JP2014517447A - 下位の熱散逸構造を具備するｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

電気的コンタクト及び機械的マウントのためのベース要素１２と、少なくとも１つのＬＥＤ素子７０を具備するＬＥＤ配置２０とを有する照明装置又はＬＥＤランプ１０が説明される。ＬＥＤ配置２０は、長手方向軸Ｌに沿って、ベース要素１２とは離れて配置される。
調和のとれた光学設計及び熱設計を具備する、即ち、効果的な熱散逸及び好適な光輝度分布の両方が達成される照明装置及び照明配置を供給するために、下位の熱散逸構造２４が、ベース要素１２とＬＥＤ配置２０との間に配置される。下位の熱散逸構造２４は、長手方向軸Ｌに沿った第１の長手方向位置において、断面方向に第１の拡がりを持つとともに、第２の長手方向位置において、断面方向に第２の拡がりを持つように形成された、熱伝導材料で作られた複数の平面熱散逸素子２６を有する。第１の長手方向位置は、第２の長手方向位置よりＬＥＤ配置２０の近くに配置され、第１の拡がりは、ＬＥＤ配置２０から発せられる光の妨げを最小化するために、第２の拡がりよりも小さい。

Description

本発明は、照明装置に関するとともに、照明装置及び反射器を有する照明配置に関する。

電気照明の分野では、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が、高効率及び長寿命という好適な特性のために、ますます用いられている。また、ＬＥＤは、自動車用信号灯及び自動車用前方照明の両方を含む自動車用照明のために既に用いられている。

ＬＥＤ照明ユニットの設計における重要な側面は、機械設計、電気設計、光学設計、及び、熱設計を有する。機械設計の観点では、ＬＥＤ照明ユニットは、必要な安定性を持つとともに、大きさの要件を満たすべきである。電気設計の側面によれば、ＬＥＤ照明ユニットは、所与の電力源に適合するとともに、接続可能であるべきである。光学設計は、ＬＥＤ素子から生成される十分な光束、及び、特定の照明タスクに求められるような光束の空間的寄与を要求する。最後に、熱設計は、ＬＥＤ素子の動作において生成される熱が、安定的な熱動作状態を維持するために、散逸されることを要求する。

米国特許出願公開第２０１１／００５０１０１号は、ベースモジュールに結合された交換可能な照明モジュールを含む照明システムを記述している。当該照明モジュールは、ＬＥＤなどのソリッドステート照明素子と、複数のヒートフィンを持ち得る、熱的コンタクトにおけるヒートシンクとを有する。当該ヒートシンクは、段階的なテーパ状のヒートシンクを形成するために、上記ヒートフィンを具備するとともに、各々が異なる半径を有する複数の突出部を有していてもよい。好ましい実施形態では、上記照明モジュールは、照明ソケットから電力を受けるためのベースコネクタと、ベースコネクタから電力を受けるとともに、プリント回路基板上の上記ソリッドステート照明素子に電力を供給するための駆動回路とを持つ。

本発明の目的は、照明装置と、調和のとれた光学設計及び熱設計を具備する、即ち、効果的な熱散逸及び好適な光輝度分布の両方が達成される照明配置とを供給することである。

この目的は、請求項１の照明装置及び請求項８の照明配置による本発明に従って達成される。従属項は、本発明の好ましい実施形態について言及している。

本発明の基本的なアイデアは、ＬＥＤ素子から発せられる光の妨げを最小化するために空間的に選択された形状及び配置を具備し、特に、所望の放射方向に発せられる光の妨げを回避するとともに、一般的に使用されない、又は、あまり必要でない放射方向である、選択された部分に光の妨げを限定する熱散逸構造を供給することである。

本発明に従った照明装置は、電気的コンタクト及び機械的マウントのためのベース要素を有する。好ましくは、上記ベース要素は、例えば、ねじ式接続、バイオネット結合、プラグイン接続などで、照明装置が然るべきソケットにおいて交換可能にマウントできるようにする。このことは、特に、ＬＥＤレトロフィット照明装置、即ち、白熱灯などの従来技術のランプと交換するためのＬＥＤ素子を具備する照明装置に適用される。ＬＥＤレトロフィット照明装置は、この場合、ベースにおいて機械的及び電気的インタフェースを交換されるランプに相応に供給すべきである。

照明装置は、少なくとも１つのＬＥＤ素子を具備するＬＥＤ配置を更に有する。ＬＥＤ配置は、好ましくは、装置の中央長手方向軸である長手方向軸に沿って、ベース要素とは離れて配置される。以下の説明では、長手方向軸が鉛直方向に配向され、また、ベース要素が下側に位置されるとともに、ＬＥＤ配置が上側に位置する図面に示されるように、本発明に従った照明装置が説明される。当業者が理解するように、この配向は、参照を簡単にする目的のみのために用いられており、保護の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

ＬＥＤ配置は、単一のＬＥＤ素子のみ、即ち、任意のタイプの発光ダイオードのみを有していてもよい。好ましい実施形態で議論されるように、特に、所望の光放射分布を得るために、異なるＬＥＤ素子が異なる空間的方向へ光を発するように配置されている場合、２以上のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ配置が好ましい。

ＬＥＤ素子によって、また、存在する場合には照明装置内に組み込まれた駆動回路などの他の電子部品によって、動作中に生成される熱を散逸させるために、熱散逸構造が、ベース要素とＬＥＤ配置との間に配置される。

この熱散逸構造は、議論される好ましい実施形態が、他の上位の熱散逸構造を追加的に含んでいてもよいという事実のために、以下では、「下位の」熱散逸構造として称される。

本発明に従った下位の熱散逸構造は、熱伝導材料で作られた、複数の平面熱散逸素子又はヒートフィンを有する。この熱伝導材料は、好ましくは、アルミニウム、銅などの金属材料であるが、代替的に、十分な熱伝導率及び熱放射特性を具備するプラスチック材料などの非金属材料であってもよい。かかる特性は、以下において、好ましい実施形態を参照して、詳細に議論される。

平面熱散逸素子又はヒートフィンは、好ましくは、照明装置の長手方向軸に対して少なくとも略垂直に配置される。ここで、「少なくとも略垂直」なる用語は、９０°±２５°の角度、好ましくは、９０°±１０°の角度を意味するものとして理解されるべきである。この配置は、特に、水平方向の向きにおいて動作することを意図された、即ち、平面熱散逸素子が、効果的な冷却を可能とするための表面に沿って空気を伝達可能とするために、鉛直方向に配向される照明装置に良く適している。代替的な実施形態では、熱散逸素子が、垂直に配置されることを必要とするのではなく、例えば、長手方向軸に対して平行な配置を含む、異なる方向及び異なる角度で配置されてもよい。

本発明によれば、下位の熱散逸構造は、断面方向における拡がりに関して、即ち、長手方向軸に対して垂直方向に、空間的形状を持つ。断面方向において少なくとも略円形状を有する好ましい場合では、直径方向で測定される、この拡がりは、全ての方向において同じである。楕円形状、矩形状、又は、他の形状などの他の可能な形状では、上記拡がりは、中心の長手方向軸からの距離として、少なくとも１つの方向において測定され得る。この方向は、光放射の方向、即ち、照明タスクを果たすためにＬＥＤ配置からの光が発せられる角度であってもよい。

本発明によれば、この拡がりは、長手方向軸の長さ方向に亘って一定でなく、第２の長手方向位置よりＬＥＤ配置に近い第１の長手方向位置における拡がりが、第２の位置における拡がりよりも小さくなるように変化する。従って、ＬＥＤ配置の近く、好ましくは、ＬＥＤ配置に隣接して配置された、第１の長手方向位置では、断面方向における拡がりが、少なくとも所望の光放射方向における、ＬＥＤ配置から発せられる光の妨げを最小化するために、比較的小さい。ＬＥＤ配置から更に離れた位置であり、光の妨げに対して重要でない第２の長手方向位置において、拡がりは、大きいので、比較的大きい表面領域及び効果的な熱散逸が達成される。

従って、本発明に従った照明装置は、好適な光学的特性と効果的な熱散逸とを同時に達成する。下位の熱散逸構造の空間的に設計された形状は、シェーディングの最小化を可能とする。好ましくはＬＥＤ配置の近くに配置される下位の熱散逸構造の上部は、発せられる光を少しだけ妨げるが、この光の大部分は、ベース要素の方向に発せられ、いかなる照明のためにも用いられ得ない。熱設計の観点から、その空間的形状のために当該構造は、ＬＥＤ配置の極めて近くに配置されることができ、少なくとも第２の長手方向位置において、より大きな拡がりが大きい表面領域を供給するので、上記空間的形状は、効果的な熱散逸を可能とする。当該技術分野における当業者によって理解されるように、これらの利点は、任意の機械的な理由又は他の理由のため、たとえ下位の熱散逸構造が、第１及び第２の長手方向位置よりＬＥＤ配置から更に離れたところにある他の長手方向位置において、第１及び第２の拡がりの少なくともいずれかよりも小さい拡がりを有するとしても存在するであろう。

本発明の好ましい実施形態によれば、平面熱散逸素子が、共通のマウントロッドにマウントされて、好ましくは、平行な向きで、互いに離れて配置される。中央のマウントロッドは、好ましくは、長手方向軸に沿って設けられ、更に好ましくは、熱伝導材料の少なくとも一部を有する。例えば、円形状の断面又は任意の他の細長い形状を持つ共通のマウントロッドは、ＬＥＤ配置のＬＥＤ素子にベース要素からの導線を接続する経路としても役立つことができる。特に、中央のロッドを通じて延在している１又は複数の導線によって、ＬＥＤ素子に電気的に接続される駆動回路が、ベース要素内に配置されることができる。組み込まれた（一体型の）ドライバエレクトロニクスの場合、ＬＥＤ素子によって動作中に生成される熱だけでなく、駆動回路における熱損失が、下位の熱散逸構造によって散逸され得る。

平面熱散逸素子は、円形状のディスクとして供給され得る。好ましい実施形態では、断面方向において異なる拡がりを持つ、２個乃至５個、好ましくは３個の別個の熱散逸素子が供給され得る。段階的配置で配置された、即ち、長手方向軸に沿って拡がりが減少していく、又は、最小の拡がりを有する平面熱散逸素子がＬＥＤ配置の隣に配置され、最大の平面熱散逸素子がベース要素の隣に配置され、これらの間の任意の熱散逸素子が断面方向において段階的に増加していく拡がりを示す、複数の平面熱散逸素子が、更に好ましい。この好ましい実施形態では、第１のディスクに平行に隣接するが、離れて設けられるとともに、より小さな直径を有する、第２の長手方向位置における第２のディスクよりＬＥＤ配置に近い、最小の直径を有するディスクの位置に、第１の長手方向位置が対応する。

本発明の更に好ましい態様によれば、照明装置は、上位の熱散逸構造を追加的に有していてもよい。

当該上位の熱散逸構造は、熱伝導材料で作られた１又は複数の熱散逸素子を有していてもよい。上位の熱散逸構造は、少なくとも第１の端部と、第１の端部と離れて設けられた第２の端部とを含むように形成される。当該構造は、第１及び第２の端部が、長手方向軸に対して少なくとも略垂直（好ましくは９０°±１０°）な横軸に沿って離れて設けられるように配向されている。上位の熱散逸構造は、ＬＥＤ配置が第１及び第２の端部間に置かれるように、ＬＥＤ配置に関連して配置される。従って、上位の熱散逸構造は、素晴らしい熱散逸特性のための強力な熱的コンタクトでヒートフィンを達成するために、長手方向軸に沿った配置に関して、ＬＥＤ配置と同じ高さで、好ましくは、ＬＥＤ配置の上まで延びるように、置かれる。さらに、第１及び第２の端部間に囲まれたＬＥＤ配置は、機械的に保護され得る。

好ましくは、上位の熱散逸構造は、細長い形状、即ち、長手方向軸に対して垂直な断面方向において見た場合、上位の熱散逸構造の幅が、第１及び第２の端部間に延在している上位の熱散逸構造の長さよりも小さい形状を持つ。特に好ましくは、全体の幅が、長さよりも大幅に小さい、即ち、外形寸法は、長さが幅の少なくとも２倍、ある実施形態では、５又は１０倍である。

以下の詳細な実施形態に関連して明らかになるように、上位の熱散逸構造は、互いに離れて設けられた少なくとも２つの熱散逸素子を有していてもよく、又は、代替的に、第１及び第２の端部間に延在している１つの素子を有していてもよい。

本発明に従った照明配置では、上記の照明装置が、反射器とともに用いられる。

当該反射器は、凹状の内部反射表面を具備する空洞の反射器体を有する。上記照明装置が、そのＬＥＤ配置が反射器体内に配置されるとともに、ＬＥＤ配置から発せられる光の放射ビームを形成するために、パラボラ形状、楕円形状、又は、空間的に設計された複雑な形状などの形状を持つ内部反射器表面を照射するようにマウントされる反射器体内に、マウント開口が設けられる。

本発明の、上記及び他の特徴、目的、利点が、好ましい実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
図１は、本発明の第１の実施形態に従った照明装置の斜視図を示している。 図２は、図１の照明装置の上面図を示している。 図３は、図１の照明装置の側面図を示している。 図４は、図３の線分Ａ−Ａに沿った断面図において、図１乃至図３の照明装置を示している。 図５は、本発明の第２の実施形態に従った照明装置の斜視図を示している。 図６は、図５の照明装置の上面図を示している。 図７は、図５の照明装置の側面図を示している。 図８は、図７の線分Ｂ−Ｂに沿った断面図において、図５乃至図７の照明装置を示している。 図９は、本発明の第３の実施形態に従った照明装置の斜視図を示している。 図１０は、図９の照明装置の上面図を示している。 図１１は、図９の照明装置の側面図を示している。 図１２は、図１１の線分Ｃ−Ｃに沿った断面図において、図９乃至図１１の照明装置を示している。 図１３は、図１２の線分Ｃ−Ｃに沿った断面図において、図９乃至図１２の照明装置を示している。 図１３ａは、図９乃至図１３に従った実施形態における光学的効果の象徴的な表示を示している。 図１３ｂは、図９乃至図１３に従った実施形態における光学的効果の象徴的な表示を示している。 図１４は、従来技術のハロゲンランプを示している。 図１５は、ランプ及び反射器を含む照明システムを示している。 図１６は、照明装置の実施形態での水平面における輝度分布のグラフを示している。 図１７は、照明装置の実施形態での垂直面における輝度分布のグラフを示している。 図１８は、本発明の第４の実施形態に従った照明装置の斜視図を示している。 図１９は、図１８の照明装置の上面図を示している。 図２０は、断面図において、図１８及び図１９の照明装置を示している。

図１乃至図４は、図１４に示されるような自動車用信号灯として用いられる従来技術の白熱灯と交換することを意図された、ＬＥＤ照明装置１０又はＬＥＤランプ１０を示している。従来技術のハロゲンランプのように、ＬＥＤランプ１０は、位置決め基準を含むバイオネット結合を形成するための係合突起１８を含む金属シリンダ１６を具備するベース１２を有している。金属シリンダ１６及び他の端部コンタクト１４は、ランプに電力を供給するための電気的コンタクト１４，１６を形成している。ＬＥＤランプ１０は、図では、立位で、即ち、長手方向軸Ｌが鉛直方向に配向されて示されている。当業者が理解するように、当該配向は、参照のためだけに用いられており、ランプ１０は、他の配向においても動作可能であり、図１５に示されるように、照明ユニット５０における水平方向の向きであっても好適に動作する。

従来技術の照明ユニットでは、図１５に示されるようなランプは、光が発せられるフィラメント巻８が反射器内部の特定の位置に配置されるように、内部反射器表面へ突き出て、反射器５２にマウントされる。照明ユニット５０から発せられるビームの所望の照明分布を達成するために必要なこの配置は、基準フランジ１６に対するフィラメント巻８の特定の位置によって達成される。

図１４の従来技術のランプと交換することを意図されたＬＥＤランプ１０では、ＬＥＤ配置２０が、長手方向軸Ｌに沿って、ベース１２とは離れてマウントされる。ＬＥＤ配置２０は、示されている例では、横軸Ｔに沿った少なくとも横方向において互いに離れて配置された２つの別個のＬＥＤ素子７０を有している。

従来技術のランプと交換するためのＬＥＤ配置２０を具備するＬＥＤランプ１０を設計する際、その目的は、（自動車用規格によって与えられる限度の範囲内で）従来の照明分布に必要な限り近づけることである。一方、光を発するＬＥＤ配置２０は、その外形寸法において、従来技術のランプのフィラメント巻８に似ているべきであり、ベース１２に対して同じ相対位置で配置されるべきである。

従来技術のランプは、タングステンのフィラメント８を有する白熱灯である。図１４の従来技術のランプを交換するために、図１乃至図４のＬＥＤランプは、ＬＥＤ配置２０において、２つのＬＥＤ素子７０を含んでいる。ＬＥＤ素子７０の各々は、矩形状の平面担体板と、担体板上にマウントされたＬＥＤチップとを有している。一次光学素子を有さないＬＥＤ素子７０の好ましい場合では、光放射は、ランバート放射に似ている、即ち、中央の主な光放射方向が担体板に対して中央で垂直である。

ＬＥＤ素子７０は、横軸Ｔに対して平行に、即ち、担体板の表面によって定められる平面が、図１に示されるように、軸Ｔに対して平行であるように、マウントされている。

ＬＥＤ素子７０は、横軸Ｔに関して、回転角をなすように配置されている。さらに、ＬＥＤアセンブリ７０は、オフセット構造で配置されている、即ち、横軸Ｔに対して平行な方向において線形にずらされている。示されている例では、ＬＥＤ素子７０は、互いに隣接して配置されている、即ち、各ＬＥＤ素子７０間のオフセットは、ＬＥＤ素子７０の長さに略等しい。従って、ＬＥＤ素子７０は、小型の発光構造を形成するために、互いに近接して配置されている。ＬＥＤ素子７０が配置されてなす回転角は、各ＬＥＤ素子の主な光方向間で定められる照明角度をもたらす。さらに、示されている例では、ＬＥＤ素子７０は、鏡面対称構造で配置されており、結果、各ＬＥＤ素子７０の主な光方向は、長手方向軸Ｌに沿って見た場合、横軸Ｔを挟んだ両側で対向している。

図１４に示される従来技術のランプと交換するためのＬＥＤランプ１０の設計において、横軸Ｔは、従来技術のランプのフィラメント巻８の配置に対して平行に置かれる。ＬＥＤ配置２０は、ベース１２に関して、従来技術のランプにおけるフィラメントと同じ位置に配置される。

適切なソケット（図示省略）に挿入されたランプ１０の動作において、電力は、電気的コネクタ１４、１６を介して供給される。ベース１２のキャビティ内に組み込まれたプリント回路基板４２上の電気的駆動回路４０（図４）は、ＤＣ駆動電流を供給する。ＬＥＤ配置２０のＬＥＤ素子は、マウントロッド２２中央の空洞を通じて延在している導線４１によって、駆動回路４０に接続され、発光するように動作し得る。

動作の間、駆動回路４０及びＬＥＤ配置２０における電気損失のために、熱が、ＬＥＤランプ１０において生成される。この熱を散逸させるために、上位の熱散逸構造６０と下位の熱散逸構造２４との両方が供給される。

下位の熱散逸構造２４は、ランプ１０の長手方向軸Ｌの方向において、互いに間隔を空けて平行に配置された複数のディスク２６を有している。示されている好ましい例では、３つのディスク２６が供給されている。ディスク２６は、マウントロッド２２上にマウントされている。マウントロッド２２と同様、ディスク２６は、銅又はアルミニウムなどの高い熱伝導率の金属材料からなる。従って、ベース１２内の駆動回路及びＬＥＤ配置２０において生成された熱は、マウントロッド２２及び下位の熱散逸構造２４の皿（dish）２６を介して散逸される。

図４に示されているように、ディスク２６の直径、及び、ＬＥＤ配置２０からの距離は、障害なしに、水平面Ｐと光放射方向１１との間に定められる照明角度αを残すように、選択されている。従って、ＬＥＤ配置２０から発せられる光は、角度αによって定められる間隔において、平面Ｐより下方の方向１１で、下位の熱散逸構造２４によって妨げられることはない。示されている例では約６０°である角度αは、要求されるＬＥＤランプの規格に応じて選択されてもよく、例えば、２０°乃至７０°の範囲内であってもよい。

図１乃至図４に示される好ましい例では、ディスク２６は、円形状の断面を持つ。従って、全ての放射方向において、拡がり、即ち、中央の長手方向軸Ｌから外縁までの距離は同じである。図１８及び図１９に示されるような代替的な実施形態では、ディスク２６は、円形状とは異なる断面を持っていてもよい。

まず、最小のディスク２６が、ＬＥＤ配置２０の近くに配置され、良好な熱的コンタクトをもたらす。このディスク２６は小さな直径を有するため、光放射方向の角度αは、比較的大きな範囲で妨げられることがない。他のディスク２６は、ＬＥＤ配置２０から離れた、別個の長手方向位置に配置される。これらのディスク２６はより大きな直径を有するため、良好な熱散逸のための比較的大きい表面領域を供給する。これらのディスク２６の長手方向位置は、ＬＥＤ配置２０からより遠くにあるので、より大きな直径は、より小さなα、ひいては、より大きな光妨害量につながることはない。

ＬＥＤ配置２０の隣に、ＬＥＤランプ１０は、上位の熱散逸構造６０を更に有する。

上位の熱散逸構造６０は、第１の実施形態において、２つの別個の熱散逸素子６２を有している。熱散逸素子６２の各々は、およそ６０°の角度で配置された２つの平面ヒートフィンを有している。外端において、各ヒートフィンは、アーチ型の縁６４ａ，６４ｂを持つ。これらの縁６４ａ，６４ｂは、長手方向軸Ｌに対して垂直な横軸Ｔに沿って互いに離れて配置された、上位の熱散逸構造６０の外端を形成している。

上位の熱散逸構造６０は、ＬＥＤ配置２０に隣接して配置されているので、ＬＥＤ配置２０は、２つの熱散逸素子６２の間にある。従って、熱散逸素子６２は、ＬＥＤ配置の極めて近くに配置され、良好な熱的コンタクトを供給しているので、効果的な熱散逸を供給するのに向いている。

長手方向位置に関して、即ち、長手方向軸Ｌに沿った位置に関して、上位の熱散逸構造６０の熱散逸素子６２は、図１乃至図４に示されるように、ＬＥＤ配置２０自体と少なくとも同じ高さにおいて配置され、好ましくは、ＬＥＤ配置２０を越えた高さ、即ち、ＬＥＤ配置２０よりも高い位置に長手方向軸Ｌに沿って延在している。この配置によって、上位の熱散逸構造６０は、ＬＥＤ素子からの熱を散逸させるとともに、ＬＥＤランプ１０を取り扱う際の直接的な接触からＬＥＤ配置２０を部分的に保護し、機械的な保護を供給する。

上位の熱散逸構造６０の形状は、ランプ１０から発せられる光の妨げ、特に、照明システム５０において用いられる光部分の妨げを最小化するように選択されている。

ＬＥＤ配置２０と同じ長手方向位置における上位の熱散逸構造６０の配置によって、ある量のシェーディングが生じる。このことは、図１乃至図４の実施形態では、図２において、網掛けされたシェーディング領域６８によって示されている。当業者が理解するように、示されているシェーディング角は、長手方向軸Ｌと一致するＬＥＤ配置２０の中心点において示されており、図１乃至図４の実施形態では、およそ５０°の値を持つ。個別のＬＥＤ素子７０は、横軸Ｔに沿って、上記中心位置からわずかにずれているため、実際のシェーディングは、わずかに異なる。それでもなお、上記シェーディング角（網掛け領域６８）は、上位の熱散逸構造の熱散逸素子６２によるシェーディング量の尺度として役立つことができる。

長手方向軸Ｌに沿った図２の表示において特に視認できるように、熱散逸素子６２の形状は、限定されたシェーディング角を達成するように、比較的狭い。この図における上位の熱散逸構造６０の全体的な形状は、細長い形状であり、即ち、縁６４ａと縁６４ｂとの間において横軸Ｔに対して平行に延在している長さは、その幅、即ち、横軸Ｔの両側への拡がりよりも大きい。示されている例では、長さ、即ち、縁６４ａと縁６４ｂとの間の距離は、幅に対して約２．５倍の長さであり、これは、約５０°の上記シェーディング角につながる。

従来技術のランプと交換するために、ＬＥＤランプ１０は、下位及び上位の熱散逸構造２４，６０におけるシェーディング後においても、自動車用規格の関連要件を満たすために、従来の白熱灯からの光放射に十分近いＬＥＤ配置２０から光放射を供給するように設計される。発光構造、即ち、ＬＥＤ配置２０のサイズに加えて、最終的な要件は、空間的な光分布、即ち、ＬＥＤ配置２０から発せられる光の強度が異なる照明方向への分布の仕方である。ここで、最終的なビームには実質的に寄与しない、光放射方向及びビーム部分からの最終的なビームを形成するために、図１５に示されるような照明システム５０において用いられる、光放射方向又はビーム部分を区別すべく、設計上、特別な注意が払われるべきである。図１５は、ランプ１０から発せられる光のどの部分が、最終的なビームパターンを形成するために、反射器５２によって主に用いられるのかを概略的に示している。従って、示されている特定の照明タスクにとって、例えば、ランプ１０から基準平面Ｐより下方においてαよりも大きい角度へ発せられた光の部分は、最終的なビームには実質的に寄与しないので、これらの光部分のシェーディングは許容され得ることが明らかになる。

ランプ１０から発せられる光の空間的分布は、水平配向の、即ち、ランプ１０の長手方向軸Ｌに対して垂直に置かれた図１乃至図４に示されるように、基準平面Ｐにおいて、又は、代替的に、図３の線分Ａ−Ａによって示されるような垂直平面において、観測され得る。

図１７は、鉛直平面Ａ−Ａにおいて０°乃至３６０°の角度でＬＥＤランプ１０から発せられる光の輝度分布を示しており、図１６は、水平基準平面Ｐにおいて０°乃至３６０°の角度で、対応する輝度分布を示している。従来技術のランプ（カンデラで測定された値が正規化されているので、従来技術のハロゲンランプの最大輝度が、１００％の値として示されている）の輝度分布が、両方の場合において基準として点線で示されている。図１６及び図１７において、図１乃至図４の実施形態に従ったランプ１０から発せられる光の輝度分布が、破線で示されている。水平面Ｐにおいて、図１乃至図４のＬＥＤランプ１０の輝度分布は、９０°及び２７０°の角度、即ち、横軸Ｔ及びＬＥＤ素子７０に対して垂直な角度において、２つの最大値５８を示している。熱散逸素子６２によるシェーディングが、およそ０°及び１８０°の角度のみにおいて、即ち、光強度が既に最小である方向のみにおいて発生している。このように、水平面Ｐにおける輝度分布は、タングステンのフィラメント８が長手方向において比較的小さい輝度の光を発する従来技術の白熱灯（図１４）の輝度分布に似ている。

長手方向軸Ｌに対して平行な鉛直平面（図１７）において、点線で示されている第１の実施形態に従ったランプ１０の光放射は、光が下位の熱散逸構造２４においてシェーディングされる中央部分で最小値６２を持つ。２００°と３３０°との間の角度では、光放射が必要とされないので、このシェーディングは、問題ない。

一方のＬＥＤチップ１４０からの光が他方のＬＥＤチップ１４０においてそれぞれシェーディングされる箇所で、追加的な落ち込み６０があることが分かる。それでもなお、従来技術のランプの輝度分布（点線）が、十分な程度で近似されている。

図５乃至図８は、第２の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置又はＬＥＤランプ１０を示している。以下で明らかとなるように、第２の実施形態に従ったＬＥＤランプ１０は、第１の実施形態に従ったＬＥＤランプ１０と、大部分で対応している。従って、以下の説明は、各実施形態の差異に焦点を当てている。各実施形態において同様の部分には、同一の参照符号が付されている。

第２の実施形態に従ったＬＥＤランプ１１０は、図５乃至図８から分かるように、上位の熱散逸構造１６０の形状の点で、第１の実施形態とは異なる。第１の実施形態のように、アーチ型の縁６４ａ，６４ｂを具備する２つの別個の熱散逸素子１６２が、ＬＥＤ配置２０の両側に備えられている。しかしながら、上位の熱散逸構造１６０は、特に図６において視認できるように、ずっと狭く、１５°よりも大幅に小さいシェーディング角を達成する形状を持ち、結果、水平基準平面Ｐにおいて発せられる光のうちシェーディングされた部分６８は、大幅に小さい（図６の網掛け部分参照）。

熱散逸素子１６２は、それぞれ、半円型ディスクのような形状の平面素子であり、横軸Ｔに対して平行に配置されており、熱散逸素子１６２の間にＬＥＤ素子７０の療法が配置されている。熱散逸素子１６２は、ＬＥＤ配置２０の上に長手方向に延在しているので、特定の機械的シールドも達成される。

最終的な光分布が、図１７（鉛直平面）及び図１６（水平基準平面Ｐ）において、実線で示されている。ここから分かるように、０°乃至１８０°の角度において配置された薄い上位の熱散逸素子１６２による水平面（図１６）における妨げは、第１の実施形態よりも大幅に少ない。鉛直平面（図１７）では、上記分布は、第１の実施形態と略等しい。

図９乃至図１３は、第３の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置又はＬＥＤランプ２１０を示している。同様に、第３の実施形態と第１及び第２の実施形態との差異が、同様の部分には同様の参照符号が付されて、説明される。

第３の実施形態に従ったＬＥＤランプ２１０は、２つの別個の熱散逸素子を有さず、横軸Ｔに沿って延在している単一の平面熱散逸素子２６２のみを有する上位の熱散逸構造２６０の形状の点で、前述の実施形態と異なる。アーチ型の縁６４ａ，６４ｂは、熱散逸素子２６２の長手方向端部を形成している。

前の実施形態のように、ＬＥＤ配置２０は、互いに離れて配置された２つの個別のＬＥＤ素子７０を有している。ＬＥＤ素子７０は、横軸Ｔに対して垂直にずらされて配置されており、熱散逸素子２６２の両側に配置されている。

図９乃至図１３から分かるように、第３の実施形態では、ＬＥＤ素子７０は、アーチ型の縁６４ａ，６４ｂを通っている横軸Ｔに沿って離れていない。また、平面担体板をそれぞれ具備する別個のＬＥＤ素子７０は、長手方向軸Ｌに沿って見た場合（図１０）、横軸Ｔに対して平行な方向において、対向して配置されている。

第３の実施形態に従ったＬＥＤランプ２１０において、熱散逸素子２６２は、熱散逸機能に加えて、シェーディング以外の光学的機能を持つ。ＬＥＤ素子７０から発せられる光のための反射表面として機能するために、平面状の熱散逸素子２６２の両表面は、反射特性を得るべく高研磨されたアルミニウムである。しかしながら、高研磨されたアルミニウムは、むしろ低い熱放射係数を持つ。例えば、研磨されていないアルミニウムのヒートフィンの熱放射係数が０．８程度と高いのに対し、反射性を有するように研磨されたアルミニウムは、０．０５程度の低い熱放射係数を持つ。アルミニウムの反射特性を利用できるようにするために、およそ０．６以上の熱放射係数を達成する透明被覆の薄層で表面２６６を被覆するのが好ましい。この透明被覆は、Rust-Oleum社の「High Temperature Top Coating 2500」などの透明なラッカーであってもよい。

図１３ａは、熱散逸素子２６２の反射性側面２６６における単一のＬＥＤ素子からの光の反射によって達成される光学的効果を概略的に示している。一方の側から見た場合、表面２６６における反射は、ＬＥＤ配置２０が、２つのＬＥＤ素子７０を持つように見せ、表面２６６において反射された光を第２の光として見せ、表面２６６に仮想のＬＥＤ素子を映す。好ましい実施形態では、ＬＥＤ素子７０が両側に設けられるため、２つの物理的なＬＥＤ素子７０が熱散逸素子２６２によって分離されてはいるが、ＬＥＤ配置２０は、全ての角度で、２つの別個のＬＥＤ素子から光を発するようにみえる。

図１３ｂは、熱散逸素子２６２が、５０％のミラーとして機能するように、小さな穴の構造を有する、他の実施形態の光学的効果を示している。表面２６６に入射する光の５０％が反射される一方、他の５０％が穴を通過する。この代替的な実施形態では、ＬＥＤ素子７０の両方が、全ての光放射方向を照明する。

本発明は、図面及び上記説明において、詳細に図示及び説明されてきたが、かかる図示及び説明は、例示的又は一例であって、制限的でないものと考えられるべきであり、即ち、本発明は、開示の実施形態に限定されない。

例えば、１つだけのＬＥＤ素子７０を備えたり、又は、３以上のＬＥＤ素子を備えたりするなどのＬＥＤ配置２０の異なる構造を用いることが可能である。上記実施形態のように２つのＬＥＤ素子が用いられる場合、その配置は、例示の実施形態とは異なっていてもよい。例えば、第１及び第２の実施形態において、ＬＥＤ素子７０は、横軸Ｔに対して垂直な方向にわずかにずらされているが、代替的に、横軸Ｔに沿って一列に正確に配置されてもよいし、又は、更にずらされていてもよい。

上記実施形態の他の変形例として、図１８乃至図２０は、第１の実施形態に従ったＬＥＤランプ１０に対応しているが、下位の熱散逸構造２４のディスク２６の１つが異なる形状を持つ、ＬＥＤランプ３１０の代替的な第４の実施形態を示している。第１の実施形態とは対照的に、ＬＥＤ配置２０の最も近くに配置されたディスク２６は、円形状でなく、丸みを帯びた矩形状である。しかしながら、図１９及び図２０に示されるように、光放射方向１１において、最も高い位置の矩形状のディスク２６は、下位の円形状のディスク２６より小さな拡がりを示している。従って、第１の実施形態と同様に、光放射方向１１及び長手方向軸Ｌに対して平行な平面における照明角度αは、妨げを有しておらず、結果、光は自由に発せられる。

第４の実施形態において、ベース１２の最も近くに配置される第３のディスク２６は、図２０において視認できるように、より小さな拡がりを持つ。

開示された実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び、添付の請求項の研究から、本発明を実施する際、当該技術分野における当業者によって、理解及び実現され得る。請求項中、「有する」なる用語は、他の要素を除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数であることを除外しない。特定の特徴が相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実、又は、特定の特徴が上記の詳細な説明における相互に異なる実施形態において開示されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものはない。請求項中の任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. 電気的コンタクト及び機械的マウントのためのベース要素と、
   少なくとも１つのＬＥＤ素子を有するＬＥＤ配置であって、長手方向軸に沿って、前記ベース要素とは離れて配置された前記ＬＥＤ配置と、
   前記長手方向軸に対して少なくとも略垂直に配置された、熱伝導材料で作られた複数の平面熱散逸素子を有する、前記ベース要素と前記ＬＥＤ配置との間に配置された下位の熱散逸構造と、を有し、
   前記下位の熱散逸構造は、前記長手方向軸に沿った第１の長手方向位置において、前記長手方向軸に対して垂直な断面方向に第１の拡がりを持つとともに、第２の長手方向位置において、断面方向に第２の拡がりを持つように形成され、
   前記第１の長手方向位置は、前記第２の長手方向位置より前記ＬＥＤ配置の近くに配置され、前記第１の拡がりは、前記第２の拡がりよりも小さい、照明装置。
2. 前記複数の平面熱散逸素子は、互いに離れて配置されるとともに、共通のマウントロッドにマウントされる、請求項１記載の照明装置。
3. 前記複数の平面熱散逸素子は、断面方向において異なる拡がりをそれぞれ持つとともに、前記ＬＥＤ配置から前記ベース要素へ向かう方向において、前記長手方向軸に沿って減少していく拡がりを有する段階的配置で配置される、請求項２記載の照明装置。
4. 前記複数の平面熱散逸素子は、円形状のディスクとして供給される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記ベース要素は、少なくとも１つの電気的コンタクトを有し、駆動回路が、前記ベース要素内に配置され、前記駆動回路は、前記ＬＥＤ素子に電力を供給するために前記ＬＥＤ素子に電気的に接続されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記駆動回路は、前記下位の熱散逸構造の中央ロッドを通じて延在している導線によって、前記ＬＥＤ素子に接続される、請求項５記載の照明装置。
7. 前記ＬＥＤ配置の隣に配置された上位の熱散逸構造を更に有し、前記上位の熱散逸構造は、少なくとも第１の端部と前記長手方向軸に対して垂直な横軸に沿って前記第１の端部から離れて配置される第２の端部とを含み、前記ＬＥＤ素子は、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置と、
   凹状の内部反射器表面及びマウント開口を具備する反射器体と、を有し、
   前記照明装置は、前記ＬＥＤ素子が前記反射器体内部に配置されるとともに、前記ＬＥＤ配置から発せられる光が前記内部反射器表面によって反射されるように、前記マウント開口内にマウントされる、照明配置。

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