(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面、湾曲面及び本体内部の少なくとも一つの空洞と接続する少なくとも一つの開口を有する熱伝導本体、
前記本体の面と熱的に連通した状態で取り付けられ、前記開口の周囲に配置された複数の発光ダイオード、及び
前記本体を前記空洞から前記本体の外面まで貫通し、動作中、熱対流によって空気が前記少なくとも一つの空洞を通って移動して、それにより、前記本体の冷却を提供するように構成された複数の通気路
を含み、
前記複数の通気路は、前記本体の側壁を貫通する穴により構成される、発光ダイオード照明装置。
【請求項２】
前記複数の通気路が、前記面から離れる方向に前記本体の軸から前記本体の前記外面まで延びるように構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数の通気路が、前記本体の前記軸と平行な線に対して、０°〜９０°、３０°〜６０°及び約４５°からなる群より選択される角度の方向に延びる、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記本体は、底面が前記ＬＥＤが取り付けられる前記面を構成する、実質的に円錐台形であること、及び実質的に円柱形であることからなる群より選択される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも一つの空洞が、実質的に円錐形であること、実質的に円錐台形であること及び実質的に円柱形であることからなる群より選択される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記本体は、その外面が、白熱電球の管球容器に類似すること、ＭＲ−１６ハロゲン反射型ランプに類似すること及びＭＲ−１１ハロゲン反射型ランプに類似すること、からなる群より選択される、形状を決定付ける要因を有する、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記面が多面状であり、各ＬＥＤが各面に取り付けられている、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記複数の通気路が、周方向に離間していること、軸方向に離間していること及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記本体が、前記本体の表面から延びる複数の放熱フィンをさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の放熱フィンが、前記本体の前記外面、前記少なくとも一つの空洞の表面及び前記複数の通気路の表面からなる群から延びる、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記本体が、熱伝導率≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１を有する材料、熱伝導率≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１を有する材料、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属配合プラスチック材料、炭素配合プラスチック材料、熱伝導性セラミック材料及びアルミニウム炭化ケイ素からなる群より選択される材料でできている、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の発光ダイオードが、装置によって放射される光の強さの変動が約２５％未満になるような距離で前記開口の周囲に離間している、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記発光ダイオードが１〜５ｍｍの範囲の間隔で離れている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記発光ダイオードがアレイにまとめられ、発光ダイオードの前記アレイが前記少なくとも一つの開口の周囲に位置している、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
発光ダイオードの前記アレイが１〜５ｍｍの範囲の間隔で離れている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記発光ダイオードを覆い、実質的に均一な強さの放射光を与えるように構成されたレンズ構造をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記複数の発光ダイオードを覆う少なくとも一つの蛍光体物質をさらに含み、前記蛍光体物質が、対応する発光ダイオードによって放射される光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長の光を再放射するように動作可能である、請求項１記載の装置。
【請求項１８】
エジソンねじ込み口金、バヨネットコネクタ口金、ダブルコンタクトバヨネットコネクタ口金、バイピン口金及びＧＵ１０ターン＆ロックコネクタ口金からなる群より選択される、前記装置を電源に接続するための電気コネクタをさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項１９】
前記複数の通気路は、前記本体の湾曲面を貫通している、請求項１記載の装置。
【請求項２０】
面、湾曲面及び前記本体の中の開口をその外面と接続する複数の導気管を有する熱伝導本体、及び
前記本体の面と熱的に連絡した状態で取り付けられ、前記少なくとも一つの導気管開口の周囲に配置された複数の発光ダイオード
を含み、
前記複数の導気管が、動作中、熱対流によって空気が前記複数の導気管を通って移動して、それにより、前記本体の冷却を提供するように構成され、
前記複数の導気管は、前記本体の側壁を貫通する穴により構成される、発光ダイオード照明装置。
【請求項２１】
前記本体の面を貫通し、その内部の少なくとも一つの空洞と接続する開口を有する本体と、
前記面に取り付けられ、前記開口の周囲に配置された複数の発光ダイオードと、
前記本体を前記空洞から前記本体の外面まで貫通し、動作中、熱対流によって空気が前記少なくとも一つの空洞を通って移動して、それにより、前記本体の冷却を提供するように構成された複数の通気路と
を含み、
前記複数の通気路は、前記本体の側壁を貫通する穴により構成され、
前記発光ダイオードが、放射される光の強さの変動が２５％以下になるような距離で前記開口の周囲に離間している発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、参照より本出願に組み込まれる、２００８年９月８日出願のYi-Qun LiによるLIGHT EMITTING DIODE(LED) LIGHTING DEVICEと題する米国特許出願第１２／２０６，３４７号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の分野
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を主材料とする照明装置、特に、そのような装置の冷却に関する。特に、専らではないが、本発明は、従来のフィラメントランプ、たとえば白熱電球又はハロゲン反射型ランプの代用物として使用することができるＬＥＤ照明装置に関する。さらに、本発明は、高電圧（１１０／２２０Ｖ）電源から作動させることができる交流（ＡＣ）駆動ＬＥＤ照明装置に関する。
【０００３】
関連技術の説明
白色光を生成するＬＥＤ「白色ＬＥＤ」は、比較的最近の技術革新であり、完全に新世代のエネルギー効率のよい照明システムが実現されるための可能性を提供する。白色ＬＥＤは、潜在的に数十万時間にも及ぶその長い動作寿命及び低消費電力の点で高い効率によって、フィラメント（白熱電球）、蛍光灯及び小型蛍光灯光源に取って代わることができると予想される。電磁スペクトルの青／紫部分で発光するＬＥＤが開発されてはじめて、ＬＥＤに基づく白色光源を開発することが現実的になった。たとえばＵＳ５，９９８，９２５で教示されているように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって放射された放射線の一部分を吸収し、異なる色（波長）の放射線を再放射する一つ以上の蛍光体物質、すなわちフォトルミネッセンス物質を含む。一般に、ＬＥＤダイ又はチップが青色光を生成し、蛍光体がその青色光の一定割合を吸収し、黄色光又は緑色光と赤色光、緑色光と黄色光もしくは黄色光と赤色光の組み合わせを再放射する。ＬＥＤによって生成される青色光のうち、蛍光体によって吸収されない部分が、蛍光体によって放射される光と組み合わさって、人の眼には概ね白色に見える光を提供する。
【０００４】
現在、従来の白熱電球、ハロゲン反射型ランプ及び蛍光ランプに代えて高輝度白色ＬＥＤが使用されるようになった。ＬＥＤを利用する大部分の照明装置は、複数のＬＥＤが従来の光源構成部品に取って代わる構成を含む。たとえば、白熱電球のフィラメントアセンブリに代えて白色ＬＥＤ又は赤色、緑色及び青色放射ＬＥＤのグループを用いることが公知である。ＷＯ２００６／１０４５５３は、複数の白色ＬＥＤが概ね長方形の基板（プリント回路板）の前面、背面及び上縁に取り付けられて、それらの組み合わされた光の放射が概ね球形になり、従来の白熱電球の光出力を模すようなＬＥＤ電球を教示している。基板は、光透過性カバーの中に封じ込められ、電球を電源に結合するためのコネクタ口金（たとえばねじ込み口金）に取り付けられている。ＵＳ６，２２０，７２２及びＵＳ６，７９３，３７４は、白色ＬＥＤのグループが、少なくとも四つの面を有する多面支持体（たとえば立方体又は四面体）の平坦面に取り付けられているＬＥＤランプ（電球）を開示している。多面支持体は、放熱カラムによってコネクタ口金に接続されている。アセンブリ全体が透明な球状部（管球容器）内に封じ込められて、従来の白熱電球と似るようにしている。
【０００５】
実用的なＬＥＤ照明装置、特に白熱電球の直接的な代用物として使用することができる小型な装置の開発において取り組まなければならない問題は、そのような装置において求められる多数のＬＥＤによって発生する熱を十分に放散させ、それにより、ＬＥＤの過熱を防ぐことである。様々な解決手段が提案されている。一つの解決手段は、ＬＥＤを、装置の本体を構成するヒートシンクに取り付け、そのヒートシンクを従来のコネクタ口金に取り付けて、装置を従来の照明ソケットで使用することを可能にすることである。たとえばＵＳ６，９８２，５１８に記載されているように、ヒートシンクは、ヒートシンクの表面積を増すための、複数の緯線方向のフィンを含むことができる。装置が従来の電球に似るよう、透明又は半透明のドーム状のカバーをＬＥＤの上に設けることができる。ＵＳ６，９８２，５１８においては、ヒートシンクの形状を決定付ける要因が、白熱電球の外面輪郭を実質的に模倣するように成形される。
【０００６】
ＵＳ６，７９３，３７４において、放熱を促進するために、放熱カラムは、ヒートシンクを含むか、管球容器内の空気の流れを促進するための入口及び出口開口を含むか、口金と熱的に伝達するか、又はランプ中に空気の流れを生成するためのファンを含むか、することができる。
【０００７】
ＣＡ２４７８００１は、ＬＥＤが熱伝導性円柱形コアアセンブリに取り付けられているＬＥＤ電球を開示している。コアアセンブリは、セグメント化された構造であり、ロッドに取り付けられた三つの異なるディスクのスタックを含む。ＬＥＤは、絶縁体ディスクと金属ディスクとの間に挟まれた回路ディスクに接続されている。コアアセンブリは、その底面の開口及び一定の乱流をコアの上及び口金の穴の外に発生させるためのインペラを含む拡散カバー内に封じ込められている。
【０００８】
ＷＯ２００７／１３０３５９は、ＬＥＤ電球のシェル（管球容器）を熱伝導性流体、たとえば水、鉱油又はゲルで完全又は部分的に満たすことを提案している。熱伝導性流体は、ＬＥＤによって発生する熱をシェルに伝達し、シェルで、熱は、白熱電球の場合と同様に、発散及び対流によって放散される。同様に、ＷＯ２００７／１３０３５８もまた、管球容器を熱伝導性プラスチック材料、たとえばゲル又は液体プラスチック材料で満たすことを提案している。
【０００９】
ＵＳ７，１４４，１３５は、従来の白熱ＰＡＲ（parabolic aluminized reflector：パラボラ状のアルミニウム製反射板）タイプランプと同じ、形状を決定付ける要因を有する外部シェルを含むＬＥＤランプを教示している。ランプは、シェル内に配置され、一つ以上のＬＥＤによって放射される光を指向させる光学反射体を含む。光学反射体及びシェルは、空気を流してランプを冷却するために使用される空間を画定し、ＬＥＤは、シェルと反射体との間の空間内に配置されたヒートシンクに取り付けられている。シェルは、空気入口及び排気口として働く一つ以上の開口を含み、空気をヒートシンクの上で移動させ、排気口から出すためにファンが空間内に設けられている。そのような構成は冷却を改善することができるが、ファンの包含は、多くの用途にとってノイズ又は費用を過度に増し、ファンの電力要求のせいでエネルギー効率を悪化させる。
【００１０】
公知のように、ＬＥＤは、本質的には、一つの方向にのみ電流を通す直流（ＤＣ）装置である。多くの照明用途において、ＬＥＤ照明装置を、整流回路の使用を要する高電圧（１１０／２５０Ｖ）ＡＣ電源から作動させることができることが望ましい。駆動回路をコネクタ口金内に収容することは公知である。また、ＬＥＤをＡＣ電源から直接作動させ、ＬＥＤを自己整流構成に接続することによって駆動回路の必要性を除くことが公知である。一般には、直列に接続されたＬＥＤの二つのストリングが反対の極性のＬＥＤと半波整流構成で並列に接続されて、ＬＥＤが自己整流性であるようにする。各ストリング中には、ＬＥＤにかかる全電源電圧を下げるのに十分な数のＬＥＤが設けられる。ＡＣサイクルのプラス側半分中、ＬＥＤの一方のストリングが順方向バイアスをかけられ、励起され、他方のストリングは逆方向バイアスをかけられる。ＡＣサイクルのマイナス側半分中、ＬＥＤの他方のストリングが順方向バイアスをかけられ、励起され、最初のストリングは逆方向バイアスをかけられ、励起されない。このように、ストリングは、ＡＣ電源の周波数（５０〜６０Ｈｚ）で交互に励起され、装置は、絶え間なく励起されるように見える。自己整流構成は別個の駆動回路の必要性を除くが、一度に一つのＬＥＤストリングしか励起されないため、５０％のペイロードしか有さず、電力非効率的であるという欠点をかかえている。そのうえ、ＬＥＤを絶え間なく切り換えられるモードで作動させることに関して、ＬＥＤの長期的信頼性に対する影響に関して懸念が寄せられている。
【００１１】
本実施態様は、公知の構成の制限を少なくとも部分的に解消し、専らではないが、特に、熱管理の問題に対処するＬＥＤ照明装置を提供しようとする試みから生まれた。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の実施態様は、熱伝導本体の一つ以上の面に取り付けられた複数のＬＥＤを含むＬＥＤ照明装置に関する。各面は、本体内の少なくとも一つの空洞と連通する少なくとも一つの開口を有し、ＬＥＤは、本体の各面と熱的に連通した状態で開口の周囲に取り付けられている。本体を少なくとも一つの空洞から本体の外面まで貫通する少なくとも一つの通気路が、少なくとも一つの通気路中の熱対流によって空洞を貫通する空気の移動を促進して、それにより、本体及びＬＥＤの冷却を提供するように構成されている。空洞及び通気路は、共同で、「煙突効果」により、空気が導気管中の熱い気体の上昇によって燃焼のために引き込まれる、煙突（導気管）と同様な方法で機能する。その結果、空洞及び通気路は、共同で導気管を構成するものと見なすことができる。
【００１３】
本発明にしたがって、発光ダイオード照明装置は、その内部の少なくとも一つの空洞と接続する少なくとも一つの開口を有する熱伝導本体、本体の面と熱的に連通した状態で取り付けられ、開口の周囲に配置された複数のＬＥＤ、及び本体を空洞から本体の外面まで貫通し、動作中、熱対流によって空気が少なくとも一つの空洞を通って移動して、それにより、本体の冷却を提供するように構成された少なくとも一つの通気路を含む。一つ以上の空洞及び通気路は、（ｉ）本体の放熱面積を最大約３０％増し、（ii）各ＬＥＤのヒートシンク性能の変動を減らし、（iii）放熱を１５〜２５％増すことができる。一つ以上の空洞に通じる開口の周囲へのＬＥＤの配設は、本体放熱面までの各装置の熱伝導経路の長さを減らし、ＬＥＤのより均一な冷却を促進する。対照的に、ＬＥＤがアレイとして配設され、かつ、中心の空洞を含まない構成においては、アレイの中心でＬＥＤによって発生する熱は、アレイの縁で装置によって発生する熱の熱伝導経路よりも長い、放熱面までの熱伝導経路を有して、その結果、アレイの中心のＬＥＤに関してヒートシンク性能が低下することになる。空洞は本体の放熱面積を増すが、面／開口を下に向けた状態で装置が稼働するとき、加熱された空気を逃がすことができ、その際、それにより、空洞／通気路中に気流を確立して装置のさらなる冷却を提供する少なくとも一つの通気路がないならば、空洞は、加熱された空気を閉じ込めるおそれがあるであろう。
【００１４】
気流を促進するために、少なくとも一つの通気路は、面から離れる方向に本体の軸から本体の外面まで延びるように構成されている。通気路は、本体の軸とで平行な線に対して０°〜約９０°の範囲の角度の方向に延びることができる。装置が稼働する向きはわからず、ユーザごとに異なるため、通気路は一般に、装置の向きにかかわらず気流を促進するためなどに、３０°〜６０°の範囲、好ましくは約４５°の角度の方向に延びる。
【００１５】
一つの実施態様において、本体は実質的に円錐台（円錐台形）であり、その底面が、ＬＥＤが取り付けられる面を構成する。好ましくは、少なくとも一つの空洞もまた、実質的に円錐台形又は実質的に円錐形であり、本体と実質的に同軸である。装置をそのまま既存の照明器具で使用することを可能にするため、本体は、その外面が、白熱電球、ＭＲ−１６ハロゲン反射型ランプ又はＭＲ−１１ハロゲン反射型ランプの管球容器（電球）に似た、形状を決定付ける要因を有するように構成されることができる。本体は、他の形態をとることもでき、一つの構成において、実質的に円柱形であることもできる。
【００１６】
気流を増すために、装置は、有利には、空洞を本体の外面に接続する複数の通気路を含む。複数の通気路は周方向及び／又は軸方向に離間していることができる。通気路は、装置の動作の向きにかかわらず気流を最大限にするために、本体の軸とで平行である線に対して様々な角度の方向に延びることができる。
【００１７】
放熱をさらに促進するために、本体は、有利には、本体表面から延びる複数の放熱フィン（翼板）又は他の放熱構造をさらに含む。複数の放熱フィンは、本体の外面及び／又は少なくとも一つの空洞もしくは一つ以上の通気路の表面から延びることができる。本体は、高い熱伝導率（一般には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）の材料、たとえば銅、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金もしくは金属配合プラスチック材料又は熱伝導性セラミック、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）から作製することができる。好ましくは、本体は、本体からの放熱をさらに増すために、暗色の仕上げ、好ましくは黒色の仕上げを有する。
【００１８】
ＬＥＤは、有利には、装置によって放射される光の強さが概ね均一になるような間隔で開口の周囲に離間している。本特許に関連して、「概ね均一」とは、強さの変動が約２５％未満、好ましくは約１０％未満であることをいう。一般に、発光ダイオードは、１〜５ｍｍの範囲の間隔で離れている。装置の光放射の強さを増すために、ＬＥＤはアレイにまとめられ、そのＬＥＤのアレイが開口の周囲に配置されることができる。一般に、ＬＥＤアレイは、１〜５ｍｍの範囲の間隔で離れていることができる。
【００１９】
装置が概ね均一な光の放射を生成するような開口の周囲のＬＥＤの間隔は、それ自体が発明であると考えられる。したがって、本発明のさらなる態様にしたがって、発光ダイオード照明装置は、その面を貫通する開口を有する本体及び面に取り付けられ、開口の周囲に配置された複数の発光ダイオードを含み、発光ダイオードは、装置によって放射される光の強さが実質的に均一になるような間隔で開口の周囲に離間している。
【００２０】
光放射の強さの均一さをさらに増すために、本発明の様々な態様の装置は、発光ダイオードを覆うレンズ構造をさらに含むことができる。
【００２１】
本発明の装置は、照明製品が非常に多くの場合に白色光である一般的な照明において特に用途を見いだす。そのような用途において、発光ダイオードは、蛍光体物質を組み込んだ白色光放射ＬＥＤ、いわゆる「白色ＬＥＤ」であることができる。あるいはまた、他の構成においては、少なくとも一つの蛍光体物質が複数の発光ダイオードを覆っている状態で設けられることができ、この蛍光体物質は、対応する発光ダイオードによって放射される光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長の光を再放射するように動作可能である。一般には粉末の形態にある蛍光体を光透過性バインダ材料、たとえばポリマー材料（たとえば熱又はＵＶ硬化性シリコーン又はエポキシ材料）と混合したのち、ポリマー／蛍光体をシートに押出し成形することができる。この蛍光体シートを適切な形状の小片にカット又は打抜きしたのち、それを、ＬＥＤを覆うように取り付ける。蛍光体含有材料のシートを別個に作製する一つの利点は、蛍光体のフォトルミネッセンスによる光の生成が、蛍光体がＬＥＤパッケージの一部として組み込まれている場合よりも大きな区域で起こるため、放射光のより一貫した色及び／又は相関色温度（ＣＣＴ）を生成することが可能であることである。さらなる利点は、一つのＬＥＤ、一般には青色（４００〜４８０ｎｍ）光放射ＬＥＤしか要らず、装置によって生成される光のＣＣＴ及び／又は色相が蛍光体含有材料の適切なシートの適用によって選択されることによる、製造費の削減である。もう一つの利点は、蛍光体がＬＥＤチップと直接は熱的に連通しないため、それが蛍光体の熱劣化を減らすことができることである。
【００２２】
上記のように、本発明の装置は、一般的な照明を目的としたものであり、装置は、白熱電球又はハロゲン反射型ランプの代用物として構成されることができる。そのような用途において、装置は、好ましくは、従来の照明ソケットを使用して装置を電源に接続するための電気コネクタ、たとえばエジソンねじ込み口金（Ｅ２６又はＥ２７）、バヨネットコネクタ口金（ＢＣ）、ダブルコンタクトバヨネットコネクタ口金（Ｂ２２ｄ）、バイピン（２ピン）口金（ＧＵ５．３又はＧＸ５．３）又はＧＵ１０「ターン＆ロック」をさらに含む。ＬＥＤは、装置がＡＣ電源から直接駆動されることができるよう、自己整流構成で接続することができる。あるいはまた、ＬＥＤは、別々のダイオードを含むブリッジ整流器の整流ノードの間に接続することもできる。好都合に、ブリッジ整流器は、コネクタ内に収容することができる。
【００２３】
本発明のさらなる態様にしたがって、ＬＥＤ照明装置は、その中の開口をその外面と接続する少なくとも一つの導気管を有する熱伝導本体、及び本体の面と熱的に連通した状態で取り付けられ、導気管開口の周囲に配置された複数の発光ダイオードを含み、少なくとも一つの導気管は、動作中、熱対流によって空気が少なくとも一つの導気管を通って移動して、それにより、本体の冷却を提供するように構成されている。
【００２４】
本発明がより良く理解されるよう、以下、添付図面を参照しながら本発明の光放射装置を実例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＬＥＤ照明装置の斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤ照明装置の部分断面部分分解斜視図である。
【図３】図１のＬＥＤ照明装置の、装置の光放射面に向かう方向の平面図である。
【図４】第一の動作の向きに関して図１のＬＥＤ照明装置をＡ−Ａ面から見た断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、（ａ）４５°、（ｂ）９０°、（ｃ）０°及び（ｄ）１０°及び３０°の角度θで延びる例示的な通気路構成を示す熱伝導本体の断面図である。
【図６】第二の動作の向きに関して図１のＬＥＤ照明装置をＡ−Ａ面から見た断面図である。
【図７】本発明の第二の実施態様のＬＥＤ照明装置の断面図である。
【図８】図７のＬＥＤ照明装置をＢ−Ｂ面から見た断面図である。
【図９】本発明の第三の実施態様のＬＥＤ照明装置の断面図である。
【図１０】図９のＬＥＤ照明装置をＣ−Ｃ面から見た断面図である。
【図１１】本発明の第四の実施態様のＬＥＤ照明装置の断面図である。
【図１２】図１１のＬＥＤ照明装置をＤ−Ｄ面から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
発明の詳細な説明
まず、添付図面の図１〜３を参照して、本発明の第一の実施態様の白色光放射ＬＥＤ照明装置１０を説明する。ＬＥＤ照明装置１０は、北米で見られるような１１０Ｖ（ｒｍｓ）ＡＣ（６０Ｈｚ）電源での動作のために構成されており、白熱電球／反射型ランプの直接的な代用物としての使用を目的としたものである。
【００２７】
図１〜３を参照すると、ＬＥＤ照明装置１０は、概ね円錐形の熱伝導本体１２を含む。本体１２は、外面が一般に円錐台、すなわち、底面に対して平行である平面によって頂点が切頭されている円錐に似た中実本体（実質的に円錐台形）である。本体１２は、高い熱伝導率（一般には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）の材料、たとえば銅（約４００Ｗｍ−１Ｋ−１）、アルミニウム（約２５０Ｗｍ−１Ｋ−１）、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金もしくは金属配合プラスチック材料、たとえばポリマー、たとえばエポキシ又は熱伝導性セラミック材料、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）（約１７０〜２００Ｗｍ−１Ｋ−１）でできている。好都合には、本体１２は、金属合金を含む場合にはダイカストすることができ、金属配合ポリマー又は熱伝導性セラミックを含む場合には成形することができる。
【００２８】
複数の緯線方向の放熱フィン（翼板）１４が本体のカーブした外面の周囲に周方向に離間している。照明装置は、従来の白熱電球に取って代わることを目的としたものであるため、装置の寸法は、装置が従来の照明器具に適合することを保証するように選択され、その結果、軸方向の本体の長さは、６５〜１００ｍｍの範囲、一般には９０ｍｍであり、放熱フィンを含めた最大直径（すなわち、実質的に底面の直径）は、６０〜８０ｍｍの範囲、一般には約６５ｍｍである。
【００２９】
同軸で実質的に真円錐形の空洞（穿孔）１６が本体の底面の円形開口１８から本体１２の中に延びている。１２個の概ね円形のテーパ状通気路（導気管）２０が、空洞１６を本体のカーブした外面に接続している。例示的な実施態様において、通気路２０は、空洞内の通気路の開口が本体の底面近くに位置している八つからなる第一のグループと、空洞内の通気路の開口が空洞の頂点近くに位置している四つからなる第二のグループとに、まとめられている。通気路は周方向に離間し、各通気路２０は、概ね半径方向に、本体の底面から離れる方向、すなわち、図示するように、概ね上方に延びている。図示するように、通気路の傾斜角θは約２５°であり、空洞内の開口の中心を貫通する本体の軸に平行な線に対して計測される。通気路の数、サイズ、幾何学的配置、グループ分け及び傾斜角は単なる例であり、所与の用途に関して当業者によって容易に調整されることができることが理解されよう。さらに説明するように、通気路２０は、本体を貫通する気流が装置の冷却を高めることを可能にする。放熱をさらに促進するために、通気路２０及び／又は空洞１６もまた、一連の放熱フィンを含むことができる。しかし、簡略化のため、添付図面では、空洞１６又は通気路２０内のフィンは示されていない。
【００３０】
装置１０はさらに、標準の電気照明ねじ込みソケットを使用して装置を電源に直接接続することを可能にするＥ２６コネクタ口金（エジソンねじ込みランプ口金）２２を含む。所期の用途に依存して、他のコネクタ口金、たとえば、英国、アイルランド、オーストラリア、ニュージーランド及びイギリス連邦の様々な地域で一般に使用されているようなダブルコンタクトバヨネットコネクタ（すなわちＢ２２ｄ又はＢＣ）又はヨーロッパで使用されているようなＥ２７ねじ込み口金（エジソンねじ込みランプ口金）を使用することもできることが理解されよう。コネクタ口金２２は本体１２の切頭頂点に取り付けられ、本体は口金２２から電気的に絶縁されている。
【００３１】
複数（図示する例では六つ）のＬＥＤ装置２４が環状アレイとして環状のＭＣＰＣＢ（金属コアプリント回路板）２６上に取り付けられている。公知であるように、ＭＣＰＣＢは、金属コアベース、一般にはアルミニウム、熱伝導性／電気絶縁性誘電層及び電気部品を所望の回路配置で電気的に接続するための銅回路層で構成された積層構造を含む。ＭＣＰＣＢ２６の金属コアベースは、熱伝導性化合物、たとえば酸化ベリリウム又は窒化アルミニウムを含有する標準のヒートシンク化合物を含有する接着剤を用いて、本体１２の底面と熱的に連通した状態で取り付けられる。回路板２６は、本体１２の底面と実質的に同じ寸法を有し、円形開口１８に対応する穴を含む。照明装置１０を電源から直接作動させるための整流回路２８が、図４に示すように、コネクタ口金２２内に収容されることができる。電力は、本体の底面と頂点との間で本体を貫通する導気管（図示せず）内に位置する接続ワイヤ３０により、ＬＥＤ装置２４に供給される。
【００３２】
各ＬＥＤ装置２４は、好ましくは、たとえば、全内容が参照により本明細書に組み込まれる、２００８年５月２７日出願の同時係属中の米国特許出願第１２／１２７，７４９号に記載されているように、いっしょにパッケージングされた複数のＬＥＤチップを含む。記載される実施態様において、各ＬＥＤ装置２４は、それぞれが一つのＬＥＤチップを収容して４９個までのＬＥＤチップを一つのセラミックパッケージ中にパッケージングすることを可能にする、４９（７行×７列）個の円形凹部（ブラインドホール）の正方形アレイを有する正方形の多層セラミックパッケージを含む。一般に、セラミックパッケージは１２ｍｍ四方であり、各凹部は直径１ｍｍであり、隣接する凹部の中心間距離は２ｍｍである。１１０ＶのＡＣ動作の場合、各ＬＥＤ装置２４は一般に、４５個の直列接続された６５ｍＷ窒化ガリウム系青色放射ＬＥＤチップ２４を含み、動作中、各ＬＥＤチップは、３．４２６Ｖのピーク電圧［（ＡＣピーク電圧−整流ダイオード間をはさんでの電圧降下）÷ＬＥＤの個数：（１１０×１．４１４−２×０．６８）／４５＝３．４２６］を引き込む。ＬＥＤ装置２４は、ダイオードブリッジ整流器の整流ノードの間で並列に接続されている。白色光を生成しなければならないため、各凹部には、蛍光体（フォトルミネッセンス物質）物質を埋め込むことができる。
【００３３】
一般には粉末形態にある蛍光体物質は、透明なバインダ材料、たとえばポリマー材料（たとえば熱又はＵＶ硬化性シリコーン又はエポキシ材料）と混合され、そのポリマー／蛍光体混合物が各ＬＥＤチップの光放射面に適用される。
【００３４】
本発明の光放射装置は、無機蛍光体、たとえば一般組成Ａ３Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）５又はＡ２Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）４のシリケート系蛍光体との使用に特に適している（式中、Ｓｉはケイ素であり、Ｏは酸素であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む）。シリケート系蛍光体の例は、それぞれの内容が参照により本明細書に組み込まれる、本発明者らの同時係属出願ＵＳ２００６／０１４５１２３、ＵＳ２００６／２６１３０９、ＵＳ２００７／０２９５２６及びＵＳ７，３１１，８５８（同じくIntematix Corporationを譲受人とする）に開示されている。
【００３５】
ＵＳ２００６／０１４５１２３に教示されているように、ユーロピウム（Ｅｕ２＋）付活シリケート系緑色蛍光体は、一般式（Ｓｒ，Ａ１）ｘ（Ｓｉ，Ａ２）（Ｏ，Ａ３）２＋ｘ：Ｅｕ２＋を有する（式中、Ａ１は、２＋カチオン、１−及び３＋カチオンとの組み合わせ、たとえばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、亜鉛（Ｚｎ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、イットリウム（Ｙ）又はセリウム（Ｃｅ）の少なくとも一つであり、Ａ2は、３＋、４＋又は５＋カチオン、たとえばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｎ又はリン（Ｐ）であり、Ａ３は、１−、２−又は３−アニオン、たとえばＦ、Ｃｌ、臭素（Ｂｒ）、Ｎ又はＳである）。式は、Ａ１カチオンがＳｒに取って代わり、Ａ２カチオンがＳｉに取って代わり、Ａ３アニオンがＯに取って代わることを示すように書かれている。ｘの値は、１．５〜２．５の整数又は非整数である。
【００３６】
ＵＳ７，３１１，８５８は、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有するシリケート系黄緑色蛍光体を開示している（式中、Ａは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ又はカドミウム（Ｃｄ）を含む二価の金属の少なくとも一つであり、Ｄは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ヨウ素（Ｉ）、Ｐ、Ｓ及びＮを含むドーパントである）。ドーパントＤは、蛍光体中、約０．０１〜２０モル％の範囲の量で存在することができ、ドーパントの少なくともいくらかが酸素アニオンに取って代わって蛍光体の結晶格子に組み込まれることができる。蛍光体は、（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＭｙ）ＳｉＯ4：Ｅｕ２−Ｄを含むことができる（式中、Ｍは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ又はＣｄを含み、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１である）。
【００３７】
ＵＳ２００６／０２６１３０９は、結晶構造が（Ｍ１）２ＳｉＯ４の結晶構造と実質的に同じである第一の相及び結晶構造が（Ｍ２）３ＳｉＯ５の結晶構造と実質的に同じである第二の相を有する二相シリケート系蛍光体を教示している（式中、Ｍ１及びＭ２は、それぞれＳｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ又はＺｎを含む）。少なくとも一つの相が二価のユーロピウム（Ｅｕ２＋）で付活され、相の少なくとも一つは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｓ又はＮを含むドーパントＤを含有する。ドーパント原子の少なくともいくつかがホストシリケート結晶の酸素原子格子部位に位置していると考えられる。
【００３８】
ＵＳ２００７／００２９５２６は、式（Ｓｒ１−ｘＭｘ）ｙＥｕｚＳｉＯ５を有するシリケート系オレンジ色蛍光体を開示している（式中、Ｍは、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ又はＺｎを含む二価の金属の少なくとも一つであり、０＜ｘ＜０．５、２．６＜ｙ＜３．３及び０．００１＜ｚ＜０．５である）。蛍光体は、約５６５ｎｍよりも大きいピーク放射波長を有する可視光線を放射するように構成されている。
【００３９】
蛍光体はまた、本発明者らの同時係属出願ＵＳ２００６／０１５８０９０及びＵＳ７，３９０，４３７（同じくIntematix Corporationを譲受人とする）で教示されているようなアルミネート系物質又は同時係属出願ＵＳ２００８／０１１１４７２で教示されているようなケイ酸アルミニウム蛍光体を含むこともできる。これらの出願及び特許それぞれの内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４０】
ＵＳ２００６／０１５８０９０は、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系緑色蛍光体を教示している（式中、Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍ及びツリウム（Ｔｍ）を含む二価の金属の少なくとも一つであり、０．１＜ｘ＜０．９及び０．５≦ｙ≦１２である）。
【００４１】
ＵＳ７，３９０，４３７は、式（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］を有するアルミネート系青色蛍光体を開示している（式中、Ｍは、二価の金属Ｂａ又はＳｒの少なくとも一つである）。一つの組成において、蛍光体は、約２８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の波長の放射線を吸収し、約４２０ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲の波長を有する可視光線を放射するように構成されており、０．０５＜ｘ＜０．５又は０．２＜ｘ＜０．５、３≦ｙ≦１２及び０．８≦ｚ≦１．２である。蛍光体はさらに、ハロゲンドーパントＨ、たとえばＣｌ、Ｂｒ又はＩでドープされ、一般組成（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［２＋３ｙ／２］：Ｈを有することもできる。
【００４２】
ＵＳ２００８／０１１１４７２は、一般式（Ｓｒ１−ｘ−ｙＭｘＴｙ）３−ｍＥｕｍ（Ｓｉ１−ｚＡｌｚ）Ｏ５の混合二価及び三価カチオンを有するケイ酸アルミニウムオレンジ赤色蛍光体を教示している（式中、Ｍは、０≦ｘ≦０．４の範囲の量の、Ｂａ、Ｍｇ又はＣａから選択される少なくとも一つの二価金属であり、Ｔは、０≦ｙ≦０．４の範囲の量の、Ｙ、ランタン（Ｌａ）、Ｃｅ、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、Ｔｍ、イッテルビウム（Ｙｔ）、ルテチウム（Ｌｕ）、トリウム（Ｔｈ）、プロトアクチニウム（Ｐａ）又はウラン（Ｕ）から選択される三価金属であり、ｚ及びｍは、０≦ｚ≦０．２及び０．００１≦ｍ≦０．５の範囲である）。蛍光体は、シリケート結晶内でハロゲンが酸素格子部位上に存在するように構成されている。
【００４３】
蛍光体は、本明細書に記載される例に限定されず、有機又は無機蛍光体を含む任意の蛍光体物質、たとえば窒化物及び／又はスルフェート蛍光体物質、オキシ窒化物及びオキシスルフェート蛍光体又はガーネット物質（ＹＡＧ）を含むことができることが理解されよう。
【００４４】
場合によっては、照明装置１０はさらに、装置によって放射される光３４を所望のパターン／角分布で集束、拡散又は他のやり方で指向させるための環状のレンズアレイ３２を含む。レンズアレイ３２は、図１においては、ＬＥＤ装置２４の構成を見えるようにするため、除かれている。レンズアレイ３２は概ね環形であり、本体の底面の円形開口１８に対応する中央の円形開口を有して、開口１８を通る空気の実質的に自由な貫通を可能にする。図２を参照すると、レンズアレイ３２は、各レンズ要素３２ａがそれぞれのＬＥＤ装置２４を覆う、レンズ要素３２ａの環状アレイを含む。図示する実施態様において、各レンズ要素３２ａは、半径方向には概ね凸面であり、周方向には概ね凹面である。すなわち、各レンズ要素の表面が「サドル」面（双曲放物面）を構成する。レンズアレイ３２は、所望の光放射パターンに依存して構成されるということが理解され、他の構成においては、各レンズ要素３２ａが半径及び周の両方向で凸面又は凹面であることもできるということが理解されよう。そのうえ、レンズアレイはさらに、光拡散材料の層をその表面に含む、又は光拡散材料の粒子がレンズアレイの体積中に実質的に均一に分散するようにレンズアレイ材料に配合されていることができる。適当な光拡散材料の例は、粒度１００〜２００ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を含む。
【００４５】
次に、図１の照明装置１０のＡ−Ａ面から見た断面図である図４を参照して、照明装置１０の動作を説明する。図４において、照明装置１０は、たとえば、天井から吊り下げられる吊り下げ式照明器具において装置を使用する場合に当てはまるように、装置の光放射面（本体の底面）が下を向く第一の動作の向きで示されている。動作中、ＬＥＤ装置２４によって発生した熱は、熱伝導本体１２の底面に誘導されたのち、本体を貫通して誘導されて本体の外面及び空洞１６の内面に達し、そこで周囲空気中に発散される。発散された熱は周囲空気によって対流し、加熱された空気は上昇して（すなわち、図４のコネクタ口金に向かう方向）、図４の実線矢印３６によって示されるような、装置を貫通する空気の動き（流れ）を確立する。定常状態において、空気は、空洞１６中を上昇する比較的高温の空気により、円形開口１８を通って装置に引き込まれ、空洞の壁によって発散される熱を吸収し、空洞１６中を上昇し、通気路２０を通って外に出る。さらには、本体の外面に沿って上昇し、通気路開口の上を貫通する暖気がさらに空気を装置に引き込む。空洞１６及び通気路２０は、共同で、「煙突効果」により、導気管中の熱い気体の上昇によって空気が燃焼のために引き込まれる煙突（導気管）と同様なやり方で作用する。
【００４６】
空洞１６及び通気路２０の壁が概ね上向き（すなわち、本体の軸に対して平行である線に対して）に延びるようにそれらを構成することが、「煙突効果」を増強することによって装置を貫通する気流を促進し、それにより、装置の冷却を増大させる。この動作モードにおいては、円形開口１８が空気入口として働き、通気路２０が排気口として働くことが理解されよう。
【００４７】
本体１２が熱を放散させる能力、すなわちそのヒートシンク性能は、本体の材料、本体の幾何学的配置及び全表面熱伝達係数に依存する。一般に、強制対流ヒートシンク構成の場合のヒートシンク性能は、（ｉ）ヒートシンク材料の熱伝導率を高めること、（ii）ヒートシンクの表面積を増すこと、及び（iii）たとえば、ヒートシンクの表面の気流を増すことにより全面積熱伝達係数を高めること、によって改善することができる。本発明の照明装置１０において、空洞１６は、本体の表面積を増し、それにより、より多くの熱を本体から発散させることを可能にする。たとえば、記載される実施態様において、空洞は概ね円錐形であり、一般に、２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲の直径及び４５ｍｍ〜８０ｍｍの範囲の高さを有する。すなわち、空洞は、約１，０００ｍｍ２〜３，８００ｍｍ２の範囲の表面積を有し、それは、白熱電球に概ね一致する寸法（すなわち、軸方向本体長６５〜１００ｍｍ、本体直径６０〜８０ｍｍ）を有する装置の場合で、最大で約３０％の放熱表面積の増大に相当する。放熱表面積を増大させるだけでなく、空洞１６はまた、各ＬＥＤ装置のヒートシンク性能の変動を減らす。ＬＥＤ装置を空洞に通じる開口の周囲に配設することは、各装置から本体の最寄り放熱面までの熱伝導経路の長さを減らし、ＬＥＤ装置のより均一な冷却を促進する。対照的に、中心の空洞を含まず、ＬＥＤ装置がアレイとして配設される構成においては、アレイの中心の装置によって発生した熱は、アレイの縁の装置によって発生した熱の熱伝導経路よりも長い、放熱面までの熱伝導経路を有して、その結果、アレイの中心のＬＥＤに関してヒートシンク性能が低下することになる。空洞のサイズを選択する際には、本体の全放熱表面積を最大化することと、本体の熱質量を実質的に減らさないこととの間の均衡が達成されなければならない。
【００４８】
空洞は本体の放熱表面積を増すが、面／開口が下を向く状態で装置が稼働する場合、通気路２０がないならば、空洞は、加熱された空気を閉じ込め、空洞内に熱の蓄積を生じさせるおそれがある。通気路２０は、加熱された空気を空洞から逃がし、その際、円形開口を通って空洞に入り、通気路から外に出る気流を確立し、それにより、本体の熱伝達係数を高める。通気路２０は、受動的強制熱対流の形態を提供するということが理解されよう。その結果、空洞及び通気路は、共同で、導気管を構成すると見なすことができる。そのうえ、空洞壁及び／又は通気路壁の傾斜角θが気流の速度、ひいては熱伝達係数に影響するということが理解されよう。たとえば、壁が実質的に垂直であるならば、気流に対する抵抗が最小限であるため、「煙突効果」は最大限になるが、移動する空気への熱伝達は低下する。逆に、壁が傾斜すればするほど、気流に対して課される抵抗は大きくなり、より多くの熱が移動する空気に伝達される。多くの用途において、本体の軸が垂直にならない向きを含む数多くの向きで装置を稼働させることができることが求められるため、通気路は、好ましくは、装置の向きにかかわらず気流が起こるよう、本体の軸に対して平行である線に対して約４５°の方向に延びる。空洞及び通気路の壁の幾何学的配置、サイズ及び傾斜角は、好ましくは、数値流体力学（ＣＦＤ）解析を使用して、本体の冷却を最適化するように選択される。通気路２０の適切な構成により、最大で３０％のヒートシンク性能の向上が可能であると考えられる。試算は、通気路とともに空洞を含めると、１５％〜２５％のヒートシンク性能の向上を生むことができると示している。
【００４９】
様々な通気路構成の例が、（ａ）４５°、（ｂ）９０°、（ｃ）０°及び（ｄ）１０°及び３０°の角度θで延びる通気路を有する熱伝導本体の断面図をそれぞれ示す図５（ａ）〜（ｄ）に示されている。図５（ａ）において、熱伝導本体１２は円錐台形であり、同軸の円錐形空洞１６を有している。１６個の円形通気路２０が四つずつ四つのグループにまとめられ、各通気路２０が概ね半径方向に、本体の底面から離れる方向、すなわち、概ね上向きに延びている。図示するように、通気路の傾斜角θは約４５°であり、本体の軸に対して平行であり、通気路が空洞と合流するところの通気路の中心を貫通する線に対して計測される。多くの異なる向きの角度で稼働することがある装置の場合、４５°の通気路傾斜角が好ましい。
【００５０】
他の実施態様において、図５（ｂ）に示すように、通気路は、各通気路が半径方向に延びるような９０°の傾斜角θを有することができる。このような傾斜角は、水平の向きで稼働することがわかっている装置の場合に好ましいかもしれない。図５（ｃ）に示すように、通気路はまた、各通気路が本体の軸とで平行である方向に延びるような０°の傾斜角を有することができる。垂直に延びる通気路は煙突効果を最大限にするため、このような傾斜角は、垂直の向きで稼働することがわかっている装置の場合に好ましい。他の実施態様において、装置は他の傾斜角θを有することができ、異なる傾斜角を有する通気路を含むことができる。図５（ｄ）は、θ１＝１０°及びθ２＝３０°のそれぞれの傾斜角を有する二つのグループの通気路を有するそのような構成の例を示す。概して、通気路２０の傾斜角θは、本体／空洞の構成及び所期の用途に依存して０°〜９０°になるように選択することができ、一般には３０°〜６０°の範囲であり、いかなる向きにおいても装置の動作を可能にするためには、好ましくは約４５°である。
【００５１】
次に、図６を参照して、アップライト式照明器具、たとえばテーブル、デスク又は床に立てるランプにおいて装置を使用する場合に当てはまるように、装置の光放射面が上を向く第二の動作の向きに関して照明装置１０の動作を説明する。動作中、ＬＥＤ装置２４によって発生した熱は、熱伝導本体１２の底面に誘導されたのち、本体を貫通して誘導されて本体の外面及び空洞の内面に達し、そこで周囲空気中に発散される。空洞１６内で発散される熱は空洞内の空気を加熱し、加熱された空気は上昇して（すなわち、図６のコネクタ口金から離れる方向）、図５の実線矢印３６によって示されるような、装置を貫通する気流を確立する。定常状態において、より冷たい空気は、空洞１６中を上昇する比較的高温の空気により、通気路２０を通って装置に引き込まれ、通気路及び空洞の壁によって発散される熱を吸収し、空洞１６中を上昇し、円形開口１８を通って外に出る。この動作モードにおいては、通気路２０が空気入口として働き、円形の空洞開口が排気口として働く。
【００５２】
次に、図７及び８を参照して、本発明の第二の実施態様の白色光放射ＬＥＤ照明装置１０を説明する。ＬＥＤ照明装置１０は、１１０Ｖ（ｒｍｓ）ＡＣ（６０Ｈｚ）電源での作動のために構成されており、ハロゲンランプの直接的な代用物としての使用を目的としたものである。
【００５３】
図７は、ＬＥＤ照明装置１０の斜視図であり、そのカーブした外面の周囲に周方向に離間した複数の緯線方向の放熱フィン（翼板）１４を有する概ね円錐台形の熱伝導本体１２を含む。本体１２の形状を決定付ける要因は、標準のＭＲ−１６（ＭＲ１６）の本体形状に似るように構成されて、装置をそのまま既存の照明器具において使用することを可能にしている。本体は、高い熱伝導率、すなわち一般には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１の材料、たとえばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属配合プラスチック材料又は熱伝導性セラミック材料でできている。この実施態様において、本体の底面は凹面であり、それぞれが本体の軸に向けられた六つの扇形面３８を有する。
【００５４】
同軸で実質的に円錐形の空洞（穿孔）１６が本体の底面の円形開口１８から本体１２の中に延びている。図８を参照すると、八つのテーパ状通気路（導気管）２０が空洞１６を本体の外面に接続している。通気路２０は、四つずつ二つのグループ、すなわち、本体の底面近くに位置する第一のグループ及び本体の頂点近くに位置する第二のグループにまとめられている。通気路は周方向に離間し、各通気路２０は、概ね半径方向に延び、本体の底面から離れる方向に、本体の軸に対して平行である線に対して角度θで傾斜している。図８において、第一のグループの通気路は１５°程度の傾斜角θ１を有し、第一のグループの通気路は４０°程度の傾斜角θ２を有する。二つのグループの通気路は異なる傾斜角θ１、θ２を有するため、各グループからの対応する通気路２０は、コネクタ口金の近くの熱伝導本体の外面で合流して一つの開口を形成する。通気路２０は、本体を貫通する気流を促進して装置の冷却を提供にする。放熱をさらに促進するために、通気路２０及び／又は空洞１６は、好ましくは、一連の放熱フィンを含むが、簡略化のため、これらは添付図面には示されていない。製作しやすさのため、本体１２は、好ましくはダイカスト又は成形される。
【００５５】
装置はさらに、標準のソケットを用いて装置を電源に直接接続することを可能にするＧＵ１０「ターン＆ロック」コネクタ口金２２を含む。所期の用途に依存して、他のコネクタ口金、たとえばバヨネット又はねじ込みコネクタ口金を使用することもできることが理解されよう。コネクタ口金２２は本体１２の頂点に取り付けられる。
【００５６】
各ＬＥＤ装置２４は、装置が開口の周囲に実質的に等間隔に位置するよう、本体１２の底面に結合した面３８と熱的に連通した状態で取り付けられる。底面を凹面かつ多面状に構成することは、装置１０が、従来のハロゲン反射型ランプの放射パターンに似た実質的に収束する光放射３４を生成することを保証する。
【００５７】
照明装置１０を電源から直接作動させることを可能にするための整流回路がコネクタ口金２２内に収容されることができる。電力は、底面と頂点との間で本体を貫通する導気管（図示せず）を貫通して延びる接続ワイヤにより、ＬＥＤ装置２４に供給される。
【００５８】
照明装置１０の動作は、図１〜３の照明装置の動作に類似しており、図７の照明装置１０のＢ−Ｂ面から見た断面図である図８を参照して説明する。図８において、照明装置１０は、たとえば、天井取り付けスポットライトとして装置を使用する場合に当てはまるように、装置の光放射面が下を向く動作の向きで示されている。動作中、ＬＥＤ装置２４によって発生した熱は、熱伝導本体１２の面３８の中に誘導されたのち、本体を貫通して誘導されて本体の外面及び空洞１６の内面に達し、そこで周囲空気中に発散される。発散された熱は周囲空気によって対流し、加熱された空気は上昇して（すなわち、図８のコネクタ口金に向かう方向）、実線矢印３６によって示されるような、装置を貫通する気流を確立する。定常状態において、より冷たい空気は、空洞１６中を上昇する比較的高温の空気により、円形開口１８を通って装置に引き込まれ、空洞の壁によって発散される熱を吸収し、空洞１６中を上昇し、通気路２０を通って外に出る。空洞１６及び通気路２０は、共同で、装置を貫通する気流を促進して装置の冷却を高める。図７に示すように、円形開口１８が空気入口として働き、通気路２０が排気口として働く。
【００５９】
次に、図９及び１０を参照して、本発明の第三の実施態様の白色光放射ＬＥＤ照明装置１０を説明する。ＬＥＤ照明装置１０は、２４０Ｖ（ｒｍｓ）ＡＣ（５０Ｈｚ）電源での作動のために構成されており、白熱電球の直接的な代用物としての使用を目的としたものである。
【００６０】
図９は、ＬＥＤ照明装置１０の斜視図であり、その外面が、標準の白熱電球の管球容器（電球）と似た、形状を決定付ける要因を有するように構成されて、装置をそのまま既存の照明器具において使用することを可能にする熱伝導本体１２を含む。本体は、高い熱伝導率（一般には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）の材料、たとえばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属配合プラスチック材料又は熱伝導性セラミック材料で作製されている。この実施態様において、本体の外面は多面状であり、実質的に半球形の端面を構成する２４個の面４０を有する。
【００６１】
本体１２内の同軸で実質的に楕円形の空洞（穿孔）１６は、八つの開口１８のそれぞれ一つによって、本体の一つおきの面４０に接続され、九番目の実質的に円形の軸方向開口１８によって本体の端部に接続されている。端面４０の四つの開口は概ねスロット形であり、円形開口とともに十文字の開口を形成している。
【００６２】
図１０を参照すると、コネクタ口金２２の近くで四つの通気路（導気管）２０が空洞１６を本体の外面に接続している。通気路は周方向に離間し、各通気路２０は、概ね半径方向に延び、コネクタ口金に向かう方向及びコネクタ口金から離れる方向に、本体の軸に対して平行である線に対して２０°及び６０°の角度θで傾斜している。通気路２０は、空気を本体に通して流して装置の冷却を提供にする。本体のカーブした外面の周囲に周方向に離間した複数の緯線方向の放熱フィン（翼板）１４がコネクタ口金２２と面４０との間に延びている。放熱をさらに促進するために、通気路２０及び／又は空洞１６は、好ましくは、一連の放熱フィンを含むが、簡略化のため、これらは添付図面には示されていない。製作しやすさのため、本体１２は、好ましくはダイカスト又は成形される。
【００６３】
装置はさらに、標準のバヨネット照明ソケットを用いて装置を電源に直接接続することを可能にするダブルコンタクトバヨネットコネクタ口金２２（たとえばＢ２２ｄ又はＢＣ）を含む。所期の用途に依存して、他のコネクタ口金、たとえばねじ込みコネクタ口金を使用することもできることが理解されよう。コネクタ口金２２は本体１２に取り付けられる。
【００６４】
１２個のＬＥＤ装置２４が、本体１２の残りの一つおきの面４０（すなわち、開口を含まない面）上に、熱的に連通した状態で取り付けられている。装置は、空洞に通じる九つの開口を有するが、ＬＥＤ装置が各開口の周囲に配置されているということが理解されよう。本体を凸面かつ多面状に構成することにより、装置１０が、一般に従来の白熱電球の光放射に似た、実質的に拡散する光放射３４を生成することが保証される。
【００６５】
照明装置１０を電源から直接作動させることを可能にするための整流回路がコネクタ口金２２内に収容されることができる。電力は、本体を貫通してコネクタ口金を面４０に接続する導気管（図示せず）を貫通して延びる接続ワイヤにより、ＬＥＤ装置２４に供給される。
【００６６】
照明装置１０の動作は、図１〜３及び図７の照明装置の動作に類似しており、以下、図９の照明装置１０のＣ−Ｃ面から見た断面図である図１０を参照して簡単に説明する。図１０において、照明装置１０は、たとえばテーブル又は床に立てるランプにおいて装置を使用する場合に当てはまるように、コネクタ口金２２が下を向く動作の向きで示されている。動作中、ＬＥＤ装置２４によって発生した熱は、熱伝導本体１２の面４０の中に誘導されたのち、本体を貫通して誘導されて本体の外面及び空洞の内面に達し、そこで周囲空気中に発散される。発散された熱は周囲空気によって対流し、加熱された空気は上昇して（すなわち、図１０のコネクタ口金から離れる方向）、実線矢印３６によって示されるような、装置を貫通する気流を確立する。定常状態において、より冷たい空気は、空洞１６中を上昇する比較的高温の空気により、通気路２０を通って装置に引き込まれ、空洞の壁によって発散される熱を吸収し、空洞１６中を上昇し、開口１８を通って外に出る。空洞及び通気路は、集合的に、装置を貫通する気流を促進して装置の冷却を高める。図１０に示すように、通気路２０が空気入口として働き、開口１８が排気口として働く。
【００６７】
次に、図１１及び１２を参照して、本発明の第四の実施態様の白色光放射ＬＥＤ照明装置１０を説明する。ＬＥＤ照明装置１０は、１２Ｖ動作のために構成されており、ハロゲン反射型ランプの直接的な代用物としての使用を目的としたものである。
【００６８】
図１１は、ＬＥＤ照明装置１０の斜視図であり、その外面が、標準のＭＲ−１６（ＭＲ１６）の本体形状に似た、形状を決定付ける要因を有するように構成されて、装置をそのまま既存の照明器具／ホルダにおいて使用することを可能にする熱伝導本体１２を含む。他の実施態様において、本体１２は、その外面が、ＭＲ−１１（ＭＲ１１）に似た、形状を決定付ける要因を有するように構成される。本体は、高い熱伝導率、すなわち、一般には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１の熱伝導率を有する材料、たとえばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属配合プラスチック材料又は熱伝導性セラミック材料でできている。本体はさらに、そのカーブした外面の周囲に周方向に離間した複数の緯線方向の放熱フィン（翼板）１４を含むことができる。
【００６９】
この実施態様において、本体の底面は、環状の放物面反射体を形成するように構成されている平坦な床及び壁４４を有する環状の流路４２を含む。壁４４は、好ましくは、光反射材料でコートされており、連続的な滑らかにカーブする面とは違い、図示するように多面状であることができる。
【００７０】
同軸で実質的に円錐形の空洞（穿孔）１６が本体の底面の円形開口１８から本体１２の中に延びている。図１１を参照すると、四つの通気路（導気管）２０が空洞１６を本体の外面に接続している。通気路２０は周方向に離間し、各通気路２０は、概ね半径方向に延び、本体の底面から離れる方向に、本体の軸とで平行である線に対して約１５°の角度θで傾斜している。通気路２０及び空洞１６は、「煙突効果」により、本体を貫通する気流を促進して装置の冷却を提供にする。放熱をさらに促進するために、通気路２０及び／又は空洞１６は、好ましくは、一連の放熱フィンを含むが、簡略化のため、これらは添付図面には示されていない。製作しやすさのため、本体１２は、好ましくはダイカスト又は成形される。
【００７１】
装置はさらに、標準のバイピンソケットを使用して装置を１２Ｖ電源に直接接続することを可能にするＧＵ５．３又はＧＸ５．３バイピン（２ピン）コネクタ口金２２を含む。コネクタ口金２２は本体１２の頂点に取り付けられる。
【００７２】
環状のＭＣＰＣＢ２６上に取り付けられたＬＥＤ装置２４の環状アレイが、環状の流路４２の床と熱的に連通した状態で取り付けられている。ＬＥＤ装置を環状の反射体流路４２の床に取り付けることは、装置１０が、選択された放射プロファイル、たとえば従来のハロゲン反射型ランプの放射パターンに類似した放射プロファイル、もっとも一般的には１０°、１５°、２５°及び４０°のビーム角を有する光放射３４を生成することを保証する。
【００７３】
電力は、底面と頂点との間で本体を貫通する導気管（図示せず）内を延びる接続ワイヤにより、ＬＥＤ装置２４に供給される。電力サージ、電圧変動などに対してＬＥＤ装置２４を保護するための保護回路がコネクタ口金２２内に収容されることができる。
【００７４】
場合によっては、照明装置１０はさらに、本体１２の底面上の環状面４８に取り付けられた透明な環状前面カバー４６（図１１には示さず）を含むことができる。前面カバー４６は、ＬＥＤ装置２４及び環状反射体の反射壁４４の環境保護を提供するために使用することができる。他の実施態様においては、一つ以上の蛍光体物質を前面カバー内に配合して、所望の色及び／又はＣＣＴ（相関色温度）の放射光３４を生成することが考えられる。
【００７５】
照明装置１０の動作は、図１〜３、７及び９の照明装置の動作に類似しており、以下、図１１の照明装置１０のＤ−Ｄ面から見た断面図である図１２を参照して説明する。図１２において、照明装置１０は、装置を天井取り付けスポットライトとして使用する場合に当てはまるように、装置の光放射面が下を向く動作の向きで示されている。動作中、ＬＥＤ装置２４の環状アレイによって発生した熱は、環状流路４２の床の中に誘導されたのち、熱伝導本体を貫通して誘導されて本体の外面及び空洞の内面に達し、そこで周囲空気中に発散される。発散された熱は周囲空気によって対流し、加熱された空気は上昇して（すなわち、図１２のコネクタ口金に向かう方向）、実線矢印３６によって示されるような、装置を貫通する気流を確立する。定常状態において、より冷たい空気は、空洞１６中を上昇する比較的高温の空気により、円形開口１８を通って装置に引き込まれ、空洞の壁によって発散される熱を吸収し、空洞１６中を上昇し、開口２０を通って外に出る。空洞１６及び通気路２０は、共同で、「煙突効果」により、装置を貫通する気流を促進して装置の冷却を高める。図１１に示すように、円形開口１８が空気入口として働き、通気路２０が排気口として働く。
【００７６】
本発明は、説明した特定の実施態様に限定されず、本発明の範囲内で変更を加えることができることが理解されよう。たとえば、他の実施態様において、空洞及び通気路は、他の形態、たとえば空洞内で空気を渦状に流れさせるためのらせん状であることを含むことができる。さらに、本体の外面のフィンは、貫通する空気に対してより大きな表面積を呈示するよう、本体の周囲にらせんに延びることもできる。
【００７７】
他の幾何学的配置が当業者には容易に明らかであり、たとえば、所期の用途に依存して、実質的に円柱形又は実質的に半球形である熱伝導本体を含むことができる。さらに、本体は、二つ以上の空洞を含むことができ、各空洞がそれぞれの開口を有する、又は一つ以上の共通の開口を共有する。
【００７８】
ＬＥＤ装置を駆動するためには別個の整流回路を使用することが好ましいが、他の態様において、たとえば２００８年５月２７日出願の同時係属中の米国特許出願第１２／１２７，７４９号に記載されているように、複数のＬＥＤ装置を自己整流構成に接続することができることが理解されよう。
【００７９】
記載される例において、蛍光体物質は、ＬＥＤパッケージの各凹部内に封入されたものとして提供されている。他の態様においては、蛍光体含有物質の別個の層が、各凹部にかぶさる状態で提供される。好ましくは、蛍光体含有物質の層は、別個のシートとして作製したのち、それを適当なサイズの小片に切断し、それを、たとえば光透過性（透明な）接着剤、たとえば光学品質のエポキシ又はシリコーンを用いて、ＬＥＤ装置パッケージの面に接合することができる。そのような構成において、ＬＥＤ装置の各凹部は、好ましくは、たとえば各ＬＥＤチップを覆い、封入するために、透明な材料で埋められる。透明な材料は、ＬＥＤチップの不動態化被覆を構成して、それにより、ＬＥＤチップ及びボンドワイヤの環境保護を提供する。さらには、透明な材料は、熱バリヤとして働き、上にかぶさる蛍光体層への熱の伝達を減らす。粉末形態にある蛍光体物質は、事前に選択された割合で、透明なポリマー材料、たとえばポリカーボネート材料、エポキシ材料又は透明な熱硬化性もしくはＵＶ硬化性シリコーンと混合される。シリコーンに対する蛍光体混合物の重量添加率は、一般に、１００分の３５〜６５の範囲であることができるが、正確な添加率は、装置の目標相関色温度（ＣＣＴ）又は色相に依存する。そして、蛍光体／ポリマー混合物を押出し成形して、蛍光体がその体積中に均一に分散した均質な蛍光体／ポリマーシートを形成する。ポリマーに対する蛍光体の重量添加率の場合と同じく、蛍光体層（蛍光体／ポリマーシート）の厚さは、完成した装置の目標ＣＣＴ及び／又は色相に依存する。
【００８０】
あるいはまた、さらなる構成においては、レンズアレイ又は前面カバーの面、好ましくはＬＥＤ装置２４に対面する実質的に平坦な面上に蛍光体物質を供給することが考えられる。ＬＥＤ装置とは別に蛍光体を供給することは、個々の凹部が蛍光体含有物質で埋められるＬＥＤ装置と比較して数多くの利点、すなわち、
・蛍光体含有材料の適切なシートで覆うことにより、一つのＬＥＤを使用するだけで求められる光のＣＣＴ及び／又は色相を生成することができることによる、製造費の削減、
・より一貫したＣＣＴ及び／又は色相、及び
・蛍光体がＬＥＤチップとは離れて位置することによる、蛍光体の熱劣化の減少
を提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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