(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を生成するための少なくとも１つのＬＥＤベースの光源と、前記ＬＥＤベースの光源に光学的及び熱的に結合される光出口要素と、を含む照明装置であって、前記光出口要素は、前記少なくとも１つのＬＥＤベースの光源により生成される熱を前記光出口要素の少なくとも所定のサブ領域にわたり分散させるように構成される熱伝導構造を含み、前記熱伝導構造は、一群の整列された熱伝導経路を含み、前記熱伝導構造は、ワイヤ又は分枝を含むパターン化された熱伝導フィルム、又は、一群の熱伝導ワイヤのうちの一つであり、前記照明装置は、更に、前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力と関連付けられる制御信号を用いて前記光出口要素を熱的に制御する制御手段と通信するように構成される温度センサ及び／又はタイマを含み、前記制御信号は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な周波数での前記ＬＥＤベースの光源のパルス・スイッチング、又は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な、前記ＬＥＤベースの光源からの光出力レベルを提供するように選択される前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力を提供する、照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、前記熱伝導構造は、前記光出口要素に埋め込まれている、照明装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明装置であって、前記パターン化された熱伝導フィルムのパターンの前記熱伝導ワイヤ又は分枝の少なくとも一部は、前記光出口要素の中央に対してほぼ径方向に熱を伝導させるように構成される、照明装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置であって、隣接するワイヤ又は分枝間の間隔は、5〜15mmの範囲で選択されている、照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置であって、更に、隣接するワイヤ又は分枝間のそれぞれにおいて相互接続ワイヤ又は分枝を含み、これにより、メッシュ状の熱伝導構造を提供する、照明装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置であって、更に、前記光出口要素及び前記少なくとも一つのＬＥＤベースの光源を熱的に結合するように構成される結合要素を含む、照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置であって、前記結合要素は、少なくとも一つのヒートパイプ、蒸気チャンバ、又は少なくとも一つの熱伝導ワイヤである、照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置であって、前記ＬＥＤベースの光源は、一次ＬＥＤベースの光源及び前記光出口要素に配置されるダウンコンバージョン蛍光体材料を含むリモートフォスファ光源である、照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置であって、更に、前記光出口要素及び／又は前記ＬＥＤベースの光源に熱的に結合されるヒートシンクを含む、照明装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の照明装置に関する方法であって、
−前記温度センサから温度読取り信号を受け取るステップと、
−前記タイマからタイマ信号を受け取るステップと、
前記温度読取り信号及び／又は前記タイマ信号に基づき、
−前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力に関連付けられる前記制御信号を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記制御信号は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な周波数での前記ＬＥＤベースの光源のパルス・スイッチング、又は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な、前記ＬＥＤベースの光源からの光出力レベルを提供するように選択される前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力、のうちの一つを提供する、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の少なくとも一つの照明装置、温度センサ及び／又はタイマ、並びに、制御手段、を有する、照明装置を熱的に制御するシステムであって、前記温度センサ及び／又はタイマは、前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力と関連付けられる制御信号を用いて前記光出口要素を熱的に制御する制御手段と通信するように構成される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置の熱管理の分野に関するものであり、より具体的には、ヒートスプレッダとして照明装置の光出口要素を用いて熱管理を提供するように構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤベースの照明装置、又はＬＥＤランプは、市場において一般的になってきており、例えば従来の白熱電球灯などと比較して、長寿命、サイズの低減、及びエネルギー及び光束出力の効率に関して高エネルギー効率であるので、世界中で徐々に白熱電灯及び小型蛍光灯ランプを置き換えることが有望としている。ＬＥＤランプは従来使用されていた照明よりも約10分の1の電力を使用するので、ＬＥＤベースのランプを交通信号に使用することで、都市において、信号機毎の毎年のエネルギー関連コストを著しく低減させることが可能になる。
【０００３】
ＬＥＤランプの性能は多くの場合、熱的制限事項により光出力に関して制限されるので、ＬＥＤランプの熱管理は極めて重要である。熱管理は、ＬＥＤランプ自体及び外部熱源により生成される熱を管理すること、又は、環境温度によりＬＥＤランプに影響を与えることに関係し得るものである。概して、熱性能は、ＬＥＤランプからの最大光出力を決定し、更に、ＬＥＤランプの加熱外部表面の大きさにより主に決定される。一例としては、ヒートシンク、すなわち一般的にはランプのベース、と熱接触をするように構成される少なくとも１つのＬＥＤベースの光源を含む一般的なレトロフィット型ＬＥＤランプを検討してみる。ＬＥＤベースの光源は、光出口要素、すなわち例えばバルブエンベロープなどの光透過要素、を通じてＬＥＤランプを出る光を生成するように構成される。光出口要素は、通常、ガラス、シリコーン、及びポリカーボネート（ＰＣ）など全て低熱伝導性を有するような、透明又は半透明材料から作製される。したがって、ヒートシンクからバルブエンベロープへの熱の拡散は、効率的で無く、したがってＬＥＤにより生成される熱の大部分は、ヒートシンクを介して照明装置から排出される。
【０００４】
ヒートシンクから光出口要素への熱拡散を提供することによりＬＥＤランプの加熱表面を増加させることは、この分野において知られていることである。国際特許出願公開公報第WO2010/097721A1号において、光を発するように構成されるＬＥＤベースの光源と、ＬＥＤベースの光源に光学的及び熱的に結合される光透過窓と、を含むＬＥＤランプが開示されている。ＬＥＤベースの光源により生成される熱を上述のような一般的な従来技術のＬＥＤランプと比較して改善された手法で周囲環境へ発散させるように光透過窓を構成するための様々な解決法が示されている。例えば、前記文書は、光透過窓が、所定の熱導電性を有するコーティング、合成材料、少なくとも一部が一体化されたヒートパイプ、及び異なる熱伝導性を有する２つの材料を含む要素の組み合わせ、のうちの一つを備えることを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のことを考慮して、本発明の目的は少なくとも、ＬＥＤベースの光源によって生成される熱を分散させるために光出口要素を用いてＬＥＤベースの照明装置を熱的に制御するための有利で且つ代替的な解決法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の発明に従う照明装置によって達成される。したがって、本発明の一つの態様に従うと、光を生成するための少なくとも１つのＬＥＤベースの光源と、前記ＬＥＤベースの光源に光学的及び熱的に結合される光出口要素と、を含む照明装置が提供される。前記光出口要素は、前記少なくとも１つのＬＥＤベースの光源により生成される熱を前記光出口要素の少なくとも所定のサブ領域にわたり分散させるように構成される熱伝導構造を含む。前記熱伝導構造は、前記光出口要素に埋め込まれている、又は、物理的に接触している、又は、近接しているようにされ得、そして、一群の整列された熱伝導経路を含む。照明装置の好ましい実施例において、熱伝導構造は、熱伝導ワイヤ、又は薄型のパターン化された熱伝導層を含み、これらの両方は、光出口要素を通じた光の伝達に大きな影響を与えること無く光出口要素に配置される、又は埋め込まれるのに適した簡素であるが、効率的な熱伝導構造を提供する。
【０００７】
本発明のコンセプトは、熱を伝導し、効果的に熱を光出口要素にわたって拡散させ、光出口窓そして照明装置全体における熱的傾斜を低減する熱伝導構造を光出口要素に取り入れることに基づく。光出口要素は、照明装置の熱伝導外部表面の一体化された一部を構成し、このような構成部分は照明装置を熱的に制御する可能性を増加させる。光出口要素を追加的なヒートシンク領域として利用することによって、照明装置は、ＬＥＤヒートシンクが通常装置の大部分を占める従来型のＬＥＤ照明装置と比較して、より自由なフォームファクタを取り得る。
【０００８】
本発明のコンセプトに従うと、前記熱伝導構造は、光出口窓に埋め込まれ得る整列された熱伝導経路／トラックとして有利に配置される。照明装置の一つの実施例に従うと、熱伝導構造は、一群の熱伝導ワイヤを含む、又は、パターン化された熱伝導フィルムである。ワイヤ又はパターンの分枝は、光出口要素内における所定の方向における熱伝導又は所定の拡散を促進するような所定の手法で整列され得る。整列された熱伝導構造を使用することは、いかなる他の熱伝導構造をも上回る有利な点が存在し、この利点は、光出口要素において得られる熱伝導性の最適な異方性と関連するものである。このことは、例えば、ワイヤ（又はパターン化された分枝）が不透明である場合などにおいて、必要とされる。一例として、ＬＥＤランプの一般的な光出口要素は、5〜20cmの直径を有する、又は約2.5〜10cmのヒートシンクから光出口要素までの距離を有する。したがって、ヒートシンクから光出口要素へ拡散する熱が少ない場合、光出口要素に大きな熱的傾斜が生じる。不透明なワイヤ（分枝）材料を使用する場合、不透明なワイヤ構造は、ワイヤが、本発明の特定の実施例におけるように高い反射被膜を具備される場合であっても、光出口要素の光学特性を低下させ得る。そのような理由により、最小の材料の使用で最大の熱伝導性が望まれており、このことは、分離された熱伝導経路において熱伝導材料を配置させることにより達成される。
【０００９】
前記照明装置の一つの実施例に従うと、前記パターン化された熱伝導フィルムのパターンの前記熱伝導ワイヤ又は分枝の少なくとも主要な一部は、前記光出口要素の中央に対してほぼ径方向に熱を伝導させるように構成される。窓中心に対して径方向への熱の流れを最大化させるために、前記光出口要素の中央に対して径方向にワイヤ整列させることによって最大の熱的異方性を得ることは、最も有利な解決法である。
【００１０】
前記照明装置の実施例に従うと、隣接するワイヤ又は分枝間の間隔は、5〜15mmの範囲で選択されており、このことは、光出口要素における温度分散の最適な均一性を得ることに関して有利である。しかし、照明装置の光学的な阻害を最小にすることが必要とされる場合、ワイヤ間又は分枝間においてより広い間隔が用いられ得る。
【００１１】
前記照明装置の実施例に従うと、熱伝導構造は、更に、隣接するワイヤ又は分枝間のそれぞれにおいて相互接続ワイヤ又は分枝を含み得、これにより、メッシュ状の熱伝導構造を提供する。相互接続ワイヤは、製造時において有利であり得る又は完成された光出口要素に対する支持を提供するような熱伝導構造の剛性を提供するのに追加され得る。更に、相互接続ワイヤが熱伝導性である場合、光出口要素内における熱拡散は増加される。
【００１２】
前記照明装置の一つの実施例に従うと、照明装置は、更に、前記光出口要素及び前記少なくとも一つのＬＥＤベースの光源を熱的に結合するように構成される結合要素を含む。前記結合要素は、少なくとも一つのヒートパイプ、蒸気チャンバ、又は少なくとも一つの熱伝導ワイヤであり得る。
【００１３】
本発明のコンセプトの第１の態様に従う照明装置構成の熱的制御は、更に、リモートフォスファドームの過加熱を防止するために、及び小さいリモートフォスファドームの機械的剛性の向上のために利用可能である。リモートフォスファドームを青色ポンプ（放射）ＬＥＤの上部へ適用することは、白色光を生成するための、比較的高い光学的効率を有する周知の方法である。ストークシフトに関連するエネルギー損失とフォスファ（蛍光体）ドームの蛍光体材料において青色光（青色光は青色ポンプ（放射）ＬＥＤにより生成される）を黄色光へダウンコンバートする工程における全体効率損失とが原因で、リモートフォスファドームは加熱される。温度の上昇は、光束性能の低下とリモートフォスファドームの過加熱を生じさせる。リモートフォスファドーム、すなわち、照明装置の光出口要素において熱伝導構造の本発明のコンセプトを適用することによって、熱は、光出口要素内において分散され、更に、照明装置のランプ全体のヒートシンクへ伝導され得、このことにより、リモートフォスファドームの内部温度は大きく低下させられる。
【００１４】
前記照明装置の一つの実施例に従うと、前記ＬＥＤベースの光源は、一次ＬＥＤベースの光源及び前記光出口要素に配置されるダウンコンバージョン蛍光体材料を含むリモートフォスファ光源である。
【００１５】
前記照明装置の一つの実施例に従うと、前記照明装置は、更に、前記光出口要素及び／又は前記ＬＥＤベースの光源に熱的に結合されるヒートシンクを含む。
【００１６】
本発明のコンセプトの第１の態様に従うと、ＬＥＤベースの光源により生成される熱を光出口要素内において拡散させることは、上記のことに加えて、寒冷な気候を有する国における屋外照明アプリケーションに関して、又は、フリーザにおける大きな通路、フリーザキャビネット、アイスリンク、冬期に内部が氷点下になり得る倉庫及び納屋などのような、低温環境における屋内アプリケーションに関して、有利である。例えばハロゲンランプからの出力と違いＬＥＤからの光出力は熱くないので、光出口要素、すなわちＬＥＤランプのレンズ上における氷の形成が生じ得、照明装置からの光出力を遮ぎることが起こり得る。従来型白熱灯はこのような課題を有さないので、寒冷な気候を有する多くの国は、屋外アプリケーションにおいてＬＥＤ照明にあまり興味がない。従来のようにＬＥＤ担持基板の背面側に配置されるヒートシンクを介して熱を分散させるよりも、光出口要素がヒートシンクとして作用することを利用することにより、ＬＥＤにより生成される熱は、光出口要素を熱的に管理するために、及び例えば氷がレンズ上に形成されるのを防ぐために、使用され得る。
【００１７】
前記照明装置の一つの実施例に従うと、照明装置は、更に、前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力と関連付けられる制御信号を用いて前記光出口要素を熱的に制御する制御手段と通信するように構成される温度センサ及び／又はタイマを含む。前記制御信号は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な周波数での前記ＬＥＤベースの光源のパルス・スイッチング、又は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な、前記ＬＥＤベースの光源からの光出力レベルを提供するように選択される前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力、のうちの一つを提供し得る。更に、本発明に従う照明装置を熱的に制御するシステムは、本文書の詳細な記載において開示される。
【００１８】
本発明の別の態様に従うと、温度センサ及び／又はタイマを含む場合に本発明に従う照明装置を熱的に制御する方法であって、
−前記温度センサから温度読取り信号を受け取るステップと、
−前記タイマからタイマ信号を受け取るステップと、
【００１９】
前記温度読取り信号及び／又は前記タイマ信号に基づき、
−前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力に関連付けられる前記制御信号を提供するステップと、
を含む、方法が提供される。
【００２０】
前記制御信号は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な周波数での前記ＬＥＤベースの光源のパルス・スイッチング、又は、人間の眼により検知可能では無いが、前記光出口要素に熱を加えるのに十分な、前記ＬＥＤベースの光源からの光出力レベルを提供するように選択される前記ＬＥＤベースの光源の駆動電力、のうちの一つを提供し得る。
【００２１】
ＬＥＤベースの光源という用語は、エレクトロルミネッセンス光生成システムを含む光源のいかなるものも含み、したがって、発光ポリマ、有機ＬＥ(OLED)、エレクトロルミネッセント・ストリップなど、電流に応答して光を発する様々な半導体ベースの構造を含む。更に、ＬＥＤベースの光源は、ＬＥＤダイ、ＬＥＤチップ、及び／又はＬＥＤパッケージを含み得る。
【００２２】
本発明の他の目的、特徴及び有利な点は、以下の詳細な開示、添付する従属項、及び図面から明らかにされる。
【００２３】
本発明の上記及び追加的な目的、特徴及び有利な点は、添付の図面を参照にして、本発明の好ましい実施例の以下の例示的且つ非制限的な説明からより明快に理解され得、この場合、同一の参照符号が同様の要素に関して使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】図１ａは、本発明のコンセプトに従う照明装置の一つの実施例の断面図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、図1ａに示される照明装置に従う光出口要素の部分切り取り側部図を示す。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明のコンセプトに従う照明装置の一つの実施例を例示する。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明のコンセプトに従う照明装置の一つの実施例を更に例示する。
【図２ａ】図２ａは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示するためにＡＮＳＹＳ  ＣＦＸモデリング環境で実行された熱シミュレーションを示す。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示するためにＡＮＳＹＳ  ＣＦＸモデリング環境で実行された熱シミュレーションを更に示す。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示するためにＡＮＳＹＳ  ＣＦＸモデリング環境で実行された熱シミュレーションを更に示す。
【図２ｄ】図２ｄは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示するためにＡＮＳＹＳ  ＣＦＸモデリング環境で実行された熱シミュレーションを更に示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例の一つの実施例の部分切り取り側部図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａに示される照明装置に従う光出口要素の部分切り取り側部図を示す。
【図４ａ】図４ａは、従来技術の照明装置を例示する断面側部図である。
【図４ｂ】図４ｂは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示する断面側部図である。
【図４ｃ】図４ｃは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示する更なる断面側部図である。
【図４ｄ】図４ｄは、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例を例示する更なる断面側部図である。
【図５】図５は、本発明のコンセプトに従う照明装置を熱的に制御するシステムの一つの実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明のコンセプトに従う照明装置の一つの実施例は、図１ａを参照して以下に説明される。示される照明装置は、この場合、ここではランプベース１０５の形態であるヒートシンクに熱的に接続される基板１０３上に配置されるＬＥＤベースの光源１０２を含むレトロフィット型ＬＥＤベースのランプ１００である。ＬＥＤランプ１００は、更に、基板において及び／又はランプベース内において配置される駆動回路を具備される（図示せず）。バルブエンベロープ１０１は、ＬＥＤベースのランプ１００に対する光出口要素を構成する。いくつかの実施例に従うと、ＬＥＤランプは、更に、本文書において後述される、光を制御するための及び／又はＬＥＤランプの熱的管理を提供するための制御回路を含み得る。
【００２６】
本発明のコンセプトに従うと、図１ａを参照して説明されるレトロフィット型ＬＥＤランプなどの、照明装置の光出口要素は、光出口要素の少なくともサブ領域にわたりＬＥＤベースの光源により生成される熱を分散させるように構成される熱伝導構造を具備される。熱伝導構造は、光出口要素に埋め込まれる。代替的に、熱伝導構造は、前記光出口要素に物理的に接触している、又は、近接しているようにされ得る。図１ｂにおいて、ＬＥＤランプ１００のバルブエンベロープ１０１は、より詳細に例示される。バルブエンベロープ１０１は、熱伝導構造１５０が埋め込まれる、例えばシリコーンなどの光透過材料層１５３を含む。熱伝導構造１５０は、この場合、薄型熱伝導ワイヤ１５１を含み、この薄型熱伝導ワイヤ１５１は、取り付けられる場合にヒートシンク、すなわちランプベース１０５において配置されるバルブエンベロープ１０１の下部端から、バルブエンベロープ１０１の壁内においてバルブエンベロープ１０１の上部中央へ延在するように方向付けられている。この例示的な実施例において、ワイヤは、バルブエンベロープ１０１の上部中央に対して星状構成で配置され、これにより、隣接するワイヤは、互いに完全には並行ではないが、バルブエンベロープの上部中央に対して径方向へ熱を伝導するように配置される。エンベロープの形状に応じて、ワイヤは、異なった態様で配置され得る。熱伝導ワイヤ１５１は、アルミニウム又はいかなる他の適用可能な熱伝導材料（任意）からなるサポート熱伝導支持リング１５２へ熱的に接続される。支持リング１５２は、更に、ヒートシンク、すなわちランプベース１０５へ機械的及び熱的に取り付けられる。
【００２７】
任意選択的に、一群の熱伝導ワイヤ１５１は、図１ｂに例示されるように、メッシュ状構成で剛性を設けるために支持ワイヤ１５４により相互接続される。支持ワイヤ１５４は、熱伝導材料又は特定の他の適用可能な材料で設けられ得る。好ましくは、熱伝導構造の熱伝導ワイヤは、長方形断面を有するように選択される。例えば、円形又は正方形など、他の形状の断面も適用可能である。熱伝導ワイヤは、好ましくは、アルミニウム及び銅のうちの１つからなるが、他の適用可能な熱伝導材料も使用され得る。長方形断面を有する熱伝導ワイヤを使用する場合、ワイヤは、薄い方の側面を光源からの直接光に対して向けて配置されるように任意選択的に構成されるが、これによって、熱伝導ワイヤによる光の遮断が低減される。好ましくは、ワイヤの厚さは、0.5〜2.0mmの間で選択される。好ましくは、熱伝導ワイヤは、5〜15mmの間隔を有するように配置される。
【００２８】
図１ｃ及び図１ｄは、ＬＥＤディスク(LEDisk)１７０の形態で本発明に従うＬＥＤランプの一つの実施例を例示しており、このＬＥＤディスク１７０は、ＬＥＤベースの光源が配置されるハウジング１７２であって、このハウジングなどのヒートシンク(図示せず)へ熱的に結合されるハウジング１７２を含む。ＬＥＤディスク１７０は、図１ｄにおいて透視上面図でより詳細に示される光出口要素１７１を更に含む。光出口要素１７１は光透過材料１７３を含み、この光透過材料１７３は、光出口窓１７２内において熱を拡散させるように一群の熱伝導ワイヤ１７１が径方向に配置される。周方向においては、熱伝導ワイヤは、熱伝導支持リング１７２に取り付けられ、支持リング１７４は、（任意選択的に）熱伝導ワイヤ１７１の間に配置される。
【００２９】
図１を参照して上述されるワイヤを含む光出口要素１５０・１７１を有するＬＥＤランプは、例えばアルミニウムなどからなる支持リングを提供することによって製造され得、この支持リングは、例えばアルミニウムなどからなる一群の熱伝導ワイヤに取り付けられるようにされ、そして、これらの熱伝導ワイヤは、支持ワイヤを任意選択的に具備されるようにされ、これにより、メッシュ構造が得られるようにされる。任意選択的に、熱伝導ワイヤ及び支持リングは、この場合、後に高反射性白色材料（図示されず）で被膜される。更に、プラスチック又はシリコーンなどの光透過材料層は、この場合、熱伝導ワイヤを完全に覆うために、熱伝導ワイヤの周囲に成形される。その後、支持リング（又は光出口要素）はＬＥＤランプのヒートシンクへ、クランプされる、ねじ留められる、又は糊付けされる。任意選択的に、光出口要素をヒートシンクへ取り付ける代わりに又は取り付けることに加えて、光出口要素は、図４ａ〜４ｄを参照して以下で更に説明される結合要素を介して光源へ熱的に結合される。
【００３０】
本発明のワイヤを含む光出口要素の一つの実施例に従うと、光出口要素内の熱拡散の特性的な長さは、熱伝導ワイヤから直角方向に、実際上は4〜7mmである。このことは熱伝導ワイヤの両側に発生するので、実効的な、すなわち特性的なワイヤ毎の加熱領域は、通常8〜14mmの幅である。光出口要素の厚さは、通常は、熱伝導ワイヤを完全に覆うために1mmより大きくあるように選択される。更に、光出口要素内への熱伝導ワイヤの実効長さは、制限され、そしてワイヤの断面及びワイヤ間隔によって規定される。一例として、アルミニウムの1mmのワイヤ直径及び10mmのワイヤ間隔に関して、実効長さは、（光出口要素における熱伝導効率に依存して）35〜55mmである。この実効長さは、例えば通常のレトロフィット型ＬＥＤランプのドーム又はバルブエンベロープ全体を加熱するのに適用可能である。ドーム又はバルブエンベロープ全体がヒートシンク（存在する場合）と同一の温度にまで加熱される場合、熱拡散体から環境への熱抵抗で表される熱性能Rth_spr-ambは、著しく低減される。例示する実施例において、自然放熱バルブ環境において光出口要素において熱伝導ワイヤを取り入れる場合、Rth_spr-ambは、9.5K/Wから5.5K/Wにまで低減する。更なる例に関しては、表１を参照。
【００３１】
図２において、ＡＮＳＹＳ  ＣＦＸモデリングを用いたＬＥＤランプの熱シミュレーションが例示される。各バルブ温度グラフは、異なる目盛りを有し、各バルブにおける温度領域の垂直方向の分布は、バルブ温度グラフの垂直方向の分布にほぼ対応することを注意されるべきである。熱シミュレーションは、通常のシリコーンバルブエンベロープを有するＬＥＤランプに関して、及び本発明の実施例に従うワイヤを有するシリコーンバルブエンベロープを含むＬＥＤランプに関して、実行された。ワイヤを有するシリコーンバルブエンベロープは、バルブエンベロープの上部中央に対して径方向に熱を伝導するように配置される異なる群の整列された１mmの熱伝導ワイヤ（Ａｌ，Ｃｕ）を有し、対応するシリコーンバルブエンベロープに完全に埋没されているようにシミュレートされた。更に、通常のバルブエンベロープ及びワイヤを有するバルブエンベロープは、全て、支持リングを介してＬＥＤランプヒートシンクへ接続されるようにシミュレートされた。
【００３２】
図２ａは、熱伝導ワイヤを有さない通常のバルブエンベロープに関する温度分布を例示する。ヒートシンクからの熱の分散が劣っているので、シリコーンバルブの上部縁部において高い熱的傾斜が生じている。バルブの縁部における最大温度は、124.5℃である。図２ｂ及び図２ｃにおいて、それぞれ12本のアルミニウムワイヤ及び12本の銅ワイヤがシリコーンバルブに配置されている。このことは、バルブエンベロープにおける熱の拡散を増加させ、バルブにおける最大温度を119.3℃から117.9℃へそれぞれ低下させている。
【００３３】
24本のアルミニウムワイヤを含むバルブエンベロープにおける温度分布シミュレーションが、図２ｄに例示されており、ここで、バルブエンベロープにおける熱の分布は、通常のバルブなどと比較して、シリコーンバルブ領域にわたって大幅に滑らかにされており、バルブにおける最大温度は112.9℃にまで低下させられている。
【００３４】
表１は、環境温度Tamb=25?C且つＬＥＤランプの14.8Ｗ負荷の状況での、ワイヤを有さない通常のバルブエンベロープ、並びに12本のアルミニウムワイヤ、12本の銅ワイヤ、及び24本のアルミニウムワイヤを有するワイヤ・バルブエンベロープのそれぞれに関するバルブエンベロープの10mmスリーブ部におけるシミュレートされた熱抵抗Rthを例示する。ワイヤの直径は1mmに設定された。ワイヤを有さない通常のバルブエンベロープ並びに12本のアルミニウムワイヤ、12本の銅ワイヤ及び24本のアルミニウムワイヤのそれぞれを有するワイヤ・バルブエンベロープの、熱拡散体から環境への熱抵抗値Rth_spre-amb及び熱抵抗値?Rthの差に関するシミュレーション値が表において与えられている。
【表１】
0006290895.tif 000002
【００３５】
照明装置の一つの実施例に従うと、光出口要素における熱伝導構造は、光出口要素の光透過材料に埋め込まれるパターン化された熱伝導フィルムとして提供される（図示せず）。好ましくは、熱伝導フィルムのパターンは、光出口要素の中央に対してほぼ径方向へ熱を伝導するように構成される分枝として構成される。隣接する分枝間の間隔は、好ましくは5〜15mmの範囲で選択される。ワイヤの場合と同様に、隣接する分枝間における分枝は、熱伝導構造がメッシュ状になるように、任意選択的にパターン状に設けられ得る。
【００３６】
本発明の一つの実施例に従うと、熱伝導構造は、ハチの巣状構造（図示せず）として構成される。好ましくは、ハチの巣状構造は、各ハチの巣セルの規模で熱伝導性の高い異方性を提供するように非常に隙間が空いているように選択される。異方性は、熱の分散を光出口要素領域にわたり提供するために有利である。
【００３７】
本発明の実施例に従うと、ＬＥＤランプの光学的な性質を最適化するために、熱伝導構造の外部表面は、高い反射率を有する光学的に反射性及び／又は拡散性表面を具備される（図示せず）。
【００３８】
図３を参照して以下に説明される本発明に従う照明装置の実施例に従うと、照明装置のＬＥＤベースの光源は、ダウンコンバート蛍光体層を含むリモートフォスファＬＥＤのように、一次ＬＥＤベースの光源と光変換材料を含む。ダウンコンバート材料は、一次発光ダイオード（ＬＥＤ）から離れされて、通常照明装置のバルブエンベロープ内、すなわち光出口要素内に配置（処理）される。光出口要素は、上述されたように熱伝導構造を具備される。ダウンコンバート材料を具備される光出口要素は、通常、リモートフォスファバルブとして呼ばれる。
【００３９】
図３ａの参照を続けると、リモートフォスファバルブにおいて、ここでは、照明装置３００において、ＬＥＤベースの光源は、、基板３０３に配置される青色放射ＬＥＤベースの光源３０２、ここでは高効率青色放射ＬＥＤと、及びリモートフォスファバルブ３１０の内部表面に配置されるリモートダウンコンバージョン材料である蛍光体層３０１とを含む。代替的に、蛍光体は、適切なプラスチック材料などの光出口要素の光透過材料３１３内に分散させられる。照明装置３００は、更に、ランプベース３０５及びヒートシンク３０４を含み、ヒートシンク３０４は、青色放射ＬＥＤベースの光源３０２へ、及び、リモートフォスファバルブ３１０の下部縁部へ熱的に結合される。リモートフォスファバルブ３１０は、図３ｂにより詳細に示される、埋め込まれた熱伝導構造３１１を含む。この例示する例において、熱伝導構造３１１は、リモートフォスファバルブ３１０の中央に対してほぼ径方向に熱を伝導するように方向付けられる1mm厚の銅ワイヤを含む。隣接するワイヤ間の分離距離、すなわち間隔は、5〜15mmの範囲で好ましくは選択される。熱伝導構造は、相互接続ワイヤ又は隣接するワイヤ間における分枝を用いて任意選択的に構成され得、これにより、メッシュ状の熱伝導構造が提供される。熱伝導ワイヤ構造３１１は、支持リングを通じて照明装置３００のヒートシンク３０４へ熱的に結合される。
【００４０】
図１及び図２を参照して上述された照明装置の実施例におけるような光出口要素からヒートシンクへの、又は、図３を参照して上述された照明装置の実施例におけるような、光出口要素への熱伝導構造の導入により、光出口要素を、光出口要素を照明装置の熱伝導外部表面の一部に一体化させることが可能になる。したがって、照明装置の冷却はより効率になり、これによりＬＥＤベースの光源の最大光出力が増加されるようにされる。照明装置の実施例に従うと、光出口要素における熱伝導の増加に関して、透過性材料は、好ましくは、熱伝導性ガラス（例えば、アルミニウム又はリチウムイオンガラス）又は熱伝導性プラスチックである。
【００４１】
図４を参照すると、本発明の実施例に従うと、照明装置の熱的な制御は、例えば寒冷な気候における又は冬期において屋外設置の照明装置の光出口要素の上に氷が形成されるのを防ぐために、光出口要素の温度制御を提供することを目的としている。図４ａは、背面側に配置される従来型のヒートシンク（図示せず）へ接続される基板４９３に配置されるＬＥＤベースの光源４０２と、光出口要素として構成されるガラスレンズ４９１と、を含む通常の従来型のＬＥＤ照明装置４９０を例示する。ＬＥＤベースの光源４０２は、ヒートシンク４９３へ熱的に接続され、これにより、ＬＥＤ４０２が活性化される時に生成される熱が基板４９３を介してＬＥＤ照明装置４９０からヒートシンクへ抜け出るようにされる。ここで、図４ａにおける熱の流れ図Ａ→Ｂを参照のこと。熱の流れは、レンズ４９１からほぼ離れる方向に向いているので、低温な日には、図に示されるようにレンズ４９１の外部表面に氷の層９０が形成され得る。
【００４２】
図４ｂを参照すると、本発明に従うＬＥＤ照明装置４００の一つの実施例において、ＬＥＤベースの光源４０２は、熱伝導要素として作用する基板４０３上に配置される。熱伝導構造が埋め込まれる光出口要素は、上述の様々な実施例において説明されるように、基板４０３の上に配置される。ＬＥＤベースの光源４０２及び光出口要素４０１における熱伝導構造は、基板４０３及び熱結合要素を介して熱的に結合され、これにより、動作中にＬＥＤベースの光源４０２により生成される熱は、光出口要素４０１へ伝導される。この場合、熱結合要素は、ＬＥＤベースの光源４０２（及び／又は基板４０３）と光出口要素４０１との間に配置される複数の熱伝導ワイヤ４０４を含む。ここで、図４ｂにおける熱の流れ図Ａ→Ｂを参照のこと。熱結合要素、ここではワイヤ４０４のＬＥＤベースの光源４０２／基板４０３への実際の取り付けは、ＬＥＤベースの光源の構造に依存する。ワイヤは、例えば、熱伝導性糊を用いて又は溶接などにより、縁部、光出口要素の外側又は内側のいずれかへ機械的及び熱的に接続される。熱伝導ワイヤに関する適切な材料は、銅及びアルミニウムであるが、他の熱伝導材料も適用可能である。
【００４３】
好ましい実施例において、光出口窓４０１に配置され、そして熱が排出されるべき各熱伝導ワイヤ４０４の端部４０４ｂにおいて、ワイヤ４０４は、実質的に防護されておらず、一方で、ＬＥＤベースの光源４０２（熱源）に近い反対側の端部４０４ａにおいて、熱伝導ワイヤ４０４は、基板４０３を加熱するのを防ぐために、防護層（図示せず）を少なくとも部分的に具備される。防護層は、ポリマ被膜であり得、例えば、米国特許第5,232,737号「Method  of  coating  a  metal  wire  with  a  temperature  and  stress  resistant  polymeric  coating」を参照されたい。熱伝導ワイヤ４０４は、一つの実施例において、熱伝導性糊を用いて光出口要素４０１の縁部へ取り付けられる。
【００４４】
図４ｃ及び図４ｄをここで参照すると、ＬＥＤ照明装置４１０・４２０の実施例において、ヒートパイプ４０５・４０６は、ＬＥＤベースの光源４０２又はＬＥＤベースの光源が光出口要素４０１と共に配置される基板４０３を熱的に結合する結合要素として使用される。図４ｃにおいて、ＬＥＤベースの光源４０２は、基板４０３上に配置され、基板４０３及び光出口要素４０１は、この場合、ヒートパイプ４０５を用いて熱的に結合される。図４ｄは、平坦ヒートパイプ４０６は、光出口要素及び光源４０２を熱的に結合するために、基板上において配置される。一つの実施例において、結合部材は、蒸発チャンバ（図示せず）として構成される。
【００４５】
本発明に従う照明装置は、例えば道路灯などの、屋外アプリケーションにおいて適用可能である。上述のように、屋外アプリケーション（又は低温な屋内環境におけるアプリケーション）における照明装置が長期間活性化されない状況において、又は環境が非常に寒冷である場合、氷が光出口要素上に形成し得る。ここで図５を参照すると、図５は、本発明に従う照明装置の実施例５００を含む、道路灯５０を点灯することを熱的に制御するシステム６００を概略的に例示している。システム６００は、更に、それぞれの照明装置５００の光出口要素５０１を熱的に制御するするように構成される制御ユニット６０３内に含まれる又は制御ユニット６０３と通信するように構成される少なくとも１つの温度センサ６０１及び／又はタイマ６０２を含む。制御ユニット６０３は、道路灯５０の駆動ユニット６０４に対して外部である又は駆動ユニット６０４と一体化され得る。制御ユニットは、照明装置を熱的に制御するように構成される適用可能な制御コンポーネント（ハードウェア及び／又はソフトウェアコンポーネント）を含む。制御ユニット、温度センサ及びタイマは、道路灯５０のハウジング５１内に全て配置され得る。測定温度を提供するために、各照明装置５００（又は照明装置の少なくとも１つ）の光出口窓５０１において、対応する温度センサが配置され得る、又は、温度センサは、単に、環境温度を測定するために構成され得る。制御ユニット６０３は、測定温度に基づき、タイマ６０２に基づき、又は測定温度及びタイマ６０２の組み合わせに基づき、ここの照明装置５００へ制御信号を提供するように構成され、これにより、照明装置５００は、本発明のコンセプトに従う照明装置の実施例に関して上述されるように、光出口要素の熱伝導構造へ制御された量の熱を伝導することによって加熱されるようにされる。しかし、光出口要素の熱的制御は、可視光を生成することなく提供されるのが好ましい。道路灯が赤である場合、底部の照明装置のみがオンにされる。黄及び緑の照明装置は、この場合、熱的に制御される必要がある。一つの実施例において、熱的制御は、熱を生成するために低い感知可能で無い電力レベルで照明装置を駆動させる一方で、いかなる可視光も生成しないことによって提供される。このシステムの代替的な実施例において、氷の形成を妨ぐために光出口要素５０１において熱を発生させるように、個々の照明装置５００は人間の眼に知覚可能で無い周波数でパルス駆動される。
【００４６】
道路灯は上記で例示する実施例として与えられているが、本発明のコンセプトは、他の照明アプリケーションにおいても適用可能であることを認識されるべきである。
【００４７】
本発明は、２〜３の実施例を参照して主に説明されている。しかし、当業者にとって直ちに理解可能であるように、上述の実施例以外の実施例は、添付の請求項により規定されるように、本発明の範囲で同様に可能である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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５】
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