JP5952828B2 - 照明デバイス及び照明デバイスを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、照明デバイスの分野に関する。

従来の白熱電球は、様々なガラス仕上げ（例えば、透明、拡散又は色付き）を有する簡素で実用的な電球や複雑なフィラメントを有し、フィラメント自体が装飾目的を果たす装飾電球といった様々なデザインで利用可能である。しかし、環境に対する意識や法律によって推進されている照明デバイスの省電力化の要求によって、従来の白熱電球は、蛍光灯及びＬＥＤ（発光ダイオード）灯といったより電力効率のよい光源に取って代わられてきている。このような従来の環境に配慮した照明器具は、従来の白熱電球と同様の様々なデザインを提供しない。

国際特許公開公報ＷＯ２００６／０３５３４９号に、炭素フィラメント照明器具に類似する照明デバイスをどのように提供するかの解決策が開示されている。本文書は、出力面を有する光ファイバに光学的に結合された固体光源を含む照明デバイスを示す。このような照明デバイスの欠点は、十分にエネルギー効率のよい実用的な照明（例えば、全般照明又はタスク照明）を提供しないという点である。

したがって、上記欠点の少なくとも一部を解決する又は少なくとも軽減若しくは緩和する代替案及び／又は新しいデバイスが必要である。本発明は、この考慮すべき事項に対してなされたものである。本発明は、上記技術及び従来技術に対し改良された代替案を提供することを目的とする。

より具体的には、本発明は、向上された効率で装飾照明及び実用照明の両方を可能にする照明デバイスを提供することを目的とする。本発明は更に、そのような照明デバイスを製造する方法を提供することも目的とする。

本発明のこれらの及び他の目的は、独立請求項に定義される特徴を有する照明デバイス及び当該照明デバイスを製造する方法によって達成される。

したがって、本発明の第１の態様では、照明デバイスが提供される。当該照明デバイスは、ライトガイドを介する照明のための出力面を有するライトガイドに光学的に結合された第１の発光素子を含む。更に、照明デバイスは、当該照明デバイスからの直接照明専用の第２の発光素子を含む。

更に、本発明の第２の態様では、照明デバイスを製造する方法が提供される。当該方法は、第１の発光素子を提供するステップと、出力面を有するライトガイドを提供するステップと、第１の発光素子をライトガイドに光学的に結合するステップとを含む。更に、当該方法は、照明デバイスからの直接照明専用の第２の発光素子を提供するステップを含む。

本発明の基本的な考えは、第１の発光素子から放出された光は、ライトガイドを介して照明デバイスから放出され、第２の発光素子から放出された光は、第２の発光素子から直接照明デバイスから放出されるということである。その結果、装飾照明が、ライトガイド及び第１の発光素子によって提供され、直接照明（実用照明に適している）が、第２の発光素子によって提供される。

この点において、「直接照明」との用語は、第２の発光素子から放出された光の大部分、又は、少なくともその相当な部分が、ライトガイドを通過することなく、照明デバイスから放出されることを意味する。発明者は、従来技術の照明デバイスには、固体光源から放出された光が光ファイバ内に結合し、再び出る際のエネルギー損失の問題があることを認識している。したがって、従来技術の照明デバイスが、（例えば、全般照明又はタスク照明といった）実用照明に関して改良される。実用照明は、固体光源から放出された光のできるだけ多くを照明デバイスから出力することが望ましいタイプの照明として定義される。

本発明は、照明デバイスが、装飾外見（見た目）と実用照明との両方を提供し、それでもなお、第２の発光素子から放出される光が不要なエネルギー損失なく第２の発光素子から直接放出されるため、エネルギー効率がよい点で有利である。

更に、本発明は、単一の照明デバイスにおいて二重の機能性（装飾照明及び実用照明）が提供され、これにより、当該照明デバイスは装飾目的と、例えば全般照明又はタスク照明との両方において使用できるため、使用分野が広がる点で有利である。

本発明の一実施形態では、ライトガイド及び第１の発光素子を介する照明デバイスからの照明は、第１のタイプの照明専用である。更に、任意のライトガイドなしで第２の発光素子からの照明デバイスからの照明は、第２のタイプの照明専用であってよい。したがって、第１のタイプの照明及び第２のタイプの照明は、各タイプの照明がエネルギー効率の点において最適化可能であるように、機能上及び構造上分けられている。

本発明の一実施形態では、第１の発光素子は、装飾照明（ライトガイドを介する。すなわち、先の実施形態において定義された第１のタイプの照明）専用であり、第２の発光素子は、実用照明（任意のライトガイドなし。すなわち、先の実施形態において定義された第２のタイプの照明）専用である。

本発明の一実施形態では、第２の発光素子の光強度は、第１の発光素子の光強度に対して調節可能である。好適には、第２の発光素子の光強度は、第１の発光素子の光強度に対して、照明デバイスへの入力信号に応答して、調節可能である。入力信号は、照明デバイスに接続された調光器から照明デバイスにおいて受信されてよい（調光信号の実際の受信器は、主電源電圧上にある）。或いは、入力信号は、（照明デバイスのユーザによって操作される）遠隔制御器を介して照明デバイスの例えば低電圧回路（後述する）において受信されてもよい。好適には、入力電圧が、第１の発光素子の強度と第２の発光素子の強度との間の特定の関係又は比率に相関されるように、伝達関数が使用されてもよい。本実施形態は、照明デバイスの少なくとも２つの異なる動作モード、すなわち、第２の発光素子の光強度が第１の発光素子の光強度より低い装飾モードと、第２の発光素子の光強度が第１の発光素子の光強度より高い実用モードとを提供する点で有利である。つまり、照明デバイスが実用モードにある場合と比較して装飾モードにおいて第２の発光素子の光強度が下げられると、ライトガイドがより可視となり、また、照明デバイスからの全光出力の大部分を表す。実用モードでは、第２の発光素子の光強度が、照明デバイスからの全光出力において優位となる。

本発明の一実施形態では、第２の発光素子及び第１の発光素子のうちの少なくとも１つは、調光可能であり、このことは、照明デバイスの上記２つの動作モード間の無段遷移を提供する点で有利である。更に、第１の発光素子及び第２の発光素子は、同時に、及び／又は、別々に（個別に）調光されてもよい。例えば、第１の発光素子の光強度が増加されると、同時に、第２の発光素子の光強度も増加される。このような種類の調整は、すべての発光素子に共通の単一の調光デバイスを使用して実施されてよい（これにより、照明デバイスを技術的に比較的簡単にする）。したがって、第１の発光素子及び第２の発光素子の両方が低調光レベル（すなわち、低光強度）において動作される場合、照明デバイスから全光出力は低く、これにより、装飾外見を提供するライトガイドを可視にする。これに対して、発光素子が高電力レベル（すなわち、高光強度）において駆動される場合、照明デバイスからの全光出力は高く、これにより、実用照明を提供する。なお、当然ながら、共通の調光器を使用したこのような種類の調整は、従来の白熱照明デバイスの機能に似ている。

発光素子が個別に調光される別の実施例では、第１の発光素子の光強度が増加される一方で、第２の発光素子の光強度は減少される。第１の発光素子及び第２の発光素子が異なる光強度を有する場合、上記効果（従来の白熱照明デバイスの機能との類似）は達成され、また、一層高められる。

本発明の一実施形態では、第１の発光素子から放出される光の波長（色）は、好適には、照明デバイスへの入力信号に応答して、調節可能である。例えば、第１の発光素子の色は、装飾モードでは赤／琥珀色になるように、実用モードでは黄／白色になるように調節される。

本発明の一実施形態では、照明デバイスへの入力信号は、照明デバイスに供給される電流又は電圧である。更に、照明デバイスは、入力信号を第１及び第２の発光素子の光出力及び／又は光色と相関させる伝達関数を有する回路を含んでよい。例示的な実施例として、（調光された従来の白熱灯におけるように）低入力信号では、第１の発光素子は、赤／琥珀色を提供し、比較的低い光強度を有する一方で、第２の発光素子の光強度は、好適には、オフに切り替えられている。入力信号が強いほど、第１の発光素子はより黄／白色が強くなる（また、第１の発光素子から出力される光がより増加される）。また、入力信号の或る閾値において、第２の発光素子がオンに切り替わり、光出力がゆっくりと増加される。

本発明の更なる実施形態では、ライトガイドは、光ファイバを含む。光ファイバは、炭素フィラメントに似ている点で有利である。或いは、ライトガイドは、ライトガイドプレートを含んでもよく、このライトガイドプレートは任意の所望の方法でデザインされる。例えば、ライトガイドは、任意の３次元形状にデザインされてよい。

本発明の一実施形態では、ライトガイドは、光を出力するための拡散手段が設けられている。拡散手段は、ライトガイド内に案内された光の出力を高め、したがって、ライトガイドをより明確に可視にする。本発明の一実施形態では、出力面の構造（例えば、表面の粗さ）は、光の散乱を調節するために選択される。更に、ライトガイドは、光を出力するために（散乱又は拡散）粒子及び／又は真空／ガスの泡を含んでもよい。つまり、ライトガイドの光学特性の歪みが、一部の光を散乱させるために設けられている。これらの歪みは、ライトガイドの表面／縁、及び／又は、ライトガイドの内側に位置付けられてよい。一般に、内部の照明角度に変化をもたらす任意の光学歪みは、光の一部が、ライトガイドから出力されることをもたらす。３Ｄ形状のライトガイドにおける歪みは、例えば、局所的なレーザ加熱によって得られる。

本発明の一実施形態では、第１の発光素子及び第２の発光素子の少なくとも１つが、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤは、幾つかの異なる色で入手可能である高効率な点状光源であり、これにより、様々なデザインの照明デバイスを可能にする点で有利である。更に、ＬＥＤは、レーザＬＥＤであってよく、これは、ライトガイドへの光の結合を向上させる点で有利である。

本発明の一実施形態では、一連の複数の発光ダイオードが、ライドガイド内に設けられる。

本発明の一実施形態では、照明デバイスは、第１の発光素子、第２の発光素子、及びライトガイドを封入するエンベロープを更に含む。これは、発光素子及びライトガイドが、損傷及び粉塵から保護されるという点で有利である。更に、照明デバイスは、従来の白熱電球に似せられる。

本発明の一実施形態では、照明デバイスは更に、第１の発光素子及び第２の発光素子が配置される口金を含む。

任意選択的に、照明デバイスは更に、第２の発光素子の上部に配置された、例えば、第２の発光素子を覆うプレートの形態の拡散／散乱素子を含む。このような拡散／散乱素子は、個々の発光素子があまり見えなくなり、拡散／散乱素子の無い場合よりもより均一な光分布を提供する点で有利である。

本発明の更なる目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な開示、図面、及び添付の請求項を検討するとより明らかとなろう。当業者は、本発明の様々な特徴を組み合わせて以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成できることを認識する。特に、当然であるが、照明デバイスについて説明された様々な実施形態はすべて、本発明の第２の態様により定義された方法と組み合わせることができる。

本発明の上記特徴及び他の利点のみならず追加の目的は、添付図面を参照して、以下の本発明の好適な実施形態の例示的かつ非限定的な詳細な説明を介してより良く理解されよう。

図１は、本発明の一実施形態による照明デバイスを示す。 図２は、本発明の一実施形態によるライトガイドを示す。 図３は、本発明の別の実施形態によるライトガイドを示す。 図４は、本発明の一実施形態による照明デバイスを製造する方法の概要である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による照明デバイスが示される。

図１は、第１の発光素子１０１と第２の発光素子１０２とを含む照明デバイス１を示す。第１の発光素子１０１は、出力（out-coupling）面１１１を有するライトガイド１１０に光学的に結合される。この光学結合は、例えば第１の発光素子１０１とライトガイド１１０との間に配置された光学素子（図示せず）を介して、又は、図１に示されるように、第１の発光素子１０１をライトガイド１１０に直接つなげることによって、提供できる。

任意選択的に、照明デバイスには、ライトガイド１１０に光学的に結合された追加の第１の発光素子が設けられていてもよい。例えば１つの第１の発光素子は、ライトガイド１１０の第１の端に結合され、別の第１の発光素子が、ライトガイド１１０の別の端（第１の端とは反対側）に結合されていてもよい。

更に、照明デバイスには、実用照明を提供するための追加の第２の発光素子１０２が設けられていてもよい。

第１の発光素子１０１及び／又は第２の発光素子１０２は、例えばレーザ発光ダイオード（ＬＥＤ）といったＬＥＤであってよい。例えば暖色の光を提供する琥珀色のＬＥＤが、第１の発光素子１０１として使用され、これにより、（第１の発光素子が作動される／オンにされると）暖色を放つフィラメントに似たライドガイドがもたらされる。代替案は、ライトガイドの上部に（すなわち、ライトガイドの出力面に）、例えば蛍光体（又は任意の他の波長変換材料）を設け、暖色光を提供する蛍光体を選択することである。別の実施例では、第１の発光素子１０１は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤを含んでよく、これにより、一緒に合わさることで白色光を提供する。この白色光は、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを制御することによって様々な色に調節される。

更に、白色といった冷色のＬＥＤ（より効率的である場合がある）を第２の発光素子１０２として使用してよく、これにより、実用照明に適した光を提供する。別の実施例では、第２の発光素子１０２は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤを含んでよく、これにより、一緒に合わさることで白色光を提供する。この白色光は、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを制御することによって様々な色に調節される。しかし、当然ながら、本発明は、このような色構成に限定されず、照明デバイスにおける発光素子１０１、１０２は、任意の所望の色であってよい。

ライトガイド１１０は、（光導波路のように）プラスチック又はガラス繊維といった適切な材料で作られた光ファイバを含んでよい。ガラス繊維の使用は、その光学的品質及び材料特性（例えば熱に対する感度）によって、好都合である。光ファイバの長さは、単純又はより複雑なデザインを可能にするために、短くても長くてもよい。例えば、光ファイバは、従来のレトロフィラメントに似せるためにスパイラル状に巻かれてもよい。

ライトガイド１１０の出力面１１１からの光の出力は、様々な方法で達成される（及び／又は高められる）。光の一部は、ライドガイド１１０の湾曲によって出力される。更に、ライトガイド１１０には、光を出力するための拡散手段が設けられていてもよい。一般に、ライトガイドに付加される任意の光学的歪みが光の出力を提供する。拡散手段は、例えば（例えばサンドブラスト、スクラッチング、又は表面に質感を成形することによって）出力面１１１を粗くすることによって、又は、出力面１１１に刻み目又は小さい突起を付けることによって、提供される。更に、ライトガイドから光が散乱されるように、粒子（例えば白色塗料）及び／又は（例えば局所レーザ加熱により生成される）真空／ガスの泡がライトガイド上又はその内面に提供されてもよい。

本発明の一実施形態では、ライトガイド１１０は、第１の発光素子１０１が光学的に結合される少なくとも１つの接続ポート１１２を含む。本実施形態は、第１の発光素子１０１から放出された光の大部分がライトガイド１１０によって受け取られかつ出力されることを可能にし、これにより、装飾目的を果たしてもなお、第２の発光素子１０２から放出された光の大部分が任意のライトガイドにおける不要な著しいエネルギー損失なく照明を提供する点において有利である。

しかし、第２の発光素子１０２から放出された光の一部（すなわち、比較的少量の部分）は、出力面１１１を介してライトガイド１１０に結合され、これにより、出力面１１１を介して再度出力され、したがって、ライトガイド１１０の照明出力に貢献する。

図２を参照すると、本発明の一実施形態によるライトガイドの代替デザインが示される。図２は、第１の発光素子２０１に光学的に結合されるライトガイドプレート２１０の形態のライトガイドを示す。第１の発光素子２０１から放出される光の一部は、湾曲していてもよい（また、任意選択的に粗い）縁２１１を介して出力され、これにより、従来の電球におけるようなフィラメントの外観がもたらされる。更に、光は、ライトガイドプレート２１０の内部又はライトガイドプレート２１０の表面上に設けられた拡散手段を介して出力されてもよい。

当然ながら、ライトガイドは、球状又はプリズム形状といった任意の所望の３次元形状にデザインされてよい。更に、拡散手段は、ライトガイド内又はその上の任意の所望の位置に設けられてよい。例えば、拡散手段は、（フィラメントに似たパターンといった）パターンを形成してもよい。

図３を参照すると、本発明の更に別の実施形態によるライトガイドの別のデザインが示される。図３は、一連の複数のＬＥＤ３２１がその中に配置された連続光学素子３２３の形態のライトガイド３２０を示す。ＬＥＤ３２１は、小さいフレキシブルＰＣＢ（プリント回路基板）３２２上に取付けられ、連続光学素子３２３がその上にある（又はフレキシブルＰＣＢを封入する）。

図１に再び戻ると、本発明の更なる実施形態が説明される。照明デバイス１は更に、第１の発光素子１０１、第２の発光素子１０２、及びライトガイド１１０を封入するエンベロープ１３０を含む。エンベロープ１３０は、装飾効果を提供するためにライトガイド１１０が可視であるように透明（又は少なくとも半透明）であることが好適である。更に、エンベロープ１３０は、従来の白熱電球に似た電球として形成されてよい。照明デバイス１は更に、第１の発光素子１０１及び第２の発光素子１０２が配置される口金１４０を含む。口金１４０は、照明デバイスが従来の灯具内に取付けられ、従来の白熱電球の代替品として使用できる（レトロフィット）点で有利である、差し込み口金又はネジ口金１４１（例えば、Ｅ１４、Ｅ２６、又はＥ２７型）を含んでよい。口金１４０は更に、発光ダイオード１０１、１０２を冷却するヒートシンク１４２を含んでいてもよい。任意選択的に、発光素子１０１、１０２は、発光素子を直接見る危険性を少なくするために、ヒートシンク１４２の上部（又は口金１４０の上部）が（図１に示されるように）発光素子１０１、１０２を隠すように配置される。更に、ヒートシンク１４２の上部の内側は、発光素子１０１、１０２から放出された光の全部（又は少なくともそのほとんど全部）が照明デバイスから出力されるように反射性であってよい。

照明デバイスは更に、第２の発光素子１０２上のプレート状の拡散／散乱素子（図示せず）を含む。例えば、このようなプレートは、口金１４０上に配置される。プレートには、第１の発光素子１０２から放出された光がライトガイド１１０に結合されるように通り抜ける孔が設けられていてもよい。

照明デバイス１は更に、主電源電圧供給を、発光素子１０１、１０２を駆動するのに適した出力信号に変換する電源が設けられた電子駆動手段１５０を含む。電気駆動手段１５０は更に、第２の発光素子１０２の光強度が第１の発光素子１０１の光強度に対して調節可能であるように、第１の発光素子１０１及び／又は第２の発光素子１０２の光強度を制御する電子回路を含む。更に、電子回路は、ライトガイド１１０の火炎及びちらつき効果を提供するために、第１の発光素子１０１の輝度（又は色）をわずかに調節し、又は、第１の発光素子１０１を連続的にオンオフ切り替えてもよい。電子回路は更に、（入力電流又は入力電圧といった）入力信号を、第１及び第２の発光素子の光出力及び／又は放出色と相関させる伝達関数を含んでもよい。電気駆動手段１５０は、遠隔制御ユニットによって、口金１４０上のボタンによって、又は、任意の他のタイプのユーザーインターフェースによって制御されてよい。

本発明の一実施形態では、第１の発光素子１０１及び／又は第２の発光素子１０２は、調光可能であってよい。本発明の一実施形態では、照明デバイスは、発光素子が調光モードで動作可能であることにより従来の白熱調光器をサポートする。

図４を参照すると、本発明の一実施形態による照明デバイスを製造する方法が説明される。図４は、照明デバイスを製造する方法４００の概要を示す。当該方法は、第１の発光素子を提供するステップ４１０と、出力面を有するライトガイドを提供するステップ４２０と、第１の発光素子をライトガイドに光学的に結合するステップ４３０とを含む。更に、当該方法４００は、照明デバイスからの直接照明専用の第２の発光素子を提供するステップ４４０を含む。

特定の実施形態を説明したが、当業者であれば、様々な改良及び変更が、添付の請求項に定義される範囲内で想到可能であることを理解しよう。

例えば、関連付けられた第１の発光素子を有する追加のライトガイドが照明デバイス内に設けられてもよい。更に、照明デバイスは、専用の新しい照明器具内だけでなくスタンドアロンのレトロフィット白熱電球代替部品内に適用されてもよい。更に、照明デバイスは、従来の電球のようにデザインされることに限定されない。照明デバイスは、例えば両端にコネクタを有する管状ランプとしてデザインされてもよい。

Claims (15)

1. 装飾照明を提供するための照明デバイスであって、
   ライトガイドを介する装飾照明のための出力面を有する前記ライトガイドに光学的に結合された第１の発光素子と、
   前記照明デバイスからの直接実用照明専用の第２の発光素子と、
   を含み、
   更にエンベロープによって、前記第１の発光素子、前記ライトガイド、及び前記第２の発光素子は封入されていて、
   装飾モードにおいて、前記第２の発光素子の光強度が前記第１の発光素子の光強度より低く、実用モードにおいて、前記第２の発光素子の光強度が前記第１の発光素子の光強度より高い、
   照明デバイス。
2. 前記ライトガイド及び前記第１の発光素子を介する前記照明デバイスからの照明は、第１のタイプの照明専用であり、ライトガイドなしで前記第２の発光素子からの前記照明デバイスからの照明は、第２のタイプの照明専用である、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記第２の発光素子の光強度は、前記第１の発光素子の光強度に対して、前記照明デバイスへの入力信号に応答して、調節可能である、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
4. 前記第２の発光素子及び前記第１の発光素子のうちの少なくとも１つは、調光可能である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
5. 前記第１の発光素子から放出された光の波長（色）は、前記照明デバイスへの入力信号に応答して、調節可能である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
6. 前記ライトガイドは、光ファイバ、ライトガイドプレート、又は３次元形状ライトガイドを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明デバイス。
7. 前記ライトガイドには、光を出力するための拡散手段が設けられている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明デバイス。
8. 前記出力面の構造は、前記光の散乱を調節するように選択される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記ライトガイドは、光を出力するために粒子、及び／又は、真空／ガスの泡を含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
10. 前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の少なくとも１つは、少なくとも１つの発光ダイオードを含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
11. 一連の複数の発光ダイオードが前記ライトガイド内に設けられている、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明デバイス。
12. 前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記ライトガイドを封入する前記エンベロープを更に含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。
13. 前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子が配置される口金を更に含む、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。
14. 前記口金は、従来の白熱電球をレトロフィットするために差し込み又はネジ口金を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の照明デバイス。
15. 装飾照明を提供するための照明デバイスを製造する方法であって、
    第１の発光素子を提供するステップと、
    ライトガイドを介する装飾照明のための出力面を有する前記ライトガイドを提供するステップと、
    前記第１の発光素子を前記ライトガイドに光学的に結合するステップと、
    前記照明デバイスからの直接実用照明専用の第２の発光素子を提供するステップとを含み、
    前記第１の発光素子、前記ライトガイド、及び前記第２の発光素子を、封入するステップを更に含み、
    装飾モードにおいて、前記第２の発光素子の光強度が前記第１の発光素子の光強度より低く、実用モードにおいて、前記第２の発光素子の光強度が前記第１の発光素子の光強度より高く調節するための電子回路を提供するステップを更に含む、方法。
    

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