低発光障害の高出力led街灯及びその製造方法

 

低発光障害の高出力LED街灯及びその製造方法が開示される。カラーマークが、N型半導体素子(6)又はP型半導体素子(7)を製造するために使用される末端の表面に予め作られ、次いで、N型半導体素子(6)及びP型半導体素子(7)が、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)の間にマトリクス形態で配列され、N型半導体素子(6)の先端がP型半導体素子(7)の末端に接続され、N型半導体獅子(6)の末端が、P型半導体素子(7)の先端に接続されるようになり、次いで、LEDバルブ(3)が載置される回路基板(2)の後方に、グラフェン熱伝導グリースオン層(4)を介して下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)が取り付けられ、放熱板(15)が、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)に載置され、次いで、放熱板(15)と共に回路基板(2)が、街灯ハウジング(1)に載置される。

 

 

本発明は、低発光障害の高出力LED街灯及びその製造方法に関し、高出力LED街灯の技術分野に属する。
最近、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)は、省エネルギー、高輝度及び小サイズ等の利点により照明用の光源として広範に適用されている。しかしながら、従来技術においては、LED光源の放熱構造は、通常、アルミニウム合金構造の冷却フィンを採用し、又は、放熱用の重いアルミニウム鋳造ピースを採用している。これらの構造が単純に見えるけれども、乏しい放熱効果、高い製造コスト、動作中にLEDランプを効果的に冷却することができない等の欠点があり、そのため、150Wを超える出力を有する高出力LEDランプには相応しくない。一方で、放熱しながらプロファイルアルミニウムがカスケード温度を生成するので、LEDは、70℃を超える温度下で動作し得、それは、LEDの劣化を加速し、実質的な発光障害現象が起こり、発光効率が大幅に低下し、それによってLEDの電力消費を増加させ、耐用寿命を短くし、コストを高くする。さらに、高出力LED街灯の放熱の要求に適合するように、冷却フィンは、大きく製造され、そのため、大きなサイズ及び重い重量等の問題がある。従って、光源としてLEDを採用する現在のLED街灯の構造的なスタイルは望ましくなく、それは、LED光源の利点である省電力を十分に実現できない。
従来技術における欠点を克服するために、本発明の目的は、低発光障害の高出力LED街灯及びその製造方法を提供することであり、それは、単純な構造であり、小サイズであり、軽量であり、高い発光効率、長い耐用寿命及び低消費電力などの利点を有する。
本発明は、以下の通り実現される:本発明による低発光障害の高出力LED街灯の製造方法は、LEDバルブが載置された回路基板の放熱用の冷却要素としてN型半導体素子及びP型半導体素子を採用する段階であって、冷却要素としてN型半導体素子及びP型半導体素子を採用したときに、N型半導体素子又はP型半導体素子を製造する結晶バーを、予め一端が大きく、他端が小さい円錐形状の結晶バーになるように処理し、次いで、同一厚さを有するウエハを得るために円錐形状の結晶バーをスライス状に切断し、より小さな直径を有する表面が先端であると見なされ、より大きな直径を有する表面が末端であると見なされる段階と、各ウエハの末端の表面にカラーマークを作る段階と、次いで、同一の多角柱形状に各ウエハの円錐面を切断し、粒状化する段階であって、多角柱形状を有する半導体が、先端及び末端を有するN型又はP型半導体素子である段階と、次いで、N型半導体素子及びP型半導体素子を上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの間にマトリクス形態で配列する段階であって、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの両方に導電回路が提供される段階と、を含み、各列のN型半導体素子及びP型半導体素子が直列に接続され、直列に接続されるとき、N型半導体素子の先端が、P型半導体素子の末端に接続され、又は、N型半導体素子の末端が、P型半導体素子の先端に接続されるようになり、次いで、グラフェン熱伝導グリースオン層を介してLEDバルブが載置される回路基板の背面に下部ベリリウム酸化物セラミックウエハを取り付ける段階と、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハに放熱板を載置する段階と、次いで、放熱板を有する回路基板を街灯ハウジングに載置する段階と、を含む。
上記方法によって構成される低発光障害の高出力LED街灯は、街灯ハウジング、LEDバルブが載置された回路基板及び直流電源を備え、回路基板が、導電ワイヤを介して直流電源に接続され、回路基板及び直流電源が、街灯ハウジングに載置され、街灯ハウジングの下部に透過性カバーが備えられ、少なくとも1つの下部ベリリウム酸化物セラミックウエハが、グラフェン熱伝導グリースオン層を介して回路基板の後方に接続され、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハが、下部ベリリウム酸化物セラミックウエハに備えられ、N型半導体素子及びP型半導体素子が、長方形状の形態で上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの間に接続され、N型半導体及びP型半導体の両方の端部に伝導カラーマークが備えられ、カラーマークを有する端部が、N型半導体素子又はP型半導体素子の末端であると見なされ、カラーマークを有しない端部が、N型半導体素子又はP型半導体素子の先端であると見なされ、N型半導体素子の各列及びP型半導体素子の各列がそれぞれ、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハに提供される上部導電プレート及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハに提供される下部導電プレートを介して直列に接続され、N型半導体素子の各列の先端が、P型半導体素子の各列の末端に接続され、又は、N型半導体素子の各列の末端が、P型半導体素子の各列の先端に接続され、N型半導体素子の各列及びP型半導体素子の各列が、列の最も外側の2つの端部に提供される上部導電プレート又は下部導電プレートの導電ワイヤを介して直流電源に接続され、ベリリウム銅プレートプレスブロックが、各上部ベリリウム酸化物セラミックウエハの上部表面に取り付けられ、放熱板が、ベリリウム銅プレートプレスブロックに載置される。
放熱板は、放熱アルミニウムベース、熱伝導パイプ及び冷却フィンからなり、放熱アルミニウムベースは、ベリリウム銅プレートプレスブロックにプレスされ、熱伝導パイプの下部は、平坦な形状になるように作られ、放熱アルミニウムベースの下部にある穴に組み込まれ、熱伝導パイプの下部の平坦な形状の表面は、ベリリウム銅プレートプレスブロックに取り付けられ、冷却フィンは、熱伝導パイプの上部に接続され、放熱アルミニウムベース上に配置され、放熱アルミニウムベースは、ネジで回路基板に固定される。
放熱板の熱伝導パイプは、熱伝導性液体で充填される。
街灯ハウジングの側部に放熱穴が備えられる。
N型半導体素子及びP型半導体素子の通常の製造に基づく上記技術的方法の採用によって、半導体結晶バーは、切断後にカラーマークを有して作られ、N型半導体素子又はP型半導体素子の先端及び末端が、簡便な方法で区別され、先端又は末端の向きを整えることによって、切断前の結晶バーの向きに一致することができるようになる。そのようなものとして、N型半導体素子及びP型半導体素子を採用する半導体の低温ドーム結合素子(cold dome couple element)を形成するとき、先端及び末端を区別することが容易であり、それによって、N型半導体素子及びP型半導体素子を接続するとき、区別できない先端及び末端によって先端及び末端が無秩序に接続され、形成される半導体低温ドーム結合素子の動作効率が低減されるという従来技術における状況を避ける。本発明のN型半導体素子及びP型半導体素子を採用する低温素子を製造するとき、先端及び末端の秩序がある接続を実現することが簡便であり、それは、N型半導体素子及びP型半導体子の各々の動作効率を増加させ、冷凍及び冷却デバイス全体の冷凍効果を効果的に増加させる。本発明のN型半導体素子及びP型半導体素子を採用して形成される半導体低温ドーム結合素子が動作中にあるとき、低温端部及び高温端部の間の温度差は、73〜78℃であり、冷凍効果は、従来技術に比べて非常に優れる。さらに、本発明において、N型半導体素子及びP型半導体素子を採用するLED光源の回路基板を直接冷却し冷凍し、又は熱除去を行うことを介して、LED光源の回路基板の動作温度は、大幅に低下され得る。本発明において、動作中、通常動作中に直流電源に電源供給装置を置くことだけが必要であり、同時に、LED光の回路基板のLEDバルブは、通常動作し、N型半導体素子及びP型半導体素子によって形成される半導体低温ドーム結合素子は、動作中に冷凍し始め、半導体低温ドーム結合素子の低温端部は、LED光源の回路基板を冷やし、冷凍し、半導体低温ドーム結合素子の高温端部によって生成される熱は、放熱板の熱伝導パイプを介して冷却フィンに伝わり、冷却フィンは、空気中に放熱する。試験後に、本発明の方法を用いた冷却及び放熱の状況下でLED光源の回路の出力が200Wであるとき、9000時間の連続動作後に、LED光源の回路基板上のLEDの温度は、60℃を超えることはなく、LEDの発光障害現象は起こらない。200Wの低発光障害のLED街灯の重量は、5kg未満であり、それは、同一の出力の通常のLED街灯の1/3であり、そのサイズは、同一の出力の通常のLED街灯の1/2である。従って、従来技術と比較して、本発明は、良好な放熱効果、LED光源の大幅に低下した動作温度、発光障害がないこと、長い耐用寿命、良好な動作安定性及びLEDバルブの増加した動作効率等の利点を有する。
本発明の概略構成図である。 街灯用のハウジング及び透過性カバーを取り外した後の、図1のA−A線に沿った概略断面図である。
参照符号1は、街灯ハウジングを示し、参照符号1.1は、放熱ホールを示し、参照符号2は、回路基板を示し、参照符号3は、LEDバルブを示し、参照符号4は、グラフェン熱伝導グリース層を示し、参照符号5は、透過性カバーを示し、参照符号6は、N型半導体素子を示し、参照符号7は、P型半導体素子を示し、参照符号8は、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハを示し、参照符号9は、下部ベリリウム酸化物セラミックウエハを示し、参照符号10は、上部導電プレートを示し、参照符号11は、下部導電プレートを示し、参照符号12は、導電ワイヤを示し、参照符号13は、直流電源を示し、参照符号14は、ベリリウム銅プレートプレスブロックを示し、参照符号15は、放熱板を示し、参照符号15.1は、放熱アルミニウムベースを示し、参照符号15.2は、熱伝導パイプを示し、参照符号15.3は、冷却フィンを示し、参照符号15.4は、熱伝導性液体を示し、参照符号16は、ネジを示す。
本発明は、添付の図面及び実施形態を参照して以下にさらに詳細に記載される。
本発明の実施形態:本発明による低発光障害の高出力LED街灯の製造方法は、LEDバルブが載置された回路基板の放熱用の冷却要素としてN型半導体素子及びP型半導体素子を採用する段階を含み、冷却要素としてN型半導体素子及びP型半導体素子を採用したときに、N型半導体素子又はP型半導体素子を製造する結晶バーが、予め一端が大きく、他端が小さい円錐形状の結晶バーになるように処理され(結晶の小さい端部の直径は、実際の要求に応じて決定され得、そのテーパ度は、2から5度の範囲で制御され得る)、次いで、円錐形状の結晶バーが、同一厚さを有するウエハを得るためにスライス状に切断され、より小さな直径を有する表面が先端であると見なされ、より大きな直径を有する表面が末端であると見なされ、カラーマークが、各ウエハの末端の表面に作られ、次いで、各ウエハの円錐面が、同一の多角柱形状に切断され、粒状化され、多角柱形状を有する半導体が、先端及び末端を有するN型又はP型半導体素子であり、次いで、N型半導体素子及びP型半導体素子が、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの間にマトリクス形態で配列され、それらの両方に導電回路が提供され、各列のN型半導体素子及びP型半導体素子が直列に接続され、直列に接続されるとき、N型半導体素子の先端が、P型半導体素子の末端に接続され、又は、N型半導体素子の末端が、P型半導体素子の先端に接続されるようになり、次いで、下部ベリリウム酸化物セラミックウエハが、グラフェン熱伝導グリースオン層を介してLEDバルブが載置される回路基板の背面に取り付けられ、放熱板が上部ベリリウム酸化物セラミックウエハに載置され、次いで、回路基板が、放熱板と共に街灯ハウジングに載置される。
上記方法による低発光障害の高出力LED街灯の構造は、図1及び図2に示される通りであり、低発光障害の高出力LED街灯は、街灯ハウジング1、LEDバルブ3が載置された回路基板2及び直流電源13を含み、それらの全ては、従来技術における製品を採用し得る。街灯ハウジングは、プラスチック又は金属材料で作られる街灯ハウジング製品を採用することができ、電極ホルダーと接続する末端シートが備えられる。回路基板2は、導電ワイヤを介して直流電源13に接続され、回路基板2及び直流電源13は、街灯ハウジング1に載置される。少なくとも1つの下部ベリリウム酸化部セラミックウエハ9(回路基板2の後方に接続される下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ9の数は、使用される回路基板2の面積に応じて決定され得、製造中に、回路基板2の後方に、好ましくは、下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ9が完全に取り付けられる)は、グラフェン熱伝導グリースオン層4を介して回路基板2の後方に接続される。次いで、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ8は、下部セラミック酸化物ウエハ9に提供され、一方で、通常の長方形の形態で配置されるN型半導体素子6及びP型半導体素子7は、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ8及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ9の間に接続される。載置するとき、N型半導体及びP型半導体の両方の端部に伝導カラーマークが備えられ、カラーマークを有する端部がN型半導体素子6又はP型半導体素子7の末端と見なされ、カラーマークを有しない端部が、N型半導体素子6又はP型半導体素子7の先端と見なされる。N型半導体素子6の各列及びP型半導体素子7の各列がそれぞれ、上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ8に提供される上部導電プレート10及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ9に提供される下部導電プレート11を介して直列に接続され、N型半導体素子6の各列の先端が、P型半導体素子7の各列の末端に接続され、N型半導体素子6の各列及びP型半導体素子7の各列が、列の最も外側の2つの端部に提供される上部導電プレート10又は下部導電プレート11の導電ワイヤ12を介して直流電源13に接続されるようになる。高い機械強度及び伝導性を有するベリリウム銅プレートプレスブロック14は、各上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ8の上部表面に取り付けられ、放熱板15は、ベリリウム銅プレートプレスブロック14に載置される。放熱板15は、放熱アルミニウムベース15.1、熱伝導パイプ15.2及び冷却フィン15.3からなる(図1及び図2に示されるように)。放熱アルミニウムベース15.1は、ベリリウム銅プレートプレスブロック14にプレスされ、熱伝導パイプ15.2の下部は、平坦な形状になるように作られ、放熱アルミニウムベース15.1の下部にある穴に組み込まれ、一方、熱伝導パイプ15.2の下部の平坦な形状の表面は、ベリリウム銅プレートプレスブロック14に取り付けられ、次いで、冷却フィン15.3は、熱伝導パイプ15.2の上部に接続され、冷却フィン15.3は、放熱アルミニウムベース15.1上に配置され、次いで、放熱アルミニウムベース15.1は、ネジ16で回路基板2に固定される(接続するとき、ネジ16及び回路基板2が互いに絶縁されることに留意すべきである)。より良好な熱伝導及び放熱を実現するために、熱伝導性液体15.4は、熱伝導パイプ15.2に充填され得、熱伝導性液体15.4が充填されるとき、熱伝導パイプ15.2の空間が完全に充填されるべきではなく、熱伝導性液体15.4がそこに流れるように特定の空間が残っているべきであることに留意すべきである。熱伝導性液体15.4は、標準海水、蒸留水又は変圧器油であり得る。より良好な放熱を実現するために、放熱穴1.1は、街灯ハウジング1の対称的な両方の側部に提供され得る。最後に、透過性カバー5は、街灯ハウジング1の下部に載置される。透過性カバー5は、通常の方式でガラス又は有機ガラスで作られ得る。
1 街灯ハウジング
1.1 放熱ホール
2 回路基板
3 LEDバルブ
4 グラフェン熱伝導グリース層
5 透過性カバー
6 N型半導体素子
7 P型半導体素子
8 上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ
9 下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ
10 上部導電プレート
11 下部導電プレート
12 導電ワイヤ
13 直流電源
14 ベリリウム銅プレートプレスブロック
15 放熱板
15.1 放熱アルミニウムベース
15.2 熱伝導パイプ
15.3 冷却フィン
15.4 熱伝導性液体
16 ネジ



  1. LEDバルブが載置された回路基板の放熱用の冷却要素としてN型半導体素子及びP型半導体素子を採用する段階であって、前記冷却要素として前記N型半導体素子及び前記P型半導体素子を採用したときに、前記N型半導体素子又は前記P型半導体素子を製造する結晶バーを、予め一端がより大きく、他端がより小さい円錐形状の結晶バーになるように処理し、次いで、同一厚さを有するウエハを得るために前記円錐形状の結晶バーをスライス状に切断し、より小さな直径を有する表面が先端であると見なされ、より大きな直径を有する表面が末端であると見なされる段階と、
    各ウエハ前記末端の表面にカラーマークを作る段階と、
    次いで、同一の多角柱形状に各ウエハの円錐面を切断し、粒状化する段階であって、前記多角柱形状を有する半導体が、前記先端及び前記末端を有するN型又はP型半導体素子である段階と、
    次いで、前記N型半導体素子及びP型半導体素子を上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの間にマトリクス形態で配列する段階であって、前記上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ及び前記下部ベリリウム酸化物セラミックウエハの両方に導電回路が提供される段階と、
    を含み、
    各列の前記N型半導体素子及び前記P型半導体素子が直列に接続され、直列に接続されるとき、前記N型半導体素子の先端が、前記P型半導体素子の末端に接続され、又は、前記N型半導体素子の末端が、前記P型半導体素子の先端に接続されるようになり、
    次いで、グラフェン熱伝導グリースオン層を介して前記LEDバルブが載置される前記回路基板の背面に前記下部ベリリウム酸化物セラミックウエハを取り付ける段階と、
    前記上部ベリリウム酸化物セラミックウエハに放熱板を載置する段階と、
    次いで、前記放熱板を有する前記回路基板を街灯ハウジングに載置する段階と、
    を含む、低発光障害の高出力LED街灯の製造方法。

  2. 街灯ハウジング(1)、LEDバルブ(3)が載置された回路基板(2)及び直流電源(13)を備える低発光障害の高出力LED街灯であって、
    前記回路基板(2)が、導電ワイヤを介して前記直流電源に接続され、
    前記回路基板(2)及び前記直流電源(13)が、前記街灯ハウジング(1)に載置され、
    前記街灯ハウジング(1)の下部に透過性カバー(5)が備えられ、
    少なくとも1つの下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)が、グラフェン熱伝導グリースオン層(4)を介して前記回路基板(2)の後方に接続され、
    上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)が、前記下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)に備えられ、
    N型半導体素子(6)及びP型半導体素子(7)が、長方形状の形態で前記上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)及び前記下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)の間に接続され、
    前記N型半導体及び前記P型半導体の両方の端部に伝導カラーマークが備えられ、
    前記カラーマークを有する端部が、前記N型半導体素子(6)又は前記P型半導体素子(7)の末端であると見なされ、
    前記カラーマークを有しない端部が、前記N型半導体素子(6)又は前記P型半導体素子(7)の先端であると見なされ、
    N型半導体素子(6)の各列及びP型半導体素子(7)の各列がそれぞれ、前記上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)に提供される上部導電プレート(10)及び前記下部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(9)に提供される下部導電プレート(11)を介して直列に接続され、
    前記N型半導体素子(6)の各列の先端が、前記P型半導体素子(7)の各列の末端に接続され、又は、前記N型半導体素子(6)の各列の末端が、前記P型半導体素子(7)の各列の先端に接続され、
    N型半導体素子(6)の各列及びP型半導体素子(7)の各列が、前記列の最も外側の2つの端部に提供される前記上部導電プレート(10)又は前記下部導電プレート(11)の導電ワイヤ(12)を介して直流電源(13)に接続され、
    ベリリウム銅プレートプレスブロック(14)が、各上部ベリリウム酸化物セラミックウエハ(8)の上部表面に取り付けられ、
    放熱板(15)が、前記ベリリウム銅プレートプレスブロック(14)に載置される、低発光障害の高出力LED街灯。

  3. 前記放熱板(15)が、放熱アルミニウムベース(15.1)、熱伝導パイプ(15.2)及び冷却フィン(15.3)からなり、
    前記放熱アルミニウムベース(15.1)が、前記ベリリウム銅プレートプレスブロック(14)にプレスされ、
    前記熱伝導パイプ(15.2)の下部が、平坦な形状になるように作られ、前記放熱アルミニウムベース(15.1)の下部にある穴に組み込まれ、
    前記熱伝導パイプ(15.2)の下部の平坦な形状の表面が、前記ベリリウム銅プレートプレスブロック(14)に取り付けられ、
    前記冷却フィン(15.3)が、前記熱伝導パイプ(15.2)の上部に接続され、前記放熱アルミニウムベース(15.1)上に配置され、
    前記放熱アルミニウムベース(15.1)が、ネジ(16)で前記回路基板(2)に固定される、
    請求項2に記載の低発光障害の高出力LED街灯。

  4. 前記放熱板(15)の前記熱伝導パイプ(15.2)が、熱伝導性液体(15.4)で充填される、請求項3に記載の低発光障害の高出力LED街灯。

  5. 前記街灯ハウジング(1)の側部に放熱穴(1.1)が備えられる、請求項2に記載の低発光障害の高出力LED街灯。

 

 

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【課題】本発明は、フレキシブル熱電素子およびその製造方法に関し、ガラス繊維などからなるメッシュ(Mesh)状基板に熱電物質を形成することを特徴とする。
【解決手段】本発明によれば、アルミナなどからなる基板無しでメッシュ状基板で熱電物質を支持するため、フレキシブルと軽量であることは勿論のこと、基板による熱損失を最小化して熱電効率が極大化するという効果がある。
【選択図】図2
熱電素子を形成するための気相法は、反応空間内に基板を提供することを含み、基板は基板に隣接する金属材料のパターンを含み、金属材料は基板の酸化を触媒するように構成される。その後、金属材料は、基板内のホール又は基板からのワイヤを形成するために、気相酸化剤及び気相化学エッチング剤を有するガスに曝露される。
【選択図】 図10
本発明は、広がり(2)を有する糸(1)に関し、糸(1)は、少なくとも部分的に熱電材料(3)を備える。さらに、本発明は、熱電モジュール(15)用の部品(12)の製造のための方法に向けられ、少なくとも以下のステップを含む:a)広がり(2)を有する糸(1)を提供するステップ、b)外側周囲面(14)を有する管状のレセプタクルを提供するステップ、c)その少なくとも1つの糸(1)をその管状のレセプタクル(13)の周りに巻き、外側周囲面(14)に、熱電モジュール(15)用の少なくとも1つの環状の部品(12)が形成されるようにするステップ。
【選択図】図8
本発明は、熱電部品(1)の製造のための方法および熱電部品(1)に向けられている。熱電部品は、熱電材料(3)でコーティングされた少なくとも1つの繊維(4)を備え、熱電部品(1)は環状に形成され、コーティングされた繊維(4)は、周囲方向(9)に少なくとも120°の角度範囲(10)にわたって延びる。
【選択図】図3
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