(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気コネクタを含む口金と、
前記口金に接続され、外側エンベロープを有する密封外郭体を含む発光電球部と、
前記電気コネクタに電気的に接続されるドライバ回路と、
前記ドライバ回路に電気的に接続される一組のＬＥＤと、
を含み、
前記一組のＬＥＤは、前記密封外郭体内に置かれる中空管の周りにあり、前記中空管は、隣接するセクション間に折れ領域を有する一連のセクションを更に含む回路基板を含み、前記回路基板は、個別のＬＥＤが取り付けられる第１の端領域と、ＬＥＤのない第２の端領域とを有し、前記第１の端領域は、外側管を画成するように成形され、前記第２の端領域は、前記外側管内の内側ヒートシンク部を画成するように成形され、前記内側ヒートシンク部及び前記外側管が開放端を有することにより、前記内側ヒートシンク部及び前記外側管を通り、前記外側エンベロープに向けて方向付けられる流れの通路が画成される、ＬＥＤ電球。
【請求項２】
前記中空管は、前記ＬＥＤ電球の上下方向に延在する中心伸長軸を有する、請求項１に記載のＬＥＤ電球。
【請求項３】
前記中空管の前記中心伸長軸は、前記ＬＥＤ電球の回転対称軸に沿って延在する、請求項２に記載のＬＥＤ電球。
【請求項４】
前記ＬＥＤは、前記中空管の外側又は前記中空管の内側に取り付けられる、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項５】
前記中空管は、散乱特性を有するか、又は、透明である、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項６】
前記中空管は、前記発光電球部の外壁から離間され、前記中空管の半径方向外側の付近と、前記中空管の両端とにおいて、気流空間を有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項７】
前記中空管は、最大幅ｄ及び高さｈを有し、ｈ＞＝ｄである、請求項１乃至６の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項８】
前記密封外郭体は、最大幅ｗを有し、０．３ｗ＜ｄ＜０．７ｗである、請求項７に記載のＬＥＤ電球。
【請求項９】
前記ＬＥＤは、前記中空管の周りに巻き付けられるフレキシブル基板上に設けられるＬＥＤの列を含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１０】
前記中空管は、個別のＬＥＤが取り付けられるフレキシブル回路基板を含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１１】
前記フレキシブル回路基板は、隣接するセクション間に折れ領域を有する一連のセクションを両端間に含み、前記外側管は、第１の数であるｎ個の辺を有する多角形を含み、各辺は、前記一連のセクションのうちの１つを含み、前記内側ヒートシンク部は、第２の数であるｍ個の辺を有する多角形を含み、各辺は、前記一連のセクションのうちの１つを含む、請求項１０に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１２】
ｍ＝ｎ−１、又は、ｍ＝ｎ−２である、請求項１１に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１３】
前記中空管の中心を通るアクティブ冷却気流を提供するために前記口金に置かれる気流デバイスを更に含む、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のＬＥＤ電球。
【請求項１４】
請求項１に記載のＬＥＤ電球を製造する方法であって、
電気コネクタを含む口金を提供するステップと、
発光電球部を提供するステップと、
前記電気コネクタに電気的に接続されるドライバ回路を提供するステップと、
別個のＬＥＤがその第１の端領域に取り付けられる回路基板を含む中空管を提供するステップと、
前記中空管を、前記口金に近接して置くステップと、
前記中空管の周りに置かれる外側エンベロープを含む密封外郭体を形成するように、前記発光電球部を前記口金に接続するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
第１の端領域と第２の端領域とを有し、隣接するセクション間に折れ領域を有する一連のセクションを更に含む回路基板を提供するステップと、
前記回路基板の前記第１の端領域に複数の個別のＬＥＤを取り付けるステップと、
前記第１の端領域が外側管を画成するように成形され、前記第２の端領域が前記外側管内の内側ヒートシンク部を画成するように成形されるように前記回路基板を形成するステップと、
を更に含み、
前記内側ヒートシンク部及び前記外側管は共に、前記内側ヒートシンク部及び前記外側管を通る流れの通路を画成するように開放端を有するので、中空管が形成される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、発光ダイオード（ＬＥＤ）電球に関し、特に、ＬＥＤランプの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、従来の白熱電球をＬＥＤ電球と置き換える傾向がある。白熱電球はＬＥＤに比べて、例えばエネルギー利用及び寿命に関して非効率的であるため、従来の白熱電球を１つ以上のＬＥＤと置き換えることは望ましい。
【０００３】
ＬＥＤ電球は更に、様々な色の光を生成するＬＥＤの２つ以上のグループ又は「チャネル」を使用する可能性を提供する。各グループ又はチャネルに、所定電流が制御可能に供給され、これにより、光の発生及び混合が可能にされ、所望の属性又は所望の照明効果を有する一般照明が生成される。したがって、ＬＥＤは、より用途の幅が広い照明ソリューションを提供する。
【０００４】
白熱電球をＬＥＤと置き換えることが望ましい一方で、多くの照明取付け具があり、動作条件によって、置換が難しいことがある。特に、熱管理が重要である。例えば家庭用照明用途では、電球は、大抵の場合、ハウジング内に収められている。これは、特にスポットランプの場合である。
【０００５】
標準的なソリューションは、余剰熱を放散させるヒートシンク構造を提供することである。
【０００６】
ＬＥＤベースの電球の価格は、消費者が無理なく購入できるレベルに到達したが、ＬＥＤ電球の製造業者間には激しい競争があり、電球の価格を下げなくてはならないという大きいプレッシャーがある。最近の費用低減にも関わらず、ＬＥＤ電球は依然として比較的高価である。これは主に、ヒートシンク、ＬＥＤ、ドライバ、プリント回路基板（ＰＣＢ）といった構成要素の価格だけでなく、当該構成要素を取り付けるのに掛かる費用によるものである。
【０００７】
費用低減は、例えば薄くて細いフレキシブル基板上で電気的に接続されるＬＥＤの線形アレイの形の光源を使用することによって、可能となっている。このようにすると、ＬＥＤは、連続的な線形処理で取り付け（はんだ付け）することができる。処理中、蛍光体も（例えば浸漬被覆及び乾燥によって）付与される。後に、ＬＥＤの長い線がある長さに切断される。
【０００８】
当該長さが、電球の光出力を決定する。この提案の主な問題は、このようなＬＥＤの線は、冷却が難しい点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
低費用で製造可能であるが、熱を効率的に放散させることも可能であり、また、値段の高いヒートシンク構造を必要としないＬＥＤランプが必要である。しかし、ヒートシンクがなければ、ＬＥＤデバイス温度は跳ね上がり、結果として、性能が低下し、寿命が短くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、請求項によって定義される。
【００１１】
一例によれば、
電気コネクタを含む口金と、
口金に接続され、外側エンベロープを有する密封外郭体を含む発光電球部と、
電気コネクタに電気的に接続されるドライバ回路と、
ドライバ回路に電気的に接続される一組のＬＥＤと、
を含み、ＬＥＤは、密封外郭体内に置かれる中空管の周りに取り付けられ、中空管は、開放端を有し、これにより、中空管を通り、外側エンベロープに向けて方向付けられる流れの通路が画成されるＬＥＤ電球が提供される。
【００１２】
ＬＥＤを、中空管の周りに取り付けることによって、管の表面からの熱放射に加えて、管を通る対流気流を使用することによって、冷却が提供される。ＬＥＤから環境への最大熱伝達を達成するために、この流れは、ＬＥＤと外側バルブとの間の熱抵抗が、電球内に気流を発生させることによって増加されることを意味する。この気流は、外側エンベロープに向けて方向付けられ、これにより、外側エンベロープの付近にあるときに、環境冷却を受ける。このデザインは、例えば完全に電球発光部の内部で、単純化されたヒートシンク構造を使用することを可能にするか、又は、ヒートシンク構造を全く不要にすることができる。これにより、電球の費用を下げることができる。
【００１３】
中空管は、電球の上下方向に延在する中心伸長軸を有してよい。これは、最適な冷却機能を提供することが分かっている。また、これは、光出力を回転対称にすることができる。例えば中空管の中心伸長軸は、電球の回転対称軸に沿って延在することが好適である。
【００１４】
ＬＥＤは、中空管の外側の付近に取り付けられてよい。この場合、ＬＥＤは、電球の外面に向かって光を放射する。しかし、ＬＥＤは、中空管の内側の付近に取り付けられてもよい。しかし、この場合、中空管は透明壁を有する必要がある。
【００１５】
したがって、「付近に」との用語は、管の壁の内側又は外側の付近での取付けを含むと理解されるべきである。
【００１６】
中空管は、発光電球部の外壁から離間され、中空管の半径方向外側の付近と、中空管の両端とにおいて、気流空間を有することが好適である。このようにすると、中空管は、口金ではなく、電球の中央に取り付けられ、これにより、対流が中空管の辺り一帯に生じる。
【００１７】
中空管は、最大幅ｄ及び高さｈを有し、ｈ＞＝ｄであることが好適である。
【００１８】
これは、中空管が細長く、したがって、中空管は、方向性を有する流れがその中に確立される流れの通路を画成することを意味する。密封外郭体は、最大幅ｗを有し、０．３ｗ＜ｄ＜０．７ｗであり、より好適には、０．４ｗ＜ｄ＜０．６ｗである。このようにすると、中空管の付近に幾らか空間が提供され、したがって、循環する流れが、中空管の中心に沿って及び中空管の外側の付近に確立される。
【００１９】
ＬＥＤは、中空管の周りに巻き付けられるフレキシブル基板上に設けられるＬＥＤの列を含んでもよい。これは、低費用の実施態様を提供する。
【００２０】
或いは、中空管は、個別のＬＥＤがその上に取り付けられるフレキシブル回路基板を含んでもよい。このようにすると、ＬＥＤの基板自体が、中空管を画成する。この場合、中空管は単にＬＥＤを担持する回路基板であるから、構成要素の数が少なくなる。
【００２１】
回路基板は、従来のやり方で製造されてよい。即ち、片面、両面又は多層構造であってよく、パネル化手順を使用することが好適である。これは、多数の同一回路が大きい基板（パネル）にプリントされる手順である。パネルは、すべての他の処理が完了すると、個々のＰＣＢに分割される。この分離処理は、しばしば、個々のＰＣＢの境界に沿って穿孔を開けることによって助けられ、より最近では、これは、個々のＰＣＢの付近にＶ字型の溝を切り込むことによって取って代わられてきている。これは、しばしば、基板に物理的に接触することなく、基板を完全に切断するか又はＶ字型の溝を作ることができるレーザを用いて完了される。
【００２２】
大型パネルからより小さい個別のＰＣＢを取り外すために使用されることに加えて、一連のＶ字型の溝は、個々のＰＣＢの片面に、ＰＣＢを３Ｄ形状に形成することを可能にするように作成されることが見受けられる。一実施形態では、ＰＣＢの背面が多数のＶ字型の溝を有して、ＰＣＢが所望の形状に折り畳まれることを可能にする。
【００２３】
中空管は、空の中心を有してよい（即ち、電球内の気体で充填される）。これは、熱放射と合わせて対流気流を使用するパッシブ冷却しかない低費用のパッシブ冷却実施態様に特に望ましい。
【００２４】
或いは、ヒートシンク構造が、中空管内に取り付けられてもよい。ヒートシンク構造の一実施形態は、ＰＣＢが、個別のＬＥＤが表面に取り付けられた第１の端領域と、ＬＥＤのない第２の端領域とを含む中空管となるように巻かれることを可能にするＶ字型の溝を使用する方法を用いて製造される。当該第１の端領域は、外側管を形成し、第２の端領域は、管の長さ全体に延在する内側ヒートシンク部を形成する。これは、ＬＥＤがその上に取り付けられている外側中空管と、中空管内に含まれる内側ヒートシンクとが、単一の構成要素として形成されることを可能にする。
【００２５】
この実施形態は、内側ヒートシンク部が中空管の中心軸に沿って短い距離しか延在しない実施形態に比べて、より大きい熱放散のための表面積を有することによって、より優れた熱伝達能力を有する。このようなヒートシンク構造は、中空管を通る気体の流れを妨げてしまうことがあり、この構造は、ファン又は他のフローデバイスが管の中で気流を動かすように使用されるアクティブ冷却実施態様向けに特に興味深い。
【００２６】
回路基板は、回路基板は、隣接するセクション間に折れ領域を有する一連のセクションを両端間に含み、外側管は、第１の数であるｎ個の辺を有する多角形を含み、各辺は、一連のセクションのうちの１つを含み、内側ヒートシンク部は、第２の数であるｍ個の辺を有する多角形を含み、各辺は、一連のセクションのうちの１つを含む。これは、単一のコイル状回路基板から形成される１つの多角形円筒が別の多角形円筒内にある構造を画成する。
【００２７】
好適には、ｍ＝ｎ−１、又は、ｍ＝ｎ−２である。内側管の辺がより少ないことによって、辺（即ち、回路基板のセクション）は、同じ長さを有することができ、これにより、回路基板は、規則的構造を有する。
【００２８】
フローデバイスが使用される場合、当該デバイスは、中空管の中心を通るアクティブ冷却気流を提供するために、口金部に置かれてよい。フローデバイスは、例えば扇風機、シンセティックジェット冷却デバイス又は圧電ブレードファンであってよい。
【００２９】
ＰＣＢを製造する代替方法が、プリンテッドエレクトロニクスとして知られている。これらは、様々な基板上に電気デバイスを作成するために使用される一組のプリンティング方法である。これは、適切な基板が使用される場合、フレキシブル回路基板を製造することができる。
【００３０】
プリンテッドエレクトロニクスの製造のために、略すべての工業プリンティング方法が使用される。プリンテッドエレクトロニクスの１つの重要な利点は、低費用の大量製造である。プリンティング技術は、一般に、シートベースのアプローチとロール・ツー・ロールベースのアプローチとに分かれるが、エアロゾルベースの堆積技術が使用されてもよい。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、ＬＥＤ電球を製造する方法が開示される。当該方法は、
電気コネクタ１６を含む口金１５を提供するステップと、
発光電球部１４を提供するステップと、
電気コネクタ１６に電気的に接続されるドライバ回路１８を提供するステップと、
別個のＬＥＤ３２がその第１の端領域に取り付けられる回路基板を含む中空管２２を提供するステップと、
中空管２２を、口金１５に近接して置くステップと、
中空管２２の付近に置かれる外側エンベロープを含む密封外郭体を形成するように、発光電球部１４を口金１５に接続するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
次に、本発明の例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
【図１】図１は、既知のＬＥＤ電球を示す。
【図２】図２は、低費用のパッシブ冷却実施態様のための本発明のＬＥＤ電球の基礎となっている概念を概略形式に示す。
【図３】図３は、アクティブ冷却実施態様のための本発明の電球のＬＥＤユニットの第１の例を示す。
【図４】図４は、平面形態にある図３のＬＥＤユニットを示す。
【図５】図５は、ＬＥＤ電球を形成するように電球内にある図３のＬＥＤユニットを示す。
【図６】図６は、本発明のＬＥＤ電球の第１のデザインについて行われた熱テストの幾つかの結果を示す。
【図７】図７は、熱テストの更なる結果を示す。
【図８】図８は、本発明のＬＥＤ電球をデザインするための幾つかのデザインパラメータを示す。
【図９】図９は、ＬＥＤ電球内に使用されるＬＥＤ管デザインの様々な例の冷却効果を示す。
【図１０】図１０は、直径と高さとの様々な比率を有する円筒の冷却特性への影響を示す。
【図１１】図１１は、様々な断面形状を有する円筒の冷却特性への影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、特にＡ５５及びＡ６０型である白熱電球に取って代わる既知のＬＥＤベースの電球を示す。外観が左側に示され、内部の構成要素が右側に概略的に示される。これは、Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｎ．Ｖ．社から市販されているＭＡＳＴＥＲ  ＬＥＤｂｕｌｂとして知られている。この電球は、回路基板１１上に設けられる複数のＬＥＤ光源１０を含み、回路基板は、ヒートシンク１２の上に配置される。ＬＥＤは、拡散ドームカバー１４に向けて調光可能な光を放出する。
【００３５】
電球は、電気コネクタ１６を含む口金と、導管２０を介してＬＥＤに接続するドライバ回路１８とを有する。ドライバ回路は、電気コネクタからのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含む。この例では、ドライバ回路は更に、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して具体化される調光制御回路を含む。しかし、調光制御は、必須の機能ではない。
【００３６】
ヒートシンク１２は、電球の費用の明らかな寄与因子である。
【００３７】
本発明は、ＬＥＤを中空管に取り付けることによって、気流がその中に形成されるＬＥＤ電球を提供する。中空管は両端が開いている。この構造は、熱用の煙突を画成すると考えることができる。
【００３８】
図２は、本発明のＬＥＤ電球の第１の例のセットの基礎となっている概念を示す。同じ構成要素には、図１に使用されたものと同じ参照符号が使用される。
【００３９】
ＬＥＤは、端が開いている円筒担体２２に取り付けられる。図示される例では、担体は、電球の上下方向に方向付けられている。ＬＥＤは、外面上であっても、内面上であってもよい（内面の場合は、担体が透明である必要がある）。しかし、何れの場合でも、ＬＥＤの円筒内の空間との熱的結合がある。円筒は、煙突として機能する。
【００４０】
円筒内の空気の加熱は、周囲環境との熱的結合がある電球の外縁付近の空気の冷却と組み合わさって、電球ボリューム内に対流を形成する。この流れは２４と示す。したがって、ＬＥＤが動作させられると、煙突が加熱され、熱い空気が煙突の一端から外に押し出される。気流は、煙突と電球の外側エンベロープとの間の熱抵抗を下げる。開放構造によって、２つの面（内側管と外側エンベロープ）が、熱伝達に参加することが可能になる。
【００４１】
図２に示される構造は、ヒートシンク構造が簡易化されるか又はヒートシンク構造が完全に回避されるように、パッシブ冷却を使用することを可能にする。これは、低費用ソリューションを可能にする。パッシブ冷却実施態様のために、円筒は、端が開いていて、空の中心ボリュームを有する。円筒の横断面は、円形であっても、多角形であってもよい。図２の構造の熱解析が以下に更に示される。
【００４２】
パッシブ冷却方法は、費用が最も掛からない実施態様を可能にするために特に興味深い１つの例のセットを提供する。
【００４３】
第２の例のセットは、アクティブ冷却を利用する。
【００４４】
図３は、アクティブ冷却実施態様のために特に興味深く、円柱がヒートシンク構造を含む担体２２のデザインの一例を示す。しかし、図３の構造は、ヒートシンク構造からもたらされる追加の流れ抵抗にも関わらず、対流が十分であると考えられる場合は、パッシブ冷却実施態様に使用可能である。
【００４５】
図３（ａ）は斜視図を示し、図３（ｂ）は側面図を示し、図３（ｃ）は端面図を示す。
【００４６】
担体２２は、ＬＥＤ３２がその上に取り付けられている外周面３０を画成するように巻かれた金属コアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）の形態の平面基板を含む。ＭＣＰＣＢは、高出力ＬＥＤの取付けに知られており、熱放散を向上させるために中心金属コアを含む。金属コアは、通常、アルミニウムか銅である。このように画成される円筒の内部は完全に空であってよい。しかし、図３の例は、平面基板の一端が、ＬＥＤを担持している主円筒３０の中の更なる円筒３４を形成するように使用されることを示す。この更なる円筒３４は、ヒートシンクとして機能する。
【００４７】
なお、フレキシブルフォイル基板や、銅単層を有する（ＦＲ４と知られるガラス強化エポキシラミネート及びＣＥＭ３と知られる複合エポキシ材料といった）ＰＣＢ材料といった他の担体を使用してもよい。
【００４８】
図４は、ＭＣＰＣＢを含み、巻く前の基板デザインを示す。１つの端４０が、ＬＥＤ３２を別個に取り付けられた構成要素として担持し、もう１つの端４２はＬＥＤを担持しない。この端が、ヒートシンク部３４を画成するように使用される。
【００４９】
基板は、基板が多角形に折り畳まれるように折れ目４４を有する。図３に示される例では、内側円筒３４は五角形を形成する。したがって、端４２は、６つのセクション（内側円筒３４を主円筒に接合させる１つのセクションと、五角形の辺を形成する５つのセクション）を有する。ＬＥＤを有する端４０は、六角形の主円筒を形成するように、６つのセクションを有する。
【００５０】
これは一例に過ぎない。主円筒は、３つの辺しか有さなくてもよいし、また、通常、最大で８つの辺を有してもよい。内側円筒は、同数の辺を有してもよいが、この場合、セクションは、端４０におけるよりも端４２において細い必要がある。すべてのセクションが（図示される例のように）同じ幅の場合、内側円筒は、通常、主円筒よりも１つ又は２つ少ないセクションを有する。
【００５１】
図５は、ガラス電球内に取り付けられた担体２２を示す。
【００５２】
担体は、水平方向に取り付けられても、垂直方向に取り付けられてもよい。しかし、垂直向きにおいて、対流が向上される。
【００５３】
上記されたように、第１の例のセットでは、冷却はパッシブである。この場合、対流気流が、本質的に、電球の中心にあるＬＥＤと、周囲環境に熱が放散される電球の外面との熱的結合を向上させる。
【００５４】
第２の例のセットでは、冷却はアクティブである。この場合、担体を通り気流を動かすように、電球内にファンといったフローデバイスが取り付けられる。担体は、この場合、ファンを電球の口金に設けることができるように、垂直であることが好適である。ファンは、図２に示されるように、気流を、担体の中心を垂直方向上に方向付け、気流を増加させる。ファンは、図５に、ユニット５０として示される。フローデバイスは、例えば従来の扇風機、シンセティックジェット冷却デバイス又は圧電ブレードファンであってよい。
【００５５】
開放端を有する管と、閉鎖端を有し、流れの通路を形成しないヒートシンク構造を有する管との熱分布を比較することによって、パッシブ冷却煙突概念の利点を検証すべく熱量計算が行われた。最初に、様々な方向下で、煙突又は開放円筒を、閉鎖円筒又はクロス形状と比較した結果、煙突概念は、平均的に、最低熱抵抗を有することが明らかである。熱流分布の解析によって、ＬＥＤ源から電球の外面への熱の流れは、５７％の対流及び４３％の放射として行われることが分かった。円筒の円筒縁は、全熱負荷の５％を担持し、内面は３０％を有し、外面は６５％を有する。結論は、円筒の内側を通る流れが、熱伝達に重要な役割を果たすということである。内面も放射熱伝達に関与する。
【００５６】
熱解析によって、デザインの熱効率が試験された。
【００５７】
図６は、１つの例示的なデザインの結果を示す。
【００５８】
当該デザインは、２４ｍｍの円筒直径と、３０ｍｍの円筒高さとを有する。
【００５９】
図６（ａ）は、一般的な電球形状を示す。線Ｌ１乃至線Ｌ５は、軸を示し、それに沿った熱勾配が図６（ｂ）乃至図６（ｅ）にプロットされている。線Ｌ１は、担体２２の中心を垂直に通る。線Ｌ２は、担体２２の中心を水平に通る。線Ｌ３は、担体２２の外縁を垂直に通る。線Ｌ４は、担体の下端を水平に通る。線Ｌ５は、担体２２の上端を水平に通る。
【００６０】
図６（ｂ）は、９０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１及び線Ｌ２の図を示す。
【００６１】
図６（ｃ）は、９０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１、線Ｌ４及び線Ｌ５の図を示す。
【００６２】
熱測定は、赤外線撮像を用いて行われた。画像を撮るために、画像を撮る直前に、円筒を電球外郭体から取り出した。これは、画像は、ガラスの外郭体を通っては撮れないからである。
【００６３】
図６（ｄ）は、１３０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１及び線Ｌ２の図を示す。駆動電流が増加すると、図６（ｂ）に比べて、温度が増加する。
【００６４】
図６（ｅ）は、１３０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１及び線Ｌ３の図を示す。線Ｌ３は、担体へのＬＥＤの線のはんだスポットを横断するので、Ｌ３の図は凹凸を有する。
【００６５】
図７は、増加された駆動電流について、更なる結果を示す。
【００６６】
図７（ａ）は、一般的な電球形状を示し、図６（ａ）に対応するが、図７（ｂ）乃至図７（ｄ）の図のために線Ｌ１、線Ｌ４及び線Ｌ５のみが使用される。
【００６７】
図７（ｂ）は、１７０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１、線Ｌ４及び線Ｌ５の図を示す。図７（ｃ）は、２５０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１、線Ｌ４及び線Ｌ５の図を示す。図７（ｄ）は、３３０ｍＡの駆動電流での線Ｌ１、線Ｌ４及び線Ｌ５の図を示す。
【００６８】
これらの熱解析は、パッシブ冷却機構の有効性を実証するために使用された。線Ｌ１に沿った図は特に、円筒軸に沿って著しい温度勾配があることを示し、これは、対流による冷却効果があることを実証する。
【００６９】
２０００ｌｍ乃至５０００ｌｍといった高ルーメンのランプが形成され、効果的に冷却される。
【００７０】
様々なデザインを解析することによって、所与の円筒表面積について、より大きい直径を有するより短い円筒が、より優れた冷却を達成することが分かっている。
【００７１】
図８は、円筒の直径をｄとして、高さをｈとして示す。円筒と電球の端との最大水平間隙は、ｇ（両側）である。
【００７２】
円筒の直径は、基本的に、所与の面積について可能な限り大きいべきである。例えば直径は、円筒内及び外側に大気流のチャネルが画成されるように、電球の内径の３０％乃至７０％の範囲内であるべきである。図８を参照するに、０．３（ｄ＋２ｇ）＜ｄ＜０．７（ｄ＋２ｇ）である。内径は、ｗ、即ち、ｗ＝ｄ＋２ｇと示される。
【００７３】
等しい最大幅の３つのチャネルを画成するために、ｄは、内径の６６％である。内部チャネルが外部チャネルの最大幅の２倍広い（これは、２つの外部チャネルは円筒内で組み合わさるからである）３つのチャネルを画成するために、ｄは、電球の内径の５０％である。より好適な範囲は、０．４（ｄ＋２ｇ）＜ｄ＜０．６（ｄ＋２ｇ）である。
【００７４】
円筒の高さは、所望のＬＥＤの数のための空間を提供するように選択されるが、ある高さが、煙突効果を形成するために必要である。好適にはｈ＞＝ｄである。
【００７５】
一例として、直径は、１０ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内、高さは、２０ｍｍ乃至５０ｍｍの範囲内であってよい。
【００７６】
幾つかの可能な例は、次の通りである。
ｄ＝２０ｍｍ、ｈ＝２０ｍｍ
ｄ＝１６ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ
ｄ＝１０ｍｍ、ｈ＝４０ｍｍ
ｄ＝２０ｍｍ、ｈ＝４０ｍｍ
【００７７】
シミュレーションも行われ、冷却機構は、２５度の周囲温度に基づき、最大４Ｗの熱負荷に対して使用可能であることが示された。冷却機構を検証するために、電球形状は、球状の６０ｍｍの直径の外側電球に単純化された。２５ｍｍである外側電球の典型的なネック直径を考慮するに、２０ｍｍの管外径（及び１８ｍｍの内径）が確実にされた。ＬＥＤ光源は、外側円筒領域上に分布させられた熱源を有する円筒としてモデリングされ、熱源出力は、ＬＥＤの熱特性のモデリングに基づいている。
【００７８】
２０ｍｍ及び３０ｍｍといった様々な管長さがモデリングされる。
【００７９】
図９は、結果を示し、３つのパッシブ冷却シミュレーションについて、光源の温度をプロットする。線９０は、２０ｍｍの長さを有する、２０ｍｍの直径の管についてである。線９２は、３０ｍｍの長さを有する、２０ｍｍの直径の管についてである。線９４は、３０ｍｍの長さを有する、２０ｍｍの直径の管であって、管の中心に、クロス形状の断面を有する追加の細長いヒートシンクを有する管についてである。
【００８０】
冷却は、例えば光源の温度が１１５度を上回らないように、十分な冷却を提供することを目的とする。図示されるように、より長い管が、冷却を向上させ、ヒートシンクは、追加の利点を提供する。１１５度の最大値を仮定して、線９０は、最大約２．８Ｗの電力までの必要な冷却を可能にし、線９２は、最大約３．７Ｗの電力までの必要な冷却を可能にし、線９４は、最大約４．０Ｗの電力までの必要な冷却を可能にする。
【００８１】
上記されたように、煙突の高さ及び直径が、冷却特性に影響を及ぼす。図１０は、直径と高さとの様々な比率を有する円筒の冷却特性への影響を示す。ＬＥＤ配列に印加される固定電力に対する最大温度がプロットされる。最大温度が低いほど、冷却はより効果的である。線１００は、一定の表面積を維持しつつ（したがって、半径が増加されると高さは減少される）、様々な半径の円筒について、冷却効果が変動する様子を示す。線１０２は、同じサイズ及び形状であるが、ヘリウムで満たされた円筒についての結果を示す。一般に、より大きい半径の方が好ましい。
【００８２】
円筒は、様々な断面形状を有してよい。図１１は、様々な断面形状を有する円筒の冷却特性への影響を示す。線１１０は、円形の円筒についてであり、線１１２は、同じ最大直径を有する八角形の円筒についてである（共に空気が満たされた電球について）。
【００８３】
上記例では、管は、ＬＥＤの回路基板として機能する。別の例では、ＬＥＤは、フレキシブル基板上に設けられたＬＥＤの列を含んでもよい。このフレキシブル基板は、次に、管の表面周りに巻き付けられる。特に、ＬＥＤ基板と、気流の通路を提供する管の中空の中心との間に、熱的結合を提供するように管との接触がある。このデザインは、電球が、特に簡単かつ低費用で作製可能であることを意味する。円筒は、線形のＬＥＤアレイと共に１つの構成要素となるように予め組み立てられていてよく、当該構成要素は、電球内に容易に挿入され、接着される。ＬＥＤは、熱接着剤を使用することによって、管に良好に熱接触することができる。
【００８４】
上記例では、管は、電球の発光部の上から下の方向に延在する真っすぐな通路である。しかし、管は、他の形態及び方向を取ってもよい。
【００８５】
電球の外側エンベロープは、好適にはガラスであり、中にある個別のＬＥＤの出現をマスキングするために散乱特性を有するようにデザインされてもよい。しかし、透明の外側エンベロープを使用してもよい。ＬＥＤが管の内面上に設けられている場合、透明の外側エンベロープを使用できるように、管自体が、散乱特性を有してもよい。
【００８６】
他の構成では、より透明な管を使用することができる。例えば、管の内面又は外面上に設けられたＬＥＤが、観察者には、電球の中で浮いているように見えるように、管は透明であってよい。
【００８７】
外側エンベロープは、プラスチック、又は、高密度に焼結されたアルミナといった半透明セラミックといったガラス以外の材料から作られてもよい。
【００８８】
外側エンベロープは、空気で満たされていても、ヘリウムといった気体で満たされていてもよい。これは、電球の表面全体のより均等な温度を促進することができる。ヘリウム及び二酸化炭素又はヘリウム及びプロパンといった他の気体充填剤を使用してもよい。
【００８９】
本発明の電球は、任意の所望の形状でデザインすることができる。特に白熱電球の既存のＡ５５及びＡ６０形状を使用することができ、この場合、ＬＥＤ電球は、これらの電球構造の直接的な代替手段として機能することができる。
【００９０】
なお、電球内で冷却用のファンを使用することは知られている。このために、電気モータによって駆動される軸流扇風機を使用してもよい。電気モータは、一例として、ブラシレスＤＣ１２Ｖモータであってよく、ドライバ回路の一部を形成するＡＣ／ＤＣ変換器から電力を受け取る。モータ及びファンのタイプ及びサイズは、ＬＥＤランプのサイズ及びＬＥＤのタイプと、ＬＥＤによって生成される熱量とに依存する。ファンは、密封された電球外郭体の中で気流を循環させるので、単純に、パッシブ冷却システムにおいて利用される対流を高める。
【００９１】
開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ）】
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【図３ｂ）】
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【図３ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
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【図６ｃ）】
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【図６ｄ）】
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【図６ｅ）】
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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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【図１０】
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【図１１】
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