(57)【要約】  本発明は、口金１３、２３、５３に接続される中空且つ半透明の外囲器１２、２２、５２と、外囲器１２、２２、５２内に配置される光混合要素１０、２０、３０、５０、６０と、外囲器１２、２２、５２内に配置され、光混合要素１０、２０、３０、５０、６０内へと光を放出するように配置され、また、光混合要素１０、２０、３０、５０、６０と熱接触した状態に配置される少なくとも１つの発光ダイオード１１、２１、３１、５１とを含む照明デバイス１、２、５、６に関する。光混合要素１０、２０、３０、５０、６０は、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含む。発光ダイオード１１、２１、３１、５１から放出される光は、光混合要素１０、２０、３０、５０、６０内で混合され、光混合要素１０、２０、３０、５０、６０から、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を通って分配され、半透明の外囲器１２、２２、５２を通って透過される。本発明は更に、上記照明デバイス１、２、５、６を含む照明器具に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金に接続される中空且つ半透明の外囲器と、
前記外囲器内に配置される光混合要素と、
前記外囲器内に配置され、前記光混合要素内へと光を放出するように配置され、また、前記光混合要素と熱接触した状態に配置される少なくとも１つの発光ダイオードと、
を含み、
前記光混合要素は、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含み、
前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光は、前記光混合要素内で混合され、前記光混合要素から、前記熱伝導性があって半透明のセラミック材料を通って分配され、前記半透明の外囲器を通って透過され、
前記光混合要素と前記外囲器との間の距離は、前記光混合要素側及び前記外囲器側における合計された実効温度境界層と等しいか、又は、それよりも小さい、照明デバイス。
【請求項２】
前記熱伝導性があって半透明のセラミック材料は、多結晶アルミナである、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記光混合要素は、円筒形状を持つ、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記光混合要素は、光混合チャンバを形成する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記光混合要素は、中空である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
発光ダイオードが、前記外囲器に面する前記光混合要素の端に配置される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項７】
発光ダイオードが、前記外囲器に面する前記光混合チャンバの各端内に配置される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記光混合要素は、円筒管を含み、前記光混合要素は、前記円筒管の各端におけるエンドキャップを含み、発光ダイオードが、前記円筒管内で各エンドキャップにおいて配置される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項９】
前記外囲器は、少なくとも７０体積％のヘリウムを含むガスで満たされ、前記光混合要素と前記外囲器との間の前記距離は、１０ｍｍ以下である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの発光ダイオードを前記口金に接続する支持部材を更に含み、前記支持部材は、前記光混合要素を支持するように配置される、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記支持部材は、１つ以上のバネ要素を含む、請求項１０に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記支持部材は、電気絶縁性材料で被覆されている、請求項１０又は１１に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記外囲器は、前記少なくとも１つの発光ダイオード、前記光混合要素及び前記外囲器と熱接触して配置される低重量ガス又は低重量ガスを含む混合物で満たされる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイスを含む、照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外囲器と、外囲器に接続される口金と、外囲器内に配置される少なくとも１つの発光ダイオードとを含む照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年もの間知られている照明デバイスの構造は、白熱電球である。白熱電球は、口金に取り付けられる外囲器を形成するガラスバルブを含む。フィラメントが、ガラスバルブ内に提供され、口金に接続される。フィラメントは、フィラメントを通して電流が提供されると白熱し、したがって、光源として機能する。この照明デバイスはよく知られているので、白熱照明デバイスの照明効果は真似るが、電力消費量を減少させ、熱を低減するために、発光ダイオードといったより現代的な光源を含む照明デバイスが存在する。このような照明デバイスは、ますます人気になってきている。市場調査によれば、顧客は、このようなタイプのランプを高く評価していることが分かっている。バルブ形状を有する透明照明デバイスは、多くの顧客によって、審美的に魅力的であると見なされている。
【０００３】
発光ダイオードを有する電球の形の照明デバイスは、口金に接続された半透明の外囲器を含む。口金は、外部電源と、照明デバイス内に配置される発光ダイオードとの間の接続手段を収容するために提供される。口金は更に、照明デバイスを、例えばランプ基部に取り付けるためにも提供されている。
【０００４】
一例として、米国特許第８，６９２，４４９号は、白熱電球の効果を真似る照明デバイスを開示している。可視光が、１つ以上の発光ダイオードによって提供され、光拡散器を通過する。発光ダイオード及び拡散器は、透明、即ち、光透過性の外囲器内に取り付けられている。拡散管は、例えばアクリルといった光学的に透明の材料で作られてよい。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１２／１２６２６０号は、波長変換管内に取り付けられたＬＥＤを有する照明デバイスを開示している。このデバイスでは、熱は、スタンドオフ又はヒートシンクを介して周囲に伝達される。
【０００６】
国際特許公開公報ＷＯ２０１３／０１４８２１では、光源が、実装基板上にあり、ヘリウムガスが満たされたバルブ内に配置されている照明デバイスが開示されている。この出願の主な主題は、バルブ内のアンテナの配置である。
【０００７】
発光ダイオードは、従来のフィラメントよりも熱効率が良いが、熱の発生を低減し、照明デバイスからの熱の放散を向上させる必要が依然としてある。見覚えのある照明デバイスを提供するために、白熱灯の機能も真似ることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、光源として、１つ以上の発光ダイオードを含み、同じ種類の光源を有する既知の照明デバイスに対して、熱的及び／又は光学的挙動が向上されている照明デバイスを提供することを目的とする。本発明は、照明デバイスが全方向性光、即ち、全方向に提供される光を提供する、発光ダイオードを有する照明デバイスを提供することを別の目的とする。全方向性光は、発光ダイオードの典型的な特性である指向性光とは対照的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様では、口金に接続される中空且つ半透明の外囲器と、外囲器内に配置される光混合要素と、外囲器内に配置され、光混合要素内へと光を放出するように配置され、また、光混合要素と熱接触した状態に配置される少なくとも１つの発光ダイオードとを含む照明デバイスが提供される。光混合要素は、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含む。発光ダイオードから放出される光は、光混合要素内で混合され、光混合要素から、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を通って分配され、半透明の外囲器を通って透過される。
【００１０】
本願全体を通して、発光ダイオードにＬＥＤとの略語が使用される。
【００１１】
本発明は、光源としてＬＥＤを有する照明デバイスを改良する幾つかの特徴の特定に基づいている。特定された特徴により、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含み、１つ以上のＬＥＤからの光がその中に放出される光混合要素の使用につながった。
【００１２】
現実的な範囲である限り任意の数のＬＥＤが、光混合要素を再構成する必要なく、光混合要素へ光を放出するように配置可能である。したがって、光混合要素の構成は、ＬＥＤの数とは無関係である。
【００１３】
ＬＥＤから放出される光が、光混合要素内で混合され、光混合要素から分配されることにより、例えば色温度及び配光といった特徴が、光混合要素の構造を適応させることにより変更することができる。したがって、照明デバイスは、ＬＥＤを変更することなく、例えば色温度及び配光に関して、白熱灯を模倣するように構成可能である。
【００１４】
斑点及びグレアは、光混合要素が、ＬＥＤから放出される光を、ＬＥＤの発光面に比べて大きい表面から分配することによって緩和される。更に、大きい表面を使用することにより、熱抵抗が減少され、これは、熱の放散効率を向上させる。熱抵抗は、ここでは、外囲器を満たしている内部ガスである周囲ガスに晒されている熱放散表面積に直接的に関連する。照明デバイスの熱放散効率を向上させるために、光混合要素に、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を使用することが有利であることが分かっている。伝導性及び半透明のセラミック材料の例は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）、スピネル及びマグネシア（酸化マグネシウム、ＭｇＯ）材料である。
【００１５】
したがって、光混合要素は、光スプレッダ及び熱スプレッダの両方として機能する。
【００１６】
一実施形態によれば、熱伝導性があって半透明のセラミック材料は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。ＰＣＡとの略語が、本願全体を通して使用される。ＰＣＡ材料の使用が特に有利であることが分かっている。ＰＣＡは、光混合要素での使用に適している優れた熱特性、電気分離特性、機械特性及び光学特性を有することが特定されている。光混合要素は、全体がＰＣＡで作られていても、ＰＣＡで作られている１つ以上の部分を含んでもよい。ＰＣＡは、光拡散材料、即ち、光の拡散に寄与し、したがって、照明デバイスの斑点を減少する半透明であるが非透明である材料として形成されてもよい。
【００１７】
光混合要素は、円筒形状を持つ。当該形状は、従来の白熱灯におけるフィラメントの形状をよく真似ているので、好適である。当該形状は、よく知られていて、したがって、顧客にとって魅力的である。
【００１８】
光混合要素は、中空であってよい。これにより、照明デバイスの組立て時に、ＬＥＤが簡単に光混合要素内に挿入される。ＬＥＤを光混合要素内に配置することができるため、ＬＥＤの黄色蛍光体は、照明デバイスの外側から見えないように隠すことができる。
【００１９】
ＬＥＤが、外囲器に面する光混合要素の端に配置されてよい。ＬＥＤを外囲器の近くに配置することによって、従来の白熱灯、更に、白熱灯を模倣した既知のＬＥＤ照明デバイスに対し、熱伝導が向上されることが分かっている。外囲器は、ガラスバルブの形であってよい。これにより、ＬＥＤによって生成される熱は、自然対流によって、更に、ガラスバルブの内部ガスを介した当該ガラスバルブへの直接熱伝導によって、照明デバイスの外側へと輸送される。光混合要素は、ＬＥＤが、外囲器に面する光混合要素の各端内に配置されるように方向付けられてよい。
【００２０】
一実施形態では、光混合要素は、円筒管を含む。円筒管は、安価に製造できる押出成形コンポーネントである。光混合要素は、円筒管の各端に配置されるエンドキャップを含み、発光ダイオードが、前記円筒管内で各エンドキャップを含んでよい。ＬＥＤが、円筒管内で各エンドキャップにおいて配置されてよい。エンドキャップの主面が平らで、特にＬＥＤが通常平らに成形される基板を含む場合に、当該ＬＥＤの取り付けを容易にする。
【００２１】
光混合要素と外囲器との間の距離が十分に小さければ、直接熱伝導が、自然対流よりも効率的に熱を伝達する。このことは、当該距離が、光混合要素側及び外囲器側における合計された実効温度境界層と同程度であるか、それよりも小さい場合に達成されることが分かっている。
【００２２】
一実施形態では、外囲器は、少なくとも７０体積％のヘリウムを含むガスで満たされてよい。
【００２３】
光混合要素と外囲器との間の距離は、１０ｍｍ以下であってよい。この実施形態は、熱伝導効率が増加するという利点を提供する。
【００２４】
照明デバイスは、少なくとも１つのＬＥＤを口金に接続する支持部材を更に含んでよい。支持部材は、光混合要素を支持するように配置されてよい。支持部材は、照明デバイス内の各ＬＥＤを口金に伝導的に接続する導線によって形成されてよい。したがって、支持部材は、光混合要素を支持する機能と、ＬＥＤと口金との間の伝導性接続を提供する機能との両方を提供する。
【００２５】
支持部材は、１つ以上のバネ要素を含んでよい。バネ要素は、発光路を安定化させるように、光混合チャンバの振動を吸収できるという点で有利である。
【００２６】
支持部材は、電気絶縁性材料で被覆されていてもよい。したがって、導線は、外囲器が破損したとしても、安全に触ることができる。光混合要素も、好適にはＰＣＡ材料であるセラミック材料で作られているため、破損し難い。
【００２７】
外囲器は、少なくとも１つのＬＥＤ、光混合要素及び外囲器と熱接触して配置される低重量ガス又は低重量ガスを含む混合物で満たされてよい。このようなガスは、熱特性を向上させ、したがって、光混合要素から外囲器への直接熱伝導を高める。低重量ガスの例は、水素及びヘリウムである。
【００２８】
本発明の第２の態様では、上記開示された何れかの実施形態による照明デバイスを含む照明器具が提供される。第１の態様に関連して開示された機能及び利点は、第２の態様にも適用される。不必要な繰り返しを回避するため、上記開示を参照されたい。
【００２９】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の説明を検討することにより、明らかとなろう。当業者であれば、本発明の様々な特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を生成するように組み合わされてもよいことは認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明のこれらの及び他の態様について、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明する。図面に示されるように、層及び領域のサイズは、説明のために誇張されており、したがって、本発明の実施形態の一般構造を説明するために提供されている。
【００３１】
【図１】図１は、第１の実施形態による照明デバイスを示す。
【図２】図２は、第２の実施形態による照明デバイスを示す。
【図３】図３は、光混合チャンバの一実施形態を示す。
【図４】図４は、従来技術の照明デバイスにおいて、自然対流によってどのように熱が輸送されるかを示す。
【図５ａ】図５ａは、第３の実施形態による照明デバイスを示す。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの照明デバイスにおいて、熱がどのように輸送されるかを示す。
【図６】図６は、第４の実施形態による照明デバイスを示す。
【図７ａ】図７ａは、本発明による照明デバイスの実施形態を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明による照明デバイスの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明において、本発明は、電球の形の外囲器を含む照明デバイスを参照して説明される。しかし、当然のことながら、これは、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、照明デバイスが別の形状の外囲器を含む他の応用にも等しく適用可能である。
【００３３】
図１に、第１の実施形態による照明デバイス１を側面図で示す。照明デバイス１は、光混合要素１０を含む。光混合要素１０は、円筒形状を持つ。光混合要素１０は、固体又は中空の本体によって形成される。光混合要素１０内に、２つのＬＥＤ１１が配置される。各ＬＥＤ１１は、光混合要素１０内へと発光するように配置される。各ＬＥＤ１１は、光混合要素１０と熱接続した状態で配置される。当然のことながら、ＬＥＤ１１の数は、少なくとも１つであり、様々な実施形態によって数は異なってよい。
【００３４】
ＬＥＤ１１を有する光混合要素１０は、中空且つ半透明の外囲器１２内に配置される。外囲器１２は、本実施形態では、バルブ１４によって形成される。バルブ１４は、透明又は半透明の材料で作られてよい。材料の非限定的な例は、ガラス及びプラスチックである。
【００３５】
「半透明」との用語は、光の通過を許可すると理解されるべきである。したがって、半透明とは、「光の通過を許可する」と理解され、半透明材料は、クリア、即ち、透明であるか、又は、ライトガイドの向こう側の物体がはっきりとは見えないように、光を伝える若しくは拡散する。透明とは、「透けて見える」と理解されるべきである。
【００３６】
バルブ１４は、口金１３に接続される。口金１３は、照明デバイス１を、例えばランプ基部に取り付け、例えばランプ基部内に設けられている外部電源と、照明デバイス１の内部導体との導電接続を提供する接続部材１５を含む。
【００３７】
本体１６が、バルブ１４内に配置され、接続部材１５に接続される。本体１６は、ガラス材料から作られてよいステム管である。照明デバイス１を組み立てる際、外囲器は、外囲器１２内に意図するコンポーネントを提供した後、本体１６を提供し、当該本体１６を、例えば溶融によって外囲器１２に取り付けることによって密封される。
【００３８】
一対の導線１７の形の支持部材が、ガラスバルブ１４内に配置される。導線１７は、照明デバイス１が口金１３を介して外部電源に取り付けられると、ＬＥＤ１１が給電されるように、各ＬＥＤ１１を接続部材１５に導電的に接続する。導線１７とＬＥＤ１１との接点は、Ａｕ／Ｓｎはんだ接合点であってよい。一対の導線１７は、光学的な不具合を防ぐために、光混合要素１０と光学的に接触していない。
【００３９】
導線１７は更に、光混合要素１０を支持するように配置される。支持機能は、例えば導線１７が剛性材料で作られることによって実現される。支持要素の代替実施形態が、図６に関連して、後で開示される。
【００４０】
光混合要素１０は、照明デバイス１の延長軸１８に垂直な方向に延在する細長い本体を形成する。この第１の実施形態では、光混合要素１０は、照明デバイス１が直立位置に配置される場合、水平方向に方向付けられると言える。光混合要素１０のこの形状及び方向によって、その外観に関して、白熱灯のフィラメントが模倣される。
【００４１】
照明デバイス１の組立て中には、光混合要素１０は、当該光混合要素１０をバルブ１４内に挿入する間、照明デバイス１１の延長軸１８と平行な方向に沿って方向付けられる。光混合要素１０を、光混合要素１０が延長軸１８に垂直な方向に延在する最終位置となるように、光混合要素１０を再度方向付けするために、導線１７が使用される。
【００４２】
次に、照明デバイス１によって例示される本発明の照明デバイスの機能について開示する。各ＬＥＤ１１から放出される光は、光混合要素１０内で混合され、光混合要素１０の外面から、バルブ１４内のガスの混合体を通って分配された後、半透明バルブ１４を通って透過される。したがって、光混合要素１０は、白熱照明デバイス内のフィラメントを模倣する。光混合要素１０は、その外面の一部から光を分配してもよい。
【００４３】
本発明は、光源としてＬＥＤを含む照明デバイスを改良する幾つかの特徴の特定に基づいている。
【００４４】
最初に、光混合要素の構成が、ＬＥＤ数及び種類とは無関係であることが望ましい。
【００４５】
第二に、照明デバイスが、白熱灯と同じ色温度挙動を有することが望ましい。照明デバイスは更に、自然な減光特徴を提供し、快い配光を有するべきである。
【００４６】
第三に、照明デバイスは、ＬＥＤの黄色蛍光体が隠される場合、快い外観を提供する。
【００４７】
最後に、放出された光が、方向性を持って提供されるのではなく、広範囲に亘って広がることによって、斑点及びグレアが少なくとも緩和される。
【００４８】
上記の特定された特徴により、１つ以上のＬＥＤ１１からの光がその中に放出される光混合要素１０の使用につながった。
【００４９】
現実的な範囲である限り、任意の数のＬＥＤ１１が、光混合要素１０を再構成する必要なく、光混合要素１０内へと発光するように配置可能である。したがって、光混合要素１０の構成は、ＬＥＤ１１の数とは無関係である。
【００５０】
ＬＥＤ１１から放出される光が、光混合要素１０内で混合され、光混合要素１０から分配されることにより、例えば色温度及び配光といった特徴が、光混合要素１０の構造を適応させることにより変更することができる。したがって、照明デバイス１は、ＬＥＤ１１を変更することなく、例えば色温度及び配光に関して、白熱灯を模倣するように構成可能である。
【００５１】
ＬＥＤ１１を光混合要素１０内に配置することができるため、ＬＥＤ１１の黄色蛍光体は、照明デバイスの外側から見えないように隠すことができる。
【００５２】
斑点及びグレアは、光混合要素１０が、ＬＥＤ１１から放出される光を、ＬＥＤ１１の発光面に比べて大きい表面から分配することによって緩和される。更に、大きい表面を使用することにより、熱抵抗が減少され、これは、ＬＥＤ１１によって生成された熱の放散効率を向上させる。熱抵抗は、ここでは、バルブ１４を満たしているガスである周囲ガスに晒されている熱放散表面積に直接的に関連する。
【００５３】
照明デバイス１の熱放散効率を向上させるために、光混合要素１０に、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を使用することが有利であることが分かっている。多結晶アルミナ（ＰＣＡ）材料の使用が特に有利であることが分かっている。
【００５４】
ＰＣＡは、光混合要素１０での使用に適している優れた熱特性、電気分離特性、機械特性及び光学特性を有することが特定されている。光混合要素１０は、全体がＰＣＡで作られていても、ＰＣＡで作られている１つ以上の部分を含んでもよい。
【００５５】
図２に、第２の実施形態による照明デバイス２が示される。照明デバイス２は、口金２３と外囲器２２とを含む。外囲器２２は、バルブ２４の形にある。照明デバイス２は更に、光混合要素２０を含む。ＬＥＤ２１が、光混合要素２０内へと発光するように配置される。ＬＥＤ２１は、導線２７を介して、口金２３に導電的に接続される。口金２３は、次に、ＬＥＤ２１に給電するために、外部電源に接続されるように配置される。
【００５６】
図２のコンポーネントは、第１の実施形態における対応するコンポーネントと同じ構造及び機能を有する。しかし、この第２の実施形態では、光混合要素２０は、照明デバイス２の延長軸１８と平行に延在するように配置される細長い本体を形成する。この向きによって、照明デバイス２の取付けが容易にされる。光混合要素２０は、延長軸１８に沿ってバルブ２４内に挿入され、光混合要素２０の再方向付けを必要とすることなく、その最終位置に配置される。
【００５７】
図３に、光混合要素３０の一実施形態が示される。光混合要素３０は、第１及び第２の実施形態の光混合要素１０、２０が形成される方法の一例である。
【００５８】
光混合要素３０は、円筒形状を持つ。光混合要素３０は、開放端が設けられた円筒管３２を含む。円筒管３２は、安価に製造できる押出成形コンポーネントである。
【００５９】
光混合要素３０は更に、円筒管３２の開放端のそれぞれに配置されるエンドキャップ３３を含む。エンドキャップ３３は、高温に耐えられるように、好適にはシリコーンベースの熱伝導性充填剤で、円筒管３２に接着される。円筒管３２とエンドキャップ３３とが光混合チャンバを形成する。
【００６０】
ＬＥＤ３１が、各エンドキャップ３３において、円筒管３２内に配置される。各ＬＥＤ３１は、対応するエンドキャップ３３に取り付けられる。各ＬＥＤ３１は、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）といった基板上に配置される発光ダイオードユニットを含んでよい。本実施形態では、エンドキャップ３３の主面、即ち、円筒管３２の開放端を覆う表面が平らで、特にＬＥＤ３１が通常平らに成形される基板を含む場合に、当該ＬＥＤ３１の取り付けを容易にする。
【００６１】
各ＬＥＤ３１は、円筒管３２内へと内側に発光するように配置される。放出された光は、円筒管３２内で混合され、その後、円筒管３２の壁を通ることによって円筒管３２から分配される。円筒管３２は、１つ以上の光出射部（図示せず）を含んでよく、当該光出射部を介して、円筒管３２内の光が、円筒管３２の外側へと伝えられる。光出射部は、好適にはＰＣＡである熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含む。円筒管３２の全体が、当該熱伝導性がって半透明のセラミック材料で作られてもよい。
【００６２】
円筒管３２及びエンドキャップ３３によって形成される光混合要素３０は、自然な減光の可能性を提供する。これは、ＬＥＤ３１を有する光混合要素３０がその中に配置されている照明デバイスが、白熱灯と同じ色温度挙動を有するように構成可能であることを意味する。例えば白色光及び琥珀色である様々な色温度の色が、光混合要素３０内で簡単に混合される。
【００６３】
次に、図４、図５ａ及び図５ｂを参照して、第３の実施形態による照明デバイス５を開示する。
【００６４】
図４から開始するに、従来の照明デバイス４が示されている。照明デバイス４は、外囲器４２と口金４３とを含む。ＬＥＤ４１の形の光源が、光を提供するように外囲器４２内に配置される。ＬＥＤ４１は、例えばヒートシンクに取り付けられていてよい。照明デバイス４は、更なるＬＥＤを含んでいてもよい。ＬＥＤ４１は、基板上に配置されていてよい。
【００６５】
ＬＥＤ４１は、発光時に熱を生成する。熱は、矢印４４によって示される自由対流によって、例えばガラスバルブである外囲器４２へと輸送される。したがって、図４の照明デバイス４は、自由対流によって冷却され、また、任意選択的に、ヒートシンクの使用によっても冷却される。
【００６６】
次に、図５ａ及び図５ｂを参照するに、第３の実施形態による照明デバイス５が示される。照明デバイス５は、外囲器５２内に提供される光混合要素５０を含む。外囲器５２は、バルブ５４を含む。バルブ５４は、口金５３に接続される。ＬＥＤ５１が、外囲器５２内に提供され、光混合要素５０内に配置される。ＬＥＤ５１は、光混合要素５０内へと発光するように配置される。図５ａ及び図５ｂのコンポーネントは、第１の実施形態の対応するコンポーネントと同じ構造及び機能を有してよい。
【００６７】
ＬＥＤ５１は、外囲器５２のバルブ５４に可能な限り近くに位置するように、光混合要素５０の端に配置される。ＬＥＤ５１をバルブ５４の近くに配置することによって、従来の白熱灯、更に、白熱灯を模倣した既知のＬＥＤ照明デバイスに対し、熱伝導が向上されることが分かっている。これにより、ＬＥＤ５１によって生成された熱は、５６によって示される自然対流によって、更に、５５によって示される、ガラスバルブ５４の内部ガスを介した当該バルブ５４への直接熱伝導によって、照明デバイス５の外側へと輸送される。
【００６８】
光混合要素の１つの端とバルブ５４との間の距離ｄが十分に小さい場合、直接熱伝導５５が、自然対流５６よりも効率的に熱を伝達する。このことは、距離ｄが、光混合要素側及びバルブ側における合計された実効温度境界層に等しいか、それよりも小さい場合に達成されることが分かっている。
【００６９】
光混合要素と内部バルブとの間には、壁流及び温度場が形成され、ガスの特性が、これらの境界層の厚さを規定する。これは、よく知られているガスのグラスホフ（Grashof）数に関連している。空気とヘリウムとを比較するに、ヘリウム中の速度及び温度境界層が、空気のそれの約３倍である。これは、これらの２つのガスについて異なるバルブ壁と管端との間の領域における熱挙動をもたらす。ヘリウムの場合のように、より伝導優位の挙動の場合では、光混合要素の端から壁までの距離が重要となる。表１に、ヘリウム及び空気についての光混合要素の端及びバルブ壁の相対熱抵抗を示す。
【表１】
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【００７０】
ヘリウムの場合、距離が小さいほど、熱抵抗が低く、７ｍｍを下回ると、減少は急になる。これが、伝導領域である。しかし、空気の場合、反対のことが見られ、距離を小さくすると、増加につながる。つまり、空気については、熱輸送は、流れがより優位である。
【００７１】
細長い形態で提供される光混合要素５０の使用によって、距離ｄは小さく保たれる。熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含む光混合要素５０の使用によって、内部ガスへの熱放散面積の増加という利点も達成される。この利点は、ＬＥＤ５１からの熱が、光混合要素５０の材料を介して伝導され、その表面から放散されることによる。
【００７２】
したがって、本発明による照明デバイスは、熱放散効率を向上させる。これは、図４に示される照明デバイスのような従来の照明デバイスに対する改良点である。（光混合要素なしで）例えば基板上に配置され、バルブ内に置かれるＬＥＤを含む照明デバイスでは、ガラスバルブの内部ガスへの熱伝導は、基板の表面積によって制限される。図４にも示されるように、ＬＥＤは、通常、このような照明デバイスの中心に置かれ、これは、ＬＥＤは、バルブの近くに置かれないということを意味する。熱は、主に、ＬＥＤ及び／又はＬＥＤ基板から内部ガスへの自由対流によって、また、次に、ガスからバルブへの自由対流によって、照明デバイスの外側へと輸送される。
【００７３】
本発明による照明デバイスでは、直接熱伝導を増加させるように、ＬＥＤをバルブの近くに提供することによって、また、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含む光混合要素の形で熱放散のための表面積を増加させることによって、熱放散効率が向上される。光混合要素は、プラスチック又はアクリルといった材料に比較してその高い熱伝導率により、ある種の冷却フィンとも呼ぶことができる改良型熱スプレッダとして機能する。
【００７４】
外囲器は、ガスが光混合要素及びバルブと熱接触しているように、低重量ガス又は低重量ガスを含む混合物で満たされていてよい。このようなガスは、熱特性を向上させ、したがって、光混合要素からガラスバルブへの熱伝導を高める。低重量ガスとは、低重量及び低粘度を、高熱伝導性と共に有するガスを意味する。低重量ガスの例は、水素及びヘリウムである。低重量ガスを含む混合物の例は、（低重量ガスである）ヘリウムと、（中重量ガスである）ジオキセ（dioxe）ガスとの間の混合物である。
【００７５】
有意な熱伝導を達成するために、どれくらい距離ｄを小さくする必要があるのかは、内部ガスの組成に依存する。一例として、１０ｍｍ以下の距離ｄを、少なくとも７０体積％のヘリウムを含む内部ガスと組み合わせると、熱伝導効率の増加という利点が提供されることが分かっている。
【００７６】
外囲器内のガスの圧力は、好適には高い。Ｈｅをガスとして使用する場合、１０ミリバールを上回る、好適には１００ミリバールを上回る圧力が、光源及び光混合要素の優れた冷却を提供する。
【００７７】
光混合要素の向きに依存して、ＬＥＤは、様々な位置に配置される。例えば図１に示される第１の実施形態では、１つ以上のＬＥＤ１１が、図５ａ及び図５ｂに示される第３の実施形態と同様に、端の位置に配置される。図２に示される第２の実施形態では、１つ以上のＬＥＤ２１は、熱伝導効率を向上させるために、好適には、光混合要素２０の上部に、即ち、バルブ２４の壁の近くに配置される。
【００７８】
図６に、第４の実施形態による照明デバイス６が示される。照明デバイス６は、本発明の他の実施形態の何れか１つによる光混合要素６０を含む。ＬＥＤ（図示せず）が、光混合要素６０内に配置される。一対の導線６１の形の支持部材が、照明デバイス６の外囲器内に配置される。導線６１は、照明デバイス６が外部電源に取り付けられると、ＬＥＤが給電されるように、ＬＥＤを導電的に接続する。導線６１は、光混合要素６０の支持体としても機能する。導線６１は、支持機能を提供するために剛性である。
【００７９】
一対の導線６１は、光学的な不具合を防ぐために、光混合要素６０と光学的に接触していない。
【００８０】
各導線６１は、バネ要素６２を含む。バネ要素６２の目的は、支持部材の可撓部分を提供することである。導線６１が剛性材料で作られていると想定すると、支持部材は、したがって、可撓部分と剛性部分とを含む。
【００８１】
バネ要素６２は、金属バネといった導線の弾性部分の形であってよい。バネ要素６２は、発光路を安定化させるように、光混合要素６０の振動を吸収できるという点で有利である。
【００８２】
導線６１は、電気絶縁性材料で被覆されていてもよい。したがって、導線６１は、ガラスバルブが破損したとしても、安全に触ることができる。光混合要素６０も、好適にはＰＣＡ材料であるセラミック材料で作られているため、破損し難い。
【００８３】
代替実施形態（図示せず）では、支持部材の可撓部分及び剛性部分の実現は、湾曲可能な細い金属線といった可撓導線と、プラスチック又はガラスで作られてよい剛性管等とを組み合わせることによって提供される。可撓導線は、剛性管内に、当該剛性管によって支持されるように配置されてもよい。当該導線は、上記導線６１と同様に、光源及び光混合要素に接続される。可撓導線を剛性管と組み合わせる構成は、可撓導線の形の可撓部分による小さい動きの吸収を依然として可能にしつつ、剛性管の形の剛性部分によって、光混合要素の安定した位置決めを提供する。剛性管は、照明デバイスのステム管に取り付けられるか、又は、ステム管の一部として形成されてもよい。
【００８４】
図７ａ及び図７ｂは、照明デバイス７の代替実施形態を示す。照明デバイス７は、先に開示された実施形態と比べて異なる形状の光混合要素７０を含む。光混合要素７０は、閉管によって形成されている。管は中空であってよい。管は、円形又は楕円形であってよい。光混合要素７０は、前に開示された実施形態の何れかに従って、支持部材７１によって取り付けられてよい。ＬＥＤ（図示せず）の形の光源は、好適には、光混合要素７０内に、照明デバイス７の外囲器７２の近くの位置に配置される。
【００８５】
光混合要素７０は、その中心軸が、照明デバイス７の延長軸に沿って配置される（図７ｂ）か、又は、延長軸に垂直に配置されてよい（図７ａ）。
【００８６】
当然ながら、上記開示された実施形態は、任意の可能な方法で組み合わされても、変更されてもよい。当業者であれば、本発明は、上記好適な実施形態に限定されないことは認識するであろう。それどころか、多くの修正態様及び変形態様が、添付の請求項の範囲内で可能である。
【００８７】
例えば、図３におけるエンドキャップ３３の主面は、ＬＥＤ３１の組立てを容易にするために平らである。或いは、エンドキャップ３３の主面は、その外面の形状が、外囲器の形状に従うように、凹状に成形されてもよい。このデザインは、より魅力的な審美的な見た目を提供する。別の例として、光混合要素の表面には、特別な照明効果を作成する構造物が設けられていてもよい。なお、「ＬＥＤ」との用語は、ダイオードユニットのみを指しても、プリント回路基板といった基板に取り付けられたダイオードユニットを指してもよい。本発明による照明デバイスは、家庭使用、ホスピタリティ使用、屋外使用、オフィス及び産業における使用、店舗使用又は娯楽使用といった様々な応用における使用のために、照明器具、即ち、照明設備内に提供されてよい。
【００８８】
更に、開示された実施形態の変形態様が、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、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。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月9日(2017.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金に接続される中空且つ半透明の外囲器と、
前記外囲器内に配置される光混合要素と、
前記外囲器内に配置され、前記光混合要素内へと光を放出するように配置され、また、前記光混合要素と熱接触した状態に配置される少なくとも１つの発光ダイオードと、
を含み、
前記光混合要素は、熱伝導性があって半透明のセラミック材料を含み、
前記少なくとも１つの発光ダイオードから放出される光は、前記光混合要素内で混合され、前記光混合要素から、前記熱伝導性があって半透明のセラミック材料を通って分配され、前記半透明の外囲器を通って透過され、
前記光混合要素と前記外囲器との間の距離は、直接熱伝導が自然対流よりも効率的に熱を伝達するように、前記光混合要素側及び前記外囲器側における合計された実効温度境界層と等しいか、又は、それよりも小さい、照明デバイス。
【請求項２】
前記熱伝導性があって半透明のセラミック材料は、多結晶アルミナである、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記光混合要素は、円筒形状を持つ、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記光混合要素は、光混合チャンバを形成する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記光混合要素は、中空である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
発光ダイオードが、前記外囲器に面する前記光混合要素の端に配置される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項７】
発光ダイオードが、前記外囲器に面する前記光混合チャンバの各端内に配置される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記光混合要素は、円筒管を含み、前記光混合要素は、前記円筒管の各端におけるエンドキャップを含み、発光ダイオードが、前記円筒管内で各エンドキャップにおいて配置される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項９】
前記外囲器は、少なくとも７０体積％のヘリウムを含むガスで満たされ、前記光混合要素と前記外囲器との間の前記距離は、１０ｍｍ以下である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの発光ダイオードを前記口金に接続する支持部材を更に含み、前記支持部材は、前記光混合要素を支持するように配置される、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記支持部材は、１つ以上のバネ要素を含む、請求項１０に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記支持部材は、電気絶縁性材料で被覆されている、請求項１０又は１１に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記外囲器は、前記少なくとも１つの発光ダイオード、前記光混合要素及び前記外囲器と熱接触して配置される低重量ガス又は低重量ガスを含む混合物で満たされる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイスを含む、照明器具。
【国際調査報告】
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