(57)【要約】【課題】  そのまま或いは少しの修正を加えて現存のインフラに導入可能な照明装置を提供する。【解決手段】  ＬＥＤモジュール１００は、内孔１２１を備えた上部ハウジング１２０と、下部ハウジング１３０とを含む。ＬＥＤモジュールに取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオード１０２は、内孔内に光を放射し、光は上部ハウジングの出力ポート１２２を通過して外部へと放射される。ディスク状または円筒状の光学構造は、出力ポートの上に取り付けられ、光は光学構造の上面およびまたは端部表面を通過して放射される。下部ハウジングは、ＬＥＤモジュールをヒートシンク、ブラケット、フレームに結合するために、ねじ山のような締結部の一部となる円筒状外面を有する。発光ダイオードは、熱拡散器として作用する下部ハウジングに熱的に結合されている。【選択図】    図１Ｂ
2014067729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光ダイオードと、
内孔および光出力ポートを備え、前記発光ダイオードが前記内孔内に放射した光を前記光出力ポートを通して放射する上部ハウジングと、
円筒状外面を有し、前記上部ハウジングに結合され、前記発光ダイオードが熱的に結合された下部ハウジングと
を有し、
前記発光ダイオードとの電気的接続が下部ハウジングを通して設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードは、少なくとも１つのパッケージ化された発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記下部ハウジングの前記円筒状外面は、締結部の一部をなすことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記円筒状外面の前記締結部の前記一部に結合する締結部の一部を備えたヒートシンク、ブラケット、フレームの１つを有し、
前記下部ハウジングの前記円筒状外面の前記締結部の前記一部は、前記ヒートシンク、前記ブラケット、前記フレームの前記１つに取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記下部ハウジングの前記円筒状外面の前記締結部の前記一部は、ねじ山を備えることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記下部ハウジングは、内孔を備え、
前記下部ハウジングの前記内孔には、前記発光ダイオードのドライバ基板が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
少なくとも１つの電気ワイヤが、前記下部ハウジングを通過して前記発光ダイオードとの前記電気的接続を提供していることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記上部ハウジングの前記内孔に熱的に結合したサーミスタをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記内孔内の光を測定するために、前記上部ハウジングの前記内孔に光学的に結合されたフォトダイオードをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記下部ハウジングおよび前記上部ハウジングに結合されたフランジをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記発光ダイオードは、前記フランジに取り付けられた基板に取り付けられ、前記上部ハウジングの前記内孔内に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記発光ダイオードは、前記フランジに取り付けられた基板に取り付けられ、前記下部ハウジングの内孔内に配置され、
前記フランジは、前記発光ダイオードから放射され、前記上部ハウジングの前記内孔内へと到る光が通過する孔を有することを特徴とする、請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記上部ハウジングは、締結部の一部をなす円筒状外面を有することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記上部ハウジングの前記円筒状外面の前記締結部の前記一部に結合する締結部の一部を有するリフレクタをさらに備え、
前記リフレクタは、前記上部ハウジングの前記円筒状外面に取り付けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
調整部材と、
前記上部ハウジングの前記内孔内で前記調整部材を上下させるためのアクチュエータと
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記発光ダイオードが取り付けられた基板と、
前記基板に熱的に結合された熱拡散器と
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記上部ハウジングの前記内孔内に挿入された反射性挿入体をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記反射性挿入体は、円形状、六角形状、テーパ状、複合放物線状の群から選ばれたいずれか一つの形状の断面形状を有することを特徴とする、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記光出力ポートは、透明な光学構造および半透明な光学構造の少なくとも一方を有することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記光学構造は、蛍光体および微細構造の少なくとも一方を有することを特徴とする、請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記発光ダイオードと前記光学構造との間にダイクロミックミラーをさらに備えることを特徴とする、請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記光出力ポートは、前記上部ハウジングの前記発光ダイオードが設けられた位置と相反する側の上面に設けられていることを特徴とする、請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記光学構造は、ディスク形状または円筒形状を有することを特徴とする、請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２４】
前記光は、前記光学構造の上面および端部表面の少なくとも一方を通過して放射されることを特徴とする、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２５】
前記光学構造は、前記上部ハウジングに螺着された取付リングによって、前記上部ハウジングに取り付けられていることを特徴とする、請求項１９に記載の照明装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの発光ダイオードと、
ねじ山を備えた円筒状外面と、内孔と、光出力ポートとを備え、前記発光ダイオードが前記内孔内に放射した光を前記光出力ポートを通して放射する上部ハウジングと、
前記上部ハウジングに結合されたフランジと、
ねじ山を備えた円筒状外面を有し、前記フランジに結合され、前記発光ダイオードが熱的に結合された下部ハウジングと
を有し、
前記発光ダイオードとの電気的接続が下部ハウジングを通して設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項２７】
前記発光ダイオードは、少なくとも１つのパッケージ化された発光ダイオードであることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項２８】
ヒートシンク、ブラケット、フレームの内の１つを有し、
前記ヒートシンク、前記ブラケット、前記フレームの内の前記１つは、前記下部ハウジングの前記円筒状外面の前記ねじ山に螺着されていることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項２９】
前記下部ハウジングは、内孔を備え、
前記下部ハウジングの前記内孔には、前記発光ダイオードのドライバ基板が備えられていることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３０】
少なくとも１つの電気ワイヤが、前記下部ハウジングを通過して前記発光ダイオードとの前記電気的接続を提供していることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３１】
前記下部ハウジングは、前記発光ダイオードに電気的に接触する電気的接触パッドを少なくとも１つ備えることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３２】
前記下部ハウジングの前記円筒状外面は、前記発光ダイオードに電気的に接触することを特徴とする、請求項３１に記載の照明装置。
【請求項３３】
前記発光ダイオードは、前記フランジに取り付けられた基板に取り付けられ、前記上部ハウジングの前記内孔内に配置されることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３４】
前記発光ダイオードは、前記フランジに取り付けられた基板に取り付けられ、前記下部ハウジングの内孔内に配置され、
前記フランジは、前記発光ダイオードから放射され、前記上部ハウジングの前記内孔内へと到る光が通過する孔を有することを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３５】
調整部材と、
前記上部ハウジングの前記内孔内で前記調整部材を上下させるためのアクチュエータと
をさらに備えることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３６】
前記発光ダイオードが取り付けられた基板と、
前記基板に熱的に結合された熱拡散器と
をさらに備え、
前記基板と前記熱拡散器は、前記下部ハウジングの前記内孔内に取り付けられていることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３７】
前記上部ハウジングの前記内孔内に挿入された反射性挿入体をさらに備えることを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３８】
前記反射性挿入体は、円形状、六角形状、テーパ状、複合放物線状の群から選ばれたいずれか一つの形状の断面形状を有することを特徴とする、請求項３７に記載の照明装置。
【請求項３９】
前記光出力ポートは、透明な光学構造および半透明な光学構造の少なくとも一方を有することを特徴とする、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項４０】
前記光学構造は、蛍光体および微細構造の少なくとも一方を有することを特徴とする、請求項３９に記載の照明装置。
【請求項４１】
前記発光ダイオードと前記光学構造との間にダイクロミックミラーをさらに備えることを特徴とする、請求項３９に記載の照明装置。
【請求項４２】
前記光出力ポートは、前記上部ハウジングの前記発光ダイオードが設けられた位置と相反する側の上面に設けられていることを特徴とする、請求項３９に記載の照明装置。
【請求項４３】
前記光学構造は、ディスク形状または円筒形状を有することを特徴とする、請求項３９に記載の照明装置。
【請求項４４】
前記光は、前記光学構造の上面および端部表面の少なくとも一方を通過して放射されることを特徴とする、請求項４３に記載の照明装置。
【請求項４５】
前記光学構造は、前記上部ハウジングに螺着された取付リングによって、前記上部ハウジングに取り付けられていることを特徴とする、請求項３９に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な照明装置に係り、詳しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤのような固体素子光源は、未だ一般的な照明としては使用されていない。一つの理由としては、現存のインフラへの組み込みが容易な形状での製造が難しいことが挙げられる。さらに、固体素子光源の製造に必要な技術的および製造設備的な投資が、固体素子光源の導入費用を従来の光源のコストに比較して高額にしている。その結果、効率が良く、かつ環境にも優しい固体素子照明技術の導入が遅れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１８９０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
照明装置に望まれていることは、低価格で生産でき、そのまま或いは少しの修正を加えて現存のインフラと共に使用、あるいは導入可能なことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施形態に係るＬＥＤモジュールは、内部空孔を備えた上部ハウジングと、下部ハウジングとを含んでいる。ＬＥＤモジュールには少なくとも１つの発光ダイオードが取り付けられ、内部空孔の内部に光を放射し、光は上部ハウジングの出力ポートを通して外部に放射される。ディスク状または円筒状の光学構造は、出力ポートの上に取り付けられ、光は光学構造の上面およびまたは端部表面を通過して放射される。下部ハウジングは、ＬＥＤモジュールをヒートシンク、ブラケット、フレームに結合するために、ねじ山のような締結部の一部となる円筒状外面を有する。発光ダイオードは、熱拡散器として作用する下部ハウジングに熱的に結合されている。ある実施形態では、フランジが上部ハウジングと下部ハウジングとの間に設けられている。発光ダイオードは、フランジの上面または下面に取り付けられた基板に取り付けられている。反射性挿入体は、上部ハウジングの内孔内に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】実施形態に係るＬＥＤモジュールの斜視図
【図１Ｂ】実施形態に係るＬＥＤモジュールの断面図
【図２】取付リングを用いて出力ポートに光学要素が取り付けられたＬＥＤモジュールの斜視図
【図３】図２のＬＥＤモジュールの分解斜視図
【図４】取付リングを用いて出力ポートに側部放射光学要素が取り付けられたＬＥＤモジュールの斜視図
【図５】図４の側部放射光学要素の断面図
【図６】取付リングを用いて出力ポートに円筒状の側部放射光学要素が取り付けられたＬＥＤモジュールの斜視図
【図７】図６の円筒状の側部放射光学要素の分解斜視図
【図８】ＬＥＤモジュールの上部ハウジングの内部空孔を示す上部斜視図
【図９】他の実施形態に係るＬＥＤモジュールの上部ハウジングの内部空孔を示す上部斜視図
【図１０】実施形態に係るフランジの上面に取り付けられたＬＥＤ基板およびＬＥＤを備えたＬＥＤモジュールの斜視図
【図１１】実施形態に係るフランジの下面に取り付けられたＬＥＤ基板およびＬＥＤを備えたＬＥＤモジュールの斜視図
【図１２】ＬＥＤモジュールの下部ハウジングの内部空孔を示す下部斜視図
【図１３】ＬＥＤ、ＬＥＤ基板、熱拡散器、リブ、ＬＥＤ駆動回路基板を含むサブアセンブリの斜視図
【図１４】他の実施形態に係るＬＥＤ、ＬＥＤ基板、熱拡散機、リブ、ＬＥＤ駆動回路基板、アクチュエータ、可動調整部材を含むサブアセンブリの斜視図
【図１５Ａ】実施形態に係る電気接続ワイヤを有さない下部ハウジングの斜視図
【図１５Ｂ】実施形態に係る電気接続ワイヤを有さない下部ハウジングの斜視図
【図１６】他の実施形態に係る電気接続ワイヤを有さない下部ハウジングの斜視図
【図１７】リフレクタおよび金属ブラケットまたはヒートシンクに取り付けられたＬＥＤを示す斜視図
【図１８】ＬＥＤモジュールと共に使用されるリフレクタを下方から見た斜視図
【図１９】折り曲げられたフレームに取り付けられたリフレクタを有する複数のＬＥＤモジュールを示す斜視図
【図２０】街路灯を構成するリフレクタを有するＬＥＤモジュールを示す斜視図
【図２１】他の実施形態に係るＬＥＤモジュールの上部ハウジングに取り付けられるバルブ形状の光学要素を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１Ａおよび１Ｂは、ある実施形態のＬＥＤモジュール１００の斜視図および断面図である。ここでのＬＥＤモジュールは、単一のＬＥＤではなく、ＬＥＤ光源または器具の要素であり、１つ以上のＬＥＤダイまたはパッケージ化されたＬＥＤを含むＬＥＤ基板を含む。ＬＥＤモジュール１００は、例えば銅やアルミニウム、それらの合金といった熱伝導材料から形成されている。ＬＥＤモジュール１００は、円筒状の上部部分１２０と、フランジ１１０とを含む。上部部分１２０は、内孔１２１（図１Ｂ参照）および光放射出力ポート１２２とを含む上部ハウジングをなす。光を放射するために、１つ以上のＬＥＤ１０２が、上部部分１２０の内孔１２１内に配置されている。光は、出力ポート１２２を通してＬＥＤモジュール１００から外部へと放射される。出力ポート１２２は、上部部分１２０の内孔を直接的に露出させるために開かれていてもよく、光学的に透明または半透明のプレートによって覆われていてもよい。
【０００８】
ＬＥＤモジュール１００は、下部ハウジングをなす下部部分１３０をさらに含む。上部部分１２０と下部部分１３０とは、フランジ１１０によって隔離されている。図示されているように、下部部分１３０の外面の少なくとも一部には、ねじ山１３２が設けられている。ねじ山１３２は、様々な型であってよいが、米国の電気器具に用いられる、例えば、１／２インチ、３／４インチ、１インチの標準サイズであること好ましい。ねじ山１３２は、特定の地域の照明工業において用いられる標準サイズに応じて、様々な大きさとしてよい。
【０００９】
図１Ｂに示されているように、ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤ基板１０４に取り付けられてよい。ＬＥＤ基板１０４は、フランジ１１０の上面１１０ｔｏｐ上であって、例えばフランジ１１０と内孔１２１との間に取り付けられ、フランジ１１０の孔１１２を通過して延びるワイヤ１３４を有している。また、ＬＥＤ基板１０４は、フランジ１１０の下面１１０ｂｏｔｔｏｍに取り付けられてもよい。この場合、ＬＥＤ１０２からの光は、フランジ１１０の孔１１２通過して内孔１２１内に放射される。ＬＥＤ基板１０４は、１つ以上のＬＥＤダイまたはパッケージ化ＬＥＤ（合わせてＬＥＤ１０２という）が取り付けられている。ここでのパッケージ化ＬＥＤは、ワイヤボンディング接続やスタッドバンプのような電気的接続を含む１つ以上のＬＥＤダイのアセンブリとして定義する。また、パッケージ化されたＬＥＤは、光学要素や熱的、機械的または電気的インターフェースを含み得る。フランジ１１０は、熱交換器としての付加的な表面として機能するように、機械要素として使用され得る。さらに、ＬＥＤモジュール１００を取り付ける際に、従来の工具を使用できるように、フランジ１１０は構成されている。
【００１０】
ＬＥＤモジュール１００は、下部部分１３０のねじ山１３２によって、ヒートシンクや、固定具、固定フレームに容易に取り付けられるように構成されている。細目ねじ１３２を使用した場合には、接触面積を大きくすることができ、ＬＥＤモジュール１００とＬＥＤモジュール１００が取り付けられた部分との熱伝導を高めることができる。熱的接触を高めるべく、ＬＥＤモジュール１００を取り付ける際に、熱伝導性が高いグリスやテープをねじ山１３２に用いてもよい。ねじ山１３２に加えて、ＬＥＤモジュール１００の取り付けを簡素化しつつ、フランジ１１０自体がヒートシンクやフレームに接触する面積を増加させてもよい。
【００１１】
上部部分１２０は、上部部分１２０の外面の少なくとも一部を覆うねじ山１２４を含み得る。ねじ山の大きさは様々であってよいが、本実施形態では、上部部分１２０の直径は、下部部分１３０の直径よりも小さく、上部ねじ山１２４のピッチは、下部ねじ山１３２のピッチよりも小さい。上部部分１２０のねじ山１２４は、取付プレート、固定具、ヒートシンクにモジュールを取り付けるため、或いは、例えばリフレクタ、ディフューザバルブ、干渉フィルタ、蛍光板、これらの組み合わせといった付加的な光学要素を取り付けるために用いられる。
【００１２】
ある実施形態では、ＬＥＤ基板１０４からヒートシンクへのフランジ１１０および上部ねじ山１２４または下部ねじ山１３２を通過しての熱抵抗は、ＬＥＤ基板１０４に入力される電力に対して１０℃／Ｗである。つまり、ＬＥＤ基板１０４と１つ以上の取り付けられたヒートシンクとの温度差は、１０℃／Ｗとなる。
【００１３】
ＬＥＤモジュール１００に入力される電力は、例えば、５〜２０Ｗであり、例えばワイヤ１３４によって供給される。他の実施形態では、例えば、アース接続やＬＥＤをＬＥＤモジュール１００に接続するためにワイヤをより多く使用してもよい。また、センサ１０１がＬＥＤモジュール１００に組み込まれてもよい。センサ１０１は、例えば、モジュールの温度を測定するサーミスタや、１つ以上の内孔１２１内の光を測定するフォトダイオードであってよい。ＬＥＤモジュールは従来の白熱電球のような光源に比べて寿命が長いので、ワイヤ１３４を従来のランプの脚部／ソケット連結の代わりに使用することができる。
【００１４】
図２は、ＬＥＤモジュール１００を他の方向から見た斜視図である。図２に示されているように、取付リング１２６は、リフレクタ、レンズ、光学的に透明または半透明なプレートのような光学要素１２８を出力ポート１２２に連結するために使用される。取付リング１２６は、金属またはプラスチックから形成されてよく、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０に螺着や、クランプによる固定、接着によって取り付けられてよい。図２に示されているように、取付リング１２６を備えたＬＥＤモジュール１００は、上部放射体として構成されており、光は、図中の矢印によって示されているように、ＬＥＤモジュール１００の出力ポート１２２に直交する方向に概ね沿って放射される。
【００１５】
図３は、実施形態に係るＬＥＤモジュール１００の分解斜視図である。図３には、ＬＥＤ基板１０４と３本のワイヤ１３４が記載されている。図３に示されているように、取付リング１２６は、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０に、積層された１つ以上の光学要素１２８を連結するために使用される。例として、光学要素１２８は、二色性フィルタ、蛍光体のような波長変換粒子が分散されたプレート、蛍光体のような波長変換粒子の層または点を含む透明または半透明のプレート、片面または両面に光学的な微細構造を有するプレートの内の１つ以上を含み得る。図３に示されているように、１つ以上の光学要素は、異なる要素の機能を組み合わして使用されてもよい。例えば、ダイクロミックミラープレートの表面に波長変換層が設けられる。
【００１６】
また、図３には、上部部分１２０の内孔１２１に挿入可能な孔挿入体１２３が記載されている。孔挿入体１２３は、高反射材料から形成されてよく、ＬＥＤモジュール１００の効率を高め、出力ポート１２２を通過する光の分布を均一にするために、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０に挿入される。
【００１７】
図４は、ＬＥＤモジュール１００の斜視図である。ＬＥＤモジュール１００は、側部に放射するために、側部放射構造１５０を備え、例えば、図中の矢印で示されるように、ＬＥＤモジュール１００の出力ポート１２２に直交する方向に対して概ね垂直な方向に光を放射する。図５は、側部放射構造１５０の断面図である。側部放射構造１５０は、ＰＭＭＡやガラス、サファイア、水晶、シリコンのような光学的に透明または半透明の材料から製造された側部放射プレート１５２を含む。プレート１５２は、例えばスクリーン印刷によって例えば蛍光体のような波長変換材料が片面または両面にコートされている。または、プレート１５２は、他の固体層がコートされている。プレート１５２は、材料の全域にわたって分散した、或いはプレート１５２の上部または下部に取り付けられたいわゆるＹＡＧケイ酸塩およびまたは窒化物蛍光体の粒子を含んでもよい。プレート１５２の上部には、例えば、反射強化アルミニウム（ドイツのＡｌａｎｏｄが製造）のような金属材料、またはＭＣ−ＰＥＴ（古川電工が製造）のような高反射性の白色散乱性材料から形成されたミラー１５４が取り付けられている。ミラー１５４は、誘電層の積層体からなる基板であってもよい。ダイクロミックミラー１５６は、例えば、孔１２１とプレート１５２との間である側部放射プレート１５２の下部に取り付けられている。ダイクロミックミラー１５６は、例えば青色光またはＵＶ光を透過する一方、ダイクロミックミラー１５６の上部に配置された側部放射プレート１５２の波長変換材料によって放射された光を反射する。支持構造１５８は、プレート１５２、ミラー１５４，１５６をＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０に取り付けるために使用される。支持構造１５８は、例えば取付リングであってよい。プレート１５２およびミラー１５４，１５６は、例えば接着またはクランプによる固定によって支持部分１５８に取り付けられてよい。支持部分１５８は、接着またはクランプによる固定、螺着によって上部部分１２０に取り付けられてよい。
【００１８】
図５では、プレート１５２およびミラー１５４，１５６の間に隙間が記載されているが、これらの各構造は光学的に透明な接着剤によって互いに接着されてもよい。さらに、３つの要素（側部放射プレート１５２、ミラー１５４，１５６）が示されているが、各要素の機能がより少ない要素の内に組み合わされてもよい。例えば、ダイクロミックミラーが下部にコートされた１つの蛍光体プレートと、その上部に配置されたミラーとによって構成してもよい。使用する要素を削減することによって、光学効率を維持しつつ、材料の材料コストを低減することができる。
【００１９】
図に示されているように、ＬＥＤモジュール１００の孔１２１からの青色光またはＵＶ光１６２は、その少なくとも一部分が低エネルギー（緑色、黄色、琥珀色、赤色）の光１６４に変換されて全方向に放射される一方、プレート１５２の表面における全内部反射および上部および下部ミラー１５４，１５６での反射によって、大部分が側部放射プレート１５２の端部へと伝達され、光１６６として放射される。
【００２０】
ある実施形態では、放射領域の高さ、すなわち側部放射プレート１５２の端部の高さは、約１ｍｍ〜５ｍｍであってよい。ＬＥＤモジュール１００の側部放射構造は、光ガイドプレート内に光を入射させるため、リフレクタを組み合わせて使用する際、ナロービームが必要な際に有用である。
【００２１】
図６は、ＬＥＤモジュール１００の斜視図であって、ＬＥＤモジュール１００は、図中の矢印に示されているように、ＬＥＤモジュール１００の出力ポート１２２に直交する方向に対して概ね垂直なる方向に光を照射するために、他の側部放射構造１８０を有する。図７は、側部放射構造１８０の分解斜視図である。側部放射構造１８０は、透明または半透明の円筒状側壁１８２を含み、光は側壁１８２を通して放射される。円筒状側壁１８２は、例えば、ＰＭＭＡのようなプラスチックまたはガラスであってよく、押出し成形法によって製造されてよい。ある実施形態では、円筒状側壁１８２の壁の厚さは、１００μｍ〜１ｍｍであってよい。円筒状側壁１８２は、必要であれば、例えば、多角形のような円形と異なる断面形状を有してもよい。さらに、側壁１８２は、例えば蛍光体のような波長変換材料が、側壁１８２に埋め込まれ、或いは側壁１８２の内面または外面に塗布されている。波長変換材料は、側壁１８２の全域にわたって均質に分布されていてもよく、或いは不均質に分布されていてもよく、所望の使用態様に応じて最適化されている。
【００２２】
円筒状側壁１８２の上部には、上部プレート１８４が取り付けられている。上部プレート１８４は、Ｍｉｒｏ（Ａｌａｎｏｄが製造）のような光学的に高い反射特性を有する材料から製造されたリフレクタや、ＭＣ−ＰＥＴ（古川電工が製造）のような透明または半透明材料であってよい。ある実施形態では、上部プレート１８４は、円筒状側壁１８２と近似する光学特性を有しており、ある実施形態では、光は上部プレート１８４からも放射される。上部プレート１８４は、平坦状や円錐形状を含む他の様々な形状であってよい。上部プレート１８４は、反射特性を高めるために複数の層を含み得る。さらに、上部プレート１８４は、例えば１層以上の波長変換材料を含み得る。波長変換材料は、ドットパターン状にスクリーン印刷されてよく、組成、位置、厚さ、大きさは様々に変化させてよい。
【００２３】
また、必要に応じて、ダイクロミックミラー１８６（図７参照）が側部放射構造１８０に含まれてよい。光学的なダイクロミックミラー１８６は、円筒状側壁１８２およびまたは上部プレート１８４の内部または表面上に設けられた波長変換材料によって、青色光およびＵＶ光に対しては主として透過性を示し、より長波長の光に対しては反射するように構成されている。
【００２４】
取付リング１８８は、側部放射構造１８０をモジュールの上部部分１２０に取り付ける。円筒状側壁１８２は、接着またはクランプによる固定によって取付リング１８８に取り付けられてよく、取付リング１８８は、接着またはクランプによる固定、螺着によって上部部分１２０に取り付けられてよい。側部放射構造１８０は、光学特性を独立して試験できるように、分離可能なサブアセンブリとなっている。
【００２５】
図８は、実施形態に係るモジュール１００の孔１２１を示す斜視図であり、ＬＥＤ基板１０４およびＬＥＤ１０２の一部分が露呈している。図８に示されている構成では、ＬＥＤ１０２は回転対称位置に配置されている。他の実施形態では、様々な形態をとり得る。図示例では、反射性孔挿入体１２３は、６角形状の形状を呈する。他の実施形態では、必要に応じて他の様々な形状をとり得る。
【００２６】
図８に示されているように、上部部分１２０は、２つの分離したねじ山を含んでよい。例えば、ねじ山１２４は、ＬＥＤモジュール１００を取付プレートまたは固定具、ヒートシンクに取り付けるために用いられ、ねじ山１２５は、図２および図６に記載の取付リング１２６，１８８、または図４に記載の支持構造１５８を取り付けるために用いられる。
【００２７】
図９は、実施形態に係るＬＥＤモジュール１００の孔１２１を他の方向から見た斜視図である。図９に示されているように、単一の中央ＬＥＤ１０２は、湾曲した反射性挿入体とともに用いられる。単一のＬＥＤ１０２は、例えば、Luxeon(R) III（Philips Lumileds Lighting Company）やOSTAR(R)（OSRAM）のような高出力パッケージ化ＬＥＤであってよい。ＬＥＤ１０２は、１つ以上のＬＥＤチップを含んでよく、図９に示されているように、レンズを含んでもよい。反射性挿入体１９２は、複合放物線形状（ＣＰＣ）や楕円形状のリフレクタのようなＬＥＤ１０２からの光を平行にするために用いられるコリメーティングリフレクタであってよい。また、全反射（total internal reflection）コリメータが用いられてもよい。他の実施形態では、挿入要素を用いるのとは対照的に、コリメーティングリフレクタを、孔１２１の側壁によって形成してもよい。
【００２８】
図１０は、実施形態に係るＬＥＤモジュール１００の斜視図でって、ＬＥＤ基板１０４およびＬＥＤ１０２が明確に見えるように、上部部分１２０が取り除いた状態を示す。図１０に示されているように、ＬＥＤ１０２は、独自の光学要素および電気的インターフェースを備えた基板を含むパッケージ化されたＬＥＤであってよい。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は、パッケージ化されたＬＥＤの代わりに基板１０４に取り付けられたＬＥＤダイであってもよい。ＬＥＤ基板１０４は、フランジ１１０の上面１１０ｔｏｐに取り付けられている。取付孔１９４は、例えばねじやボルトを用いて、ＬＥＤ基板１０４をフランジ１１０に取り付けるために用いられてもよい。ＬＥＤ基板１０４は、反射性能が高い上面を有してもよい。ＬＥＤ基板１０４は、ＬＥＤ基板１０４の下面に熱的および電気的な接触を与える熱的および電気的なバイアスを含み得る。この実施形態では、ＬＥＤモジュール１００の下部部分１３０に電気ワイヤが記載されていない。以下の図１５Ａおよび１５Ｂで詳細に示すように、ワイヤの代わりに電気的なパッドが使用される。上部部分１２０は、例えば、螺着、溶接、はんだ付け、クランプによる固定または他の適切な取り付け手法によって、フランジ１１０または下部部分１３０に取り付けられている。
【００２９】
図１１は、実施形態に係るＬＥＤモジュール１００の他の方向から見た斜視図であって、フランジ１１０の孔１１２を通してＬＥＤ基板１０４およびＬＥＤ１０２が明確に見えるように、上部部分１２０が取り除いた状態を示す。ＬＥＤ基板１０４は、例えば、分離した機械的な支持部分を用いて、ＬＥＤモジュール１００の下部部分１３０の内部に取り付けられている。ある実施形態では、ＬＥＤ基板１０４は、例えば、フランジ１１０の取付孔１９６を用いて、フランジ１１０の下面１１０ｂｏｔｔｏｍに取り付けられてもよい。リフレクタ挿入体は、上部部分１２０の出力ポート１２２側へと光を反射するために、孔１１２の内部であってＬＥＤ１０２の周りに配置されてもよい。代わりに、反射強化アルミニウム（ドイツのＡｌａｎｏｄが製造）のような高反射材料、またはＭＣ−ＰＥＴ（古川電工が製造）のような高反射性の白色散乱性材料を用いてフランジ１１０の孔１１２の内表面を構成してもよいし、孔１１２の内表面をコートしてもよい。
【００３０】
図１２は、ＬＥＤモジュール１００を下方から見た斜視図であって、下部部分１３０の孔１３６を示す。ＬＥＤ基板１０４の下部に設けられた熱拡散器１０６は、下方へと突出する２つのリブ１０８を備えている。リブ１０８は、付加的な熱拡散器として作用するとともに、ワイヤ１３４が取り付けられたＬＥＤ駆動回路基板２０２を支持する。熱拡散器１０６を貫通する孔１０７は、ＬＥＤ基板１０４の孔およびフランジ１１０を貫通する孔１１２（図１１参照）に沿っている。孔１０７は、例えば、光源の色合い（color point）や角度プロフィールを変化させるべく、孔１２１の光学特性を調整するために、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０の孔１２１に付加的な部品を導入するために用いられ得る。ある実施形態では、下部部分１３０の孔１３６を覆うようにキャップを取り付けてもよい。
【００３１】
熱拡散器１０６と、リブ１０８と、ＬＥＤ駆動回路基板２０２を備えたＬＥＤ基板１０４は、独立したサブアセンブリ２００を構成し、ＬＥＤモジュール１００に取り付けられる前に試験が可能となっている。図１３は、ＬＥＤ１０２と、ＬＥＤ基板１０４と、熱拡散器１０６と、リブ１０８と、ＬＥＤ駆動回路基板２０２とを含むサブアセンブリ２００の斜視図である。図１２および１３では、単一のＬＥＤ駆動回路基板２０２が記載されているが、追加の駆動回路基板が用いられ、リブ１０８の反対側に取り付けられてもよい。ＬＥＤ基板１０４の中央孔１０５は、例えば付加的な色調整部材を、上部部分１２０の孔１２１内に導入可能なように、熱拡散器１０６の孔１０７（図１２参照）およびフランジ１１０の孔１１２（図１１参照）に沿って形成されてよい。例えば、熱拡散器１０６の側部に形成されたねじ山によって、サブアセンブリ２００は下部部分１３０の内部に螺着される。また、ねじやボルトを用いてサブアセンブリ２００をフランジ１１０に取り付けるために、取付孔１９４が使用されてもよい。サブアセンブリ２００は、例えばサーマルプレートを用いてＬＥＤモジュール１００に高い熱接触状態で設けられてもよい。
【００３２】
図１４は、ＬＥＤ１０２と、ＬＥＤ基板１０４と、熱拡散器１０６と、リブ１０８と、ＬＥＤ駆動回路基板２０２と、アクチュエータ２１０とを含むサブアセンブリ２００の他の実施形態を示している。アクチュエータ２１０を支持するとともに、下部部分１３０の孔１３６を覆うキャップ２０６が設けられている。アクチュエータ２１０は、例えばMicromo Electronicsによって製造されたモータであってよい。アクチュエータ２１０は、放射パターンおよびまたは放射される光の色調または色温度を変化させるべく、上部部分１２０（例えば、図８および９参照）の孔１２１内において調整部材２１４を上下動させるギヤ２１２を備えている。調整部材２１４は、ギヤ２１２の回転に応じて調整部材２１４を上下動させるねじ山を備えている。アクチュエータ２１０を制御するために第３のワイヤ１３４ａが用いられる。
【００３３】
図１５Ａおよび１５Ｂは、実施形態に係る電気接続のためにワイヤを用いない下部部分１３０の斜視図である。ワイヤに代えて、接触パッドが使用される。例えば、図１５Ａに示されているように、下部部分１３０の下面上に単一の接触パッド２５０が設けられ、下部部分１３０の側部は第２の電気的接触部として作用する。図１５Ｂに示されているように、下部部分１３０の下面上には、例えば、中央パッド２５２をリング状パッド２５４が囲むように、互いに同心となる２つの接触パッド２５２，２５４が設けられている。必要に応じて、図１５Ｂの下部部分１３０の側部は、例えば接地といった第３の接点として機能してもよい。また、例えば、モジュールの温度センサを読み出すために、接触パッドの数を増加させてもよい。また、接触パッドは、例えば、差分信号としてセンサデータをエンコードすることによって、複数の機能に用いられてもよい。
【００３４】
図１６は、電気的接続にワイヤを用いない下部部分２６０の他の実施形態を示す斜視図である。図１６に示される下部部分２６０は、従来の白熱電球に用いられるＥ２６またはＥ３７のような従来のランプ基部と同様に下部部分２６０が構成されている点を除いて、図１５Ａに示された下部部分に近似する。下部部分２６０は、下部部分２６０の基部に設けられた接触パッド２６２と、ねじ山２６１を含み、他の電気的接続として機能する下部部分２６０の側部とからなる２つの電気的接続を有している。フランジ１１０は、ＬＥＤモジュール１００をランプベースに螺着するために使用されてもよい。フランジ１１０は、熱伝導性材料から形成されてよいが、電気的には絶縁されている。また、フランジ１１０は、ソケットの接触部を手で触れることができないように、十分に大きく形成されている。
【００３５】
図１７は、リフレクタ３０２および金属ブラケット３０４またはヒートシンクに取り付けられたＬＥＤモジュール１００の例であって、ＬＥＤモジュール１００のフランジ１１０およびワイヤ１３４のみが見えている。金属ブラケット３０４は、ＬＥＤモジュール１００が用いられる器具の一部や、例えば、天井、壁、床、接続ボックスの一部であってよい。ＬＥＤモジュール１００の下部部分１３０は、金属ブラケット３０４に螺着されてよい。リフレクタ３０２は、例えば、アルミニウムような金属である高い熱伝導性を有する材料から形成され、その内部は高反射コーティングがなされている。リフレクタ３０２は、放物線形状または複合放物線形状のような円錐状に形成されてよい。リフレクタ３０２は、良好な熱的接触を実現するために、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０上に螺着されている。ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０のねじ山とリフレクタ３０２との熱的接触を高めるために、熱伝導グリスを用いてもよい。
【００３６】
図１８は、リフレクタ３０２の下方から見た図である。図示のように、リフレクタ３０２は、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０のねじ山１２４（図１）に螺着するナット３０６を備えている。リフレクタ３０２は、例えば、電鋳またはプレス成形によって製造されてよい。リフレクタ３０２のねじ山は、プレス成形されたリフレクタに一体的に形成されてもよいし、溶接、接着、クランプによる固定によって分離した部材を結合させ形成してもよい。
【００３７】
図１９は、リフレクタ３０２を備えた複数のＬＥＤモジュール１００が、器具またはヒートシンクの一部である折り曲げられたフレーム３１０に取り付けられた状態を示す。複数のＬＥＤモジュール１００を使用することによって、光の出力を増大させることができる。また、互いに異なった方向を向くようにＬＥＤモジュール１００を配向することによって、所望の使用態様に応じて強度分布を最適化することができる。例えば屋外やスタジアム用の照明として、必要に応じてより大きなアレイを使用してもよい。
【００３８】
図２０は、ＬＥＤモジュール１００をポール３２０に取り付けることによって、街路灯を構成したリフレクタ３０２を備えたＬＥＤモジュール１００を示している。熱伝導性材料からポール３２０を製造することによって、ポール３２０は熱交換器として機能し、付加的なヒートシンクや熱拡散器が不要となる。
【００３９】
図２１は、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０に取り付けられた光学要素３００の一例を示しており、ＬＥＤモジュール１００はフランジ１１０のみが見えている。光学要素３３０（バルブ要素３３０ともいう）は、標準的な白熱電球の形状を有し、ＬＥＤモジュール１００の上部部分１２０上に螺着されている。必要に応じて、光学要素３３０は、フランジ１１０に直接的に取り付けられてもよい。バルブ要素３３０は、光学的に半透明な上部部分３３２と反射性の下部部分３３４とを含んでいる。下部部分３３４は、高反射性かつ高熱伝導性の材料から形成されることが好ましい。材料は、例えば、Miro material（Alanod）や同様に使用される他の材料である。ある実施形態では、反射性の下部部分３３４は、例えば、高い熱伝導性を有する外殻と、高い光反射性を有する内殻とを備えた熱伝導性材料の多殻構造を含み得る。また、下部部分３３４は、例えば、高反射性コーティングによってコートされた高熱伝導性の材料から形成されてよい。また、コーティングは、白色塗料のような拡散性コーティングや例えばアルミニウムや銀と保護層からなる金属コーティングであってもよい。
【００４０】
本発明を説明するために特定の実施形態を例に挙げて示したが、本発明はこれによって限定されるものではない。本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明に様々な適合や修飾を加えることができる。本発明の趣旨および範囲は、実施形態に基づいて限定されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月6日(2014.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）照明モジュールであって、
取付基板に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオードと、
少なくとも１つの反射性表面を有する内孔と、光出力ポートとを備え、前記少なくとも１つの発光ダイオードが前記内孔内に光を放射する上部ハウジングと、
前記光出力ポートの上に取り付けられた、それぞれが波長変換材料を含む複数の透明なまたは半透明なプレートの積層と、
前記上部ハウジングに結合された下部ハウジングと
を有し、
前記少なくとも１つの発光ダイオードとの電気的接続が下部ハウジングを通して設けられていることを特徴とする照明モジュール。
【請求項２】
前記下部ハウジングは、ヒートシンク、ブラケット、またはフレームのいずれかに取り付けられるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項３】
前記下側基板が、外面のねじ山を有し、前記外面のねじ山によって前記ヒートシンク、ブラケット、またはフレームのいずれかに取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載の照明モジュール。
【請求項４】
前記下部ハウジングは、内孔を備え、
前記下部ハウジングの前記内孔には、前記少なくとも１つの発光ダイオードのドライバ基板が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項５】
前記上部ハウジングの前記内孔内に挿入され、前記内孔の反射性側壁を構成する反射性挿入体をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項６】
前記反射性挿入体は、円形状、六角形状、テーパ状、複合放物線状の群から選ばれたいずれか一つの形状の断面形状を有することを特徴とする、請求項５に記載の照明モジュール。
【請求項７】
前記波長変換材料は、蛍光体を有することを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項８】
前記複数の透明なまたは半透明なプレートは、異なる波長の波長変換材料の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項９】
前記少なくとも１つの発光ダイオードと前記複数の透明なまたは半透明なプレートとの間にダイクロミックミラーをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項１０】
前記光出力ポートは、前記上部ハウジングの前記少なくとも１つの発光ダイオードが設けられた位置と相反する側の上面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の照明モジュール。