JP2010538449A - 光出力装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、熱可塑性材料の半透明な層５に少なくとも部分的に埋め込まれるＬＥＤパッケージ４を有する光出力装置１００であって、前記半透明な層５が、前記半透明な層５の前記熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ光散乱粒子６を有することを特徴とする光出力装置１００に関する。

Description

本発明は、光出力装置に関し、とりわけ、熱可塑性材料の半透明な層に少なくとも部分的に埋め込まれるＬＥＤパッケージを有する光出力装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として利用する光出力装置が、ますます普及している。このような光出力装置は、物体の照明のため、画像の表示のため、又は単に装飾的な目的のために用いられ得る。用途は、例えば、棚、ショーケース、ファサード、オフィスの仕切り、壁の外装材のための装飾的な照明である。
ＬＥＤは、ＬＥＤチップをパッケージ、例えば樹脂に埋め込むことによって作成される。これは、ＬＥＤを利用する光出力装置の製造容易性の向上を可能にする。このような埋め込みＬＥＤは、ＬＥＤパッケージとも呼ばれる。
ＬＥＤパッケージを熱可塑性材料に埋め込むことそれ自体は知られている。熱可塑性材料であって、前記熱可塑性材料にＬＥＤパッケージを埋め込んでいる熱可塑性材料は、ＬＥＤ・イン・ガラスと呼ばれる装置を得るために、２枚のガラス板の間に挟まれ得る。挟むガラスが用いられない用途もあり得る。例は、ＬＥＤパッケージが埋め込まれるプラスチック窓である。ＬＥＤパッケージを熱可塑性材料に埋め込むことは、装置をより耐磨耗性にする。熱可塑性材料は、ＬＥＤパッケージが損傷を受けるのを防止し、且つ電気接点及びワイヤを覆うことによって、装置の電気的な安全性を高める。装置の製造容易性からみて適切な熱可塑性材料は、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）又はＵＶ樹脂である。
このような構成においては、様々な理由で光学特性及び熱特性を制御する必要がある。例えば、光出力装置において用いられるＬＥＤパッケージは、点光源の役割を果たし、光の輝点をもたらす。ＬＥＤ・イン・ガラスには、光が、全内部反射により２枚のガラス板の間にとらえられ得るという更なる問題がある。
冒頭の段落に記載されているような装置に関する他の問題は、最大電力及び光出力がＬＥＤパッケージのＬＥＤチップによって発生される熱によって制限されることである。最大許容電力は、特に、結果的に熱可塑性材料が熱をＬＥＤパッケージから遠くに伝導するのを妨げることを招く熱可塑性材料の断熱性により制限される。ＬＥＤパッケージは、光出力装置に手を触れているときに人を傷つけ得る「ホットスポット」ももたらし得る。
米国特許出願公開第US 2007/0025108 A1号は、発光ダイオード装置が照明位置において収容される構造を持つ熱可塑性樹脂ベースシートを有する照明設備用の回路を開示している。この樹脂ベースシートは、熱伝導率を高めるための粒子を含む。輝点の問題のための解決策は、開示されていない。
本発明の目的は、熱伝導率に関する問題と輝点に関する問題との両方が軽減される光出力装置を提供することである。
この目的は、熱可塑性材料の半透明な層に少なくとも部分的に埋め込まれるＬＥＤパッケージを有する光出力装置であって、前記半透明な層が、前記半透明な層の前記熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ光散乱粒子を有する光出力装置を提供する本発明によって達成される。
使用中、前記ＬＥＤパッケージから前記半透明な層を通って伝わる光は、前記散乱粒子によってランダムな方向に散乱させられるであろう。これは、前記装置を出る光が、元々の発光スポットより大きい領域から生じているように見えることをもたらす。この結果、輝点があまり見えなくなる。前記光散乱粒子は、更なる機能を持つ、即ち、これらの粒子の高い熱伝導率は、熱を前記ＬＥＤパッケージから効果的に放散させる。これは、前記熱可塑性材料の断熱特性によって引き起こされる最大電力及び光出力の制約に関する問題を軽減する。また、前記熱は、より一様に分散させられる。故に、「ヒートスポット」の発生の可能性は低下する。
欧州特許出願公開第EP 1 737 049 A1号が、ＬＥＤチップが埋め込まれる樹脂を有するＬＥＤ装置であって、前記樹脂が、無機のナノ粒子を有するＬＥＤ装置を開示していることに注意されたい。この欧州特許文献は、ＬＥＤチップから樹脂の表面への熱伝導の問題を取り扱っている。しかしながら、このようなＬＥＤ装置が熱可塑性材料の半透明な層に埋め込まれる場合の輝点及び熱伝導率に関する問題は解決されていない。更に、米国特許出願公開第US 2003/0218192 A1号が、散乱粒子を有するプラスチックシートを開示していることに注意されたい。このプラスチックシートは、ＬＥＤのカバーとして用いられ得る。このような構成には、依然として、熱伝導率に関する問題がある。
本発明の好ましい実施例によれば、前記光散乱粒子は、少なくとも１Ｗ／ｍＫ、好ましくは少なくとも１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ。このような熱伝導率は、前記ＬＥＤパッケージから前記装置の外部への熱の効率的な放散を可能にする。
本発明の他の実施例によれば、前記光散乱粒子は、１００ｎｍ乃至２μｍの直径を持つ。前記ＬＥＤパッケージからの光は、このような直径を持つ粒子によって効果的に散乱させられる。
本発明の他の実施例によれば、前記光散乱粒子は、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｇＯから成るグループから選択される。材料ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｇＯは、各々、１１．２、２、５３．５Ｗ／ｍＫという熱伝導率を持ち、それらのコストが低いことからみて非常に適している。
本発明の他の実施例によれば、前記光散乱粒子の量は、０．０１乃至２重量％の範囲内、好ましくは０．０１乃至０．５重量％の範囲内である。前記散乱の程度は、前記散乱粒子の量及び前記散乱粒子の大きさによって制御され得る。この指定量の前記光散乱粒子は、透過率の実質的な低下を防止しながら、効果的な散乱効果をもたらすであろう。
本発明の他の実施例によれば、前記半透明な層は、前記半透明な層の前記熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ非光散乱粒子(non-light scattering particles)を更に有する。
場合によっては、前記粒子の量が輝点の問題を解決するのに最適である場合、前記装置の熱伝導率は最適でなくてもよい。前記熱可塑性材料より高い熱伝導率を持つ前記非光散乱粒子の付加は、前記光散乱特性とは無関係に前記装置の熱伝導率を制御することを可能にする。それにより、光散乱のレベルを所望のレベルに維持しながら、前記装置の熱伝導率を高めることが可能になる。本明細書で用いられている「非光散乱粒子」という用語は、これらの粒子が光の散乱を全く引き起こさないことを意味しないことは理解されたい。
本発明の他の実施例によれば、前記光散乱粒子及び前記非光散乱粒子は、同じ材料で作成される。これは、前記装置の簡単な製造を可能にする。
本発明の他の実施例によれば、前記非光散乱粒子は、１ｎｍ乃至５０ｎｍの直径を持つ。前記粒子の散乱特性は、前記粒子の大きさが前記光の波長の１／１０未満である場合に、非常に弱められる。このような直径は、可視光の散乱度の大きな低下をもたらすのに十分に小さい。
本発明の他の実施例によれば、前記非光散乱粒子の量は、２乃至１０重量％の範囲内、好ましくは５乃至１０重量％の範囲内である。
本発明の他の実施例によれば、前記ＬＥＤパッケージにより近い部分における前記光散乱粒子の密度は、前記ＬＥＤパッケージからより遠く離れた部分における前記光散乱粒子の密度より高い。このような構成においては、前記散乱度は、光度が最も高い位置において最も高い。これは、前記光散乱粒子が前記半透明な層にわたって一様に分散させられる場合と比べてより少ない量の前記光散乱粒子によって前記装置から放射される光の一様性を得ることを可能にする。
本発明の他の実施例によれば、前記熱可塑性材料は、ポリビニルブチラール又はＵＶ樹脂である。
本発明の他の実施例によれば、前記ＬＥＤパッケージは、前記ＬＥＤパッケージには前記半透明な層からの突出部がないようにして前記半透明な層に埋め込まれる。これは、前記ＬＥＤパッケージの損傷のリスクを減らす。
本発明の他の実施例によれば、前記半透明な層は、第１ガラス板と第２ガラス板との間に挟まれる。前記光が全内部反射により２枚の前記ガラス板の間にとらえられるという問題は、前記光が前記光散乱粒子によってランダムな方向に散乱させられることから、解決される。
本発明の他の実施例によれば、前記第１及び前記第２ガラス板のうちの少なくとも１枚は、光散乱性である。これは、前記装置の前記光散乱特性の制御においてより一層の自由を与える。これは、例えば、前記第１及び前記第２ガラス板のうちの前記少なくとも１枚が光散乱粒子を含むことによって達成される。前記ガラス板の中の前記光散乱粒子は、熱可塑性材料の前記半透明な層の中の前記粒子のどちらとも同じ材料で作成され得る。しかしながら、前記ガラス板の中の前記粒子は、それらが光散乱性である限り、如何なる材料で作成されてもよいことに注意されたい。他の例においては、又はそれに加えて、前記第１及び前記第２ガラス板のうちの少なくとも１枚は、その表面に擦り傷をつける又はその表面をざらざらにすることによって、光散乱性にされ得る。
本発明は、本発明の光出力装置と、前記制御回路に供給される信号を制御するための照明制御器とを有する照明システムも提供する。
本発明は、請求項において挙げられている特徴の全てのあり得る組み合わせに関することに注意されたい。
本発明のこれら及び他の態様を、図面を参照して説明し、明らかにする。
本発明による光出力装置の第１実施例の断面を概略的に図示する。 本発明による光出力装置の第２実施例の断面を概略的に図示する。 本発明による光出力装置の第３実施例の断面を概略的に図示する。 本発明による光出力装置の第４実施例の断面を概略的に図示する。
実施例において、同じ参照符号は、対応する要素のために用いられていることに注意されたい。
図１を参照すれば、本発明による光出力装置１００の第１実施例の断面が示されている。光出力装置１００は、ガラス板１及び２を有する。ガラス板１及び２の間には、熱可塑性材料の半透明な層５が設けられる。熱可塑性材料は、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）又はＵＶ樹脂であり得る。ＬＥＤチップを有するＬＥＤパッケージ４は、ＬＥＤパッケージ４が１つの面４ａ以外は全て半透明な層５によって覆われるようにして、半透明な層５に部分的に埋め込まれる。ＬＥＤパッケージ４には、半透明な層５からの突出部がない。ＬＥＤチップそれ自体は図に示されていないことに注意されたい。面４ａの一部は、電極３ａ及び３ｂと接触している。電極３ａ及び３ｂは、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で作成され得る。
半透明な層５には、半透明な層５の熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ光散乱粒子６が埋め込まれる。光散乱粒子６は、例えば、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２又はＭｇＯで作成され得る。粒子６の直径は、良好な光散乱効果を得るためには、好ましくは、１００ｎｍ乃至２μｍである。
使用中、ＬＥＤパッケージ４の中のＬＥＤチップによって放射される光は、ガラス板１、２に到達して外部に放射される前に、光散乱粒子６によって散乱させられるであろう。この光の散乱は、輝点をあまり見えなくする。光の透過率の実質的な低下を防止しながら良好な光散乱効果を得るために、光散乱粒子６の量は、好ましくは１乃至１０重量％である。
ＬＥＤパッケージ４の中のＬＥＤチップは、使用中、光だけでなく熱も放射する。熱は、ＬＥＤパッケージ４から半透明な層５及びガラス板１、２を介して外部へ伝導される。問題は、半透明な層５の熱可塑性材料が、多かれ少なかれ断熱材として機能し、熱がＬＥＤパッケージ４から遠くに伝導されるのを妨げることである。半透明な層５に埋め込まれる光散乱粒子６は、ＬＥＤパッケージ４とガラス板１、２との間の熱伝導率を高める。半透明な層の熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ光散乱粒子６は、輝点と断熱との両方に関する問題を軽減する。
図２は、本発明による光出力装置２００の第２実施例の断面を示している。この実施例は、半透明な層５に埋め込まれる光散乱粒子６の分布を除いて、図１に示されている実施例と同様である。ＬＥＤパッケージ４により近い部分における光散乱粒子６の密度が、ＬＥＤパッケージ４からより遠く離れた部分における光散乱粒子６の密度より高い。この実施例においては、散乱度は、光度が最も高い位置において最も高い。これは、より少ない量の光散乱粒子によって放射される光の同じ散乱度を達成し、装置から放射される光のより一様な分布をもたらすことを可能にする。
図３を参照すれば、本発明による光出力装置３００の第３実施例の断面が示されている。この実施例は、半透明な層５に埋め込まれる他の粒子７を除いて、図１に示されている実施例と同様である。これらの他の粒子７は、半透明な層５の熱可塑性材料より高い熱伝導率を持つが、非光散乱性である。前記粒子は、好ましくは、１乃至５０ｎｍの直径を持つ。４００乃至８００ｎｍの波長を持つ可視光であって、このような直径を持つ粒子によって散乱させられる可視光は、より大きい直径を持つ粒子によって散乱させられる前記光よりかなり少ない。これらの非光散乱粒子７は、例えば、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２又はＭｇＯで作成され得る。好ましくは、光散乱粒子６及び非光散乱粒子７は、同じ材料で作成される。非光散乱粒子７の量は、好ましくは、５乃至１０重量％である。
非光散乱粒子７は、ＬＥＤパッケージ４の中のＬＥＤチップによって放射される光の散乱度を更に高めることなく、ＬＥＤパッケージ４とガラス板１、２との間の熱伝導率を高める。これは、光散乱レベルを最適なレベルに維持しながら、ＬＥＤパッケージ４とガラス板１、２との間の熱伝導率を高めることが可能になることから、有利である。
図４を参照すれば、本発明による光出力装置４００の第４実施例の断面が示されている。この実施例は、ガラス１、２に埋め込まれる他の光散乱粒子８を除いて、図１に示されている実施例と同様である。これは、装置の光散乱特性の制御においてより一層の自由を与える。
当業者には、上記の例示的な実施例の様々な変形例は明らかであろう。例えば、面４ａとガラス板２との間の空間には、上記の例において示されているような空気の代わりに、半透明な層５と同じ熱可塑性材料が充填され得る。このような構成においては、空間８内の熱可塑性材料は、光散乱粒子を含んでもよく、必要に応じて、非光散乱粒子も含んでもよい。
本発明による光出力装置の１つの半透明な層には、複数のＬＥＤパッケージが埋め込まれてもよいことに注意されたい。半透明な層が多層構造を有してもよいことにも注意されたい。
請求項において、括弧内に配置されるいかなる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項において明記されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外しない。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。

Claims (20)

  1. 熱可塑性材料の半透明な層に少なくとも部分的に埋め込まれるＬＥＤパッケージを有する光出力装置であって、前記半透明な層が、前記半透明な層の前記熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ光散乱粒子を有することを特徴とする光出力装置。
  2. 前記光散乱粒子が、少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ請求項１に記載の光出力装置。
  3. 前記光散乱粒子が、少なくとも１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ請求項１に記載の光出力装置。
  4. 前記光散乱粒子が、１００ｎｍ乃至２μｍの直径を持つ請求項１、２又は３に記載の光出力装置。
  5. 前記光散乱粒子が、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｇＯから成るグループから選択される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光出力装置。
  6. 前記光散乱粒子の量が、０．０１乃至２重量％の範囲内である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光出力装置。
  7. 前記光散乱粒子の量が、０．０１乃至０．５重量％の範囲内である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光出力装置。
  8. 前記半透明な層が、前記半透明な層の前記熱可塑性材料の熱伝導率より高い熱伝導率を持つ非光散乱粒子を更に有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光出力装置。
  9. 前記光散乱粒子及び前記非光散乱粒子が、同じ材料で作成される請求項８に記載の光出力装置。
  10. 前記非光散乱粒子が、１ｎｍ乃至５０ｎｍの直径を持つ請求項８又は９に記載の光出力装置。
  11. 前記非光散乱粒子の量が、２乃至１０重量％の範囲内である請求項８、９又は１０に記載の光出力装置。
  12. 前記非光散乱粒子の量が、５乃至１０重量％の範囲内である請求項８、９又は１０に記載の光出力装置。
  13. 前記ＬＥＤパッケージにより近い部分における前記光散乱粒子の密度が、前記ＬＥＤパッケージからより遠く離れた部分における前記光散乱粒子の密度より高い請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光出力装置。
  14. 前記熱可塑性材料が、ポリビニルブチラール又はＵＶ樹脂である請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光出力装置。
  15. 前記ＬＥＤパッケージが、前記ＬＥＤパッケージには前記半透明な層からの突出部がないようにして前記半透明な層に埋め込まれる請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光出力装置。
  16. 前記半透明な層が、第１ガラス板と第２ガラス板との間に挟まれる請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光出力装置。
  17. 前記第１及び前記第２ガラス板のうちの少なくとも１枚が、光散乱性である請求項１６に記載の光出力装置。
  18. 前記第１及び前記第２ガラス板のうちの前記少なくとも１枚が、光散乱粒子を含む請求項１７に記載の光出力装置。
  19. 前記第１及び前記第２ガラス板のうちの前記少なくとも１枚が、擦り傷をつけた表面又はざらざらにした表面を持つ請求項１７又は１８に記載の光出力装置。
  20. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光出力装置と、前記制御回路に供給される信号を制御するための照明制御器とを有する照明システム。
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