(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体照明デバイスであって、
基端と、
少なくとも１つの固体エミッタと、
前記基端と前記少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設され、前記少なくとも１つの固体エミッタによって生成される熱を消散させるように配置されたヒートシンクとを備え、
照明デバイスは、前記基端と、前記少なくとも１つの固体エミッタが搭載されるエミッタ搭載エリアとの間の方向に延在する実質的に中心の軸を有し、
前記ヒートシンクは、固体照明デバイスの全側部周縁の周りで前記中心軸に対して９０°より大きいそれぞれの放射半角に従って、前記少なくとも１つの固体エミッタによって生成される光の非遮断放射を可能にするように配置され、
前記ヒートシンクは、第１の端と第２の端とを有し、前記ヒートシンクは、前記第２の端から前記第１の端に向かう方向において、距離に伴って増加し、その後減少し、その後再び増加する幅を有し、順次配置された第１及び第２の逆テーパ付き部分を備える固体照明デバイス。
【請求項２】
前記ヒートシンクの一部は、周囲空気環境に露出され、前記少なくとも１つの固体エミッタからの放射を受ける請求項１記載の固体照明デバイス。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、周囲空気環境に露出される第１の端と、周囲空気環境に露出される第２の端を備える請求項１又は２に記載の固体照明デバイス。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、固体照明デバイスの全側部周縁の周りで前記中心軸に対して少なくとも約１２０°のそれぞれの放射半角に従って、前記少なくとも１つの固体エミッタによって生成される光の非遮断放射を可能にするように配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、固体照明デバイスの全側部周縁の周りで前記中心軸に対して少なくとも約１３５°のそれぞれの放射半角に従って、前記少なくとも１つの固体エミッタによって生成される光の非遮断放射を可能にするように配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの固体エミッタは、カバーの下かまたは前記カバー内に配設される請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項７】
前記基端は、少なくとも１つの電気コンタクトを備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、複数のフィンを備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項９】
前記複数のフィンは、外側に突出するピンまたはロッドとして配置される請求項８に記載の固体照明デバイス。
【請求項１０】
前記複数のフィンは、前記基端およびエミッタ搭載エリアを通って規定される実質的に中心の軸に実質的に平行に配置されたフィンを含む請求項８に記載の固体照明デバイス。
【請求項１１】
前記複数のフィンは、前記基端およびエミッタ搭載エリアを通って規定される実質的に中心の軸に実質的に垂直に配置されたフィンを含む請求項８に記載の固体照明デバイス。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、螺旋形状で配置された少なくとも１つのフィンを備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項１３】
前記ヒートシンクは、ヒートパイプを備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項１４】
前記ヒートシンクは、前記ヒートパイプと伝導的熱連通状態にある複数のフィンを備える請求項１３に記載の固体照明デバイス。
【請求項１５】
前記ヒートシンク内に配設された、複数の電気導体および複数の電気回路要素の任意のものを備える請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項１６】
前記ヒートシンクは、前記少なくとも１つの固体エミッタの接合部温度を約８５℃以下に維持しながら、約３５℃の周囲空気環境において、少なくとも約２ワットの定常状態熱負荷を消散させるようになっている請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項１７】
Ａ１９電球用のＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３に従ってサイズ決定され形作られる請求項１〜１６のいずれか１項に記載の固体照明デバイス。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の固体照明デバイスを備えるランプまたは照明器具。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願第１２／７９４，５５９号に対して優先権を主張する。こうした出願の全体の内容は、全ての目的のために、参照により本明細書に組込まれる。
［技術分野］
本発明は、固体照明デバイスおよび固体照明デバイスに関連する熱伝達構造に関する。
［背景技術］
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、一般に、反対極性にドープされた層間に挟まれた半導体材料の１つまたは複数の活性層を含む。ドープ済みの層の両端にバイアスが印加されると、正孔および電子が、１つまたは複数の活性層に注入され、活性層で正孔および電子は再結合して、光が生成され、光はデバイスから放射される。レーザダイオードは、同様の原理に従って動作する固体エミッタである。
【０００２】
固体光源は、着色（たとえば非白色）または白色（たとえば、白色またはほぼ白色であるとして知覚される）ＬＥＤ光を提供するために利用される可能性がある。白色固体エミッタは、白色白熱ランプ用の考えられる置換物として調査されてきた。白色ＬＥＤランプの代表的な例は、青色光の少なくとも一部分を吸収し、黄色光を再放射する蛍光体（通常、ＹＡＧ：ＣｅまたはＢＯＳＥ）でコーティングされた青色ＬＥＤチップ（たとえば、ＩｎＧａＮおよび／またはＧａＮで作られる）のパッケージを含み、黄色放射と青色放射の組合せは、特性が白色またはほぼ白色であるとして知覚される光を提供する。黄色光と青色光の組合せは、黄色または緑色として知覚される場合、「青色シフト黄色(blue shifted yellow)」（「ＢＳＹ」）光または「青色シフト緑(blue shifted green)」（「ＢＳＧ」）光と呼ばれることができる。固体エミッタまたはルミフォア(lumiphoric)材料（たとえば、蛍光体）からの赤色スペクトル出力の付加は、白色光の暖かみを増すために使用される可能性がある。蛍光体ベース白色ＬＥＤに対する代替として、赤色、青色、および緑色固体エミッタならびに／またはルミフォアの組合せ放射はまた、特性が白色またはほぼ白色であるとして知覚される可能性がある。白色光を生成する別の手法は、紫または紫外ＬＥＤ源を用いて複数の色の蛍光体または色素を刺激することである。固定照明デバイスは、たとえば少なくとも１つの有機または無機ＬＥＤおよび／またはレーザを含んでもよい。
【０００３】
多くの現代の照明用途は、所望レベルの輝度を提供するためにハイパワー固体エミッタを必要とする。ハイパワーＬＥＤは、大きな電流を引出し、それにより、消散されなければならないかなりの量の熱を発生する。ヒートシンクなどの熱消散要素は、一般に、ＬＥＤの信頼性および耐用年数を増すために、ＬＥＤが過度に高い接合部温度で動作することを防止する必要があるため、高輝度ＬＥＤと熱連通状態で設けられる。かなりのサイズの、かつ／または、周囲環境への露出にさらされるヒートシンクの場合、その適度のコスト、耐食性、および作製が比較的容易なことのために、アルミニウムが、ヒートシンク材料として一般に使用される。固体照明デバイス用のアルミニウムヒートシンクは、鋳造、押出し、および／または機械加工技法によって種々の形状で一般に形成される。リードフレーム固体エミッタパッケージはまた、パッケージが搭載される表面に対する熱伝導を促進させるために、単一非放射（たとえば、下側）パッケージ表面に沿って通常配置されるチップスケールヒートシンクを利用する。こうしたチップスケールヒートシンクは、一般に、鋳造済みまたは機械加工済みヒートシンクなどの他のデバイススケール熱消散構造に熱を伝導する中間熱スプレッダとして使用される。チップスケールヒートシンクは、成型済み内包材料内に内包されるどんな部分も通常持たないデバイススケールヒートシンクと対照的に、成型済み内包材料内に内包された少なくともチップスケールヒートシンクの部分を含んでもよい。
【０００４】
かなりのサイズの、かつ／または、周囲環境への露出にさらされる固体照明デバイスヒートシンクの場合、アルミニウムが、ヒートシンク材料として一般に使用され、鋳造、押出し、および／または機械加工技法によって種々の形状で一般に形成されてもよい。
【０００５】
光出力特性を犠牲にすることなく、白熱電球を置換することが可能なＬＥＤ電球を提供することが望ましいことになるが、種々の制限が、ＬＥＤ電球の幅広い実装を妨げてきた。従来の高出力ＬＥＤ電球においては、ヒートシンクの少なくとも一部分は、電球の基部と電球傘（または、カバー）部との間に配置され、電球傘またはカバーは、通常、ＬＥＤを保護し、ＬＥＤから放射される光を拡散するのに役立つ。残念ながら、ＬＥＤによって生成される熱の量を消散させるのに十分なサイズのヒートシンクは電球の基部に近接する光の出力を遮断する傾向がある。電球のカバー部と基部との間に配置されるヒートシンクを具現化する固体照明デバイスの例は、図６および図７Ａ〜７Ｂに示される。
【０００６】
図６は、第１の従来のＬＥＤ電球５５０を示し、第１の従来のＬＥＤ電球５５０は、関連する足部コンタクト５６５および電気レセプタクルに嵌合する側部（ねじ山付き）コンタクト５６６を有する基部５６３、少なくとも１つのＬＥＤを収容する内部容積を画定する電球傘またはカバー５８０、およびカバー５８０と基部５６３との間に延在するヒートシンク５９０であって、複数のフィン５９４を含む、ヒートシンク５９０を含む。ヒートシンク５９０の上側境界５９１は、電球５５０を通して規定可能な中心垂直軸に直角に交わって配置された線状境界を提供し、ヒートシンク５９０の下側境界５９２は、基部５６３に隣接して配設される。ヒートシンク５９０の最も幅広の点は、ヒートシンク５９０の幅または横寸法が、上側境界５９１から下側境界５９２に向かう方向に連続して減少するため、ヒートシンク５９０の上側境界５９１に沿う。ヒートシンク５９０の上側境界５９１に近接して、カバー５８０の下側境界５８１が配置される。ヒートシンク５９０が、ヒートシンクの水平上側境界５９１の下への直接放射を遮断するため、図６による従来のＬＥＤ電球の典型的な放射は、約１３５°であるが確実に１８０°未満の全角にわたる（約６７．５°であるが、確実に９０°未満の半角放射に等しい）。この文脈の半角放射は、（ａ）電球を通して規定可能な中心垂直軸と（ｂ）電球の側部縁を超える、少なくとも１つのＬＥＤによって伝達される最も下の非反射ビームとの間の角度を指す。
【０００７】
図６に示すＬＥＤ電球５５０が、卓上スタンド内で上を向いて設置されると、電球の下のエリア内の、結果として得られる低い輝度の光出力および影は、多くのユーザにとって心地よくない。
【０００８】
図７Ａ〜７Ｂは、第２の従来の設計によるＬＥＤ電球６５０（新型の９ワットＧＥ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｍａｒｔ（登録商標）ＬＥＤ電球として宣伝されたが、まだ商業的にリリースされていない）を示し、電球は、関連する足部コンタクト６６５および電気レセプタクルに嵌合する側部（ねじ山付き）コンタクト６６６を有する基部６６３、少なくとも１つのＬＥＤを収容する内部容積を画定する電球傘またはカバー６８０、およびカバー５８０と基部５６３との間に延在し、電球傘またはカバー６８０の外側表面に沿って上に延在する複数の（すなわち、７つの）フィン６９４をさらに含むヒートシンク６９０を含む。フィン６９４の上側境界６９１は、電球傘またはカバー６８０の下側境界６８１より十分上に配置され、ヒートシンク６９０の最も幅広の部分は、電球傘またはカバー６８０の下側境界６８１にまたは下側境界６８１の周りに配設される。フィン６９４は、光を反射するためにわずかに着色される（すなわち、白色）。電球６５０の半角放射は、図６に示す電球５５０によって提供される半角放射より大きい可能性があるが、ヒートシンクのフィン６９４は、電球傘またはカバー６８０内に配設される少なくとも１つのＬＥＤによって放射される光の一部分を遮断するのに役立つ。
【０００９】
ＬＥＤ電球の基部に近接する光出力を増大させることが望ましいことになる。ＬＥＤ電球の横放射を遮断することなく、こうした増大した光出力を提供することがさらに望ましいことになる。
［発明の概要］
本発明は、種々の実施形態において、固体照明デバイスによって放射される光の遮断を低減し、半角放射を増加させるために、照明デバイスの固体エミッタから基端に延在する方向に沿って幅が増加する部分を有するヒートシンクを備える固体照明デバイスに関する。
【００１０】
一態様では、本発明は、固体照明デバイスに関し、固体照明デバイスは、基端と、少なくとも１つの固体エミッタと、基端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設され、少なくとも１つの固体エミッタによって生成される熱を消散させるように配置されたヒートシンクとを備え、ヒートシンクは、基端に近接する第１の端を有し、また、第１の端で第１の幅を有し、ヒートシンクは、基端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設された第２の端を有し、また、第２の端で第２の幅を有し、第１の端と第２の端との間に配設されたヒートシンクの少なくとも一部分は、第２の幅より大きい第３の幅を有する。
【００１１】
別の態様では、本発明は、固体照明デバイスに関し、固体照明デバイスは、基端と、少なくとも１つの固体エミッタと、基端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設され、少なくとも１つの固体エミッタによって生成される熱を消散させるように配置されたヒートシンクとを備え、照明デバイスは、基端と、少なくとも１つの固体エミッタが搭載されるエミッタ搭載エリアとの間の方向に延在する実質的に中心の軸を有し、ヒートシンクは、固体照明デバイスの全側部周縁の周りで中心軸に対して９０°より大きいそれぞれの放射半角に従って、少なくとも１つの固体エミッタによって生成される光の非遮断放射を可能にするように配置される。
【００１２】
さらなる態様では、本発明は、基端および少なくとも１つの固体エミッタを有する固体照明デバイスと共に使用するためのヒートシンクに関し、ヒートシンクは、照明デバイスの基端に近接して設置するために配置された第１の端であって、第１の幅を有する、第１の端と、照明デバイスの第１の端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に設置するために配置された第２の端であって、第２の幅を有する、第２の端とを備え、第１の端と第２の端との間に配設されたヒートシンクの少なくとも一部分は、第２の幅より大きい第３の幅を有する。
【００１３】
別の態様では、本明細書に開示される、先の態様ならびに／または他の特徴および実施形態の任意のものが、さらなる利点のために組合されてもよい。
本発明の他の態様、特徴、および実施形態は、続く開示および添付特許請求の範囲からより完全に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による、固体エミッタから基端に延在する方向に沿って幅が増加する幅を有する逆テーパ付きヒートシンクの少なくとも一部分を含む逆テーパ付きヒートシンクを含む第１のＬＥＤ電球の略立面図である。
【図２】（ＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３に従う）Ａ１９電球の重ね合わせ破線輪郭を含む、本発明の別の実施形態による、固体エミッタから基端に延在する方向に沿って増加する幅を有する逆テーパ付きヒートシンクの少なくとも一部分を含む逆テーパ付きヒートシンクを含む第２のＬＥＤ電球の略斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、固体エミッタから基端に延在する方向に沿って増加する幅を有する逆テーパ付きヒートシンクの少なくとも一部分を含む螺旋形状で形成された逆テーパ付きヒートシンクを含む第３のＬＥＤ電球の略立面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、固体エミッタから基端に延在する方向に沿って増加する幅を有する逆テーパ付きヒートシンクの少なくとも一部分を含む、複数の突出するピンまたはロッドとして配置されたフィンを備える逆テーパ付きヒートシンクを含む第４のＬＥＤ電球の略斜視図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、固体エミッタから基端に延在する方向に沿って増加する幅を有する逆テーパ付きヒートシンクの少なくとも一部分を含む、中央ヒートパイプに垂直に配置されたフィンを備える逆テーパ付きヒートシンクを含む第５のＬＥＤ電球の略断面図である。
【図６】電球傘またはカバーと電球傘またはカバーの基部との間に配設された複数のフィンを有するヒートシンクを含む、従来技術で知られている第１の従来のＬＥＤ電球の斜視図である。
【図７】電球傘またはカバーと電球傘またはカバーの基部との間に配設された複数のフィンおよび電球傘またはカバーの外側表面に沿って上に延在するさらなる複数のフィンを有するヒートシンクを含む、従来技術で知られている設計による第２の従来のＬＥＤ電球の側立面図である。
【図８】ＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３からの抜粋による、ＡＮＳＩ規格によるＡ１９電球のための外部寸法（ミリメートル単位）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明はここで、本発明の実施形態が示される添付図面を参照して以降でより完全に述べられる。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、また、本明細書で述べる特定の実施形態に限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、当業者に本発明の範囲を伝えるために設けられる。図面では、層および領域のサイズおよび相対サイズは、明確にするために誇張される場合がある。
【００１６】
別途規定しない限り、本明細書で使用される用語（技術的および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の専門家によって一般に理解されるのと同じ意味を有すると解釈されるべきである。本明細書で使用される用語が、本仕様および関連技術の文脈においてその意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、また、本明細書で明確に規定されない限り、理想化された意味または過度に正式な意味に解釈されるべきでないことがさらに理解されるであろう。
【００１７】
１つまたは複数の要素のないことが、具体的に述べられない限り、本明細書で使用される用語「備える(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」は、１つまたは複数の要素の存在を排除しない開放型(open-ended)用語として解釈されるべきである。
【００１８】
本明細書で使用されるように、用語「固体光エミッタ(solid state light emitter)」または「固体発光デバイス(solid state light emitting device)」は、発光ダイオード、レーザダイオード、および／または１つまたは複数の半導体層を含む他の半導体デバイスを含んでもよい。固体光エミッタは、固体エミッタに対する動作電流および電圧の印加によって、定常状態熱負荷を生成する。こうした定常状態熱負荷および動作電流および電圧は、ほぼ長い（好ましくは少なくとも約５０００時間、より好ましくは少なくとも約１０，０００時間、なおより好ましくは少なくとも約２０，０００時間の）動作寿命の、発光出力を最大にするレベルにおける固体エミッタの動作に対応すると理解される。
【００１９】
固体光エミッタは、知覚される所望の色（白色として知覚される可能性がある色の組合せを含む）の光を生成するために、個々に、または、１つまたは複数のルミネッセンス材料（たとえば、蛍光体、シンチレータ、ルミフォアインクを含む）および／またはフィルタと組合せて、任意選択で、それらと共に使用されてもよい。ＬＥＤデバイス内へのルミネッセンス（「ルミフォア(lumiphoric)」）材料の包含は、こうした材料をカプセル化材に添加することによって、こうした材料をレンズに添加することによって、または、ＬＥＤ上に直接コーティングすることによって達成されてもよい。ディスペンサおよび／または屈折率整合材料などの他の材料が、こうしたカプセル化材に含まれてもよい。
【００２０】
本明細書で使用される用語「デバイススケールヒートシンク」は、定常状態熱負荷の実質的に全てを、少なくとも１つのチップスケール固体エミッタから周囲環境に消散させるのに適したヒートシンクを指し、デバイススケールヒートシンクは、約５ｃｍ以上、より好ましくは約１０ｃｍ以上の最小の主要寸法（たとえば、高さ、幅、直径）を有する。
【００２１】
本明細書で使用される用語「チップスケールヒートシンク」は、デバイススケールヒートシンクより小さい、かつ／または、デバイススケールヒートシンクより小さい熱消散能力を有する。照明デバイスは、１つまたは複数のチップスケールヒートシンクならびにデバイススケールヒートシンクを含んでもよい。
【００２２】
本発明は、種々の態様において、少なくとも１つの固体エミッタによって放射される光の遮断を低減するように配置されたデバイススケールヒートシンクを含む固体照明デバイスに関する。従来の固体エミッタベース電球は、固体エミッタに近接して最も幅広の寸法を有するヒートシンクを使用し、ヒートシンクの幅は、電球の固体エミッタから基端に延在する方向に沿って減少する。こうした従来のやり方と対照的に、本発明によるデバイスは、電球の固体エミッタから基端に延在する方向に沿って幅が増加する部分を有するヒートシンクを含む。結果として得られる逆テーパ付きヒートシンクは、固体照明デバイスによって放射される光の遮断を低減し、半角放射を増加させ、それにより、（たとえば、こうしたデバイスが上に向くときの照明デバイスの下のエリアの）光出力の増大を可能にする。
【００２３】
好ましい実施形態によるデバイススケールヒートシンクは、１つまたは複数のチップスケール固体エミッタの定常状態熱負荷の実質的に全てを周囲環境（たとえば、周囲空気環境）に消散させるようになっている。こうしたヒートシンクは、過度の固体エミッタ接合部温度（こうしたエミッタ（複数可）の耐用年数を有害なほどに短縮させることになる）をもたらすことなく、かなりの（好ましくは少なくとも約４ワット、より好ましくは少なくとも約８ワット、より好ましくは少なくとも約１０ワットの）定常状態熱負荷を周囲空気環境に消散させるようにサイズ決定され、形作られてもよい。たとえば、８５℃での固体エミッタの動作は、５０，０００時間の平均固体エミッタ寿命を提供し、一方、９５℃、１０５℃、１１５℃、および１２５℃の温度は、それぞれ２５，０００時間、１２，０００時間、６，０００時間、および３，０００時間の平均耐用年数をもたらす可能性がある。一実施形態では、デバイススケールスタンプヒートシンクは、固体エミッタの接合部温度を約９５℃（より好ましくは約８５℃以下）に維持しながら、約３５℃の周囲空気環境で少なくとも約２ワット（より好ましくは少なくとも約４ワット、なおより好ましくは少なくとも約１０ワット）の定常状態熱負荷を消散するようになっている。本文脈における用語「接合部温度(junction temperature)」は、ワイヤボンドまたは他のコンタクトなどの固体エミッタチップ上に配設された電気接合部を指す。デバイススケールヒートシンクは、鋳造、スタンピング、押出し、機械加工、鍛造、溶接／ろう付け、および同様なものを含む、適した作製技法によって作製されてもよい。
【００２４】
一実施形態では、基端および少なくとも１つの固体エミッタを有する固体照明デバイスは、基端に近接する第１の端を有し、また、基端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設された第２の端を有するヒートシンクを含む。ヒートシンクは、第１の端で第１の幅を、第２の端で第２の幅を有し、第１の端と第２の端との間に配設されたヒートシンクの少なくとも一部分は、第２の幅より大きい第３の幅を有する。換言すれば、基端と少なくとも１つの固体エミッタとの間に配設されたヒートシンクの第２の端は、比較的狭く、基端に近いヒートシンクの部分は比較的幅広である。こうした逆テーパ付けは、ヒートシンクによる光の遮断を減少させる。こうした逆テーパ付けは、ヒートシンク全体に適用されてもよく、または、ヒートシンクの一部分にだけ適用されてもよい。一実施形態では、ヒートシンクは、基端と少なくとも固体エミッタとの間に順次配置された複数の逆テーパ付き部分を備える（すなわち、少なくとも１つの固体エミッタに近接する第２の端からヒートシンクの基端に近接する第１の端に向かって距離に伴って増加し、次に減少し、再び増加する幅を有する）。
【００２５】
一実施形態では、固体照明デバイスは、基端とエミッタ搭載エリアとの間の方向に延在する実質的に中心の軸を含み、ヒートシンクは、固体照明デバイスの全側部周縁の周りで実質的に中心の軸に対して少なくとも大きな放射半角(emission half-angle)によって、少なくとも１つの固体エミッタによって生成される光の非遮断放射を可能にするように配置される。この大きな放射半角は、好ましくは少なくとも約９０°、より好ましくは少なくとも約１２０°、なおより好ましくは少なくとも約１３５°、なおより好ましくは少なくとも約１４５°である。
【００２６】
ある実施形態では、ヒートシンクは、実質的に中心の軸に対して実質的に対称の光遮断プロファイルを提供してもよい。他の実施形態では、ヒートシンクは、実質的に中心の軸に対して非対称の光遮断プロファイルを提供してもよく、ヒートシンクの１つまたは複数の部分は、方向に関して異なる方法で、光の透過を可能にするかまたは光を遮断するように配置される。ヒートシンクの上側部分は、光の遮断または透過の所望のパターンを提供するために、平坦であってよい、湾曲してよい、またはある角度でオフカットされてもよい。
【００２７】
一実施形態では、固体照明デバイスの基端は、電気レセプタクル（たとえば、照明器具のソケットまたはプラグ）からの電流を受取るように配置された少なくとも１つの電気コンタクト（好ましくは複数のコンタクト）を含む。こうしたコンタクトは、ねじ山付きソケットに嵌合するのに適した足部コンタクトおよび側部コンタクトの形態であってよく、突出するピンタイプコンタクトの形態であってよく、ワイヤまたは他の導体を受取る端子の形態であってよく、または、任意の他の適したタイプのコンタクトであってよい。複数の電気導体および／または電気回路要素は、ヒートシンク内に画定されるチャネルまたはキャビティ内などのヒートシンク内にまたはヒートシンク上に配設されてもよく、または、ヒートシンクの表面内にまたは表面に沿って配置されてもよい。こうした導体および／または回路要素は、固体照明デバイスの少なくとも固体エミッタに電流を伝導させる、または、それの制御を容易にするために使用される。
【００２８】
好ましい実施形態では、ヒートシンクは複数のフィンを備える。こうしたフィンは、任意の適した方法で構成され配置されてもよい。一実施形態では、複数のフィンが、基端およびエミッタ搭載エリアを通して規定される実質的に中心の軸に実質的に平行に配置される。一実施形態では、複数のフィンは、実質的に中心の軸に実質的に垂直に配置される。一実施形態では、ヒートシンクは、螺旋形状で配置された少なくとも１つのフィンを含む。異なるサイズ、形状、および／または立体構造のフィンが、単一ヒートシンク上に配置されてもよい。
【００２９】
一実施形態では、ヒートシンクは、内部作動流体によって熱を輸送するために配置されたシール済みヒートパイプを含む。複数のフィンが、配置され、ヒートパイプとの熱連通を行ってもよい。
【００３０】
ある実施形態では、本明細書で述べるヒートシンクを含む固体照明デバイスは、限定はしないがＡ１９電球などのＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３によって規定される電球規格に従ってサイズ決定され形作られる。図８は、ＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３からの抜粋であり、ＡＮＳＩ規格によるＡ１９電球７００のための外部寸法（ミリメートル単位）を示す。本明細書で述べる固体照明デバイスは、複数の固体エミッタを含んでもよく、こうしたエミッタは、独立に制御されてもよい。
【００３１】
一実施形態では、本明細書で述べるヒートシンクを含む固体照明デバイスは、少なくとも部分的に透過性のカバーの下またはその中に配設される少なくとも１つの固体エミッタを含む。カバーは、（限定はしないが）ポリマー材料および／またはガラスなどの任意の適切に透過性がある材料で形成されてもよい。こうしたカバーは、拡散器を備えてもよく、または、１つまたは複数の固体エミッタによって放射される光を拡散させるように配置されてもよい。こうしたカバーは、収束、指向性ポインティング、または光整形ユーティリティーを提供するレンズを含んでもよい。別法としてまたは付加的に、こうしたカバーは、１つまたは複数のＬＥＤによって放射される光と相互作用するように配置された１つまたは複数のルミフォア（たとえば、蛍光体）を含んでもよい。カバーは、特性が対称であってよく、または、意図的に非対称であってよい。本明細書で述べるヒートシンクを含む固体照明デバイスに関連するカバーは、任意の適したサイズまたは平面、球、半球、および同様なものを含む形状で設けられてもよい。こうしたカバーの少なくとも一部分は、形状が電球傘に似ていてもよい。一実施形態では、カバーは、関連するヒートシンクの対応する寸法にほぼ等しい外形寸法（たとえば、高さおよび／または幅）を有してもよい。別の実施形態では、カバーは、ヒートシンクの対応する寸法より実質的に小さい−たとえばヒートシンクの対応する寸法の約半分未満、約４分の１未満、または約５分の１未満の−外形寸法を有してもよい。
【００３２】
図面を参照して、図１は、本発明の一実施形態による、ＬＥＤ電球（またはランプ）の形態の固体照明デバイス１０を示す。電球１０は、基端１１および遠位端１２を含み、第１および第２の電気コンタクト（すなわち、足部コンタクト１５および側部（ねじ山付き）コンタクト１６）が基端１１に近接して配置され、遠位端１２に近いカバー３０が少なくとも１つの固体エミッタ２０を覆うように配置される。少なくとも１つの柱状体またはエミッタ支持構造１３、１３'が、ヒートシンク４０に近接して設けられてもよい。固体エミッタ２０と基端１１との間には、複数のフィン４４を含む逆テーパ付きヒートシンク４０が配置される。ヒートシンク４０は、照明デバイス１０の基端１１に近接して配置された第１の端４１を含み、第１の端４１と固体エミッタ２０との間に配置された第２の端４２を含む。ヒートシンク４０の最も幅広の部分４５は、第１の端４１と第２の端４２との間に配置される。ＬＥＤ電球１０は、実質的に中心の垂直軸２と固体エミッタ２０からヒートシンク４０の最も幅広の部分４５への直線投影４との間に延在する半角θに沿う放射を提供する。図１から明らかなように、ＬＥＤ電球１０は、実質的に９０°より大きい半角θにわたる非遮断放射を提供するように配置され、こうした半角は１３５°を超える。
【００３３】
図２を参照して、別の実施形態によるＬＥＤ電球１１０は、少なくとも１つの固体エミッタ１２０、および、関連する逆テーパ付きヒートシンク１４０よりかなり小さい、カバー１３０の下に配設された関連する基材１２１を含むが、結果として得られる電球のサイズおよび形状は、重ね合わせ破線輪郭９９によって示すように、Ａ１９電球用のＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３の寸法包絡線内にある。足部コンタクト１１５および側部（ねじ山付き）コンタクト１１６は、基端１１１に沿って配置される。少なくとも１つの柱状体またはエミッタ支持構造１１３は、基端１１１から、（垂直に、電球１１０の中心垂直軸に平行に配置された）複数のフィン１４４を含む逆テーパ付きヒートシンク１４０に向かって（任意選択で、貫通して）延在してもよい。ヒートシンク１４０は、基端１１１に近接して配置された第１の端１４１を含み、第１の端１４１と少なくとも１つの固体エミッタ１２０との間に配置された第２の端１４２を含む。ヒートシンク１４０の最も幅広の部分１４５は、第１の端１４１と第２の端１４２との間に配置される。少なくとも１つの固体エミッタ１２０に近接するヒートシンク１４０の幅は小さく、こうした幅は、エミッタ１２０から最も幅広の点１４５へ距離が離れるにつれて増加し、最も幅広の点１４５より下では、ヒートシンク１４０の幅は、エミッタ１２０から距離が離れるにつれて減少する。
【００３４】
図３は、逆テーパ付きヒートシンク２４０を含む別のＬＥＤ電球２１０を示し、少なくとも１つのフィン２４４が螺旋形状で配置され、結果として得られる電球のサイズおよび形状は、Ａ１９電球用のＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３の寸法包絡線内にある。少なくとも１つの固体エミッタ２２０および関連する基材１２１は、カバー２３０の下に配設される。足部コンタクト２１５および側部（ねじ山付き）コンタクト２１６は、基端２１１に沿って配置される。少なくとも１つの柱状体またはエミッタ支持構造２１３、２１３'は、基端２１１から、逆テーパ付きヒートシンク１４０に向かって（任意選択で、貫通して）延在してもよい。ヒートシンク２４０は、基端３１１に近接して配置された第１の端２４１を含み、第１の端２４１と少なくとも１つの固体エミッタ２２０との間に配置された第２の端２４２を含む。ヒートシンク２４０の最も幅広の部分２４５は、第１の端２４１と第２の端２４２との間に配置される。少なくとも１つの固体エミッタ２２０に近接するヒートシンク２４０の幅は小さく、こうした幅は、エミッタ２２０から最も幅広の点２４５へ距離が離れるにつれて増加し、最も幅広の点２４５より下では、ヒートシンク２４０の幅は、エミッタ２２０から距離が離れるにつれて減少する。逆角度付きヒートシンク２４０は、従来のヒートシンクと比較して光の遮断を低減する。
【００３５】
別のＬＥＤ電球３１０が図４に示される。電球３１０は、逆テーパ付きヒートシンク３４０を含み、複数のフィン３４４が、電球３１０を通して規定可能な中心垂直軸に対して横方向外側に突出するロッドまたはピンとして配置され、結果として得られる電球のサイズおよび形状は、Ａ１９電球用のＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３の寸法包絡線内にある。少なくとも１つの固体エミッタ３２０が、カバー３３０の下に配設される。足部コンタクト３１５および側部（ねじ山付き）コンタクト３１６は、基端３１１に沿って配置される。少なくとも１つの柱状体またはエミッタ支持構造３１３、３１３'は、基端３１１から、逆テーパ付きヒートシンク３４０に向かって（任意選択で、貫通して）延在してもよい。ヒートシンク３４０は、基端３１１に近接して配置された第１の端３４１を含み、第１の端３４１と少なくとも１つの固体エミッタ３２０との間に配置された第２の端３４２を含む。ヒートシンク３４０の最も幅広の部分３４５は、第１の端３４１と第２の端３４２との間に配置される。少なくとも１つの固体エミッタ３２０に近接するヒートシンク３４０の幅は小さく、こうした幅は、エミッタ３２０から最も幅広の点３４５へ距離が離れるにつれて増加し、最も幅広の点３４５より下では、ヒートシンク３４０の幅は、エミッタ３２０から距離が離れるにつれて減少する。逆角度付きヒートシンク２４０は、従来のヒートシンクと比較して光の遮断を低減する。
【００３６】
なお別のＬＥＤ電球４１０が、図５の断面図で示される。電球４１０は、逆テーパ付きヒートシンク４４０を含み、複数のフィン４４４が、電球４１０を通して規定可能な中心垂直軸に対して水平方向外側に延在し、結果として得られる電球のサイズおよび形状は、Ａ１９電球用のＡＮＳＩ規格Ｃ．７８．２０−２００３の寸法包絡線内にある。少なくとも１つの固体エミッタ４２０が、カバー４３０の下に配設される。足部コンタクト４１５および側部（ねじ山付き）コンタクト４１６は、基端４１１に沿って配置される。少なくとも１つの柱状体またはエミッタ支持構造４１３は、基端４１１に対して上に延在してもよい。こうした柱状体または支持構造４１３は、中空であり、足部コンタクト４１５および側部コンタクト４１６と電気接続した導体４０５、４０６を含む。少なくとも１つの電気回路要素および／または制御要素４０９（任意選択で、バラスト、調光器、色制御回路、および温度保護回路を含む）が、さらに柱状体または支持構造４１３内に配置される。
【００３７】
ヒートシンク４４０の中央部は、ヒートパイプ４１９を含み、フィン４４４がヒートパイプ４１９と伝導性熱連通状態にある。ヒートパイプ４１９は、固体エミッタ４２０から遠くに熱を輸送するように配置され、こうした熱は、フィン４４４によって横方向外側に周囲環境に消散される。ヒートシンク４４０は、基端４１１に近接して配置された第１の端４４１を含み、第１の端４４１と少なくとも１つの固体エミッタ４２０との間に配置された第２の端４４２を含む。ヒートシンク４４０の最も幅広の部分４４５は、第１の端４４１と第２の端４４２との間に配置される。少なくとも１つの固体エミッタ４２０に近接するヒートシンク４４０の幅は小さく、こうした幅は、エミッタ４２０から最も幅広の点４４５へ距離が離れるにつれて増加し、最も幅広の点４４５より下では、ヒートシンク４４０の幅は、エミッタ４２０から距離が離れるにつれて減少する。従来のヒートシンクと比較して、逆角度付きヒートシンク４４０は、固体エミッタ４２０によって生成される光の遮断を低減する。
【００３８】
本発明の一実施形態は、本明細書で開示される少なくとも１つの固体照明デバイスを有する照明器具を含む。一実施形態では、照明器具は、複数の固体照明デバイスを含む。一実施形態では、照明器具は、天井、壁、または他の表面内への凹所搭載(recessed mounting)のために配置される。別の実施形態では、照明器具は、トラック搭載のために配置される。固体照明デバイスは、構造または車両に永続的に搭載されてもよい、または、フラッシュライトなどの手動可搬型デバイスを構成してもよい。
【００３９】
一実施形態では、格納容器は、閉囲空間および本明細書で開示される少なくとも１つの固体照明デバイスまたは照明器具を備え、電力ラインに電流が供給されると、少なくとも１つの照明デバイスは、閉囲空間の少なくとも一部分を照明する。別の実施形態では、構造は、表面または物体および本明細書で開示される少なくとも１つの固体照明デバイスを備え、電力ラインに電流が供給されると、固体照明デバイスは、表面または物体の少なくとも一部分を照明する。別の実施形態では、本明細書で開示される固体照明デバイスは、以下のものの少なくとも１つを備えるエリアを照明するために使用されてもよい。以下のものとは、水泳プール、部屋、倉庫、指示器、道路、車両、道路標識、広告掲示板、船、玩具、電子デバイス、家庭用または工業用電気機器、ボート、航空機、スタジアム、木、窓、庭、および街灯柱である。
【００４０】
本明細書で開示される固体照明デバイスは、以下の有利な技術効果の１つまたは複数を提供する可能性がある。以下の有利な技術効果とは、固体照明デバイス（たとえば、ＬＥＤ電球）の基端に近接した部分への光の遮断の低減、固体照明デバイス（たとえば、ＬＥＤ電球）からの横方向放射の遮断の低減、および固体照明デバイス（たとえば、ＬＥＤ電球）の基部に近接するエリア内での影形成の低減（または、影境界における遷移の鋭さの低減）である。
【００４１】
本発明は、本発明の特定の態様、特徴、および例証的な実施形態を参照して本明細書で述べられたが、本発明の有用性は、そのように制限されるのではなく、むしろ、本明細書の開示に基づいて本発明の分野の専門家に示唆されるように、多数の他の変形実施形態、変更実施形態、および代替実施形態に拡張され、それらを包含することが理解されるであろう。本明細書で開示される任意の特徴は、別途指示しない限り、本明細書で開示される他の特徴と組合せ可能であることを意図される。相応して、以降で特許請求される本発明は、全てのこうした変形実施形態、変更実施形態、および代替実施形態をその趣旨および範囲内に含むものとして、幅広く解釈されることを意図される。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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