(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの支持体素子（４）と、この支持体素子（４）上に配置されている少なくとも１つの発光ダイオード（５）とを備えた照明装置（１）に関する。発光ダイオード（５）から熱を排出するために設けられている、照明装置（１）のコンポーネント（２，３，４，７，１０）のうちの少なくとも１つのコンポーネント、例えば支持体素子（４）には、熱伝導性が高い絶縁性の層（６，１１）が少なくとも部分的に設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの支持体部（４）と、該支持体部（４）上に配置されている少なくとも１つの発光ダイオード（５）とを備えた照明装置（１）において、
前記発光ダイオード（５）から熱を排出するために設けられている、前記照明装置（１）のコンポーネント（２，３，４，７，１０）のうちの少なくとも１つのコンポーネント、例えば支持体部（４）には、少なくとも部分的に炭素化合物、例えばアモルファス炭素、例えば四面体アモルファス炭素から形成されている熱伝導性が高い絶縁性の層（６，１１）が少なくとも部分的に設けられていることを特徴とする、照明装置（１）。
【請求項２】
前記層（６，１１）は、少なくとも１μｍ、最大で３μｍ、有利には約２μｍである、有利には一定の厚さを有する、請求項１記載の照明装置（１）。
【請求項３】
前記照明装置（１）は、前記発光ダイオード（５）および前記支持体部（４）を包囲する少なくとも１つのバルブ（３）、および／または、少なくとも１つの口金（２）を有する、請求項１または２記載の照明装置（１）。
【請求項４】
前記バルブ（３）には熱伝導性の高い前記層（１１）が少なくとも部分的に設けられている、請求項３記載の照明装置（１）。
【請求項５】
前記層（１１）は前記バルブ（３）の外面に配置されている、請求項３または４記載の照明装置（１）。
【請求項６】
前記バルブ（３）は、前記発光ダイオード（５）から放出されるビームの少なくとも１つの波長を別の波長に少なくとも部分的に変換する変換層（１２）によって少なくとも部分的にコーティングされている、請求項３から５までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項７】
前記変換層（１２）は前記バルブ（３）の内面に配置されている、請求項３から６までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項８】
ＵＶビームに対して十分に非透過性であり、例えばＵＶビームを吸収および／または反射する少なくとも１つの層（１１）、例えば熱伝導性の高い層（１１）が、ＵＶビームに対して十分に非透過性である層（１１）として前記バルブ（３）上に構成されている、請求項３から７までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項９】
前記バルブ（３）はガラスから形成されている、請求項３から８までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１０】
少なくとも１つの発光ダイオード（５）から放出されるビームの波長は４１０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲、有利には４４０ｎｍ〜５１０ｎｍの範囲、殊に有利には約４７０ｎｍの範囲にある、請求項１から９までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１１】
前記支持体部（４）は前記照明装置（１）の前記口金（２）と熱的に作用結合されている、請求項３から１０までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１２】
前記支持体部（４）は、有利にはヒートパイプ（７）として構成されている少なくとも１つの結合部（７）を介して、前記照明装置（１）の前記口金（２）と作用結合されている、請求項３から１１までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１３】
前記支持体部（４）、および／または、前記支持体部（４）と前記照明装置（１）の前記口金（２）との間の結合部（７）には熱伝導性の高い層が設けられている、請求項３から１２までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの支持体部と、この支持体部上に配置されている少なくとも１つの発光ダイオードとを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードを備えた照明装置は、効率が良く、また廉価に製造できることから一般照明にますます使用されてきている。本来の発光ダイオードは小型であることから、大抵の場合は支持体部上に配置されている。この支持体部上にはさらに別の構成要素、例えば別の発光ダイオード、給電線または回路を取り付けることができる。
【０００３】
照明装置の特別な形態はＬＥＤランプである。このＬＥＤランプは有利には、照明器具やソケットを変更する必要なく、既存の従来のランプ、例えば白熱電球または蛍光灯の代替品として使用される。ＬＥＤランプでは１つまたは複数の発光ダイオードを備えた支持体部が従来の口金に取り付けられており、定格電圧をＬＥＤの給電電圧に変換するために、大抵の場合はさらに電気回路が設けられている。
【０００４】
この種のいわゆるレトロフィットによる解決手段は、その外観については公知の白熱電球を想起させるものであり、したがって大抵の場合はさらにバルブを有し、このバルブは支持体部および発光ダイオードを包囲し、またその形状は従来の白熱電球から公知の構造形態に類似するものである。
【０００５】
しかしながら、従来技術による照明装置の欠点、ここでは殊にＬＥＤランプの欠点は、ＬＥＤの動作時に生じる熱を不十分にしか排出できないことである。確かに、ＬＥＤから直接的に熱を排出するために、例えば銅またはアルミニウムから成る熱伝導性の高い支持体部が頻繁に選択されているが、この場合にはＬＥＤと支持体部との間に絶縁層を配置する必要があり、これによって熱伝導性が低下し、また製造コストも増加する。
【０００６】
発明の概要
本発明の課題は、上述の欠点、殊にＬＥＤの冷却時の欠点を回避する、少なくとも１つの支持体部と、この支持体部上に配置されている少なくとも１つの発光ダイオードとを備えた照明装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００８】
殊に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
発光ダイオードからの熱を排出するために設けられており、また熱伝導性の高い絶縁層を少なくとも部分的に備えている、照明装置の少なくとも１つのコンポーネント、殊に支持体部が設けられていることによって、ＬＥＤから放出される熱の排出が簡単に実現され、それと同時にコーティングされた構成部材の良好な電気的な絶縁が達成される。殊に、本願明細書の枠内において熱伝導性の高い層とは、下方に設けられている基板よりも高い熱伝導性を有する層であるが、いかなる場合においても、標準状態下では２０Ｗ／ｍｋ、殊に２００Ｗ／ｍＫ、殊に有利には６００Ｗ／ｍＫよりも大きい熱伝導性を有する層である。絶縁性の材料は、典型的には１０3Ωｍ、殊に１５5Ωｍ、殊に有利には１０8Ωｍ以上の高い比抵抗を特徴とする。
【００１０】
層は少なくとも部分的に、炭素、殊にアモルファス炭素、有利には四面体アモルファス炭素から形成されている。炭素は機械的および電気的な特性を有する種々の変性態で取ることができ、また要求に良好に適合させることができる。アモルファス炭素は摩耗耐性が高いことに加え、殊に高い比抵抗（＞１０3Ωｍ）および高い熱伝導性（約１０００Ｗ／ｍＫ）を特徴としているので、このアモルファス炭素は本発明によるコーティングに殊に良好に適している。アモルファス炭素はダイヤモンド状の複合材料の本質的な構成要素でもあり、この複合材料においては、別の構成要素として例えばケイ素を含有させ、特性を要求に適合させることができる。
【００１１】
コーティングを複雑な幾何学形状にも簡単に施すことができ、また特性を例えば層厚および材料の選択によって有利には調整することができる。この場合には、熱伝導性以外にも殊に導電性、また種々の波長の電磁ビームに対する透過性を有利には制御することができる。
【００１２】
本発明によれば、例えば、発光ダイオードを配置することができる本発明による層を支持体部に設けることができ、発光ダイオードからの熱が直接的に側方にも下方にも排出されることによって、その熱を殊に良好に排出することができる。殊に、熱伝導性が比較的低い支持体部、例えばプラスチックプレートでは熱を側方に排出することが有利である。何故ならば、熱を大きい面積にわたり分散できるからである。層は付加的に電気的に絶縁されているので、ＬＥＤの接続個所は支持体部の材料に依存せずに自動的に相互に絶縁されている。したがって、金属性の支持体部、つまり熱伝導性が良好な支持体部、例えば銅支持体またはアルミニウム支持体を使用することができ、ＬＥＤからの熱排出を殊に有利に実施することができることによって、殊に有利な実施形態も実現される。
【００１３】
ユーザが接触可能な部分、例えばケーシングまたはヒートシンクがコーティングされることによって、それらのコーティングされたケーシングまたはヒートシンクを、電圧が誘導される部分、例えば口金の部分と接触させることができるので、接触時のユーザの危険は生じない。
【００１４】
この種の層を簡単なやり方で種々のコーティング方法を用いて、例えばＰＥＣＶＤ法を用いて、種々の基底部、殊に金属およびガラスに被着させることができる。
【００１５】
本発明の別の好適な実施形態においては、層が少なくとも部分的にセラミック材料、殊に窒化アルミニウムから形成されている。セラミック材料は同様に、比抵抗に関する要求、また殊に窒化アルミニウムを使用する場合には熱伝導性に関する要求を満たす絶縁体である。
【００１６】
層が少なくとも１μｍ、最大で３μｍ、有利には約２μｍの有利には一定の厚さを有する場合には好適である。この厚さの層を簡単に被着させることができるが、意図せずにコーティングされていない領域が生じないことを保証するには十分なものである。平均的な層厚からの最大偏差が５％を上回らない層が一定の厚さの層と見なされる。光透過性のコンポーネント、例えば光を案内するための光学系またはＬＥＤランプのバルブがコーティングされても、この層厚では可視光に対する透過性は過度に大きく低下しない。
【００１７】
照明装置が少なくとも１つの口金、および／または、発光ダイオードおよび支持体部を包囲する少なくとも１つのバルブを有し、したがってＬＥＤランプとして構成されている場合に、本発明は殊に有利に効果を発揮する。この種のランプにおいては、支持体部および発光ダイオードが口金およびバルブによって包囲されていることによって熱の排出が困難になる。熱を排出するために、外部から可視であるヒートシンクを付加的または代替的に使用すること、また換気スリットを有するバルブを設けることは不利である。何故ならば、この措置はランプの外観を不所望に損ね、また埃や汚れの堆積を促すからである。本発明によるコーティングを使用することによって、ＬＥＤランプにおける熱を簡単且つ効果的に分散させることができ、これによって熱の排出が容易になる。
【００１８】
このことは殊に、バルブに熱伝導性の高い層が少なくとも部分的に設けられている場合に当てはまる。したがって、バルブ内にもたらされる熱をバルブの面全体にわたり分散させ、その面から熱を殊に良好に周囲に排出させることができる。好適には、バルブを介してＬＥＤの熱を排出させることができるので、バルブはＬＥＤおよび／または支持体部と熱的に作用結合している。
【００１９】
この場合、層がバルブの外面に配置されている場合には殊に有利である。何故ならば、外面は周囲の空気に曝されており、熱を空気に排出することができるからである。
【００２０】
有利には、バルブが少なくとも部分的に、ＬＥＤから放出されるビームの少なくとも１つの波長を別の波長に少なくとも部分的に変換するための変換層によってコーティングされている。これによって、ＬＥＤランプの光の色を調整することができる。ＬＥＤの領域に直接的に配置されている変換層とは異なり、バルブに配置されている変換層は比較的低い負荷、殊に熱負荷に晒されている。
【００２１】
有利には、変換層はバルブの内面に配置されている。何故ならば、変換層は内面では周囲の影響から保護されているからである。
【００２２】
ＵＶビームに対して十分に非透過性であり、殊にＵＶビームを吸収および／または反射する少なくとも１つの層、殊に熱伝導性の高い層がＵＶビームに対して十分に非透過性である層としてバルブ上に構成されていることによって、ＬＥＤから放出される、ユーザにとって有害なＵＶ光は確実に遮蔽される。さらには、反射性の層の場合にはＵＶビームをさらに内側に位置する変換層に向かって反射させることができ、これによってＬＥＤランプの効率が高まる。
【００２３】
ガラスから成るバルブに熱伝導性の層を殊に良好に設けることができる。何故ならば、この熱伝導性の層は、層の製造時、またＬＥＤランプの動作時に生じる熱の影響を殆ど受けないからである。
【００２４】
好適には、少なくとも１つの発光ダイオードから放出されるビームの波長は４１０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲、有利には４４０ｎｍ〜５１０ｎｍの範囲、殊に有利には約４７０ｎｍの範囲にある。この種の波長領域は変換層との複合作用において殊に有利である。何故ならば、これによって殊に簡単に白色光を形成することができるからである。
【００２５】
好適には、支持体部がＬＥＤランプの口金と熱的に作用結合している。これによって、支持体部からの熱を口金へと排出し、またその口金から、例えば適切なソケットまたはバルブへと十分に分散させることができる。
【００２６】
支持体部が、有利にはヒートパイプとして構成されている少なくとも１つの結合部を介して照明装置の口金と作用結合されることによって、殊に良好な熱伝達が達成され、またそれと同時に支持体部をバルブ内で自由に位置決めすることができる。これによって支持体部を殊に簡単に３次元のボディとして実施することができる。この３次元のボディはあらゆる個所に発光ダイオードを実装することができ、したがって簡単な手段によってあらゆる方向への光の放出が実現される。
【００２７】
有利には、支持体部、および／または、その支持体部と照明装置の口金との間にある少なくとも１つの結合部には、熱伝導性の高い層が設けられている。これによって熱が殊に良好に支持体部に分散される、もしくはこの支持体部から排出される。
【００２８】
好適には、少なくとも１つの発光ダイオードを駆動制御するための電子的なコンポーネントが照明装置の口金の領域内に配置されている。この位置において、コンポーネントはＬＥＤから可能な限り十分に距離を置いて配置されており、これによって僅かな熱負荷に晒される。さらには、殊に金属性の口金を使用する場合にはコンポーネントを容易に遮蔽させることができ、これによって良好な電磁環境適合性（ＥＭＣ）が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による照明装置１の実施例を示す。
【００３０】
発明の有利な実施形態
以下では、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。図面には、本発明による照明装置１の例として、口金２と、バルブ３と、発光ダイオード（ＬＥＤ）５が配置されている支持体部４とを備えたＬＥＤランプ１が示されている。
【００３１】
支持体部４はアルミニウムから形成されており、また四面体アモルファス炭素（いわゆるＤＬＣ；diamond-like carbon）から成る非導電性の層、すなわちＤＬＣ層６が約２μｍの厚さでコーティングされている。この層は電気的に絶縁性であり、また熱伝導性が非常に優れている（６００Ｗ／ｍＫ以上、典型的には約１０００Ｗ／ｍＫ）。これによって、ＬＥＤ５は非常に良好に支持体部４と熱的に接続されており、また支持体部４から電気的に絶縁されている。それと同時にＤＬＣ層６の高い熱伝導性によって、ＬＥＤ５から放出される熱が支持体部４の表面に沿って分散され、したがって周囲に対しても支持体部４の内面に対しても良好な熱排出が実現される。
【００３２】
支持体部４はいわゆるヒートパイプ７を介して口金２と接続されているので、ＬＥＤ５の熱を支持体部４およびヒートパイプ７を介して口金２に排出することができる。ヒートパイプ７はそれと同時に、少なくとも一方の極性に関して支持体部４への給電部としても使用される。この場合には、適切な構成によって一方の極性が内部管８を介して運ばれ、他方の極性が外部管９を介して運ばれる。
【００３３】
しかしながら、支持体部４への給電が一方の極性に関しては、やはり四面体アモルファス炭素によってコーティングされている外面を有するヒートパイプ７を用いて行われ、他方の極性がＤＬＣ層上の導体路を介して支持体部４へと案内される実施形態も考えられる。
【００３４】
この実施例においては、バルブ３が載置される円筒状のアルミニウムプレート１０を介して、ヒートパイプ７とバルブ３とが熱的に作用結合されている。バルブ３はガラスから製造されており、その外面は同様に四面体アモルファス炭素から成る層１１によってコーティングされている。熱はアルミニウムプレート１０から層１１へと伝達され、この層１１の非常に優れた熱伝導性に基づき、バルブ３の表面に分散し、周囲に排出される。層１１の厚さは、良好な熱排出が保証されているように、またそれにもかかわらず、バルブ３の光透過性が関連する波長に関して実質的に影響を受けないように約２μｍの厚さに選定されている。
【００３５】
ＬＥＤ５は約４７０ｎｍの波長を有する光を放出する。バルブ３の内面には変換層１２がコーティングされており、この変換層１２はＬＥＤ５から放出されたビームを部分的に別の波長領域に変換するものであり、つまり白色光を形成するために使用される。適切な変換材料は当業者の知識内にある。変換材料についての可能性は、例えば青色のＬＥＤ５を使用する場合、例えばEP1206802にも記載されている。
【００３６】
この実施例において、口金２は規格化されたＥ２７−Ｅｄｉｏｎねじ込み部１３と円筒部１４とを有する。この円筒部１４はＬＥＤ５の電圧供給および駆動制御のための電子的なコンポーネントを含むが、それらは図示されていない。円筒部１４の大きさは電子的なコンポーネントに関する所要スペースに依存する。この実施例において、円筒部１４の外壁１５はポリマ材料から製造されており、これによって殊に安全性の要求が満たされ、また口金２の簡単な製造が実現される。しかしながら、例えばねじ込み部１３、またそれと共に嵌め込み部へと熱を排出するために、円筒部１４の外壁１５に対して金属が使用される実施形態も考えられる。
【００３７】
もちろん、本発明の別の実施形態も考えられる。つまり、殊にＬＥＤランプ１の代わりに、発光ダイオード５を基礎とした別の照明装置１、例えば、実質的にＬＥＤ１と支持体部４から成るが、場合によってはヒートシンクおよび／または電気的な構成素子とから成る単一のＬＥＤモジュールを構成することもできる。しかしながら本発明によれば、例えばケーシング、ディフューザまたはその他の光学素子の一部がコーティングされていることによって完全なＬＥＤ照明を実施することもできる。ケーシングの部分をコーティングする場合には、ＤＬＣ層の高い摩耗耐性も、セラミック層の高い摩耗耐性も、また侵食に対するその不感性も有利である。何故ならば、照明装置は最も好適でない周辺条件下でも使用することができるからである。
【００３８】
さらに本発明によるＬＥＤランプ１においては、例えばバルブ３をプラスチックから製造することができ、これは簡単且つ廉価な製造を実現する。バルブ３の形状は、ここで示した形状とも一般的な白熱電球に応じた形状とも異なるものであってよく、例えばリフレクタランプに近い形状であってもよい。バルブ３および支持体部４をコーティングする代わりに、もちろん、複数あるコンポーネントのうちのただ１つのみがコーティングされている実施形態も考えられる。
【００３９】
支持体部４におけるＬＥＤ５の種類および配置構成に関して、また支持体部４の形状に関して、当業者には多数の実施形態が公知であり、殊に図示した青色のＬＥＤ５の代わりに、別の支配的な波長を有するＬＥＤを使用することもできる。殊にＵＶ−ＬＥＤの使用が挙げられるが、照明を目的としてＬＥＤランプ１を使用する場合、有害量のＵＶビームの放出を阻止する変換層１２、バルブ材料もしくはコーティングの使用は必ず必要となる。多色ＬＥＤ５を使用する場合には、個々のＬＥＤ５の色を混合して、白色光を形成するために、バルブ３は拡散部としても使用することができる。
【００４０】
ＤＬＣコーティング６，１１の代わりに、他のコーティング材料、殊に窒化アルミニウム、また炭素の他に別の構成要素も十分な量含有している、炭素を基礎としたダイヤモンド状のナノコーティングも考えられる。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【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】
少なくとも１つの支持体部（４）と、該支持体部（４）上に配置されている少なくとも１つの発光ダイオード（５）とを備えた照明装置（１）において、
前記発光ダイオード（５）から熱を排出するために設けられている、前記支持体部（４）または前記照明装置（１）のコンポーネント（２，３，７，１０）のうちの少なくとも１つのコンポーネントには、少なくとも部分的に炭素化合物から形成されている熱伝導性が高い絶縁性の層（６，１１）が少なくとも部分的に設けられていることを特徴とする、照明装置（１）。
【請求項２】
前記炭素化合物はアモルファス炭素または四面体アモルファス炭素である、請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記層（６，１１）は、少なくとも１μｍ、最大で３μｍの厚さを有する、請求項１または２記載の照明装置（１）。
【請求項４】
前記照明装置（１）は、前記発光ダイオード（５）および前記支持体部（４）を包囲する少なくとも１つのバルブ（３）と、少なくとも１つの口金（２）とを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項５】
前記バルブ（３）には熱伝導性の高い前記層（１１）が少なくとも部分的に設けられている、請求項４記載の照明装置（１）。
【請求項６】
前記層（１１）は前記バルブ（３）の外面に配置されている、請求項５記載の照明装置（１）。
【請求項７】
前記バルブ（３）は、前記発光ダイオード（５）から放出されるビームの少なくとも１つの波長を別の波長に少なくとも部分的に変換する変換層（１２）によって少なくとも部分的にコーティングされている、請求項４から６までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項８】
前記変換層（１２）は前記バルブ（３）の内面に配置されている、請求項７記載の照明装置（１）。
【請求項９】
熱伝導性の高い前記層（１１）は、ＵＶビームを吸収または反射する、請求項５または６記載の照明装置（１）。
【請求項１０】
前記バルブ（３）はガラスから形成されている、請求項４から９までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１１】
少なくとも１つの発光ダイオード（５）から放出されるビームの波長は４１０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲にある、請求項１から１０までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１２】
前記支持体部（４）は前記照明装置（１）の前記口金（２）と熱的に作用結合されている、請求項４から１１までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１３】
前記支持体部（４）は、ヒートパイプ（７）として構成されている少なくとも１つの結合部（７）を介して、前記照明装置（１）の前記口金（２）と作用結合されている、請求項４から１２までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１４】
前記支持体部（４）、または、前記支持体部（４）と前記照明装置（１）の前記口金（２）との間の結合部（７）、または、前記支持体部（４）および前記結合部（７）の両方には熱伝導性の高い層が設けられている、請求項４から１３までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【国際調査報告】
2012503284.tif 000004
2012503284.tif 000005
2012503284.tif 000006
2012503284.tif 000007