JP2012003907A - ライン状照明具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のLEDを長手方向に沿って配列した細長形状の基板と、該基板の両側端部を長手方向に亘って支持する同じく細長形状の本体部よりなるライン状照明具であって、前記基板のLEDと反対側の面又は前記基板内部に、該基板の長手方向に亘る同じく細長形状のグラファイトシートを含む伝熱層を設けたことを特徴とするライン状照明具。
【選択図】図1
Description
しかし、アルミ基板は、加工性が低い、価格が高い、などの問題がある。また、放熱性を向上させるために基板にフィンを設ける場合があるが、アルミ基板にフィンを設けると照明具の重量が増加し、例えば天井に配置する場合には安全上の問題が生じるおそれがある。例えば、現行の蛍光灯には、総重量の規制(500g以下)が設けられている。
このため、アルミ基板に代替可能なガラスエポキシ基板を使用することが試みられている。一般的なガラスエポキシ基板は、プリント基板などの一般的な電子回路基板として広く用いられているものであるが、当該ガラスエポキシ基板は熱伝導率が約0.3W/mKと低く、放熱性が非常に低いため、LEDの温度が上昇してしまう。そこで、放熱性を高めたガラスエポキシ基板の開発が行われているものの、その熱伝導率は約1W/mKであり、十分な熱伝導性、放熱性が実現されているとは言い難い。
しかしながら、特許文献1のLEDランプは電球形であって、例えば蛍光灯のような細長形状のライン状照明具とは基板の構造が異なり、小型であることから、基板を収容する本体部の構成によっても放熱性の向上が可能であるため、基板における熱伝導性や放熱性は実際には問題にならない。特許文献2に記載の線状光源装置は、バックライトの導光板の一側面に配置されるものであり、基板にLEDが搭載された線状光源部と保持枠との間にグラファイトシートが設けられている。しかし、当該線状光源装置では、複数の線状光源部およびグラファイトシートが、保持枠の長手方向全長に亘り、断続的に設けられているだけであり、長手方向の熱伝導性および放熱性は必ずしも十分とはいえない。特許文献3に記載の面照明装置では、LED実装基板ではなく、該基板を固定したケースの低部背面にグラファイト層を設けたものであり、熱伝導性および放熱性は必ずしも十分とはいえない。また、特許文献2および3に記載の照明装置は、蛍光灯のような細長形状のライン状照明具を想定したものでもない。さらに、特許文献2や3に記載の照明装置を液晶表示装置などのバックライトとして用いる場合は、蛍光灯のような前記の重量規制がないため、一般に、LED実装基板は熱伝導性の良い金属のフレームに固定することも可能である。一方、今後蛍光灯に対する代替照明具として期待されるLEDを用いたライン状照明具の場合は、その性質上軽量化が必須なため、液晶表示装置などに用いる場合とは異なり、熱伝導性の良い金属フレームを使用することが困難なことが想定され、より効率的な放熱対策が求められている。
該基板の両側端部を長手方向に亘って支持する同じく細長形状の本体部よりなるライン状照明具であって、
前記基板のLEDと反対側の面又は前記基板内部に、該基板の長手方向に亘る同じく細長形状のグラファイトシートを含む伝熱層を設けたことを特徴とするライン状照明具。
前記伝熱層を、前記基板の基板本体と絶縁層の間に介装してなる(1)記載のライン状照明具。
また、伝熱層を基板のLEDと反対側の面よりも大きくして配する場合、伝熱層の形状は、例えば後述する(i)〜(iv)のような各種形状を採用することができる。
例えば図8に示すような内筒35、外筒36および外筒の両端部に配される蓋37からなる容器38を準備する。蓋37に設けられる穴39は、炭化時に発生する分解ガスを容器38の系外へ排出するために設けたものである。当該容器は、下記のような高温での連続使用に耐え得る材質で構成されたものであり、黒鉛、セラミックなどが例示できる。容器の大きさは、得られるグラファイトシートの大きさなどを考慮して、適宜決定することができる。そして、細長形状(例えば、幅100〜500mm、長さ35m)の高分子化合物より構成されたフィルム状のシートを内筒35に巻き付ける。前記シートを構成する高分子化合物としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドなど特許文献4に記載のものを用いることができるが、上記の物性を得る観点からは、ポリイミドが好ましい。
幅が30mm以下のグラファイトシートは、上記のようにして得られたグラファイトシートを切断処理して得ることができる。
A=(最端部のたるみ)−(中央部のたるみ)
λ=αdC
λ:面方向の熱伝導率(W/mK)
α:面方向の熱拡散率(m2/s)
d:密度(kg/m3)
C:比熱(J/kg・K)
放射率は、所定の大きさ(例えば100×100mm)の放熱部材を株式会社ジャパンセンサー製の放射率測定装置、TSS−5Xを使用して23℃において測定を行うことにより測定することができる。放射率が高いほど、熱を赤外線ないし遠赤外線に変換し、放射する能力が高いため、放熱特性に優れるといえる。
また、放熱層を構成する放熱部材の厚みは、特に限定はなく、使用する材料の放熱特性により適宜決定すれば良い。
上記のような粘着材層としては、熱伝導性が確保されれば特に限定はなく、市販の粘着材、例えば、シリコーン系粘着材、アクリル系粘着材などを用いることができる。
また、伝熱層を構成するグラファイトシートを筒状に形成する際に、当該形状を保持することが容易になる。例えば、芯材にグラファイトシートを巻き付けることで容易に筒状を形成させることができ、本発明のように、伝熱層を細長形状に形成する際に特に有効である。当該芯材としては、特に限定はないが、発泡体を用いるのが好ましい。発泡体を用いることで、柔軟な形状変化が可能となり、本体部と基板との間で押圧された場合に応力を緩和することができ、伝熱層を構成するグラファイトシートに損傷を与えることなく、伝熱層と基板や本体部との密着性をも向上させることが可能になる。発泡体としては、特に限定はなく、ウレタン系樹脂、スチレン系樹脂などの発泡樹脂を公知の方法にて成形したものを用いることができる。
ここで、基板内部とは、基板の表裏面以外の部分を意味し、層構造の基板の場合の中間層を構成する場合は、本発明における「基板内部」に含まれる。従って、基板が基板本体とLEDを保持する側の絶縁層より構成される場合、前記伝熱層を、前記基板の基板本体と絶縁層の間に介装させても良い。この際に用いられる伝熱層としては、その形状や材質は第1形態の場合と同様のものを採用することができる。
また、基板本体と伝熱層との密着性を向上させ、伝熱性を向上させる観点から、前記伝熱層が、基板本体側となる面側に粘着材層を設けても良い。尚、第2形態では、基板本体が放熱層の役割を担うため、放熱層は設けない。
(製造例)
先ず、本発明において用いる細長形状のグラファイトシートの製造例を以下に説明する。
<厚み40μmのグラファイトシート>
厚さ75μm、幅250mm、長さ35mのポリイミドフィルム(株式会社カネカ製、アピカルAV)を、図8に示す容器38を用い、外径100mm、長さ300mmの黒鉛製の内筒35に巻き付け、内径130mmの外筒36、蓋37を被せた。容器38を、電気炉内に横向きにセットし、窒素雰囲気下、1400℃まで昇温速度2℃/minで昇温し、炭素化処理をおこなった。1400℃での保持時間は5分とした。次に、得られたロール状の炭化フィルムを横向きにグラファイト化炉内にセットし(支えにより炭化フィルムを宙に浮かせた状態)、2800℃まで昇温速度3℃/minで昇温し、黒鉛化処理を実施した。2800℃での保持時間は5分とした。冷却後、この黒鉛化処理により得られたグラファイトフィルムを再び、外径100mmの内筒35にゆるみのないように巻き締め、容器38を再びグラファイト炉内に横向きにセットし、再度2900℃まで昇温速度5℃/minで昇温し、黒鉛化処理を実施した。2900℃での保持時間は5分とした。
得られたグラファイトフィルムを圧縮処理(厚み方向に、80kgf/cm2(7.8MPa)の荷重を加えてプレス機で押す)し、厚み40μmのグラファイトシートを得た。
厚さ50μm、幅250mm、長さ50mのポリイミドフィルム(株式会社カネカ製、アピカルAV)を用いたこと以外は厚み40μmのグラファイトシートと同様にして厚み25μmのグラファイトシートを得た。
上記のようにして得られたそれぞれのグラファイトシートについて、上述した方法にて、熱伝導率、厚み、MIT曲げ寿命を算出した。各シートの厚みはそれぞれ25μm、40μmであり、熱伝導率はいずれも、1200W/mK、MIT曲げ寿命はいずれも、10000回以上であった。また、平坦性の指標である前記のA値はいずれのシートも8mm以下であった。
本発明では、既に方法が確立しているシミュレーション技術を用いて、本発明による放熱性を検証した。即ち、所定条件においてライン状照明具を点灯させた時のLED表面中央部の最高温度を参照し、当該温度の程度を検証した。そこで、先ず、シミュレーション条件について説明する。尚、LEDの温度は、ライン状照明具の長手方向の端部と中央部に位置するLEDを参照した値である。
基板、本体部、伝熱層、放熱層の構成を表3〜5に示すように設定し、表2に示す材料物性値を用いて、シミュレーションを行った。伝熱層は基板の長手方向の全長に亘り設けた。表2中、LED(シリコーン樹脂)とは、LEDとそれを被覆するシリコーン樹脂とからなる部材についての物性を示したものである。
実施例3、4では、細長形状の基板としてガラスエポキシ基板を用いているが、該基板の裏面に、その全長に亘り細長形状のグラファイトシートよりなる伝熱層およびその外面にPETシートからなる放熱層を貼り付けることで、比較例2に比べてLEDの温度は中央部の温度で78℃程度と、大幅に温度を低下させることができ、十分な放熱性を得ることができた。この点は実施例11、12の場合も同様である。また、グラファイトシートよりなる伝熱層およびPETシートからなる放熱層の重量は、幅30mm、長手方向長さ1178mmで、厚みが25μmの場合は4.6g、同じ幅、長さで、厚みが40μmの場合は5.6gと非常に軽いため、実施例3、4は、比較例2と比べても重量の増加は僅かで、アルミ基板を用いた比較例1と比べると20g以上重量を軽くすることができた。この点は、伝熱層と放熱層の幅を40mmとし、その構造を特定の形状にした実施例11、12の場合も同様である。
2 LED
3 基板
4 本体部
5 支持部
6 カバー
7 キャップ
8 絶縁層
9 アルミニウム製基板(アルミ基板)
10 伝熱層
11 放熱層
12 接続ピン
13 フック
14 透光性チューブ
15 グラファイトシート
16 粘着材層
17 ガラスエポキシ基板
18 伝熱層
19 放熱層(アルミ板)
20 放熱層
21a、b 放熱層20の側端部
22a、b グラファイトシート15の側端部
23 粘着材層23
24a、b 粘着材層23の側端部
25 基板側端部
26 透光性チューブ14の内面側
27 延設部
28 小孔
29 フィン状の突起部
30 基板17のLED2と反対側の面
31 芯材
32 アルミニウム製の基板本体(アルミ基板本体)
33 絶縁層
34 伝熱層
35 内筒
36 外筒
37 蓋37
38 容器
39 穴
40 透光性チューブ
41 基板
42 キャップ
43 本体部
44 ライン状照明具
45 伝熱層と放熱層からなる層45
46 延設部
47 芯材
L 長手方向長さ
W 短手方向長さ
H 本体部の高さ
h1 延設部46の長さ
h2 芯材47を内腔部に有する筒状にした層45の高さ
w1 基板41と透光性チューブ40の内面とに密着した幅
Claims (23)
- 複数のLEDを長手方向に沿って配列した細長形状の基板と、
該基板の両側端部を長手方向に亘って支持する同じく細長形状の本体部よりなるライン状照明具であって、
前記基板のLEDと反対側の面又は前記基板内部に、該基板の長手方向に亘る同じく細長形状のグラファイトシートを含む伝熱層を設けたことを特徴とするライン状照明具。 - 前記基板表面に設けられる伝熱層の外面に放熱部材からなる放熱層を設けた請求項1記載のライン状照明具。
- 前記放熱層の側端部が、前記伝熱層の対面する側端部を覆うように折り曲げられている請求項2記載のライン状照明具。
- 前記放熱部材が、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンシート、ポリプロピレンシート、アクリル系ポリマーシート、シリコーン系ポリマーシートまたはアルミ板よりなる請求項2または3に記載のライン状照明具。
- 前記放熱部材の放射率が0.9以上である請求項2〜4の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記伝熱層が、前記基板側となる内面側に粘着材層を設けてなる請求項1〜5の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記粘着材層の側端部が、前記グラファイトシートの対面する側端部を覆うように折り曲げられている請求項6記載のライン状照明具。
- 前記伝熱層が、前記放熱層側となる外面側に粘着材層を設けてなる請求項2〜6の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記基板が基板本体とLEDを保持する側の絶縁層より構成され、
前記伝熱層を、前記基板の基板本体と絶縁層の間に介装してなる請求項1記載のライン状照明具。 - 前記伝熱層が、基板本体側となる面側に粘着材層を設けてなる請求項9記載のライン状照明具。
- 前記基板のLED側の面にも、同じく該基板の長手方向に亘る細長形状のグラファイトシートを含む伝熱層を設けた請求項1記載のライン状照明具。
- 前記基板の長手方向の長さと短手方向の長さの比(長/短)が、10以上である請求項1〜11の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記基板の短手方向の長さが30mm以下である請求項12の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記基板と前記伝熱層の面積比(伝熱層/基板)が0.9以下である請求項1〜13の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記伝熱層の両側端部が、基板側端部から更に前記本体部内面側に延設されている請求項1〜14の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記基板と前記伝熱層との間に小孔を設けてなる請求項1〜15の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記伝熱層が前記基板に対してフィン状に折り曲げられている請求項1〜8、11〜16の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記伝熱層が、その両側端部を貼り合わせて筒状に構成され、その外面の一部または全体が前記基板のLEDと反対側の面と前記本体部の内面とに密着状態で支持されている請求項1〜8、11〜16の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記グラファイトシートが、熱伝導率1000W/mK以上、厚み10〜50μm、MIT曲げ寿命が10000回以上である請求項1〜18の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記基板が、熱伝導率120W/mK以下、厚み1.5mm以下である請求項1〜19の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記本体部が透光性チューブよりなる請求項1〜20の何れかに記載のライン状照明具。
- 前記透光性チューブがポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、オレフィン系樹脂およびシリコーン樹脂から選択される1種又は2種以上により形成されてなる請求項21記載のライン状照明具。
- 前記基板と前記グラファイトシートの重量が、80g以下である請求項1〜22の何れかに記載のライン状照明具。
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