JP5394243B2 - 発光ダイオード照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の発光ダイオードを有する照明器具に関する。

現在、インテリアにおいてできるだけ邪魔にならないよう照明器具を一体化する要望がますます高まっている。これにより、建築家やインテリアデザイナーは、或る１つの建物又はインテリアを別の物から明確に識別するスタイルを創作することができる。

それと同時に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用した照明器具は、電力消費量、耐久性、大きさ等に関して優れた特性を有しているので、従来型の蛍光照明器具に取って代わることが見込まれている。

しかしながら、既存のＬＥＤ利用型照明器具は、典型的には、熱管理上の問題（大規模な冷却システムが必要である）及び用いられる光学系（通常、拡散器がＬＥＤから或る特定の距離を置いたところに配置され又は嵩張った拡散器がＬＥＤの頂部状に配置される）に起因して厚くなりすぎる。また、既存のＬＥＤ利用型照明器具は、大抵の場合、不透明である。全体として、既存のＬＥＤ利用型照明器具は、それほど邪魔にならないというわけではない。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、特に薄く且つ邪魔にならないように製作できる改良型の照明器具を提供することにある。

これらの目的及び以下の説明から明らかになる他の目的は、照明器具であって、プレート状の光ガイド又は光ガイドプレートと、光ガイドの平面内に配置された穴の中に収納されている複数個のＬＥＤとを有し、少なくとも１つの穴は、穴の中の任意のＬＥＤからの光を光ガイドの内部に取出す第１の側面と、光を光ガイドの外部に取出す反対側の第２の側面とを有し、穴は、第１の側面の全てが一方向に向くよう配置されていることを特徴とする照明器具によって達成される。

好ましくは、少なくとも１つの第２の側面は、反射性であり、光ガイドの平面に対して傾けられている。傾斜反射性要素は、例えば、裸の面の次に空気スリット及びレフレクタを配置したものであるのが良く、これらは全て、光ガイドの平面に対して約４５°の角度をなして配置されており、この場合、光が、光ガイドプレートの法線に沿う方向で光ガイドの外部に取出される。

また、好ましくは、互いに反対側に位置する第１の側面と第２の側面との間の穴の側壁は、例えば全反射（ＴＩＲ）によって入射光を反射するようになっている。

この結果、所与のＬＥＤからの光は、別の穴に入り込むことができない。というのは、第１の内部取出面は、影の側に位置し、第２の外部取出面は、反射性であり、残りの側部は、ＴＩＲによって全ての光を反射するからである。それ故、照明器具の他の光源のところでの吸収又は散乱に起因する光の損失は無く、それにより、良好な光効率が保証される。さらに、光ガイドの厚さ（及びそれ故に照明器具の厚さ）は、非常に小さくて良く、好ましくは約３ｍｍ以下であり、主としてＬＥＤそれ自体の厚さで制限される。また、非透明でなければならないのはＬＥＤ及び第２の外部取出面だけなので、照明器具の大部分の領域を透明にすることができ、それにより照明器具をオフにしたときに照明器具を周囲環境と調和させることが容易である。透明であるという特性は、ＬＥＤを部分的に傾斜反射性外部取出面の下に配置することにより一段と促進可能である。

好ましくは、穴は、互い違いの分布状態に従って光ガイドの平面内に配置されている。より好ましくは、穴は、列状に配置されている穴から内部取出しされた光が次の列状に配置された穴の第２の側面に当たらないよう配置されている。これにより、照明器具の光混合特性を向上させることができる。本発明の光ガイド中での光の混合により、照明器具は、ＬＥＤ相互間の光束及び色の差に関し、更に又、１平方メートル当たり数個のＬＥＤの破損に関して、何でもない。

例えば照明器具は屋内オフィス用照明として用いられる場合におけるグレア防止上の要件を満たすために、照明器具の光は、好ましくは、コリメートされる。一実施形態によれば、これは、ＬＥＤ１個当たり１つのコリメータを設けることにより達成できる。例えば、少なくとも１つのＬＥＤは、コリメータを有するのが良い。コリメータは、例えば、ＬＥＤダイが収納される反射カップ又はＬＥＤダイ上に配置されるＴＩＲ光学部品であるのが良い。変形例として又は補完例として、少なくとも１つの穴が、一体形コリメータを有しても良い。例えば、光ガイドの一体部分を形成する光ガイド材料のテーパ付きブロックをＴＩＲコリメータとして用いることができる。ＬＥＤ又は穴と一体形のコリメータは、光を水平方向（光ガイドの平面内の方向）と垂直方向（光ガイドの平面に垂直な方向）の両方にコリメートするよう使用できる。

別の実施形態では、少なくとも１つの穴は、光を水平方向（光ガイドの平面内の方向）にコリメートするために台形の形状をしている。変形実施形態又は補完的実施形態では、光ガイドは、光を垂直方向にコリメートするためにウェッジの形状をしていても良い。これら２つの後者の実施形態に関する利点は、光が光ガイド中を通っているときに光がより一層コリメートされ、それにより全体的コリメーション（視準）度が増大するということにある。

また、所望のコリメーションを達成するためにコリメーションを行うための上述の実施形態を組み合わせることができる。全体として、光を光ガイドプレートの平面内において（厚いシステムを必要とする照明器具から出る光の方向ではなく）混合すると共にコリメートすることによって、非常に薄い照明器具を実現することができる。

次に、本発明の現時点において好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して本発明の上記観点及び他の観点について詳細に説明する。

本発明の基本的な実施形態としての照明器具の平面図である。 図１ａの照明器具の一部の拡大断面側面図である。 ＬＥＤ１個当たり１つのコリメートを備えた本発明の一実施形態としての照明器具の平面図である。 図２ａの例示のコリメータの拡大斜視図である。 台形の形状をした穴を有する本発明の一実施形態としての照明器具の平面図である。 図３ａの例示のコリメータの拡大斜視図である。 ウェッジの形状を繰り返し備えた光ガイドを有する本発明の一実施形態としての照明器具の断面側面図である。

次に、図１ａ及び図１ｂを参照して本発明の基本的実施形態としての照明器具について説明する。参照符号１０で示された照明器具は、透明なプレート状の光ガイド（「光ガイドプレート」又は単に「光ガイド」という場合がある）１２を有する。光ガイド１２の一側部又は一方の面は、各々が発光ダイオード（ＬＥＤ）１６を収納した複数個の穴１４を備えている。穴１４は、光ガイド１２の全厚を貫通した穴であっても良く、光ガイド１２の一方の面のところに設けられた穴であっても良い。ＬＥＤ１６は、約９０°傾けられた側部発光型ＬＥＤ又は頂部発光型ＬＥＤであるのが良い。さらに、ＬＥＤ１６は、好ましくは、照明器具１０の全体的電力消費量を少なくするために６０ｍＷのオーダの低出力型ＬＥＤである。また、このようなＬＥＤは、それほど多量の熱を発生せず、それにより熱管理手段、例えばヒートシンクが不要になる。また、このようなＬＥＤは、通常、小型であり、それにより薄い照明器具１０の実現が可能になる。

代表的な具体例では、光ガイド１２の厚さは、約１．２ｍｍであり、穴１４の底部面積は、約２．８〜３．５×５．５ｍｍであり、ＬＥＤは、高さが約０．８ｍｍ、幅が約２．８ｍｍである。光ガイド１２の１ｃｍ²当たり約１個のＬＥＤ１６が設けられる。注目されるべきこととして、ＬＥＤ効率の向上及び（又は）高出力型ＬＥＤの使用により、ＬＥＤの間隔を大きく取ることができ、他方、照明器具の光出力が同一に保たれる。

各穴１４は、穴１４の中のＬＥＤ１６からの光を光ガイド１２の内部に取出す第１の内部取出面１８を有している。各穴１４の反対側には、光を光ガイド１２の外部に取出す第２の外部取出側面２０が設けられている。好ましくは、外部取出面２０は、裸の面の次に空気スリット及び光ガイドプレート１２の平面に対して約４５°の角度をなして配置された鏡を設けたものであり、この場合、光は、図１ｂで理解できるように、光ガイド１２の法線に沿う方向に光ガイド１２の外部に取出される。入射光の大部分は、裸の面のところでの全反射（ＴＩＲ）によって損失無く反射される。残りの光は、光が次の穴に入るのを阻止するようＴＩＲ面の後ろの鏡によって反射される。外部取出面２０は、用途に応じて、光を光ガイド１２の各面又は両面に対して外部取出しすることができる。内部取出面１８とこれと反対側の外部取出面２０との間の各穴１４の残りの側壁２２ａ，２２ｂは、例えばＴＩＲによって入射光を反射するようになっている。ＴＩＲは、側壁２２を適当に、即ち、光の平均方向に平行に差し向けることによって達成できる。オプションとして、開口した穴１４を備える光ガイド１２の面は、穴１４内にほこり等が溜まるのを阻止するよう透明なプレート（図示せず）によって覆われるのが良い。

穴１４は、更に、全ての内部取出面１８が一方向（図１ａでは「上方」）に向くよう配置されている。その結果、全ての反対側の外部取出面２０は、逆の方向（図１ａでは「下方」）に向いている。

照明器具１０の作動中、１つのＬＥＤ１６により放出された光は、この１つのＬＥＤ１６が収納されている穴１４の内部取出面１８を介して光ガイド１２中に取出される。次に、光は、他の或る穴１４の外部取出面２０を介して直接（例示の光線の跡２４ａによって示されている）か少なくとも１つの他の穴１４の側壁２２によって反射された跡（例示の光線の跡２４ｂによって示されている）かのいずれかで光ガイド１２から外部取出しされる。

この結果、所与のＬＥＤ１６からの光は、別の穴１４に入り込まない。というのは、内部取出面１８は、影の側に位置し、外部取出面２０は、反射性であり、残りの側壁２２は、ＴＩＲによって全ての光を反射するからである。それ故、照明器具１０の他の光源のところでの吸収又は散乱に起因する光の損失は無く、それにより、良好な光効率が保証される。さらに、光ガイド１２の厚さ（及びそれ故に照明器具１０の厚さ）を非常に小さくすることができ、このような厚さは、好ましくは約３ｍｍ以下であり、主としてＬＥＤそれ自体の厚さで制限される。

照明器具１０内での光混合度は、とりわけ、穴１４相互間の距離、即ち穴の密度によって制御される。図１ａに示されているように、所与の位置のところで光ガイド１２に入った光は、種々の外部取出面２０のところで光ガイド１２から出ることができる。穴密度が高い場合（即ち、穴１４相互間の距離が短い場合）、所与のＬＥＤ１６からの光の大部分は、この所与のＬＥＤ１６の内部取出面１８と反対側の外部取出面２０（別の穴１４の）を通って外部取出しされる。他方、穴密度が低い場合（即ち、穴１４相互間の距離が長い場合）、所与のＬＥＤ１６からの光は、多くの外部取出面２０に向かって広がり、多くのＬＥＤ１６からの光は、混合され、その後光ガイド１２から出る。

さらに、図１ａに示されているように互い違いの分布状態に従って穴１４を配列することにより光混合特性を向上させることができる。光は、制限された発射角範囲で出ることができ、それにより光は、大抵の隣接した列状の外部取出面２０がこの範囲から外れている場合、これらには当たらない。その代わり、光は、光ガイド１２中を更に進むようになり、その後外部取出しされ、その結果、光ガイド１２の平面内で混光が行われる。例えば、発射角範囲の中心が約８０°にある場合、４５°の外部取出面２０（図１ａにおける互い違いの分布状態の場合）は、「目に見えない」。発射角範囲は、例えば、光ガイド１２の材料の屈折率、ＬＥＤの発光パターン及び（又は）穴の中のコリメータ（もし設けられていれば）によって定められる。

照明器具１０のグレア防止要件（即ち、光ガイドから外部取出された光は、大きすぎる発射角を呈してはならない）に適合するため、照明器具１０の光は、好ましくは、コリメートされる。一実施形態によれば、これは、ＬＥＤ１個当たり１つの専用コリメータを設けることにより達成できる。図２ａ及び図２ｂに示された例示のコリメータ２６は、光ガイドの一体部分を形成する光ガイド材料のブロックで作られたＴＩＲコリメータである。例示のコリメータ２６は、光を水平方向（光ガイド１２の平面内の方向）と垂直方向（光ガイド１２の平面に垂直な方向）の両方にコリメートするようテーパしている。すなわち、コリメータ２６は、内部取出面１８に近づくにつれ広く且つ厚くなっている。しかしながら、一方向にのみテーパしたコリメータも又想定されている。光は、穴１４から出る前にコリメートされる。内部取出面１８のところでは、コリメータ２６は、好ましくは、光ガイド１２と光学接触状態にある。典型例として又は補完例として、コリメータは、ＬＥＤと一体であっても良い。例えば、コリメータは、ＬＥＤダイが収納される反射カップ又はＬＥＤダイ上に配置されるＴＩＲ光学部品であるのが良い。ＬＥＤ中に構成されたコリメータは又、光を水平方向と垂直方向の両方又は一方向にのみコリメートするために使用できる。

図３ａに示す別の実施形態では、穴１４は、光を穴１４の外部で水平方向にコリメートするために台形の形状をしているのが良い。すなわち、穴の幅は、内部取出面１８に向かってテーパし、それにより側壁２２は、傾斜している。その結果、傾斜側壁２２によって反射された光は、この光が光ガイド１２中を進んでいるとき、非傾斜側壁２２を備えた場合（図１ａの場合）と比較して、水平方向に一層コリメートされた状態になる。この実施形態の利点は、光ガイド１２中を更に進む光がコリメート用の側壁２２との相互作用が多くなるということにある。その結果、光は、光がたった１つのコリメータ２６と相互作用する上述の変形例と比較して、一層コリメートされる。また、傾斜側壁２２は、更に良好なコリメーションをもたらすよう真っ直ぐ（図３ａの場合のように）ではなく、湾曲しているのが良いことは注目されるべきである。台形の穴は、好ましくは、各穴の中に一体化され、光を垂直方向にのみコリメートするようテーパした（図３ｂ）個々のコリメータ２６と組み合わされ、その結果、垂直方向と水平方向の両方向において全体的コリメーションが得られる。

変形実施形態又は補完的実施形態では、光ガイドは、図４に示されているように光を垂直方向にコリメートするウェッジの形状２６をしているのが良い。すなわち、光ガイド１２のウェッジ形状２８は、内部取出面１８が向いている方向に薄くなり、それにより光ガイド１２に「傾斜している」表面が作られる。その結果、ウェッジ形状２８によって反射された光は、この光が光ガイド１２中を進んでいるとき、ウェッジ形状２８を備えていない場合（図１ｂの場合）と比較して、垂直方向に一層コリメートされた状態になる。光ガイドの一定の厚さを保つため、ウェッジ形状２８は、好ましくは、繰り返し設けられ、反射外部取出縁部３０（約４５°をなしている）が、各ウェッジ形状２８の背の高い端部のところに設けられている。

図３及び図４の照明器具では、穴、好ましくは、光が穴のコリメーション構造を迂回して避けるのを阻止するよう貫通穴である。コリメータが穴の内部にのみ用いられる場合（図２の場合のように）、穴は、貫通穴でなければならないということはない。

本発明のＬＥＤ利用型照明器具の用途としては、屋内照明、例えばオフィス用照明、雰囲気用照明、装飾用照明、屋外照明、例えば建物の照明、看板の照明等が挙げられる。

当業者であれば認識されるように、本発明は、上述の好ましい実施形態には何ら限定されない。それどころか、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で多くの改造例及び変形例が可能である。例えば、図２〜図４に示されているようなコリメーションを行う上述の手段を、所望のコリメーションを達成するよう種々の仕方で組み合わせることができる。また、全ての穴がＬＥＤを収容する必要はなく、幾つかの穴は、例えば、光の外部取出のためにのみ用いられても良い。また、光の内部取出のために用いられない穴は、台形の形状ではなく三角形の形状をしていても良い。というのは、このような実施形態は内部取出を必要としないからである。また、本発明のＬＥＤ利用型照明器具は、適切に且つ有利には、測って切断される照明器具であり、したがって、所望の形状寸法を備えた照明器具を大形の照明器具から切り出すことができるようになっている。このような測って切断される器具では、ＬＥＤは、好ましくは、並列接続される。

Claims (8)

1. 発光ダイオード利用型照明器具であって、
   プレート状の光ガイドと、
   前記光ガイドの平面内に配置された複数個の穴の中に収納されている複数個のＬＥＤとを有し、
   前記複数個の穴は、前記穴の中の任意のＬＥＤからの光を前記光ガイドの内部に取出す第１の側面と、光を前記光ガイドの外部に取出す反対側の第２の平坦な側面とを有し、前記少なくとも１つの第２の側面は、反射性であり、前記光ガイドの平面に対して傾けられ、前記複数個の穴は、前記第１の側面の全てが一方向に向くよう配置され、前記複数個の穴は、互い違いの分布状態に従って前記光ガイドの平面内に配置されている、照明器具。
2. 互いに反対側に位置する前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記穴の側壁は、入射光を反射するようになっている、請求項１記載の照明器具。
3. 前記光ガイドの厚さは、約３ｍｍ以下である、請求項１記載の照明器具。
4. 前記複数個の穴は、列状に配置されている穴から内部取出しされた光が次の列状に配置された穴の前記第２の側面に当たらないよう配置されている、請求項１記載の照明器具。
5. 少なくとも１つのＬＥＤは、コリメータを有する、請求項１記載の照明器具。
6. 少なくとも１つの穴は、一体形コリメータを有する、請求項１記載の照明器具。
7. 少なくとも１つの穴は、光を前記光ガイドの平面に対して水平方向にコリメートする台形の形状を有する、請求項１記載の照明器具。
8. 前記光ガイドは、光を前記光ガイドの平面に対して垂直方向にコリメートするウェッジの形状を有する、請求項１記載の照明器具。

Images