JP2009515342A - Ｌｅｄモジュールのための合成ジェット冷却システム - Google Patents

Abstract

ＬＥＤアセンブリが、本願明細書において提供される。アセンブリは、熱伝導性筐体（２０１）を備え、前記筐体の一部は、複数のフィン（２０３）と、前記筐体に配置されたＬＥＤ（２０５）と、前記筐体の一部に合成ジェットを導くように適合された、合成ジェットアクチュエータ（２０７）とを備える。一実施形態において、前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の表面に沿って合成ジェットを導くように適合され得る。別の実施形態において、前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の内面と外面との両方に沿って合成ジェットを導くように適合され得る。

Description

本開示は、概して合成ジェットアクチュエータに関し、より具体的には、ＬＥＤモジュールを冷却するための合成ジェットアクチュエータの使用に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電子機器の世界に偏在化するようになってきており、多種多様な用途における光源として用いられている。いくつかの具体的な例には、ＬＥＤを、インジケータとして、そして、電子ディスプレイ内で使用することが挙げられる。最近では、ＬＥＤの使用が、交通管制システム、街路灯、家庭および工業用途のスポット光源、ならびに自動車のヘッドライトなどに拡大している。

図１は、ＬＥＤモジュールに使用されるタイプの代表的なダイオード１１１を示す図である。ダイオード１１１は、ＡｌＧａＡｓのような半導体材料を備え得、Ｐ型領域１１３と、その上に規定されるＮ型領域１１５とを有する。Ｐ型領域１１３およびＮ型領域１１５は、それぞれ電極１１７および１１９を備え、空乏領域１２３が存在する接合部１２１によって分離される。Ｎ型領域１１５と接触する電極１１９が正に帯電して（それによって、陽極として機能する）、Ｐ型領域１１３と接触する電極１１７が負に帯電した（それによって、陰極として機能する）ときに、自由電子および正孔は、ダイオードと対向する側に蓄えられ、したがって空乏領域１２３が広くなる。このプロセスによって、ダイオード１１１全体を運動する自由電子は、Ｐ型領域１１３から空の正孔に入り、関連して電子のエネルギが伝導バンドからより低いエネルギバンドに降下する。このプロセスによって放出されるエネルギは、光子として放射される。ＡｌＧａＡｓ内の特定のバンドギャップおよびＬＥＤに一般的に使用される他の半導体材料によって、放射された光子の周波数は、スペクトルの可視領域の範囲に入る。したがって、好適に利用されると、この現象はＬＥＤ光源を作り出すために使用され得る。

図２は、図１に示されたタイプのダイオードを組み込んだ、代表的なＬＥＤモジュールを示す図である。図に示されるように、ＬＥＤモジュール１３１は、第１の端子１３５および第２の端子１３７が接続されるダイオード１３３を備える。ダイオード１３１は、筐体１３９内に収容される。筐体１３９は、筐体の側面１４１に入射する、ダイオード１３３から放射される光が反射され、一方で、筐体１３９の上部１４３に当たった光は透過されるように適合される。結果的に、ダイオード１３３は、指向的光源として作用する。

それらの固有の構造によって、ＬＥＤは、蛍光灯、白熱灯、および水銀灯のような他の公知の光源を超える特定の利点を有する。特に、ＬＥＤはフィラメントを用いない。したがって、フィラメントベースの光源と比較して、ＬＥＤを備えた照明装置は、より小型であり、少なくとも非常に長い寿命を有する可能性がある。

現時点では、放熱は、現在のＬＥＤの商業的用途、特に照明光源としてのＬＥＤの使用を伴う用途において直面する主な障害のうちのひとつである。ＬＥＤは、５０，０００時間以上の寿命を有することが実証されているが、それらの寿命は、動作温度の上昇によって急激に低下する。したがって、文献に報告された１つの研究では、ＬＥＤモジュールの寿命は、モジュールの動作温度が２５℃から９０℃に上昇したときに、７倍を超える低下が観察されている。

代表的なＬＥＤでは、電極に印加される電流のかなりの部分が、その後熱エネルギに変換される。照明用途では、ＬＥＤモジュールが生成しなければならないルーメン数に起因して、その発生する熱エネルギの量は顕著となる。結果的に、照明光源を許容可能な動作温度に保持し、それによってシステムの十分な寿命を達成するために、このような照明光源は、効率的な放熱システムを備えていなければならない。

当該分野ではＬＥＤモジュールに温度管理システムを備えるためのいくつかの試みがなされてきた。これらの手法は、一般的に、ＬＥＤが載置された基板の背面への放熱板の設置を伴う。放熱板は、次いで、ファンまたは圧電ジェットアクチュエータのような放熱システムとともに使用される。しかし、この手法は、ＬＥＤモジュールによって発生される熱の一部を放散させるが、モジュールのサイズおよび／またはフットプリントを増加させる。結果的に、この手法は、ＬＥＤモジュールのコンパクト性を損ない、このコンパクト性はＬＥＤ光源の主な利点のうちの１つである。さらに、放熱板を冷却するためのファンまたは圧電装置の使用は、ほとんどの照明用途において静かな運転が求められるが、これらの装置がノイズを発生するという点で望ましくない。その上、天井取り付け照明のような多数の用途では、空間的制約によって薄型の製品形状が求められる。このような用途では、冷気を取り込むための、または周囲環境に熱気を排出するための手段が無いため、装置の背面への放熱板の取り付けは、いかなる利点も提供しない。

したがって、当該分野では、ＬＥＤモジュールが発生する熱を効率的かつ静かに放散させるための、およびこのような手段を組み込んだＬＥＤモジュールのための手段が必要である。さらに、当該分野では、小型で配置の柔軟性を提供するようなＬＥＤモジュールが必要である。これらの、そして他の必要性は、本願明細書に記述された装置および方法によって満たされる。

一側面では、ＬＥＤアセンブリが、本願明細書において提供される。アセンブリは、筐体と、前記筐体内に配置されたＬＥＤと、前記筐体または前記ＬＥＤ上に、これに沿って、またはこれを通って合成ジェットを導くように適合された合成ジェットアクチュエータとを備える。

別の側面では、ＬＥＤアセンブリが提供され、該アセンブリは、熱伝導性筐体を備え、前記筐体の一部が複数のフィンを備え、ＬＥＤが前記筐体内に配置される。合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の一部の上に合成ジェットを導くように適合される。

さらに別の側面では、本願明細書において提供される照明備品は、第１の電極を備えた第１の端末部と、第２の電極を備えた第２の端末部とを有する細長いバルブであって、長さ方向に沿って配置されたホットスポットを有する細長いバルブを備える。合成ジェットアクチュエータは、前記ホットスポットの方へ合成ジェットを導くように適合される。

本開示のこれらの、および他の側面を以下に詳細に説明する。

ＬＥＤアセンブリ、特にその筐体および／またはダイオードを直接冷却するように適合された、１つ以上の合成ジェットアクチュエータを備えたＬＥＤアセンブリを提供することによって、上述の必要性に対処できることが分かっている。合成ジェットアクチュエータによって提供される高い放熱率によって、これらの装置を備えたＬＥＤアセンブリを、より低い動作温度範囲に保持され得るので、寿命が長くなる。

本願明細書に開示される装置および方法は、図３を参照して理解することができ、図３は、本願明細書の教示によって作成されたＬＥＤアセンブリの第１の実施形態の図である。ＬＥＤアセンブリ２０１は、アルミニウム、銅、または種々の合金のような熱伝導性材料からなることが好ましく、また、複数のフィン２０５を備えた、ＬＥＤ筐体２０３を備える。合成ジェットアクチュエータ２０７は、前記ＬＥＤ筐体２０３上に配置され、隣接したフィン２０５によって形成されたチャネルに合成ジェットを導くように適合された複数のノズル２０９を備える。図を明確にするために、ＬＥＤアセンブリ２０１は、合成ジェットアクチュエータ２０７がＬＥＤ筐体２０３から間隙を持って分離されているが、実際の実施形態では、このような間隙が存在する場合もしない場合もある。

図３の合成ジェットアクチュエータ２０７の詳細は、図４および５に示される特定の実施形態を参照してより詳細に理解することが可能である。図に示されるように、この特定の実施形態では、アクチュエータ２０７は、上部部材２２１（図５を参照）と、内部空間２２５を囲む底部部材２２３（図４を参照）とを備える。アクチュエータ２０７は、ダイアフラムが取り付けられた（ダイアフラムは、図の簡略化のために省略する）中央開口部２２７を備える。底部部材２２３は、装置の外周の周辺に４つの別々の組で配列され、ダイアフラムによって駆動される、複数のノズル２２９または開口部を備える。使用時には、ダイアフラムは、ノズルに合成ジェットを形成させるように、好適な周波数で振動される。

ＬＥＤアセンブリの冷却における本願明細書に記述されたシステムの有効性は、図６を参照して理解することが可能である。図中に示されるグラフは、放散される熱の量の関数としての（周囲温度を超える）温度上昇を示す。「ＳｙｎＪｅｔ（合成ジェット）」と示されたデータポイントは、図３に示される合成ジェットアクチュエータを備えたタイプのＬＥＤアセンブリから得られたデータに対応し、「Ｎａｔｕｒａｌ（自然）」と示されたデータポイントは、合成ジェットアクチュエータの無い類似したシステムに対応する。

図６に示されるように、放散される熱量の関数としてのＬＥＤシステムの温度上昇は、両方のシステムに対して略線形である。しかし、「ＳｙｎＪｅｔ」システムに対応する曲線の傾斜は、「Ｎａｔｕｒａｌ」システムに対する曲線の傾斜の半分未満である（約６．５に対して約３．０）。したがって、合成ジェットアクチュエータを備えたＬＥＤアセンブリは、合成ジェットアクチュエータを備えていないシステムと比較して、約２．２倍の熱放散率である。

図７は、合成ジェットアクチュエータの動作周波数（すなわち、合成ジェットアクチュエータのダイアフラムが振動する周波数）が、装置の熱放散能力に与える影響を示す図である。図に示されるように、動作周波数が上昇すると熱抵抗が減少し、したがって、放熱が増加する。動作周波数と熱抵抗との関係は線形ではなく、単位動作周波数当たりの熱放散における増分ゲインは、動作周波数が増加すると減少し始める。

理論によって限定されるものではないが、動作周波数の増加により、発熱面周辺の周囲流体の質量流量が増加し、したがって放熱を向上させる。しかし、動作周波数をさらに増加させて質量流量を増加させる能力が減少することに部分的に起因して、収穫逓減の段階に達する。したがって、これらの結果は、特定の範囲内で、動作周波数を熱負荷に合わせて調整され得ることを示唆する。

図８は、図３に示されるタイプのＬＥＤアセンブリの入力（アクチュエータ）電力の関数としての熱抵抗のグラフである。図に示されるように、入力電力が増加すると熱抵抗が減少する。しかし、この関係は線形ではなく、熱抵抗は、漸近的に最小値に近づくことが分かる。したがって、入力電力は、より低い熱抵抗を達成する点であるが、収穫逓減の段階に達する点まで増加させ得ることが分かる。

図９は、放熱における音圧レベル（ｓｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｅｖｅｌ：ＳＰＬ）の関数としてのパーセント改善を示す図である。図に示されるように、放熱は、ＳＰＬが増加すると改善され、２５ｄＢＡの重み付け音圧レベルで、放熱の改善は約２．５倍である。

図１０は、ＳＰＬと周波数との関係を示す図である。図に示されるように、ＳＰＬは、本質的に線形でアクチュエータの周波数とともに増加する。したがって、このグラフは、周波数が高いほど音響ノイズが高くなることを実証するものである。この点で、１５０Ｈｚ以下の動作周波数が最適であることが分かる。

本願明細書に開示されたＬＥＤアセンブリに用いられた合成ジェットアクチュエータ、およびＬＥＤアセンブリ自体には、複数の変形例が考えられる。例えば、図３〜５の特定のＬＥＤアセンブリは、ＬＥＤ筐体の外面に沿って導かれる一連の合成ジェットを用いて、所望の動作温度の範囲内にＬＥＤアセンブリを保持するが、他の実施形態では、合成ジェットを筐体の内面と外面との両方に沿って使用して、温度管理を強化することが可能である。

そのような実施形態の１つが図１１に示される。図に示されるＬＥＤアセンブリ３０１では、アセンブリ３０１は、筐体３０３と、筐体３０３の外面に沿って、これを冷却するように適合された第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５と、ＬＥＤ筐体３０３の内面に沿って、これを冷却するように適合された第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７とを備える。このタイプの構成は、オプションとして、ＬＥＤ筐体３０３の外面および内面の上にそれぞれ配置された、第１および第２の組のフィンとともに使用することが可能である。このような実施形態では、第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５および第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７は、生成される合成ジェットが、隣接したフィンの対によって形成されたチャネルの長手方向軸に沿って導かれるように配列されることが好ましい。また、第１の組３０５の合成ジェットアクチュエータは、第２の組３０７の合成ジェットアクチュエータに対して互い違いに示されているが、第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５および第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７は、対向した形態に配列され得るか、または互いに独立して配列され得ることを理解されたい。

図１１に示されるＬＥＤアセンブリ３０１では、第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５および第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７内の個々のそれぞれの合成ジェットアクチュエータは、共通のダイアフラムによって駆動される複数のノズルを備えた単一の合成ジェットアクチュエータと組み合わされ得、その場合、第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５および第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７は、ＬＥＤ筐体の端末部に配置されることが好ましい。別様には、それぞれの合成ジェットアクチュエータは、アクチュエータ自体のダイアフラムによってそれぞれ駆動され得るか、または共通のダイアフラムによって駆動されるグループに配列され得る。例えば、第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５を第１のダイアフラムで駆動され得、第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７を第２のダイアフラムで駆動され得る。第１の組の合成ジェットアクチュエータ３０５および第２の組の合成ジェットアクチュエータ３０７が対向する形態で配列されたときには、合成ジェットアクチュエータの対向する対は、同じダイアフラムから駆動され得る。他の実施形態では、合成ジェットアクチュエータ（または単一の合成ジェットアクチュエータに関連するノズル）のうちのいくつかまたは全ては、ＬＥＤ筐体の壁内に形成されたチャネルに合成ジェットを導くように適合され得る。

図１２は、図１１に示されるタイプの合成ジェットアクチュエータの配列を使用する、ＬＥＤアセンブリ３２１を示す概略図である。図に示されるＬＥＤアセンブリ３２１は、筐体３２３と、ＬＥＤ回路パッケージ３２５（本実施形態では、ＬＥＤ自体と、関連する回路とを含む）と、合成ジェットアクチュエータ３２７とを含む。矢印で示されるように、アクチュエータ３２７は、筐体３２３の内面と外面とに沿って、かつ、筐体の内面とＬＥＤ回路パッケージ３２５との間に複数の合成ジェットを導くように適合される。

図１３は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリ３４１の更なる実施形態の概略図である。図１３のＬＥＤアセンブリ３４１は、図１２に示されたＬＥＤアセンブリに多くの点で類似しているが、電子回路パッケージ３４３が合成ジェットアクチュエータ３４５の背面に載置されており、ＬＥＤ３４７自体が合成ジェットアクチュエータ３４５の対向面に載置されているという点で異なる。合成ジェットアクチュエータ３４５は、電子回路パッケージ３４３の表面と筐体３４９の外面との両方に流体の流れを導くように適合される。本実施形態のいくつかの変形例では、合成ジェットアクチュエータ３４５は、筐体３４９の内面に沿って合成ジェットを導くようにさらに適合され得る。

図１４は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの更なる実施形態を示す図である。図に示されるＬＥＤアセンブリ４０１は、その上にＬＥＤダイオード４０５および関連する電子機器が載置された合成ジェットアクチュエータ４０３を備える。合成ジェットアクチュエータ４０３は、ＬＥＤ筐体４０７の外周に沿って載置され、筐体の外面に沿って複数の合成ジェットを導くように適合される。ＬＥＤ筐体４０７は、ＬＥＤ筐体４０７の内側の大気が外部の大気と連絡できるように、複数の開口部４０９を備える。これらの開口部４０９は、合成ジェットが筐体４０７の外面を冷却しながら、ダイオード４０５を冷却する筐体４０７内の対流を誘導するように、合成ジェットに整合されることが好ましい。

図１４に示される実施形態には、複数の変形例が考えられる。例えば、いくつかの実施形態では、合成ジェットアクチュエータ４０３は、ＬＥＤ筐体４０７の外面に沿って合成ジェットを導く第１の組のノズルと、ＬＥＤ筐体４０７の内面に沿って合成ジェットを導く第２の組のノズルとを備え得る。さらに、開口部４０９は種々の角度で配向され得、いくつかの実施形態では、異なる組の開口部が異なる角度で配向され得る。開口部の角度も、合成ジェットアクチュエータ４０３またはそのノズルから開口部までの距離のような、特定の基準に従って変化させ得る。

図１５および１６は、図１４に示される装置に用いられ得る、開口部のいくつかの特定の構成を示す図である。図１５に示される装置では、筐体４０７は、互いにオフセットされた上部部分４１１および下部部分４１３と、下を向く角度で延在する開口部４１５とを含む。プレート４１７は、開口部４１５に流れる流体のエントレインメントを容易にする開口部の一方に提供される。示される特定の実施形態では、流れは、筐体４０７の外側から筐体の内側へ流れるが、他の実施形態では、流体が筐体の内側から筐体の外側へと流れ得ること、当業者には理解されよう。

図１６に示される装置も、開口部４２１は下方へ角度がつけられる。しかし、本実施形態では、開口部４２１の表面は、コアンダ（Ｃｏａｎｄａ）表面として適合される。結果的に、適切な条件下で、流体は表面に沿って流れる傾向があるので、オフセットまたはプレートを必要とせずに流れを開口部４２１に導くことができる。

図１７は、本願明細書に開示されるＬＥＤアセンブリのさらに別の実施形態を示す図である。図１７に示されるＬＥＤアセンブリ４２１は、その上にＬＥＤダイオード４２５が載置された合成ジェットアクチュエータ４２３を備える。合成ジェットアクチュエータ４２３は、ＬＥＤ筐体４２７の外周に沿って載置され、ＬＥＤ筐体４２７の外面に沿って複数の合成ジェットを導くように適合される。しかし、本実施形態では、ＬＥＤダイオード４２５を操作する電子回路パッケージ４２９はそこから分離され、ＬＥＤ筐体４２７の外面上に載置される。合成ジェットアクチュエータ４２３は、電子回路パッケージ４２９上へ１つ以上の合成ジェットを導いて、パッケージ４２９に対する温度管理を提供するように適合されることが好ましい。

図１８は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリのさらに別の実施形態を示す図である。図１６に示されるＬＥＤアセンブリ４４１は、その上にＬＥＤダイオード４４５が載置された合成ジェットアクチュエータ４４３を備える。合成ジェットアクチュエータ４４３は、ＬＥＤ筐体４４７の外周に沿って載置され、ＬＥＤ筐体４４７の外面に沿って複数の合成ジェットを導くように適合される。また、複数の合成ジェットアクチュエータ４４９は、ＬＥＤ筐体４４７の内面上に載置され、ＬＥＤダイオード４４５の表面上に合成ジェットを導くように適合される。本実施形態の更なる変形例を図１７に示すが、図では、複数の合成ジェットアクチュエータ４４９がＬＥＤ筐体４４７内に載置されている。

図２０〜２２は、本願明細書に開示された種々の実施形態に組み込み得るＬＥＤダイオードを直接冷却するためのさらにいくつかの可能な構成を示す図である。図２０に示される構成５０１では、ＬＥＤ筐体５０５内に組み込まれたＬＥＤダイオード５０３が提供される。１つ以上の通路５０７がＬＥＤ筐体５０５内に備えられ、その通路を通して合成ジェットを導いてＬＥＤダイオード５０３を冷却し得る。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ筐体５０５内の通路５０７と開放連絡する１つ以上のチャネルがＬＥＤダイオード５０３内に備えられ、それによって、流体はダイオード５０３を通って直接流れることができる。他の実施形態では、通路は、ダイオード５０３の外周の周囲に延在させ得る。

図２１に示される構成５２１では、ＬＥＤ筐体５２５内にも組み込まれるダイオード５２３が提供され、ＬＥＤ筐体５２５は、さらに、流体がその中を流れるための１つ以上の通路５２７も提供される。しかし、本構成では、通路は、ダイオード５２３の近傍において、ＬＥＤ筐体５２５の内面と開放連絡する。結果的に、通路を通った合成ジェットの流れによって、ダイオード５２３の活性表面の上に流体の流れが発生する。

図２２に示される構成５４１では、ＬＥＤ筐体５４５内にも組み込まれるダイオード５４３が提供される。ＬＥＤ筐体５４５は、流体がその中を流れるための第１の通路５４７および第２の通路５４９が提供され、第１の通路５４７は、ダイオード５４３の近傍においてＬＥＤ筐体５４５の外面と開放連絡し、第２の通路５４９は、ダイオード５４３の近傍においてＬＥＤ筐体５４５の内面と開放連絡する。結果的に、これらの通路が合成ジェットアクチュエータに接続されると、ジェットが通路を横断して、ダイオード５４３の両面上に流体の流れが発生する。本実施形態の変形例では、ＬＥＤ筐体５４５の内面および外面の両方と開放連絡する、単一の通路を備えることが可能である。

本願明細書に記述されたＬＥＤアセンブリのいくつかの実施形態では、１つ以上の追加放熱板を、ＬＥＤモジュールの１つ以上の表面に取り付けることも可能である。例えば、いくつかの実施形態では、外部放熱板を、ＬＥＤアセンブリの底部に取り付けることが可能である。これらの放熱板は、従来の放熱板とするか、または合成ジェットアクチュエータを用いた放熱板とすることが可能である。

また、本願明細書に記述された種々の実施形態は、音響または電磁合成ジェットアクチュエータの使用が好適であるが、他のタイプのアクチュエータを使用することも可能であると理解されたい。これらのアクチュエータには、これに限定されないが、圧電アクチュエータおよびリード（ｒｅｅｄ）ジェットアクチュエータが挙げられる。

本願明細書に記述された合成ジェットアクチュエータは、種々の駆動機構を備えることが可能である。合成ジェットアクチュエータの駆動機構のための電子機器は、ＬＥＤアセンブリ用の電子機器と統合されることが好ましい。

いくつかの実施形態では、ＬＥＤキャビティを、ヘルムホルツ共振器またはパイプ共振器のような音響共振器のキャビティの全部または一部として用いることが可能である。このような実施形態は、一部の用途において、特に高エネルギ効率を提供することが可能である。このタイプの共振器は、Ｂｅｌｔｒａｎ他による、本発明の譲受人に譲渡された特許出願第１１／２４８，５４２号、名称「Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｏｒ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｊｅｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ」（２００５年１０月１２日出願）に記載されており、該出願は参照することによりその全体が援用される。

多指向性光源として機能するＬＥＤアセンブリも、本願明細書の教示に従って作製され得る。その一例が、図２３に示される両面ＬＥＤアセンブリ６０１である。図に示されるアセンブリ６０１は、対向する第１の開口部６０５および第２の開口部６０７を備えた筐体６０３と、筐体６０３の中央キャビティに配置されたＬＥＤ６０９とを含む。筐体６０３は、それぞれの端末部に、環状の磁石６１１、コイル６１３、囲い６１５、および環状のダイアフラム６１７をさらに備える。使用時には、ＬＥＤ６０９は、筐体６０３の中央キャビティを通して光を放射し、ダイアフラム６１７の振動を通じて中央オリフィスまたは周辺オリフィスから合成ジェットが生じ、その結果、矢印で示されるように、中央キャビティ内からの流れが迅速に混合されて放出される。

図２５〜４２は、本願明細書の教示による、ＬＥＤアセンブリのさらに特定の非限定的な実施形態を示す図である。図３０に最良に示されるように、図に示されるＬＥＤアセンブリ８０１は、その一端に配置された放熱板８０５と、対向端に配置された制御部８０７とを有する、合成ジェットアクチュエータ８０３を備える。

合成ジェットアクチュエータ８０３は、互いに対向して配置され、上部筐体要素８１３および下部筐体要素８１５内に配置された、第１のアクチュエータ要素８０９と、第２のアクチュエータ要素８１１とを備える。第１のアクチュエータ要素８０９および第２のアクチュエータ要素８１１は、合成ジェットアクチュエータ８０３から放熱板８０５の表面上に放射される合成ジェットを導く役目をする、分流器８１７上に取り付けられる（図４２を参照）。示される特定の実施形態では、分流器８１７は、上部筐体要素８１３内に形成された複数の相補的な形状のくぼみを係合する複数の突出部８１８（図３８および３９を参照）を含み、それによって、上部筐体要素８１３に分流器８１７（および、その上に取り付けられる第１のアクチュエータ要素８０９および第２のアクチュエータ要素８１１）を解放可能に固定する。しかし、これらの要素は、従来の記述において既知である種々の他の手段によって、互いに適所に固定することが可能であると理解されよう。

いくつかの実施形態では、第１のアクチュエータ要素８０９および第２のアクチュエータ要素８１１は、単一のアクチュエータ要素に置き換えることが可能である。しかし、２つ以上のアクチュエータ要素を使用することが、合成ジェットアクチュエータ８０３のオーディオおよび振動の到達範囲の低減に対して、いくつかの実装例では好都合であることが分かっている。

ＬＥＤアセンブリ８０１の制御部８０７は、１つ以上の好適な締結具８２１によって上部筐体要素８１３に固定され、合成ジェットアクチュエータ８０３の動作を制御する制御回路８２３を収容する、カバー８１９を備える。上部筐体要素８１３は、カバー８１１の内面に対して相補的な形状であり、リップ８２７（図３０を参照）において終端する、環状の表面８２５をさらに備える。この配列によって、カバー８１９を、上部筐体要素８１３上に確実に取り付けることができる。

示された特定の実施形態では、締結具８２１は、上部筐体要素８１３の外面に配置された対向する受け具８２９（図３２および３３を参照）の相補的なねじ山を回動して係合するねじである。当然、種々の他の手段を使用して、上部筐体要素８１３にカバー８１９を固定することが可能であると理解されよう。したがって、例えば、いくつかの実施形態では、カバー８１９は、上部筐体要素８１３の表面上に規定された、一組の相補的な形状のねじ山を回動して係合するねじ付きリップを備えることが可能である。他の実施形態では、カバー８１９は、好適な接着剤によって上部筐体要素８１３に固定することが可能であり、この接着剤は、例えば、上部筐体要素８１３の環状の表面８２５に、および／またはカバー８１９の対応する表面に塗布し得る。

カバー８１９は、好適な成形プラスチックを備えることが好ましいが、これに限定されないが、種々の金属およびガラスを含む種々の他の材料を備え得る。例えば図２６に示されるように、カバー８１９は、締結具８２１を収容するように第１の組の開口部８３１を備え、対流によって制御回路８２３（図２７を参照）の冷却ができるように、第２の組の開口部８３３を備える。いくつかの実施形態では、制御回路８２３の温度管理は、合成ジェットアクチュエータ８０３から放射された１つ以上の合成ジェットを、制御回路８２３上に、またはその一部に当てさせることによって行うか、または補うことが可能である。

制御回路８２３は、単一のプリント基板（ＰＣＢ）上に配置されることが好ましいが、種々の実施形態では、この回路は複数のＰＣＢまたはダイの上に配置することが可能である。制御回路８２３は、例えば、第１のアクチュエータ要素８０９および第２のアクチュエータ要素８１１が動作する動作周波数を含む、合成ジェットエジェクタの機能を制御するように適合される。制御回路８２３は、合成ジェットアクチュエータ８０３の温度管理を最適化する、および／または音響および／またはオーディオの到達範囲を最小限に抑えるように、第１のアクチュエータ要素８０９および第２のアクチュエータ要素８１１が互いに動作する周波数を制御するように適合され得る。制御回路８２３は、この点に関して、種々の数学的アルゴリズムを実行するように適合され得る。

図４０および４１に示されるように、放熱板８０５は、略環状であり、その一端にＬＥＤ取り付け表面８３５（図４１を参照）を含む。示された特定の実施形態（図２８を参照）では、ＬＥＤおよび任意の関連する回路を含むＬＥＤパッケージ８３７は、放熱板８０５の環状部内のこの取り付け表面上に載置される。当然、ＬＥＤパッケージ８３７は、代わりに、装置の他の領域に配置することも可能であると理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＥＤパッケージ８３７は、部分的に、または全体的に制御回路８２３と統合することが可能である。このような実施形態では、ＬＥＤアセンブリ８０１は、１つ以上の合成ジェットが、ＬＥＤパッケージ８３７上に、またはその一部に当たるように適合され得る。また、このような実施形態では、放熱板８０５をＬＥＤパッケージ８３７のより近くに移動させるか、または、熱気がＬＥＤパッケージ８３７から放熱板８０５に導かれるように流路が設計され得る。

図４２は、示されたＬＥＤアセンブリ８０１の特定の実施形態における合成ジェットの流路を示す図である。図に示されるように、上部筐体要素８１３、下部筐体要素８１５、および分流器８１７は、適切に組み立てると、装置を通る複数の流路を規定する。第１の組の流路８５１は、上部アクチュエータ要素８０９の上面から始まり、放熱板８０５の外部フィンに沿って終わる。第２の組の流路８５３は、上部アクチュエータ要素８０９と下部アクチュエータ要素８１１との間から始まり、放熱板８０５の外部フィンに沿って終わる。第３の組の流路８５５は、下部アクチュエータ要素８１１の底面から始まり、放熱板８０５の内面に沿って終わる。第３の組の流路８５５は、放熱板８０５の外周の周辺に規定された第１の複数の孔８５７（図４１を参照）と、第１の複数の孔８５７に合わせられ、下部筐体要素８１５の内側の周囲に配置された、第２の複数の孔８５９（図３４および３５を参照）とを含む。第１の組の流路８５１および第２の組の流路８５３は、下部筐体要素８１５の外周に沿って規定された第３の複数の孔８６０を含む。

第１の複数の孔８５７および第２の複数の孔８５９は、放熱板８０５の上面に規定された複数のポスト８６１（図４０を参照）によって配列が保持され、このポストは、下部筐体要素８１５内に規定された一組の補足的な形状８６３を係合し、さらに放熱板８０５を下部筐体要素８１５に固定する役目をする。ある量の好適な接着剤を、これらのポストおよび／または放熱板８０５および下部筐体要素８１５の対向面に塗布して、これらの要素を互いにさらに固定することが可能である。ポスト８６１および開口部８６３は、同様に、第３の複数の孔８６０を放熱板８０５内の隣接したフィンによって規定されたスペースに合わせられる。当然、種々の他の手段を使用して、適切な流路を達成しておよび保持するように、これらの要素を互いに固定して、これらの孔を互いに適切な配列に合わせ、一致させることが可能である。

本開示の多くは、ＬＥＤアセンブリの冷却における合成ジェットアクチュエータの使用を取り扱った。しかし、当業者には、本願明細書において開示された装置および方法は、特に照明技術の範囲内で、種々の他の温度管理用途に適用することが可能であると理解されよう。そのような実施形態を、蛍光照明備品７０１を示す図２４に示す。備品７０１は、筐体７０５内に載置された蛍光灯７０３を含む。合成ジェットアクチュエータ７０７は、筐体７０５の内壁に載置され、蛍光灯７０３の長さに沿って発生するホットスポットに合成ジェットを導くように適合される。ホットスポットを熱的に管理することによって、蛍光灯の寿命が著しく延びることが分かった。

本願明細書に記述された装置および方法の種々の実施形態では、温度管理を提供するためにジェットアクチュエータが用いる流体は、空気であることが好ましい。しかし、当業者は、多くの実施形態において、他のガスまたは液体を流体として用いることが可能であると理解されよう。例えば、特に、温度管理システムが閉ループシステムであるいくつかの実施形態では、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはフルオロカーボンなどの不活性ガスを使用することが好都合となりうる。他の用途では、流体媒質として外気を用いることが可能であるが、フィルタまたはスクラバを設けて空気の特定の構成要素を取り除くことが可能である。例えば、ＬＥＤアセンブリは、乾燥剤を備えて、アセンブリに入る空気の含水量を制御し得る。さらに別の実施形態では、流体媒質として液体を用い得る。このような液体には、これに限定されないが、水、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、および他のポリオールなどの種々の有機液体、部分的にフッ素化されたまたはペルフルオロ化されたエーテル、および種々の誘電体材料が挙げられる。液体金属（概してアモルファス原子構造を有する合金）も、本願明細書に記述された装置および方法のうちのいくつかの実施形態において好都合に使用され得る。

本願明細書に記述されたシステムでの合成ジェットアクチュエータの使用には、これらの装置が温度管理システムにもたらす高い性能を超えた複数の利点がある。例えば、アクチュエータは、特定の動作または環境状態の検出に応えて、可聴の周波数またはある範囲の周波数で作動させることが可能である。したがって、例えば、合成ジェットアクチュエータは、照明装置のユーザーに、能力の変化（例えば、ＬＥＤが交換時期である、または色成分に不具合がある）、または緊急状態（例えば、煙または侵入者の検出）を知らせるために、サイレンまたはアラームとして動作するように適合され得る。類似した手法を使用して、アラームクロック機能のような種々の他の機能を果たす照明装置を作り出すことが可能である。一般的に、これらの追加機能は、アクチュエータの駆動装置に加えられた機能によっては必要な場合もあるが、更なるハードウェアをほとんど、または全く必要としない。

本発明の上記説明は例示的なものであり、限定することを意図するものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、上述の実施形態に種々の追加、置換、および改良が行うことが可能であると理解されよう。よって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して解釈されたい。

図１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の用途に有用な従来技術のダイオードの図である。 図２は、従来技術の発光ダイオードモジュールの図である。 図３は、本願明細書の教示によるＬＥＤアセンブリの図である。 図４は、本願明細書の教示による、ＬＥＤの冷却に使用することができる複数の合成ジェットアクチュエータを備えた、ＬＥＤ筐体部材の一実施形態の底部を示す図である。 図５は、図４のＬＥＤ筐体部材の上面図である。 図６は、熱の放散量（Ｗ）の関数としての周囲温度を超える温度上昇（℃）のグラフである。 図７は、周波数の関数としての熱抵抗（℃／Ｗ）のグラフである。 図８は、電力（Ｗ）の関数としての熱抵抗（℃／Ｗ）のグラフである。 図９は、ＳＰＬ（ｄＢＡ）の関数としてのパーセント改善のグラフである。 図１０は、周波数（Ｈｚ）の関数としてのＳＰＬ（ｄＢＡ）のグラフである。 図１１は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の断面図である。 図１２は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１３は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１４は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１５は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１６は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１７は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１８は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図１９は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２０は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２１は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２２は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２３は、本願明細書の教示によって作製された、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２４は、本願明細書の教示によって作製された、蛍光照明備品の一実施形態の図である。 図２５は、本願明細書の教示による、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２６は、本願明細書の教示による、ＬＥＤアセンブリの一実施形態の図である。 図２７は、図２５のＬＥＤアセンブリを線２７−２７で切断した断面図である。 図２８は、図２７のＬＥＤアセンブリの斜視図である。 図２９は、図２７のＬＥＤアセンブリの分解図である。 図３０は、図２７のＬＥＤアセンブリの分解図である。 図３１は、図２７のＬＥＤアセンブリの分解図である。 図３２は、図２７のＬＥＤアセンブリの上部筐体要素の上面図である。 図３３は、図２７のＬＥＤアセンブリの上部筐体要素の底面図である。 図３４は、図２７のＬＥＤアセンブリの下部筐体要素の上面図である。 図３５は、図２７のＬＥＤアセンブリの下部筐体要素の底面図である。 図３６は、図２７のＬＥＤアセンブリのアクチュエータの斜視図である。 図３７は、図２７のＬＥＤアセンブリのアクチュエータの斜視図である。 図３８は、図２７のＬＥＤアセンブリの分流器の斜視図である。 図３９は、図２７のＬＥＤアセンブリの分流器の斜視図である。 図４０は、図２７のＬＥＤアセンブリの放熱板の斜視図である。 図４１は、図２７のＬＥＤアセンブリの放熱板の底面図である。 図４２は、図２５のＬＥＤアセンブリを線２７−２７で切断し、その中の流路を示した断面図である。

Claims (46)

1. 筐体と、
   該筐体内に配置されたＬＥＤと、
   該筐体または該ＬＥＤ上に、該筐体または該ＬＥＤに沿って、または該筐体または該ＬＥＤを通って合成ジェットを導くように適合された合成ジェットアクチュエータと
   を備える、ＬＥＤアセンブリ。
2. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の表面に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
3. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の内面と外面との両方に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
4. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の壁内に形成されたチャネルに沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
5. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記ＬＥＤの表面に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
6. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記ＬＥＤ内に形成されたチャネルを通って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
7. 前記筐体の一部は、第１のフィンおよび第２のフィンを備え、前記合成ジェットアクチュエータは、該第１のフィンと該第２のフィンとの間に合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
8. 前記第１のフィンおよび前記第２のフィンは、前記筐体の長手方向軸に略平行に配向される、請求項７に記載のＬＥＤアセンブリ。
9. 前記第１のフィンおよび前記第２のフィンは、前記筐体の外面に配置される、請求項７に記載のＬＥＤアセンブリ。
10. 前記第１のフィンおよび前記第２のフィンは、前記筐体の内面に配置される、請求項７に記載のＬＥＤアセンブリ。
11. 前記第１のフィンおよび前記第２のフィンは、チャネルを規定し、前記合成ジェットは、該チャネルの長手方向軸に沿って導かれる、請求項７に記載のＬＥＤアセンブリ。
12. 前記筐体は、略環状である、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
13. 前記合成ジェットアクチュエータは、それぞれの外周に沿って近接し、キャビティを規定する第１および第２の間隔のあいた表面を備え、該合成ジェットアクチュエータは、該キャビティと開放連絡する複数の開口部をさらに備える、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
14. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記キャビティと開放連絡する複数のノズルをさらに備える、請求項１３に記載のＬＥＤアセンブリ。
15. 前記筐体は、少なくとも１つのダイアフラムをさらに備える、請求項１３に記載のＬＥＤアセンブリ。
16. 前記ダイアフラムは円形であり、前記筐体内の中央に配置される、請求項１５に記載のＬＥＤアセンブリ。
17. 前記筐体は環状であり、前記アクチュエータは前記筐体の一端に解放可能に取り付けられる、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
18. 前記筐体は、前記アクチュエータ内に備えられる開口部を回転可能に係合する少なくとも１つのタブをさらに備える、請求項１７に記載のＬＥＤアセンブリ。
19. 前記ＬＥＤアセンブリは、前記筐体の内面に沿って配置された第１の組の合成ジェットアクチュエータと、該筐体の外面に沿って配置された第２の組の合成ジェットアクチュエータとを備える、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
20. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記ＬＥＤ筐体の端末部に配置され、該合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の内面と外面との両方に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
21. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記ＬＥＤ筐体の端末部に配置されて第１および第２の主要対向面を有し、前記ＬＥＤは、前記第１の主要面上に配置され、前記ＬＥＤアセンブリは、該第２の主要面上に配置された電子回路パッケージをさらに備える、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
22. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記筐体の表面に沿って、かつ前記電子回路パッケージの表面に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項２１に記載のＬＥＤアセンブリ。
23. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記ＬＥＤ筐体の端末部に配置され、前記ＬＥＤは、該アクチュエータの第１の表面に配置される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
24. 前記アクチュエータは、前記筐体の内面と前記筐体の外面との両方に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項２３に記載のＬＥＤアセンブリ。
25. 前記筐体は開口部を備え、前記合成ジェットアクチュエータは、該開口部の孔にわたって合成ジェットを導くように適合される、請求項２３に記載のＬＥＤアセンブリ。
26. 前記開口部は、前記開口部の孔にわたって導かれる前記合成ジェットの方向から離れて傾斜する、請求項２５に記載のＬＥＤアセンブリ。
27. 前記ＬＥＤアセンブリは、前記筐体の外面に配置された電子回路パッケージをさらに備え、前記合成ジェットアクチュエータは、該電子回路パッケージに向けて合成ジェットを導くように適合される、請求項２３に記載のＬＥＤアセンブリ。
28. 前記筐体は、側方部と、端末部とを備え、前記ＬＥＤは、該端末部の内面上に配置され、前記アクチュエータは、該側方部上に配置される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
29. 前記ＬＥＤアセンブリは、前記側方部の内面上に配置された複数の合成ジェットアクチュエータを備え、該複数の合成ジェットアクチュエータのそれぞれは、前記ＬＥＤに向けて合成ジェットを導くように適合される、請求項２８に記載のＬＥＤアセンブリ。
30. 前記側方部は、環状である、請求項２８に記載のＬＥＤアセンブリ。
31. 前記ＬＥＤアセンブリは、前記側方部内に組み込まれた複数の合成ジェットアクチュエータを備え、該複数の合成ジェットアクチュエータのそれぞれは、前記ＬＥＤに向けて合成ジェットを導くように適合される、請求項２８に記載のＬＥＤアセンブリ。
32. その壁内に規定されたチャネルを有する筐体と、
    該筐体内に組み込まれたＬＥＤと、
    該チャネルによって、前記ＬＥＤ上に、または該ＬＥＤを通って合成ジェットを導くように適合された合成ジェットアクチュエータと
    を備える、ＬＥＤアセンブリ。
33. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記チャネルによって前記ＬＥＤ上に合成ジェットを導くように適合される、請求項３２に記載のＬＥＤアセンブリ。
34. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記チャネルによって前記ＬＥＤを通って合成ジェットを導くように適合される、請求項３２に記載のＬＥＤアセンブリ。
35. 前記筐体は、その壁内に規定された第１および第２のチャネルを有する、請求項３２に記載のＬＥＤアセンブリ。
36. 前記合成ジェットアクチュエータは、それぞれ、前記第１および第２のチャネルによって、前記ＬＥＤの表面上に第１および第２の合成ジェットを導くように適合される、請求項３５に記載のＬＥＤアセンブリ。
37. 前記合成ジェットアクチュエータは、それぞれ、前記第１および第２のチャネルによって、前記ＬＥＤの主要面上に第１および第２の合成ジェットを導くように適合される、請求項３５に記載のＬＥＤアセンブリ。
38. 前記合成ジェットアクチュエータは、前記第１および第２のチャネルを含む経路に沿って合成ジェットを導くように適合される、請求項３５に記載のＬＥＤアセンブリ。
39. 前記経路は、前記ＬＥＤを通る第３のチャネルをさらに含む、請求項３８に記載のＬＥＤアセンブリ。
40. 第１の電極を備えた第１の端末部と、第２の電極を備えた第２の端末部とを有する細長いバルブであって、長さ方向に沿って配置されたホットスポットを有する細長いバルブと、
    前記ホットスポットの方へ合成ジェットを導くように適合された合成ジェットアクチュエータと
    を備える、照明備品。
41. 前記照明備品は、蛍光照明備品である、請求項４０に記載の照明備品。
42. 前記ホットスポットは、前記第１の端末部の近くに配置される、請求項４０に記載の照明備品。
43. 前記第１の端末部は、陽極である、請求項４０に記載の照明備品。
44. 前記バルブは、略円筒形状である、請求項４０に記載の照明備品。
45. 前記照明備品は筐体をさらに備え、前記合成ジェットアクチュエータは該筐体上に配置される、請求項４０に記載の照明備品。
46. その壁内に規定されたチャネルを有する筐体と、
    該筐体内に組み込まれたＬＥＤと、
    該チャネルを経由して、該ＬＥＤ上に、または該ＬＥＤを通って合成ジェットを導くように適合された合成ジェットアクチュエータと
    を備える、ＬＥＤアセンブリ。

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