JP2008542976A - 高効率の熱放散を備えた高出力ｌｅｄを使用した照明機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、高出力のＬＥＤパッケージに適したパッケージ化されたシステムを提供する。このパッケージ化されたシステムは、高出力ＬＥＤパッケージによって発生する熱を効果的に放散させるために少なくとも一つの熱放散フィンによって取り囲まれる熱伝導装置を更に含む。この高効率の熱放散を備えたパッケージ化されたシステムは、単に筐体の中に本発明を設置して、それに対して電源接続を設けることによって、様々な突出した照明装置、例えば懐中電燈あるいは投光照明の中に組み込まれることができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、パッケージ化されたシステムに関し、このパッケージ化されたシステムは、発光装置をパッケージ化するためにあり、かつ照明機器を更に一体化することが可能である。特に、本発明はパッケージ化されたシステムに関し、このパッケージ化されたシステムは、高出力ＬＥＤをパッケージ化するためにあり、そして、それは高度に効率的な熱放散装置を提供し、かつ、種々の突出した照明機器、例えば懐中電燈あるいは投光照明に関する更なる用途のために一体化された電源および反射鏡装置を並べて置く。

現在、種々の形状を有する高照度ＬＥＤパッケージを製造することに投資する、多くの製造業者がある。高照度ＬＥＤパッケージと従来のＬＥＤ電球との間の差異は、高照度ＬＥＤがより大きいエミッタチップを使用することであるが、それはまた対応してより高い必要電源の原因となる。一般に、このパッケージは、元来は従来の電球を置換するように設計されている。しかし、高照度ＬＥＤの形状、寸法および必要電源の結果として、ＬＥＤ製造業者は製造に関して予想外の困難に直面した。この種の高照度ＬＥＤの具体例は、Ｌｕｘｅｏｎエミッタ組立体ＬＥＤである（Ｌｕｘｅｏｎは、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ照明ＬＬＣの登録商標である）。このパッケージが従来のＬＥＤ電球より高い照度を生成することが可能であるとはいえ、それはまたより大きな熱量も生成する。熱が効果的に放散されることができない場合、このエミッタチップは損傷されるかもしれない。

一般に、ＬＥＤパッケージによって発生する熱の問題を克服するために、ＬＥＤ製造業者は熱放散チャネルをＬＥＤパッケージに組み込む。例えば、Ｌｕｘｅｏｎ ＬＥＤは金属熱放散ボードと結合され、および、この金属熱放散ボードは熱を伝導するためにＬＥＤパッケージの背面に配設される。実際的な用途において、ずっと理想的な解決策は、ＬＥＤパッケージを効果的に冷却するために、熱放散表面を金属ボードに更に接触させることである。従来技術において、これらのＬＥＤパッケージが他の構成要素と結合する試みがあった。例えば、Ｌｕｘｅｏｎ ＬＥＤを使用する製造業者は、回路基板とＬｕｘｅｏｎ ＬＥＤを結合しようと試みる。回路基板は、ＬＥＤの熱放散チャネルの冷却効果を維持するためにＬＥＤの取り付け点の近くに多くの熱伝導ボードを配設する。これらの構成要素が効果的に熱を放散させることが可能であるとはいえ、それらの体積はしばしば小型照明機器、例えば懐中電燈あるいは投光照明、に組み込まれるにはあまりに大きい。同時に、熱伝導ボードを配設する回路基板はまた多くの他の放熱板材料をも含むので、多量の熱を加えることなく回路基板と熱伝導ボードを溶接することは非常に困難である。

したがって、高照度ＬＥＤの上に取り付けることが可能で、良い熱放散装置を含む構成要素を提供することが、必要である。さらに、この構成要素はまた照明機器に更に一体化される機能を有する。

本発明の目的は、高出力ＬＥＤの照明の効率が低下することを防ぐために高度に効率的な熱放散を備えた高出力ＬＥＤを使用した照明機器を提供することである。

本発明の別の目的は、パッケージ化されたシステムを提供し、このパッケージ化されたシステムは高出力ＬＥＤをパッケージ化するためにあり、そして、それは熱放散装置に高効率を提供する。このパッケージ化されたシステムは筐体の中に配設されるのに適しており、そして、種々の突出した照明機器が電源および光学反射鏡装置を更に一体化することによって構成される。換言すれば、このパッケージ化されたシステムはプラグアンドプレイ（またＰｎＰとも呼ばれる）機能を有する。

本発明の好ましい実施態様に従う照明機器は、筐体、反射鏡、パッケージ化されたシステムおよび電源を含む。筐体は、その上にヘッド側を規定する。反射鏡は筐体内に、かつヘッド側の近くに配設され、そして、それは開口を有する。パッケージ化されたシステムは、筐体内に配設されて、ケーシング、熱伝導装置、少なくとも一つの熱放散フィンおよび発光装置を含む。ケーシング内に配設される熱伝導装置は、一端に平坦部分を有し、そして、熱伝導装置は中空室であり、作動流体および毛細管構造がその中に配設される。この少なくとも一つの熱放散フィンは、ケーシング内に配設されて、熱伝導装置の周辺に取り付けられる。発光装置が、熱伝導装置の平坦な部分に取り付けられ、そして、点光源の形状で光を放射するために反射鏡の光心に、開口を通して配設され、そこにおいて発光装置の動作中に発生する熱が、平坦部分によって少なくとも一つの熱放散フィンに伝導され、そうすると、それは少なくとも一つの熱放散フィンによって放散される。発光装置に電気的に接続している電源は、光を発する場合、発光装置に電力を供給するために使用される。電源は、ケーシング内部にあるいは外側に配設されることができる。

本発明によれば、照明機器の熱放散の効率は、大いに向上される。この照明機器が高出力ＬＥＤを採用するにもかかわらず、光の発光中に発生する多量の熱は、ＬＥＤの発光効率を維持するために熱伝導装置および熱放散フィンによって効果的に放散することができる。さらに、本発明は種々の照明機器に適しているプラグアンドプレイのパッケージ化されたシステムを提供し、および、ユーザーは容易にパッケージ化されたシステムを取り付けることができ、かつ取り替えることができる。

本発明の目的は、さまざまな図および図面に例示される、以下の好ましい実施態様の詳細な説明を読み取ったあと、間違いなく当業者に明白になるであろう。

本発明の目的は、パッケージ化されたシステムを提供することであり、このパッケージ化されたシステムは、発光装置をパッケージ化するためにあり、かつ照明機器を更に一体化することが可能である。特に、本発明はパッケージ化されたシステムに関し、このパッケージ化されたシステムは、高出力ＬＥＤをパッケージ化するために使用され、それは高度に効率的な熱放散装置を提供し、かつ、種々の突出した照明機器、例えば懐中電燈あるいは投光照明に関する更なる用途のために一体化された電源および反射鏡装置を並べて置く。本発明に従う好適な実施態様が、次の通りに詳述される。

図１Ａを参照して、図１Ａは本発明の第１の好ましい実施態様に従う照明機器１の断面図である。照明機器１は、筐体１０、反射鏡１１、パッケージ化されたシステム１２および電源１４を備える。筐体１０は、その上にヘッド側を規定する。反射鏡１１は筐体１０内に、かつヘッド側の近くに配設され、そして、それは開口を有する。パッケージ化されたシステム１２は、筐体１０内に配設されて、ケーシング１２０、熱伝導装置１２２、少なくとも一つの熱放散フィン１２４および発光装置１２６を備える。

図１Ａに示すように、熱伝導装置１２２はケーシング１２０内に配設され、および、それは平坦部分を有する。熱伝導装置１２２は、中空室であり、作動流体および毛細管構造がその中に配設される。一実施態様において、熱伝導装置１２２はヒートパイプあるいは熱柱であり、および、平坦部分は熱導体の製造プロセスの間、追加の処理を有する。少なくとも一つの熱放散フィン１２４が、ケーシング１２０内に配設されて、熱放散の効率を向上するために熱伝導装置１２２の周辺に取り付けられる。発光装置１２６が、熱伝導装置１２２の平坦な部分に取り付けられ、そして、点光源の形状で光を放射するために反射鏡１１の光心に、開口を通して配設され、そこにおいて発光装置１２６の動作中に発生する熱が、少なくとも一つの熱放散フィン１２４に熱伝導装置１２２の平坦部分によって伝導され、そして次に、それは少なくとも一つの熱放散フィン１２４によって放散される。回路基板１６が、筐体１０内の熱伝導装置１２２の別の端に配設され、そして、それは発光装置１２６を制御して光を放射するための発光装置１２６および電源１４に、電気的に接続している。電源１４は筐体１０内に配設されて、光を放射する場合、発光装置１２６に電力を供給するための電線路（図１Ａに図示せず）経由で回路基板１６に、電気的に接続している。一実施態様において、反射鏡１１が発光装置１２６によって放射される光を筐体１０の外側に反射する。電源１４は、少なくとも一つの電池を備える。

図１Ｂは、本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器１の断面図である。図１Ｂに示すように、図１Ｂおよび図１Ａは同じ機能を実行する同じ注釈を伴うユニットを有するので、不必要な詳細はここで繰り返されない。好ましい実施態様において、筐体１０はその上縁部上にハンドル１００を設け、そして、より広いスペースが電源１４を配設するために筐体１０の下に構成される。照明機器１により高い電力入力を供給するために、電源１４はより多くの電池あるいは他の再充電可能な装置を備えることができる。

図２Ａを参照して、図２Ａは本発明の第３の好ましい実施態様に従う照明機器１の外部の斜視図である。図２Ｂは、照明機器１を示すＰ−Ｐラインに沿った図２Ａの断面図である。図２Ｃは、図２Ｂの照明機器１の別の実施態様を示す。図２Ｂに示すように、図２Ｂおよび図１Ａは同じ機能を実行するために同じ注釈を伴うユニットを有するので、不必要な詳細はここで繰り返されない。図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、電源１４は外部から筐体１０に接続することができ、あるいは、筐体１０内に配設することができる。一実施態様において、電源１４は直流電力を交流電力に変換するための電源とすることができる。

図３および図４は、本発明の一実施態様に従う熱伝導装置１２２および少なくとも一つの熱放散フィン１２４の立体的な図および側面図である。本発明の一実施態様に従う熱伝導装置１２２は蒸気サイクルを使用した熱放散方法を採用し、そして、その作動原理は以下に記載する。熱伝導装置１２２は中空室であり、そして、作動流体がその中に配置される。熱伝導装置１２２の材料は、銅である。中空室は真空であり、および毛細管構造（図３および図４に図示せず）が内部に配設される。中空室の一端が加熱されると、作動流体は熱を吸収し、蒸発して蒸気になる。蒸気は中空室の周辺に取り付けられる熱放散フィン１２４へ熱を迅速に導くことができ、および、熱放散フィン１２４はパッケージ化されたシステム１２から熱を更に放散させる。気体の作動流体は、凝縮されて液体作動流体になり、中空室の加熱された端部へ吸収されて熱サイクルを完了する。上記の通りに、熱放散フィン１２４とともに並べて置かれる熱伝導装置１２２は高効率の熱放散を有する。

図５ないし図７を参照して、図５は、本発明の一実施態様に従う発光装置１２６の鉛直方向の図である。発光装置１２６は、基板１２６０、少なくとも一つの半導体発光装置１２６２および２個の電極１２６４を備える。少なくとも一つの半導体発光装置１２６２が、光を放射するために基板１２６０上に配設される。２個の電極１２６４は、それぞれ基板１２６０上に配設されて、少なくとも一つの半導体発光装置１２６２の各々に電気的に接続している。一実施態様において、基板１２６０はシリコン材料あるいは金属材料から形成されることができ、および、少なくとも一つの半導体発光装置１２６２の各々は発光ダイオードあるいはレーザダイオードである。特に、この発光ダイオードは高出力および高照度を有する。特に、本発明に従う発光装置１２６は、少なくとも一つの半導体発光装置１２６２を単一のパッケージにパッケージ化するので、発光装置１２６は点光源の形状で光を発する。図６に示すように、発光装置１２６は熱伝導装置１２２の平坦な部分に取り付けられる。実際的な用途において、発光装置１２６はワイヤーボンディングあるいはチップを反転させることによって熱伝導装置１２２の平坦な部分に取り付けられることができる。図７に示すように、少なくとも一つの熱放散フィン１２４の各々はそれを通して少なくとも一本の電線路が回路基板１６および発光装置１２６に配線される少なくとも一つの形成されたスルーホール１２４０を有する。

図８ないし図１０を参照して、熱放散フィン１２４は、さまざまな実施態様を有する。図８は本発明に従う熱放散フィン１２４の一実施態様を例示し、および、この熱放散フィン１２４はディスク状である。図８に示すように、熱放散フィン１２４が不規則に、例えば鋸歯状の形状、花弁のような形状、あるいは放射状形状（図９に示すように）に形状化されることができ、および、ケーシング１２０の中に配設される機能は、主要な原理である。その中の熱放散フィン１２４は開いた穴を有することができ、そして、熱放散フィン１２４の材料は銅、アルミニウム、マグネシウムおよびアルミニウム合金あるいは他の類似した材料とすることができる。

図１１に示すように、パッケージ化されたシステム１２の熱放散の効率を向上するために、ケーシング１２０はその上に熱によって誘発される筐体１０およびケーシング１２０内の熱気がそれを通して外に排気される複数の換気口を設け、したがって、発光装置１２６の動作中に熱放散の効率を向上することができる。同じ目的を達成するために、図１２Ａないし図１２Ｃに示すように、その上の筐体１０はまた、複数の換気口を設ける。熱気を円滑に外へ排気させるために、ケーシング１２０の換気口１０２の各々は筐体１０の換気口１０２と一致することができ、そして、照明機器１内の熱は換気口１０２を通して外へ排出される。図１２Ｄは本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器１の外面図および拡大された部分投影図である。図１２Ｄに示すように、筐体１０はその上に複数の換気口１０２を設けて、換気口１０２の近くに流れ案内ボード１０４を配設し、熱気を流れ案内ボード１０４に沿って流れるようにする。

図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、照明機器１の熱放散の効率を向上するために、ファン１８が筐体１０の回路基板１６の一端に配設されることができる。ファン１８は回路基板１６に電気的に接続しており、および、回路基板１６は制御回路の使用によってファン１８のスイッチオンあるいはスイッチオフを制御する。制御回路（図１３Ａおよび図１３Ｂに図示せず）は、発光装置１２６の周囲の温度を検出するための回路基板１６によって動作される。温度があらかじめ定義された値より高い場合、制御回路は発光装置１２６を更に冷却するためにファン１８のスイッチを入れる。特に、図１３Ａおよび図１３Ｂはちょうど本発明に従う第１および第２の好適な実施態様を示す。

図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、図１４Ａは、本発明の第４の好ましい実施態様に従う照明機器１の外面図である。図１４Ｂは、照明機器１を示す図１４Ａの分解図である。図１４Ａに示すように、照明機器１の筐体１０はシェル１０６および埋め込み組立体１０８を備える。パッケージ化されたシステム１２の一端は、ケーシング１０のシェル１０６内に配設される。埋め込み組立体１０８がシェル１０６に取り付けられ、そして、埋め込み組立体１０８はその上に照明機器１の組立のための２つの弾性ボディ１０８０を有する。例えばユーザーが壁あるいは天井の穴に照明機器１を組立てたい場合、ユーザーは最初に、パッケージ化されたシステム１２のケーシング１２０にそれぞれ平行にするように、２つの弾性ボディ１０８０を曲げることができ、そして次に、壁あるいは天井の穴の中に照明機器１を埋め込むことができる。照明機器１が穴に埋め込まれると、２つの弾性ボディ１０８０は照明機器１を穴の中にとめるために常態に復元する。

本発明は、高効率の熱放散を有するパッケージ化されたシステムを提供し、このパッケージ化されたシステムは、発光装置をパッケージ化し、かつ高照度発光ダイオードによって発生する熱を、熱伝導装置および熱放散フィンによって、放散させるためにある。このパッケージ化されたシステムは、種々の突出する照明機器上の更なる用途に対して一体化された電源および反射鏡装置を並べて置く。上の具体例および説明によって、本発明の特徴および趣旨は十分に記載されていると期待される。当業者は、この装置の数多くの変更および改変が、本発明の教示を保持すると共に、なされることができることに容易に気づくであろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界および範囲のみによって限定されるとして解釈されるべきである。

本発明の第１の好ましい実施態様に従う照明機器の断面図である。 本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器の断面図である。 本発明の第３の好ましい実施態様に従う照明機器の外部の斜視図である。 照明機器を示すＰ−Ｐラインに沿った図２Ａの断面図である。 図２Ｂの照明機器の別の実施態様を示す。 本発明の一実施態様に従う熱伝導装置および少なくとも一つの熱放散フィンの立体的な図である。 本発明の一実施態様に従う熱伝導装置および少なくとも一つの熱放散フィンの側面図である。 本発明の一実施態様に従う発光装置の鉛直方向の図である。 本発明の一実施態様に従う発光装置を示し、および、この発光装置は熱伝導装置の平坦な部分に取り付けられている。 本発明に従う熱放散フィンの一実施態様を例示し、および、この熱放散フィンはそれを通して少なくとも電線路が通過することができる少なくとも一つの形成されたスルーホールを有する。 本発明に従う熱放散フィンの一実施態様を例示し、および、この熱放散フィンはディスク状である。 本発明に従う熱放散フィンの一実施態様を例示し、および、この熱放散フィンは不規則に形状化される。 本発明に従う熱放散フィンの一実施態様を例示し、および、この熱放散フィンは放射状に形状化される。 本発明に従うパッケージ化されたシステムの熱放散の効率を向上するために、ケーシングがその上に複数の換気口を設けることができることを例示する。 本発明の第１の好ましい実施態様に従う照明機器の熱放散の効率を向上するために、筐体がその上に複数の換気口を設けることができることを例示する。 本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器の熱放散の効率を向上するために、筐体がその上に複数の換気口を設けることができることを例示する。 本発明の第３の好ましい実施態様に従う照明機器の熱放散の効率を向上するために、筐体がその上に複数の換気口を設けることができることを例示する。 本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器の外面図および拡大された部分投影図であり、および、筐体はその上に複数の換気口を設けて、換気口の近くに流れ案内ボードを配設する。 本発明の第１の好ましい実施態様に従う照明機器の熱放散の効率を向上するために、ファンが筐体内に配設されることができることを例示する。 本発明の第２の好ましい実施態様に従う照明機器の熱放散の効率を向上するために、ファンが筐体内に配設されることができることを例示する。 本発明の第４の好ましい実施態様に従う照明機器の外面図である。 照明機器を示す図１４Ａの分解図である。

符号の説明

１ 照明機器
１０ 筐体
１１ 反射鏡
１２ パッケージ化されたシステム
１４ 電源
１６ 回路基板
１８ ファン
１００ ハンドル
１０２ 換気口
１０４ 流れ案内ボード
１０６ シェル
１０８ 埋め込み組立体
１２０ ケーシング
１２２ 熱伝導装置
１２４ 熱放散フィン
１２６ 発光装置
１０８０ 弾性ボディ
１２４０ 形成されたスルーホール
１２６０ 基板
１２６２ 半導体発光装置
１２６４ 電極

Claims (23)

1. 照明機器であって、
   その上にヘッド側を規定する筐体と、
   前記筐体内の、かつ前記ヘッド側の近くに配設される、反射鏡であって、開口を有する反射鏡と、58
   前記筐体内に配設されるパッケージ化されたシステムであって、
   ケーシングと、
   前記ケーシング内に配設され、平坦部分を有する、熱伝導装置と、
   前記ケーシング内に配設され、かつ前記熱伝導装置の周辺に取り付けられる、少なくとも一つの熱放散フィンと、
   前記熱伝導装置の前記平坦な部分に取り付けられ、かつ前記反射鏡の光心に前記開口を通して配設され、点光源の形状で光を発するための、発光装置と、を備え、前記発光装置の動作中に発生する熱が、前記平坦部分によって前記少なくとも一つの熱放散フィンまで伝導され、次いで前記少なくとも一つの熱放散フィンによって放散される、ことを特徴とする、パッケージ化されたシステムと、
   前記発光装置に電気的に接続され、前記光を発する場合、前記発光装置に電力を供給するための、電源と、を備える照明機器。
2. 前記反射鏡が、前記筐体の外側の前記発光装置によって放射される前記光を反射する、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
3. 前記筐体および前記ケーシングが、その上に前記熱によって誘発される前記筐体および前記ケーシング内の熱気がそれを通して外部に排気される複数の換気口を設け、したがって、前記発光装置の動作中に前記熱放散の効率を向上する、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
4. 前記少なくとも一つの熱放散フィンの各々が、前記熱伝導装置の周辺を取り囲んで配設される、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
5. 前記少なくとも一つの熱放散フィンの各々が、ディスク状である、ことを特徴とする請求項４に記載の照明機器。
6. 前記少なくとも一つの熱放散フィンの各々が、不規則に形状化される、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
7. 前記発光装置が、
   基板と、
   前記基板上に配設され、前記光を発するための、少なくとも一つの半導体発光装置と、
   それぞれ前記基板上に配設され、かつ前記少なくとも一つの半導体発光装置の各々に電気的に接続している、２個の電極と、を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
8. 前記基板が、シリコン材料から形成される、ことを特徴とする請求項７に記載の照明機器。
9. 前記基板が、金属材料から形成される、ことを特徴とする請求項７に記載の照明機器。
10. 前記少なくとも一つの半導体発光装置の各々が、発光ダイオードである、ことを特徴とする請求項７に記載の照明機器。
11. 前記少なくとも一つの半導体発光装置の各々が、レーザダイオードである、ことを特徴とする請求項７に記載の照明機器。
12. 前記筐体内に配設され、かつ前記発光装置および前記電源に電気的に接続され、前記少なくとも一つの半導体発光装置を、前記光を発するために制御するための、回路基板、を更に備える請求項７に記載の照明機器。
13. 前記少なくとも一つの熱放散フィンの各々が、少なくとも一本の電線路がそれを通して前記回路基板および前記発光装置に配線される少なくとも一つの形成されたスルーホールを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の照明機器。
14. 前記筐体内に配設され、前記発光装置の前記動作中に誘発される前記熱の前記熱放散の効率を向上するための、ファン、を更に備える請求項１２に記載の照明機器。
15. 前記ファンが、前記回路基板に電気的に接続しており、および、前記回路基板が制御回路の使用によって前記ファンのスイッチオンあるいはスイッチオフを制御する、ことを特徴とする請求項１４に記載の照明機器。
16. 前記制御回路機能が、前記発光装置の周辺の温度を検出して、前記ファンの前記スイッチオンあるいはスイッチオフを前記検出された温度に従って制御する、ことを特徴とする請求項１５に記載の照明機器。
17. 前記電源が、直流電源あるいは交流電源である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
18. 前記電源が、外部から前記筐体に接続している、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
19. 前記電源が、前記筐体内に配設される、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
20. 前記筐体が、
    前記パッケージ化されたシステムがその中に配設されるシェルと、
    前記シェル上に取り付けられ、その上に少なくとも一つの弾性ボディを有する埋め込み組立体と、を備え、前記照明機器が、前記少なくとも一つの弾性ボディの使用によって対象物内に埋め込まれることが可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
21. 前記筐体が、その上縁部上にハンドルを設ける、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
22. 前記熱伝導装置が、ヒートパイプである、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。
23. 前記熱伝導装置が、熱柱である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明機器。

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