JP7262660B2 - 装飾照明効果を生成するための光学構造 - Google Patents

Description

本発明は、照明デバイスにおいて装飾照明効果を生成するための可撓性フィラメントを有する光学構造に関する。本発明はまた、そのような光学構造を備える照明デバイスと、そのような光学構造を製造する方法に関する。

白熱ランプは、ＬＥＤフィラメントランプなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明ソリューションによって急速に置き換えられつつある。しかしながら、これらのランプが白熱電球の外観を有することがユーザによって評価され望まれている。この目的のために、単純に、ガラスに基づく白熱ランプを製造するためのインフラストラクチャを利用して、従来のフィラメントをＬＥＤフィラメントに置き換えることができる。構想のうちの１つは、可撓性材料で作製されそのような電球内に配置されるＬＥＤフィラメントに基づく。これらのランプの外観は、全方向性照明を実現し非常に装飾的なので高く評価され、フィラメントの基材の可撓性のおかげで、ランプは渦巻き又は螺旋形状などの様々な形状で製造され得る。

可撓性ＬＥＤフィラメントを有するそのようなＬＥＤフィラメント電球の一例が中国特許第１０８９１６６７７号に提示され、ＬＥＤフィラメントは、ランプのステムの周りに巻かれている。ステムは、ＬＥＤフィラメントを固定するためのループを形成する屈曲した端部を有する支持ワイヤを備える。ＬＥＤフィラメントは、より均一な照明をもたらす渦巻き形状を形成している。ＬＥＤフィラメントはまた、電球の上部に対して構成された、円弧形状を有する頂部を備える。この構成は、電球の上部において暗いスポットの形成を防止する。

従来技術で開示されたこの電球は、より均一で装飾的な照明を提供することを目的としているが、開示された電球に関連する実質的な欠点がある。ランプは、ＬＥＤフィラメントを担持するための取り付けられたワイヤ支持体を有する中央固定具に依存している。これは、その結果、材料コストを増加させ、それにもかかわらずワイヤ支持体及び中央構造がＬＥＤフィラメントの美的外観を変化させるので、ユーザに不快な外観をもたらし、更に、意図された照明効果を歪ませる場合がある。

したがって、当分野では、非常に装飾的な照明効果を実現するための、より魅力的で費用効果の高い照明ソリューションを更に開発することが必要である。

本発明の目的は、上述した問題のうちの１つ以上を克服するか又は少なくとも軽減し、照明デバイスにおける美的外観を有する装飾照明を製造するための改善された光学構造を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、照明デバイスにおいて装飾照明効果を生成するための光学構造によって達成され、光学構造は、一体に形成され少なくとも１つの開口部を備える光学要素と、基材及び基材上に構成された複数の光源を備えるＬＥＤフィラメントであって、基材は少なくとも部分的に可撓性材料で作製されている、ＬＥＤフィラメントと、を備え、少なくとも１つの開口部はＬＥＤフィラメントを収容するように適合され、それにより、ＬＥＤフィラメントの部分が、少なくとも１つの開口部を取り囲む壁を通って延在し、その取り囲む壁により少なくとも部分的に包囲され、それにより、ＬＥＤフィラメントは、光学要素の少なくとも１つの開口部により導かれ、かつ、所定位置に保持され、ＬＥＤフィラメントから放出される光が光学要素と相互作用する。

本開示との関連において、ＬＥＤフィラメントが、ＬＥＤフィラメント光を提供し、線形アレイで構成された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。好ましくは、ＬＥＤフィラメントは、長さＬ及び幅Ｗを有し、Ｌ＞５Ｗである。ＬＥＤフィラメントは、直線構成で、又は、例えば湾曲構成、２Ｄ／３Ｄ渦巻、若しくは螺旋などの、非直線構成で配置されてもよい。好ましくは、ＬＥＤは、剛性（例えば、ポリマー、ガラス、石英、金属、又はサファイアから作製されているもの）、又は可撓性（例えば、ポリマー、又は金属、例えばフィルム若しくは箔で作製されているもの）であってもよい、例えば基板のような、細長形の支持体上に配置される。

支持体が、第１主表面及び反対側の第２主表面を含む場合、ＬＥＤは、これらの表面のうちの少なくとも一方上に配置される。支持体は、反射性であってもよく、あるいは、半透明及び好ましくは透明などの、光透過性であってもよい。

ＬＥＤフィラメントは、複数のＬＥＤの少なくとも一部を少なくとも部分的に覆う、封入材を備えてもよい。封入材はまた、第１主表面又は第２主表面のうちの少なくとも一方を、少なくとも部分的に覆ってもよい。封入材は、例えばシリコーンなどの、可撓性であり得るポリマー材料であってもよい。更には、ＬＥＤは、例えば種々の色又はスペクトルの、ＬＥＤ光を放出するように構成されてもよい。封入材は、ＬＥＤ光を少なくとも部分的に変換光に変換するように構成されている、ルミネッセント材料を含んでもよい。ルミネッセント材料は、無機蛍光体及び／又は量子ドット若しくは量子ロッドなどの、蛍光体であってもよい。

ＬＥＤフィラメントは、複数のサブフィラメントを含んでもよい。

本開示との関連において、「包囲された」という表現は非限定的であり、開口部の内部に設置されたＬＥＤフィラメントの部分の周りに部分的に又は完全に境界を形成すると解釈されるべきである。換言すれば、開口部内に設置されたＬＥＤフィラメントの部分は、開口部の周辺部、又はＬＥＤフィラメントの部分を部分的に取り囲む開口部の壁により部分的に包囲されてもよい。したがって、開口部は、全ての側面が閉じている必要はない。しかしながら、開口部は、ＬＥＤフィラメントの部分を完全に取り囲んで、開口部内に設置されたＬＥＤフィラメントの部分の周りに完全な境界を形成してもよい。

本明細書では「相互作用」は、光と物体との光学的相互作用と解釈されるべきであり、例えば、光が、部分的に反射される、部分的にインカップルされる、アウトカップルされる、屈折される、又は光学要素を通って／光学要素の内部を伝達されることであり得る。

本発明は、可撓性材料で部分的に作製された基材を有するＬＥＤフィラメントを、１つ以上の開口部を備える光学要素上に直接装着することにより、改善された装飾照明効果を生成できるという洞察に基づいている。更に、ＬＥＤフィラメントから放出された光は光学要素と相互作用してもよく、例えば、光は光学要素に部分的にインカップルされてもよく及び／又は光学要素により反射されてもよい。可撓性材料で部分的に作製された基材を有するＬＥＤフィラメントはまた、本開示の残りの部分において「可撓性ＬＥＤフィラメント」と称される場合がある。本発明によれば、ＬＥＤフィラメントを所定位置に保持するという目的のためだけに、可撓性ＬＥＤフィラメントを、例えば従来のコアロッド又はステムに固定するためのワイヤ、リング、接着剤などの追加の構成要素を使用する必要が排除される。代わりに、本発明の光学構造を使用することにより、ＬＥＤフィラメントを光学要素の開口部内に設置することができ、開口部がＬＥＤフィラメントを導き所定位置に保持し、したがって必要な機械的支持及び安定性がもたらされる。加えて、ＬＥＤフィラメントから放出される光が光学要素と相互作用することに起因して、光学要素の光学特性が所望の光学効果を生成する。光学要素は、好ましくは細長い光学要素である。

加えて、ＬＥＤフィラメントは、いかなる取り付けリング又は接着剤も必要とせずに光学要素の開口部内に着脱可能に装着できるので、例えば製造プロセス中に、いつでも切断すること及び／又は開口部内に再設置することができる。

この構成により、ＬＥＤフィラメントから放出される光の外観を汎用的かつカスタマイズ可能に形作ることが可能になり、低コストでより少ない材料消費で容易に製造できる。

様々な光学的に半透明な材料、例えば、ガラス又はプラスチックなどの透明な材料を使用して光学要素を製造することができる。

可撓性ＬＥＤフィラメントは、螺旋／渦巻き若しくは蛇行形状、又は光学要素の開口部内に挿入され嵌合するように形成された任意の他のいかなる形状を有してもよい。可撓性ＬＥＤフィラメントは、一平面内に形成され、例えば一平面内での蛇行形状であってもよく、又は３Ｄ構造で形成されてもよい。

本明細書では「開口部」は広く解釈されるべきであり、単に、光学構造の光学要素の任意の部分に形成された凹部、貫通孔、スリット、アパーチャ、又は間隙などを指す。開口部は、ＬＥＤフィラメントが開口部内に挿入され及び／又は開口部を通って延在するための様々な形状、寸法、及び向きを有してもよい。開口部は、光学要素の１つ以上のエッジ面に、例えば光学要素の周辺部に構成されてもよい。開口部は、個別の及び／又は接続された開口部であってもよく、光学要素を通して穿孔／穴開けされてもよく、したがって、ＬＥＤフィラメントが光学要素の一方の側から他方の側まで延在することを可能にしてもよい。したがって、ＬＥＤフィラメントは、光学要素の長さ及び／又は幅及び／又は深さの一部又は全体を通って延在してもよい。

ＬＥＤフィラメントは、開口部と同様の寸法、形状、及び断面を有してもよい。例えば、開口部及びＬＥＤフィラメントの両方が、円形又は半円形の断面を有してもよい。更に、ＬＥＤフィラメントは、光学構造の長手方向軸に対して様々な角度で開口部内に構成されてもよい。ＬＥＤフィラメントは、開口部の中に単に挿入／嵌合されてもよく、開口部内でクランプされるか、又は開口部内で固定されるか若しくはスナップロックされてもよい。開口部／凹部の幾何学的形状はまた、ＬＥＤフィラメントとは異なってもよく、例えば、開口部／凹部の断面は、ＬＥＤフィラメントの断面より小さくてもよい。

一実施形態によれば、光学要素は導光材料で作製されてもよい。したがって、光学要素は、その面積及び／又は長さの全体に沿って光を伝播する細長い光学要素であって、制御された光分布及びカスタマイズ可能な装飾照明効果が生成されることを可能にしてもよい。更に、光は、細長い光学要素の一部又は部分に沿ってのみ伝播され、細長い光学要素の他の部分及び／又は他の隣り合う光学構成要素によって抽出されるか、又はインカップルされるか、及び／又は反射されてもよい。導光材料で作製された光学要素はまた、場合によっては光ガイドと称される場合がある。

一実施形態によれば、少なくとも１つの開口部を取り囲む壁が、ＬＥＤフィラメントから放出された光が光学要素に入るための光インカップリング面を備えてもよく、それにより、光が、光インカップリング面を介して、少なくとも部分的に光学要素にインカップルされてもよい。光学要素は、ＬＥＤフィラメントにより照射されてもよく、光は、内部全反射（ＴＩＲ）により光学要素の全領域又は光学要素の一部にわたって伝播されてもよい。

一実施形態によれば、光学要素は、複数の光抽出フィーチャを更に備えてもよく、複数の光抽出フィーチャは、光学要素から光をアウトカップル／抽出するように構成されている。光抽出フィーチャは、例えば、任意の窪み、穿孔、湾曲若しくは波形構造、又は尖った光アウトカップリングフィーチャであってもよく、これらは、例えば、光学要素と一体にパターン化されてもよく、及び／又は光学要素などの上部に印刷され、光学要素上に構成され及び／又は光学要素と一体に形成されてもよい。光は、ＴＩＲを打ち消す抽出／アウトカップリングフィーチャにより光学要素から抽出されてもよい。

一実施形態によれば、光学要素は複数の穿孔を更に備えてもよく、複数の穿孔は装飾パターンを形成し、その結果、複数の穿孔がＬＥＤフィラメントから放出された光によって照射されると、このパターンが表示されてもよい。このようにして、好ましくは画像、テキスト、ロゴタイプなどに対応する一体化されたパターンを有する本発明の光学構造により効果が実現され、したがって、放出された光が光学要素にインカップルされるか又は光学要素により反射されることを利用して、更なる装飾照明パターンが生成される。したがって、ＬＥＤフィラメントから放出される光により照射される外部パターン又は形状を構成する必要はないであろう。他の装飾効果に加えて、光学要素自体が装飾パターンを生成する。一体型装飾パターンを部分的に又は完全に照射する光は、光ガイドにインカップルされ、光ガイド内のその移動経路にある穿孔に到達する光であり得る。したがって、穿孔は、光抽出フィーチャ又は光アウトカップリング表面として機能し、ＴＩＲを打ち消し、したがって、穿孔された装飾パターンを表示してもよい。光はまた、光学要素からの反射を介して穿孔に到達してもよい。

一実施形態によれば、光学要素は光反射材料で作製されてもよい。したがって、光学要素は、ＬＥＤフィラメントから放出された光を、１つの又はいくつかの方向及び向きに、例えば上向き又は下向きの方向に、部分的に又は完全に反射してもよい。光反射材料で作製された光学要素はまた、場合によっては光反射器と称される場合がある。

光反射器の形状及び向きは、所望の装飾照明効果を実現するようにカスタマイズされてもよい。光反射器は、好ましくは、拡散反射ポリマーで作製されてもよい。反射器はまた、鏡面反射器、プリズム反射器であってもよく、又は光リダイレクトフィーチャ及び反射コーティングなどを有する表面を備えてもよい。

一実施形態によれば、光学要素は、ＬＥＤフィラメントから放出された光及び／又は光学要素から抽出された光を少なくとも部分的に反射するように適合された光反射面を更に備えてもよい。これにより、光は部分的に光ガイドにインカップルされ、部分的に光反射面により反射されて、より複雑な装飾照明効果が生成され得るので、光学要素の導光特性及び光反射特性の両方を利用することが可能になる。

一実施形態によれば、光学要素は、光学要素の基準面から屈曲され少なくとも１つの開口部に隣接して構成された、複数の少なくとも部分的に湾曲された光反射フィーチャを更に備えてもよい。

光学要素の基準面は、光学要素の表面が（湾曲フィーチャによる表面の変動を除いて）平坦である場合、その平面に略平行な光学要素の通常平面である。したがって、湾曲フィーチャ６８は、光学要素２０の平坦面の平面から屈曲される。このようにして、ＬＥＤフィラメントから放出された光及び／又は光ガイドから抽出された光を光学構造の特定の部分に向けてリダイレクトすることが可能である。例えば、光は、湾曲した光反射フィーチャにより反射されることにより、上向き及び／又は下向き方向に、すなわち光学構造の上部及び／又は下部に向かって、完全に又は部分的に反射されてもよい。光はまた、光学構造に対して横向きに又は横方向にリダイレクトされてもよい。この構成の利点は、カスタマイズ可能な空間光分布を実現することである。

一実施形態によれば、光学要素は、導光材料のシート及び／又は導光材料の複数の交差するシートで作製されてもよい。光学要素はまた、光反射材料のシート、及び／又は光反射材料の複数の交差するシートで作製されてもよい。

このようにして、１つの利点が、導光セグメント及び／又は光反射セグメントの複数のシートを互いに対して異なる角度及び向きで構成することにより実現され得る。

一実施形態によれば、凹部／開口部内に構成されたＬＥＤフィラメントの部分は、光学構造の長手方向軸との交点において、ＬＥＤフィラメントの部分の接線が光学構造の長手方向軸に垂直となるように延在してもよい。換言すれば、交点におけるＬＥＤフィラメントの接線は、より好ましくは、光学構造の長手方向軸に対して水平方向に構成されてもよい。いくつかの実施形態では、光学構造の長手方向軸との交点におけるＬＥＤフィラメントの部分の接線は、光学構造の長手方向軸に対して第１の角度で構成されてもよく、第１の角度は、１０度～９０度、より好ましくは３０度～９０度、最も好ましくは８０度～９０度の範囲にあってもよい。

一実施形態によれば、動作中、光学要素内における光の主方向は、光学要素の長手方向軸と平行であってもよく、及び／又は光学要素の形状に追随してもよい。

一実施形態によれば、ＬＥＤフィラメントの２つ以上の部分が、光学要素の対応する２つ以上の開口部を通って延在するように構成されてもよい。更に、ＬＥＤフィラメントの２つ以上の部分が、光学要素の同じ少なくとも１つの開口部を通って延在するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のＬＥＤフィラメントが同じ光学要素に装着されてもよい。すなわち、複数のＬＥＤフィラメントの各々の少なくとも１つの部分が、光学要素の少なくとも１つの開口部を通って延在してもよい。他の実施形態では、複数のＬＥＤフィラメントの各ＬＥＤフィラメントの２つ以上の部分が、光学要素の対応する２つ以上の開口部の中に挿入され、その開口部を通って延在してもよい。

本発明の第２の態様によれば、前述した請求項の何れかによる少なくとも１つの光学構造を備える照明デバイスが提示され、その照明デバイスは動作中、装飾照明効果をもたらすように構成されている。この態様は、第１の態様と同じか若しくは同様の特徴及び技術的効果を呈してもよく、逆の場合も同じである。

本発明の第３の態様によれば、前述した請求項の何れか１つによる光学構造を製造する方法が提供され、光学構造の光学要素は、押出成形、射出成形、エンボス加工、及びレーザー切断のうちの１つにより作製される。この態様は、第１の態様及び／又は第２の態様と同じか若しくは同様の特徴及び技術的効果を呈してもよく、逆の場合も同じである。

本発明は、請求項に列挙されている特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものである点に留意されたい。

次に、本発明のこれらの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。

図に示されるように、一部の特徴は、例示目的のために誇張されているか、又は誇張されている可能性があり、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提示されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。
本発明の少なくとも１つの実施形態による光学構造を備える電球を示す。 本発明の一実施形態による光学構造を示す。 本発明の更なる一実施形態による光学構造を示す。 本発明の一実施形態による、図１ａの光学構造の部分を拡大した側面図を示す。 本発明の更なる一実施形態による、図１ａの光学構造の部分を拡大した側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学構造の正面からの断面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学構造の正面からの断面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学構造の正面からの断面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学構造の正面からの断面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学構造の正面からの断面図を示す。 本発明の別の実施形態による光学構造の斜視図を示す。 図４ａにおける光学構造の部分の断面を示す。 本発明の別の実施形態による光学構造の斜視図を示す。 図５ａにおける光学構造の部分の断面を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学要素の様々な幾何学的形状を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学要素の様々な幾何学的形状を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学要素の様々な幾何学的形状を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学要素の様々な幾何学的形状を示す。 本発明のいくつかの実施形態による光学要素の様々な幾何学的形状を示す。

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てもよく、本明細書に記載される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、完全性及び網羅性のために提示され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

図１ａは、本発明の一実施形態による、細長い光学要素２０によって支持された１つ又は複数の、図示した場合では２つの、ＬＥＤフィラメント３０を含む光学構造１０を備える、電球／ランプ６１などの照明デバイスを示す。

ＬＥＤフィラメント３０は、好ましくは、可撓性基材から作製される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の固体光源が、可撓性ＰＣＢ（プリント回路基板）上に配置されて、可撓性ＬＥＤフィラメント３０が製造される。封入材（図示せず）が、複数のＬＥＤを少なくとも部分的に封入してもよい。封入材はまた、好ましくは可撓性であり、例えばシリコーン（ゴム）で作製されている。封入材はまた、基材の第１主表面を少なくとも部分的に（好ましくは完全に）覆ってもよい。封入材はまた、ＬＥＤの第２主表面の少なくとも一部を覆ってもよい。

光学構造１０は、電球６１において装飾照明効果を生成することが意図されている。電球／ランプ６１は、口金８０と、必要な電気接点／電極９０とを更に備えて、外部電気源又は任意の追加の接触点に電気接触を提供してもよい。当然ながら、口金８０と電極９０の異なる配置もまた可能である。光学構造１０は、電球／ランプ６１の口金８０に物理的及び／又は電気的に接続されてもよい。本発明は、電球だけでなく、他の照明デバイス、例えば照明器具にも適用可能であることに留意されたい。

細長い光学要素２０の２つの例を、図１ｂ及び図１ｃにおいて透視図でより詳細に示し、概ね平らな板／シートのような形状である。細長い光学要素の５つの他の例を図３ａ～図３ｅにおいて断面で示す。細長い光学要素２０の最も長い範囲がｚ方向（すなわち、ここでは電球６１の光軸又は対称軸）であってもよいが、それはまた、ｘ方向又はｙ方向に延在していてもよい。

光学要素は、必ずしも細長くなく、又は平坦とは限らず、むしろ、円盤のように成形されてもよく、及び／又は湾曲／屈曲したフィーチャを備えてもよいことに留意されたい。光学要素２０は、例えば、直方体であってもよい（例えば０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲、好ましくは１ｍｍ～３ｍｍの範囲の（例えばｙ方向に延在する）小さい厚さを有する）。光学要素２０はまた、蛇行形状などの湾曲形状を有してもよい。

光学要素２０は、透光性、例えば透明（クリア）であってもよく、例えば、ＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリレート））、ＰＣ（ポリカーボネート）、又はＰＳ（ポリスチレン）などの導光材料で作製され得る。細長い光学要素２０が部分的に可撓性である場合、これをシリコーン又はＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）で作製することができる。細長い光学要素２０は、拡散反射ポリマーなどの光反射材料で作製され得る。それは、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子を含有するポリマーのシートであってもよい。それはまた、微多孔性ポリマーであってもよい。それはまた、アルミニウムなどの金属の反射層／コーティング、又は銀系材料の層／コーティングを、その表面の一部又は全部に備えるシートポリマーであってもよい。光反射材料は、好ましくは８５％の反射率を有してもよく、すなわち、光反射材料は、そのような材料で作製された表面に入射する光の８５％を反射する。光反射材料は、より好ましくは９０％の反射率、又は最も好ましくは９２％の反射率を有してもよい。

図１ｂ及び図１ｃにおける光学要素２０は、ここでは貫通孔４１の形態の少なくとも１つの開口部を伴って形成されている。図３ａ～図３ｄに示され、以下でより詳細に論じられる光学要素２０の他の実施形態では、開口部は貫通孔ではなく、要素２０の外側境界部にある凹部４０である。開口部４０、４１は、好ましくは、細長い光学要素２０の残りの部分に組み込まれている。すなわち、細長い光学要素２０の残りの部分と一体に形成されている。光学要素２０は、複数のＮ個の開口部を備えてもよく、好ましくはＮ＞５、より好ましくはＮ＞１０、最も好ましくはＮ＞１５、例えばＮ＝２０、である。

本発明によれば、開口部４０、４１は、可撓性ＬＥＤフィラメント３０を所定位置に機械的に保持し、細長い光学要素２０の面積及び／又は長さ及び／又は幅及び／又は深さに沿ってＬＥＤフィラメントを導くように構成されている。したがって、本発明の光学要素２０により、ＬＥＤフィラメント３０は、光学要素２０と直接、機械的及び光学的に接触している。したがって、ＬＥＤフィラメント３０を光学構造１０上に固定するための追加の締結手段の必要性が排除される。これは、電球６１などの照明デバイスの内部にＬＥＤフィラメントを構成するための更なる製造の複雑さ及び材料消費量を著しく低減させる。これは、製品単位当たりの全体的コストを低減させ、より環境的に持続可能な生産を支持する。

開口部４０、４１は、円形、半円形、六角形、矩形などの様々な幾何学的形状又は形状を有してもよく、開口部４０、４１を通って延在するＬＥＤフィラメント３０の部分４２を、貫通孔４０の場合には完全に、凹部４１の場合には部分的に、包囲する境界を提供してもよい。開口部４０、４１は、開口部４０、４１を通って延在するＬＥＤフィラメント４２の部分の直径Ｄ２と同様であるか、より小さいか、又はより大きい、Ｄ１と呼ばれ得る直径を有してもよい。好ましくは、各開口部４０、４１は、所望の光学的相互作用を確実にするために、開口部４０、４１を通って延在するＬＥＤフィラメントの部分４２によって実質的に満たされる。

貫通孔４１の場合、孔４１を通るフィラメントの挿入を容易にするために、直径Ｄ１は好ましくはＤ２よりも大きい。Ｄ２に近い、又はＤ２にほぼ等しい直径Ｄ１は、フィラメントを孔４１内に固定するのに有利であり得る。直径Ｄ１は更にＤ２より小さくてもよい。典型的には、貫通孔４１は、Ｄ１＞Ｄ２＞２Ｄ１である直径Ｄ１を有し得る。

凹部４０の場合、直径Ｄ１は、典型的には、直径Ｄ２とほぼ同じである。凹部はまた、横方向アパーチャを有するが、そこを介してフィラメントは凹部内に押し込まれる。好ましくは、この開口部の幅は、フィラメントが所定位置に置かれたときにフィラメントを凹部内に保持するように、直径Ｄ２よりも僅かに小さい。この幅をＷと呼ぶと、典型的にはＷ＜Ｄ２＜Ｄ１である。

図２ａ～図２ｂは、細長い光学要素２０の部分の拡大、例えば図１ａの光学要素２０の部分６０の拡大を示す。ＬＥＤフィラメント３０の部分４２は、対応する貫通孔４１を通って延在する（同様の原理は凹部４０にも当てはまる）。図２ａでは、部分４２と長手方向軸「Ａ」との交点における、光学構造１０／細長い光学要素２０のＬＥＤフィラメント３０の部分４２の接線「Ｂ」は、細長い光学要素２０の長手方向軸「Ａ」に対して第１の角度「Θ」をなす。第１の角度「Θ」は、１０度～９０度、より好ましくは３０度～９０度、最も好ましくは８０度～９０度の範囲にあってもよい。ＬＥＤフィラメントの部分４２はまた、いくつかの実施形態では、長手方向軸「Ａ」とのいくつかの交点が、長手方向軸「Ａ」に対して様々な角度、例えば第１の角度「Θ」に加えて第２の角度（図示せず）をなし得るように、開口部４１を通って延在し得る。このとき、細長い光学要素２０は、導光材料で作製され、光反射特性を有する表面６２を有する。ＬＥＤフィラメント３０から放出された光、すなわち孔４１の内壁４３に極めて接近して構成された部分４２から放出された光は、矢印６３で示すように、細長い光学要素２０に部分的にインカップルされ、ＴＩＲにより光ガイド２０の内部を伝播される。光はまた、矢印６４で示すように、光ガイド２０の表面６２から部分的に反射される。このようにして、装飾照明効果が更に強化される。

図２ｂでは、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２は、その接線が長手方向軸「Ａ」に対して垂直に、すなわち、「Θ」＝９０度で、開口部４１を通って延在する。

ここに示すように、１つの単一のＬＥＤフィラメント３０のみが、各開口部４０、４１を通って延在する。しかしながら、光学構造１０は、好ましくは、開口部４０、４１を通って延在する、少なくとも１０個のＬＥＤフィラメント３０、より好ましくは少なくとも１５個のＬＥＤフィラメント３０、最も好ましくは少なくとも２０個のＬＥＤフィラメント３０を備え得る。

光ガイド２０は、光ガイド２０から光を抽出又はアウトカップルするための複数の光抽出フィーチャ（図示せず）を備え得る。光抽出フィーチャは、光ガイド２０の全体又は部分にわたって延び／覆ってＴＩＲを打ち消すように構成された少なくとも部分的に湾曲した光抽出フィーチャであってもよい。

蛍光体又は光拡散／散乱材料の層は、シリコーンゴムなどの可撓性マトリックス内のＬＥＤの表面を覆ってもよい。ＬＥＤフィラメントの直径は、好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。図１ａ～図１ｂに示すように、ＬＥＤフィラメントは、螺旋形状又は蛇行形状を有してもよく、又は湾曲したいかなる任意の経路で配置されたり、巻かれてもよい。

上述したように、図３ａ～図３ｅは、凹部４０の形態の開口部が所望の用途に応じて異なって成形されている、本発明の異なる実施形態による光学構造の断面図を示す。例えば、図３ａでは、凹部４０は、ほぼ半円形の断面を有し、凹部４０を通過するＬＥＤフィラメント３０の部分４２は、同様の寸法、すなわち凹部４０の直径と同様の寸法を有する円形断面を有する（Ｄ１≒Ｄ２）。したがって、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２は、製造中に、対応する凹部４０内に容易に挿入され得る。しかしながら、図３ｂでは、凹部は、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２が凹部４０内でクランプされ、その結果、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２が凹部４０の内側で機械的に固定されるように、例えば、先細りの壁を有するほぼ半球の断面を有するような形状である。図３ｃに示す更に別の実施形態では、凹部４０は、細長い光学要素２０の長手方向軸「Ａ」に対して第１の角度「Θ」にて構成されてもよく、したがって、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２は、角度が付いた凹部４０の内側で固定され得る。図３ｄは、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２がスナップアクション機構により凹部４０内で固定される別の実施形態を示す。この実施形態では、凹部４０は、ＬＥＤフィラメント３０の直径よりも小さい開口部／入口部分４０ａを有し（凹部にアクセスできるように凹部の壁の一部が除去されている）、したがって、ＬＥＤフィラメント３０は、描かれた矢印の方向に機械的な力を加えることにより凹部４０内に挿入される。異なる実施形態では、凹部４０は、例えば、長手方向軸「Ａ」に対して直角に延在するアーム６５と、延在するアーム６５の各々に形成された凹部４０とを有する、平面状クランクシャフトに似た形状を有するカスタマイズされた形状を有して、細長い光学要素２０内に形成されている。

主に図４ａ及び図４ｂを参照すると、この原理は全ての実施形態に適用可能であるが、図４ａにおける開口部、貫通孔４１が、光インカップリング面として機能する少なくとも１つの取り囲む壁４３を更に備え、その結果、ＬＥＤフィラメントから放出された光が光学要素２０に入り光学要素２０にインカップルされてもよい。矢印は、細長い光学要素２０にインカップルされている光の方向を示す。例えば、インカップリング面４３が部分的に又は全体的に光反射材料で作製され、及び／又は少なくとも部分的に光反射コーティングでコーティングされ得る場合には、光はまた、インカップリング面４３によって完全に又は部分的に反射されてもよい。光学要素２０が光ガイドである場合、動作中にインカップリング面４３において光ガイド２０に入る光は、例えば光ガイド２０の２つの反対面５０及び５１における、内部全反射（ＴＩＲ）により、概ね光ガイド２０の全面積にわたって伝播されてもよい。反対側の表面５０及び５１は、略平行であり得る。しかしながら、光は、光ガイド２０の任意の他の表面（図示せず）において、ＴＩＲにより光ガイド２０の内部を伝播され得る。光は、光ガイド２０の表面において、ＴＩＲにより、少なくとも３回、より好ましくは少なくとも４回、最も好ましくは少なくとも５回、反射され得る。

図４ａにおける光学要素２０は、複数の光抽出構造６６、例えば、窪み及び／又は穿孔を更に備える。これらの構造６６は、細長い光学要素２０の任意の部分に構成された装飾パターン（この例では花）を形成してもよく、その結果、動作中に、ＬＥＤフィラメントから放出され光ガイド２０にインカップルされた光が穿孔６６に到達すると、光はアウトカップルされることになり、パターンは目に見えるほど照射され得る。要素２０によって、又は反射構造６２によって反射された光もまた構造６６に到達し得る。穿孔６６は、例えばレーザーパターニングにより反射要素又は光ガイド内に製造され得る。図４ｂに示すように、穿孔６６は、ここでは、アウトカップリング／光抽出フィーチャのように作用し、したがって、細長い光学要素２０内における内部全反射による光の伝播を打ち消し得る面６７を有する貫通孔である。この結果、装飾パターンの照射及び表示がもたらされる。

図５に示す異なる実施形態では、細長い光学要素２０は、湾曲フィーチャ６８を、好ましくは開口部４０、４１の付近に備えてもよい。この実施形態では、湾曲及び／又は屈曲フィーチャ６８は、光学要素２０の平坦面の基準面「Ｃ」から屈曲され、好ましくは光反射材料で作製される。湾曲フィーチャ６８は、好ましくは、５ｍｍ～５０ｍｍの範囲の半径を有する円の弧に対応する曲率半径を有する。反射器フィーチャ６８は、ＬＥＤフィラメント３０の部分４２から放出された光を、特定方向に、例えば、光学構造の（本実施例で矢印で示すような）横方向、及び／又は上向き方向、及び／又は下向き方向に反射する。このようにして、図１ａの電球の特定の部分に、例えば電球の上部及び／又は電球の側面に、強化された装飾照明効果がもたらされる。

図６ａ～図６ｅは、光学要素の様々な形状を示す。光学要素は、ポリマーのシートなどの細長い平板（図６ａ）であってもよく、また、円盤（図６ｂ）、又は複数の交差するシート（図６ｃ）、中空円筒（図６ｄ）、又は中空の直方体／バー（図６ｅ）として形成されてもよい。しかしながら、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、所望の照明プロファイルを実現するために必要に応じて他の形状及び／又は幾何学的形状に適合させることは、当業者にとって明らかである。

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点を、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、電球は、本発明による２つ以上の光学構造を備えてもよい。代わりに又は加えて、各光学構造は２つ以上の光学要素を備え得る。光学要素はまた、複数の可撓性ＬＥＤフィラメントを備えてもよい。更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「備える（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はない。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、有利には使用され得ないことを示すものではない。

Claims (14)

1. 照明デバイスにおいて装飾照明効果を生成するための光学構造であって、前記光学構造は、
   一体に形成され少なくとも２つの開口部を備える光学要素と、
   基材及び前記基材上に構成された複数の光源を備えるＬＥＤフィラメントであって、前記基材は少なくとも部分的に可撓性材料で作製されている、ＬＥＤフィラメントと、を備え、
   前記ＬＥＤフィラメントは２つ以上の部分を有し、
   前記開口部の各々は、前記ＬＥＤフィラメントを収容するように適合され、それにより、前記ＬＥＤフィラメントの部分が、それぞれ、前記少なくとも１つの開口部の取り囲む壁を通って延在し、前記取り囲む壁により少なくとも部分的に包囲され、それにより、前記ＬＥＤフィラメントは、前記光学要素の前記少なくとも１つの開口部により導かれ、かつ、所定位置に保持され、前記ＬＥＤフィラメントから放出される光が前記光学要素と相互作用し、
   前記２つ以上の部分が、それぞれ、前記光学要素の対応する２つ以上の開口部を通って延在するように構成されている、光学構造。
2. 前記光学要素は、導光材料で作製されている、請求項１に記載の光学構造。
3. 前記少なくとも１つの開口部の前記取り囲む壁は、前記ＬＥＤフィラメントから放出された光が前記光学要素に入るための光インカップリング面を形成し、それにより、光が、前記光インカップリング面を介して少なくとも部分的に前記光学要素にインカップルされる、請求項１又は２に記載の光学構造。
4. 前記光学要素は、複数の光抽出フィーチャを更に備える、請求項３に記載の光学構造。
5. 前記光学要素は、光反射材料で作製されている、請求項１に記載の光学構造。
6. 前記少なくとも１つの開口部は、前記光学要素の周辺部に構成された少なくとも１つの凹部を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学構造。
7. 前記少なくとも１つの開口部は、前記光学要素における少なくとも１つの貫通孔を含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学構造。
8. 前記光学要素は、前記ＬＥＤフィラメントから放出された光及び／又は前記光学要素から抽出された光を少なくとも部分的に反射するように適合された光反射面を更に備える、請求項２に記載の光学構造。
9. 前記光学要素は、円盤、中空円筒、及び中空立方体バーの何れかの幾何学的形状を有する導光材料及び／又は光反射材料で作製されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学構造。
10. 前記ＬＥＤフィラメントの前記部分は、前記光学構造の長手方向軸に対して第１の角度に構成され、前記第１の角度は、１０度～９０度、より好ましくは３０度～９０度、最も好ましくは８０度～９０度の範囲にある、請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学構造。
11. 前記光学要素は複数の穿孔を更に備え、前記複数の穿孔は装飾パターンを形成し、その結果、前記複数の穿孔が前記ＬＥＤフィラメントから放出された光によって照射されると、前記パターンが表示される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学構造。
12. 前記光学要素は、前記光学要素の基準面から屈曲され前記少なくとも１つの開口部に隣接して構成された、複数の少なくとも部分的に湾曲された光反射フィーチャを更に備える、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学構造。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の少なくとも１つの光学構造を備える照明デバイスであって、
    前記照明デバイスは動作中、装飾照明効果を提供するように構成されている、照明デバイス。
14. 前記光学構造の前記光学要素は、押出成形、射出成形、エンボス加工、及びレーザー切断のうちの１つにより作製される、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光学構造の製造方法。

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