(57)【要約】  ＬＥＤ等のソリッドステート光源と、光導波路と、熱導波路とを有するソリッドステートライト。光導波路は、光源からの光を受光及び分配するための光源に連結され、熱導波路は、ソリッドステート光源からの熱伝導を供給して、ライトを冷却するために対流及び放射を介して熱を放散する光導波路と統合される。光導波路は、光の分配の効率を向上させるためにテーパ形状であり得る。熱導波路は、内部フィンと接続される外部シェルを有し得、外部シェルは、光導波路の後ろの後方リフレクタを提供する反射コーティングを有し得る。【選択図】図６
2014500598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積光及び熱導波路を有するライトであって、
光源と、
前記光源からの光を受光及び分配するための、前記光源に連通する光導波路であって、下端及び上端を有し、前記光導波路の少なくとも一部分が、前記下端と前記上端との間でテーパ形状である、光導波路と、
前記光源からの熱伝導を供給して、前記ライトを冷却するための、前記光導波路と統合された熱導波路と、を備える、ライト。
【請求項２】
前記光源が、発光ダイオード及び有機発光ダイオードのうちの１つ以上を備える、請求項１に記載のライト。
【請求項３】
前記光導波路が、光抽出機構を備える、請求項１に記載のライト。
【請求項４】
前記光源に電力を供給するための回路を更に備える、請求項１に記載のライト。
【請求項５】
前記光導波路が、二重に湾曲した形状を有する、請求項１に記載のライト。
【請求項６】
前記熱導波路が、外部フィンと接続される中央のコアを有する、請求項１に記載のライト。
【請求項７】
前記フィンが、湾曲し、前記光導波路の形状に適合する、請求項６に記載のライト。
【請求項８】
前記光導波路が、通気道を有する、請求項１に記載のライト。
【請求項９】
前記光源を収容するためのライトリングを更に備え、前記ライトリングが、複数の開口を有する、請求項１に記載のライト。
【請求項１０】
前記光導波路が、上部及び下部を備え、前記上部が、前記下部から分離可能であり、前記上部が、テーパ形状であり、前記下部が、テーパ形状でない、請求項１に記載のライト。
【請求項１１】
前記光導波路が、上部及び下部を備え、前記上部が、前記下部から分離可能であり、前記上部が、テーパ形状であり、前記下部がテーパ形状である、請求項１に記載のライト。
【請求項１２】
前記光導波路が、左部分及び右部分を備え、前記左部分が、前記右部分から分離可能であり、前記左部分及び前記右部分の両方が、前記下端から前記上端へとテーパ形状である、請求項１に記載のライト。
【請求項１３】
前記光源と前記光導波路の前記下端との間にエアギャップを更に備える、請求項１に記載のライト。
【請求項１４】
前記光導波路の前記上端上に位置する反射被膜を更に備える、請求項１に記載のライト。
【請求項１５】
前記熱導波路が、反射面を有する、請求項１に記載のライト。
【請求項１６】
前記熱導波路の外部表面に適用されるコーティングを更に備え、前記コーティングが、可視光に対して反射性であり、赤外光に対して放射性である、請求項１に記載のライト。
【請求項１７】
集積光及び熱導波路を有するライトであって、
光源と、
前記光源からの光を受光及び分配するための、前記光源と連結される光導波路と、
前記光源からの熱伝導を供給して、前記ライトを冷却するための、前記光導波路と統合された熱導波路であって、内部フィンと接続される外部シェルを有する、熱導波路と、を備える、ライト。
【請求項１８】
前記光源が、発光ダイオード及び有機発光ダイオードのうちの１つ以上を備える、請求項１７に記載のライト。
【請求項１９】
前記光源に電力を供給するための回路を更に備える、請求項１７に記載のライト。
【請求項２０】
前記外部シェルの外側表面上に反射コーティングを更に備える、請求項１７に記載のライト。
【請求項２１】
前記熱導波路が、円筒形状を有する、請求項１７に記載のライト。
【請求項２２】
前記光導波路が、前記光導波路の上端によって形成される通気道を有する、請求項１７に記載のライト。
【請求項２３】
前記光導波路の前記上端上に位置する反射被膜を更に備える、請求項２２に記載のライト。
【請求項２４】
前記光源を収容するためのライトリングを更に備え、部分的に楔形状の陥凹を有し、前記光導波路の底部が、前記楔形状の陥凹に適合する形状を有する、請求項１７に記載のライト。
【請求項２５】
前記ライトリングを収容するための基部リングを更に備え、前記基部リングが、複数の開口を有する、請求項２４に記載のライト。
【請求項２６】
前記シェルの外部表面に適用されるコーティングを更に備え、前記コーティングが、可視光に対して反射性であり、赤外光に対して放射性である、請求項１７に記載のライト。
【請求項２７】
前記光導波路の少なくとも一部分が、テーパ形状である、請求項１７に記載のライト。
【請求項２８】
前記熱導波路と前記光導波路との間に反射層を更に備える、請求項１７に記載のライト。
【請求項２９】
前記光導波路が、光抽出機構を備える、請求項１７に記載のライト。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
照明のエネルギー効率は、産業用、消費者用、及び建築上の照明用途において重要な検討事項となっている。ソリッドステートライト技術の進歩により、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、蛍光灯と比較してエネルギー効率がより良好となっている。また、市場は、エジソン電球、蛍光灯、及び高輝度放電光用の多数の確立された取付基部を有する。これらの用途タイプは、それらに特有の点光源の性質によりＬＥＤに対して重大な技術的課題を呈し、またＬＥＤを比較的低い温度で作動させる必要がある。今日では、これらの問題に対処する、ファン、熱シンク、ヒートパイプ等を含む多数の解決法が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
しかしながら、これらの手法は、複雑さ、コスト、効率損失、付加された故障モード、及び望ましくない形状因子の追加により用途が限定されている。魅力的な製造コスト及び設計にて、光学的及び電気的効率の利益を提供し得る解決法を見出す必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明と一致するライトは、光源と、光導波路と、熱導波路とを備える。光導波路は、光源からの光を受光及び分配するために光源に連結され、熱導波路は、光源からの熱伝導を供給して、ライトを冷却するために光導波路と統合される。
【０００４】
一実施形態において、光導波路は、光の分配の効率を向上させるためにテーパ形状である。別の実施形態において、熱導波路は、内部フィンと接続される外部シェルを有し、外部シェルは、光導波路の後ろに後方リフレクタを提供する反射コーティングを有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなすものであって、説明文と併せて本発明の利点と原理を説明するものである。これらの図面では、
【図１】光導波路及び統合された熱導波路を備えるソリッドステート光源を示す略図。
【図２】光を放射するための外部部分と、冷却するための内部部分とを有する光導波路を使用する、ソリッドステートライトの断面側面図。
【図３】図２のライトの平面図。
【図４】図２のライトの底面図。
【図５】能動冷却要素を有するソリッドステートライトの断面側面図。
【図６】テーパ形状の光導波路を有するソリッドステートライトの分解斜視図。
【図７】組立時の図６のライトの斜視図。
【図８】図６のライトの平面図。
【図９】図６のライトの底面図。
【図１０】図６のライト用のＬＥＤアセンブリの分解斜視図。
【図１１】第１のテーパ形状の光導波路の断面側面図。
【図１２】第２のテーパ形状の光導波路の断面側面図。
【図１３】図６のライトのための光注入を示す断面側面図。
【図１４】外部シェルを有する熱導波路を備えるソリッドステートライトの分解斜視図。
【図１５】図１４のライトの断面側面図。
【図１６】図１４のライトの平面図。
【図１７】図１４のライトの底面図。
【図１８】図１４のライトのための第１の熱導波路の斜視図。
【図１９】第１の熱導波路の側面図。
【図２０】第１の熱導波路の平面図。
【図２１】図１４のライトのための第２の熱導波路の斜視図。
【図２２】第２の熱導波路の側面図。
【図２３】第２の熱導波路の平面図。
【図２４】図１４のライトのための光注入を示す断面側面図。
【図２５】光導波路のための第１の抽出パターン。
【図２６】光導波路のための第２の抽出パターン。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、電力回路１２と、ソリッドステート光源１４と、光導波路１６及び統合された熱導波路１８を備える熱光導波路とを有するライト１０の構成要素を示す略図である。電力回路１２は電源から電力を受容し、必要とされる電圧及び電流を供給してソリッドステート光源１４を駆動し、ソリッドステート光源１４は光導波路１６と光学的に連通する。電力回路１２は、電源が、必要とされる電圧及び電流を直接ライト１０に供給するように構成される場合、又は回路が、ライト１０の外部にある場合、ライト１０の任意の要素である。ソリッドステート光源１４は光を光導波路１６内へ注入し、光導波路１６は光を受光及び分配する。光導波路１６は、光を分配するために、光注入、光輸送、及び光抽出ゾーン又は要素を含む。熱導波路１８は、ライト１０を冷却し、冷却のために面積及び体積の両方を効率的に利用するように、ソリッドステート光源１４からの熱を伝導を介して引き込み、また対流又は放射又はその両方によって熱を放散するために、光導波路１６と統合される。熱導波路１８は、ライトを冷却するために、熱獲得、熱拡散、及び熱放散ゾーン又は要素を含む。本発明の実施形態は、光導波路と熱導波路とを統合することにより、上記に挙げられたような現在のソリッドステートライトの概念の多数の限界を克服する。
【０００７】
ソリッドステート光源１４は、例えばＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又は他のソリッドステート光源を用いて実施し得る。特定の実施形態は、ソリッドステート光源からの均一に分配される光を提供し得る。あるいは、実施形態は、特定の分配で光を制御し、又は導くように利用されてもよい。一実施例において、屈折は、放射された光を制御するように使用され得、例えば、レンズを使用して、光を集中させてもよく、あるいは反射器を使用して、光を濃縮し又は拡散させてもよい。例えば、特定の実施形態では、ライトは光錐又は光の幕を生成し得る。レンズは、冷却のために空気透過性を有し得、フレネルレンズ、プリズム構造、又は小型レンズ構造を含むことができる。他の実施形態において、回折光学素子は、スペクトル及び放射された光の分配の両方を制御し、又は導くために利用されてもよい。例えば、回折レンズを使用して、特定の方向に、広範な光の配分から特定の光の配分又は色彩を導いてもよい。また、回折と屈折光学素子との組み合わせが使用されてもよい。
【０００８】
ソリッドステート光源は、装飾又は他の照明効果のために、様々な色彩の光を放射し得る。ソリッドステート光源１４は電力回路１２と電気的に接続され、電力回路１２には、ソリッドステート光源に電力を供給するためのフレキシブル回路又は他の電気回路が含まれ得る。光源に電力を供給する電気回路は、より所望される光の生成を補助する周波数偏移又は色偏移構成要素を制御するように調光回路及び電子装置を含むことができ、そのような電子装置の例は、米国特許出願公開第２００９／０３０９５０５号に記載されている。
【０００９】
光導波路１６は、例えばソリッドステート光源から光を受光し、かつ光を放射することが可能な透明又は半透明材料を用いて実施し得る。例えば、光導波路１６は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート類、ポリスチレン、ガラス、又は光導波路が光を分配するために十分に高い屈折率を有する任意の数の異なるプラスチック材料等の、光学的に好適な材料から作製されることが好ましい。光導波路は、例えば電球形、球形、円筒形、立方体形、シート形又は他の形状等の、多様な形状で構成され得る。更に、光導波路は、より所望される色彩を得るために、光周波数偏移材料を含み得るマトリクス材料を含むことができ、マトリクス安定化染料（matrix stabilized dye）の例は、米国特許第５，３８７，４５８号に記載されている。
【００１０】
熱導波路１８は、ソリッドステート光源からの熱を伝導し、かつ熱を放散することが可能な材料を用いて実施し得る。例えば、熱導波路は、好ましくは約１Ｗ／（ｍ−Ｋ）〜１０００Ｗ／（ｍ−Ｋ）、より好ましくは１０Ｗ／（ｍ−Ｋ）〜１０００Ｗ／（ｍ−Ｋ）、最も好ましくは１００Ｗ／（ｍ−Ｋ）〜１０００Ｗ／（ｍ−Ｋ）の熱伝導率を有する材料で構成される。熱導波路は、ソリッドステート光源からの熱を伝導を介して引き込み、対流、放射、又は両方によって熱を空気中に放散する。場合によって、熱導波路の構成要素は、ヒートパイプ及び熱サイホンを含むことができる。場合によって、熱導波路又はその一部分は、ソリッドステート光源の表面に熱伝導性のコーティング、例えば、伝導によってソリッドステート光源から熱を輸送し得る炭素ナノチューブを含むことができ、対流は、表面上にコーティングされてもよい。
【００１１】
熱導波路は光導波路と統合され、これは、ライトを機能させるためにソリッドステート光源からの熱を伝導及び放散するように、熱導波路がソリッドステート光源と直接又は間接的に十分接触することを意味する。例えば、熱導波路は、ソリッドステート光源からの熱を引き込んで、意図された通りに機能するように光源を十分冷たい状態に維持し得る。熱導波路は、ソリッドステート光源と直接物理的に接触するか、又は上にソリッドステート光源が装着されるリング若しくは他の構成要素等を介してソリッドステート光源と間接的に接触し得る。熱導波路はまた、光導波路と直接、又は他の構成要素を介して間接的に、物理的に接触し得る。あるいは、熱導波路は、ライトを機能させるために熱導波路がソリッドステート光源からの熱を十分伝導し得ることを条件に、光導波路と物理的に接触している必要はない。したがって、熱導波路は光導波路の少なくとも一部分、若しくは好ましくは大部分の範囲に同一の広がりをもって近接して存在するか、又は内部体積を有する電球形、球形若しくは他の三次元形状の場合、光導波路の少なくとも一部分若しくは好ましくは大部分の体積内に存在する。
【００１２】
熱導波路は、金属コーティング若しくは層、又は伝導性粒子等の熱伝導性向上機構（thermal conductivity enhancements）を含み、ソリッドステート光源により生成された熱を熱導波路内へ、かつ熱導波路に沿って伝導することを補助し得る。更に、熱導波路は、対流及び放射熱伝達係数を増大させるために、フィン及び微細構造等の対流性熱伝導性向上機構を有し得る。また、熱導波路は、光導波路からの光出力を向上させるために、光学的向上機構（optical enhancement）を有し得る。例えば、熱導波路は、反射材料、又は白色塗料、研磨表面、若しくは薄い反射材料等の反射表面をその表面上に有するよう変性された材料から形成され得る。また、反射表面は、熱放射によって周囲への熱放散を増大させるために、高い赤外放射率を有する材料から作製され得る。
【００１３】
ソリッドステートライトの例は、「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｕｉｄｅ」と題され、２００９年８月４日に出願された、米国特許出願第１２／５３５２０３号に記載されている。ソリッドステートライト用ＬＥＤを駆動するための回路の例は、「Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｌａｄｄｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｓｔｒｉｎｇ」と題され、２０１０年７月２日に出願された米国特許出願第１２／８２９６１１号に開示されている。
【００１４】
統合された熱導波路を有する光導波路
図２は、光を放射するための外部部分と、冷却のための内部部分とを有する光導波路を使用したソリッドステートライト４２の実施形態の断面側面図である。図３及び４は、それぞれ、ライト４２の平面図及び底面図である。ライト４２は、熱導波路５４と統合された光導波路５２と、任意の熱拡散リング４６上のソリッドステート光源とを含む。熱拡散リング４６は、熱伝導により作動するか、又は熱拡散リング４６と関連したヒートパイプ若しくは熱サイホンを有し得る。熱拡散リングは熱導波路に効率的に接続する要素を収容し、その例としては、熱導波路に熱的に接続される屈曲フィン要素を収容するリングが挙げられる。あるいは、ソリッドステート光源は、熱拡散リングを有さずに熱導波路に直接連結され得る。ソリッドステート光源の場合、ライト４２は、例えば図４に示すように、リング４６の周囲に配置されたＬＥＤ  ４８、５０、６６、６８、７０及び７２を含み得る。ソリッドステート光源は光導波路５２と光学的に連通し、例えば、光源は光導波路５２の端の半球形又は他のタイプの窪み内に配置され、またおそらく光学的に透明な接着剤を使用して固定し得る。
【００１５】
基部４４は、電源に接続するよう構成され、また必要とされる電圧及び電流を電源から供給してソリッドステート光源を駆動し得る電力回路を含むことができる。基部４４は、例えば、従来の電球ソケットと共に使用されるエジソン基部、又は従来の蛍光灯ソケットと共に使用される基部を用いて実施され得る。通気道５６及び５８は、光導波路５２と基部４４との間に提供され、通気道６０を通した熱導波路５４を横切る自由対流を提供する。
【００１６】
この例示的な実施形態では、熱導波路は、図３に示されるように、金属フィン５４、６２及び６４を用いて実施される。フィンは、図３及び４に示されるように、ソリッドステート光源４８、５０、６６、６８、７０、７２からの熱を引き込み、空気流介して熱を対流若しくは放射、又は両方によって通気道６０内に放散するために、光導波路５２と統合される。熱導波路は、場合によって、ヒートパイプ又は熱サイホンを含み得る。光導波路５２は、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート類、ポリスチレン、ガラス、又は光導波路が光を分配するために十分に高い屈折率を有する任意の数の異なるプラスチック材料を用いて実施され得る。ライト４２の外部部分は、ソリッドステート光源からの熱を分配及び放射するのに使用され得、ライト４２の内部部分は、熱導波路及びソリッドステート光源を冷却するのに使用される。光導波路５２は、図２に示されるような電球形又は他の形状で形成され得る。光導波路５２の内部部分は、図２に示される電球形のような特定の形状を有して内部体積を形成することができ、熱導波路は、ソリッドステート光源からの熱伝導を供給するための光導波路の内部体積と統合され得る。
【００１７】
図５は、能動冷却要素８８を有するソリッドステートライト７４の断面側面図である。ライト７４は、ライト４２と同様の構造を有し得る。ライト７４は、基部７６と、光導波路８４と、熱導波路８６と、任意の熱拡散リング７８上に配置された、ＬＥＤ  ８０及び８２等のソリッドステート光源とを含む。ファン等の能動冷却要素８８は、自由対流及び放射に加えて、冷却するために通気道８７を介して空気を引き込む。能動冷却要素８８は、基部７６を介して電源に連結され得、ライト７４の作動時に連続的に駆動され得、又はライト７４が特定の温度を超えた場合にのみ能動冷却要素８８を作動させる（active）温度センサを含み得る。
【００１８】
テーパ形状の光導波路
図６は、テーパ形状の光導波路を有するソリッドステートライト１００の分解斜視図である。図７は、組み立てられたライト１００の斜視図であり、図８及び９はそれぞれ、ライト１００の平面図及び底面図である。図７の斜視図は、ライト１００の側面及び上面に向き、側面図から概ね左右対称である。光１００は、上部１０２及び下部１０４からなる光導波路と、統合された熱導波路１０６と、ソリッドステート光源を有する回路１１４を収容する装飾用ライトリング１０８と、基底部分１１０と、上記に挙げられた従来のライトのソケット又は他のソケット等を介する、電源への電気的接続のための基部１１２とを含む。光導波路は、２つの部分を有するものとして示されるが、あるいは、３つ以上の部分を有するか、又は単一の切れ目がなく連続する部品の材料からなり得る。
【００１９】
図７に例示されるように、上部１０２は下部１０４と嵌合して、光導波路を形成し、下部１０４は、回路１１４上でソリッドステート光源と光学的に結合するように、ライトリング１０８に装着する。この実施形態における光導波路は、二重に湾曲した形状を有する。熱導波路１０６は、ソリッドステート光源から熱を引き込んで放散するために、ライトリング１０８及び基底部分１１０と接続する。図６に示されるように、熱導波路１０６は、外部の湾曲したフィンと接続される中央のコアを有し、そのコアは、光導波路の形状に適合し得る。また、熱導波路１０６は、場合によって、その外面に反射コーティングを含み得る。更に、実施形態のいずれにおいても、反射層は、場合によって、反射被膜若しくは白色塗料等の光導波路の接合面上に含まれ得るか、又は光導波路と熱導波路との間に位置付けられ得る。ライト１００の構成要素は、例示的な材料及び上記に挙げられた構成要素を用いて実施され得る。ライト１００は、場合によって、図５に例示するように、能動冷却要素を含むことができる。
【００２０】
ライトリング１０８の開口１０７と共に上部１０２にある通気道１０１は、熱導波路１０６全体に渡る空気流を可能にし、この種の空気流は、図２において矢印によって例示される。通気道１０１を形成する上部１０２の上端は、（図８に示される）反射被膜１０５で裏打ちすることができ、光導波路を横切る光は、光導波路の外面又は内面を介して分配されるように、上端に到達時に導波路を下って反射し返される。反射被膜の一例は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａからの増強鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルム製品である。
【００２１】
プリント回路基板等の回路１１６は、図７に示されるようなスロット内等、熱導波路１０６の中央のコアに実装され得る。実装されると、回路１１６は、回路１１４及び基部１１２でソリッドステート光源と電気的に接続される。回路１１６は、基部１１２を介して電源から電力を受け取り、ソリッドステート光源を駆動するために必要とされる電圧及び電流を供給する。回路１１６は、電子コンポーネンツを冷却することを補助するために、熱導波路に熱的に結合し得る。
【００２２】
図１０は、ライト１００用のＬＥＤアセンブリの分解斜視図である。ＬＥＤ等のソリッドステート光源１２０は、回路１１４上に実装され、ライトリング１０８内に収容される。あるいは、ライトリング内のＬＥＤ回路は、ＬＥＤを接続して、ライトリング１０８からＬＥＤ回路を電気的に絶縁する交流の誘電性層と導電性回路経路との任意の組み合わせを備え得る。ライトリング１０８は、アルミニウム等の金属材料から構成され得る。一対の同心の反射リング１１８は、ライトリング１０８の円状のスロット内に、かつソリッドステート光源１２０の上に装着される。反射リング１１８は、光源１２０から光導波路の下部１０４へと光を入射するのを補助する。
【００２３】
図１１は、ライト１００用光導波路の上部１０２及び下部１０４を実施するための第１のテーパ形状の光導波路１２２の断面側面図である。光導波路１２２は、ライトリング１０８と平行な水平の継ぎ目を有する下部１２３と嵌合する上部１２１を含む。上部１２１は、熱導波路全体に渡って空気流を提供する、通気道１２５を含む。下部１２３の厚さは、下端１２４からほぼ一定であるが、上部１２１の厚さは、下部１２３の厚さから上端１２６へとテーパ形状になる。したがって、上部１２１は、より細くなって、ソリッドステート光源から離れて移動し、光抽出及び分配を向上させる。この型のテーパ形状は、光導波路の一部分のみがテーパ形状であることを意味する、非連続的なテーパ形状を伴う。
【００２４】
図１２は、ライト１００用の光導波路の代替的実施形態としての第２のテーパ形状の光導波路１２８の断面側面図である。光導波路１２８は、ライトリング１０８に対して直角である、垂直の継ぎ目を有する右の部分１２９と嵌合する、左の部分１２７を含む。左の部分１２７及び右の部分１２９は、合わせて、熱導波路全体に渡って空気流を提供する通気道１３１を形成する。左の部分１２７は、下端１３０から上端１３２へとテーパ形状になり、右の部分１２９は、同様の様式でテーパ形状になる。ゆえに、この光導波路は、下端からそれぞれの部分の上端へとより細くなり、ソリッドステート光源から離れて移動し、これにより光抽出及び分配を向上させる。この型のテーパ形状は、全光導波路がテーパ形状であることを意味する、連続的テーパ形状を伴う。非連続的又は連続的テーパ形状については、テーパの量は、例えば、光出力の所望の分配に基づいて変更され得、テーパ加工の量は、経験上の根拠、モデリング、又は他の技術を使用して決定され得る。また、非連続的又は連続的テーパ形状は、光導波路が、上部及び下部、右及び左の部分、又は他の型の部分を含むかどうかで、光導波路に適用され得る。
【００２５】
図１３は、ライト１００のための光注入を例示する断面側面図である。ＬＥＤ  １３４等のソリッドステート光源１２０は、ライトリング１０８内に、かつ反射リング１１８の間に装着される。光導波路の下部１０４の下端は、ライトリング１０８内に、かつ反射リング１１８上に装着され、ＬＥＤ  １３４と光導波路の下部１０４の下端との間にエアギャップ１３８を形成する。ＬＥＤ  １３４からの光は、下部１０４の下端に注入され、光導波路によって分配される。
【００２６】
外部シェルを有する熱導波路
図１４は、外部シェルを有する熱導波路を伴うソリッドステートライト１５０の分解斜視図である。図１５は、ライト１５０の断面側面図である。図１６及び１７はそれぞれ、ライト１５０の平面図及び底面図である。ライト１５０は、側面図から概ね左右対称である。ライト１５０は、円筒の光導波路１５１と、統合された熱導波路１５６と、ソリッドステートライトのアセンブリと、装飾用基部リング１６６と、上記に挙げられたような従来のライトのソケット又は他のソケット等を介する、電源への電気的接続のための基部１６８とを含む。光導波路１５１の少なくとも一部分、又はおそらくは全てが、場合によって、テーパ形状であり得る。ライト１５０の構成要素は、上記に挙げられた例示的な材料及び構成要素を用いて実施され得る。熱導波路１５６は、円筒形を有するものとして示されるが、外部シェルをなお有しつつ、他の形状も可能である。また、熱導波路１５６は、場合によって、その外面に反射コーティングを含み得る。１つの型の反射コーティングは、可視光を反射し、赤外（ＩＲ）光を放射する。ライト１５０は、場合によって、図５において例示されるような能動冷却要素を含み得る。
【００２７】
基部リング１６６の開口１６７と共に光導波路１５１内にある通気道１５３は、熱導波路１５６全体に渡る空気流を可能にし、この種の空気流は、図２において矢印によって例示される。通気道１５３を形成する光導波路１５１の上端は、（図１６に示される）ＥＳＲフィルム等の反射被膜１５５で裏打ちすることができ、したがって、光導波路を横切る光は、光導波路の外面又は内面を介して分配されるように、上端に到達時に導波路を下って反射し返される。
【００２８】
ソリッドステートライトのアセンブリは、一対の同心の反射リング１５８と、ソリッドステート光源１６０と、回路１６２と、ライトリング１６４とを含む。ＬＥＤ等のソリッドステート光源１６０は、ソリッドステート光源を駆動するための回路１６２上に収容される。ライトリング１６４は、回路１６２を収容するための部分的に楔形状の陥凹を含み、ライトリング１６４は、基部リング１６６内の陥凹内に位置付けられる。反射リング１５８は、ライトリング１６４のスロット内に、かつソリッドステート光源１６０上に装着される。反射リング１５８は、光源１６０から光導波路１５１の下端に光を注入するのを補助する。
【００２９】
プリント回路基盤等の回路１５３及び１５４は、回路ホルダ１５２に固定され、スロット内等、熱導波路１５６の中央に実装され得る。実装されると、回路１５３及び１５４は、回路１６２及び基部１６８上のソリッドステート光源と電気的に接続される。回路１５３及び１５４は、基部１６８を介して電源から電力を受け取り、ソリッドステート光源を駆動するために必要とされる電圧及び電流を供給する。回路１５３及び１５４は、電子コンポーネンツを冷却することを補助するために、熱導波路に熱的に結合し得る。
【００３０】
図１８は、熱導波路１５６の斜視図である。図１９及び２０はそれぞれ、熱導波路１５６の側面図及び平面図である。熱導波路１５６は、光導波路１５１の湾曲した上面部分に適合するように上面で湾曲する、内部フィン１７２を収容する外部シェル１７０を含む。コアセクション１７４は、フィンに接続され、回路ホルダ１５２を収納するためのスロットを収容する。外部シェル１７０の使用は、光導波路１５１からライト１５０の内部への光が、光導波路１５１を通じて反射し返され、光の出力を向上させるように、光導波路１５１への後方リフレクタを提供する。シェル１７０の外部は、反射コーティング又はＳｐｒａｙｌａｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩｌｌｉｎｏｉｓからのＳｔａｒｂｒｉｔｅ  ＩＩ水性プライマー等の塗料で被覆され得、白色表面仕上げを提供する。１つの型の反射コーティング又は塗料は、可視光を反射し、赤外（ＩＲ）光を放射する。
【００３１】
図２１は、ライト１５１用熱導波路の代替の実施形態としての熱導波路１７６の斜視図である。図２２及び２３はそれぞれ、熱導波路１７６の側面及び平面図である。熱導波路１７６は、光導波路１５１の上面部分に適合するように上面で湾曲する、外部フィン１７８を収容する内部シェル１７７を含む。コアセクション１８０は、内部シェル１７７の区間であり、回路ホルダ１５２を収納するためのスロットを収容する。熱導波路１７６は、光導波路１５１の内側に隣接する外部フィンを有する。
【００３２】
図２４は、ライト１５０のための光注入を例示する断面側面図である。ＬＥＤ  １８２等のソリッドステート光源１６０は、ライトリング１６４内に、かつ反射リング１５８の間に装着される。光導波路１５１の下端は、ライトリング１６４内に、かつ反射リング１５８の間に装着される楔部分１８６を形成する。楔部分１８６に隣接するライトリング１６４の部分は、高い反射率の表面を有することができ、反射リング１５８は、場合によって、光導波路の楔部分１８６に連結されるか、又は場合によっては、連結され得ない。楔部分１８６の下端は、ＬＥＤ  １８２の形状、本実施形態においては、丸い湾曲した形状に適合するように成形されるが、ソリッドステート光源の形状に依存して、他の形状を使用することができる。ＬＥＤ  １８２からの光は、光導波路１５１の楔部分１８６の下端に注入され、光導波路によって分配される。光導波路は、場合によって、シリコーン、アクリル、又は他の材料を使用して、ＬＥＤ  １８２に詰められるか、又は被着され得る。構成要素を固定するために、熱導波路１５６及びライトリング１６４は、基部リング１６６内に入れ子にし、基部リング１６６の湾曲した部分１８３は、ライトリング１６４の上端１８５の周囲で「折れる」。
【００３３】
光導波路の抽出パターン
図２５及び２６は、ライト１００での光導波路、部分１０２及び１０４のための抽出機構の任意のパターンの例を示す、平面図である。これらの抽出パターン又はそのような他のパターンは、光導波路によって放射される光の効率的でほぼ均一な角度分配のために、光導波路の内面若しくは外面、又はそれら両方に適用され得る。あるいは、他の抽出パターンは、光導波路からの光の非均一であるが所望の分配を生成するように適用されてもよい。図２５は、抽出機構の密度のわずかな変化とほぼ均一な抽出パターンを例示する。図２６は、光が、ＬＥＤによって放射され、光導波路の下部１０４の上に進むと、横断しなければならない狭い半径を補正する、より非均一なパターンを例示する。
【００３４】
抽出パターンは、対応するパターンを有するマスクを使用する白色の短点で塗装されるように、光導波路の外面若しくは内面、又はそれら両方に適用され得る。短点のパターンに対する代替として、光導波路の外面又は内面は、均一な白色コーティングを含み得る。ライト１５０は、場合によって、光導波路１５１の外面若しくは内面、又はそれら両方に適用される、抽出パターンも含み得る。
【実施例】
【００３５】
電球は、図６〜１１及び１３に従って作製された。
【００３６】
ライトリングのサブアセンブリ
ライトリングのサブアセンブリ（図１０）は、ＬＥＤ電球型のライトのエンジンである。それは、厚さ１ミル（０．００１インチ）（０．０２５ｍｍ）のポリイミド又は他のポリマー基板上に、１８マイクロメートル銅を備えるフレキシブル回路にはんだ付けされた、９つのＮｉｃｈｉａ  ＮＣＳＷ１１９Ｔ（又は等価物）白色ＬＥＤを、典型的に備える、ＬＥＤ回路アセンブリを含む。このフレキシブル回路は、ＬＥＤとアルミニウムリングとの間の熱伝導性を向上させる非常に薄い結合線（およそ０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）以下の薄さ）を形成するために適用される、３Ｍ  ＴＣ  ２８１０熱伝導性エポキシ粘着剤（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を使用して、アルミニウムリング構成要素（図６、７、及び１０のライトリング１０８）に積層された。アルミニウムリングは、図１０に従って、アルミニウムブロックから機械加工された。ライトリング内にＬＥＤを装着する前に、アルミニウムのライトリングの外部は、３０％の水で希釈された、Ｓｐｒａｙｌａｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩｌｌｉｎｏｉｓからのＳｔａｒｂｒｉｔｅ  ＩＩ  ＺＲ−６２２１製品の薄いコーティングを噴霧することによって、白色に塗装された。アルミニウムリングは、ライトの設計において、ＬＥＤからフレキシブル回路を通って熱導波路までの主要な熱経路である。
【００３７】
一度ＬＥＤがライトリングの中に固着されると、３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからのＶｉｋｕｉｔｉ  ＥＳＲフィルムが、ライトリングのサブアセンブリの側壁に積層された。ＥＳＲフィルムは、図１０及び１３に示されるように配置される。
【００３８】
アルミニウムの熱導波路は、次いで、図６（熱導波路１０６）に従って、機械加工された。熱導波路は、３０％の水で希釈された、Ｓｔａｒｂｒｉｔｅ  ＩＩ  ＺＲ−６２２１製品の薄いコーティングを噴霧することによって、白色に塗装された。フィンの下の熱導波路のセクションは、白色に塗装されなかった。
【００３９】
次に、光導波路は、図６及び７（上部１０２及び下部１０４によって形成される光導波路）に従って、透明鋳物アクリルのブロックを機械加工することによって製造された。光導波路は、機械加工後は、まだ粗かった。内面及び外面は、３Ｍ  Ｈｅａｄｌｉｇｈｔ  Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ  Ｋｉｔ製品（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を使用して研磨された。推奨された段階的な手順による工程が守られ、透明な上面及び底面光導波路をもたらした。次に、光導波路の端は、平坦にされ、表面を滑らかに、かつ平らにラッピングすることによって研磨された。次に、所望の孔パターンを有したマスクが、光導波路の内部に適用された。被着されたマスクを含む内面は、次いで、光導波路の内面上全体に、３０％の水で希釈された、Ｓｔａｒｂｒｉｔｅ  ＩＩ  ＺＲ−６２２１製品の薄いコーティングを噴霧することによって白色に塗装された。塗料は、部分的に乾かされたが、約１０分を要した。マスクは、次いで、内面から除去された。孔が白色のＳｔａｒｂｒｉｔｅコーティングに保持される領域は、光導波路の接合面上で光の抽出パターンとして機能する白色塗料の短点を残した。
【００４０】
次に、底面の光導波路は、ライトリング（図６、７、及び１０のライトリング１０８）の中に２〜３ｍｍ挿入された。光導波路は、Ｃａｒｖｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｗａｂａｓｈ，ＩｎｄｉａｎａからのＣａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｃ製品を使用して定位置に圧入された。光導波路がライトリングの中に挿入された距離は、光導波路がライトリングの中に挿入されたときのスケールを使用して測定された。ライトリング及び光導波路のサブアセンブリは、次いで、Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｃ製品を使用して、熱導波路上に押しあてられた。サブアセンブリは、熱導波路の底面の９〜１０ｍｍが、ライトリングのサブアセンブリから外へ突出するまで、熱導波路上に押しあてられた。
【００４１】
次に、光導波路の上面半分は、上に記載されたサブアセンブリに適用された。感圧接着剤が使用され、光導波路の上面半部と底面半分との間（図６及び７の上部１０２及び下部１０４）に結合部を形成した。光導波路の上面半分を底面半分に積層するために使用された接着剤は、３Ｍ光学的透明接着剤８１８７（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）であった。この接着剤は、両側に剥離ライナを伴う厚さ０．００７インチ（０．０１７ｃｍ）の接着剤として供給される。およそ４インチ×４インチ平方（１０．１６ｃｍ×２５．８０ｃｍ２）の８１８７接着剤を使用して、２個の光導波路を固着した。剥離ライナは、接着剤の１つの側から除去され、露出した接着剤を上に向けて、硬く、かつ平らな面に置かれた。光導波路の積層する端は、柔らかい布及びイソプロピルアルコールで洗浄された。光導波路は、次いで、露出した接着剤上に堅く押しあてられた。光導波路上で押し下げている間に、過剰な接着剤は、メスで外側の端から切り取られる。光導波路は、次いで、反転され、光導波路の内面上の過剰な接着剤は、メスで切り取られ、接着剤の薄いリングを剥離ライナで被覆された光導波路に積層された状態にした。光導波路の底面半分は、３つの堅固な接触点が、光導波路の周辺に沿って、およそ１２０°離間するように位置付けられた。剥離ライナは、上面の光導波路から除去され、位置合わせを導く３つの接触点を使用して、底面の光導波路上でゆっくりと降ろされた。その導波路が積層された後、接着剤による導波路の完全な光学的結合を確実にするために、圧力が１分間印加された。
【００４２】
電子機器の据付け
電子機器の据付けの前に、主要な電球の熱導波路は、穿孔されて基部付近で穿刺され、ヒートシンクの中に挿入されたＤｅｌｒｉｎタブの１つが、ヒートシンクにロックされ得て、電球がエジソンソケットの中にねじ込まれるときに滑り落ちたり、捩れることを防止するように、Ｄｅｌｒｉｎ絶縁体基板は、クリアランスのために穿孔される。Ｄｅｌｒｉｎ実装の残る３つのタブは、電子機器のための更なる空間を与えることができるように、熱ナイフで必要に応じて切り取られた。
【００４３】
据付け前に、はんだの心棒及びエジソンねじ込み口金（図６及び７の基部１１２）は、Ｄｅｌｒｉｎ絶縁基板に取り付けられた。２つのワイヤが、後で回路基板に接続されるであろう基部にはんだ付けされた。
【００４４】
二次熱カプラが製造され、熱伝導性接着剤転写テープ８８２０製品（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を使用して、最も熱いコンポーネンツ（回路のトライアック保持電流部分、交換トランジスタ、及びフライバックダイオードで使用される、ブリッジ整流器、トランジスタ）を熱導波路に熱的に結合した。熱カプラは、４つの回路コンポーネンツと密接に接続する一方で、機械加工されて、熱導波路の内径の半径を整合した。カプラが回路基板に取り付けられると、熱伝導性のグリース（Ｗａｋｅｆｉｅｌｄ  １２０熱コンパウンド製品）は、優れた伝熱が、電子機器と主要な熱導波路との間に確立されたように、カプラの外面に適用された。電子機器が最終的に挿入される前に、ＬＥＤからのワイヤは、回路基板の出力端子にはんだ付けされた。基板は、次いで、上面から挿入され、押し込まれ、したがって、基板は、底面から電球基部へと突出した。エジソン基部からのワイヤは、次いで、基板がヒートシンクの中に挿入されると、基板にはんだ付けされ、基部内にはさみ込まれた。ねじは、次いで、熱導波路への基部をロックした。
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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