(57)【要約】      （修正有）【課題】白熱ランプに代わることができるＬＥＤランプを提供する。【解決手段】持ち上げられた光源がねじ込み型基部４２の上方に位置決めされる。第１の複数ＬＥＤ２２が平坦な基板３６の一方の側で直列に接続され、第１と数が等しい第２の複数のＬＥＤ２２が基板３６の反対側で直列に接続される。第１および第２の複数のＬＥＤ２２の各ＬＥＤ２２はヒートシンクに近接して取り付けられ、駆動回路１０がＬＥＤ２２用に設けられ、駆動回路１０はねじ込み基部４２に近接して配置され、ねじ込み基部４２に電気的に接続される。【選択図】図１１Ａ
2014167940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．基部と、
ｂ．持ち上げられた光源と、前記光源は、
ｉ．直列に接続され、前記基部から離間している全体的に平坦な基板の一方の側に取り付けられた第１の複数のＬＥＤと、
ｉｉ．前記第１の複数のＬＥＤと数が等しく、直列に接続され、前記全体的に平坦な基板の反対側に取り付けられ、前記第１の複数のＬＥＤと全体的に合わせて配置される第２の複数のＬＥＤと、を備え、
ｂ．前記基板内のヒートシンクであって、前記第１および第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記ヒートシンクに近接して取り付けられる、ヒートシンクと、
ｃ．前記ＬＥＤ用駆動回路であって、前記基部に近接して配置され、前記基部に電気的に接続される、駆動回路と
を備えるＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記基部がねじ込み型基部である、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記駆動回路が前記平坦な基板から延びる回路基盤に取り付けられ、前記回路基盤が前記基部に延びる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記ヒートシンクが前記基板の各側に少なくとも１つの伝導性ヒートアイランドを含み、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記一方の側のヒートアイランドに近接し、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記反対側のヒートアイランドに近接する、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記ヒートシンクは少なくとも１つの伝導性ヒートスプレッダを含み、各ヒートアイランドが前記ヒートスプレッダに接続される、請求項４に記載のＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダが前記基板に配置され、前記ヒートスプレッダが前記基部まで延びる、請求項５に記載のＬＥＤランプ。
【請求項７】
第１および第２のヒートスプレッダを含み、前記基板の前記一方の側の各ヒートアイランドが前記第１のヒートスプレッダに接続され、前記反対側の各ヒートアイランドが前記第２のヒートスプレッダに接続される、請求項５に記載のＬＥＤランプ。
【請求項８】
前記ヒートスプレッダは単一体である、請求項７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項９】
前記基部に接続される球状体を含む、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１０】
前記第１および第２の複数のＬＥＤは全体的に円弧に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１１】
前記駆動回路は、サージサプレッサ、整流器、平滑コンデンサ、および抵抗器を含み、前記第１の複数のＬＥＤおよび前記第２の複数のＬＥＤは前記抵抗器に並列に接続される、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１２】
前記基板は前記基部から延びる線と平行に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１３】
前記基板は前記基部から延びる線に垂直に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤラ
ンプ。
【請求項１４】
前記ヒートシンクは、前記基部の近隣から前記基板まで延びる複数の伝導性ヒートスプレッダロッドを含む、請求項１３に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１５】
前記ヒートシンクは前記基板の各側に少なくとも１つの伝導性ヒートアイランドを含み、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、前記一方の側のヒートアイランドに近接し、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤが前記反対側のヒートアイランドに近接する、請求項１４に記載のＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ＬＥＤ（発光ダイオード）ランプに関し、特に、標準白熱ランプに置き換わるＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱ランプは１００年を超える間存続している。それらは、高い演色評価数（ＣＲＩ）および暖色の色温度のために魅力的で見た目に美しく心地よい。しかし、低い効率、短い寿命、およびエネルギー浪費が主要な欠点であり、そのため消費者は蛍光ランプなどのより効率的な光源に切り替えざるを得なくなった。
【０００３】
蛍光ランプが低いＣＲＩを有し、物理的に大きく、ちらつき効果を示し、水銀などの危険性材料を含むということがなかったならば白熱ランプは何十年も前に旧式になっていたであろう。
【０００４】
１９８０年代後半まで、ＬＥＤは主として電子機器の表示灯として使用された。白熱ランプと比べて高性能なためＬＥＤは非常に評判がよかった。１９９０年代後半に向かって、高輝度のＬＥＤが、白色ＬＥＤを含めて、現れ始めた。今日、ＬＥＤチップの設計および製造の進歩により、白熱ランプに置き換わる実現可能性がかつてよりも高くなっている。
【０００５】
しかし、ＬＥＤランプの普及を遅らせるいくつかの課題が残されている。
１．低い最大ＬＥＤ接合部温度および熱散逸
ＬＥＤは、電圧降下ＶＤと駆動電流ＩＤとの積に等しい割合で熱を生成し、
【０００６】
【数１】
2014167940.tif 000003
【０００７】
であり、ここで、Ｐは電力であり、ＱはＬＥＤによって生成される熱エネルギーである。ＬＥＤ接合部の温度上昇は生成される熱と散逸される熱との間の差の関数である。熱散逸は、ヒートシンク表面積、様々な媒体およびインターフェイスの熱伝導率、ならびにヒートシンクと周囲温度との間の温度差の関数である。大部分のＬＥＤは１２５℃の最大接合部温度を有し、少数の製造業者が１８０℃に達していると宣伝している。ＬＥＤからの光出力は、いかに速く熱をダイから消散させることができるかによって制限される。接合部温度が上昇するにつれて、ＬＥＤの発光出力は減少する。図１は、典型的なＬＥＤの発光出力対接合部温度のプロットである。
【０００８】
２．発光出力および発光効率
発光効率は、光束（Ｌｍ）と印加電力（ワット）の比である。低電力白熱ランプの効率の典型的な値は次の通りである。
【０００９】
発光効率      ＬＭ／Ｗ
燃焼カンデラ    ０．３
５Ｗ白熱        ５
４０Ｗ白熱    １２
ＬＥＤの効率は過去数年にわたって改善されており、１００Ｌｍ／Ｗを超えている。一
般に利用可能な電力ＬＥＤは８５Ｌｍ／Ｗまで達することができる。しかし、これらの測定値は、２５℃接合部温度および低減した駆動電流で取得されていることに留意されたい。
【００１０】
前に述べたように、ダイ温度が上昇すると、発光出力は減少する。駆動電流の増加は、効率の低減にさらに大きな影響を及ぼす。電流が増加するにつれて、光出力は、図２に示されるように、非線形に増加するが、図３が示すように、電圧も同様に増加する。
【００１１】
言い換えれば、電流Ｉが係数（１＋Ｋ、ここで０＜Ｋ＜１）だけ増加すると、発光出力が係数（ｋ＋１、ここで０＜ｋ＜Ｋ）だけ増加するだけでなく、ＬＥＤ電圧Ｖも係数（１＋ν）だけ増加することになる。新しいＬＥＤ電力消費量は、
Ｐ＝（Ｉ＋Ｋ）×（Ｖ＋ν）＝（Ｉ＋Ｋ）×Ｖ＋（Ｉ＋Ｋ）×ν
となることになり、ここで、第１項は電流のみの増加による電力の増加を表し、第２項は電流および電圧の増加による電力の増加を表す。
【００１２】
したがって、ＬＥＤ電流が増加すると、効率の低下を犠牲にしてＬＥＤ出力が増加することになる。ルーメンの増加の割合は電流の増加の割合よりも低く、それにより非常に高い割合で効率が低下することになる。
【００１３】
３．ＬＥＤは一方向光源である。
図４が示すように、ＬＥＤは半空間よりも少ない円錐で光を放出し、それが従来の「Ａ」タイプランプで使用することを困難にしている。ヒートシンクに取り付けられ、球状シェルに配置される場合、光のうちのあるものはパッケージおよびレンズ材料によって吸収され、それによりシステム効率が低下することになる。ＬＥＤを「Ａ」タイプランプで首尾よく実装するには、ＬＥＤを球体の中心まで持ち上げる必要があるが、これは熱散逸容量を低減する。
【００１４】
４．電力変換の必要性
ＬＥＤは、定電流源電源を必要とする電流駆動デバイスである（図５）。図３が示すように、ＬＥＤによって反映される電圧は駆動電流の指数関数である。電源電圧がＬＥＤ電圧と一致しなければならないので、ＬＥＤを電圧源によって駆動することができない。そうでなければ、電圧差を全回路抵抗で割ると、最大ＬＥＤ定格を容易に超え、デバイスを故障させることになる電流をもたらす。
【００１５】
定電流源電源はコストを増大させ、ＬＥＤランプシステムの信頼性および効率を低下させる。５ワット未満のフライバック電源は８０％未満の典型的な効率を有し、それがランプシステム全体の発光効率を低下させることになる。
【００１６】
電源はランプシステム内に貴重な実装面積を占め、ＬＥＤによって生成された熱から電源を分離するために特別な処置を取る必要がある。
５．調光能力
調光器はＡＣ入力電圧を位相制御することによって光出力を制御する。しかし、定電流電源は、出力電流を一定に保つために入力電圧のいかなる変化も補償することになる。調光能力を可能にする特製電源がある。これらの電源は、ＲＭＳ入力電圧に比例する出力電流を生成するように設計されている。そのような電源は、一般に、より複雑であり、より低い効率を示す。
【００１７】
図５は、オフラインスイッチモード電源のブロック図である。スイッチモード電源は、１２０Ｖａｃ線路電圧を低いＤＣ電流（１０ｍＡ〜３５０ｍＡ）に変換するのに必要とされる。５ワット未満の出力電力の電源はほとんど常にフライバックタイプであり、８０％
未満の典型的な効率を有する。さらに、それらは、サージに出会う場合、故障しがちであり、特に、ＭＯＶ（金属酸化物バリスタ）などのサージサプレッサが組み込まれていない場合、高電圧のスパイクがＭＯＳＦＥＴスイッチを損傷することがある。
【００１８】
低電圧ＬＥＤを駆動する別の通常の方法は、ＡＣ線路と直列であるインピーダンスを使用して電流を制限し、ＬＥＤの両端間の過剰電圧を低下させることによるものである。このインピーダンスは抵抗器、コンデンサ、またはインダクタとすることができる。抵抗器は最も安価で、最も利用しやすいが、それが消費するエネルギーＥ＝Ｉ２・Ｒ・Δｔは失われ、回復することができない。損失は、図６に示されるように、電源電圧とＬＥＤ電圧との間の電圧差の増加と共に増加する。
【００１９】
Ｖｓ＝１６６Ｖ、Ｖ＝３６Ｖ、およびＩ＝２０ｍＡを仮定すると、
【００２０】
【数２】
2014167940.tif 000004
【００２１】
である。
抵抗器の両端での電力消費は、ＰＲ＝Ｉ２×Ｒ＝２．６Ｗである。
システムの効率は、
【００２２】
【数３】
2014167940.tif 000005
【００２３】
となる。
明らかに、このシステムは利用できない。
別の解決策は、インダクタまたはコンデンサなどのエネルギーを消費しないインピーダンスでＲを置き換えることである。コンデンサはインダクタよりもサイズおよび値において有効である。唯一の限定要因はコンデンサの両端の最大許容電圧降下である。しかし、この解決策では、ＬＥＤは調光することができず、回路基盤のサイズは、定格を線間電圧にマージンを加えたものにする必要があるＡＣコンデンサの大きいサイズのために増大する。
【００２４】
抵抗器インピーダンスの解決策は、電力消費が低減される場合有効となるはずであり、それは電圧差（Ｖｓ−Ｖ）が減少する場合に達成される。これは、全ＬＥＤ電圧降下が電源電圧Ｖｓに近づくまで直列にＬＥＤの数を増加させることによって行われ、それにより、電圧差（Ｖｓ−Ｖ）ならびに電流を制限するのに必要とされるＲの値が減少することになる。
【００２５】
例えば、全負荷電圧Ｖ＝１３６Ｖを生成するように直列にいくつかのＬＥＤが接続されると仮定する。Ｒの新しい値は、
【００２６】
【数４】
2014167940.tif 000006
【００２７】
である。
新しい電力消費は、
ＰＲ＝Ｉ２ＬＯＡＤＲ＝０．６Ｗ
である。
【００２８】
新しいシステムの効率は、
【００２９】
【数５】
2014167940.tif 000007
【００３０】
となる。
明らかに、これは十分に電源効率の許容範囲内にあり、それは浪費される電力のより多くを有用な電力に移すことによって達成される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、基部および持ち上げられた光源を含むＬＥＤランプを対象とする。光源は、直列に接続され、基部から離間している全体的に平坦な基板の一方の側に取り付けられた第１の複数のＬＥＤと、直列に接続され、基板の反対側に取り付けられ、第１の複数のＬＥＤと全体的に位置合せして配置される第２の複数のＬＥＤとからなる。ヒートシンクは基板内にあり、第１および第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤはヒートシンクに近接して取り付けられる。駆動回路がＬＥＤ用に設けられ、駆動回路は基部に近接して配置され、基部に電気的に接続される。
【００３２】
本発明の好ましい形態によれば、基部はねじ込み型基部である。駆動回路は平坦な基板から延びる回路基盤に取り付けられ、回路基盤は基部内に延びる。
本発明の一形態では、ヒートシンクは基板の各側に少なくとも１つの伝導性ヒートアイランドを含み、第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは基板の一方の側のヒートアイランドに近接し、第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは基板の反対側のヒートアイランドに近接する。ヒートシンクは少なくとも１つの伝導性ヒートスプレッダをさらに含み、各ヒートアイランドはヒートスプレッダに接続される。ヒートスプレッダは基板内に配置され、基部まで延びる。好ましくは、第１および第２のヒートスプレッダがあり、基板の一方の側の各ヒートアイランドは第１のヒートスプレッダに接続され、反対側の各ヒートアイランドは第２のヒートスプレッダに接続される。ヒートスプレッダは互いに接続された一連の伝導性要素とすることができるが、各ヒートスプレッダは好ましくは単一構造体である。
【００３３】
好ましくは、本発明は従来の電球の形状のものである。したがって、それは基部に接続される球状体を含む。第１および第２の複数のＬＥＤは、球状体の内部で全体的に円弧に方向付けられる。
【００３４】
駆動回路は、サージサプレッサ、整流器、平滑コンデンサ、および抵抗器を含み、第１の複数のＬＥＤおよび第２の複数のＬＥＤは並列に接続され、それらの並列接続は抵抗器となる。
【００３５】
本発明の一形態では、基板は基部から延びる線と平行に方向付けられる。本発明の第２の形態では、基板は基部から延びる線に垂直に方向付けられる。本発明のこの形態では、ヒートシンクは、基部の近隣から基板まで延びる複数の伝導性ヒートスプレッダロッドを含む。
【００３６】
本発明は、本発明の最良の形態を具現する例の以下の説明において、図面と関連づけてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】典型的なＬＥＤの光度対接合部温度のプロットである。
【図２】ＬＥＤの光出力対電流駆動のプロットである。
【図３】ＬＥＤ電圧対ＬＥＤ電流のプロットである。
【図４】ＬＥＤの光放射の円錐のプロットである。
【図５】ＬＥＤ用オフラインスイッチモード電源の図である。
【図６】電源電圧とＬＥＤ電圧との間の電圧差の増加と共に損失がどのように増加するかを示す図である。
【図７】本発明による回路基盤の立面図である。
【図８】直列にＬＥＤを接続する簡単な回路を示す図である。
【図９】本発明に関連して使用される典型的な回路の図である。
【図１０】図９の回路の入力交流電圧、整流電圧、およびＬＥＤ電流を表す図である。
【図１１Ａ】本発明の一形態の、図７と同様の立面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの側面図である。
【図１１Ｃ】ヒートスプレッダを示す図１１Ａおよび１１Ｂの基板の図である。
【図１２Ａ】本発明の別の形態の立面図である。
【図１２Ｂ】本発明の別の形態の立面図である。
【図１２Ｃ】本発明のさらなる別の形態の立面図である。
【図１３Ａ】ＬＥＤが本発明の前の実施形態に対して垂直に向きを定められた本発明の別の形態の斜視概略図である。
【図１３Ｂ】完成したランプとしての図１３Ａに示された本発明の形態の斜視図である。
【図１４】図１３Ｂに示されたランプの分解図である。
【図１５Ａ】図１１に示された本発明をわずかに変更したバージョンを示す図であり、図１５Ａは基部を示す図である。
【図１５Ｂ】回路および光源を示す図である。
【図１５Ｃ】球状体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明は、従来技術の上述の制限を克服するＬＥＤベースのランプ、すなわち、
・簡単で丈夫な電力変換器
・高いシステム発光効率
・調光可能
・効率的な３６０°光出力
・効率的な熱管理システム
・任意の低電力白熱ランプに対する直接置き換え
・製造しやすい設計
を生成する。
【００３９】
本発明は、表面基盤上で直列に接続された多数の低コスト表面実装ＬＥＤを利用し、それによって、負荷電圧降下ならびに有用な光出力およびシステム効率を増加させる（図７および８）。これは、同じ直列組合せでプリント回路基盤の直上にＬＥＤダイを組み立てること（チップオンボード）によっても達成することができる。
【００４０】
ＬＥＤ発光体は直列にＬＥＤダイを組み合わせることによってパッケージ化し、定格電流で高い組合せＬＥＤ電圧を生成することができる。そのようなＬＥＤの一連のものは単一のＬＥＤと同じ電流を引き出すことになるが、整流電源電圧に非常に近い電圧を反映することになる。これは、ダイが逆平行に接続され、それによって整流器の必要性をなくし
、ＬＥＤを高電圧ＡＣ  ＬＥＤに変換するＳｅｏｕｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの「Ａｃｒｉｃｈｅ」  ＬＥＤとは異なる。直列にＬＥＤを組み合わせることにより高電圧ＤＣ  ＬＥＤがもたらされ、それは、ＡＣ電源で動作される場合整流器を必要とすることになる。利点は、平滑コンデンサを加えて電流リプルを低減し、ちらつきのない安定した光源を得る能力である。Ａｃｒｉｃｈｅ  ＬＥＤは、整流処理がパッケージの内部にあるので平滑コンデンサを取り付けることができない。
【００４１】
表面実装デバイス（ＳＭＤ）のアセンブリは自動化された低コスト処理である。したがって、構成要素はすべてＳＭＤタイプであることが重要である。これが高電圧ＡＣコンデンサを利用できない別の理由であるが、それは高電圧ＡＣコンデンサはＳＭＤのものを見いだすのが困難であるからである。
【００４２】
図９は、１０で全体的に示された、本発明による典型的な回路の概略図である。本発明は交流電源１２に関連して説明されるが、当然、直流が利用可能な場合整流器は不必要である。交流電源１２はヒューズを通って整流器１６に供給される。整流器１６は交流を整流し、１８で概略的に示される電圧源を生成する。前述の直列抵抗器２０は、その後、直列のＬＥＤ２２および直列のＬＥＤ２４の２つの並列組合せへと続く。回路１０の信頼性を向上させるために、表面実装型ＭＯＶ（金属酸化物バリスタ）サージサプレッサ２６も含まれる。平滑コンデンサ２８は電流リプルを低減し、ちらつきを除去する。
【００４３】
より多くのＬＥＤを直列に加え、それにより全電圧降下を増加させることによって効率をさらに改善することができる。
一般に、ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖとし、ΔＶは抵抗器２０の両端の電圧である。所与の負荷電流Ｉでは、
Ｒ＝ΔＶ／Ｉ  および  ＰＲ＝Ｉ×ΔＶ
である。
【００４４】
低いΔＶの悪影響は不十分な変動率である。ＬＥＤ電圧降下は電流に敏感でない（図３）ので、入力電圧の変化はΔＶにのみ与えられることになり、それにより電流が比例して変化することになる。
【００４５】
δＶが電源電圧Ｖｓの変化である場合、同じ変化がＲに与えられることになり、それが今では不変である。新しい電流は、
Ｉ＝（ΔＶ＋δＶ）／Ｒ
となることになり、ここで、δＶは正または負となることがある。δＩが負荷電流の変化を表すとしよう。その場合、
δＩ＝（ΔＶ＋δＶ）／Ｒ−ΔＶ／Ｒ＝δＶ／Ｒ
である。
【００４６】
変動率は出力の百分率変化で定義され、
【００４７】
【数６】
2014167940.tif 000008
【００４８】
である。
入力が変化したとき出力の変化を最小にするために、変動率はできるだけ小さくされるべきである。しかし、変動率の値が低いということはΔＶの値が大きいということであり
、それにより、前述のように、損失が増加し、効率が低下する。
【００４９】
ＰＲ＝Ｉ×ΔＶ＝（ΔＶ）２／Ｒおよび効率ＰＯＵＴ／ＰＩＮ＝Ｉ×Ｖ／（Ｉ×Ｖ＋ＰＲ）
を再表示しよう。
【００５０】
本発明の１つの目的は、電源電圧Ｖｓの所与の変化δＶに対する最大許容可能変動率を明確することである。これにより最も小さいΔＶが規定されることになり、それを使用してＲおよびシステムの効率が決定されることになる。
【００５１】
図１０は、入力ＡＣ電圧、整流電圧、およびＬＥＤ電流の波形を表す。
損失が最も低くなる比較的低い電流で駆動される場合ＬＥＤは最も効率的である。しかし、これは、全ルーメンが低いことも意味する。例えば、ＬＥＤが０．０３Ｗで１００Ｌｍ／Ｗの効率を有する場合、その出力は３ルーメンとなることになる。効率的なＬＥＤは必ずしも明るいＬＥＤを意味しない。見方を変えれば、最も効率的なＬＥＤは非常に暗いので照度用の光源として使用不可能となることがある。
【００５２】
いくつかの先のＬＥＤは絶縁されたアルミニウム基板に取り付けられた多数のより小さいＬＥＤから構成されていたが、それらは、全ＬＥＤ電圧を低く、電流を高く保持する直列・並列の組合せで配置されている。ＬＥＤが互いに接近して詰め込まれているので、すべての光が出て行くのに非効率となる可能性があり、光の一部が近接するＬＥＤによって吸収されることがある。高電流でＬＥＤを駆動するとさらに効率を低下させることになる。
【００５３】
本発明では、全ルーメン出力を最大にし、吸収を低減するように、低コストで効率的なＬＥＤ２２および２４がプリント回路基盤または基板の両方の層上に直列に配置される。ＬＥＤは、効率を高く保持するために低い電流で駆動される。低いルーメン出力はＬＥＤの数を増加させることによって補償される。ＬＥＤサイズは小型であり、表面実装構成要素のＰＣＢ配置コストは低いので、唯一の不利益はＬＥＤコストである。
【００５４】
２つの光度、すなわち１５ワット／７５Ｌｍおよび２５ワット／２００Ｌｍの白熱と等価なＬＥＤランプを考えよう。
７５Ｌｍシステムでは、３６個のＬＥＤが直列に配置され、１８個が回路基盤の両側で同一の場所に配置される。このシステムは図７に示され、１０ｍＡのＬＥＤ電流で図９の概略図に従って駆動される。その電流でのＬＥＤ当たりのルーメン出力は２ルーメンであり、１．２Ｗの全入力電力で合計７５ルーメンが出力され、６０Ｌｍ／Ｗの総合システム発光効率がもたらされる。
【００５５】
高出力バージョンは、図１１Ａ〜１１Ｃに示されるように、ＰＣＢの両側に各々３６個のＬＥＤの２つの並列回路を有する。各直列回路のＬＥＤ電流は３０ｍＡまで増加される。
【００５６】
ＬＥＤがランプの内部に配置され取り付けられるこの方法により、より少ない吸収および障害物の結果、より多くのルーメンがランプを出て行く。
たとえ、回路ごとの多数のＬＥＤが等しい電流分配を保証しているとしても、より高い出力に起因する損失の増加を分散することならびに電流分配を改善することに役立つように回路１０ごとに直列抵抗器３０が加えられる。信頼性を向上させるために表面実装ＭＯＶサージサプレッサ２６およびヒューズ１４を加えることもできる。
【００５７】
たとえ、前の説明が２つの電力レベルに限定されていたとしても、４０ワットと等価ま
たはそれ以上のより高い電力を達成するために同じ原理を適用することができる。総合システム効率は、より多くのＬＥＤを利用し、駆動電流を低減することによって向上させることができる。
【００５８】
ＬＥＤの輝度は最大接合部温度によって制限される。ほとんどの場合、接合部温度は１２５℃である。接合部とケースとの間で１０℃の温度差を仮定すると、経験法則によれば、１５℃のマージンを伴って９５℃以下のケース温度が維持される。ＬＥＤ接合部から散逸される熱が多いほど達成可能な光出力は高くなる。
【００５９】
６ワット以上の従来技術の電力ＬＥＤランプでは、外部ヒートシンクが、通常、実装され、それによりＬＥＤはヒートシンクの直上に配置され、その情緒性が低減され、コストが増加する。
【００６０】
本発明は、ＬＥＤ熱散逸の代替方法を提供する。１つの電力ＬＥＤからの熱を外部ヒートシンクにより散逸するのではなく、多数の低電力ＬＥＤ２４および２６は、それらの熱を、多層ＰＣＢ基盤または基板３６の上部層および下部層上のヒートスプレッダ銅アイランド３２および３４によって散逸する。アイランド３２および３４は、銅ヒートスプレッダ３８および４０の２つの内側層に熱を移送する。各々は、外側層上のヒートアイランド３２および３４の極めて近くに配置される。内側スプレッダ３８および４０は熱をランプのねじ込み基部４２に内部的に伝導し、次に、取付具および電気配線（図示せず）を通して熱を散逸させることになる。ねじ込み基部４２はＡＣ線路に接続されているので、それは回路１０の残りの部分から完全に分離される必要がある。外側アイランド３２および３４と内側ヒートスプレッダ３８および４０との間の基板３６のコア厚さは、熱抵抗を最小にし、熱移送を最大にするために安全基準が許容する最小厚さを有するべきである。
【００６１】
本発明では、熱は伝導によってねじ込み基部に散逸されるので、ランプは空気循環のない密封された球状体４４（図１２Ａなど）の内部に配置することができる。さらに、ＬＥＤは持ち上げられ、より見やすくなるので、より多くの光を放射できることになる。
【００６２】
ＬＥＤ基板３６の下部で、ヒートスプレッダ３８および４０は、回路基盤の様々な層のトレース間を電気的に接続する手段であるプリント回路基盤バイアによって一緒に熱的に接合され、ある層から別の層まで熱を熱伝導することによってねじ込み基部への電力散逸を最大にする。
【００６３】
ＬＥＤ２２および２４は、伝統的な外観を維持する目的で、白熱電球のフィラメントに似ている円弧の構成で基板３６に位置決めされる。コストを最小にし、アセンブリを簡単にするために、このシステムの電力変換部分は基板３６の回路基盤部分に取り付けられる。構成要素はすべて自動化を可能にする表面実装デバイスである。
【００６４】
ＬＥＤ２２および２４は、基板３６の両側に、好ましくは正確に同じ相対的場所に位置合せして配置され、それにより透明の印象が与えられる。外部ヒートシンクが使用されていないので、ランプ球状体２４は透明材料から全体的に製作することができ、ＬＥＤ２２および２４は最大ルーメン効率までに持ち上げられる。白熱ランプによりよく似通っているためには、ＬＥＤ補正済み色温度（ＣＣＴ）は白熱ランプのものに近い２８００°Ｋであるべきであり、演色評価数（ＣＲＩ）は一般に９５であるべきである。この効果は、白熱電球と同様な用途、効果、および外観を生成することである。
【００６５】
ＬＥＤは、基板の外観を見えなくするように基板３６の両側に正確に配置される。この効果は、観察者が光のトレースだけを見ることである。ＬＥＤの形状および構成は所要の効果に応じて変化することができる。
【００６６】
図１２ＡはＡ１９タイプランプを示し、図１２Ｂおよび１２ＣはＢ１０タイプランプを示す。本発明は、装飾ランプを含む任意の低電力白熱の用途においてこの構成のＬＥＤの使用を可能にする。ＬＥＤが配置されるパターンは図１２に示されたものに限定されず、任意の所望の効果を生成するように任意の構成に拡大することができる。
【００６７】
図１３Ａ、１３Ｂ、および１４は本発明の他の実施形態であり、熱コレクタはヒートアイランドに接合された固体ロッド４６である。この場合、ランプは伝統的な白熱ランプとより多くの類似点を保有することになる。要素は本発明の第１の形態と同じであるが、基板が水平であるので要素はすべて識別子「ａ」を有する。電源回路１０はランプのねじ込み基部４２内に配置される。
【００６８】
ＬＥＤ２２および２４は、フィラメントのように形成された可塑性重合体に組み込むことができる。ＬＥＤ２２および２４は重合体を照明するように配置することができ、重合体は光を効率的に伝導し、連続的なフィラメントグローの印象を与えることになる。
【００６９】
別の実施形態は、同じパターンで基板３６の直上にＬＥＤダイを取り付け（チップオンボード）、同時にすべてのダイに蛍光体を塗布するものである。これにより、ＬＥＤダイの群が１つのものとして輝くことになる。それは、ＬＥＤダイが個別にパッケージ化されないのでＬＥＤコストを低減することもできる。
【００７０】
抵抗性インピーダンスＲを選択すると、白熱ランプと同様に従来のトライアック調光器と共に使用することが可能になる。唯一の制限は、ＬＥＤ電流がトライアック保持電流よりも高くなければならないことであるが、これはよくあることであり、それは、低輝度Ｂ１０タイプランプが、通常、シャンデリアでは５個以上の群で配置されるからである。
【００７１】
本発明は、３つの主要部分（図１５）、すなわちねじ込み基部４２、ＬＥＤ回路１０、およびランプ球状体４４からなる。ＬＥＤ支持基板３６は、まず中央端子を接合し、次に、めっきされた側をねじ込み基部４２のバレルに接合することによってねじ込み基部４２に取り付けられる。これにより、電気的接触が確実になり、ならびにＬＥＤ２２および２４によって生成された熱を、拡大されたヒートシンクとして働くことになるねじ込み基部４２および電線（図示せず）に伝導する熱通路が設けられることになる。
【００７２】
本発明の趣旨または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更を行うことができる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年6月3日(2014.6.3)
【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】
ａ．基部と、
ｂ．持ち上げられた光源と、前記光源は、
ｉ．直列に接続され、前記基部から離間している全体的に平坦な基板の一方の側に取り付けられた第１の複数のＬＥＤと、
ｉｉ．前記第１の複数のＬＥＤと数が等しく、直列に接続され、前記全体的に平坦な基板の反対側に取り付けられ、フィラメント形状で前記第１の複数のＬＥＤと正確に同じ位置に前記全体的に平坦な基板の対向する側に置かれている、第２の複数のＬＥＤと、を備え、
ｂ．前記基板内のヒートシンクであって、前記第１および第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記ヒートシンクに近接して取り付けられる、ヒートシンクと、
ｃ．前記ＬＥＤ用駆動回路であって、前記基部に近接して配置され、前記基部に電気的に接続される、駆動回路と
を備えるＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記基部がねじ込み型基部である、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記駆動回路が前記平坦な基板から延びる回路基盤に取り付けられ、前記回路基盤が前記基部に延びる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記ヒートシンクが前記基板の各側に少なくとも１つの伝導性ヒートアイランドを含み、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記一方の側のヒートアイランドに近接し、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは前記反対側のヒートアイランドに近接する、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記ヒートシンクは少なくとも１つの伝導性ヒートスプレッダを含み、各ヒートアイランドが前記ヒートスプレッダに接続される、請求項４に記載のＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダが前記基板に配置され、前記ヒートスプレッダが前記基部まで延びる、請求項５に記載のＬＥＤランプ。
【請求項７】
第１および第２のヒートスプレッダを含み、前記基板の前記一方の側の各ヒートアイランドが前記第１のヒートスプレッダに接続され、前記反対側の各ヒートアイランドが前記第２のヒートスプレッダに接続される、請求項５に記載のＬＥＤランプ。
【請求項８】
前記ヒートスプレッダは単一体である、請求項７に記載のＬＥＤランプ。
【請求項９】
前記基部に接続される球状体を含む、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１０】
前記第１および第２の複数のＬＥＤは全体的に円弧に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１１】
前記駆動回路は、サージサプレッサ、整流器、平滑コンデンサ、および抵抗器を含み、前記第１の複数のＬＥＤおよび前記第２の複数のＬＥＤは前記抵抗器に並列に接続される、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１２】
前記基板は前記基部から延びる線と平行に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１３】
前記基板は前記基部から延びる線に垂直に方向付けられる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１４】
前記ヒートシンクは、前記基部の近隣から前記基板まで延びる複数の伝導性ヒートスプレッダロッドを含む、請求項１３に記載のＬＥＤランプ。
【請求項１５】
前記ヒートシンクは前記基板の各側に少なくとも１つの伝導性ヒートアイランドを含み、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、前記一方の側のヒートアイランドに近接し、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤが前記反対側のヒートアイランドに近接する、請求項１４に記載のＬＥＤランプ。