JP6133329B2 - 均一な照明外観を有するｌｅｄベースの直視照明装置 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、概して、ＬＥＤ光源によって混合光を提供する装置及び方法を対象とする。より具体的には、本明細書で開示される様々な進歩性のある方法及び装置は、色混合ＬＥＤベースの直視照明装置から、明るさ及び色が実質的に均一な光を発生することに関する。

[0002] デジタル照明技術、即ち、発光ダイオード（ＬＥＤ:light-emitting diode）などの半導体光源に基づく照明は、従来の蛍光灯、ＨＩＤ灯、及び白熱灯の実現可能な代替を提供する。ＬＥＤの機能的な利点及び利益は、高いエネルギー変換及び光学的効率、耐性、より低い動作コスト、並びに他の多くのことを含む。ＬＥＤ技術の近年の発達は、多くの用途で様々な照明効果を可能にする効率的でロバストなフルスペクトル照明源を提供している。これらの照明源を具現化する器具の幾つかは、例えば参照により本明細書に援用する米国特許第６，０１６，０３８号及び第６，２１１，６２６号に詳細に論じられているように、様々な色、及び色変化する照明効果を生み出するために、赤色、緑色、及び青色など様々な色を発生することが可能な１つ又は複数のＬＥＤと、ＬＥＤの出力を個別に制御するための処理装置とを含む照明モジュールを特徴とする。

[0003] 複数のＬＥＤを使用する照明器具（又は「照明装置」）は、しばしば、ＬＥＤの点源性質により顕著である１つ又は複数の局所的な明るいスポット（例えば、輝度が大幅に増加された局所的な領域）を有する。例えば、ＬＥＤを実装するＬＥＤベースの直視照明器具は、しばしば、照明器具のＬＥＤの位置に対応する幾つかの目に見える局所的な明るいスポットを含む。また、様々な色を有する複数の色のＬＥＤを実装するマルチチャネル照明器具は、しばしば、ＬＥＤの様々な色により、１つ又は複数の局所的なカラースポット（例えば、見た目の色が異なる局所的な領域）を有する。例えば、ＬＥＤを実装する直視マルチチャネル照明器具は、しばしば、ＬＥＤの様々な色の位置に対応する幾つかの目に見える局所的なカラースポットを含む。これらの明るいスポット及び／又はカラースポットは、照明器具が直視可能であるとき、望ましくない美観を提供する可能性があり、及び／又は照明器具によって照明される位置で望ましくない照明特性を提供する可能性がある。

[0004] 従って、特定の色点及び色温度で光を発生することが可能な多くのＬＥＤベースの照明装置に関して、ＬＥＤベースの照明器具から光出力が出る前に、そのようなＬＥＤの光出力を適切に混合することが望ましい。ＬＥＤの適切な混合は、照明器具の光出力の望ましくない色度不均一性の存在を減少させ、より望ましい光出力特性を提供し得る。混合解決策を実施する際、多くの照明器具は、複数の大きな混合チャンバを採用し、及び／又は単一の平坦な光出口開口からの照明しか提供しない。そのような構成は、望ましくなく大きい混合解決策、及び／又は利用性の限られた混合解決策をもたらし得る。

[0005] また、遠距離でＬＥＤ光源からの光を混合するため、即ち均一な明るさ又は色を有する光で遠くの表面を照明するために開発されている様々な技術は、直視照明装置の色混合、均一性、又は照明外観に十分には対処していない。特に、直視照明装置の重要な特性の１つは、光を放出する表面の均一な外観である。均一な外観は、光に、明るい領域若しくは暗い領域、又は緑やピンクのスポットなど色のばらつきが存在しない外観である。好ましくは、照明装置を単に見るだけでは、見る者が個々の光源（又はそれらの列）を区別する、又は個々の色（例えば、赤色、緑色、又は青色）を見分けることができないようにすべきである。

[0006] 建築家又は照明デザイナーは、美的魅力のために、照明装置での個々の明るいスポット及び色のばらつきを目立たなくするのに労を惜しまないので、色均一性は重要である。例えば、器具は、波打ち効果及び直接グレアを隠すために、凹部の内部（又は壁から更に離れた距離）に設置されてもよい。照明装置が、他の技術を使用して隠されなければならない顕著な色又は明るさの不均一性を示すとき、壁上に均一な色を生み出す製品の価値は大幅に下がる。

[0007] 照明装置で使用されるカラーＬＥＤ光源の個別の性質が、直視ＬＥＤベース照明装置に関する均一な明るさ及び色を提供するのをより難しくする。

[0008] 従って、照明装置の光放出表面が明るさ及び色に関して実質的に均一に見えるように複数のＬＥＤからの光出力の十分な混合を生み出し、また既存の混合解決策での１つ又は複数の欠点を任意選択的に克服することができるＬＥＤベースの直視照明装置を提供することが当技術分野で必要である。

[0009] 本開示は、明るさ及び色に関して実質的に均一な直視ＬＥＤベース照明装置において混合された光を発生するための、進歩性のある方法及び装置を対象とする。本出願人は、ＬＥＤからの実質的に全ての光出力を、光がＬＥＤベースの照明装置から出る前に少なくとも１回は内部反射面で再指向することによって、直視照明装置の光放出表面の均一性が改良され得ることを認識及び理解した。

[0010] 例えば、幾つかの実施形態では、光出力開口と、反射内面と、光出力開口にわたる拡散カバーレンズと、複数の光学素子とを含むＬＥＤベースの照明装置であって、光学素子が、通常であれば拡散カバーレンズに直接入射することになる照明器具内部の複数のＬＥＤからの光出力を再指向するように構成される、ＬＥＤベースの照明装置が提供される。

[0011] 概して、一態様では、光出力開口、光出力開口に面するＬＥＤ支持領域、及びＬＥＤ支持領域と光出力開口との間に延在する複数の拡散反射壁を有するハウジングを含むＬＥＤベースの照明装置が提供される。照明器具はまた、ＬＥＤ支持領域に隣接する複数のＬＥＤと、それぞれ単一のＬＥＤに被せて提供される複数の阻止光学素子と、光出力開口にわたって提供される拡散カバーレンズとを含む。各ＬＥＤは、光出力開口に直接向かう成分を有するＬＥＤ光出力を選択的に発生する。各阻止光学素子が、単一のＬＥＤのＬＥＤ光出力の少なくとも上記の成分を拡散反射壁の少なくとも１つに向けて再指向する。

[0012] 幾つかの実施形態では、拡散反射壁は、矩形に配置される。

[0013] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤ支持領域は、平坦である。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、拡散反射壁は、矩形に配置される。

[0014] 幾つかの実施形態では、拡散カバーレンズが、拡散反射壁の上に提供される。また、ＬＥＤ支持領域は、ＬＥＤを受け取る複数の開口を含んでもよく、及び／又は拡散反射性であってもよい。

[0015] 幾つかの実施形態では、阻止光学素子は、側面発光型光学素子を含む。

[0016] 概して、別の態様では、ＬＥＤ支持領域、ＬＥＤ支持領域から上方向に延在してＬＥＤ支持領域を取り囲む拡散反射内面、及び光出力開口を有するハウジングを含むＬＥＤベースの照明装置が提供される。また、ＬＥＤベースの照明装置は、ＬＥＤ支持領域に隣接する複数のＬＥＤを含む。ＬＥＤは、第１の色のＬＥＤと、第２の色のＬＥＤとを含み、光出力開口に直接向かう成分を有するＬＥＤ光出力を選択的に発生する。また、ＬＥＤベースの照明装置は、複数の阻止光学素子を含み、阻止光学素子が、ＬＥＤに被せて提供され、ＬＥＤのＬＥＤ光出力の少なくとも上記の成分を拡散反射内面に向けて再指向する。また、ＬＥＤベースの照明装置は、光出力開口にわたって提供される拡散カバーレンズを含む。

[0017] 幾つかの実施形態では、拡散反射内面は、複数の矩形に配置された壁を含む。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、ＬＥＤ支持領域は、平坦である。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、ＬＥＤ支持領域は、拡散反射内面のベースに提供される。

[0018] 幾つかの実施形態では、阻止光学素子は、単一のＬＥＤに被せて提供される少なくとも１つの個別の光学素子を含む。

[0019] 幾つかの実施形態では、拡散カバーレンズは、拡散反射壁の上に提供される。

[0020] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤは、第３の色のＬＥＤと、第４の色のＬＥＤとを含む。

[0021] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤは、少なくとも第１の長手方向に延在する列と、隣接する第２の長手方向に延在する列とに提供される。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、第１の長手方向に延在する列でのＬＥＤは、列の長さに沿った方向で、第２の長手方向に延在する列のＬＥＤから位置的にずらされる。

[0022] 概して、別の態様では、ＬＥＤベースの照明器具で均一の照明外観を実現する方法が提供され、複数のＬＥＤからの実質的に全ての直視光出力を、ＬＥＤを取り囲む拡散反射内面に向けて再指向するステップであって、直視光出力が、拡散レンズに向けて直接放出されるＬＥＤの光出力であるステップと、ＬＥＤからの実質的に全ての光出力を拡散反射内面で拡散反射するステップと、ＬＥＤからの実質的に全ての光出力を内面で拡散反射した後に、拡散レンズを通して光出力を透過させるステップとを含む。

[0023] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤは、マルチチャネルＬＥＤである。

[0024] 幾つかの実施形態では、この方法は、更に、拡散レンズが直視可能であるように照明器具を設置するステップを含む。

[0025] 幾つかの実施形態では、複数のＬＥＤからの実質的に全ての直視光出力を、ＬＥＤを取り囲む拡散反射内面に向けて再指向するステップが、単一のＬＥＤからの実質的に全ての直視光出力を、拡散反射内面の複数の拡散反射内面全てに向けて再指向するステップを含む。

[0026] 本開示の目的で本明細書において使用される場合、「ＬＥＤ」との用語は、任意のエレクトロルミネセンスダイオード、又は、電気信号に呼応して放射を発生できる、その他のタイプのキャリア注入／接合ベースシステム（carrier injection/junction-based system）を含むものと理解すべきである。したがって、ＬＥＤとの用語は、次に限定されないが、電流に呼応して発光する様々な半導体ベースの構造体、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネセンスストリップ等を含む。特に、ＬＥＤとの用語は、赤外スペクトル、紫外スペクトル、及び（通常、約４００ナノメートルから約７００ナノメートルまでの放射波長を含む）可視スペクトルの様々な部分のうちの１つ又は複数における放射を発生させることができるすべてのタイプの発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を指す。ＬＥＤの幾つかの例としては、次に限定されないが、様々なタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバー色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ、及び白色ＬＥＤ（以下に詳しく述べる）がある。また、ＬＥＤは、所与のスペクトルに対して様々な帯域幅（例えば半波高全幅値（ＦＷＨＭ：full widths at half maximum））、及び所与の一般的な色分類内で様々な支配的波長を有する放射（例えば狭帯域幅、広帯域幅）を発生させるように構成及び／又は制御することができることを理解すべきである。

[0027] 例えば本質的に白色光を生成するＬＥＤ（例えば白色ＬＥＤ）の一実施態様は、それぞれ、組み合わされることで混合して本質的に白色光を形成する様々なスペクトルのエレクトロルミネセンスを放射する複数のダイを含む。別の実施態様では、白色光ＬＥＤは、第１のスペクトルを有するエレクトロルミネセンスを異なる第２のスペクトルに変換する蛍光体材料に関連付けられる。この実施態様の一例では、比較的短波長で狭帯域幅スペクトルを有するエレクトロルミネセンスが、蛍光体材料を「ポンピング（pumps）」して、当該蛍光体材料は、いくぶん広いスペクトルを有する長波長放射を放射する。

[0028] なお、ＬＥＤとの用語は、ＬＥＤの物理的及び／又は電気的なパッケージタイプを限定しないことを理解すべきである。例えば、上述した通り、ＬＥＤは、（例えば個々に制御可能であるか又は制御不能である）異なるスペクトルの放射をそれぞれ放射する複数のダイを有する単一の発光デバイスを指すこともある。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えばあるタイプの白色ＬＥＤ）の一体部分と見なされる蛍光体に関連付けられることもある。一般に、ＬＥＤとの用語は、パッケージＬＥＤ、非パッケージＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップ・オン・ボードＬＥＤ、ＴパッケージマウントＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、あるタイプのケーシング及び／又は光学的要素（例えば拡散レンズ）を含むＬＥＤ等を指す。

[0029] 「光源」との用語は、次に限定されないが、ＬＥＤベース光源（上記に定義した１つ以上のＬＥＤを含む）、白熱光源（例えばフィラメント電灯、ハロゲン電灯）、蛍光光源、りん光性光源、高輝度放電光源（例えばナトリウム蒸気ランプ、水銀蒸気ランプ及びメタルハライドランプ）、レーザー、その他のタイプのエレクトロルミネセンス源、パイロルミネセンス源（例えば火炎）、キャンドルルミネセンス源（例えばガスマントル光源、カーボンアーク放射光源）、フォトルミネセンス源（例えばガス状放電光源）、電子飽和（electronic satiation）を使用する陰極発光源（cathode luminescent source）、ガルバノルミネセンス源、結晶発光（crystallo-luminescent）源、キネルミネセンス（kine-luminescent）源、熱ルミネセンス源、摩擦ルミネセンス（triboluminescent）源、音ルミネセンス（sonoluminescent）源、放射ルミネセンス（radioluminescent）源、及び発光ポリマー（luminescent polymers）を含む、様々な放射源のうちの任意の１つ以上を指すと理解すべきである。

[0030] 所与の光源は、可視スペクトル内、可視スペクトル外、又は両者の組合せでの電磁放射を発生する。したがって、「光」及び「放射」との用語は、本明細書では同義で使用される。さらに、光源は、一体構成要素として、１つ以上のフィルタ（例えばカラーフィルタ）、レンズ、又はその他の光学的構成要素を含んでもよい。また、光源は、次に限定されないが、指示、表示、及び／又は照明を含む様々な用途に対し構成されることを理解すべきである。「照明源」とは、内部空間又は外部空間を効果的に照射するのに十分な強度を有する放射を発生するように特に構成された光源である。このコンテキストにおいて、「十分な強度」とは、周囲照明（すなわち、間接的に知覚され、また、例えば、全体的に又は部分的に知覚される前に１つ以上の様々な介在面から反射される光）を提供するために空間又は環境において発生される可視スペクトルにおける十分な放射強度（放射強度又は「光束」に関して、全方向における光源からの全光出力を表すために、単位「ルーメン」がよく使用される）を指す。

[0031] 「スペクトル」との用語は、１つ以上の光源によって生成された放射の任意の１つ以上の周波数（又は波長）を指すものと理解すべきである。したがって、「スペクトル」との用語は、可視範囲内の周波数（又は波長）のみならず、赤外線、紫外線、及び電磁スペクトル全体の他の領域の周波数（又は波長）も指す。さらに、所与のスペクトルは、比較的狭い帯域幅（例えば、ＦＷＨＭは、基本的に、周波数又は波長成分をほとんど有さない）、又は、比較的広い帯域幅（様々な相対強度を有する幾つかの周波数又は波長成分）を有してよい。当然のことながら、所与のスペクトルは、２つ以上の他のスペクトルを混合（例えば、複数の光源からそれぞれ放射された放射を混合）した結果であってよい。

[0032] 本開示の目的で、「色」との用語は、「スペクトル」との用語と同義に使用される。しかし、「色」との用語は、通常、観察者によって知覚可能である放射の特性を主に指すために使用される（ただし、この使用は、当該用語の範囲を限定することを意図していない）。したがって、「様々な色」との用語は、様々な波長成分及び／又は帯域幅を有する複数のスペクトルを暗に指す。さらに、当然のことながら、「色」との用語は、白色光及び非白色光の両方との関連で使用されてもよい。

[0033] 「色温度」との用語は、本明細書では、通常、白色光に関連して使用されるが、その使用は、当該用語の範囲を限定することを意図していない。色温度は、基本的に、白色光の特定の色内容又は陰（例えば、赤みを帯びた、青みを帯びた）を指す。所与の放射サンプルの色温度は、従来から、問題とされている放射サンプルと同じスペクトルを基本的に放射する黒体放射体のケルビン度数（Ｋ）の温度に応じて特徴付けられている。黒体放射体の色温度は、通常、約７００度Ｋ（通常、人間の目に最初に可視となると考えられている）から１０，０００度Ｋ超の範囲内であり、白色光は、通常、約１５００〜２０００度Ｋより高い色温度において知覚される。

[0034] 低色温度は、通常、より顕著な赤色成分、すなわち、「温かい印象」を有する白色光を示す一方で、高色温度は、通常、より顕著な青色成分、すなわち、「冷たい印象」を有する白色光を示す。一例として、炎は約１，８００度Ｋの色温度を有し、従来の白熱電球は約２８４８度Ｋの色温度を有し、早朝の日光は約３，０００度Ｋの色温度を有し、曇った日の真昼の空は約１０，０００度Ｋの色温度を有する。約３，０００度Ｋの色温度を有する白色光の下で見られたカラー画像は、比較的赤みの帯びた色調を有する一方で、約１０，０００度Ｋの色温度を有する白色光の下で見られたカラー画像は、比較的青みの帯びた色調を有する。

[0035] 「照明固定具」との用語は、本明細書では、特定の形状因子、アセンブリ又はパッケージの１つ以上の照明ユニットの実施態様又は配置を指すために使用される。「照明ユニット」との用語は、本明細書では、同じ又は異なるタイプの１つ以上の光源を含む装置を指して使用される。所与の照明ユニットは、様々な光源の取付け配置、筐体／ハウジング配置及び形状、並びに／又は、電気及び機械的接続構成の何れか１つを有してもよい。さらに、所与の照明ユニットは、光源の動作に関連する様々な他の構成要素（例えば制御回路）に任意選択的に関連付けられてもよい（例えば含む、結合される、及び／又は一緒にパッケージされる）。「ＬＥＤベースの照明ユニット」とは、上記した１つ以上のＬＥＤベースの光源を、単独で又はその他の非ＬＥＤベースの光源との組合せで含む照明ユニットを指す。「マルチチャネル」照明ユニットとは、それぞれ異なる放射スペクトルを発生する少なくとも２つの光源を含むＬＥＤベースの又は非ＬＥＤベースの照明ユニットを指すものであり、各異なる光源スペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれる。

[0036] 本明細書において、用語「直視照明装置」は、概して、照明器具から放出される光が、見る者によって直視可能な位置で器具から出る、様々な照明器具を表すために使用される。直視照明装置は、光放出表面の少なくとも一部が見る者によって直視可能であるように位置された１つ又は複数の光放出表面を含むことができる。直視照明装置に含まれる光源が直視されないようにされることもあることが理解されるべきである。

[0037] 以下に更に詳細に論じられる前述の概念及び追加の概念の全ての組合せが、（そのような概念が互いに矛盾しないと仮定して）本明細書で開示される進歩性のある主題の一部として考えられることが理解されるべきである。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題の全ての組合せが、本明細書で開示される進歩性のある主題の一部として考えられる。また、参照により援用される任意の開示に現れることもある本明細書で明示的に採用する用語は、本明細書で開示される特定の概念に最も一貫性のある意味を与えられるべきであることが理解されるべきである。

[0038] 図面中、同様の参照符号は、概して、異なる図面にわたって同じ部分を表す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、概して、本発明の原理を例示することに重点が置かれている。

[0039] 均一な照明外観を実現するために、複数のＬＥＤからの光出力を混合するＬＥＤベースの照明装置の一実施形態の斜視断面図である。 [0040] 図１のＬＥＤベースの照明装置の前断面図である。 [0041] 図１のＬＥＤベースの照明装置の単一のＬＥＤ及び単一の光学素子の断面図であって、ＬＥＤによって放出される幾つかの光出力の光線軌跡も例示される図である。 [0042] ＬＥＤベースの照明装置の拡散カバーレンズが取り外された、図１のＬＥＤベースの照明装置の上面図であって、ＬＥＤベースの照明装置の幾つかのＬＥＤによって放出される幾つかの光出力の光線軌跡も例示されている図である。 [0043] ＬＥＤベースの照明装置の拡散カバーレンズが取り外された、図１のＬＥＤベースの照明装置の側面図であって、ＬＥＤベースの照明装置の幾つかのＬＥＤによって放出される幾つかの光出力の光線軌跡も例示されている図である。 [0044] ＬＥＤベースの照明装置の拡散カバーレンズが取り外され、ＬＥＤベースの照明装置のハウジングが半透明で例示された、図１のＬＥＤベースの照明装置の斜視図であって、幾つかのＬＥＤによって放出される幾つかの光出力の光線軌跡も例示されている図である。 [0045] ＬＥＤベースの照明装置の拡散カバーレンズが取り外された、図１のＬＥＤベースの照明装置の前断面図であって、幾つかのＬＥＤによって放出される幾つかの光出力の光線軌跡も例示されている図である。 [0046] 図１のＬＥＤベースの照明装置内に実装されてもよいＬＥＤ構成の上面図である。

[0047] ＬＥＤを実装する照明器具は、しばしば、ＬＥＤの点源性質により顕著である１つ又は複数の局所的な明るいスポット、及び／又は（様々な色のＬＥＤが提供されるときには）ＬＥＤの様々な色による１つ又は複数の局所的なカラースポットとを有する。これらの明るいスポット及び／又はカラースポットは、照明器具が直視可能であるとき、望ましくない美観を提供することがあり、及び／又は照明器具によって照明される位置で望ましくない照明特性を提供し得る。従って、当技術分野において、輝度及び／又は色が均一な照明外観を実現するために、複数のＬＥＤからの光出力を混合するＬＥＤベースの照明装置を提供する必要性がある。

[0048] 上記のことに鑑みて、本発明の様々な実施形態及び実装形態は、ＬＥＤベースの照明装置を対象とする。

[0049] 以下の詳細な説明では、特許請求される発明を完全に理解できるように、限定ではなく説明の目的で、特定の詳細を開示する代表的な実施形態が記載される。しかしながら、本明細書に開示される特定の詳細からは逸脱する本教示に従う他の実施形態も添付の特許請求の範囲の範囲内にあることは、本開示の利益を享受している当業者には明らかであろう。更に、よく知られている装置及び方法の説明は、代表的な実施形態の説明を曖昧にしないように省略され得る。そのような方法及び装置は、明らかに、特許請求される発明の範囲内にある。例えば、本明細書で開示される方法及び装置の態様は、特に概して矩形のハウジングを有する照明器具と共に例示される。しかしながら、本明細書で述べられる方法及び装置の１つ又は複数の態様は、任意選択的に、例えば、異なる数の内面を有するハウジング、１つ又は複数の非平坦面を有するハウジング、代替の光出力開口を有するハウジング、及び／又は異なる全体形状を有するハウジングなど、他のハウジング構成で実施されてもよい。代替構成のハウジングを有する本明細書で述べられるＬＥＤベースの照明装置の１つ又は複数の態様の実装形態は、特許請求される発明の範囲及び精神から逸脱することなく企図される。

[0050] 図１〜図７を参照すると、均一な照明外観を実現するために複数のＬＥＤからの光出力を混合するＬＥＤベースの照明装置１０の一実施形態の様々な態様が例示される。まず図１及び図２を参照すると、ＬＥＤベースの照明装置１０の一実施形態の２つの図が提供される。図１は、ＬＥＤベースの照明装置１０の斜視断面図を例示し、図２は、ＬＥＤベースの照明装置１０の前断面図を例示する。ＬＥＤベースの照明装置１０は、ＬＥＤ支持領域２１から上方向に延在する複数の壁２３、２５、２７、及び２９（図５に例示されているが、図１及び図２の断面図には例示されていない）を有するハウジングを含む。幾つかの実施形態では、壁２３、２５、２７、及び２９、並びにＬＥＤ支持領域２１は、任意選択的に結合して形成されてもよい。

[0051] ＬＥＤ支持領域２１は、複数のＬＥＤ４０と、それぞれ単一のＬＥＤ４０の上に提供される対応する個別の光学素子５０とを支持する。図１及び図２のＬＥＤ４０及び光学素子５０を通る断面に例示されるように、ＬＥＤ４０及び光学素子５０は、ＬＥＤ支持領域２１に提供された複数の開口を通って延在する。ＬＥＤ４０及び／又は光学素子５０は、任意選択的に、ＬＥＤ支持領域２１の外面に提供される個別の表面に結合されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は、ＬＥＤ支持領域２１の外面に提供される１つ又は複数のＬＥＤ印刷回路板（ＰＣＢ:printed circuit board）に結合されてもよく、光学素子５０も、ＬＥＤ ＰＣＢに結合されてもよい。また、例えば、幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は、ＬＥＤ支持領域２１の外面に提供された１つ又は複数のＬＥＤ ＰＣＢに結合されてもよく、光学素子５０は、ＬＥＤ支持領域２１を通して提供されるそれぞれの開口の近位でＬＥＤ支持領域２１に結合されてもよい。また、例えば、幾つかの実施形態では、光学素子５０は、ＬＥＤ支持領域２１の外面に提供されたヒートシンクに直接又は間接的に結合されてもよい。代替実施形態では、ＬＥＤ４０及び／又は光学素子５０の１つ又は複数が、全体をＬＥＤ支持領域２１の上に取り付けられ、ＬＥＤ支持領域２１の開口を通って延在しなくてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は、ＬＥＤ支持領域２１の内面でＬＥＤ支持領域２１の上に取り付けられた１つ又は複数のＬＥＤ ＰＣＢの上に提供されてもよく、光学素子５０も、ＬＥＤ ＰＣＢの上に任意選択的に取り付けられてもよい。ＬＥＤからの光出力が照明器具１０のハウジングの内部に入ることを可能にするようにＬＥＤを支持してＬＥＤと連係する他の構成が提供されてもよいことを、本開示の利益を享受する当業者は認識及び理解されよう。

[0052] ＬＥＤ４０及び光学素子５０は、ＬＥＤ支持領域２１に沿った、長手方向に延在する２列に配置される。一方の列のＬＥＤ４０は、列の長さに沿った方向で、他方の列のＬＥＤから位置的にずらされる。即ち、隣接する列のＬＥＤ４０は、真横に並べては提供されず、これは、図１、図２、図４、図６、及び図８において見られ得る。ＬＥＤ４０はそれぞれ、その中心ＬＥＤ軸Ａ（図２）が、ハウジングの光出力開口２０にわたって提供される拡散レンズ３０に交差するように位置決めされる。中心ＬＥＤ軸Ａは、ＬＥＤが取り付けられる表面から延び、その表面に概して垂直なＬＥＤの軸である。幾つかの実施形態では、中心ＬＥＤ軸Ａは、ＬＥＤによって放出されるＬＥＤ光出力の中心に実質的に対応することができる。ＬＥＤ４０はそれぞれ、ＬＥＤ４０によって放出される光出力の幾らかが、光学素子５０が存在しない場合には拡散レンズ３０に直接入射し、最初に壁２３、２５、２７、及び２９の１つ又はＬＥＤ支持領域２１には入射しないように位置決めされる。

[0053] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は全て、白色光を放出する。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、異なるＬＥＤ４０が、白色光の異なる色温度をそれぞれ生成するように構成される（例えば、幾つかのＬＥＤ４０は、約２７００Ｋの光を放出し、幾つかのＬＥＤ４０は、約３０００Ｋの光を放出し、及び／又は幾つかのＬＥＤ４０は、約３５００Ｋの光を放出する）。幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ４０は、異なる放射スペクトルをそれぞれ発生するように構成される。例えば、幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は、赤色、青色、緑色、アンバー、及び／又は白色の２つ以上を放出するマルチチャネルＬＥＤを含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ＬＥＤ４０は、赤色、緑色、青色、白色２７００Ｋ、及び白色４０００Ｋのスペクトルを発生する５つのチャネルを含んでもよい。

[0054] 図８は、ＬＥＤベースの照明装置１０内に実装され得るＬＥＤ構成の上面図を例示する。ＬＥＤ構成は、４つの赤色ＬＥＤ４０Ｒと、４つの青色ＬＥＤ４０Ｂと、４つの緑色ＬＥＤ４０Ｇと、４つの白色（約２７００Ｋ）ＬＥＤ４０Ｗ１と、４つの白色（約４０００Ｋ）ＬＥＤ４０Ｗ２とを含む。ＬＥＤの共通の網掛けが、共通の色を表す（例えば、全ての赤色ＬＥＤ４０Ｒが、黒く塗りつぶされている）。図８の例示されるＬＥＤ構成では、赤色ＬＥＤ４０Ｒは、ＬＥＤの長手方向に延在する列の両端には提供されない。また、例示されるＬＥＤ構成では、同じ色の２つのＬＥＤは、互いに最も近接しては提供されない。即ち、図８の各ＬＥＤに関して、同じ列にある最も近接するＬＥＤ、及び隣の列にある最も近接するＬＥＤは、異なる色である。例えば、各赤色ＬＥＤ４０Ｒは、同じ列にある白色（約２７００Ｋ）ＬＥＤ４０Ｗ１及び白色（約４０００Ｋ）ＬＥＤ４０Ｗ２に最も近接しており、また、隣の列にある位置をずらされた緑色ＬＥＤ４０Ｇ及び位置をずらされた青色ＬＥＤ４０Ｂに最も近接している。

[0055] 壁２３、２５、２７、及び２９は、ＬＥＤ４０を取り囲む。壁２３及び２５は、ＬＥＤ４０の２つの長手方向に延在する列と実質的に平行に延在し、壁２７及び２９は、壁２３と２５との間に延在し、壁２３及び２５に実質的に垂直である。例示される実施形態では、図５で壁２９を見ることによって例示されるように、壁２７及び２９は、ＬＥＤ支持領域２１から光出力開口２０に進むにつれてわずかに外側にテーパする。ＬＥＤ４０を取り囲む内面を形成する特定の壁が本明細書に例示されているが、本開示の利益を享受する当業者は、代替実施形態では代替構造が提供されてもよいことを認識及び理解されよう。例えば、幾つかの実施形態では、壁の１つ又は複数は、内方向及び／又は外方向にテーパする内面を含んでもよい。また、例えば、幾つかの実施形態では、壁の１つ又は複数が非平坦であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、全てのＬＥＤを取り囲む単一の弧状の壁が提供されてもよい。また、例えば、幾つかの実施形態では、壁の１つ又は複数が、複数の区別可能な表面を含んでもよい。

[0056] 少なくとも壁２３、２５、２７、及び２９の内面は、反射性である。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、内面は、拡散反射性である。幾つかの実施形態では、内面は、拡散反射を提供するために、テクスチャ付きの高反射性材料から形成される。幾つかの実施形態では、内面は、拡散反射を提供するために、微小発泡ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ:micro-foamed polyethylene terephthalate）シートを含んでもよい。幾つかの実施形態では、約８５％〜約９５％の反射率を提供するコーティング及び／又は材料が利用され得る。幾つかの実施形態では、ＬＥＤ支持領域２１も反射性であってもよい。例えば、ＬＥＤ支持領域２１の内面が拡散反射性であってもよい。本開示の利益を享受している当業者は、ＬＥＤベースの照明装置１０の１つ又は複数の内面での拡散反射を実現するために様々なコーティング及び／又は材料が利用されてもよいことを認識及び理解されよう。

[0057] 拡散レンズ３０は、光出力開口２０に被せて提供され、ＬＥＤ４０からそこを通して放出される光を透過及び拡散する。拡散レンズ３０は、例えば、そこを通して透過される光の拡散を実現するために、テクスチャリング及び／又は体積拡散を利用してもよい。幾つかの実施形態では、拡散レンズ３０はまた、ＬＥＤ４０から放出される光出力がそこを通過するときに、光出力を成形することもある。例えば、拡散レンズ３０は、所望のビームパターンを生成するために、１つ又は複数の配光軸で光出力を短縮及び／又は延長してもよい。幾つかの特定の実施形態では、拡散レンズ３０は、Bayer MaterialScience（Sheffield, Massachusetts）から市販されているMAKROLON（登録商標）Lumen XT光拡散シートであってもよい。幾つかの他の特定の実施形態では、拡散レンズ３０は、Philips Ledalite（Langley, British Columbia）から市販されているMESOOPTICS技術を利用するレンズであってもよい。ハウジングの上にある、長手方向に延在する単一のカバーレンズ３０が本明細書に例示されるが、本開示の利益を享受している当業者は、代替実施形態において、カバーレンズ３０の他の構成及び／又は配置が利用され得ることを認識及び理解されよう。例えば、幾つかの実施形態では、カバーレンズ３０は、複数の部片を含んでもよく、矩形ではなくてもよく、光出力開口とは異なる形にされてもよく、及び／又は位置的に他の位置に（例えばＬＥＤ４０の近くに）取り付けられてもよい。

[0058] 各ＬＥＤ４０によって発生される光出力は、それぞれの光学素子５０を通して、構造２１、２３、２５、２７、及び２９の内面の１つ又は複数に向けられ、そこで、光出力は、拡散レンズ３０を通してハウジングから出る前に、１回又は複数回、拡散反射される。各光学素子５０は、光学素子５０が提供されなかった場合には拡散レンズ３０に直接入射することになるそれぞれのＬＥＤ４０からの少なくとも実質的に全ての光を再指向するように位置決め及び構成される。従って、照明器具１０において、拡散レンズ３０に直接入射するＬＥＤ４０からの光出力は実質的にない。そうではなく、照明器具１０において、ＬＥＤ４０からの実質的に全ての光出力が、まず、拡散レンズ３０に入射する前に、構造２１、２３、２５、２７、及び２９の内面の少なくとも１つで反射される。

[0059] 図３を参照すると、光学素子５０の１つが、それぞれのＬＥＤ４０によって放出される幾つかの光出力の光線軌跡と共に、更に詳細に例示される。例示される光学素子５０は、側面発光型ＴＩＲ光学素子であり、ＬＥＤ４０のベースを取り囲むベース５６を含む。幾つかの実施形態では、光学素子５０は、FRAEN Corporation（Reading, Massachusetts）から市販されているF360L-3-RE-0R側面発光器レンズであってもよい。代替実施形態では、他の光学素子が利用されてもよく、これらの光学素子は、光学素子が提供されなかった場合には拡散レンズ３０に直接入射することになるそれぞれのＬＥＤ４０からの少なくとも実質的に全ての光を再指向する。例えば、代替実施形態では、逆反射器光学素子、非３６０°側面発光型光学素子（例えば１８０°側面発光型光学素子）、複数のＬＥＤの上に提供される光学素子、及び／又は非ＴＩＲ光学素子が利用されてもよい。

[0060] 光学素子５０は、ＴＩＲを実現し、光線ＡやＢなどそこに入射するＬＥＤ４０からの実質的に全ての光出力を全反射するように角度を付けられた光学素子の上に、３６０°発光ＴＩＲ領域５２を含む。光線Ａは、ＴＩＲ領域５２によって反射され、光学素子５０からＬＥＤ支持領域２１に向けて指向され、再び、ＬＥＤ支持領域２１から上方向に延在する壁２３、２５、２７、２９の１つに向けて反射及び指向される。光線Ｂは、ＴＩＲ領域５２によって反射され、光学素子５０から、ＬＥＤ支持領域２１に向けて、又はＬＥＤ支持領域２１から上方向に延在する壁２３、２５、２７、２９の１つに向けて指向される。光線Ｃなど他の光線は、ＬＥＤ支持領域２１から上方向に延在する壁の１つに向けて光学素子５０を通して指向され、任意選択的に光学素子５０によって屈折される。幾つかの実施形態では、光学素子５０が存在しなかった場合には拡散レンズ３０に直接入射することになる実質的に全ての光出力が、ＴＩＲ領域５２に直接入射し、ＴＩＲ領域５２によって反射される。

[0061] 次に図４〜図７を参照すると、ＬＥＤベースの照明装置１０の様々な図が提示され、各図において、１つ又は複数のＬＥＤ４０によって放出された幾らかの光出力の光線軌跡が見える。図４は、拡散カバーレンズ３０が取り外された、ＬＥＤベースの照明装置１０の上面図を例示する。図４において、ＬＥＤ４０によって発生される光出力の幾らかが光学素子５０を通して壁２３、２５、及び２９の内面に向けられ、そこで、この光出力が他の内部構造に拡散反射されて戻されるか、又は光出力開口２０を通って出る（照明器具１０から出る幾つかの光線によって例示される）ことが見られ得る。図５は、拡散カバーレンズ３０が取り外された、ＬＥＤベースの照明装置１０の側面図を例示する。図５において、ＬＥＤ４０によって発生される光出力の幾らかが光学素子５０を通して壁２５及び２９の内面、並びにＬＥＤ支持領域２１の内面に向けられ、そこで、この光出力が他の内部構造に拡散反射されて戻されるか、又は光出力開口２０を通って出る（照明器具１０から出る幾つかの光線によって例示される）ことが見られ得る。図６は、拡散カバーレンズ３０が取り外され、ＬＥＤベースの照明装置１０のハウジングが半透明で例示された、ＬＥＤベースの照明装置１０の斜視図を例示する。図６では、光学素子５０からの光の放出、及び内部構造の様々な拡散反射も見られ得る。図７は、拡散カバーレンズ３０が取り外された、図１のＬＥＤベースの照明装置の前断面図を例示する。図７では、２つの光学素子５０を通る２つのＬＥＤ４０からの光出力の放出、並びに壁２３、２５及びＬＥＤ支持領域２１の内面によるそれらの拡散反射が例示される。

[0062] 照明器具１０は、直視照明器具であってもよく、拡散レンズ３０は、照明器具の外部直視可能レンズを形成してもよい。それらの実施形態の幾つかの変形形態では、直視照明器具は、埋込式の直線形直視照明器具であってもよい。

[0063] 幾つかの発明実施形態を本明細書に説明し例示したが、当業者であれば、本明細書にて説明した機能を実行するための、並びに／又は、本明細書にて説明した結果及び／若しくは１つ以上の利点を得るための様々な他の手段及び／若しくは構造体を容易に想到できよう。また、このような変更及び／又は改良の各々は、本明細書に説明される発明実施形態の範囲内であるとみなす。より一般的には、当業者であれば、本明細書にて説明されるすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示のためであり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、発明教示内容が用いられる１つ以上の特定用途に依存することを容易に理解できよう。当業者であれば、本明細書にて説明した特定の発明実施形態の多くの等価物を、単に所定の実験を用いて認識又は確認できよう。したがって、上記実施形態は、ほんの一例として提示されたものであり、添付の請求項及びその等価物の範囲内であり、発明実施形態は、具体的に説明された又はクレームされた以外に実施可能であることを理解されるべきである。本開示の発明実施形態は、本明細書にて説明される個々の特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法に関する。さらに、２つ以上のこのような特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせも、当該特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾していなければ、本開示の本発明の範囲内に含まれる。

[0064] 本明細書にて定義されかつ用いられた定義はすべて、辞書の定義、参照することにより組み込まれた文献における定義、及び／又は、定義された用語の通常の意味に優先されて理解されるべきである。

[0065] 本明細書及び特許請求の範囲にて使用される「ａ」及び「ａｎ」の不定冠詞は、特に明記されない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されるべきである。

[0066] 本明細書及び特許請求の範囲にて使用される「及び／又は」との表現は、等位結合された要素の「いずれか又は両方」を意味すると理解すべきである。すなわち、要素は、ある場合は接続的に存在し、その他の場合は離接的に存在する。「及び／又は」を用いて列挙される複数の要素も同様に解釈されるべきであり、すなわち、要素のうちの「１つ以上」が等位結合される。「及び／又は」節によって具体的に特定された要素以外の他の要素も、それが具体的に特定された要素に関連していても関連していなくても、任意選択的に存在してよい。

[0067] 本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、１つ以上の要素を含むリストを参照した際の「少なくとも１つ」との表現は、要素のリストにおける任意の１つ以上の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、要素のリストに具体的に列挙された各要素の少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、「少なくとも１つの」との表現が指す要素のリストの中で具体的に特定された要素以外の要素が、それが具体的に特定された要素に関係していても関連していなくても、任意選択的に存在してもよいことを可能にする。

[0068] さらに、特に明記されない限り、本明細書に記載された２つ以上のステップ又は動作を含むどの方法においても、当該方法のステップ又は動作の順番は、記載された方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されないことを理解すべきである。

[0069] 請求項において、括弧内に登場する任意の参照符号は、便宜上、提供されているに過ぎず、当該請求項をいかようにも限定することを意図していない。

[0070] 特許請求の範囲においても上記明細書においても、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「関与する」、「保持する」、「〜から構成される」等といったあらゆる移行句は、非制限的、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解すべきである。米国特許庁特許審査手続便覧の第２１１１．０３項に記載される通り、「〜からなる」及び「本質的に〜からなる」といった移行句のみが、制限又は半制限移行句である。

Claims (20)

1. 光出力開口、前記光出力開口に面するＬＥＤ支持領域、及び前記ＬＥＤ支持領域と前記光出力開口との間に延在する複数の拡散反射壁を有するハウジングと、
   前記ＬＥＤ支持領域に隣接する複数のＬＥＤであって、前記ＬＥＤがそれぞれ、前記光出力開口に直接向かう成分を有するＬＥＤ光出力を選択的に発生する、複数のＬＥＤと、
   複数の阻止光学素子であって、前記阻止光学素子がそれぞれ、単一の前記ＬＥＤに被せて提供され、前記単一のＬＥＤの前記ＬＥＤ光出力の少なくとも前記成分を前記拡散反射壁の少なくとも１つに向けて再指向する、複数の阻止光学素子と、
   前記光出力開口にわたって提供される拡散カバーレンズと
   を備え、
   前記ＬＥＤは、第１の長手方向に延在するＬＥＤ列と、前記第１の長手方向に延在するＬＥＤ列に対して平行な第２の長手方向に延在するＬＥＤ列とを含み、前記第１の長手方向に延在するＬＥＤ列のＬＥＤは、前記第１及び第２の長手方向に延在する列の長さに沿った方向で、前記第２の長手方向に延在するＬＥＤ列のＬＥＤから位置的にずらされている、ＬＥＤベースの照明装置。
2. 前記拡散反射壁が矩形に配置される、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
3. 前記ＬＥＤ支持領域が平坦である、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
4. 前記拡散反射壁が矩形に配置される、請求項３に記載のＬＥＤベースの照明装置。
5. 前記拡散カバーレンズが、前記拡散反射壁の上に提供される、請求項４に記載のＬＥＤベースの照明装置。
6. 前記ＬＥＤ支持領域が、前記ＬＥＤを受け取る複数の開口を含む、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
7. 前記阻止光学素子が側面発光型光学素子を含む、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
8. 前記光出力開口が矩形である、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
9. 前記ＬＥＤ支持領域が拡散反射性である、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
10. ＬＥＤ支持領域、前記ＬＥＤ支持領域から上方向に延在して前記ＬＥＤ支持領域を取り囲む拡散反射内面、及び光出力開口を有するハウジングと、
    前記ＬＥＤ支持領域に隣接する複数のＬＥＤであって、前記ＬＥＤが、前記光出力開口に直接向かう成分を有するＬＥＤ光出力を選択的に発生する複数のＬＥＤと、
    複数の阻止光学素子であって、前記ＬＥＤに被せて提供され、前記ＬＥＤの前記ＬＥＤ光出力の少なくとも前記成分を前記拡散反射内面に向けて再指向する複数の阻止光学素子と、
    前記光出力開口にわたって提供される拡散カバーレンズと
    を備え、
    前記ＬＥＤは、少なくとも２つの長手方向に延在するＬＥＤ列を含み、
    前記長手方向に延在するＬＥＤ列の各ＬＥＤについて、ＬＥＤは、当該ＬＥＤが属する前記長手方向に延在する列の直前のＬＥＤ及び直後のＬＥＤとは異なる色を生成し、前記ＬＥＤの色は、前記ＬＥＤが属さない前記長手方向に延在する列の最も近い隣接ＬＥＤの色とは異なる、ＬＥＤベースの照明装置。
11. 前記拡散反射内面が、複数の矩形に配置された壁を含む、請求項１０に記載のＬＥＤベースの照明装置。
12. 前記ＬＥＤ支持領域が平坦である、請求項１１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
13. 前記ＬＥＤ支持領域が、前記拡散反射内面のベースに提供される、請求項１２に記載のＬＥＤベースの照明装置。
14. 前記阻止光学素子が、単一の前記ＬＥＤに被せて提供される少なくとも１つの個別の光学素子を含む、請求項１０に記載のＬＥＤベースの照明装置。
15. 前記拡散カバーレンズが、前記拡散反射内面の上に提供される、請求項１０に記載のＬＥＤベースの照明装置。
16. 前記ＬＥＤが、第１の色のＬＥＤと、第２の色のＬＥＤと、第３の色のＬＥＤと、第４の色のＬＥＤとを含む、請求項１０に記載のＬＥＤベースの照明装置。
17. 前記第１の長手方向に延在するＬＥＤ列のＬＥＤは、それぞれ、前記ＬＥＤのうちの直前のＬＥＤ及び直後のＬＥＤによって生成される１つ又は複数の色とは異なる色を生成する、請求項１に記載のＬＥＤベースの照明装置。
18. 前記第１の長手方向に延在する列のＬＥＤは、それぞれ、前記第２の長手方向に延在する列のＬＥＤのうちの２つの最も近く隣接するものとは異なる色を生成する、請求項１７に記載のＬＥＤベースの照明装置。
19. 前記少なくとも２つの長手方向に延在するＬＥＤ列は、第１の長手方向に延在するＬＥＤ列と、前記第１の長手方向に延在するＬＥＤ列に対して平行な第２の長手方向に延在するＬＥＤ列とを含む、請求項１０に記載のＬＥＤベースの照明装置。
20. 前記第１の長手方向に延在するＬＥＤ列のＬＥＤは、前記第１及び第２の長手方向に延在する列の長さに沿った方向で、前記第２の長手方向に延在するＬＥＤ列のＬＥＤから位置的にずらされている、請求項１９に記載のＬＥＤベースの照明装置。

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