(57)【要約】【課題】高品質の光出力を有する照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１０は、支持構造１２と、少なくとも１個の発光素子１４と、発光素子１４に熱的に結合されたヒートシンク２０を備える。発光素子１４およびヒートシンク２０は、支持構造１２に対して移動可能である。アクチュエータ２２は、少なくとも１個の発光素子１４およびヒートシンク２０を支持構造１２に対して移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造と、
少なくとも１個の発光素子と、
前記少なくとも１個の発光素子に熱的に結合されたヒートシンクであって、前記少なくとも１個の発光素子および前記ヒートシンクは、前記支持構造に対して移動可能であるヒートシンクと、
前記少なくとも１個の発光素子と動作可能に結合されたアクチュエータシステムであって、前記少なくとも１個の発光素子および前記ヒートシンクを前記支持構造に対して移動させ、前記ヒートシンクの移動が、前記ヒートシンク周囲に空気流を誘発する、アクチュエータシステムと、
を具備する照明装置。
【請求項２】
第１の面および第２の面を有するプリント回路基板をさらに具備し、前記少なくとも１個の発光素子が、前記プリント回路基板の前記第１の面に実装され、前記ヒートシンクが、前記プリント回路基板の前記第２の面に実装される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１個の発光素子が発光ダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１個の発光素子が、ほぼ赤色の光を発光する発光素子と、ほぼ緑色の光を発光する発光素子と、ほぼ青色の光を発光する発光素子と、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記発光素子が複数の行状に配列され、前記ヒートシンクが、前記発光素子の行に実装された複数のヒートシンクを含み、前記発光素子の行およびヒートシンクが、前記支持構造に対して個々に移動可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータシステムが、前記ヒートシンクおよび前記少なくとも１個の発光素子を単一の構造として、前記支持構造に対して移動させる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記支持構造および前記少なくとも１個の発光素子に動作可能に結合された実装システムをさらに具備し、該実装システムは、前記少なくとも１個の発光素子および前記ヒートシンクが前記支持構造に対して移動するのを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１個の発光素子が、複数のトライアド状に配列された複数の発光素子を含み、前記複数のトライアドが、反復する順序において並置関係で配列されて、発光素子の二次元アレイを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記複数のトライアドの各々が長さ上に延在し、前記アクチュエータシステムが、前記複数のトライアドを少なくとも前記トライアドの長さの距離だけ移動させる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１個の発光素子およびヒートシンクが支持構造に対して移動可能であるように、前記少なくとも１個の発光素子と前記ヒートシンクとを前記支持構造に実装するステップと、
前記少なくとも１個の発光素子および前記ヒートシンクを前記支持構造に対して移動させるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、照明に関し、特に、発光ダイオードを使用した照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常ＬＥＤと呼ばれる発光ダイオードは、現在、電子機器に広く使用されている。
【０００３】
ＬＥＤは、多様なデバイスにおいて多くの異なる機能を実行し、こうした機能としては、ディジタルクロックの数字、信号機の照明、リモートコントロールからの情報の送信、腕時計の照明、およびテレビジョンまたはコンピュータスクリーン上の画像の形成が挙げられる。ＬＥＤを緻密な構成で配置すると、一般に、より望ましい均一な光出力を生じる。
残念ながら、ＬＥＤを緻密な構成で配置すると、ＬＥＤの温度が上昇し、電気的な問題の頻度が増加する点で望ましくない。望ましい均一な光出力と、望ましくない温度の上昇との間のトレードオフは、当業界がＬＥＤアレイを設計する場合に直面する共通の問題である。ＬＥＤアレイの密度、ひいては光出力の品質は、ＬＥＤ周囲の熱の散逸によって直接制限される。
【発明の開示】
【０００４】
以下の開示は、特許請求する装置および方法の簡潔な概要として提供する。これは、いかなる点でも本発明を制限するものではなく、本発明を詳細かつ完全に可能にする開示事項は以下、「発明を実施するための最良の形態」に記載する。
【０００５】
照明装置は、支持構造と、少なくとも１個の発光素子とを備える。ヒートシンクは、発光素子に熱的に結合する。発光素子およびヒートシンクは、支持構造に対して移動可能である。アクチュエータは、発光素子およびヒートシンクを支持構造に対して移動させる。
【０００６】
また、発光素子およびヒートシンクが支持構造に対して移動可能であるように、ヒートシンクを含む少なくとも１個の発光素子を支持構造に実装するステップと、発光素子およびヒートシンクを支持構造に対して移動させるステップと、を含む方法を開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
照明装置１０の一実施態様は、図１および図２に最も良く示されており、支持構造１２と、少なくとも１個、通常は複数の発光素子１４と、ヒートシンク２０と、アクチュエータシステム２２とを備える。ヒートシンク２０は、発光素子１４に熱的に結合され、発光素子１４が生成する熱を散逸させる。発光素子１４およびヒートシンク２０は、支持構造１２に対して移動可能であるように実装する。本明細書に図示して説明する実施態様では、発光素子１４およびヒートシンク２０は、一次元で（たとえば、前後に）、一般に、矢印３８で指示される方向に移動可能である。アクチュエータシステム２２は、発光素子１４に動作可能に結合され、発光素子１４およびヒートシンク２０を支持構造１２に対して前後（つまり、一般に、矢印３８で指示される方向）に移動させるように動作する。
【０００８】
以下にさらに詳細に説明するとおり、照明装置１０を構成する様々な発光素子１４は、複数の行２４および列２８状に配列して、発光素子１４の二次元アレイ３２を形成するが、その他の構成も可能である。さらに、本明細書に図示して説明する実施態様では、様々な発光素子１４は、それぞれほぼ赤色、ほぼ緑色およびほぼ青色の光を発光する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）発光素子１４を備える。様々な色の発光素子１４、たとえば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）発光素子は、図１に最も良く示されているように、複数の群またはトライアド（三つ組）３４状に配列される。
【０００９】
動作時、アクチュエータシステム２２は、発光素子１４およびヒートシンク２０を支持構造１２に対して迅速に移動させる。本明細書に図示して説明する実施態様では、アクチュエータシステム２２は、発光素子１４およびヒートシンク２０を、往復運動するように、つまり矢印３８に示す方向に前後に移動させる。発光素子１４の異なる色（たとえば赤色、緑色および青色）の各々が起動されると、発光素子１４の往復運動により、発光素子１４により生成される光は、人の目には互いにブレンドされているように見える。こうした相互のブレンドにより、人の目は個々の発光素子１４を知覚するのではなく、発光素子１４により生成される光の付加的な組合せまたは混合を知覚する。したがって、発光素子１４の二次元アレイ３２が、ほぼ赤色、ほぼ緑色およびほぼ青色を発光する発光素子１４を含む本明細書に図示する実施例の実施態様では、発光素子１４の二次元アレイ３２は、人の目には、実質的に白色の光、つまり赤色、緑色および青色の光の付加的な組合せを生成しているように見える。
【００１０】
二次元アレイ３２が、視覚的に、個々の発光素子１４が生成する光の付加的な組合せであるように見える光を生成する能力は、たとえばＬＣＤディスプレイの白色バックライトなどの多様な用途に有利である。さらに、照明装置１０の往復運動は、ヒートシンク２０周囲における空気の循環を増加させ、その結果、ヒートシンク２０の効果（つまり、熱の散逸性）を改善する。ヒートシンク２０を移動させることにより得られる強化された熱の散逸性は、その他の利点を提供する。たとえば、比較的高出力の発光素子１４を使用することができるか、または発光素子１４の密度（つまり、単位面積当たりの個数）を増加することができる。別法によると、比較的高出力および比較的高密度の何らかの組合せを使用することができる。さらに他の代案では、他の場合より小型のヒートシンク２０を使用することができる。
【００１１】
照明装置１０の一実施態様、その全体的な動作、並びにより重要な特徴および属性のいくつかを簡単に説明したが、次に、照明装置１０の様々な例示的な実施態様について詳細に説明する。
【００１２】
引き続き図１および図２を参照すると、照明装置１０の一実施態様は、少なくとも１個、一般に複数の発光素子１４を備える。発光素子１４は、特定の用途、および特定タイプの発光素子１４の放射または光出力パターンに応じて、広範な構成のどれか（たとえば、円形、三角形、方形、不規則な形など）で配列することができる。したがって、照明装置１０は、ある特定の配列または構成の発光素子１４に限定されると考えるべきではない。一例として、一実施態様では、発光素子１４は、複数の行２４および列２８状に配列されて、発光素子１４の二次元アレイ３２を形成する。発光素子１４の二次元アレイ３２が、人の目に白色光を生成しているように見えることが望ましい本明細書に図示して説明する実施態様では、様々な発光素子１４は、付加的に結合された時に、人の目に白色光に見える光を発光する発光素子１４を含む。
【００１３】
公知のとおり、光の多くの異なる色は、付加的に結合されて、白色に見える光を生成する。本明細書に図示して説明する実施態様では、発光素子１４は、ほぼ赤色、ほぼ緑色およびほぼ青色であると知覚される光を発光する様々な「色」またはタイプの発光素子１４を含む。ほぼ赤色の光を発光する発光素子１４は、図１に文字「Ｒ」で指示され、ほぼ緑色の光を発光する発光素子１４は、図１に文字「Ｇ」で指示され、ほぼ青色の光を発光する発光素子１４は、図１に文字「Ｂ」で指示される。
【００１４】
様々な赤色、緑色および青色（つまり、Ｒ、ＧおよびＢ）発光素子１４は、各々のトライアド３４が赤色（Ｒ）発光素子１４、緑色（Ｇ）発光素子１４および青色（Ｂ）発光素子１４を含むように、複数のトライアド３４状に配列される。様々なトライアド３４は、図１に示すように反復して配列するが、これは必須ではない。トライアド３４の各々は、長さ４０上に延在する。しかし、多くの異なる色の光が付加的に結合されて、白「色」を含む任意の所望の色を生成するため、本発明は、本明細書に図示して説明する特定の赤色、緑色および青色に限定されると考えるべきではない。さらに、より多いか、またはより少ない個々の色を使用して、所望の付加的な混合物を生成することができるため、本発明は、３種類の異なる色の使用に限定されると考えるべきではない。
【００１５】
次に、図３を参照すると、各々の発光素子１４は、先行技術で十分に公知であるか、または商業的に容易に入手可能なタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）４２を含む。別法によると、先行技術で公知であるか、または将来開発されるその他のタイプの発光素子を使用しても良い。本明細書に図示して説明する実施態様では、その他のタイプも使用でき、本発明の範囲内であると考えるべきであるが、ＬＥＤ４２は、個々の表面実装タイプのＬＥＤを含む。
【００１６】
既に説明したとおり、照明システム１０の一実施態様は、３種類のタイプのＬＥＤ４２を含む。第１、つまり赤色（Ｒ）ＬＥＤ４２は、ほぼ赤色と知覚される光を発光し、第２のタイプ、つまり緑色（Ｇ）ＬＥＤ４２は、ほぼ緑色と知覚される光を発光する。第３のタイプ、つまり青色（Ｂ）ＬＥＤ４２も提供され、これは、ほぼ青色と知覚される光を発光する。しかし、様々な色の光を発光するＬＥＤ４２は、先行技術で十分に公知であり、当業者により容易に提供されるため、本発明の一実施態様で使用される特定のＬＥＤ４２については、以下で詳細には説明しない。
【００１７】
発光素子１４、たとえば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）ＬＥＤ４２は、図１〜３に最も良く示されているように、プリント回路基板４４に実装される。プリント回路基板４４は、第１の面４６および第２の面４８を有するほぼ平坦な矩形構造を備える。別法によると、その他の構成が可能である。発光素子１４は、図２および図３に最も良く示されているように、プリント回路基板４４の第１の面４６に実装される。プリント回路基板４４には、様々な導電素子またはトレース、たとえばトレース５２および６８が設けられ、様々な発光素子１４を互いに、および適切な駆動回路構成（図示しない）に電気的に接続することを可能にする。次に、駆動回路構成を使用して、様々な発光素子１４を起動または照明することができる。
【００１８】
ヒートシンク２０は、プリント回路基板４４の第１の面４６上に形成された発光素子１４の配列またはパターンと実質的に同一の広がりを持つほぼ矩形構成を含む。ヒートシンク２０には、フィン６２などの多数の素子が設けられ、フィン６２は、ヒートシンク２０の表面積を増加して、ヒートシンク２０がより効率的に熱を散逸することを可能にする。別法によると、その他のタイプの素子、たとえば、ヒートシンク２０の表面積を増加させるピン（図示しない）を使用しても良い。ヒートシンク２０は、高熱伝導性を有する広範な材料のどれか、たとえば銅、アルミニウム、およびこれらの種々の合金から製造することができる。さらに、ヒートシンクの熱散逸能力を増加させる素子（たとえば、フィン６２）の数、タイプおよびサイズは、特定の用途、およびヒートシンク２０により散逸される熱の量に左右される。しかし、この点に関して、ヒートシンク２０の移動は、ヒートシンク２０周囲の空気循環を強化し、その結果、使用するフィン６２またはピン（図示しない）を、他の場合に比べてより小さく、より少数にすることが可能である。
【００１９】
ヒートシンク２０は、従来の何らかの方法で、プリント回路基板４４の第２の面４８に実装される。本明細書に図示して説明する実施態様では、ヒートシンク２０は、高熱伝導性接着剤５４、たとえば、サーマゴン・インク（Ｔｈｅｒｍａｇｏｎ  Ｉｎｃ）から市販されているＴ−Ｌａｍ（登録商標）、およびバーグクイスト（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ）から市販されているＴｈｅｒｍａｌ  Ｃｌａｄ（登録商標）により、プリント回路基板４４の第２の面４８に固定または実装される。別法によると、ヒートシンク２０は、ねじ（図示しない）などの機械的な留め具によりプリント回路基板４４に固定される。このタイプの実装構成を使用する場合、ヒートシンク２０とプリント回路基板４４との間の接合部の熱抵抗は、先行技術で公知のタイプの熱伝導性ペースト（図示しない）を使用することにより低下させることができる。
【００２０】
様々な発光素子１４が生成する熱の量に応じて、プリント回路基板４４に１個または複数の熱パイプ５６を設けて、発光素子１４が生成する熱がヒートシンク２０に迅速に伝導するのを促進することが望ましいか、または必要である場合がある。熱パイプ５６は、現在先行技術で公知か、または将来開発される多様な熱伝導素子であって、発光素子１４（プリント回路基板４４の第１の面４６上に実装）からヒートシンク２０（プリント回路基板４４の第２の面４８に実装）に熱を伝達するのに適するか、適すると思われる熱伝導素子のどれかを含むことができる。一例として、一実施態様では、熱パイプ５６は、プリント回路基板４４により画定されるスルーホール内に設けられる銅のロッドまたはプラグを含むことができる。
【００２１】
発光素子１４およびヒートシンク２０を有するプリント回路基板４４は、組立体が支持構造１２に対して移動可能であるように実装される。本明細書に図示して説明する実施態様では、実装システム７６を使用して、プリント回路基板４４を支持構造１２に実装するため、プリント回路基板４４、並びに取り付けられた発光素子１４およびヒートシンク２０は一次元で（たとえば、前後に）、一般に、矢印３８で指示した方向に移動可能である。図１および図２参照。別法によると、実装システム７６は、その他のタイプの運動、たとえば二次元（たとえば、円形）の運動、または三次元の運動も可能にする。したがって、本発明は、何らかの特定の方向における何らかの特定タイプの運動に限定されると考えるべきではない。
【００２２】
次に、主に図１および図２を参照すると、一実施態様による実装システム７６は、支持構造１２に実装された第１のトラック７８と、プリント回路基板４４に実装された第２のトラック８０とを含む。第２のトラック８０は、第１のトラック７８と摺動可能に係合し、その結果、プリント回路基板４４は、支持構造１２に対して一次元で（たとえば、矢印３８で示される方向で前後に）移動可能である。トラック８２および８４の第２の組は、プリント回路基板４４の対向面上に設けられ、プリント回路基板４４の対向端部に支持を提供する。別法によると、その他のタイプの実装システムが使用され、これは、当業者にとっては、本明細書が示唆するところを熟知すると明白になるであろう。実装システム７６が提供する運動の範囲は、トライアド３４の長さ４０にほぼ等しく、一般に、トライアド３４の長さ４０より大きい。こうした運動範囲は、トライアド３４を含む３種類の異なる色の発光素子１４が生成する光のより効果的なブレンドまたは付加的な組合せを提供する。
【００２３】
照明装置１０には、発光素子１４およびヒートシンク２０を支持構造１２に対して移動させるために、アクチュエータシステム２２も設けられる。一実施態様では、アクチュエータシステム２２は、支持構造１２に実装されたモータ８６を備え、プリント回路基板４４に動作可能に接続される。モータ８６には、モータシャフト８８の回転を、上記の往復運動でプリント回路基板４４を移動させるのに適する線形運動に変換する駆動システム９０が設けられる。別法によると、その他のタイプのアクチュエータシステム、たとえば線形モータまたは圧電アクチュエータを使用しても良い。
【００２４】
使用する特定のアクチュエータシステム２２に関係なく、アクチュエータシステム２２は、プリント回路基板４４を移動（たとえば、往復運動）させて、プリント回路基板４４上に設けられた発光素子１４を、トライアド３４の長さ４０にほぼ等しい距離だけ往復運動させるべきである。多くの用途では、発光素子１４は、トライアド３４の長さ４０より多少長い距離だけ往復運動し、発光素子１４により生成される種々の色の最適なブレンドまたは付加的な混合を確実にすることが望ましい。
【００２５】
アクチュエータシステム２２により生じる運動の周波数は、十分に高く、人の目が発光素子１４の往復運動を視覚的に認識することを防止するように選択する。一例として、一実施態様では、発光素子１４は、少なくとも約６０Ｈｚの周波数で往復運動し、これは、人の目が発光素子１４の移動を視覚的に認識するのを防止する点で十分である。
【００２６】
動作時、照明装置１０は、発光素子１４およびヒートシンク２０を支持構造１２に対して移動させて（たとえば矢印３８で指示する往復運動で）使用される。発光素子１４が起動または照明されると、発光素子１４の移動により、発光素子１４が生成する光のブレンドまたは付加的な混合が生じる。たとえば、発光素子１４が、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）発光素子１４を含むトライアド３４内に配列される本明細書に図示して説明する実施態様では、こうした運動により、赤色、緑色および青色光は互いにブレンドまたは付加的に混合されて、人の目には、トライアド３４が白色を生成するように見える。当然、この方法で、任意の所望の色を生成することができる。さらに、ヒートシンク２０の移動は、ヒートシンク２０周囲における空気の循環を改善し、その結果、ヒートシンク２０の熱の散逸を改善する。
【００２７】
照明装置の第２の実施態様１１０を図４に示す。第２の実施態様１１０は、発光素子１１４の各々の行１２４が、他の行１２４および支持構造１１２に対して別個に移動可能である点を除いて、上記の第１の実施態様１０に類似している。発光素子１１４の各々の行１２４は、長形のプリント回路基板１４４に実装され、プリント回路基板１４４の対向面または裏面上には、第１の実施態様に関して上記で説明したように、プリント回路基板１４４自体のヒートシンク（図示しない）が設けられる。したがって、発光素子１１４の各々の行１２４に対応する各々のヒートシンク（図示しない）は、別個に移動可能である。適切な実装システム（図示しない）が設けられ、個々のプリント回路基板１４４の各々（並びに発光素子１１４の対応する行１２４および対応するヒートシンク）が、一次元で（たとえば、前後に）、矢印１３８で指示する方向に移動することを可能にする。同様に、第２の実施態様１１０も、プリント回路基板１４４を個々に移動させるのに適するアクチュエータシステム（図示しない）を設けられる。
【００２８】
本発明の好ましい実施態様について記載したが、これらの実施態様には適切な変更を加えることができ、こうした変更は依然として本発明の範囲内であると考えられる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に従って解釈するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】照明装置の一実施態様の上面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切った照明装置の立断面図である。
【図３】発光素子の拡大断面図である。
【図４】照明装置のもう１つの実施態様の上面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０：照明装置
１２：支持構造
１４：発光素子
２０：ヒートシンク
２２：アクチュエータシステム
２４：発光素子の行
２８：発光素子の列
３２：二次元アレイ
３４：トライアド
３８：移動方向
４４：プリント回路基板
４６：プリント回路基板の第１の面
４８：プリント回路基板の第２の面
５２：トレース
５４：高熱伝導性接着剤
５６：熱パイプ
６２：フィン
６８：トレース
７６：実装システム
７８：第１のトラック
８０：第２のトラック
８２：トラック
８４：トラック
８６：モータ
８８：モータシャフト
９０：駆動システム
１１２：支持構造
１１４：発光素子
１２４：発光素子の行
１３８：移動方向
１４４：プリント回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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