(57)【要約】  １以上の熱伝導性基材及びその上の多層干渉誘電性薄膜コーティングを備える照明アセンブリが提供される。処理された照明アセンブリ基材は、光学リフレクターのさまざまなベクトル場の熱をより冷たいベクトル場に有効に再分配する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
１Ｗ／ｍ・Ｋ超の熱伝導性を有する熱伝導性基材を有する光学リフレクターと、
熱伝導性基材上に配置された多層干渉誘電性薄膜コーティングと
を備えており、多層干渉誘電性薄膜コーティングが熱伝導性基材の反射率を上昇させ、公称入射角での反射率が９５％超となる、照明システム。
【請求項２】
熱伝導性基材が熱を光学リフレクター全域に分散させて、光学リフレクターの最も熱い箇所の温度を低下させ、過剰な熱が吸収される、請求項１に記載の照明アセンブリ。
【請求項３】
熱伝導性リフレクターがヒートシンクと熱的に接続され、熱エネルギーが光学リフレクターから低温のヒートシンクに伝導される、請求項１に記載の照明アセンブリ。
【請求項４】
熱伝導性リフレクターが透明表面と熱的に接続され、照明アセンブリの発光面を通って照明アセンブリを離れる熱エネルギー量が増加する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
【請求項５】
透明表面が、透明表面を通ってシステムから離れる熱エネルギー量をさらに増加する熱伝導性材料から設計される、請求項４に記載の照明アセンブリ。
【請求項６】
熱伝導性光学リフレクターが、照明アセンブリの外部の空気に露出された表面部分を有し、光学リフレクター表面の対流冷却を可能にする、請求項１に記載の照明アセンブリ。
【請求項７】
多層干渉誘電性薄膜コーティングが、照明システムで生ずる可視波長域でのリフレクター表面への吸光度及び伝達を最小化して、照明アセンブリの外側への反射による放射を増加させるとともに、赤外波長域で高い放射率を有していて、放射を介して照明アセンブリから離れる熱エネルギー量を増加させる、請求項１に記載の照明アセンブリ。
【請求項８】
照明システム方法であって、
１Ｗ／ｍ・Ｋ超の熱伝導性がある熱伝導性基材を有する光学リフレクターを用意するステップと、
熱伝導性基材上に配置された多層干渉誘電性薄膜コーティングを用意するステップと
を含んでおり、熱伝導性基材が高度に正反射性であり、多層干渉誘電性薄膜コーティングの使用により９５％超の反射率を有する、方法。
【請求項９】
熱伝導性基材が熱を光学リフレクター全域に分散させて、光学リフレクターの最も熱い箇所の温度を低下させ、過剰な熱が吸収される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
熱伝導性リフレクターがヒートシンクと熱的に接続され、熱エネルギーが光学リフレクターから低温のヒートシンクに伝導される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
熱伝導性リフレクターが透明表面と熱的に接続され、照明アセンブリの発光面を通って照明アセンブリを離れる熱エネルギー量が増加する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
透明表面が、透明表面を通ってシステムから離れる熱エネルギー量をさらに増加する熱伝導性材料から設計される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
熱伝導性光学リフレクターが、照明アセンブリの外部の空気に露出された表面部分を有し、照明アセンブリの光学リフレクター表面の対流冷却を可能にする、請求項８に記載方法。
【請求項１４】
熱伝導性光学リフレクターが、光学リフレクターの最も熱い点から熱エネルギーを伝導し、熱伝導性光学リフレクターは他の光学表面である冷却点に放射する傾向があり、この冷却点はより遠隔であり、照明アセンブリの外側に放射する傾向がある、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
多層干渉誘電性薄膜コーティングを有する照明アセンブリの外側への放射が、照明システムで生ずる可視波長域でのリフレクター表面への吸光度及び伝達を最小化して、照明アセンブリの外側への反射による放射を増加させるとともに、赤外波長域で高い放射率を有していて、放射を介して照明アセンブリから離れる熱エネルギー量を増加させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
光学リフレクターが、他の多量の光源から放射される波長放射エネルギーの大部分を反射することによって依然として冷たいままである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
比較的大量の波長放射エネルギーをさまざまな光学リフレクターのベクトル場に放射することによって冷却を増加して、他の光源からの波長放射エネルギーを低くする、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として照明設備に関する。より詳細には、本発明は、照明設備の冷却のために、誘電性薄膜によりコーティングされた熱伝導性照明設備用リフレクターを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明器具は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの内部光源を備える。リフレクターには一般に、全リフレクターの平均温度より熱い場所及びより冷たい場所が存在する。機能的には、これらのタイプの照明器具は、この器具の許容周囲温度の上限が、すべての構成部品のうちの最も熱い箇所の温度により制限されるので、有用性も制限されることになる。例えば、この残留熱（すなわち、熱い箇所）は光源の底部の近くに蓄積され、光源の他の部分全域において不均等なエネルギー分布を生み出し得る。さらに、そのリフレクター全域の温度勾配は、内部のひずみをもたらし、リフレクターの故障をもたらし得る。
【０００３】
ＬＥＤの場合、アルミニウム又は銀などの特定のリフレクターコーティングは、異なる波長にわたってさまざまな放射率又は吸収率の特有の曲線を本質的に有する。それに応じて、これらのリフレクターコーティングは、さまざまな程度の熱の吸収及び放散を有する。さらに、これらのリフレクターコーティングは、光の特定の波長に対して異なる放射率特徴又は吸収率特徴を示すように整調することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０５５４１２号
【発明の概要】
【０００５】
前述の不備を前提として、光学システムを冷却する目的のために、照明システムの整調及び光学リフレクターにわたる熱エネルギーの再分配のための方法及びシステムに対する必要性が存在する。
【０００６】
特定の状況下において、一実施形態は、１ｗ／ｍ・Ｋ（ワット／メートルケルビン）超の熱伝導性がある熱伝導性基材を有する１以上の光学リフレクター、多層干渉誘電性薄膜コーティングを提供する。この多層干渉誘電性薄膜コーティングは、公称入射角で９５％超の反射率を有する。
【０００７】
この例示的実施形態は、光学リフレクター全域に熱を分散させ、したがって、リフレクターの最も熱い箇所の温度を低下させるための熱伝導性基材を備える。言い換えると、光学リフレクターはヒートシンクとして機能可能である。この実施形態では、熱伝導性光学リフレクターを外部ヒートシンクと接続して、光学リフレクターからの熱エネルギーをより低い温度のヒートシンク及び周囲空気に伝導することが可能である。
【０００８】
別の実施形態では、熱伝導性リフレクターはレンズなどの透明表面と熱的に接続され、それによって伝導、対流及び放射を介して熱を放散するように表面積が増加される。
【０００９】
別の実施形態では、熱伝導性光学リフレクターは、その表面のいくつかの部分が照明器具の外部の空気に暴露されている。この方法により、リフレクター表面から直接熱を除去することによってシステムの対流冷却が可能になる。
【００１０】
別の実施形態では、多層誘電性薄膜コーティングは、光源が発する波長において非常に高い反射率を有する、リフレクター上の薄膜コーティングの積層を作り出すように、薄膜層の材料及び薄膜層の厚さの選択によって整調されている。このシステムは、リフレクターが光源により発生される可視光の大部分を反射できるようにし、放射エネルギーの吸収により器具が加熱されることを防止するものである。さらにリフレクターは、例えば、磨かれた、又は蒸着された金属と比較してより高い赤外波長域における放射率により、比較的大量の放射冷却を有することによって器具をさらに冷却する。
【００１１】
これらの実施形態のすべてにおいて、照明器具の動作温度を下げることにより、熱感受性構成部品の信頼性が上がる。この低下は、対応して照明器具の効率を上げ、この器具の最大周囲温度定格を挙げることができる。さらに、このようなリフレクターは耐食性が改良され、より高い動作温度及び熱負荷に耐えることができる。
【００１２】
本発明のさらなる特色及び有利性並びに本発明のさまざまな実施形態の構造及び実施を、添付の図面を参照して以下に詳細に記載する。本発明は本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。このような実施形態は、単なる例示目的で本明細書に提示される。追加の実施形態は、本明細書に含有される教示に基づき当業者には明らかであると思われる。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を例示し、この説明と一緒に本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作製及び使用可能にするためにさらに機能する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態が実践可能な照明設備の説明図である。
【図２】本発明の実施形態が実践可能な多層光学干渉誘電性薄膜コーティングを有する例示的熱伝導性光学リフレクターの説明図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、外部ヒートシンクと接続された熱伝導性光学リフレクターの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に接続された熱伝導性光学リフレクターの説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に従った、その表面のいくつかの部分が空気に暴露された熱伝導性光学リフレクターの説明図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に従った、エネルギーを光学リフレクターの最も熱い箇所からより冷たい箇所に伝導する例示的熱伝導性光学リフレクターの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を、特定の適用のための例示的実施形態を用いて本明細書に記載するが、本発明がこれらに限定されると理解するべきではない。本明細書に提供された教示にアクセス可能な当業者は、さらなる改良、適用並びに本発明及び本発明が非常に有用であるさらなる分野の範囲内の実施形態を認識するものと思われる。
【００１６】
本実施形態では、図１は、この実施形態が実戦可能な例示的照明システム１００の説明図である。照明システム１００は、熱伝導性基材を有する光学リフレクター１０２を備える。熱伝導性基材には多層誘電性薄膜コーティングが配置される。この熱伝導性基材は、熱を光学リフレクター１０２全域に分散し、その最も熱い表面部分の温度を有効に低下させる。熱伝導性基材は、例えば金属もしくはセラミックもしくはガラス材料又はこのような材料の複合混合物で形成可能である。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に従って構築された照明システムの例示的熱光学リフレクター２００の説明図である。光学リフレクター２００は、熱伝導性基材２０２及び高度に反射性の多層光学干渉誘電性薄膜コーティング２０４を備える。熱伝導性光学リフレクター２００は、高い正反射率を有する鏡面仕上げの表面であってもよい。さらに、多層干渉誘電性薄膜コーティング２０４は、熱伝導性基材２０２と比較して相対的に薄い。
【００１８】
さらに、光学リフレクター２００は、多層光学干渉誘電性薄膜コーティング２０４及び熱伝導性基材２０２の使用により９５％以上の反射率で反射性となり得る。より詳細には、多層光学干渉誘電性薄膜コーティング２０４の表面に当たる光子の９５％以上が反射され、反射性表面の放射加熱が非常に少なくなる。熱伝導性基材２０２は、光学リフレクター２００全域に熱を分散し、リフレクター上の最も熱いベクトル場（ｖｅｃｔｏｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）の温度を低下させる。
【００１９】
多層干渉誘電性薄膜コーティング２０４は通常、高屈折率及び低屈折率の材料の別の層を備えてもよい。高屈折率材料としては、二酸化チタン、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、硫化亜鉛、又は類似の材料を挙げることができる。低屈折率材料としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウムなどを挙げることができる。例示的多層積層中のすべての層は、０．１から４００ナノメートルの範囲の厚さで堆積される。光学リフレクター２００は、入射角及び波長特異的である。
【００２０】
光学リフレクター２００は通常、さまざまなベクトル場において複数の高温箇所を有する。しかし、いくつかの高温箇所は不均等に加熱されるので、特定のベクトル場のいくつかの光学リフレクター部分は、他のベクトル場の光学リフレクター部分より熱いか、又はより低温である。
【００２１】
図３は、本実施形態に従って構築された例示的照明器具３００の説明図である。照明器具３００は、光源３２０、外部ヒートシンク３２２及び熱伝導性光学リフレクター３２４を備える。
【００２２】
光学リフレクター３２４はヒートシンク３２２と熱的に接続され、熱エネルギーをリフレクター３２４からヒートシンク３２２に伝導する。この熱的接続は、光学リフレクター３２４の動作温度を低下させる。境界面３２６は、ヒートシンク３２２と光学リフレクター３２４との間の熱コンジットを意味する。より詳細には、各境界面３２６の比較的低い熱接触抵抗が、光学リフレクター３２４からヒートシンク３２２への熱伝達を容易にする。
【００２３】
図４は、本発明の第２の実施形態に従って構築された例示的照明器具４００の説明図である。照明器具４００は、光源４２０、ヒートシンク４２２、熱伝導性光学リフレクター４２４及びレンズ４２８などの透明表面を備える。
【００２４】
光学リフレクター４２４はレンズ４２８と接続され、照明器具４００の発光面を通してシステムを離れる熱エネルギー量が増加する。境界面４２６は、ヒートシンク４２２と光学リフレクター４２４との間の熱コンジットを形成する。より詳細には、各境界面４２６の比較的低い熱接触抵抗が、光学リフレクター４２４からレンズ４２８へ熱を伝導する。レンズ４２８は、透明レンズ材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）又はアクリルで形成可能であるが、従来のレンズ材料とは対照的により高い熱伝導性を有するガラス、石英、サファイア又はイットリウム・アルミニウム・ガーネットなどの透明レンズ材料を使用することによって、伝達される熱エネルギー量を増加させることができる。
【００２５】
熱はリフレクターの外側に伝導されるので、熱はレンズにわたって分散され、対流を介して空気と交換される。したがって、より多く、より均等な熱分配が得られた場合、レンズ表面からより効率的なエネルギー伝達がもたらされる。
【００２６】
図５は、本発明の第３の実施形態に従って構築された例示的照明器具５００の説明図である。照明器具５００は、光源５２０、ヒートシンク５２２、熱伝導性光学リフレクター５２４及びレンズ５２８などの透明表面を備える。光学リフレクター５２４は、照明器具５００の外部にある、空気に暴露されたその表面部分を有する。この特色は、光学リフレクター５２４の表面から離れた、システムの対流冷却を可能にする。より詳細には、光学リフレクター５２４の表面は器具の外部の空気に暴露され、表面の対流冷却を可能にする。
【００２７】
図６は、本発明の他の実施形態に従って構築された例示的照明器具６００の説明図である。照明器具６００は、光源６２０及び熱伝導性光学リフレクター６２４を備える。
【００２８】
図６において、リフレクター６２４は、熱エネルギーを、ベクトル場６３２に位置する光学リフレクター６２４のその最も熱い部分からからより冷たい位置６３４に伝導する。ベクトル場６３２に位置する、光学リフレクター６２４の最も熱い部分は一般に、エネルギーを器具内の別の光学表面に放射する。光学リフレクター６２４のこの追加の光学表面は、さまざまなベクトル場６３４においてより冷たい。低温点６３４は一般により遠隔であり、照明アセンブリ６００の外側にエネルギーを放射する。したがって、熱伝導性リフレクターを使用することにより、位置６３４の温度を上昇でき、位置６３２の温度が低下でき、放射を介してシステムをより効率的に冷却するリフレクターをもたらし得る。
【００２９】
結論
本発明を、特定の機能の実行及びそれらの関係を例示する機能性構成要素の助けにより、上に記載した。これらの機能性構成要素の境界は、説明の便宜上本明細書において恣意的に規定されている。別の境界は、特定の機能及びそれらの関係が適切に実施される範囲で規定可能である。
【００３０】
発明の概要及び要約の項ではなく、発明を実施するための形態の項が、特許請求の範囲の解釈に使用されることを意図していることは認識されるべきである。発明の概要及び要約の項は、発明者により企図される本発明の１つ又はそれを超える例示的実施形態を説明しているが、これらはすべてではなく、したがって、本発明及び添付の特許請求の範囲を限定する意図のものでは決してない。
【符号の説明】
【００３１】
１００  照明システム
１０２  光学リフレクター
２００  熱光学リフレクター
２０２  熱伝導性基材
２０４  多層光学干渉誘電性薄膜コーティング
３００  照明器具
３２０  光源
３２２  外部ヒートシンク、ヒートシンク
３２４  熱伝導性光学リフレクター
３２６  境界面
４００  照明器具
４２０  光源
４２２  ヒートシンク
４２４  熱伝導性光学リフレクター
４２６  境界面
４２８  レンズ
５００  照明器具
５２０  光源
５２２  ヒートシンク
５２４  熱伝導性光学リフレクター
５２８  レンズ
６００  照明器具
６２０  光源
６２４  熱伝導性光学リフレクター
６３２  ベクトル場
６３４  より冷たいベクトル場
【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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【国際調査報告】
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