(57)【要約】  照明装置（１）は、ＬＥＤ装置（５）と、コリメータ（２）と、筐体（３）とを含み、ＬＥＤ装置（５）は、如何なる実質的な力もＬＥＤ装置に加えられ得ないよう、コリメータ（２）にのみ剛的に取り付けられる。ＬＥＤ装置（５）によって生成される熱を放散するために、非剛的な熱移転媒体（１０）が、筐体（３）内のキャビティ（１２）内に提供される。従って、ＬＥＤ装置（５）は、熱移転媒体（１０）内に少なくとも部分的に収容される。
2009519575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ装置と、
筐体内に少なくとも部分的に取り付けられるコリメータと、
前記筐体内のキャビティ内に収容される非剛的な熱移転媒体とを含む、
照明装置であって、
前記ＬＥＤ装置は、前記コリメータにのみ剛的に結合され、前記ＬＥＤ装置によって生成される熱を放散するために、前記熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容される、
照明装置。
【請求項２】
前記コリメータは、ＴＩＲコリメータである、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ装置は、無機接着剤、ガラスフリットを用いて、或いは、射出成形によって、前記コリメータに結合される、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項４】
前記熱移転媒体は、ゲル状又は液体である、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記キャビティは、当該照明装置の取付位置と無関係に、前記ＬＥＤが前記液体熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるような寸法である、請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記液体熱移転媒体は、ヒートパイプ流体である、請求項４又は５のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記キャビティは、多孔性、繊維質、又は、ウィック状の構造である、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤ装置は、ヒートスプレッダを含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記コリメータの表面は、前記ＬＥＤ装置を電源に接続するよう設計される、前記ＬＥＤ装置に接続される少なくとも１つの伝導層を含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置と、前記ＬＥＤ装置に接続される電源とを含む、照明システム。
【請求項１１】
照明装置を製造する方法であって、
コリメータがＬＥＤ装置に剛的に接続され、
前記コリメータが筐体内に少なくとも部分的に取り付けられ、
非剛的な熱移転媒体が、前記筐体内に設けられるキャビティ内に送り込まれ、
前記ＬＥＤ装置が前記熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びそのような装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＬＥＤのような半導体発光装置が、自動車及び一般照明用途のために使用されている。極めて高い光束を示す所謂「高出力」ＬＥＤの最近の開発は、照明用途のための一般的な電球の代わりに単一のＬＥＤを使用することを可能にしている。
【０００３】
一方では、高光束、これらの装置の対応する高電力消費（＞１Ｗ）、及び、スモールフォームファクタの故に、装置によって生成される熱は適切に放散されなければならない。何故ならば、ＬＥＤの効率は、高温で極めて影響を受けるからである。他方では、コリメータ又は反射器のような光学系が、特殊の用途によって、例えば、自動車ヘッドライトにおいて要求されるように光を方向付ける多くの用途で使用される。従来技術において、この問題は、普通、剛的なヒートシンクと反射器との間のＬＥＤの配置によって取り組まれる。しかしながら、２つの素子間のＬＥＤの剛的な取付の故に、力がＬＥＤに加えられ、それらは特に自動車用途における発光装置に損傷を与え得る。
【０００４】
この問題に対する解決策が、ＷＯ−Ａ−２００４／０３８７５９に開示されている。図１１から見られるように、ＬＥＤ１０は、ＬＥＤ１０内で生成される熱を放散するために使用されるヒートパイプ６４の頂部に取り付けられている。全反射（ＴＩＲ）反射器１０ｂが、ＬＥＤ１０に接触しない状態で、頂部に配置され、２つの素子間に凹状空間を形成している。ＴＩＲ反射器１０ｂとＬＥＤ１０との間の凹状空間は、屈折率整合流体で充填されている。
【０００５】
しかしながら、この種類の照明装置は、高温で装置を壊し得る屈折率整合流体、ＬＥＤ、及び、ＴＩＲ反射器の異なる熱膨張係数の問題の故に、限定的な寿命を有し得る。さらに、従来技術装置の屈折率整合流体は、劣化問題を引き起こし、充填プロセスは、装置の製造を困難にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、強化された機械的支持を示すと同時に、良好な熱放散を維持する照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、請求項１に従った照明装置及び請求項１１に従った照明装置の製造方法によって本発明に従って解決される。従属項は本発明の好適実施態様に関する。
【０００８】
本発明に従った照明装置は、少なくとも１つのＬＥＤ装置を含み、複数のＬＥＤ装置を含み得る。ＬＥＤ装置は、少なくとも１つの半導体発光装置（ＬＥＤ）、好ましくは、照明目的のために製造される高出力ＬＥＤを含む。代替的に、複数のＬＥＤは、高い光束を達成するために、例えば、単一のＬＥＤダイ又は複数のＬＥＤダイス上の配列の形態の単一ＬＥＤ装置内で使用され得る。さらに、ＬＥＤ装置は、駆動回路又はＬＥＤに電気エネルギを供給するための電線のような他の電気的若しくは機械的な構成部品、ＬＥＤを支持するための取付体、又は、熱放散のための手段を含み得る。ＬＥＤ装置は、コリメータにのみ剛的に結合される。「剛的に結合される」という用語は、本発明を用いて、例えば、振動の形態の力をＬＥＤ装置に適用することを可能にする如何なる種類の接続又は固定をも含む。コリメータのみへの剛的な結合、即ち、ＬＥＤ装置を電源装置が単一の構成部品又は地点にのみ剛的に接続されることは、有利である。何故ならば、例えば、振動の故に自動車用途において起こる実質的な力が、ＬＥＤ装置に適用され得るからである。実質的な力は、例えば、振動による強制的破裂又は破損の関するＬＥＤ装置又はＬＥＤ装置の如何なる構成部品をも損傷し得る力を含むものと理解される。コリメータは、如何なる種類でもあり得る。例えば、イオン交換ガラス材料から成るＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）が使用され得る。一般的には、コリメータは、如何なる適切な材料、例えば、プラスチック又はガラスからも製造され得る。現在の脈絡において、「コリメータ」という用語は、如何なる適切な種類の反射器をも含むものと理解される。コリメータは、コリメータを維持するのに十分な安定性をもたらし得る、如何なる材料からの製造され得る、筐体内に少なくとも部分的に取り付けられる。例えば、金属又はプラスチック材料が使用される。筐体は、熱伝導性材料で製造されることによって或いは冷却フィンのような適切な構造手段によって、ＬＥＤによって生成される熱を放散し得ることが好ましい。筐体内に別個のＬＥＤ装置又は共通のＬＥＤを備える複数のコリメータを配置することが可能である。
【０００９】
本発明によれば、筐体はキャビティを含み、非剛的な熱移転媒体がキャビティ内に収容される。キャビティは、如何なる形状及び容積でもあり得るし、ＬＥＤ装置が熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるよう、熱移転媒体に依存して寸法取られる。従って、コリメータは、相応して筐体に取り付けられる。一般的には、ＬＥＤ装置と熱移転媒体との間の良好な熱接触が望ましい。キャビティは、好ましくは、熱移転媒体が発光装置の寿命に亘ってキャビティ内に保持されるよう完全に封止される。
【００１０】
非剛的な熱移転媒体は、ＬＥＤ装置内で生成される熱を放散するよう熱伝導性である如何なる種類でもあり得る。「非剛的な」という用語は、ＬＥＤ装置への硬い接続を形成しない、即ち、媒体がＬＥＤ装置に実質的な力を伝えない全ての材料を含むものと理解される。基本的な考えは、上述のように、如何なる力もＬＥＤ装置に適用されないよう、ＬＥＤ装置がコリメータのみに、即ち、単一の構成部品に剛的に接続されることであり、さもなければ、それはＬＥＤ装置を損傷し得る。
【００１１】
好適実施態様において、コリメータは、ＴＩＲ（全反射）コリメータであり、ＴＩＲ反射器とも呼ばれる。ＴＩＲコリメータは、良好なコリメーション特性を可能にし、高い光学効率をもたらす。普通５０％の効率を示す標準的な反射器と比較すると、ＴＩＲコリメータは、＞９０％の効率をもたらす。一般的には、ＴＩＲコリメータは、使用される波長範囲に依存して、如何なる適切な材料からも製造され得る。適切な材料は、一例として、ガラス又は透明セラミック材料である。製造の容易さに関しては、ＴＩＲコリメータが透明プラスチックから製造されることが特に好ましい。適切なプラスチック材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリカーボネート、又は、ＣＯＣ（環状オレフィン共重合体）を含む。ＴＩＲコリメータは、光学効率をさらに強化するために、用途に依存して、全反射を支持するよう、所望の波長範囲にある反射性塗膜又はクラッディングによって部分的に塗工され得る。反射性塗膜は、ＬＥＤ装置が取り付けられるＴＩＲコリメータの部分に特に塗布され得る。何故ならば、その地域では、これらの表面上への入射光の角度の故に、全反射を達成することが困難であり得るからである。
【００１２】
ＬＥＤ装置は、無機接着剤、ガラスフリットを用いてコリメータに結合されることが好ましく、或いは、射出成形によって結合されることが特に好ましい。従って、コリメータは、適切な保持体を提供しなければ成らず、それは、例えば、コリメータ内に形成される凹部であり得る。ＬＥＤ装置とコリメータとの間に、即ち、光路内に塗布される無機接着剤を使用するときには、接着剤は、好ましくは、コリメータの反射率を満たすべきである。コリメータがガラスから成る場合には、ガラスフリットの使用が好ましい。ここでは、熱及び圧力を用いてＬＥＤ装置をコリメータに接続するために、コリメータの屈折率を有する流体ガラスフリットが使用される。
【００１３】
ＬＥＤ装置は、射出成形を用いてもコリメータに結合され得る。コリメータがプラスチック材料から成る場合には、例えば、ＴＩＲコリメータが使用されるときには、この結合が好ましい。射出成形は特に有利である。何故ならば、コリメータとのＬＥＤダイの直接的な接触が達成可能であるので、屈折率の突然の変化に起因する損失が回避され得るからである。よって、ＴＩＲコリメータとのＬＥＤの直接的な接触の故の、反射損失の減少とコリメータの全反射特性の組み合わせの故に、特に高い効率が達成され得る。ＴＩＲコリメータは、ＬＥＤ装置上に直接的に射出成形され得る。それは容易で費用効率的な製造プロセスを可能にする。
【００１４】
本発明の開発によれば、熱移転媒体は、ゲル状であり、或いは、特に好ましくは、液体である。熱移転媒体は、ＬＥＤ装置と周囲の筐体との間の十分な熱伝導を概ね可能にしなければならない。熱移転媒体はさらに非剛的であるべきであるので、ゲル状又は液体媒体は特に有利である。適切な材料の例は、水、ミネラル、合成油である。熱移転媒体は、熱移転特性を支持する構造、例えば、ゲル状又は液体媒体が内部に存在する多孔性の繊維質構造を備える、上述の種類の組み合わせでもあり得る。熱移転媒体は液体であることが最も好ましい。液体は、一般的に、高密度、よって、良好な熱伝導特性を示す。さらに、液体は、一般的に、ＬＥＤ装置と筐体との間の優れた熱接触をもたらす。ＬＥＤ装置は液体内に浸漬されることが特に好ましい。
【００１５】
熱移動機構の種類は、対流型又はヒートパイプ機構のいずれかであり得る。対流型機構のために、適切な液体は、液体媒体が完全に気化しないよう、ＬＥＤ装置の動作温度より上の沸点を有すべきである。気化は、熱放散を妨げる。一般的には、液体は、ＬＥＤ自体又はＬＥＤ装置の如何なる電気構成部品もが流体と直接的に接触するときに、電気絶縁特性をさらに有さなければならない。しかしながら、ＬＥＤ装置が相応して設計されることを条件として、電源への接続部として伝導性流体が使用され得る。ＴＩＲコリメータが使用され、液体がＴＩＲコリメータと直接的に接触するときには、全反射特性を維持するために、ＴＩＲコリメータの露出表面をクラッディング又は塗膜で塗工することが必要であり得る。クラッディングの必要性は、本来的には、ＴＩＲコリメータ及び使用流体の屈折率の相違に依存する。
【００１６】
代替的に、熱移転媒体は、ヒートパイプ流体であり得る。ヒートパイプ流体は、熱を効率的に輸送し得る。ヒートパイプ機構において、流体ヒートパイプ媒体は、熱源と緊密に接触して封止キャビティ内に配置される。熱源で生成される熱の故に、ヒートパイプ流体の一部は気化される。次に、蒸気は、キャビティのより冷たいヒートシンクで凝縮され、次に、熱源に流れ戻り得る。ここでは、ヒートパイプ流体は、ＬＥＤ装置内で生成される熱によって気化される。従って、蒸気は、ヒートシンクとして作用するキャビティの冷たい壁で凝縮し、次に、ＬＥＤ装置に流れ戻る。従って、キャビティは、ヒートパイプ流体の無制約の逆流、よって、還流が可能であるように設計されなければならない。例えば、キャビティの内壁は、逆流が重力によってのみ可能であるように設計され得る。これは、通常、取付位置に依存するので、逆流が重力に抗して向けられるときでさえ、ヒートパイプ流体の還流が維持され得るよう、毛管力によるヒートパイプ流体の逆流を促進するために、好ましくは、多孔性又はウィック状構造がキャビティ内部で使用され得る。特に好ましくは、キャビティの内壁は、ヒートパイプ流体の還流を促進するために、毛管又は動脈状構造を含む。ヒートパイプ流体の十分な気化、よって、ＬＥＤ装置からの熱放散を得るために、ＬＥＤ装置は、多孔性材料に完全に取り囲まれ得ない。
【００１７】
適切なヒートパイプ流体の例は、アンモニア、メタノール、ＰＰ２、エタノール、水、又は、これらの溶液又は混合物である。一般的に、適切なヒートパイプ流体は、ＬＥＤ源の温度要件並びに用途の温度条件によって規定される温度範囲内で動作することを許容しなければならない。これは、殆どの場合において、２５℃と１００℃との間の範囲にある動作温度を意味する。
【００１８】
他の好適な実施態様において、筐体のキャビティは、照明装置の取付位置と無関係に、ＬＥＤ装置が液体移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるような寸法とされる。この構造は、照明装置の普遍的な動作位置を可能にし、それはより高い使用の柔軟性をもたらす。従って、筐体のキャビティは、ＬＥＤ装置と熱移転媒体との間の十分な熱接触が常に維持されるよう、熱移転媒体の量及び粘性に依存して寸法取られ或いは構成される。
【００１９】
本発明のさらなる開発によれば、ＬＥＤ装置は、ヒートスプレッダを含む。ヒートスプレッダは、熱接触、よって、ＬＥＤ装置から熱移転媒体への熱放散を有利に強化する。ヒートスプレッダは、ＬＥＤ装置がその上に取り付けられ、且つ、一般的に、熱伝導性材料、例えば、ＤＢＣ（直接接着銅）、セラミックス、シリコン、又は、金属材料から成る小さな取付体であり得る。ＬＥＤとヒートスプレッダとの間に、例えば、セラミック又はシリコン材料から成る副取付体を配置することもさらに可能である。ヒートスプレッダは、重量によってＬＥＤ装置に加えられる力を最小限化するために、出来る限り軽量でなければならない。最も好ましくは、ヒートスプレッダは、コリメータに結合される。
【００２０】
さらなる好適実施態様において、コリメータの表面は、ＬＥＤ装置を電源に接続するよう設計された、ＬＥＤ装置に接続された少なくとも１つの伝導層を含む。伝導層は、ＣＶＤ又はＰＶＤ法を使用して、例えば、プラズマスパッタリングによって、コリメータに塗布され得るし、コリメータの表面の少なくとも一部を被覆し得る。適切な材料は、アルミニウム、銅、又は、銀を含む。熱移転媒体が伝導的であるか、或いは、１つよりも多くの伝導層が形成される場合には、絶縁塗膜、例えば、絶縁ラッカが伝導層に塗布され得る。さらに、伝導層は、前述のように、反射層又はクラッディングとしても機能し得る。伝導層は、電源をＬＥＤ装置に接続するための様々な可能性を可能にする。例えば、伝導層は、電源の正端子をＬＥＤ装置に接続し得るのに対し、伝導性の熱移転媒体は、電源の接地端子をＬＥＤ装置に接続する。さらに、ＬＥＤ装置を電源と接続するために、コリメータ上で互いに分離された２つの伝導層を形成することが可能である。電源の両端子をＬＥＤ装置に接続し得る構造層をコリメータ上に配置することも可能であり得る。
【００２１】
適切な電源は、定電流源、抵抗を備える電圧源、バック変圧器、又は、バックブースト変圧器を含む。電源の例は、Ｚｕｋａｕｓｋａｓ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  （２００２）”，  Ｃｈａｐｔｅｒ  ７に開示されている。しかしながら、電源は、単純な電池又は整流幹線接続でもあり得る。
【００２２】
本発明に従った製造方法によれば、ＬＥＤ装置は、コリメータに剛的に結合される。この方法は、例えば、無機接着剤を用いた、以前に形成されたコリメータへのＬＥＤ装置の結合を含む。さらに、本方法は、例えば、コリメータがプラスチック材料から成り且つＬＥＤ装置上に直接的に取り付けられるときに、ＬＥＤ装置への結合と共にコリメータを形成することを含む。
【００２３】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面を参照すると、図１は、本発明の第一実施態様に従った照明装置の概略的な側面図を示している。ここでは、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）から成るＴＩＲコリメータ２が、筐体３内に取り付けられている。コリメータ２の発光前面は、エポキシ接着剤を使用して筐体３の上方部分に取り付けられているので、筐体３及びコリメータ２は、コリメータ２の回りに延在する封止キャビティ１２を形成する。筐体は、照明装置１内で生成される熱を放散するために、幾つかの頭部フィン４を含む。ＬＥＤダイ６とヒートスプレッダ７とを含むＬＥＤ装置５が、コリメータ２の下方部分に剛的に取り付けられている。剛的な接続を構築するために、高分子ＰＭＭＡ材料から成るコリメータ２は、ＬＥＤ装置５上に直接的に射出成形される。コリメータ２のＰＭＭＡ原料は、ＬＥＤ装置５に塗布されるとき流体であるので、完全なフォームフィットが達成される。よって、光路内に空隙は存在せず、その結果、結合損失の減少の故に、高い光学効率が得られる。
【００２５】
ＬＥＤダイ６は、ＬＥＤ駆動用の幾つかの電気回路を含む。ＬＥＤダイ６は、コリメータ２の表面の部分の上に設けられる層構造８内に設けられる伝導層１３を使用して、電源（図示せず）に電気的に接続されている。コリメータ２の表面の残余部分は、発光前面を除き、クラッディング（図示せず）で被覆されているので、コリメータ２がキャビティ１２内に設けられるヒートパイプ流体１０と直接接触するときに、全反射特性が常に維持される。ここでは、エタノールがヒートパイプ流体１０として使用される。
【００２６】
伝導層１３は、電源に接続する電線９に接続されている。層構造８の構造の実施態様が、図６ａ及び６ｂに示されており、以下に説明される。ヒートスプレッダ７は、ＤＢＣ（直接接着銅）から成り、キャビティ１２内に設けられるヒートパイプ流体１０への熱接触を強化するために使用され、ＬＥＤダイ５はそこに部分的に浸漬される。
【００２７】
動作中にＬＥＤダイ６によって生成される熱の筐体３の外側への輸送を達成するために、ヒートパイプ流体１０は加熱され、ＬＥＤ装置５によって気化される。ヒートパイプ流体１０の熱い蒸気は、筐体３及び／又はコリメータ２の冷たい壁で凝縮され、次に、ＬＥＤ装置を取り囲む、ヒートパイプ流体１０の貯槽に流れ戻る。この機構を使用して、安定した循環が維持される。
【００２８】
筐体３のキャビティ１２は、動作位置と無関係に、ＬＥＤ装置５がヒートパイプ流体１０内に少なくとも部分的に浸漬されるよう設計される。第二位置にある図１の実施態様の側面図が、図２に示されている。図面から見られるように、ヒートパイプ流体１０の量及びキャビティ１２の寸法は、ＬＥＤ装置５がヒートパイプ流体１０内に少なくとも部分的に浸漬されるよう調和される。あらゆる可能な位置での十分な流体循環を可能にするために、コリメータ２は、線Ａ―Ａ’に沿う断面図を示す図４中に描写されるように、発光前面でのみ筐体３に接続される。よって、凝縮されたヒートパイプ流体の貯槽１０への戻り流が、あらゆる取付け位置で可能である。
【００２９】
図３は、第三動作位置にある図１の実施態様を示している。キャビティ１２の設計の故に、照明装置１が僅かに傾斜されるときでさえ、ＬＥＤ装置５は再びヒートパイプ流体１０中に部分的に浸漬される。図示されていないが、筐体３お冷却の増大のために、より高い数の熱フィン４を、図５に示されるように、筐体３の外側に円周的に配置することが有利であり得る。
【００３０】
上述の代替として、ヒートパイプ流体５の代わりに対流型熱移転媒体を使用することも可能である。この場合には、熱フィン４は、熱い流体が筐体３と接触する場所に設けられなければならない。
【００３１】
図５は、本発明に従った照明装置１０の第二実施態様を示している。図１に示される第一実施態様と比べると、多孔性材料１１がキャビティ１２の内部に配置されている。
【００３２】
多孔性材料１１は、ヒートパイプ流体１０の循環を増大するために、繊維質構造を含む。ここでは、ＬＥＤ装置５を部分的に取り囲む多孔性媒体内に収容されるヒートパイプ流体５は、ＬＥＤ装置５内で生成される熱の故に気化される。上記に説明されたように、熱い蒸気は、筐体３及び／又はコリメータ２の壁で凝縮される。次に、凝縮された流体は、多孔性媒体１１によって少なくとも部分的に吸収され、ＬＥＤ装置５に送り込まれる。従って、多孔性媒体１１は、小さな繊維質構造を含むので、流体凝縮におけるグラジエントに由来する毛管力は、ＬＥＤ装置５への凝縮された流体の伝導をもたらす。
【００３３】
図６ａは、コリメータ２の表面上に形成される層構造８の第一実施例の概略図を描写している。この層構造は、図１に示される実施態様において使用される。層構造は、コリメータ２の表面上に直接的に形成される反射塗膜１４を含む。ＴＩＲコリメータ２の内表面への入射光の角度がＬＥＤ装置５に近い地域内で高いという事実の故に、全反射特性を達成することは困難である。よって、反射塗膜１４は、発光装置１の光学効率を増大する。よって、反射塗膜１４上には、絶縁ラッカ１６によって互いに対して並びに反射塗膜１４から分離される２つの導電性層１３が形成される。それに応じて、伝導層１３をキャビティ１２の内部及びヒートパイプ流体１０に対して絶縁するために、最外側の伝導層１３も絶縁ラッカ１６によって被覆される。伝導層１３は、ＬＥＤダイ５の電気端子を電線９に接続する。２つの積層伝導層１３がここに示されているが、単一層内で互いから電気的に絶縁された２つの伝導性構造を形成することも可能であり得る。伝導層１３及び反射層１４は、真空蒸着プロセスで形成されるアルミニウムから成る。この実施態様ではアルミニウムが使用されているが、他の伝導性金属材料又は合金が、伝導層１３の形成のために使用され得る。反射層１４のための材料は、照明装置１の波長範囲に依存して選択され得る。ラッカ層１６は、金属（或いは他の伝導性材料）蒸着に適合するよう使用される標準型のラッカから形成され得る。
【００３４】
図６ｂは、層構造８の他の実施例の概略図を示している。ここに示される実施例は、層構造８のより単純な構造を描写している。ここでは、単一の伝導層１３がコリメータ２の表面上に形成されている。伝導層１３は、アルミニウムから成り、上述のように、反射塗膜としても作用する。伝導層１３は、層をキャビティ１２の内部に対して絶縁するために、ラッカ１６で被覆されている。ここでは、１つだけの伝導構造、即ち、伝導層１３が層構造８内に存在しているので、ＬＥＤダイ６の１つだけの電気端子が、層構造８を介して電源に接続され得る。ＬＥＤダイ６の他の電気端子は、図５の実施態様中に例示的に示されるように、電線９を使用して、電源に直接的に接続され得る。代替的に、ＬＥＤダイ６の他の電気端子は、上記に説明されたように、ヒートパイプ流体１０を使用して接続され得る。この場合には、ヒートパイプ流体１０は、良好な電気伝導性をもたらさなければならない。ＬＥＤ層５及び筐体３は、ヒートパイプ流体１０に接続するために、電気端子を提供しなければならない。
【００３５】
図７は、照明装置１の第三実施態様の概略的な側面図を示している。ここでは、コリメータ２は、筐体３内に部分的に取り付けられているので、ＬＥＤ装置５は、キャビティ１２内に、故に、ヒートパイプ流体１０と直接的に接触して配置される。それによって、コリメータ２の表面上のクラッディングが、有利に不必要である。何故ならば、ヒートパイプ流体１０と接触するようになり得る表面の部分が、層構造８によって被覆されるからである。
【００３６】
図８及び９は、照明装置１のさらなる実施態様を示している。図８に示される第四実施態様は、ＬＥＤ装置５に３つのＬＥＤダイ６を示している。単一のコリメータ２’が、ＬＥＤダイス６の配列に適合されている。よって、より高いレベルの光束を達成することが可能である。図９に示される第五実施態様は、図８に示されるものと類似の構造を示している。図９は、共通のヒートスプレッダ７上の各ＬＥＤダイス６と共に、３つのコリメータ２を示している。本構成は、照明装置１の容易な適合性を可能にする。図示されていないが、用途に依存して、使用されるＬＥＤの数を多く／少なくすることが容易に可能である。例えば、ＲＧＢ色混合が必要とされるときには、多数の三色ＬＥＤが有利であり得る。
【００３７】
ここに記載される実施態様は、限定的な意味よりも、むしろ例証的な意味であることが意図されている。請求項中の如何なる参照記号の使用も、各請求項の範囲を制限すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に従った照明装置の第一実施態様を概略的に示す断面図である。
【図２】第二位置にある第一実施態様を概略的に示す断面図である。
【図３】さらなる位置にある第一実施態様を示す断面図である。
【図４】図１に示される実施態様の線Ａ−Ａ’に沿う断面図である。
【図５】本発明に従った第二実施態様を示す断面図である。
【図６ａ】層構造の第一実施例を示す概略図である。
【図６ｂ】層構造の他の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明に従った第三実施態様を示す概略図である。
【図８】本発明に従った第四実施態様を示す概略図である。
【図９】本発明に従った第五実施態様を示す概略図である。
【図１】
2009519575.tif 000003
【図２】
2009519575.tif 000004
【図３】
2009519575.tif 000005
【図４】
2009519575.tif 000006
【図５】
2009519575.tif 000007
【図６ａ】
2009519575.tif 000008
【図６ｂ】
2009519575.tif 000009
【図７】
2009519575.tif 000010
【図８】
2009519575.tif 000011
【図９】
2009519575.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【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】
ＬＥＤ装置と、
筐体内に少なくとも部分的に取り付けられるコリメータと、
前記筐体内のキャビティ内に収容される非剛的な熱移転媒体とを含む、
照明装置であって、
前記ＬＥＤ装置は、無機接着剤、ガラスフリットを用いて、或いは、射出成形によって、前記コリメータにのみ剛的に結合され、前記ＬＥＤ装置によって生成される熱を放散するために、前記熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容される、
照明装置。
【請求項２】
前記コリメータは、ＴＩＲコリメータである、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記熱移転媒体は、ゲル状又は液体である、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項４】
前記キャビティは、当該照明装置の取付位置と無関係に、前記ＬＥＤが前記液体熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるような寸法である、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記液体熱移転媒体は、ヒートパイプ流体である、請求項３又は４のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記キャビティは、多孔性、繊維質、又は、ウィック状の構造である、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤ装置は、ヒートスプレッダを含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記コリメータの表面は、前記ＬＥＤ装置を電源に接続するよう設計される、前記ＬＥＤ装置に接続される少なくとも１つの伝導層を含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の照明装置と、前記ＬＥＤ装置に接続される電源とを含む、照明システム。
【請求項１０】
照明装置を製造する方法であって、
コリメータが、無機接着剤、ガラスフリットを用いて、或いは、射出成形によって、ＬＥＤ装置に剛的に接続され、
前記コリメータが筐体内に少なくとも部分的に取り付けられ、
非剛的な熱移転媒体が、前記筐体内に設けられるキャビティ内に送り込まれ、
前記ＬＥＤ装置が前記熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容される、
方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びそのような装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＬＥＤのような半導体発光装置が、自動車及び一般照明用途のために使用されている。極めて高い光束を示す所謂「高出力」ＬＥＤの最近の開発は、照明用途のための一般的な電球の代わりに単一のＬＥＤを使用することを可能にしている。
【０００３】
一方では、高光束、これらの装置の対応する高電力消費（＞１Ｗ）、及び、スモールフォームファクタの故に、装置によって生成される熱は適切に放散されなければならない。何故ならば、ＬＥＤの効率は、高温で極めて影響を受けるからである。他方では、コリメータ又は反射器のような光学系が、特殊の用途によって、例えば、自動車ヘッドライトにおいて要求されるように光を方向付ける多くの用途で使用される。従来技術において、この問題は、普通、剛的なヒートシンクと反射器との間のＬＥＤの配置によって取り組まれる。しかしながら、２つの素子間のＬＥＤの剛的な取付の故に、力がＬＥＤに加えられ、それらは特に自動車用途における発光装置に損傷を与え得る。
【０００４】
ＤＥ１０２００５０１３２０８は、少なくとも１つのＬＥＤを備える冷却ＬＥＤランプを開示しており、ＬＥＤは、筐体から構成され、ＬＥＤは、筐体内で透明冷却媒体内に含まれている。ＤＥ１０２１３０４２Ａ１は、流体が筐体内に恒久的に留まるよう、流体で充填された緊密に封止された筐体を有するランプを開示している。流体は、環境空気よりも高い熱吸収性を有する。
【０００５】
ＥＰ１２２５６４３Ａ１は、半導体本体と、反射素子とを含む、片側性発光装置を開示している。半導体本体は、その全ての表面から放射線を放射する。放射される光は、反射素子による方向変更後、単一ビームに集められる。反射素子は、反射される光を半導体本体に沿って方向変更する。
【０００６】
上述の問題に対する解決策が、ＷＯ−Ａ−２００４／０３８７５９に開示されている。図１１から見られるように、ＬＥＤ１０は、ＬＥＤ１０内で生成される熱を放散するために使用されるヒートパイプ６４の頂部に取り付けられている。全反射（ＴＩＲ）反射器１０ｂが、ＬＥＤ１０に接触しない状態で、頂部に配置され、２つの素子間に凹状空間を形成している。ＴＩＲ反射器１０ｂとＬＥＤ１０との間の凹状空間は、屈折率整合流体で充填されている。
【０００７】
しかしながら、この種類の照明装置は、高温で装置を壊し得る屈折率整合流体、ＬＥＤ、及び、ＴＩＲ反射器の異なる熱膨張係数の問題の故に、限定的な寿命を有し得る。さらに、従来技術装置の屈折率整合流体は、劣化問題を引き起こし、充填プロセスは、装置の製造を困難にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、強化された機械的支持を示すと同時に、良好な熱放散を維持する照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本目的は、請求項１に従った照明装置及び請求項１０に従った照明装置の製造方法によって本発明に従って解決される。従属項は本発明の好適実施態様に関する。
【００１０】
本発明に従った照明装置は、少なくとも１つのＬＥＤ装置を含み、複数のＬＥＤ装置を含み得る。ＬＥＤ装置は、少なくとも１つの半導体発光装置（ＬＥＤ）、好ましくは、照明目的のために製造される高出力ＬＥＤを含む。代替的に、複数のＬＥＤは、高い光束を達成するために、例えば、単一のＬＥＤダイ又は複数のＬＥＤダイス上の配列の形態の単一ＬＥＤ装置内で使用され得る。さらに、ＬＥＤ装置は、駆動回路又はＬＥＤに電気エネルギを供給するための電線のような他の電気的若しくは機械的な構成部品、ＬＥＤを支持するための取付体、又は、熱放散のための手段を含み得る。ＬＥＤ装置は、コリメータにのみ剛的に結合される。「剛的に結合される」という用語は、本発明を用いて、例えば、振動の形態の力をＬＥＤ装置に適用することを可能にする如何なる種類の接続又は固定をも含む。コリメータのみへの剛的な結合、即ち、ＬＥＤ装置を電源装置が単一の構成部品又は地点にのみ剛的に接続されることは、有利である。何故ならば、例えば、振動の故に自動車用途において起こる実質的な力が、ＬＥＤ装置に適用され得るからである。実質的な力は、例えば、振動による強制的破裂又は破損の関するＬＥＤ装置又はＬＥＤ装置の如何なる構成部品をも損傷し得る力を含むものと理解される。コリメータは、如何なる種類でもあり得る。例えば、イオン交換ガラス材料から成るＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）が使用され得る。一般的には、コリメータは、如何なる適切な材料、例えば、プラスチック又はガラスからも製造され得る。現在の脈絡において、「コリメータ」という用語は、如何なる適切な種類の反射器をも含むものと理解される。コリメータは、コリメータを維持するのに十分な安定性をもたらし得る、如何なる材料からの製造され得る、筐体内に少なくとも部分的に取り付けられる。例えば、金属又はプラスチック材料が使用される。筐体は、熱伝導性材料で製造されることによって或いは冷却フィンのような適切な構造手段によって、ＬＥＤによって生成される熱を放散し得ることが好ましい。筐体内に別個のＬＥＤ装置又は共通のＬＥＤを備える複数のコリメータを配置することが可能である。
【００１１】
本発明によれば、筐体はキャビティを含み、非剛的な熱移転媒体がキャビティ内に収容される。キャビティは、如何なる形状及び容積でもあり得るし、ＬＥＤ装置が熱移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるよう、熱移転媒体に依存して寸法取られる。従って、コリメータは、相応して筐体に取り付けられる。一般的には、ＬＥＤ装置と熱移転媒体との間の良好な熱接触が望ましい。キャビティは、好ましくは、熱移転媒体が発光装置の寿命に亘ってキャビティ内に保持されるよう完全に封止される。
【００１２】
非剛的な熱移転媒体は、ＬＥＤ装置内で生成される熱を放散するよう熱伝導性である如何なる種類でもあり得る。「非剛的な」という用語は、ＬＥＤ装置への硬い接続を形成しない、即ち、媒体がＬＥＤ装置に実質的な力を伝えない全ての材料を含むものと理解される。基本的な考えは、上述のように、如何なる力もＬＥＤ装置に適用されないよう、ＬＥＤ装置がコリメータのみに、即ち、単一の構成部品に剛的に接続されることであり、さもなければ、それはＬＥＤ装置を損傷し得る。
【００１３】
好適実施態様において、コリメータは、ＴＩＲ（全反射）コリメータであり、ＴＩＲ反射器とも呼ばれる。ＴＩＲコリメータは、良好なコリメーション特性を可能にし、高い光学効率をもたらす。普通５０％の効率を示す標準的な反射器と比較すると、ＴＩＲコリメータは、＞９０％の効率をもたらす。一般的には、ＴＩＲコリメータは、使用される波長範囲に依存して、如何なる適切な材料からも製造され得る。適切な材料は、一例として、ガラス又は透明セラミック材料である。製造の容易さに関しては、ＴＩＲコリメータが透明プラスチックから製造されることが特に好ましい。適切なプラスチック材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリカーボネート、又は、ＣＯＣ（環状オレフィン共重合体）を含む。ＴＩＲコリメータは、光学効率をさらに強化するために、用途に依存して、全反射を支持するよう、所望の波長範囲にある反射性塗膜又はクラッディングによって部分的に塗工され得る。反射性塗膜は、ＬＥＤ装置が取り付けられるＴＩＲコリメータの部分に特に塗布され得る。何故ならば、その地域では、これらの表面上への入射光の角度の故に、全反射を達成することが困難であり得るからである。
【００１４】
本発明によれば、ＬＥＤ装置は、無機接着剤、ガラスフリットを用いて、或いは、射出成形によってコリメータに結合される。従って、コリメータは、適切な保持体を提供しなければ成らず、それは、例えば、コリメータ内に形成される凹部であり得る。ＬＥＤ装置とコリメータとの間に、即ち、光路内に塗布される無機接着剤を使用するときには、接着剤は、好ましくは、コリメータの反射率を満たすべきである。コリメータがガラスから成る場合には、ガラスフリットの使用が好ましい。ここでは、熱及び圧力を用いてＬＥＤ装置をコリメータに接続するために、コリメータの屈折率を有する流体ガラスフリットが使用される。
【００１５】
ＬＥＤ装置は、射出成形を用いてもコリメータに結合され得る。コリメータがプラスチック材料から成る場合には、例えば、ＴＩＲコリメータが使用されるときには、この結合が好ましい。射出成形は特に有利である。何故ならば、コリメータとのＬＥＤダイの直接的な接触が達成可能であるので、屈折率の突然の変化に起因する損失が回避され得るからである。よって、ＴＩＲコリメータとのＬＥＤの直接的な接触の故の、反射損失の減少とコリメータの全反射特性の組み合わせの故に、特に高い効率が達成され得る。ＴＩＲコリメータは、ＬＥＤ装置上に直接的に射出成形され得る。それは容易で費用効率的な製造プロセスを可能にする。
【００１６】
本発明の開発によれば、熱移転媒体は、ゲル状であり、或いは、特に好ましくは、液体である。熱移転媒体は、ＬＥＤ装置と周囲の筐体との間の十分な熱伝導を概ね可能にしなければならない。熱移転媒体はさらに非剛的であるべきであるので、ゲル状又は液体媒体は特に有利である。適切な材料の例は、水、ミネラル、合成油である。熱移転媒体は、熱移転特性を支持する構造、例えば、ゲル状又は液体媒体が内部に存在する多孔性の繊維質構造を備える、上述の種類の組み合わせでもあり得る。熱移転媒体は液体であることが最も好ましい。液体は、一般的に、高密度、よって、良好な熱伝導特性を示す。さらに、液体は、一般的に、ＬＥＤ装置と筐体との間の優れた熱接触をもたらす。ＬＥＤ装置は液体内に浸漬されることが特に好ましい。
【００１７】
熱移動機構の種類は、対流型又はヒートパイプ機構のいずれかであり得る。対流型機構のために、適切な液体は、液体媒体が完全に気化しないよう、ＬＥＤ装置の動作温度より上の沸点を有すべきである。気化は、熱放散を妨げる。一般的には、液体は、ＬＥＤ自体又はＬＥＤ装置の如何なる電気構成部品もが流体と直接的に接触するときに、電気絶縁特性をさらに有さなければならない。しかしながら、ＬＥＤ装置が相応して設計されることを条件として、電源への接続部として伝導性流体が使用され得る。ＴＩＲコリメータが使用され、液体がＴＩＲコリメータと直接的に接触するときには、全反射特性を維持するために、ＴＩＲコリメータの露出表面をクラッディング又は塗膜で塗工することが必要であり得る。クラッディングの必要性は、本来的には、ＴＩＲコリメータ及び使用流体の屈折率の相違に依存する。
【００１８】
代替的に、熱移転媒体は、ヒートパイプ流体であり得る。ヒートパイプ流体は、熱を効率的に輸送し得る。ヒートパイプ機構において、流体ヒートパイプ媒体は、熱源と緊密に接触して封止キャビティ内に配置される。熱源で生成される熱の故に、ヒートパイプ流体の一部は気化される。次に、蒸気は、キャビティのより冷たいヒートシンクで凝縮され、次に、熱源に流れ戻り得る。ここでは、ヒートパイプ流体は、ＬＥＤ装置内で生成される熱によって気化される。従って、蒸気は、ヒートシンクとして作用するキャビティの冷たい壁で凝縮し、次に、ＬＥＤ装置に流れ戻る。従って、キャビティは、ヒートパイプ流体の無制約の逆流、よって、還流が可能であるように設計されなければならない。例えば、キャビティの内壁は、逆流が重力によってのみ可能であるように設計され得る。これは、通常、取付位置に依存するので、逆流が重力に抗して向けられるときでさえ、ヒートパイプ流体の還流が維持され得るよう、毛管力によるヒートパイプ流体の逆流を促進するために、好ましくは、多孔性又はウィック状構造がキャビティ内部で使用され得る。特に好ましくは、キャビティの内壁は、ヒートパイプ流体の還流を促進するために、毛管又は動脈状構造を含む。ヒートパイプ流体の十分な気化、よって、ＬＥＤ装置からの熱放散を得るために、ＬＥＤ装置は、多孔性材料に完全に取り囲まれ得ない。
【００１９】
適切なヒートパイプ流体の例は、アンモニア、メタノール、ＰＰ２、エタノール、水、又は、これらの溶液又は混合物である。一般的に、適切なヒートパイプ流体は、ＬＥＤ源の温度要件並びに用途の温度条件によって規定される温度範囲内で動作することを許容しなければならない。これは、殆どの場合において、２５℃と１００℃との間の範囲にある動作温度を意味する。
【００２０】
他の好適な実施態様において、筐体のキャビティは、照明装置の取付位置と無関係に、ＬＥＤ装置が液体移転媒体内に少なくとも部分的に収容されるような寸法とされる。この構造は、照明装置の普遍的な動作位置を可能にし、それはより高い使用の柔軟性をもたらす。従って、筐体のキャビティは、ＬＥＤ装置と熱移転媒体との間の十分な熱接触が常に維持されるよう、熱移転媒体の量及び粘性に依存して寸法取られ或いは構成される。
【００２１】
本発明のさらなる開発によれば、ＬＥＤ装置は、ヒートスプレッダを含む。ヒートスプレッダは、熱接触、よって、ＬＥＤ装置から熱移転媒体への熱放散を有利に強化する。ヒートスプレッダは、ＬＥＤ装置がその上に取り付けられ、且つ、一般的に、熱伝導性材料、例えば、ＤＢＣ（直接接着銅）、セラミックス、シリコン、又は、金属材料から成る小さな取付体であり得る。ＬＥＤとヒートスプレッダとの間に、例えば、セラミック又はシリコン材料から成る副取付体を配置することもさらに可能である。ヒートスプレッダは、重量によってＬＥＤ装置に加えられる力を最小限化するために、出来る限り軽量でなければならない。最も好ましくは、ヒートスプレッダは、コリメータに結合される。
【００２２】
さらなる好適実施態様において、コリメータの表面は、ＬＥＤ装置を電源に接続するよう設計された、ＬＥＤ装置に接続された少なくとも１つの伝導層を含む。伝導層は、ＣＶＤ又はＰＶＤ法を使用して、例えば、プラズマスパッタリングによって、コリメータに塗布され得るし、コリメータの表面の少なくとも一部を被覆し得る。適切な材料は、アルミニウム、銅、又は、銀を含む。熱移転媒体が伝導的であるか、或いは、１つよりも多くの伝導層が形成される場合には、絶縁塗膜、例えば、絶縁ラッカが伝導層に塗布され得る。さらに、伝導層は、前述のように、反射層又はクラッディングとしても機能し得る。伝導層は、電源をＬＥＤ装置に接続するための様々な可能性を可能にする。例えば、伝導層は、電源の正端子をＬＥＤ装置に接続し得るのに対し、伝導性の熱移転媒体は、電源の接地端子をＬＥＤ装置に接続する。さらに、ＬＥＤ装置を電源と接続するために、コリメータ上で互いに分離された２つの伝導層を形成することが可能である。電源の両端子をＬＥＤ装置に接続し得る構造層をコリメータ上に配置することも可能であり得る。
【００２３】
適切な電源は、定電流源、抵抗を備える電圧源、バック変圧器、又は、バックブースト変圧器を含む。電源の例は、Ｚｕｋａｕｓｋａｓ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  （２００２）”，  Ｃｈａｐｔｅｒ  ７に開示されている。しかしながら、電源は、単純な電池又は整流幹線接続でもあり得る。
【００２４】
本発明に従った製造方法によれば、ＬＥＤ装置は、コリメータに剛的に結合される。この方法は、例えば、無機接着剤を用いた、以前に形成されたコリメータへのＬＥＤ装置の結合を含む。さらに、本方法は、例えば、コリメータがプラスチック材料から成り且つＬＥＤ装置上に直接的に取り付けられるときに、ＬＥＤ装置への結合と共にコリメータを形成することを含む。
【００２５】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図面を参照すると、図１は、本発明の第一実施態様に従った照明装置の概略的な側面図を示している。ここでは、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）から成るＴＩＲコリメータ２が、筐体３内に取り付けられている。コリメータ２の発光前面は、エポキシ接着剤を使用して筐体３の上方部分に取り付けられているので、筐体３及びコリメータ２は、コリメータ２の回りに延在する封止キャビティ１２を形成する。筐体は、照明装置１内で生成される熱を放散するために、幾つかの頭部フィン４を含む。ＬＥＤダイ６とヒートスプレッダ７とを含むＬＥＤ装置５が、コリメータ２の下方部分に剛的に取り付けられている。剛的な接続を構築するために、高分子ＰＭＭＡ材料から成るコリメータ２は、ＬＥＤ装置５上に直接的に射出成形される。コリメータ２のＰＭＭＡ原料は、ＬＥＤ装置５に塗布されるとき流体であるので、完全なフォームフィットが達成される。よって、光路内に空隙は存在せず、その結果、結合損失の減少の故に、高い光学効率が得られる。
【００２７】
ＬＥＤダイ６は、ＬＥＤ駆動用の幾つかの電気回路を含む。ＬＥＤダイ６は、コリメータ２の表面の部分の上に設けられる層構造８内に設けられる伝導層１３を使用して、電源（図示せず）に電気的に接続されている。コリメータ２の表面の残余部分は、発光前面を除き、クラッディング（図示せず）で被覆されているので、コリメータ２がキャビティ１２内に設けられるヒートパイプ流体１０と直接接触するときに、全反射特性が常に維持される。ここでは、エタノールがヒートパイプ流体１０として使用される。
【００２８】
伝導層１３は、電源に接続する電線９に接続されている。層構造８の構造の実施態様が、図６ａ及び６ｂに示されており、以下に説明される。ヒートスプレッダ７は、ＤＢＣ（直接接着銅）から成り、キャビティ１２内に設けられるヒートパイプ流体１０への熱接触を強化するために使用され、ＬＥＤダイ５はそこに部分的に浸漬される。
【００２９】
動作中にＬＥＤダイ６によって生成される熱の筐体３の外側への輸送を達成するために、ヒートパイプ流体１０は加熱され、ＬＥＤ装置５によって気化される。ヒートパイプ流体１０の熱い蒸気は、筐体３及び／又はコリメータ２の冷たい壁で凝縮され、次に、ＬＥＤ装置を取り囲む、ヒートパイプ流体１０の貯槽に流れ戻る。この機構を使用して、安定した循環が維持される。
【００３０】
筐体３のキャビティ１２は、動作位置と無関係に、ＬＥＤ装置５がヒートパイプ流体１０内に少なくとも部分的に浸漬されるよう設計される。第二位置にある図１の実施態様の側面図が、図２に示されている。図面から見られるように、ヒートパイプ流体１０の量及びキャビティ１２の寸法は、ＬＥＤ装置５がヒートパイプ流体１０内に少なくとも部分的に浸漬されるよう調和される。あらゆる可能な位置での十分な流体循環を可能にするために、コリメータ２は、線Ａ―Ａ’に沿う断面図を示す図４中に描写されるように、発光前面でのみ筐体３に接続される。よって、凝縮されたヒートパイプ流体の貯槽１０への戻り流が、あらゆる取付け位置で可能である。
【００３１】
図３は、第三動作位置にある図１の実施態様を示している。キャビティ１２の設計の故に、照明装置１が僅かに傾斜されるときでさえ、ＬＥＤ装置５は再びヒートパイプ流体１０中に部分的に浸漬される。図示されていないが、筐体３お冷却の増大のために、より高い数の熱フィン４を、図５に示されるように、筐体３の外側に円周的に配置することが有利であり得る。
【００３２】
上述の代替として、ヒートパイプ流体５の代わりに対流型熱移転媒体を使用することも可能である。この場合には、熱フィン４は、熱い流体が筐体３と接触する場所に設けられなければならない。
【００３３】
図５は、本発明に従った照明装置１０の第二実施態様を示している。図１に示される第一実施態様と比べると、多孔性材料１１がキャビティ１２の内部に配置されている。
【００３４】
多孔性材料１１は、ヒートパイプ流体１０の循環を増大するために、繊維質構造を含む。ここでは、ＬＥＤ装置５を部分的に取り囲む多孔性媒体内に収容されるヒートパイプ流体５は、ＬＥＤ装置５内で生成される熱の故に気化される。上記に説明されたように、熱い蒸気は、筐体３及び／又はコリメータ２の壁で凝縮される。次に、凝縮された流体は、多孔性媒体１１によって少なくとも部分的に吸収され、ＬＥＤ装置５に送り込まれる。従って、多孔性媒体１１は、小さな繊維質構造を含むので、流体凝縮におけるグラジエントに由来する毛管力は、ＬＥＤ装置５への凝縮された流体の伝導をもたらす。
【００３５】
図６ａは、コリメータ２の表面上に形成される層構造８の第一実施例の概略図を描写している。この層構造は、図１に示される実施態様において使用される。層構造は、コリメータ２の表面上に直接的に形成される反射塗膜１４を含む。ＴＩＲコリメータ２の内表面への入射光の角度がＬＥＤ装置５に近い地域内で高いという事実の故に、全反射特性を達成することは困難である。よって、反射塗膜１４は、発光装置１の光学効率を増大する。よって、反射塗膜１４上には、絶縁ラッカ１６によって互いに対して並びに反射塗膜１４から分離される２つの導電性層１３が形成される。それに応じて、伝導層１３をキャビティ１２の内部及びヒートパイプ流体１０に対して絶縁するために、最外側の伝導層１３も絶縁ラッカ１６によって被覆される。伝導層１３は、ＬＥＤダイ５の電気端子を電線９に接続する。２つの積層伝導層１３がここに示されているが、単一層内で互いから電気的に絶縁された２つの伝導性構造を形成することも可能であり得る。伝導層１３及び反射層１４は、真空蒸着プロセスで形成されるアルミニウムから成る。この実施態様ではアルミニウムが使用されているが、他の伝導性金属材料又は合金が、伝導層１３の形成のために使用され得る。反射層１４のための材料は、照明装置１の波長範囲に依存して選択され得る。ラッカ層１６は、金属（或いは他の伝導性材料）蒸着に適合するよう使用される標準型のラッカから形成され得る。
【００３６】
図６ｂは、層構造８の他の実施例の概略図を示している。ここに示される実施例は、層構造８のより単純な構造を描写している。ここでは、単一の伝導層１３がコリメータ２の表面上に形成されている。伝導層１３は、アルミニウムから成り、上述のように、反射塗膜としても作用する。伝導層１３は、層をキャビティ１２の内部に対して絶縁するために、ラッカ１６で被覆されている。ここでは、１つだけの伝導構造、即ち、伝導層１３が層構造８内に存在しているので、ＬＥＤダイ６の１つだけの電気端子が、層構造８を介して電源に接続され得る。ＬＥＤダイ６の他の電気端子は、図５の実施態様中に例示的に示されるように、電線９を使用して、電源に直接的に接続され得る。代替的に、ＬＥＤダイ６の他の電気端子は、上記に説明されたように、ヒートパイプ流体１０を使用して接続され得る。この場合には、ヒートパイプ流体１０は、良好な電気伝導性をもたらさなければならない。ＬＥＤ層５及び筐体３は、ヒートパイプ流体１０に接続するために、電気端子を提供しなければならない。
【００３７】
図７は、照明装置１の第三実施態様の概略的な側面図を示している。ここでは、コリメータ２は、筐体３内に部分的に取り付けられているので、ＬＥＤ装置５は、キャビティ１２内に、故に、ヒートパイプ流体１０と直接的に接触して配置される。それによって、コリメータ２の表面上のクラッディングが、有利に不必要である。何故ならば、ヒートパイプ流体１０と接触するようになり得る表面の部分が、層構造８によって被覆されるからである。
【００３８】
図８及び９は、照明装置１のさらなる実施態様を示している。図８に示される第四実施態様は、ＬＥＤ装置５に３つのＬＥＤダイ６を示している。単一のコリメータ２’が、ＬＥＤダイス６の配列に適合されている。よって、より高いレベルの光束を達成することが可能である。図９に示される第五実施態様は、図８に示されるものと類似の構造を示している。図９は、共通のヒートスプレッダ７上の各ＬＥＤダイス６と共に、３つのコリメータ２を示している。本構成は、照明装置１の容易な適合性を可能にする。図示されていないが、用途に依存して、使用されるＬＥＤの数を多く／少なくすることが容易に可能である。例えば、ＲＧＢ色混合が必要とされるときには、多数の三色ＬＥＤが有利であり得る。
【００３９】
ここに記載される実施態様は、限定的な意味よりも、むしろ例証的な意味であることが意図されている。請求項中の如何なる参照記号の使用も、各請求項の範囲を制限すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従った照明装置の第一実施態様を概略的に示す断面図である。
【図２】第二位置にある第一実施態様を概略的に示す断面図である。
【図３】さらなる位置にある第一実施態様を示す断面図である。
【図４】図１に示される実施態様の線Ａ−Ａ’に沿う断面図である。
【図５】本発明に従った第二実施態様を示す断面図である。
【図６ａ】層構造の第一実施例を示す概略図である。
【図６ｂ】層構造の他の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明に従った第三実施態様を示す概略図である。
【図８】本発明に従った第四実施態様を示す概略図である。
【図９】本発明に従った第五実施態様を示す概略図である。
【国際調査報告】
2009519575.tif 000013
2009519575.tif 000014