JP6118342B2 - 発光構造要素 - Google Patents

Description

本発明は、発光構造要素及びそのような発光構造要素の製造方法に関する。

多くの照明用途においては、光源を隠すか、そうでなければそれが観察者に見えないように配置することが望ましい。特に、内部又は外部デザイン面が重要な場合には、光源がオフ状態にある際に照明装置が低い可視プロフィール（low visible profile）を有することが望ましい場合がある。これを実現するための１つの手法は、光源を、例えば、天井タイル、床板、壁又はセラミックタイルに組み込むことであっても良い。光源が組み込まれる用途においては、光源から放出される光は、通常、光源から直接、又は拡散器若しくはレンズなどの光学素子を介しての何れかによって放出される。

別法として、光源は、光源からの光をそれが放出される構造要素の表面に結合する、シリコーン又はエポキシなどの透明材料から作製された光ガイドに光学的に接続される。

しかしながら、上述の全ての用途では、光源又は光源に接続された光ガイドの何れかは光源がオフにされている際にも観察者に見える。従って、光源がオフ状態にある際に構造要素の照光領域と非照光領域との間に視覚的相違がある。従って、オフ状態において不可視の組み込み型発光素子を有する照明装置に対する需要がある。

本発明の第１の態様によれば、取付側と、発光構造要素が構造内において使用される際に使用者に面する、使用者対向側とを有する構造要素と、構造要素に埋め込まれた発光素子と、を含む、不透明発光構造要素が提供される。発光素子は、発光素子がそのオフ状態において不可視であり、且つ発光素子がそのオン状態にある際に発光素子からの光が構造要素から出るような手法で構造要素に埋め込まれている。

本発明は、発光素子を構造要素に埋め込むことによって、オフ状態において不可視の発光素子を含む不透明発光構造要素が実現されても良いという認識に基づく。

本文脈における発光素子は光を発する素子と理解されるべきである。発光素子は発光ダイオード、固体レーザー又は白熱光源などの能動素子であっても良く、光ガイドの光出力領域などの受動素子であっても良い。

本発明の一実施形態によれば、発光構造要素の、その使用者対向側の実質的に全表面領域に及ぶ発光構造要素の上部部分は実質的に均一な構造要素材料によって形成されても良い。例えば発光ダイオードなどの発光素子を、実質的に均一な表面領域を有する構造要素に埋め込むことによって、使用者に面する表面領域の外観はオフ状態にある際に発光素子が不可視となるようなものとなる。実質的に均一な構造要素材料は、例えば、セラミックタイル又はコンクリートスラブの表面などの実質的に均質な表面を有する材料と解釈されるべきである。

本発明の一実施形態においては、上部部分では、オフ状態にある発光素子を不可視にするように、且つオン状態にある発光素子により放出された光の少なくとも一部の通過を可能にするように構成されている一部の構造要素材料によって発光素子を被覆しても良い。発光素子を被覆する層が十分に薄いことを条件として、発光素子が表面の十分に近傍にある間に発光素子を上部部分によって被覆することにより、バルク形態において不透明な材料が、材料に光を透過させることを可能にしても良い。バルク形態における材料の光学特性は本質的に無関係であるため、発光構造要素の形成において従前は考慮されていなかった広範囲の材料を使用することが可能になる。

更に、構造要素材料は、石、セラミックス、コンクリート、斑岩及び大理石から成る群から選択されても良い。

本発明の一実施形態においては、構造要素は使用者対向側と取付側とを有する上部層を含んでも良く、取付側は、複数の空洞と、それぞれが上部層の空洞の各１つに配置された複数の発光素子を含むキャリアと、を含む。上部層の取付側は、使用者対向側とは逆の側である。発光素子を構造要素材料に埋め込むための１つの手法は、使用者対向側が均一且つ均質な表面のままであるように空洞を構造要素の取付側に形成することである。

更に、空洞の位置における上部層は、空洞内に配置された発光素子により放出された光が上部層を通じて送られ、且つ上部層の使用者対向側から放出されるような厚さを有しても良い。従って、空洞と使用者に面する表面との間における残りの厚さが、発光素子がオン状態である際に発光素子からの光が空洞の位置における上部層を通じて送られても良いようなものとなるように、取付側の空洞は構造要素内の十分に遠くに達するべきである。

本発明の一実施形態においては、空洞の位置における上部層は少なくとも２０％の光透過率を有しても良い。発光素子により放出された光は空洞が配置された上部層を通じて送られることが出来るべきであるため、透過率は低過ぎてはならない。従って、少なくとも２０％の光透過率が好ましいことが判明している。

更に、空洞の位置における上部層の厚さは、好ましくは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であっても良い。上述の材料においては、空洞の位置における上部層の部分の、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さは、発光素子のオン状態において十分な光の透過を提供する一方で、同時に発光素子がオフ状態において不可視である程十分に厚い。

本発明の一実施形態によれば、前記空洞内に配置された発光素子により放出された光が開口部を通じて送られ、且つ上部層の使用者対向側から放出されるように、前記空洞の位置における上部層は、空洞のサイズよりも小さな開口部を有しても良い。上部層の開口部のサイズが十分に小さければ、上部層の使用者に面する表面の外観は開口部が存在しないかのように同じままである。しかしながら、発光素子により放出された光は開口部を通じて送られても良いため、発光素子がオフ状態において不可視のままである一方、発光素子のオン状態における向上した照明効果が実現され得る。

本発明の一実施形態においては、開口部のサイズは０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であっても良い。円形開口部の場合、サイズは開口部の直径を意味しても良く、非円形断面を有する開口部の場合、サイズはそのような断面の最大寸法を意味しても良い。上記範囲内の幅を有するスリットの形態の細長開口部もまた使用されても良い。

本発明の一実施形態においては、上部層は山及び谷を有する粗面を有しても良く、上部層の空洞は上部層を貫通しても良い。

更に、前記上部層の空洞内に配置された発光素子は上部層の、使用者対向側の表面から突出していても良い。粗面から僅かに突出する発光素子を有することによって、表面から突出している発光素子の比較的小さな部分は発光素子として認識されず、その代わりに、それは表面の一部として解釈される。粗面の山の外観は、更に、表面から突出している発光素子の色が表面自体と同じ色を有することを確実とすることにより表面と融合するように作製されても良い。好ましくは、粗面の山は、発光素子が実質的に表面の谷にあるとみなされ得るように突出している発光素子の上方に延びる。

本発明の一実施形態においては、発光素子は、有利には、光ガイドの光出力領域であっても良い。光ガイドを構造要素に埋め込むことにより特定の発光素子キャリア層の使用が回避されても良い。この実施形態に関連する利点は、光ガイドに光学的に接続された固体光源などの光源が構造要素の外側に配置されても良いことである。そのため、単一光源の使用により、光が構造要素から放出される複数の領域を実現することが可能である。更なる利点は、構造要素の外側に配置されたそのような光源はより容易に交換され得ることである。更に、光源の冷却装置が構造要素の外側に配置されても良いため、そのような光源が埋め込まれる場合と比較するとより高い強度の固体光源が使用されても良い。更に、光ガイドは、有利には、構造要素における光の損失を低減するために反射器によって囲まれても良い。これは、例えば、光ガイドを反射性コーティングで被覆することによって、又は必要とされる反射器を形成し、それを上部層に挿入し、それに、例えば、鋳造により、光ガイドとして機能する透明樹脂を充填することによって実現されても良い。

本発明の第２の態様によれば、その上に配置された少なくとも１つの発光素子を有するキャリアを設けるステップと、前記発光素子がそのオフ状態において不可視であり、且つ発光素子がそのオン状態にある際に発光素子からの光が構造要素から出るような手法で前記少なくとも１つの発光素子が前記構造要素材料に埋め込まれるように前記キャリア上に配置された構造要素材料の層を設けるステップと、を含む、不透明発光構造要素を製造するための方法が提供される。

本発明の一実施形態によれば、不透明発光構造要素を製造するための方法は、キャリア及び上部層を支持層上に配置するステップを更に含んでも良い。支持層は、有利には、上部層及び光源キャリアの機械的な支持として機能しても良い。

この本発明の第２の態様の効果及び特徴は主として本発明の第１の態様に関連して上方に記載されたものと類似している。

ここで、本発明の、この及び他の態様が本発明の実施形態を示す添付の図面を参照してより詳細に記載される。

本発明の第１の実施形態による構造要素を概略的に示す。 本発明の第２の代替的実施形態による構造要素を概略的に示す。 本発明の第３の実施形態による構造要素を概略的に示す。 本発明の第４の実施形態による構造要素を概略的に示す。 本発明の種々の実施形態による構造要素を製造するための方法を概略的に示す。

本詳細な説明においては、本発明による不透明発光構造要素の種々の実施形態が、主に、発光素子をその中に埋め込んだ石材から作製された構造要素を参照して記載される。

これは、例えばコンクリート又はセラミック材料を基にした構造要素に等しく適用可能な本発明の範囲を如何様にも限定しないことに留意されるべきである。

図１は、構造要素の、使用者対向側である頂面１０４を有するシートの形態の上部層部分１０２と、少なくとも１つの発光素子１０８を含むキャリア１０６と、支持層１１０と、を含む、本発明の一実施形態による発光構造要素１００を概略的に示す。支持層の後部表面１１２は、構造要素の取付側、即ち、壁、床、天井、又は構造要素１００が取り付けられる物体に面する構造要素１００の側である。本実施形態においては、上部層１０２の材料は斑岩であり、上部層部分は、上部層の、支持層１１０に面する側に空洞を含む。空洞の位置及び幾何学的形状寸法は、ここでは、キャリア１０６上に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態の光源である発光素子１０８の位置及び幾何学的形状寸法に一致する。しかしながら、例えばレーザダイオード及び白熱光源などの他の光源が等しく使用されても良い。好ましくは、簡単な組立を容易にするため、及びまた、熱膨張の相違に起因する応力を低減するために幾らかの余分なスペースを提供するため、空洞はＬＥＤ１０８よりも幾分大きく作製されている。支持層１１０は、ＬＥＤへの電気接続を可能にするために、有利には、上部層と同じ材料から作製され、また、ＬＥＤ１０８の位置並びにキャリア１０６及びＬＥＤ１０８の幾何学的形状寸法に一致する空洞を有しても良い。しかしながら、光源、電気接続部及びキャリアが上部層１０２内に配置され得るように上部層１０２が構成されるのであれば、支持層１１０が空洞を含むことは必要とされない。更に、上部層１０２の空洞の寸法を大きくし過ぎることに起因するＬＥＤ周囲及びキャリアと上部層との間の任意のスペースは、ＬＥＤ１０８及びキャリア１０６を水から保護するために、例えば、シリコーン又はエポキシで充填されても良い。

更に、構造要素１００の十分な機械的安定性を提供するために、上部層１０２と支持層１１０との間の接触面は、好ましくは、全面積の約４０％であるかそれを超えても良い。上部層１０２と支持層１１０とがネットの開口部を通じて接触し得るように、キャリア１０６を、例えば、ネットの形態で提供することによって所望の接触面積が達成されても良い。しかしながら、接触面が約２０％であるかそれを超える場合においては、機械的安定性は、上部層１０２と支持層１１０との間の容積を、例えば、注型用樹脂で充填することによって提供されても良い。

上部層の透過率が少なくとも２０％であるようにＬＥＤの位置における上部層１０２の部分の厚さは十分に薄い。故に、オン状態のＬＥＤによって放出された光の少なくとも一部が、頂面１０４から放射状に広がるために、上部層１０２を通じて送られることを可能にする。斑岩、コンクリート及び石などの材料については、厚さは０．５〜２ｍｍの範囲内であっても良い。

更に、構造要素１００の合計厚さは、上部層１０２及び支持層１１０の材料と、構造要素のサイズとの両方によって決定される。一例として、コンクリート製の構造要素１００については、厚さは３０×３０ｃｍ以下のサイズで約５ｃｍ、６０×６０ｃｍ以下のサイズで６ｃｍである。

キャリア１０６は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの好ましくは透明なポリマーフィルムの２つの層の間にＬＥＤを含むネットワークが配置され、それによってサンドイッチ構造を形成する熱ラミネーション（thermal lamination）プロセスにより形成されても良い。このプロセスのために使用されるＬＥＤは、好ましくは、低い高さ（例えば、１ｍｍ未満）のものであり、且つ余り破損し易くない。ＰＥＴフィルムは、好ましくは、１００〜２００μｍの範囲内の厚さを有しても良い。サンドイッチ構造は、その後、ラミネート機械内に導入される。そこでは、ＰＥＴフィルムがそのガラス転移温度に達するまで加熱されると共に、低圧が加えられてフィルムの２つの層を共に融解させる。圧力は、シリコーン等のＰＥＴに貼り付かない軟質材料で被覆されたプレスによって、又は同様にＰＥＴに貼り付かない軟質材料で被覆された２つのロール間にサンドイッチ構造を通過させることによって加えられても良い。当業者であれば、上述のラミネーションプロセスにおいて使用されても良い広範な透明材料があることを即座に認識する。更に、上部層１０２は粗面を有している必要はなく、セラミックタイルのものなどの平滑面が、例えば、浴室及び台所などの用途において好適であっても良い。

図２は、山及び谷を有する粗面２０４を有する上部層２０２と、少なくとも１つの光源１０８を含むキャリア１０６と、支持層１１０と、を含む、本発明による第２の実施形態の構造要素２００の概略図である。ここでは、光源１０８の一部が上部層２０２の表面２０４から突出するように上部層２０２を貫通する穴が作製される。光源がオフ状態にある際に認識不能であるような表面２０４の外観を実現するために、ＬＥＤ１０８は、好ましくは、粗面２０４の山を超えて突出しなくても良い。更に、ＬＥＤ１０８の、表面２０４から突出した部分の色及び質感は表面２０４の見た目に一致するように適合されても良い。

図３では、図１によって示される実施形態に類似する構造要素の第３の実施形態が示される。しかしながら、構造要素３００では、上部層３０２は光源１０８を被覆する部分において均質ではなく、その代わりに、上部層の、光源を被覆する部分に穴３１０の形態の小さな開口部が形成される。従って、穴３１０のサイズはそれらが表面３０４の外観を大幅に変えない程十分に小さいにも関わらず、光源１０８により放出された光は上部層３０２の表面３０４から***３１０を通じて出ることが可能である。通常、穴のサイズは０．５〜２ｍｍの範囲内であっても良い。更なる点においては、図３の構造要素３００は上述の実施形態に関連して記載された構造要素に類似する。

図４は、上部層４０２と支持層４１０との間に光ガイド４０４が配置されており、且つ実際の光の源４０８が、示されるように構造要素の側部、又は構造要素の取付側などの、構造要素４００の外側に配置されても良い構造要素４００を示す。更に、光ガイド４０４は、光が、上部層４０２が光を透過させることを可能にする程十分に薄い位置においてのみ光ガイド４０４から出るように、好ましくは、反射性材料で部分的にコーティング４０６されても良い。

図５は、構造要素１００を作製するための全般的な方法を概略的に示す。先ず、光源５０８を含むネットの形態のキャリア５０６が設けられ、続いて、光源５０８が上部層５０２及びキャリア５０６によって囲まれるようにキャリア５０６上に配置された光源５０８に従い配置及び構成された空洞を含む上部層５０２が設けられる。次に、機械的な支持のために上部層５０２及びキャリア５０６が支持層５１０上に配置され、それによって、構造要素１００を形成する。更に、上部層５０２と支持層５１０との間の任意の残りのスペースはエポキシ樹脂又はシリコーンなどの材料で、好ましくは、真空鋳造により充填されても良い。付加的に、光源５０８を含むキャリア５０６は個々のストリップの形態で又は任意の構成を有するグリッドとして提供されても良い。

コンクリートから作製された上部層５０２の場合、上部層５０２は、コンクリートタイルを作製する場合と類似のプロセスを使用し、空洞の所望の構成を有する所望の形状に鋳造され得る。同様に、コンクリートから作製された支持層５１０は類似の手法で作製されても良い。

更に、斑岩などの石材から作製された上部層５０２の場合、選択した材料のタイルが開始点（starting point）として使用される。次に、上部層５０２の取付側の空洞及び／又は上部層５０２を貫通する穴は、例えば、フライス削り又は研削によって作製され得る。図３に示されるような上部層５０２の***は、有利には、水ジェット切断により形成されても良い。

本発明はその特定の例証的実施形態を参照して記載されたが、当業者には多くの様々な変更、修正等が明らかになるであろう。例えば、種々の形状の様々な異なる構造要素材料が使用されても良い。更に、使用者に面する表面は、所望の用途に従い、平滑であっても、粗くても、構造化されていても、又はパターン化されていても、他の手法で修正されても良い。

Claims (10)

1. 取付側と、不透明発光構造要素が構造において使用される際に使用者に面する、使用者対向側とを有する構造要素と、
   前記構造要素に埋め込まれた発光素子と
   を含む不透明発光構造要素であって、
   前記発光素子がオフ状態において認識不能であり、前記発光素子がオン状態にある際に前記発光素子からの光が前記構造要素から出るように、前記発光素子は前記構造要素に埋め込まれており、
   前記構造要素は、
   使用者対向側と複数の空洞を有する取付側とを持つ上部層と、
   発光素子それぞれが前記上部層の前記空洞の各１つに配置された複数の発光素子を含むキャリアと
   を有し、
   前記上部層は山及び谷を有する粗面を持ち、前記上部層内の前記空洞は前記上部層を貫通しており、前記発光素子は、前記上部層の表面から突出している、不透明発光構造要素。
2. 前記発光素子の、前記表面から突出した部分の色及び質感は、前記表面の見た目に一致する、請求項１に記載の不透明発光構造要素。
3. 前記粗面の前記山は、前記突出している発光素子の上方に延びる、請求項１又は２に記載の不透明発光構造要素。
4. 前記空洞は、前記発光素子より大きい、請求項１に記載の不透明発光構造要素。
5. 前記発光素子周囲及び前記キャリアと前記上部層との間のスペースは、シリコーン又はエポキシによって充填される、請求項４に記載の不透明発光構造要素。
6. 前記キャリアは、ネットの形態で提供される、請求項１に記載の不透明発光構造要素。
7. 構造要素材料は、石、セラミックス、コンクリート、斑岩及び大理石から成る群から選択される、請求項１に記載の不透明発光構造要素。
8. 前記発光素子は、光ガイドの光出力領域である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の不透明発光構造要素。
9. キャリア上に配置された複数の発光素子を有する当該キャリアを設けるステップと、
   前記少なくとも１つの発光素子がオフ状態において認識不能であり、前記少なくとも１つの発光素子がオン状態にある際に前記少なくとも１つの発光素子からの光が構造要素から出るように、前記少なくとも１つの発光素子が構造要素材料に埋め込まれるように、前記キャリア上に配置される前記構造要素材料の層を設けるステップと
   を含み、
   構造要素材料の層は、使用者対向側と複数の空洞を有する取付側とを有し、前記複数の発光素子それぞれが前記構造要素材料の層の前記空洞の各１つに配置され、前記構造要素材料の層は山及び谷を有する粗面を持ち、前記構造要素材料の層内の前記空洞は前記構造要素材料の層を貫通しており、前記発光素子は、前記構造要素材料の層の表面から突出している、不透明発光構造要素を製造するための方法。
10. 前記キャリア及び構造要素材料の層を支持層上に配置するステップを更に含む、請求項９に記載の不透明発光構造要素を製造するための方法。
    

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