JP6023168B2 - 光源、ランプ、および光源を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の発光ダイオードを備えている光源に関する。本発明はさらに、そのような光源を有しているランプおよび／またはライトアッセンブリーに関する。最後に、本発明は、複数の発光ダイオードを備えている光源を製造する方法に関する。

従来の白熱光源は、一般に、部屋または同様物を照らすために使用される光の径方向の分布を提供する。しかしながら、白熱光源は、多くの電力を消費する。白熱光源を発光ダイオード（ＬＥＤ）光源で置き換えることは、電力効率を相当に改善する。白熱光源は、実質的に均一な光の放射を球全体に提供することができるが、ほとんどのＬＥＤは、残念ながら、光を半球状に発する。その結果、ＬＥＤ光源による白熱光源の単なる置き換えは、しばしば、部屋などの空間の不満足および／または不十分な照明をもたらす。

さらに、従来の白熱光源は、暖かい白色光として経験される広域スペクトルを生成する。ＬＥＤは、それ自体では白色光を生成しない。白色光は、発光の一部を、より長い波長を有する光に変換するリン材料で覆われた、短い波長たとえば約４２０〜４７０ｎｍの間の波長を発するＬＥＤを使用することによって得られる。この方法で作り出される白色光はしばしば、「冷たい」と経験される。

また、白色光は、各タイプが異なる波長域の波長の放出に適している異なるタイプのＬＥＤを使用することによって得られる。たとえば、青色光を発するために配されたＬＥＤは、緑色光と赤色光を発するために配された一つ以上のＬＥＤと組み合わされる。色を得る光学素子の特定の配列および使用によって、混合白色光が形成され得る。しかしながら、大きい立体角にわたって白色光のかなり均一な放出を得ることは非常に難しい。

一般に、白熱光源と、説明されたＬＥＤを使用する光源の間の差は、多数ＬＥＤがＬＥＤ光源に使用されるとき、より顕著になる。点光源として働く複数のＬＥＤを使用している光源を実現することは、特にそのような振る舞いが十分な色混合と同時に起これば、非常に難しい。

本発明の目的は、改善された照明を大きい立体角にわたりかなり均一な方法で提供するＬＥＤを使用している光源を提供することである。この目的のために、本発明の実施形態は光源を提供し、その光源は、中心位置を有している空間配列物の形で分配された複数の発光ダイオードを備えているライトユニットを備えており、前記複数の発光ダイオードは、少なくとも二つの異なるタイプのダイオードを有しており、各タイプのダイオードは、異なる波長帯内の放射の発生のために配されており、また、前記ライトユニットを覆う中空湾曲キャップを備えており、前記キャップは、前記ライトユニットによって発せられる放射に対して実質的に透明であり、また、前記キャップの外部にくぼみを形成する軸対称突出部が設けられており、前記突出部の対称軸は、前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物の前記中心位置と実質的に一致している。この光源の使用は、ＬＥＤの電力効率の利益を得ながら、大きい立体角にわたるかなり均一な発光を提供する。

本発明の実施形態はさらにランプに関し、そのランプは、上述されたような光源と、光学素子を少なくとも部分的に取り囲む中空エンクロージャーを備えており、前記エンクロージャーの少なくとも一部分は、前記光学素子によって発せられる放射に対して透明である。

本発明の実施形態はさらにライトアッセンブリーに関し、そのライトアッセンブリーは、上述されたような光源と、前記光源を収容するための照明器具を備えており、前記光源に対する正接の仮想半球の半径は、前記照明器具に対する正接の仮想半球の半径よりも少なくとも１０倍小さい。そのようなライトアッセンブリーは、かなり均一な方法で大きい立体角にわたって改善された照明を提供し得るだけでなく、光源が点光源として使用されることを可能にし得る。これは、複数のＬＥＤを使用している光源の場合であってもよい。

最後に、本発明の実施形態は、光源を製造する方法に関し、複数の発光ダイオードを、中心位置を有している空間配列物の形に分配することによってライトユニットを形成することを有しており、前記複数の発光ダイオードは、少なくとも二つの異なるタイプのダイオードを有しており、各タイプのダイオードは、異なる波長帯内の放射の発生のために配されており、また、前記ライトユニットによって発せられる放射に対して実質的に透明である中空湾曲キャップを成型することを有しており、前記キャップは、前記キャップの外部にくぼみを形成する軸対称突出部が設けられており、また、前記キャップを前記ライトユニットの上にそれを覆うように配置することを有しており、前記配置は、前記突出部の対称軸は、前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物の前記中心位置と実質的に一致するようなものである。

本発明のさまざまな相がさらに、図面に示される実施形態を参照して説明される。
図１は、本発明の実施形態による光源の達観を概略的に示している。 図２ａは、本発明の実施形態で使用され得る発光ダイオードの空間配列物の平面図を概略的に示している。 図２ｂは、本発明の実施形態で使用され得る発光ダイオードの別の空間配列物の平面図を概略的に示している。 図３ａは、本発明の実施形態で使用され得るキャップの達観を概略的に示している。 図３ｂは、図３ａのキャップの断面図を概略的に示している。 図３ｃは、図３ａのキャップの平面図を概略的に示している。 図４は、本発明の実施形態によるランプを概略的に示している。 図５は、本発明の実施形態によるライトアッセンブリーを示している写真である。

以下は、単なる例として図面を参照して与えられた、本発明のさまざまな実施形態の説明である。

図１は、本発明の実施形態による光源１の達観を概略的に示している。光源１は、ライトユニット１０とキャップ２０を備えている。ライトユニット１０は、少なくとも二つの異なるタイプのＬＥＤを有している複数の発光ダイオード３（ＬＥＤ）を備えている。各タイプのＬＥＤは、異なる波長帯をもつ放射の発生のために配されている。

ＬＥＤ３は、空間配列物の形で分配されている。特定の配列の選択は、希望の目的に基づいてよい。空間配列物の二つの例が、図２ａおよび２ｂにあげられている。

キャップ２０は、中空湾曲キャップであり、ライトユニット１０を覆っている。キャップ２０は、ライトユニット１０によって発せられる放射に対して実質的に透明である。キャップは、キャップ２０の内部に軸対称突出部２２が設けられている。突出部は、キャップ２０の外部にくぼみ２１を形成している。突出部２１の対称軸は、複数のＬＥＤ３の空間配列物の中心位置と実質的に一致している。ＬＥＤ３を備えた突出部２２の配列は、異なるタイプのＬＥＤ３によって発せられる光の混合の増大を可能にする。その結果、改善された色混合が達成されることができる。

さらに、突出部２２と、その結果のくぼみ２１を備えた中空キャップ２０の使用は、発光ダイオードの立体角を超える立体角にわたり実質的に均一な方法で光源１が光を発することを可能にする。複数の発光ダイオード３の空間配列物の中心位置への突出部２２の対称軸の配列のおかげで、光源１の立体角は、点光源の立体角に近づき得る。

図２ａおよび２ｂは、本発明の実施形態が使用され得る二つの異なる空間配列物ＬＥＤの平面図を概略的に示している。両方の示された装置は、二つの異なるタイプのＬＥＤを備えている。本発明の実施形態は、たった二つの異なるタイプのＬＥＤの使用に限定されていないことが理解される。図２ａ，２ｂの第一のタイプのＬＥＤは、斜線円として表わされ、ＬＥＤ３ａと呼称される。第二のタイプのＬＥＤは、白色円によって表わされ、ＬＥＤ３ｂと呼称される。

図２ａでは、一つのＬＥＤ３ａが、二つのＬＥＤ３ｂと組み合わされて使用されている。ただ一つのＬＥＤ３ａが、ＬＥＤの空間配列物の中心位置に配置され、一方、二つのＬＥＤ３ｂが、ただ一つのＬＥＤ３ａの両側に等距離に置かれている。

図２ｂでは、四つのＬＥＤ３ａが正方形のフォーメーションに配されており、二つのＬＥＤ３ｂが、正方形フォーメーションを二つに分割する仮想線上に配されている。その結果、空間配列物の中心位置は、正方形の中心位置と線の中心位置の両方に一致している。さらに、ＬＥＤ３ａ，３ｂはすべて、異なるタイプのＬＥＤ３ａ，３ｂの空間配列物の中心位置と一致している原点をもつ円形配列に配置されている。ＬＥＤ３ａ，３ｂのこの高い対称的配列は、大きい立体角にわたり、たとえば色および強度に関して、実質的に均一の特性をもつ発光に関する改善された性能を有している。

本発明のいくつかの実施形態は、二つ以上の異なるタイプのＬＥＤのスペクトルを混合することによる白色光の生成に特に有用である。たとえば、使用されているＬＥＤタイプ３ａ，３ｂの一つは、リン化合物を備えている層が設けられたＬＥＤに相当することがある。リン化合物は、ＬＥＤによって発せられた放射の少なくとも一部分を、異なる波長、一般には、より長い波長を有している放射に変換するために配されている。そのような場合、この種のダイオードは、いわゆる「白色ＬＥＤ」、すなわち、ＬＥＤによって発せられた光をリン層によって変換された光と混合することによって白色光を出力するＬＥＤである。一般に、白色ＬＥＤは、約４２０〜４７０ｎｍの範囲の波長を発するために配されたＬＥＤを使用する。「白色ＬＥＤ」によって発せられる光は一般に低い演色評価数を有しており、すなわち、発光は、「冷」光であるととらえられる。約５９０〜６７０ｎｍの範囲の波長を発するダイオード、すなわち赤色ＬＥＤの使用は、光源によって発せられた光の認識を改善することができる。

図３ａは、本発明の実施形態で使用され得るキャップ２０の達観を概略的に示している。図３ｂおよび３ｃは、それぞれ、図３ａのキャップ２０の断面図および平面図を概略的に示している。キャップ２０に適している材料は、これに限定されないが、透明プラスティック、たとえばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの透明サーモプラスチックを含んでいる。

突出部２２は好ましくは円錐形状をしている。円錐形状突出部２２の使用は、大きい立体角にわたり均一な伝達を改善する。ＬＥＤから発せられた光は、より多分にキャップの内側表面で反射し、それは、光のより良い角度分散を提供する。加えて、増大した光分散は、光源によって発せられる光の均一性を改善する改善された色混合をもたらす。光分散と色混合のさらなる改善は、ライトユニット１０の方向から観察されたときに突出部のトップ部分が凸状表面形を有しているように突出部２２を成形することによって達成され得る。言いかえれば、この実施形態では、突出部２２のトップ部分は凸状外側表面形を有している。

キャップ２０の内側表面の少なくとも一部分は、８０よりも高い光沢係数を有しているように平滑化されていてもよい。平滑化内側表面の使用は、キャップ２０の内側表面での正反射をさらに増大させ、それは、光源の全体にわたり分散と色混合を高める。代替的に、または付加的に、内側キャップ表面の少なくとも一部分が部分的に反射層で被覆されていてもよい。好ましくは、そのような被覆部分は、突出部表面を含んでいる。そのような部分的反射層の一部であってよい適切な材料はクロムである。

色混合におけるさらなる改善は、外側表面には織り込みが設けられているように、キャップ２０の外側表面の少なくとも一部分を粗くすることによって達成され得る。織り込み外側表面光のため、光はほとんどランダムな角度で反射しながら、キャップ材料を去り、色混合を大きく高める。

必要に応じて、突出部２２は、中心穴２３（破線によって示される）を備えている。穴２３の使用は、光源の冷却能力を改善する。さらに、成型技術を使用することによってキャップ２０が作られる場合、材料がない突出部２２の中央域を維持することは、この点における材料の余剰の存在を回避し、それは、全方向への光の放射の均一性に関して光源の性能に悪影響を与え兼ねない。

好ましくは、穴２３をもつキャップ２０は、その中心位置にＬＥＤ３のないＬＥＤ３の空間配列物と組み合わせて使用される。そのような空間配列物の一例が図２ｂに示されている。図２ａの代表的空間配列物はそれほど適切ではなく、なぜならば、この配列は中心位置にＬＥＤを有しているからである。中心位置に配置されているＬＥＤ３は、穴２３を直に通る光を発するであろうし、それは望ましくない。

好ましくは、突出部２２のトップと、ＬＥＤ３の空間配列物の中心点の間の距離Ｄは、少なくとも２ｍｍである。この最小の距離の使用は、ＬＥＤ３によって発せられた光の大多数が、突出部２２のトップ部分に直に発せられないことを保証する。好ましくは、距離Ｄは、キャップ２０によって覆われた空間の大部分の至る所で光が混合することを可能にするほどには大きくない。ＬＥＤ３の空間配列物はしばしば、ボード２５上に置かれる。好ましくは、距離Ｄは、ボード２５の特有の寸法のおよそ半分よりも小さい。特有の寸法は、ボード形状ごとに変わり得る。たとえば、矩形構造体の特有の寸法はその対角線であり、また、円形構造体の特有の寸法は円直径である。したがって、ＬＥＤ３が、およそ１６ｍｍの対角線を有している矩形ボード上に組織された場合、望ましい最大の距離Ｄはおよそ８ｍｍになる。

上に説明された光源は、続く方法で製造され得る。第一に、ライトユニットとキャップが別々に製造される。ライトユニットは、複数のＬＥＤを、中心位置を有している空間配列物の形に分配することによって形成される。複数ＬＥＤは、少なくとも二つの異なるタイプのＬＥＤを含んでいる。各タイプのＬＥＤは、異なる波長範囲内の放射の発生のために配されている。

中空湾曲キャップは、ライトユニットによって発せられる放射に対して実質的に透明である材料、たとえばＰＭＭＡやＰＣなどのサーモプラスチックを成型することによって製造される。キャップは、キャップの外部にくぼみを形成する軸対称突出部が設けられている。上に説明されたように、いくつかの実施形態では、突出部は中心に貫通穴を備えている。これは、突出部の中心が、したがってくぼみの中心も、成型材料のないままにあるような方法でキャップを支持することによって達成され得る。

ライトユニットとキャップが準備できたとき、キャップがライトユニットの上にそれを覆うように置かれる。配置は、突出部の対称軸が複数のＬＥＤの空間配列物の中心位置と実質的に一致するようになされる。

図４は、本発明の実施形態によるランプ４０を概略的に示している。ランプ４０は、上に説明されたように、光源１を備えている。ランプ４０は、光源１を少なくとも部分的に取り囲む中空エンクロージャー４１をさらに有している。エンクロージャー４１の少なくとも一部分は、光源１によって発せられる放射に対して透明である。ランプ４０は、光源を収容するためのベース４２をさらに備えていてよい。ベース４２は、ＬＥＤからの熱の速い除去を可能にするための冷却ボディ４３をさらに備えていてよい。ベース４２は、電気的接続のための接続構造体４４が設けられていてよい。接続構造体４４は、白熱光源の利用のために配された照明器具への改造導入に適していてよい。そのような改造導入は、白熱光源を収容するために以前に使用された照明器具を交換することなく、白熱光源の代わりに電力効率的なＬＥＤ光源の使用を可能にする。

図５は、本発明の実施形態によるライトアッセンブリー５０を示している写真である。示されたライトアッセンブリーは、照明器具５１に収容される上に説明されたような実施形態の光源を備えている。光源に対する正接の仮想半球の半径は、照明器具に対する正接の仮想半球の半径よりもはるかに小さい。したがって、ＬＥＤ光源は、大きい立体角にわたり光を発する点光源として働く。図５に示される照明器具は、照明器具がディスプレイされている部屋の壁に影５２を形成する造形部分を包含している。壁上の照明部分と影のコントラストは実質的に均一であり、それは、上に説明されたようにＬＥＤ光源が、十分により大きい照明器具内に置かれたとき、点光源として働くことができることを示している。

光源に対する正接の仮想半球の半径が、光源を収容する照明器具に対する正接の仮想半球の半径よりも少なくとも１０倍小さいとき、点光源振る舞いが特に完全であることが分かった。好ましくは、光源に対する正接の仮想半球の半径は、５０ｍｍよりも小さく、より好ましくは２５ｍｍよりも小さい。比較的小さいサイズの光源に対する正接の仮想半球は、光源の点光源振る舞いの利益を得ながらも、比較的小さいサイズの照明器具の使用を可能にする。

本発明は、上に論じられたある実施形態に関連して説明された。これらの実施形態は、本発明の特質および範囲から逸脱することなく、この分野の当業者に良く知られたさまざまな修正および代替形態を許すことが認められるであろう。したがって、特定の実施形態は説明されたが、これらは単なる例であり、本発明の範囲を限定するものではなく、それは、添付の請求の範囲によって定められる。

Claims (23)

1. 中心位置を有している空間配列物の形で分配された複数の発光ダイオードを備えているライトユニットを備えており、前記複数の発光ダイオードは、少なくとも二つの異なるタイプのダイオードを有しており、各タイプのダイオードは、異なる波長帯内の放射の発生のために配されており、また、
   前記ライトユニットを覆う中空湾曲キャップを備えており、前記キャップは、前記ライトユニットによって発せられる放射に対して実質的に透明であり、また、前記キャップの外部にくぼみを形成する軸対称突出部が設けられており、前記突出部の対称軸は、前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物の前記中心位置と実質的に一致している、光源。
2. 前記突出部は実質的に円錐形である、請求項１に記載の光源。
3. 前記ライトユニットの方向から観察されたとき、前記突出部のトップ部分は凸状表面形状を有している、請求項２に記載の光源。
4. 前記キャップの内側表面の少なくとも一部分が、８０よりも高い光沢係数を有している、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光源。
5. 前記キャップの内側表面の少なくとも一部分が、部分的反射層で覆われている、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光源。
6. 前記部分的反射層はクロムを備えている、請求項５の光源。
7. 前記キャップの外側表面の少なくとも一部分が、織込んで作られる、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光源。
8. 少なくとも一つのタイプのダイオードは、前記ダイオードによって発せられる放射の少なくとも一部分を異なる波長を有している放射に変換するリン化合物を備えている層が設けられたダイオードである、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光源。
9. 前記リン化合物層ダイオードは、約４２０〜４７０ｎｍの範囲内の波長を発するために配された発光ダイオードである、請求項８の光源。
10. 少なくとも一つのタイプのダイオードは、約５９０〜６７０ｎｍの範囲内の波長を発するように配されている、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光源。
11. 前記突出部のトップと、ＬＥＤの前記空間配列物の中心点の間の距離Ｄは、少なくとも２ｍｍである、請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の光源。
12. ＬＥＤの前記空間配列物は、特有の寸法をもったボード上に置かれており、前記距離Ｄは、前記ボードの前記特有の寸法の約半分よりも小さい、請求項１１に記載の光源。
13. 前記突出部は、その中心に貫通穴を備えている、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の光源。
14. 前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物は円形配列である、請求項１乃至１３のいずれか一つに記載の光源。
15. 前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物の前記中心位置にはダイオードがない、請求項１乃至１４のいずれか一つに記載の光源。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一つに記載の光源と、
    前記光源を少なくとも部分的に取り囲む中空エンクロージャーを備えており、前記エンクロージャーの少なくとも一部分は、前記光源によって発せられる放射に対して透明である、ランプ。
17. 前記光源を収容するためのベースをさらに備えており、前記ベースは、電気的接続のための接続構造体が設けられている、請求項１６に記載のランプ。
18. 前記接続構造体は、白熱光源の利用のために配された照明器具への改造導入に適している、請求項１７に記載のランプ。
19. 請求項１〜１５のいずれか一つに記載の光源と、
    前記光源を収容するための照明器具を備えており、
    前記光源に対する正接の仮想半球の半径は、前記照明器具に対する正接の仮想半球の半径よりも少なくとも１０倍小さい、ライトアッセンブリー。
20. 前記光源に対する正接の前記仮想半球の半径は、５０ｍｍよりも小さい、請求項１９に記載のライトアッセンブリー。
21. 前記光源に対する正接の前記仮想半球の半径は、２５ｍｍよりも小さい、請求項２０に記載のライトアッセンブリー。
22. 光源を製造する方法であり、
    複数の発光ダイオードを、中心位置を有している空間配列物の形に分配することによってライトユニットを形成することを有しており、前記複数の発光ダイオードは、少なくとも二つの異なるタイプのダイオードを有しており、各タイプのダイオードは、異なる波長帯内の放射の発生のために配されており、また、
    前記ライトユニットによって発せられる放射に対して実質的に透明である中空湾曲キャップを成型することを有しており、前記キャップは、前記キャップの外部にくぼみを形成する軸対称突出部が設けられており、また、
    前記キャップを前記ライトユニットの上にそれを覆うように配置することを有しており、前記配置は、前記突出部の対称軸は、前記複数の発光ダイオードの前記空間配列物の前記中心位置と実質的に一致するようなものである、方法。
23. 前記成型は、前記突出部が中心穴を備えるように前記キャップを支持することを有している、請求項２２に記載の方法。