JP2009032590A - 多段層基板によって達成されかつ熱を即座に放散するｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】生成された熱を即座かつ効率的に放散し得るＬＥＤランプを、提供する。
【解決手段】多段層構造として並列に形成される複数の基板２を有するＬＥＤランプ１００である。基板２の各々は、取り付けられた複数の発光ダイオード１を有する。点灯し、発光ダイオード１による熱が生成すると、基板２の各々は、そのままで、熱放散プレートとして機能するため、多段層基板２は、ＬＥＤランプ１００の発光ダイオード１からの生成された熱を、即座かつ効率的に、外に向かって放散し、ＬＥＤランプ１００の照明品質の劣化を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段層基板によって達成されかつ熱を即座に放散するＬＥＤランプに関する。

複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有するＬＥＤランプは、一旦点灯すると、ＬＥＤあるいはＬＥＤモジュールの温度が、急速に上昇し、ランプに熱が蓄積される。熱が十分に放散されない場合、点滅（フリッカ）を引き起こし、ＬＥＤランプの照明品質を劣化させる。そして、それによって、ランプの有効寿命を短くする。

また、キャップと基板との間に連結されるギヤ支柱を有するＬＥＤランプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。基板は、平面（プレーナ表面）を有する多面体として配置され、ギヤ支柱には、基板およびＬＥＤを冷却するためのファンが設けられている。
米国特許第６７９３３７４号明細書

しかし、このような従来技術は、以下の不利益を有する。

１．ＬＥＤ基板は、密閉されたハウジングである多面体として形成されており、ＬＥＤによって生成される熱が、ギヤ支柱において非常に蓄積されるため、熱を満足のゆくように放散させることが困難である。

２．ギヤ支柱には、ＬＥＤランプを冷却するためのファン９を設置する必要があり、設備、操作およびメンテナンスのコストを増加させる。また、ファンを駆動するための電気エネルギを必要とし、環境保護の観点において、エネルギを浪費している。

３．ファンの回転は、ＬＥＤランプの振動を引き起こすため、ランプのＬＥＤの回路に対する損傷あるいはランプのＬＥＤ回路における短絡を生じさせ、したがって、それによって、動作不能となる虞がある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、生成された熱を即座かつ効率的に放散し得るＬＥＤランプを、提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
複数の発光ダイオード、および、
多段層構造として並列に形成される複数の基板を有し、
前記基板の各々は、取り付けられた少なくとも１つの前記発光ダイオードを有し、
前記発光ダイオードの点灯の際に、前記発光ダイオードによって生成された熱は、前記基板の各々から外に向かって即座かつ直接的に放散される
ことを特徴とするＬＥＤランプである。

上記目的を達成するための請求項９に記載の発明は、
多段層として並列に形成される複数の基板とそれぞれ熱的に連結されるＬＥＤアレイおよびマルチチップＬＥＤアレイを含んでいる複数のＬＥＤモジュールを有し、
前記基板の各々は、少なくとも１つの熱放散デバイス、前記ＬＥＤランプのフロント部に取り付けられる透明カバー、および、ＬＥＤランプの後方部位に固定され、かつ、熱放散デバイスの内側部位に連結されるランプシェードと、熱的に連結されており、また、
前記複数の基板は、前記透明カバーと前記ランプシェードとの間に、収容されている
ことを特徴とするＬＥＤランプである。

本発明によれば、ＬＥＤランプは、多段層として並列される複数の基板を有する。また、基板の各々は、取り付けられた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。ＬＥＤによる熱が生成すると、基板の各々は、そのままで、熱放散プレートを構成（熱放散プレートとして機能）するため、多段層基板は、ＬＥＤランプの発光ダイオードからの熱を、即座かつ効率的に、外に向かって放散し、ＬＥＤランプの照明品質の劣化を防止する。つまり、生成された熱を即座かつ効率的に放散し得るＬＥＤランプを、提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る組立てられたＬＥＤランプを示している図、図２は、図１の線２−２方向から見た本発明の断面図、図３は、透明カバーおよびランプシェードを取外した場合における本発明の側面図、図４は、図３の線４−４方向から見た断面図、図５は、図３の底面図、図６は、図１の実施の形態に縦熱放散フィンが加えられた本発明の変形例を示している図である。

図１〜５に示されるように、本発明に係るＬＥＤランプ（照明器具）１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１、多段層（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌａｙｅｒｓ）構造として並列（ｊｕｘｔａｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ）に形成される複数の基板２，２ａ〜２ｄ、ＬＥＤランプ１００のフロント部（光出力（ｌｉｇｈｔ−ｏｕｔｐｕｔ）側）に取り付けられる透明カバー（レンズカバー）４、および、ＬＥＤランプ１００の後方部位（内側部位）に取り付けられる、少なくとも１つのランプシェード５を有する。基板２，２ａ〜２ｄの各々は、取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）１を有する。複数の基板２，２ａ〜２ｄの１つには、少なくとも１つの熱放散デバイス３が固定されている。

発光ダイオード１は、基板２，２ａ〜２ｄの各々に、独立した（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ）ＬＥＤ、環状アレイ、ＬＥＤモジュールあるいはその他のアレイ配置（アレイレイアウト）で、固定あるいは取り付けられるが、本発明は、これらに限定されない。

本発明に係る要素の数、形状、取り付け方法あるいは組み立て方法は、限定されない。

ＬＥＤは、ＬＥＤ回路に電気的に連結することが可能であり、ＬＥＤ回路は、本発明に係る基板２，２ａ〜２ｄが固定あるいは一体的に形成される回路基板上に形成される。なお、ＬＥＤ回路とその他の要素との電気的絶縁を、考慮する必要がある。

複数の基板２，２ａ〜２ｄは、互いに並列され、多段層構造とされる。隣接する２つの基板毎に、その間にエアスぺースを定義し、基板と空気との間の接触領域を増加させており、熱放散領域を増加させ、外に向かって、即座かつ効率的に熱を放散することが可能である。

基板は、良好な熱放散特性を有する熱伝導材から形成されており、良好な熱伝達および熱放散特性を有する銅、アルミニウム、アルミニウム合金およびその他の複合材料から選択することが可能である。

複数の基板２，２ａ〜２ｄは、図３〜５に示されるように、ＬＥＤランプの長手方向軸Ｘに関し、段階的に変化するように並列的に、ＬＥＤランプに取り付けられており、基板の多段層となっている。基板の各々は、環状形状として形成されており、基板毎に中央開口部２１を定義している。環状形状基板の中央開口部２１の内径は、外側（フロント）基板から内側（後方）基板（特に、図５に示されるように）へ向かって徐々に減少している。基板の各々は、同心状に取り付けられる複数の発光ダイオード１を有する。内側基板上の発光ダイオード１の各々は、発光ダイオード１の出力光投射が妨害されることなく、内側基板に隣接する外側基板の中央開口部２１を経由し、外に向かって光を投射する。

２つの隣接する基板毎に、ボルトのような締結要素２０によって連結されている。外に向かってさらに熱を放散するために、複数の基板における最も内側の基板２ｄに、熱放散デバイス３が固定されている。

熱放散デバイス３は、複数の放熱フィンを含むことが可能である。

基板２の数および基板の面積は、ＬＥＤのワットに依存し、可変かつ調整可能である。例えば、高パワーあるいは高ワットを有するＬＥＤランプの場合、ＬＥＤの数および基板は、相応して増加する。

発光ダイオード１は、ＬＥＤから基板に向う熱移動を促進するため、ヒートシンク塊（スラグ）に補助されて、基板２に取り付けられており、ＬＥＤによって生成される熱は、ヒートシンク塊を経由し、外に向かって効率的に放散される。

ＬＥＤ回路は、基板２の外部表面に直接的に印刷あるいは形成され、かつ、基板の内側表面を、粗面として形成することで、空気との接触領域を増加させ、その熱放散効率を向上させている。

複数の縦熱放散フィン３ａ（図６）が、複数の基板２，２ａ〜２ｄに放射状に固定されており、熱放散領域および熱放散効率をさらに増加させることが可能である。

このような縦熱放散フィン３ａはまた、ＬＥＤに対する直接的接触を防御（ｐｒｏｔｅｃｔ）し、それによって、ＬＥＤの熱によって引き起こされる不測の損傷を防止することが可能である。

ランプシェード５は、ＬＥＤランプにける換気を促進し、ＬＥＤからの熱放散を補助するために、複数の換気孔５１が形成されている。

ＬＥＤの向きを、光出力方向あるいは直線（ｓｔｒａｉｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ）方向に合わせ、実際的な必要条件に係る方向に、外に向かって光を投射することが可能であるが、本発明は、これに限定されない。

本発明は、以下の利点において、従来技術あるいは通常のＬＥＤランプに比較し、優れている。

１．取り付けられたＬＥＤ１を有する基板２の各々は、そのままで（ｉｎ−ｓｉｔｕ）、ＬＥＤによって生成される熱の即座かつ効率的な放散のための熱放散プレートを構成（熱放散プレートとして機能）する。

２．基板は、多段層となるように取り付けられ、２つの隣接する基板毎に、その間にエアスぺースを定義して、周囲空気との間の接触領域を非常に増加させ、それによって、熱放散領域および効率を増加させることが可能である。

３．基板が、多段層構造として、並列に取り付けられているため、発光ダイオードを、複数の基板に「配置」し、建物、住宅あるいは内装飾品（ｕｐｈｏｌｓｔｅｒｙ）におけるＬＥＤ照明器具のレイアウトのために有用であるスペースの節約ファクタを、提供することができる。
４．多段層基板の十分な熱放散は、したがって、ＬＥＤランプにおける冷却ファンの設置を廃止し、エネルギおよびコストを節約することを可能とする。

図７は、本発明の別の好ましい実施の形態を示している図、図８は、透明カバーが取外された、図７に示されるＬＥＤランプの底面図、図９は、図８の線９−９方向から見た断面図、図１０は、図９の線１０−１０方向から見た断面図で、図１１は、図１０が修正された、本発明の変形例を示している図である。

本発明の別の好ましい実施の形態は、図７〜１０に示されており、詳細に以下に述べられる。

ＬＥＤランプ１００は、複数のＬＥＤモジュール（例えば、ＬＥＤアレイあるいはマルチチップＬＥＤアレイ）１ａを有し、当該ＬＥＤモジュールは、多段層として並列に形成される複数の基板２と、それぞれ熱的に連結される。基板２の各々は、少なくとも１つの熱放散デバイス３、透明カバー４および少なくとも１つのランプシェード５と、熱的に連結されている。透明カバー４は、ＬＥＤランプ１００のフロント部（外側部位）に取り付けられる。ランプシェード５は、ＬＥＤランプ１００の後方部位（内側部位）に固定され、かつ、熱放散デバイス３の内側部位に連結される。また、複数の基板２は、透明カバー４とランプシェード５との間に、収容されている。

ＬＥＤアレイの各々は、所望の光出力の角度あるいは方向を有し、基板２に取り付けられるが、本発明において、これらに限定されない。

複数の基板２は、並列的に積み重ねられ、２つの隣接する基板２（図７）毎に、エアスペースを定義しており、基板２の各々は、取り付けられた少なくとも１つのＬＥＤモジュール１ａを有する。

複数の基板２は、図７に示されるように、多段層カセットとして形成することが可能である。

熱放散デバイス３は、複数の伝熱ブロック３１、複数の水平ヒートパイプ３２、複数の縦熱放散フィン３３、複数の縦ヒートパイプ３４および複数の水平熱放散プレート３５を有する。伝熱ブロック３１の各々は、少なくとも１つの基板２で連結され、かつ、１つのＬＥＤモジュール１ａに連結される外部表面部を有する。水平ヒートパイプ３２の少なくとも１つは、伝熱ブロック３１の各々と水平に連結されている。複数の縦熱放散フィン３３は、水平ヒートパイプ３２と垂直に連結されている。複数の縦ヒートパイプ３４の各々は、伝熱ブロック３１の各々と垂直に連結されている。複数の水平熱放散プレート３５は、縦ヒートパイプ３４と垂直に連結されている。

縦熱放散フィン３３は、隔壁（ダイアフラム）３０によって水平熱放散プレート３５から分離されている。

水平ヒートパイプ３２あるいは縦ヒートパイプ３４は、ＬＥＤモジュール１ａから生成される熱を、伝導および放散させるため、その内部には、気化可能な作動流体あるいは熱媒体が満たされている。

ランプシェード５は、熱伝導材から形成され、かつ、複数の換気孔５１を有する。換気孔５１は、熱風を外に向かってに排気するために、ランプシェード５を貫通して形成される。縦ヒートパイプ３４の内側端部は、ランプシェード５に連結されており、熱を外に向かって放散するための大型熱放散プレートとしての役割を果す。

ランプシェード５は、ＬＥＤランプ１００の内部に、雨水あるいは水滴が入るのを防止するため、ランプシェード５に対し並列される防水シェード５ａに、さらに連結されている。また、防水シェード５ａは、図７に示されるように、縦ヒートパイプ３４から伝熱されるにつれて、熱を外に向かってさらに伝達し放散するために、縦ヒートパイプ３４の一部と連結されている。

したがって、防水シェード５ａもまた、上述されるように、ランプシェード５に隣接するもう１つの熱放散プレートとしての役割を果すことが可能である。

この好ましい実施の形態（図７〜１０に示されるように）は、従来技術に比較し優れた、以下の利点を有する。

１．熱放散は、多様な方法において、例えば、熱を効率的に放散するための縦熱放散フィン３３によっておよび水平熱放散プレート３５によって、達成することが可能である。

２．ＬＥＤモジュール１ａは、複数あるいは多段の層の基板２に配置されており、基板の各々からの直接的な熱を、即座に放散することで、ただ１つの基板あるいは位置（ロケーション）上における予期せぬ蓄熱あるいは熱の「集中」を妨げることが可能である。

３．基板２の多段層は、基板上にＬＥＤを十分に収容するため、スペースあるいは容量を最小化することが可能であり、それによって、節約されるスペースは、建築（構造）上あるいは内装飾品上のデザインに有益である。

４．ランプシェード５および防水シェード５ａは、ＬＥＤランプ１００の後方部位（内側部位）上の熱を、さらに放散するための大型の「ダブル」の放熱フィンとして、推論的にみなすことができる。

図１１に示されるように、熱放散プレート３５ａは、図１０の水平熱放散プレート３５を変形してなり、熱放散プレート３５ａの各々は、ランプシェード（図７を参照可能）に形成される複数の換気孔に向かって、横向きかつ外向きで、僅かに傾斜しており、それによって、熱放散プレート３５ａを介し、上方かつ外に向かって熱風をスムーズにガイドすることができる。さらに、複数の換気開口部３５１，３０１が、熱放散プレート３５ａおよび隔壁３０を貫通して形成されており、前記開口部を経由する熱風の熱対流を助けて、熱放散を促進することが可能である。

本発明は、ＬＥＤ電球、ＬＥＤ街灯あるいはその他のＬＥＤランプとしても使用することが可能であるが、これらに特に限定されない。

本発明は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、修正することが可能である。つまり、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

本発明に係る組立てられたＬＥＤランプを示している図である。 図１の線２−２方向から見た本発明の断面図である。 透明カバーおよびランプシェードを取外した場合における本発明の側面図である。 図３の線４−４方向から見た断面図である。 図３の底面図である。 図１の実施の形態に縦熱放散フィンが加えられた本発明の変形例を示している図である。 本発明の別の好ましい実施の形態を示している図である。 透明カバーが取外された、図７に示されるＬＥＤランプの底面図である。 図８の線９−９方向から見た断面図である。 図９の線１０−１０方向から見た断面図である。 図１０が修正された、本発明の変形例を示している図である。

符号の説明

１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）、
１ａ ＬＥＤモジュール、
２，２ａ〜２ｄ 基板、
３ 熱放散デバイス、
３ａ 縦熱放散フィン、
４ 透明カバー、
５ ランプシェード、
５ａ 防水シェード、
２０ 締結要素、
２１ 中央開口部、
３０ 隔壁、
３１ 伝熱ブロック、
３２ 水平ヒートパイプ、
３３ 縦熱放散フィン、
３４ 縦ヒートパイプ、
３５ 水平熱放散プレート、
３５ａ 熱放散プレート、
５１ 換気孔、
１００ ＬＥＤランプ、
３５１，３０１ 換気開口部、
Ｘ 長手方向軸。

Claims (13)

1. 複数の発光ダイオード、および、
   多段層構造として並列に形成される複数の基板を有し、
   前記基板の各々は、取り付けられた少なくとも１つの前記発光ダイオードを有し、
   前記発光ダイオードの点灯の際に、前記発光ダイオードによって生成された熱は、前記基板の各々から外に向かって即座かつ直接的に放散される
   ことを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記ＬＥＤランプの外側部位に取り付けられる透明カバー、および、前記ＬＥＤランプの内側部位に取り付けられるランプシェードを、さらに有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 互いに並列されて前記多段層構造となる前記複数の基板において、隣接する２つの基板毎に、その間にエアスぺースを定義し、基板と空気との間の接触領域を増加させていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記基板の各々は、熱放散特性を有する熱伝導材から形成され、かつ、銅、アルミニウム、アルミニウム合金および複合材料から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記複数の基板は、ＬＥＤランプの長手方向軸に関し、段階的に変化するように並列的にＬＥＤランプに取り付けられて、基板の多段層となり、
   前記基板の各々は、環状形状として形成され、中央開口部を定義し、
   前記中央開口部の内径は、外側基板から内側基板へ向かって徐々に減少し、
   前記基板の各々は、同心状に取り付けられる複数の前記発光ダイオードを有し、
   内側基板上の前記発光ダイオードの各々は、前記内側基板に隣接する外側基板の中央開口部を経由して外に向かって光を投射することで、前記発光ダイオードの出力光投射の妨害が、防止されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
6. 前記基板において、隣接する２つの基板毎に締結要素によって連結され、また、外に向かってさらに熱を放散するために、前記基板における最も内側の基板に固定される熱放散デバイスを有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
7. 前記基板上の前記発光ダイオードは、前記基板の外部表面に直接的に印刷されたＬＥＤ回路を有し、また、前記基板の内側表面は、粗面として形成され、空気との接触領域を増加させることで、熱放散効率が向上していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
8. 複数の前記基板に放射状に固定される複数の縦熱放散フィンをさらに有し、熱放散領域および熱放散効率が増加していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
9. 多段層として並列に形成される複数の基板とそれぞれ熱的に連結されるＬＥＤアレイおよびマルチチップＬＥＤアレイを含んでいる複数のＬＥＤモジュールを有し、
   前記基板の各々は、少なくとも１つの熱放散デバイス、前記ＬＥＤランプのフロント部に取り付けられる透明カバー、および、ＬＥＤランプの後方部位に固定され、かつ、熱放散デバイスの内側部位に連結されるランプシェードと、熱的に連結されており、また、
   前記複数の基板は、前記透明カバーと前記ランプシェードとの間に、収容されている
   ことを特徴とするＬＥＤランプ。
10. 前記熱放散デバイスは、複数の伝熱ブロック、複数の水平ヒートパイプ、複数の縦熱放散フィン、複数の縦ヒートパイプおよび複数の水平熱放散プレートを有し、
    前記伝熱ブロックの各々は、少なくとも１つの前記基板に連結され、かつ、１つの前記ＬＥＤモジュールに連結される外部表面部を有し、
    前記水平ヒートパイプの少なくとも１つは、前記伝熱ブロックの各々と水平に連結されており、
    前記複数の縦熱放散フィンは、前記水平ヒートパイプに垂直に連結され、
    前記複数の縦ヒートパイプの各々は、前記伝熱ブロックの各々と垂直に連結され、
    前記複数の水平熱放散プレートは、前記縦ヒートパイプと垂直に連結されている
    ことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤランプ。
11. 前記ランプシェードは、熱伝導材から形成され、かつ、熱風を外に向かって排気するために、前記ランプシェードを貫通して形成される複数の換気孔を有し、
    前記縦ヒートパイプの内側端部は、熱を外に向かって放散するために、前記ランプシェードに連結されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤランプ。
12. 前記ランプシェードは、前記ＬＥＤランプの内部に水が浸入するのを防止するため、前記ランプシェードに対し並列される防水シェードに、さらに連結され、
    前記防水シェードは、前記縦ヒートパイプの一部に連結され、前記縦ヒートパイプから伝熱されるにつれて、熱を外に向かってさらに伝達し放散する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤランプ。
13. 前記水平熱放散プレートの各々は、上方かつ外に向かって熱風をスムーズにガイドするために、前記ランプシェードに形成される複数の換気孔に向かって、横向きかつ外向きで、僅かに傾斜し、また、
    複数の換気開口部が、前記熱放散プレートを貫通して形成され、前記開口部を経由する熱風の熱対流を助けて、熱放散を促進する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤランプ。

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