JP2013026206A - Led照明器具の構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1つのLEDチップ200と、少なくとも1つのLEDチップが配備される金属プレート204と、少なくとも1つのLEDチップと電気接触するLEDモジュール250と、金属プレートと接触するハウジング206であって、LEDモジュールがその内部に配備されるハウジングを含むLED照明器具であって、このハウジングは、内表面および外表面を有する樹脂層205と、樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層207であって、金属プレートと接触する金属層を含み、樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する。
【選択図】図2
Description
a.少なくとも1つのLEDチップと、
b.LEDチップが配備される金属プレートと、
c.LEDチップと電気接触するLEDモジュールと、
d.金属プレートと接触するハウジングであって、LEDモジュールがその内部に配備されるハウジングと、
を含む発光ダイオード(LED)照明器具であって、
このハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
樹脂層は熱可塑性樹脂組成物を含み、
金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
発光ダイオード(LED)照明器具である。
本明細書において議論され、かつ請求項において引用される用語の意味を解釈するために、以下の定義を用いるものとする。
本明細書に用いる場合、冠詞の「a」は、1つと同様に1つよりも多いものをも示し、必ずしもその関連名詞を単数に制限しない。
本明細書に用いる場合、用語の「約(about)」および「・・・または約・・・で(at or about)」は、当該の量または値が、指示された値、あるいは、近似的に同じまたはおよそ同じ何らかの他の値であり得ることを意味する。この用語は、類似の値が、請求項に引用される等価の結果または効果を実現することを伝達するように意図されている。
本明細書に用いる場合、用語の「含む(comprises/comprising)」、「含む、包含する(includes/including)」、「有する(has/having)」、あるいはこれらの任意の他の変形句は、非排他的な包摂を意味する。例えば、要素のリストを含むプロセス、方法、製品または装置は、列挙された要素のみに限定されるのではなく、明示的には列挙されていない他の要素、あるいは、本来固有の他の要素を包含することができる。さらに、「または、あるいは(or)」は、明示的にそうでない旨言明されない限り、包含的な「or」を意味し、排他的な「or」を意味しない。例えば、条件「Aまたは、あるいはB(A or B)」は、次のいずれか一項によって満足される。すなわち、「Aが真であり(または存在し)、Bが偽である(存在しない)」、「Aが偽であり(または存在せず)、Bが真である(または存在する)」、および、「AおよびBの両者が真である(または存在する)」である。
本明細書に用いる場合、用語の「含む(comprises/comprising)」、「含む、包含する(includes/including)」、「有する(has/having)」、「から実質的に構成される(consisting essentially of)」、および「から構成される(consisting of)」、あるいはこれらの任意の他の変形句は、非排他的な包摂または排他的な包摂のいずれかを意味することができる。
これらの用語が非排他的な包摂を意味する場合は、要素のリストを含むプロセス、方法、製品または装置は、列挙された要素に限定されるのではなく、明示的には列挙されていない他の要素、あるいは、本来固有のものと言える他の要素を包含することができる。さらに、明示的にそうでない旨言明されない限り、「または、あるいは(or)」は、包含的な「or」を意味し、排他的な「or」を意味しない。例えば、条件「Aまたは、あるいはB(A or B)」は、次のいずれか一項によって満足される。すなわち、「Aが真であり(または存在し)、Bが偽である(存在しない)」、「Aが偽であり(または存在せず)、Bが真である(または存在する)」、および、「AおよびBの両者が真である(または存在する)」である。
これらの用語が比較的に排他的な包摂を意味する場合は、これらの用語は、請求項の範囲を、当該発明の新規の要素に実質的に影響を及ぼすそれらの列挙された材料またはステップに制限する。
これらの用語が完全に排他的な包摂を意味する場合は、これらの用語は、請求項に明示的に列挙されないいかなる要素、ステップまたは構成要素をも排除する。
本明細書に用いる場合、用語の「製品(article)」は、未完成のまたは完成した品目、物品または物体、あるいは、未完成のまたは完成した品目、物品または物体の要素または特徴を意味する。本明細書に用いる場合、製品が未完成である時は、用語の「製品」は、完成した製品に含まれるであろう任意の品目、物品、物体、要素、装置など、および/または、完成製品にするためにさらなる加工処理が施されるであろう任意の品目、物品、物体、要素、装置などを意味することができる。本明細書に用いる場合、製品が完成している時は、用語の「製品」は、完成するための加工処理が施されており、それによって特定の使用/目的に適した品目、物品、物体、要素、装置などを意味する。
製品は、部分的に完成してさらなる加工処理が予定される1つ以上の要素または部分組立品、あるいは、完成製品を一緒に構成する他の要素/部分組立品と組み立てられる1つ以上の要素または部分組立品を含むことができる。さらに、本明細書に用いる場合、用語の「製品」は製品のシステムまたは形態を意味することができる。
本明細書に用いる場合、用語の「アルマイト被膜(Almite/Alumite coating)」は、「oxo(oxoalumanoxy)alumane」のIUPAC名称、CAS登録番号90669−62−8およびAl2O3の化学式を有するアノード酸化被膜を意味する。
本明細書に用いる場合、用語の「内側の(inner)」は、LEDモジュールにより近いハウジング層としての樹脂層の配置を意味する。
本明細書に用いる場合、用語の「外側の(outer)」は、LEDモジュールから離れた側に配置される層としての金属層の配置を意味する。
本明細書に用いる場合、用語の「被覆する(overlying)」、「被覆された(overlain)」は、本明細書に記載するLED照明器具ハウジングにおける樹脂層に対する金属層の方位を意味しており、金属層がLEDモジュールから最も離れた樹脂層の表面上にかつそれに隣接して配置され、従って、金属層をハウジングの外側の層として位置付けることを表している。
本明細書に用いる場合、用語の「熱伝導性の(thermal conductive)」、「熱伝導率(thermal conductivity)」は、記号kによって示され、材料の熱伝導能力の特性を意味する。熱伝導率が高い材料を横切る伝熱は、熱伝導率が低い材料を横切る伝熱よりも速い速度で生起する。材料の熱伝導率は温度によって変化する。一般的に、材料は、平均温度が高くなる程、熱伝導性が高くなる。熱伝導率の逆数が熱抵抗率であり、記号 で表される。熱伝導率は、W/m,Kの単位、すなわち、ワット毎メートル毎ケルビンで測定される。
本明細書に用いる場合、用語の「熱放射性の(thermal emissive)」、「熱放射率(thermal emissivity)」(通常、記号εまたはeで表される)は、一般的に、材料の表面において放射によってエネルギーを射出する材料の相対的能力特性を意味する。それは、当該材料が放射するエネルギーの、同じ温度において黒体が放射するエネルギーに対する比である。真の黒体はε=1であるのに対して、現実のいかなる物体の熱放射率もε<1であろう。放射率は無次元量である。一般的に、材料が暗くかつ黒色になる程、熱放射率は1に近付く。材料の反射性が増大する程、その放射率は低下する。高度に研磨された銀の放射率は約0.02である。
本明細書に用いる場合、用語の「電気絶縁性の(electrically insulating)」は、電荷の流れに抵抗する材料の性能を意味する。このような材料は誘電体であると呼称される。電気絶縁性能の典型的な指標は、記号ρ(ロー)で表される体積抵抗率である。「体積抵抗率(volume resistivity)」は「電気抵抗率(electrical resistivity)」としても知られるが、これは、材料が電流をどの程度強く遮るかを示す尺度を意味する。抵抗率が低いことは、電荷の移動を容易に許容する材料を表す。電気抵抗率のSI単位はオームメートル(Ωm)である。
本明細書に用いる場合、用語の「熱可塑性ポリマー(thermoplastic polymer)」は、熱すると液体になり、十分に冷却すると凍結して非常にガラス的な状態になるポリマーを意味する。この特性のため、熱可塑性ポリマーは鋳造可能である。熱可塑性ポリマーは、その固有のガラス転移温度Tgを超えると、弾性を呈し可撓性を有する。第2のより高い融解温度Tm未満では、大抵の熱可塑性樹脂は、アモルファス領域と交互になる結晶性領域を有し、そのアモルファス領域内では、鎖はランダムコイルに近付いている。アモルファス領域は弾性をもたらし、結晶性の領域は強度および剛性に寄与する。
本明細書に用いる場合、用語の「熱の消散(heat dissipation)」は、電子デバイスおよび回路が時間の経過と共に発生させる熱の消失を意味する。これは、これらのデバイスが信頼性を改善し、早すぎる故障を避けるために必要である。
本明細書に用いる場合、用語の「熱シンク(heat sink)」は、固体材料内部で発生した熱を、空気または液体のような流体媒体に伝達する構成要素または組立品を意味する。熱伝導に関するFourierの法則は、x方向の1次元形式に簡単化した形において、材料体内部に温度勾配が存在すると、その温度勾配および伝熱断面積の積に比例する速度で、熱が高温領域から低温領域に伝達されることを示している。
本明細書に用いる場合、用語の「温度勾配」は、温度の差異であり、差分[d]T0−T1または差分[d]T1−T2として特定される。
本明細書に用いる場合、伝熱断面積は1に設定された。
本明細書に用いる場合、用語としての模擬LEDハウジングの「熱シンク効果(heat sink effect)」は、ある特定の上記の温度勾配を横切って熱を伝達する模擬LEDハウジングの能力を意味する。この用語は、また、熱消散の有効性、またはこれらの模擬LEDハウジングの熱消散能力をも意味する。
本明細書に用いる場合、用語の「オーバーモールディング(overmolding)」は、金属層を含む第2構成要素の上に熱可塑性樹脂の部分が直接鋳造されるプロセスを意味する。オーバーモールディングは、一般的に、1つの密着した構成要素を形成するために、2つの別個の材料を使用することを意味している。オーバーモールディングには2種類の方法、すなわち、インサート法および「2回鋳造法(two−shot)」があるが、インサートオーバーモールディング法がより一般的な方法であり、1つの材料(通常エラストマー)が、2次「基板」材料(通常剛性のプラスチックまたは物体)「の上に(over)」成形される射出成形法である。
本明細書に用いる場合、「発光ダイオード(light emitting diode)」は「LED」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「マイクロンメートル(micron meters)」は「ミクロン」または「μm」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「ミリメートル(millimeter)」は「mm」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「重量パーセント(weight percent)」は「重量%」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「アルミニウム(aluminum)」は「Al」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「熱源(heat source)」は「HS」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「ワット毎メートル毎ケルビン(Watts per meter at °Kelvin)」は「W/m,K」と略記することができる。
本明細書に用いる場合、「オームメートル(ohm meter)」は「Ωm」と略記することができる。
本明細書において明確に言及されるいかなる範囲も、明示的にそうでない旨言明されない限り、その終端値を包含する。範囲としての量、濃度、あるいは他の値またはパラメータへの言及は、任意の上限範囲値および任意の下限範囲値の任意の対から形成されるすべての範囲を、そのような対が本明細書に別個に開示されているか否かには関係なく特定的に開示している。本明細書に記載するプロセスおよび製品は、本明細書における範囲の規定において開示される特定の値に限定されない。
本明細書に記載するプロセス、組成物および製品の、材料、方法、ステップ、値および/または範囲などに関する任意の変形態様の本明細書における開示は、−好ましい変形態様として特定されていてもいなくても−このような材料、方法、ステップ、値、範囲などの任意の組合せを包含する任意のプロセスおよび製品を開示するように特別に意図されている。請求項に対する鮮明かつ十分な支持を提供するために、このように開示されるいかなる組合せも、本明細書に記載するプロセス、組成物および製品の好ましい変形態様であるように特別に意図されている。
本明細書においては、次のような発光ダイオード(LED)照明器具が記載される。すなわち、
a.少なくとも1つのLEDチップと、
b.少なくとも1つのLEDチップが配備される金属プレートと、
c.少なくとも1つのLEDチップと電気接触するLEDモジュールと、
d.金属プレートと接触するハウジングであって、LEDモジュールがその内部に配備されるハウジングと、
を含む発光ダイオード(LED)照明器具であって、
このハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、
金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
発光ダイオード(LED)照明器具である。
この場合、このLEDハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、
金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する。
を含むプロセスが記載される。
本明細書に記載する任意のLED照明器具の金属プレートであって、少なくとも1つのLEDチップがその上に配備される金属プレートを、本明細書に記載する任意のLEDハウジングに装着するステップを含み、
このハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)その樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
樹脂層は熱可塑性樹脂組成物を含み、
金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する。
図1は、先行技術による従来型のLED照明器具10の断面図を示す。このLED照明器具10は、回路ボード102の上に実装されるLEDチップ100を有し、回路ボード102は、続いて金属プレート104の上に直接接触するように装着される。LEDチップ100は光源として機能し、熱を放射し、従って熱源としても作用する。
図2は、本明細書に記載しかつ特許請求するLED照明器具の一変形態様を示す。本明細書に記載するLED照明器具のハウジングは、先行技術のLED照明器具に比べて、LEDチップまたはLEDモジュールからの周囲環境への一層良好な熱の伝達を提供する。すなわち、ハウジングの構造が、ハウジング材料の伝導特性と一緒になって、既知の場合よりも一層良好な、LEDチップから熱を消散する熱シンク効果を提供する。伝熱における改良は、部分的には、先行技術によるLED照明器具が殆ど完全に金属製のハウジングを有し、そのハウジングが、ハウジングから分離した要素としてのLED制御ドライバカバーを含んでいるという状況から生じている。
本明細書に記載するLED照明器具は、本明細書に記載するLED照明器具のハウジング構造の2部分構成の特性に依拠しており、特に以下の特徴、すなわち、(1)金属層を含む材料の選択、(2)樹脂層が金属層によって完全にまたは部分的に被覆されること、(3)金属層が、LEDチップを最終的に保持する金属プレートと接触していること、および、(4)樹脂層が絶縁性であること、に依拠している。従って、熱源としてのLEDチップから熱を放散する有効な伝熱を促進するのは、金属層および金属プレートの間の接触を包含するハウジング構造であり、同時に、金属層および樹脂層の材料特性である。
LEDハウジングにおける金属層として、アルマイト被膜処理アルミニウム合金を使用すること、
樹脂層として、電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を使用すること、
金属層を金属プレートに結合すること、および、
金属層を、樹脂層の外表面上に少なくとも部分的に被覆すること、
を組み合わせることによって、
LEDハウジングにおける熱シンク機能が強化され、LEDチップの温度が70℃未満に維持されることを見出した。このようなLEDハウジングはLED照明器具の寿命および効用を拡大する。本明細書に記載するLEDハウジング内のLEDチップの温度は、70℃よりも少なくとも10℃低く、さらに好ましくは70℃よりも少なくとも12℃低く、最も好ましくは70℃よりも少なくとも15℃低く維持されることが望ましい。
熱伝導率は、材料の熱を伝導する固有特性であり、記号kで表示され、物理的には、単位面積当たり、単位厚さ当たり、単位温度差(差分[Δ]T)当たりの材料を貫通する熱伝導の速度として定義され、ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)として測定される。熱伝導率の逆数が、抵抗率であり体積抵抗率としても知られる。これは、材料がどの程度強く電流に抵抗するかの尺度である。これは、ロー(ρ)で表示され、通常ケルビンメートル毎ワット(K・m/W)で測定される。低抵抗率は、電荷の移動を容易に可能にする材料を示す(オームメートル[Ωm]で測定される)。
ハウジング206の樹脂層205は、殆どいかなる電気絶縁材料からでも製作することができる。適切な材料としては次のようなものが包含されるが、これに限定されない。すなわち、1)例えば、天然ゴム、シリコーン、イソブチレンゴム、スチレンブタジエンスチレン(SBS)ポリマーおよび/または液体ゴムのカルボキシル基末端ブタジエンニトリル(CTBN)ゴムを含むゴム組成物、2)例えば、エポキシ、ポリウレタン、加硫ゴム、ポリエステルおよび/またはポリイミドを含む熱硬化性樹脂組成物、3)例えば、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)ポリマーおよび/またはこれらのコポリマーを含む熱可塑性樹脂、および、4)これらの混合物、である。さらに特定的には、熱可塑性樹脂は、ポリエステルテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、コポリエーテルエステルエラストマーおよびこれらの混合物からなる群から選択することができる。ポリエステルまたはコポリエステルを含む商業的に利用可能な熱可塑性組成物として、Rynite(登録商標)、Crastin(登録商標)、Sorona(登録商標)およびHytrel(登録商標)が含まれるが、これらはすべてDuPontから入手できる。
これは次の理由からである。すなわち、
(1)電気絶縁体としての樹脂層が、LEDチップがLEDモジュール内部において発生する熱の形成を促進すること、
(2)LEDチップがその上に配備される金属プレートが、LEDチップを70℃未満の温度に維持するために、形成される熱を流出させなければならない導電性表面であり、この金属プレートからの熱の流出は、熱伝導表面との接触によって効率化されなければならないこと、および、
(3)金属層は、その材料特性と、それが金属プレートと接触していることと、それが樹脂層の外表面上に配備されていることとから、熱流を金属プレートから大気に導くこと、
という事情である。
本明細書に記載するLED照明器具は、ハウジングの樹脂層の上部に全面的にまたは部分的にハウジングの金属層をオーバーモールディングすることによってLEDハウジングを製作することを含意している。本質的な点は、オーバーモールディングが、樹脂層の表面上に金属層を一体化し、ハウジングをLED金属プレートに電気的に接続するという点である。このLED金属プレートはLED回路ボードには電気的に接続されていない。オーバーモールディングは、金属層を熱および/または圧力によって成形し、金属層とハウジングの樹脂層との間の付着を改善する押し出しまたは圧縮成形のような任意の従来型プロセスによって行うことができる。
本明細書に記載するオーバーモールドハウジングによる熱の伝達を測定するために、LED模擬試験を行った。試験は、6mm幅×50mm長さ×2mm厚さの寸法の長方形の試験片を用いて行った。この試験片は、本明細書に記載する樹脂から成形され、本明細書に記載するオーバーモールドハウジングを模擬するために、表1に開示する0.3mm厚さの金属で被覆されている。長方形の試験片と、試験片上に載せられた模擬LED熱源とが、特定の一種類のLEDモジュール、すなわち、LEDチップが一方の端部に配備され、その結果チップからの熱がLED照明器具の一方の端部から発生するようなLEDモジュールを近似する。
熱源:京セラ(株)から入手可能なTEGチップAD−A6086A7;
熱源に対する電圧値および電流値は、熱源自体の温度を80.0℃に制御するために、それぞれ、3.99Vおよび100mAに設定した;
熱シート:サンハトヤ(株)から入手可能なシリコーン熱シートHF−543;
温度センサー:安達(株)から入手可能なST−23K−100−TS1.5;
アルミニウム合金:(株)大和合金製作所から入手可能なADC12(アルミニウム−ケイ素−銅ベースのアルミニウム合金);
熱可塑性組成物:
(1)米国Delaware州WilmingtonのDuPontからCrastin(登録商標)SK605NC010 Lot.AFCKH16101として商業的に入手可能な30%ガラス強化ポリブチレンテレフタレート[PBT];
(2)熱伝導性[TC]PBT=21重量パーセントのPBT;12重量パーセントの難燃剤;18重量パーセントの二酸化チタン[TiO2];48重量パーセントの酸化マグネシウム[MgO];1重量パーセントの他の充填剤/添加剤。TC−PBTは、15W/m,Kの芯部の熱伝導率を有し、低充填剤濃度を有するPBTに対する、30%ガラス強化PBTを用いる金属−樹脂ハウジングの伝熱における差異を観察するために使用したものである。
表1のポリマー組成物を、32mmのWernerおよびPfleiderer二軸スクリュー押出機において混練することによって調製した。殆どの材料を一緒に混合し、押出機の後部(バレル1)に装入した。しかし、熱伝導充填剤および繊維性充填剤は(10バレルの内の)バレル5に側部供給した。バレルの温度は、溶融温度が約270℃であるポリブチレンポリマー組成物に対して約250℃に設定した。
LED模擬試験において、T0は、熱源において測定した温度であり、従って、LED照明器具におけるLEDチップの温度またそれに非常に近い場所の温度を近似した。一般的に、(室温において)使用するLED照明器具の場合、LEDチップの熱的損傷を避けるために、T0は70℃未満でなければならない。前記のように、T1は熱源から20mmの位置における温度、T2は熱源から35mmの位置における温度である。このため、熱源からの異なる位置において温度T0、T1およびT2を測定すると、測定された距離間の温度低下量が単純な引き算によって与えられる。
熱放射率の測定値は図8および9の試験片の中心から得たが、これは、それぞれ表1の実施例1〜3および4〜6に対応する。熱放射率の測定は日本板硝子テクノリサーチ(株)が実施した。この測定においては、当該サンプルの(波長範囲4〜20マイクロメートルに対する)積分放射強度と、完全黒体の積分強度との比を、日本電子(株)から入手可能なJIR−5500計器による赤外分光法を用いて測定した。
λ(T)=a(T)×Cp(T)×ρ(T) (1)
但し、
λ(T)は、T℃における熱伝導率、
a(T)は、NETZSCH社のLFA447を用いて測定したT℃における熱拡散率、
Cp(T)は、TAインスツルメント社のQ100を用いて測定したT℃における比熱、
ρ(T)は、アルファーミラージュ(株)のSD−200Lを用いて測定したT℃における密度、
である。
周囲温度:25.7℃
熱源:TEGチップAD−A6086A7(京セラ(株)から入手可能);熱源に対する電圧値および電流値は、熱源自体の温度を80.0℃に制御するためにそれぞれ3.99 Vおよび100mAに設定した。
熱シート:シリコーン熱シートHF−543(サンハトヤ(株)から入手可能)
温度センサー:ST−23K−100−TS1.5(安達(株)から入手可能)
アルマイト被膜処理アルミニウム:Alplus(商標)(コロナ工業(株)から入手可能)、厚さ;0.015mm(アルマイト)+0.3mmアルミニウム
樹脂:30%ガラス強化PBT(grPBT):Crastin(商標)SK605NC(DuPont)
TC−PBT:PBT(21重量%)/FR(12%)/TiO2(18%)/MgO(48%)/その他(1%)
この節は2部分に分かれる。第1部分は、熱源からの個別距離における温度測定結果、具体的には、表1に例示する模擬されたLED照明器具ハウジングの、(熱源[“HS”]における/上の)T0と、T1(HSから15mm)と、T2(HSから20mm)とにおける温度測定結果を提示する。第1節は、また、熱源からのこれらの距離における温度の変化に対する樹脂層組成物の影響について説明する。
表1におけるT0の結果は、試験片の熱源において測定されたものであり、LEDチップ位置またはその下部における事例的/比較例的LED照明器具ハウジングの予期温度を模擬する。T0の結果を、LEDチップの機能が低下し始めるLEDモジュールの内部温度である70℃と比較することが重要である。
表1におけるT1の結果は、試験片の熱源から15mmの位置において測定したその温度である。CE1(2mmのAl合金層のみ)のT1は40.6℃、CE2(30%GR−PBT樹脂層のみ)のT1は25.8℃、CE3(TC−PBT樹脂層のみ)のT1は39.3℃であった。これらのデータは、30%ガラス強化PBT樹脂層のみが、その低い熱伝導率のために熱を伝達し得ないことを示している。
表1におけるT2の結果は、熱源から35mmに位置において測定したその温度であり、それは、比較用のLED照明器具ハウジングと、本明細書に記載するLED照明器具ハウジングとの、熱源から35mm離れた位置における予期温度を模擬する。
この議論においては、ΔT0−T1が低い方がより良好な熱消散性能を示す。すなわち、T0およびT1間の温度差は、熱源から20mmの位置における、異なる熱可塑性樹脂層の上部の異なる長さの金属層の熱シンクの有効性を示す。
1)金属層の熱伝導率と熱放射率との比、および、
2)金属層の50mmまたは25mmの長さ、
に依存していた。すなわち、表1は、熱源から20mmの位置において、本明細書に記載するLEDハウジングの模擬ハウジングが、−T1と同様の熱シンク効果を呈したことを示している。
この議論においては、ΔT1−T2が低い方がより良好な熱消散性能を示す。すなわち、T1およびT2間の温度差は、熱源から35mmの位置における、異なる長さの金属層の熱シンクの有効性の尺度である。
Claims (13)
- a.少なくとも1つのLEDチップと、
b.前記少なくとも1つのLEDチップが配備される金属プレートと、
c.前記少なくとも1つのLEDチップと電気接触するLEDモジュールと、
d.前記金属プレートと接触するハウジングであって、前記LEDモジュールがその内部に配備されるハウジングと、
を含む発光ダイオード(LED)照明器具であって、
前記ハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)前記樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
前記樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、かつ、
前記金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から40W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
発光ダイオード(LED)照明器具。 - 前記熱可塑性樹脂組成物が、ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)ポリマーおよび/またはこれらのコポリマーからなる群から選択される熱可塑性樹脂を含む、請求項1に記載のLED照明器具。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリエステルテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、コポリエーテルエステルエラストマーおよびこれらの任意の混合物からなる群から選択される、請求項2に記載のLED照明器具。
- 前記熱可塑性樹脂組成物が、107Ωcmより大きい体積抵抗率ρを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のLED照明器具。
- 前記金属層が、被膜処理された金属層が0.5〜0.8の熱放射率を有することを保証するに十分な平均厚さを有するアノードアルミニウム被膜を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のLED照明器具。
- 前記金属層が、前記樹脂層の外表面の全長を被覆する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のLED照明器具。
- 前記金属層が、前記樹脂層の外表面の20〜25mmを被覆する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のLED照明器具。
- LED照明器具の内部に配備されるLEDハウジングであって、
前記LED照明器具は、
少なくとも1つのLEDチップと、
前記少なくとも1つのLEDチップが配備される金属プレートと、
前記少なくとも1つのLEDチップと電気接触するLEDモジュールと、
を含み、
前記ハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)前記樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
前記樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、かつ、
前記金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から36W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
LEDハウジング。 - 前記熱可塑性樹脂組成物が、
ポリエステルテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、コポリエーテルエステルエラストマーおよびこれらの任意の混合物からなる群から選択される熱可塑性樹脂を含むと共に、
107Ωcmより大きい体積抵抗率ρを有し、かつ、
前記金属層は、
アノードアルミニウム酸化被膜を含み、
25W/m,K〜32W/m,Kの熱伝導率と、0.6〜0.8の熱放射率とを有し、
前記樹脂層の外表面の20〜25mmを被覆する、
請求項8に記載のLEDハウジング。 - 前記少なくとも1つのLEDチップの3mm以内において測定される温度が70℃未満である、請求項8または9に記載のLEDハウジングのLED照明器具における使用。
- 前記少なくとも1つのLEDチップの3mm以内において測定される温度が、70℃より少なくとも12℃低い、請求項10に記載の使用。
- LED照明器具内に配備される少なくとも1つのLEDチップの3mm以内の温度を70℃未満に維持するステップ、
を含む方法であって、
前記LED照明器具は、
a.少なくとも1つのLEDチップと、
b.前記少なくとも1つのLEDチップが配備される金属プレートと、
c.前記少なくとも1つのLEDチップと電気接触するLEDモジュールと、
d.前記金属プレートと接触するハウジングであって、前記LEDモジュールがその内部に配備されるハウジングと、
を含み、
前記ハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)前記樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
前記樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、かつ、
前記金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から36W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
方法。 - 少なくとも1つのLEDチップが配備されるLED照明器具の金属プレートを、前記LED照明器具用のハウジングに固定するステップ、
を含むLED照明器具の製作方法であって、
前記ハウジングは、
i)内表面および外表面を有する樹脂層と、
ii)前記樹脂層の外表面の少なくとも一部分の上に被覆状に配備される金属層であって前記金属プレートと接触する金属層と、
を含み、
前記樹脂層は電気絶縁性の熱可塑性樹脂組成物を含み、かつ、
前記金属層は、アルミニウム合金を含むと共に、少なくとも20ワット毎メートル毎ケルビン(W/m,K)から36W/m,Kまでの熱伝導率と、0.5〜0.8の熱放射率とを有する、
製作方法。
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