JP6360180B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤに関し、具体的には、ＬＥＤ照明装置に関する。

ＬＥＤ技術を照明システムに応用することが徐々に主流な傾向となりつつある一方で、ＬＥＤ照明装置の放熱は相変わらず業界において解決しにくい課題の一つである。このため、ハイパワーＬＥＤ装置の製造も制限されてしまい、単品のＬＥＤ光源の輝度が不足することや陳列式ＬＥＤ照明装置の体積が大きすぎる問題をもたらしている。従来のＬＥＤ発光ユニットは、通常、パッケージ部分、発光チップ、光源スタンド（基板とも言う）、回路板、ラジエータ等の構造を含む。このように、従来のＬＥＤ発光ユニットにおいて、発光チップにより生成される熱量は、順次に「チップ――光源スタンド――回路基板表面の電気層――回路基板――放熱グリス――ラジエータ」のルートを経て最終的には散逸されることができるが、その過程においては巨大な熱抵抗が生じることがわかる。また、従来のプロセスにおけるパッケージ材料は、一般的には樹脂材料が多用されるが、このような材料の熱伝導性能は非常に悪く、チップにより生成される熱量は部品のパッケージング方向へ伝導されることができず、ラジエータに頼って一方向へのみ熱を伝導することしかできない。さらに、電球の製造過程において、通常にはチップは独立したパッケージ部品を備え、それを中空のカバーで覆って電球の形状を形成する。こうすると、チップにより生成される熱量は、まずは独立したパッケージ部品を通じて空気中に伝導されてから外カバーへ伝導され、その次に周りの空気中に放出されるため、熱量はほぼ外へ伝導されない。また、従来のＬＥＤ照明装置のベースは、ほとんどがフィンを増やすことにより放熱面積を増やしているが、放熱結果はとても理想的とは言えない。一部の比較的に新型のＬＥＤ照明器具では中空アウトのベースを使用し、空気の流通で熱量を散逸することにより放熱効率を向上させ、比較的に優れた効果を奏しているが、ＬＥＤ発光チップにより生成される熱量が多いため、このような方法による放熱効果は一定の体積範囲内に限られ、比較的ハイパワーのＬＥＤ照明器具の製造は依然としてできない。

本発明の発明者は実験を繰り返すことにより、放熱効果が非常に優れ、従来の電球の体積のままで、既存のＬＥＤ電球の出力よりも遙かに大きいＬＥＤ照明装置を製造した。

従来技術における問題点を鑑みて、本発明は、より優れた放熱機能を有することにより、比較的に小さな体積でより大きな出力を実現でき、装置の体積を増加せずにより高い照明輝度を実現できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、中空アウトの構造を有するベースと、ベースの上表面に直接塗布される回路コーティング層と、直接にベースに貼合され、回路コーティング層を介して互いに接続される複数のＬＥＤ発光チップと、ベースに設けられ、ＬＥＤ発光チップと回路コーティング層とを覆い、熱伝導材料により製造された中実の部品であり、光線の射出面である外表面と、配光面および熱伝導面を含む内表面と、を備えるランプカバーと、を含み、前記配光面は、内表面におけるＬＥＤ発光チップと対応する内表面エリアに設置され、ＬＥＤ発光チップとの間には隙間が存在し、ベースの上表面と共に配光チャンパーを形成している。前記熱伝導面は内表面におけるベースのＬＥＤ発光チップが取り付けられた部分以外の部分又はすべての上表面が対応する内表面エリアに設置され、ベースと隙間なく貼合されている。熱伝導面は、少なくとも内表面の中央エリアおよびエッジエリアに分布されている。

好ましくは、ランプカバーの内表面は配光面及び熱伝導面のみによって構成されている。

好ましくは、ランプカバーは透明性セラミックス又はガラスによって製造されている。

好ましくは、前記透明性セラミックスはＰＬＺＴ、ＣａＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＡＧ、多結晶ＡＩＯＮとＭｇＡｌ_２Ｏ_４の内の一種類又は複数種類の組み合わせから選択される少なくとも一種類の材料が含まれる。

本発明の発明者は実験を繰り返し、ＰＣ、ガラスおよび透明性セラミックスのそれぞれを使用してランプカバーを製造して実験した結果、ＰＣを使用した場合の接合温度の上昇幅が最も高く、透明レンズの接合温度の上昇幅はＰＣを使用した場合より４℃低く、透明性セラミックスレンズの接合温度の上昇幅はＰＣを使用した場合より８℃低いことが証明された。従って、本発明では熱伝導性がより優れ、使用中における接合温度の上昇幅がより低いガラスとセラミックスを用いる。

好ましくは、前記回路コーティング層は金属材料が含まれる流体又は粉末のコーティング層であり、前記回路コーティング層の厚さは２０μｍ以上である。

好ましくは、前記回路コーティング層の金属材料はモリブデン、マンガン、タングステン、銀、金、プラチナ、銀パラジウム合金、銅、アルミ、スズ等のうちの少なくとも一種類又は複数種類の組み合わせである。

好ましくは、発光チップが設置されるベースの上表面は曲面又は複数の平面を組み合わせた形状である。

好ましくは、ランプカバーの外表面は配光の要求に応じて特定の曲面の形状に製造され、ベースと接触する内表面はベースの上表面の形状と対応する曲面又は複数の平面を組み合わせた形状である。

好ましくは、ベースには第一放熱貫通孔が設置されている。

好ましくは、ベースは絶縁層が塗布された金属ベース又は絶縁材料によって製造されたベースである。

好ましくは、プラスチック又はセラミックス材料によって製造され、ベースと連通されず、即ちベースと隔てている電源チャンパーをさらに含む。電源チャンパーのハウジング本体とベースとは一つにまとまれても単独構造であってもよく、係止挿入、係止接続、ねじり込み等の方式により互いに接続され、それぞれが独立して放熱を実現できる。また、チップにより生成される熱量の電源に対する影響を低下させ、ＬＥＤ照明装置全体の総合的な放熱能力を向上させる。

本発明に係るＬＥＤ照明装置の構造は、ランプカバーとベースとが貼合されているため、ＬＥＤ発光チップにより生成される熱量はランプカバーによって伝導できるだけでなく、ベースによっても外へ伝導できる。また、ランプカバーの熱伝導面が内表面の中央エリアおよびエッジエリアに分布されているため、エッジのみが接触する従来技術に比べて、ランプカバーとベースとの接触面積が拡大され、ランプカバーの放熱機能を向上させる。本発明の発明者はコンピュータ上の熱シミュレーションソフトウェアで計算し、本発明と同一材料、同一体積、同一パワーのエッジのみが接触する従来技術に比べて、接合温度の上昇幅は少なくとも３０℃以上低下させることができる。また、本発明は回路基板を省き、回路コーティング層を直接ベースに塗布しているため、熱抵抗を大幅に低下させ、照明器具全体の放熱効果を向上させる。同時に、ベースが中空アウトの構造であり、ベースとランプカバーにはそれぞれ第一及び第二放熱貫通孔が設置され、ＬＥＤ照明装置全体が各方向のいずれからでも空気の流通が実現されているため、レンズとベースから表面に導出される熱が素早く流通する空気に持ち去られ、照明装置全体の散熱効果を向上させる。

同時に、発明者は繰り返して実験の検証を行い、得られた実験の結果はコンピュータ上の熱シミュレーションソフトウェアによってシミュレーションして得られた結果と完全に一致する。従って、本発明の技術的解決手段はＬＥＤ照明装置全体の放熱効果を向上させる面において、突破的進歩を遂げた。

従来の技術に比べて、本発明は以下のような有益な効果を奏する。

熱伝導性能が比較的に優れた材料をランプカバーに使用しているため、チップにより生成される熱量はベースを通して放熱できるだけでなく、ランプカバーの内表面に設置され、ベースと直接に貼合されている熱伝導面によっても外へ伝導できる。また、本発明の好ましい構造、たとえば放熱貫通孔および中空アウトのベースは放熱機能を更に向上させることができる。これらによって装置全体が全方向に向けて放熱でき、装置の放熱性能を大幅に向上させ、装置の使用寿命を延長させる。さらに、単独に設置されている電源チャンパーはチップにより生成される熱量と電源により生成される熱量とをそれぞれ異なる構造によって外へ放出させることができるため、チップにより生成される熱量の電源に及ぼす影響を減らし、過度の熱の電源に及ぼす影響を低下させる。

本発明の製品は如何なる方向で取り付けても、３６０度全方位での空気流通を実現できるため、照明器具自体が生じる熱を放出でき、ジャンクション温度の昇温幅を低下させる

さらに、放熱性能の向上により、装置の体積を増加しない状況で出力がさらに大きい照明装置を製造でき、装置の照明の明るさを向上させとともに、生活および工業上の使用においてＬＥＤ照明装置の使用範囲と自由度を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、非限定的な実施例に対して詳細に説明することにより、本発明のその他の特徴、目的および利点はより明確になる。

本発明の第一実施例に係るＬＥＤ照明装置の全体構造を示す図である。 図１におけるＬＥＤ照明装置の断面構造を示す図である。 図１におけるＬＥＤ照明装置の熱伝導面および配光面を示す図である。 本発明の第二実施例に係るＬＥＤ照明装置の全体構造を示す図である。

以下、具体的な実施例により本発明を詳しく説明する。以下の実施例はいわゆる当業者が本発明をより理解しやすくするためのものであり、いかなる形式で本発明を限定するものではない。また、いわゆる当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しないことを前提として、さらなる若干の変形及び改善をしても可能である。これらはいずれも本発明の保護範囲に属することはいうまでもない。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ベース、発光チップ、回路コーティング層、ランプカバー、電源チャンパーを含む。ランプカバーは中実の熱伝導材料によって製造され、良好な熱伝導機能を有する。発光チップはベースに固定されており、ランプカバーはベースに設置され、発光チップを覆う。また、ランプカバーは、発光チップに対応するエリア（即ち配光面）以外の内表面を熱伝導面としてベースと接触することにより放熱機能を実現し、ランプカバーにおける発光チップに対応するエリアの内表面は設計必要に応じて特定の空間構造の形状に形成され、光強度の分布を変化させる。ここで、熱伝導面はランプカバーの内表面の一部として、それ自体は光線の反射及び／又は屈折の特性を利用して配光に関与することができる。このため、熱伝導面を利用して配光に関与する技術案も同様に本発明により保護される非制限的な実施例に属する。

ベースの上表面は曲面又は複数の平面を組み合わせた形状である。ベースは中空アウトの構造を使用することにより空気の流通を向上させ、放熱効果を強める。例えば、ベースの中央部に第一放熱貫通孔を設置することにより空気の流通を向上させ、放熱効果を強め、同様に、ランプカバーにおけるベースに対応する位置に第二放熱貫通孔を設置する。発光チップの数量は複数である。

ランプカバーは配光機能を有し、セラミックス、ガラス又はその他の光透過性能を有する高熱伝導材料から選択されたものである。ランプカバーの外表面は実際の必要に応じて、特定の形状に設計される。ベースは電源チャンパーに設置され、それぞれが単独で放熱を実現できる。ベースは金属ベースに絶縁層を塗布したものや、セラミックス製のベース等であってよい。
（実施例１）

続いて、図１および図２を参照しながら、第一実施例ついて具体的に説明する。

新型ＬＥＤ照明装置は主に、ベース、２２個のＬＥＤ発光チップ、回路コーティング層および高熱伝導ランプカバーを含む。ベースは上表面が曲面のセラミックスベースであり、ベースの中央部には第一放熱貫通孔が設けられ、ベースの上表面における第一放熱貫通孔以外のその他の部分には回路コーティング層が直接塗布されており、回路コーティング層は導電性を有する銀ペーストである。発光チップは直接ベースに貼合され、回路コーティング層によって互いに接続されている。ランプカバーは中実の透光性セラミックスであり、多結晶ＡＩＯＮによって製造される。ランプカバーにおけるベースの第一放熱貫通孔に対応する中央部位置には第二放熱貫通孔が設けられ、空気の流通を実現する。ランプカバーにおけるベースに接触する内表面はベースの形状に対応する曲面であって、ベースに直接接触し、且つベースを覆い、ＬＥＤ発光チップおよび回路コーティング層を内側にパッケージングする。配光面は、ＬＥＤ発光チップと対応する内表面に設置され、ＬＥＤ発光チップとは貼合されておらず、ベースの上表面と共に配光チャンパーを形成している。熱伝導面は、少なくともランプカバーの内表面の中央エリアとエッジエリアに分布され、ベースの上表面と隙間なく貼合されて透光及び放熱の作用を実現する。ベースは完全な中空アウトの構造であって、対流による換気を実現できる。電源チャンパーは、セラミックスによって製造され、ベースとは一つまとまった構造であり、ベースとは連通されておらず、それぞれ単独で放熱を実現できる。
（実施例２）

続いて、図４を参照しながら、第二実施例について具体的に説明する。

新型ＬＥＤ照明装置は主に、ベース、２７個のＬＥＤ発光チップ、回路コーティング層およびランプカバーを含む。ベースは、上表面に絶縁材料が塗布されたアルミベースであり、上表面は多角錐台の形状である。ベースの上表面における第一放熱貫通孔以外のその他の部分には回路コーティング層が直接塗布され、回路コーティング層は導電性を有するパラジウム銀合金スラリーである。ＬＥＤ発光チップは、直接ベースに貼合され、回路コーティング層によって互いに接続されている。ランプカバーは中実の透光性セラミックスであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４によって製造される。ランプカバーにおけるベースの第一放熱貫通孔と対応する中央部位置には第二放熱貫通孔が設けられ、空気の流通を実現する。ランプカバーにおけるベースに接触する内表面はベースの形状と対応する複数の平面を組み合わせた形状であり、ベースと直接接触し且つベースを覆い、ＬＥＤ発光チップと回路コーティング層を内側にパッケージングする。配光面は、ＬＥＤ発光チップと対応する内表面に設置され、ＬＥＤ発光チップとは貼合されておらず、ベースの上表面と共に配光チャンパーを形成している。熱伝導面は、少なくともランプカバーの内表面の中央エリアとエッジエリアに分布し、ベースの上表面と隙間なく貼合されて透光及び放熱の作用を実現する。ベースは完全な中空アウトの構造であり、対流による換気を実現できる。電源チャンパーは、プラスチックによって製造され、独立な構造であり、ベースとは連通されていない。ベースと電源チャンパーとはソケットの方式により接続され、それぞれが単独で放熱を実現できる。電源チャンパーとベースとは係止又はその他の方法によって接続が可能である。

以上のとおり、本発明に係る具体的な実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施方法に限定されず、いわゆる当業者は特許請求の範囲内において、各種の変形又は変更を行うことができ、これらは本発明の本質的な内容に対して影響を与えないことを理解すべきである。

１ ベース、
２ 発光チップ、
３ ランプカバー、
３１ 配光面、
３２ 熱伝導面、
４ 電源チャンパー、
５１ 第一放熱貫通孔、
５２ 第一放熱貫通孔。

Claims (10)

1. 中空アウトの構造であるベースと、ベースの上表面に直接塗布される回路コーティング層と、直接ベースに貼合され、回路コーティング層によって互いに接続される複数のＬＥＤ発光チップと、ベースに設けられ、ＬＥＤ発光チップおよび回路コーティング層を覆い、熱伝導材料で製造された中実の部品であり、光線射出面である外表面と配光面および熱伝導面を含む内表面とを備えるランプカバーと、を含み、前記配光面は、内表面におけるＬＥＤ発光チップに対応するエリアに設置され、ＬＥＤ発光チップとの間には隙間が存在し、ベースの上表面と共に配光チャンパーを形成しており、前記熱伝導面は、内表面における前記配光面以外のエリアの一部または全部に設置され、ベースの形状と対応する形状を有し、かつベースと隙間なく貼合されており、熱伝導面は少なくとも内表面の中央エリアおよびエッジエリアに分布されており、
   前記回路コーティング層は金属材料を含む流体又は粉末のコーティング層であり、前記回路コーティング層の厚さは２０μｍ以上であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. ランプカバーの内表面は配光面及び熱伝導面のみによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. ランプカバーは透明性セラミックス又はガラスによって製造されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記透明性セラミックスはＰＬＺＴ、ＣａＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＡＧ、多結晶ＡＩＯＮとＭｇＡｌ_２Ｏ_４の内の一種又は複数種類の組み合わせであることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記回路コーティング層の金属材料はモリブデン、マンガン、タングステン、銀、金、プラチナ、銀パラジウム合金、銅、アルミ、スズの内少なくとも一種類又は複数種類によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 発光チップが設置されたベースの上表面は曲面又は複数の平面を組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
7. ベースには第一放熱貫通孔が設置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
8. ランプカバーには、第一放熱貫通孔に対応して連通している第二放熱貫通孔が設置されていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
9. ベースは絶縁層が塗布されている金属ベース又は絶縁材料によって製造されているベースであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
10. ハウジングはベースに接続され、チャンパーはベースから隔てている電源チャンパーをさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。

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