JP5371990B2 - 発光装置及び発光装置を冷却する方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及び発光装置を冷却する方法に関する。

米国特許出願第2005/0174780A1号は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む発光装置を開示する。この発光装置は、レセプタクルへ電気的に接続され得るソケットと、空気を強制的に循環させるための冷却ファンを含む。冷却ファンは本体に受け入れられ、この本体は、複数の放射状パーティションを有し、これらのパーティションは、これらのパーティション間において換気用のスリット形状を有する空隙を有して離間されるように本体の外部周囲表面に形成される。発光装置のＬＥＤは、冷却ファンによって循環される空気によって冷却される。

循環空気によるこの冷却は、発光装置外部からのホコリ及び他の汚染物が冷却ファン、ＬＥＤ、並びにＬＥＤ及び冷却ファンを制御する制御回路などの発光装置の他の要素へ移送されるという欠点を有する。この汚染物は、時間とともに冷却性能及び発光装置の寿命を低減させる。

本発明の目的は、冷却性能及び寿命が増加される、発光装置及び発光装置を冷却する方法を提供することである。

本発明の第１の態様において、発光装置が提示されており、当該発光装置は、光源、換気ユニット、及び密封透明容器を有し、前記密封透明容器は、前記容器の内部を前記容器の外部から密封し、前記光源及び換気ユニットは、前記容器内に配置され、前記換気ユニットは、前記光源によって発せられる熱を前記容器の内部表面へ輸送する気体流を生成するように構成される。

本発明は、容器の内部を密封し、且つ、密封容器内に換気ユニットを配置することによって、換気ユニットが、例えばホコリなどの容器外部からの粒子によって汚染され得ない一方で、冷却は、光源から発される熱が、光源から気体流が冷却される容器の内部表面へ輸送されるように気体流を生成することによって、実行されるという着想に基づく。換気ユニットは、容器の外部の粒子によって汚染されないので、これらの粒子は、換気の実行可能性を低下させ得ず、したがって、発光装置の冷却性能及び寿命を低減させ得ず、すなわち冷却性能及び寿命を増加させる。

好ましい実施例に従うと、当該発光装置は、更に、前記光源へ結合されるヒートシンクを有し、前記換気ユニットは、前記光源によって発せられる熱を前記光源及び前記ヒートシンクのうちの少なくとも１つから前記容器の内部表面へ輸送する気体流を生成するように構成される。ヒートシンクは、生成される熱の、容器内部の気体への輸送に関する表面を増加させ、これにより、冷却性能を更に向上させる。

前記換気ユニットは、前記容器から機械的に分離されていることが好ましい。容器から換気ユニットを機械的に分離することによって、換気ユニットの振動は、容器へ伝導されず、これにより、構造由来の騒音を制限し得る。

当該発光装置は、前記容器内の温度が動作中において空間的に変化するように構成され、前記容器内に配置される当該発光装置の要素は、より高い耐熱性を有する要素が第２領域より高い温度を有する前記容器の第１領域に配置され、前記第２領域において、より低い耐熱性を有する要素が配置されるように、前記要素の耐熱性、すなわち、具体的には熱的安定性又は加熱時の安定性、に依存して構成されることが更に好ましい。発光装置の要素は、例えば、換気ユニット、光源及び換気ユニット及び光源を制御する制御ユニットである。これらの要素の少なくともいくつかを、より高い耐熱性を有する要素がより低い耐熱性を有する要素が配置される領域より高い温度を有する領域に配置されるように、構成することによって、冷却は、異なる要素の対応する冷却要件に良好に適合され、これにより、発光装置の冷却性能及び寿命を更に向上させる。

当該発光装置は、容器内の温度が動作中において空間的に変化し、容器内に配置される発光装置の要素が容器の耐熱性に依存して配置され、これにより、同様な温度を有する領域が同様な耐熱性を有する要素に対して提供されることが更に好ましい。

前記容器の少なくとも一部は、前記容器の前記内部表面と前記容器の外部表面との間に電気的絶縁を提供することが好ましい。このことは、例えば、容器の外部及び人によって触れられ得る外側全体又はその一部の容易な掃除などを可能にする。

前記発光装置は、前記表記内部に配置されるセンサを有することが更に好ましい。このことは、発光装置へ追加的な機能性を提供することを可能にする。例えば、センサは、発光を制御する光源によって発される光へ晒される光学センサであり得る、又は、センサは、発光を遠隔制御する遠隔制御信号の受信器であり得る。両方の例示的な場合において、センサは、センサからの信号に依存して発光を制御する制御ユニットへ接続されることが好ましい。

前記容器は、前記光源によって生成される光を混合及び／又は案内するように構成されることが更に好ましい。このことは、発光装置の発光性能を、特に、光を混合及び／又は案内するための更なる光学コンポーネントを必要とすることなしに、改善させ、これにより、容器内に利用可能な空間は改善され得る。

前記容器内のコンポーネントは、前記容器の前記内部表面における電気伝導性配線を用いて相互接続されることが好ましく、これにより、容器内に利用可能な空間は更に改善され得る。

本発明の更なる態様において、発光装置を冷却する方法であって、前記発光装置は、光源、換気ユニット、及び密封透明容器を有し、前記密封透明容器は、前記容器の内部を前記容器の外部から密封し、前記光源及び換気ユニットは、前記容器内に配置され、気体流が、前記光源によって発せられる熱を前記容器の内部表面へ輸送するように生成される、方法が提示される。

請求項１の発光装置及び請求項８の発光装置を冷却する方法は、従属項において規定されるように、類似な及び／又は同一の好ましい実施例を有することを理解されるべきである。

本発明の好ましい実施例は、対応する独立請求項と従属項のいかなる組合せでもあり得ることを理解されるべきである。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これらを参照にして更に説明される。

図１は、本発明に従う発光装置を表わす断面図を概略的及び例示的に示す。

図１は、本発明に従う照明装置１を概略的及び例示的に示す。照明装置１は、光源２、換気ユニット３、及び少なくとも部分的に透明な容器４を含む。光源２は、この実施例において、ヒートシンク９へ結合されるＬＥＤの回路である。他の実施例において、代替的に又は追加的に、光源は、レーザに基づく光発生ユニットのような他の種類の光発生ユニットを含み得る。ＬＥＤは、有機発光ダイオードであり得る。ヒートシンク９は、選択的に、金属製であり、好ましくはアルミニウムである。

換気ユニット３は、容器４の内部表面８へ光源２によって生成される熱を輸送するための気体流６・７を生成するいずれかのユニットであり得る。この実施例において、換気ユニット３はファンである。

容器４は、レセプタクルへ発光装置１を取付けるための取付けユニット１０によって密封される。容器４の内部は、容器４の内部及び外部からの気体が交換され得ないように、容器４の外側からは密封される。したがって、容器４の外部からの粒子は、換気ユニット３及び光源２などの容器内部の要素を汚染し得ず、したがって、冷却性能は、安定を維持され、寿命はこれらの粒子によって低減されない。したがって、これらの粒子は、選択的に、発光の色の強度には影響を及ぼし得ない。加えて、容器４内部の絶縁距離は、容器の外部からのホコリなどの粒子を考慮することなく設計され得る。更に、特に、換気ユニット３による、特に、換気ユニット３の振動による換気ユニット３による、及び／又は、容器４内部の気体流によって生成される音響騒音は、容器４の密封によって除去又は低減される。

当然、粒子は、容器の外側をなお覆い得る。閉じられた筐体により、容器の外側は、必要である場合、たとえ液体を用いても、容易に掃除され得る。従来技術の発光装置においては、内部回路及び／又は換気ユニットの部品は、外気へ晒されており、このことは、多大な労力を要し得る。

閉じられた筐体により、何の空気伝播騒音も、換気ユニットによりユーザへ直接には発されない。容器は、換気ユニットからの空気伝播騒音を減衰させる。

ＬＥＤによって発される光は、特定の光学要素によって混合、案内又はコリメートされ得る。これらは、光学等級プラスチック若しくはガラス又は反射板材料から作製される追加コンポーネントであり得る。この実施例において、光学要素は、ＬＥＤ２を囲み図１に断面が概略的に示される反射器１５である。代替的に又は追加的に、容器又はその内部若しくは外部表面は、光学経路の一部であり得る。この場合、容器は、反射被膜を有し得る、又は内部又は外部表面において全反射により光を案内するように構成され得る。

容器４は、光源２によって生成される光が容器４を離れることを可能にするために透明である。容器４は、選択的には、完全に又は一部透明であり得る。容器は、光源及び換気ユニットを囲む電球を形成する。

取付けユニット１０は、この実施例において、レセプタクルへの接続に関するねじ山を有する金属ソケットである。取付けユニットは、容器４を密封する標準エジソンＥ２７ソケットであり得る。更なる実施例において、取付け及び電気的接触の機能は、分離され得る、すなわち、容器は、例えば、１つの位置でランプへエネルギを供給するためなどの電気接触部を有し得る。異なる位置において、しかし、容器は、機械的取付けに関する手段を有し得る。

換気ユニット３は、光源２及びヒートシンク９からの容器内部表面への気体流６を生成し、内部表面８において気体は冷却される。容器４の内部表面８において冷却された気体は、気体流７によって光源２及びヒートシンク９へ輸送されて戻される。図１は、特定の気体流６・７を概略的及び例示的に示し、光源２及びヒートシンク９から容器４の内部表面８への気体流６は、実質的に容器４の中央に位置され、容器４の内部表面８から光源２及びヒートシンク９への気体流７は、容器４の側壁へ実質的に隣接されて位置される。他の実施例において、気体流は、別の手法で構成され得、例えば、光源及びヒートシンク９から容器４の内部表面への気体流は、容器の側壁に隣接して位置され得、容器の内部表面から光源及びヒートシンクへの気体流は、容器の中央に位置され得る。更に、気体流は、図１に示される位置から異なる容器の内部表面における位置へ方向付けられ得る。

上述のように、加熱気体は、例えば気体流６によって容器の内部表面へ輸送され、気体は、容器の内部表面において冷却され。結果的に、容器の壁は加熱され、容器の外側表面は、選択的に、熱を環境へ輸送するための自然対流を用いて冷却される。

発光装置１の断面である図１において、容器４は、円錐形状を有し、この場合、小さい直径を有する容器４の端部は、取付けユニット１０へ結合され、大きい直径を有する容器４の端部は、平面円上仕上げを有する。容器は、概して、ガラスのような電気絶縁材料から作製され、すなわち、容器は、選択的には、電気絶縁として作用し、容器内部の内部回路全体は、ガルバニック絶縁が必要とされない寿命部品(life parts)であり得る。

従来技術において、通常、電気絶縁であるが熱伝導性のシートが発光装置の寿命部品とヒートシンクとの間において使用される。本発明に従うと、これらのシート又は層は、容器が電気絶縁として作用するので、もはや必要とされない。したがって、光源及びヒートシンク間の熱界面は改善され、このことは、より低いジャンクション温度を生じさせ、したがって、従来技術の発光装置と比較して、改善された冷却性能を生じさせる。

他の実施例において、容器４は、例えば半球状などの、別の形状を有し得、選択的に、容器４の冷却表面を大型化するための、例えば、リブ部などの、内部及び／又は外部表面における特定の構造を有する。

発光装置１は、更に、換気ユニット３及び／又は光源２を制御する制御ユニット１１を含む。

換気ユニット３、光源２、ヒートシンク９及び制御ユニット１１は、この実施例において、互いに柔軟性でないように接続され、装着ユニット１２によって取付けユニット１０へ装着されるブロックを形成する。装着ユニット１２は、ブロックが取付けユニット１０から、すなわち容器４から機械的分離されるように、構築される。装着ユニット１２は、ブロックを取付けユニット１０へ取付けるいかなるユニットでもあり得、ブロックは、取付けユニット１０から、したがって、容器４から機械的に分離される。この実施例において、装着ユニット１２は、柔軟性ゴム取付け具である。他の実施例において、装着ユニット１２の代わりに、ブロック、特に換気ユニットを容器４から機械的に分離しない装着手段が使用され得る。更に、他の実施例において、上述のブロックの要素のいくつかのみが、これらの要素が容器から機械的に分離されるように、容器へ装着され得る。具体的には、換気ユニットのみが、容器から機械的に分離されるように、容器へ装着され得る。

参照符号１３によって示される容器４内の第１領域は、発光装置１が動作中であり光を発する場合に、図１において参照符号１４によって示される容器４内の第２領域よりも温度が低い。第１領域１３において、電気回路を含む制御ユニット１１は位置され、第２領域１４において光源２が位置されるが、その理由は、光源２が制御ユニット１１よりも高い耐熱性を有するからである。他の実施例において、追加的又は代替的に、発光装置１の他の要素も、それぞれの耐熱性に従い容器内に配置され得る。

容器４は、この実施例において、空気よりも高い熱容量を有する気体で充填されている。空気より高い熱容量を有する気体は、気体流による容器内の熱の輸送を向上させる。選択的に、容器内の気体は、不活性気体、特にヘリウムである。

容器は、光源によって生成される光を混合する、及び／又はその光を光がセンサ及び／若しくは他の位置へ進むために容器を抜け出す出力ポートへ案内するために適合され、具体的には形成される、構造を作られる、色付けされる及び／又は被膜され得る。

上述の実施例において発光装置１はヒートシンク９を有するものの、他の実施例において、発光装置は、このようなヒートシンクなしに構築され得、この場合、熱は、光源から容器の内部表面へ直接的に輸送される。

光源は小さいヒートシンクを用いることなく又は用いて構築され得るので、センサは、容易に容器内に配置され得る。この実施例において、センサ１６は、容器４内に位置される。通常のランプにおいて、ランプの容積の多くは、熱伝導性金属に関して使用される。この占拠される容積は、センサ、回路及び光学系などに関して利用可能でない。例えば、ＲＦアンテナ（ZigBee制御発光装置）及び／又は光学センサは、発光装置の外側表面へ熱を輸送するのに通常使用される多量の金属の存在によって遮蔽又は性能低下されることなく、容器内に配置され得る。したがって、追加的な機能性は、光源へ容易に追加され得る。別の好ましい実施例において、センサは、容器の内部表面に位置され、選択的には容器の内部表面にある伝導性配線１７を用いて制御ユニット１１へ接続される。

好ましい実施例において、換気ユニットは、気体流内のいくつかの又は全ての要素が同一の温度へ晒されている並列換気構造を有する。このような実施例において、換気ユニットは、選択的には、換気ユニットによって生成される気体流がいくつかの気体流へ分割され、これらの気体流のいつかが光源へ案内され、他は制御ユニットへ案内されるように、構成される。このように構成される換気ユニットは、選択的には、要素の耐熱性が同様である場合に使用される。

選択的に、容器内のコンポーネントは、容器の内部表面における電気伝導性配線を用いて相互接続される。更に好ましい実施例において、ＲＦアンテナも、容器の内部表面における電気伝導性配線によって作製される。

上述の実施例において、換気ユニットは、冷却ファンであるが、他の実施例においては、他の種類の換気ユニット及び技術が、光源２によって生成される熱を容器の内部表面へ輸送するための気体流を生成するのに使用され得る。例えば、一連の乱流空気（turbulent air puff）に頼る人工噴流（いわゆるsynjets）を生成するユニット、又は水などの冷却液を霧化するために振動を使用するユニット、は換気ユニットとして使用され得る。

上述の図１において、発光装置の動作において異なる温度を有する第１領域及び第２領域のみが示されているが、発光装置は、容器内に異なる温度を有する２つより多い領域を含み得、この場合、発光装置の要素は、これらの耐熱性にしたがい容器内の異なる領域に配置され得る。

開示される実施例に対する他の変更態様は、図面、開示物及び添付の請求項の検討から、請求項に記載の発明を実施することに関して、当業者によって理解及び実行され得る。

請求項において、「含む、有する」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、単数の要素の表記は、複数の要素を排除しない。

請求項におけるいかなる参照符号も、請求の範囲を制限するようには解釈されるべきでない。

Claims (9)

1. 光源、換気ユニット、及び密封透明容器を有し、前記密封透明容器は、前記容器の内部を前記容器の外部から密封し、前記光源及び換気ユニットは、前記容器内に配置され、前記換気ユニットは、前記光源によって発せられる熱を前記容器の内部表面へ輸送する気体流を生成するように構成され、
   前記容器内のコンポーネントは、前記容器の前記内部表面における電気伝導性配線を用いて相互接続される、発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、当該発光装置は、更に、前記光源へ結合されるヒートシンクを有し、前記換気ユニットは、前記光源によって発せられる熱を前記光源及び前記ヒートシンクのうちの少なくとも１つから前記容器の内部表面へ輸送する気体流を生成するように構成される、発光装置。
3. 請求項１に記載の発光装置であって、前記換気ユニットは、前記容器から機械的に分離されている、発光装置。
4. 請求項１に記載の発光装置であって、当該発光装置は、前記容器内の温度が動作中において空間的に変化するように構成され、前記容器内に配置される当該発光装置の要素は、より高い耐熱性を有する要素が第１領域より高い温度を有する前記容器の第２領域に配置され、前記第１領域において、より低い耐熱性を有する要素が配置されるように、前記要素の耐熱性に依存して構成される、発光装置。
5. 請求項１に記載の発光装置であって、空気より高い熱容量を有する気体が前記容器内に配置される、発光装置。
6. 請求項１に記載の発光装置であって、前記容器の少なくとも一部は、前記容器の前記内部表面と前記容器の外部表面との間に電気的絶縁を提供する、発光装置。
7. 請求項１に記載の発光装置であって、前記発光装置は、前記容器の内部に配置されるセンサを有する、発光装置。
8. 請求項１に記載の発光装置であって、前記容器は、前記光源によって生成される光を混合及び／又は案内するように構成される、発光装置。
9. 発光装置を冷却する方法であって、前記発光装置は、光源、換気ユニット、及び密封透明容器を有し、前記密封透明容器は、前記容器の内部を前記容器の外部から密封し、前記光源及び換気ユニットは、前記容器内に配置され、気体流が、前記光源によって発せられる熱を前記容器の内部表面へ輸送するように生成され、
   前記容器内のコンポーネントは、前記容器の前記内部表面における電気伝導性配線を用いて相互接続される、方法。

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