受動冷却を用いた半導体ランプ
半導体ランプは、吸気アパーチャを持つ第１チャンバ、および排気アパーチャを持つ第２チャンバを有する本体を含む。チャンバは１つ以上の通路によって流体連通するように相互接続される。ランプは、少なくとも１つのチャンバ内に位置する放熱表面を有する熱伝導性基板、および熱伝導性基板と熱的に連通するように搭載された１つ以上の半導体発光体、典型的にはＬＥＤをさらに含む。ランプは、動作中、ＬＥＤによって生成された熱が、基板によって一方または両方のチャンバへ放射され、チャンバ間の空気圧の差の原因となるように構成され、その結果取り囲む空気が吸気アパーチャの中へ引き込まれ、基板の相互接続する通路を介してチャンバを通って流れ、排気アパーチャを通って出て、それによって基板およびＬＥＤを冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月５日出願のYi-Qun Liらによる"Solid-State Lamps with Passive Cooling"と題する米国特許出願第１２／８９８，４７０号、および２００９年１０月９日出願のYi-Qun Liらによる"Solid-State Lamps with Passive Cooling"と題する米国特許仮出願第６１／２５０，１４８号の優先権を主張し、その明細書および図面は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の背景
技術分野
本発明は、受動冷却を用いた半導体ランプ、特にＬＥＤ（発光ダイオード）に基づくランプに関するものである。より具体的には、排他的ではないが、本発明は、改良された受動冷却機構を持つ半導体リフレクター型ランプに関わる。
【０００３】
背景技術
白色光生成ＬＥＤ、「白色ＬＥＤ」は、比較的最近の技術革新であり、エネルギー効率の良い照明システムを全く新しく生成することが出現する潜在性を与える。白色ＬＥＤは、その潜在的には数十万時間の長い動作寿命、および低消費電力に関するその高い効率性のため、フィラメント（白熱灯）、蛍光灯、および小型蛍光灯光源に代わるであろうことが予測される。ＬＥＤに基づく白色光源を開発することは、電磁スペクトルの青色／紫外部分の色を発するＬＥＤが開発されるまで現実的ではなかった。例えば米国特許第５，９９８，９２５号で教示されるように、白色ＬＥＤは、フォトルミネッセント材料である１つ以上の蛍光体材料を含み、これはＬＥＤによって発せられた放射線の一部分を吸収し、異なる色（波長）の放射線を再発光する。典型的には、ＬＥＤチップまたはダイは青色光を生成し、蛍光体は青色光のある割合を吸収して、黄色光、あるいは、緑色および赤色光、緑色および黄色光、または黄色および赤色光の組み合わせを再発光する。ＬＥＤによって生成された青色光の、蛍光体によって吸収されない部分は、蛍光体によって発せられた光と組み合わせられて、人間の目にはほぼ白色の色のように見える光を提供する。
【０００４】
これまで、従来の白熱電球、ハロゲンリフレクターランプ、および蛍光ランプに代わって、高輝度白色ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤを利用するほとんどのランプは、複数のＬＥＤが従来の光源部品に代わる機構を含む。例えば、白色ＬＥＤ、あるいは赤色、緑色、および青色発光ＬＥＤ群が、白熱電球のフィラメントアセンブリに代わることが公知である。ＷＯ２００６／１０４５５３は、従来の白熱電球の光出力を踏襲して、その組み合わせられた発光が概略で球状になるように、複数の白色ＬＥＤが、概略で長方形の基板（プリント回路基板）の前面、背面、および上縁に搭載されるＬＥＤ電球を教示する。基板は光透過カバーに囲まれ、電球を電源に連結するためのコネクタベース（例、ねじキャップ）に搭載される。米国特許６，２２０，７２２および米国特許６，７９３，３７４は、白色ＬＥＤ群が、少なくとも４つの面を有する多面支持体（例、立方体または四面体）の平坦な面に搭載されたＬＥＤランプ（電球）を開示する。多面支持体は、放熱カラムによってコネクタベースに接続される。アセンブリ全体が、従来の白熱電球に似るように、透明電球（エンベロープ）内に囲まれる。
【０００５】
半導体ランプ、特に白熱電球およびリフレクターランプの直接の代用品として用いることができる小型ランプの開発において対処が必要な問題は、このようなランプにおいて要求される多数のＬＥＤによって生成された熱を適度に放散し、それによってＬＥＤの過熱を防止することである。さまざまな解決法が提案されてきた。１つの解決法は、ヒートシンクが、ランプを従来の照明ソケットにおいて用いるのを可能にする従来のコネクタキャップに搭載されている、ランプの本体を含むヒートシンク上に、ＬＥＤを搭載することである。例えば、米国特許６，９８２，５１８において説明されるように、ヒートシンクは、複数の緯線方向のフィンを含んで、放熱表面積を増大させることができる。透明または半透明のドーム型カバーを、その装置が従来の電球との類似点を持つように、ＬＥＤ上で提供することができる。米国特許６，９８２，５１８では、ヒートシンクの形状要素は、白熱電球の外表面輪郭に実質的に似せるように形作られる。
【０００６】
米国特許６，７９３，３７４では、放熱を支援するために、放熱カラムは、ヒートシンクを含むこと；エンベロープ内での空気の流れを支援するための吸気および排気アパーチャを含むこと；キャップと熱的に連通すること；またはランプ中に空気の流れを生成するためのファンを含むこと：ができる。
【０００７】
カナダ特許２ ４７８ ００１は、ＬＥＤが円筒形の熱伝導性コアアセンブリ上に搭載されたＬＥＤ電球を開示する。コアアセンブリは、セグメント化された構造体であり、ロッド上に搭載された３つの異なるディスクの山を含む。ＬＥＤは、絶縁体ディスクと金属ディスクとの間に差し挟まれた回路ディスクに接続される。コアアセンブリは、そのベースに開口部を、ならびにコア上およびキャップの孔からの空気の均質な乱流を作り出すためのインペラを含む光拡散カバー内に囲まれる。
【０００８】
ＷＯ２００７／１３０３５９は、ＬＥＤ電球のシェル（エンベロープ）を、熱伝導性流体、たとえば水、鉱物油、またはゲルで、完全にまたは部分的に充填することを提案する。熱伝導性流体は、ＬＥＤによって生成された熱を、白熱電球内のように放射および対流を通じて放散されるシェルに伝達する。同様に、ＷＯ２００７／１３０３５８は、熱伝導性可塑性材料、たとえばゲルまたは液体可塑性材料でエンベロープを充填することを提案する。
【０００９】
米国特許７，１４４，１３５は、従来の白熱ＰＡＲ（アルミめっきパラボラリフレクター）型ランプと同じ形状要素を有する外側シェルを含むＬＥＤランプを教示する。ランプは、シェル内に配置され、１つ以上のＬＥＤによって発せられた光を方向付ける光学リフレクターを含む。光学リフレクターおよびシェルは、ランプを冷却するために空気を通すのに用いられる空間を画定し、ＬＥＤは、シェルとリフレクターとの間の空間内に配置されるヒートシンク上に搭載される。シェルは、吸気および排気アパーチャとして働く１つ以上のアパーチャを含み、ファンが、ヒートシンク上および排気アパーチャからの空気を動かすために、空間内で提供される。このような機構は冷却を改良することができる一方で、ファンの包含は、多くの用途でうるさすぎることまたは高価であることがあり、またファンの電力要件のため、エネルギー効率がより悪いこともある。
【００１０】
本実施形態は、公知の機構の限界を少なくとも部分的には克服する半導体リフレクターランプを提供しようとしてなされたものであり、特に、排他的ではないが、改良された冷却を提供する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の実施形態は、１つ以上の半導体発光体、典型的にはＬＥＤによって生成された熱が、ランプ本体内で相互接続された空気チャンバ間に空気圧の差を生成するのに用いられ、それによってランプ本体を通る空気の流れを促進し、および半導体発光体の受動冷却を提供する半導体ランプを対象とする。
【００１２】
本発明によれば、半導体ランプは、複数の吸気アパーチャを有する第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを有する第２チャンバを含み、前記各チャンバが、少なくとも１つの通路によって流体連通するように相互接続された本体；少なくとも１つのチャンバ内に位置する放熱表面を有する熱伝導性基板；および、熱伝導性基板と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：を含む。ランプは、動作中、１つ以上の発光体によって生成され、基板の放熱表面によって一方または両方のチャンバへ放射された熱が、一方のチャンバの空気圧が他方のチャンバの空気圧より高くさせるように、構成される。チャンバ間の空気圧の差は、ランプを取り囲む空気が吸気アパーチャの中へ引き込まれ、相互接続する通路を介して第１および第２チャンバを通って流れ、排気アパーチャを通って出る原因となり、それによって基板および発光体の受動冷却を発生させる。
【００１３】
各チャンバ内の空気圧は、チャンバの体積に反比例し、空気の温度に比例する。より高い空気圧を持つチャンバは、吸気アパーチャを持つ第１チャンバ、または排気アパーチャを持つ第２チャンバを含むことができる。
【００１４】
１つの機構では、熱伝導性基板が、両方のチャンバ内となるように位置する放熱表面を含む。作製を容易にするために、好ましくは、基板が、第１および第２チャンバを分離し、１つ以上の相互接続する通路を含む熱伝導性隔壁の形態である。代替として、チャンバは、基板と熱的に連通するようにしてもよく、またはしなくてもよい隔壁によって分離することができる。熱伝導性基板がチャンバ間で共有されるランプでは、各チャンバ内の空気の温度は同様であり、チャンバ間の空気圧の差は、チャンバを異なる体積を有して構成することによって達成することができる。
【００１５】
吸気アパーチャを持つ第１チャンバが、より高い空気圧である機構では、放熱表面が、好ましくは、少なくとも第１チャンバ内に位置する。第２チャンバ内の空気圧に対して、第１チャンバ内の空気圧を増大させ、およびそれによってランプ本体を通る空気の流れを増大させるために、第１チャンバの体積が、好ましくは、第２チャンバの体積より少ない。その上、第１および第２チャンバ間の圧力差を増大させるために、各排気アパーチャの合計面積が、各吸気アパーチャの合計面積より大きいことがある。空気が、各吸気アパーチャから出るよりむしろ、第１チャンバから第２チャンバの中へ流れることを確実にするために、各吸気アパーチャの合計面積が、好ましくは、各チャンバを相互接続する１つ以上の通路の合計面積より少ない。その上、各排気アパーチャの合計面積が、好ましくは、第１および第２チャンバを相互接続する１つ以上の通路の合計面積より大きい。
【００１６】
チャンバ間の空気圧の差を最大化するために、基板の実質的にすべての放熱表面は、第１チャンバ内に位置することができる。代替として、熱伝導性基板は、第２チャンバ内に位置する放熱表面をさらに含む。このような機構では、第１チャンバ内における基板の放熱面積が、好ましくは、第２チャンバ内における放熱表面積より大きい。
【００１７】
一方または両方のチャンバへの放熱をさらに増大させるために、放熱表面が、複数の放熱フィンをさらに含むことができる。代替として、および／または加えて、放熱表面は、表面からの放熱を促進するための表面加工を含む。
【００１８】
排気アパーチャを持つ第２チャンバが、より高い空気圧である機構では、放熱表面は、好ましくは、少なくとも第２チャンバ内に位置する。第２チャンバ内の空気圧を増大させるために、第２チャンバの体積は、好ましくは、第１チャンバの体積より少ない。
【００１９】
熱伝導性基板が、できるだけ高い、好ましくは、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、より好ましくは、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１である熱伝導率を有する。それは、例えば銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）を含むことができる。
【００２０】
本体が、概略で、円錐形；概略で円筒形；概略で半球状；または、概略で球状である形態を有することができる。１つの機構では、本体が外側シェルを含み、その外側シェルとともに少なくとも部分的に第１および第２チャンバを画定する内部光反射表面をさらに含む。ランプを既存の照明器具（筐体）に直接用いるのを可能にするために、本体が、標準的な形態、たとえばＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０、または、ＰＡＲ２０を含むパラボラアルミめっきリフレクター（ＰＡＲ）に類似した形状要素を有することができる。代替として、本体は、ＭＲ１６またはＭＲ−１１または白熱電球のエンベロープを含む多面リフレクター（ＭＲ）ランプに似ることができる。
【００２１】
その他の機構では、ランプが、一連の３つ以上の相互接続されたチャンバを含むことが検討されている。
【００２２】
本発明はリフレクターランプに関してなされ、本発明のさらなる局面によれば、半導体リフレクターランプは、外側シェルおよび内部光反射表面を含み、それらがともに複数の吸気アパーチャおよび複数の排気アパーチャを有するチャンバを少なくとも部分的に画定する本体；チャンバを、複数の吸気アパーチャを含む第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを含む第２チャンバに分割し、第１チャンバおよび第２チャンバを相互接続する少なくとも１つの通路をさらに含むように構成される熱伝導性隔壁；および、前記熱伝導性隔壁と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：を含む。リフレクターランプは、動作中、１つ以上の発光体によって生成され、隔壁によってチャンバの中へ放射された熱が、チャンバ間の空気圧の差を発生させ、本体を通る空気の流れという結果となり、それによって隔壁および発光体を冷却するように、構成される。
【００２３】
２つのチャンバ内の空気の温度が同様である構成では、チャンバ間の空気圧の差を促進するために、第１チャンバが、第２チャンバの体積より小さい体積を有することができる。その上、圧力の差および空気の流れを増大させるために、各排気アパーチャの合計面積が、各吸気アパーチャの合計面積より大きいことができる。放熱表面積を増大させるために、隔壁の放熱表面は、放熱フィンまたは葉脈状の凹凸をさらに含むことができる。好ましくは、熱伝導性隔壁が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、より好ましくは、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１である熱伝導率を有する。
【００２４】
好ましい機構では、外側シェルおよび内部光反射表面が、概略で円錐鼓筒（例、その頂点または頂上が、ベースと平行な平面によって切頂された円錐−円錐鼓筒形）を含み、光反射表面が、外側シェル内で実質的に同軸上に配置される。このような機構では、隔壁が、概略でディスク状であること、および、光反射表面の切頂された頂点における外側シェル内に位置することができる。好ましくは、内部光反射表面が、概略でパラボラ面の形態であり、多面体の表面を含む。代替として、光反射表面は、連続（平滑）表面を含むことができる。ランプを既存の照明器具に直接用いるのを可能にするために、および／または審美性を考慮して、外側シェルが、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；およびＰＡＲ２０を含む標準的な形態に類似した形状要素を有する。
【００２５】
本発明をよりよく理解するために、ここで、本発明に係る半導体ランプは、例としてのみ、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図２ａ】図１のランプの前面平面図である。
【図２ｂ】図１のランプの後面平面図である。
【図３】ランプを通る空気の流れを表示する、図１の半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態に係る半導体ランプの断面概略図である。
【図６】図５のＬＥＤランプの分解斜視図である。
【００２７】
発明の詳細な説明
本明細書全体を通して、同様の部分を示すために同様の参照番号が用いられる。
【００２８】
本発明の実施形態に係る半導体リフレクターランプ１０は、ここで、添付図面の図１、２ａ、２ｂ、および３を参照して説明される。ランプ１０は、北米で見られるような１１０Ｖ（r.m.s.）ＡＣ（６０Ｈｚ）主電源で動作するために構成され、白熱ＰＡＲ（パラボラアルミめっきリフレクター）ランプの直接の代用品としての使用を意図する。
【００２９】
図１、２ａ、および２ｂを参照すると、ランプ１０は、円錐鼓筒；つまり、その頂点または頂上が、ベースと平行な平面によって切頂された円錐（実質的に円錐鼓筒形）を一般的に含む、中空の本体（シェル）１２を含む。ランプは従来の白熱リフレクターランプに代わることを意図するので、本体は、ランプ１０が従来の照明器具、たとえば例として埋め込み式ライト筐体に直接収まることを確実にするように、寸法取りされる。図示のように、本体１２の外表面は、標準リフレクターランプ、たとえばＰＡＲ３８ランプに類似した形状要素を有するように構成することができる。放熱を支援するために、本体１２は、熱伝導性材料、たとえばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、例えばエポキシ材料またはポリカーボネートなどのポリマー、あるいは熱伝導性セラミクス材料で作ることができる。作製を容易にするために、本体１２は、金属合金を含むときにはプレス、圧断、またはダイカストすることが、あるいは金属装荷ポリマーまたは熱伝導性セラミクスを含むときには金型成形することができる。
【００３０】
ランプ１０は、標準的な電灯照明ねじ込みソケットを用いて、ランプが主電源に直接接続されるのを可能にする本体１２の切頂された頂点に搭載されたＥ２６コネクタキャップ（エジソンねじ込みランプ口金）１４をさらに含む。意図する用途によって、その他のコネクタキャップ、たとえば例として、英国、アイルランド、オーストラリア、ニュージーランド、および英連邦の各地で通常用いられているようなダブルコンタクトバヨネットコネクタ（例、Ｂ２２ｄまたはＢＣ）、ヨーロッパで用いられるようなＥ２７ねじ込み口金（エジソンねじ込みランプ口金）、「ターン＆ロック」のＧＵ１０、または当該技術分野において公知のその他のコネクタを用いることができることが認識されるだろう。
【００３１】
ランプ１０は、本体１２内で同軸上に搭載されたパラボラ光リフレクター（光反射表面）１６をさらに含む。図示のように、リフレクター１６は、多面状の表面を含むことができる。その他の実施形態では、平滑（連続）表面を含むことができる。ランプの発光を最大化するために、光リフレクター１６は、できるだけ高い反射率を有し、典型的には９０％より大きい。光反射表面は、アルミニウム、銀、またはクロムの金属化層、白色塗装表面、あるいはその他の当業者にとって明らかであろう光反射表面を含むことができる。
【００３２】
熱伝導性ディスク状隔壁１８が、本体１２内で、リフレクター１６の切頂された頂点上に搭載される。隔壁は、本体１２およびリフレクター１６と併せて、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを画定する。第１チャンバ２０ａは体積Ｖ１であり、本体１２とリフレクター１６との間に位置する概略で円錐鼓筒状のシェルを含む。第２チャンバ２０ｂは体積Ｖ２であり、コネクタ１４と隔壁１８との間（例、図示されるような本体１２の上部）に位置する概略で円錐鼓筒状の体積を含む。図示された実施形態では、第１チャンバの体積Ｖ１は、第２チャンバの体積Ｖ２より小さい（Ｖ１＜Ｖ２）。熱伝導性隔壁１８は、高い熱伝導性（典型的には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）を持つ材料、たとえば例として銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）から作製される。一連の円形貫通孔（通路）２２は、隔壁１８の周辺縁部のまわりに円周方向に間隔があけられ、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを相互接続してチャンバ間の流体の連通を提供する。その他の実施形態では、通路２２は、円周方向に間隔があけられた切り欠き（スロット）を含むことができる。
【００３３】
複数の円形吸気アパーチャ（貫通孔またはポート）２４は、パラボラリフレクター１６の前面周辺リップ１６ａに提供され、第１チャンバ２０ａに流体の連通を提供する。図示されるように、吸気アパーチャ２４は、リップ１６ａのまわりに円周方向に間隔があけられる。通路２２のように、吸気アパーチャ２４は、円周方向に間隔があけられた一連の切り欠き（スロット）を含むことができる。
【００３４】
複数の円形排気アパーチャ（貫通孔またはポート）２６は、本体１２の頂点に向かって位置する。図示されるように、排気アパーチャ２６は３セットにグループ化され、本体のまわりに円周方向に間隔があけられる。各排気アパーチャは、本体１２の厚み全体にわたって伸び、第２チャンバ２０ｂに流体の連通を提供する。吸気２４および排気２６アパーチャの数、大きさ、形状、およびグループ分けは、例示のみであって、所与の用途のために当業者によって容易に調整することができることが認識されるだろう。さらに説明されるように、吸気２４および排気２６アパーチャ、ならびに通路２２は、ランプの受動冷却を提供するために、空気が本体を通って流れるのを可能にする。
【００３５】
複数（図示された例では１３個）の白色光発光ＬＥＤ装置２８は、円形アレイとして、円形ＭＣＰＣＢ（金属コアプリント回路基板）３０上に搭載される。公知のように、ＭＣＰＣＢは、所望の回路構成で電気部品を電気的に接続するために、金属コアベース、典型的にはアルミニウム、熱伝導性／電気絶縁性誘電層、および銅回路層からなる層構造を含む。ＭＣＰＣＢ３０の金属コアベースは、熱伝導性化合物、たとえば例として酸化ベリリウムまたは窒化アルミニウムを含有する標準的なヒートシンク化合物を含有する接着剤の支援で、隔壁１８と熱的に連通するように搭載される。ＡＣ主電源から直接ランプ１０を動作させるための整流器またはその他の駆動回路（図示せず）は、コネクタキャップ１４内または第２チャンバ２０ｂ内に収容することができる。
【００３６】
各ＬＥＤ装置２８は、好ましくは、例えば２００８年５月２７日に出願され、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる、同時係属中の米国特許出願第１２／１２７，７４９号において説明されるように、複数の共にパッケージされたＬＥＤチップを含む。図示された実施形態では、各ＬＥＤ装置２８は、それぞれが各ＬＥＤチップを収容することができる４つ（２行×２列）の円形凹部（止まり穴）の正方形のアレイを有する、正方形の多層セラミクスパッケージを含む。白色光を生成することが要求されるので、各凹部は、蛍光体（フォトルミネッセント）材料を入れることができる。
【００３７】
典型的には粉体状である、蛍光体材料は、透明なバインダ材料、たとえばポリマー材料（例えば熱またはＵＶ硬化性シリコーン、あるいはエポキシ材料）と混合されて、ポリマー／蛍光体混合物は、各ＬＥＤチップの発光面に塗布される。
【００３８】
任意で、ランプ１０は、それに加えて、ランプによって発せられた光を所望のパターン／角度分布で集束、拡散、またあるいは方向付けるための、光透過前面カバーまたはレンズ（図示せず）を含む。
【００３９】
ここで、標準的な埋め込み式ライト筐体３２に設置されたランプを示す図３を参照して、ランプ１０の動作を説明する。図示されるように、埋め込み式ライト筐体３２は、天井または壁面３４に搭載される。動作中、ＬＥＤ装置２８によって生成された熱は、熱伝導性隔壁１８の中へ伝達され、そして隔壁全体にわたって伝達され、そして第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂの中へ隔壁の放熱表面から放射される。放射された熱は、第１および第２チャンバ内の空気の加熱の原因となり、それはチャンバ内の空気圧増大をもたらす。熱伝導性隔壁１８が第１および第２チャンバ内に位置する放熱表面を有するので、チャンバ内の空気の温度Ｔ１、Ｔ２は同様または実質的に等しい。しかしながら、第１チャンバの体積Ｖ１が第２チャンバの体積Ｖ２より少ないので、第１チャンバ内の空気圧Ｐ１は、第２チャンバ２０ｂの空気圧Ｐ２より高くなり、空気圧の比率は、一般的に以下の関係によって与えられる。
【００４０】
Ｐ１／Ｐ２＝Ｖ２／Ｖ１
【００４１】
図３の実線矢印３６で表示されるように、この空気圧の差は、空気が第１チャンバ２０ａから通路２２を介して第２チャンバ２０ｂの中へ流れて、やがて排気アパーチャ２６を通ってランプから出る原因となる。吸気アパーチャ２４からよりむしろ、第１チャンバから第２チャンバの中へ空気が流れることを確実にするために、チャンバを相互接続する通路２２の合計面積は、吸気アパーチャ２４の合計面積より大きくなるように構成される。その上、排気アパーチャ２６の合計表面積は、好ましくは、通路２２の合計面積より大きい。
【００４２】
定常状態では、ランプ１０を取り囲む空気は、吸気アパーチャ２４を通って第１チャンバ２０ａの中へ引き込まれ、隔壁１８によって放射された熱を吸収し、チャンバ間の圧力差（Ｐ１＞Ｐ２）のため、通路２２を通って第２チャンバ２０ｂの中へ入れられ、そして、排気アパーチャ２６を通って放出される。この空気の流れが、隔壁１８の冷却、故にＬＥＤ装置２８の冷却を提供する。
【００４３】
隔壁１８の放熱能力、つまりヒートシンク機能は、本体材料、本体形状、および全体的な表面熱伝達効率に依存するだろう。一般に、強制対流ヒートシンク機構のためのヒートシンク機能は、（ｉ）ヒートシンク材料の熱伝導性を増大させること、（ｉｉ）ヒートシンクの表面積を増大させること、および（ｉｉｉ）全体的な面積熱伝達効率を増大させること、例えばヒートシンクの表面上の空気の流れを増大させることによって改良することができる。本発明のランプ１０では、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂ間の圧力差は、隔壁上の空気の流れを（隔壁内の通路を通って）増大させることによって、全体的な熱伝達効率を増大させる。
【００４４】
試算では、本発明のランプ１０が１０％から２０％の間のヒートシンク機能の増大を達成するであろうことを示した。
【００４５】
その他の実施形態では、および図４に図示されるように、ＬＥＤ装置２８は、熱伝導性基板（ヒートシンク）３８上に搭載することができ、別体の隔壁１８が、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを分離するために用いられる。図４の機構では、熱伝導性基板３８は、基板３８の床面（切頂された頂点）と熱的に連通するように搭載されたＬＥＤ装置２８を持つ円錐鼓筒状のシェルの形態である。図示のように、基板３８は、第１チャンバ２０ａ内でリフレクター１６の内表面に沿って伸びる円錐部分４０を含むことができる。図４に示すように、基板３８は、第２チャンバ２０ｂ内に位置する放熱表面を有さない。結果として、第１チャンバ２０ａ内の空気の温度Ｔ１は、第２チャンバ２０ｂ内の空気の温度Ｔ２より高くなるだろう（Ｔ１＞Ｔ２）。この空気の温度の差は、第２チャンバ２０ｂ内の圧力Ｐ２と比べて第１チャンバ２０ａ内の空気圧Ｐ１を増大させるのに役立つこと、したがって本体を通る空気の流れを増大させることができる。空気圧比率は、一般的に、以下の関係によって与えられる。
【００４６】
Ｐ１／Ｐ２＝（Ｖ２．Ｔ１）／（Ｖ１．Ｔ２）
【００４７】
熱伝導性基板は、高い熱伝導性（典型的には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）、たとえば例として銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）を持つ材料から作製される。隔壁１８は、熱絶縁性または熱伝導性材料から作製することができ、基板と熱的に連通することができる。
【００４８】
その上、第１チャンバ２０ａ内の放熱表面積を増大させるために、熱伝導性基板３８は、複数の円周方向または半径方向に間隔があけられた放熱フィン（葉脈状の凹凸）をさらに含むことができる。
【００４９】
図４のランプ１０の動作は、図１〜３のランプのそれに類似しており、さらなる説明はしない。
【００５０】
改良された受動冷却を提供することのほかに、本発明のランプは、ＬＥＤ装置が典型的にはソリッドな円錐鼓筒状の本体のベースの同一面上に搭載された公知のランプよりも美的により許容できる。
【００５１】
説明された各例示ＬＥＤランプは、ＬＥＤダイによって生成された青色光の一部分を異なる色、しばしば黄色または緑色の光にダウンコンバートするために、各ＬＥＤが、蛍光体材料、フォトルミネッセンス材料を含む白色光発光ＬＥＤ（白色ＬＥＤ）に基づくものである。公知のように、ＬＥＤダイからの青色光と組み合わせられるフォトルミネッセンスで生成された光は、白色の色に見える発光結果を与える。典型的には、白色ＬＥＤでは、蛍光体材料は、ＬＥＤパッケージ内の各ＬＥＤダイ上で封入されたものとして提供される。その他の実施形態では、ＬＥＤダイから蛍光体材料への熱の伝達を低減するために、ＬＥＤダイに対して遠隔、およびそれから物理的に分離して蛍光体材料を提供することが検討されている。蛍光体材料は、光透過部品の面（ウィンドウまたは前面カバー）、好ましくはＬＥＤに対向する面上の１つ以上の層として提供することができる。代替として、蛍光体材料は、部品の体積全体を通して均一に分布するように、光透過部品内に組み込むことができる。ＬＥＤと分離して蛍光体を提供することは、ＬＥＤダイが蛍光体材料で封入された白色ＬＥＤと比べて数々の利点を与える、すなわち：
【００５２】
ｉ）蛍光体材料がＬＥＤに対して遠隔、つまりそれから分離して位置するので、蛍光体材料の熱劣化が低減される；
【００５３】
ｉｉ）適切な蛍光体材料を含む部品を提供することによって、要求されるＣＣＴおよび／または光の色調を生成するために、単一種のＬＥＤを用いることができるので、製造コストが低減される；および
【００５４】
ｉｉｉ）光の生成（変換）がはるかに大きいエリアで起きるので、ＣＣＴおよび／または色調がより一貫する。
【００５５】
粉体の形態である蛍光体材料は、予め選択された割合で、光透過ポリマー材料、たとえば例としてポリカーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、あるいは熱硬化性またはＵＶ硬化性光透過シリコーンと混合される。シリコーンに対する蛍光体混合物を装荷する重量比率は、典型的には、装置の目標相関色温度（ＣＣＴ）または色調によって、正確な装荷で１００分の３５〜６５の範囲であることができる。そして、蛍光体／ポリマー混合物は、その体積全体を通して均質な蛍光体分布で、均一な蛍光体／ポリマーシートを形成するように押し出すことができる。代替として、蛍光体／ポリマー混合物は、例えばスピンコーティングまたは印刷によって、光透過基板上に１つ以上の層として蒸着することができる。ポリマー材料に対する蛍光体の重量装荷のように、蛍光体層および／または蛍光体／ポリマーシートの厚みは、ランプの目標ＣＣＴおよび／または色調に依存するだろう。
【００５６】
ここで、遠隔に位置する蛍光体材料を利用する本発明のさらなる実施形態に係る半導体ランプ１０を、それぞれランプの断面概略図および分解斜視図を示す図５および６を参照して説明する。ランプ１０は、ＣＣＴ≒３０００°Ｋ、およそ５００ルーメンの発光強度、およびθ≒５０°の選択された発光角（中心軸４２から測定された発散角）を持つ白色光を生成するように構成される。ランプは、６インチダウンライトのエネルギー効率の良い代用品として用いられることを意図する。
【００５７】
この実施形態では、本体１２は概略で円筒形の形状であり、ダイカストアルミニウム、アルミニウム合金、またはマグネシウム合金から作製することができる。本体１２は、一連の、本体のベースに向かって緯線方向のらせん状に伸びる放熱フィン４４、および本体の長さの約３分の２の深さで本体の前面から伸びる、概略で円錐鼓筒状の軸方向チャンバ４６を有する。熱伝導性隔壁１８は概略でディスク状であり、ＬＥＤアレイを収容するために構成される１つの面から伸びる、中空の軸方向円筒形チャンバ４８を有する。隔壁１８は、チャンバ４６のベースから（軸方向に）約３分の１の長さで搭載され、概略で円筒形の形状である第２チャンバ２０ｂを画定する。第２チャンバ２０ｂは、隔壁１８の全厚みを通過する、複数の円周方向に間隔があけられた貫通孔（通路）２２によって、円錐鼓筒状チャンバ４６と流体連通するように相互接続される。排気アパーチャ２６は、第２チャンバ２０ｂをランプの外側と相互接続し、図示のように放熱フィン４４間を通過するように構成することができる。代替実施形態では、隔壁１８および円筒形チャンバ４８は、本体と一体の部分として形成することができる。
【００５８】
本体１２の形状要素は、ランプ１０が、米国で通常用いられるような標準的な６インチダウンライト器具に直接改造可能になる（かもしれない）ことを可能にするように構成される。
【００５９】
４つの青色光発光ＬＥＤ２８は、円形形状のＭＣＰＣＢ３０上にアレイとして搭載される。熱伝導性化合物の支援で、ＭＣＰＣＢ３０の金属コアベースは、チャンバ４８の床面と熱的に連通するように（例、隔壁１８と熱的に連通するように）チャンバ４８内に搭載される。各ＬＥＤ２８は、好ましくは、窒化ガリウム系青色ＬＥＤダイ（チップ）の３Ｗセラミクスパッケージされたアレイを含む。光の発光を最大化するために、ランプは、ＭＣＰＣＢをカバーして各ＬＥＤ２８に対応するそれぞれの開口部を含む、光反射回路マスク５０をさらに含むことができる。回路マスク５０は、白色または白色仕上げを有する光反射ポリマー材料の薄いシートを含むことができる。ＭＣＰＣＢ３０および回路マスク５０は、１つ以上のねじ５２、ボルト、またはその他の締結具によってキャビティ４８のベースに機械的に固定することができる。
【００６０】
ランプ１０は、ＬＥＤ２８のアレイを取り囲むように、およびチャンバ４８の内壁面に光反射表面を提供するように構成された、中空の、概略で円筒形のチャンバ壁面マスク５４をさらに含む。チャンバ壁面マスク５４は可塑性材料で作ることができ、好ましくは、白色またはその他の光反射仕上げを有する。代替機構では、チャンバ４８の内壁面は、それに光反射性をもたせるため、およびチャンバ壁面マスク無しで済ますために、研磨またあるいは被覆することができる。
【００６１】
光透過ウィンドウ５６は、チャンバ４８の外壁面内の対応するアパーチャまたは溝に係止する弾性的に変形可能な係合爪６０を有する環状鉄クリップ５８を用いて、円筒形チャンバ４８の前面に搭載される。ウィンドウ５６は、１つ以上の蛍光体材料を含む。蛍光体材料は、ウィンドウ内に組み込まれることができ、およびウィンドウの体積全体を通して均一に分布、またはウィンドウの少なくとも１つの面上に１つ以上の層として提供される。ウィンドウ５６は、任意の光透過材料、たとえば例としてポリカーボネート、アクリル、シリコーン材料、またはガラスから作製することができる。図５から分かることができるように、光透過ウィンドウ５６、より具体的には蛍光体材料は、長さＬの空隙によってＬＥＤ２８から物理的に分離している。典型的には、蛍光体材料は、長さＬ＝５ｍｍ〜２５ｍｍでＬＥＤから分離することができる。
【００６２】
リフレクター１６は、４つの切れ目のない（結合した）円錐鼓筒状の光反射表面を持つ概略で円錐鼓筒状のシェルを含む。リフレクター１６は、好ましくは、金属化層を持つアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）で作られる。リフレクター１６は、チャンバ４８の外壁面と併せて、第１チャンバ２０ａの内壁面を画定する。リフレクター１６の最も外側の円錐鼓筒状の光反射表面は、第１チャンバ２０ａに流体の連通を提供する複数の円形吸気アパーチャ（貫通孔またはポート）２４を含む。図示されるように、吸気アパーチャ２４は、リフレクターの外縁に向かって円周方向に間隔があけられる。
【００６３】
最終的に、ランプ１０は、ＡＢＳから作製することもできる装飾環状トリム（ベゼル）６２を含むことができる。
【００６４】
図５および６のランプの動作は、図１〜３のランプのそれと同様であり、さらなる説明はしない。
【００６５】
本発明は、説明された具体的な実施形態に規制されないこと、および本発明の範囲内で変形例をなすことができることが認識されるだろう。例えば、本発明のランプがリフレクター型ランプに関してなされた一方で、その他の実施形態では、ランプはその他の形態を含むこと、および、例えば多面リフレクター（ＭＲ）ランプまたは白熱電球に似ることができる。このような機構では、本体は、概略で円錐形；概略で円筒形；概略で半球状；または概略で球状の形態を有することができる。ランプが既存の照明器具に直接用いられるのを可能にするために、本体は、標準的な形態、たとえばＰＡＲ６４、ＰＡＲ５６、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０、またはＰＡＲ２０を含むパラボラアルミめっきリフレクター（ＰＡＲ）；ＭＲ１６またはＭＲ−１１を含む多面リフレクター（ＭＲ）ランプ、あるいは白熱電球のエンベロープに似る形状要素を有することができる。
【００６６】
説明された各実施形態では、吸気アパーチャ２４を持つチャンバ内の空気圧Ｐ１は、排気アパーチャ２６を持つチャンバ内の空気圧Ｐ２より高い。その他の機構では、ランプが、その反対が真となるように構成されること、および排気アパーチャを持つチャンバ内の空気圧を、吸気アパーチャ持つチャンバ内の空気圧より高くすることが検討されている。このようなランプでは、吸気アパーチャ、排気アパーチャ、および１つ以上の相互接続通路の合計表面積の比率は、ランプを通る空気の流れの正しい方向を確実にするように、それに応じて構成されることが認識されるだろう。その上、ランプが、一連の３つ以上の相互接続されたチャンバを含むことが検討されている。
【００６７】
光リフレクターは、熱伝導性基板を含むことができることがさらに検討されている。
【００６８】
その他の実施形態では、蛍光体材料を含有する透過シートを作製すること、およびこれを適切な大きさの小片に切断して、これらを、例えば光透過（透明）接着剤、たとえば光学品質エポキシまたはシリコーンで、ＬＥＤ装置パッケージの面に接着することが検討されている。このような機構では、ＬＥＤ装置の各凹部は、透明材料で充填されること、たとえば各ＬＥＤダイをカバーおよび封入することが好ましい。光透過封入は、ＬＥＤダイの不動態コーティングを構成し、それによってＬＥＤダイおよびボンドワイヤの環境保護を提供する。その上、光透過材料は、熱的バリアとして作用し、重なっている蛍光体材料層への熱の伝達を低減する。
【００６９】
ちらつきを低減するために、別体の整流器回路を用いてＬＥＤ装置を駆動することが好ましいが、その他の実装では、複数のＬＥＤ装置を、自己整流構成で、たとえば例として同時係属中の２００８年５月２７日出願の米国特許出願第ＵＳ２００９／０２９４７８０ Ａ１号において説明されるように接続することができることが認識されるだろう。その上、ランプは、ＤＣ電源から駆動することができる。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月５日出願のYi-Qun Liらによる"Solid-State Lamps with Passive Cooling"と題する米国特許出願第１２／８９８，４７０号、および２００９年１０月９日出願のYi-Qun Liらによる"Solid-State Lamps with Passive Cooling"と題する米国特許仮出願第６１／２５０，１４８号の優先権を主張し、その明細書および図面は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の背景
技術分野
本発明は、受動冷却を用いた半導体ランプ、特にＬＥＤ（発光ダイオード）に基づくランプに関するものである。より具体的には、排他的ではないが、本発明は、改良された受動冷却機構を持つ半導体リフレクター型ランプに関わる。
【０００３】
背景技術
白色光生成ＬＥＤ、「白色ＬＥＤ」は、比較的最近の技術革新であり、エネルギー効率の良い照明システムを全く新しく生成することが出現する潜在性を与える。白色ＬＥＤは、その潜在的には数十万時間の長い動作寿命、および低消費電力に関するその高い効率性のため、フィラメント（白熱灯）、蛍光灯、および小型蛍光灯光源に代わるであろうことが予測される。ＬＥＤに基づく白色光源を開発することは、電磁スペクトルの青色／紫外部分の色を発するＬＥＤが開発されるまで現実的ではなかった。例えば米国特許第５，９９８，９２５号で教示されるように、白色ＬＥＤは、フォトルミネッセント材料である１つ以上の蛍光体材料を含み、これはＬＥＤによって発せられた放射線の一部分を吸収し、異なる色（波長）の放射線を再発光する。典型的には、ＬＥＤチップまたはダイは青色光を生成し、蛍光体は青色光のある割合を吸収して、黄色光、あるいは、緑色および赤色光、緑色および黄色光、または黄色および赤色光の組み合わせを再発光する。ＬＥＤによって生成された青色光の、蛍光体によって吸収されない部分は、蛍光体によって発せられた光と組み合わせられて、人間の目にはほぼ白色の色のように見える光を提供する。
【０００４】
これまで、従来の白熱電球、ハロゲンリフレクターランプ、および蛍光ランプに代わって、高輝度白色ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤを利用するほとんどのランプは、複数のＬＥＤが従来の光源部品に代わる機構を含む。例えば、白色ＬＥＤ、あるいは赤色、緑色、および青色発光ＬＥＤ群が、白熱電球のフィラメントアセンブリに代わることが公知である。ＷＯ２００６／１０４５５３は、従来の白熱電球の光出力を踏襲して、その組み合わせられた発光が概略で球状になるように、複数の白色ＬＥＤが、概略で長方形の基板（プリント回路基板）の前面、背面、および上縁に搭載されるＬＥＤ電球を教示する。基板は光透過カバーに囲まれ、電球を電源に連結するためのコネクタベース（例、ねじキャップ）に搭載される。米国特許６，２２０，７２２および米国特許６，７９３，３７４は、白色ＬＥＤ群が、少なくとも４つの面を有する多面支持体（例、立方体または四面体）の平坦な面に搭載されたＬＥＤランプ（電球）を開示する。多面支持体は、放熱カラムによってコネクタベースに接続される。アセンブリ全体が、従来の白熱電球に似るように、透明電球（エンベロープ）内に囲まれる。
【０００５】
半導体ランプ、特に白熱電球およびリフレクターランプの直接の代用品として用いることができる小型ランプの開発において対処が必要な問題は、このようなランプにおいて要求される多数のＬＥＤによって生成された熱を適度に放散し、それによってＬＥＤの過熱を防止することである。さまざまな解決法が提案されてきた。１つの解決法は、ヒートシンクが、ランプを従来の照明ソケットにおいて用いるのを可能にする従来のコネクタキャップに搭載されている、ランプの本体を含むヒートシンク上に、ＬＥＤを搭載することである。例えば、米国特許６，９８２，５１８において説明されるように、ヒートシンクは、複数の緯線方向のフィンを含んで、放熱表面積を増大させることができる。透明または半透明のドーム型カバーを、その装置が従来の電球との類似点を持つように、ＬＥＤ上で提供することができる。米国特許６，９８２，５１８では、ヒートシンクの形状要素は、白熱電球の外表面輪郭に実質的に似せるように形作られる。
【０００６】
米国特許６，７９３，３７４では、放熱を支援するために、放熱カラムは、ヒートシンクを含むこと；エンベロープ内での空気の流れを支援するための吸気および排気アパーチャを含むこと；キャップと熱的に連通すること；またはランプ中に空気の流れを生成するためのファンを含むこと：ができる。
【０００７】
カナダ特許２ ４７８ ００１は、ＬＥＤが円筒形の熱伝導性コアアセンブリ上に搭載されたＬＥＤ電球を開示する。コアアセンブリは、セグメント化された構造体であり、ロッド上に搭載された３つの異なるディスクの山を含む。ＬＥＤは、絶縁体ディスクと金属ディスクとの間に差し挟まれた回路ディスクに接続される。コアアセンブリは、そのベースに開口部を、ならびにコア上およびキャップの孔からの空気の均質な乱流を作り出すためのインペラを含む光拡散カバー内に囲まれる。
【０００８】
ＷＯ２００７／１３０３５９は、ＬＥＤ電球のシェル（エンベロープ）を、熱伝導性流体、たとえば水、鉱物油、またはゲルで、完全にまたは部分的に充填することを提案する。熱伝導性流体は、ＬＥＤによって生成された熱を、白熱電球内のように放射および対流を通じて放散されるシェルに伝達する。同様に、ＷＯ２００７／１３０３５８は、熱伝導性可塑性材料、たとえばゲルまたは液体可塑性材料でエンベロープを充填することを提案する。
【０００９】
米国特許７，１４４，１３５は、従来の白熱ＰＡＲ（アルミめっきパラボラリフレクター）型ランプと同じ形状要素を有する外側シェルを含むＬＥＤランプを教示する。ランプは、シェル内に配置され、１つ以上のＬＥＤによって発せられた光を方向付ける光学リフレクターを含む。光学リフレクターおよびシェルは、ランプを冷却するために空気を通すのに用いられる空間を画定し、ＬＥＤは、シェルとリフレクターとの間の空間内に配置されるヒートシンク上に搭載される。シェルは、吸気および排気アパーチャとして働く１つ以上のアパーチャを含み、ファンが、ヒートシンク上および排気アパーチャからの空気を動かすために、空間内で提供される。このような機構は冷却を改良することができる一方で、ファンの包含は、多くの用途でうるさすぎることまたは高価であることがあり、またファンの電力要件のため、エネルギー効率がより悪いこともある。
【００１０】
本実施形態は、公知の機構の限界を少なくとも部分的には克服する半導体リフレクターランプを提供しようとしてなされたものであり、特に、排他的ではないが、改良された冷却を提供する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の実施形態は、１つ以上の半導体発光体、典型的にはＬＥＤによって生成された熱が、ランプ本体内で相互接続された空気チャンバ間に空気圧の差を生成するのに用いられ、それによってランプ本体を通る空気の流れを促進し、および半導体発光体の受動冷却を提供する半導体ランプを対象とする。
【００１２】
本発明によれば、半導体ランプは、複数の吸気アパーチャを有する第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを有する第２チャンバを含み、前記各チャンバが、少なくとも１つの通路によって流体連通するように相互接続された本体；少なくとも１つのチャンバ内に位置する放熱表面を有する熱伝導性基板；および、熱伝導性基板と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：を含む。ランプは、動作中、１つ以上の発光体によって生成され、基板の放熱表面によって一方または両方のチャンバへ放射された熱が、一方のチャンバの空気圧が他方のチャンバの空気圧より高くさせるように、構成される。チャンバ間の空気圧の差は、ランプを取り囲む空気が吸気アパーチャの中へ引き込まれ、相互接続する通路を介して第１および第２チャンバを通って流れ、排気アパーチャを通って出る原因となり、それによって基板および発光体の受動冷却を発生させる。
【００１３】
各チャンバ内の空気圧は、チャンバの体積に反比例し、空気の温度に比例する。より高い空気圧を持つチャンバは、吸気アパーチャを持つ第１チャンバ、または排気アパーチャを持つ第２チャンバを含むことができる。
【００１４】
１つの機構では、熱伝導性基板が、両方のチャンバ内となるように位置する放熱表面を含む。作製を容易にするために、好ましくは、基板が、第１および第２チャンバを分離し、１つ以上の相互接続する通路を含む熱伝導性隔壁の形態である。代替として、チャンバは、基板と熱的に連通するようにしてもよく、またはしなくてもよい隔壁によって分離することができる。熱伝導性基板がチャンバ間で共有されるランプでは、各チャンバ内の空気の温度は同様であり、チャンバ間の空気圧の差は、チャンバを異なる体積を有して構成することによって達成することができる。
【００１５】
吸気アパーチャを持つ第１チャンバが、より高い空気圧である機構では、放熱表面が、好ましくは、少なくとも第１チャンバ内に位置する。第２チャンバ内の空気圧に対して、第１チャンバ内の空気圧を増大させ、およびそれによってランプ本体を通る空気の流れを増大させるために、第１チャンバの体積が、好ましくは、第２チャンバの体積より少ない。その上、第１および第２チャンバ間の圧力差を増大させるために、各排気アパーチャの合計面積が、各吸気アパーチャの合計面積より大きいことがある。空気が、各吸気アパーチャから出るよりむしろ、第１チャンバから第２チャンバの中へ流れることを確実にするために、各吸気アパーチャの合計面積が、好ましくは、各チャンバを相互接続する１つ以上の通路の合計面積より少ない。その上、各排気アパーチャの合計面積が、好ましくは、第１および第２チャンバを相互接続する１つ以上の通路の合計面積より大きい。
【００１６】
チャンバ間の空気圧の差を最大化するために、基板の実質的にすべての放熱表面は、第１チャンバ内に位置することができる。代替として、熱伝導性基板は、第２チャンバ内に位置する放熱表面をさらに含む。このような機構では、第１チャンバ内における基板の放熱面積が、好ましくは、第２チャンバ内における放熱表面積より大きい。
【００１７】
一方または両方のチャンバへの放熱をさらに増大させるために、放熱表面が、複数の放熱フィンをさらに含むことができる。代替として、および／または加えて、放熱表面は、表面からの放熱を促進するための表面加工を含む。
【００１８】
排気アパーチャを持つ第２チャンバが、より高い空気圧である機構では、放熱表面は、好ましくは、少なくとも第２チャンバ内に位置する。第２チャンバ内の空気圧を増大させるために、第２チャンバの体積は、好ましくは、第１チャンバの体積より少ない。
【００１９】
熱伝導性基板が、できるだけ高い、好ましくは、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、より好ましくは、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１である熱伝導率を有する。それは、例えば銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）を含むことができる。
【００２０】
本体が、概略で、円錐形；概略で円筒形；概略で半球状；または、概略で球状である形態を有することができる。１つの機構では、本体が外側シェルを含み、その外側シェルとともに少なくとも部分的に第１および第２チャンバを画定する内部光反射表面をさらに含む。ランプを既存の照明器具（筐体）に直接用いるのを可能にするために、本体が、標準的な形態、たとえばＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０、または、ＰＡＲ２０を含むパラボラアルミめっきリフレクター（ＰＡＲ）に類似した形状要素を有することができる。代替として、本体は、ＭＲ１６またはＭＲ−１１または白熱電球のエンベロープを含む多面リフレクター（ＭＲ）ランプに似ることができる。
【００２１】
その他の機構では、ランプが、一連の３つ以上の相互接続されたチャンバを含むことが検討されている。
【００２２】
本発明はリフレクターランプに関してなされ、本発明のさらなる局面によれば、半導体リフレクターランプは、外側シェルおよび内部光反射表面を含み、それらがともに複数の吸気アパーチャおよび複数の排気アパーチャを有するチャンバを少なくとも部分的に画定する本体；チャンバを、複数の吸気アパーチャを含む第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを含む第２チャンバに分割し、第１チャンバおよび第２チャンバを相互接続する少なくとも１つの通路をさらに含むように構成される熱伝導性隔壁；および、前記熱伝導性隔壁と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：を含む。リフレクターランプは、動作中、１つ以上の発光体によって生成され、隔壁によってチャンバの中へ放射された熱が、チャンバ間の空気圧の差を発生させ、本体を通る空気の流れという結果となり、それによって隔壁および発光体を冷却するように、構成される。
【００２３】
２つのチャンバ内の空気の温度が同様である構成では、チャンバ間の空気圧の差を促進するために、第１チャンバが、第２チャンバの体積より小さい体積を有することができる。その上、圧力の差および空気の流れを増大させるために、各排気アパーチャの合計面積が、各吸気アパーチャの合計面積より大きいことができる。放熱表面積を増大させるために、隔壁の放熱表面は、放熱フィンまたは葉脈状の凹凸をさらに含むことができる。好ましくは、熱伝導性隔壁が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、より好ましくは、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１である熱伝導率を有する。
【００２４】
好ましい機構では、外側シェルおよび内部光反射表面が、概略で円錐鼓筒（例、その頂点または頂上が、ベースと平行な平面によって切頂された円錐−円錐鼓筒形）を含み、光反射表面が、外側シェル内で実質的に同軸上に配置される。このような機構では、隔壁が、概略でディスク状であること、および、光反射表面の切頂された頂点における外側シェル内に位置することができる。好ましくは、内部光反射表面が、概略でパラボラ面の形態であり、多面体の表面を含む。代替として、光反射表面は、連続（平滑）表面を含むことができる。ランプを既存の照明器具に直接用いるのを可能にするために、および／または審美性を考慮して、外側シェルが、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；およびＰＡＲ２０を含む標準的な形態に類似した形状要素を有する。
【００２５】
本発明をよりよく理解するために、ここで、本発明に係る半導体ランプは、例としてのみ、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図２ａ】図１のランプの前面平面図である。
【図２ｂ】図１のランプの後面平面図である。
【図３】ランプを通る空気の流れを表示する、図１の半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る半導体ランプの部分断面概略側面図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態に係る半導体ランプの断面概略図である。
【図６】図５のＬＥＤランプの分解斜視図である。
【００２７】
発明の詳細な説明
本明細書全体を通して、同様の部分を示すために同様の参照番号が用いられる。
【００２８】
本発明の実施形態に係る半導体リフレクターランプ１０は、ここで、添付図面の図１、２ａ、２ｂ、および３を参照して説明される。ランプ１０は、北米で見られるような１１０Ｖ（r.m.s.）ＡＣ（６０Ｈｚ）主電源で動作するために構成され、白熱ＰＡＲ（パラボラアルミめっきリフレクター）ランプの直接の代用品としての使用を意図する。
【００２９】
図１、２ａ、および２ｂを参照すると、ランプ１０は、円錐鼓筒；つまり、その頂点または頂上が、ベースと平行な平面によって切頂された円錐（実質的に円錐鼓筒形）を一般的に含む、中空の本体（シェル）１２を含む。ランプは従来の白熱リフレクターランプに代わることを意図するので、本体は、ランプ１０が従来の照明器具、たとえば例として埋め込み式ライト筐体に直接収まることを確実にするように、寸法取りされる。図示のように、本体１２の外表面は、標準リフレクターランプ、たとえばＰＡＲ３８ランプに類似した形状要素を有するように構成することができる。放熱を支援するために、本体１２は、熱伝導性材料、たとえばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、例えばエポキシ材料またはポリカーボネートなどのポリマー、あるいは熱伝導性セラミクス材料で作ることができる。作製を容易にするために、本体１２は、金属合金を含むときにはプレス、圧断、またはダイカストすることが、あるいは金属装荷ポリマーまたは熱伝導性セラミクスを含むときには金型成形することができる。
【００３０】
ランプ１０は、標準的な電灯照明ねじ込みソケットを用いて、ランプが主電源に直接接続されるのを可能にする本体１２の切頂された頂点に搭載されたＥ２６コネクタキャップ（エジソンねじ込みランプ口金）１４をさらに含む。意図する用途によって、その他のコネクタキャップ、たとえば例として、英国、アイルランド、オーストラリア、ニュージーランド、および英連邦の各地で通常用いられているようなダブルコンタクトバヨネットコネクタ（例、Ｂ２２ｄまたはＢＣ）、ヨーロッパで用いられるようなＥ２７ねじ込み口金（エジソンねじ込みランプ口金）、「ターン＆ロック」のＧＵ１０、または当該技術分野において公知のその他のコネクタを用いることができることが認識されるだろう。
【００３１】
ランプ１０は、本体１２内で同軸上に搭載されたパラボラ光リフレクター（光反射表面）１６をさらに含む。図示のように、リフレクター１６は、多面状の表面を含むことができる。その他の実施形態では、平滑（連続）表面を含むことができる。ランプの発光を最大化するために、光リフレクター１６は、できるだけ高い反射率を有し、典型的には９０％より大きい。光反射表面は、アルミニウム、銀、またはクロムの金属化層、白色塗装表面、あるいはその他の当業者にとって明らかであろう光反射表面を含むことができる。
【００３２】
熱伝導性ディスク状隔壁１８が、本体１２内で、リフレクター１６の切頂された頂点上に搭載される。隔壁は、本体１２およびリフレクター１６と併せて、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを画定する。第１チャンバ２０ａは体積Ｖ１であり、本体１２とリフレクター１６との間に位置する概略で円錐鼓筒状のシェルを含む。第２チャンバ２０ｂは体積Ｖ２であり、コネクタ１４と隔壁１８との間（例、図示されるような本体１２の上部）に位置する概略で円錐鼓筒状の体積を含む。図示された実施形態では、第１チャンバの体積Ｖ１は、第２チャンバの体積Ｖ２より小さい（Ｖ１＜Ｖ２）。熱伝導性隔壁１８は、高い熱伝導性（典型的には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）を持つ材料、たとえば例として銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）から作製される。一連の円形貫通孔（通路）２２は、隔壁１８の周辺縁部のまわりに円周方向に間隔があけられ、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを相互接続してチャンバ間の流体の連通を提供する。その他の実施形態では、通路２２は、円周方向に間隔があけられた切り欠き（スロット）を含むことができる。
【００３３】
複数の円形吸気アパーチャ（貫通孔またはポート）２４は、パラボラリフレクター１６の前面周辺リップ１６ａに提供され、第１チャンバ２０ａに流体の連通を提供する。図示されるように、吸気アパーチャ２４は、リップ１６ａのまわりに円周方向に間隔があけられる。通路２２のように、吸気アパーチャ２４は、円周方向に間隔があけられた一連の切り欠き（スロット）を含むことができる。
【００３４】
複数の円形排気アパーチャ（貫通孔またはポート）２６は、本体１２の頂点に向かって位置する。図示されるように、排気アパーチャ２６は３セットにグループ化され、本体のまわりに円周方向に間隔があけられる。各排気アパーチャは、本体１２の厚み全体にわたって伸び、第２チャンバ２０ｂに流体の連通を提供する。吸気２４および排気２６アパーチャの数、大きさ、形状、およびグループ分けは、例示のみであって、所与の用途のために当業者によって容易に調整することができることが認識されるだろう。さらに説明されるように、吸気２４および排気２６アパーチャ、ならびに通路２２は、ランプの受動冷却を提供するために、空気が本体を通って流れるのを可能にする。
【００３５】
複数（図示された例では１３個）の白色光発光ＬＥＤ装置２８は、円形アレイとして、円形ＭＣＰＣＢ（金属コアプリント回路基板）３０上に搭載される。公知のように、ＭＣＰＣＢは、所望の回路構成で電気部品を電気的に接続するために、金属コアベース、典型的にはアルミニウム、熱伝導性／電気絶縁性誘電層、および銅回路層からなる層構造を含む。ＭＣＰＣＢ３０の金属コアベースは、熱伝導性化合物、たとえば例として酸化ベリリウムまたは窒化アルミニウムを含有する標準的なヒートシンク化合物を含有する接着剤の支援で、隔壁１８と熱的に連通するように搭載される。ＡＣ主電源から直接ランプ１０を動作させるための整流器またはその他の駆動回路（図示せず）は、コネクタキャップ１４内または第２チャンバ２０ｂ内に収容することができる。
【００３６】
各ＬＥＤ装置２８は、好ましくは、例えば２００８年５月２７日に出願され、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる、同時係属中の米国特許出願第１２／１２７，７４９号において説明されるように、複数の共にパッケージされたＬＥＤチップを含む。図示された実施形態では、各ＬＥＤ装置２８は、それぞれが各ＬＥＤチップを収容することができる４つ（２行×２列）の円形凹部（止まり穴）の正方形のアレイを有する、正方形の多層セラミクスパッケージを含む。白色光を生成することが要求されるので、各凹部は、蛍光体（フォトルミネッセント）材料を入れることができる。
【００３７】
典型的には粉体状である、蛍光体材料は、透明なバインダ材料、たとえばポリマー材料（例えば熱またはＵＶ硬化性シリコーン、あるいはエポキシ材料）と混合されて、ポリマー／蛍光体混合物は、各ＬＥＤチップの発光面に塗布される。
【００３８】
任意で、ランプ１０は、それに加えて、ランプによって発せられた光を所望のパターン／角度分布で集束、拡散、またあるいは方向付けるための、光透過前面カバーまたはレンズ（図示せず）を含む。
【００３９】
ここで、標準的な埋め込み式ライト筐体３２に設置されたランプを示す図３を参照して、ランプ１０の動作を説明する。図示されるように、埋め込み式ライト筐体３２は、天井または壁面３４に搭載される。動作中、ＬＥＤ装置２８によって生成された熱は、熱伝導性隔壁１８の中へ伝達され、そして隔壁全体にわたって伝達され、そして第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂの中へ隔壁の放熱表面から放射される。放射された熱は、第１および第２チャンバ内の空気の加熱の原因となり、それはチャンバ内の空気圧増大をもたらす。熱伝導性隔壁１８が第１および第２チャンバ内に位置する放熱表面を有するので、チャンバ内の空気の温度Ｔ１、Ｔ２は同様または実質的に等しい。しかしながら、第１チャンバの体積Ｖ１が第２チャンバの体積Ｖ２より少ないので、第１チャンバ内の空気圧Ｐ１は、第２チャンバ２０ｂの空気圧Ｐ２より高くなり、空気圧の比率は、一般的に以下の関係によって与えられる。
【００４０】
Ｐ１／Ｐ２＝Ｖ２／Ｖ１
【００４１】
図３の実線矢印３６で表示されるように、この空気圧の差は、空気が第１チャンバ２０ａから通路２２を介して第２チャンバ２０ｂの中へ流れて、やがて排気アパーチャ２６を通ってランプから出る原因となる。吸気アパーチャ２４からよりむしろ、第１チャンバから第２チャンバの中へ空気が流れることを確実にするために、チャンバを相互接続する通路２２の合計面積は、吸気アパーチャ２４の合計面積より大きくなるように構成される。その上、排気アパーチャ２６の合計表面積は、好ましくは、通路２２の合計面積より大きい。
【００４２】
定常状態では、ランプ１０を取り囲む空気は、吸気アパーチャ２４を通って第１チャンバ２０ａの中へ引き込まれ、隔壁１８によって放射された熱を吸収し、チャンバ間の圧力差（Ｐ１＞Ｐ２）のため、通路２２を通って第２チャンバ２０ｂの中へ入れられ、そして、排気アパーチャ２６を通って放出される。この空気の流れが、隔壁１８の冷却、故にＬＥＤ装置２８の冷却を提供する。
【００４３】
隔壁１８の放熱能力、つまりヒートシンク機能は、本体材料、本体形状、および全体的な表面熱伝達効率に依存するだろう。一般に、強制対流ヒートシンク機構のためのヒートシンク機能は、（ｉ）ヒートシンク材料の熱伝導性を増大させること、（ｉｉ）ヒートシンクの表面積を増大させること、および（ｉｉｉ）全体的な面積熱伝達効率を増大させること、例えばヒートシンクの表面上の空気の流れを増大させることによって改良することができる。本発明のランプ１０では、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂ間の圧力差は、隔壁上の空気の流れを（隔壁内の通路を通って）増大させることによって、全体的な熱伝達効率を増大させる。
【００４４】
試算では、本発明のランプ１０が１０％から２０％の間のヒートシンク機能の増大を達成するであろうことを示した。
【００４５】
その他の実施形態では、および図４に図示されるように、ＬＥＤ装置２８は、熱伝導性基板（ヒートシンク）３８上に搭載することができ、別体の隔壁１８が、第１および第２チャンバ２０ａ、２０ｂを分離するために用いられる。図４の機構では、熱伝導性基板３８は、基板３８の床面（切頂された頂点）と熱的に連通するように搭載されたＬＥＤ装置２８を持つ円錐鼓筒状のシェルの形態である。図示のように、基板３８は、第１チャンバ２０ａ内でリフレクター１６の内表面に沿って伸びる円錐部分４０を含むことができる。図４に示すように、基板３８は、第２チャンバ２０ｂ内に位置する放熱表面を有さない。結果として、第１チャンバ２０ａ内の空気の温度Ｔ１は、第２チャンバ２０ｂ内の空気の温度Ｔ２より高くなるだろう（Ｔ１＞Ｔ２）。この空気の温度の差は、第２チャンバ２０ｂ内の圧力Ｐ２と比べて第１チャンバ２０ａ内の空気圧Ｐ１を増大させるのに役立つこと、したがって本体を通る空気の流れを増大させることができる。空気圧比率は、一般的に、以下の関係によって与えられる。
【００４６】
Ｐ１／Ｐ２＝（Ｖ２．Ｔ１）／（Ｖ１．Ｔ２）
【００４７】
熱伝導性基板は、高い熱伝導性（典型的には≧１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、好ましくは≧２００Ｗｍ−１Ｋ−１）、たとえば例として銅、銅の合金、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属装荷可塑性材料、または熱伝導性セラミクス、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）を持つ材料から作製される。隔壁１８は、熱絶縁性または熱伝導性材料から作製することができ、基板と熱的に連通することができる。
【００４８】
その上、第１チャンバ２０ａ内の放熱表面積を増大させるために、熱伝導性基板３８は、複数の円周方向または半径方向に間隔があけられた放熱フィン（葉脈状の凹凸）をさらに含むことができる。
【００４９】
図４のランプ１０の動作は、図１〜３のランプのそれに類似しており、さらなる説明はしない。
【００５０】
改良された受動冷却を提供することのほかに、本発明のランプは、ＬＥＤ装置が典型的にはソリッドな円錐鼓筒状の本体のベースの同一面上に搭載された公知のランプよりも美的により許容できる。
【００５１】
説明された各例示ＬＥＤランプは、ＬＥＤダイによって生成された青色光の一部分を異なる色、しばしば黄色または緑色の光にダウンコンバートするために、各ＬＥＤが、蛍光体材料、フォトルミネッセンス材料を含む白色光発光ＬＥＤ（白色ＬＥＤ）に基づくものである。公知のように、ＬＥＤダイからの青色光と組み合わせられるフォトルミネッセンスで生成された光は、白色の色に見える発光結果を与える。典型的には、白色ＬＥＤでは、蛍光体材料は、ＬＥＤパッケージ内の各ＬＥＤダイ上で封入されたものとして提供される。その他の実施形態では、ＬＥＤダイから蛍光体材料への熱の伝達を低減するために、ＬＥＤダイに対して遠隔、およびそれから物理的に分離して蛍光体材料を提供することが検討されている。蛍光体材料は、光透過部品の面（ウィンドウまたは前面カバー）、好ましくはＬＥＤに対向する面上の１つ以上の層として提供することができる。代替として、蛍光体材料は、部品の体積全体を通して均一に分布するように、光透過部品内に組み込むことができる。ＬＥＤと分離して蛍光体を提供することは、ＬＥＤダイが蛍光体材料で封入された白色ＬＥＤと比べて数々の利点を与える、すなわち：
【００５２】
ｉ）蛍光体材料がＬＥＤに対して遠隔、つまりそれから分離して位置するので、蛍光体材料の熱劣化が低減される；
【００５３】
ｉｉ）適切な蛍光体材料を含む部品を提供することによって、要求されるＣＣＴおよび／または光の色調を生成するために、単一種のＬＥＤを用いることができるので、製造コストが低減される；および
【００５４】
ｉｉｉ）光の生成（変換）がはるかに大きいエリアで起きるので、ＣＣＴおよび／または色調がより一貫する。
【００５５】
粉体の形態である蛍光体材料は、予め選択された割合で、光透過ポリマー材料、たとえば例としてポリカーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、あるいは熱硬化性またはＵＶ硬化性光透過シリコーンと混合される。シリコーンに対する蛍光体混合物を装荷する重量比率は、典型的には、装置の目標相関色温度（ＣＣＴ）または色調によって、正確な装荷で１００分の３５〜６５の範囲であることができる。そして、蛍光体／ポリマー混合物は、その体積全体を通して均質な蛍光体分布で、均一な蛍光体／ポリマーシートを形成するように押し出すことができる。代替として、蛍光体／ポリマー混合物は、例えばスピンコーティングまたは印刷によって、光透過基板上に１つ以上の層として蒸着することができる。ポリマー材料に対する蛍光体の重量装荷のように、蛍光体層および／または蛍光体／ポリマーシートの厚みは、ランプの目標ＣＣＴおよび／または色調に依存するだろう。
【００５６】
ここで、遠隔に位置する蛍光体材料を利用する本発明のさらなる実施形態に係る半導体ランプ１０を、それぞれランプの断面概略図および分解斜視図を示す図５および６を参照して説明する。ランプ１０は、ＣＣＴ≒３０００°Ｋ、およそ５００ルーメンの発光強度、およびθ≒５０°の選択された発光角（中心軸４２から測定された発散角）を持つ白色光を生成するように構成される。ランプは、６インチダウンライトのエネルギー効率の良い代用品として用いられることを意図する。
【００５７】
この実施形態では、本体１２は概略で円筒形の形状であり、ダイカストアルミニウム、アルミニウム合金、またはマグネシウム合金から作製することができる。本体１２は、一連の、本体のベースに向かって緯線方向のらせん状に伸びる放熱フィン４４、および本体の長さの約３分の２の深さで本体の前面から伸びる、概略で円錐鼓筒状の軸方向チャンバ４６を有する。熱伝導性隔壁１８は概略でディスク状であり、ＬＥＤアレイを収容するために構成される１つの面から伸びる、中空の軸方向円筒形チャンバ４８を有する。隔壁１８は、チャンバ４６のベースから（軸方向に）約３分の１の長さで搭載され、概略で円筒形の形状である第２チャンバ２０ｂを画定する。第２チャンバ２０ｂは、隔壁１８の全厚みを通過する、複数の円周方向に間隔があけられた貫通孔（通路）２２によって、円錐鼓筒状チャンバ４６と流体連通するように相互接続される。排気アパーチャ２６は、第２チャンバ２０ｂをランプの外側と相互接続し、図示のように放熱フィン４４間を通過するように構成することができる。代替実施形態では、隔壁１８および円筒形チャンバ４８は、本体と一体の部分として形成することができる。
【００５８】
本体１２の形状要素は、ランプ１０が、米国で通常用いられるような標準的な６インチダウンライト器具に直接改造可能になる（かもしれない）ことを可能にするように構成される。
【００５９】
４つの青色光発光ＬＥＤ２８は、円形形状のＭＣＰＣＢ３０上にアレイとして搭載される。熱伝導性化合物の支援で、ＭＣＰＣＢ３０の金属コアベースは、チャンバ４８の床面と熱的に連通するように（例、隔壁１８と熱的に連通するように）チャンバ４８内に搭載される。各ＬＥＤ２８は、好ましくは、窒化ガリウム系青色ＬＥＤダイ（チップ）の３Ｗセラミクスパッケージされたアレイを含む。光の発光を最大化するために、ランプは、ＭＣＰＣＢをカバーして各ＬＥＤ２８に対応するそれぞれの開口部を含む、光反射回路マスク５０をさらに含むことができる。回路マスク５０は、白色または白色仕上げを有する光反射ポリマー材料の薄いシートを含むことができる。ＭＣＰＣＢ３０および回路マスク５０は、１つ以上のねじ５２、ボルト、またはその他の締結具によってキャビティ４８のベースに機械的に固定することができる。
【００６０】
ランプ１０は、ＬＥＤ２８のアレイを取り囲むように、およびチャンバ４８の内壁面に光反射表面を提供するように構成された、中空の、概略で円筒形のチャンバ壁面マスク５４をさらに含む。チャンバ壁面マスク５４は可塑性材料で作ることができ、好ましくは、白色またはその他の光反射仕上げを有する。代替機構では、チャンバ４８の内壁面は、それに光反射性をもたせるため、およびチャンバ壁面マスク無しで済ますために、研磨またあるいは被覆することができる。
【００６１】
光透過ウィンドウ５６は、チャンバ４８の外壁面内の対応するアパーチャまたは溝に係止する弾性的に変形可能な係合爪６０を有する環状鉄クリップ５８を用いて、円筒形チャンバ４８の前面に搭載される。ウィンドウ５６は、１つ以上の蛍光体材料を含む。蛍光体材料は、ウィンドウ内に組み込まれることができ、およびウィンドウの体積全体を通して均一に分布、またはウィンドウの少なくとも１つの面上に１つ以上の層として提供される。ウィンドウ５６は、任意の光透過材料、たとえば例としてポリカーボネート、アクリル、シリコーン材料、またはガラスから作製することができる。図５から分かることができるように、光透過ウィンドウ５６、より具体的には蛍光体材料は、長さＬの空隙によってＬＥＤ２８から物理的に分離している。典型的には、蛍光体材料は、長さＬ＝５ｍｍ〜２５ｍｍでＬＥＤから分離することができる。
【００６２】
リフレクター１６は、４つの切れ目のない（結合した）円錐鼓筒状の光反射表面を持つ概略で円錐鼓筒状のシェルを含む。リフレクター１６は、好ましくは、金属化層を持つアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）で作られる。リフレクター１６は、チャンバ４８の外壁面と併せて、第１チャンバ２０ａの内壁面を画定する。リフレクター１６の最も外側の円錐鼓筒状の光反射表面は、第１チャンバ２０ａに流体の連通を提供する複数の円形吸気アパーチャ（貫通孔またはポート）２４を含む。図示されるように、吸気アパーチャ２４は、リフレクターの外縁に向かって円周方向に間隔があけられる。
【００６３】
最終的に、ランプ１０は、ＡＢＳから作製することもできる装飾環状トリム（ベゼル）６２を含むことができる。
【００６４】
図５および６のランプの動作は、図１〜３のランプのそれと同様であり、さらなる説明はしない。
【００６５】
本発明は、説明された具体的な実施形態に規制されないこと、および本発明の範囲内で変形例をなすことができることが認識されるだろう。例えば、本発明のランプがリフレクター型ランプに関してなされた一方で、その他の実施形態では、ランプはその他の形態を含むこと、および、例えば多面リフレクター（ＭＲ）ランプまたは白熱電球に似ることができる。このような機構では、本体は、概略で円錐形；概略で円筒形；概略で半球状；または概略で球状の形態を有することができる。ランプが既存の照明器具に直接用いられるのを可能にするために、本体は、標準的な形態、たとえばＰＡＲ６４、ＰＡＲ５６、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０、またはＰＡＲ２０を含むパラボラアルミめっきリフレクター（ＰＡＲ）；ＭＲ１６またはＭＲ−１１を含む多面リフレクター（ＭＲ）ランプ、あるいは白熱電球のエンベロープに似る形状要素を有することができる。
【００６６】
説明された各実施形態では、吸気アパーチャ２４を持つチャンバ内の空気圧Ｐ１は、排気アパーチャ２６を持つチャンバ内の空気圧Ｐ２より高い。その他の機構では、ランプが、その反対が真となるように構成されること、および排気アパーチャを持つチャンバ内の空気圧を、吸気アパーチャ持つチャンバ内の空気圧より高くすることが検討されている。このようなランプでは、吸気アパーチャ、排気アパーチャ、および１つ以上の相互接続通路の合計表面積の比率は、ランプを通る空気の流れの正しい方向を確実にするように、それに応じて構成されることが認識されるだろう。その上、ランプが、一連の３つ以上の相互接続されたチャンバを含むことが検討されている。
【００６７】
光リフレクターは、熱伝導性基板を含むことができることがさらに検討されている。
【００６８】
その他の実施形態では、蛍光体材料を含有する透過シートを作製すること、およびこれを適切な大きさの小片に切断して、これらを、例えば光透過（透明）接着剤、たとえば光学品質エポキシまたはシリコーンで、ＬＥＤ装置パッケージの面に接着することが検討されている。このような機構では、ＬＥＤ装置の各凹部は、透明材料で充填されること、たとえば各ＬＥＤダイをカバーおよび封入することが好ましい。光透過封入は、ＬＥＤダイの不動態コーティングを構成し、それによってＬＥＤダイおよびボンドワイヤの環境保護を提供する。その上、光透過材料は、熱的バリアとして作用し、重なっている蛍光体材料層への熱の伝達を低減する。
【００６９】
ちらつきを低減するために、別体の整流器回路を用いてＬＥＤ装置を駆動することが好ましいが、その他の実装では、複数のＬＥＤ装置を、自己整流構成で、たとえば例として同時係属中の２００８年５月２７日出願の米国特許出願第ＵＳ２００９／０２９４７８０ Ａ１号において説明されるように接続することができることが認識されるだろう。その上、ランプは、ＤＣ電源から駆動することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸気アパーチャを有する第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを有する第２チャンバを含み、前記各チャンバが、少なくとも１つの通路によって流体連通するように相互接続された本体；
少なくとも１つのチャンバ内に位置する放熱表面を有する熱伝導性基板；および、
前記熱伝導性基板と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：
を含む半導体ランプ。
【請求項２】
前記熱伝導性基板が、両方のチャンバ内となるように位置する放熱表面を含む、
請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記基板が、第１および第２チャンバを分離する、
請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記放熱表面が、少なくとも第１チャンバ内に位置する、
請求項１記載のランプ。
【請求項５】
前記第１チャンバが、前記第２チャンバの体積より少ない体積を有する、
請求項４記載のランプ。
【請求項６】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各吸気アパーチャの合計面積より大きい、
請求項５記載のランプ。
【請求項７】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各チャンバを相互接続する前記各通路の合計面積より大きい、
請求項５記載のランプ。
【請求項８】
前記各吸気アパーチャの合計面積が、前記各チャンバを相互接続する前記各通路の合計面積より少ない、
請求項５記載のランプ。
【請求項９】
前記第１チャンバ内における前記基板の放熱面積が、前記第２チャンバ内における放熱表面積より大きい、
請求項４記載のランプ。
【請求項１０】
前記基板の前記放熱表面が、複数の放熱フィンをさらに含む、
請求項９記載のランプ。
【請求項１１】
前記熱伝導性基板が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１：からなる群から選択される熱伝導率を有する、請求項１記載のランプ。
【請求項１２】
前記本体が、概略で、円錐形；円筒形；半球状；球状：からなる群から選択される形態を有する、
請求項１記載のランプ。
【請求項１３】
前記本体が、外側シェルを含み、該シェルとともに少なくとも部分的に前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを画定する内部光反射表面をさらに含む、
請求項１記載のランプ。
【請求項１４】
前記本体が、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；ＰＡＲ２０；ＭＲ１６；ＭＲ−１１；および白熱電球のエンベロープ：からなる群から選択される標準的な形態に類似した形状要素を有する、
請求項１記載のランプ。
【請求項１５】
外側シェルおよび内部光反射表面を含み、それらがともに複数の吸気アパーチャおよび複数の排気アパーチャを有するチャンバを少なくとも部分的に画定する本体；
前記チャンバを、複数の吸気アパーチャを含む第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを含む第２チャンバに分割し、前記第１チャンバおよび第２チャンバを相互接続する少なくとも１つの通路をさらに含むように構成される熱伝導性隔壁；および、
前記熱伝導性隔壁と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：
を含む半導体リフレクターランプ。
【請求項１６】
前記第１チャンバが、前記第２チャンバの体積より少ない体積を有する、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項１７】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各吸気アパーチャの合計面積より大きい、
請求項１６記載のリフレクターランプ。
【請求項１８】
前記熱伝導性隔壁が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１：からなる群から選択される熱伝導率を有する、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項１９】
前記外側シェルおよび前記内部光反射表面が、概略で円錐鼓筒を含み、前記光反射表面が、前記外側シェル内で実質的に同軸上に配置される、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項２０】
前記熱伝導性隔壁が、概略でディスク状であり、前記光反射表面の切頂された頂点における前記外側シェル内に位置する、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【請求項２１】
前記光反射表面が、概略でパラボラ面の形態である、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【請求項２２】
前記光反射表面が、多面体、および、実質的に連続表面：からなる群から選択される、
請求項２１記載のリフレクターランプ。
【請求項２３】
前記外側シェルが、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；およびＰＡＲ２０：からなる群から選択される標準的な形態に類似した形状要素を有する、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【請求項１】
複数の吸気アパーチャを有する第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを有する第２チャンバを含み、前記各チャンバが、少なくとも１つの通路によって流体連通するように相互接続された本体；
少なくとも１つのチャンバ内に位置する放熱表面を有する熱伝導性基板；および、
前記熱伝導性基板と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：
を含む半導体ランプ。
【請求項２】
前記熱伝導性基板が、両方のチャンバ内となるように位置する放熱表面を含む、
請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記基板が、第１および第２チャンバを分離する、
請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記放熱表面が、少なくとも第１チャンバ内に位置する、
請求項１記載のランプ。
【請求項５】
前記第１チャンバが、前記第２チャンバの体積より少ない体積を有する、
請求項４記載のランプ。
【請求項６】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各吸気アパーチャの合計面積より大きい、
請求項５記載のランプ。
【請求項７】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各チャンバを相互接続する前記各通路の合計面積より大きい、
請求項５記載のランプ。
【請求項８】
前記各吸気アパーチャの合計面積が、前記各チャンバを相互接続する前記各通路の合計面積より少ない、
請求項５記載のランプ。
【請求項９】
前記第１チャンバ内における前記基板の放熱面積が、前記第２チャンバ内における放熱表面積より大きい、
請求項４記載のランプ。
【請求項１０】
前記基板の前記放熱表面が、複数の放熱フィンをさらに含む、
請求項９記載のランプ。
【請求項１１】
前記熱伝導性基板が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１：からなる群から選択される熱伝導率を有する、請求項１記載のランプ。
【請求項１２】
前記本体が、概略で、円錐形；円筒形；半球状；球状：からなる群から選択される形態を有する、
請求項１記載のランプ。
【請求項１３】
前記本体が、外側シェルを含み、該シェルとともに少なくとも部分的に前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを画定する内部光反射表面をさらに含む、
請求項１記載のランプ。
【請求項１４】
前記本体が、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；ＰＡＲ２０；ＭＲ１６；ＭＲ−１１；および白熱電球のエンベロープ：からなる群から選択される標準的な形態に類似した形状要素を有する、
請求項１記載のランプ。
【請求項１５】
外側シェルおよび内部光反射表面を含み、それらがともに複数の吸気アパーチャおよび複数の排気アパーチャを有するチャンバを少なくとも部分的に画定する本体；
前記チャンバを、複数の吸気アパーチャを含む第１チャンバ、および、複数の排気アパーチャを含む第２チャンバに分割し、前記第１チャンバおよび第２チャンバを相互接続する少なくとも１つの通路をさらに含むように構成される熱伝導性隔壁；および、
前記熱伝導性隔壁と熱的に連通するように搭載された少なくとも１つの半導体発光体：
を含む半導体リフレクターランプ。
【請求項１６】
前記第１チャンバが、前記第２チャンバの体積より少ない体積を有する、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項１７】
前記各排気アパーチャの合計面積が、前記各吸気アパーチャの合計面積より大きい、
請求項１６記載のリフレクターランプ。
【請求項１８】
前記熱伝導性隔壁が、少なくとも１５０Ｗｍ−１Ｋ−１、および、少なくとも２００Ｗｍ−１Ｋ−１：からなる群から選択される熱伝導率を有する、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項１９】
前記外側シェルおよび前記内部光反射表面が、概略で円錐鼓筒を含み、前記光反射表面が、前記外側シェル内で実質的に同軸上に配置される、
請求項１５記載のリフレクターランプ。
【請求項２０】
前記熱伝導性隔壁が、概略でディスク状であり、前記光反射表面の切頂された頂点における前記外側シェル内に位置する、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【請求項２１】
前記光反射表面が、概略でパラボラ面の形態である、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【請求項２２】
前記光反射表面が、多面体、および、実質的に連続表面：からなる群から選択される、
請求項２１記載のリフレクターランプ。
【請求項２３】
前記外側シェルが、ＰＡＲ６４；ＰＡＲ５６；ＰＡＲ３８；ＰＡＲ３６、ＰＡＲ３０；およびＰＡＲ２０：からなる群から選択される標準的な形態に類似した形状要素を有する、
請求項１９記載のリフレクターランプ。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５０７７３７（Ｐ２０１３−５０７７３７Ａ）
【公表日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３３２９０（Ｐ２０１２−５３３２９０）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１６８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４４２７４
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１６８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４４２７４
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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