JP7145148B2 - ディフューザを用いた照明アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、照明の分野に関し、そして、より特定的には、照明アセンブリに関する。

高エネルギー効率、小型サイズ、および長寿命といった有利な特性のため、今日ＬＥＤは、ますます多数の照明アプリケーションについて使用されている。しかしながら、多くの照明アプリケーションは光出力がより大きな領域にわたり拡げられることを要求する一方で、ＬＥＤからの光出力はむしろ小さな領域に対して集中されている。複数のＬＥＤが使用される場合、これらは、一般的に、熱的な制限およびコスト上の理由のせいでお互いから所定の距離に配置されている。

複数のＬＥＤから比較的に均質（homogeneous）な光出力を獲得するために、ＬＥＤの正面に（in front of）ディフューザエレメント（diffusor element）を配置することが一般的に知られている。しかしながら、ディフューザの後ろの個々のＬＥＤの配置が、多くの場合に、依然として目に見えている。そうして、ディフューザの前面にわたる光出力は、あまり均質ではなく、まだらな（spotty）外観をもたらしてしまう。非常に厚いディフューザは、より良い均質性を達成し得る一方で、このことは全体的な効率の低下をもたらすだろう。

特開２０１３－１９６８４７号公報は、ガラス管の中で基板に備えられたＬＥＤを用いたＬＥＤランプを開示している。ガラス管の周囲には、拡散反射部（diffusion reflection part）が形成されている。拡散反射部の円周方向における幅は、ガラス管の長手方向の全体を通じて変化している。

欧州特許出願公開第１０２８３４８号明細書は、照明されるべき表面に対して、光源から均一（uniform）な照明を生成するための構成を開示しており、スクリーンの後ろに配置された光源を含んでいる。スクリーンの厚さは、表面の断面にわたり変化している。

国際公開第２００８／０２５９０９号は、均質化された輝度出力（luminance output）のためのディフューザを含む光学系を開示している。

より均質な見映え（appearance）を、特には、コンパクトな装置を用いて、達成するための照明アセンブリを提供することが目的であると考えられ得る。

このことは、請求項１に記載の照明アセンブリによって達成される。従属請求項は、好ましい実施形態を参照している。

本発明に従って、少なくとも２つのＬＥＤ照明エレメントが提供される。用語「ＬＥＤ照明エレメント（”LED lighting elements”）」は、例えば、発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザーダイオード、等といった、任意の既知のタイプのソリッドステート照明エレメントをカバーするように理解されるべきである。各ＬＥＤ照明エレメントは、１つまたは複数の近接して配置された、そうしたコンポーネントを含んでよい。例えば、１つのＬＥＤ照明エレメントは、２つまたはそれ以上の発光ダイオードのダイ（die）を含んでよい。特には、例えば、ＲＧＢ ＬＥＤといった、近接して配置された異なる色の発光ダイオードを提供することが可能である。ＬＥＤ照明エレメントは、個別にパッケージ化されたコンポーネントであってよく、すなわち、それらは電気端子を有する個別のハウジングを含んでよい。また、純粋なパッケージ化されていないＬＥＤダイとしてのＬＥＤ照明エレメントを提供することも可能である。例えば、リードフレームに対して直接的に接続されたものである。

照明アセンブリは、少なくとも２つのＬＥＤ照明エレメントを含むが、少なくとも３、４、または５個、さらに好ましくは、例えば、１０個以上、といった、より多くの数量が好ましい。ＬＥＤ照明エレメントは、相互に離れて配置されている。これは必要とされるものではないが、複数のＬＥＤエレメントが等間隔に配置されてよい。特には、複数のＬＥＤ照明エレメントは、例えば、一定のピッチに応じた等間隔で一列に配置されてよい。

本発明に従って、照明アセンブリは、さらに、ＬＥＤ照明エレメントの上に延在するディフューザエレメントを含んでいる。すなわち、そこからの光がディフューザエレメントの方向へと放射されるように構成されているものである。ディフューザエレメントは半透明であるが完全に透明ではない。すなわち、ディフューザエレメントを横切る光が散乱される。例えば、ディフューザエレメントは、透明または半透明の材料の中に埋め込まれた拡散粒子を含んでよい。例えば、透明の中に分散されたＴｉＯ_２粒子といったものである。

本発明者らは、相互に離れて配置された２つまたはそれ以上のＬＥＤ照明エレメントからの光入力は、均質でないと考えてきた。従って、ディフューザエレメントの上面からのより均質な出力を達成するために、ディフューザエレメントの光学特性は、均質でない光入力について中和し、かつ、補償するように、均質でなく選択され得る。ディフューザエレメントの均質でない光学特性を適切に選択することによって、光出力は、従って、均質にすることができる。

従って、ディフューザエレメントは、異なる場所において異なるレベルの光拡散を提供する異なる拡散部で構成されてよい。最も基本的なコンフィグレーションでは、少なくとも２つのタイプの拡散部に異なるレベルの拡散が備えられてよい。第１拡散部がＬＥＤ照明エレメントの正面に配置され、かつ、少なくとも１つの第２拡散部が第１拡散部の間に配置されてよい。第１拡散部は、第２拡散部よりも強い光拡散を生じさせるように構成されている。

第１および第２拡散部を伴う、そうした均質でないディフューザエレメントを含む照明アセンブリの実施形態は、均質なディフューザエレメントと比較して、著しく均質化された光出力を提供することが証明された。最も好ましい、完全に均質な見映えの定義は、完全に均一、すなわち、空間的に変化がない、輝度を伴う表面からのランバート型（lambertian type）の光の放射であろう。発光面の実際的な実施形態について、均質性の値は、表面積にわたる輝度値の標準偏差を表面積にわたる平均輝度値で割ったものとして定義され得る。例えば、５０％、好ましくは４０％またはそれ以下の、均質性の値は、いくつかのアプリケーションにおいては満足のいくものと見なされてよい。２５％またはそれ以下の値が好まれ、特に好ましいのは１０％またはそれ以下の値であって、一般には完全に均質であると認められる。

特には、比較的に薄いディフューザエレメントを用いて、既に本発明を用いて満足のいく均質性の値が獲得されており、従って、高い効率を維持している。

本発明に従った照明アセンブリは、特に非常にコンパクトなアセンブリにおいて、直線状（line-shaped）の照明を提供するのに特に適している。複数、または全てのＬＥＤ照明エレメントが一列に配置されてよい。ＬＥＤ照明エレメントをカバーするための１つまたはそれ以上のディフューザエレメントが備えられてよく、第１拡散部がそれぞれＬＥＤ照明エレメントの正面に位置決めされるように配置されている。従って、第２拡散部がＬＥＤ照明エレメント間に配置されてよい。

原則として、光出力の均質性の改善は、第１拡散部と第２拡散部との間で変化している光拡散のレベルのステップ状の変化（stepwise variation）によって達成され得るが（任意的に、その間に中間部を有する）、輝度の見映えにおいてステップが見えてしまうので、これは好ましくない。従って、一般的に、第１拡散部と第２拡散部の間で光拡散のレベルが連続的に変化するディフューザエレメントを提供することが好ましい。好ましくは、光拡散のレベルは、第１拡散部から第２拡散部まで単調に減少する。

一つの実施形態に従って、ディフューザエレメントは、透明または半透明の材料の中に埋め込まれた拡散粒子を含んでいる。第１および第２拡散部（並びに、任意的にあらゆる中間部）において異なるレベルの光拡散を達成するために、拡散粒子の密度が変化してよい。ＬＥＤ照明エレメントの正面に配置された第１拡散部における密度は、ＬＥＤ照明エレメントの間に配置された第２拡散部における密度よりも高くてよい。

好ましい実施形態においては、第１および第２拡散部（並びに、任意的に第１および第２拡散部の間に配置される任意の中間部分）における異なるレベルの光拡散が、ディフューザエレメントの厚さを変化させることによって達成され得る。厚さは、例えば、ＬＥＤが配置されている直線または平面に対して垂直に測定され得る。第１拡散部は、第２拡散部よりも大きい厚さで設けられてよく、そうして、第１拡散部においてディフューザエレメントを横切る光は、第１拡散部でより長い距離をディフューザエレメントを通って伝播し、従って、より強い拡散を受けている。

厚さが変化するディフューザエレメントは、一定密度の拡散粒子を有してよく、これは製造がより容易である。しかしながら、粒子密度における変化と厚さの変化とを組み合わせることも、また、可能である。

特に、直線に沿ったＬＥＤエレメントの構成においては、細長いディフューザエレメントの光拡散のレベルが、その長さに沿って変化し得る。ＬＥＤエレメントが第１ピッチに従って等しい距離で配置されている場合には、第１ピッチに等しい第２ピッチと等しく周期的であるように光拡散のレベルにおいて変化を与えることが有利である。例えば、ディフューザエレメントの厚さは、ＬＥＤ照明エレメントの構成と同じピッチで周期的に変化してよく、そして、好ましくは、厚さの最大値がＬＥＤ照明エレメントの直接的に上に配置されるように、ＬＥＤ照明エレメントの配置と厚さが空間的に同調している。

好ましい実施形態において、ディフューザエレメントの上面は、平面形状を有してよい。ＬＥＤ照明エレメントに向いている反対側の底面は、変化する厚さを獲得するためにうねった形状（undulating shape）を有してよい。

ディフューザエレメントの厚さの変化は、例として、例えば、最大厚さに対応している、第１拡散部が、例えば、ディフューザエレメントの最小厚さに対応している、第２拡散部より少なくとも５０％厚い、といったものであってよい。さらに好ましくは、第１拡散部は、第２拡散部より少なくとも１００％厚い。

好ましい実施形態において、ＬＥＤ照明エレメントは、それらの間に延在する導電体を伴って構成されてよい。特には、リードフレームが、ＬＥＤ照明エレメントを接続してよい。

ＬＥＤ照明エレメントおよびディフューザを少なくとも部分的に取り囲むハウジングを提供することが、さらに好ましい。ハウジングは、効率を改善するための反射面を含んでよい。特には、ＬＥＤ照明エレメントの方を向いているハウジングの少なくとも内面が反射性であってよい。ハウジングについては、照明アセンブリの側面および底面をカバーするが、ディフューザの上面はカバーしないことが特に好ましい。ハウジングは、フレキシブルな材料、例えば、シリコーン（silicone）製であってよい。

本発明に従った照明アセンブリは、非常にコンパクトな寸法で製造するのに特に適している。例として、高さ、例えば、照明アセンブリの底面からディフューザの発光上面まで測定したものは、１ｃｍ未満、さらに好ましくは８ｍｍ未満、特に好ましくは５ｍｍ未満であってよい。ＬＥＤエレメントのピッチと比較して、高さは、ピッチより小さくてよく、好ましくはＬＥＤエレメントのピッチの５０％以下に対応している。

本発明のこれら及び他の態様は、以降に説明される実施形態を参照して明らかになり、そして、説明されるだろう。

図１は、照明アセンブリの一つの実施形態に係る斜視図を示している。 図２は、Ａ－Ａに沿った断面を用いた図１の照明アセンブリの断面図を示している。 図３は、図１、図２に従った、照明アセンブリの長手方向の断面図を示している。 図４ａは、図１－図３に従った、照明アセンブリのディフューザの異なる実施形態に係る側面図を示している。 図４ｂは、図１－図３に従った、照明アセンブリのディフューザの異なる実施形態に係る側面図を示している。 図５は、ハウジングを除いて、図１－図３に従った、照明アセンブリのいくつかのエレメントに係る斜視図を示している。 図６は、照明アセンブリの第２実施形態に係る長手方向の断面図を示している。

細長い照明アセンブリ１０が図１に示されており、底面１２、および、そこから光が放射される上面１４を含んでいる。模式的に示されている電気接続（Electrical connections）１６は、照明アセンブリ１０に対して電気的な動作電力を伝達する。

照明アセンブリ１０は、特に小さい寸法のものであり、好ましい実施例では、底面１２から上面１４までの高さが、たった４ｍｍであり、かつ、幅は、たった７ｍｍである。

長手方向における長さＬは、変化してよいが、幅よりも著しく大きい。例えば、少なくとも１０倍は大きい。

照明アセンブリ１０の内部には、図２の断面図および図３の長手方向の断面図に示されるように、複数のＬＥＤ２０が、照明アセンブリ１０の長手方向Ｌに沿って等間隔で一列に配置されている。示される実施例において、各ＬＥＤ２０は、ハウジング２４によって取り囲まれているＬＥＤダイ２２を含む。ＬＥＤ２０は、リードフレーム２６を形成している導電体（electrical conductor）によって電気的に相互接続されている。

電気的な動作電力が供給される場合に、ＬＥＤ２０は、図３において点線で模式的に示されるように、上面１４の方向へと光を放射するように配置されている。ＬＥＤ２０からの光は、ディフューザ３０を通じて上面１４において放射される。ディフューザ３０は、分散された（dispersed）ＴｉＯ_２粒子を有する透明なシリコーン（transparent silicone）製であり、そうして、ＬＥＤ２０から放射された光は、散乱され、そして、照明アセンブリの上面１４から（より特定的には、ディフューザ３０の上面１４ａから）散乱光（diffuse light）として放射される。

ＬＥＤ２０およびディフューザ３０は、ハウジング２８によって包み込まれている。照明アセンブリ１０の側面（lateral sides）および底面をカバーしているものである。ハウジング２８の内面は反射性である。ＬＥＤ２０とディフューザ３０との間の空間は、透明な光ガイド３２を用いて充填されており、それはシリコーン製であってよい。

図３に示されるように、ディフューザ３０は、長さＬに沿って変化する厚さｄを有している。より厚い拡散部３０ａは、ＬＥＤ２０の直接的に正面に配置されており、一方、より薄い第２拡散部３０ｂは、第１拡散部３０ａの間に、従って、また、ＬＥＤ２０の間にも、配置されている。

図４ａは、ディフューザ３０の一つの実施形態について、関連する寸法を模式的に示している。厚さｄは、最大厚さｄ_１と最小厚さｄ_０との間で変化している。上面１４ａは平面であり、一方で、底面１４ｂは、第１拡散部３０ａに対応している、最大値と、第２拡散部３０ｂに対応している、最小値との間でうねっている（undulating）。長手方向Ｌにおいて、最大値間の距離はｌであり、これはＬＥＤ２０の配置のピッチに等しい。最大値と最小値との間の距離はｌ_１であり、これは１／２に等しい。

最大値と最小値との間で、厚さｄは、示された実施例において、連続的に変化する。例えば、変化は、サイン関数に従ってよい。

ディフューザ３０の変化する厚さのせいで、第１拡散部３０ａは、より薄い第２拡散部３０ｂよりも強い拡散効果を引き起こす。第１拡散部３０ａがＬＥＤ２０の発光部の直接的に正面に配置されているので、ＬＥＤ２０の面に対して垂直にそこから放射される光３４ａは強く拡散され、一方、第２拡散部に向かってより大きい角度の下で放射される光３４ｂは、より低い程度の拡散を受ける。全体として、このことは、ディフューザ３０の前面１４ａからの比較的に均質な光の放射、すなわち、均一な輝度をもたらす。

図４ｂは、原則的には同じ形状であるが、異なる寸法を有するディフューザ３０のさらなる実施形態を示している。特には、比率ｄ_１／ｄ_０がより高く、そうして、図４ａの実施形態と比較して、この実施形態における最大厚さがより急勾配であり、そして、より狭いものである。

特定的な実施形態において、厚さ変化の正確な数学関数の選択、並びに寸法パラメータｄ_０、ｄ_１、およびｌの選択は、ＬＥＤ２０から放射される光の拡がり、並びにＬＥＤ２０とディフューザ３０との間の距離に依存し得る。パラメータは、各アプリケーションについて、所望の均質性の値を獲得するように選択され得る。

図６は、照明アセンブリの第２実施形態に係る長手方向の断面図を示しており、ディフューザ３１の異なる形状により上記の第１実施形態とは異なっている。第２実施形態において、ディフューザ３１は、一定の厚さを有しているが、拡散粒子（diffusion particle）の密度が変化している（図６に模式的に示されている）。拡散粒子のより高い密度を有する第１拡散部３０ａは、ＬＥＤ２０の直接的に正面に配置されており、一方、拡散粒子のより低い密度を有する第２拡散部３０ｂが、その間に配置されている。

第１拡散部３０ａにおける密度がより高い拡散粒子による拡散のレベルは、第２拡散部３０ｂにおけるものよりも強いので、このことは、上記と同じ光出力の均質化の効果を達成する。

本発明が、図面および前出の記載において詳細に示され、かつ、説明されてきたが、そうした図示および説明は、説明的または例示的なものであって、限定的なものではないと考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態は、ディフューザ３０における変化およびＬＥＤ２０の配置の両方に対して一定のピッチを示しているが、第１拡散部３０ａがＬＥＤ２０の正面に配置されている限り、あらゆる場合において配置が等距離（equidistant）であることを要するものではない。上記の実施例に示されるＬＥＤ２０は、パッケージ化されたＬＥＤであるが、パッケージ化されていないＬＥＤダイも、また、使用することができる。

開示された実施形態に対する他の変形が、図面、明細書、および添付の請求項の検討から、請求される発明の実施において当業者によって理解され、かつ、成され得る。

請求項において、単語「含む（”comprising”）」は、他のエレメントを排除するものではなく、そして、不定冠詞「一つの（”ａ”または”ａｎ”）は複数を排除するものではない。

特定の手段が互いに異なる従属請求項または実施形態において引用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され得ないことを示すものではない。例えば、厚さの変化を拡散粒子の密度の変化と組み合わせることが可能である。

請求項における如何なる参照符号も発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

1. 相互に離れて配置された少なくとも２つのＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの上に延在するディフューザであり、前記ＬＥＤの正面に配置された少なくとも１つの第１拡散部、および、該第１拡散部の間に配置された少なくとも１つの第２拡散部を含み、前記第１拡散部は、前記第２拡散部よりも強い光拡散を生じさせるように構成されている、ディフューザと、
   を含み、
   前記ディフューザは、シリコーン製であり、
   前記ＬＥＤおよび前記ディフューザは、少なくとも部分的にフレキシブルなハウジングによって取り囲まれており、かつ、
   前記ＬＥＤの間に導電体が配置されており、
   前記ＬＥＤは、リードフレームを形成している導電体によって電気的に相互接続されており、
   前記ディフューザは、透明または半透明な材料の中に埋め込まれた拡散粒子を含み、
   前記拡散粒子の密度は、前記第２拡散部よりも前記第１拡散部において密度がより高い、
   照明アセンブリ。
2. 複数の前記ＬＥＤは、一列に配置されており、
   前記第１拡散部は、それぞれに前記ＬＥＤの正面に配置されている、
   請求項１に記載の照明アセンブリ。
3. 前記ディフューザは、光散乱のレベルが前記第１拡散部と前記第２拡散部との間で連続的に変化するように構成されている、
   請求項１または２に記載の照明アセンブリ。
4. 前記ディフューザの厚さは、前記第２拡散部よりも前記第１拡散部において厚さがより大きい、
   請求項１乃至３いずれか一項に記載の照明アセンブリ。
5. 前記ＬＥＤは、第１ピッチに応じた等間隔で一列に配置されており、かつ、
   前記厚さは、前記第１ピッチと等しい第２ピッチで周期的に変化している、
   請求項４に記載の照明アセンブリ。
6. 前記ＬＥＤに向けられた前記ディフューザの底面は、うねり形状を有しており、かつ、
   前記底面と反対側の、前記ディフューザの上面は、平坦な形状を有している、
   請求項４または５に記載の照明アセンブリ。
7. 前記第１拡散部における厚さは、前記第２拡散部における厚さよりも少なくとも５０パーセント大きい、
   請求項４乃至６いずれか一項に記載の照明アセンブリ。
8. 前記ＬＥＤと前記ディフューザとの間に光ガイドが配置されている、
   請求項１乃至７いずれか一項に記載の照明アセンブリ。
9. 前記光ガイドは、シリコーン製である、
   請求項８に記載の照明アセンブリ。
10. 底面から前記ディフューザの上面までの高さは、前記ＬＥＤ間のピッチより小さい、
    請求項１乃至９いずれか一項に記載の照明アセンブリ。
11. 底面から前記ディフューザの上面までの高さは、１センチメートルより小さい、
    請求項１乃至１０いずれか一項に記載の照明アセンブリ。

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