JP6462963B1 - 照明デバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、白色光及び紫外光を放射するように適合されている少なくとも1つの光源12a、12bと、白色光をコリメートするように適合されているコリメータ18と、コリメートされた白色光及び紫外光が周囲環境内へと通過することが可能な光出射窓16とを備える、照明デバイス12に関し、この照明デバイスは、紫外光を発散させる一方で、コリメートされた白色光を放射するように適合されている。

Description

本発明は、白色光を放射するように適合されている少なくとも1つの光源を備える、照明デバイスに関する。
人工の白色光が、高い割合で採用されている。そのような光源は、極めて高い効率で、90を超えるCRI(color rendering index;演色評価数)を有する、高品質の光を生成することができる。しかしながら、太陽光と比較された場合の、そのような光源の問題点のうちの1つは、可視光を提供することに留まらない、人間に対する明確な有益性を有するスペクトルの特定部分の欠如である。例えば、UV光は(極めて低い強度であっても)、ビタミンDの生成に関して(又は、皮膚の日焼け、昆虫の誘引、皮膚の治療などに関して)極めて重要である。この目的のために、白色LEDと組み合わせて、UV LEDを導入することが可能である。
米国特許出願公開第2014160728号は、青色光を放射する青色発光デバイス及び紫外光を放射するUV発光デバイスを含む、複数の発光デバイスと、それらの複数の発光デバイスから放射された光の経路内に配置構成され、それらの複数の発光デバイスから放射された光の波長を変換するための蛍光物質が設けられている、波長変換部とを備えており、白色光を得るために青色光によって励起されて青色光と混合される蛍光物質が、青色発光デバイスに対応する第1の区域上に配置構成され、少なくとも青色蛍光物質が、UV発光デバイスに対応する第2の区域上に配置構成されている、発光デバイスを開示している。
しかしながら、UV点光源は、皮膚に対して極めて有害であり、過度に長い間、その光源に人が接触又は接近する場合には、種々の問題を引き起こす恐れがある。また、高いグレアを有する光源を見つめることは、不快である。
前述の問題点を克服する、又は少なくとも軽減すること、及び改善された照明デバイスを提供することが、本発明の目的である。
本発明の一態様によれば、この目的及び他の目的は、白色光及び紫外光を放射するように適合されている少なくとも1つの光源と、白色光をコリメートするように適合されているコリメータと、コリメートされた白色光及び紫外光が周囲環境内へと通過することが可能な光出射窓とを備える、照明デバイスであって、この照明デバイスは、紫外光を発散させる一方で、コリメートされた白色光を放射するように適合されている、照明デバイスによって達成される。
この照明デバイスが、紫外光を発散させる一方で、コリメートされた白色光を放射するように適合されているということは、紫外光が、コリメートされた白色光よりも大きい角度に発散されることを意味し得るものであり、「角度」とは、光出射窓の法線に対する光の方向を指す。換言すれば、紫外光又はUV成分は、コリメートされた白色光よりも大きい角度範囲に発散し得る。
本発明は、紫外光を発散させることによって、紫外光が無害である又は少なくとも有害性がより少ない、複合型の白色及びUV照明デバイスが提供され得るという理解に基づくものである。更には、白色光がコリメートされるため、白色光に関するグレアが除去され得る、又は少なくとも低減され得る。
紫外光を発散させるために、光出射窓は、スペクトル選択性とすることができる。光出射窓は、例えば、スペクトル選択層(例えば、プレート上のコーティング)又はスペクトル選択プレートとすることができる。
一実施形態では、光出射窓は、白色光が(実質的に)散乱することなく通過することを可能にする一方で、紫外光を散乱させるように適合されている。例えば、光出射窓は、この場合、ポリマー、例えばシリコーンなどの好適なマトリックス材料と組み合わされた、好適なサイズ(分布)を有する中空球を含み得る。
別の実施形態では、光出射窓は、白色光が(実質的に)回折することなく通過することを可能にする一方で、紫外光を回折するように適合されている。光出射窓は、この場合、例えば、波長選択性回折格子を含み得る。
別の実施形態では、光出射窓は、所定の角度よりも小さい入射角を有する紫外光を反射し、その所定の角度よりも大きい入射角を有する紫外光を透過するように、かつ、その所定の角度よりも小さい入射角を有する白色光を透過するように、適合されている。光出射窓は、この場合、例えば、ダイクロイックミラーを含み得る。
別の実施形態では、光出射窓は、白色光を変換することなく、紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されている。光出射窓は、この場合、例えば、蛍光体層を含み得る。
他の実施形態では、紫外光は、コリメータレベルで発散され得る。すなわち、コリメータは、スペクトル選択性とすることができる。コリメータは、例えば、反射器又は全内部反射光学素子とすることができる。
一実施形態では、コリメータは、白色光、すなわち、可視領域の光を(実質的に)散乱させることなく、紫外光を散乱させるように適合されている、(小)粒子を含む。
別の実施形態では、コリメータは、鏡面反射コーティングと拡散反射コーティングとのスタックを含み、鏡面反射コーティングは、白色光を鏡面反射するように適合され、かつ紫外光に対して透過性であり、拡散反射コーティングは、紫外光を拡散反射するように適合されている。鏡面反射コーティングは、例えば、銀コーティングとすることができる。拡散反射コーティングは、例えば、粗面上のアルミニウムコーティングとすることができる。
別の実施形態では、コリメータは、散乱層と鏡面反射コーティングを有する層とのスタックを含み、散乱層は、紫外光を散乱させるように適合されており、鏡面反射コーティングは、白色光及び紫外光の双方を鏡面反射するように適合されている。散乱層は、例えば、UV反射粒子を含み得る。鏡面反射コーティングは、例えば、アルミニウムコーティングとすることができる。
別の実施形態では、コリメータは、白色光を(実質的に)回折することなく、紫外光を回折するように適合されているスペクトル選択層を含む。
別の実施形態では、コリメータは、白色光を変換することなく、紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されているスペクトル選択層を含む。
更に別の実施形態では、少なくとも1つの光源は、白色光を放射するように適合されている第1の光源と、紫外光を放射するように適合されている第2の光源とを含み、この第2の光源は、光出射窓の方を向くように位置決めされており、第1の光源は、反対方向で位置決めされている。この実施形態では、コリメータは、白色光をコリメートするために最適化される一方で、UV光のコリメーションがより少なくなるように設計され得る。この目的のために、コリメータは、例えば、楕円形状の反射器とすることができる。
少なくとも1つの光源は、400〜800nmの波長範囲の可視白色光を放射するように適合され得る。
少なくとも1つの光源は、270〜350nm、又は290〜330nm、又は300〜320nmの波長範囲の紫外光を放射するように適合され得る。
白色光及び紫外光を放射するように適合されている、この少なくとも1つの光源は、発光ダイオード(light emitting diode;LED)又はレーザダイオードなどの固体光源とすることができる。
更には、この少なくとも1つの光源は、蛍光体変換紫外光源、すなわち、白色光及びUV光の双方を放射する1つの光源とすることができる。蛍光体変換紫外光源は、例えば、UV光が部分的に青色光、黄色光、及び赤色光に変換される、UV LEDとすることができる。このことは、変換されていないUV成分が、依然として残されていることを意味する。あるいは、白色光及び紫外光を放射するように適合されている、この少なくとも1つの光源は、蛍光体変換青色光源及びUV光源(2つの光源)とすることもできる。あるいは、白色光及び紫外光を放射するように適合されている、この少なくとも1つの光源は、UV光源、青色光源、緑色光源、及び赤色光源(4つの光源)とすることもできる。
本発明は、「特許請求の範囲」で列挙される特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものであることに留意されたい。
ここで、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明のこの態様及び他の態様が、より詳細に説明される。
本発明の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 図1aの照明デバイスの概略平面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。 本発明の更に別の実施形態による、照明デバイスの概略側面図である。
これらの図で示されるような層及び領域のサイズは、説明の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的構造を説明するために提供されるものである。同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。
ここで、本発明の現時点で好ましい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得るものであり、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供されており、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるものである。
図1a〜図1bは、本発明の実施形態による、照明デバイス10を示す。
照明デバイス10は、白色光を放射するように適合されている第1の光源12a、及び紫外光(紫外成分を有する白色光と称される場合もある)を放射するように適合されている第2の光源12bの形態の、白色光及び紫外(UV)光を放射するように適合されている少なくとも1つの光源を備える。第1の光源12aは、例えば、蛍光体変換青色光源、あるいは、青色光源と緑色光源と赤色光源との組み合わせとすることができる。白色光は、400〜800nmの波長範囲とすることができる。紫外光は、270〜350nm、又は290〜330nm、又は300〜320nmの波長範囲とすることができる。光源12a〜12bは、LED又はレーザダイオードなどの固体光源とすることができる。光源12a〜12bは、照明デバイス10の基板14上で、互いに隣り合わせに位置決めされている。
照明デバイス10は、光源12a〜12bに対向する光出射窓16、及びコリメータ18を更に備える。コリメータ18は、基板14と光出射窓16との間に配置構成され得る。
コリメータ18は、少なくとも白色光をコリメートするように、すなわち狭めるように、例えば、平行にするように適合されている。コリメータ18は、例えば、反射器又はTIR(total internal reflection;全内部反射)光学素子とすることができる。コリメータ18は、反射面20を有する。
光出射窓16は、一般に、光源12a〜12bからの光を、照明デバイス10の周囲環境22に「放射する」ように適合されている。
図1a〜図1bにおける光出射窓16は、スペクトル選択性である。具体的には、この光出射窓は、白色光が散乱することなく通過することを可能にする一方で、紫外光を散乱させるように適合されている。この目的のために、光出射窓16は、ナノサイズの空気ポケット又はガラス中空球あるいはダイクロイックミラー小片24を、マトリックス材料26、例えばシリコーン中に含み得る。これらの空気ポケット又は中空球24は、例えば、約200〜400nmのサイズを有し得る。
図1a〜1bの照明デバイス10の動作中、第1の光源12aは、白色光(図面中、破線矢印によって例示されている)を放射し、第2の光源12bは、紫外光(図面中、点線矢印によって例示されている)を放射する。白色光は、コリメータ18によってコリメートされ、散乱することなく、光出射窓16を通って透過される。その一方で、紫外光は、光出射窓16によって散乱されることにより、その紫外光は発散される。換言すれば、紫外光は、コリメートされた白色光よりも大きい角度に、再分散又は発散される。
図2の照明デバイス10は、(スペクトル選択性)光出射窓16が、白色光が回折することなく通過することを可能にする一方で、紫外光を回折するように適合されている点で、図1a〜図1bの照明デバイスとは異なる。この目的のために、光出射窓16は、複数の回折素子28を備え得る。それらの複数の回折素子28は、例えば、波長選択性回折格子の一部を形成し得る。図2の照明デバイス10の動作中、紫外光は、光出射窓16によって回折されることにより、その紫外光は発散されることになる。
図3の照明デバイス10は、(スペクトル選択性)光出射窓16が、所定の角度よりも小さい入射角を有する紫外光を反射し、その所定の角度よりも大きい入射角を有する紫外光を透過するように、かつ、その所定の角度よりも小さい入射角を有する白色光を透過するように適合されている点で、図1a〜図1bの照明デバイスとは異なる。この目的のために、光出射窓16は、ダイクロイックミラー30を備え得る。この所定の角度は、例えば、30°とすることができる。ダイクロイックミラー30の厚さは、例えば、前述の機能が達成されるように選択され得る。図3の照明デバイス10の動作中、所定の角度よりも大きい入射角θ'を有する紫外光32'は、光出射窓を通して透過されるが、その一方で、所定の角度よりも小さい入射角θ''を有する紫外光32''は、反射されてコリメータ18内に戻されることにより、発散された紫外光のみが、照明デバイス10によって放射される。
図3に対する代替的実施形態では、白色光成分に関するカラーオーバアングル(color over angle)の問題を回避するために、照明デバイス10は、UV光源12bのための別個のコリメータ18'を備え得るものであり、図3−1に示されるように、ダイクロイックリフレクタ30'が、このコリメータ18'の頂部に配置されることにより、白色光源と相互作用する、白色光源12aから来る光の殆どを回避する。この別個のコリメータ18'は、コリメータ18よりも小さく、コリメータ18の内側に配置され得る。
図4の照明デバイス10は、(スペクトル選択性)光出射窓16が、白色光を変換することなく、紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されている点で、図1a〜図1bの照明デバイスとは異なる。この目的のために、光出射窓16は、蛍光体層34を備え得る。例えば、蛍光体層34は、例えば250nmの波長を有する紫外光を吸収し、例えば310〜320nmの波長を有する紫外光を放射することができる。動作中、第2の光源12bによって放射された紫外光は、蛍光体層34によって、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換される。より高い波長でピークを有する紫外光は、図面中、実線矢印によって例示されている。変換される際に、その紫外光はまた、より大きい角度に再分散されるが、その一方で、白色光は変換されず、それゆえ、コリメートされたまま維持される。
図1〜図4は、紫外光が光出射窓レベルで発散される実施形態を示すものであったが、図5〜図9は、紫外光がコリメータレベルで発散される実施形態を示す。
図5の照明デバイス10は、コリメータ18が、白色光、すなわち、可視領域の光を散乱させることなく、紫外光を散乱させるように適合されている粒子36を含む点で、図1a〜図1bの照明デバイスとは異なる。コリメータ18は、この場合、TIR光学素子とすることができ、粒子36は、そのTIR光学素子全体にわたって分散されている。図5における光出射窓16は、典型的には、波長選択性ではない。図5の照明デバイス10の動作中、第2の光源12bによって放射された紫外光は、コリメータ18の内部で散乱されることにより、その紫外光は発散されることになる。その一方で、白色光は、粒子36によって散乱されず、その代わりに、コリメータ18によってコリメートされる。
図6の照明デバイス10は、コリメータ18が、内側の鏡面反射コーティング40aと外側の拡散反射コーティング40bとのスタックを含む点で、図5の照明デバイスとは異なる。このスタックは、コリメータ18の表面20を構成し得る。鏡面反射コーティング40aは、白色光を鏡面反射するように適合されており、紫外光に対しては透過性である。鏡面反射コーティング40aは、例えば、350〜800nmの範囲の光を鏡面反射し、350nm未満の波長に対して透過性とすることができる。鏡面反射コーティング40aは、例えば、銀コーティングとすることができる。拡散反射コーティング40bは、紫外光を拡散反射するように適合されている。拡散反射コーティング40bは、例えば、粗面上のアルミニウムコーティングとすることができる。図6の照明デバイス10の動作中、白色光は、鏡面反射コーティング40aによってコリメートされるが、その一方で、紫外光は、鏡面反射コーティング40aを通過して、反射コーティング40bによって拡散されることにより、その紫外光は発散されることになる。
図7の照明デバイス10は、コリメータ18が、内側の散乱層44aと鏡面反射コーティング44bを有する外側層とのスタックを含む点で、図5の照明デバイスとは異なる。このスタックは、コリメータ18の表面20を構成し得る。散乱層44aは、紫外光を散乱させるように適合されている。散乱層44aは、例えば、シリカ、石英、又はシリコーンゴムのナノ粒子(200〜400nmのサイズ)など、UVに対してかなりの程度透過性である、UV散乱粒子を含み得る。鏡面反射コーティング44bは、白色光及び紫外光の双方を、鏡面反射するように適合されている。鏡面反射コーティング44bは、例えば、アルミニウムコーティングとすることができる。図7の照明デバイス10の動作中、白色光は、散乱層44aのUV反射粒子によって散乱されない。その代わりに、白色光は、鏡面反射コーティング44bによってコリメートされる。その一方で、紫外光は、散乱層44aによって散乱されることにより、その紫外光は発散されることになる。
図8の照明デバイス10は、コリメータ18が、白色光を回折することなく、紫外光を回折するように適合されているスペクトル選択層を含む点で、図5の照明デバイスとは異なる。このスペクトル選択層は、コリメータ表面20に設けられている複数の回折素子46とすることができる。図8の照明デバイスの動作中、コリメータ18のスペクトル選択層が、紫外光を回折することにより、その紫外光は発散されることになる。白色光は回折されず、それゆえ、コリメータ18によってコリメートされることになる。
図9の照明デバイス10は、コリメータが、白色光を変換することなく、紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されているスペクトル選択層48を含む点で、図6の照明デバイスとは異なる。スペクトル選択層48は、コリメータ表面20に設けられ得る。スペクトル選択層48は、蛍光体層とすることができる。図9の照明デバイスの動作中、第2の光源12bによって放射された紫外光は、蛍光体層48によって、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換される。変換される際に、その紫外光はまた、より大きい角度に再分散されるが、その一方で、白色光は変換されず、それゆえ、コリメータ18によってコリメートされることになる。
図10は、白色光を放射するように適合されている第1の光源12aが、光出射窓16の内面に、又は内面付近に位置決めされ、UV光を放射する第2の光源12bの方を向いている点で図1a〜図1bの照明デバイスとは異なる、更に別の実施形態による照明デバイス10を示す。換言すれば、第2の光源12bは、紫外光を発散させるために間接モードで位置決めされているが、その一方で、第1の光源12aは、直接モードで位置決めされている。コリメータ18、例えば反射器は、光源12aから発生する光はコリメートされるが、その一方で、光源12bからの光は、コリメートされることなく反射器から出るように適合され得る。コリメータ18は、例えば、楕円形状の反射器とすることができる。図10における光出射窓16は、典型的には、波長選択性ではない。
本発明の照明デバイス10は、約1:20(又は、それよりも低い)の、UV対可視の比率を有し得るものであり、このUV及び可視における「光」の量は、ワットで表現され得る。
更には、照明デバイス10は、典型的には、1000〜5000lmの出力を提供する。
更には、照明デバイス10の相関色温度(correlated colour temperature;CCT)は、2000〜20000Kの範囲、又は2500〜10000Kの範囲、又は2700〜8000Kの範囲とすることができる。
更には、白色光は、CIE XYZ色空間における色点、並びに、黒体軌跡(black body line;BBL)から25SDCM(Standard Deviation Color Matching;等色標準偏差)未満の、又はBBLから15SDCM未満の、又はBBLから10SDCM未満の距離を有し得る。
更には、照明デバイス10の演色評価数(CRI)は、60を超える、又は70を超える、又は80若しくは90を超えることがある。
更には、図1〜図3及び図4〜図9の実施形態では、第1の光源12a及び第2の光源12bは、蛍光体変換紫外光源、例えば、UV光が部分的に青色光、黄色光、及び赤色光に変換されるUV LEDなどの、1つの光源によって置き換えられることが可能である。
本発明の照明デバイス10は、例えば、ランプ、電球、光エンジン、照明器具、又は照明設備内に位置決めされ得る。
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、多くの修正及び変更が、添付の「特許請求の範囲」内で可能である。
更には、開示された実施形態に対する変更は、図面、本開示、及び添付の「特許請求の範囲」の研究から、特許請求された発明を実施する際の当業者によって理解され、遂行され得る。「特許請求の範囲」では、用語「含む(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、有利に使用できないことを示すものではない。

Claims (14)

  1. 白色光及び紫外光を放射するように適合されている少なくとも1つの光源と、前記白色光をコリメートするように適合されているコリメータと、コリメートされた前記白色光、及び前記紫外光が周囲環境内へと通過することが可能な光出射窓とを備える、照明デバイスであって、前記照明デバイスが、前記紫外光を発散させる一方で、前記コリメートされた白色光を放射するように適合されており、前記光出射窓が、スペクトル選択性である、照明デバイス。
  2. 前記光出射窓が、前記白色光が実質的に散乱することなく通過することを可能にする一方で、前記紫外光を散乱させるように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  3. 前記光出射窓が、前記白色光が実質的に回折することなく通過することを可能にする一方で、前記紫外光を回折するように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  4. 前記光出射窓が、所定の角度よりも小さい入射角を有する紫外光を反射し、前記所定の角度よりも大きい入射角を有する紫外光を透過するように、かつ、前記所定の角度よりも小さい入射角を有する白色光を透過するように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  5. 前記光出射窓が、前記白色光を変換することなく、前記紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  6. 前記コリメータが、前記白色光を実質的に散乱させることなく、前記紫外光を散乱させるように適合されている粒子を含む、請求項1に記載の照明デバイス。
  7. 前記コリメータが、鏡面反射コーティングと拡散反射コーティングとのスタックを含み、前記鏡面反射コーティングが、前記白色光を鏡面反射するように適合され、かつ前記紫外光に対して透過性であり、前記拡散反射コーティングが、前記紫外光を拡散反射するように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  8. 前記コリメータが、散乱層と鏡面反射コーティングを有する層とのスタックを含み、前記散乱層が、前記紫外光を散乱させるように適合されており、前記鏡面反射コーティングが、前記白色光及び前記紫外光の双方を鏡面反射するように適合されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  9. 前記コリメータが、前記白色光を実質的に回折することなく、前記紫外光を回折するように適合されているスペクトル選択層を含む、請求項1に記載の照明デバイス。
  10. 前記コリメータが、前記白色光を変換することなく、前記紫外光を、より高い波長でピークを有する紫外光へと変換するように適合されているスペクトル選択層を含む、請求項1に記載の照明デバイス。
  11. 前記少なくとも1つの光源が、前記白色光を放射するように適合されている第1の光源と、前記紫外光を放射するように適合されている第2の光源とを含み、前記第2の光源が、前記光出射窓の方を向くように位置決めされており、前記第1の光源が、反対方向で位置決めされている、請求項1に記載の照明デバイス。
  12. 前記少なくとも1つの光源が、400〜800nmの波長範囲の可視光を放射するように適合されている、請求項1乃至11のいずれかに記載の照明デバイス。
  13. 前記少なくとも1つの光源が、270〜350nmの波長範囲の紫外光を放射するように適合されている、請求項1乃至12のいずれかに記載の照明デバイス。
  14. 白色光及び紫外光を放射するように適合されている前記少なくとも1つの光源が、固体光源である、請求項1乃至13のいずれかに記載の照明デバイス。
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