JP5530040B2 - Ｌｅｄ電球及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ）電球に関し、特に、液体を充填したＬＥＤ電球においてＬＥＤにより発生した熱を効率よく伝達することに関する。

従来、照明は、蛍光電球や白熱電球を用いて作られていた。どちらの電球も安心して使用されてきたが、それぞれ欠点があった。たとえば、白熱電球は非効率になりがちであり、発光にその２〜３％の電力しか使わず、残りの９７〜９８％の電力は熱として失われる。蛍光電球は、白熱電球より効率的であるが、白熱電球のような温かい光を作り出すことはない。また、蛍光電球に含まれる水銀に関しては、健康面や環境面での不安がある。

したがって、代わりの光源が望まれているが、その選択肢の一つが、ＬＥＤを用いた電球である。ＬＥＤは半導体の接合を備え、その接合に流れる電流により光を放つ。従来の白熱電球に比べ、ＬＥＤ電球は、同量の電力でより多くの光を作り出すことができる。さらに、ＬＥＤ電球の寿命は、白熱電球に比べて桁違いに長く、たとえば、白熱電球の１，０００〜２，０００時間に対し、１０，０００〜１００，０００時間である。

白熱電球や蛍光電球に代わってＬＥＤ電球を使用することには多くの利点があるが、ＬＥＤにも、白熱電球や蛍光電球に替わる幅広い採用を妨げる欠点がいくつかある。その欠点の一つとして、ＬＥＤは半導体であり、一般に約１２０℃を超える温度上昇が許されないことが挙げられる。たとえば、Ａ形のＬＥＤ電球は、極めて低い電力（すなわち、約８Ｗ）に限られており、白熱電球や蛍光電球の代替としては、十分な照明を作り出すことができない。

この問題への解決策の一つとして、大きな金属製のヒートシンクをＬＥＤに取り付け、電球から延出させることが考えられる。しかしながら、一般的な見解として、従来のＡ型フォームファクターの電球と完全に異なる形の電球は、消費者が使用しないと考えられるので、この解決策は望ましくない。さらに、ヒートシンクを取り付けると、ＬＥＤ電球を既存の固定具に取り付けるのが難しくなる。

別の解決策として、電球に熱伝導性の液体を充填し、熱をＬＥＤから電球のシェルへ移動させることが考えられる。熱は、次いでシェルから電球周囲の空中へ伝わる。しかしながら、現在の液体充填型のＬＥＤ電球では、効率よくＬＥＤの熱を液体に伝えていない。また、現在の液体充填型のＬＥＤ電球では、熱伝導液体を効率よく流動させてＬＥＤからの熱を電球のシェルに伝えることができない。たとえば、電球構造のベースにＬＥＤを配置した従来のＬＥＤ電球では、ＬＥＤにより熱せられた液体が電球の頂部まで上昇し、冷却されると下降する。しかしながら、上昇する液体と下降する液体の間にせん断力が働いて液体の対流が遅くなるので、液体が効率よく流れない。また、現在の液体充填型のＬＥＤ電球の別の欠点として、電球をまっすぐ取り付けないと効率よく放熱されないことが挙げられる。たとえば、従来のＬＥＤ電球を上下逆に配置すると、発熱するＬＥＤが、電球の底部から電球の頂部に反転してしまう。こうなると、熱せられた液体は、ＬＥＤ近くの電球の頂部に残ってしまい、電球内で効率よい液体の対流が起こらない。

したがって、どの向きで配置されても、ＬＥＤから熱を効率よく移動させることができるＬＥＤ電球が望まれている。

一実施形態において、ＬＥＤ電球は、ベースと、前記ベースに接続されるシェルと、前記シェル内に収容される熱伝導液体とを備える。ＬＥＤ電球は、シェル内に配置された複数のＬＥＤ取り付け面上に取り付けられた複数のＬＥＤを備える。ＬＥＤ設置面は、異なる径方向を向いており、ＬＥＤ取り付け面は、ＬＥＤ電球を少なくとも三つの異なる向きに配向したとき、ＬＥＤが発する熱がシェルへ移るように、ＬＥＤ電球内での熱伝導液体の受動的な対流が起こりやすくなるように構成される。第一の向きでは、シェルをベース上に垂直に配置する。第二の向きでは、シェルをベースと同一の水平面内に配置する。第三の向きでは、シェルをベースの下に垂直に配置する。

他の実施形態においては、ＬＥＤ電球は、ベースと、前記ベースに接続されるシェルと、前記シェル内に収容される熱伝導液体とを備える。ＬＥＤ電球は、シェル内に配置された、複数の指形の突起部を有する。複数の指形の突起部は、指形の突起部の各々の対の間に形成される複数の流路(チャネル)によりそれぞれ分離されており、また、複数の指形の突起部は、ＬＥＤを保持している。複数の指形の突起部と複数の流路とは、ＬＥＤ電球を少なくとも三つの異なる向きに配向したとき、複数の流路を通る熱伝導液体の受動的な流れが容易に起こるように構成される。第一の向きでは、シェルをベース上に垂直に配置する。第二の向きでは、シェルをベースと同一の水平面内に配置する。第三の向きでは、シェルをベースの下に垂直に配置する。

ＬＥＤ電球の一例を示す図 ＬＥＤ電球の一例を示す断面図 第一の向きに配向したＬＥＤ電球の一例を示す断面図 第二の向きに配向したＬＥＤ電球の一例を示す断面図 第二の向きに配向したＬＥＤ電球の一例を示す断面図 第三の向きに配向したＬＥＤ電球の一例を示す断面図

以下、当業者が様々な実施形態を実施し、利用できるように説明する。装置、技術および応用例を具体的に説明するが、それは一例に過ぎない。本書で説明する例には様々な変更を追加することができることは、当業者なら容易に理解できよう。また、本書で定義する一般原則は、以下の様々な実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、他の例や応用に適用できるであろう。したがって、これらの種々の実施形態は、ここに説明する実施例に限定されるものでなく、その範囲は、特許請求の範囲に合致するべきものである。

以下に、ＬＥＤ電球に関する様々な実施形態を説明する。本書で使用するように、「ＬＥＤ電球」は、少なくとも一つのＬＥＤを使用して光を発するものであれば、いかなる発光装置（たとえば、ランプ）でもよい。したがって、本書で使用するように、「ＬＥＤ電球」には、従来の白熱電球のようなフィラメントを使用して発光する発光装置は含まれない。ＬＥＤ電球には、従来の白熱電球の球状（ｂｕｌｂ−ｌｉｋｅ）のＡ形に加え、様々な形があることは理解すべきである。たとえば、電球には、管状、グローブ形等がある。本発明のＬＥＤ電球は、さらに、あらゆるタイプのコネクタ、たとえば、ねじ込み式（スクリュー）ベース、２極コネクタ、標準的な２極、または３極壁コンセントプラグ、差込み（バヨネット）式ベース、エジソンベース、シングルピン・ベース、マルチピン・ベース、凹ベース、フランジベース、溝状ベース、サイドベース等を含めることができる。

本書で使用するように、用語「液体」は、流れることのできる物質を意味する。また、熱伝導液体として使用する物質は、液体、あるいは、少なくとも電球の使用環境温度範囲内で液体である物質を意味する。温度範囲は、一例として、−４０℃から＋４０℃である。また、本書で使用するように、「受動的な対流」とは、ファンや、熱伝導液体の流れを作る他の機械装置の助けなく液体が流れることを意味する。

図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、ＬＥＤ電球１００の一例を示す斜視図と断面図である。ＬＥＤ電球１００は、ベース１１２と、ＬＥＤ電球１００の種々の部品を収容するシェル１０１とからなる。都合上、本書で説明するすべての例では、ＬＥＤ電球１００を標準的なＡ形フォームファクターの電球とする。しかしながら、先に述べたように、本発明は、当然ながら、管状、グローブ形等、様々な形のＬＥＤ電球に適用できる。

シェル１０１は、プラスチック、ガラス、ポリカーボネート等の、透明、または半透明の材料からなり得る。シェル１０１は、シェル中に拡散する分散物資を含み、ＬＥＤ１０３が発する光を分散させる。分散物質は、ＬＥＤ電球１００が一つまたは複数の光源を有するように見えるのを阻止する。

ＬＥＤ電球１００は、複数のＬＥＤ１０３を有し、それらのＬＥＤ１０３はＬＥＤマウント１０７に接続されている。ＬＥＤマウント１０７は、シェル１０１内に配置される。ＬＥＤマウント１０７は、アルミニウム、銅、真鍮、マグネシウム、亜鉛等、様々な熱伝導性物質で作ることができる。ＬＥＤマウント１０７が熱伝導性物質からなるので、ＬＥＤ１０３で発せられた熱はＬＥＤマウント１０７に伝導的に移動することができる。したがって、ＬＥＤマウント１０７は、ＬＥＤ１０３のヒートシンクとして機能する。

本実施形態では、サーマルベッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｅｄ）１０５をＬＥＤ１０３とＬＥＤマウント１０７との間に挿入し、ＬＥＤ１０３とＬＥＤマウント１０７との間の熱移動を改善する。サーマルベッド１０５は、アルミニウム、銅、サーマルペースト（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｓｔｅ）、熱接着剤等のあらゆる熱伝導物質で作ることができる。サーマルベッド１０５は、ＬＥＤマウント１０７より熱伝導率を高くすることができる。たとえば、ＬＥＤマウント１０７をアルミニウム製とし、サーマルベッド１０５を銅製とすることができる。しかしながら、当然ながら、サーマルベッド１０５を省いて、ＬＥＤマウント１０７を直接ＬＥＤ１０３に接続することもできる。

図１Ａに示すように、本実施形態では、ＬＥＤマウント１０７は、指形の突起部であり、ＬＥＤマウント１０７の各々の対の間に流路１０９が形成されている。このように構成することで、一つの利点として、ＬＥＤマウント１０７の表面積対容積比（容積に対する表面積の比）が大きくなり、放熱性を高めることができる。当然ながら、ＬＥＤマウント１０７は、指形の突起部にするために、図１Ａに示す以外の様々な形状を有していても良い。たとえば、ＬＥＤマウント１０７が、まっすぐな柱であり、柱の各々の対の間に流路が形成されていても良い。

図１Ｂに示すように、本実施形態では、ＬＥＤマウント１０７の上端部を、ある角度１１９で角度を付け、またはテーパを付けることができる。角度１１９は、ＬＥＤ電球１００が垂直位置にあるときに垂直線に対して測る。たとえば、角度１１９は、−３５度から９０度と範囲とする。また、ＬＥＤマウント１０７の上端部すべてについて、９度や１５度のように同じ角度で角度を設け、またはテーパを付けることもできる。または、角度を組み合わせることもでき、半分は１８度、残り半分は３０度、あるいは、半分は９度、残り半分は３１度とすることもできる。以下、図２Ａから図２Ｃを参照してより詳細に説明するが、ＬＥＤマウント１０７の上端部に角度を設けることにより、ＬＥＤ電球１００内に液体の受動的な対流を起こりやすくすることができる。

また図１Ｂに示すように、本実施形態では、ＬＥＤ１０３がＬＥＤマウント１０７の一部に接続されており、その部分がＬＥＤ１０３のための取り付け面となっている。取り付け面は、ある角度１２１で、角度付けされ、またはテーパ付けされている。その角度１２１は、ＬＥＤ電球１００が垂直位置にあるときに垂直線に対して測定することができる。一例として、その角度１２１は、−３５度から９０度の範囲内とする。また、ＬＥＤマウント１０７におけるＬＥＤ１０３の接続部分を、同じ角度、たとえば、９度あるいは１５度で角度付け、あるいはテーパ付けすることができる。あるいは、角度を組み合わせることもでき、半分は１８度、残り半分は３０度、または半分は９度、残り半分は３１度とすることもできる。特定の角度を一つまたは複数選択して、所望の光度分布を得ることもできる。

本実施形態では、図１Ｂに示すように、角度付けした又はテーパ付けしたＬＥＤ１０３との接続部分（取り付け面）を、ＬＥＤマウント１０７の上端部から離しており、そこもまた角度付け、またはテーパ付けしている。しかしながら、ＬＥＤ１０３はＬＥＤマウント１０７の上端部に接続することもでき、そこも角度付け、またはテーパ付けすることができることも理解されたい。

本実施形態では、ＬＥＤ電球１００を熱伝導液体１１１で満たし、ＬＥＤ１０３が発する熱をシェル１０１に伝えている。熱伝導液体１１１は、鉱油、シリコーン油、グリコール（ＰＡＧ）類、フルオロカーボン類、または流れを起こすことのできるその他の物質を含むあらゆる熱伝導液体とすることができる。望ましくは、選ぶ液体を非腐食性の誘電体とする。そのような液体を選択することで、液体が漏電を起こす可能性を低減でき、またＬＥＤ電球１００の部品へのダメージを削減することができる。

本実施形態では、ＬＥＤ電球１００のベース１１２は、熱拡散ベース１１３を備える。熱拡散ベース１１３は、アルミニウム、銅、真鍮、マグネシウム、亜鉛等、あらゆる熱伝導性物質で作ることができる。熱拡散ベース１１３は、シェル１０１、ＬＥＤマウント１０７、および熱伝導液体１１１の一つまたは複数に熱的に連結させることができる。これにより、ＬＥＤ１０３が発する熱をある程度、熱拡散ベース１１３に伝導させて放熱させることができる。

ＬＥＤマウント１０７は、その大きさおよび形が、熱伝導液体１１１および熱拡散ベース１１３に伝わる熱の量に影響を与える。たとえば、ＬＥＤマウント１０７の表面積対容積比が大きい場合、ＬＥＤマウント１０７における総熱量の多くを、ＬＥＤマウント１０７から熱伝導液体１１１に伝えることができる一方、ＬＥＤマウント１０７における総熱量の少量を、ＬＥＤマウント１０７から熱拡散ベース１１３に伝えることができる。ＬＥＤマウント１０７の表面積対容積比が小さい場合、ＬＥＤマウント１０７の総熱量のうち、少量をＬＥＤマウント１０７から熱伝導液体１１１に伝え、その多くを、ＬＥＤマウント１０７から熱拡散ベース１１３に伝えることができる。

本実施形態では、ＬＥＤ電球１００のベース１１２が、電球を照明固定具に接続するためのコネクタベース１１５を有する。コネクタベース１１５は、従来の照明ソケットに挿入するためのねじ山１１７を有する従来の電球ベースとすることができる。しかしながら、コネクタベース１１５は、ねじ込み式ベース、２極コネクタ、標準的な２極または３極壁コンセントプラグ、差込み（バヨネット）式ベース、エジソンベース、シングルピン・ベース、マルチピン・ベース、凹ベース、フランジベース、溝状ベース、サイドベース等あらゆるタイプのコネクタとすることもできる。

図２Ａから図２Ｃは、ＬＥＤ電球１００の断面図において、熱伝導液体１１１の受動的な流れを示す図である。特に、図２Ａは、直立垂直向きに配置されたＬＥＤ電球１００の上部を示す断面図であり、シェル１０１はベース１１２上に垂直に配置されている。矢印は、ＬＥＤ電球１００の作動時における液体の流れる方向を示している。ＬＥＤ電球１００の中央の液体は、シェル１０１の頂部に向かって上昇するように示されている。これは、ＬＥＤ１０３が発した熱が、ＬＥＤ１０３とＬＥＤマウント１０７を介して熱伝導液体１１１に伝わったことによるものである。熱伝導液体１１１が熱されると、周囲の液体に対してその密度が下がり、それにより熱せられた液体がシェル１０１の頂部の方に上がっていく。

図１Ａに関して上述したように、ＬＥＤマウント１０７は流路１０９により分離されている。流路１０９によりＬＥＤマウント１０７を分離することにより、ＬＥＤマウント１０７の表面積対容積比が増すだけでなく、熱伝導液体１１１がその間を流れることにより熱伝導液体１１１の受動的な対流が効率よく起こるようになる。たとえば、ＬＥＤマウント１０７の表面沿いの液体が周囲の液体より早く熱せられると、熱伝導液体１１１の上方への流れが、ＬＥＤマウント１０７の周囲と流路１０９内に起こる。一例として、流路１０９を、シェル１０１の頂部に向かう垂直流路を形成するように成形することもできる。すると、熱伝導液体１１１が流路１０９の端部に沿って案内されて、シェル１０１の頂部および中央に向かうようにすることができる。

熱せられた熱伝導液体１１１がシェル１０１の頂部に至ると、熱がシェル１０１に伝えられ、熱伝導液体１１１が冷却される。熱伝導液体１１１が冷却されると、その密度が増し、熱伝導液体１１１が下降する。一例として、図１Ａおよび１Ｂ並びに図２Ａから図２Ｃに示すように、ＬＥＤマウント１０７の上端部に角度を付けることもできる。このＬＥＤマウント１０７の傾斜面により、冷却された熱伝導液体１１１が外側に向かって、かつ、シェル１０１の側面に沿って下方向に流れるようにすることができる。こうすることにより、熱伝導液体１１１が、より長い時間シェル１０１と接する状態になり、より多くの熱がシェル１０１に伝達されることになる。さらに、熱伝導液体１１１の下降流がシェル１０１の表面に沿って集中するので、ＬＥＤ電球１００の中央での液体の上昇流とシェル１０１の表面に沿った液体の下降流との間のせん断力が低減され、ＬＥＤ電球１００内での熱伝導液体１１１の対流が増すことになる。

熱伝導液体１１１は、シェル１０１の底部に届くと、ＬＥＤマウント１０７に向かって内側に流れ、ＬＥＤ１０３が発した熱により熱せられるにつれて上昇する。熱せられた熱伝導液体１１１は、上述の通り、再度、流路１０９に案内されて流れる。このような対流循環は、ＬＥＤ電球１００の作動中連続して起こり、ＬＥＤ１０３を冷却する。注目すべき点として、上述の対流は、シェル１０１内の一般的な液体の流れを表していることである。当業者なら、熱伝導液体１１１の一部が、十分に冷却されまたは熱せられて下降または上昇するまで、シェル１０１の頂部や底部に届かないこともあることが理解できよう。

図２Ｂは、水平方向に配置したＬＥＤ電球１００の上部の断面図であり、シェル１０１がベース１１２と同一面内に配置されている。図２Ｂには、ＬＥＤ電球１００の側面図と、ＬＥＤ電球１００の上部を示す前面図が含まれる。図２Ａと同様に、矢印は、ＬＥＤ電球１００の作動中の液体の流れる方向を示している。図２Ｂの側面図において、ＬＥＤ電球１００の中央の液体が、シェル１０１の頂部（これまでの説明では、側部）に向かって上昇するように示されている。これは、ＬＥＤ１０３によって熱せられた熱が、ＬＥＤ１０３やＬＥＤマウント１０７を介して熱伝導液体１１１に伝わることによるものである。熱伝導液体１１１が熱せられると、その密度が下がり、熱せられた液体がＬＥＤ電球１００の頂部（これまでの説明では、側部）に向かって上昇する。

図１Ａを参照して説明してきたように、複数のＬＥＤマウント１０７は流路１０９により分離されている。ＬＥＤマウント１０７を流路１０９により分離することで、ＬＥＤマウント１０７の表面積対容積比を上げるだけでなく、熱伝導液体１１１の流れを方向付けすることにより熱伝導液体１１１の受動的な対流を効率良く起こすことが容易になる。たとえば、ＬＥＤマウント１０７の表面に沿った液体が、周囲の液体より早く熱せられると、ＬＥＤマウント１０７の周囲と流路１０９内に熱伝導液体１１１の流れが起こる。一例として、図２Ｂの前面図に示すように、流路１０９を、上方向からみて、径方向外側を向くように成形することができる。液体の流れを表す矢印が示すように、流路１０９は、熱せられた熱伝導液体１１１を流路１０９の端部に沿って径方向外側に、シェル１０１に向かって案内する。これにより、図２Ｂに示すような液体の効率的な対流を生み出すことができる。また、流路１０９によって、熱伝導液体１１１を取り付け構造全体行き渡らせるのではなく、ＬＥＤマウント１０７の間に流すことによって、熱伝導液体１１１の受動的な対流を効率よく起こすことが可能となる。

熱せられた熱伝導液体１１１がシェル１０１の頂部（これまでの説明では、側部）に届くと、熱はシェル１０１に伝わり、熱伝導液体１１１が冷却される。熱伝導液体１１１が冷却されると、その密度が上がり、熱伝導液体１１１が下降する。一例として、図１Ａおよび図１Ｂ並びに図２Ａから図２Ｃに示すように、ＬＥＤマウント１０７の上端部を、ＬＥＤ電球１００の中央に向かって内側に角度付けすることもできる。図２Ｂの側面図に示すように、ＬＥＤマウント１０７の傾斜面により、冷却された熱伝導液体１１１がシェル１０１の側部（これまでの説明では、頂部）表面を下降する。それにより、熱伝導液体１１１は、より長い時間シェル１０１に接した状態になり、より多くの熱がシェル１０１に伝えられる。

図２Ｂの前面図に示すように、ＬＥＤマウント１０７の正面形状はシェル１０１の形に似ている。示した例では、この形は円形である。しかしながら、シェル１０１とＬＥＤマウント１０７は、他の望ましい形に作ることもできることは理解されたい。図２Ｂに示すように、それぞれのＬＥＤ取り付け面は異なる径方向を向いている。ＬＥＤマウント１０７の形をシェル１０１に合わせることで、ＬＥＤマウント１０７の外側表面により、冷却された熱伝導液体１１１がシェル１０１の側部表面に沿って下方向に案内される。これにより、熱伝導液体１１１は、より長い時間シェル１０１に接した状態になり、より多くの熱がシェル１０１に伝わることとなる。熱伝導液体１１１の下降流がシェル１０１の外面に集中することにより、ＬＥＤ電球１００の中央での液体の上昇流とシェル１０１の表面に沿った液体の下降流との間のせん断力が低減され、ＬＥＤ電球１００内での熱伝導液体の受動的な対流が増すことになる。

シェル１０１の底部に届くと、熱伝導液体１１１は、ＬＥＤマウント１０７に向かって流れ、ＬＥＤ１０３が発した熱により熱せられるにつれて上昇する。熱せられた熱伝導液体１１１は、上述のように、再度、流路１０９を通って案内される。上述の対流循環が、ＬＥＤ電球１００の作動中繰り返し起こり、ＬＥＤ１０３を冷却する。注目すべき点として、上述の対流は、シェル１０１内の液体の一般的な流れを表している。当業者なら、熱伝導液体１１１の一部が、十分に冷却されまたは熱せられて下降または上昇するまで、シェル１０１の頂部や底部に届かないこともあることが理解できよう。

図２Ｃは、上下逆向きの垂直方向に配置したＬＥＤ電球１００の上部の断面図であり、シェル１０１をベース１１２の下に垂直に配置している。矢印は、ＬＥＤ電球１００の作動中の液体の流れる方向を示している。ＬＥＤ電球１００の中央の液体は、シェル１０１の頂部（これまでの説明では、底部）に向かって上昇するように示されている。これは、ＬＥＤ１０３が発した熱がＬＥＤ１０３およびＬＥＤマウント１０７を介して熱伝導液体１１１に伝わることによるものである。熱伝導液体１１１が熱せられると、その密度が下がり、熱せられた液体がＬＥＤ電球１００の頂部（これまでの説明では、底部）に向かって上昇する。

一例では、図１Ａに関して上述したように、複数のＬＥＤマウント１０７を流路１０９により分離することができる。流路１０９でＬＥＤマウント１０７を分離することにより、ＬＥＤマウントの表面積対容積比が高まるだけでなく、熱伝導液体１１１の流れを方向付けすることにより熱伝導液体１１１の受動的な対流が効率よく起こりやすくなる。たとえば、ＬＥＤマウント１０７の表面沿いの液体が周囲の液体より早く熱せられると、熱伝導液体１１１の上昇流が、ＬＥＤマウント１０７の周囲と流路１０９内に起こる。一例として、流路１０９を、シェル１０１の底部（これまでの説明では、頂部）に向う垂直流路を形成するように成形することもできる。これにより、熱伝導液体１１１が流路１０９の垂直端部に沿って案内され、シェル１０１の頂部（これまでの説明では、底部）に向かうようにすることができる。

熱せられた熱伝導液体１１１がシェル１０１の頂部（これまでの説明では、底部）に届くと、熱がシェル１０１に伝わり、熱伝導液体１１１が冷却される。熱伝導液体１１１が冷却されると、その密度が上がり、熱伝導液体１１１が下降する。熱せられた熱伝導液体１１１は、上下逆向きの垂直方向において上方かつ外側に強制され、冷却された熱伝導液体はシェル１０１の側部に沿って下降する。これにより熱伝導液体がより長い時間シェル１０１に接した状態となり、より多くの熱がシェル１０１に伝わることになる。さらに、熱伝導液体１１１の下降流がシェル１０１の表面に沿って集中することにより、ＬＥＤ電球１００の中央での液体の上昇流とシェル１０１の側面に沿った液体の下降流との間のせん断力が低減し、ＬＥＤ電球１００内での熱伝導液体１１１の対流が増すことになる。

シェル１０１の底部（これまでの説明では、頂部）に届くと、熱伝導液体１１１はＬＥＤ電球１００の中央に向かって移動し、ＬＥＤ１０３が発した熱により熱せられるにつれて上昇する。一例において、図１Ａおよび図１Ｂ並びに図２Ａから図２Ｃに示すように、ＬＥＤマウント１０７の底部（これまでの説明では、頂部）にＬＥＤ電球１００の中央に向かって内側に角度を付けることもできる。ＬＥＤマウント１０７の傾斜面により、図２Ｃに示すように、熱せられた熱伝導液体１１１がシェル１０１の外側に、かつ頂部（これまでの説明では、底部）に向かって流される。熱せられた熱伝導液体１１１は流路１０９を通ってさらに案内され、シェル１０１の頂部（これまでの説明では、底部）に向かう。この対流循環はＬＥＤ電球１００の作動中繰り返され、ＬＥＤ１０３を冷却する。注目すべき点として、上述の対流循環はシェル１０１内の一般的な液体の流れを示している。当業者なら、熱伝導液体１１１の一部が、十分に冷却されまたは熱せられて下降または上昇するまで、シェル１０１の頂部や底部に届かないこともあることが理解できよう。

図２Ｃに関して説明した例では、ＬＥＤマウント１０７で構成された中央構造を含めることにより、シェル１０１の全体にわたる熱伝導液体１１１の受動的な対流が改善されている。シェル１０１の中央近くのＬＥＤマウント１０７上にＬＥＤ１０３を設けることにより、従来のＬＥＤ電球に関して上述した事態、すなわち、発熱素子（ＬＥＤ）が電球の上部に配置されるような事態を避けることができる。

特徴を具体的な実施形態に合わせて説明してきたが、当業者なら、上述の実施形態の様々な特徴は組み合わせることができることは理解できよう。さらに、実施形態に合わせ説明した様々な態様は単独で実施することも可能である。

Claims (31)

1. ベースと、
   前記ベースに接続されるシェルと、
   前記シェル内に収容される熱伝導液体と、
   複数のＬＥＤと、
   前記シェル内に配置される複数のＬＥＤマウントと、
   前記複数のＬＥＤマウントで形成された複数の流路と、を具備する発光ダイオード（ＬＥＤ）電球であって、
   前記ＬＥＤが、前記ＬＥＤマウントの一部であるＬＥＤ取り付け面に取り付けられ、
   前記複数のＬＥＤマウントは、前記熱伝導液体内に前記ベース側から前記シェルの頂部側へ向かって突き出ていて、かつ、
   前記複数のＬＥＤマウント及び前記複数の流路は、前記ＬＥＤ電球を少なくとも三つの異なる向きに配向したとき、前記ＬＥＤ電球内の前記熱伝導液体の受動的な対流を起こりやすくして前記ＬＥＤが発する熱を前記シェルに伝えることができるように構成され、
   前記少なくとも三つの異なる向きが、
   前記シェルが、前記ベースの上に垂直に配置される第一の向きと、
   前記シェルが、前記ベースと同一の水平面に配置される第二の向きと、
   前記シェルが、前記ベースの下に垂直に配置される第三の向きと、を含むこと
   を特徴とするＬＥＤ電球。
2. 前記ＬＥＤが前記熱伝導液体に浸漬されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電球。
3. 前記ＬＥＤ取り付け面が前記熱伝導液体に浸漬されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ電球。
4. 前記第一の向きでは、前記熱伝導液体が前記ＬＥＤ電球の中央部で前記ベースから離れるように前記複数の流路を通って上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路が構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
5. 前記第二の向きでは、前記熱伝導液体が前記複数の流路を通って上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路が構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
6. 前記第三の向きでは、前記熱伝導液体が前記ＬＥＤ電球の中央部で前記複数の流路を通って前記ベースに向かって上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路が構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
7. 前記複数のＬＥＤをつけたとき、前記熱伝導液体が対流して前記複数のＬＥＤ及び前記ＬＥＤマウントからの熱を前記シェルに伝えるように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路が構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
8. 前記複数のＬＥＤマウントと前記複数の流路が前記シェルの中心から径方向外側に向かっていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
9. 前記ＬＥＤマウントが指形の突起部であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
10. 前記指形の突起部は、角度を付けられた上端部をそれぞれ含んでいることを特徴とする請求項９記載のＬＥＤ電球。
11. 前記ＬＥＤ電球を垂直に配置したとき、前記ＬＥＤ取り付け面が垂直線に対し角度を付けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
12. 前記ＬＥＤの少なくとも一つと前記ＬＥＤ取り付け面の少なくとも一つとの間に配置された少なくとも一つのサーマルベッドをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
13. 前記少なくとも一つのサーマルベッドが、前記ＬＥＤ取り付け面の少なくとも一つより熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１２記載のＬＥＤ電球。
14. 前記ベースが、前記ＬＥＤマウントに接続され、前記ＬＥＤマウントから熱が伝達されるように構成された熱拡散ベースと、前記ＬＥＤ電球を固定具に接続するように構成されたコネクタベースと、を具備することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
15. 前記コネクタベースがねじ山を含むことを特徴とする請求項１４記載のＬＥＤ電球。
16. 前記熱伝導液体が、鉱油、シリコーン油、グリコール類及びフルオロカーボン類からなる群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
17. ベースを用意するステップと、
    前記ベースにシェルを接続するステップと、
    前記シェルに熱伝導液体を充填するステップと、
    前記シェル内に複数のＬＥＤマウントを配置するステップと、
    前記ＬＥＤマウントの一部であるＬＥＤ取り付け面に複数のＬＥＤを取り付けるステップと、を具備する発光ダイオード（ＬＥＤ）電球を製造する方法であって、
    前記複数のＬＥＤマウントを、前記熱伝導液体内に前記ベース側から前記シェルの頂部側へ向かって突き出させ、
    前記複数のＬＥＤマウントで複数の流路を形成し、かつ、
    前記複数のＬＥＤマウント及び前記複数の流路を、前記ＬＥＤ電球を少なくとも三つの異なる向きに配向したとき、前記ＬＥＤ電球内の前記熱伝導液体の受動的な対流を起こりやすくして前記ＬＥＤが発する熱を前記シェルに伝えることができるように構成し、
    前記少なくとも三つの異なる向きが、
    前記シェルが、前記ベースの上に垂直に配置される第一の向きと、
    前記シェルが、前記ベースと同一の水平面に配置される第二の向きと、
    前記シェルが、前記ベースの下に垂直に配置される第三の向きと、を含むこと
    を特徴とするＬＥＤ電球を製造する方法。
18. 前記ＬＥＤ及び前記ＬＥＤ取り付け面を前記熱伝導液体に浸漬させることを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 前記第一の向きでは、前記熱伝導液体が前記ＬＥＤ電球の中央部で前記ベースから離れるように前記複数の流路を通って上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路を構成することを特徴とする請求項１７又は請求項１８記載の方法。
20. 前記第二の向きでは、前記熱伝導液体が前記複数の流路を通って上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路を構成することを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記第三の向きでは、前記熱伝導液体が前記ＬＥＤ電球の中央部で前記複数の流路を通って前記ベースに向かって上昇して、前記シェルの表面に沿って下降するように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路を構成することを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記複数のＬＥＤをつけたとき、前記熱伝導液体が対流して前記複数のＬＥＤ及び前記ＬＥＤマウントからの熱を前記シェルに伝えるように、前記熱伝導液体を移動させるように前記複数の流路を構成することを特徴とする請求項１７から請求項２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記複数のＬＥＤマウントと前記複数の流路を前記シェルの中心から径方向外側に向かわせることを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記ＬＥＤマウントが指形の突起部であることを特徴とする請求項１７から請求項２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記指形の突起部は角度を付けられた上端部をそれぞれ含んでいることを特徴とする請求項２４記載の方法。
26. 前記ＬＥＤ電球を垂直に配置したとき、前記ＬＥＤ取り付け面を垂直線に対し角度を付けることを特徴とする請求項１７から請求項２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記ＬＥＤの少なくとも一つと前記ＬＥＤ取り付け面の少なくとも一つとの間に、配置された少なくとも一つのサーマルベッドをさらに備えることを特徴とする請求項１７から請求項２６のいずれかに記載の方法。
28. 前記少なくとも一つのサーマルベッドの熱伝導率が、前記ＬＥＤ取り付け面の少なくとも一つより高いことを特徴とする請求項２７記載の方法。
29. 前記ベースを、前記ＬＥＤマウントに接続され、前記ＬＥＤマウントから熱が伝達されるように構成された熱拡散ベースと、前記ＬＥＤ電球を固定具に接続するように構成されたコネクタベースと、で構成することを特徴とする請求項１７から請求項２８のいずれかに記載の方法。
30. 前記コネクタベースがねじ山を含むことを特徴とする請求項２９記載の方法。
31. 前記熱伝導液体が、鉱油、シリコーン油、グリコール及びフルオロカーボンからなる群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項１７から請求項３０のいずれかに記載の方法。

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