JP6549802B2 - 照明デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ダウンライト等の固体照明エレメントを利用する照明デバイスに関する。

白熱電球又は蛍光灯等の伝統的な比較的エネルギ効率の低いライトバルブをエネルギ効率の良い代替品に置き換える明らかな傾向がある。実際、多くの国で、白熱電球の製造と販売が法的に禁止されており、そのため、例えば白熱電球を交換する場合、消費者はエネルギ効率の良い代替品の購入を強いられる。

特に有望な代替品は、白熱電球又は蛍光灯のエネルギコストの一部で単位発光出力(unit luminous output)を生成することができる固体照明（SSL）エレメントにより提供される。斯かるSSLエレメントの一例は、発光ダイオード（LED）である。斯かるSSLエレメントを含む照明デバイスは、現在、例えば、家庭内のアプリケーションから自動車のアプリケーションに至るまで、多種多様なアプリケーション領域でのアプリケーションを日常的に見いだしている。

ダウンライトにおける固体照明の使用は、ますます一般的になっている。ダウンライトは、典型的には屋内空間の天井の表面に取付けられるか、天井に埋め込まれ得る。

図1は、天井又は別の表面に取付けるための従来技術のダウンライトデバイス1を概略的に示している。照明デバイス1は、ハウジング2を備えており、ハウジング2において、キャリア4が、それぞれの発光出力をハウジング2の光出口部6に向けるよう配設される複数の固体照明エレメント5を備える。キャリア4は、熱インタフェース3及びハウジング2が固体照明エレメント5のヒートシンクとして機能するように、熱インタフェース3を介してハウジング2に熱的に結合されてもよい。斯かる照明デバイス1は、SSLエレメント5が直接光出口部6に向かって発光出力を生成するよう配設されるという事実に起因して、良好な効率を有するが、これは、動作中の照明デバイス1の外観が、個々のSSLエレメント5が光出口部6を通して個々に観察され得るという事実に起因して、均一性(uniformity)を欠く恐れがあり、これは望ましくないことがあるという不利な点を持つ。均一性は、SSLエレメント5の密度を増加させることにより改善され得るが、これは、照明デバイス1の温度管理に関連する動作パラメータに悪影響を及ぼし得る。

この問題に対処するために、図2に概略的に示される従来技術の照明デバイス1が、提供されてもよい。図2において、キャリア4は、ハウジング2の側壁上に光出口部6に対して垂直に配向され、ここでも、熱インタフェース部材3、例えばヒートシンクを含む。斯かる構成は、SSLエレメント5の発光出力の不均一性が、SSLエレメント5の発光出力の大部分が光出口部に向けられず、その代わりに、例えばハウジング2の反射性内面により、光出口部6に向けて反射されるという事実に起因して、それほど問題ではないという利点を持つ。これは、種々のSSLエレメント5の光出力を大いに混合し、これにより、照明デバイス1に均一な外観を与える。しかしながら、光出口部6の斯かる間接照明は、所望の光束を達成するために、SSLエレメント5の高密度化が要求され得、これは前述した熱管理の問題を再導入する点で、図1の照明デバイスにより適用される直接照明原理よりも効率が低い。斯かる相反するデザイン要件は、ダウンライトに限定されない。

ダウンライトは、典型的には、表面に埋め込まれる。その結果、ユニットの全体的な高さにより、ダウンライトがどの程度容易に設置され得るかが決まる。表面に取り付けられるデザインでは、ユニットの全体的な高さが小さくなるほど、典型的には、より良い美的外観が得られる。

あるデザインにおいて、固体照明エレメントは、照明器具の一部であり、所要のドライバは、照明器具と別個である。埋め込みアプリケーションについて、これは、ドライバが天井キャビティ内に個別的に位置付けられ得るため問題ない。表面に取り付けられるアプリケーションについては、ドライバは、照明器具自体と直接アセンブルされる必要がある。ドライバを照明器具自体に組み込む必要性は、典型的には、光出力分布の制御及び照明器具の高さに影響を及ぼす。

配光を制御する問題に対処するために、混合チャンバを使用することが知られている。しかしながら、これは、コンポーネントの数及びデザインの複雑さを増加させる。

既存の埋込型ダウンライトモジュールは、例えば、100mm〜180mm程度の高さを有するが、表面取付けデザインは、理想的には、より薄くあるべきである。

表面取付け型照明器具の主な残りの問題は、ドライバとヒートシンクを一体化するためのスペースがないことである。ある既知のデザインでは、ドライバは、ダウンライトと直接一体化されるが、ユニットは、光学部品のみが見えるように依然として穴に部分的に埋め込まれる必要がある。このデザインは、例えばコンクリート製の天井には使用されることができない。

したがって、小さな高さを与えるようにコンパクトであり、表面に取付けられ得るようにドライバを組み込んでいて、シンプル且つそれゆえ低コストのデザインを有する、照明デバイスのデザインの必要性が依然としてある。

本発明は、特許請求の範囲により規定される。

本発明の一態様による例は、照明デバイスが向いている一般的な方向(general direction)に対応する軸を有する照明デバイスであって、
軸の周りに延び半径方向外側に面する外側取付面と、外側取付面の半径方向内側の内側キャビティとを有するキャリアと、
外側取付面に取り付けられる固体照明デバイスの配列(arrangement of solid state lighting devices)と、
内側キャビティに取り付けられるドライバと、
照明デバイスの光出力領域を画定するリング状の光学ユニットであって、キャリアの周りに取り付けられる光学ユニットと、
固体照明デバイスの配列からの光をリング状の光学ユニットに反射するための反射内面を有する外側ハウジングと、
を備える、照明デバイスであり、
リング状の光学ユニットは、光学ユニットがトーリックレンズ(toric lens)を含むように、実質的に円形に準じた断面形状(cross sectional shape substantially according to a circle)を有する、照明デバイスを提供する。

これは、ドライバ、（キャリアにより実現される）ヒートシンク及び固体照明配列が本質的に平面内にあるコンパクトな構成を提供する。これは、半径方向外側に面する光源のリングを提供し、ドライバがリングの半径方向内側に取り付けられることにより可能である。放射状の光出力は、照明デバイスからの光を受け、該光を光学ユニットの出力部に供給する光学ユニットにより所望の方向の光出力に変換される。

固体照明デバイスの配列は、1つ以上のフレキシブルなキャリアに取り付けられる1つ以上のLEDアレイを含んでもよい。例えば、照明ユニットは、外部取付面の周りに取り付けるためのテープ上のLEDのリングであってもよく、斯かるユニットは1つ以上であってもよい。

光学ユニットは、リング方向に垂直な平面内で一定の断面形状を有するリングを含んでもよい。斯くして、リングは、異なる角度位置で同じ光学機能を有するので、全体の光出力分布は回転対称である。しかしながら、リングは、上記に代えて、一般的な光出力方向(general light output direction)の周りの角度によって変化する光出力を提供するようデザインされてもよい。斯くして、光学ユニットのデザインは、光出力分布を調整するために利用されてもよい。

リングは、円形の光出力分布パターンが得られるように、円形であってもよい。断面形状は、光学ユニットがトーリックレンズを含むように、実質的に円形に準じる。この点において、実質的に円形に準じるということは、断面形状が、光学ユニットに着座機能(seating facility)を提供する比較的小さな窪み又は突起を含んでもよい中空でない円形(solid circle)に準じることを意味する。斯かるトーリックレンズの球面は、光を点／輪状線(circular line)で収束させ、前記点／輪状線からの爆発的な光パターン(exploding light pattern)の高く評価される(highly appreciated)、所望の効果の利点を提供する。

キャリアは、例えば、外側取付面の後側から半径方向内側に延在する放熱フィンを備える。斯くして、キャリアは、ヒートシンク機能を実現する。

当該デバイスはさらに、固体照明デバイスの配列と光学ユニットとの間に取り付けられるリフレクタリングを備えてもよい。これは、光が望ましくない角度から光学ユニットに入射するのを防止するために用いられる。リフレクタリングは、照明配列の下側の（すなわち、出力部に近い）下部リフレクタとして機能し、外側ハウジングは、照明デバイスの上側の（すなわち、出力部から離れた）及び照明配列の外側の半径方向周囲の上部リフレクタとして機能する。

照明デバイスは、50mm以下、例えば40mm以下、ましては35mm以下の高さを有してもよい。

照明デバイスは、表面に表面取付け(surface mounting)するためのダウンライト、又は表面に埋め込み取付け(recess mounting)するためのダウンライトを備えてもよい。しかしながら、本デザインは、他のタイプのコンパクトな照明ユニットとして使用されてもよく、ダウンライトに限定されない。

従来技術のダウンライトデバイスを概略的に示す。 他の従来技術のダウンライトデバイスを概略的に示す。 一実施形態による照明デバイスの分解図を概略的に示す。 図3のデバイスの例示的な寸法の組を示す。 ドライバがどのように取り付けられるかをより明確に示す。 図3の照明デバイスの下側を示す。 図3の照明デバイスの前側を示す。 図3の照明デバイスに用いられる光学リングの光学機能を説明するために用いられる。

図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。

本発明は、半径方向外側に面する取付面と、外側取付面の半径方向内側の内側キャビティとを有するキャリアを備える照明デバイスを提供する。固体照明デバイスは、外側取付面に取り付けられ、ドライバは、内側キャビティに収容される。リング状の光学ユニットは、照明デバイスの光出力領域を画定し、キャリアの周りに取り付けられる。外側ハウジングは、固体照明デバイスの配列からの光をリング状の光学ユニットへ反射する。

これは、ドライバ、（キャリアにより実現される）ヒートシンク及び固体照明配列が本質的に平面内にあるコンパクトな構成を提供する。これは、半径方向外側に面する光源のリングを提供し、ドライバがリングの半径方向内側に取り付けられることにより可能である。放射状の光出力は、光学ユニットにより所望の方向及びビーム形状を有する光出力に変換される。

図3は、一実施形態による照明デバイス10の分解図を概略的に示す。このデバイスは、光が該デバイスから出力される一般的な方向に対応する、軸11を有する。光出力は、概して、この軸11を中心とし、軸11は、デバイスが向いている方向である。軸は、照明デバイスが取り付けられるべき表面又は照明デバイスが埋め込まれるべき表面に垂直に延びる。

このデバイスは、軸11の周りに延び、半径方向外側に面する外側取付面14を有するキャリア12を備える。外面は平滑であり、外面の裏面は一組の放熱フィン15を有し、キャリア12はヒートシンク及びLEDのための支持体として機能する。内側キャビティ16は、外側取付面の半径方向内側に、すなわち、外側取付面の背後に画定される。

LED等の固体照明デバイス20の配列18は、外側取付面14に取り付けられる（分解図の結果として図3には示されていない）。固体照明デバイスの配列は、2つのLEDリングとして示され、各リングは、フレキシブルなキャリアに取り付けられる。LEDの各リングは、外側取付面の周りに取り付けられる。1つのリング又は2つ以上のリングが存在してもよい。

ドライバ22は、内側キャビティ16に取り付けられる（分解図の結果として図3には示されていない）。

リング状の光学ユニット24は、照明デバイスの光出力領域を画定する。リング状の光学ユニット24は、キャリア12の周りに取り付けられる。図示の例では、光学ユニット24は、光学ユニット24をキャリア12のリム26に着座させる内側リップ25を有する。光学ユニットは、周辺空気との屈折率差を提供し、それによりレンズ機能を提供するために屈折率が1より大きい（典型的には1.4〜1.6の範囲内）、プラスチック（例えば、PMMA又はPC）又はガラス等の透明材料でできている。

外側ハウジング28は、固体照明デバイスの配列18からの光をリング状の光学ユニット24に反射するための反射内面を有する。外側ハウジング28の半径方向外側表面は、半径方向に向けられた光を光学ユニット24に向かって下方に反射し、その目的のために、半径方向外側表面は、図示のようにテーパを有する。LEDから上方に放射された光は、外側ハウジング28の上壁により反射される。

LEDの1つ又は複数のリングの下に位置するのは、内側リフレクタリング30である。これにより、下向きの光が光学ユニット24の所望の領域にのみ入射することが保証される。反射面は、光が光学ユニット24の所望の部分に入射して出力に伝達されるまで、光の再循環を提供する。

これは、ドライバ22、（キャリア12により実現される）ヒートシンク、及び固体照明配列18が本質的に平面内にあるコンパクトな構成を提供する。これは、半径方向外側に面する光源のリングを提供し、ドライバがリングの半径方向内側に取り付けられることにより可能である。

このデザインは、例えば、LEDアレイのための1つの透過光学部品、ハウジングにより実現される1つの上部反射器、及びあるデザインにおいては省かれ得る1つの内部反射器だけを含む少しのコンポーネントしか有さない。

全体の高さを可能な限り低く保つために、低い高さの既製のドライバが選択されてもよい。一例として、図4は、全高が35mmに維持され、全径が198mmである、既存の低い高さのドライバ用にデザインされた実施例を示す。低い高さの結果、このデザインは、個別の照明器具を要するアプリケーションにインストールされることができる。照明デバイスは、より一般的には、50mm以下、例えば40mm以下の高さを有することができる。同じ原理は、外部ハウジング28に直接固定され得るカスタマイズされたドライバPCBに適用されることができ、これは、照明器具の全高をより一層低く、例えば30mm以下にすることを可能にする。

図4は、光学ユニット24の底部が照明デバイスの光出力面を画定することを示している。光出力は、アニュラス(annulus)の形である。

このデザインの利点は、表面に取り付けられても、埋め込まれてもよいことである。表面取付型アプリケーションのため、照明器具に合うように天井に穴を開ける必要はない。ユニットは、単に天井（又は壁）にネジ止めされることができる。ユニットは、既存の標準サイズ（200mm）のくぼみ穴にも適合するようにデザインされることができる。

斯くして、このデザインは、小型で、特に低い高さを有するが、ドライバがデバイスに直接組み込まれる、シンプルさを提供する。

トーリックレンズの特定例は、審美的な円形のダウンライト出力をもたらし、光を所望の配光に調整又はコリメートするために用いられる。図4の実施形態では、レンズは、ハウジング28の内側に部分的に埋め込まれているが、概して言えば、レンズは、本発明による照明デバイスの本質的に全てのタイプの実施形態について（軸に沿った方向に見て）ハウジングに完全に埋め込まれた位置とハウジングの完全に外側の位置との間の任意の位置を取ってもよい。この位置の変化は、レンズによる光の所望のコリメーション／ビーム整形、斯くして照明デバイスにより生じる所望の配光を変更／制御するために用いられることができる。好ましくは、ハウジングの下端部とレンズとの間の光学的ギャップは、（個々の）LEDの直視、又は該ギャップを通る調整されていない光（例えばコリメートされていない光）の漏れを回避又は最小限にするために省かれる。

トーラス(torus)は、半径rの円が、該円の中心から距離Rにおいて、該円と同じ平面内にある軸を中心に回転するときに生じる空間体である。この例のようにR > rの場合、リングトーラスが生成される。

トーリックレンズの使用は必須ではない。光学ユニットの異なるデザインが、屋外照明を含むあらゆる種類のアプリケーションに望ましいビーム整形をもたらすために用いられてもよい。

より一般的には、光学ユニットは、リング形状のレンズデバイスの任意の適切なデザインを含んでもよい。一組の例では、リングは、局所的なリング方向、すなわち、リング形状周囲の局所的な接線方向に垂直な面内で一定の断面形状を有する。斯くして、リングは、異なる角度位置で同じ光学機能を有するので、全体の光出力分布は回転対称である。しかしながら、リングは、上記に代えて、光出力方向の周りの角度によって変化する光出力を提供するようデザインされてもよい。

円形デバイスの場合、リングは円形であり、円形の光出力分布パターンが得られる。断面形状も円形である場合、光学ユニットは、トーリックレンズを含む。しかしながら、異なるアプリケーションに異なる審美的な外観が望まれるので、リングは楕円形又は多角形であってもよい。

上述したように、照明デバイスは、表面に表面取付するためのダウンライト又は表面に埋め込み取付けするためのダウンライトを備えてもよい。しかしながら、このデザインは、他のタイプの小型照明デバイスとして用いられることができ、ダウンライトに限定されない。

図5は、ドライバ22がキャビティ16にどのように取り付けられるかをより明確に示している。図5は、キャリア12、リフレクタリング30、光学ユニット24及びLED配列18を、アセンブルされたときのそれらの相対的な向きにおいて示している。

図6は、図3の照明デバイスの下側を示す。外側ハウジング28は、表面取付のための取付孔40を備えた平坦な頂部を有する、又は同じデザインが、埋込取付されてもよい。

図7は、図3の照明デバイスの前側を示しているが、光学ユニット24は省略されている。

光学的には、トーリックレンズの球面は、光を図8に示されるような点に収束させる。これは、該点からの爆発的な光パターンの効果を与える。

照明デバイスは屋内又は屋外で用いられれてもよい。屋外の照明器具は屋外環境に曝されるため、密閉する必要がある。1つ以上のシールリングが、屋外使用のためのシールを提供するためにデザインに組込まれてもよい。1つのシールは、キャリア12と光学ユニット24との間に設けられてもよく、他のシールは、光学ユニット24の半径方向最外部とハウジング28との間に設けられてもよい。

上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計できることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧内に置かれた参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む（comprising）」という語は、請求項に列挙された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「a」又は「an」は、複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明は、複数の個別の要素を有するハードウェアにより実現されることができる。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、同一のハードウェアのアイテムにより具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項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 (10)

1. 照明デバイスが向いている一般的な方向に対応する軸を有する照明デバイスであって、
   前記軸の周りに延び半径方向外側に面する外側取付面と、前記外側取付面の半径方向内側の内側キャビティとを有するキャリアと、
   前記外側取付面に取り付けられる固体照明デバイスの配列と、
   前記内側キャビティに取り付けられるドライバと、
   当該照明デバイスの光出力領域を規定するリング状の光学ユニットであって、前記キャリアの周りに取り付けられる光学ユニットと、
   前記固体照明デバイスの配列からの光を前記リング状の光学ユニットに反射するための反射内面を有する外側ハウジングと、
   を備える、照明デバイスであり、
   前記リング状の光学ユニットは、該光学ユニットがトーリックレンズを含むように、実質的に円形に準じた断面形状を有する、照明デバイス。
2. 前記固体照明デバイスの配列は、1つ以上のフレキシブルなキャリアに取り付けられる1つ以上のLEDアレイを含む、請求項1に記載の照明デバイス。
3. 前記リング状の光学ユニットは、リング方向に垂直な平面内で一定の断面形状を有するリングを含む、請求項1又は2に記載の照明デバイス。
4. リングは円形である、請求項3に記載の照明デバイス。
5. 前記光学ユニットは、内側リップを備える、請求項1乃至4の何れか一項に記載の照明デバイス。
6. 前記キャリアは、前記外側取付面の後側から半径方向内側に延在する放熱フィンを備える、請求項1乃至5の何れか一項に記載の照明デバイス。
7. 前記固体照明デバイスの配列と前記光学ユニットとの間に取り付けられるリフレクタリングを備える、請求項1乃至6の何れか一項に記載の照明デバイス。
8. 50mm以下の高さを有する、請求項1乃至7の何れか一項に記載の照明デバイス。
9. 当該照明デバイスは、表面に表面取付けするためのダウンライトデバイスである、請求項1乃至8の何れか一項に記載の照明デバイス。
10. 当該照明デバイスは、表面に埋め込み取付けするためのダウンライトデバイスである、請求項1乃至8の何れか一項に記載の照明デバイス。

Images