JP2010205954A - Led lighting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明用のLED照明構造体に関する。本発明のLED照明構造体は、照明として利用できるものであれば、生活照明用、産業照明用を問わず、スポット的な照明の使用にとどまらず、例えば、液晶表示のバックライトや携帯電話機等のテンキー照明や各種ディスプレイ、交通や鉄道等の信号機、各種インジケータ、さらには生物等の人工飼育に用いる照明等、その適用分野は特に限定されない。 The present invention relates to an LED lighting structure for illumination. The LED lighting structure of the present invention is not limited to the use of spot lighting regardless of whether it is for daily lighting or industrial lighting, as long as it can be used as lighting. For example, a backlight for a liquid crystal display, a mobile phone, etc. The application field is not particularly limited, such as lighting on the numeric keypad, various displays, traffic lights such as traffic and railway, various indicators, and lighting used for artificial breeding of living creatures.
高出力のLED(Light Emitting Diode)素子の開発が進み、従来の白色電球による照明や、蛍光灯による照明に代え、いわゆるLEDランプが普及し始めている。特に、白色LED素子は、従来の単色光しか発光しなかった単色LEDとは異なり、多数の波長の光を発光するできるため、生活照明用途、産業照明用途に適したものとなり、LED素子が持つ小型・省電力・長寿命という特性も相まって普及に弾みがついてきた。 Development of high-power LED (Light Emitting Diode) elements has progressed, and so-called LED lamps have started to be used in place of conventional white light bulb illumination and fluorescent light illumination. In particular, white LED elements, unlike conventional monochromatic LEDs that emit only monochromatic light, can emit light of a large number of wavelengths, making them suitable for use in daily lighting and industrial lighting applications. Combined with the characteristics of small size, power saving, and long life, the spread has gained momentum.
従来のLEDランプの構造とその製造工程を併せて説明する。
図7に示すように、従来のLEDランプは矩形板状のMID(立体回路成形品)基板10の片面に凹部11を形成し、その凹部11の底面に例えば3個のLEDチップ1が実装されている。
MID基板10は、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミド、ポリアミド、液晶ポリマ等の電気絶縁性材料を用いて射出成形によって形成され、LEDチップ1の実装箇所に凹部11を設ける等して3次元の立体形状の絶縁性基材として形成されている。
MID基板10の表面をプラズマ処理等により微細な粗面化を行い、その後、MID基板10の表面にスパッタリングや真空蒸着等により、銅、銀、金、ニッケル、白金又はパラジウム等の金属膜(めっき下地層)を形成する。
MID基板10の表面のうち回路を形成する回路部分12を残し、他の部分13に対してレーザ等の電磁波を照射して上記金属膜を除去する。金属膜が残った回路部分12に給電を行ない、例えば硫酸銅めっき浴(硫酸銅80g/l、硫酸180g/l、塩素、光沢剤)で電気銅めっき等を行って所定厚の金属膜を形成した回路基板を得る。非回路部分13に残存した金属膜は必要に応じてソフトエッチング等で除去する。
The structure of a conventional LED lamp and its manufacturing process will be described together.
As shown in FIG. 7, the conventional LED lamp has a concave plate 11 formed on one side of a rectangular plate-shaped MID (three-dimensional circuit molded product)
The
The surface of the
The metal part is removed by irradiating the
上記方法により得られたMID基板10の凹部11にLEDチップ1を実装し、回路部12とLEDチップ1を導電性接着剤で電気的にダイボンド接合する。その後にLEDチップ1の上部電極と回路部12とを金線14でワイヤボンド接合する。なお、凹部11内に透明樹脂を充填してLEDチップ1を封止する構造としても良い。
なお、LEDチップ1が実装される凹部11の周辺部分の内面11aを鏡面に仕上げて反射板を兼ねる構造とすることで、照明器具として照度向上を図っている。もちろん、LEDチップ1がダイボンドされている中央部分は絶縁を確保するためポリイミドなどの絶縁性基材であり、鏡面とすることはできない。
The LED chip 1 is mounted in the recess 11 of the
In addition, the illuminance improvement is aimed at as a lighting fixture by finishing the inner surface 11a of the peripheral part of the recessed part 11 in which the LED chip 1 is mounted as a mirror surface so as to serve as a reflector. Of course, the central portion where the LED chip 1 is die-bonded is an insulating base material such as polyimide in order to ensure insulation, and cannot be a mirror surface.
上記構造のLEDランプは広く普及し始めている。
LEDランプの従来の白熱電球に比べた第1のメリットとして寿命が長いことが挙げられる。原理的には熱などによる劣化がない限りLED素子自体の寿命は10万時間以上はあると言われている。
第2のメリットとして消費電力が小さいことが挙げられる。白熱電球では放熱量が大きく電気エネルギーが熱エネルギーとして消費されてしまうが、LEDランプでは白熱電球よりも発熱量が小さくその分消費電力が少ない。
LED lamps having the above structure are beginning to become widespread.
The first advantage of LED lamps over conventional incandescent bulbs is that they have a long life. In principle, it is said that the lifetime of the LED element itself is 100,000 hours or more unless it is deteriorated by heat or the like.
The second merit is that power consumption is small. An incandescent light bulb has a large heat radiation amount and consumes electric energy as heat energy. However, an LED lamp has a smaller amount of heat generation than an incandescent light bulb and consumes less power.
しかしその一方、LEDランプには以下の問題があることが知られている。
第1の問題は、LEDランプから得られる照度が足りないことである。鋭意発光効率の向上の研究開発がされているが、LED素子一つは面積も小さく、一個のLED素子では発光量が充分には得られず照明用途として不十分である。そのため多数個のLED素子をある程度の間隔をもって並べて白熱電球に劣らない照度を得ている。つまり、照明器具の中央部分に多数のLED素子を適宜並べる領域を大きく確保し、多数のLED素子を搭載している。
However, it is known that the LED lamp has the following problems.
The first problem is that the illuminance obtained from the LED lamp is insufficient. Research and development has been conducted to improve the luminous efficiency. However, one LED element has a small area, and a single LED element cannot provide a sufficient amount of light emission and is insufficient for illumination. For this reason, a large number of LED elements are arranged at a certain interval to obtain an illuminance comparable to that of an incandescent bulb. That is, the area | region which arranges many LED elements suitably in the center part of a lighting fixture is ensured largely, and many LED elements are mounted.
このようにLED素子の数を多くすることで照度は大きくなるが、LED素子が発光した光の全量が照明用途に前方に発射できるわけではない。LED素子自体は発光現象により前方にも側方にも後方にも発射されるが、そのうち前方に発射された光しか照明として利用できない。従来例でも上記図7に示したように、凹部11の周辺の内面11aを鏡面に仕上げて反射板を兼ねる構造とする工夫をしているものの、それは周辺部分のみであり、凹部11の一部のみしか反射出来ない。LED素子で発光された光は広範囲に基板全体にわたって反射できることが好ましいが、LED素子がマウントされる肝心な中央部分は絶縁を確保するためポリイミドなどの絶縁性基材であり、鏡面とすることはできず、光を反射させることができない。上記のように多数のLED素子を適宜並べる中央部分は大きく確保されている関係上、LED素子から側方または後方に発射された光は有効な照明光として前方に打ち出すことができていない。 Although the illuminance increases by increasing the number of LED elements in this way, the total amount of light emitted by the LED elements cannot be emitted forward for illumination purposes. The LED element itself is emitted forward, laterally, and backward due to a light emission phenomenon, but only light emitted forward can be used as illumination. In the conventional example, as shown in FIG. 7, the inner surface 11 a around the concave portion 11 is finished as a mirror surface so that it also serves as a reflector. However, it is only the peripheral portion and part of the concave portion 11. Can only reflect. It is preferable that the light emitted from the LED element can be reflected over a wide range over the entire substrate, but the central part where the LED element is mounted is an insulating base material such as polyimide to ensure insulation, and it can be a mirror surface It is not possible to reflect light. As described above, since the central portion where a large number of LED elements are appropriately arranged is secured, light emitted from the LED elements laterally or rearward cannot be emitted forward as effective illumination light.
第2の問題は熱による劣化の問題である。
LEDランプは従来の白熱電球に比べて寿命が長いといわれているが、実際のLED素子は熱に弱く、80度程度でも素子の劣化が始まる。LED素子自身、従来の白色電球に比べて発熱が小さいものの多数のLED素子を搭載した場合は発熱が問題となり、LEDランプにおいて放熱対策が重要な問題となっている。
上記したように、LED素子は熱に弱いため放熱対策が重要であるが、従来の白熱電球などに比べて熱量が小さいため、有効な放熱対策が採られたものはほとんどない。
The second problem is a problem of deterioration due to heat.
LED lamps are said to have a longer life than conventional incandescent bulbs, but actual LED elements are vulnerable to heat, and element degradation begins even at about 80 degrees. Although the LED element itself generates less heat than a conventional white light bulb, heat generation becomes a problem when a large number of LED elements are mounted, and countermeasures for heat dissipation are an important problem in LED lamps.
As described above, since the LED element is vulnerable to heat, a heat dissipation measure is important. However, since the amount of heat is smaller than that of a conventional incandescent bulb, etc., few effective heat dissipation measures have been taken.
ポリイミドやガラスエポキシ材などの絶縁性素材は、熱伝導率が金属などに比べて低いものであり、LEDチップで発生した熱が絶縁性素材を介して拡散しづらく、裏面にヒートシンク材などを搭載しても熱が効率的にヒートシンク材に伝導しない。 Insulating materials such as polyimide and glass epoxy materials have low thermal conductivity compared to metals, etc., and heat generated by LED chips is difficult to diffuse through the insulating materials, and a heat sink material etc. is mounted on the back side However, heat is not efficiently conducted to the heat sink material.
上記問題点に鑑み、本発明は、LED素子から発射された光において、従来は有効に活用されていなかった側方、後方に発射された光も有効に前方に発射させ、照明器具としての照度を向上せしめた鏡面を利用したLED照明構造体を提供することを目的とする。また、LED素子が発した熱を効率的に熱伝導し、外界へ放熱することができる高熱伝導を可能としたLED照明構造体を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention effectively emits light emitted from the side and rear of the light emitted from the LED element, and effectively emits the light emitted forward to the front. An object of the present invention is to provide an LED lighting structure using a mirror surface that has improved the above. It is another object of the present invention to provide an LED lighting structure that can conduct heat efficiently from an LED element and dissipate heat to the outside.
上記目的を達成するため、本発明のLED照明構造体は、
表面を鏡面加工して反射率を高めた高熱伝導反射体と、
前記高熱伝導反射体の表面に成膜形成した、絶縁性、光透過性、熱伝導性とを備えた機能性透明膜と、
前記機能性透明膜の上面に直接マウントしたLED素子と、
前記機能性透明膜の上面に設けた回路パターンと、
前記LED素子と前記回路パターンの必要箇所の電気的接続を確保する接続手段を備え、
前記LED素子において発熱した熱を直接接する前記機能性透明膜により熱伝導せしめるとともに、前記LED素子が発射した光のうち前記機能性透明膜側に発射された光を前記機能性透明膜を介して前記高熱伝導反射体表面において反射させることにより前方への照度を向上せしめたものである。
In order to achieve the above object, the LED lighting structure of the present invention includes:
A highly heat-conductive reflector whose surface is mirror-finished to increase the reflectivity;
A functional transparent film having an insulating property, a light transmissive property, and a thermal conductivity formed on the surface of the high thermal conductive reflector;
LED elements mounted directly on the upper surface of the functional transparent film;
A circuit pattern provided on the upper surface of the functional transparent film;
A connection means for ensuring electrical connection between the LED element and a necessary portion of the circuit pattern,
The heat generated in the LED element is thermally conducted by the functional transparent film that is in direct contact with the light emitted from the LED element to the functional transparent film side through the functional transparent film. The illuminance to the front is improved by reflecting on the surface of the high thermal conductive reflector.
上記構成により、LED素子から側方または後方に発射された光も、光透過性の高い機能性透明膜を介して表面が鏡面加工された高熱伝導反射体により高い反射率にて前方に反射させることができ、照明器具としての照度を大きくすることができる。また、機能性透明膜の持つ絶縁性によりLED素子を直接マウントすることができ、導電体である鏡面加工した高熱伝導反射体との間には透明な機能性透明膜のみが存在し、光を吸収する物体が存在せず、高効率でLED素子が発生した光を前方に照射することが可能となる。また、高熱伝導反射体表面に塗布された機能性透明膜の持つ熱伝導性により元来熱に弱いLED素子の熱劣化を効果的に防止することができる。 With the above configuration, light emitted laterally or rearward from the LED element is also reflected forward with high reflectivity by the high thermal conductive reflector whose surface is mirror-finished through a highly transparent light-transmitting functional transparent film. Therefore, the illuminance as a lighting fixture can be increased. In addition, the LED element can be mounted directly due to the insulating property of the functional transparent film, and only the transparent functional transparent film exists between the mirror-processed high thermal conductive reflector, which is a conductor. There is no object to be absorbed, and the light generated by the LED element can be irradiated forward with high efficiency. In addition, the thermal conductivity of the functional transparent film applied to the surface of the high thermal conductive reflector can effectively prevent thermal degradation of the LED element that is inherently vulnerable to heat.
ここで、上記構成において、前記LED素子の前面に蛍光素材を練り込んで形成した光拡散カバーを設け、前記LED素子において集中的に発生する光を前記光拡散カバーを介して拡散させ、発光面積を大きく確保せしめることが好ましい。
また、上記構成において、前記LED素子を、蛍光素材を含む樹脂で封入せしめ、前記LED素子において集中的に発生する光を拡散させて発光面積を大きく確保せしめることも可能である。
上記工夫により、元来点光源として発光するLED素子から発射された光を拡散することでき、透明ガラスであれば点光源として眩しいところ優しい面光源とすることができる。
Here, in the above configuration, a light diffusing cover formed by kneading a fluorescent material is provided on the front surface of the LED element, and light intensively generated in the LED element is diffused through the light diffusing cover so as to emit light. It is preferable to ensure a large value.
In the above configuration, the LED element can be sealed with a resin containing a fluorescent material, and light generated in a concentrated manner in the LED element can be diffused to ensure a large light emitting area.
By the said device, the light emitted from the LED element which originally emitted as a point light source can be diffused, and if it is transparent glass, it can be used as a gentle surface light source as a point light source.
次に、上記構成において、前記LED素子が複数個であり、前記高熱伝導反射体の表面形状を凸形状とし、前記LED素子を前記機能性透明膜を介して前記高熱伝導反射体表面上に配した構成とすることも好ましい。
上記構成により、LED素子を配する表面を凸形状となっているため、複数のLED素子から発射される光をより広角に拡散することができる。
Next, in the above configuration, there are a plurality of the LED elements, the surface shape of the high thermal conductive reflector is a convex shape, and the LED elements are arranged on the surface of the high thermal conductive reflector through the functional transparent film. It is also preferable to adopt the configuration described above.
With the above configuration, the surface on which the LED elements are arranged has a convex shape, so that light emitted from the plurality of LED elements can be diffused to a wider angle.
次に、上記構成において、前記高熱伝導反射体の裏面側にヒートシンク構造体を備え、熱伝導性と放熱性を高めた構成とすることが好ましい。
上記構成により、LED素子で発生する熱を機能性透明膜により拡散し、さらにヒートシンク構造体で放熱することにより、放熱効率をさらに高めることができる。
Next, in the above configuration, it is preferable that a heat sink structure is provided on the back surface side of the high thermal conductive reflector to improve thermal conductivity and heat dissipation.
With the above configuration, the heat generation efficiency can be further improved by diffusing the heat generated in the LED element with the functional transparent film and further dissipating the heat with the heat sink structure.
ここで、前記機能性透明膜が、アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるSi−Oネットワークおよび残存するシラノール基により構成される第1の化合物と、ナノ粒子化されたコロイダル金属酸化物またはコロイダル金属窒化物群から選ばれた少なくとも1種以上の第2の化合物とを含み、前記第1の化合物と前記第2の化合物の重量比が、40〜100重量%:60〜0重量%であるバインダーと、顔料と、溶媒とを備えた塗料より形成された塗布被膜であって、前記光透過性と前記熱伝導性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであることが好ましい。
また、上記構成に、前記バインダーにコロイダル金属酸化物またはコロイダル金属窒化物群から選ばれた少なくとも1種以上のナノ粒子化合物を含むことが好ましい。
前記コロイダル金属酸化物としては、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダルマグネシム、コロイダルカルシウムなどが含まれる。
前記コロイダル金属窒化物としては、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化マグネシウム、窒化シリコン、窒化チタンなどがある。
Here, after the hydrolysis of the alkoxide compound, the functional transparent film was nanoparticulated with the first compound composed of the Si—O network formed by the progress of silanol dehydration condensation and the remaining silanol groups. Including at least one second compound selected from the group of colloidal metal oxides or colloidal metal nitrides, wherein the weight ratio of the first compound to the second compound is 40 to 100% by weight: 60 It is a coating film formed from a paint comprising a binder, pigment, and solvent of ˜0% by weight, and exhibits the light transmittance, the thermal conductivity, and the insulating property. Is preferred.
Moreover, it is preferable that the said structure contains the at least 1 sort (s) or more nanoparticle compound chosen from the colloidal metal oxide or the colloidal metal nitride group in the said binder.
Examples of the colloidal metal oxide include colloidal silica, colloidal alumina, colloidal magnesium, and colloidal calcium.
Examples of the colloidal metal nitride include aluminum nitride, boron nitride, magnesium nitride, silicon nitride, and titanium nitride.
上記構成により、膜自体にはSi−Oネットワークが全体を全通しているのでSi−Oネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。基板が熱伝導率の良い素材であれば、熱が素早く基板全体に拡散し、高効率放熱ヒートシンク全体から熱を系外に放出することができる。また、上記高効率熱放射材料をベースとする熱伝導・放熱性塗布膜用塗料は良好な絶縁性を持っているので絶縁性と熱伝導性と放熱性とを兼ね備えたものとなる。 With the above configuration, since the entire Si—O network passes through the film itself, heat is efficiently transported through the Si—O network, and high thermal conductivity is obtained. Furthermore, since the inorganic pigment which is an inorganic mineral is contained and solidified, the thermal conductivity does not decrease. If the substrate is a material having good thermal conductivity, heat can quickly diffuse throughout the substrate, and heat can be released from the entire high-efficiency heat sink. In addition, since the heat conductive / heat dissipating coating film coating material based on the high efficiency heat radiation material has good insulating properties, it has both insulating properties, heat conductive properties and heat dissipating properties.
なお、機能性透明膜の成分は以下のものとすることができる。
まず、バインダーの第1の化合物の成分例としては、前記アルコキシド化合物がテトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシランが5対5から0対10の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後の前記シラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在する前記Si−Oネットワーク素材の形成進行の制御と前記シラノール基の残存量の制御が行わしめたものである。
また、バインダーの第1の化合物の他の成分例としては、前記アルコキシド化合物がテトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシラン:ジアルコキシシランが4.5対4.5対1から19対0対1の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後の前記シラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在する前記Si−Oネットワーク素材の形成進行の制御と前記シラノール基の残存量の制御を行わしめたものである。
The components of the functional transparent film can be as follows.
First, as an example of the component of the first compound of the binder, the alkoxide compound is compounded with trialkoxysilane with respect to tetraalkoxysilane, and tetraalkoxysilane: trialkoxysilane in a ratio of 5: 5 to 0:10, The formation progress of the Si—O network material present in the paint produced by the silanol dehydration condensation after hydrolysis of the alkoxide compound and the residual amount of the silanol groups are controlled.
As another example of the first component of the binder, the alkoxide compound may be trialkoxysilane and dialkoxysilane with respect to tetraalkoxysilane, and tetraalkoxysilane: trialkoxysilane: dialkoxysilane is 4.5. 4.5 to 1 to 19 to 0 to 1, and the formation of the Si-O network material present in the paint produced by the silanol dehydration after hydrolysis of the alkoxide compound and the control The amount of silanol groups remaining was controlled.
上記の機能性透明膜用塗料により、塗料中に存在する強靭なSi−Oネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、絶縁性、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に得ることができる。また、Si−Oネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。 With the above functional transparent film coating, it is possible to control the formation of tough Si-O network material present in the coating and the remaining amount of silanol groups, insulating properties, heat dissipation, heat resistance, Strong adhesion and toughness can be obtained at the same time. Further, by forming the Si—O network material to some extent, the shrinkage rate in the process of forming the film is reduced, the residual stress is reduced, and the adhesion to the substrate is improved.
次に、顔料の成分としては、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、チタンの酸化物または窒化物のいずれか1種以上の化合物を含むものである。
上記機能性透明膜用塗料により、これら顔料により遠赤外線放射波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得ることができる。
Next, as a component of the pigment, one or more compounds of boron, magnesium, aluminum, silicon, calcium, titanium oxide or nitride are included.
With the above-mentioned functional transparent film coating, it is possible to obtain an efficient conversion from a high temperature region to a low temperature region in the far infrared radiation wavelength region with these pigments.
次に、前記溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、
前記機能性透明膜形成の際に前記溶媒を揮発させることにより高密度構造を形成せしめたものである。
上記のように膜中にポーラス構造を作り込むことにより膜全体としてさらに優れた靭性を得ることができる。
Next, the solvent is an alcohol having a boiling point higher than room temperature,
A high-density structure is formed by volatilizing the solvent during the formation of the functional transparent film.
By making a porous structure in the film as described above, it is possible to obtain further superior toughness as the whole film.
本発明のLED照明構造体はフレキシブルなものとして形成することができる。つまり、上記構成の前記高熱伝導反射体と、前記機能性透明膜と、前記LED素子と、前記回路パターンをフレキシブル基板上に形成したものとすることができる。 The LED lighting structure of the present invention can be formed as a flexible one. In other words, the high thermal conductive reflector having the above configuration, the functional transparent film, the LED element, and the circuit pattern can be formed on a flexible substrate.
また、本発明のLED照明構造体は、上記構成において、前記LED素子の上面にレンズ体を備え、前記LED素子から発光された光の経路を制御せしめたものとすることができる。例えば凹レンズであれば光を広範囲に拡散させることができ、例えば凸レンズであれば集束することができる。 Moreover, the LED illumination structure of the present invention may have a lens body on the upper surface of the LED element and have the path of light emitted from the LED element controlled in the above configuration. For example, a concave lens can diffuse light over a wide range, and a convex lens can focus the light.
本発明のLED照明構造体によれば、LED素子から側方または後方に発射された光も、光透過性の高い機能性透明膜を介して表面が鏡面加工された高熱伝導反射体により高い反射率にて前方に反射させることができ、照明器具としての照度を大きくすることができる。
また、機能性透明膜の持つ絶縁性によりLED素子を直接マウントすることができ、導電体である鏡面加工した高熱伝導反射体との間には透明な機能性透明膜のみが存在し、光を吸収する物体が存在せず、高効率でLED素子が発生した光を前方に照射することが可能となる。
また、高熱伝導反射体表面に塗布された機能性透明膜の持つ熱伝導性および放熱性により元来熱に弱いLED素子の熱劣化を効果的に防止することができる。
According to the LED lighting structure of the present invention, the light emitted from the LED element to the side or rear is also highly reflected by the high thermal conductive reflector whose surface is mirror-finished through a highly transparent light-transmitting functional transparent film. It can be reflected forward at a rate, and the illuminance as a lighting fixture can be increased.
In addition, the LED element can be mounted directly due to the insulating property of the functional transparent film, and only the transparent functional transparent film exists between the mirror-processed high thermal conductive reflector, which is a conductor. There is no object to be absorbed, and the light generated by the LED element can be irradiated forward with high efficiency.
In addition, the thermal conductivity and heat dissipation of the functional transparent film applied on the surface of the high thermal conductive reflector can effectively prevent thermal degradation of the LED element that is inherently weak against heat.
なお、高効率機能性透明膜にはSi−Oネットワークが全体を全通しているのでSi−Oネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。 In addition, since the Si-O network is entirely passed through the high-efficiency functional transparent film, heat is efficiently transported through the Si-O network, and high thermal conductivity is obtained. Furthermore, since the inorganic pigment which is an inorganic mineral is contained and solidified, the thermal conductivity does not decrease.
以下、図面を参照しつつ、本発明のLED照明構造体の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the LED lighting structure of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to the specific application, shape, number, etc. shown in the following examples.
実施例1にかかる本発明のLED照明構造体の一例を示す。
図1(a)は、本発明の第1のLED照明構造体の構成例を示す図である。
図1(b)は、従来のLED照明構造体の構成例を示す図である。
An example of the LED lighting structure of this invention concerning Example 1 is shown.
Fig.1 (a) is a figure which shows the structural example of the 1st LED illumination structure of this invention.
FIG.1 (b) is a figure which shows the structural example of the conventional LED illumination structure.
まず、比較のために従来の一般的なLED照明構造体の構成例を説明する。
図1(b)に示すように、従来のLED照明構造体の構成は、絶縁体であるポリイミドやエポキシ樹脂の回路基板10を用いる。この回路基板10に対して銅箔を設け、さらに回路パターンを形成するためのマスキングなどを施した後、エッチングなどの方法により不要部分の銅箔を除去し、回路パターン20を形成する。次に、パッケージ化されたLEDパッケージ40を回路基板10上の所定位置に装着し、LEDパッケージ40の電気的インタフェース部分と回路パターン20の所定箇所との間にワイヤーボンディングなどで電気的接点50を形成し電気回路を完成させる。上記構成で電気回路を構築した後、照明器具本体に搭載する。なお、照明器具の照度を高めるため及び絶縁性を高めるためにLEDパッケージ40や回路パターン20の領域以外の領域部分に白色系の塗料30を塗っておいて、できるだけ光源を収めたキャビティ内の反射率を高めて前方に発射する光量を多くしようとする工夫を施す場合はある。
First, a configuration example of a conventional general LED illumination structure will be described for comparison.
As shown in FIG.1 (b), the structure of the conventional LED lighting structure uses the
しかし、従来のLED照明構造体の構成では、前方に発射される光は直接前方に発射される光がほとんどで、側方または後方に発射された光の一部が白色系塗料30により反射されて前方に発射されるのみである。図2(b)は従来のLED照明構造体の構成の場合にLEDパッケージ40が発光した光が前方に発射される様子を模式的に示す図である。図2(b)に見るように、直接前方に発射される光は効率よくそのまま前方に発射されるものの、側方または後方に発射された光のうちLEDパッケージ40の周囲および回路パターン20の領域部分はポリイミドまたはエポキシ樹脂の回路基板10であり、反射率は低く光源の光量に足る光は反射し得ず、離れた位置にある白色系塗料30に到達した光が反射されるのみである。なお、白色系塗料30の反射率は高くても80%程度しか期待できない。
However, in the configuration of the conventional LED lighting structure, most of the light emitted forward is directly emitted forward, and part of the light emitted laterally or backward is reflected by the
次に、本発明のLED照明構造体の構成例を説明する。
本実施例1の構成例では、LED照明構造体100は、アルミニウムなどの金属からなる高熱伝導反射体110、回路パターン120、機能性透明膜130、LED素子140、電気的接続点150を備えている。図1(a)はLED照明構造体100の構成を模式的に示した図である。
Next, the structural example of the LED illumination structure of this invention is demonstrated.
In the configuration example of the first embodiment, the
本発明のLED照明構造体では、従来のポリイミドやエポキシ樹脂の回路基板10とは異なり、アルミニウムなどの金属からなる高熱伝導反射体110を用いる。通常はアルミニウムなどの金属体は高い導電性を持つため、電気回路の基板としては本来は敬遠されるべきものであるが、本発明では後述する機能性透明膜130の持つ高い絶縁性により電気回路の基板として用いることが可能となっている。また、アルミニウムなどの金属体110は後述するように表面を鏡面に仕上げるために適した素材となる。
Unlike the conventional polyimide or epoxy
上記の高熱伝導反射体110の表面は鏡面加工が施された鏡面111となっており、高い反射率が得られるようになっている。アルミニウムなどの金属体の表面を鏡面加工する方法については特に限定されない。現在の技術ではアルミニウムなどの金属体の表面をいわゆる「鏡」のようにほぼ100%の高い反射率を得ることが可能である。
The surface of the high thermal
次に、本発明のLED照明構造体では、アルミニウムなどの金属体の表面に鏡面加工を施して高熱伝導反射体とした後、その上面に機能性透明膜130を形成する。この機能性透明膜130は高い絶縁性、光透過性、熱伝導性とを備えた機能性透明膜となっている。
なお、機能性透明膜130は、鏡面加工した高熱伝導反射体110の腐食やさびの発生を防止するための保護膜としても機能し得る。この機能性透明膜130の例については後述する。
Next, in the LED lighting structure of the present invention, the surface of a metal body such as aluminum is mirror-finished to form a high thermal conductive reflector, and then the functional
The functional
高熱伝導反射体110の上面に機能性透明膜130を形成した後、回路パターン120を形成する。回路パターン120を形成する手法についても限定されないが、機能性透明膜120を破壊しない方法であれば特に限定されず、例えば、銅ペーストを用いたインクジェット印刷による回路パターン120の形成方法、マスクパターンとエッチングを用いた回路パターン120の形成方法、電気メッキを用いた回路パターン120の形成方法などがある。
After the functional
次に、LED素子140を機能性透明膜130の上面の所定箇所に直接マウントする。高熱伝導反射体110は導電性のアルミニウムなどの金属体であるが、機能性透明膜130の持つ高い絶縁性によりLED素子140を直接マウントすることが可能となっている。つまり、LED素子140と高熱伝導反射体110の間は機能性透明膜130により間隔が設けられ、電気的には絶縁されている。
LED素子140として、多様なLED素子を適用できるが、例えば、表面に白色LED素子の発光面、裏面に電極面が設けられたチップなどで良く、表面実装型(SMD型)LED素子であり、発光光の色温度が6000Kで視覚的には真白色に見える光を発光するもので良い。
Next, the
Although various LED elements can be applied as the
ここで、本実施例1の本発明のLED照明構造体の例では、LED素子140としてLEDパッケージではなくLED素子を直接マウントするものとなっている。本発明ではLED素子により発生した光をできるだけ多く前方に発射し、照明構造体としての照度を高くするため、発光するLED素子140の周囲をパッケージ化して覆ってしまうよりもLED素子140を直接マウントすることにより、後述するように高熱伝導反射体の鏡面111で反射する光量を多くするように工夫している。なお、図1(a)の構成例ではLED素子140が一つのみであるが、複数のLED素子140が並べられたものでも良い。
Here, in the example of the LED lighting structure of the present invention of Example 1, not the LED package but the LED element is directly mounted as the
次に、LEDパッケージ140の電気的インタフェース部分と回路パターン120の所定箇所との間にワイヤーボンディングなどで電気的接点150を形成し電気回路を完成させる。
図1(a)に示したように構成したLED照明構造体によれば、LED素子140が発射した光のうち機能性透明膜130側に発射された光も機能性透明膜130を介して高熱伝導反射体表面の鏡面111において効率的に反射させることができる。
Next, an
According to the LED illumination structure configured as shown in FIG. 1A, light emitted from the
図2(a)は本発明のLED照明構造体100の構成の場合にLED素子140が発光した光が前方に発射される様子を模式的に示す図である。図2(a)に見るように、直接前方に発射される光は効率よくそのまま前方に発射され、側方または後方に発射された光もLED素子140の下面、周囲、回路パターン120のあらゆる領域部分において、到達した光は機能性透明膜130を透過し、高熱伝導反射体110の鏡面111で反射し、前方に発射される。鏡面111の反射率はほぼ100%であり、きわめて効率良くLED素子140が発光した光が前方に発射され、LED照明構造体100の照度が高くなる。
FIG. 2A is a diagram schematically illustrating a state in which light emitted from the
次に、本発明のLED照明構造体100における熱対策について述べる。
LED素子140は元来熱に弱く、80℃程度の熱でも劣化することがある。そのため熱対策は重要である。従来はLEDパッケージに対する熱対策は十分でなかった。
本発明のLED照明構造体100では、LED素子140において発熱した熱を直接接する機能性透明膜130により熱伝導せしめる。
Next, heat countermeasures in the
The
In the
図3は本発明のLED照明構造体100の熱伝導について模式的に示した図である。
本発明のLED照明構造体100では、機能性透明膜130の働きにより、LED素子140で発生した熱が直接機能性透明膜130に伝導され、機能性透明膜130の持つ優れた熱伝導性により高熱伝導反射体110であるアルミニウムなどの金属体に伝導され、熱が系外にすみやかに放熱される。このように、本発明のLED照明構造体100では、LED素子140が発した熱がこもることなく、優れた熱対策が施されている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the heat conduction of the
In the
次に、機能性透明膜130を詳しく説明する。
本発明のLED照明構造体に用いる機能性透明膜130は、絶縁性、光透過性、熱伝導性が高いものであれば特に限定されることなく適用することができるが、一例として下記の機能性透明膜130を適用する。
Next, the functional
The functional
本実施例1の機能性透明膜130の好適例は、アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるSi−Oネットワークおよび残存するシラノール基により構成される第1の化合物と、ナノ粒子化されたコロイダル金属酸化物またはコロイダル金属窒化物群から選ばれた少なくとも1種以上の第2の化合物とを含み、前記第1の化合物と前記第2の化合物の重量比が、40〜100重量%:60〜0重量%であるバインダーと、顔料と、溶媒とを備えた塗料より形成された塗布被膜である。
A preferred example of the functional
上記の機能性透明膜130の構成を詳しく説明する。
機能性透明膜130のバインダーの第1の化合物として、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成される化合物が含まれる。バインダーの生成においてまずアルコキシド化合物の加水分解によりシラノール基が生成され、その後シラノール脱水縮合反応が進んでSi−Oネットワークが形成されて行く。このシラノール脱水縮合の進展により形成されるSi−Oネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜において絶縁性と熱伝導性が発揮される。また、バインダーに含まれる、ナノ粒子化されたコロイダル金属酸化物またはコロイダル金属窒化物群から選ばれた少なくとも1種以上の第2の化合物は、無機化合物であり熱伝導性の向上が期待できるものとなっている。また、ナノ粒子化することにより、上記バインダー構成においては光吸収をおこす素材を含まないように形成することができる。本発明の発明者は試作を重ね、実際に透明な機能性透明膜130を得ることに成功している。
The configuration of the functional
The first compound of the binder of the functional
バインダーの組成の具体例を詳しく述べる。
機能性透明膜用の塗料の第1の化合物の組成の例は、アルコキシド化合物として、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。その混合割合は、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシランが5対5から0対10の割合が好ましい。
Specific examples of the binder composition will be described in detail.
The example of the composition of the 1st compound of the coating material for functional transparent films becomes what mixed the tetraalkoxysilane and trialkoxysilane by the predetermined ratio as an alkoxide compound. The mixing ratio of tetraalkoxysilane: trialkoxysilane is preferably 5: 5 to 0:10.
機能性透明膜用の塗料の第1の化合物の組成の他の例は、アルコキシド化合物として、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。その混合割合は、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシラン:ジアルコキシシランが4.5対4.5対1から7.2対1.8対1の割合が好ましい。 Another example of the composition of the first compound of the coating for functional transparent film is a mixture of tetraalkoxysilane, trialkoxysilane and dialkoxysilane in a predetermined ratio as an alkoxide compound. The mixing ratio of tetraalkoxysilane: trialkoxysilane: dialkoxysilane is preferably 4.5 to 4.5 to 1 to 7.2 to 1.8 to 1.
Si−OH官能基を4つ備えたテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。
Si−OH官能基を3つ備えたトリアルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシランなどが挙げられる。
Si−OH官能基を2つ備えたジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシランなどが挙げられる。
Examples of the tetraalkoxysilane having four Si—OH functional groups include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane.
Examples of trialkoxysilanes having three Si-OH functional groups include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, and methyltripropoxysilane. And ethyl tripropoxysilane.
Examples of dialkoxysilane having two Si—OH functional groups include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, and diethyldiethoxysilane.
アルコキシド化合物としてこれらを組み合わせて用いる。組み合わせで好ましいのはメチルトリメトキシシラン及びテトラメトキシシランの組合せ、またはメチルトリエトキシシラン及びテトラエトキシシランの組合せである。 These are used in combination as an alkoxide compound. Preferred in combination is a combination of methyltrimethoxysilane and tetramethoxysilane, or a combination of methyltriethoxysilane and tetraethoxysilane.
本発明では、アルコキシド化合物の加水分解後の脱水縮合により生じる塗料中に存在するSi−Oネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行い、機能性透明膜130の絶縁性と熱伝導性を確保する。
In the present invention, the formation progress of the Si-O network material present in the paint generated by dehydration condensation after hydrolysis of the alkoxide compound and the residual amount of silanol groups are controlled, and the insulating properties of the functional
Si−Oネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御の原理は以下の通りである。アルコキシド化合物同士は加水分解によりシラノール基(Si−OH官能基)が生成され、Si−OH官能基の脱水縮合によりSi−Oネットワークの形成が進行してゆく。Si−OH官能基を4つ持つテトラアルコキシシランはSi−OH官能基を多く持つので、脱水縮合を促進させればSi−Oネットワークの形成進行が速く、早期にゲル化する。テトラアルコキシシランのみでバインダーを形成するとほぼ完全にSi−OH官能基が消費され、Si−Oネットワークが形成される。Si−OH官能基を3つ持つトリアルコキシシランもSi−OH官能基を持つので、脱水縮合を促進させればSi−Oネットワークの形成が進行し、ゲル化する。トリアルコキシシランのみでバインダーを形成すると粒子間のSi−OH官能基の存在が均等になるので、ほぼ完全にSi−OH官能基が消費された状態でSi−Oネットワークが形成される。 The principle of controlling the formation progress of the Si—O network material and the control of the remaining amount of silanol groups is as follows. Alkoxide compounds generate silanol groups (Si-OH functional groups) by hydrolysis, and the formation of Si-O networks proceeds by dehydration condensation of the Si-OH functional groups. Since tetraalkoxysilane having four Si—OH functional groups has many Si—OH functional groups, if the dehydration condensation is promoted, the formation of the Si—O network proceeds quickly and gels early. When the binder is formed only with tetraalkoxysilane, the Si—OH functional group is almost completely consumed, and the Si—O network is formed. Since trialkoxysilane having three Si—OH functional groups also has Si—OH functional groups, if dehydration condensation is promoted, formation of Si—O network proceeds and gelation occurs. When the binder is formed only with trialkoxysilane, the presence of Si—OH functional groups between the particles becomes uniform, so that the Si—O network is formed with the Si—OH functional groups being almost completely consumed.
Si−OH官能基を2つ持つジアルコキシシランもSi−OH官能基を持つので、脱水縮合を促進させればSi−Oネットワークの形成が進行する。ジアルコキシシランのみでバインダーを形成すると同様にほぼ完全にSi−OH官能基が消費された状態でSi−Oネットワークの形成が形成される。しかし、ジアルコキシシランはSi−OH官能基が2つしかなく、脱水縮合によって直鎖状にSi−Oネットワークが形成されてしまい、堅牢性が小さくなる。 Since a dialkoxysilane having two Si—OH functional groups also has a Si—OH functional group, formation of a Si—O network proceeds if dehydration condensation is promoted. When the binder is formed only from dialkoxysilane, the formation of the Si—O network is formed with the Si—OH functional group being almost completely consumed. However, dialkoxysilane has only two Si—OH functional groups, and a Si—O network is formed in a linear form by dehydration condensation, resulting in reduced robustness.
本発明では、Si−Oネットワークによる堅牢な膜形成を目指すだけではなく、Si−Oネットワークの形成を進行させつつもSi−OH官能基をすべては消費させずに残存させるように制御する。残存したSi−OH官能基により金属プレートなどの基材のOH基との間の結合エネルギーにより基材と強力な付着力をもたらす。
つまり、Si−OH官能基を2つ持つアルコキシド化合物、Si−OH官能基を3つ持つアルコキシド化合物、Si−OH官能基を4つ持つアルコキシド化合物を、所定割合で混ぜ合わせると、アルコキシド分子間でSi−OH官能基の数に不均衡があるため、反応する相手となるSi−OH官能基がなく、いわば浮いてしまうSi−OH官能基が多数出てくるので脱水縮合が一気には進まなくなる。
In the present invention, not only the formation of a robust film by the Si—O network is aimed, but also the formation of the Si—O network is advanced while the Si—OH functional group is controlled to remain without being consumed. The remaining Si—OH functional groups provide strong adhesion to the substrate due to the binding energy between the OH groups of the substrate such as a metal plate.
That is, when an alkoxide compound having two Si-OH functional groups, an alkoxide compound having three Si-OH functional groups, and an alkoxide compound having four Si-OH functional groups are mixed at a predetermined ratio, the alkoxide molecules are Since there is an imbalance in the number of Si-OH functional groups, there is no Si-OH functional group to react with, and so many floating Si-OH functional groups appear, so dehydration condensation does not proceed at a stretch.
ただし、長期間放置していると、浮いているSi−OH同士の脱水縮合反応が進んでくるので残存するSi−OH官能基の量は漸減して行くが、上記のように2官能のアルコキシド化合物、3官能のアルコキシド化合物、4官能のアルコキシド化合物の割合を調整すれば、当初、脱水縮合は早期に進むもののSi−OH官能基の数が不均衡状態に陥ってからは脱水縮合に急速にブレーキがかかることとなる。 However, if left for a long period of time, the dehydration condensation reaction between floating Si—OH proceeds, so the amount of the remaining Si—OH functional groups gradually decreases. If the ratio of the compound, trifunctional alkoxide compound, and tetrafunctional alkoxide compound is adjusted, dehydration condensation proceeds at an early stage, but after the number of Si-OH functional groups falls into an unbalanced state, dehydration condensation rapidly occurs. The brake will be applied.
上記のように、塗料の状態でシラノールの脱水縮合が進みすぎると塗布前にSi−Oネットワークが多数形成され、塗布後に乾燥して形成された塗布膜が脆くなったりクラックが入りやすくなったりして基材への付着力が小さくなってしまうという問題が発生する一方、シラノールの脱水縮合反応が十分ではない場合、つまり、塗料状態においてシラノールリッチの状態では、塗布後に膜が形成されてゆく過程で多くの脱水縮合が進んで行くこととなり、脱水縮合が進むと膜が収縮して行くこととなり収縮率が大きくなってしまい、塗布した膜が剥がれ落ちるという不具合が起こる。 As described above, if the dehydration condensation of silanol proceeds too much in the paint state, a large number of Si-O networks are formed before coating, and the coating film formed by drying after coating becomes brittle or cracks easily. When the silanol dehydration condensation reaction is insufficient, that is, in the paint-rich silanol-rich state, a film is formed after coating. As a result, a lot of dehydration condensation proceeds, and when the dehydration condensation proceeds, the film shrinks and the shrinkage rate increases, resulting in a problem that the applied film peels off.
以上から、機能性透明膜130を形成する塗料は、アルコキシドの加水分解は完全に終了せしめ、シラノール脱水縮合反応は適切量進めた後に脱水縮合反応を抑止することにより、脱水縮合により生じる塗料中に存在するSi−Oネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものとすることが好ましく、塗布前に適切量のSi−Oネットワーク素材を形成しておき、塗布後に新たに脱水縮合により形成されるSi−Oネットワーク量を少なくして収縮率が大きくなることを抑え、残存するSi−OH基により基材との付着力を確保せしめる。
From the above, in the coating material forming the functional
本発明者は、良好な付着性、熱伝導性、耐食性を備えた膜が形成される配合について実験を重ねて、上記のアルコキシド化合物の配合割合を見出した。
機能性透明膜130の透明の確認、付着性試験、熱伝導性試験、耐食性試験を行い、機能性透明膜130が良好な光透過性、熱伝導性、耐食性を備えていることを検証する。
This inventor repeated experiment about the mixing | blending with which the film | membrane provided with favorable adhesiveness, heat conductivity, and corrosion resistance was formed, and discovered the compounding ratio of said alkoxide compound.
The transparency of the functional
[透明性の確認]
実際に高熱伝導反射体110に相当する金属の上に機能性透明膜130を形成し、その膜が透明であるか否かを確認した。目視であるが、機能性透明膜130として良好な透明でクリアな膜が得られていることが確認できた。つまり、可視光の波長領域の光に対しては吸収することなく高い光透過性を示すものが得られた。
[Confirm transparency]
Actually, a functional
[付着性実験]
付着性実験に用いた実験に用いた機能性透明膜用塗料のバインダー組成は、4官能基を備えたテトラアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のテトラメトキシシランを用いた。また、3官能基を備えたバインダーのトリアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のメチルトリメトキシシランを用いた。また、2官能基を備えたジアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のジメチルジメトキシシランを用いた。テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランの配合を変えてそれぞれ製作した。
[Adhesion experiment]
As a binder composition of the functional transparent film coating used in the experiment used for the adhesion experiment, Tetramethoxysilane manufactured by Momentive Materials was used as a tetraalkoxysilane having four functional groups. Further, methyltrimethoxysilane manufactured by Momentive Materials Co., Ltd. was used as a trialkoxysilane as a binder having a trifunctional group. Also, dimethyldimethoxysilane manufactured by Momentive Materials was used as a dialkoxysilane having a bifunctional group. Tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane, and dimethyldimethoxysilane were mixed and manufactured.
加水分解に用いた水の量は、アルコキシド化合物1モルに対して水0.8〜5.0モルとした。水が0.8モル以下ではSi−OH基の発生が十分でなく膜の硬度が上がらず、5.0モル以上ではSi−OH成分が少なく塗料化が困難となる。触媒としての酸の量は有機酸、無機酸何れの場合も、加水分解を起こすのに十分な量を用いた。
サンプルのそれぞれに含まれるジメチルジメトキシシラン(2官能)、メチルトリメトキシシラン(3官能)、テトラメトキシシラン(4官能)の配合を[表1]に示す。
The amount of water used for the hydrolysis was 0.8 to 5.0 moles of water with respect to 1 mole of the alkoxide compound. When water is 0.8 mol or less, the generation of Si—OH groups is not sufficient and the film hardness is not increased. The amount of acid used as the catalyst was sufficient to cause hydrolysis in both cases of organic acid and inorganic acid.
Table 1 shows the composition of dimethyldimethoxysilane (bifunctional), methyltrimethoxysilane (trifunctional), and tetramethoxysilane (tetrafunctional) contained in each of the samples.
機能性透明膜を形成する基材としては、アルマイト処理アルミプレートを用いた。
付着性実験の手法としては、JIS−K5600−5−6の手法により碁盤目テストを行った。実験は3回行った。付着実験の結果を[表2]に示す。
An alumite-treated aluminum plate was used as the base material for forming the functional transparent film.
As a method for the adhesion experiment, a cross-cut test was performed by the method of JIS-K5600-5-6. The experiment was performed three times. The results of the adhesion experiment are shown in [Table 2].
注1:その他のアルコキシドとしてエトキシ基もあるが、エトキシ基はメトキシ基と反応スピードの違いなので省略し、メチル基のみでテストを実施した。
注2:反応はアルコキシド1モルに対して水2.5〜4.5モル、望ましくは3.3モル、酸の量を十分入れ、顔料比率70%とし、膜厚を25μm±3μmにして実施。
注3:分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注4:焼成条件は180℃で20分。基板はアルコール脱脂のみのアルミ板を使用した。試験片は7.5mmw×15.0mml×1.0mmtを各3枚。(評価は全数クリアー)
注5:塗布方法はスプレーコート。
注6:膜厚は15μm〜20μm、測定方法はマイクロメーター。
Note 1: There is an ethoxy group as another alkoxide, but the ethoxy group was omitted because it was different in reaction speed from the methoxy group, and the test was conducted using only the methyl group.
Note 2: The reaction is carried out with 2.5 to 4.5 moles of water, desirably 3.3 moles of water per mole of alkoxide, a sufficient amount of acid, a pigment ratio of 70%, and a film thickness of 25 μm ± 3 μm. .
Note 3: The dispersion solvent used was a mixture of ethanol and isopropyl alcohol.
Note 4: Firing conditions are 20 minutes at 180 ° C. The substrate was an aluminum plate made only of alcohol degreasing. Three test pieces each of 7.5 mmw × 15.0 mm × 1.0 mmt. (Evaluation is all clear)
Note 5: Application method is spray coating.
Note 6: The film thickness is 15 μm to 20 μm, and the measurement method is micrometer.
上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを混合したバインダーである配合1から配合3の実験結果より、混合割合は配合1から配合2の混合割合が良いことが実証できた。つまり、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシランが5対5から0対10の割合が好ましい。 From the above-mentioned adhesion experiment, it was proved that the mixing ratio of the blending 1 to the blending 2 was good from the experimental results of the blending 1 to the blending 3 which is a binder obtained by mixing tetraalkoxysilane and trialkoxysilane. That is, a ratio of tetraalkoxysilane: trialkoxysilane of 5: 5 to 0:10 is preferable.
また、上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを混合したバインダーである配合4から配合9の実験結果より、混合割合は配合4から配合5の混合割合が良いことが実証できた。つまり配合6のように3官能基の割合が減ると付着性が劣り、また、配合7から配合9のように2官能基の割合が増えても付着性が劣る。つまり、テトラアルコキシシラン:トリアルコキシシラン:ジアルコキシシランが4.5対4.5対1から7.2対1.8対1の割合が好ましい。 Moreover, from the above-mentioned adhesion experiment, the mixing ratio is that the mixing ratio of the blending 4 to the blending 5 is good from the experimental results of the blending 4 to the blending 9, which is a binder obtained by mixing tetraalkoxysilane, trialkoxysilane and dialkoxysilane. I was able to prove. That is, if the ratio of trifunctional groups is reduced as in Formulation 6, the adhesiveness is inferior, and even if the proportion of bifunctional groups is increased as in Formulation 7 to Formulation 9, the adhesiveness is inferior. That is, the ratio of tetraalkoxysilane: trialkoxysilane: dialkoxysilane is preferably 4.5 to 4.5 to 1 to 7.2 to 1.8 to 1.
以上、本発明の機能性透明膜用の塗料のバインダーの組成を上記の割合となるように工夫すれば、機能性透明膜130の付着性が大きくなるように、Si−Oネットワークと残存するSi−OH基の量を制御できる。
As described above, if the composition of the binder of the coating material for the functional transparent film of the present invention is devised so as to have the above ratio, the Si-O network and the remaining Si are increased so that the adhesion of the functional
[熱伝導試験]
機能性透明膜130において、高い熱伝導率が得られていることを確認した。
熱伝導試験に用いた機能性透明膜用の塗料のバインダー組成は、付着性実験に用いた塗料のバインダー組成と同じものとした。
機能性透明膜130を形成する基板としては、脱脂処理を行ったアルミプレート(150mm×75mm×1.0mm)を用いた。
熱伝導性試験の手法としては、アルミプレートの半分に機能性透明膜130を形成し、残り半分は機能性透明膜130は形成せずアルミプレートが剥き出しのままとする。アルミプレートの裏面から加熱し、アルミプレートの表面の温度分布を測定した。
[Thermal conductivity test]
In the functional
The binder composition of the coating for the functional transparent film used in the heat conduction test was the same as the binder composition of the coating used in the adhesion experiment.
As a substrate on which the functional
As a method of the thermal conductivity test, the functional
(表3) (Table 3)
本発明のLED照明構造体に用いる機能性透明膜では、Si−Oネットワークが膜全体を全通しているので熱伝導率が高く、ナノ粒子の無機化合物が含まれて固化されているので熱伝導率が高い。実際に機能性透明膜の試料片を用いて熱伝導率を計測したところ、2W/mK以上の熱伝導率が得られていた。 In the functional transparent film used for the LED lighting structure of the present invention, since the Si-O network is entirely passed through the entire film, the thermal conductivity is high, and since the inorganic compound of the nanoparticles is contained and solidified, the heat conduction. The rate is high. When the thermal conductivity was actually measured using a sample piece of a functional transparent film, a thermal conductivity of 2 W / mK or more was obtained.
上記の顔料としては、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、チタンの酸化物または窒化物のいずれか1種以上の化合物を含むものである。
なお、顔料の粒度は、膜の平滑性や綴密性、強度を考慮して、顔料の粒度は溶媒分散後で平均粒度で110nm以下が望ましい。
顔料の割合は、アルコキシドに対して、40体積%以下が妥当である。40%体積以上では透明性が悪くなる。
The pigment includes one or more compounds of boron, magnesium, aluminum, silicon, calcium, titanium oxide or nitride.
The pigment particle size is preferably 110 nm or less in terms of the average particle size after dispersion of the solvent in consideration of the smoothness, tightness and strength of the film.
The proportion of the pigment is appropriately 40% by volume or less with respect to the alkoxide. When the volume is 40% or more, the transparency is deteriorated.
膜の厚みは、基材や発熱体と膜が強固に付着し、且つ、両者の熱膨張差が非常に近い場合でも、膜が厚くなりすぎると、クラックが発生する。それは、Si−OHが脱水縮合するときに起こる収縮現象が原因である。膜厚は、バインダーの含有量にもよるが、15μm以下が望ましい。特にアルコキシド化合物の脱水縮合物の全固形物(即ちSi−OHから生じるSiO2と混合したときの無機顔料成分の合計)にしめる割合が40体積%の場合、800℃でクラックの発生を防ぐ為には10μm前後が好ましい。 As for the thickness of the film, even if the base material or the heating element and the film are firmly attached and the difference in thermal expansion between them is very close, if the film becomes too thick, cracks occur. This is due to the shrinkage phenomenon that occurs when Si—OH undergoes dehydration condensation. The film thickness is preferably 15 μm or less, although it depends on the binder content. In particular, in order to prevent cracks from occurring at 800 ° C. when the proportion of all dehydration condensation products of alkoxide compounds is 40% by volume (ie, the total amount of inorganic pigment components when mixed with SiO 2 generated from Si—OH) About 10 μm is preferable.
[耐腐食性試験]
本発明のLED照明構造体に用いる機能性透明膜の耐腐食性も調べるために機能性透明膜を用いて塩水噴霧試験と水浸試験も行った。
塩水噴霧試験の方法は、JIS−K5600−7−1に準じた。
測定はステンレスプレートのものを用いた。
塩水噴霧の放置時間は500時間とした。
塩水噴霧試験の結果を[表4]に示す。
[Corrosion resistance test]
In order to investigate the corrosion resistance of the functional transparent film used in the LED lighting structure of the present invention, a salt spray test and a water immersion test were also conducted using the functional transparent film.
The salt spray test method conformed to JIS-K5600-7-1.
A stainless steel plate was used for the measurement.
The salt spray standing time was 500 hours.
The results of the salt spray test are shown in [Table 4].
水浸試験の方法は、JIS−K5600−6−2に準じた。
測定はアルミプレートのものを用いた。
水浸の放置時間は500時間とした。
水浸試験の結果を[表5]に示す。
The method for the water immersion test was in accordance with JIS-K5600-6-2.
An aluminum plate was used for the measurement.
The immersion time was 500 hours.
The results of the water immersion test are shown in [Table 5].
以上、塩水噴霧試験と水浸試験の結果から、本発明のLED照明構造体に用いる機能性透明膜の耐腐食性が大きいことが実証できた。 As described above, from the results of the salt spray test and the water immersion test, it was proved that the functional transparent film used in the LED lighting structure of the present invention has high corrosion resistance.
以上、実施例1のLED照明構造体100によれば、LED素子140から側方または後方に発射された光も、光透過性の高い機能性透明膜を介して表面が鏡面加工された高熱伝導反射体により高い反射率にて前方に反射させることができ、照明器具としての照度を大きくすることができる。
また、機能性透明膜の持つ絶縁性によりLED素子を直接マウントすることができ、導電体である鏡面加工した高熱伝導反射体との間には透明な機能性透明膜のみが存在し、光を吸収する物体が存在せず、高効率でLED素子が発生した光を前方に照射することが可能となる。
また、高熱伝導反射体表面に塗布された機能性透明膜の持つ熱伝導性および放熱性により元来熱に弱いLED素子の熱劣化を効果的に防止することができる。
As described above, according to the
In addition, the LED element can be mounted directly due to the insulating property of the functional transparent film, and only the transparent functional transparent film exists between the mirror-processed high thermal conductive reflector, which is a conductor. There is no object to be absorbed, and the light generated by the LED element can be irradiated forward with high efficiency.
In addition, the thermal conductivity and heat dissipation of the functional transparent film applied on the surface of the high thermal conductive reflector can effectively prevent thermal degradation of the LED element that is inherently weak against heat.
実施例2として、本発明のLED照明構造体100をダウンライトに適用した例を示す。
実施例1で示したLED照明構造体100を光源とし、ダウンライト筐体200に組み込んでいる。ダウンライト筐体200にはキャビティ210があり、前面には照明保護カバー220が設けられている。さらに、本実施例2の構成例ではヒートシンク構造体230が設けられた構成例となっている。
As Example 2, the example which applied the
The
図4(a)は、本発明のLED照明構造体100をダウンライトに適用した構成例を内部構造が簡単に分かるように縦断面において模式的に示した図である。図4(a)に示した構成例では、LED素子140が3個搭載された例となっている。
ダウンライト筐体200は、LED照明構造体100を収めるもので、デザインや構造は特に限定されることなく多様なものが可能であることは言うまでもない。
FIG. 4A is a diagram schematically showing a configuration example in which the
The
キャビティ210はいわゆる凹面鏡のような働きをするように凹面形状を持ち、その表面が鏡面加工されているものであることが好ましい。
照明保護カバー220は、透明、半透明若しくは透光性を有したポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等の透明樹脂素材などにより凸形状に形成されている。
The
The
照明保護カバー220は、懐中電灯のように遠方を照らす用途であればいわゆる透明ガラスの透光性を有したものが適している。
しかし、生活照明であれば点光源よりも面光源の方が好ましい。もともとLED素子は点光源であるので、照明保護カバー220として、蛍光素材を練り込んで形成した光拡散カバーとすることが好ましい。LED素子140において集中的に発生する光を光拡散カバーを介して拡散させ、発光面積を大きく確保せしめる工夫である。
As the
However, a surface light source is preferable to a point light source for daily lighting. Since the LED element is originally a point light source, the
なお、図4の構成例では照明保護カバー220をダウンライト筐体200の前面付近に設ける構成であるが、LED素子140の上面を蛍光素材を含む樹脂で封入せしめる構造も可能である。LED素子140において集中的に発生する光を拡散させて発光面積を大きく確保せしめることは可能である。
In the configuration example of FIG. 4, the
図4(b)に示すように、本発明のLED照明構造体100を適用したダウンライトではLED素子140から直接前方に発射される光のみならず、LED素子140から側方および後方に発射された光についても高熱伝導反射体110さらにはキャビティ210の凹面により効率よく前方に発射することができるものとなっている。
As shown in FIG. 4B, in the downlight to which the
ヒートシンク構造体230は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料からなり、複数の放熱フィンを備えた構造となっている。この構成例では放熱フィンはLED素子140が設けられた上面とは逆の裏面に設けられているものとする。、なお、放熱フィンの形状は特に限定されないが、例えば、板状、シート状、ピン状のものなどがあり得る。
熱源であるLED素子140で発生した熱はその電極面側から機能性透明膜130に伝導され、アルミニウムなどの金属体である高熱伝導反射体110を介してヒートシンク構造体230に伝導される。なお、機能性透明膜130は薄い膜であり高熱伝導反射体110は熱伝導性の高いアルミニウムなどであるのでヒートシンク構造体230に熱が伝導しやすくなっている。
The heat sink structure 230 is made of a metal material having a high thermal conductivity such as aluminum and has a structure including a plurality of heat radiation fins. In this configuration example, the heat radiating fins are provided on the back surface opposite to the top surface on which the
The heat generated in the
ヒートシンク構造体230に伝導された熱は、ヒートシンク構造体230に多数立設されている放熱フィンに対して素早く拡散され、放熱フィンの面積全体から外界へ熱が放熱される。 The heat conducted to the heat sink structure 230 is quickly diffused to the heat radiation fins provided upright on the heat sink structure 230, and heat is radiated from the entire area of the heat radiation fins to the outside.
ここで、放熱フィンの表面にも、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ機能性透明膜130を塗布する構成も可能である。このように機能性透明膜130を塗布しておくことによりヒートシンク構造体230の放熱効率が向上し、熱を系外に素早く放出することが可能となる。
Here, it is also possible to apply a functional
実施例3として、本発明のLED照明構造体100をダウンライトに適用した別の構成例を示す。
実施例1で示したLED照明構造体100aは平面状をしていたが、本実施例3の構成例では高熱伝導反射体110aの表面形状が凸形状となっており、LED素子140を機能性透明膜130を介して高熱伝導反射体表面上に配したものとなっている。
As Example 3, another configuration example in which the
Although the
図5は本実施例3の構成例にかかる高熱伝導反射体110aの表面形状およびLED素子140を拡大して模式的に示した図である。図5(a)は各々のLED素子140の法線方向が分かりやすいように示した図であり、図5(b)は各々のLED素子140から発射される光が前方に広角に発射される様子を模式的に示した図である。
FIG. 5 is an enlarged schematic view of the surface shape of the high thermal conductive reflector 110a and the
光源となるLED照明構造100aの構造自体は実施例1に示した構造と同様で良いが、高熱伝導反射体110aの表面形状が凸形状をしているため、図5(a)に示すように各LED素子140の法線方向は扇形に広がるものとなり、光の発射方向がもともと広角度となっている。
The structure itself of the
図6(a)は、本発明のLED照明構造体100aをダウンライトに適用した構成例を内部構造が簡単に分かるように縦断面において模式的に示した図である。図6に示した構成例もLED素子140が3個搭載された例となっている。
図6(b)に示すように、本発明のLED照明構造体100aを適用したダウンライトでは、LED素子140から直接前方に発射される光のみならず、LED素子140から側方および後方に発射された光も高熱伝導反射体110aさらにはキャビティ210の凹面により効率よく前方に発射することができるものとなっている。また、高熱伝導反射体110aが凸形状をしているので光を広角度に前方に発射することができる。
FIG. 6A is a diagram schematically showing a configuration example in which the
As shown in FIG. 6B, in the downlight to which the
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明は、熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換する機能性透明膜に広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention can be widely applied to functional transparent films that convert thermal energy into far-infrared energy.
It will be understood that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
Claims (14)
前記高熱伝導反射体の表面に成膜形成した、絶縁性、光透過性、熱伝導性とを備えた機能性透明膜と、
前記機能性透明膜の上面に直接マウントしたLED素子と、
前記機能性透明膜の上面に設けた回路パターンと、
前記LED素子と前記回路パターンの必要箇所の電気的接続を確保する接続手段を備え、
前記LED素子において発熱した熱を直接接する前記機能性透明膜により熱伝導せしめるとともに、前記LED素子が発射した光のうち前記機能性透明膜側に発射された光を前記機能性透明膜を介して前記高熱伝導反射体表面において反射させることにより前方への照度を向上せしめたLED照明構造体。 A highly heat-conductive reflector whose surface is mirror-finished to increase the reflectivity;
A functional transparent film having an insulating property, a light transmissive property, and a thermal conductivity formed on the surface of the high thermal conductive reflector;
LED elements mounted directly on the upper surface of the functional transparent film;
A circuit pattern provided on the upper surface of the functional transparent film;
A connection means for ensuring electrical connection between the LED element and a necessary portion of the circuit pattern,
The heat generated in the LED element is thermally conducted by the functional transparent film that is in direct contact with the light emitted from the LED element to the functional transparent film side through the functional transparent film. An LED illumination structure in which forward illuminance is improved by reflecting on the surface of the high thermal conductive reflector.
前記機能性透明膜形成の際に前記溶媒を揮発させることにより高密度構造を形成せしめることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載のLED照明構造体。 The solvent is an alcohol having a boiling point higher than room temperature;
The LED lighting structure according to any one of claims 8 to 11, wherein a high-density structure is formed by volatilizing the solvent when forming the functional transparent film.
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