JP6058831B2 - 湾曲プリズムシートを有する発光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、外囲体（envelope）及び光源アレイを含む発光モジュールに関する。特に、本発明は、湾曲プリズムシート、側面反射体領域及び基部構造体を備えた外囲体を有する発光モジュールに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体光源は、幅広い照明及び信号伝達アプリケーション用の照明デバイスとしてますます用いられるようになっている。発光ダイオードは、極めて高い明るさを有している。従って、種々の一般照明アプリケーションにおけるＬＥＤの取り付けは、典型的には、桁違いの輝度の低下を必要とする。特に、オフィス環境では、最大輝度は、高い視覚的快適性を確実にするために好ましくは２×１０^４ｃｄ／ｍ^２よりも小さい。明るさを低下させる従来からの手法は、ＬＥＤアレイからかなりの距離において光を散乱する面拡散体（surface diffuser）又は体積拡散体（volume diffuser）を用いることである。この選択は、光学系の体積が重要ではない幾つかのアプリケーションに有効である。

光学的分布及び均一性についての要求を満たすように幾つかの試みがなされている。例えば、欧州特許出願公開ＥＰ２３９０５５７Ａ公報には、湾曲したプリズムシートを備えた照明器具が開示されている。この湾曲したプリズムシートは、複数の縦長の線形プリズム構造部及び出口窓を更に備えている。このやり方では、光の相当の部分が特定の強度プロファイルを与えるようにＬＥＤから出口窓を通って外部へ直接逃げる照明器具が与えられる。

当該分野における活動にもかかわらず、均一性についての要求を満たす一方で、発光モジュールの柔軟性と発光モジュールを構成する部品のサイズ及び数とのバランスが保たれる改善された発光モジュールが依然として必要である。

先行技術の上述した欠点及びその他の欠点を考慮して、本発明の総合的な目的は、用途が広い効率的な発光モジュールを提供することにある。本発明の第１の観点によれば、幾何学的ラインに沿って配された固体光源の光源アレイと、光ユニットを取り囲む外囲体とを有する発光モジュールが提供される。上記外囲体は、上記光源アレイに沿って延在し、拡散反射部を含む基部構造体と、上記基部構造体の両側に配された２つの側面反射体領域と、上記幾何学的ラインから一定の距離で上記２つの側面反射体領域間に延在する湾曲プリズムシートとを有している。上記湾曲プリズムシートは、上記光源アレイと対向する内側凹面及び上記光源アレイから離れて対向する外側凸面を有している。上記外側凸面は、直角の頂角を持つ複数のプリズム構造部を含み、上記光源から発せられ、上記プリズム構造部に直接入射する光は上記幾何学的ラインに向けて再帰反射されて戻り、上記拡散反射部により拡散された後及び／又は上記側面反射体領域により反射された後上記プリズム構造部に入射する光は上記湾曲プリズムシートを通って伝送されるように配されている。

「再帰反射」という用語は、最小限の散乱で入射光を反射してソースに戻す原則を意味する。

上記シートと幾何学的ラインとの距離Ｒが一定であるので、或る広がり角度（α）内で光源から発せられる任意の光がシートに垂直に入射する。これは、そのような光が幾何学的ラインに向けて（再帰）反射されて戻ることを可能にする。本発明に関連して、距離Ｒが外側湾曲プリズムシートに沿ってわずかに変化した場合でさえも、広がり角度（α）内で発せられる光が幾何学的ラインに向けて再帰反射される限り、距離Ｒは一定と考えられる。

上記シートと幾何学的ラインとの間が一定の距離Ｒである場合、幾何学的ラインは外側湾曲プリズムシートの中心軸に対応する。上記外囲体が部分的なプリズム管の形をとる場合、幾何学的ラインは部分的なプリズム管の中心軸に対応する。これに関連して、部分的なプリズム管は、外側湾曲プリズムシートを含んでいる。

本発明に関連して、角度の値が本質的に９０度に等しい時に角度が直角の頂角であると言われる。

本発明に係るデザインであれば、角αに対応する広がり角度内の光源アレイにより発せられる光は、プリズム構造部において全内部反射（ＴＩＲ）により反射される。ＴＩＲは、光が高い屈折率材料（例えば、ＰＭＭＡ、ｎ＝１．５０）から低い屈折率材料（空気ｎ＝１．００の場合が多い。）に導かれる際に生じる。臨界角以上の入射角の場合、全ての入射エネルギーは入射媒体に反射して戻る。従って、光は、上記基部構造体の拡散反射部により拡散反射される幾何学的ラインに反射して戻る。そのような拡散反射光の一部はプリズム構造部に再度入射し、再帰反射される。他の部分は、側面反射体領域に入射する。

発せられる光は、典型的には（モジュールの長手方向に垂直な）ｚ−ｙ面内に存在するが、実際には、全ての光は、光が角αにより規定される開口窓内に発せられる限り、全内部反射により反射される。一例の実施形態では、角αにより規定される開口窓はＸ方向（モジュールの長手方向）の伸展の関数である。

角αの範囲外の広がり角度を持つ上記光源から発せられる光は、側面反射体領域に入射する。この光及び基部構造体の拡散反射領域により拡散反射される光の一部は、側面反射体領域において反射され、最終的にはプリズム構造部を通って伝送される。

従って、本発明により、専ら少なくとも１つの光散乱ステップを介して光を発することが可能な発光モジュールの形態の光学系が提供される。従って、上記外囲体は光混合チャンバとしての機能を果たし、長手方向においても光のより均一な分布を可能にする。従って、高輝度固体光源（ＬＥＤ）のアレイが個々の固体光源（ＬＥＤ）の高いピーク輝度を伴うことなく拡散照明管に変えられる。

更に、本発明は、ビーム形状、すなわち、強度プロファイルを制御する追加の可能性を有する効率的で均質な発光モジュールを与える光学系を提案する。発光モジュールの再帰反射の特徴により、小型で均一（色／輝度）なＬＥＤの構成ブロックを設計することが可能になる。このやり方では、本発明は、例えば、高出力ＬＥＤに基づくＬＥＤ管の新たな生成を作り上げるために用いられ得る。以下に更に説明されるように、上記光学モジュールがオフにされると、固体光源（ＬＥＤ）は発光モジュールの外側から完全に見えなくなり、これは固有の視覚品質を作り出す。

上記発光モジュールは、レトロフィットＬＥＤ管及び／又は種々のオフィス対応の小型の器具及びモジュールのような種々のアプリケーションに取り付けられ得る。

光の相当な部分がＬＥＤから光出口窓を通って外部に直接的に逃げる利用可能な先行技術の系とは対照的に、本発明は、ＬＥＤからの光が光出口窓を通って直接的に逃げない固有の技術効果を与える。その結果、例えば側面反射体領域において散乱する光のみが光出口窓を通って逃げる。これは、輝度の均一性にプラスの影響を与え、マルチカラーＬＥＤを用いる場合に色の混合を可能にすると考えられる。

更に、この発明の原理により、人間の目と固体光源（ＬＥＤ）との間に光の一義的な通路が存在しないので、固体光源（ＬＥＤ）がオフにされた時に固体光源（ＬＥＤ）を発光モジュールの外側から見えないようにすることが可能になる。従って、固体光源（ＬＥＤ）は、オフにされると識別することがほぼ不可能であり、固有の視覚品質を作り出す。

十分に高い光学効率を得るために、上記基部構造体及び側面反射体領域の反射率は十分に高いべきである。好ましくは、基部構造体及び側面反射体領域の反射率は９５％よりも大きいべきである。更に好ましくは、基部構造体及び側面反射体領域の反射率は９８％よりも大きいべきである。

固体光源は、電子及び正孔の再結合により光が生成される光源である。固体光源の例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び半導体レーザを含んでいる。上記固体光源は、有利なことに、構造体、例えば上記基部構造体の表面に取り付けられ得る。ＬＥＤは、幾何学的ラインに沿ってアレイ内に配されている。しかしながら、上記モジュールは、当業者には明らかであるように異なる量のＬＥＤ、異なる行数のＬＥＤ又は異なる配置のＬＥＤを有し得る。ＬＥＤは、単色であるか又は種々の発光スペクトルの特定の組成（例えば、交互に起こるクールホワイト及びウォームホワイトＬＥＤ）から選択される。固体光源は、典型的には、プリント回路基板（ＰＣＢ）の前側に配されている。一般に、固体光源のアレイは基部構造体に取り付けられている。このやり方では、上記固体光源は、上述したように、上記外囲体の内側面のいずれか、例えば、側面反射体の内側面及び外側湾曲プリズムシートの内側凹面に向けて光を発する。

有利には、固体光源自体に反射して戻る光は幾らかの光学効率の損失を意味するので、上記固体光源間のピッチはできる限り高いべきである。（ハイピッチを意味することが多い）高出力ＬＥＤの使用は、系の効率を最適化するのに役立つ。この光学的構造は、色の混合（例えば、クールホワイト及び赤色ＬＥＤの交互に起こるアレイ）に関して非常に有効である。

上述したように、基部構造体は拡散反射部を含んでいる。本発明に関連して、（白色反射とも呼ばれる）拡散反射部は、本質的には所望の波長領域、特に、可視領域、ＵＶ領域及び／又は赤外領域内の光に対して非吸収性である部分又は面を意味する。上記拡散反射部に適した拡散反射材料の一例は、フルカワのＭＣＰＥＴ（Ｒ〜９８％）と呼ばれる白色拡散反射材料である。

光線を伝送する上記外囲体の一部は「光出口窓」と呼ばれる。この出口窓は、上記プリズム構造部により形成され得る。一例の実施形態では、上記外囲体は、光出口窓が管状の面の一部であるような管状モジュールの形態で与えられる。本発明に関連して、上記外側湾曲プリズムシートは光出口窓を備えている。

しかしながら、一例の実施形態では、側面反射体領域は、入射光の伝送及び反射の両方を行う。従って、側面反射体領域もまた、発光モジュールの機能を更に改善するために光出口窓を備えていてもよい。

２つの隣接するプリズム構造部間の距離は、ピッチ距離により規定され得る。典型的には、上記ピッチ距離は外側凸面に沿って一定である。好ましくは、プリズム構造部のピッチ距離は、典型的には、１０μｍから１０００μｍの間である。更に好ましくは、プリズム構造部のピッチ距離は、２４μｍから５０μｍの間である。いかなる理論によっても縛られることなく、非常に小さい、すなわち、１０μｍ未満のプリズム構造部は、回折効果も生じるので効果的ではないと考えられる。

上記外側湾曲プリズムシートは幾つかの材料で作られ得る。線形プリズムシートの一例は、輝度上昇フィルム、例えば、スリーエム社による供給されているＢＥＦ−ＩＩである。線形プリズムシートの他の例は、スリーエム社により供給されている光学照明フィルム（ＯＬＦ）である。上記プリズムフィルムは、透明であるべきであり、ＰＭＭＡ、ＰＣ又はＰＥＴより成っていてもよい。これらの材料の混合も当業者であれば考えられる。

上記発光モジュールは、典型的には、長手方向Ｘの長さＬ、方向Ｙの伸びＭ及び方向Ｚの伸びＮにより規定される。また、外側湾曲プリズムシートと幾何学的ラインＯとの距離は距離Ｒにより規定され得る。好ましくは、長手方向Ｘの発光モジュールの伸びＬは距離Ｒよりも大きい。

種々の例の実施形態において、外囲体の開放端は追加の端部反射体により封止され得る。これは、外囲体が各短辺側に１つの開放端を持つ管状部材の形態で与えられる場合に特に関連している。有利には、端部反射体は拡散白色反射体の形態で与えられる。

本発明の一例の実施形態によれば、上記反射体領域は、鏡面反射材料より成っている。例えば、発光モジュールの各側壁部は鏡面反射材料を含んでいる。いかなる理論によっても縛られることなく、鏡面反射材料を用いることにより完全なミラーが得られると考えられる。鏡面材料の一例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ−ＳＩＬＶＥＲである。

オプションで、上記発光モジュールは、拡散体を更に含んでいる。本発明のこの観点では、拡散体は光学シートとして機能する。拡散体は、外側湾曲プリズムシートと光ユニットとの間に配されている。好ましくは、拡散体は発光モジュールの長手方向Ｘに、すなわち、幾何学的ラインＯと平行に光を散乱させるように構成される。拡散体又は光学シートは、ルミニット社から、例えば「ライトシェーピングディフューザ」（ＬＳＤ）で供給され得る。

一例の実施形態では、上記拡散体は一方向に沿って光を散乱させる非対称拡散体の形態で与えられる。非対称拡散体は一方向に光の散乱を促進する一方で、他の方向には光を散乱しない。強い非対称の強度分布は楕円の強度分布に対応する。拡散が専ら一方向に沿って与えられるので、より平坦な視覚的結果を与え、波形（scalloping）がより少ないことを確実にすることにより拡散効率が通常の拡散体よりも高い。

有利には、上記発光モジュールは鏡面側面反射器及び非対称拡散体の組み合わせを備えている。鏡面側面反射器及び非対称拡散体の組み合わせを用いることにより、光学構造体のピーク輝度及び強度プロファイルを調整及び／又は最適化することが可能になる。本発明のこれに関連して、「強度プロファイル」という用語はビーム形状のことを指している。

代替として、上記反射器は半鏡面反射器の形態で与えられ得る。半鏡面材料の一例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ６である。半鏡面材料の他の例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ２０である。半鏡面反射器を用いることにより、光学構造体のピーク輝度及び強度プロファイルを調整及び／又は最適化することが可能になる。

種々の例の実施形態では、上記外囲体は、少なくとも湾曲プリズムシートと基部構造体との間に延在する側壁部を更に有している。この点において、上記側面反射体領域は反射体側壁部を形成するための側壁部の一体化部分である。

追加又は代替として、上記反射体側壁部は上記外側凸面を越えて延在する外側反射部を備えていてもよい。従って、反射体側壁部は外側凸面を越えて延在する外側反射部を備えている。このやり方では、追加の光制御がｙ−ｚ面において与えられる。この例の実施形態はオフィス照明に非常に有用である。

発光モジュールの光学効率を更に改善するために、側面反射体は方向Ｚに広がる垂直面に対して外側に傾斜されている。このやり方では、側壁部の反射体領域は、光学効率が垂直方向に位置する反射体領域と比較して改善されるように傾斜される。

発光モジュールからの光の取り出しの効率を改善するために、外側湾曲プリズムシートの内側凹面は複数の散乱領域を備えていてもよい。好ましくは、複数の散乱領域の色は白である。典型的には、散乱領域は内側凹面の１０ないし５０％の面積比に及んでいる。しかしながら、当業者には明らかであるように他の面積比が考えられる。散乱領域は、複数のドットにより形成され得る。一例として、散乱領域はスクリーン印刷プロセスを用いた印刷パターンにより得られる。上記複数のドットは、例えば、六角形状に印刷され得る。１つのドットの典型的なサイズは直径０．１ｍｍから直径１ｍｍまでであり得る。このやり方では、光ユニットからからの入射光は、側面反射体領域における散乱及び散乱領域における散乱により逃げる。

上記外側湾曲プリズムシートの円周の伸びは、好ましくは４５度から１３５度までの範囲内である角αにより規定される。角αは１８０度までであり得るが、この場合、外側湾曲プリズムシートは光の出力結合を促進するために印刷されたドットを必要とする。

有利なことに、上記光源アレイは基部構造体上に配されている。

本発明は、種々の照明器具において実現される可能性がある。一例として、上記発光モジュールは、リテール環境において及び種々のＬＥＤ管に取り付けられ得る。更に、上記発光モジュールは、色調整可能なオフィス照明及びダウンライト（down lighter）用の光学系として用いられ得る。上記説明のように、上記発光モジュールは、系の光学効率を最大にするのに有利である高出力ＬＥＤを与える。

本発明の更なる特徴及び本発明による利点は、添付の特許請求の範囲及び以下の説明を研究すると明らかになるであろう。当業者は、本発明の種々の特徴が本発明の範囲から逸脱することなく以下に説明される実施形態以外の実施形態を作り出すために組み合わせられ得ることを理解する。

本発明のこれらの観点及びその他の観点が、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照してこれからより詳細に説明される。

本発明の種々の実施形態に係る発光モジュールの一例を模式的に示している。 本発明の一例の実施形態に係る拡散体を備えた発光モジュールの模式的な断面図である。 本発明の種々の実施形態に係る発光モジュールの一例の平面図である。 本発明の種々の実施形態に係る発光モジュールの一例の側面図である。 発光モジュールが外側湾曲プリズムシートの外側凸面を越えて延在する外側反射部を備えた本発明に係る発光モジュールの他の例を模式的に示している。

図に示されているように、構成要素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、従って、本発明の実施形態の一般的な構造を説明するために与えられている。同様の参照符号は終始同様の要素を指している。

本発明の現在好ましい実施形態が示された添付の図面を参照して、これから本発明が以下に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、本明細書において説明される実施形態に限定されるように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さ及び完全性のために与えられ、当業者に本発明の範囲を完全に伝える。

発光モジュール１は、ここでは、図１及び図２を参照して非常に詳細に説明される。図１に模式的に示されているように、発光モジュール１は、光ユニット１０を取り囲む外囲体４０を有している。光ユニット１０は、発光モジュールの幾何学的ラインＯに沿って配された固体光源のアレイを備えている。上記固体光源は、入射光Ａ及び入射光Ｂを発するように構成されている。言い換えれば、外囲体４０固体光源１０を封じ込めている。

発光モジュール１の模式図である図１を参照すると、外囲体４０は外側湾曲プリズムシート８を含んでいる。外側湾曲プリズムシート８は、光ユニット１０と対向する内側凹面２４を有している。また、外側湾曲プリズムシート８は、光ユニット１０から離れて面している外側凸面２６を有している。外側凸面２６は、直角の頂角を持ち、入射光Ａが幾何学的ラインＯに向けて再帰反射されるように光ユニット１０から発せられる入射光Ａを再帰反射させる複数のプリズム構造部２８を備えている。典型的には、外側湾曲プリズムシート８は幾何学的ラインＯから一定距離Ｒに配されている。図１に示されているように、外側湾曲プリズムシート８は、ここでは、プリズム円筒セグメント又は部分的なプリズム管の形で設けられている。これは、本発明に係る発光モジュールの一例の平面図及び側面図を示した図３及び図４に更に示されている。

２つの隣り合うプリズム構造部間の距離は、ピッチ距離により規定され得る。図１に示されているような例の実施形態では、ピッチ距離は、ここでは外側凸面に沿って一定である。好ましくは、上記プリズム構造部のピッチ距離は、典型的には、１０μｍから１０００μｍの間である。更に好ましくは、プリズム構造部のピッチ距離は２４μｍから５０μｍの間である。

外側凸面２６が、直角の頂角を持ち、入射光Ａが幾何学的ラインＯに向けて再帰反射されるように光ユニット１０から発せられる入射光Ａを再帰反射させる複数のプリズム構造部２８を備えることと、基部構造体６の拡散反射部が複数のプリズム構造部２８に向けて入射光Ａを拡散反射することができることとを与えることにより、全内部反射を得ることが可能になる。これは、図１に入射光Ａ及び入射光Ｂの矢印により示されており、以下の一連の手順に従う。第１のステップとして、角αに対応する角度範囲で光ユニット１０（ＬＥＤ）により発せられる入射光Ａがプリズム構造部２８において全内部反射（ＴＩＲ）により反射される。上記角αは、以下に説明されるように外側湾曲プリズムシート８の伸び（extension）を規定している。第２に、入射光が、幾何学的ラインＯの方向に反射し返され、そこで、基部構造体６の拡散反射部により拡散反射される。その後、この反射手順は、完了すると、全内部反射を得るために再び最初から始まる。図１に示されているように、入射光Ａは、典型的にはＸ−Ｙ面に存在する。しかしながら、図１及び図２に示されているように、全ての入射光Ａは、方向Ｘの成分を持つ入射光もが、角αによって規定される開口窓に収容され得る限り全内部反射により反射されることに注意されたい。

本発明に関連して、角αは、図１及び図２に示されているように、外側湾曲プリズムシート８の円周の伸び、すなわち、第１の端点１６から第２の端点１８までの外側湾曲プリズムシートの円周の伸びを規定する。一例の実施形態では、角αにより規定される開口窓は方向Ｘにおける伸びの関数である。

上記外囲体は、更に、基部構造体６を備えている。基部構造体６は、入射光Ａの矢印により示されているように複数のプリズム構造部２８に向けて入射光Ａを拡散反射する拡散反射部を含んでいる。白色反射と呼ばれる場合もある上記拡散反射部は、本質的には、所望の波長領域、特に、可視領域、ＵＶ領域及び／又は赤外領域内の光に対して非吸収性である。上記拡散反射部に適した拡散反射材料の一例は、Ｒ約９８％の古河社からのＭＣＰＥＴと呼ばれる白色拡散反射材料である。

本発明の実施形態の全てにおいて、外囲体４０は、光ユニット１０から距離Ｄに設けられた側面反射体領域４、４′を有している。側面反射体領域４、４′は、図１の入射光Ｂの矢印によって示されているように光ユニット１０から発せられる入射光Ｂを反射するように構成されている。側面反射体領域は、拡散反射体又は鏡面反射体であり得る。図１から明らかであるように、入射光Ｂの方向は、入射光Ｂが角αの伸びから外れるようなやり方で光ユニット１０から発せられる。従って、入射光Ｂは側面反射体領域４、４′においてのみ反射する。拡散反射の場合、入射光Ｂの反射は、図１に示されているように側面反射体領域４、４′により全ての方向に散乱され、最終的には外側湾曲プリズムシート８の光出口窓３２を通って伝送される。言い換えれば、外側湾曲プリズムシート８は、側面反射体領域４、４′から拡散反射される入射光Ｂを伝送する光出口窓３２を更に備えている。典型的には、入射光Ｂはランバート分布プロセスに従って側面反射体領域から拡散反射される。

角αに関連する上記通路に類似して、図１及び図２に示されているように、角βが側面反射体領域４、４′の伸びを規定する。

図１及び図２を参照すると、外囲体４０は、ここでは２つの側壁部５、５′を有している。側壁部５、５′のそれぞれは、外側湾曲プリズムシート８と基部構造体６との間に延在している。本発明のこの観点では、側面反射体領域４、４′は、側面反射体壁部を形成するための側壁部５、５′の一体化部分である。従って、は側壁部を構成し得る。しかしながら、幾つかの実施形態では、側壁部は、側面反射体領域と追加領域又は材料とを含んでいる。従って、前述のことを考慮すると、以下の説明は、発光モジュール１の構成要素の配置の理解を更に高めるために、単に側面反射体壁部としての側面反射体領域を意味する場合もある。

光学効率を更に高めるために、側面反射体壁部５、５′は、ここでは方向Ｚに伸びる鉛直面に対して外側に傾斜している。しかしながら、側面反射体壁部５、５′は専ら上記鉛直面に伸びる部分の形で与えられていてもよい。追加又は代替として、側面反射体壁部５、５′は、図２に示されているようにわずかに湾曲していてもよい。

上記のように及び図１及び図２に示されているように、外側湾曲プリズムシート８は、側面反射体領域４、４′から拡散反射された入射光Ｂを伝送する光出力窓３２を更に備えている。本発明に関連して、光出力窓は外側湾曲プリズムシートの一体化部分である。

３次元での、すなわち、方向Ｘ、方向Ｙ及び方向Ｚにおける光モジュール１の形状の斜視図である図１に示されているように、外側湾曲プリズムシート８の形状は、半円に似ている。言い換えれば、外囲体４０の形状は、長手方向Ｘの伸びＬ、方向Ｙの伸びＭ及び方向Ｚの伸びＮを有している。同様に、外側湾曲プリズムシートの形状は、長手方向Ｘの伸び、方向Ｙの伸び及び方向Ｚの伸びを有している。更に、外側湾曲プリズムシートと幾何学的ラインＯと間の距離は距離Ｒによって規定されている。図１に示されているように、長手方向Ｘにおける発光モジュールの伸びＬは、ここでは距離Ｒよりも大きい。

例えば、長手方向Ｘの伸びＬは方向Ｙ及び／又は方向Ｚの伸びＲよりも大きい。典型的には、長手方向Ｘの伸びは５００から８００ｍｍの間であるか、又は例えば１２００ｍｍのように更に長い。方向Ｙの伸びは１５から３０ｍｍの間であり、方向Ｚの伸びは５から２５ｍｍの間である。発光モジュール１の最終的な形状は、固体光源１０の配置に合わせられるべきである。これらの種類の発光モジュール１は、レトロフィット管とも呼ばれる従来の蛍光灯に取って代わる照明デバイスに用いられるのに適している。

図１に示されているように、発光モジュール１は、ここでは更に、外囲体４０の開放端を閉じるために２つの端部反射体１４、１４′を有している。これは、外囲体４０が各短い側面に開放端を有する管状部材の形態で与えられる場合に特に関係している。有利には、端部反射体１４、１４′は拡散白色反射体の形態で与えられる。

図３及び図４は、発光モジュール１の平面図及び発光モジュールの側面図をそれぞれ示している。これらの図から、外側湾曲プリズムシート８の伸びは種々の所望の形状に従って変化し得ることが明らかである。例えば、外側湾曲プリズムシート８の伸びは、図３の実施形態により示されているように方向Ｙ及び方向Ｘにおいて選択的な（alternated）伸びを有している。追加又は代替として、外側湾曲プリズムシート８の伸びは、方向Ｚ及び方向Ｘにおいて選択的な伸びを有している。追加又は代替として、外側湾曲プリズムシート８の伸びは、方向Ｘ, 方向Ｙ及び方向Ｚにおいて選択的な伸びを有している。従って、外側湾曲プリズムシートの種々の伸び及び形状が当業者により考えられる。同様に、側面反射体領域４、４′の伸び及び形状は同じように変化し得る。図３及び図４から、発光モジュールの形状は管状部材又は円筒セグメントの形態であり得ることも明らかである。従って、外側湾曲プリズムシート８は、ここでは、プリズム円筒セグメント又は部分的なプリズム管の形態で与えられている。

固体光源１０は、ここではＬＥＤの形態で与えられている。しかしながら、種々の固体光源が当業者により考えられる。図１に示されているように、ＬＥＤは発光モジュールの幾何学的ラインＯに沿って配されている。有利には、固体光源自体に反射して戻る光は幾らかの光学効率の損失を意味するので、固体光源間のピッチＰはできる限り高いべきである。（ハイピッチを意味することが多い）高出力ＬＥＤの使用は、系の効率を最適にするのに役立つ。この光学的構造は、色の混合（例えば、クールホワイト及び赤色ＬＥＤの交互に起こるアレイ）の場合も非常に有効である。

いかなる理論によっても縛られることなく、図１に示されているようにソース幅ｄがＲよりも小さいと、ＬＥＤからの全ての直接入射光Ａは外側湾曲プリズムシート８において反射されることが考えられる。このことから、
が導き出される。

一例として、１．５０の屈折率（ｎ）（ＰＭＭＡ）の場合、ｄ／Ｒ＜０．１６８である。すなわち、ＬＥＤソースが１ｍｍの幅を有している場合、プリズム管の直径（２×Ｒ）は１２ｍｍ以上であるべきである。

本発明の一例の実施形態によれば、内側凹面２４は、複数の散乱領域５０（図示せず）を備えている。典型的には、散乱領域５０は内側凹面２４の１０ないし５０％の面積比に及んでいる。しかしながら、当業者には明らかであるように他の面積比が考えられる。散乱領域５０は、ここでは複数のドットにより形成されている。一例として、散乱領域５０はスクリーン印刷プロセスを用いた印刷パターンにより得られる。上記複数のドットは、例えば、六角形状に印刷され、直径０．１ｍｍから直径１ｍｍまでの典型的なサイズを有している。散乱領域５０の機能は、発光モジュール、すなわち、光学系からの光の取り出しの効率を高めることである。このやり方では、光ユニット（ＬＥＤ）からの入射光は、側面反射体領域における散乱及び散乱領域５０における散乱により逃げる。

本発明の他の例の実施形態によれば、側面反射体領域４、４′は、ここでは鏡面反射材料より成っている。例えば、各側壁部５、５′が鏡面反射材料を含んでいてもよい。いかなる理論によっても縛られることなく、鏡面反射材料を用いることにより完全なミラーが得られると考えられる。鏡面材料の一例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ−ＳＩＬＶＥＲである。

オプションで、図２に示されているように、発光モジュール１は拡散体１２を含んでいる。拡散体１２は、典型的には、光学シートとしての役割を果たす。図２からはっきりと分かるように、拡散体１２は外側湾曲プリズムシート８と光ユニット１０との間に配されている。拡散体１２は、ここでは発光モジュールの長手方向Ｘに、すなわち、幾何学的ラインＯと平行に光を散乱させるように構成されている。拡散体又は光学シートは、ルミニット社から、例えば「ライトシェーピングディフューザ」（ＬＳＤ）で供給され得る。一例の実施形態では、拡散体１２は非対称拡散体の形で与えられる。非対称拡散体は一方向に光の散乱を促進する一方で、他の方向には光を散乱しない。これらの非対称拡散体の例は、４０度×０．２度の拡散体又は６０度×１度の拡散体である。６０度×１度のＬＳＤは、非常に狭い入射（レーザ）ビームが強い対称（楕円）の強度分布で散乱されることを意味し、ガウス分布のＦＷＨＭ＝６０度及びガウス分布のＦＷＨＭ＝１度の直交である。本発明のこれに関連して、ＦＷＨＭという用語は半値全幅のことを指している。従って、一例として、上記発光モジュールは、ｘ−ｙ面にそのような拡散体の平坦なシートを含んでいる。レーザビームがこのシートに対して垂直に与えられると、伝送されるレーザ光は或るガウス強度分布（例えば、ＦＷＨＭ＝６０度）でｘ方向に散乱され、ＦＷＨＭ＝１度により特徴付けられるガウス分布でｙ方向に散乱される。

鏡面側面反射体及び非対称拡散体の組み合わせを用いることにより、光学構造体のピーク輝度及び強度プロファイルを調整及び／又は最適化することが可能になる。本発明のこれに関連して、「強度プロファイル」という用語はビーム形状のことを指している。

代替として、上記反射体は半鏡面反射体の形態で与えられ得る。半鏡面材料の一例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ６である。半鏡面材料の他の例は、アラノッド社からのＭＩＲＯ２０である。半鏡面反射体を用いることにより、光学構造体のピーク輝度及び強度プロファイルを調整及び／又は最適化することが可能になる。

図５は、発光モジュールが外側湾曲プリズムシートの外側凸面を越えて延在する外側反射部を備えた本発明に係る発光モジュールの他の例を模式的に示している。すなわち、側面反射体壁部５、５′が、ここでは外側凸面２６を越えて延在する外側反射部２０を備えている。前の実施形態に関連して説明されたような任意の特徴又は機能が本発明の範囲から逸脱することなく図５に示されているような発光モジュールにおいて実現され得ることは言うまでもない。従って、図５に示されているような例は、図１に関して前述された特徴の幾つか又は全て、例えば、基部構造体６、外側湾曲プリズムシート８、光ユニット１０及び側面反射体領域４、４′を含んでいる。図５に示されているような上記例の実施形態に係る構成により、追加の光制御がｙ−ｚ面において与えられる。従って、この例の実施形態はオフィス照明に非常に役立つ。

本発明の実施形態の全てにおいて、ビーム形状、すなわち、強度プロファイルを制御する追加の可能性を有する効率的で均質な発光モジュールが提供される。これは、上述したような発光モジュールの再帰反射の特徴により実現され、小型で均一（色／輝度）な光学系（発光モジュール）を設計する産業を可能にする。より具体的には、これは、外側凸面が、直角の頂角を持ち、入射光Ａが幾何学的ラインＯに向けて再帰反射されるように光ユニットから発せられる入射光Ａを再帰反射する複数のプリズム構造部を備えることを与えること及び基部構造体の拡散反射部が複数のプリズム構造部に向けて入射光Ａを拡散反射できることを与えることの結果得られる。更に、側面反射体領域が光ユニットから発せられる入射光Ｂを拡散反射することを与えることにより、入射光Ｂは、（外側湾曲プリズムシートの伸びを規定する）角αの伸びから外れるようなやり方で光ユニットから発せられる。従って、入射光Ｂは専ら側面反射体領域において拡散反射される。すなわち、入射光Ｂは外側湾曲プリズムシートの方に発せられない。入射光Ｂの反射は、側面反射体領域により全ての方向に実行され、最終的には外側湾曲プリズムシートの光出口窓を通って伝送される。

更に、開示された実施形態に対する変形形態が、図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の研究から請求項に係る発明を実行する際に当業者により理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲において、「有する」という用語は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。或る方策が互い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、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。

Claims (14)

1. 幾何学的ラインに沿って配された固体光源の光源アレイと、
   光ユニットを取り囲む外囲体であって、前記光源アレイに沿って延在し、拡散反射部を含む基部構造体と、前記基部構造体の両側に配された２つの側面反射体領域と、前記幾何学的ラインから一定の距離で前記２つの側面反射体領域間に延在する湾曲プリズムシートであって、前記光源アレイと対向する内側凹面及び前記光源アレイから離れて対向する外側凸面を有する当該湾曲プリズムシートとを有する当該外囲体と
   を有し
   前記外側凸面が、直角の頂角を持つ複数のプリズム構造部を含み、前記光源から発せられ、前記プリズム構造部に直接入射する光は前記幾何学的ラインに向けて再帰反射されて戻り、前記拡散反射部により拡散された後及び／又は前記側面反射体領域により反射された後前記プリズム構造部に入射する光は前記湾曲プリズムシートを通って伝送される、発光モジュール。
2. 各側面反射体領域が鏡面反射体である、請求項１記載の発光モジュール。
3. 各側面反射体領域が半鏡面反射体である、請求項１記載の発光モジュール。
4. 前記湾曲プリズムシートと前記光源アレイとの間に配された拡散体を更に有し、前記拡散体は当該発光モジュールの長手方向に光を散乱する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
5. 前記拡散体が一方向に沿った光の散乱のための非対称拡散体である、請求項４記載の発光モジュール。
6. 前記外囲体が管状部材の形態で与えられた、請求項１記載の発光モジュール。
7. 前記外囲体が、少なくとも前記湾曲プリズムシートと前記基部構造体との間に延在する側壁部を更に有し、前記側面反射体領域が前記側壁部の一体化部分である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
8. 前記側壁部が前記外側凸面を越えて延在する外側反射部を更に有する、請求項７記載の発光モジュール。
9. 前記側壁部が前記基部構造体に対して外側に傾斜された、請求項７又は８記載の発光モジュール。
10. 前記内側凹面が複数の散乱領域を備えた、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
11. 前記散乱領域が前記内側凹面の１０ないし５０％に及ぶ、請求項１０記載の発光モジュール。
12. 前記外囲体が当該発光モジュールの長手方向を横切って得られる一定の断面を有する、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の発光モジュール。
13. 前記光源が前記基部構造体上に配された、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の発光モジュール。
14. 通常の蛍光灯に代えて組み込むようにされた請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の発光モジュールを有する、照明デバイス。