JP2016531399A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの光源２と、動作の際、少なくとも１つの光源から放射される光を受ける光入力端面６、３１、４１と、光出力端面７、３２、４２とを各々含む、少なくとも第１の光ガイド３と第２の光ガイド４とを含む光ガイドユニットとを含み、第１の光ガイド及び第２の光ガイドの少なくとも一部分８は、光出力端面の近くで、曲げ半径Ｒで曲げられ、光ガイドユニットの少なくとも第１の光ガイドは、断面がリング形状であり、光ガイドユニットの第１の光ガイドと第２の光ガイドとは、入れ子の関係で配置される、発光装置である。

Description

本発明は、少なくとも１つの光源と、少なくとも２つの光ガイドを含む光ガイドユニットと、を含む発光装置に関する。

従来技術の発光装置では、ＬＥＤを用いて、高い結合効率を得るために光ガイドを発光装置の光源の発光領域に近接して設置するのを容易にすることが知られている。１次レンズを有するＬＥＤに対し、高い結合効率を得るためには、サイドリフレクタが必要である。

中電力のＬＥＤや平坦な（遠隔（リモート））蛍光体（フォスファ）モジュール等の平面放射源を用いて、光ガイドを高い結合効率を有して発光面に非常に近接して設置することが可能である。

ランバーシアン光源を有する平坦なＰＣＢから、より全周に及ぶ発光へ移行すると同時に、よりよくフィラメントに似た外見及び雰囲気のために、発光面を上方へと動かすのに、光ガイドを曲げることが必要である。曲げられた部分を有する光ガイドを含む光ガイドユニットを有する従来技術の発光装置は、米国特許出願公開第２０１２／００２６７４８号に説明されている。

しかしながら、光漏れが発生しない光ガイドの可能な最大曲げは限られている。例示の目的で、図１は、曲げられた光ガイドＬを示す。光は、上部から横側の発光面へと導かれる。側面から光漏れが発生しない光ガイドＬの最大曲げ、つまり最小半径Ｒは、光ガイドの厚さｄに依存する。光漏れが発生しない最大の比率Ｒ／ｄは、光ガイドの屈折率、及び例えば空気又は代替的に適切な好ましくは透明のクラッドである、光ガイドの周囲の屈折率にも依存する。

発光装置内の利用できる全空間に対して比較的大きな発光領域を有する光源にとって、最大曲げへの制限は問題であり、これは発光装置の光ガイドの側面を通じて望ましくない光漏れが発生することをもたらす恐れがある。これは、ひいては発光装置の低下した配光をもたらす。

本発明の目的は、この問題を克服し、発光装置の光ガイドユニットは、光源の発光領域全体をカバーすることができると同時に、大きな曲げを有する光ガイドを提供する可能性を依然として有する、発光装置を提供することである。曲げとの文言は、光ガイドの湾曲を示し、光ガイドの曲げ半径に反比例する。

本発明の第１の態様によると、この目的及び他の目的は、少なくとも１つの光源と、動作の際、少なくとも１つの光源から放射される光を受ける光入力端面と、光出力端面とを各々含む、少なくとも第１の光ガイドと第２の光ガイドとを含む光ガイドユニットとを含み、第１の光ガイド及び第２の光ガイドの少なくとも一部分は、光出力端面の近くで、曲げ半径Ｒで曲げられ、光ガイドユニットの少なくとも第１の光ガイドは、断面がリング形状であり、光ガイドユニットの第１の光ガイドと第２の光ガイドとは、入れ子の関係で配置される、発光装置によって達成される。

これにより、各々の光ガイドがより小さな、詳細には光ガイドユニットの全体の厚さの半分の厚さを備えるので、光ガイドは、光漏れが発生しないより大きな最大曲げ、つまり、より小さな半径Ｒを備えることができる、発光装置が提供される。これにより、発光装置の光ガイドの側面を通じて発生する光漏れは回避され得る。これは、ひいては著しく改善された発光装置の配光をもたらす。また、斯様な発光装置の光ガイドは、光源の全ての発光領域から光を集めることができる。

実施形態では、第１の光ガイド及び第２の光ガイドは、第１の表面及び第２の表面を含み、第１の光ガイド及び第２の光ガイドのうちの一方の第１の表面が、第１の光ガイド及び第２の光ガイドのうちの他方の第２の表面と平行に、且つ隣接して延在するように配置される。

更なる実施形態では、第１の光ガイド及び第２の光ガイドのうちの一方の第１の表面が、第１の光ガイド及び第２の光ガイドのうちの他方の第２の表面と当接して配置される。

これにより、特に単純で且つ耐久性のある構造及び構成が提供される。

実施形態では、光ガイドユニットは、中央空洞の周りに第１の光ガイド及び第２の光ガイドが延在する、当該中央空洞を更に含む。好ましくは、実施形態では、光ガイドユニットの第２の光ガイドも、断面がリング形状である。したがって、実施形態では、光ガイドユニットは、光ガイドユニットの中心軸に対して垂直に延在する断面で見たときにリング形状である。

これにより、中央空洞は、結果的に、光ガイドユニットの中心軸すなわち光軸と平行である光ガイドユニットの高さ方向全体に延在する。更に、発光装置をリング形状の光源に対して調整するため等に、更に大きな中央空洞を有する光ガイドユニットを提供しながら、同時に依然として著しく改善された配光を提供することが可能になる。

実施形態では、発光装置は、第１の光ガイド及び第２の光ガイドと入れ子の関係で配置される、少なくとも１つの更なる光ガイドを更に含む。

これにより、光ガイドユニットの各々の光ガイドが、光漏れが発生することのない更に小さな厚さ、したがって更に大きな曲げを備えることができ、及び／又は、光源の更に大きな発光面領域からの光が、光ガイド内へと入力されることによって集められ得る、発光装置が提供される。

好ましくは、光ガイドユニットは略漏斗形状である。

実施形態では、光ガイドユニットは、光ガイドユニットの中心軸と平行に延在する断面で見たときに略漏斗形状である。

実施形態では、光ガイドユニットは、２つの光出力端面を更に含む。

これにより、光が光ガイドユニットの光ガイドから同時に２方向で放射され得る、発光装置が提供される。斯様な発光装置は、発光装置が回転対称に作られるか、又は発光装置が白熱フィラメントに似せて作られるという利点を有し、これにより観察者にとって特に心地よい外観を発光装置に提供する。

実施形態では、光ガイドユニットの光出力端面は、波形状である。

これは、よりフィラメントに似た外見を有する発光装置を提供する。更に、波形状の光出力端面は、波形状の振幅及び／又は周波数が変更され得るという点で、装置の配光を調整し、適合させるための追加のパラメータを提供する。

実施形態では、光ガイドユニットの光出力端面は、複数のプリズム構造を備える。

これにより、高まった輝き効果を有し、すなわち、配光が発光装置を見ているユーザの観察角度と共に変化する、発光装置が提供される。斯様な輝き効果は、例えば蛍光体によっても得られることに留意されたい。

本発明による発光装置における使用のための好ましい光源は、ランバーシアン光源、特には平坦なランバーシアン光源、１つのＬＥＤ、複数のＬＥＤ、若しくはリモートフォスファ光源、又はこれらの組合せを含むがこれらに限定されない。光源は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に組み込まれてもよい。

本発明の第２の態様によると、上記の目的及び他の目的は、例えば、基部と、基部上に配置される本発明による発光装置とを含む電球等のランプによって達成される。

好ましくは、ランプは、発光装置を覆う外側カバー又は外側バルブを更に含む。

これらのタイプのランプは、既知の白熱タイプのランプを置き換えるのに特に適している。

本発明は、請求項に記載される特徴の全ての可能な組合せに関することに留意されたい。

本発明のこの態様及び他の態様は、本発明の実施形態（又は複数の実施形態）を示す添付の図面を参照して、より詳細に説明される。

全体にわたり、類似の参照番号は類似の要素を指すことに留意されたい。

光ガイドの曲げ半径Ｒ及び厚さｄを示す、曲げられた光ガイドの原理的な概略図を示す。 ２つの入れ子になっている光ガイドを含む本発明による第１の実施形態の発光装置の断面図を示す。 図１による発光装置の配光を示す。 本発明による第２の実施形態の発光装置を使用するランプの断面図を示す。 本発明による第３の実施形態の発光装置を使用するランプの断面図を示す。 本発明による第４の実施形態の発光装置を使用するランプの断面図を示す。 本発明による第５の実施形態の発光装置を使用するランプ、詳細にはキャンドル形状のバルブの断面図を示す。

本発明の現在好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、本発明は以下に更に十分に説明される。しかしながら、本発明は多くの様々な形式で具体化されることができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、当業者に対し徹底かつ完全性のために提供され、本発明の範囲を十分に伝える。

図２は、本発明による発光装置１を示す。発光装置１は、光源２と、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４を含む光ガイドユニットとを含む。

通常、光ガイドユニットは、光入力端面６と、反対側の光出力端面７とを含む。光源２から放射された光は、光入力端面６で光ガイドユニット内へと入力され、光ガイドユニットを通って進み、光出力端面７で光ガイドユニットから放射される。

通常、光ガイドユニットの第１の光ガイド３と第２の光ガイド４とは、入れ子の関係で配置される。「入れ子の関係」とは、第１の光ガイド３と第２の光ガイド４とが、一方の内部に他方が配置されるが、必ずしも互いに接触しているとは限らないこととして理解されるべきである。言い換えると、第２の光ガイド４は、図２に示されるように第１の光ガイド３の内部にフィットするようにされるか、又はこのことに関しては逆も同じである。同様のことが、光ガイドユニットが３以上の光ガイドを含む実施形態に対しても準用される。

したがって、より具体的には、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、各々光入力端面３１、４１及び光出力端面３２、４２を含む。光源２から放射された光は、それぞれの光入力端面３１、４１でそれぞれの光ガイド３、４内へと入力され、それぞれの光ガイド３、４を通って進み、それぞれの光出力端面３２、４２でそれぞれの光ガイド３、４から放射される。

実際には、光ガイドの側面からの幾分かの光漏れが発生し得ることに留意されたい。この場合、全体の配光は、許容される漏れを制御することによっても調整され得る。

更に、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４の光出力端面３２、４２の近くの第１の部分８は、曲げ半径Ｒで曲げられ、一方、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４の光入力端面３１、４１の近くの、したがって第１の部分８の反対側の第２の部分９は、略直線状である。これにより、略漏斗形状の光ガイドユニットが提供される。

代替的な実施形態では、光ガイド３、４の略直線状の部分９は省かれ、及び／又は光ガイドが別様の曲げ半径を有する別様の部分を備えてもよいことに留意されたい。

いかなる場合でも、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、各々第１の表面３３、４３及び第２の表面３４、４４を含む。第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、第２の光ガイド４の第１の表面４３が、第１の光ガイド３の第２の表面３４と平行に、且つ隣接して延在するように配置される。

代替的に、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、第１の光ガイド３の第１の表面３３が、第２の光ガイド４の第２の表面４４と平行に、且つ隣接して延在するように配置される。

別の代替では、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、光ガイド３及び４が、好ましくは光強度に悪影響を与えない接着剤又は別の適切な材料によって互いに取り付けられ、及び／又は、１つの好ましくは透明のクラッド内に、光ガイド３及び４が各々収容されるという意味において、第２の光ガイド４の第１の表面４３が、第１の光ガイド３の第２の表面３４と平行に、且つ当接して延在するように配置される。

したがって、同様に、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、代替的に、第１の光ガイド３の第１の表面３３が、第２の光ガイド４の第２の表面４４と平行に、且つ当接して延在するように配置されてもよい。

図２に示されるように、第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、各々厚さｄ／２を有し、したがって第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、合わせた厚さｄを有する。この態様で、厚さｄを有する１つの光ガイドと比べて、各々の光ガイド３、４の可能な最大曲げを左右する比率は、Ｒ／（ｄ／２）すなわち２＊Ｒ／ｄとなる。言い換えると、光ガイドからの光漏れがないか、又は著しく少ない状態で、各々の光ガイド３、４に、以前の２倍の可能な最大曲げを提供することが可能になる。図３は、結果としてもたらされる配光を観察角度の関数として示す。

明らかに、例えば３つ、４つ、又は５つの光ガイドを有するといった、３以上の斯様な光ガイドを有する光ガイドユニットを有する、本発明による発光装置を提供することが可能である。

言い換えると、光ガイドユニットの第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４と、存在する場合は任意の更なる光ガイドとが、したがって入れ子の関係で配置される。

更に、光ガイドユニットの第１の光ガイド３及び第２の光ガイド４は、光ガイドユニットが中央空洞１５すなわち開口を備えるように、光ガイドユニットの中心軸５を中心に延在する断面がリング形状である。

図２では、中心軸５と平行に延在する光ガイドユニットの高さ方向において、光ガイドユニットの一部分のみを通って延在する中央空洞１５が示される。しかしながら、図６に示される実施形態等の他の実施形態では、中央空洞１５は、光ガイドユニットの高さ方向において、光ガイドユニット全体を通って延在する。

明らかに、リング形状が１以上の場所で中断され、及び／又は中央空洞すなわち開口を有しない代替的な実施形態も、同様に実施可能である。

図２に示される光源２は、平坦なリモートフォスファ光源等の平面光源である。

別の代替は、より小さい角度又はより広い角度の放射のＬＥＤも適切ではあるが、好ましくはランバーシアンＬＥＤであるＬＥＤを有する、平坦なＰＣＢである。ランバーシアンＬＥＤは、
Ｉ＝Ｉ_０ｃｏｓ（α） 式１
であるランバートの余弦則に従う光源であり、ここでαは観察角度と等しく、Ｉ_０は、α＝０、すなわちＬＥＤに対する法線での光強度である。式１から推論されるように、α＝９０に近い観察角度での光強度は非常に低い。市販で入手可能なランバーシアンＬＥＤの例は、ルクセオン（登録商標）レベル（Ｌｕｘｅｏｎ Ｒｅｂｅｌ）又はルクセオン（登録商標）Ｋ２（Ｌｕｘｅｏｎ Ｋ２）のＬＥＤである。代替は、ルクセオン（登録商標）３５３５（Ｌｕｘｅｏｎ ３５３５）等の平坦な中電力のＬＥＤである。

本発明による発光装置内で、他のタイプや他の数の光源が用いられてもよく、本発明の概念の範囲内であるとみなされることに留意されたい。更に、本発明による発光装置内で、様々な色の光源及び／又は光源の色の組合せが用いられてもよい。

光ガイドのために適切な材料は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明ポリマ、アクリル製品、ガラス、又はこれらの任意の組合せである。

今度は図４を見ると、本発明による第２の実施形態の発光装置１を使用するランプ１０１が示される。発光装置１は、適切なソケット内にランプ１０１を取り付けるためのねじ山１３を含む基部１２上に取り付けられる。

図示されるとおり、図４に示される発光装置１は、比較的大きな中央開口を有するリング内に配置される複数のＬＥＤ２１、２２、２３を光源として含む。したがって、好ましくは回転対称の、光出力端面７の近くで外側に曲がる部分を有する全体的に管状である光ガイドユニットも同様に、断面は、同等の大きさの中央開口を有するリング形状である。

更に、ランプ１０１は、好ましくはガラスで作られるが、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＵＲ、又はＰＥＴで作られてもよく、また、拡散性又は透明であってもよい、外側カバー又は外側バルブ（示されていない）を含む電球であってもよい。

しかしながら、光ガイドユニットの発光端面７の直径が大きくなるときに、光ガイドユニットは、ランプの外形の妨げとなる恐れがあるか、若しくは外側バルブに近接するときに、外側バルブ又はカバーにおいて望ましくない輝度分布を与える。これは、特に、拡散性の外側バルブ又はカバーに対して、起こり得る輝度勾配のために、不利で望ましくない効果である恐れがある。したがって、図７に示される代替的な実施形態では、ランプ１０４は、中央開口が光入力端面６の側で最も小さな直径を有し、中央開口の直径は光出力端面７の近くで外側に湾曲する前まで増大する、全体的に円錐形状を備える光ガイドユニット１を備える。

しかしながら、光ガイドユニットとランバーシアン発光面の法線との角度は、光ガイドユニットの光ガイドと周辺との間の屈折率の制限された差のために、制限される。したがって、更なる代替的な実施形態（示されていない）では、光ガイドユニットは、光入力端面で開始するときに略円筒管として開始し、次いでより小さな直径に狭まり、最後に光出力端面の近くで、より大きな直径を有する発光側を実現するために、最後の曲げを備えるような形状とされる。

今度は図５を参照すると、本発明による第３の実施形態の発光装置１を使用する電球１０２が示される。発光装置１は、適切なソケット内にランプ１０２を取り付けるためのねじ山１３を含む基部１２上に取り付けられる。更に、ランプ１０２は、好ましくはガラスで作られ（しかし、プラスチックも可能である）、また、拡散性又は透明であってもよい、外側カバー又は外側バルブ１１を含む。

この実施形態では、発光装置１は、光ガイドユニットの光出力端面７は、及びオプションで光出力端面７に隣接する光ガイドユニットの部分も、波形状を備えるので、よりフィラメントに似た外見を備える。斯様な波形状の振幅及び周波数を変化させることにより、配光も調整され得る。

更に、図５には示されていないが、高まった輝き効果を備える等のために、光ガイドの光出力端面７において小さなプリズム構造が提供されてもよい。代替では、斯様な輝き効果は、プリズム構造の代わりに蛍光体を提供することによって得られる。明らかに、光ガイドの光出力端面において提供される小さなプリズム構造又は蛍光体等は、本発明による任意の実施形態の発光装置内で用いられ得る。

最後に、図６は、本発明による第４の実施形態の発光装置１を使用するランプ１０３を示す。発光装置１は、適切なソケット内にランプ１０３を取り付けるためのねじ山（示されていない）を含む基部１２上に取り付けられる。更に、ランプ１０３は、ガラスで作られ、また、拡散性又は透明であってもよい、外側カバー又は外側バルブ（示されていない）を含む。

この実施形態では、光ガイドユニットは、断面が漏斗形状であって両側があり、すなわち光ガイドユニットは、２つの光出力端面７ａ、７ｂと、したがって同様に２つの光入力端面６ａ、６ｂとを備える。代替的に、光ガイドユニットは、１つの光入力端面だけを含んでもよく、このとき光ガイドユニットの（複数の）光ガイドは、２つの光出力端面を提供するように分岐される。つまり、２つの光ガイドの光入力端面６ａ、６ｂは、１つの光入力端面に統合される。

この実施形態では、より厚い光ガイドを使用することが可能になり、これは、ひいては、光ガイドの下により多くのＬＥＤが組み込まれ得ることを提供する。更に、斯様な光ガイドを用いて、側面からの光漏れがない状態で、依然として光ガイドを回転対称に作ることも可能であるが、完全には回転対称の外観を有しない白熱フィラメントを模倣することも可能である。また、図５に関連して上述された波形状と同様の波形状を有する、このタイプの光ガイドユニットの光出力端面を提供することも可能である。

当業者は、本発明が、上述の好ましい実施例に決して限定されないことを理解する。逆に、添付の請求項の範囲内で多くの改良及びバリエーションが可能である。

更に、当業者によって、特許請求された発明を実施するにあたり、図面、明細書、及び添付の請求項の研究から、開示された実施形態のバリエーションが理解され達成されることができる。請求項で、「含む」の文言は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載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を有利に用いることができないことを意味するわけではない。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの光源と、
   動作の際、前記少なくとも１つの光源から放射される光を受ける光入力端面と、前記光入力端面の反対側に配置される光出力端面と、を各々含む、少なくとも第１の光ガイドと第２の光ガイドとを含む光ガイドユニットと、
   を含み、
   前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドの少なくとも一部分は、前記光出力端面の近くで、前記光入力端面と前記光出力端面との間において曲げ半径Ｒで曲げられ、
   前記光ガイドユニットの少なくとも前記第１の光ガイドは、断面がリング形状であり、
   前記光ガイドユニットの前記第１の光ガイドと前記第２の光ガイドとは、入れ子の関係で配置される、
   発光装置。
2. 前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドは、第１の表面及び第２の表面を含み、前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドのうちの一方の前記第１の表面が、前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドのうちの他方の前記第２の表面と平行に、且つ隣接して延在するように配置される、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドのうちの一方の前記第１の表面が、前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドのうちの他方の前記第２の表面と当接して配置される、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記光ガイドユニットの前記第２の光ガイドは、断面がリング形状である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
5. 前記光ガイドユニットは、中央空洞の周りに前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドが延在する、当該中央空洞を更に含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 前記第１の光ガイド及び前記第２の光ガイドと入れ子の関係で配置される、少なくとも１つの更なる光ガイドを更に含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光装置。
7. 前記光ガイドユニットは、当該光ガイドユニットの中心軸に対して垂直に延在する断面で見たときにリング形状である、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
8. 前記光ガイドユニットは、略漏斗形状である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光装置。
9. 前記光ガイドユニットは、当該光ガイドユニットの中心軸と平行に延在する断面で見たときに略漏斗形状である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光装置。
10. 前記光ガイドユニットは、２つの前記光出力端面を含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光装置。
11. 前記光ガイドユニットの前記光出力端面は、波形状である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置。
12. 前記光ガイドユニットの前記光出力端面は、複数のプリズム構造を備える、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の発光装置。
13. 前記少なくとも１つの光源は、ランバーシアン光源である、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光装置。
14. 前記少なくとも１つの光源は、１つのＬＥＤ、複数のＬＥＤ、又はリモートフォスファ光源である、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の発光装置。
15. 外側カバーと、基部と、前記基部上に配置され、前記外側カバーによって覆われる、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の発光装置と、を含む、ランプ。
    

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