JP2012511793A - ファイバ拡散要素を備えている照明システム - Google Patents

Abstract

本発明は、発光体１０と複数の突出ファイバが取り付けられている支持体１３とを有する発光装置に関する。発光体１０及び突出ファイバ１１は、前記光が拡散することができるように、発光体１０から発される光と相互に作用するように配されている。前記複数の突出ファイバは、支持体１３に対して傾斜されている又は垂直であるファイバ１１を有している。

Description

本発明は、発光装置の分野に関し、より詳細には、（複数の）拡散要素の材料特性の改善に関する。

低解像度（即ちＬＥＤが離間されており前記個々のＬＥＤのスポットが容易に区別されることができる）の発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置は、例えば、衣類のようなテキスタイルに関連したピクチャ、テキスト及びグラフィックスのような、多くの異なる用途において使用されることができる。

しかしながら、個々のＬＥＤが可視的であるという事実は、ピクチャ、テキスト又はグラフィックスの閲覧を妨げ得る。従って、この問題に対する解決策は、前記ＬＥＤ上に拡散層を付加して光を前記広い領域に広げることである。この拡散性層は、織物（woven）又は不織（non-woven）材料、可撓性発泡体、又はこれらの何らかの組み合わせのような、異なる材料から作られることができる。

このことの例は、米国特許第２００８／０２０５０３５Ａ１号から分かる。ここで、ＬＥＤは、前記照明ユニットに面している側において低い密度を持つと共に前記照明ユニットに対向する側において高い密度を持つ不織布の層を有する拡散層の下に配されている。この低い密度の層は、前記光ユニットからの光円錐が、前記拡散性要素の密な部分に遭遇する前に広がるための間隔を提供している。

本発明の目的は、現在知られている解決策よりも柔軟で薄い発光装置を提供することにある。

この目的は、発光体と、支持体と、前記支持体に取り付けられている複数の突出ファイバであって、前記発光体から発される光と相互作用するように配されている複数の突出ファイバとを有する発光装置であって、前記複数の突出ファイバの各ファイバは、前記支持体に対して１０度乃至１７０度の範囲の角度において突出している、発光装置を提供することによって、満たされる。前記ファイバは、より薄くより可撓性を有する解決策を提供する。更に多くの発光体が、設けられることもできる。前記発光体は、発光ダイオードであっても良い。光と前記突出ファイバとの間の相互作用は、光の反射を有していても良く、又は前記光は前記ファイバを通過し得る。例えば、前記支持体が、前記ファイバが前記表面から突出しているような仕方で織られている場合、前記ファイバは前記支持体の一部であっても良い。前記突出ファイバは、三次元散乱構造を作り、前記光は、空隙内で又は前記ファイバによって散乱される及び／又は陰をつけられる。前記ファイバが、前記ファイバと前記支持体との間に取り付けられる角度は、０度よりも大きく、かつ、１８０度未満の角度であり、好ましくは、５度と１７５度との間にあり、最も好ましくは、１０度と１７０度との間にある。前記ファイバの全てが、前記支持体に対して同じ角度を有さなければならないというわけではなく、これらは、前記支持体に平行ではない。前記ファイバは、前記ファイバが１つ以上の前記発光体を包囲するような仕方において配されることができる。この構造は、等価な厚い構造と同じ結果を達成するために、全体的に薄い拡散構造が作製されるのを可能にする。この薄い光学構造によって、全体的なシステムは、より可撓性であるように設計されることもできる。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバの各ファイバは、前記支持体にほぼ垂直に突出している。このことは、前記突出しているファイバが少なくとも１つの方向から発される光と相互作用しないことを意味しており、前記少なくとも１つの方向から発される光は、前記発光体の上部から発される光であっても良く、これは、異なる光効果を生成する。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバは、実質的に透明であり、このことは、前記発せられた光の９０の％以上が前記ファイバを通って伝播されることを意味し得る。このことは、前記光が前記ファイバを通って伝播し、より多くの光を拡散すること可能にする。前記光が上方／下方に散乱されるだけではなく面内も伝播するからである。

本発明の一実施例によれば、前記発光装置は、基板を更に有することができる。前記基板は、前記基板が配される使用される材料の種類に応じて前記光を拡散する又は反射することに寄与することができる。例えば、前記支持体が透明材料でできている場合、前記基板は、前記支持体の下方に位置されることができる。このことの例は、基板（図示略）が、例えば、シリコーンの層の下方に配される、図６から見られることができる。この場合、当該層構造は、１つ以上の発光体が取り付けられている基板であることができる。次いで、透明な材料の層が、例えば、前記基板及び前記発光体上に注入される。この層内に、前記光を散乱することができるファイバが取り付けられる。ここで、ＴｉＯ_２を含む材料又は金属若しくはミラー様の表面のような、反射材料の基板が、反射を提供することができ、前記光の散乱に寄与するので、前記光は吸収されない。前記基板は、前記支持体に対向する側に配されることができる。このことの例は、図５及び８に見られる。ここで、前記ファイバは、前記基板と前記支持体との間に位置されており、前記ファイバは、前記基板の全体的な方向（general direction）を向いている。ここで、前記支持体のための拡散特性を有する材料は、より便利なものであり得る。このことは、前記支持体及び前記発光体に対向する側に配されているテキスタイル若しくは不織材料又は発泡体であることができ、より滑らかな表面を備える前記発光装置を提供することができる、又は、例えば、前記基板が有色である場合の有色の効果の生成又は前記基板の表面を通って漏出する光の量の調整のような、光効果を生成するのに寄与することができる。

本発明の一実施例によれば、前記支持体は、前記発光体に関連して配される。前記支持体は、前記発光体の下方に配されることができ、前記支持体は、織物であっても良い。前記支持体は、前記発光体の上部と、前記発光体（多くのものが存在する場合）間とに配されることもでき、前記支持体は、有利には透明であり得て、可撓性のものであっても良い。シリコーン又は類似の材料が、この目的のために使用されることができ、前記ファイバが取り付けるための支持体を提供することができる。

本発明の一実施例によれば、前記基板は、前記支持体、前記基板に面している前記支持体の表面に設けられている前記複数の突出ファイバ、及び前記支持体に面している前記基板の表面上に設けられている前記発光体に対して、実質的に平行である。即ち、前記発光体は、前記支持体及びこれに取り付けられている前記ファイバの向かいに配されている。「実質的に平行」なる表現によって、前記基板と前記支持体との間の角度が、最大１０度であることを意味している。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバは、光反射性のものである。このことは、前記前記光の拡散と、前記光の面内の伝播とに寄与する。前記光は、前記構造を出る前に、幾つかのファイバに遭遇することができる。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバは、ベルクロ（Velcro）、高分子ファイバ、ガラスファイバ、光学ファイバ、炭素ファイバ、金属ファイバ、リボン、合成物及びこれらの何らかの組み合わせから成るグループから選択される。

様々な材料によって、様々な効果を生成することが可能であり、種々の材料は、特定の用途に対してより適切なものであり得る。前記ファイバの断面は、円形であっても良いが、ファイバは、例えば、少し圧搾された平面様の薄く狭いリボンのような、他の形状を有していても良く、又は三角形、正方形、星形又は他の何らかの形状であっても良い。基本的には、面内散乱を最大にすると共に面外散乱を最小にするための、並進対称性を有する如何なるものでも、利用されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバは、ランダムに分配される。このことは、より更に自然な、ランダムな、非設計された非パターン化された外見を提供する。

本発明の一実施例によれば、前記複数の突出ファイバが、パターンにおいて配される。前記突出ファイバ又は横方向の構造をパターンに配することにより、詳細に所望の光効果を生成することが可能である。

本発明の一実施例によれば、前記支持体又は前記基板は、実質的に反射性である。このことは、光が吸収されず、従って、より少ない光が損失される。通常、このことは、同じ側部において及び／又は前記発光体に関連して、配される。前記基板も、伝導性のものであり得る。

本発明の一実施例によれば、前記支持体又は前記基板は、実質的に拡散性のものである。このようにして、前記光は、拡散される及び散乱されることができ、様々な光効果が、拡散の度合いに依存して得られることができる。実質的に拡散性であるとは、前記光が、等方性であること及び／又は強く指向的でないことを意味している。

本発明の一実施例によれば、前記支持体は、メッシュ、織物ファイバ、不織ファイバ、シリコーン、ポリマ、セラミック材料、合成物、ガラス、接着剤及びこれらの何らかの組み合わせから成るグループから選択されることができる。

このことは、前記発光装置が使用されるべきであるものに依存して、前記適切な材料が、選択されることができることを意味する。

本発明の一実施例によれば、前記発光装置は、織物に取り付けられる。前記構造が、非常に可撓性のものであり薄いので、かつ、このテキスタイルのような感触により、
前記装置は、衣類、又はクッション等のインテリア装飾における他の用途において、使用されることができる。

「発光体」なる語が、本明細書において使用されているとしても、これは、少なくとも１つの発光体又は発光ダイオードとして解釈されるべきである。前記支持体も同様であり、前記ファイバが取り付けられる材料として規定される。ここで、１つの支持体のみが言及されているとしても、幾つかの支持体が設けられることもできる。このようにして、ファイバが、幾つかの側部から到来しており、互いに交差しても良く、従って、光効果の生成に寄与する。

前記支持体の全てのフィーチャは、前記発光体、又はファイバ若しくはファイバから作られる材料に対する前記基板の位置のように、前記基板にも当てはまり得る。

前記ファイバは、織物、シェービング、フロッギング（flogging）（ファイバの表面粗化）等のような、一般的なテキスタイルの仕方において製造されることができる。このようにして製造される製品の例は、ベルクロである。

本発明は、添付請求項に列挙されているフィーチャの全て可能な組み合わせに関することに留意されたい。

本発明の実施例の模式的な三次元図を示している。 本発明の他の実施例の上断面図を示している。 光線の領域を備える以外、図２に示されている実施例の上断面図を示している、 発光体から伝播する様々な光線を示していている水平断面側面図を示している。 前記ファイバが下方へ押圧された場合にどのように振舞うかの実施例の模式的な図を示しており、前記ファイバは、前記支持体に対して実質的に垂直に取り付けられている。 これから突出しているファイバを備える光学ドームの実施例の模式的な図を示している。 ファイバ散乱構造の実施例の模式的な図を示している。 前記ファイバが下方に押圧された場合にどのように振舞うかの実施例の模式的な図を示しており、前記ファイバは、前記支持体に対して１０度と１７０度との間の角度において取り付けられている。

本発明のこの及び他の見地は、ここで、本発明の現在好適な実施例を示していている添付図面を参照して、詳細に記載される。類似の符号は、添付図面にわたって類似のフィーチャを示している。

図１は、発光装置１の実施例の模式的な三次元図を示している。照明源又は発光体１０は、基板１２に取り付けられており、複数のファイバ１１によって囲まれている。最後に、支持体１３は、ファイバ１１より上方に配される。前記ファイバは、支持体１３に予め取り付けられることができ、支持体１３は、同様に拡散層として機能することができる。この図において、ファイバ１１は、互いに関して周期的な分布で示されているが、これらは、図２から分かるように、互いに対してランダムなパターンにおいて分配されても良い。基板１２は、後方に散乱された光が材料の吸収によって損失されるのを防止するために、好ましくは、できるだけ反射性である前記材料から作られなければならない。基板１２及び支持体１３が、底部及び上部それぞれに配されているが、前記ファイバが前記基板に取り付けられて、前記基板も支持体としての目的にかなうこともできることに留意されたい。ファイバ１１は、接着剤、シリコーン、他の透明なもの若しくは半透明なもの、又は基板１２に取り付けられる場合に基板１２の反射性の質を維持するための反射要素を含んでいる材料によって、取り付けられることができる。支持体１３に取り付けられる場合、前記ファイバは、前記ファイバが、例えば、フロッギングによって製造されている織物である場合、前記支持体の一部であるかもしれない。ファイバ１１は、周期的な分布を有していても良く、又は互いの場所に対して完全にランダムであっても良い。透明又は反射材料が前記好適な光学材料であるが、ファイバ１１は、多くの種々の種類の材料から作られていても良い。光線は、（これらが、透明又は半透明の材料でできている場合）前記ファイバから反射されることができる及び／又はこれらを通過することができる。更に、これらのファイバ１１は、影を投じ得る、又は前記光は前記ファイバ又はこの周りを通過することができ、従って、光効果を生成する。

図２は、本発明の他の実施例の上断面図を示している。ここで、ファイバ１１は、互いに対してランダムに分配されている。発光体１０は、説明の便宜上これらの横方向の構造の中央に位置されている。

図３は、ファイバ１１上又はファイバ１１の周りに規定されている領域を除いて、図２に見られるのと同じ構造を示している。これらの領域は、発光体１０から発される光の効果に対応する。発光体１０から発される光線の一部は、妨害されずに通過し得て３１、他のものは、ファイバ１１から散乱する又は部分的に散乱し得る３２。最後に、光は、ファイバ１１の後ろに完全な若しくは部分的な影３３を投じる。

図４は、発光体から伝播する異なる光線を示していている図１の水平側断面図を示している。ファイバ１１のため、空隙４０が、基板１２と支持１３との間に形成されている。空隙４０は、これを通る光の伝播により、前記光を更に拡散するのを助ける。ひとたび光が支持体１３に到達すると、前記光は、支持体１３の光学特性に基づいて、更に拡散することができる。光線４１は空隙を通って妨害されずに通過することができる、光線４２はファイバ１１のうちの幾つかを通過し、次いで支持体１３へと反射される、又は光線４３は、遭遇する第１のファイバ１１において直ちに反射される。ひとたび光線４４が反射されると、光線４４は近傍のファイバ１１から反射されることができるか又は光線４５は、通り過ぎた近傍のファイバ１１を継続することができるかの何れかである。前記光線は、面内を伝播し続けることができ、発泡体のような従来の拡散器におけるように上方／下方に散乱されることはない。このことは、前記光の横方向の伝播を促進する。方向的に異方性であると共に主に面内に光を再分配する拡散器が、使用されることができる。

図５は、前記ファイバが下方に押圧された場合にどのように振舞うかの実施例の模式的な図である。光学層１１、１３、４０が更に下方に押圧された場合、ファイバ１１は圧縮され、前記光は、更に拡散する。図５は、前記圧縮が、散乱点又はファイバ１１の密度を上昇させる一方で、依然として当該システム内の空隙４０を維持することを示している。この散乱密度は、より大きくなる。ファイバ１１が（複数の）発光体１０上で下方に押圧された場合に屈曲するからである。この屈曲は、面内の横方向の散乱点の密度を上昇させる。屈曲されたファイバ１１は、２つ（以上の）ファイバとして働くからである。前記ファイバは分裂しても良いが、ファイバ１１は、屈曲して高い密度を生成するだけでも良い。基板１２又は支持体１３は、テキスタイル又はフォトニックテキスタイルであっても良い。

図６は、これから突出しているファイバ１１を備える光学ドーム（ここでは、支持体１３）の実施例の模式的な図を示している。

ファイバ１１は、発光体１０上に成形される支持体１３の上部又は底部内に成形されることができる。例えば、シリコーンドームがテキスタイル基板１２（図示略）上の発光体１０上に成形される場合、ファイバ１１は、この構造の上部に成形されることができる。前記ドームは、透明であっても良く、光散乱粒子を含んでいても良い。前記ドームは、前記発光体をカプセル化することもでき、この結果、発光体１０と支持体１３との間に如何なる空隙も存在しない。

図７は、ファイバ散乱構造１４の実施例の模式的な図を示している。前記構造は、１つの構造に組み合わせられる支持体１３及びファイバ１１として解釈されることができる。織物技術が、織物内のファイバ１１の高さ及び間隔を変更するために使用され、これによりファイバ１１に通常の形状及び分布を持たせるのを助けることができる。この方法は、比較的安価で、再現可能であり、ＬＥＤ表示器に注文仕立てされることができる。類似の仕方において、織られた表面は、パターン化された拡散構造を生成するための突出ファイバを製造するために、粗くさる又はシェービングされることができる。

図８は、下方に押圧される場合にファイバ１１がどのように振舞うかの実施例の模式的な図面を示しており、前記ファイバは、支持体１３に対して１０度と１７０度との間の角度で取り付けられている。ファイバ１１と支持体１３との間の角度５１は、個々のファイバ１１に対して異なっても良い。ファイバ１１は、基板１２に取り付けられることもできる。

本発明は、添付図面及び上述の記載において、詳細に説明及び記載されたが、このような図例及び説明は、説明的なもの又は例示的なものとみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではなく、本発明は、開示されている実施例に限定されるものではない。開示されている実施例に対する他の変更は、添付図面、本明細書及び添付請求項の熟慮により、添付請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され、行われることができる。「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。添付請求項における如何なる符号も、この範囲を制限するものとしてみなしてはならない。

Claims (14)

1. 発光体と、支持体と、前記支持体に取り付けられた複数の突出ファイバであって、前記発光体から発される光と相互作用するように配されている複数の突出ファイバとを有する発光装置であって、前記複数の突出ファイバの各ファイバは、前記支持体に対して１０度乃至１７０度の範囲角度において突出している、発光装置。
2. 前記複数の突出ファイバの各ファイバは、前記支持体に対して実質的に垂直に突出している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の突出ファイバは、実質的に透明である、請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 基板を更に有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
5. 前記支持体は、前記発光体と組み合わされて配されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 前記基板は、前記支持体に対して実質的に平行であり、前記複数の突出ファイバは、前記基板に面している前記支持体の表面に設けられており、前記発光体は、前記支持体に面している前記基板の表面上に設けられている、請求項４に記載の発光装置。
7. 前記複数の突出ファイバが光反射性である、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
8. 前記複数の突出ファイバは、ベルクロ、高分子ファイバ、ガラスファイバ、光学ファイバ、炭素ファイバ、金属ファイバ、リボン、合成物及びこれらの何らかの組み合わせから成るグループから選択される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光装置。
9. 前記複数の突出ファイバは、ランダムに分配される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光装置。
10. 前記複数の突出ファイバがパターンにおいて配されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光装置。
11. 前記支持体又は前記基板は、実質的に反射性である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置。
12. 前記支持体又は前記基板は、実質的に拡散性である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置。
13. 前記支持体は、メッシュ、織物ファイバ、不織ファイバ、シリコーン、ポリマ、セラミック材料、合成物、ガラス、接着剤及びこれらの何らかの組み合わせから成るグループから選択される、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光装置。
14. 前記発光装置がテキスタイルに取り付けられている、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の発光装置。

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