JP2020518973A - 固体照明技術に基づく細長い可撓性照明デバイス - Google Patents

Abstract

多角形の横断面を有する細長い可撓性コア２と、いくつかの固体照明要素４が取り付けられた可撓性回路ストリップ３であって、コア２の周囲に螺旋状に巻き付けられた可撓性回路ストリップ３と、を備える照明デバイス１が提示される。そのような照明デバイス１を製造する方法も提示される。

Description

本発明は、固体照明（solid-state lighting；ＳＳＬ）技術に基づく、可撓性の細長い照明デバイスに関する。

ＬＥＤ（light-emitting diode）が表面実装された可撓性の平坦基材によって形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリップが、多くの用途で、例えば、コーブ照明、ウォールウォッシング、及び他の装飾照明の用途で、広く使用されている。しかし、それらの適用性を制限する要因は、それらが典型的に、基材の面外でのみ容易に撓むことができ、基材の面内剛性が高すぎて大きな面内曲げを許容しないことである。いくつかの方向に容易に撓むことができる照明デバイスを提供するための様々な試みがなされてきており、一例は、米国特許出願公開第２００５／０１６２８５０Ａ１号に開示されている照明デバイスである。照明デバイスは、補強線を有する螺旋状に巻かれたＬＥＤストリップが内部に配置された可撓性円筒管を有する。

細長い可撓性照明デバイスの開発に至った努力にもかかわらず、消費者の高まる期待を満たすために、技術水準を向上させるか又は単純に発展させることを目的とした更なる技術開発が必要とされている。

本発明の目的は、改良されたか又は代替的な細長い可撓性照明デバイスを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、多角形の横断面を有する細長い可撓性コアと、いくつかのＳＳＬ要素が取り付けられた可撓性回路ストリップであって、コアの周囲に螺旋状に巻き付けられた可撓性回路ストリップと、を備える照明デバイスが提示される。

本発明は、可撓性回路ストリップが一般にストリップの面内で撓むことができないという問題を克服する１つの方法が、回路ストリップを螺旋状に形成し、螺旋を可撓性コアの周囲に配置することである、という認識に基づいている。そのように設計された上述の照明デバイスは、いくつかの方向に容易に大きく撓むことができる。照明デバイスは、例えば、少なくとも２つの平行ではない方向に曲がるように適合されてもよい。また、上述の照明デバイスを、比較的速く、簡単かつ安価に製造することも可能である。

コアは、回路ストリップの螺旋状の巻き付けを甚だ容易にし、コアの断面が多角形であることは、ＳＳＬ要素の正確な配置を容易にし、それゆえ、全方向ではない光分布をもたらすことを容易にする。例えば、そのようなコアを使用することで、ＳＳＬ要素のビーム角度に等しい光分布をもたらすことが容易になる。コアの断面は、規則的又は不規則的な多角形の形状を有してもよい。断面の例としては、三角形、四角形、五角形、六角形、又は七角形の断面が挙げられるが、これらに限定されない。ＳＳＬ要素は全て、コアの単一の長手方向面に配置されてもよい。そのように、ＳＳＬ要素は全て、それらの全てが同じ基本照明方向を有するように向けられてもよい。あるいは、ＳＳＬ要素は、コアのいくつかの長手方向面に配置されてもよい。そのように、ＳＳＬ要素は、照明デバイスがいくつかの基本照明方向に発光できるように向けられてもよい。

コアは、０．００１ＧＰａ〜１ＧＰａ、例えば０．１ＧＰａ〜１ＧＰａの範囲内の弾性率、及び／又は５ＭＰａ〜５０ＭＰａ、例えば２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内の降伏強度を有してもよい。コアは、例えば、プラスチック材料で作製することができる。コア材料の例としては、ＰＵＲ（発泡体）、ＰＶＣ、及びシリコーンが挙げられる。

照明デバイスは、コア及び可撓性回路ストリップが内部に配置される、可撓性の光透過性ハウジングを備えてもよい。ハウジングは、例えば、半透明又は透明でもよい。ハウジングは、光分布を制御するように適合されてもよい。そのようなハウジングを多角形コアと組み合わせることにより、照明デバイスによって放出される光の方向を特に高度に制御することができる。ハウジングは、例えば、レンズ形状を有してもよい。ハウジングは、０．００１ＧＰａ〜１ＧＰａ、例えば０．１ＧＰａ〜１ＧＰａの範囲内の弾性率、及び／又は５ＭＰａ〜５０ＭＰａ、例えば２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内の降伏強度を有してもよい。ハウジングは、例えば、ＰＶＣ又はシリコーンで作製することができる。

照明デバイスは、可撓性回路ストリップに取り付けられ、かつＳＳＬ要素を電源に電気的に接続するように適合された、第１の組のコネクタを備えてもよい。第１の組のコネクタは、ＳＳＬ要素が正しく整列させられる／方向付けられることを確実にする位置合わせ機構として使用することができる。第１の組のコネクタとＳＳＬ要素とは、コアの異なる面に配置することができる。照明デバイスは、第１の組のコネクタを互いに電気的に接続し、かつ、第１の組のコネクタが配置されたコアの面に沿って延びる、電線を備えてもよい。

照明デバイスは、可撓性回路ストリップに取り付けられ、かつＳＳＬ要素を電源に電気的に接続するように適合された、第２の組のコネクタを備えてもよい。第１の組のコネクタと同様に、第２の組のコネクタは、位置合わせ機構として使用することができる。更に、第２の組のコネクタは、冗長性をもたらしてもよい。第２の組のコネクタは、第１の組のコネクタ及びＳＳＬ要素とは異なるコアの面に配置されてもよい。照明デバイスは、第２の組のコネクタを互いに電気的に接続し、かつ、第２の組のコネクタが配置されたコアの面に沿って延びる、電線を備えてもよい。

本発明の第２の態様によれば、照明デバイスを製造する方法であって、多角形の横断面を有する細長い可撓性コアを準備するステップと、いくつかのＳＳＬ要素が取り付けられた可撓性回路ストリップを準備するステップと、可撓性回路ストリップをコアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップと、を含む方法が提示される。

本発明の第２の態様の効果及び特徴は、本発明の第１の態様に関連して上述されたものとほぼ同様である。

可撓性回路ストリップをコアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップは、ＳＳＬ要素の全てをコアの単一の面に配置することを含んでもよい。別の言い方をすれば、可撓性回路ストリップをコアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップは、ＳＳＬ要素が最終的にはコアの単一の面に配置されるように行われてもよい。あるいは、可撓性回路ストリップをコアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップは、ＳＳＬ要素が最後にはコアの２つ以上の面に配置されるように行われてもよい。

方法は、可撓性回路ストリップ及びコアをオーバーモールドして、可撓性の光透過性ハウジングを形成するステップ、又は、可撓性回路ストリップ及びコアを予め形成された可撓性の光透過性ハウジングに挿入するステップを含んでもよい。オーバーモールドは、例えば、共押出によって行うことができる。

本発明は、請求項に記載されている特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものである点に留意されたい。

本発明の実施形態による照明デバイスの斜視図である。 図１の線Ｘ−Ｘに沿った断面図を示す。 図１及び図２の照明デバイスを製造する方法のフローチャートを示す。

ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

図１及び図２は、例えば、コーブ照明、壁面照明、標識及び建築用照明などの用途での使用に適した照明デバイス１を示す。照明デバイス１は細長い。図１において、照明デバイス１は、真っ直ぐな形態で示され、長手方向Ｌを規定する。照明デバイス１の長手方向の長さｌは、用途に依存するが、典型的に５ｍ〜１０ｍの範囲内である。照明デバイス１の幅ｗは、典型的に１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であり、照明デバイス１の高さｈは、典型的に１０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内である。

照明デバイス１は、以下では簡潔性のために「コア」と呼ぶ、中央の細長い可撓性コア２を有する。コア２の主要な延長は長手方向Ｌである。コア２は、長手方向Ｌと垂直ないかなる方向にも撓むことができる。別の言い方をすれば、コア２は、長手方向Ｌと垂直ないかなる方向にも曲がることができる。この場合、コア２は、低弾性率及び高降伏強度のプラスチック材料で作製されている。コア２は、角柱、より正確には直方柱の形状を有する。コア１の長手方向Ｌを横切る断面は、実質的に長方形であり、コア２は、長手方向Ｌに延びる４つの平坦な外側面を有する。側面は、２つずつ対向して配置されている。コア２は、中空の管であり、それゆえコア管と呼ばれることがある。異なる例において、コア２は中実でもよい。

代替的に可撓性回路基板と呼ばれることもある可撓性回路ストリップ３が、コア２の周囲に巻き付けられている。可撓性回路ストリップ３は、以下では簡潔性のために「ストリップ」と呼ばれる。ストリップ３は、螺旋状の経路で長手方向にコア２の輪郭を辿っている。このことは、ストリップ３が螺旋の形状を有し、螺旋の軸線が長手方向Ｌと平行であることを意味する。ストリップ３は、ＳＳＬ要素４（以下で更に説明する）を電気的に接続するための電気回路を含む。ストリップ３は、例えば、導体パターンが印刷された可撓性プラスチック基材によって形成されてもよい。更に、ストリップ３は、ストリップ３の連続する部分の間に長手方向の間隙又は隙間が存在するように、コア２の周囲に巻き付けられている。間隙は、長手方向Ｌで螺旋状の経路を辿っている。間隙の幅ｄは、典型的に０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。間隙は、照明デバイス１が曲げられている間のストリップ３の移動を容易にする。

いくつかのＳＳＬ要素４が、ストリップ３に対して取り付けられて電気的に接続されている。ＳＳＬ要素４は、光を放出するように適合されている。各ＳＳＬ要素４は、半導体ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマーＬＥＤ、又はレーザーダイオードなどの１つ以上の光源を含む。ＳＳＬ要素４は全て、同じ色の光、例えば白色光を放出するように構成されてもよく、又は異なるＳＳＬ要素４が、異なる色の光を放出するように構成されてもよい。図示の例において、ＳＳＬ要素４は、長手方向Ｌに１列に配置されている。図示されたＳＳＬ要素４が互いに整列されている場合でも、異なる例では、例えばジグザグパターンで配置されてもよいことに留意されたい。ＳＳＬ要素４は全て、コア２の同じ面（図１の上面）に沿って配置されている。更に、ＳＳＬ要素４は、照明デバイス１が図１に示される真っ直ぐな形態である場合、ＳＳＬ要素４が全て同じ基本照明方向を有するように向けられている。基本照明方向は、この場合、長手方向Ｌと垂直である。

ＳＳＬ要素４の全てが同じ基本方向に光を放出するように向けられる必要はないことに留意されたい。異なる例（図示せず）において、異なるＳＳＬ要素４が、異なる方向に光を放出するように向けられてもよい。例えば、ＳＳＬ要素４の全てがコア２の上面に配置される代わりに、代わりに又は加えて、コア２の底面及び／又は側面に配置されたＳＳＬ要素が存在してもよい。このように、照明デバイス１は、２つ以上の方向に光を放出するように適合されてもよい。

第１の組のコネクタ５がストリップ３に取り付けられ、ＳＳＬ要素４に電気的に接続されている。図示の例において、第１の組のコネクタ５は、長手方向Ｌに１列に配置されている。第１の組のコネクタ５は、互いに整列させられている。第１の組のコネクタ５は、ＳＳＬ要素４とは異なるコア２の面である、図１の側面に沿って配置されている。第１の組のコネクタ５は、例えば、Ｈａｒｗｉｎ Ｓ１７２１−０６ＲのようなＳＭＴ圧着接点でもよい。第１の組のコネクタ５は、典型的に長手方向Ｌに等間隔に配置されている。第１の組のコネクタ５間の長手方向距離は、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内でもよい。第１の組のコネクタ５は、ＳＳＬ要素４に電力を供給するための第１の電線６によって互いに電気的に接続されている。この場合、第１の電線６は、交流電源などの電源からＬＥＤドライバ（図示せず）を介して電流を供給するように適合された主バス線である。

第２の組のコネクタ５'がストリップ３に取り付けられ、ＳＳＬ要素４に電気的に接続されている。図示の例において、第２の組のコネクタ５'は、長手方向Ｌに１列に配置されている。第２の組のコネクタ５'は、互いに整列させられている。第２の組のコネクタ５'は、ＳＳＬ要素４及び第１の組のコネクタ５'とは異なるコア２の面である、図１の側面に沿って配置されている。図示の例において、第１の組のコネクタ５及び第２の組のコネクタ５'は、コア２の反対側の面に配置されている。第２の組のコネクタ５'は、典型的に第１の組のコネクタ５と同じタイプである。例えば、第２の組のコネクタ５'は、Ｈａｒｗｉｎ Ｓ１７２１−０６ＲのようなＳＭＴ圧着接点でもよい。第２の組のコネクタ５'は、典型的に長手方向Ｌに等間隔に配置されている。第２の組のコネクタ５'間の長手方向距離は、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内でもよい。第２の組のコネクタ５'は、ＳＳＬ要素４に電力を供給するための第２のワイヤ６'によって互いに電気的に接続されている。この場合、第２の電線６'は、交流電源などの電源からＬＥＤドライバ（図示せず）を介して電流を供給するように適合された主バス線である。

コネクタ５、５'を配置するときに、いくつかの要因を考慮する必要があることに留意されたい。そのような要因の１つは、照明デバイス１の長さｌに沿った「電圧降下」である。通常、電圧降下効果を排除するか、又は少なくとも低減するようにコネクタ５、５'を配置し、それによって、ＬＥＤが実質的に等しい強度で光ることを確実にする。更に、ＬＥＤは、典型的に主バスによって並列ストリングにグループ化され、コネクタ５、５'は通常、ＬＥＤストリングが主バス線に接続される箇所に配置される。また更に、コネクタ５、５'を配置するのに最良の箇所は、ストリップ３上のはんだパッドのピッチ並びに螺旋の直径及びピッチに依存することがある。ピッチ及び直径が不正確である場合、誤差が、螺旋の長さと共に蓄積して増加し、そのうちのいくらかが、コネクタ５、５'とＬＥＤのずれを生じさせることがある。

照明デバイス１は、外側ハウジング７を更に備える。ハウジング７は、中空の管状の形状を有する。ハウジング７の形状は、あるいは中空円筒形と呼ばれてもよい。それゆえ、ハウジング７は、内部空間を有し、コア２、ＳＳＬ要素４を有するストリップ３、コネクタ５、５'、及び線６、６'は、ハウジング７の内部空間に配置されている。それゆえ、これらの部品は、ハウジング７の内部に配置されている。ハウジング７は、透光性であり、可撓性である。図示の例において、ハウジング７は、長手方向Ｌと垂直ないかなる方向にも撓むことができる。別の言い方をすれば、ハウジング７は、長手方向Ｌと垂直ないかなる方向にも曲がることができる。この場合、ハウジング７は、低弾性率及び高降伏強度のプラスチック材料で作製されている。

照明デバイス１は、通常、ＬＥＤ用の１つ以上のドライバ、並びに照明デバイス１を主電源及び／又は他の照明デバイスに接続するためのエンドキャップなど、図１及び図２に示されていない追加の部品を備える。エンドキャップは、例えば、ドライバ用のハウジングを形成してもよい。照明デバイス１は、ドライバ、線６、６'、コネクタ５、５'、及びストリップ３を介してＳＳＬ要素４に電力が供給されるように電源に接続することにより、作動状態となる。ＳＳＬ要素４は、ハウジング７を透過する光を放出する。

照明デバイス１は、図３に概略的に示される方法により、すなわち、まず、ステップＳ１及びＳ２で、コア２と、ＳＳＬ要素４を有するストリップ３とを準備し、次いで、ステップＳ３で、ストリップ３をコア２の周囲に螺旋状に巻き付けることにより、製造されてもよい。図示の照明デバイス１のＳＳＬ要素４は、コア２の同じ面に配置されており、このことは、ストリップ３をコア２の周囲に適切な様式で螺旋状に巻き付けることによって実現されてもよい。ハウジング７は、ストリップ３及びコア２をオーバーモールドすることによって形成されてもよい。代わりに、ハウジング７は、別個に予め形成されてもよく、その後にストリップ３及びコア２がその中に挿入される。

当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、第１及び第２の組のコネクタ５、５'の一方が省略されてもよい。

更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙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、有利には使用されることができないことを示すものではない。

Claims (13)

1. 多角形の横断面を有する細長い可撓性コアと、
   いくつかの固体照明要素が取り付けられた可撓性回路ストリップであって、前記コアの周囲に螺旋状に巻き付けられた可撓性回路ストリップと、を備える照明デバイスであって、
   前記可撓性回路ストリップに取り付けられた第１の組のコネクタを更に備え、前記第１の組のコネクタと前記固体照明要素とが、前記コアの異なる面に配置されており、前記第１の組のコネクタが、前記固体照明要素を電源に電気的に接続するように適合されている、照明デバイス。
2. 前記照明デバイスは、少なくとも２つの平行ではない方向に曲げることができる、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記コアは、０．００１ＧＰａ〜１ＧＰａ、あるいは０．１ＧＰａ〜１ＧＰａの範囲内の弾性率を有する、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
4. 前記コアは、５ＭＰａ〜５０ＭＰａ、あるいは２５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内の降伏強度を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明デバイス。
5. 前記コアは、プラスチック材料で作製されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明デバイス。
6. 可撓性の光透過性ハウジングを更に備え、前記コア及び前記可撓性回路ストリップは、前記ハウジングの内部に配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明デバイス。
7. 前記第１の組のコネクタを互いに電気的に接続する電線を更に備え、前記電線は、前記第１の組のコネクタが配置された前記コアの面に沿って延びている、請求項５又は６に記載の照明デバイス。
8. 前記可撓性回路ストリップに取り付けられた第２の組のコネクタを更に備え、前記第２の組のコネクタは、前記固体照明要素を電源に電気的に接続するように適合されており、前記第１の組のコネクタ及び前記固体照明要素とは異なる前記コアの面に配置されている、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記第２の組のコネクタを互いに電気的に接続する電線を更に備え、前記電線は、前記第２の組のコネクタが配置された前記コアの面に沿って延びている、請求項８に記載の照明デバイス。
10. 照明デバイスを製造する方法であって、
    多角形の横断面を有する細長い可撓性コアを準備するステップと、
    いくつかの固体照明要素が取り付けられた可撓性回路ストリップを準備するステップと、
    前記可撓性回路ストリップを前記コアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップと、を含む方法。
11. 前記可撓性回路ストリップを前記コアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップは、前記固体照明要素の全てを前記コアの単一の面に配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記可撓性回路ストリップを前記コアの周囲に螺旋状に巻き付けるステップは、前記固体照明要素の全てを前記コアの２つ以上の面に配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記可撓性回路ストリップ及び前記コアをオーバーモールドして、可撓性の光透過性ハウジングを形成するステップ、又は
    前記可撓性回路ストリップ及び前記コアを予め形成された可撓性の光透過性ハウジングに挿入するステップを更に含む、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。

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