JP5050250B2 - 熱放散構造を有しかつ最適な光の分布を有するｌｅｄモジュール - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤモジュール、特に熱放散構造を有しかつ最適な光の分布を有するＬＥＤモジュールに関する。

エネルギー不足の危険性、および社会の認識の高まりを受け、政府および環境保護団体は、光源を改良することによりエネルギーの節約を進めようとする努力を行っている。現在の解決策として、低エネルギーの蛍光灯が挙げられるが、蛍光灯バルブは嵩張るうえに水銀を含むので、破損したり、あるいは不適切に廃棄される場合、健康上の問題を引き起こす可能性がある。

それゆえ、発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する）は小さく、効果的である。さらに、ＬＥＤ技術は発展途上にあるため、ＬＥＤの照度は日進月歩であり、かつその製造費が低下してきているため、ＬＥＤが他の光源に取って代わりつつある。

しかしながら、ＬＥＤランプ用のＬＥＤモジュールは、各ＬＥＤが指向性の高い光を放射するため、通常小さくて不均一な照明領域を提供する。ＬＥＤモジュールを天井に配置すると、中心から周辺への光勾配が蛍光灯よりも明らかに低減する。

そのうえ、ＬＥＤモジュールは、熱を生成するＬＥＤを数多く同時点灯することを必要とする。従来は、ＬＥＤモジュールの表面積を増大させかつ熱伝導性を高めるために、ＬＥＤモジュールに取り付けられた複数の金属製フィンによって、熱を放散させている。しかしながら、長時間の使用により、フィン周辺の空気の温度は高くなり、ＬＥＤモジュールの熱放散効率は低くなる。

本発明は、上述の問題を減じるまたは排除するために、熱放散構造を有しかつ最適な光の分布を有するＬＥＤモジュールを提供する。

本発明の主な目的は、熱放散構造を有しかつ最適な光の分布を有するＬＥＤモジュールを提供することにある。

ＬＥＤモジュールは、熱放散ブラケット、基板、複数のＬＥＤ組立体、および２つの回転式取付用組立体を含む。熱放散ブラケットは、トップパネル、ボトムパネル、および複数の送気管を有する。各送気管は、対応するトップパネルの頂部孔とボトムパネルの底部孔とを接続する。基板は、ボトムパネルに取り付けられ、かつ送気管にそれぞれ対応する複数の独立した貫通孔を有する。ＬＥＤ組立体を、２つの隣接する貫通孔の間において基板にそれぞれ取り付ける。回転式取付用組立体を、それぞれ熱放散ブラケットの２つの端部に接続し、熱放散ブラケットは、回転式取付用組立体を用いて回転させることによってＬＥＤ組立体の照明方向を変更するように適合されている。熱放散ブラケットおよび回転式取付用組立体を用いて、ＬＥＤモジュールに、良好な熱分散効率および最適な光の分布が得られる。

本発明の他の目的、利点および新規の特徴は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかとなる。

本発明によるＬＥＤモジュールの第１の実施形態の斜視図である。 回転式取付用組立体のない状態で示す、図１のＬＥＤモジュールの別の斜視図である。 図２のＬＥＤモジュールの動作時の断面図である。 回転式取付用組立体のない状態で示す、本発明によるＬＥＤモジュールの第２の実施形態の斜視図である。 図４のＬＥＤモジュールの断面図である。 回転式取付用組立体の第２の実施形態を示す、ＬＥＤモジュールの拡大された部分的な斜視図である。 回転式取付用組立体の第３の実施形態を示す、ＬＥＤモジュールの拡大された部分的な斜視図である。 ＬＥＤモジュールの回転式取付用組立体の第４の実施形態を示す、ＬＥＤモジュールの拡大された部分的な斜視図である。 本発明の複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤランプの第１の実施形態の斜視図である。 本発明の複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤランプの第２の実施形態の斜視図である。 本発明の複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤランプの第３の実施形態の斜視図である。 本発明のＬＥＤモジュール用の照明制御システムのブロック図である。

図１を参照すると、本発明によるＬＥＤモジュールは、熱放散ブラケット（１０）、基板（２０）、複数のＬＥＤ組立体（３０）、および２つの回転式取付用組立体（４０）を含む。

さらに図２を参照すると、熱放散ブラケット（１０）は、２つの対向端部、トップパネル（１１）、ボトムパネル（１２）、および複数の送気管（１３）を含む。トップパネルは、トップパネル（１１）を貫通して形成された複数の独立した頂部孔（１１０）を有する。ボトムパネル（１２）は、前面部と、頂部孔（１１０）にそれぞれ対応してボトムパネル（１２）を貫通して形成された複数の独立した底部孔（１２０）とを有する。送気管（１３）は、トップパネル（１１）とボトムパネル（１２）との間に取り付けられ、対応する頂部孔（１１０）と底部孔（１２０）とを接続する。

ボトムパネル（１２）の前面部に基板（２０）を取り付け、基板（２０）は、複数の独立した貫通孔（２００）を有する。基板（２０）の貫通孔（２００）は、基板（２０）を貫通させて形成し、送気管（１３）に対応する。基板（２０）は、回路を形成する複数の金属線を有することができ、かつボトムパネル（１２）の前面部に熱伝導性接着剤によって結合され得る。

さらに図３を参照すると、各ＬＥＤ組立体（３０）は、２つの隣接する貫通孔（２００）の間において基板（２０）に取り付けられている。本発明の第１の実施形態では、ＬＥＤ組立体（３０）は、ＬＥＤユニット（３１）、スリーブ（３２）、レンズユニット（３３）、第１の防水ワッシャ（３４）、および第２の防水ワッシャ（３５）を含む。ＬＥＤユニット（３１）を、表面実装技術によって基板（２０）にハンダ付けし得る。スリーブ（３２）をＬＥＤユニット（３１）の周りに取り付ける。レンズユニット（３３）をスリーブ（３２）に収容し、ＬＥＤユニット（３１）に取り付ける。第１の防水ワッシャ（３４）を、スリーブ（３２）と基板（２０）との間に配置する。第２の防水ワッシャ（３５）をレンズユニット（３３）とスリーブ（３２）との間に配置する。ＬＥＤ組立体（３０）は第１および第２の防水ワッシャ（３４、３５）によって防水性を有するようにされている。ＬＥＤユニット（３１）が点灯されていて、ボトムパネル（１２）の周辺の空気が加熱されている場合、ボトムパネル（１２）の底部孔（１２０）における温度はトップパネル（１１）の頂部孔（１１０）よりも高くなり、ボトムパネル（１２）の底部孔（１２０）における空気密度は低くなる。送気管（１３）が底部孔（１２０）と頂部孔（１１０）とを接続するため気流が生じ、空気を、送気管（１３）を通して底部孔（１２０）から頂部孔（１１０）へ動かす。そのような指向性の対流によって、従来のＬＥＤモジュールの非指向性の対流と比較して低い温度において熱平衡が得られる。それゆえ、熱放散効率が高くなる。

回転式取付用組立体（４０）をそれぞれ熱放散ブラケット（１０）の端部に接続し、熱放散ブラケット（１０）は、回転式取付用組立体（４０）を用いて回転させることによってＬＥＤ組立体（３０）の照明方向を変更するように適合されている。それぞれ、固定部材（４１）および回転部材（４２）を有する。固定部材（４１）は、ＬＥＤランプのケーシングのマウントに装着するように適合されている。回転部材（４２）は、固定部材（４１）に回転式に取り付けられ、かつ熱放散ブラケット（１０）の対応する端部に接続され、ここで熱放散ブラケット（１０）は、固定部材（４１）に対して回転部材（４２）を介して回転する。回転式取付用組立体（４０）の第１の実施形態では、固定部材（４１）および回転部材（４２）はシリンダーである。固定部材（４１）は回転部材（４２）と同軸であり、回転部材（４２）の表面から突出し、かつ回転部材（４２）の直径よりも小さい直径を有する。

さらに図６を参照すると、回転式取付用組立体（４０）の第２の実施形態では、固定部材（４１ａ）は輪状であり、回転部材（４２ａ）の周りに装着されている。

さらに図７を参照すると、回転式取付用組立体（４０）の第３の実施形態では、固定部材（４１ｂ）はＬ字形であり、本体および取付タブを有する。本体は回転部材（４２ｂ）に取り付けられている。取付タブは本体に形成されてその本体から横方向に突出し、かつＬＥＤランプのハウジングのマウントに取り付けられている。

さらに図８を参照すると、回転部材（４２ｃ）は端部および隣接パネル（４２０）を有する。隣接パネル（４２０）は、回転部材（４２ｃ）の端部に取り付けられ、湾曲したスロット（４２１）を有する。固定部材（４１ｃ）は表面および突起（４１０）を有する。突起（４１０）は、固定部材（４１ｃ）の表面に形成されてその表面から突出し、隣接パネル（４２０）の湾曲したスロット（４２１）に摺動可能に取り付けられている。

さらに図４および５を参照すると、ＬＥＤモジュールの第２の実施形態では、ＬＥＤモジュールはさらに、基板（２０）に取り付けられたカバー（５０）を含み、各ＬＥＤ組立体（３０）はＬＥＤユニット（３１）およびレンズユニット（３３ａ）を有する。ＬＥＤユニット（３１）は、カバー（５０）を貫通して基板（２０）にハンダ付けされる。前記レンズユニット（３３ａ）は底部（３３ｂ）を有する。レンズユニット（３３ａ）の底部（３３ｂ）を、エポキシ樹脂を使用して基板（２０）およびカバー（５０）に接続し得る。

図９を参照すると、ＬＥＤランプに適用する場合、本発明の複数のＬＥＤモジュール（１）が、ＬＥＤランプのケーシング（２）の放射側に並んで配置される。各ＬＥＤモジュール（１）は、回転式組立体（４０）の固定部材（４１）をケーシング（２）の対応するマウントに固定することによって、ケーシング（２）に取り付ける。回転部材（４２）は固定部材（４１）に取り付けられているため、熱放散ブラケット（１０）は固定部材（４１）に対して回転し、ＬＥＤ組立体（３０）の照明方向を変更することができる。各ＬＥＤモジュール（１）を適切な照明方向に調整する限り、ＬＥＤランプは広範囲に均一に照明することができる。

その上、ＬＥＤモジュール（１）を並べて配置することに限定しないので、設計条件を満たすためにいかなる配置とすることも可能である。さらに図１０を参照すると、一群のＬＥＤモジュール（１）を別の群のＬＥＤモジュール（１）に対して垂直に配置することができる。

さらに図１１を参照すると、ＬＥＤランプのケーシング（２）は、複数のＬＥＤモジュール（１）を配置するために中心平面（２００）および２つの側部平面（２０１）を提供し得る。ここでは、各側部平面（２０１）は、中心平面（２００）の２つの対向端部から斜めに延在する。さらに、レンズユニット（３３）は、ＬＥＤの点光源を均一に発散させる回折器を有する。それゆえ、ＬＥＤ組立体（３０）各々が、特定の照明範囲を有する一様の光源を提供する。必要な光の分布を満たすために、異なる照明方向を有するＬＥＤモジュール（１）は、回折、屈折または分散をもたらす異なるレンズユニット（３３）と協働し得る。

さらに図１２を参照すると、本発明を照明制御システムにおいて実施し得る。照明制御システムは、複数のＬＥＤモジュール（１）、電源装置（６）、複数の定電流ドライバ（７）、およびマイクロコントロールユニット（８）を含む。電源装置（６）は、ＡＣ外部電力をＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣアダプタ、またはＤＣ電力を提供する太陽電池システムとし得る。各定電流ドライバ（７）は、ＬＥＤモジュール（１）と接続し、ＰＷＭ（パルス幅変調）能力を有し、かつＰＷＭ輝度調節ピンを有する非線形の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとし得る。マイクロコントロールユニット（８）を定電流ドライバ（７）に接続して、各ＬＥＤモジュール（１）用の動作電流を、定電流ドライバ（７）を介して設定する。マイクロコントロールユニット（８）は初めに、矩形波状の信号のデューティーサイクルを設定し、矩形波状の信号を定電流ドライバ（７）のＰＷＭ輝度調節ピンに送信して、各ＬＥＤモジュール（１）の動作電流を設定する。例えば、最大動作電流値を分圧によって７００ｍＡに設定するとき、５ボルトの高電圧レベル信号がＰＷＭ輝度調節ピンに供給される場合、定電流ドライバ（７）は７００ｍＡの最大動作電流を出力できる。ＰＷＭ輝度調節ピンが９０％のデューティーサイクルの矩形波状の信号を受信する場合、定電流ドライバ（７）は動作電流を６３０ｍＡに調節する。ＰＷＭ輝度調節ピンが８０％のデューティーサイクルの矩形波状の信号を受信した場合、定電流ドライバ（７）は動作電流を５６０ｍＡに、７０％の場合は４９０ｍＡに、などと調節する。それゆえ、異なるデューティーサイクルの矩形波状の信号を設定し、かつ信号を各定電流ドライバ（７）のＰＷＭ輝度調節ピンに供給することによって、マイクロコントロールユニット（８）は正確かつ効率的に各ＬＥＤモジュール（１）の動作電流を好適な値に設定できる。それにより、要求に応じて照明分布を調節できる。

本発明の構造および特徴の詳細と共に本発明の多くの特徴および利点を上述の説明に記載したが、本開示は例示目的に過ぎない。添付の特許請求の範囲で表現される用語の広範な趣旨が示す限りにおいて、本発明の原理内で詳細、具体的には部品の形状、サイズ、および配置に関して変更を加えることができる。

１ ＬＥＤモジュール
２ ケーシング
６ 電源装置
７ 定電流ドライバ
８ マイクロコントロールユニット
１０ 熱放散ブラケット
１１ トップパネル
１２ ボトムパネル
１３ 送気管
２０ 基板
３０ ＬＥＤ組立体
３１ ＬＥＤユニット
３２ スリーブ
３３ レンズユニット
３３ａ レンズユニット
３３ｂ レンズユニットの底部
３４ 第１の防水ワッシャ
３５ 第２の防水ワッシャ
４０ 回転式取付用組立体
４１ 固定部材
４１ａ 固定部材
４１ｂ 固定部材
４１ｃ 固定部材
４２ 回転部材
４２ａ 回転部材
４２ｂ 回転部材
４２ｃ 回転部材
５０ カバー
１１０ 頂部孔
１２０ 底部孔
２００ 貫通孔、中心平面
２０１ 側部平面
４１０ 突起
４２０ 隣接パネル
４２１ 湾曲したスロット
９３ エポキシ樹脂

Claims (9)

1. 熱放散ブラケットであって、
   ２つの対向端部、
   トップパネルであって、前記トップパネルを貫通して形成された複数の独立した頂部孔を有するトップパネル、
   ボトムパネルであって、前面部と、前記ボトムパネルを貫通して形成されかつ前記頂部孔の位置にそれぞれ対応している複数の独立した底部孔とを有するボトムパネル、および
   前記トップパネルと前記ボトムパネルとの間に取り付けられた複数の送気管であって、それぞれが、対応する頂部孔と対応する底部孔とを接続する、送気管
   を有する熱放散ブラケットと、
   前記ボトムパネルの前記前面部に取り付けられた基板であって、前記基板を貫通して形成されかつ前記送気管に対応する複数の独立した貫通孔を有する基板と、
   それぞれ、２つの隣接する貫通孔の間において前記基板に取り付けられた複数のＬＥＤ組立体と、
   前記熱放散ブラケットの前記端部にそれぞれ接続された２つの回転式取付用組立体と
   を備え、
   前記熱放散ブラケットが、前記回転式取付用組立体を用いて回転させることによって前記ＬＥＤ組立体の照明方向を変更するように適合されている、ＬＥＤモジュール。
2. 各回転式取付用組立体が
   固定部材と、
   前記固定部材と共に回転可能に取り付けられ、かつ前記熱放散ブラケットの対応する端部に接続された回転部材と
   を有し、
   前記熱放散ブラケットが、前記固定部材に対して前記回転部材によって回転する、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記回転部材および前記固定部材がシリンダーであり、および
   前記固定部材が前記回転部材と同軸であり、回転部材の表面から突出し、かつ前記回転部材の直径よりも小さな直径を有する、請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記固定部材が輪状であり、前記回転部材の周りに取り付けられている、請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記固定部材がＬ字形であり、かつ
   本体と、
   前記本体に形成されかつ前記本体から横方向に突出する取付タブと
   を有し、および
   前記回転部材が、前記固定部材の前記本体に回転可能に取り付けられている、請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記回転部材が、
   端部と、
   前記回転部材の前記端部に取り付けられ、かつ湾曲したスロットを有する隣接パネルと
   を有し、および
   前記固定部材が、表面と、前記固定部材の前記表面に形成され前記表面から突出し、かつ前記隣接パネルの前記湾曲したスロットに摺動可能に取り付けられている突起とを有する、請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
7. 各ＬＥＤ組立体が、
   前記基板にハンダ付けされたＬＥＤユニットと、
   前記ＬＥＤユニットの周りに取り付けられたスリーブと、
   前記スリーブに収容されかつ前記ＬＥＤユニットに取り付けられたレンズユニットと
   を有する、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
8. 各ＬＥＤ組立体がさらに、
   前記スリーブと前記基板との間に配置された第１の防水ワッシャと、
   前記レンズユニットと前記スリーブとの間に配置された第２の防水ワッシャと
   を有する、請求項７に記載のＬＥＤモジュール。
9. 前記基板に取り付けられたカバーをさらに有し、各ＬＥＤ組立体が、
   前記カバーを貫通して前記基板にハンダ付けされたＬＥＤユニットと、
   前記ＬＥＤユニットに取り付けられ、かつ前記基板および前記カバーに接続された底部を有するレンズユニットと
   を有する、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。