JP2018174135A - 熱放散効果を備えたｌｅｄランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】熱放散効果を備えたＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】熱放散効果を有するＬＥＤランプは、ＬＥＤ装置１０およびランプ基部４０を有する。ＬＥＤ装置はライトバー１４および保護カバーを有し、ライトバーは、複数の導電性基板上に間隔を開けて配置されたＬＥＤチップ、およびＬＥＤチップを被覆するパッケージング層で形成される。保護カバーはライトバーを被覆し、内部を冷却液で充填される。冷却液は、冷却を目的としてライトバーに接触する。ＬＥＤチップによって発生する熱は、冷却液によって保護カバーに伝導され、次いで空気に分散され、それによって熱放散を向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は照明器具に関し、より具体的には熱放散効果を備えたＬＥＤランプに関する。
米国特許第７，９９７，７５０Ｂ２号は電球の中心に高出力ＬＥＤ要素を有する高出力ＬＥＤ電球を開示している。このＬＥＤ要素は冷却アセンブリで包囲され、当該冷却アセンブリは金属製とすることができる。電球内部は液体で満たされているが、熱はＬＥＤ要素から放熱板を通過し、次いで液体を通過し、そして最後にＬＥＤ電球の外装（ハウジング）を通過して、空気へと通過しなければならない。外装内部は大きな空洞であり、熱源としてのＬＥＤ要素は外装から遠い位置にあるため、伝熱経路は極めて長く、迅速に熱を放散するには好ましくない。さらに、空洞が液体で満たされている場合、ＬＥＤ電球の重量および容積は顕著に増加するであろう。
さらに、米国特許出願公開第２０１１／０２５５２６８Ａ１号、および米国特許出願公開第２０１４／００１５３９７Ａ１号もまた、冷却基部に配置されたＬＥＤを有するＬＥＤ電球を開示しており、この冷却基部は金属製であり、電球の外装の内側中心部に配置されている。この２つの特許出願も、上記の特許と同一の問題を有している。
米国特許第８，１１５，３７０Ｂ２号はＬＥＤの管形（チューブ型）ランプを開示している。複数のＬＥＤチップが、細長いフレキシブル回路基板上に配置され、次いでガラス管の中に配置されている。湾曲したガラス管が冷却液で満たされていてもよい。この特許に使用されているＬＥＤチップは、単一方向の光を放射し、隣接するＬＥＤチップとは遠く離れているため、ＬＥＤ管形ランプは連続する照明効果を提供することができない。フレキシブル回路基板の幅が広いことから、ガラス管はフレキシブル回路基板をそこに保持するために、相対的に大きな直径を有する必要がある。しかし、材料によって制限があり、ガラス管は脆弱であり、所望される特定の形状にすることは好ましくはない。冷却液がガラス管に注入された場合、ガラス管は増加した重量により、固定地点で容易に折れてしまうであろう。
これらの欠点を克服するために、本発明は、上述した問題を最小化するか、または除去するための熱放散効果を備えたＬＥＤランプを提供する。
米国特許第７，９９７，７５０Ｂ２号公報 米国特許出願公開第２０１１／０２５５２６８Ａ１号公報 米国特許出願公開第２０１４／００１５３９７Ａ１号公報 米国特許第８，１１５，３７０Ｂ２号公報
従来のＬＥＤ電球が、追加的な金属製冷却要素により増加した重量を有し、且つ比較的長い熱伝導経路を有するという課題を克服するために、本発明は小型で、軽量で、速い熱放散の特徴を持つ液体冷却媒体を有するＬＥＤランプを提供する。
発明の概要
上記の目的を達成するために、熱放散効果を備えたＬＥＤランプは、以下の構成を備える。すなわち、
複数の導電性基板と、当該導電性基板上に配置された複数のＬＥＤチップとを有するライトバー（ｌｉｇｈｔ ｂａｒ、照明バー）であって、各ＬＥＤチップは、２つの隣接した前記導電性基板によって受け入れられ（ｈｏｓｔ、ホストされる）且つ電気的に接続された、両面発光するフリップチップであり、それぞれのＬＥＤチップの上面および下面はそれぞれがパッケージング層（ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｌａｙｅｒ）で被覆されており、ライトバーが導電性基板に接続される少なくとも１つのワイヤを有していることを特徴とする、ライトバーと、
絶縁性の光透過性チューブを備える保護カバーであって、前記光透過性チューブが、押し出し成形されたプラスチックチューブであり、且つライトバーを被覆することを特徴とする保護カバーと、
半透明（ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ）で絶縁性の冷却液であって、保護カバーに充填され、ライトバーに接触することを特徴とする冷却液と、
冷却液の漏出を防止するための保護カバーに配置された封止要素であって、ライトバーの少なくとも１つのワイヤのそれぞれが封止要素のそれぞれ１つを通過することを特徴とする封止要素と、
固定ブロックであって、保護カバーで被覆され冷却液で充填されたライトバーの端部が固定ブロックに固定され、回路基板が固定ブロックの内側に配置され、回路基板がライトバーの少なくとも１つのワイヤに電気的に接続されている固定ブロックと、
固定ブロックに取り付けられ、回路基板に電気的に接続されるランプ基部であって、外部電源に接続されるように構成されていることを特徴とするランプ基部と、を備える。
本発明では、冷却液が保護カバーに注入され、ライトバーに直接接触し、ライトバーによって発生した熱エネルギーが保護チューブに伝達され、次いで保護カバーの外側の空気に伝達されることが可能である。ライトバーと保護チューブの間の距離が極めて短いため、熱エネルギーは冷却液によって素早く伝達でき、それによって熱放散効果を向上できる。さらに、本発明は追加的な金属製冷却要素を必要としないため、ＬＥＤランプの重量が低減できる。
本発明において、保護カバーは長尺の曲線形状である。保護カバーの別々の部分の間で顕著な温度差が存在する場合、冷却液内で、温度差によって、均一に熱を放散するための自然対流が発生することができる。
本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、添付図面とともに参照されるとき、以下の詳細な説明からより明白となるであろう。
図１は本発明の概略図である。 図２は本発明の分解組立図である。 図３は本発明に従ったライトバーの概略図である。 図４は本発明に従ったライトバーの側面図である。 図５は本発明に従ったＬＥＤ装置の断面図である。 図６は本発明に従ったライトバーの外側に配置された保護カバーの概略図である。 図７Ａは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｂは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｃは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｄは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｅは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｆは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｇは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｈは本発明の異なる実施形態である。 図７Ｉは本発明の異なる実施形態である。 図８Ａは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｂは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｃは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｄは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｅは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｆは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｇは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。 図８Ｈは保護カバーが提供された本発明の異なる実施形態である。
図１および図２を参照すると、熱放散効果を備えたＬＥＤランプは、ＬＥＤ装置１０、固定ブロック２０、回路基板３０およびランプ基部４０を備える。
ＬＥＤ装置１０は、ライトバー１４および保護カバー１６を備える。図３および図４に示されているように、ライトバー１４は複数の発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）１１、複数の導電性基板１２、およびパッケージング層１３を有する。それぞれのＬＥＤチップ１１は、両面発光する、フリップチップ構造のＬＥＤであってもよく、もしくは、少なくとも１つの上部発光面１１１を有してもよい。それぞれのＬＥＤチップ１１は、外側方向に上部発光面１１１から光を発することができ、上部発光面１１１はＬＥＤチップ１１の最上面であることを特徴とする。それぞれの導電性基板１２は、金属製の導電性シートである。導電性基板１２は、２つの隣接するそれぞれの導電性基板１２の間に間隔をあけて、並んで配置される。ＬＥＤチップ１１のそれぞれは、２つの隣接する導電性基板１２の間に取り付けられ、２つの隣接する導電性基板１２に電気的に接続される。パッケージング層１３は、ライトバー１４を形成するために、導電性基板１２の片面及びその表面上のＬＥＤチップ１１を被覆するための、少なくとも１つの上側パッケージング層１３１を含む。本実施形態では、ライトバー１４は柔軟性を有する。図３を参照すると、本実施形態で、第一の導電性部１２１は、ライトバー１４の一方の端部で導電性基板１２上に形成されるとともに導電性基板１２から延在し、第二の導電部１２２は、ライトバー１４の他方の端部で導電性基板１２上に形成されるとともに導電性基板１２から延在し、第一の導電性部１２１および第二の導電性部１２２は２つの対向電極（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）であることを特徴とする。第一の導電性部１２１および第二の導電性部１２２は、電力を受けるためにそれぞれのワイヤ１２３およびワイヤ１２４に接続されることができる。本発明のライトバー１４は、２つのワイヤ１２３および１２４を備えると限定されるものではない。他の実施形態では、ライトバー１４は電力回路が形成可能であるならば、１つのワイヤが提供されていても良い。本発明の導電性基板１２は、従来のフレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）とは異なる。従来のフレキシブルプリント回路基板は、基板の幅が大きすぎる場合に両面発光の効果を減じるように、導電性基板１２の幅が相対的に狭く、２ｍｍから６ｍｍの間とされる。対照的に、本発明の導電性基板１２は幅が狭く、ＬＥＤチップ１１が点灯されると、細くてかつ全面的な（ｓｌｉｍ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ）発光の視覚的効果が実現される。
図５を参照すると、本実施形態では、パッケージング層１３は上側パッケージング層１３１および下側パッケージング層１３２を含む。光透過板１５がそれぞれの導電性基板１２の下側の面に配置され、結果として光が光透過板１５を通って下方に伝達される。光透過板１５の面積は、それぞれの導電性基板の面積よりも大きいか、もしくは当該面積と等しい。実質的に半楕円形の断面を有する上側パッケージング層１３１は、導電性基板１２の上側表面に配置され、複数のＬＥＤチップ１１を完全に被覆する。実質的に半楕円形の断面を有する下側パッケージング層１３２は、導電性基板１２の下側表面およびＬＥＤチップ１１を被覆する。
本実施例において、保護カバー１６は光透過性チューブ１６０であり、光透過性チューブ１６０は異なる形状で形成することができる。光透過性チューブ１６０はライトバー１４を保護するための光透過性の絶縁体であり、光を透過させる。光透過性チューブ１６０は、チューブを軟化させるために加熱し、次いでチューブを型に押し込む押出形成によって製造することが可能である。従って、光透過性チューブ１６０は、ガラスではない、プラスチック材料で製造されている。
保護カバー１６は、冷却液５０で充填される。冷却液５０は光透過性であり、絶縁体であり、自然発火性がない、例えばシリコンオイルとすることができる。ある実施形態では、冷却液の色を変更するため、または視覚効果を高めるために、色素または反射粒子を冷却液に添加または懸濁することができる。冷却液５０が保護カバー１６の内部に注入された後、封止要素１６１が保護カバー１６の２つの端部の開口部に配置される。封止要素１６１は環状のブロックまたは空洞のスリーブとすることができる。それぞれの封止要素１６１に、貫通孔が形成されてもよい。ライトバー１４の両端のワイヤ１２３および１２４は、封止要素１６１の貫通孔を通過して、回路基板３０に接続されることができる。一実施形態では、ワイヤ１２３および１２４が封止要素１６１を貫通した後で、封止要素１６１の貫通孔に粘着性物質（ａｄｈｅｓｉｖｅ、接着剤）が塗布され、粘着性物質が硬化した後に保護カバー１６の両端を封止する。そして、冷却液５０は漏出を回避することができる。別の実施形態では、封止要素１６１は粘着性物質であり、ワイヤが粘着性物質を貫通し、粘着性物質が硬化した後、封止要素１６１は保護カバー１６の両端を封止する。
図１を参照すると、複数の穴２２が固定ブロック２０に形成されている。本実施形態では、固定ブロックは２つの穴２２を有する。それぞれの穴２２は保護カバー１６の外径と一致する直径を有する。ＬＥＤ装置１０の両端で、第一の導電性部１２１および第二の導電性部１２２は、それぞれに２つの穴２２に挿入され、ＬＥＤ装置１０の適切な位置への固定を維持するために、穴２２に固定される。
回路基板３０は、固定ブロック２０の内側に配置され、複数の電極端子が提供される。この実施形態では、２つの電極端子３１１ａおよび３１１ｂが回路基板３０上に形成され、２つの電極端子３１１ａおよび３１１ｂは、例えば正電極端子と負電極端子の異極性を有する。正電極端子は第一の導電性部１２１に電気的に接続され、一方で、負電極端子は第二の導電性部１２２に電気的に接続されている。制御回路が、例えばコンデンサやレジスタＩＣなどの電子部品によって、回路基板３０上に形成される。
ランプ基部４０は、その中に第一の電気的接続部４１を有し、且つその側面に第二の電気的接続部４３を有する。第一の電気的接続部４１および第二の電気的接続部４３は、外部電源の異極性に接続するためのものである。第一の電気的接続部４１と第二の電気的接続部４３とは、それぞれが回路基板３０の電極接続部３１１ａおよび３１１ｂに電気的に接続されている。この実施形態では、第二の電気的接続部４３はねじ山が形成された構造である。
本発明で、冷却液５０が保護カバー１６に注入され、ライトバー１４に直接接触し、その結果、ＬＥＤチップ１１によって発生する熱エネルギーが冷却液５０に伝達され、次いで保護カバー１６に伝達され、そして最後に空気に直接放散されることができ、それによって良好な熱放散を実現することができる。本発明は追加的な金属製冷却装置を必要としないため、ランプの重量を低減することができる。
さらに、図７Ａから７Ｉに示されるように、帯状の保護カバー１６は様々な形で曲げられてもよく、比較的細長い形状である。保護カバー１６の異なる部分の間で顕著な温度差がある場合、保護カバー１６内部の冷却液５０で熱対流が発生することができる。より高温の部分の冷却液５０は、より低温の部分に流れることができる。そして、熱対流によって、熱放散効果を向上させることができる。例えば、図７Ａに示されるＬＥＤ装置１０は、通常の電球のように、円形に曲げられている。図７Ｂで、ＬＥＤ装置１０は洋梨型に曲げられている。図７Ｃで、ＬＥＤ装置１０はハート型に曲げられている。図７Ｄで、ＬＥＤ装置１０は楕円形に曲げられている。図７Ｅで、ＬＥＤ装置１０は三角形に曲げられている。図７Ｆで、ＬＥＤ装置１０は台形に曲げられている。図７Ｇで、ＬＥＤ装置１０は、ひし型に曲げられている。図７Ｈで、ＬＥＤ装置１０は剣型に曲げられている。図７Ｉで、ＬＥＤ装置１０は太極拳（Ｔａｉ Ｃｈｉ）のシンボルの形状に曲げられ、配置されている。それぞれのＬＥＤ装置１０は、回路基板３０に単独で接続されている。ＬＥＤ装置１０はユーザに様々な立体表現の選択肢を提供する、複数の異なる形状に曲げられる。
図６を参照すると、この実施形態では、保護カバー１６は、光透過性チューブ１６０および少なくとも１つの熱放散チューブ１６２を含む。２つの熱放散チューブ１６２が、ここでは例として使用されている。ライトバー１４は光透過性チューブ１６０で被覆されている。熱放散チューブ１６２の材料は、金属などの熱伝導性材料で構成されてもよい。熱放散チューブ１６２は空洞で、それぞれが光透過性チューブ１６０の２つの端部に接続されている。冷却液５０は、光透過性チューブ１６０と熱放散チューブ１６２の間を流れて、熱を伝達することができる。
図６の実施形態では、冷却液５０は熱放散チューブ１６２に直接接触でき、且つ熱放散チューブ１６２は、その材料によって、光透過性チューブ１６０よりも高い熱放散効果を有し、冷却液５０はランプの熱放散をさらに向上できる。これに加えて、図８Ａから８Ｈに示されているように、複数の部分の、直線的（ｌｉｎｅａｒ、比例する、線形な）明暗領域が、熱放散チューブ１６２の位置を変更することによって得られ、これにより特有の視覚効果を創り出す。例えば、図８ＡのＬＥＤ装置は、三日月形で示されている。図８Ｂに示されているＬＥＤ装置１０は、半分の洋梨型である。図８Ｃで、ＬＥＤ装置１０は、半分のハート形である。図８Ｄで、ＬＥＤ装置１０は、半楕円形である。図８Ｅで、ＬＥＤ装置１０は半分の三角形（ｓｅｍｉ−ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｓｈａｐｅ）である。図８Ｆで、ＬＥＤ装置１０は半分の台形（ｓｅｍｉ−ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｓｈａｐｅ）である。図８Ｇで、ＬＥＤ装置１０は半分のひし型（ｓｅｍｉ−ｒｈｏｍｂｕｓ ｓｈａｐｅ）である。図８Ｈで、ＬＥＤ装置１０は半分の剣型（ｓｅｍｉ−ｓｗｏｒｄ ｓｈａｐｅ）である。

Claims (10)

  1. 熱放散効果を備えたＬＥＤランプであって、
    複数の導電性基板と、前記導電性基板上に配置された複数のＬＥＤチップとを有するライトバーであって、それぞれのＬＥＤチップが、二つの隣接する前記導電性基板によって受け入れられ且つ電気的に接続された両面発光するフリップチップであり、それぞれの前記ＬＥＤチップの上面および下面はそれぞれがパッケージング層で被覆されており、前記ライトバーが前記導電性基板に接続される少なくとも一つのワイヤを有することを特徴とするライトバーと、
    絶縁性の光透過性チューブを備える保護カバーであって、前記光透過性チューブが押出成形で作成されたプラスチックチューブであり、且つ前記光透過性チューブが前記ライトバーを被覆していることを特徴とする保護カバーと、
    半透明で絶縁性の冷却液であって、前記保護カバーに充填されており且つ前記ライトバーに接触することを特徴とする冷却液と、
    前記冷却液の漏出を防止するために前記保護カバーに配置された封止要素であって、前記ライトバーの前記少なくとも一つのワイヤのそれぞれが前記封止要素のそれぞれ一つを通過することを特徴とする封止要素と、
    固定ブロックであって、前記保護カバーで被覆され且つ前記冷却液で充填された前記ライトバーの端部が前記固定ブロックに固定され、回路基板が前記固定ブロックの内側に配置され、前記回路基板が前記ライトバーの前記少なくとも一つのワイヤに電気的に接続されることを特徴とする固定ブロックと、
    前記固定ブロックに取り付けられ、前記回路基板に電気的に接続されるランプ基部であって、外部電源と接続されるように構成されていることを特徴とするランプ基部と、
    を備えるＬＥＤランプ。
  2. 前記封止要素は、前記光透過チューブの２つの端部にそれぞれ提供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。
  3. 前記保護カバーが更に少なくとも一つの熱放散チューブを含み、前記少なくとも一つの熱放散チューブは空洞であり、前記少なくとも一つの熱放散チューブは前記光透過性チューブと接続し且つ連通しており、前記冷却液が前記少なくとも一つの熱放散チューブおよび前記光透過性チューブを流れることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
  4. 前記少なくとも一つの熱放散チューブのそれぞれは金属製のチューブであることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤランプ。
  5. 前記少なくとも一つの熱放散チューブが、前記光透過性チューブの前記二つの端部にそれぞれ接続された二つの熱放散チューブを含んでおり、前記封止要素がそれぞれの熱放散チューブの端部に提供されていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤランプ。
  6. 前記封止要素のそれぞれが環状のブロック、空洞のスリーブ、または硬化された粘着性物質であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤランプ。
  7. 前記保護カバーで被覆された前記ライトバーが、円形、洋梨型、ハート形、楕円形、三角形、台形、ひし形、剣型、または太極拳のシンボルの形状を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
  8. 前記保護カバーで被覆された前記ライトバーが、半円形、半分の洋梨型、半分のハート形、半楕円形、半分の三角形、半分の台形、半分のひし形、または半分の剣型であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤランプ。
  9. 色素が前記冷却液に添加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。
  10. 反射粒子が前記冷却液に添加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。
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