(57)【要約】【課題】本発明は、複数の発光ユニットと、成形材料の内部にある複数の発光ユニットを囲むための成形材料により圧密構造体として形成されたシェル構造体とを備え、複数の発光ユニットの各々は、少なくとも１つの発光チップと、発光チップに結合された外部配線とを有し、複数の発光ユニットは、成形材料を通してシェル構造体の外部へと発光するシェル一体型発光ダイオードアセンブリを提供する。【解決手段】本発明は、シェル一体型発光ダイオードアセンブリを用いるシェル一体型発光ダイオードランプおよびシェル一体型発光ダイオードアセンブリの製造方法も提供する。【選択図】図４
2017103232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光チップおよび前記発光チップに結合された外部配線を有する少なくとも１つの発光ユニットと、
成形材料の内部にある前記発光ユニットを囲むための前記成形材料により圧密構造体として形成されたシェル構造体とを備え、
前記発光ユニットは、前記成形材料のみを通して前記シェル構造体の外部へと直に発光する、シェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項２】
前記発光チップは、ＬＥＤチップであり、前記発光ユニットは、蛍光体樹脂基板、パッケージユニット、および複数の内部配線を更に含み、
前記ＬＥＤチップは、前記蛍光体樹脂基板上に配置され、前記蛍光体樹脂基板および前記パッケージユニットは、前記ＬＥＤチップを囲み、
前記パッケージユニットは、前記ＬＥＤチップの一部を囲むための第１のナノ熱伝導材料および第１の蛍光体材料を含む固化材料を含み、前記蛍光体樹脂基板は、前記ＬＥＤチップの別の一部を囲み、前記ＬＥＤチップは、前記固化材料および前記蛍光体樹脂基板を通して前記発光ユニットの外部へと発光し、前記発光ユニットにおける前記複数の内部配線は、前記発光ユニットにおける複数の前記ＬＥＤチップに結合される、請求項１に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項３】
複数の前記発光ユニットのうちの１つは、複数のＬＥＤチップを含み、
同一の発光ユニットにおける前記複数のＬＥＤチップが前記複数の内部配線により直列接続で結合されると、複数の前記発光ユニットは、複数の前記外部配線により並列接続で結合され、または、前記同一の発光ユニットにおける前記複数のＬＥＤチップが前記複数の内部配線により並列接続で結合されると、複数の前記発光ユニットは、複数の前記外部配線により直列接続で結合される、請求項２に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項４】
前記成形材料は、第２のナノ熱伝導材料を含み、複数の前記発光ユニットは、前記成形材料を通して前記シェル構造体の外部へと発光する、請求項２または３に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項５】
前記成形材料における前記第２のナノ熱伝導材料の割合は、５％〜７０％の範囲である、請求項４に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項６】
前記成形材料は、第２の蛍光体熱伝導材料を更に含み、
複数の前記発光ユニットは、前記成形材料を通して前記シェル構造体の外部へと発光する、請求項４または５に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項７】
前記第１のナノ熱伝導材料および前記第２のナノ熱伝導材料は、複数のナノ熱伝導粒子を含み、前記複数のナノ熱伝導粒子の大きさは、５０ｎｍより小さく、
前記複数のナノ熱伝導粒子は、複数の金属粒子、複数の金属酸化物粒子、複数のセラミック粒子、複数の炭素ベースの粒子、またはこれらの組み合わせを含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の蛍光体材料は、黄色蛍光体材料を含み、任意選択で、赤色蛍光体材料、緑色蛍光体材料、または橙色蛍光体材料を更に含み、
複数の前記蛍光体材料の各々は、アルミン酸蛍光体材料、シリケート蛍光体材料、窒化物蛍光体材料、オキシ窒化物蛍光体材料、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項９】
第２の蛍光体材料は、黄色蛍光体材料を含み、任意選択で、赤色蛍光体材料、緑色蛍光体材料、または橙色蛍光体材料を更に含み、
複数の前記蛍光体材料の各々は、アルミン酸蛍光体材料、シリケート蛍光体材料、窒化物蛍光体材料、オキシ窒化物蛍光体材料、またはこれらの組み合わせを含む、請求項６に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項１０】
複数の前記外部配線の一方の端部は、前記発光ユニットに結合され、複数の前記外部配線の別の端部は、前記シェル構造体の下側の外部で露出される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項１１】
前記成形材料および固化材料は、エポキシ材料、ビスフェノールＡエポキシ材料、脂環式エポキシ材料、シロキサン変性エポキシ樹脂材料、アクリル変性エポキシ樹脂、有機変性エポキシ樹脂材料、シリコーン材料、シリコーンゲル材料、シリコーンゴム材料、シリコーン樹脂材料、有機変性シリコーン樹脂、サファイヤガラスもしくはガラス充填材、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項１２】
前記シェル構造体の表面は、グラフェン材料または輝度強化フィルムによりコーティングされ、前記輝度強化フィルムは、ＵＶ硬化性樹脂、ＵＶ硬化性接着剤、またはＵＶハードコーティングを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリを用いるシェル一体型発光ダイオードランプであって、
成形材料の内部にある複数の発光ユニットを囲むための前記成形材料により圧密構造体として形成されるシェル構造体を有するシェル一体型発光ダイオードアセンブリと、
嵌合部分および電力接続ユニットを有するランプソケットとを備え、
前記複数の発光ユニットの各々は、少なくとも１つの発光チップと、前記発光チップに結合された外部配線とを含み、前記複数の発光ユニットは、前記成形材料のみを通じて前記シェル構造体の外部へと直に発光し、
前記嵌合部分は、前記シェル一体型発光ダイオードアセンブリを前記ランプソケットに動作可能に接続し、前記電力接続ユニットは、外部電源に結合される、シェル一体型発光ダイオードランプ。
【請求項１４】
前記成形材料は、ナノ熱伝導材料、エポキシ材料、ビスフェノールＡエポキシ材料、脂環式エポキシ材料、シロキサン変性エポキシ樹脂材料、アクリル変性エポキシ樹脂、有機変性エポキシ樹脂材料、シリコーン材料、シリコーンゲル材料、シリコーンゴム材料、シリコーン樹脂材料、有機変性シリコーン樹脂、サファイヤガラスもしくはガラス充填材、またはこれらの組み合わせを含み、
前記ナノ熱伝導材料は、複数のナノ熱伝導粒子を含み、前記複数のナノ熱伝導粒子の大きさは、５０ｎｍより小さく、
前記複数のナノ熱伝導粒子は、複数の金属粒子、複数の金属酸化物粒子、複数のセラミック粒子、複数の炭素ベースの粒子、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載のシェル一体型発光ダイオードランプ。
【請求項１５】
請求項１に記載のシェル一体型発光ダイオードアセンブリを用いるシェル一体型発光ダイオードランプの製造方法であって、
複数の発光ユニットを提供する段階と、
シェル構造体の形状に対応するキャビティを含む成形型を提供する段階と、
前記キャビティ内の対応する複数の位置に前記複数の発光ユニットを配置する段階と、
硬化エポキシ樹脂接着剤、蛍光体混合物材料、および複数のナノ熱伝導粒子を含む成形材料を提供する段階と、
前記成形材料の内部にある前記複数の発光ユニットの少なくとも１つの発光チップを囲むための前記成形材料によりシェル構造体を形成するべく、前記成形材料を前記複数の発光ユニットを有する前記キャビティに充填する段階とを備え、
前記複数の発光ユニットの各々は、前記発光チップと、前記発光チップに結合された外部配線とを含み、
前記複数の発光ユニットは、前記成形材料のみを通して前記シェル構造体の外部へと直に発光する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［相互参照］
本発明は、２０１５年１２月２日に出願された台湾特許第ＴＷ１０４１４０３３８号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、シェル一体型発光ダイオードアセンブリに関し、具体的には、全方向（例えば、３６０°）に発光および放熱することができ、成形材料の内部の複数の白色発光ユニットを囲むための成形材料により圧密構造体として形成されて一体型構造体となったシェル一体型発光ダイオードアセンブリに関する。この一体型構造体において、シェル構造体は、白色発光ユニットとして機能し、白色発光ユニットは、シェル構造体としても機能する。つまり、本一体型構造体は、シェル構造体および白色発光ユニットの両方の機能を同時に果たす。
【背景技術】
【０００３】
発光デバイスは、照明効率性が高く、耐用年数が従来のハロゲンライト（または従来の白熱灯）より長い等の利点があるので、開発の焦点となっている。従来のＬＥＤチップカプセル化は、チップオンボード（ＣＯＢ）技術によってアルミニウム基板、ＰＣＢ、またはセラミック基板上にＬＥＤチップをカプセル化する。この種の従来のＬＥＤチップカプセル化は、一方側の発光のみを提供し、照明の効率性が低くなるという結果になる。別の従来のＬＥＤチップカプセル化は、チップオングラス技術によりガラス基板上にＬＥＤチップをカプセル化し、これにより、照明の効率性は向上する。しかし、ガラス基板は、放熱効率性が不十分であり、歩留まり率が低く、ガラス基板の両側で発光の光色温度が様々であるという複数の欠点を有する。従って、従来の複数のＬＥＤチップカプセル化は、なおも改善を必要とする。
【０００４】
例えば、台湾特許第Ｉ４２７２３８号は、ＬＥＤ電球ランプ構造体を開示する。図１に示されるように、従来のＬＥＤランプ１０は、従来のカプセル化技術によるＬＥＤチップ１１と、ランプハウジング１２とを含み、空間１２１がＬＥＤチップ１１とランプハウジング１２との間に配置される。空間１２１は、その中にいくらかの特定の種類の空気または気体があることを除けば、空である。光は、ＬＥＤチップ１１から、空間１２１およびランプハウジング１２を通じて従来のＬＥＤランプ１０の外部へと発せられる。この長い光路は、ランプハウジング１２の低い光抽出率をもたらす。更に、空間１２１およびランプハウジング１２を通る長い光路により、ＬＥＤチップ１１からＬＥＤランプ１０の外部への不十分な放熱を生じさせる。空気または気体は、良好な放熱材料ではないからである。通常、放熱効率性を改善するためには、１つの熱ラジエータ（図示せず）が必要である。
【０００５】
従来のランプのデメリットに鑑みて、本発明は、単純な設計、高い歩留まり率、高い放熱効率性、および高い光抽出率という複数の利点を有するシェル一体型発光ダイオードアセンブリを提供する。更に、本発明は、構造がもろく、異なる表面で色温度が一様でない等、従来の複数の欠点を改善し得る。
【発明の概要】
【０００６】
前述の目的のために、本発明は、アルミニウム熱ラジエータを用いる蛍光複合基板に基づく従来のＬＥＤカプセル化とは異なるシェル一体型発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリを提供する。本発明のシェル一体型ＬＥＤアセンブリにおいて生成される熱は、シェル一体型ＬＥＤアセンブリの樹脂構造体から野外へと直に伝導され、または放射される。本発明によれば、成形材料の内部にある発光ユニットを囲むための成形材料（例えば、エポキシ樹脂）により、ＬＥＤ、蛍光体材料（例えば、蛍光体粉）、ナノ熱伝導粒子、および成形材料（例えば、エポキシ樹脂）がシェル一体型ＬＥＤアセンブリの圧密構造体（例えば、シェル構造体）として形成される。本発明のシェル構造体は、従来のランプハウジングおよび従来の熱ラジエータの組み合わせとして機能し得る。つまり、シェル構造体は、従来のランプハウジングおよび従来の熱ラジエータとして機能するための単純な構造体である。
【０００７】
本発明によれば、シェル一体型ＬＥＤアセンブリは、少なくとも１つの蛍光体樹脂基板（複合材料により製造される）、少なくとも２つの伝導支持部、少なくとも１つの発光ユニット（例えば、ＬＥＤ照明ユニット）、少なくとも２つの内部配線、および成形材料を含む。蛍光体樹脂基板は、混合物の硬化反応により製造される。蛍光体樹脂基板は、半透明または透明である。伝導支持部の各々は、蛍光体樹脂基板を部分的に接続する。発光ユニットは、蛍光体樹脂基板の表面上に配置され、内部配線の各々は、発光ユニットを個別に接続し、また、伝導支持部は、内部配線により発光ユニットに接続される。成形材料は、別の硬化反応に対して構成され、蛍光体複合樹脂を用いたシェル一体型ＬＥＤアセンブリ内で発光ユニットを囲むための圧密構造体を形成するべく用いられる。
【０００８】
一実施形態において、シェル一体型ＬＥＤアセンブリは、蛍光体複合樹脂を用いたシェル構造体および白色発光ユニットの一体型構造体であり、これにより、前述した従来のＬＥＤチップカプセル化の欠点を克服し得る。更に、白色発光ユニットからの光は、全方向に発せられ得る。シェル一体型ＬＥＤアセンブリは、高い光束、高い発光効率性、良好な放熱、簡素な製造プロセス、高い歩留まり率、および製造プロセスにおいて必要とされる労働時間がより短いという利点を有する。更に、熱は、シェル構造体の外部の外気へと直に放射される。シェル構造体は、同質の蛍光体複合樹脂構造体として形成され、従って、シェル構造体は、半透明または透明であり、発光ユニットが発光する場合に、シェル構造体上に影または暗い領域は存在しない。従って、本発明のシェル構造体は、様々な高度の電力節約電球または高度の省エネルギー電球に使用可能であり、ランプハウジングが必要とされないので、いずれのランプ形状にも制約されない。
【０００９】
一態様において、本発明は、複数の発光ユニットと、成形材料の内部にある発光ユニットを囲むための成形材料により圧密構造体として形成されたシェル構造体とを備え、複数の発光ユニットの各々は、少なくとも１つの発光チップと、発光チップに結合された外部配線とを有するシェル一体型ＬＥＤアセンブリを提供する。発光ユニットは、成形材料を通してシェル構造体の外部へと発光する。
【００１０】
一実施形態において、成形材料は、第２のナノ熱伝導材料を含み、複数の発光ユニットは、成形材料を通してシェル構造体の外部へと発光する。
【００１１】
一実施形態において、成形材料における第２のナノ熱伝導材料の割合は、５％〜７０％の範囲である。
【００１２】
一実施形態において、成形材料は、第２の蛍光体熱伝導材料を更に含み、複数の発光ユニットは、成形材料を通してシェル構造体の外部へと発光する。
【００１３】
一実施形態において、各外部配線の一方の端部は、発光ユニットに結合され、外部配線の別の端部は、シェル構造体の下側外部で露出される。
【００１４】
一実施形態において、発光チップは、ＬＥＤ照明ユニットを含み、ＬＥＤ照明ユニットから発せられる光の波長は、５００ｎｍより低い。ＬＥＤ照明ユニットは、青のＬＥＤ粒子または紫のＬＥＤ粒子を含む。発光ユニットは、蛍光体樹脂基板と、パッケージユニットと、複数の内部配線とを更に含む。ＬＥＤ照明ユニットは、蛍光体樹脂基板上に配置され、蛍光体樹脂基板およびパッケージユニットは、ＬＥＤ照明ユニットを囲むように構成される。パッケージユニットは、ＬＥＤ照明ユニットの一部を囲むための第１のナノ熱伝導材料および第１の蛍光体材料を含む固化材料を含み、蛍光体樹脂基板は、ＬＥＤ照明ユニットの別の一部を囲むように構成される。ＬＥＤ照明ユニットは、固化材料および蛍光体樹脂基板を通して発光ユニットの外部へと発光する。発光ユニットにおける内部配線は、当該発光ユニットにおいて複数のＬＥＤチップを互いに結合するように構成される。
【００１５】
一実施形態において、第１の蛍光体材料（または第２の蛍光体材料）は黄色蛍光体材料を含み、更に任意選択で、赤色蛍光体材料、緑色蛍光体材料、または橙色蛍光体材料を含む。これらの蛍光体材料の各々は、アルミン酸蛍光体材料、シリケート蛍光体材料、窒化物蛍光体材料、オキシ窒化物蛍光体材料、または本実施形態における前述の蛍光体材料の組み合わせを含む。
【００１６】
一実施形態において、第１のナノ熱伝導材料（または第２のナノ熱伝導材料）は、複数のナノ熱伝導粒子を含み、これらのナノ熱伝導粒子の大きさは、５０ｎｍより小さい。複数のナノ熱伝導粒子は、複数の金属粒子、複数の金属酸化物粒子、複数のセラミック粒子、複数の炭素ベースの粒子、または本実施形態における前述の複数の粒子の組み合わせを含む。
【００１７】
一実施形態において、成形材料（または固化材料）は、エポキシ材料、ビスフェノールＡエポキシ材料、脂環式エポキシ材料、シロキサン変性エポキシ樹脂材料、アクリル変性エポキシ樹脂、有機変性エポキシ樹脂材料、シリコーン材料、シリコーンゲル材料、シリコーンゴム材料、シリコーン樹脂材料、有機変性シリコーン樹脂、サファイヤガラスもしくはガラス充填材、または本実施形態における前述の複数の材料の組み合わせを含む。
【００１８】
一実施形態において、シェル構造体の表面は、グラフェン材料または輝度強化フィルムによりコーティングされる。輝度強化フィルムは、ＵＶ硬化性樹脂、ＵＶ硬化性接着剤、またはＵＶハードコーティング材料を含む。ＵＶコーティング中に、ユーザは、本ＬＥＤシェル構造体上における任意の設計パターンのカービングまたはエングレービングを実行し得ることが注記される。
【００１９】
一態様において、本発明は、成形材料の内部にある複数の複数の発光ユニットを囲むための成形材料により圧密構造体として形成されるシェル構造体を有するシェル一体型発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリと、嵌合部分および電力接続ユニットを有するランプソケットとを備え、複数の発光ユニットの各々は、少なくとも１つの発光チップと、発光チップに結合された外部配線とを含み、複数の発光ユニットは、成形材料を通してシェル構造体の外部へと発光し、嵌合部分は、シェル一体型ＬＥＤアセンブリをランプソケットに動作可能に接続するように構成され、電力接続ユニットは、外部電源に結合される、シェル一体型発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプを提供する。
【００２０】
一実施形態において、シェル一体型ＬＥＤランプは、複数の外部配線に結合され、発光ユニットが発光するように制御するための駆動信号を対応して生成するべく、外部電源を受け取るように構成された駆動回路を更に備える。
【００２１】
一態様において、本発明は、複数の発光ユニットを提供する段階と、シェル構造体の形状に対応するキャビティを含む成形型を提供する段階と、キャビティ内の対応する複数の位置に複数の発光ユニットを配置する段階と、複数のナノ熱伝導粒子を含む成形材料を提供する段階と、成形材料の内部にある発光ユニットを囲むための成形材料によりシェル構造体を形成するべく、成形材料を複数の発光ユニットを有するキャビティに充填する段階とを備え、複数の発光ユニットの各々は、発光チップと、発光チップに結合された外部配線とを含む、シェル一体型ＬＥＤランプの製造方法を提供する。複数の発光ユニットは、成形材料および成形材料における複数のナノ熱伝導粒子を通してシェル構造体の外部へと発光する。
【００２２】
本発明によるシェル構造体は、エポキシ樹脂材料を含み、従ってシェル構造体は、酸、アルカリ、粉塵、錆、摩耗、圧力、および水に対する耐性という利点を有する。更に、光は、シェル構造体からシェル構造体の外部へと直に発せられ、シェル構造体とその外部との間に熱障壁は存在せず、従って放熱は、従来のＬＥＤランプより良い。従来のＬＥＤランプにおいて、発光と共に生成される熱は、電球に蓄積され、従って従来のＬＥＤランプは、本発明のシェル構造体より悪い放熱効率性を有する。更に、本発明の発光ユニットは、シェル構造体に一体化され、費用対効果の成果が得られる本発明において、電球は必要ない。蛍光体混合物は、シェル構造体に影または暗い領域を残さず、本発明による発光の演色評価数は、太陽光スペクトルにおいて９５より大きくなり得る。
【００２３】
本発明の目的、技術的詳細、特徴、および効果は、図面を参照することにより、以下の複数の実施形態の詳細な説明に関連してより良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のＬＥＤランプを示す。
【００２５】
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを示す。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを示す。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを示す。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを示す。
【００２６】
【図３】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリ内に配置された発光ユニットを示す。
【００２７】
【図４】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリを用いるシェル一体型ＬＥＤランプを示す。
【００２８】
【図５】本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリの製造方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の説明全体にわたって参照される図面は、専ら例示目的のためのものであり、あるいは複数の構成要素間の相互関係を示すが、実際の縮尺に応じて描かれていない。
【００３０】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１を示し、発光ユニット２１２およびシェル構造体２１１は、圧密構造体を形成する。図２Ｃは、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の概略図を示す。図２Ｄは、図２Ｃにおける切断線ＡＡによる断面図を示す。図２Ｅは、図２Ｄの断面図による部分図を示す。従って、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、および図２Ｅは、本発明の一実施形態によるシェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の様々な斜視図を示す。シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、複数の発光ユニット２１２と、成形材料２１１１において発光チップ２１２１を有する発光ユニット２１２を囲むための圧密構造体として成形材料２１１１により形成されるシェル構造体２１１とを備え、各発光ユニット２１２は、少なくとも１つの発光チップ２１２１と、発光チップ２１２１に結合された外部配線２１２２とを有する（図３）。発光ユニット２１２は、成形材料２１１１を通してシェル構造体２１１の外部へと直に発光する。図２Ａにおいて、各発光ユニット２１２の外部配線２１２２は、任意選択で２つの伝導支持部（図２Ａに示される２つの突出部）を含み得る。更に、シェル構造体２１１により形成される発光ユニット２１２およびシェル一体化ＬＥＤアセンブリ２１に関する詳細は、本文の後で説明される。発光ユニットの成形材料２１１１と固化材料２１２３１との間に直接の接触があるので、発光チップ２１２１により生成される熱は、直に伝導されて、外気または周囲の環境へと放射され得る。従って、本発明の１つの利点は、本発明による放熱効率性が従来のＬＥＤランプより高いことである。更に、成形材料２１１１と固化材料２１２３１との間の直接の接触により、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の外部へと直に発光し得、光の強度は、他の従来のランプハウジング以下には低下せず、従って本発明の発光強度は、従来のＬＥＤランプより高い。発光チップ２１２１からの光路は、１つの類似した材料のみを通り、異なる屈折率を有する様々な材料を通る従来の光路とは異なる。そして、光路が従来のＬＥＤランプより短いので、本発明による発光強度は、従来のＬＥＤランプより高い。
【００３１】
図２Ｅは、成形材料２１１１が成形材料２１１１の放熱効率性を改善するための第２のナノ熱伝導材料２１１１１を含み得る、本発明の一実施形態を示す。成形材料における第２のナノ熱伝導材料の割合は、５％〜７０％の範囲であり得る。第２のナノ熱伝導材料は、複数のナノ熱伝導粒子を含み、この大きさは、発光に対する散乱効果を低減するべく、５０ｎｍより小さい。以下に示される表１を参照されたい。シェル構造体２１１を通じた光透過率に対する第２のナノ熱伝導材料２１１１１の効果が示され、第２のナノ熱伝導材料２１１１１は、成形材料における第２のナノ熱伝導材料２１１１１の重量割合として示されている。この表によれば、第２のナノ熱伝導材料２１１１１の重量割合（ｗｔ％）は、０％〜７０％の範囲で示され、光透過率に対する第２のナノ熱伝導材料２１１１１の影響が限られているのは明らかである（例えば、９４．２％から８９．１％に減少）。一方、シェル構造体２１１の熱伝導性は、大きく向上する（例えば、０．１６Ｗ／ｍＫから０．５７Ｗ／ｍＫ）。従って、成形材料２１１１の熱伝導性は、最大で４倍向上し、光透過率は、ほぼ５％（成形材料２１１１における第１のナノ材料の７０％）減少する。
【表１】
2017103232.tif 000003
【００３２】
図２Ｅは、成形材料２１１１が第２の蛍光体材料２１１１２を更に含む本発明の一実施形態を示す。発光チップ２１２１は、シェル構造体２１１を通してシェル構造体２１１の外部へと発光し、シェル構造体２１１は、第２の蛍光体材料２１１１２と共に提供される成形材料により形成される。第２の蛍光体材料２１１１２は、発光チップ２１２１からの発光の実際のニーズ、例えば演色特性の調整に応じて様々な材料の選択肢を有し得る。蛍光体材料は、赤色蛍光体材料、緑色蛍光体材料、または橙色蛍光体材料を含み得る。材料組成に関しては、これらの蛍光体材料は、アルミン酸蛍光体材料、シリケート蛍光体材料、窒化物蛍光体材料、オキシ窒化物蛍光体材料、または本実施形態における前述の蛍光体材料の組み合わせを含む。
【００３３】
図３に示されるように、発光ユニット２１２は、少なくとも１つの発光チップ２１２１または複数の発光チップ２１２１を有し得る。図面に示される発光チップ２１２１の数は、専ら例示目的のためのものであり、発光ユニット２１２における発光チップ２１２１の数を限定するものではない。例えば、発光ユニット２１２の各々は、１つの発光チップ２１２１または２０個の発光チップ２１２１を有し得る。１つの発光ユニット２１２における発光チップ２１２１の数は、１０〜２０の範囲であることが好ましい。図３において、外部配線２１２２の一方の端部は、少なくとも１つの発光チップ２１２１に結合され、外部配線２１２２の別の端部は、シェル構造体２１１の下側２１３の外部に露出される。
【００３４】
シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の形状設計は、図面に示されるようには限定されないことが重要である。更に、形状設計は、ユーザの実際のニーズに応じて変更され得る。シェル一体型ＬＥＤアセンブリが本発明の趣旨内で実施される場合には、シェル一体型ＬＥＤアセンブリの形状は、本発明の範囲内である。
【００３５】
図３は、発光チップ２１２１がシート形状のＬＥＤユニット、またはシート形状の白色ＬＥＤユニットであることが好ましい、本発明の一実施形態を示す。発光ユニット２１２は、蛍光体樹脂基板２１２４と、パッケージユニット２１２３と、複数の内部配線２１２５とを更に含む。発光チップ２１２１は、蛍光体樹脂基板２１２４上に配置され、ＬＥＤチップは、蛍光体樹脂基板２１２４上に配置される。蛍光体樹脂基板２１２４およびパッケージユニット２１２３は、発光チップ２１２１を囲むように構成される。パッケージユニット２１２３は、ＬＥＤチップ２１２１の一部を囲むための第１のナノ熱伝導材料２１２３１１および第１の蛍光体材料２１２３１２を含む、固化材料２１２３１を含む。ＬＥＤチップ２１２１は、固化材料２１２３１（図３に示される）に含まれる第１のナノ熱伝導材料２１２３１１および第１の蛍光体材料２１２３１２を通して、発光ユニット２１２の外部へと発光する。発光ユニット２１２における複数の内部配線２１２５は、同一の発光ユニット２１２におけるＬＥＤチップ２１２１に結合される。本発明のシェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、全方向に発光し得ることが重要であり、従って、成形材料２１１１および固化材料２１２３１は、任意選択では半透明、透明、またはやや透明でなければならない。例えば、前述の第１のナノ熱伝導材料２１２３１１および第２のナノ熱伝導材料２１１１１は、透明な有機性の粉／粒子、または透明な無機性の粉／粒子を含み得ることが好ましい。しかし、実際のニーズに応じて、前述の第１のナノ熱伝導材料２１２３１１および第２のナノ熱伝導材料２１１１１は、任意選択で金属の粉／粒子を含み得る。
【００３６】
図２Ｄおよび２Ｅに示されるように、発光チップ２１２１は、圧密構造体としてのシェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１において一体化され、従ってシェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、電球としても機能する。つまり、本発明の技術は、ランプに埋め込まれた発光チップ用の「チップインランプ」の技術と呼ばれ得る。
【００３７】
図３は、複数の発光チップ２１２を含む発光ユニット２１２の断面図が示される本発明の一実施形態を示す。同一の発光ユニット２１２におけるＬＥＤチップ２１２１が複数の内部配線２１２５により直列接続で結合される場合、複数の発光ユニット２１２は、複数の外部配線２１２２（図４）により並列接続で結合される。または、同一の発光ユニット２１２における複数のＬＥＤチップ２１２１が複数の内部配線２１２５により並列接続で結合される場合、複数の発光ユニット２１２は、複数の外部配線２１２２（図４）により直列接続で結合される。本実施形態において、複数の発光チップ２１２１のうちの１つが故障した場合、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１における残りの発光チップ２１２１は、前述の直列・並列接続により正常に動作し続け、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の安定した動作を提供し得る。
【００３８】
一実施形態において、第２の蛍光体材料と同様に、第１の蛍光体材料２１２３１２は、黄色蛍光体材料を含み、任意選択で赤色蛍光体材料、緑色蛍光体材料、または橙色蛍光体材料を更に含む。材料組成に関しては、これらの蛍光体材料は、アルミン酸蛍光体材料、シリケート蛍光体材料、窒化物蛍光体材料、オキシ窒化物蛍光体材料、またはこれらの組み合わせを含む。この組み合わせは、発光チップ２１２１の演色評価数の要求、または光抽出の要求に依存し得る。
【００３９】
一実施形態において、第１のナノ熱伝導材料２１２３１１または第２のナノ熱伝導材料２１１１１は、複数のナノ熱伝導粒子を含み、これらのナノ熱伝導粒子の大きさは、５０ｎｍより小さい。材料組成に関しては、複数のナノ熱伝導粒子は、複数の金属粒子、複数の金属酸化物粒子、複数のセラミック粒子、複数の炭素ベースの粒子、またはこれらの組み合わせを含む。前述の説明によれば、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、全方向に発光し得る。従って熱伝導粒子は、半透明または透明であることが好ましい。更に、熱伝導粒子の大きさは、遮光効果を回避するために限定される。成形材料２１１１（または固化材料２１２３１）を通る光透過率を下げて、複数の発光チップ２１２１に応じて発光効率性を低下させることは、起こり得るからである。前述の金属粒子としては、銅粒子、銀粒子、またはアルミニウム粒子が挙げられ得る。前述の金属酸化物粒子としては、アルミニウム酸化物粒子または亜鉛酸化物粒子が挙げられ得る。前述のセラミック粒子としては、ホウ素窒化物粒子、アルミニウム窒化物粒子、炭化ケイ素粒子、またはナノセラミック粒子が挙げられ得る。前述の炭素ベースの粒子としては、グラファイト粒子、炭素繊維粒子、またはナノ炭素粒子が挙げられ得る。
【００４０】
一実施形態において、成形材料２１１１（または固化材料２１２３１）は、エポキシ材料、ビスフェノールＡエポキシ材料、脂環式エポキシ材料、シロキサン変性エポキシ樹脂材料、アクリル変性エポキシ樹脂、有機変性エポキシ樹脂材料、シリコーン材料、シリコーンゲル材料、シリコーンゴム材料、シリコーン樹脂材料、有機変性シリコーン樹脂、サファイヤガラスもしくはガラス充填材、または本実施形態における前述の複数の材料の組み合わせを含む。
【００４１】
実施形態において、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１および／または発光ユニット２１２の温度または輝度の設計は、熱伝導材料の樹脂混合物の割合（例えば、混合物のパーセンテージ）、厚さ（例えば、マイクロメートルμｍ）、および重量割合（例えば、重量のパーセンテージ）に応じて決定され得る。一実施形態において、ユーザは、以下の２つの式により温度または輝度を決定し得る。  （樹脂％×厚さ （μｍ））／（熱伝導材料％）∝温度  （樹脂％）／（熱伝導材料％×厚さ（μｍ））∝輝度同一の原理により、必要とされる温度または輝度に応じて、ユーザは、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１および／または発光ユニット２１２における熱伝導材料の樹脂混合物の割合、厚さ、および重量割合を決定し得る。
【００４２】
要するに、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、従来のランプハウジング等のランプハウジングを全く必要とせず、従来のランプより良い発光効率性を有する。シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１の出力輝度ルーメン／入力電力ワットの比率は、１５０ｌｍ／Ｗ〜２００ｌｍ／Ｗの範囲になり得る。例えば、入力電力ワットが１０ワットである場合、出力輝度ルーメンは１６００ｌｍである。一実施形態において、出力輝度／入力電力の比率は、３００ｌｍ／Ｗ超に達し得る。更に、本シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、全方向に発光し得る。本発光ユニット２１２は、全方向に発光し得るからである。それどころか、従来のＬＥＤランプによる発光の方向は、著しく制約されている。多くの発光角度は、反射層またはその中の不透明な基板により遮蔽されるからである。更に、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１および発光ユニット２１２の放熱は、外部環境に直に放射され得、従って、優れた放熱効果が得られ、本シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１においては、対応する耐用年数が大きく向上する。
【００４３】
一実施形態において、シェル構造体２１１の表面は、グラフェン材料（図示せず）によりコーティングされ得、グラフェン材料は、シェル構造体２１１の放熱効率性および発光効率性を向上させ得る。別の実施形態において、シェル構造体２１１の表面は、輝度強化フィルム（図示せず）によってもコーティングされ得、輝度強化フィルムは、シェル構造体２１１の硬度、摩耗性、耐摩耗性、および光学効果を高めるための好ましいＵＶ硬化性樹脂、ＵＶ硬化性接着剤またはＵＶハードコーティングである。加えて、ユーザは、本シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１のための成形材料として強化ガラスまたはセラミック材料を更に用いることができ、強化ガラスまたはセラミック材料は、９５％より大きい透過率を有する好ましい透明度である。
【００４４】
一態様によれば、図２Ｅおよび図４に示されるように、本発明は、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１およびランプソケット２２を含むシェル一体型ＬＥＤランプ２０を提供する。図２Ｂ、図２Ｄ、および図２Ｅに示されるように、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１は、成形材料２１１１の内部にある複数の発光ユニット２１２を囲むための成形材料２１１１により圧密構造体として形成されるシェル構造体２１１を含み、複数の発光ユニット２１２の各々は、少なくとも１つの発光チップ２１２１と、発光チップ２１２１に結合された外部配線２１２２とを含み、複数の発光チップ２１２１は、成形材料２１１１を通してシェル構造体２１１の外部へと発光する。図４に示されるように、ランプソケット２２は、嵌合部分２２１および電力接続ユニット２２２を含む。嵌合部分２２１は、シェル一体型ＬＥＤアセンブリ２１をランプソケット２２と動作可能に接続するように構成され、電力接続ユニット２２２は、外部電源（図示せず）に結合される。図４において、電力接続ユニット２２２は、らせん構造体として示され、これはいずれの従来のランプソケット設計も満たし得る。更に、一実施形態において、電力接続ユニット２２２は、プラグイン構造体でもあり得る。電力接続ユニット２２２の構造は、従来技術であるので、関連する説明は、ここでは詳述されない。
【００４５】
図４に示されるように、シェル一体型ＬＥＤランプ２０は、外部配線２１２２（図２Ｅ）に結合され、発光ユニット２１２が発光するように制御するための駆動信号Ｄを対応して生成するべく、外部電源を受け取るように構成された駆動回路２３を更に含む。
【００４６】
もう１つの態様によれば、図５に示されるように、本発明は、シェル一体型ＬＥＤランプの製造方法を提供する。本方法は、複数の発光ユニットを提供する段階（段階Ｓ１）と、シェル構造体の形状に対応するキャビティを含む成形型を提供する段階（段階Ｓ２）と、キャビティにおける特定の予め定められた複数の位置に複数の発光ユニットを配置する段階（段階Ｓ３）と、硬化エポキシ樹脂接着剤、蛍光体混合物材料、および複数のナノ熱伝導粒子を含む成形材料を提供する段階（段階Ｓ４）と、成形材料の内部にある発光ユニットを囲むための成形材料によりシェル構造体を形成するべく、成形材料を複数の発光ユニットを有するキャビティに充填する段階（段階Ｓ５）とを備え、複数の発光ユニットの各々は、発光チップと、発光チップに結合された外部配線とを含む。複数の発光ユニットは、成形材料および成形材料における複数のナノ熱伝導粒子を通してシェル構造体外部へと発光する。ナノ熱伝導粒子の詳細に関しては、前述の複数の実施形態の説明を参照されたい。
【００４７】
本発明のシェル一体型ＬＥＤアセンブリは、全方向に発光し得、高い光束、高い発光効率性、良好な放熱、簡素な製造プロセス、高い歩留まり率、および製造プロセスにおいて必要とされる労働時間がより短い等、多くの利点を有する。更に、熱は、シェル構造体から外気へと直に放射され、ランプハウジングは、シェル構造体を覆う必要はない。シェル構造体は、同質の蛍光体複合樹脂構造体として形成され、従って、光の色温度は、一様であり、発光ユニットが発光する場合に、シェル構造体上に影または暗い領域は存在しない。
【００４８】
本発明の本シェル一体型ＬＥＤアセンブリは、ランプハウジング構造体を有しないことが注記される。つまり、本シェル構造体は、従来のランプハウジングおよび従来のＬＥＤの組み合わせとして機能し得る。本シェル一体型ＬＥＤアセンブリは、白色ＬＥＤおよびランプハウジングの両方として機能し得る。換言すれば、本シェル構造体は、従来の熱ラジエータおよび従来のランプハウジングの組み合わせとしても機能し得る。つまり、シェル構造体は、従来のランプハウジング、従来のＬＥＤ、および従来の熱ラジエータの組み合わせとして機能し得る。
【００４９】
本発明は、その特定の好ましい実施形態を参照してかなり詳細に説明されている。説明は、例示目的のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。当業者は、本発明の趣旨内における複数の変形形態および修正形態を容易に想像し得る。更に、本発明の実施形態または請求項は、上記の全ての目的、利点、または特徴を実現し、または含む必要はない。要約書および発明の名称は、調査に役立つように提供され、本発明の範囲に対する限定として解釈されるものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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