JP2014522094A5

JP2014522094A5 -

Info

Publication number: JP2014522094A5
Application number: JP2014525536A
Authority: JP
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-08-10

Description

キャンドルライトＬＥＤ電球

本発明は、半導体発光装置の分野に関し、とりわけ、ろうそくの見た目を供給する電球に関する。

自然のろうそくの明かりは、魅力的である。電気ろうそくは、多くの場合、多くの理由で好ましく、裸火と関連する火事のリスクが全くない。

従来の白熱電球は、多くの場合、ろうそくを模倣するよう設計されている。なぜなら、それらは、ろうそくのように、熱放射によって光を生成するからである。しかしながら、白熱電球は、エネルギ利用に関して非常に非効率的である。

半導体発光装置は、非常に効率的であるが、ヒートシンクの必要性などのこのような装置に関連する設計制約が、それらの、自然のろうそくの明かりを模倣する能力を制限する。

自然のろうそくの芯が点火される場合、光は、ろうそくの上につるされる芯における「点光源」から発する。特徴として、芯より上へ発される光は、芯のまわりに半径方向に発される光より少ない。従来の白熱電球は、電球の基部の上にフィラメントをつるし、それによって、自然のろうそくの点光源発光を模倣するよう構成され、電球は、電球の上から発される光の量を減らすよう成形される。

他方、ろうそくの明かりを模倣するのに用いられ得る半導体発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の寿命を延ばすために、生成される熱を放散させるヒートシンクを必要とする。このヒートシンクの必要性は、このような装置の、ろうそくの明かりを模倣するものとしての使用を妨げる。2010年7月15日に公開された、Boonekamp他のWO2010/079436、「LIGHT SOURCE WITH LEDS, LIGHT GUIDE AND REFLECTOR」は、見かけ上の光源を基部より上まで持ち上げる反射器及び光導波路の使用を開示しており、参照により本願明細書に盛り込まれる。

図１に図示されているように、ＬＥＤ１１０は、電球の基部内のヒートシンクに取り付けられ、光導波路１２０は、ＬＥＤ１１０からの光を、基部の上に位置する反射器に向けるのに用いられる。反射器１３０は、一般に、円錐の頂点がＬＥＤに向けられている円錐形である。このようにして、反射器からの光は、電球の基部より上の光源によって、電球の中心軸１５０に対して主に半径方向に生成されるよう見える。反射器１３０の輪郭は、所望の光分布に依存して、凹状又は凸状であり得る。更に、反射器１３０は、干渉又は拡散コーティングを含んでもよく、反射器を通る幾らかの透過を可能にし得る。

円錐形反射器の使用は、電球の基部より上の半径方向点光源の見た目を与えるが、それは、自然のろうそくの明かりの見た目を正確には模倣していない。

ろうそくの明かりを模倣する他の技術が知られている。例えば、2010年4月22日に公開された、Huang他のUSPA 2010/0097821、「LIGHT EMITTING DIODE-BASED LAMP HAVING A VOLUME SCATTERING ELEMENT」は、透明な母材中に浮遊している粒子を含む球形散乱素子へＬＥＤ光を案内する光導波路を開示している。粒子のサイズ、屈折率及び密度を制御することによって、様々な光パターンが得られることができ、粒子の密度が大きければ大きいほど、より多くの反射をもたらし、大部分の光が、下方へ反射されるだろう。

散乱装置の使用は、より「自然な」光出力を供給するが、ろうそくの明かりを模倣するために望ましい大部分が半径方向の放射を供給しない。

自然のろうそくの光源に似ているように見える光源を供給することは、有利であるだろう。光源が、見かけ上の光源から遠く離れているヒートシンクに取り付けられ得る場合も、有利であるだろう。

これら及び他の利点は、電球であって、前記電球の基部にある発光装置と、発せられた光を、前記電球の前記基部の上の拡散素子であって、ろうそくによって生成される主に半径方向の光を模倣するように光を拡散させる拡散素子へ案内する光導波路とを含む電球によって、達成され得る。ろうそくのような効果を高める、前記基部及び電球の特徴だけでなく、前記拡散素子の様々な特徴も、本願明細書に示される。
一例として、添付図面を参照して、更に詳細に、本発明を説明する。

ろうそくの明かりを模倣する従来技術の半導体発光装置の例を図示する。実質的に半径方向の発光を呈する光分布のプロットの例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する電球の例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する電球の例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する電球の例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する電球の例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する電球の例を図示する。電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する構成の別の例を図示する。

図面の全体を通じて、同じ参照符号は、同様の又は対応する特徴又は機能を示す。図面は、例示の目的のために含まれており、本発明の範囲を限定するものではない。

限定ではなく、説明の目的のための以下の記載において、本発明の概念の完全な理解を供給するために、特定のアーキテクチャ、インタフェース、技術などのような具体的な詳細を記載する。しかしながら、本発明が、これらの具体的な詳細から逸脱する他の実施例において実施され得ることは、当業者には明らかであるだろう。同様に、この記載の文は、図に図示されているような実施例に向けられており、請求項にはっきりと含まれている限定を超えて、請求項に記載の発明を限定するものではない。分かりやすさ及び明瞭さの目的のため、よく知られている装置、回路及び方法の詳細な記載は、本発明の記載を、不必要な詳細で不明瞭にしないように、省かれる。

図１の従来技術の発光電球においては、円錐形素子１３０が、発光素子１１０からの光を半径方向に反射し、それによって、半径方向光源を模倣する。しかしながら、結果として生じる発光の非一様性は、目的とする、自然のろうそくの明かりの模倣を損なう。

上で参照したUSPA 2010/0097821は、上方及び下方へ発される光の量の制御を供給するが、電球の中心軸に対して大部分が半径方向の光出力は供給しない。

出願人は、ろうそくは、特有の特徴を持つ光出力を発生させることに気付いた。光が、主に半径方向に発せられるという事実に加えて、光の供給源それ自体は、正確には、「点」光源ではない。もっと正確に言えば、光は、燃えている芯の周囲のまわり及び長さ方向に生成されることから、光は、自然に上方及び下方に発する幾らかの光でより拡散される。更に、ろうそくの台座は、一般に暗く、ろうそく自体の影の中にある。ろうそくの明かりの別の特有の外観は、炎の涙滴のような形状である。炎の下部は、明るく、広いように見え、炎の上部のより暗い先端部へ先細になる。

図２は、ろうそくからの光に似ている、光の主に半径方向の放射を呈する光分布パターンの２つの角度プロット２１０、２２０を図示している。0°のポイントは、電球の中心軸に沿って、電球の上にあり、180°のポイントは、電球の中心軸に沿って、電球の下にあり、90°及び270°のポイントは、中心軸に対して垂直である。プロット２１０及び２２０の両方とも、電球の上から見える光の量は相対的に少なく、電球の直下から見える光はなく、横から見た場合の光の量はかなりの量であることを図示している。特定の電球の構造及び構成は、下で更に詳述するような特定の光分布を決定するだろう。これらの例において、プロット２１０をもたらした電球は、プロット２２０をもたらした電球と比べて、より多くの光が、電球の上から発することを可能にするよう構成される。プロット２２０に対応する電球においては、光の主に半径方向の分布を依然として維持しながら、より多くの光が下の方向に反射される。

図３Ａ乃至３Ｅは、ろうそく模倣電球の実施例を図示している。図３Ａの電球は、WO2010/079436に開示されているような光導波路の上にある本質的に反射性の素子ではなく、「燃えるように輝いている」ように見える固体拡散素子を含む。拡散素子３３０の形状及び材料は、電球の中心軸３５０に対して主に半径方向であり、ろうそくの明かりに特有である特徴を含む拡散光出力を供給するよう選択される。拡散素子３３０の輪郭は、実質的に線形の表面を持つように図示されているが、当業者は、拡散素子３３０によって反射及び屈折されている光の所望の集中及び分散を供給するために、湾曲した表面が用いられてもよいことを理解するだろう。

特に注目すべきことには、例示拡散素子３３０は、円錐形部分３３０Ａ及び円柱形部分３３０Ｂを含む。この組み合わせは、ろうそくの明かりの光出力パターンに近いユニークな光出力パターンを供給する。図３Ｂの図面及び図３Ｃの写真に示されているように、円柱形部分３３０Ｂの周囲領域３３２は、中心領域３３１よりかなり明るく、「光輪（halo）」効果をもたらす。円錐形部分３３０Ａにおいて、拡散材料の深さを、中心からの距離が増大するにつれて、減らすことは、光出力を、中心からの距離が増大するにつれて、大きくさせる。この光輪効果は、光導波路の上部の周囲において最も明るい光で、ろうそくのような光源であるという認識を増大させる。この周囲の明るさは、燃えている芯の光分布パターンを模倣する。

拡散素子３３０は、円錐形素子と円柱形素子との両方を含む必要はない。円柱形素子は、光分布に、燃えている芯の長さに似ている「長さ」を供給し、円柱形素子のない拡散素子３３０は、非常に短い芯を持つろうそくのように見え得る。円錐形素子は、中心からの距離が増大するにつれて深さが減る拡散材料を供給し、上述の光輪効果をもたらす。拡散円柱の中心における不透明な材料の使用、拡散円柱における様々な濃度／密度の拡散材料の使用などのような、光輪効果を達成するための他の技術が用いられてもよい。更に、光導波路３２０は、拡散素子の外縁部の方へ、中心から遠くへ光を向けるよう構成され得る。ろうそくの明かりを模倣する拡散素子３３０を作成するためのこれら及び他の技術は、この開示を鑑みた当業者には明らかであるだろう。

図３Ａ、３Ｄ及び３Ｅには、光を光導波路内へ反射し、光導波路と基部との接合部においてよくある光の漏れを防止するために、電球の基部において光導波路を取り囲み、好ましくは、事実上、ＬＥＤチャンバ内まで延在する反射層３１０も図示されている。所望の効果に依存して、この層３１０の可視上面は、反射性、半反射性又は無反射性であり得る。この層３１０の厚さは、所望の可視効果にも依存して、光の漏れの量を制御するよう増大又は減少され得る。

図３Ａ乃至３Ｅの実施例においては、電球のエンベロープ３６０は、涙滴状のろうそくの炎に似ているように見える反射又は「ゴースト像」３４０をもたらすこの光輪効果の反射を高めるよう成形される。この反射は、電球のまわりの如何なる角度からも見えるだろうが、理解を容易にするために、図３Ａは、この反射現象の「側面図」を示している一方、図３Ｄは、この反射現象の「正面図」を示している。即ち、図３Ａは、光が、エンベロープ３６０の曲面からどのように反射されるかを図示しているのに対して、図３Ｄは、この反射が、エンベロープ３６０の曲面においてどのように見えるかを図示している。

下部３４０Ａにおいて、より広く、より明るく、複合曲線で、上部３４０Ｂにおいて、細い先端部を形成する細長い反射像をもたらすように、エンベロープ３６０の曲面から円形光輪が反射される。下部３４０Ａは、拡散素子３３０の縁端部により近いことから、より明るく、上部３４０Ｂは、電球が上部において細くなることから、より細い。このようにして、この反射ゴースト像３４０は、ろうそくの炎の特有の涙滴形状を模倣する。図３Ｅは、光輪生成拡散素子３３０及び先細のエンベロープ３６０の組み合わせによってもたらされる、結果として生じる涙滴状反射３４０を備える実施例の写真である。

ゴースト像３４０の見た目は、拡散素子３３０の側部から発される光の強度を減らすことによって、より優勢にされ得る。例えば、光が、拡散素子３３０の上部の光輪領域３３２だけから出射し、エンベロープ３６０から涙滴状ゴースト像３４０として半径方向に反射されるように、拡散素子の周囲、及びことによると、光導波路３２０全体に、不透明な又は反射性のコーティングが付されてもよい。

図４は、電球の中心軸に対して主に半径方向である拡散発光パターンを供給する構成の別の例を図示している。図４は、ランプのパフォーマンスを高める機構を多く図示している。当業者は、これらの機構の幾つか又は全てが、図３Ａ乃至３Ｅの実施例を含む如何なる実施例にも含まれ得ることを理解するだろう。
この実施例においては、拡散素子４３０が、光導波路４２０から分離され、光導波路４２０は、光を拡散素子４３０の方へ向ける役割を果たす凸状上面４４０を含む。ランプの基部は、光出力を拡散素子４３０の方へ揃えるために、発光装置１１０を取り囲む反射面４１０も含む。図４にも図示されているように、光導波路４２０は、好ましくは、「接線方向」光線４１１を円錐形キャビティの方へ向けるよう先細にされる。光導波路４２０は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）又は同様の材料で作成され得る。

光の拡散を増すために、拡散素子４３０は、不規則な拡散パターンを供給し、光を様々な方向に反射する役割を果たす不規則な表面領域を含み得る。この実施例においては、拡散素子４３０は、不規則な側面を備える円錐形構造である。図は、縮尺通りには描かれておらず、この図においては、説明及び理解の容易さのために、不規則性が幾らか誇張されていることに注意されたい。主に半径方向における規定された開放角内の光の拡散分布を供給するためは、一般に、拡散素子４３０の表面におけるわずかな正弦波パターンで十分であるだろう。拡散素子４３０の輪郭は、不規則な側面においてわずかな正弦波パターンを備える円錐形構造を持つように図示されているが、当業者は、拡散素子４３０によって反射及び屈折される光の所望の集中又は分散を供給するために他の曲面が用いられてもよいことを理解するだろう。

拡散素子４３０は、反射又は半反射材料で内側を覆われる中空構造であってもよく、又は約95%の反射率及びランバート分布を備える拡散白色樹脂などの拡散材料の中実円錐体であってもよい。即ち、拡散素子４３０は、光の全てを主に半径方向に反射し、拡散させる不規則な表面を備える鏡面反射器から、幾らかの光が不規則な表面を通って伝搬して上方へ漏れることを可能にし、上で詳述したような、燃えているろうそくの光出力特性を更に模倣する拡散性散乱反射器まで及び得る。

上記は、単に、本発明の原理を説明しているだけである。従って、当業者は、本願明細書に明示的には記載又は図示されていないが、本発明の原理を実施し、従って、以下の請求項の範囲及び趣旨内にある様々な構成を考え出すことができるだろうことは、理解されるだろう。

これらの請求項の解釈において、
ａ）「有する」という用語は、示されている請求項に挙げられている要素又は動作以外の要素又は動作を除外せず、
ｂ）要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外せず、
ｃ）請求項における如何なる参照符号も、請求項の範囲を限定せず、
ｄ）幾つかの「手段」は、同じアイテム又はハードウェア又はソフトウェア実施構成又は機能によって表わされてもよく、
ｅ）別途、明確に述べられていない限り、開示されている装置又はそれらの一部のいずれも、一緒に組み合わされてもよく、又は更なる部分に分離されてもよく、
ｆ）明確に示されていない限り、動作の特定の順序が必要とされるよう意図されておらず、
ｇ）「複数の」要素という用語は、２つ以上の、請求項に記載の要素を含み、如何なる特定の範囲の数の要素も意味せず、即ち、複数の要素は、わずか２つの要素を含むことができ、且つ計り知れないほど多くの要素を含むことができることを理解されるべきである。

Claims

電球であり、
基部であって、発光装置が前記基部内に位置している基部と、
前記発光装置から発せられた光を前記電球の内部の方へ案内するよう構成される光導波路と、
拡散素子であって、前記光導波路から前記光を受け、前記拡散素子の周囲領域において前記拡散素子から上方向に出力される光が、前記拡散素子の中心領域において前記拡散素子から上方向に出力される光より明るいように、前記光を反射及び拡散させるよう構成される拡散素子とを有する電球であって、
前記光が、前記電球から、前記電球の中心軸に対して主に半径方向に出力される電球。
表面を含むエンベロープであって、前記拡散素子によって発せられた前記光の、前記エンベロープの前記表面における反射が、涙滴状の反射像をもたらすように湾曲している表面を含むエンベロープを含む請求項１に記載の電球。
前記反射像の下部が、前記反射像の上部より明るいように見える請求項２に記載の電球。
前記拡散素子の周囲が、前記拡散素子の内部より明るい請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、前記光導波路から分離されている請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、不規則な表面を含む請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、円錐形状を含む請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、円柱形状を含む請求項７に記載の電球。
前記基部が、前記光導波路の下部を取り囲む反射層を含む請求項１に記載の電球。
前記基部が、前記光導波路の下に反射層を含む請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、鏡面反射器である請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、拡散性散乱反射器である請求項１に記載の電球。
前記拡散素子が、反射性又は半反射性のコーティングを含む請求項１に記載の電球。