JP2010192439A

JP2010192439A - 発光装置及びその導光部材

Info

Publication number: JP2010192439A
Application number: JP2010028917A
Authority: JP
Inventors: 銘杰 ▲黄▼; Ming-Chieh Huang
Original assignee: AMA Precision Inc
Current assignee: AMA Precision Inc
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2010-09-02
Also published as: TW201030281A; US8292472B2; EP2219055A1; US20100208456A1

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源を用いて従来の電球の発光効果を再現可能な発光装置及びその導光部材を提供する。
【解決手段】本願は発光装置に係る発明を開示する。発光装置は導光部材及びＬＥＤ光源を有する。導光部材は反射面、第１屈折面、及び第２屈折面を有する。ＬＥＤ光源から放たれる光の第１部分は、反射面によって反射され且つ第１屈折面によって屈折して、導光部材で第１仮想イメージを形成する。更に、ＬＥＤ光源から放たれる光の第２部分は、反射面によって反射され且つ第２屈折面によって屈折して、導光部材で第２仮想イメージを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置、具体的に、複数の仮想イメージを形成する際に光を導くための導光部材を有する発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）技術の開発は既に成熟しており、ＬＥＤの利用はいよいよ一般的となっている。例えば、ＬＥＤは照明に利用されてよい。蛍光灯と比較して、ＬＥＤは、電力消費が少なく且つ長寿命であり、更には、水銀を有してない。従って、ＬＥＤを用いる照明設備は省力であり且つ環境に優しい。

ＬＥＤは発光性質を有するが、製品及びパッケージ構造に起因して前半分部分のみのＬＥＤ光しか有さない。ＬＥＤが電球に用いられる場合は、その前半分部分のみのＬＥＤ光に係る発光特性は、電球に制限を課すことがある。ＬＥＤが用いられた電球は、従来の電球の全周発光性質を達成することができない。

全周発光性質を達成するよう、光源としてＬＥＤを用いる従来の発光装置１は、複数の面を有するベース１０を有する。図１で、夫々の面は異なる方向に向いている。更に、複数のＬＥＤ１２がベース１０の表面に配置されている。しかし、発光装置１は何度も接合されて組み立てられる必要があり、製造は複雑である。加えて、全体の発光効果は、従来の電球のフィラメントの発光効果を再現することができない。

本発明は、上述したような従来技術の問題を鑑みなされたものであり、ＬＥＤ光源を用いて従来の電球の発光効果を再現可能な発光装置及びその導光部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様に従って、本発明は、複数の仮想イメージを画定するようＬＥＤ光源から放たれる光を導く導光部材を提供し、それによって、従来の電球の発光効果を再現する。

上記態様を達成するために、本発明の導光部材は反射面、第１屈折面、及び第２屈折面を有する。ＬＥＤ光源から放たれる光の第１部分は、反射面によって反射され且つ第１屈折面によって屈折して、導光部材で第１仮想イメージを画定する。そして、ＬＥＤ光源から放たれる光の第２部分は、反射面によって反射され且つ第２屈折面によって屈折して、導光部材で第２仮想イメージを画定する。

本発明の他の態様に従って、本発明は、ＬＥＤ光源から放たれる光が複数の仮想イメージを画定することを可能にする発光装置を提供し、それによって、従来の電球の発光効果を再現する。

上記の態様を達成するために、本発明の発光装置はＬＥＤ光源及び導光部材を有する。導光部材の構造、及び導光部材でのＬＥＤ光源から放たれる光の方向経路は、上述されたとおりである。

本発明の実施形態で、導光部材は、ＬＥＤ光源から放たれる光を導いて、複数の反射面及び屈折面の組合せにより複数の仮想イメージを画定する。導光部材によって導かれる光によって画定される複数の仮想イメージは、異なる位置、例えば、垂直位置又は水平位置で配置される仮想光源と等価である。仮想光源は実体がない。すなわち、光遮断の問題がない。従って、本発明の発光装置は全周発光効果を達成することができる。仮想光源が同じ光軸に配置される場合は、それらは、従来の電球のフィラメントと同じ線光源と等価であり、従来の電球の発光効果を再現する。それによって、本発明における発光装置は、小型で且つ電力消費がより低いという利点を有するだけでなく、全周発光効果を達成するようそのように周囲に光を放つ際に十分に光を導くこともできる。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の記載、特許請求の範囲、及び添付の図面に関してより良く理解される。

本発明の実施形態によれば、ＬＥＤ光源を用いて従来の電球の発光効果を再現可能な発光装置及びその導光部材を提供することができる。

従来の発光装置の概略図である。本発明の実施形態に従う発光装置の概略図である。

幾つかのＬＥＤは、一方の側では開口を有し、他方の側では開口を有さない特別のパッケージ構造を有する。従って、ＬＥＤから放たれる光は、開口を有する側からしか放射されない。すなわち、光は一方の側からしか放射されない。一方の側からしか光を放射しないＬＥＤから放たれる光に多光源としての照明効果を達成させるよう、本発明における複数の面は、光を反射し又は屈折させて、複数の仮想光源を形成するよう光を集めて散乱するために使用される。どのように本発明における発光装置が、光を十分に用いて従来の電球の発光効果を再現するよう複数の仮想光源を形成するのかは、以下で記載される。

図２は、本発明の実施形態に従う発光装置３の概略図である。図２で、発光装置３は導光部材３０及び発光ダイオード（ＬＥＤ）３２を有する。導光部材３０は２つの陥凹空間を有する。陥凹空間のうち１つは、導光部材３０の外面と協働して、複数の仮想イメージを形成する際にＬＥＤ光源から放たれる光を導くよう設計されている。

実際の用途で、本発明のＬＥＤ３２はシングルチップＬＥＤ又はマルチチップＬＥＤであってよい。加えて、ＬＥＤ３２は白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、又は他の色の光を放射するＬＥＤであってよい。更に、ＬＥＤ３２がマルチチップＬＥＤである場合は、異なる色の光を放射するＬＥＤチップが、期待される色の光を放射するＬＥＤを組み合わせるよう選択される。

通常、導光部材は、特定の角度で光を放射する際に光源を導くよう設計されている。例えば、ＬＥＤが懐中電灯の光源として使用される場合に、導光部材と等価なレンズは、光を集めて、懐中電灯から放たれる光が効果的に光を集めるよう同じ方向を向くことを可能にするように、ＬＥＤの方向経路に配置されてよい。しかし、本発明の実施形態における導光部材３０は、全周発光効果を達成するために使用される。言い換えると、発光装置３は、ＬＥＤ３２から放たれる光を集めるだけではなく、ＬＥＤ３２から放たれる光を導光部材３０により周囲により一様に放射するためにも使用される。

図２で、導光部材３０は第１屈折面３００及び反射面３０４を有する。第１屈折面３００は反射面３０４から延在する。反射面３０４によって囲まれている空間は、導光部材３０の陥凹空間の１つである。ＬＥＤ３２は、第１底面３０３及び第２底面３０５によって囲まれている陥凹空間、すなわち収容空間に配置されている。ＬＥＤ３２から放たれる光の第１部分Ｌ１は、第１底面３０３によって屈折し、反射面３０４に入る。光の第１部分Ｌ１が反射面３０４に入る場合に、その光の第１部分Ｌ１は、反射角度が全体の内面反射臨界角より大きいので、反射面３０４によって第１屈折面３００へと反射される。最後に、光の第１部分Ｌ１は、第１屈折面３００によって屈折した後、導光部材３０から出る。第１仮想イメージＶ１は、導光部材３０から遠ざかる光の第１部分Ｌ１が広がって交差する交点で形成される。導光部材３０から遠ざかる光の第１部分Ｌ１は、第１仮想イメージＶ１から放たれる光と等価である。

図２で、本発明の実施形態における導光部材３０は、第１屈折面３００から延在する第２屈折面３０２を更に有する。第１屈折面３００及び第２屈折面３０２は異なる曲線半径を有する。ＬＥＤ３２から放たれる光の第２部分Ｌ２は、第１底面３０３によって屈折し、反射面３０４に入る。光の第２部分Ｌ２が反射面３０４に入る場合に、その光の第２部分Ｌ２は、反射角度が全体の内面反射臨界角より大きいので、反射面３０４によって第２屈折面３０２へと反射される。最後に、光の第２部分Ｌ２は、第２屈折面３０２によって屈折した後、導光部材３０から出る。第２仮想イメージＶ２は、導光部材３０から遠ざかる光の第２部分Ｌ２が広がって交差する交点で形成される。導光部材３０から遠ざかる光の第２部分Ｌ２は、第２仮想イメージＶ２から放たれる光と等価である。

加えて、光の第２部分Ｌ２が第２屈折面３０２に入る前の光路は、光の第１部分Ｌ１が第１屈折面３００に入る光路と同じであるが、第２屈折面３０２の曲率は第１屈折面３００の曲率とは異なっている。従って、第１屈折面３００を通る屈折光の光路は、第２屈折面３０２を通る屈折光の光路とは異なり、それによって、異なる位置で仮想イメージが形成され得る。すなわち、第２仮想イメージＶ２は導光部材３０の中にあり、第１仮想イメージＶ１は導光部材３０の外にある。本発明における導光部材３０は、従来の電球の発光効果を再現するために、異なる位置で更なる仮想イメージを形成する際に光を導くよう更なる屈折面を有してよい。

加えて、図２に示されるように、本発明の実施形態における導光部材３０は、ＬＥＤ３２の近くで下部反射面３０６を有する。ＬＥＤ３２から放たれる光の第３部分Ｌ３は、第２底面３０５によって屈折して、下部反射面３０６に入る。光の第３部分Ｌ３が下部反射面３０６に入る場合に、光の第３部分Ｌ３は、反射角度が全体の内面反射臨界角より大きいので、下部反射面３０６によって反射面３０４へと反射される。反射面３０４に入る光の第３部分Ｌ３によって形成される入射角度は全体の内面反射臨界角より小さいので、反射面３０４で反射される代わりに、光の第３部分Ｌ３は、屈折面３０４によって屈折し、導光部材３０を出て、第３仮想イメージＶ３を形成する。実施形態で、光の第３部分Ｌ３は散乱光ではなく、反射面３０４によって囲まれている空間に集束する。第３仮想イメージＶ３は実際の光によって形成される。

実際の設計で、反射面３０４及び下部反射面３０６は、光が完全に反射されることを確かにするよう、例えばシルバーペイント等の反射材により表面を覆われてよい。光の第３部分Ｌ３は、反射材によって表面を覆われている反射面３０４を通ることができず、それによって、全体の発光効果は改善する。従って、設計者は、所望の発光効果に従って反射材により反射面３０４の表面を覆うべきかどうかを決定するとともに、反射材を有するコーティング範囲を決定することができる。

図２に示されるように、導光部材３０は中心軸Ａ１を有する。反射面３０４及び中心軸Ａ１は傾斜角（bevel angle）を形成する。反射面３０４、第１屈折面３００、及び第２屈折面３０２は中心軸Ａ１に対して対称に配置されているので、第１仮想イメージＶ１、第２仮想イメージＶ２、及び第３仮想イメージＶ３は全て、通例の光学理論に従って中心軸Ａ１に形成される。仮想イメージ間の距離が十分に小さい場合は、それらの仮想イメージは線光源として見なされてよく、それによって、フィラメントの発光効果が再現され得る。

発光装置３の異なる発光効果を達成するために、反射面３０４、第１屈折面３００、第２屈折面３０２、及び下部反射面３０６は中心軸Ａ１に対して非対称に配置されてよい。例えば、反射面は中心軸に従って左反射面及び右反射面に分けられてよい。左反射面と中心軸との間の角度は、右反射面と中心軸との間の角度とは異なる。すなわち、反射面の断面は非対称にＶ字形状である。従って、右反射面によって反射され且つ第１屈折面によって屈折する光によって形成される仮想イメージの位置は、左反射面によって反射され且つ第１屈折面によって屈折する光によって形成される他の仮想イメージの位置とは異なる。要約すれば、元の第１仮想イメージＶ１は、異なる高さを有する２つの副仮想イメージに分けられる。夫々の副仮想イメージの光度はより弱いが、更なる仮想光源が形成される。言い換えると、屈折面及び反射面の設置及び形状設計は、所望の発光効果を達成するよう本発明の実施形態において適切に調整されてよい。

総括して言えば、本発明で、導光部材３０の反射面及び屈折面は光路に対して垂直でない。従って、ＬＥＤ３２から放たれる光は、直接的に導光部材３０を通過することができない。しかし、光は、複数の異なる光路を形成するよう導光部材で何度も屈折し且つ反射されて、複数の仮想光源を形成する。本発明における発光装置３は、単一ＬＥＤ３２及び導光部材３０を介して同じ光軸で複数の仮想光源を形成することができる。発光装置３の発光効果は、従来の電球のフィラメントを再現することができる。従って、発光装置３の電力消費は、従来の電球の電力消費より小さい。更に、発光装置３の製造は、複数のＬＥＤを有する電球の製造より簡単である。

従来技術と比較して、本発明における導光部材は、反射面及び屈折面の組合せによって複数の仮想イメージを形成する際にＬＥＤ光源から放たれる光を導く。導光部材によって導かれる光によって形成される複数の仮想イメージは、異なる位置、例えば、垂直位置又は水平位置で配置される仮想光源と等価である。これらの仮想光源は固体構造ではなく、光を中断する問題を伴わない。従って、本発明の発光装置は全周発光効果を達成することができる。仮想光源が同じ光軸に配置される場合は、それらは、従来の電球のフィラメントと同じ線光源と等価であって、従来の電球の発光効果を再現する。本発明における発光装置は、小型で且つ電力消費がより低いだけでなく、全周発光効果を達成するよう周囲に光を放つ際に十分に光を導くこともできる。

本発明はその特定の好ましい実施形態を参照して極めて詳細に記載されてきたが、開示は本発明の適用範囲を限定するためではない。当業者は、本発明の適用範囲及び精神を逸脱することなく、様々な改良及び変形を行うことができる。従って、添付の特許請求の範囲の適用範囲は、上述される好ましい実施形態の記載に限定されるべきでない。

［関連出願の相互参照］
本願は、その全文を参照することにより本願に援用される、２００９年２月１３日に中華民国台湾で出願された特許出願第０９８１０４６６０号に基づく優先権を主張するものである。

３発光装置
３０導光部材
３２発光ダイオード（ＬＥＤ）
３００第１屈折面
３０２第２屈折面
３０３第１底面
３０５第２底面
３０４反射面
３０６下部反射面
Ａ１中心軸
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３光
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３仮想イメージ

Claims

ＬＥＤ光源に用いられる導光部材であって、
反射面と、
第１屈折面と、
第２屈折面と
を有し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第１部分は、前記反射面によって反射され且つ前記第１屈折面によって屈折して、当該導光部材で第１仮想イメージを形成し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第２部分は、前記反射面によって反射され且つ前記第２屈折面によって屈折して、当該導光部材で第２仮想イメージを形成する、導光部材。
前記ＬＥＤ光源を収容する収容空間を更に有する、請求項１記載の導光部材。
中心軸を有する、請求項１記載の導光部材。
前記反射面及び前記中心軸は傾斜角を形成する、請求項３記載の導光部材。
前記第１屈折面は前記中心軸の周囲に配置される、請求項３記載の導光部材。
前記第２屈折面は前記中心軸の周囲に配置される、請求項３記載の導光部材。
前記反射面、前記第１屈折面、及び前記第２屈折面は、前記中心軸に対して非対称に配置される、請求項３記載の導光部材。
前記反射面は、前記中心軸に従って左反射面及び右反射面に分けられ、
前記左反射面と前記中心軸との間の角度は、前記右反射面と前記中心軸との間の角度とは異なる、請求項３記載の導光部材。
前記第１仮想イメージは前記中心軸で形成される、請求項３記載の導光部材。
前記第２仮想イメージは前記中心軸で形成される、請求項３記載の導光部材。
前記第１屈折面及び前記第２屈折面は異なる曲線半径を有する、請求項１記載の導光部材。
前記第１屈折面は前記反射面から延在する、請求項１記載の導光部材。
前記第２屈折面は前記第１屈折面から延在する、請求項１記載の導光部材。
下部反射面を更に有し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第３部分は、前記下部反射面によって反射され、前記反射面を通って、当該導光部材で第３仮想イメージを形成する、請求項１記載の導光部材。
前記ＬＥＤ光源はシングルチップＬＥＤ光源又はマルチチップＬＥＤ光源である、請求項１記載の導光部材。
前記ＬＥＤ光源は赤色ＬＥＤ光源、緑色ＬＥＤ光源、又は青色ＬＥＤ光源である、請求項１記載の導光部材。
ＬＥＤ光源と、
導光部材と
を有し、
前記導光部材は、
反射面と、
第１屈折面と、
第２屈折面と
を有し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第１部分は、前記反射面によって反射され且つ前記第１屈折面によって屈折して、前記導光部材で第１仮想イメージを形成し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第２部分は、前記反射面によって反射され且つ前記第２屈折面によって屈折して、前記導光部材で第２仮想イメージを形成する、発光装置。
前記導光部材は前記ＬＥＤ光源を収容する収容空間を更に有する、請求項１７記載の発光装置。
前記導光部材は中心軸を有する、請求項１７記載の発光装置。
前記反射面及び前記中心軸は傾斜角を形成する、請求項１９記載の発光装置。
前記第１屈折面は前記中心軸の周囲に配置される、請求項１９記載の発光装置。
前記第２屈折面は前記中心軸の周囲に配置される、請求項１９記載の発光装置。
前記反射面、前記第１屈折面、及び前記第２屈折面は、前記中心軸に対して非対称に配置される、請求項１９記載の発光装置。
前記反射面は、前記中心軸に従って左反射面及び右反射面に分けられ、
前記左反射面と前記中心軸との間の角度は、前記右反射面と前記中心軸との間の角度とは異なる、請求項１９記載の発光装置。
前記第１仮想イメージは前記中心軸で形成される、請求項１９記載の発光装置。
前記第２仮想イメージは前記中心軸で形成される、請求項１９記載の発光装置。
前記第１屈折面及び前記第２屈折面は異なる曲線半径を有する、請求項１７記載の発光装置。
前記第１屈折面は前記反射面から延在する、請求項１７記載の発光装置。
前記第２屈折面は前記第１屈折面から延在する、請求項１７記載の発光装置。
前記導光部材は下部反射面を更に有し、
前記ＬＥＤ光源から放たれる光の第３部分は、前記下部反射面によって反射され、前記反射面を通って、前記導光部材から出る前に該導光部材で第３仮想イメージを形成する、請求項１７記載の発光装置。
前記ＬＥＤ光源はシングルチップＬＥＤ光源又はマルチチップＬＥＤ光源である、請求項１７記載の発光装置。
前記ＬＥＤ光源は赤色ＬＥＤ光源、緑色ＬＥＤ光源、又は青色ＬＥＤ光源である、請求項１７記載の発光装置。