(57)【要約】照明パッケージは、熱放散、明度、および色の均一性などの基準のバランスを保つことに努める、幅広い種類のアプリケーションを有するＬＥＤ(light emitting diode)照明の解決策として説明されている。本手法は、熱伝導材の裏当て材、およびＰＣＢ(printed circuit board)に取り付けられた２または３以上のＬＥＤ配列を含む。ＰＣＢは、裏当て材の上面に取り付けられ、２または３以上のＬＥＤ配列は、選択した距離によって隔てられ、ＬＥＤの熱放散および色の均一性のバランスを保つ。
2009534851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導材の裏当て材と、
２または３以上のＬＥＤ配列であって、各配列は、ＰＣＢ(printed circuit board)に取り付けられ、前記２または３以上の配列の前記ＰＣＢは、前記裏当て材の上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの熱放散および色の均一性のバランスを保つために、選択した距離によって隔てられている、２または３以上のＬＥＤ配列と
を備えたことを特徴とするＬＥＤ(light emitting diode)パッケージ。
【請求項２】
前記熱伝導材の裏当て材は、アルミニウムの平面シートであることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記裏当て材の前記上面は、白色を有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記パッケージの寸法は、１フィート×１フィートであることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
ｄインチより短いまたは等しい間隔であけられた、前記２または３以上のＬＥＤ配列で、ｄは、およそ、２×（１．２５／ｔａｎ（（１８０−α）／２））に等しく、およびαは、ＬＥＤの強度の角度であることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記２または３以上のＬＥＤ配列は、電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のパッケージ。
【請求項７】
前記ＬＥＤが、３５０ミリアンペア前後の入力電流で動作する、およびおよそ１ワットの電力を消費する、前記２または３以上のＬＥＤ配列であることを特徴とする請求項５に記載のパッケージ。
【請求項８】
前記裏当て材は、２つの支持材に取り付けられた、２または３以上のアルミニウムのストラップであり、前記２または３以上のアルミニウムのストラップの上面に取り付けられた、前記２または３以上のＬＥＤ配列を備えたことを特徴とする請求項５に記載のパッケージ。
【請求項９】
前記裏当て材は、２つの支持材に取り付けられた、２または３以上のＴ字型アルミニウムバーであり、前記２または３以上のＴ字型アルミニウムバーの前記上面に取り付けられた、前記２または３以上のＬＥＤ配列を備えたことを特徴とする請求項５に記載のパッケージ。
【請求項１０】
複数のＬＥＤと、
熱伝導材から成るＴ字型バーと、
前記複数のＬＥＤが取り付けられたＰＣＢ(printed circuit board)であって、前記複数のＬＥＤから発生した熱を放散するために、前記Ｔ字型バーの前記上面に取り付けられている、ＰＣＢと
を備えたことを特徴とするＬＥＤ(light emitting diode)のモジュール。
【請求項１１】
前記Ｔ字型バーが、黒色アルミニウムに陽極酸化されていることを特徴とする請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
２つの内面および１つの下部外面を有するＬ字型バーであって、前記Ｔ字型バーは、前記Ｌ字型バーの前記２つの内面に取り付けられていることをさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１３】
プレートと、
上部外面および底部外面を有するヒンジであって、前記Ｌ字型バーの前記底部上面は、前記ヒンジの前記上部外面に取り付けられ、前記ヒンジの前記底部上面は、前記Ｔ字型バーが、前記ヒンジの軸の周りを回転できるように、前記プレートに取り付けられているヒンジと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
複数のＬＥＤ(light emitting diode)照明パッケージを制御する制御システムであって、
ポテンショメータと、
複数のＤＣ(direct current)電源であって、各ＤＣ電源は、アナログ制御ポートおよび正出力端子を有し、前記ポテンショメータは、前記アナログ制御ポートに接続されている、複数のＤＣ電源と、
前記正出力端子を、前記複数のＬＥＤ照明パッケージに接続する、および、前記複数のＬＥＤ照明パッケージ部分が、常時、前記複数のＤＣ電源によって、電力供給されているかどうかを制御する制御リレースイッチであって、前記ポテンショメータの調整は、前記制御リレーを介して接続された、前記複数のＬＥＤ照明パッケージの前記部分に対する明度調整も同時に得られる制御リレースイッチと
を備えたことを特徴とする制御する制御システム。
【請求項１５】
前記ポテンショメータに接続されて、前記複数のＬＥＤ照明パッケージの前記部分の明度を制御するコンピュータをさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記コンピュータは、前記制御リレースイッチにさらに接続されて、前記複数のＬＥＤ照明パッケージの前記部分の電源を制御することを特徴とする請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記コンピュータは、音楽の演奏ならびに前記明度の制御、および前記複数のＬＥＤ照明パッケージの部分に電力供給して、前記演奏される音楽の響きを適合させることを特徴とする請求項１６に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、ＬＥＤ(light emitting diode)パッケージ分野における改良に関する。より詳細には、ＬＥＤが、異なる照明アプリケーションのさまざまな要求に対応するように配置された場合の色の均一性、望ましい明度レベル、および受動的熱放散を実現する方法および装置である。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃに示すように、一般的な先行技術によるＬＥＤの取り付け方法では、図１Ｂに見られるように、半導体フォトニックチップ１２の上面に垂直な方向に上向きに進むと、光出力の大きい部分が得られる。ＬＥＤ１０の上面図である、図１Ａに見られるように、半導体フォトニックチップ１２は、ボンディングパッド１６に順次取り付けられている、基板１４に取り付けられている。チップ１２は、フォトニックチップ１２によって発せられる光を集中させる、光学レンズ１８の下に封入されている。
【０００３】
図１Ｂに、チップ１２の上面に対する垂線Ｎにかかる複数の光線を用いて、チップ１２によって発せられる光が、レンズ１８の外に透過することを示している、ＬＥＤ１０の側面図を示す。ＬＥＤ１０は、Ｃｒｅｅ社製のＸＬａｍｐ（登録商標）７０９０である。
【０００４】
図１Ｃに、図１Ｂの垂線Ｎに対する発光の強度Ｉを、Ｙ軸に表し、角度θを、Ｘ軸に表している、ＬＥＤ１０によって発せられる光の例示的な図を示す。図１Ｃに示すように、ＬＥＤから発せられる光の大きな部分は、垂線Ｎに沿った、または近いところにある。反対に、ごくわずかな割合が、横向きに発せられる。強度の角度である、角度αは、２×θに等しい。
【０００５】
垂線Ｎの近くで発せられる大部分の光強度を用いて、ＬＥＤパッケージの例示的な先行技術をさらに詳細にするために、例えば、Ｃｒｅｅ社製のＸＬａｍｐ（登録商標）７０９０の製品資料を参照されたい。
【０００６】
図１Ｂについて、垂線Ｎの周りを回る強度の角度は、光の円錐を形成している。フォトニックチップは、主に白色光を発するように製造される。強度の角度内の角度で発せられる光が主に白色光であるのに対し、これらのフォトニックチップの一部は、光の円錐の端部近くで、大量の黄色光を発する場合がある。このような発光が、例えば、カーテン、またはＬＥＤ照明パッケージを覆っているシールドの背面照明などのデフューザに当たる場合、例えば、黄色光が、白色光が集中した周りを囲むと、人間の目に見える恐れがあり、色の均一性を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、ＬＥＤ１０に電源が入ると、ＬＥＤ１０からの熱は、ボンディングパッド１６の底面１５の方へ集まる。一般的に、熱は、フォトニックチップ１２の底部から放射する。例えば、ＬＥＤ１０などのＬＥＤは、およそ３５０ミリアンペアで駆動され、１ワットの電力を消費するが、それらの消費電力のおよそ９０％が熱になる。ＬＥＤから発生した熱放散に対する従来の手法は、能動的および受動的技術を含む。従来の能動的技術は、ＬＥＤ１０の背面に、冷たい空気を吹きつけるファンを用いることを含む。このような従来技術のいくつかの欠点は、その費用、外形の悪さ、およびファンの騒音の発生を含む。従来の受動的技術の一つは、照明器具の外縁部から広がっている大きなアルミニウムの突き出しを有する、アルミニウムパネルを含む。このような手法の少なくとも２、３の欠点は、突き出しを構成する素材の付加費用、付加荷重、および突き出しによって閉じ込められている過熱空気から生じる空気圧の形成によって制限された、熱放散を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に説明するいくつかの態様のなかで、本発明は、明るさの増加と、作動したＬＥＤによって発生した熱の、熱放散の受動的な制御との両方の望ましさを認識し、それらの目的に合うさまざまな技術に対応する。さらに、本発明は、素材費用、軽重量、および少ない部品を用いた簡易な製造も、非常に望ましいことを認識し、なおそれらの目的に対応するように努める。
【０００９】
いくつかの例示的な照明アプリケーションは、水平面、壁面洗浄の照明、デフューザの背面照明などを含む。このような照明アプリケーションの各々は、明度レベル、照明パターン、および色の均一性に対するさまざまな要求を有することができる。ＬＥＤ１０などの複数のＬＥＤは、異なる照明アプリケーションのさまざまな要求に対応するように配置されているので、全体的な発光の明るさ、および範囲当たりに発生した熱量は、それらの配置によって変化する。例えば、特定の照明アプリケーションは、高い明度レベルを要求する場合がある。そのような特定の照明アプリケーションの高い明度要求に対応するために、より多くのＬＥＤを、明るさを必要としない照明アプリケーションと同じ所定範囲に接近して配置することができる。しかし、ＬＥＤを、近接して配置すれば、その分、熱が、ＬＥＤを含んでいる集中した範囲に発生する。
【００１０】
いくつかの態様のなかで、本発明では、ＬＥＤの配置は、色の均一性、熱放散、素材費用、明度などの要素のバランスを保たなければならないことを認識している。一態様において、本発明の手法は、熱伝導材の裏当て材、およびＰＣＢ(printed circuit board)に取り付けられた２または３以上のＬＥＤ配列を含む。本明細書に使用される用語「ＬＥＤ配列」は、さまざまな構成および配置における、１または２以上のモジュールを意味する。ＰＣＢは、裏当て材の上面に取り付けられ、２または３以上のＬＥＤ配列は、選択した距離によって隔てられ、ＬＥＤの熱放散および色の均一性のバランスを保つ。
【００１１】
本発明の別の態様は、複数のＬＥＤ、熱伝導材から成るＴ字型バー、およびＰＣＢ(printed circuit board)を含む。複数のＬＥＤは、ＰＣＢに取り付けられる。ＰＣＢは、Ｔ字型バーの上面に取り付けられ、複数のＬＥＤから発生した熱を放散する。
【００１２】
本発明のもう一つの態様は、複数の発光ダイオード照明パッケージを制御する制御システムに対応する。制御システムは、ポテンショメータ、複数のＤＣ(direct current)電源、および制御リレースイッチを含む。各ＤＣ電源は、アナログ制御ポートおよび正出力端子を有する。ポテンショメータは、ＤＣ電源のアナログ制御ポートに接続する。制御リレースイッチは、正出力端子を、複数のＬＥＤ照明パッケージに接続し、その複数のＬＥＤ照明パッケージ部分が、複数のＤＣ電源によって、常時、電力供給されているかどうかを制御する。制御システムのポテンショメータが、調整された場合、同時に、制御リレーを介して接続された、複数のＬＥＤ照明パッケージ部分に対する明度調整も得られる。
【００１３】
本発明の他の機能および利点に加え、本発明のより完全な理解は、以下の詳細説明、添付図、および本請求によって明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に従って、図２Ａに、１フィート×１フィートのＬＥＤ(light emitting diode)照明パッケージ２００の上面図を示す。ＬＥＤ照明パッケージ２００は、アルミニウムなどの熱伝導材の裏当て材２１０を含む。図２に示した裏当て材２１０は、厚さおよそ１／１６インチのアルミニウムの平面シートである。他の裏当て材構成物も、付加的な熱放散特性を提供でき、裏当て材２１０の配置と同様に使用できることに留意するべきである。例えば、「改良されたヒートシンクを用いた軽量発光ダイオード照明パッケージ」と題する特許出願は、本願が申請されると同時に、付加的な裏当て材構造に対応し、本明細書の参照によって、その構造全体に組み込まれている。
【００１５】
また、セラミック、プラスチックなどの他の熱伝導材も利用できることが、認識されている。アルミニウムは、その豊富さと比較的安価な理由で、現在望ましい。ＬＥＤ照明パッケージ２００は、３列のＬＥＤを含む。各列は、ＰＣＢ２２０Ａおよび２２０Ｂなどの、２つのＰＣＢ(printed circuit board)を含む。ＰＣＢ上に、ＬＥＤ１０などの、５個のＬＥＤが取り付けられ、電気的に互いに直列に接続されている。各ＰＣＢは、正電圧端子および負電圧端子（図示せず）を含む。ＰＣＢ２２０Ａの負電圧端子は、ＰＣＢ２２０Ｂの正電圧端子に、電気的に接続され、列を定義する１０個のＬＥＤが、電気的に直列に接続される。１列のＬＥＤを構成するのに、２つのＰＣＢが示されているが、単一のＰＣＢも、ＬＥＤの特定の列に利用できることを認識するべきである。１０個のＬＥＤからなる各列は、ワイヤ２３０Ａ−Ｄによって、それぞれが、隣接した列に電気的に並列に接続されている。裏当て材２１０は、好適には、ＬＥＤから発せられた光を反射するために、白い光沢になるように陽極酸化されている。
【００１６】
図２Ａに示すように、ＬＥＤの３列の配置は、ＬＥＤの熱放散、色の均一性、明度、および費用を、有利な方法で、バランスを保つように努める。ＬＥＤは、垂直方向に等距離間隔ｖで配置され、水平方向に等距離間隔ｄで配置される。それらの間隔は、２つの隣接するＬＥＤの中心から測定される。図２Ａに示された例示的な測定では、垂直の等距離間隔ｖを、およそ１インチとしている。垂直の等距離間隔ｖは、典型的には、図１Ａに示した取り付け配置などの、ＬＥＤの取り付け配置によって決められる。水平の等距離間隔ｄは、およそ３インチである。水平の間隔が、およそｄを超えて長くなった場合、ＬＥＤの数が、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ２００に適合できているので、全体の明るさは、低下し、熱放散は、横ばい状態になり、色の均一性は、低下するだろう。水平の間隔が、およその水平の距離ｄを越えて長くなった、これらの影響によって、顕著な利益も認められずに、熱伝導材の費用を増加させてしまう。
【００１７】
一方、水平の間隔が、水平の距離ｄより短くなった場合、ＬＥＤ照明パッケージ２００の明度は、２つの理由によって増加されるだろう。第一に、一定範囲のＬＥＤの数は、対応する明度レベルに直接比例するので、ＬＥＤを近くに移動させることによって、ＬＥＤの高度な集中が提供される。第二に、ＬＥＤを極めて接近させることによって、より多くのスペースが、所定の範囲に利用でき、付加的なＬＥＤを、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ２００などの、固定されたパッケージに付加できる。しかし、１平方インチ当たりに発生する熱量も、アルミニウムの平面シートが利用できる熱放散容量を超える程度まで増加するだろう。その結果、水平の間隔を短くすることによって、増加した明度レベルに対して、より高度で、より費用がかかる可能性のある熱放散技術が、要求されるだろう。図２Ａに示された配置によって実現された明度レベルを要求する、照明アプリケーションに対して、ＬＥＤ照明パッケージ２００は、明度要求に応える一方で、色の均一性および効率的な熱放散も、手ごろな費用で提供する。例えば、周辺温度がおよそ２５℃の下、裏当て材２１０の温度は、定常状態でおよそ５５℃だった。
【００１８】
本発明に従って、図２Ｂに、１フィート×１フィートのＬＥＤ(light emitting diode)照明パッケージ２４０の上面図を示す。一部の照明アプリケーションは、同量の明るさを必要としない場合があり、例えば、背面照明、物体のアクセント照明、および一般的なオフィス照明アプリケーションなどの、光の円錐の外縁部に沿って不均一な色を有するＬＥＤを使用する場合がある。ＬＥＤ照明パッケージ２４０は、低い明度レベル要求を有するそのようなアプリケーションに対応することによって、主に、色の均一性を合わせることに重点を置く必要がある。ＬＥＤ照明パッケージ２４０は、ＬＥＤの各々が、隣接するＬＥＤから、どの方向においてもおよそ等距離になるように、ＬＥＤを配置する。図２Ｂに示すように、１１個のＬＥＤは、等間隔の距離ｄインチずつ離れている。距離ｄは、ＬＥＤ１０に比べ、さまざまな動作特性を有するＬＥＤを利用することによって生じる障害や、ＬＥＤ照明パッケージ、デフューザ、光学素子、レンズ、コリメータ、ならびにレーザなどの、ＬＥＤ照明パッケージを随意に覆うことができる層からの視距離などの要素に基づいて変えることができる。これらの要素は、影響力があるが、距離ｄは、ＬＥＤの特殊な種類に対して、以下の等式に従って、強度の角度αによって近似させることができる。
ｄ＝２×（１．２５／ｔａｎ（（１８０−α）／２））
【００１９】
例えば、１００°の強度角度を有するＬＥＤ１０を利用する１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ２４０において、ｄは、およそ３インチに等しい。ｄまたはそれより短い距離において、１個のＬＥＤから発せられる、主として白色光の強度は、隣接するＬＥＤによって発せられる光の円錐の外縁部に存在する黄色光を吸収する。ＬＥＤ照明パッケージ２４０のＬＥＤの総数は、１１なので、１フィート×１フィートフレームの熱放散は、問題ない。結果として、ｄは、短くでき、より多くのＬＥＤを、色の均一性に影響を与えることなく、裏当て材２１０の熱放散容量が、最大になるまで追加できる。
【００２０】
本発明に従って、図３に、代替的な裏当て材配置３０５を用いた、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ３００の上面図を示す。裏当て材配置３０５は、はしご構造の形式である。はしご構造は、アルミニウムなどの熱伝導材のストリップから成り、好適には、白い光沢になるように、陽極電化されている。はしご構造は、横材３１５―Ａ３１５Ｃに取り付けられた、上部材３１０Ａおよび下部材３１０Ｂを含む。この例示的な実施形態が示した、横材３１５―Ａ３１５Ｃは、およそ幅１．５インチ、長さ１フィート、厚さ１６／１インチで、間隔ｚ、またはおよそ１．６インチ離れて設置されている。横材３１５―Ａ３１５Ｃは、部材３１０Ａ―３１０Ｂに取り付けられ、フリースペースで隔てられている。５個のＬＥＤからなる列を含む、ＰＣＢ３２０Ａおよび３２０ＢなどのＰＣＢは、横材３１５Ａ−３１５Ｃに取り付けられている。横材３１５Ｃと、ＰＣＢ３２０Ａおよび３２０Ｂとの組み合わせによって、ＬＥＤモジュール３１７を構成する。この例示的な実施形態の、垂直の等距離間隔ｖは、およそ１インチである。水平の等距離間隔ｄは、およそ２．７５インチである。図３に示した、端からの距離は、およそ３と１／４（３．２５）インチである。周辺温度がおよそ２５℃の下、ＬＥＤ照明パッケージ２００を作動させると、横材３１５Ａ−３１５Ｃの温度は、定常状態で、およそ５５℃であった。
【００２１】
はしご構造３０５を利用することによって、ＬＥＤ照明パッケージ３００は、ＬＥＤ列を、近接して配置できるので、同じ熱放散を有するＬＥＤ照明パッケージ２００よりも、高度な明度レベルを実現できる。さらに、端からの距離ｅは、水平の等距離間隔ｄよりも長いので、ＬＥＤの付加的な列を追加でき、図５Ｃに関連してさらに論じるように、明度がより一層増加する。
【００２２】
はしご構造は、部材を支持するために取り付けられた熱伝導材のストリップとして示されているが、本発明は、裏当て材２１０などの平面裏当て材に、型で打ち抜いてすき間をつくるなどによって、はしご構造を形成する代替的技術を検討していることが知られている。
【００２３】
図４Ａおよび４Ｂは、２つの、２フィート×２フィートのＬＥＤ照明パッケージの態様を示す上面図である。図４Ａに、２フィート×２フィートのＬＥＤ照明パッケージ４００を示す。ＬＥＤ照明パッケージ４００は、１列が２０個のＬＥＤからなる、６列の４０５Ａ−４０５Ｆを備えている。特定の列の各々のＬＥＤは、電気的に直列に接続されている。ＬＥＤの各列は、電気的に並列に接続されている。ＬＥＤ照明パッケージ４００は、４つの、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ２００から構成され、列４０５Ａ−４０５Ｆ間の並列の電気的接続を保つために、変更された配線を用いて、お互いに固定して取り付けられている。ＬＥＤ照明パッケージ４００の水平および垂直の間隔は、図２Ａと同様である。図４Ａに示されたように、４つに隔てられた、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージを、隣接させるよりはむしろ、ＬＥＤ照明パッケージ４００は、代替的に、裏当て材４０３の熱伝導材の平面シートを利用するように構成でき、列４０５Ａ−４５Ｆは、平面シートに、固定して取り付けることができる。
【００２４】
図４Ｂに、２フィート×２フィートのＬＥＤ照明パッケージ４１０を示す。ＬＥＤ照明パッケージ４１０は、はしご構造４１５を備える。はしご構造４１５は、上部材４２０Ａ、選択的中間部材４２０Ｂ、および下部材４２０Ｃを含む。はしご構造４１５は、各部材が、部材４２０Ａ―４２０Ｃに、固定して取り付けられている横材４１７Ａ―４１７Ｆも含む。各横材は、各ＰＣＢ上に、５個のＬＥＤが取り付けられている、４つのＰＣＢからなる列である。ＬＥＤ照明パッケージ４１０の水平および垂直の間隔は、図３と同様である。部材４２０Ａ―４２０Ｂおよび４１７Ａ―４１７Ｆは、好適には、白い光沢になるように陽極酸化されるアルミニウムなどの、熱伝導材から構成される。
【００２５】
ＬＥＤ照明パッケージの大きさを定義する寸法は、説明に役立つ例示的なものであることを留意すべきである。
【００２６】
図４Ｃは、６個のＬＥＤ照明パッケージ４２５Ａ―４２５Ｆを用いた、例示的なバックライト照明アプリケーション４２２の斜視図である。ＬＥＤ照明パッケージ４２５Ａ―４２５Ｆは、適切に、ＬＥＤ照明パッケージ２００、２４０、３００、４００、および４１０と同様にでき、例示的な照明アプリケーション４２２の中の、どのＬＥＤ照明パッケージを配置するべきかの選択は、カーテン４２７を照らすのに必要とされる明度レベル、照明パッケージとカーテン４２７との間の距離、および実現される美的効果に依存する。ＬＥＤ照明パッケージ４２５Ａ―４２５Ｆの配列とカーテン４２７との間の距離は、５インチから１８インチの間である。背面照明アプリケーションのこのような一定の距離に対して、ＬＥＤ照明パッケージ４２５Ａ―４２５Ｆの配列によって定義された領域の設置面積は、カーテン４２７の範囲のおよそ７５％である。例えば、６つのＬＥＤ照明パッケージ２０１を、ＬＥＤ照明パッケージ４２５Ａ―４２５Ｆとして利用することによって、６つの、１平方フィートの設置面積は、６つのＬＥＤ照明パッケージ２０１によって定義される。カーテン４２７は、８平方フィートを覆う。カーテン４２７は、見本市で、実演ブースを照らすような背面照明アプリケーションに使用できる１種類のデフューザであるが、布、プラスチック、ナイロンなどから作られたような、他の種類のデフューザも、本発明の範囲内において利用できる。さらに、別の背面照明アプリケーションは、デフューザのようなスクリーン、およびスクリーンに映し出された表示を含むことができる。
【００２７】
図４Ｄは、ＬＥＤ照明パッケージ４２９を用いている、例示的な表面照明アプリケーション４３５の斜視図である。例示的な表面照明アプリケーション４３５は、会議用テーブル４４２を照らす。ＬＥＤ照明パッケージ４２９は、光デフューザに作用する、照明カバー４４０を有する。ＬＥＤ照明パッケージ４２９は、適切に、ＬＥＤ照明パッケージ２００、２４０、３００、４００、４１０、ならびに５４０と同様にすることができ、例示的な表面照明アプリケーション４３５の中の、どのＬＥＤ照明パッケージを配置するべきかの選択は、会議用テーブル４４２を照らすのに必要とされる、明度レベルに依存する。
【００２８】
図４Ｅは、本発明の教示に従って、ＬＥＤ照明器具４５５を用いている、例示的な高い柱間の照明アプリケーション４５０の斜視図である。ＬＥＤ照明器具４５５は、ＬＥＤ照明パッケージ５４０などの、ＬＥＤ照明パッケージを含む。ＬＥＤ照明器具４５５は、距離ｈに、配置される。図のように、距離ｈは、２０フィートである。しかし、ＬＥＤ照明器具４５５の典型的な範囲は、８フィートから３０フィートの間である。図５Ｃの考察に関連して、ＬＥＤ照明パッケージ５４０を、さらに説明する。
【００２９】
本発明に従って、図５Ａに、ＰＣＢ２２０Ａなどの、ＬＥＤ配列を有する、ＰＣＢ５２０の、Ｔ字型に統合されたサポートヒートシンク５１０の斜視図５００を示す。Ｔ字型に統合されたサポートヒートシンク５１０は、およそ１．５インチの幅ｗ、およびおよそ１インチの高さｈを有する。長さｌは、およそ５．５インチである。しかし、長さｌ、およびＴ字型ヒートシンクに取り付けられたＬＥＤの数は、照明アプリケーションの特定の種類によって、変化する。Ｔ字型ヒートシンク５１０は、熱伝導材から作られ、好適には、Ｔ字型のアルミニウムバーである。ＰＣＢ５２０は、Ｔ字型ヒートシンク５１０に、固定して取り付けられる。Ｔ字型ヒートシンク５１０は、ＰＣＢ５２０に取り付けられたＬＥＤ配列の熱放散を与える。
【００３０】
本発明に従って、図５Ｂに、Ｔ字型ＬＥＤ配列モジュール５３０の斜視図を示す。Ｔ字型ＬＥＤ配列モジュール５３０は、Ｔ字型ヒートシンク５２５および、Ｔ字型ヒートシンク５２５の上面に、固定して取り付けられた１０個のＬＥＤを含む、ＰＣＢ５３５を含む。Ｔ字型ヒートシンク５２５は、幅およそ１インチ、高さおよそ１インチ、長さおよそ１２インチを有する。Ｔ字型ヒートシンク５２５は、アルミニウムなどの熱伝導材から作られ、厚さおよそ１／１６インチで、選択的に、陽極酸化された黒色で塗装されている。
【００３１】
図５Ｃに、Ｔ字型ＬＥＤ配列モジュール５３０などの、ＬＥＤの合計が９０個の、９つのＬＥＤ照明配列を有する、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージ５４０の上面図を示す。ＬＥＤ照明パッケージ５４０は、２つの、Ｌ字型サポートバー５４５Ａおよび５４５Ｂを含む。Ｔ字型ＬＥＤ配列は、Ｌ字型サポートバー５４５Ａおよび５４５Ｂの内面に取り付けられ、およそ１／４インチである、等距離ｓの間隔であけられている。ＬＥＤは、互いに近接して配置されているので、色の均一性が、実現される。２つの、Ｌ字型サポートバー５４５Ａおよび５４５Ｂは、選択的に、黒色になるように陽極酸化され、ＬＥＤからの熱の放出を促進し、アルミニウムなどの熱伝導材から作られる。周辺温度が、およそ３０℃の下、ＬＥＤ照明パッケージ２００を作動させると、横材３１５―Ａ３１５Ｃの温度は、定常状態で、およそ６２℃であった。ＬＥＤ照明パッケージ５４０によって、１ワットのＬＥＤ９０個を、１フィート×１フィートの範囲内に、近接して配置できる。ＬＥＤ照明パッケージ５４０は、柱間が高い倉庫の照明アプリケーションなどの、ＨＩＤ(high intensity density)照明アプリケーションで、適切に利用できる。サポートバー５４５Ａおよび５４５Ｂは、Ｌ字型として示されているが、Ｔ字型およびＺ字型などの、他の種類のバーも利用できることが知られている。
【００３２】
本発明の実施形態に従って、図６に、Ｔ字型ヒートシンク５１０を用いている、照明パッケージ６００の側面図を示す。照明パッケージ６００は、幅およそ１／８インチ、垂直長さおよそ３インチ、水平長さおよそ２．５インチを有する、Ｌ字型バー６２０を含む。
Ｌ字型バー６２０は、好適には、アルミニウムなどの熱伝導材で構成される。Ｌ字型バーの端部は、選択的に、フランジが付いていて、アクリル、プレキシグラス（登録商標）などの、一片の透明合成樹脂材６５０を支持する。フランジが付いた端部は、長さおよそ２５インチである。Ｔ字型ヒートシンク５１０は、Ｌ字型バー６２０の内面に、固定して取り付けられる。Ｌ字型バー６２０の底部外面は、ヒンジ６４０の上部外面に、固定して取り付けられる。ヒンジ６４０の底部外面は、固定してプレート６３０に取り付けられる。ヒンジ６４０によって、ＬＥＤ５２０の配列から発する光は、調整され、対象物と一直線になるようにできる。透明合成樹脂材６５０の選択的一片は、フランジが付いた、Ｌ字型バー６２０に、取り付けられる。Ｌ字型バー６２０よりも、側面が等しいコーナーバーを、代替的に、利用できることを認識するべきである。
【００３３】
本発明に従って、図７Ａ−７Ｄに、照明パッケージに取り付けられている、ＬＥＤ配列からの熱を、放散する照明パッケージを示す。図７Ａに、台形の形をした、チャネル７１０の照明パッケージ７００の斜視図を示す。台形チャネル７１０は、チャネル底部にある、ベース７０５、および、ベース７０５から鈍角に拡張している、２つの側面７１５Ａ−７１５Ｂを有する。台形チャネル７１０は、厚さおよそ１／１６インチを有し、アルミニウムなどの、熱伝導材から作られる。基部７０５は、およそ２インチである。基部７０５によって定義された平面に映し出された法線に従って測定された、側面７１５Ａ−７１５Ｂの上端部の高さは、およそ 1 インチである。側面７１５Ａ−７１５Ｂの上端部間の距離ｔは、およそ３インチである。台形チャネル７１０の長さは、照明アプリケーションの特定の種類によって変化する。台形チャネル７１０の内面は、好適には、白色の光沢になるように陽極電化される。ＬＥＤを含んでいる、ＰＣＢ７２０は、基部７０５の上部に、固定して、取り付けられる。ＰＣＢ７２０を、適切に、ＰＣＢ５２０と同様にできる。台形チャネル７１０は、ＬＥＤ照明パッケージだけでなく、ヒートシンクとしての働きもする。他のチャネルの形は、ＬＥＤ照明パッケージとして、用いることができる。
【００３４】
図７Ｂに、定曲率を用いたチャネルを有する、照明パッケージ７３０の側面図を示す。図７Ｃに、長方形の形をした、照明パッケージ７４０の側面図を示す。照明パッケージ７４０は、照明パッケージ７４０の基部に、固定して取り付けられた、ＰＣＢ７２０を有する。図７Ｄに、放物線の形をしたチャネルの、照明パッケージ７４０の側面図を示す。照明パッケージ７３０および７５０は、ヒートシンク５１０などの、Ｔ字型ヒートシンクを介して取り付けられた、ＰＣＢ７２０を有する。図示していないが、アクリル、プレキシグラス（登録商標）などの、透明合成樹脂材を、ＬＥＤ照明パッケージ７１０、７３０、７４０、および７５０の上部に、貼り付けることができる。
【００３５】
上記パッケージの間隔は、色の均一性、熱放散、明度、および、特定の照明アプリケーションに対する、Ｃｒｅｅ社製のＸＬａｍｐ７０９０（登録商標）の価格のバランスを保ち、ＸＬａｍｐ７０９０（登録商標）と同様の動作特性を有する、他のＬＥＤに対応する。
【００３６】
本発明に従って、図８に、１または２以上のＬＥＤ照明パッケージに対する、制御システム８００を示す。図４Ｃを参照すると、照明アプリケーション４２２は、６つのＬＥＤ照明パッケージを利用する。図８に表示したように、制御システム８００を適切に用いて、選択的に、電力を、６個のＬＥＤからなる、１または２以上の照明パッケージに適用でき、同時に、６個のＬＥＤからなる、１または２以上の照明パッケージの明度を変化させることができる。明度調整の間、同じ明度レベルを出力するために、活性化されたＬＥＤ照明パッケージは、同時に調整される。
【００３７】
制御システム８００は、６つのＤＣ(direct current)電源８１０Ａ−８１０Ｆ、ポテンショメータ８２０、およびイーサネット（登録商標）制御リレースイッチを含む。各電源は、電力を、照明パッケージ２００、２４０、３００、４００、および４１０などの、対応するＬＥＤ照明パッケージに供給する。便宜上、電源８１０Ａのみを、本明細書に詳細に説明するが、電源８１０Ｂ−８１０Ｆも、適切に同じにすることができ、同様のまたは同一の装置を用いることができる。代替的に、電源８１０Ｂ−８１０Ｆは、それらが、ポテンショメータ８２０と通信ができる限り、アイテム８１０Ａ、および他のものの装置とは異なる装置を、用いることができる。電源８１０Ａ−８１０Ｆを、適切に、パワーサプライ１(PowerSupply1)によって製造された、ＰＳ１−１５０Ｗ−３６型などの、適合した消費電量を有する一定の電源にできる。電源８１０Ａ−８１０Ｆは、イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０に電気的に接続された正のＤＣ出力端子と、アース端子に電気的に接続された負のＤＣ出力端子を有する。電源８１０Ａ−８１０Ｆは、電気的にポテンショメータ８２０に接続された、アナログ制御ポート８１５などの、アナログ制御ポートも有する。ポテンショメータ８２０は、好適には、イーサネット（登録商標）制御ポートを含み、好適には、無線ルータ８４０に接続されている。ポテンショメータ８２０は、よく知られており、一般的に、統合されたイーサネット（登録商標）を有する、１キロオーム、１ワットのポテンショメータを含むことができる。イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０は、出力ポート８２５などの、少なくとも６つの出力ポートを含む。各出力ポートは、電気的に、対応するＬＥＤ照明パッケージに接続されている。イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０は、無線ルータ８４０に、好適に接続されている、イーサネット（登録商標）制御ポート８３５も含む。イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０は、適切に、６つの、１０アンペアリレーを有する、６Ｂｉｔ社製のSmart Relay Controllerにできる。無線アダプタを有するラップトップ８５０は、ワイヤレスで無線ルータ８４０と通信を行って、イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０が、選択的に、１または２以上のＬＥＤ照明パッケージに電源するのを制御するか、ポテンショメータ８２０が、ＬＥＤ照明パッケージの明度レベルを同時に変化させるのを制御するか、またはその両方を行う。
【００３８】
電源８１０Ａ−８１０Ｆは、入力を、ＡＣ(alternating current)電力源（図示せず）から受信する。ＡＣ電力源は、２０Ａ(amp)で１２０Ｖ(volt)、または２０Ａで２２０Ｖ−２４０Ｖの範囲を提供できる。入力ＡＣ電力は、５０Ｈｚと６０Ｈｚとの間を流れる。ＬＥＤ照明パッケージ４００および４１０を参照すると、各列が、電気的に並列に接続されていて、直列に接続された２０個のＬＥＤからなる、最大で６列のＤＣ動作条件に適合する。典型的には、ＬＥＤ１０などの、ＬＥＤの設計された動作範囲は、３５０ｍＡ前後の定電流を、受信するためのものである。結果として、照明パッケージ４００および４１０などの、ＬＥＤ照明パッケージに電力供給する、各電源に対して、各電源は、４．２アンペアで３６Ｖを出力する。
【００３９】
動作中、イーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０は、そのイーサネット（登録商標）ポート８３５を介して、ラップトップによって制御され、１または２以上の電源８１０Ａ−８１０Ｆを、それらに対応するＬＥＤ照明パッケージに接続する。ポテンショメータは、手動で制御される、または、今度はラップトップ８５０によって制御され、電源８１０Ａ−８１０Ｆの出力電圧を変化させ、同時にＬＥＤ照明パッケージに接続される。ＬＥＤ照明パッケージのリレー制御と明度制御の組み合わせによって、二次元調整を提供する。制御システム８００を用いて、ラップトップ８５０は、ＬＥＤ照明パッケージが、音楽の響きに対応して、点灯パターンを発するように、代替的に音楽を用いて、ポテンショメータ８２０とイーサネット（登録商標）制御リレースイッチ８３０の両方を制御する。
【００４０】
ＬＥＤ照明パッケージが、Ｃｒｅｅ社製のＸＬａｍｐ７０９０（登録商標）との関連で開示された一方、部材間の間隔などの、パッケージ内で開示された寸法は、ＬＥＤ照明パッケージによって用いられた場合、ＸＬａｍｐ３  ７０９０（登録商標）、ＸＬａｍｐ４５５０（登録商標）などの、特定のＬＥＤの動作特性に基づいて、変化させることができる。
【００４１】
本発明の教示に従って、ＬＥＤ照明パッケージ２００、２４０、３００、４００、４１０、ならびに５４０、およびＴ字型に統合されたサポートヒートシンク５１０は、モジュラーコンポーネントであり、それら自身またはお互いを組み合わせて、規模の大きいＬＥＤ照明パッケージのさまざまな配置および構成を行い、特定の照明アプリケーションに対応できることに注目するべきである。さらに、ＬＥＤ照明パッケージ２００、２４０、３００、４００、ならびに４１０、およびそれらの組み合わせは、蛍光性の天井器具を含む、従来の非ＬＥＤ照明器具に、取り付けられる、および／または組み込まれる。本発明の教示に従って、従来のＬＥＤ照明パッケージを、従来の蛍光性の照明器具に組み込むときに、ＤＣ変換回路に対するＡＣ(alternating current)が、当業者が有する周知の方法で、付加されるまたは代替される必要があるかもしれない。代替的に、ＡＣを、ＬＥＤ照明パッケージに供給できる。
【００４２】
さらに、さまざまな層が、本明細書に開示された、デフューザ、コリメータ、光学素子、レンズなどを含んだ、ＬＥＤ照明パッケージおよび統合されたサポートヒートシンクを、近接して覆うことができることは、本発明の教示によって認識される。特殊なデフューザの光学的特性にも依存するが、デフューザは、一般的に、ＬＥＤ照明パッケージのＬＥＤから、およそ４インチ離れて設置され、発する光を融合する。照明アプリケーションまたはデフューザの特性に依存することによって、間隔を選択して、望まれる色の均一性または外観を実現できる。
【００４３】
ＬＥＤモジュール３１７などの熱伝導裏当て材に取り付けられた、ＰＣＢとＬＥＤの組み合わせを含む、ＬＥＤモジュールは、モジュール式であり、特定の照明アプリケーションに従って、さまざまな構成に対応するように配置できる。本発明に従って、図９に、ＬＥＤモジュールのさまざまな例示的な配置９００を示し、代替的なＬＥＤ照明パッケージを定義する。実施形態によって、ＬＥＤ照明パッケージは、ＬＥＤなしに、ＬＥＤモジュールおよび／または支持部材を含むことができる。ある実施形態において、ＬＥＤモジュールまたは支持部材は、ストリップとして説明したが、ＬＥＤモジュールの代替的な形および／または長さも利用できる。
【００４４】
上記の実施形態の、１または２以上のＬＥＤを含む、ＰＣＢ(printed circuit board)は、好適には、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）３８４などの、熱硬化型エポキシを利用する、熱伝導材に取り付けられ、ねじ、リベットなどの利用を含む、他の周知の技術も、本発明によって検討されることに留意するべきである。また、上記のＰＣＢを、白く塗装して、発光を反射するのに役立つ、または特殊な照明アプリケーションによる熱放散に役立つことができる。
【００４５】
本発明は、具体的なパッケージ寸法を含む、現在の好適実施形態のさまざまな態様との関連で開示されたが、本発明は、次に来る本請求と一致した、さまざまなパッケージ寸法およびＬＥＤモジュール配置を含む、他の環境に適切に適応できることが認識されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】先行技術のＬＥＤパッケージ配置の態様を示す上面図である。
【図１Ｂ】先行技術のＬＥＤパッケージ配置の態様を示す側面図である。
【図１Ｃ】発光強度が、垂線からの角度によって、それぞれどのように変化する傾向があるかを示すグラフである。
【図２Ａ】本発明にかかる、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージの上面図である。
【図２Ｂ】本発明にかかる、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージの上面図である。
【図３】本発明にかかる、図２に対する代替の裏当て材配置を有する、１フィート×１フィートのＬＥＤ照明パッケージの上面図である。
【図４Ａ】２フィート×２フィートのＬＥＤ照明パッケージの態様を示す上面図である。
【図４Ｂ】２フィート×２フィートのＬＥＤ照明パッケージの態様を示す上面図である。
【図４Ｃ】図４Ａ、４Ｂ、および５Ｃの照明パッケージを用いた、照明アプリケーションの斜視図である。
【図４Ｄ】図４Ａ、４Ｂ、および５Ｃの照明パッケージを用いた、照明アプリケーションの斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ａ、４Ｂ、および５Ｃの照明パッケージを用いた、照明アプリケーションの斜視図である。
【図５Ａ】本発明にかかる、ＬＥＤ配列のＴ字型ヒートシンクを示す図（総称して図５）である。
【図５Ｂ】本発明にかかる、ＬＥＤ配列のＴ字型ヒートシンクを示す図（総称して図５）である。
【図５Ｃ】本発明にかかる、ＬＥＤ配列のＴ字型ヒートシンクを示す図（総称して図５）である。
【図６】本発明にかかる、図５のＴ字型ヒートシンクを用いた、照明パッケージの側面図である。
【図７Ａ】本発明にかかる、照明パッケージに取り付けられたＬＥＤ配列からの熱を、放散する照明パッケージを示す図である。
【図７Ｂ】本発明にかかる、照明パッケージに取り付けられたＬＥＤ配列からの熱を、放散する照明パッケージを示す図である。
【図７Ｃ】本発明にかかる、照明パッケージに取り付けられたＬＥＤ配列からの熱を、放散する照明パッケージを示す図である。
【図７Ｄ】本発明にかかる、照明パッケージに取り付けられたＬＥＤ配列からの熱を、放散する照明パッケージを示す図である。
【図８】本発明にかかる、１または２以上のＬＥＤ照明パッケージの制御システムを示す図である。
【図９】本発明にかかる、ＬＥＤモジュールのさまざまな例示的な配置を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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