JP5608684B2 - Ｌｅｄに基づくランプ及びそのランプのための熱管理システム - Google Patents

Description

本発明は一般に、光源の熱管理に関する。特に、本明細書で開示されている種々の発明の方法及び装置は、熱放射線により環境に熱を効果的に放熱するＬＥＤに基づく光源を用いたランプに関する。

ディジタル照明技術、即ち、半導体光源に基づく照明、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来の蛍光ランプ、ＨＩＤランプ及び白熱ランプに対する実行可能な代替を提供する。ＬＥＤの機能的有利点及び優位性としては、高エネルギー変換及び光効率、長寿命、低動作コスト等がある。近年のＬＥＤ技術の有利点は、多くのアプリケーションにおいて多様な照明効果を可能にする高効率な且つロバストなフルスペクトル照明光源を提供している。上記の照明器具の一部においては、例えば、米国特許第６，０１６，０３８号明細書及び米国特許第６，２１１，６２６号明細書に詳細に記載されているように、照明モジュールは、多様な色及び色が変化する複数の照明効果を生成するように複数のＬＥＤの出力を独立して制御するプロセッサ、及び異なる色であって、例えば赤色、緑色及び青色を生成することが可能である１つ又はそれ以上のＬＥＤを有する。

効率を改善しているにも拘わらず、種々の種類の現在の光源は尚も、かなりの量の熱を発生する。このことは、対応する光源を採用するランプの構成においてかなりの検討を要する。例えば、白熱光源に基づくランプは、赤外線の形で発生した熱の多くの部分を放熱し得る。ＬＥＤを含む他の種類の光源は一般に、白熱光源のように高効率には赤外線により熱を放熱しない。

光源又はランプからの熱を放熱する能力は、ランプの性質に依存して、有利点及び不利点の両方が考慮され得る。その能力は、光源及びランプを冷却するためには優位性を有し得るがまた、白熱電源のフィラメントにおいて熱を保ち、所定温度にフィラメントを維持する必要があるときには、不利点であるとみなされ得る。実際には、白熱電源を用いる照明器具は、フィラメントの安定した、十分に高い動作温度を維持することができるように熱を保ち、ランプを安全に動作させるように環境にのみかなりの熱を放熱するように設計されている。それに対して、例えば、ＬＥＤに基づく光源は一般には、ＬＥＤに基づく光源の有用な寿命及び動作特徴を維持するように、所定の一般に低い動作温度にＬＥＤを維持する。

ランプ又は照明器具で用いられる種類の光源にも拘わらず、そのデザインは一般に、少なくとも２つの必要条件であって、第１に、所定の通りに環境を照明する能力と、第２に、用いられる種類の光源とにより決定される。第１の要求は一般に、照明器具の光学的デザインを決定する一方、後者は、照明器具の構成要素間の、及び照明器具と周囲の環境との間の放熱特性を決定する。

ＬＥＤに基づく光源を冷却するとき、多くの側面が考慮される必要がある。白熱ランプに比べてより高効率で電気エネルギーを光に変換することが可能である一方、ＬＥＤは、かなりの量の廃熱を発生し得る。更に、ＬＥＤは一般に、電磁スペクトルの可視光部分においてかなり透過可能である一方、赤外線による熱の効果的な放熱を妨げ得る、固体材料構造内の且つ固体材料構造に囲まれた小さな領域に集中された光及び熱を発生する。このことは、空間照明のためのＬＥＤに基づく光源のデザインにおいては特に興味深い考慮である。

例えば、ＬＥＤに基づく光源を用いる照明器具のためのファンによる能動的な冷却を用いることが可能である一方、これは、ファンの寿命がＬＥＤ構成要素の寿命より短く、そのことは更なる作用構成要素との照明器具の不必要な置き換えに繋がる点で、他の問題の原因になり得る。ファンを用いる更なる影響は、空気の流れが存在するかどうか、静電気に原因する埃の増加がしばしば起こるかどうかである。帯電した埃の粒子はしばしば、設置されたヒートシンク、ファンブレード及びファングリルに引き付けられ、これにより、何れかの冷却システムの効率は低下する。

放熱を改善するための従来の解決方法の一部は、光源と照明器具の少なくとも一部との間の所定の熱的接続性を提供するように試み、光源のためのヒートシンクとして照明器具を用いるように基本的には試みる。他の従来の解決方法は、環境に熱を放熱するように照明器具の能力を改善するように検討し、そして照明器具の表面積を増加させることから、最小換気距離のための電力使用パターン及び必要条件を含み、所定の環境温度の範囲内に照明器具の使用を制限する環境条件及び所定のランプ動作条件を規定するまで多様性を有する。

既知の熱管理の解決方法はときどき、従来の、例えば、ハロゲンランプ及び非ハロゲン白熱ランプの置き換えとして用いられることが可能であるＬＥＤに基づく光源の表面積を増加させるヒートスプレッダを用いることを含む。しかしながら、それらの既知のＬＥＤに基づく光源は典型的には、相対的に任意方向において良好な全体的な放熱を提供するように試みる。

ＬＥＤの放射性冷却構成要素は典型的には、従来、より用いられてきた熱伝導性及び熱対流性に比べて不十分である。熱放射線が典型的には効果がないことは、フィラメント又は放電より室温にかなり近い温度で結合されたＬＥＤパッケージ又はＬＥＤチップの小さいサイズによるものである。放熱器のプレートは冷却手段として照明器具に含まれることが可能である一方、十分な面積の放熱器を有するように十分な物理的空間は存在し得ない。

他の既知のＬＥＤに基づく照明システムは、インテリア照明（ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ）用の光源の形式として特に家庭又は建物の窓を用いる。そのような窓は、一の方向には光を方向付け、他の方向には熱を方向付けるように１つのペイン（ｐａｎｅ）に備えられた光源を有する断熱手段により分離された２つの空間的に離れたペインを有することが可能である。照明システムは、室内照明を提供する一方、窓の内側面を介する熱の伝達を回避するための窓で用いられ得る。他の類似するＬＥＤに基づく照明システムは、光学基板の一方側に備えられたＬＥＤを有する。ＬＥＤにより出射される光は、光源の反対側の方に光学基板を介して出射される。熱伝導性材料層が、熱拡散手段として機能するＬＥＤが光学基板の側に付けられる。しかしながら、両方の照明システムは、光源の一方側の空間に熱を放熱する一方、他の側を照明する。

米国特許第６，０１６，０３８号明細書 米国特許第６，２１１，６２６号明細書

本発明は、光放射と同じ一般的な方向に照明システムの前部を介して照明システムから環境に対する及び照明システムにおける熱の放熱を改善する進歩性を有する方法及び装置を提供する。

一般に、一特徴において、本発明は、第１方向に光を発するＬＥＤに基づく光源を有するランプと、ＬＥＤに基づく光源に光学的に且つ熱的に結合された光透過性要素とに関する。光透過性要素は、環境に対してＬＥＤに基づく光源により実質的に第１方向に発生された熱を光透過性要素を介して伝達する。

一部の実施形態においては、ランプは、ＬＥＤに基づく光源に光学的に結合され、光透過性要素の方に光を再方向付けする光学系を更に有する。光透過性要素は、光透過性要素と環境との間の界面において光透過性要素からの赤外線の放射を改善するための第１コーティングの１つ又はそれ以上の層がコーティングされることが可能である。第１コーティングは、所定の熱伝導性を更に備えることが可能である。また、光透過性要素は、光透過性要素とランプの内側との間の界面において光透過性要素への赤外線の反射を改善する第２コーティングの１つ又はそれ以上の層がコーティングされることが可能である。第２コーティングは、所定の熱伝導性を備えることが更に可能である。

一実施形態においては、ランプは、光透過性要素にＬＥＤに基づく光源を熱的に結合させるヒートパイプを更に有する。ヒートパイプは、第１コーティング及び／又は第２コーティングに熱的に接続されることが可能である。

光透過性要素は、第１熱伝導性を有する第１材料を有する１つ又はそれ以上の第１要素と、第１熱伝導性より大きい伝導性の第２熱伝導性を有する第２材料を有する１つ又はそれ以上の第２要素とを有することが可能である。特定の実施形態に従って、第１材料は光透過性を有する。また、１つ又はそれ以上の第２要素は、１つ又はそれ以上の第１要素に熱的に接続されたハニカム構造を規定することが可能である。

複数の実施形態においては、ランプは封止系を更に有し、光学系及び光透過性要素は内部空間を規定し、封止系、光学系及び光透過性要素は協働して気密封止する。内部空間は所定の圧力に真空引きされることが可能である。

本発明の種々の実施形態に従って、光透過性要素は、一体的に形成される複合材料、例えば、多結晶セラミックを有する。

一般に、他の特徴においては、本発明は、第１方向に光を発するＬＥＤに基づく光源を有するランプであって、光透過性要素はＬＥＤに基づく光源に光学的に且つ熱的に結合され、光透過性要素は、環境に対してＬＥＤに基づく光源により実質的に第１方向に発生された熱をその光透過性要素を通って伝達し、光学系は、ＬＥＤに基づく光源に光学的に結合され、光透過性要素の方に光を案内する、ランプに焦点を当てる。光学系及び光透過性要素は、所定の圧力に真空引きされた又は断熱流体が充填された内部空間を規定する。

他の特徴においては、ランプの光透過性要素を介してランプのＬＥＤに基づく光源から熱を放熱する方法であって、ＬＥＤに基づく光源と光透過性要素とを光学的に且つ熱的に結合するステップと、ランプの外側の周囲環境にＬＥＤに基づく光源が発生する熱を光透過性要素を介して伝達する光透過性要素を構成するステップとを有する、方法を提供する。

本発明の目的のために本明細書で用いているように、用語“ＬＥＤ”は、電気信号に応答して放射線を生成することが可能である何れかの電界発光ダイオード又は他の種類のキャリア注入／接合に基づくシステムを含むとして理解される必要がある。故に、用語“ＬＥＤ”は、電流に応答して光を発する種々の半導体に基づく構造、発光高分子、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界発光ストリップ等を含むが、それらに限定されるものではない。特に、用語“ＬＥＤ”は、赤外線スペクトル、紫外線スペクトル、及び可視光スペクトルの種々の部分（約４００ｎｍ乃至約７００ｎｍの範囲内の放射線波長を含む）の１つ又はそれ以上において放射線を生成することが可能である全ての種類の発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）のことをいう。ＬＥＤの一部の例としては、種々の種類の赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバー色ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ（以下で更に説明する）があるが、それらに限定されるものではない。ＬＥＤは、所与のスペクトル（例えば、狭い帯域幅、広い帯域幅）についての種々の帯域幅（例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ））及び所与の一般的な色分類における種々の主波長を有する放射線を生成するように構成される及び／又は制御されることが可能である。

例えば、基本的に白色を生成するＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）の一実施形態としては、組み合わされて、基本的に白色光を生成するように混合された、異なる電界発光スペクトルをそれぞれ発する複数のダイ（ｄｉｅｓ）を有することが可能である。他の実施形態においては、白色光ＬＥＤは、第１スペクトルを有する電界発光を異なる第２スペクトルに変換する蛍光材料と関連付けられることが可能である。この実施形態の一例においては、比較的短い波長及び狭い帯域幅を有する電界発光が蛍光材料を“ポンピングし”、その蛍光材料はまた、幾らか広いスペクトルを有するより長い波長の放射線を放射する。

用語“ＬＥＤ”は、物理的な及び／又は電気的なＬＥＤのパッケージのタイプに限定されるものではない。例えば、上記のように、ＬＥＤは、異なる放射線スペクトルをそれぞれ発する複数のダイ（例えば、別個に制御可能である又は可能でない）を有する単独の発光装置のことをいうことが可能である。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えば、ある種類の白色ＬＥＤ）の欠くことのできない部分とみなされる蛍光体と関連付けられることが可能である。一般に、用語“ＬＥＤ”は、パッケージ型ＬＥＤ、非パッケージ型ＬＥＤ、表面実装型ＬＥＤ、チップオンボード型ＬＥＤ、Ｔ字形パッケージ載置型ＬＥＤ、径方向パッケージ型ＬＥＤ、パワーパッケージ型ＬＥＤ、ある種類の箱及び／又は光学要素（例えば、拡散レンズ）を有するＬＥＤ等のことをいうことが可能である。

用語“光源”は、ＬＥＤに基づく光源（上記のような１つ又はそれ以上のＬＥＤを有する）及び他の種類の電界発光光源を含む種々の放射線源の何れか１つ又はそれ以上のことをいうとして理解される必要があるが、それらに限定されるものではない。所与の光源は、可視光スペクトルの範囲内の、可視光スペクトルの範囲外の、又はそれら両者の組み合わせにおける電界放射線を発することが可能である。ここで、用語“光”及び“放射線”は、置き換え可能に用いられる。更に、光源は、必要な構成要素として、１つ又はそれ以上のフィルタ（例えば、カラーフィルタ）、レンズ又は他の光学的構成要素を有することが可能である。また、光源は、指示、表示及び／又は照明を含む種々のアプリケーションのために構成されることが可能であるが、それらに限定されるものではないことが理解される必要がある。“照明光源”は、内部空間又は外部空間を効果的に照明するための十分な強度を有する放射線を特に生成する光源である。このコンテキストにおいては、“十分な強度” とは、環境照明（即ち、間接的に認識され得る、そして全体的に又は一部で認識される前に種々の界面により反射され得る光）を与えるように空間又は環境において生成される可視光スペクトルにおける十分な放射パワーのことをいう（単位“ルーメン”がしばしば、放射線パワー又は“光束”に関して、全ての方向における光源からの全光出力を表すように用いられる）。

用語“照明ユニット”は、本明細書においては、１つ又はそれ以上の同じ又は異なる種類の光源を有する装置のことをいうように用いられる。所与の照明ユニットは、光源、筐体／ハウジング構成及び形状、並びに／若しくは電気的及び機械的接続構成についての種々の実装構成の何れか１つを有することが可能である。更に、所与の照明ユニットは任意に、光源の動作に関連する種々の他の構成要素（例えば、制御回路）に関連付けられる（例えば、その構成要素を含む、に結合される、及び／又は、と共にパッケージングされる）。“ＬＥＤに基づく光ユニット”とは、上記のような１つ又はそれ以上のＬＥＤに基づく光源を、単独で又は他の非ＬＥＤベース光源と組み合わせて含む照明ユニットのことをいう。“マルチチャネル”照明ユニットとは、放射線の異なるスペクトルをそれぞれ生成する少なくとも２つの光源を有するＬＥＤベース照明ユニット又は非ＬＥＤベース照明ユニットのことをいい、その場合、各々の異なる光源のスペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの“チャネル”と呼ばれることが可能である。

用語“ランプ” 又は “照明器具”が、本明細書において、特定のフォームファクタ、アセンブリ又はパッケージにおける１つ又はそれ以上の照明ユニットの実施形態又は構成のことをいうとして用いられている。ランプは、同じ種類の又は交換可能な種類の他のランプと容易に置き換え可能であることが可能である。ランプは一般に、１つ又はそれ以上の光源又はランプに対する光源を備えた照明ユニットを有する。

下で詳述する上記の概念及び付加的な概念の全ての組み合わせが（そのような概念が互いに一貫性を有さない場合であっても）、本明細書で開示されている発明の主題の一部であるとして検討されていることを理解する必要がある。特に、同時提出の特許請求の範囲における主題の全ての組み合わせは、本明細書で開示される発明の主題の一部であるとして検討されている。参照としての何れかの開示においても理解することが可能である、本明細書で明示的に用いられている用語法は、本明細書で開示されている特定の概念と最も良い整合性を有する意味が与えられていることが理解される必要がある。

図においては、同じ参照番号は一般に、種々の図においても同じ構成要素を表している。また、図は、必ずしもスケーリングされていず、本発明の原理を表すときには、それに代えて一般に、強調して示されている。

本発明の実施形態に従ったランプの断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプの断面図である。 本発明の実施形態に従ったランプの光透過性要素の平面図である。 図３Ａに示している光透過性要素の断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプの光透過性要素の平面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプについての窓の平面図である。 図５の窓の線Ａ−Ａにおける断面図である。 本発明の実施形態に従ったランプの断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプの断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプの断面図である。 本発明の他の実施形態に従ったランプの断面図である。

一般に、ランプの構成と同様に、ＬＥＤに基づく光源を用いるＬＥＤ光源における放熱はやりがいのあることである。ＬＥＤはかなりの熱量を発生し得る一方、一般に、白熱ランプにおけるフィラメントよりかなり低い動作温度を必要とする。例えば、多くの既存の種類の白熱ランプの１つを置き換えるように用いられるようにデザインされたＬＥＤランプは、ランプにおけるＬＥＤの過熱を回避することが可能であるように対応する白熱ランプと異なる放熱特性を必要とする。環境に対してどこかで熱を容易に放出するようにヒートシンクとしてＬＥＤランプを構成することは、ランプにおいてＬＥＤを十分に冷却するには十分でない可能性がある。ＬＥＤランプの何れかの部分のみから任意の方向のみに熱を放熱することは、ＬＥＤランプが特定の種類の備品と組み合わせて用いられるときに、特に蓄熱をもたらし得る。従って、ＬＥＤランプは、所望の熱管理特徴を提供するように構成される必要がある。一般に、本発明者は、ＬＥＤランプ又は対応する備品が環境に対して光を発する方向に、効果的にランプから遠ざかるように熱を放熱することは有利であることを認識して、理解している。

上記に照らして、本発明の種々の実施形態が熱管理ランプについて記載されている。

本発明の特徴に従って、ＬＥＤに基づく光源を有するＬＥＤランプが提供される。ＬＥＤに基づく光源は１つ又はそれ以上のＬＥＤを有することが可能である。ランプは、ＬＥＤに基づく光源に光学的に且つ熱的に結合された光透過性要素を有する。ランプ及び光透過性要素は特に、光透過性要素を介してランプの外側にＬＥＤに基づく光源により発生された熱を伝達する。ランプは更に、ＬＥＤに基づく光源に光学的に結合された光学系を用いることが可能であり、その光学系は、光透過性要素の方にＬＥＤから光を再方向付けする。

本発明の一部の実施形態に従ったランプの断面が図１に示されている。ランプは、少なくとも１つのＬＥＤに基づく光源１１０と、光透過性要素１２０とを有する。ランプは一般に、光透過性要素１２０の方に光路１０１に実質的に沿ってＬＥＤに基づく光源により光を方向付ける。ランプは、光透過性要素１２０とＬＥＤに基づく光源１１０を熱的に接続させる熱パイプ１３０を更に有し、光透過性要素を介して環境に熱を伝達させる。

他の実施形態に従ったランプの断面が図２に示されている。ランプは、ＬＥＤに基づく光源２１０と、光透過性要素２２０とを有する。ランプは、光透過性要素２２０とＬＥＤに基づく光源２１０とを光学的に接続する２０１リフレクタ２３０を更に有する。ＬＥＤに基づく光源２１０は、光が実質的に反射されるリフレクタ２３０の方に直接、その光源が実質的に光を出射するように、備えられている。上記の実施形態に従ったランプは、光透過性要素２２０の方にリフレクタ２３０を介して光路に沿ってＬＥＤに基づく光源２１０により出射された光を実質的に再方向付けする。ランプは、ＬＥＤに基づく光源２２０から実質的に光透過性要素の方に及び環境の方に光透過性要素２２０を介して、更に熱を伝導する。

光透過性要素
光透過性要素は、ランプの内側ハル（ｈｕｌｌ）又は外側ハルの少なくとも一部を備えることが可能である。光透過性要素は、実施形態に依存して、平坦な、一般に曲面を有する、バルブ、ペア（ｐｅａｒ）、チューブ等の形状を有することが可能である。光透過性要素は、所定の光学特性を有する光透過性要素を備えるように決定されることが可能である所定の厚さプロファイル、表面テクスチャ又は表面粗さを有することが可能である。光透過性要素を横断して且つ光透過性要素を通って熱を放熱するように、一部の実施形態においては、光透過性要素は一体的な熱伝導性を備えている。例えば、良好な一体的な熱伝導性は、小さい温度勾配を有するより均一な温度プロファイルを保証する能力と、かなりの熱量を放熱する能力とを光透過性要素に提供することが可能である。

一部の実施形態においては、光透過性要素は、光透過性要素とランプの外側との間の界面の少なくとも一部において第１コーティングの１つ又はそれ以上の層が任意にコーティングされていることが可能である。第１コーティングは、光透過性要素からランプの外側に、赤外線並びに可視光及び他の非可視光のために所望の放射性を備えることが可能である。第１コーティングは、所定の熱伝導性を更に備えることが可能である。光透過性要素を介する熱伝導は、外側の媒体の対流により更に影響を受け得る。外側の媒体は、例えば、空気又は水、若しくはランプのアプリケーションに依存する他の物質であることが可能である。第１コーティングは、所定の結合された対流及び放射熱伝導特性を更に備えることが可能である。

一部の実施形態においては、光透過性要素は、光透過性要素とランプの内部との間の界面の少なくとも一部において光透過性要素に対して赤外性並びに可視光及び他の非可視光の反射を提供する第２コーティングの１つ又はそれ以上の層が任意にコーティングされることが可能である。第２コーティングはまた、所定の熱伝導性を更に備えることが可能である。同様の考慮は、外側における第１コーティングについてランプの内部に対向する第２コーティングに隣接する対流に関連して適用される。従って、第２コーティングは、所定の対流熱伝導性を備えることも可能である。第２コーティングの対流熱伝導性は、実施形態に依存して、高い又は低いことが可能である。

単独層の又は多層の第１コーティング及び第２コーティングの多くの構成を想定することが可能である。第１コーティング及び第２コーティングの放射及び対流熱伝導特性に関する考慮が、光導電性要素がコーティングされなかった場合又は光透過性要素のそれぞれの表面に対してコーティングされなかった場合にも、適用されることが可能である。

一部の実施形態においては、第１コーティング及び／又は第２コーティングは、赤外線又は非可視光について所定の透過性を備えることが可能である一方、可視光について所定の透過性を備えることも可能である。本発明の実施形態に従って、それらのコーティングは、可視光の透過性と赤外線又は非可視光の透過性との間の所定の比を提供することが可能である。同様の考慮を、光透過性要素の材料成分を決定するように適用することが可能である。

一部の実施形態においては、光透過性要素は一体的に形成された成分材料を有することが可能である。例えば、光透過性要素は、アモルファス、結晶又は多結晶材料、多様なガラス又は透明なプラスチックの１つ、若しくは高純度の又はドープされたイットリウムアルミニウムガーネット、多結晶アルミナ又は窒化アルミニウム等のセラミック、若しくは他の適切な材料を有することが可能である。

本発明の一部の実施形態に従って、光透過要素は、一体的に形成されたヒートパイプを有する、又は、良好な放熱を提供し、光透過性要素への効果的な熱的結合を可能にするヒートパイプの少なくとも一部を有することが可能である。一体的に形成されたヒートパイプは、光透過性要素全体に亘ってかなり効果的に熱を放熱することが可能である。一体的に形成されたヒートパイプは、例えば、図３Ａ、図３Ｂ又は図４に示す複数の方法で構成されることが可能である。

図３Ａは、螺旋状に形成されたヒートパイプ３１０を有する光透過性要素３００の平面図である。ヒートパイプ３１０は、少なくとも一部が、透明又は半透明であることが可能である。図３Ｂは、図３Ａの光透過性要素の側面図である。図３Ｂは、光透過性要素３００を動作可能であるように備えたフレーム３４０も示し、ＬＥＤに基づく光源（図示せず）を熱的に接続するフレーム３４０に動作可能であるように接続された外部ヒートパイプ３３０の一部を更に示している。図４は、フレームを伴わない光透過性要素４００の他の実施例を示している。図４に示されている光透過性要素のヒートパイプ４１０は突き出たスポークを有するリングとして形成されている。リング及びスポークは、実施形態に依存して、一体的に又は別個に形成されることが可能である。例えば、参照番号３００又は４００のような光透過性要素は、実質的に径方向の内側方向、外側方向、又は両者の方向に、所定の熱伝導特性を備えることが可能であることに留意されたい。一部の実施形態においては、外部ヒートパイプ及び光透過性要素はフレームを介して熱的に相互接続されている。他の実施形態においては、外部ヒートパイプは、光透過性要素（図示せず）のヒートパイプと一体的に相互接続されることが可能である。

他の実施形態においては、光透過性要素は所定の様式で光を屈折させることが可能である。光透過性要素の屈折特性は、光透過性要素の形状又は材料成分を含む１つ又はそれ以上の特徴により、若しくは例えば、光透過性要素がコーティングされている場合には、表面又は界面並びに第１コーティング及び／又は第２コーティングの１つ又はそれ以上により決定されることが可能である。

一部の実施形態においては、光透過性要素は、第１材料を有する１つ又はそれ以上の第１要素、及び第２材料を有する１つの又はそれ以上の第２要素から、平面的な、非平面的な、又は三次元測地（ｇｅｏｄｅｓｉｃ）複合オブジェクトとして形成されることが可能である、光透過性要素の全体を通して良好な熱的接続性を保証するように、第１要素と第２要素との間の密接な熱的接触が必要である。その密接な熱的接触は、例えば、第１要素及び第２要素を一体的に形成することにより備えられることが可能である。更に、熱的接触は、例えば、適切に同じような熱膨張係数を有する複数の材料を用いることにより、第１要素及び第２要素を圧着することにより、又は少なくとも動作温度条件下で圧着するように第１要素及び第２要素を構成することにより、容易化されることが可能である。

１つ又はそれ以上の第２要素は、１つ又はそれ以上の第１要素を備えるための平面的な又は非平面的な構造を規定することが可能である。１つ又はそれ以上の第１要素は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等の形状を含む不規則的な又は規則的な形状を有することが可能である。第２材料は、第１材料より大きい熱伝導性を有することが可能である。それら２つの材料のうちの少なくとも１つは光学的に透明であることが可能である。

一部の実施形態に従って、光透過性要素の第１要素と第２要素との間の界面は、更なる所定の光学的特性を備えることが可能である。例えば、それらの界面は、所定形状の断面及び／又は界面粗さを備えることが可能である。

図５Ａ及び５Ｂは、適切な複合光透過性要素５００を示している。図５Ａは平面図であり、図５Ｂは、図５Ａの線Ａ−Ａに沿った断面を示している。複合光透過性要素５００は、ハニカム構造５１０及び光透過性モジュール５１５を有する。ハニカム構造は、光透過性要素にＬＥＤに基づく光源（図示せず）により発生された熱を伝導するヒートパイプ５２０に熱的に接続されている。

光源と光透過性要素との間の熱的接続
本発明の実施形態に従ったランプは、光透過性要素にＬＥＤに基づく光源を熱的に結合させるヒートパイプを用いることを可能にする。ヒートパイプは、第１コーティング、第２コーティング又は両者のコーティングに任意に熱的に接続されることが可能である。更に、ヒートパイプの少なくとも一部は、光透過性要素と任意に一体的に形成されることが可能である。

本発明の実施形態に従ったランプは、ＬＥＤに基づく光源と光透過性要素との間の熱的接続が光学系により容易化されるように構成されることが可能である。例えば、光学系は、ＬＥＤに基づく光源及び光透過性要素を熱的に結合する所望の熱伝導性の１つ又はそれ以上のヒートパイプ又は材料を有することが可能である。

本発明の実施形態に従ったランプは、ＬＥＤに基づく光源が光透過性要素の内側に備えられるように構成されることが可能であり、光透過性要素は、内側から外側に、及び外側から環境に熱を伝導する。ランプは、ＬＥＤに基づく光源が内側に熱伝導的に接続されるように、更に構成されることが可能である。ＬＥＤランプは、ＬＥＤに基づく光源が光透過性要素の方に又はその方に対して垂直に光を発するように構成されることが可能である。

本発明に従ったランプは、ＬＥＤが光透過性要素に備えられる又は光透過性要素から遠く離れて備えられるように構成されるに拘わらず、１つ又はそれ以上のヒートパイプを有することが可能である。

光学系
一部の実施形態においては、光学系は、少なくとも可視光を屈折する及び／又は反射するが、赤外光及び／又は紫外光も屈折する及び／又は反射する複数の光学要素であって、フォトルミネッセント材料を有する要素を有することが可能である、光学要素を有する。光学系は、それ自体により又は光透過性要素と組み合わされて、所定の色混合及び／又はビーム整形特性を備えることが可能である。

一部の実施形態においては、光学系は、ＬＥＤに基づく光源と光透過性要素との間の熱的接続を備えることが可能である。本発明の実施形態に従って、光学系は少なくとも１つのヒートパイプを有する。

封止系
ランプは、例えば、ランプの内部空間を気密封止するように、光学系等のランプ及び／又は光透過性要素の１つ又は他の構成要素と協働して、封止系を任意に用いることが可能である。内部空間は、例えば、光学系及び光透過性要素により画定されることが可能である。内部空間は、所望の効果に依存して、所定の高い又は低い伝導性を備えるように選択された流体物質が充填されることが可能である。その流体物質は、気体及び／又は液体であることが可能である。気体が充填される場合、内部空間は所定の圧力まで充填されることが可能である。他の実施形態に従って、内部空間は、所定の圧力まで真空引きされることが可能である。

本発明について、特定の実施例を参照して以下に詳述する。以下の実施例は、本発明の実施形態について詳述するように意図され、何れかの方法で本発明を限定するようには意図されていないことを理解することができる。

実施例１
図６は、本発明の実施形態に従った他の例示としてのランプの断面図である。ランプの光透過性要素は、例えば、一体的に形成された複合材料又は測地ドーム（ｇｅｏｄｅｓｉｃ ｄｏｍｅ）の一部から、上記の方法で構成されることが可能である窓５０を有する。光透過性要素は、例えば、窓５０の内側に、化学蒸着により堆積された透明なダイヤモンドコーティング５７及び低放射性コーティング５８を有する。図６に示しているように、例示としてのランプは、基板５３から窓５０の方にＬＥＤ５４により発せられた熱を伝導するヒートパイプ５２を更に有する。光学系は、内部空間５６に戻るように、例えば、光透過性要素の方に、光を反射する壁５５を有する。ＬＥＤ５４は、制御器及び電源（図示せず）に動作可能に接続されている。

内部空間５６は、低い熱伝導特性（図示せず）を備えることが可能である。図示している実施例のランプは、ＬＥＤ５４と窓５０との間の高められた熱的接続を提供し、ランプの構成要素の残りのもの、例えば、壁５５に対する熱伝導性を減少させる。更に、壁５５は、例えば、低い熱伝導性の熱伝導体であることが可能であり、例えば、壁は、断熱材としての役割を果たす材料により作られることが可能である。

内部空間５６は、例えば、ＬＥＤ５４のようなランプ、基板５３又は壁５５の構成要素と窓５０との間の流体を介する低い熱伝導を提供する流体が充填されていることが可能である。代替として、内部空間は、所定の圧力に真空引きされ、殆ど熱伝導しない流体、例えば、断熱材としての役割を果たす流体が充填されることが可能である。流体は、適切な気体、例えば、空気、アルゴン、キセノン、窒素、二酸化炭素、又は当業者が容易に理解することができ、所望の熱伝導性に基づいて選択されることが可能である他の物質であることが可能である。

他のランプ（図示せず）は、壁５５と基板５３との間の良好な断熱性を提供することが可能である。壁５５の外側表面領域の少なくとも一部に依存して、環境の方に、しかし、外側に壁５５を介して伝導されるように意図された熱の量に主に関して、熱を放出する壁の外側表面の能力を有する。そのような実施例のランプは、真空引きされる、又は内部空間に低い熱伝達性を提供する適切な流体が充填されることが可能である。

実施例２
図７は、他の例示としてのランプの断面図である。ランプのＬＥＤ７３０は、光透過性要素７１０の内側表面上に又はその内側表面に近接して動作可能に備えられることが可能である。ＬＥＤ７３０は、光透過性要素上に備えられて、熱的に接続された別個の基板（図示せず）上に動作可能に備えられることが可能である。

ＬＥＤ７３０は、ＬＥＤを制御する制御器及び電源（図示せず）に動作可能に接続されている。ＬＥＤは、ＬＥＤが光透過性要素７１０から実質的に離れるように光を発するように方向付けられている。光透過性メンブレン７７０は、断熱距離環７５０により形成された分離空間７６０から内部空間７４０を分離する。分離空間は、例えば、空気が充填される、又は真空引きされる。

実施例のランプの内部空間７４０は、内部空間による熱の対流を抑制するように真空引きされる。メンブレン７７０及びリフレクタ７２０は、下方の光透過性要素７１０の方に赤外線を反射させる。ランプは、ＬＥＤ７３０により発生した熱が光透過性要素に実質的に放熱されるように構成されていて、また、光透過性要素の実質的に全体的に熱を拡散し、故に、低い温度勾配を有する温度プロファイルを前提とすることが可能であるように構成されている。光透過性要素は、外側表面から環境に熱を実質的に拡散するように更に、構成されている。光透過性要素は、例えば、一体的に形成されたヒートパイプを有することが可能である。

実施例３
図８は、他の例示としてのランプの断面図である。ランプのＬＥＤ８３０は、光透過性要素８１０の内側表面上に又はその内側表面に近接して動作可能に備えられる。ＬＥＤ８３０は、光透過性要素上に備えられて、熱的に接続された別個の基板（図示せず）上に動作可能に備えられることが可能である。

ランプの光透過性要素８３０は、低赤外線放射性コーティング８１５、高熱伝導性コーティング８１７及びガラスディスク８１９を有する。低赤外線放射性コーティングは、ディスク８１９上に備えられて、熱的に適切に接続されたコーティング上に備えられて、熱的に接続されている。低赤外線放射性コーティングは、内部空間８４０への赤外線熱の放射を抑制する。コーティングは、インジウムすず酸化物、ダイヤモンド又は他の適切な、知られている材料を含む多くの材料から成ることが可能である。コーティング８１５及び８１７の厚さ及びディスク８１９の厚さは、スケーリングして描かれていない。

ＬＥＤ８３０は、参照番号８３５に含まれているＬＥＤを制御する制御器及び電源に動作可能に接続されている８３３。ＬＥＤは方向付けられていて、故に、ＬＥＤは、光透過性要素８１０からリフレクタ８２０の方に光を発する。実施例のランプの内部空間８４０は、内部空間を介する熱の対流を抑制するように、真空引きされている。リフレクタ８２０は、光透過性要素８１０の方に赤外線を反射する。

ランプは、ＬＥＤ８３０により発生された熱は光透過性要素８１０に実質的に放熱されるように構成され、また、ランプ自体を通して実質的に全体的に熱を拡散するように構成され、故に、低い温度勾配を有する温度プロファイルを前提とすることが可能であるように構成されている。光透過性要素８１０は、外側表面から環境に実質的に熱を放出するように、更に構成されている。光透過性要素８１０は、例えば、一体的に形成されたヒートパイプを有することが可能である。

実施例４
図９は、他の例示としてのランプの断面図である。ランプのＬＥＤ９３０は、所定の熱伝導性を備えるように構成された基板９２０上に備えられている一方、基板に動作可能に接続され、ランプの上部９５０に一体化されることが可能である。基板は、ランプの上部９５０に一体化されることが可能である電源及び／又は制御器（図示せず）とＬＥＤとの間の動作可能な接続を容易化するように、導電性材料又は絶縁性材料及び熱伝導性材料又は断熱性材料の１つ又はそれ以上の層を有することが可能である。ＬＥＤ９３０は、制御器及び電源（図示せず）に動作可能に接続される。

断熱部９４０は、ＬＥＤ９３０と反対側で基板に隣接して備えられる。この例示としてのランプの光透過性要素は、放射線による高熱放射性を備えるように構成された窓９１０を規定する。更に、熱は、例えば、窓の外側表面から対流により環境に廃熱されることも可能である。窓と基板との間の機械的接続は、良好な熱伝導を備えることが可能である。例えば、窓及び基板は、ヒートパイプを用いて、一体的に形成される及び／又は熱的に接続されることが可能である。一部の実施形態においては、基板９２０と窓９１０との間の空間は、良好な熱伝導体である透明な流体が充填されることが可能であり、この透明な流体は気体又は液体であることが可能である。

窓９１０は、１つ又はそれ以上の少なくとも光透過性の材料を有する一体型整形体として形成されることが可能である。窓は、所定の光屈折及び／又は反射特性を備えるように、所定の単独層又は多層構成、厚さプロファイル、表面テクスチャ又は表面粗さを備えることが可能である。窓は、測地ドーム（図示せず）の一部として整形された複合形態に構成されることが可能である。

ＬＥＤ９３０は、窓９１０の方に光を発するように備えられている。ＬＥＤの各々は、ＬＥＤの各々により発せられた光を反射させるリフレクタと組み合わされて備えられることが可能である。ＬＥＤに近接した基板９２０の表面は、光反射性コーティング及び／又は赤外線反射コーティングがコーティングされることが可能である。ランプは、所定の照明特性及び放熱特性の組み合わせを備えている。

複数の本発明の実施形態について、上で詳述し、図に示しているが、当業者は、その機能を実行し、本明細書に記載している結果及び／又は一つ又はそれ以上の有利点を得るための多様な他の手段及び／又は構造を容易に想定することができ、それらの変形及び変更の各々は本発明の範囲内にあると判断される。一般に、当業者は、本明細書に記載されている全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示であり、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、本発明の教示が用いられる特定のアプリケーションに依存することを容易に理解することができる。当業者は、通常の実験に過ぎない実験を用いて、本明細書に記載されている特定の本発明の実施形態に対する同等なものを認識する又は確認することができる。従って、上記の実施形態は単に例示として提示されていることと、同時提出の特許請求の範囲における範囲及びそれと同等なものの範囲内で、本発明の実施形態は実行されることが可能であることが理解される必要がある。本明細書における発明の実施形態は、本明細書で記載されている各々の個別の特徴、システム、段階、材料、部品及び／又は方法を提供している。更に、それらの特徴、システム、段階、材料、部品及び／又は方法が互いに一貫性を有しない場合であっても、それらの特徴、システム、段階、材料、部品及び／又は方法の２つ以上の何れかの組み合わせは、本発明の範囲に含まれる。

本明細書で定義されている及び用いられている定義の全ては、辞書における定義、参照文献における定義及び／又は定義された用語の一般的な意味を支配するとして理解される必要がある。

本明細書及び特許請求の範囲で用いられる単数表現は、反対に明確に示されていない場合であっても、“少なくとも１つ”を意味するとして理解される必要がある。

本明細書及び特許請求の範囲で用いられている表現“及び／又は”は、結合された要素、即ち、ある場合には関連付けられて存在する要素の、他の場合には関連付けられずに存在する要素の“どちらか又は両方”を意味するとして理解される必要がある。表現“及び／又は”により列挙された複数の要素は、同様な状態にあるとして、即ち、同化された要素の“１つ又はそれ以上”であるとして解釈される必要がある。他の要素は、表現“及び／又は”により特別に示される要素以外に任意に存在することが可能であるものである。

本明細書及び特許請求の範囲で用いられているように、“又は”は、上記の表現“及び／又は”と同じ意味を有するとして理解される必要がある。例えば、リストにおいてアイテムが分けられているとき、“又は”または“及び／又は”は、含むとして、即ち、少なくとも１つを含むとして、しかし複数の要素の又は要素のリストの２つ以上を含むとしても、任意に、付加的なリストされていないアイテムも含むとしても解釈される。“１つのみ”又は“厳密に１つ”等の明らかに明確に示される用語、又は特許請求の範囲で用いられるときの“から成る”のみが、複数の要素又は要素のリストの厳密に１つの要素を含むことを意味する。

また、反対に明確に示されていない場合であっても、２つ以上のステップを有する請求項に記載されている何れかの方法において、その方法のステップの順序は、その方法のステップが列挙されている順序に必ずしも限定されるものでないことも理解される必要がある。

特許請求の範囲において、及び本明細書において、“有する”、“含む”、“持つ”、“含有する”、“含んでいる”、“構成されている”等の全てのつなぎことば（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ Ｐｈｒａｓｅ）は制限がないとして、即ち、‘含む’を意味するが、それに限定されるものではないとして、理解される必要がある。

Claims (14)

1. 第１方向に光を発するＬＥＤに基づく光源；及び
   前記ＬＥＤに基づく光源に光学的に且つ熱的に結合された光透過性要素であって、前記ＬＥＤに基づく光源により発生された熱を環境に対して実質的に前記第１方向に前記光透過性要素を通して伝達する、光透過性要素；
   を有し、
   前記光透過性要素は、前記光透過性要素とランプの内部との間の界面において、前記光透過性要素への赤外線の反射を容易化する第２コーティングの１つ又はそれ以上の層がコーティングされている、
   ことを特徴とするランプ。
2. 前記ＬＥＤに基づく光源に光学的に結合され、前記光透過性要素の方に光を案内する光学系を更に有する、請求項１に記載のランプ。
3. 封止系であって、前記光学系及び前記光透過性要素は内部空間を画定し、前記封止系、前記光学系及び前記光透過性要素は前記環境から前記内部空間を協働して封止する、封止系を更に有する、請求項２に記載のランプ。
4. 前記光透過性要素は、前記光透過性要素と前記環境との間の界面において、前記光透過性要素からの赤外線の放射を容易化する第１コーティングの１つ又はそれ以上の層がコーティングされている、請求項１に記載のランプ。
5. 前記第１コーティングは所定の熱伝導性を有する、請求項４に記載のランプ。
6. 前記第２コーティングは所定の熱伝導性を有する、請求項１に記載のランプ。
7. 前記ＬＥＤに基づく光源と前記光透過性要素を熱的に接続する熱伝導性要素を更に有する、請求項１に記載のランプ。
8. 前記熱伝導性要素はヒートパイプである、請求項７に記載のランプ。
9. 前記光透過性要素は、第１熱伝導性を有する第１材料を有する１つ又はそれ以上の第１要素と、前記第１熱伝導性より高い第２熱伝導性を有する第２材料を有する１つ又はそれ以上の第２要素とを有する、請求項１に記載のランプ。
10. 前記第１材料は光透過性である、請求項９に記載のランプ。
11. 前記１つ又はそれ以上の第２要素は、前記１つ又はそれ以上の第１要素に熱的に接続されたハニカム構造を画定する、請求項９に記載のランプ。
12. 第１方向に光を発するＬＥＤに基づく光源；及び
    前記ＬＥＤに基づく光源に光学的に且つ熱的に結合された光透過性要素であって、前記ＬＥＤに基づく光源により発生された熱を環境に対して実質的に前記第１方向に前記光透過性要素を通して伝達する、光透過性要素；
    を有し、
    前記光透過性要素内に少なくとも一部が組み込まれたヒートパイプを更に有する、
    ことを特徴とするランプ。
13. 前記ＬＥＤに基づく光源は、前記光透過性要素に備えられ、前記光透過性要素に熱伝導的に接続されている、請求項１２に記載のランプ。
14. ランプの光透過性要素を介して前記ランプのＬＥＤ光源から熱を放熱する方法であって：
    前記ＬＥＤ光源及び前記光透過性要素を光学的に且つ熱的に結合するステップ；及び
    前記ランプの外部に前記ＬＥＤ光源により発生された熱を前記光透過性要素を通して伝達するように前記光透過性要素を構成するステップ；
    を有し、
    前記光透過性要素は、前記光透過性要素と前記ランプの内部との間の界面において、前記光透過性要素への赤外線の反射を容易化する第２コーティングの１つ又はそれ以上の層がコーティングされている、
    ことを特徴とする方法。

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