JP2010517214A - 照明デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、発光素子２０と照明体３０とを有する、面を照明するための照明デバイス１０であって、発光素子２０が人工光２１、２１'を発し、ハウジング部品４０が、発光素子２０を包含し、かつ照明体３０を支持しており、照明体３０が、透明な導光性材料を含み、全体的に照明対象の面の上に横たわるように配されるものである、照明デバイス０に関する。本発明は、照明体３０が、発光素子２０から人工光２１、２１'を受光し、その人工光２１、２１'を面上に向けて方向変換するように構成された、光抽出層５０を含むことを開示する。

Description

本発明は、発光素子と照明体とを有する、面を照明するための照明デバイスであって、発光素子は人工光を発し、ハウジング部品はその発光素子を包含しかつ照明体を支持し、照明体は、透明な導光性材料を含み、かつ照明対象である面の上に全体的に横たわるような、照明デバイスに関するものである。

米国特許ＵＳ６９５１４０３Ｂ２号には、全体的に平坦な面を照明するためのデバイスが記載されている。このデバイスは、ハウジング内に包含されている、バッテリー駆動の光源を含み、このハウジングには、透明な導光性照明体が取り付けられている。このデバイスは、本その他の平坦な面の上に照明体を配した状態で配置され、その透明な照明体を介して照明された視界を提供する。照明体は、導光された光をその下の面に向けて方向変換させるため、楔形に先細にさせられた形状を有する。残念ながら、この米国特許に記載されているデバイスは、一般的に湾曲した判読領域を有する本を読むには、あまり便利ではない。湾曲した判読領域と、先細とされた照明体との相互作用により、照明されるページのイメージは歪んだイメージとなる。加えて、ページは最適な均一態様では照明されず、それにより、判読時の快適性が低下させられるか、あるいはデバイスの電力消費量を増加させなくてはならなくなる。さらに、このデバイスは、比較的厚い楔形の導光部材であり、この厚さのために重量が比較的大きくなり、このことが使い易さを低下させる。このことはまた、比較的高い機械的剛性をもたらし、湾曲した判読領域上に亘ってデバイスを湾曲させることを非常に困難にする。

したがって、本発明は、上記の欠点を除去するという目的を有する。とりわけ、本発明の１つの目的は、快適な光レベルを生成し、発せられた人工光を照明対象の面に向けるような、高効率かつ安価な照明デバイスを提供することである。

上記の目的は、発光素子と照明体とを有する、面を照明するための照明デバイスであって、発光素子が人工光を発し、ハウジング部品が、上記の発光素子を包含し、かつ上記の照明体を支持しており、上記の照明体は、その照明体の下に横たわる上記の面を照明するのに適した、透明な導光性材料を含んでおり、上記の照明体は、上記の発光素子から人工光を受光し、その人工光を上記の面上に向けて方向変換するように構成された、光抽出層を含んでいることを特徴とする照明デバイスによって達成される。面を照明するためのこの照明デバイスの有利な実施形態は、従属請求項において規定されている。

本発明は、照明体が、発光素子から人工光を受光し、その人工光を面上に向けて方向変換するように構成された、光抽出層を含む形態を開示する。

１つの好ましい実施形態では、上記の光抽出層は、上記の面により反射される人工光に対して透明とされる。加えて、光抽出層は、その光抽出層に当たる周辺光に対しても、透明とされてもよい。照明デバイスが、本のページを照明する読書用ライトとして使用される場合には、この基準は重要である。たとえば本を読むために通常の光源が使用されると、とりわけ寝室において使用された場合には、他の人の邪魔をしてしまうかもしれない。他の人の邪魔をするのを避けるため、本発明において説明されるこの照明デバイスを、読書用ライトとして用いることができる。この実施形態では、発せられた人工光が、本のページだけを照らし、周囲を照らさないことが重要である。そのため、発光素子は、照明体の側面のうちの１つに取り付けられるべきである。側面のうちの１つに注入された光は、可能な限り多くの光が、シート（たとえば本）の上に配された照明体の下面から出射するように、方向変換されなくてはならない。したがって、照明体により覆われた文面が照明され、読者により容易に視認できるように、人工光を方向変換する光抽出層は、シート面により反射される光に対して透明でなくてはならない。

１つの好ましい実施形態では、発光素子は、照明体の側面のうちの１つに配される。この照明体は、長く延在した形状を有していてもよく、主として上面または下面から光を発する。人工光は側面のうちの１つに注入されるので、光抽出層は、人工光が照明体から出射すべき表面とは反対側に配されなくてはならない。たとえば、人工光が照明体の下面から出射すべきである場合には、光抽出層は、好ましくは照明体の上面を覆うものとされる。照明体に注入されている人工光は発散を有するので、この人工光は、下面または上面または側面を介して照明体から直接出射するか、光抽出層に当たって方向変換させられ、主として照明体の下面または上面から出射するかのどちらかである。

本発明の目的を達成するため、抽出層は、面上に向けて方向変換される光の量を高める、表面構造を有していなくてはならない。これは、照明体の表面のうちの１つを覆う表面構造、または照明体自体の内部構造により実現され得る。さらに、この表面構造は、小さな複数の三角形、不等辺四辺形または平行四辺形が連なった状態に等しい、断面を有するものとされてもよい。小さな角度で表面構造に当たる光線は、照明体と周辺大気との境界から、照明体内部へ戻るように反射され、さらに照明対象である面上へと向かう。表面構造は、照明体の表面全体に亘って、均質な設計を有していてもよい。別の好ましい実施形態では、表面構造の設計は、照明体内部における主たる光伝搬軸に沿って、変化してもよい。

別の実施形態では、上記の表面構造は、複数の方向変換手段によって構築され、これら複数の方向変換手段は、連続して整列させられ、照明体の表面のうちの１つを覆うものとされる。各々の方向変換手段は、発光素子までの距離が大きくなるにつれて、断面が鋭く立ち上がる点まで下方に傾斜していくような、鋸歯様の断面を有するものであってもよい。各方向変換手段は、１０μｍと１０ｍｍとの間、好ましくは３０μｍと３ｍｍとの間、最も好ましくは１００μｍと１ｍｍとの間の幅を有し得る。照明体と、方向変換手段の下方に傾斜する側面との間の角度は、０．１°と５°との間、好ましくは０．２°と３°との間、さらに好ましくは０．２５°と２°との間とされ得る。さらに、この角度は、照明体の側面のうちの１つに配された発光素子までの距離に対して、変化してもよい。

好ましくは、発光素子は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、白熱灯または蛍光灯のうちの少なくとも１つとされる。照明デバイスの用途のタイプに応じて、１つまたは複数の発光素子を使用することができる。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、順方向に電気的にバイアスさせられた際に、非コヒーレント性の狭いスペクトル（典型的には１０−２０ｎｍのオーダー）の光を発する半導体デバイスである。発せられる光の色は、使用されている半導体材料の組成および状態に依存する。さらに、蛍光体変換型のＬＥＤを用いることもできる。その場合、蛍光体も、発せられる光の色を左右する。同様に適用可能な有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、発光層が特定の有機成分の薄膜を含んでいる、特殊なタイプのＬＥＤである。ＯＬＥＤの利点は、潜在的に低いコストおよび高い効率を有する、大面積の均質な光源であるという点である。ＯＬＥＤは、有機材料の薄膜を流れる電流を利用して、光を発生させる。発せられる光の色、および電流から光へのエネルギー変換効率は、有機薄膜材料の組成により決まる。発光素子により発せられる光の色は、コールドホワイト光（ウォームホワイト光に比べて、青色光の割合が高い白色光）であってもよいし、発光素子が複数存在する場合には、ユーザーの注意喚起またはユーザーを覚醒状態に保つ目的で、それら発光素子のうちのいくつかが、ライトブルー光または近紫外のスペクトル範囲にある光を発するものとされてもよい。

ＯＬＥＤは、キャリア層として基板材料を含み、これはガラスまたは有機材料で作られたものであってもよい。このキャリア層の上に、通常は、陽極を形成するための、透明なインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の薄層が施される。さらに、有機発光ダイオードは、少なくとも１つの、層厚約５−５００ｎｍの極めて薄い有機物質層からなる。ＯＬＥＤは通常、陰極を形成するアルミニウムの層により仕上げられ、このアルミニウム層は、約１００ｎｍの厚さ、すなわちＩＴＯ層と類似の厚さを有する。かかる厚さのアルミニウムはミラーとして作用し、発光が、透明なＩＴＯ陽極および透明な基板を介してのみ行われるようになす。透明な陰極を選択することにより、発光が陰極を介して行われるようにすることもできる。したがって、１つの好ましい実施形態では、照明体はＯＬＥＤを包含するものとされる。換言すると、この場合には、照明体が発光素子を包含することとなる。この実施形態の前提条件は、照明された面をユーザーが照明体を介して視認できるようになすため、ＯＬＥＤが透明な陽極を有するという条件である。光抽出層を用いることにより、ＯＬＥＤ内において生成されたランダムな方向を有する人工光は、面に向けて方向変換される。

１つの好ましい実施形態では、照明体は、最大３００ｃｍ^２のサイズ、好ましくは１００ｃｍ^２未満のサイズ、さらに好ましくは１０ｃｍ^２未満のサイズを有する面積を、カバーするものとされる。照明デバイスが読書用ライトとして使用される場合には、その照明デバイスは、便利に使用できるように、小型かつ軽量でなくてはならない。この目的を達成するためには、照明体および光抽出層と組み合わせて、１つのみのＬＥＤが使用されることが好ましい。快適な光レベルを実現するために、照明される面積は小さくなくてはならない。知覚に関する研究が示しているように、約１ｃｍ×５ｃｍの照明面積で、読書の目的には既に便利な面積である。その結果、好ましくは２５−２０００ルクス、さらに好ましくは５０−２５０ルクス、最も好ましくは７５ルクスより大きい照明レベルを実現するためには、５０ｍＷ未満、好ましくは１０ｍＷ未満の電力消費量を有するＬＥＤで十分となる。

好ましくは、照明デバイスは、太陽からの光子を電気に変換する太陽電池を含むものとされる。この太陽電池は、発光素子に電力供給するための電気を生成するべく、ハウジング部品上に取り付けられてもよい。蓄電のため、照明デバイスは、バッテリー、好ましくは再充電可能な蓄電バッテリーを含んでいてもよい。太陽電池を使用することにより、本発明は、日中にエネルギーを得て、夜間に暗い場所で読書をするのに使用することに適した、ソーラーパワー駆動のＬＥＤランプを開示する。さらに、太陽電池は、照明体および／または光抽出層を、少なくとも部分的に覆うものであってもよい。この実施形態のためには、照明された面から反射される光の光束を太陽電池が減衰させないように、グレッツェル・セルのような透明な太陽電池が使用されなくてはならない。

１つの好ましい実施形態では、照明体および／または光抽出層は、有機材料および／またはポリマーを含むものとされ、好ましくは、照明体および／または光抽出層は、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）のうちの１つの材料を含むものとされる。照明体にポリマープレートを使用することは、有利であることが分かっている。上記で挙げた材料は、発光素子により注入された光束に対し、小さな減衰率を有する。そのため、薄い照明体を用いることができ、その結果、軽量な照明デバイスが得られる。そのようにして実現される低減された機械的剛性の結果、湾曲した判読領域に亘って、デバイスを湾曲させることが可能となる。さらに、ポリマー製の照明体に、発光材料をドーピングすることも可能である。それらの発光材料は、一方では光の散乱性を高め、もう一方では光の波長をシフトさせ得る。適当な発光材料を用いることにより、安価かつ高効率の青色ＬＥＤの光を、部分的に黄色の光に変換し、結果として、便利な判読に適した白色光を得ることも可能である。吸収／再発光と追加の散乱との組合せにより、発光材料は、面に向けて方向付けられる光の量を増大させる。

照明体および／または光抽出層を周辺環境の影響から保護するため、別の好ましい実施形態は、保護層を開示する。この保護層は、光抽出層と同様に、照明体の全体または一部のみを覆うものであってもよい。さらに、この保護層は、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２またはＳｉＮ_ｘを含んでいてもよい。これらの材料は、引掻きに強く、湿度のような周辺環境の影響を受けないことが知られている。この点は特に重要である。なぜならば、いくつかのポリマーは加水分解を受けるので、保護層のない照明デバイスは、周辺環境の影響により劣化しかねないためである。

発光素子が、側面全体をカバーする光源ではなく、ＬＥＤのような点状光源である場合には、発光素子の直接の周辺位置に、暗い領域が生じ得る。これらの領域は、発光素子が、円錐形状の人工光を照明体内に発するために生じるものである。散乱は生じるが、この光円錐の境界をなす領域は、完全には照明されない。この問題を解決する１つの方法は、発光素子を、照明体の側面の中心ではなく、側面の角に配置する方法である。上記の効果をさらに減ずるため、側面を斜めにし、発光素子が配置される切欠きを構築してもよい。斜めの切欠きが、３０°から６０°の間の角度、好ましくは４０°から５０°の間の角度を有していると、最良の結果が得られる。さらに、均等な照射パターンを実現するため、照明体の残りの角を丸めてもよい。照明デバイスの光出力を高めるために、照明体の縁が、散乱層またはミラーといったような反射性媒体によって覆われていることが好ましい。

別の好ましい実施形態では、照明デバイスは、モジュール方式の設計を有するものとされる。したがって、たとえば照明体を取り外したり、かつ／またはハウジング部品内に配されたヒンジ周りに折り曲げたりすることが可能とされる。別の実施形態では、取外しおよび／または折曲げ後の照明体は、ハウジング部品内に内包されてもよい。したがって、使用されていない間、照明デバイスの一部を保護することができる。

別の実施形態では、照明体の下面に対してほぼ平行に伝搬する光に作用するため、照明体は、発光材料をさらに含むものとされる。発光材料は、この光の特定の部分を吸収し、吸収した光のほとんどすべてを、入射方向と比べて異なる方向に再発射する。その結果、照明体の下面から発せられる光がより多くなり、照明体の側面から出射する光がより少なくなる。

別の実施形態では、上記の発光材料は、少なくとも１つの空洞内に配され、その少なくとも１つの空洞は、好ましくは照明体の下面近くに配される。ここで、方向変換手段により再び方向付けられる光は、わずかな割合しか影響を受けず、一方、照明体の下面に対してほぼ平行に伝搬する光は、多くの割合が吸収され再出射される。より好ましい実施形態では、空洞は、再発射された光を、照明体の下面の方向に向けて反射するため、光抽出層の方向に配された反射層をさらに含むものとされる。

読書用ランプとして使用される照明デバイスは、照明対象の面から特定の距離をおいて配されてもよいし、照明デバイスが、全体的に照明対象の面の上に横たわるように配されてもよい。

照明デバイスを、テーブルランプ様のデバイス、またはトーチ様のデバイスに変更するため、本発明は、ある光学素子を開示する。この光学素子は、面に到達しないかつ／または面の方向に方向付けられない人工光の部分を利用する。そのため、この光学素子は、照明体から出射する人工光の少なくとも一部を、受光し、方向付けるように構成される。この目的を達成するため、この光学素子は、１つまたは複数のレンズおよび／またはミラーから形成されたものであってもよい、光学系とされる。照明体の外表面のうちの１つから照明体を出射する人工光は、拡散した分布を有するかもしれない。光学素子は、合焦しないビーム、合焦ビーム、デフォーカスビームおよび／または平行ビームを実現するように、人工光の光束を反射および／または再整形することができる。この光学素子の助けにより、本願で開示する照明デバイスは、読書用ライトとしてのみではなく、好ましくは強すぎない平行光スポットで本を照明するのを可能とする光学素子としての、反射器部品を有するテーブルランプ様デバイスとして、または、好ましくは平行光スポットすなわち平行光ビームを提供する光学素子としての、集光部品を有するトーチ様デバイスとして、使用することができる。

光学素子の用途のタイプに応じて、この光学素子は、照明体の異なる外表面に配することができる。好ましくは、この光学素子は、照明体の長手方向の側面に配されて、この長手方向の側面から出射する人工光を再整形できるようにされる。照明体の下面から出射する人工光は、照明体に対して小さな偏向角度しか有さないかもしれないので、光学素子が、この光成分も収集および再整形することも可能である。したがって、この光学素子は、照明体の高さよりも大きなサイズを有していてもよい。

別の好ましい実施形態では、上記の光学素子は、照明体に対しリバーシブルに取付可能とされる。この形態は、ユーザーが、２つの異なる目的のために照明デバイスを使用することを可能とする。一方では、照明デバイスは、本のページを照明するための読書用ライトまたはテーブルランプとして使用することができる。もう一方では、光学素子を照明デバイスに取り付けて、周囲の任意のスポットを照明することができるトーチ様のデバイスを実現することができる。好ましくは、光学素子はクリップ手段を含むものとされ、そのクリップ手段は、光学素子を照明体に取り付けるため、照明体の第２のクリップ手段と協働するものとされる。かかる２つのクリップ手段を用いることにより、光学素子を、照明体に容易に取り付けることが可能となる。ユーザーは、道具または他の部品を必要とせずに、光学素子の取付けおよび／または取外しを行うことができる。

別の実施形態では、光学素子は、可変レンズ部品を含むものとされる。この可変レンズ部品の助けにより、人工光の少なくとも一部の受光および方向付けを調整することが可能となる。そのため、人工光の光束を、異なる複数の態様で整形することが可能となる。必要であれば、集光光スポットを実現することも可能であるし、より大きな領域を照明するために光束を平行に配置することも可能である。好ましくは、可変レンズ部品は、ＬＣ（液晶）構造により形成される。

別の実施形態では、上記の光学素子は、照明体に可動状態で取り付けられた反射器部品であって、照明体から出射する人工光の調整可能な一部を、対象物に向けて方向付けるのに適した反射器部品とされる。可動状態の取付部材は、ヒンジ、継手、湾曲可能なピンもしくはクリップ、または照明体と反射器部品との間ならびに／もしくはクリップ手段と反射器部品との間に配された、当業者に知られた任意の他の取付部材とされ得る。

１つの好ましい実施形態では、反射器部品は、光抽出層を覆うミラー部品をさらに含むものとされる。この形態では、照明対象物に面した側とは反対側の光抽出層の表面から照明体を出射する光も、対象物に向けて、または対象物を照明する光の輝度を高める反射器部品に向けて、方向付けられる。ミラー部品は、ハウジング部品上、照明体、または反射器部品上に配され得る。ミラー部品は、反射器部品またはハウジング部品にリバーシブルに取付可能とされてもよいし、反射器部品と共に照明デバイスにリバーシブルに取付可能な反射器部品の一部とされてもよい。ミラー部品は、光抽出層に対向する少なくとも１つの反射表面が、光を照明体に戻すように反射するような、多かれ少なかれ平坦な形状のものとされてもよい。ミラー部品は、照明体から特定の距離を置いて配されてもよいし、照明体の上面に直接接するように配されてもよい。

１つの変更実施形態では、照明デバイスは、光学素子が集光部品とされたトーチ様のデバイスとされる。人工光の光束の再整形は、表面形状を有する集光部品によって実現することができる。この表面形状は、集光部品の大きな部分に亘るものとされてもよく、とりわけ、集光部品の、照明体と直接接触していない部分をカバーするものとされてもよい。したがって、照明体の長手方向の側面から出射する人工光は、集光部品内に直接入射することができる。人工光が減衰されることなく導光されるように、集光部品は、導光性材料を含んでいてもよい。集光部品の導光性材料は、照明体に使用される材料と同一であってもよい。

上記の表面形状は、人工光を集光させることもできるし、平行光に整形することもできる。この目的を達成するため、表面形状は、集光部品の中心からの距離が大きくなるにつれて下方に傾斜していくような、鋸歯様の断面を有するものとされてもよい。この表面形状の各要素は、１０μｍと１０ｍｍとの間、好ましくは３０μｍと３ｍｍとの間、最も好ましくは１００μｍと１ｍｍとの間の幅を有し得る。集光部品と、表面形状の下方に傾斜する側面との間の形状角度は、０．１°と５°との間、好ましくは０．２°と３°との間、さらに好ましくは０．２５°と２°との間とされ得る。さらに、この表面形状は、フレネル型のレンズを形成するように構成されてもよい。

別の好ましい実施形態では、発光素子は、最小限の電力における第１のモード（たとえば読書用ライトのモード）と、より高い電力における第２のモード（たとえばテーブルランプ様デバイスまたはトーチ様デバイスのモード）とで、その発光素子を動作させるのに適した切換手段を含むものとされる。適当な切換手段は当業者に知られており、たとえば電気的スイッチまたはＩＣを用いることができる。

上記で述べた照明デバイス、および特許請求の範囲に記載された構成部品ならびに説明する実施形態において本発明に従って用いられる構成部品は、サイズ、形状、材料選択に関して、何ら特別な例外を有するものではない。選択基準のような技術的概念は、関連技術分野においては知られており、限定を受けずに適用され得る。本発明の対象のさらなる詳細、特徴および利点は、従属請求項、および単なる例として本発明に係る照明デバイスの複数の好ましい実施形態を示している各図面の以下の説明において、開示される。

本発明に係る照明デバイスの第１の実施形態を示した図 ハウジング部品と照明体とを含む図１の照明デバイスを、別の視点から見た図 照明体の斜視図 図３の照明体の断面図 照明体の第２の実施形態を示した側面図 図５の照明体の上面図 本発明に係る照明デバイスの別の実施形態を示した図 照明デバイスの別の実施形態を示した図 照明体が丸い角を有する、照明デバイスの別の実施形態を示した図 発光材料を包含する空洞を伴う照明体を示した図 反射器部品とミラー部品とを伴う照明体を示した図 取り付けられている調整可能な反射器部品が２つの異なる位置を有する、テーブルランプ様のデバイスとしての照明デバイスを示した図 図１１および１２の反射器部品の、種々の形状を示した図 集光部品を有するトーチ様のデバイスとしての照明デバイスを示した斜視図 照明体に光学素子（ここでは集光部品）を取り付ける様子を示した側面図

図１には、面を照明するための照明デバイス１０が図示されている。照明デバイス１０は、発光素子２０と、照明体３０とを含んでいる。発光素子２０は、照明体３０を支持するハウジング部品４０の下に配されている。図示されている実施形態では、照明デバイス１０は読書用ライトであり、照明体３０の下に横たわる概ね平坦な面、たとえば本のページ等を照明するのに用いられる。他の人の邪魔をする可能性を減らすため、照明されている面を超える人工光２１の照射は、最小限に抑えられなくてはならない。この目的を達成するため、照明体３０は光抽出層５０を含んでおり、この光抽出層５０は、発光素子２０から人工光２１を受光して、照明対象の面上に向かって方向変換させるように構成されている。

発光素子２０はＬＥＤであり、人工光２１を、照明体３０に注入する。発光素子２０は支持部品４０に接続されており、この支持部品４０はプリント回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。かかるプリント回路基板は、非導電性の基板上にラミネートされた銅製シートからエッチング形成された導電路を用いて、電子部品を電気的に接続し、かつ機械的に支持するために用いられる。かかる構造は、コストが低くかつ信頼性の高い構造として知られている。さらに、ＬＥＤは、ＰＣＢの助けを借りて、電子部品に直接接続され得る。ハウジング部品４０の、発光素子２０と反対側の面には、ドライバ６２およびバッテリー６１が取り付けられている。バッテリー６１は、好ましくは再充電可能なものとされ、必要な電流を発光素子２０に供給する。ドライバ６２は、電流増幅回路、および所望の波形を出力する波形生成制御回路を含んでいてもよい。また、波形の振幅、周波数およびデューティー比も、波形生成制御回路により調整される。

電力を得るのが困難または高コストであるような地球上の地域において照明デバイス１０を使用するため、ハウジング部品４０上に、太陽電池６０が組み込まれてもよい。太陽電池６０は、太陽光からの光子を、再充電可能なバッテリー６１に貯蔵される電力に変換する。そのため、日中に照明デバイス１０が太陽光に曝されれば、暗い場所で照明デバイス１０を使用することができる。太陽電池６０を利用しているにもかかわらず長時間に亘って面を照明することができるような照明デバイス１０を得るには、電力消費量の低い発光素子２０が必要とされる。ＬＥＤは、低い電力消費量で十分な光レベルを実現するので、適切な発光素子であることが分かっている。

前述のように、本発明の目的は、面（図示の実施形態では照明体３０の下に配されている面）の均一な照明である。照明体３０の側面３６に配された単一の発光素子２０から人工光２１が注入されると、この人工光２１は、矢印２１'で示すように下面３５を介して照明体３０から出射するように、方向変換されなくてはならない。この目的を達成するために、光抽出層５０が、照明体３０の上面に設けられている。図示の実施形態では、光抽出層５０および照明体３０は一体であり、同一の材料から作られている。

図２には、照明デバイス１０を上から見た図が示されている。照明デバイス１０により照明される面は、図の紙面内にある。１０ｍＷ未満の電力消費量を有するＬＥＤを用いても、照明レベルは少なくとも２５ルクスに到達すべきである。したがって、照明体３０のサイズが限られているのは適切である。照明体３０は、好ましくは３０ｍｍと１５０ｍｍとの間の長さ３２を有し、さらに好ましくは５０ｍｍと１００ｍｍとの間の長さ３２を有する。加えて、１つのＬＥＤのみを用いた照明の場合、照明体３０は、好ましくは５ｍｍと４０ｍｍとの間の幅３３を有し、さらに好ましくは１０ｍｍと２０ｍｍとの間の幅３３を有するべきである。この照明体３０の長さ３２および幅３３は、最大で１００ｃｍ^２、より好ましくは５０ｃｍ^２未満、最も好ましくは１０ｃｍ^２未満のサイズをもたらすであろう。加えて、照明体３０の高さは、４０ｍｍを超えるべきではなく、さらに好ましくは１０ｍｍを超えるべきではなく、最も好ましくは５ｍｍを超えるべきではない。照明体３０の最小高さは、使用されるＬＥＤの寸法によって決まる。照明体３０に人工光２１を注入するのに１つより多くのＬＥＤを使用する形態も、本発明の一部であることは明らかである。

面上に向けて方向変換されずに周囲に散乱される人工光２１の量を減らすため、本発明は、光抽出層５０を開示する。この光抽出層５０の構成が、照明体３０のみを図示した図３および４に示されている。人工光２１は、左側から照明体３０内に注入される。照明体３０の下に配された面に向けて人工光２１を方向変換するため、光抽出層５０は、表面構造を有している。この表面構造は、連続的に配された複数の方向変換手段５１を含んでいる。図４には、照明体３０の断面拡大図が示されている。人工光２１は、左側から照明体３０に入射する。各方向変換手段５１は、照明体３０から急角度で立ち上がる縁５３を有する、鋸歯様の断面を有する。これに続き、方向変換手段５１は、発光素子２０までの距離が大きくなるにつれて下方に傾斜していく面５２を有する。こうして、三角形状を有する鋸歯様の構造が構築される。面５２は、照明体３０の長手延在方向に対して測定される角度として、角度５４を有する。人工光２１の波長、および照明体３０に使用されている材料の屈折率に応じて、角度５４は、０．１°から５°の間の角度、好ましくは０．２５°と２°との間の角度とされるべきである。周辺大気の屈折率は、照明体３０の材料の屈折率と異なるので、内部全反射が生じる。こうして、大気と照明体３０／光抽出層５０との界面に突き当たる人工光２１が、反射され、主として下面３５を介して照明体３０から出射するようになすことができる。方向変換手段５１は、図示されている鋸歯様の構造のほか、複数の異なる断面を有し得る。重要なのは、ミラー様の方向変換領域が確立されるように、面５２が、発光素子２０に対して角度５４で配されるという点のみである。

図５および６には、照明デバイス１０の別の実施形態が示されている。この照明デバイス１０は、ハウジング部品４０内に配された、再充電可能なコイン型バッテリー６１を有している。照明デバイス１０をオン状態およびオフ状態に切り換えるため、ハウジング部品４０の一端にスイッチ６５が取り付けられている。この実施形態は、コイン型電池を用いることにより、照明デバイス１０全体の厚さが薄くされるという利点を有する。したがって、スイッチ６５を押して、便利な態様で照明デバイス１０をアクティブ化することが可能である。この照明デバイス１０に対して、太陽電池６０は薄片状の構造であるので、全体の高さにはわずかしか寄与しない。上記で述べた実施形態と同様に、光抽出層５０と照明体３０とは一体であり、ポリマー製の導光プレートといったような有機材料で構築されている。最後に挙げたプレートは透明であり、可視波長領域中の光に対しては、低い減衰率を有する。さらに、ポリマープレートから作られた照明体３０には、簡単に発光材料をドーピングすることができる。これらの発光材料は、人工光２１を吸収し、異なる波長で再発射することができる。さらに、この発光材料は、発光素子２０により発せられた人工光２１の散乱に寄与することができる。この散乱は、照明対象の面上に向けて方向変換される、追加の光成分をもたらす。

図７には、照明デバイス１０の別の実施形態が示されている。上記で説明した照明デバイス１０と異なり、スイッチ６５が、ハウジング部品４０の側面の１つに配されている。この配置は、照明デバイス１０の使用の利便性を高める。さらに、照明体３０の上に、太陽電池６０が配置されている。照明体３０により覆われた文面を見るため、照明体３０および光抽出層５０は、面により反射される人工光２１に対して透明でなくてはならない。この特性を得るためには、光抽出層５０を覆う太陽電池６０も、人工光２１に対して透明でなくてはならない。グレッツェル・セルのような光電気化学電池を用いることにより、透明な太陽電池６０を確立することができる。この実施形態は、ハウジング部品４０のサイズを、大幅に減らすことができるという利点を有する。太陽電池６０が照明体３０をカバーしており、残りの部品（たとえばバッテリー６１、発光素子２０）は太陽電池６０に比べてサイズが小さいので、大きなハウジング部品４０は必要ない。さらに、照明デバイス１０は、湿度等の周辺環境の影響からその照明デバイス１０を保護する、カバー部品７０を有するものとされている。カバー部品７０は、ハウジング部品４０および／または照明体３０の一部を被覆する、ゴムで作られたものであってもよい。

図８には、照明デバイス１０の別の実施形態が示されている。上記で述べた実施形態と異なり、ハウジング部品４０は、長方形状の照明体３０の長い方の側面３６のうちの１つに配されている。発光素子２０は、照明体３０の小さい方の側面３６'のうちの１つに配されている。照明デバイス１０は、上記で既に述べたような太陽電池６０およびスイッチ６５を備えている。発光素子２０が照明体３０の小さい方の側面３６'のうちの１つに配されていること、および発光素子２０により発せられる光の発散度合いが限られていることに起因して、人工光２１は、暗い領域２２を残した円錐状の分布を有するものとなる。人工光２１のうちほんのわずかな量のみが、照明体３０内部における散乱に起因して、この暗い領域２２に到達する。この邪魔な暗い領域２２を減らすため、発光素子２０は、図９に示すように、照明体３０の角のうちの１つ３１に取り付けられてもよい。この実施形態では、照明体３０の角３１に、３０°から６０°の角度で切欠きが形成されている。加えて、より均一な照明パターンを付与するため、残りの角３１'は丸められている。図から見て取れるように、人工光２１により照明体３０内部に生じる暗い領域２２は、一切なくなる。一方、照明体３０の極めて均一な照明が形成され、ユーザーは、照明体３０でカバーされた文面を利便性よく読むことが可能となる。

照明体３０は、その照明体３０の下面３５に対してほぼ平行に伝搬する光２１を吸収して、この光を入射方向と異なる方向に再出射するため、発光材料３７を含んでいてもよい。発光材料が光を等方的に発するものであれば、この条件はほとんど常に満たされる。異方性の放射を有する発光粒子を用いる場合には、再出射する光の角度分布を、下面３５に向けてさらに整列させてもよい。発光材料３７は、照明体３０内に均等に分散させられてもよいし、かつ／または図１０に示すように空洞３８の中に配されてもよい。これらの空洞はいかなる形状であってもよく、図１０に示した側面図の長方形状の形状は、可能な例の１つにすぎない。発光材料は、少なくとも１つまたは複数の発光素子２０により発せられる光のスペクトル範囲内において、強い吸収性を有する材料とされるべきである。発光材料３７の可能性のある例としては、ＢＡＳＦ社製の有機ルモゲン（ｌｕｍｏｇｅｎ）、またはＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅもしくは（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕといった無機材料が挙げられる。材料３７は、照明体３０に容易に溶け込ませることのできる有機材料であることが好ましい。可視スペクトル全体に含まれる波長で発光材料が光を再出射することを可能とするため、発光素子の少なくともいくつかは、青色および／または近紫外光を発するものとされてもよい。均一な白色光を得るため、発光材料の量は、発光素子までの距離および照明体の形状の関数として、慎重に調整されなくてはならない。発光材料を利用して、照明体３０を出射する光２１の色として、いかなる所望の色を得ることもできる。ユーザーの注意をより喚起し、ユーザーをより良好に覚醒状態に保つため、コールドブルー色の光２１を発するべく、材料３７の量および光学特性を調整することが好ましい。冷光が直接ユーザーに到達するのを防止するため、空洞３８の光抽出層５０に対向した面を、反射層３９で覆ってもよい。照明対象の面から反射される光を著しく妨害しないよう、空洞３８の大きさは、ユーザーに視認されない程度に十分小さくなくてはならない。

反射器部品９０'とミラー部品９４とを伴う照明体３０が、図１１に図示されている。テーブルランプ様のデバイスとして照明デバイスを動作させるためには、反射器部品９０'は不可欠である。ミラー部品９４は、対象物を照明するために反射器部品９０'から反射される光２１'の輝度を高めるため、照明デバイス１０に追加され得る。反射器部品は、照明体３０の下面３５を介して照明体３０から出射する光２１の少なくとも一部を、光２１'で照明されるべき対象物に向けて反射する。反射光２１'の量は、照明体３０ならびに反射器部品９０'の幾何学特性、および下面３５に対する反射器部品９０'の反射面の角度位置に依存する。光２１'の輝度を高めるため、ミラー部品９４が、光抽出層５０の上に配されてもよい。照明体３０内を伝搬する光の一部は、光抽出層５０の表面を介して、照明体３０から出射する。本例のミラー部品９４がない場合、この光は、反射器部品９０'により反射されない。本例のミラー部品９４は、この光２１を、照明体３０内に戻し、下面３５を介して照明体３０から出射させるように反射する。ミラー部品は、照明体から所定距離だけ離間されて配されてもよい。しかしながら、コンパクトなデバイスを提供するため、この距離は小さな距離とされるべきである。あるいは、ミラー部品９４は、光抽出層５０に直接接するように配されてもよい。１つの好ましい実施形態では、ミラー部品９４は、光抽出層５０の上面に適合するように、光抽出層５０の表面構造５１、５２、５３に適合させられた表面構造を呈するものとされる。

読書用ランプおよびニーズによってテーブルランプ様のデバイスとして照明デバイスを動作させられるようにするためには、ミラー部品９４は、リバーシブルな態様で、照明体３０、ハウジング４０および／または反射器部品９０'に取り付けられるべきである。ミラー部品９４のリバーシブル態様の取付けは、（光学素子の取付けに関して）図１５に示すクリップ手段９２、９３のような機械的手段、もしくはその他の機械的解決策により実現されてもよいし、ミラー部品９４の接着性表面を通じて実現されてもよい。当業者であれば、これらに代わる取付手段も考えるであろう。

図１２は、反射器部品９０'につき２つの異なる位置を有する、テーブルランプ様のデバイスとしての照明デバイス１０を示している。ニーズによって読書用ランプおよびテーブルランプ様のデバイスとして照明デバイス１０を使用するためには、ハウジング４０の形状は、図１２に示したような垂直配置で照明デバイス１０を安定して配置させるのに適した形状とされるべきである。この配置は、ハウジング４０の台座部分のサイズを十分大きくすること、および／または、照明体３０、反射器部品９０'、ならびにオプションとしてミラー部品９４といった付属部品と比較して、ハウジングの重量を十分重くすることにより実現され得る。光２１'により照明される領域を調整するため、反射器部品９０'は、たとえば反射器部品９０'と照明体３０との間の角度を所望の値に調整できるよう両部品の間に取り付けられたヒンジ等の手段により、調整可能な態様で照明デバイス１０に取り付けられる。当業者であれば、反射器部品９０'と照明デバイス１０（好ましくは照明体３０）との間で調整可能な角度を可能とする、他の調整可能な取付態様も考えるであろう。下面３５と反射器部品９０'の表面との間の角度は、０と３６０°との間で変化してもよく、好ましくは０と１８０°との間、さらに好ましくは９０°と１８０°との間で変化してもよい。

別の実施形態では、照明体から出射する人工光２１、２１'の少なくとも一部を受光し、その光を別の方向に向けて方向変換するように構成された反射器部品９０'の反射面が、照明体３０の下面３５に直接接するように配置されてもよい。この構成では、光２１は、下面３５とは反対側の光抽出層５０の表面を介して照明体３０から出射するよう、光抽出層５０に向けて反射される。この場合（ミラー部品９４がなければ）、照明デバイス１０は、反射器部品９０'の反射面により覆われていない下面３５を介して照明体３０から出射する光２１によって、対象物を照明する読書用ランプとして、かつ、反射器部品９０'の反射面により覆われている下面３５と反対側の面を介して照明体３０から出射する光２１によって、他の照明目的（たとえば室内照明）を担う光源として、同時に動作する。

１つの変更実施形態では、上記で述べたのと同様の機能が、下面３５の一部に固定して配されたミラーであって、透明モードと反射モードとの間で切換可能なミラーを用いて実現され得る。かかる切換可能なミラーは、たとえば、電気的に切換可能な液晶層とされる。何らかの発光素子２０により発せられる青色および／またはＵＶ光により、ルミネッセント紙が照射を受ける場合には、光抽出層の表面を介して発せられる光のエフェクトは、書込目的のためにさらに高められてもよい。

図１３は、ミクロ構造が付与された、または湾曲させられた、またはセグメント化された反射器部品９０'といったような、反射器部品９０'の複数の異なる可能な形状の例を示している。（ここには図示していないが、）平面形状もまた可能である。

図１４には、集光部品９０の効果が図示されている。人工光２１が、左側から照明体３０に入光している。人工光２１の一部は、光抽出層５０を通り、照明体３０の上面から出射する。人工光２１の別の一部は、縁において光抽出層５０により方向変換させられ、小さな角度をもって、照明体３０の下面３５から出射する。人工光２１の第３の部分は、照明体３０の側面３６から出射する。したがって、人工光２１の最後に述べた部分と、集光部品９０のサイズによっては最後より１つ前に述べた部分のうちのわずかな部分とが、集光部品９０に入光する。集光部品９０は導光性材料を含んでいるので、人工光２１は減衰されない。集光部品９０の外表面は、集められた人工光２１を受光し方向変換するための、表面形状９１を含んでいる。表面形状９１は、集光部品９０から出射する人工光２１'の光束の形状を、集光光束または（図示されているような）平行光束に整形する機能を有する。したがって、照明デバイス１０は、トーチとして使用され得る。

照明デバイス１０をトーチとして使用する可能性を実現するための、集光部品９０を開示する。図１５には、照明体３０の長手方向の側面３６に接続される、集光部品９０の断面図が図示されている。照明体３０に注入され、光抽出層５０によっては全くあるいはわずかしか方向変換されない人工光２１は、意図したように面１０１を照明することなく、照明体３０から出射するかもしれない。人工光２１のこの部分を利用するために、集光部品９０は、人工光２１の少なくとも一部を受光し方向付けるように構成された、導光性材料を含んでいる。したがって、集光部品９０は、図示の例では鋸歯様の構造を有する、表面形状９１を含むものとされている。この表面形状９１は、集光部品９０から出射する人工光を集光させるために、フレネル型のレンズを形成してもよい。さらに、集光部品９０はクリップ手段９２を含んでいてもよく、このクリップ手段９２は、照明体３０の第２のクリップ手段９３と協働する。クリップ手段９２と第２のクリップ手段９３との接続によって、集光部品９０は、照明体３０に対してリバーシブルに取付可能とされている。

１０ 照明デバイス
２０ 発光素子
２１、２１' 人工光
２２ 暗い領域
３０ 照明体
３１、３１' 照明体３０の角
３２ 照明体３０の長さ
３３ 照明体３０の幅
３５ 照明体３０の下面
３６、３６' 照明体３０の側面
３７ 発光材料
３８ 空洞
３９ 反射層
４０ ハウジング部品
５０ 光抽出層
５１ 方向変換手段
５２ 方向変換手段５１の面
５３ 方向変換手段５１の縁
５４ 角度
６０ 太陽電池
６１ バッテリー
６２ ドライバ
６５ スイッチ
７０ カバー部品
９０ 集光部品
９０' 反射器部品
９１ 表面形状
９２ クリップ手段
９３ 第２のクリップ手段
９４ ミラー部品

Claims (19)

1. 発光素子と照明体とを有する、面を照明するための照明デバイスであって、
   前記発光素子が人工光を発し、
   ハウジング部品が、前記発光素子を包含し、かつ前記照明体を支持しており、
   前記照明体は、該照明体の下に横たわる前記面を照明するのに適した、透明な導光性材料を含んでおり、
   前記照明体は、前記発光素子から前記人工光を受光し、該人工光を前記面上に向けて方向変換するように構成された、光抽出層を含んでいることを特徴とする照明デバイス。
2. 前記光抽出層が、前記面により反射される前記人工光に対して透明であり、かつ、該光抽出層に当たる周辺光に対しても透明であることを特徴とする請求項１記載の照明デバイス。
3. 前記光抽出層が、前記照明体の表面のうちの１つを覆っており、かつ、好ましくは前記照明体と前記光抽出層とが１つの部品とされていることを特徴とする請求項１または２記載の照明デバイス。
4. 前記光抽出層が、鋸歯様の表面構造であることが好ましい表面構造を有しており、該鋸歯様の表面構造は、０．１°から５°の間の角度、好ましくは０．２°から３°の間の角度、さらに好ましくは０．２５°から２°の間の角度を有することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の照明デバイス。
5. ＬＥＤまたはＯＬＥＤである１つまたは複数の発光素子を含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の照明デバイス。
6. 好ましくは前記光抽出層の少なくとも一部を覆うものである太陽電池、および／または、好ましくは再充電可能な蓄電バッテリーもしくはスーパーキャパシタであるバッテリーを含むことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の照明デバイス。
7. 前記照明体および／または前記光抽出層がポリマーを含み、好ましくは、前記照明体および／または前記光抽出層が、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートまたはポリカーボネートのうちの１つの材料を含み、さらに好ましくは、前記照明体および／または前記光抽出層が、発光材料によりドーピングされていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の照明デバイス。
8. 前記照明体および／または前記光抽出層が保護層により覆われており、該保護層が、好ましくはＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２またはＳｉＮ_ｘを含んでいることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の照明デバイス。
9. 前記発光素子が、前記照明体の角に配されており、好ましくは、該角に、３０°から６０°の間の角度、好ましくは４０°から５０°の間の角度で切欠きが形成されていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の照明デバイス。
10. 前記照明体がさらに、発光材料を含んでいることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の照明デバイス。
11. 前記発光材料が、少なくとも１つの空洞内に配されており、該少なくとも１つの空洞が、好ましくは前記照明体の下面の近くに配されていることを特徴とする請求項１０記載の照明デバイス。
12. 当該照明デバイスが、光学素子、好ましくは集光部品または反射器部品を含んでおり、該光学素子が、前記照明体から出射する前記人工光の少なくとも一部を、受光し、方向付けるように構成されていることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項記載の照明デバイス。
13. 前記光学素子が、前記照明体の長手方向の側面に配されていることを特徴とする請求項１２記載の照明デバイス。
14. 前記光学素子が、前記照明体に対しリバーシブルに取付可能とされており、好ましくは、前記光学素子がクリップ手段を含み、該クリップ手段が、前記光学素子を前記照明体に取り付けるため、前記照明体の第２のクリップ手段と協働していることを特徴とする請求項１２または１３記載の照明デバイス。
15. 前記光学素子が可変レンズ部品を含んでおり、好ましくは、該可変レンズ部品が、液晶構造により形成されていることを特徴とする請求項１２から１４いずれか１項記載の照明デバイス。
16. 前記光学素子が、前記照明体に可動状態で取り付けられた反射器部品であって、前記照明体から出射する前記人工光の調整可能な一部を、対象物に向けて方向付けるのに適した反射器部品であることを特徴とする請求項１２から１５いずれか１項記載の照明デバイス。
17. 前記反射器部品が、前記光抽出層を覆うミラー部品をさらに含んでいることを特徴とする請求項１６記載の照明デバイス。
18. 前記光学素子が、表面形状を有する集光部品であって、該表面形状が好ましくは鋸歯様の表面形状であり、該鋸歯様の表面形状が、０．１°と５°との間の形状角度、好ましくは０．２°と３°との間の形状角度、さらに好ましくは０．２５°と２°との間の形状角度を有しており、さらに好ましくは、前記表面形状が、フレネル型のレンズを形成していることを特徴とする請求項１２から１５いずれか１項記載の照明デバイス。
19. 最小限の電力における第１のモードと、より高い電力における第２のモードとで前記発光素子を動作させるのに適した、切換手段を含んでいることを特徴とする請求項１から１８いずれか１項記載の照明デバイス。

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