB type, as well as a connector or power cable at the end, will have been deposited on one of the two larger faces beforehand. Once "retracted", the sock will be in direct contact with the diodes and the circuit, leaving no confined air.
  • the material of the sheath will then make it possible to dissipate the heat of the circuit homogeneously, while protecting the latter from any external aggression and any human contact.
  • the ends will then be overmolded, in order to make the system electrically waterproof, using a polymer.
  • the overmolding may be made of elastomer and thus used to create a lip around the power connector, which will hug the complementary connector when it is inserted. This lip will make it possible to obtain a connection with a higher degree of protection than the bare connector, thus achieving cost savings.
  • the substrate may have two recesses at its ends, passing through the thickness and located outside the area covered by the sheath, recesses that the overmolding will coat without closing off. These recesses make it possible to fix the device using screws or plastic clips.
  • a second block of metal alloy the modulus of elasticity greater than the substrate and having two recesses corresponding to the recesses of the first block, can be glued against the latter, opposite the surface of the diodes, to the using a thermally conductive material, in order to make the system more rigid.
  • FIG.l is a perspective view of the insulated metal substrate with a set of LEDs as well as a connector placed on one of the two larger faces.
  • FIG.2 is a perspective view of the circuit coated with the heat-shrunk sheath and overmolded at the ends by the polymer.
  • FIG.3 is a longitudinal sectional view of the lighting system showing the sealing lip around the connector.
  • FIG.4 is a perspective view of the lighting system having an attachment recess at each end.
  • FIG.5 is a longitudinal sectional view of the lighting system showing a second metal alloy pad bonded to the substrate.
  • FIG.6 is a perspective view of the lighting system having a non-circular recess at each end.
  • FIG.7 is a perspective view of two lighting systems fixed together with two supports.
  • [fig.l] shows a device comprising an insulated metal substrate (1), on which is placed a connector (3) and a set of light emitting diodes mounted on the surface (2).
  • [fig.2] we just insert the substrate (1) and the assembly of diodes (2) in a heat-shrinkable sheath (4), so as to eliminate the air trapped between the diodes and the sheath.
  • An elastomeric overmolding (5) covers each of the two ends of the substrate (1) and of the sheath (4), as well as the connector (3) at one end, so as to protect and seal the assembly.
  • the overmolding (5) around the connector (3) forms a circular lip (6), which will hug and compress around the complementary power connector, in order to increase the protection index of the bare connector.
  • the overmolding (5) has a recess (7), smaller than the recess of the substrate, in order to come and coat it without blocking it and to allow thus fixing the device using clips or screws.
  • a metal block (8) is glued to the back of the substrate (1) using a double-sided thermally conductive adhesive tape, before wrapping the device of the heat-shrinkable sheath and to overmold it at its ends, in order to increase the mechanical rigidity of the assembly.
  • the recesses (9) are made during overmolding, around the fixing recesses (7), making it possible to prevent rotation between the lighting system and the retaining parts that will be clipped.
  • An example of the assembly of two lighting systems is thus proposed [fig.7].
  • the substrate made of aluminum, will have dimensions of the order of 500 millimeters in length, 30 millimeters in width and 1 millimeter in thickness.
  • the metal block to increase rigidity will have the same dimensions and will be made of stainless steel.
  • the diodes will be of type SMD2835, and will consume 20 watts as a whole.
  • the connector shall be of the DC 5.5 x 2.1 millimeter type.
  • the overmolding will consist of a thermoplastic elastomer to facilitate molding.
  • the material used for the heat-shrinkable sleeve will be a fluoropolymer having a shrinkage temperature greater than 140 ° C, in order to remain stable under the temperature of the diodes which can reach 80 ° C. It can be translucent or transparent depending on the targeted application.
  • the device according to the invention is particularly intended for domestic, industrial and horticultural lighting.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Led Device Packages (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un système d'éclairage à diode électro luminescente à la fois puissant, robuste, durable et possédant un indice de protection allant jusqu'à IP69, tout en gardant un coût de fabrication faible. Il est constitué d'un substrat métallique isolé, sur lequel est déposée au moins une diode électroluminescentes, alimentées par un câble ou un connecteur. Le circuit obtenu est alors enveloppé d'une gaine thermo rétractable, qui supprimera l'air et dissipera la chaleur du substrat et des diodes de façon optimale, son pouvoir de dissipation thermique étant de l'ordre de dix fois celui de l'air. On viendra alors surmouler chacune des extrémités, afin de rendre le système étanche et robuste. On pourra profiter du surmoulage pour ajouter une lèvre d'étanchéité autour du connecteur, ainsi que des évidements spécifiques permettant divers modes de fixation, à l'unité ou par groupe. Le dispositif selon l'invention est destiné à l'éclairage domestique, industriel et horticole, selon que l'on vient utiliser un substrat translucide ou transparent.

Description

Description
Titre de l’invention : Système LED sans dissipateur thermique
[0001] La présente invention concerne un système d’éclairage basé sur la technologie des lampes à diode électro luminescente répondant aux marchés de l’horticulture et de l’éclairage domestique ou industriel.
[0002] Les diodes électroluminescentes, type CMS (Composant Monté en Surface) ou COB (Puce sur circuit imprimé), constituant de systèmes d’éclairage, ont besoin d’être protégées, afin de ne pas être en contact direct avec l’environnement dans lequel elles opèrent. Il existe, principalement, deux types de protection, aujourd’hui :
[0003] - Protéger les diodes via l’ajout d’une coque ou d’une paroi rigide transparente. L’air est alors emprisonné avec les diodes. Si l’on ne veut pas limiter le dispositif en puissance, il faudra refroidir le circuit soit par l’ajout d’un radiateur à l’arrière des diodes (système passif), soit par la mise en place d’un système de ventilation permettant de renouveler l’air (système actif). Les systèmes passifs sont encombrants et onéreux. Les systèmes actifs sont onéreux et de durabilité moins importante que les LED elles-mêmes.
[0004] - Poser un verni protecteur directement sur les diodes. L’épaisseur du verni étant faible, cela limitera également la puissance des diodes, pour des problèmes de tem pérature. De plus, le système restera sensible aux chocs et aux manipulations. Enfin, l’application du verni reste un procédé délicat et nécessitant des outils de production onéreux.
[0005] Le dispositif, selon l’invention, permet de remédier à ces inconvénients en fournissant un système d’éclairage à la fois puissant, robuste, durable et possédant un indice de protection allant jusqu’à IP69, tout en gardant un coût de fabrication faible.
[0006] Le principe de l’invention est d’utiliser une gaine thermo rétractable, translucide ou transparente et dont la conductivité thermique est de l’ordre de dix fois supérieure à celle de l’air. On glissera dans cette gaine un substrat métallique isolé de la forme d’un pavé droit, de longueur deux fois supérieure à la largeur et de largeur deux fois su périeure à l’épaisseur. On lui aura préalablement déposé sur une des deux plus grandes faces, au moins une diode électroluminescente montée en surface, type CMS ou COB, ainsi qu’un connecteur ou câble d’alimentation en extrémité. Une fois « rétractée », la chaussette sera directement en contact avec les diodes et le circuit, ne laissant pas d’air confiné. La matière de la gaine permettra alors de dissiper de façon homogène la chaleur du circuit, tout en protégeant ce dernier de toute agression extérieure et de tout contact humain. On surmoulera alors les extrémités, afin de rendre le système étanche électriquement, en utilisant un polymère.
[0007] Selon des modes particuliers de réalisation : [0008] - Le surmoulage peut-être en élastomère et ainsi utilisé pour créer une lèvre autour du connecteur d’alimentation, qui viendra épouser le connecteur complémentaire lors de son insertion. Cette lèvre permettra d’obtenir une connexion à l’indice de protection plus élevé que le connecteur nu, réalisant ainsi des économies de coût.
[0009] - Le substrat peut présenter deux évidements à ses extrémités, traversant l’épaisseur et se situant en dehors de la zone couverte par la gaine, évidements que le surmoulage viendra enrober sans obturer. Ces évidements permettent de venir fixer à l’aide de vis ou de clips plastiques le dispositif.
[0010] - Un second pavé d’alliage métallique, au module d’élasticité supérieur au substrat et possédant deux évidements correspondant aux évidements du premier pavé, peut être collé contre ce dernier, à l’opposé de la surface des diodes, à l’aide d’une matière ther miquement conductrice, ceci afin de rendre le système plus rigide.
[0011] - On peut profiter du surmoulage pour créer des évidements supplémentaires, qui ne soient pas à la fois circulaires et concentriques aux deux évidements de fixation. Ces évidements permettront d’empêcher la rotation du système d’éclairage autour des axes de fixation, permettant ainsi de combiner ensembles plusieurs systèmes d’éclairage, en utilisant la rigidité intrinsèque de chaque système.
[0012] Les dessins annexés illustrent l’invention :
[0013] La [fig.l] est une vue en perspective du substrat métallique isolé avec un ensemble de LED ainsi qu’un connecteur posé sur l’une des deux plus grandes faces.
[0014] La [fig.2] est une vue en perspective du circuit enrobé de la gaine thermo rétractée et surmoulée aux extrémités par le polymère.
[0015] La [fig.3] est une vue de coupe longitudinale du système d’éclairage présentant la lèvre d’étanchéité autour du connecteur.
[0016] La [fig.4] est une vue en perspective du système d’éclairage présentant un évidement de fixation à chaque extrémité.
[0017] La [fig.5] est une vue en coupe longitudinale du système d’éclairage présentant un deuxième pavé d’alliage métallique collé au substrat.
[0018] La [fig.6] est une vue en perspective du système d’éclairage présentant un évidement non circulaire à chaque extrémité.
[0019] La [fig.7] est une vue en perspective de deux systèmes d’éclairage fixés ensembles grâce à deux supports.
[0020] En référence à ces dessins, la [fig.l] présente un dispositif comportant un substrat métallique isolé (1), sur lequel est placé un connecteur (3) et un ensemble de diodes électroluminescentes montées en surface (2). Sur la [fig.2], on vient insérer le substrat (1) et l’ensemble de diodes (2) dans une gaine thermo rétractable (4), de façon à éliminer l’air emprisonné entre les diodes et la gaine. Un surmoulage élastomère (5) recouvre chacune des deux extrémités du substrat (1) et de la gaine (4), ainsi que le connecteur (3) à l’une des extrémités, de façon à assurer la protection et l’étanchéité de l’ensemble.
[0021] Dans la forme de réalisation selon la [fig.3], le surmoulage (5) autour du connecteur (3) vient former une lèvre circulaire (6), qui viendra épouser et se compresser autour du connecteur d’alimentation complémentaire, afin d’augmenter l’indice de protection du connecteur nu.
[0022] Dans la forme de réalisation selon la [fig.4], le surmoulage (5) présente un évidement (7), plus petit que l’évidement du substrat, afin de venir l’enrober sans l’obturer et de permettre ainsi la fixation du dispositif à l’aide de clips ou de vis.
[0023] Dans la forme de la réalisation selon la [fig.5], un pavé métallique (8) est collé au dos du substrat (1) à l’aide d’un ruban adhésif thermo conductif double face, avant d’envelopper le dispositif de la gaine thermo rétractable et de le surmouler à ses ex trémités, ceci afin d’augmenter la rigidité mécanique de l’ensemble.
[0024] Dans la forme de la réalisation selon la [fig.6], des évidements (9) sont réalisés lors du surmoulage, autour des évidements de fixations (7), permettant d’empêcher la rotation entre le système d’éclairage et les pièces de maintien que l’on viendra clipper. Un exemple de montage de deux systèmes d’éclairage est ainsi proposé [fig.7].
[0025] A titre d’exemple non limitatif, le substrat, en aluminium, aura des dimensions de l’ordre de 500 millimètres de long, 30 millimètres de large et 1 millimètre d’épaisseur. Le pavé métallique visant à augmenter la rigidité aura les mêmes dimensions et sera constitué d’acier inoxydable. Les diodes seront de type SMD2835, et consommeront 20 watts dans leur ensemble. Le connecteur sera de type DC 5,5 x 2,1 millimètres. Le surmoulage sera constitué d’un élastomère thermoplastique afin de faciliter le moulage. La matière utilisée pour la gaine thermo rétractable sera un fluoropolymère possédant une température de rétreint supérieure à 140°C, afin de rester stable sous la température des diodes qui peut atteindre 80°C. Elle pourra être translucide ou transparente selon l’application ciblée.
[0026] Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné à l’éclairage domestique, industriel et horticole.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Le dispositif est constitué d’un substrat métallique isolé (1) de la forme d’un pavé droit, dont la longueur sera au moins deux fois supérieure à la largeur qui sera au moins deux fois supérieure à l’épaisseur, comprenant sur une des deux plus grandes surfaces au moins une diode électrolumi nescente (2) type CMS (Composant Monté en Surface) ou type COB (Puce sur circuit imprimé), alimentée par un connecteur (3) à l’une des extrémités du circuit, caractérisé en ce que ledit substrat (1) est enrobé par une gaine (4) thermo rétractable, transparente ou translucide, couvrant les diodes, et en ce que le substrat (1) et la gaine (4) sont surmoulés aux extrémités par un polymère (5) isolant le système élec triquement.
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière utilisée pour le surmoulage (5) est un élastomère, et en ce que ce surmoulage (5) présente au niveau de l’ouverture du connecteur, une lèvre (6) rendant la connexion (3) étanche.
[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (1) possède un évidement (7) à chaque extrémité, traversant l’épaisseur, et se situant en dehors de la zone couverte par la gaine (4), évidements que le surmoulage (5) enrobe sans obturer.
[Revendication 4] Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’un second pavé
(8) constitué d’un alliage métallique au module d’élasticité supérieur à celui du substrat métallique isolé (1) possédant deux évidements qui correspondront aux évidements (7) du circuit (1) est collé au substrat (1), sur la surface opposée aux diodes, à l’aide d’une matière ther miquement conductrice.
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque extrémité du système présente, au niveau du surmoulage, un évidement
(9) qui ne soit pas à la fois circulaire et concentrique à l’évidement (7)
[Revendication 6] Le dispositif est constitué d’un substrat métallique isolé (1) de la forme d’un pavé droit, dont la longueur sera au moins deux fois supérieure à la largeur qui sera au moins deux fois supérieure à l’épaisseur, comprenant sur une des deux plus grandes surfaces au moins une diode électrolumi nescente (2) type CMS (Composant Monté en Surface) ou type COB (Puce sur circuit imprimé), alimentée par un câble à l’une des extrémités du circuit, caractérisé en ce que ledit substrat (1) est enrobé par une gaine (4) thermo rétractable, transparente ou translucide, couvrant les diodes, et en ce que le substrat (1) et la gaine (4) sont surmoulés aux ex trémités par un polymère (5) isolant le système électriquement
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