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JP2010521767A - Ledを備える照明器具 - Google Patents

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JP2010521767A JP2009531968A JP2009531968A JP2010521767A JP 2010521767 A JP2010521767 A JP 2010521767A JP 2009531968 A JP2009531968 A JP 2009531968A JP 2009531968 A JP2009531968 A JP 2009531968A JP 2010521767 A JP2010521767 A JP 2010521767A
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Abstract

照明器具は、導光層(2)と、複数のLED(7)とを含み、LEDは、導光層(2)内に光を放射するために、導光層(2)内に配置される少なくとも1つの孔(10)内に収容される。導光層(2)は、光を導光層(2)から取り出すために、少なくとも1つの取出し構造(5;6)をさらに含む。

Description

本発明は、導光板と、導光板内に光を放射する複数の発光ダイオード(LED)とを含む、照明器具に関する。
発光ダイオード(LED)のような固体光源の輝度、ルーメン効力、及び値頃感における進歩は、隙間市場に最早制約されない新しい照明用途を可能にする。LEDは、伝統的な光源に対して、長寿命、低動作電圧、瞬時オン等のような、幾つかの利点をもたらす。これらの及び他の理由のために、LEDは、色可変ランプ、スポットライト、LCD背面照明、建築照明、舞台照明等のような、幾つかの用途のためのランプを作成するのにより一層適するようになってきている。
多くの照明用途のために、単一のLEDの光は十分ではなく、複数のLEDの光が、光源を形成するために組み合わされる必要がある。1つの解決策は、光が照明装置から出る前に、複数のLEDの光をライトガイド内で混合することである。
今日、一部のランプは、導光板の外側縁部に配置されるLEDを有する。LEDによって放射される光は、板の縁部で取り込まれ、それが板から取り出される前に、板内で混合される。典型的には、板は、板縁部からある距離を置いて板内に配置される取出し構造を有する。動作中、LEDは熱並びに光を生成し、熱を効率的に放散することはむしろ困難であることが多い。
過剰な熱を避けるために、板は、LEDから熱を取り去るヒートシンクを有する。しかしながら、ヒートシンクは、しばしば、幾分嵩張ったランプ構造をもたらす。
選択的に、LEDは、熱の過剰な蓄積が防止されるよう、互いから十分に遠く離れて配置される。残念なことに、LED配列は小さい地域に集中され得ないので、これは、しばしば、所望レベルの照明器具を得ることを困難にする。
上述の技術及び従来技術の改良を提供することが本発明の目的である。
本発明の以下の記載から明らかになる他の目的及び利点は、独立項に従った照明器具によって達成される。好適実施態様は、従属項中に定められる。
従って、照明器具が提供され、照明器具は、導光層と、複数のLEDとを含み、LEDは、光を導光層内に放射するために、導光層内に配置される少なくとも1つの孔の内に収容され、導光層は、導光層から光を取り出すために、少なくとも1つの取出し構造を含む。導光層は、導光層から光を取り出すための少なくとも1つの取出し構造を含む。
本発明の照明器具は、相対的に多数のLEDが、LEDから放散される熱の過度の集中を引き起こさずに、導光層内に配置され得る点で有利である。何故ならば、熱は、孔内に配置されるLEDから効率的に分配されるからである。好ましくは、LEDは、層の縁部に配置されるのではなく、層の上方表面又は下方表面に配置され、それはLEDを配置するために利用可能な比較的大きな地域をもたらす。その上、本発明の照明器具は、LEDが層内でどこに配置されるかに関して増大された自由をもたらす。
光の好ましく分配を得るために、第一取出し構造が導光層の外側縁部に配置され得る。
導光層は、導光層の中心に貫通孔を形成する内側縁部を含み得るし、第二取出し構造が、導光層の中心に孔を形成する内側縁部に配置され得る。これは、より軽量な構造と、光の異なる角分布の実施をもたらす光のより多方面の分配とをもたらす。
照明器具は、さらに、LEDからの熱を放散するためのヒートシンクを含み得るし、ヒートシンクは、導光層の内側縁部及び外側縁部のいずれからも離れて配置され得る。これは熱放散をさらに向上すると共に、照明器具の設計の自由を向上する。
LEDは、導光層内に配置される複数の孔内に収容され得るし、それぞれのLEDを収容する孔のそれぞれは、少なくとも2つの側部切子面と、少なくとも1つの隅部とを含み、2つの側部切子面は、隅部を形成するよう収束する。これは光の方向が効率的に制御され得る点で有利である。
LEDを収容する孔の隅部は、隣接するLED収容孔に向かって向き得るし、導光層内のLED収容孔のそれぞれの横断面形状は、1つのLEDから放射する光が他のLEDに入射する危険性を低減するために、正方形であり得る。
LEDは、側方放射LEDであり得る。それはコンパクトな設計をもたらし、層内への光の効率的な取入れももたらす。
複数のLEDは、円形のLED配列に配置され得るし、導光層は、実質的に円形であり得る。それは改良された光学性能を有する構造をもたらす。
複数のLEDは、直線的なLED配列に配置され得るし、導光層は、長方形の形状であり得るし、直線的なLED配列は、長方形の導光層に対して斜めに配置され得る。
導光層は、直角三角形の形状を有し、三角形の導光層の2つの隣辺のそれぞれは、反射縁部をそれぞれ有し、三角形の斜辺は、導光層から光を取り出すための取出し構造を含む。
照明器具は、さらに、第二導光層と、第二導光層内に光を放射するために、第二導光層内に配置される少なくとも1つの孔の内に収容される第二の複数のLEDとを含む。第二導光層は、第二導光層から光を取り出すために、少なくとも1つの取出し構造を含み、第二導光層は、第一導光層と平行に配置される。2つの層は、光特性及び照明器具からの光の分布が、より多角的な方法で方向付けられ得る点で、極めて有利である。
第一導光層の少なくとも1つの取出し構造は、第一方向に光を取り出すよう構成され得るし、第二導光層の少なくとも1つの取出し構造は、作業光及び周囲光の両方を提供するために、第一方向と反対の第二方向に光を取り出すよう構成され得る。
第一導光層内のLEDは、第一色スペクトルを有する光を放射するよう構成され得るし、第二導光層内のLEDは、第一色スペクトルと異なる第二色スペクトルを有する光を放射するよう構成され得る。それは照明器具の多用性を向上する。
第一導光層は、第一導光層のLEDからの熱を放散するための第一ヒートシンクを含み得るし、第二導光層は、第二導光層のLEDからの熱を放散するための第二ヒートシンクを含み得る。第二ヒートシンクは、垂直方向に第一ヒートシンクの反対に配置される。これは照明器具の熱放散の処理をより容易にする。
「照明器具」という用語は、例えば、部屋内で物体を照明する目的のための光を提供するために使用される装置を意味することが付記されるべきである。部屋は、この脈絡では、典型的には、アパート部屋又はオフィス部屋、ジムホール、公共場所内の部屋又は道の一部のようなアウトドア環境の一部である。従って、照明器具は、例えば、TV又は携帯電話のためのビデオプロジェクタ又は背面照明(バックライト)ではない。
本発明の実施態様が、付属の概略的な図面を参照して、一例によって、今や記載される。
本発明に従った円形の照明器具を示す斜視図である。 図1中の照明器具を示す上面図である。 図2中の線A−Aに沿って取られた断面図である。 一組のLEDを例証する、図1中の照明器具を部分的に示す上面図である。 さらなる実施態様に従った、図3に対応する断面図である。 本発明に従った三角形の照明器具を示す上面図である。 本発明に従った長方形の照明器具を示す上面図である。 直線配列に配置されたLEDを有する照明器具を示す上面図である。 直線配列に配置されたLEDを有する照明器具を示す上面図である。 直線配列に配置されたLEDを有する照明器具を示す上面図である。 直線配列に配置されたLEDを有する照明器具を示す上面図である。 複数の取出し構造を組み込んだ、図3に対応する断面図である。
図1は、部屋、例えば、オフィス、アパート、店、又は、他の公共地域内を明るくするためのランプ1又は照明器具を例証している。照明器具1は、導光層(light guiding layer)2を天井(図示せず)に吊り下げる懸架装置3を有する。導光層2は、例えば、透明であり、ガラス又はプラスチックで作成され得るが、如何なる他の適切な材料でも作成され得る。一組のLED4が層2内に配置され、その組のLEDは、従来的な電源(図示せず)に接続され且つ電力供給される。
図2及び3をさらに参照すると、例証される導光層2は、円形の形状を有し、円形の孔15が、層2の中央に配置されている。組のLEDは、導光層2の中心から半径距離Rで、円形配列に配置される、概ね7で示される複数の個々のLEDを有する。導光層2の外周又は外側縁部は、層2の頂部表面8及び底部表面9に対する傾斜表面を有する外側取出し構造5を形成している。
導光層2の内側縁部は、前述された孔15を定め、層2の頂部表面8及び底部表面9に対する傾斜表面も有する内側取出し構造6を形成している。
各LED7は、概ね10で示される孔内にそれぞれ配置され、光を側方に導光層2内に放射するよう構成されている。LEDの光放射部分は、層2の頂部8及び底部表面の間に配置され、例示的な光線軌跡41及び42によって例証される光を、層内の全反射(TIR)によって、外側取出し構造5及び内側取出し構造6の両方に向かって放射する。取出し構造5,6の傾斜構造は、従来的な方法で、光41,42を下向き方向に取り出すよう、それぞれ構成される。
図4をさらに参照すると、既述のように、複数のLED7は、導光層2内に配置される孔10内に収容される。孔10は、通孔又は導光層2の一方の側のみに向かう開口を有する孔であり得る。LED7は、好ましくは、側方放射(サイドエミッティング)全方向LEDである。代替的に、反対方向に標的される一方向LED又は一方向LEDの集まりが使用され得る。
好ましくは、各孔10は、概ね11で指される4つの取込み側部切子面(side facet)を備える正方形状である。各2つの隣接する取込み側部切子面11の間には、概ね12で指される隅部が形成される。正方形の隅部は90°である。LED7が動作しているとき、光は側部切子面11を通じて導光層2内に取り込まれ、孔10のそれぞれ側部切子面11に対して本質的に直交する光線の4つのビームを形成する。
孔10は、導光層2の平面内に見られるときに、孔10の少なくとも1つの隅部12aが隣接する孔10bに向かって向くよう、さらに方向付けられ且つ配置される。より正確には、図1乃至4に例証される実施態様において、LED7(結果的に、孔10)は、孔10aの隅部12aが隣接する孔10bの隅部12bに向かって本質的に向き、隣接する孔10bの隅部12bが孔10aの隅部12aに向かって本質的に向くよう、円形の配列に配置される。換言すれば、孔は、位置から側部に沿う側部にちょうど約45°回転される。
照明器具17の動作直後、隣接する孔10bの側部切子面11bに衝突する、孔10aから側部切子面11を通じて導光層2内に取り込まれる光40bは、例えば、円形形状を有する孔と比べてより大きな入射角で衝突し、入射角は極めて小さくあり得る。それによって、隣接する孔10bの側部切子面11bでのTIRの蓋然性は有意に増大される。結果的に、その孔10b内のLED7で散乱又は吸収が殆ど或いは全く起こらないよう、孔10aからより少量の光が隣接する孔10bに進入するか或いは光は全く進入しない。全体的に、これは照明器具17のルーメン効率を増大する。
上方表面8及び下方表面9からの光を取出し構造5及び6の間の場所に拡散し、それによって、取り出すために、導光層2は、外側取出し構造5及び6の間に配置される、傾斜反射素子又は拡散粒子のような、追加的な手段(図示せず)をさらに含み得る。
TIRは、上述の脈絡では、孔10aからの光が、導光層2及び孔10材料に鑑みて、十分に大きい入射角で、隣接する孔10bの側部切子面11bに衝突することを想定する。入射角は、屈折境界で法線に対して測定される。ガラス(約1.5の屈折率n)から成る導光層2及び空気で充填された孔10のために、そのような入射角は、逆サイン1/n=42°のオーダにある。これを達成するために、上記の実施態様では、孔10bの最近接側部切子面11bに向かって垂直な側部切子面に対して42°以下で孔10aから出る如何なる光も、その側部切子面に48°以上(>42°、6°の安全限界)で衝突するか(或いは側部切子面11bに全く衝突せず)、結果的に、孔10bに進入せずに反射される。対照的に、例えば、孔10bの側部切子面11bに向かって50°以上で孔10aを出る如何なる光も、その側部切子面に40°以下(<42°)で衝突し、よって、孔10bに進入する。しかしながら、上述のような正方形状孔内で全方向側部エミッタ(サイドエミッタ)を使用するとき、出射角は、当業者に明らかであるように、42°を越えない。
また、出射角及び入射角、よって、TIPの発生は、孔の形状に依存する。即ち、隣接する孔でのTIRの蓋然性は、対向する鈍角隅部のためよりも、対向する鋭角隅部のために概ねより大きい。これを達成するために、隣接する孔の出口側切子面11aと受光側切子面11bの間の相対角は、隅部半径、隣接する孔の整列、及び、半径Rに依存し、TIRを可能にするために十分に大きくなければならない。
複数の孔の代わりに、層は、例えば、層内の円形凹部の形態の1つの孔を有し得る。好ましくは、そのような円形の孔又は凹部は、層の中心と整列された中心を有する。特に、もし層がガラス製であるならば、これは製造の観点から有利である。
図5を参照すると、照明器具のさらなる実施態様は、図1乃至4に関連して上述された導光層と同じ構成部品を有する、下方導光層2を有する。下方導光層2に対応する上方導光層2’は同じ構成部品を有し、プライム記号を備えるが同じ参照番号を有する。上方層2’は、下方層2に対して、水平軸について回転され、下方層2の上に配置されている。従って、層2及び2’は平行であるが、LEDからの光がTIRを介してそれぞれの取出し構造に進行することが許容されるよう、適切な媒体によって分離されている。従って、下方導光層2からのLED7からの光の光線41a,41b,42a,42bは、下向きに方向付けられるのに対し、上方導光層2’内のLED7’からの光の光線41a’,41b’,42a’,42b’は、上向きに方向付けられている。
その上、下方ヒートシンク13が下方層2に配置され、下方LED7によって生成される熱を放散するよう構成され、上方ヒートシンク13’が上方層2’に配置され、上方LED7’によって生成される熱を放散するよう構成されている。好ましくは、ヒートシンク13及び13’は、垂直方向に互いに対向して配置される。熱放散を向上するために、ヒートパイプ14’が、ヒートシンク13’に熱接続されている。ヒートシンク13及び13は、互いに熱接続され得る。下方LED7及び上方LED7’を1つだけの共通ヒートシンクに熱接続することも可能である。
LEDを共通ヒートシンクに熱接続するために、ヒートシンクのための1つ又はそれよりも多くの貫通孔(図示せず)が導光層内に配置され得る。この場合には、ヒートシンクのための孔(複数の孔)は、好ましくは、光がヒートシンクのための孔(複数の孔)に進入するのを防止するために、LEDから放射される光を反射するよう構成される。
異なる光特性を得るために、記載された実施態様では、第一導光層2のLED7は、白色であり、第二導光層2’のLED7’は、赤色、緑色、及び、青色である。
選択的に、2つの層は、双方とも、光を下向き方向に取り出すよう配置されている。この場合には、層は、好ましくは、異なる角分布で光を取り出し、2つの層は異なる大きさを有することが好ましい。もちろん、照明器具は、それぞれの孔及びLEDを備える2つよりも多くの層を含み得る。
図6は、三角形の照明器具16を概略的に例証している。ここでは、導光板(ライトガイド板)28は、直角三角形の形状を有している。そこに沿ってLED7が配置される反射縁部23は、直角三角形の隣辺又は脚側を構成している。他の隣辺も反射縁部24であり、斜辺は、傾斜反射縁部の形態の取出し構造25を含む。反射縁部は、例えば、TIR鏡、拡散鏡、又は、標準的な鏡であり得る。
動作直後、各孔10の全ての側部切子面から放射される光は、直接的に或いは反射隣辺縁部23及び24の少なくとも1つを介して、取出し構造25に向かって方向付けられ、本質的に直角に取出し構造25に衝突する。これは例示的な光線軌跡40によって例証されており、それは均一で平行化された光分布をもたらす。
しかしながら、三角形構造では、隅から隅に配置される正方形孔10が使用されるとしても、1つからの光は、TIRが起こらず、光が孔に進入し、孔内に収容されるLEDで散乱され且つ/或いは吸収されるような入射角で、他の付近の孔に向かって反射され得る。
これを防止するために、導光板28は、縁部によって反射される光が孔10の間の空間に向かって標的されるように配置される複数の空気スリット22を備える。反射縁部23に対して約45°回転され且つ反射縁部23に近接して配置される正方形孔のために、反射縁部23から離れて面する側部切子面の延長において、空気スリット22は、孔10と反射縁部との間に延在している。
記載されたばかりの三角形の照明器具16は、部屋の隅部に有利に配置され得る。照明目的を除けば、それは、例えば、テレビセット用の棚としても働く。三角形の照明器具16は、スリット40なしでも具現化され得るが、そのような三角形の照明器具16は、幾分劣化した性能を有することが付記されるべきである。また、取出し構造48は、直線的である代わりに、長手方向に湾曲し得る。
図7は、長方形の形状、より具体的には、正方形の形状の照明器具27を概略的に例証している。ここでは、正方形の形状を備える孔31が、導光板27の中心に設けられ、結果として得られる内側縁部29は、光を導光板27から取り出すよう構成される。(半径Rを除き)図4に関連して上記に議論された種類の4つの線形配列28が、導光板27内にさらに設けられる。即ち、孔及びLEDを備える4つの配列28は、導光板27に対して約45°回転された正方形を形成し、その正方形は中心孔31の周りに配置されている。即ち、配列28は、孔の側部切子面が導光板27の取出し縁部29及び31と平行であるよう、導光板27の対角線方向と整列されている。このようにして、動作中、孔から放射する殆どの光ビームは、本質的に垂直方向から縁部29及び30に衝突し、それは導光板27から取り出される均一で平行化された光をもたらす。
図8及び9は、他の長方形の照明器具18及び19を例証しており、そこでは、図7からの基本的に正方形の中心孔及び回転された正方形の4つの配列が2つに分割され、互いから離間されて2つの組を形成し、各組は、直角に配置された2つの線形配列28と、長方形の形状と取出し縁部29とを備える孔31とを含む。追加的な取出し構造32が各組に配置され得るし、或いは、単一の取出し構造32が2つの組の間に配置され得る。取出し構造32は、例えば、傾斜鏡又は類似物であり得る。
図10は、他の長方形の照明器具20を例証しており、そこでは、2つの線形配列28が、導光板27の中央に配置される「X」を形成している。
図11は、層27の縁部に配置され且つ2つの配列を分離する取出し構造30に対して45°の角度に配置される2つの配列28のLEDを有する、さらに他の長方形の照明器具21を例証している。加えて、2つの配列は、相互に90°回転されている。
最後に、図12は、2つの取出し構造5a,5b,5cを有する導光層2を例証している。取出し構造5a,5b,5cのそれぞれは、光を例証的な光線軌跡41a,41b,41cによって例証されるそれぞれの方向に向ける。例えば、構造の1つは、光を部屋内の特定スポットに集束する方向に光を取り出すのに対し、2つの他の取出し構造は、光を少なくとも1つの異なる方向に取り出す。孔10の間に配置される取出し構造5b及び5c、並びに、最外側取出し構造5aは、全ての光を取り出さず、光のある部分の通過を許容する。その上、追加的な取出し構造は、孔10と内側取出し機構6との間に配置され得る。
当業者は、本発明が上述された好適実施態様に決して限定されないことを認識する。逆に、多くの修正及び変形が付属の請求項の範囲内で可能である。
楕円形、八角形、星形、月形、又は、任意の他の形状のような、上述された以外の他の形状の導光層を使用することが可能である。その上、異なる照明特性を得るために、LEDの配列の数は異なり得るし、配列は、ジグザグ形、波形、又は、任意のそれらの組み合わせのような、直線及び円形から離れた如何なる他の形態をも有し得る。LED配列(複数のLED配列)の相対的な場所は、取出し構造(複数の取出し構造)に対して変更され得る。

Claims (19)

  1. 導光層と、
    複数のLEDとを含み、
    該LEDは、光を前記導光層内に放射するために、前記導光層内に配置される少なくとも1つの孔の内に収容され、
    前記導光層は、前記導光層から光を取り出すために、少なくとも1つの取出し構造を含む、
    照明器具。
  2. 第一取出し構造が、前記導光層の外側縁部に配置される、請求項1に記載の照明器具。
  3. 前記導光層は、前記導光層の中心に通孔を形成する内側縁部を含む、請求項1又は2に記載の照明器具。
  4. 第二取出し構造が、前記導光層の中心に前記孔を形成する前記内側縁部に配置される、請求項3に記載の照明器具。
  5. 前記LEDからの熱を放散するために、ヒートシンクをさらに含む、請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  6. 前記ヒートシンクは、前記導光層の前記内側縁部及び外側縁部のいずれからも離れて配置される、請求項5に記載の照明器具。
  7. 前記LEDは、前記導光層内に配置される複数の孔の内に収容される、請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  8. 前記LEDを収容する孔のそれぞれは、少なくとも2つの側部切子面と、少なくとも1つの隅部とを含み、前記2つの側部切子面は、前記隅部を形成するよう収束する、請求項7に記載の照明器具。
  9. LEDを収容する孔の隅部は、隣接するLEDを収容する孔に向かって向く、請求項7又は8に記載の照明器具。
  10. 前記導光層内の前記LED収容孔のそれぞれの横断面形状は、正方形である、請求項7乃至9のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  11. 前記LEDは、側方放射LEDである、請求項1乃至10のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  12. 前記複数のLEDは、円形のLED配列に配置される、請求項1乃至11のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  13. 前記導光層は、実質的に円形である、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  14. 前記複数のLEDは、直線LED配列に配置され、前記導光層は、長方形であり、前記直線LED配列は、前記長方形の形状の導光層に対して傾斜して配置される、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  15. 前記導光層は、直角三角形の形状を有し、前記三角形の導光層の2つの隣辺のそれぞれは、反射縁部をそれぞれ有し、前記三角形の斜辺は、前記導光層から光を取り出すための取出し構造を含む、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  16. 第二導光層と、
    該第二導光層内に光を放射するために、前記第二導光層内に配置される少なくとも1つの孔の内に収容される第二の複数のLEDとをさらに含み、
    前記第二導光層は、前記第二導光層から光を取り出すために、少なくとも1つの取出し構造を含み、前記第二導光層は、前記第一導光層と平行に配置される、
    請求項1乃至15のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
  17. 前記第一導光層の前記少なくとも1つの取出し構造は、第一方向に光を取り出すよう構成され、前記第二導光層の前記少なくとも1つの取出し構造は、前記第一方向と反対の第二方向に光を取り出すよう構成される、請求項16に記載の照明器具。
  18. 前記第一導光層内の前記LEDは、第一色スペクトルを有する光を放射するよう構成され、前記第二導光層内の前記LEDは、前記第一色スペクトルと異なる第二色スペクトルを有する光を放射するよう構成される、請求項16又は17に記載の照明器具。
  19. 前記第一導光層は、前記第一導光層の前記LEDからの熱を放散するために、第一ヒートシンクを含み、前記第二導光層は、前記第二導光層の前記LEDからの熱を放散するために、第二ヒートシンクを含み、該第二ヒートシンクは、垂直方向に前記第一ヒートシンクの反対に配置される、請求項16乃至18のうちのいずれか1項に記載の照明器具。
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