JP6204194B2 - トロファ型光学アセンブリ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明はトロファ型照明器具と、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体照明光源と併せて用いるのに適したトロファ型器具とに関する。
〔関連技術の説明〕
トロファ型（反射板型）の器具は、世界中の商業事務所および産業空間において遍在する。多くの例では、これらのトロファは、トロファの長さに及ぶ長尺状の蛍光電球を収容している。トロファは天井に取付けられていても、あるいは天井から懸架されていてもよい。通常、トロファは天井に埋め込まれていてもよく、トロファの裏側が天井の上方に位置するプレナム領域に突出していてもよい。一般的には、トロファの裏側の要素は、光源によって発生された熱をプレナムへと消散させ、プレナムでは、冷却機構を促進するよう空気が循環可能である。ベル（Ｂｅｌｌ）らに付与された米国特許第５，８２３，６６３号、およびシュミット（Ｓｃｈｍｉｄｔ）らに付与された米国特許第６，２１０，０２５号は、一般的なトロファ型器具の例である。

近年、効率的な半導体照明光源の出現によって、これらのトロファはＬＥＤなどと併せて用いられている。ＬＥＤは、電力を光に変換する半導体装置であり、概して互いに反対の極にドーピングされた半導体層の間に配置された、１つあるいは複数の半導体材料の活性領域を備える。バイアスがドーピングされた層にかけられると、孔および電子が活性領域に注入され、該活性領域において再結合されて光を発生させる。光は該活性領域で生成され、ＬＥＤの表面から放射される。

ＬＥＤは、ＬＥＤがこれまで白熱電球あるいは蛍光電球の分野であった多数の照明機器に望ましいものとなるような特性を有する。白熱灯は非常にエネルギー効率が悪い光源で、白熱が消費する電力の約９０パーセントが、光というよりはむしろ熱として放出される。蛍光灯は白熱電球と比較して約１０倍エネルギー効率は良いが、それでもまだ比較的効率が悪い。対照的にＬＥＤは、白熱灯および蛍光灯と同じ光束をわずかなエネルギーを用いて放射することが可能である。

また、ＬＥＤは非常に長い作動寿命を有することが可能である。白熱電球は比較的短い寿命を有し、一部は約７５０〜１０００時間の範囲の寿命を有する。また蛍光電球は、例えば約１０，０００〜２０，０００時間の範囲の、白熱電球よりも長い寿命を有することが可能であるが、あまり望ましい色再現を提供できない。比較すると、ＬＥＤは５０，０００〜７０，０００時間の寿命を有することが可能である。効率が向上し寿命が延びたＬＥＤは多数の照明サプライヤにとって魅力的であり、その結果としてＬＥＤ照明は、多数の異なる用途において従来の照明の代わりに使用されている。更に改良されれば、より多くの照明機器において一般的に受入れられるようになるであろうと予想される。白熱照明あるいは蛍光照明に代わってＬＥＤの採用が増加すれば、照明の効率が向上し、大幅なエネルギー節約になるであろう。

プリント基板（ＰＣＢ）、基板、あるいはサブマウントに取付けられた複数のＬＥＤパッケージの配列を備える、その他のＬＥＤコンポーネントあるいは電球が開発されている。該ＬＥＤパッケージの配列は、異なる色を放射するＬＥＤパッケージを有する複数のグループと、ＬＥＤチップによって放射される光を反射するために鏡面反射システムとを備えていてもよい。これらのＬＥＤの一部は、異なるＬＥＤチップによって放射される光の組合せが白色光を生成するように配設されている。

所望の出力色を発生させるためには、時として複数の色の光を混合する必要があり、該複数の色の光は、一般的な半導体システムを用いてより容易に生成される。特に関心が高いのは、日常の照明機器に用いるための白色光の生成である。従来のＬＥＤは活性層から白色光を発生させることができないため、白色光は他の色を組合せて発生させる必要がある。例えば、青色を放射するＬＥＤが白色光を発生させるために用いられてきたが、それは青色ＬＥＤを黄色の蛍光体、ポリマあるいは染料で囲むことによって行われ、一般的な蛍光体は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）である。取り囲んでいる蛍光体材料は青色光の一部を「ダウンコンバート」し、該青色光を黄色光に変換する。一部は変換されずに蛍光体を通過するが、青色光の実質的な部分は黄色光にダウンコンバート（下方変換）される。ＬＥＤは青色光と黄色光の両方を放射し、これらの光は組合されて白色光を作り出す。

別の周知の方法において、紫色あるいは紫外を放射するＬＥＤからの光は、該ＬＥＤを多色蛍光体あるいは染料で囲むことによって白色光に変換されている。実際のところ、白色光を発生させるために多数の他の色の組合せが用いられている。

様々な光源要素の物理的な配置によって、多くの場合多色光源は色分解を伴う影を投じ、また、均一性に乏しい色を出力してしまう。例えば、青色および黄色の光源を用いる光源は、正面から見た時には青色がかった色を、側方から見た時には黄色がかった色を有するように見えるかもしれない。従って、多色光源に関する１つの課題は、視野角の全範囲において空間的な色の混合が良好に行われることである。色の混合の問題に対する１つの周知の方法は、拡散器を用いて様々な光源からの光を散乱させることである。

色の混合を向上させるための別の周知の方法は、光が電球から放射される前に、光をいくつかの面に反射させるあるいは跳ね返すことである。この方法は、放射される光とその最初放射角度とを無関係にするという効果を有する。通常、均一性は跳ね返りの回数の増加に伴って向上するが、跳ね返る毎に光学的損失が伴う。いくつかの用途には中間拡散機構（例えば形成された拡散器および凹凸のあるレンズ）が用いられ様々な色の光が混合される。これらの装置の多くは損失が多く、従って色の均一性は装置の光学効率を犠牲にして向上される。

現在の照明構造の多くは、鏡面トロファが後方に配置された前向きのＬＥＤコンポーネントを用いている。複数の光源を有する照明に関する構造面での課題の１つは、ＬＥＤ光源からの光を照明内で混合して、各光源が観察者に見えないようにするということである。また、拡散性の高い要素が用いられ、様々な光源からの色のスペクトルを混合し、均一な出力光のカラープロファイルが獲得される。光源を混合し、混色を補助するため、拡散性の高い出力窓が使用されている。しかし、このような拡散性の高い材料を介した透過は、著しい光学的損失を引き起こす。

最近の構造のいくつかには、間接的な照明スキームが組込まれており、このようなスキームにおいて、ＬＥＤあるいはその他の光源は、意図する放射方向以外の、ある方向に向けられている。これは光が、例えば拡散器などの、内部要素と相互作用するよう促進することによって行われてもよい。間接照明器具の例の１つは、ヴァン・デ・ヴェン（Ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎ）に付与され本願の譲受人に譲渡された、米国特許第７，７２２，２２０号において見つけられる。

現代の照明機器は、多くの場合、更に高い照度を獲得するために、高出力ＬＥＤを必要とする。高出力ＬＥＤは大電流を引込むことが可能であり、処理が必要とされる相当な量の熱を発生する。多くのシステムにおいてはヒートシンクが用いられ、ヒートシンクは熱を発生する光源と良好な熱接触の状態になければならない。概してトロファ型の照明器具は、プレナムへと延出している器具の後側から熱を消散させる。現代の構造においてプレナムのスペースは減少しているため、この方法は課題を提示している。更に、プレナム領域における温度は大抵、天井の下の部屋環境よりも数度高く、このことから熱がプレナム周囲へと逃れるのはより困難になっている。
〔発明の概要〕
本発明の実施例によるライトエンジンユニットは、以下の要素を備える。長尺状のヒートシンクは、取付面を備える。長尺状のレンズは、ヒートシンクの上に、かつ取付面を覆って取付けられている。反射板は、該ヒートシンクの両側から、該長尺状のレンズから離れる方向に延出している。レンズ板は、該ヒートシンクに近接して取付けられている。該レンズ板は、該ヒートシンクから離れる方向に該反射板へと延出しており、該ヒートシンク、該反射板および該レンズ板が、少なくとも部分的に内部空洞を画定している。

本発明の実施例による照明トロファは、以下の要素を備える。長尺状のヒートシンクは、取付面を備える。長尺状のレンズは、ヒートシンクの上に、かつ該取付面を覆って取付けられている。該長尺状のレンズおよび該ヒートシンクは、内部空間を画定している。複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が該内部空間内の該取付面上に配置されている。反射板は、該ヒートシンクの両側から、該長尺状のレンズから離れる方向に延出している。レンズ板は、該ヒートシンクに近接して取付けられている。該レンズ板は、該ヒートシンクから離れる方向に延出し、該ヒートシンク、該反射板および該レンズ板が、少なくとも部分的に内部空洞を画定している。皿構造は内部反射面を備える。該内部反射面は、該レンズ板の周囲に配置され、該ヒートシンクから離れる方向に延出している。

本発明の実施例によるライトエンジンユニットは、以下の要素を備える。長尺状のヒートシンクは、取付面を備える。長尺状のレンズは、該ヒートシンクの上に、かつ該取付面を覆って取付けられている。少なくとも１つの反射板が該ヒートシンクの側方から、該長尺状のレンズから離れる方向に延出している。レンズ板は、該ヒートシンクに近接して取付けられている。該レンズ板は、該ヒートシンクから離れる方向に、少なくとも１つの反射板へと延出しており、該ヒートシンク、該少なくとも１つの反射板および該レンズ板が、少なくとも部分的に内部空洞を画定している。

本発明の実施例によるレンズは、以下の要素を備える。長尺状の本体は、長手方向に延出しており、少なくとも１つの入光面と、少なくとも１つの前方出光面と、少なくとも１つの側方出光面とを備える。該本体は、光を内部反射し、該少なくとも１つの側方出光面から出光させるよう成形されている。

本発明の実施例による長尺状の照明ユニットは、以下の要素を備える。取付体は、取付面を備える。複数の発光体は該取付面に配置される。該複数の発光体は、該取付体の長さに沿って配置された、少なくとも１つのクラスタに設けられる。

図１は、本発明の実施例によるトロファの底面からの斜視図である。 図２は、本発明の実施例によるライトエンジンユニットの斜視図である。 図３は、本発明の実施例によるライトエンジンユニットの断面図である。 図４は、本発明の実施例によるライトエンジンユニットの一部の拡大断面図である。 図５ａ〜図５ｃは、本発明の実施例によるライトエンジンユニットにおいて用いられ得るいくつかのライトストリップの一部の上面図を示す。 図６は、本発明の実施例によるトロファの断面図である。 図７は、本発明の実施例によるトロファの側面図である。 図８は、本発明の実施例によるトロファの底面斜視図である。 図９は、本発明の実施例による照明器具の底面斜視図である。 図１０は本発明の実施例による照明器具の底面斜視図である。

本発明の実施例は、ＬＥＤなどの半導体（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ）光源と併せて用いるのに特に適した、トロファ型器具を提供する。該トロファは、周辺を反射皿に囲まれたライトエンジンユニットを備える。長尺状のヒートシンクは、光源の取付面を備える。長尺状のレンズがヒートシンクの上にあるいはヒートシンクの上方に取付けられ、これらの２つの要素の間に内部空間を画定している。該空間は発光体を収容するように構成されており、該発光体は、例えばライトストリップのような既製のものであってもよい。１つあるいは複数の反射板が、取付面側をヒートシンクから離れる方向に延出している。レンズ板がヒートシンクに近接して取付けられ、反射板の端部まで延出している。内部空洞が、少なくとも部分的に反射板と、レンズ板と、ヒートシンクとによって画定されている。ヒートシンクの一部は、該空洞の外側の周辺環境に露出している。該空洞の中に位置するヒートシンクの一部は、光源の取付面として機能し、光源から周囲への効率的な熱経路を作り出している。ヒートシンク取付面に沿って配置された１つあるいは複数の光源は、該内部空洞へと光を放射する。該内部空洞において該光は、有効な光としてトロファから放射される前に、混合および／または成形される。

ＬＥＤ光源は他の光源と比べて比較的強いため、適切に拡散されないと不快な作業環境を作り出してしまう可能性がある。Ｔ８の電球を用いる蛍光ランプは、通常約２１ｌｍ／ｉｎ^２の面輝度を有する。高出力のＬＥＤ器具の多くは、現状で約３２ｌｍ／ｉｎ^２の面輝度を有する。本発明のいくつかの実施例は、約３２ｌｍ／ｉｎ^２以下の面輝度を提供するよう構成されている。その他の実施例は、約２１ｌｍ／ｉｎ^２以下の面輝度を提供するよう構成されている。更に他の実施例は、約１２ｌｍ／ｉｎ^２以下の面輝度を提供するよう構成されている。

多くの最新の用途においては奥行きが約５インチに縮小されているが、いくつかの蛍光灯器具は６インチの奥行きを有する。できるだけ多くの現存する天井の構成に適合させるため、本発明のいくつかの実施例は器具の奥行きが５インチ以下となるよう構成されている。

本発明の実施例は、視覚的に快適な出力光を効率的に生成するよう構成されている。いくつかの実施例は、約６５ｌｍ／Ｗ以上の効率で放射するよう構成されている。他の実施例は、約７６ｌｍ／Ｗ以上の発光効率を有するよう構成されている。更に他の実施例は、約９０ｌｍ／Ｗ以上の発光効率を有するよう構成されている。

約４平方フィート以上の天井スペースに設置する、埋め込み水平設置式の器具の実施例の１つは、少なくとも８８％の総合光学効率であって、最大面輝度３２ｌｍ／ｉｎ^２以下、最大輝度勾配５：１以下である光学効率を獲得するよう構成されている。総合光学効率とは、光源から放射される光、すなわち器具から実際に放射される光の割合として定義される。その他の類似した実施例は、最大面輝度２４ｌｍ／ｉｎ^２以下を獲得するよう構成されている。更にその他の類似した実施例は、３：１以下の最大輝度勾配を獲得するよう構成されている。これらの実施例において、実際の器具の部屋側への投影面積は、約４平方フィート以上になるであろう。これは、器具は少なくとも４平方フィートの面積を有する天井の開口部（例えば、２フィート×２フィートの開口部、１フィート×４フィートの開口部等）に適合する必要があるからである。

本発明の実施例は、変換材料、波長変換材料、蛍光体、蛍光体層および関連語を参照し、本願で説明されている。これらの語を使用するということは、限定的であると解釈されるべきではない。蛍光体あるいは蛍光体層という語を用いるということは、全ての波長変換材料を含み、かつ全ての波長変換材料に同様に適用可能であるということが意図されていると理解されるべきである。

ある要素が別の要素の「上に」配置されていると表現されている場合には、該要素は該別の要素に直接載置されていても、あるいは介在する要素が存在していてもよいと理解されるべきである。さらに、「内部の（ｉｎｎｅｒ）」「外部の（ｏｕｔｅｒ）」「上部の（ｕｐｐｅｒ）」「上方に（ａｂｏｖｅ）」「下部の（ｌｏｗｅｒ）」「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」および「下方に（ｂｅｌｏｗ）」のような相対語および類似した語は、本願では、ある要素の別の要素に対する空間的な関係を説明するために用いられ得る。これらの語は、装置の色々な方向を、図に示された方向に加えて包含することを目的としていると理解されるべきである。

第１、第２等の順序を示す語は、本願では様々な要素、コンポーネント、領域および／または部分を説明するために用いられ得るが、これらの要素、コンポーネント、領域および／または部分は、これらの語に制限されるべきではない。これらの語は単にある要素、コンポーネント、領域、あるいは部分を別のものと区別するために用いられている。従って、明示されていない限り、後述される第１の要素、コンポーネント、領域あるいは部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、あるいは部分と呼ばれる可能性がある。

本願で用いられるように、「光源（ｓｏｕｒｃｅ）」という語は、単一光源として機能する、１つの発光体、あるいは複数の発光体を示すのに用いられ得る。例えば、この語は１つの青色ＬＥＤを説明するのに用いられてもよく、あるいは近接して単一光源として発光する赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤを説明するのに用いられてもよい。従って、「光源」という語は、明示されていない限り、単一要素、あるいは複数の要素の形態のどちらか一方を示す制限として解釈されるべきではない。

本願で用いられる光に関して用いられる「色（ｃｏｌｏｒ）」という語は、特徴的な平均波長を有する光を説明するよう意図されており、光を１つの波長に限定するものではない。従って、特定の色（例えば緑、赤、青、黄色等）の光は、特定の平均波長前後で分類された様々な波長範囲を含む。

本発明の実施例は、概略的な断面図を参照にして、本願で説明されている。そのため、要素の実際の厚さは異なっている可能性があり、例えば製造技術および／あるいは許容誤差の結果、図の形状が変化することが予想される。従って図に示された要素は、実際は概略的であって、これらの形状は装置が配置される領域の正確な形状を示すものではなく、本発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例によるトロファ１００の底面からの斜視図である。トロファ１００は、ライトエンジンユニット１０２を備え、該ライトエンジンユニット１０２は、その周囲を囲む反射皿（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐａｎ）１０４の中に適合して収容されている。ライトエンジン１０２および皿１０４が、ここで詳細に説明される。トロファ１００は天井から懸架されていても、あるいは天井に嵌め込まれていてもよい。図１におけるトロファ１００の図は、トロファ１００の下部の領域、すなわちトロファ１００に収容された光源によって照射されるであろう領域、からの図である。

トロファ１００は、皿１０４の端部が天井面と同一平面となるように天井に取付けられてもよい。この構造において、トロファ１００の上部は、天井の上方に設けられたプレナムの中へと突出しているであろう。トロファ１００は高さが縮小された外形を有するよう構成されており、こうすることによって、後端がわずかな距離（例えば４．２５〜５インチ）だけプレナムへ延出するようになっている。他の実施例において、トロファはより大きな距離をプレナムの中へと延出させていてもよい。

図２は、本発明の実施例によるライトエンジンユニット２００の斜視図である。この図において、ライトエンジン２００は、図１に示された皿構造１０４なしで図示されている。実際には、ライトエンジン２００は多くの異なった皿の構成に適合し、様々な方法でその中に取付けられることが可能である。長尺状のヒートシンク２０２が、ライトエンジン２００の尾根に沿って延出している。ヒートシンク２０２は、フィンあるいはその他の散逸機構を、放射方向の反対側に備えていてもよい。また、ヒートシンク２０２は光源を取付けるための取付面２０４を、放射方向と対向する側に備えている。長尺状のレンズ２０６が、ヒートシンク２０２に沿って取付面２０４の上方に配置されている。１つあるいは複数の反射板２０８（本実施例では２つ）がヒートシンク２０２から離れる方向に延出しており、放射された光に反射面を提供している。反射板２０８は、図２に示されるように、ヒートシンク２０２の横方向に延出する部分に取付けられてもよく、あるいは他の実施例においては、反射板はヒートシンク構造と一体的になっていてもよい。どちらの場合においても、反射板２０８は更なる表面積と、光源から周囲への良好な熱経路とを提供することが可能である。レンズ板２１０が、ヒートシンク２０２に近接して取付けられ、反射板２０８の外端に接触するよう延出している。レンズ板２１０は、図示の通り反射板２０８に取付けられていてもよい。他の実施例において、これらはヒートシンク２０８に直接取付けられていても、あるいはヒートシンクと皿構造との間の所定の位置に挟持されていてもよい。ヒートシンク２０２、反射板２０８、およびレンズ板２１０は、放射された光が有効な光として放射される前に、混合、波長変換、さもなければ波長制御が行われ得る、内部空洞２１２を画定する。

図３は、ライトエンジンユニット２００の断面図である。ヒートシンク２０２は、反射板２０８に近接して取付けられている。取付面２０４は実質的に平坦な領域を提供しており、該平坦な領域では、光源（以下でより詳細に示される）を、他の軸外方向に曲げることも可能ではあるが、天井面に垂直な方向に対向するように取付けることが可能である。本実施例において、反射板２０８はヒートシンク２０２の両側から、レンズ板の上端まで延出している。いくつかの実施例において、光源は、金属コア基板、ＦＲ４板、プリント基板、あるいはアルミニウムなどの金属片等の別の分離した帯状部材に取付けられていてもよく、該帯状部材はその後、ヒートシンク２０２と長尺状のレンズ２０６との間の空間に挿入可能である。該帯状部材はその後、伝熱性ペースト、接着剤および／またはネジなどを用いて、取付面２０４に取付けられてもよい。

引続き図２，３を参照すると、反射板２０８は、いくつかの異なる形状を有し、色の混合や光線（ビーム）の成形などの特定の光学機能を実行するよう構成されていてもよい。反射板２０８は、光源の波長範囲において高い反射率を有するべきである。いくつかの実施例において、後部の反射板２０８は９３％以上の反射率を有していてもよい。他の実施例において、反射板２０８は少なくとも９５％の反射率、あるいは少なくとも９７％の反射率を有していてもよい。

反射板２０８は多数の異なる材料を備えていてもよい。多くの室内用の照明機器には、不快なまぶしさ、色縞、あるいは熱くなる部分がない、均一で柔らかな光源を提供することが望ましい。従って反射板２０８は、超微細発泡ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）材料、あるいはデュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）のホワイトオプティクス（ＷｈｉｔｅＯｐｔｉｃｓ）材料などの、白色拡散反射体を備えていてもよい。また、その他の白色拡散反射材料を用いることも可能である。

拡散反射コーティングは、異なるスペクトル（すなわち異なる色）を有する半導体の光源からの光を混合するという、固有な機能を有する。これらのコーティングは、所望の出力光のカラーポイントを生成するために２つの異なるスペクトルが混合される、複数の光源を有する構成に特に適している。例えば、青色光を放射するＬＥＤは、白色光の出力を生じさせるために、黄色（あるいは青色にシフトされた黄色）を放射するＬＥＤと組合せて用いられてもよい。いくつかの実施例において、拡散反射体を他の拡散要素と組合せて用いることが望ましいが、拡散反射コーティングによって、損失要素をシステムに取込んでしまう可能性がある、空間的な混色スキームを追加する必要性を取除くことができる。いくつかの実施例において、反射板は蛍光体材料でコーティングされており、該蛍光体材料は発光ダイオードからの光の少なくとも一部の波長を変換し、所望のカラーポイントの出力光を獲得する。

反射板２０８に白色拡散反射材料を用いることによって、いくつかの設計目標が達成される。例えば、反射板２０８は混色機能を実行し、効果的に混合距離を倍増させ、光源の表面積を大幅に増加させる。加えて、面輝度が明るく不快な点の光源から、より大きく柔らかな拡散反射へと変更される。また白色拡散材料は、出力光に均一な発光外観を提供する。通常、従来の直視型の光学機械において改善を行うには相当の努力と大型の拡散器を必要とする、急激過ぎる面輝度勾配（最大／最小比１０：１以上）を、かなり微力な（ｍｕｃｈ ｌｅｓｓ ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）（また光の損失が低い）拡散器を用いて、最大／最小比５：１，３：１，あるいは２：１にすることが可能である。

反射板２０８は、拡散反射板以外の材料を備えていてもよい。いくつかの実施例において、反射板２０８は鏡面反射性の反射材料、あるいは部分的に拡散反射性で部分的に鏡面反射性の材料を備えていてもよい。他の実施例においては、ある領域において鏡面反射性の材料を用い、別の領域において拡散材料を用いることが望ましいかもしれない。例えば、半鏡面反射性材料をヒートシンクに近接する領域において用い、拡散材料を遠位の領域において用いて、より指向性のある反射を両方に提供してもよい。多数の組合せが可能である。

反射板２０８は、直線的な内部反射面を提供している。これらの内部表面は、特定の出力光の輪郭を獲得するために、湾曲されていても、あるいは曲線を成していてもよいということが理解される。

この特定の実施例において、レンズ板２１０は、凸型の中央領域と両側に設けられた２つの凹型領域との、３つの明確な領域を備えている。図３に３本の例示的な光線が示されている。光線ｌ_１は光源から放射され、長尺状のレンズ２０６（図４に最適に図示されている）によって、本来の経路から離れて、ただし反射板２０８に直接衝突するのには十分ではない程度に、内部で方向転換される。反射板２０８の側方領域の凹面は、光をレンズ板２１０の最遠端に届かせるグレージング反射（ｇｒａｚｉｎｇ ｂｏｕｎｃｅ）を提供する。また光線ｌ_２も長尺状のレンズ２０６によって方向転換されるが、出口角はより鋭く、光が直接反射板２０８に衝突する。中央において、光線ｌ_３は長尺状のレンズの側部で方向転換されてはいないが、その代わりに、該光線はレンズ板２１０の中央領域に向かって放射される。レンズ板の中央領域の凸型形状は、より大きな混合距離をもたらし、色の均一性を向上させ、出力光の輪郭の対比を最小限にする。他の実施例において、レンズ板の形状は所望の出力光の輪郭を獲得するために、変えられてもよい。その他の多数の形状が可能である。

レンズ板２１０は、多数の異なる要素および材料を備えることが可能である。１つの実施例において、レンズ板２１０は拡散性要素を備えている。拡散レンズ板は様々な方法で機能する。例えば、光源が直接見えてしまうことを防止したり、出力光を更に混合することを可能にしたりして、視覚的に快適で均一な光源を獲得する。しかし、拡散レンズ板はシステムの中に付加的な光学的損失を取込んでしまう可能性がある。従って、反射板あるいは他の要素によって光が十分に混合される実施例においては、拡散レンズ板は必要でないかもしれない。このような実施例においては、透明ガラスあるいは熱可塑性のレンズ板が用いられてもよい。更に他の実施例において、レンズ板２１０には散乱粒子が含まれていてもよい。

レンズ板２１０の中の拡散要素は、いくつかの異なる構造を用いて獲得可能である。拡散フィルムインレー（ｉｎｌａｙ）を、レンズ板２１０の上面あるいは底面に貼付けることが可能である。また、レンズ板２１０が一体的な拡散層を含むように製造することも可能である。これは例えば、２つの材料を同時押出することによって、あるいは該拡散層をレンズ板の外面あるいは内面にインサート成形することによって、製造することも可能である。無色レンズは、回折模様あるいは反復的な幾何学模様を含んでいてもよく、これらの模様は製造の際に押出成形で形成されたり、あるいは表面に鋳造されたりしてもよい。別の実施例においては、レンズ板材料自体が、添加着色料あるいは異なる屈曲率を有する粒子などの、体積拡散体を備えていてもよい。

他の実施例において、レンズ板は、例えばマイクロレンズ構造を用いて、出力する光線を光学的に成形するために用いられてもよい。多数の異なる種類の光線成形に関する光学的特徴が、様々なレンズ板に一体的に備えられていてもよい。

図４は、ライトエンジンユニット２００の一部の拡大断面図である。１つあるいは複数の光源４０２が、取付面２０４に配置されている。本実施例において、光源４０２はプリント基板（ＰＣＢ）４０４に載置されており、該プリント基板４０４は、ヒートシンク２０２と長尺状のレンズ２０６との間の内部空間４０６へと摺動されることが可能である。ヒートシンク２０２は、長尺状のレンズ２０６に設けられたフランジ４１０と適合する（ｍａｔｅ）よう構成された、切欠き４０８を備えている。ヒートシンク２０２と適合された際に、長尺状のレンズ２０６は、プリント基板４０４に対する圧縮力を提供し、光源４０２からヒートシンク２０２への熱伝達を良好にする。プリント基板４０４を単に内部空間４０６へと（おそらく熱グリースによって促されて）摺動させる機能によって、プリント基板４０４と長尺状のレンズ２０６とをヒートシンク２０２に取付けるための、低い労働力で費用効率のよい方法が提供される。長尺状のレンズ２０６は、スナップ式構造などの他の手段によって、ヒートシンクに取付けられていてもよい。

本実施例において、長尺状のレンズ２０６は取付面２０４に垂直な二等分面に関して対称である。レンズ２０６は、全内部反射（ＴＩＲ）光学素子として機能するように構成されており、入射光は入光面４１２に入射し、該光の一部が側面４１４から出光するように内部で方向転換される。該光の別の部分はレンズ２０６の前面から出光する。該レンズのいくつかの実施例において、該レンズに入光する光の少なくとも７０％は、側面を介して出光する。他の実施例においては、少なくとも８０％が該レンズの側面から出光する。更に別の実施例においては、少なくとも９０％が該レンズの側面から出光する。レンズ２０６は、光源４０２からの光をレンズ板２１０全面に拡散させるのに役立っている。特定の出力光の輪郭を獲得するために、多数の異なる形状が長尺状のレンズに用いられてもよい。長尺状のレンズ２０６は、例えば押出し成形などで製造されてもよい。いくつかの実施例において、レンズ２０６の長手方向に沿って形態的な特徴を加えることが望ましいであろう。この場合、レンズ２０６は、反復する模様を押出し成形で形成したり、あるいは射出成型法を用いたりすることによって製造されてもよい。

長尺状のレンズ２０６はいくつかの方法で形成されてもよく、また特定の用途に適合するよう多数の異なるサイズに製造されてもよい。１つの実施例において、レンズは約１０：１、例えば長さ１０インチ×幅１インチ、の小さいアスペクト比（長さ：幅）を有していてもよい。他の実施例において、レンズは、約８０：１、例えば長さ４０インチ×幅０．５インチ、の大きなアスペクト比を有していてもよい。その他のアスペクト比および寸法も可能であるということが、理解される。

取付面２０４は、１つあるいは複数の光源が取付け可能な、実質的に平坦な領域を提供している。いくつかの実施例において、１つあるいは複数の光源は、プリント基板４０４などのライトストリップに予め取付けられているであろう。図５ａ〜ｃは、複数のＬＥＤを取付面２０４に取付けるために用いられ得る、いくつかのライトストリップ５００，５２０，５４０の一部の上面図を示している。本願に記載される様々な実施例において、ＬＥＤは光源として用いられているが、その他の光源、例えばレーザダイオード等が、本発明の他の実施例において光源として代替的に用いられてもよいということが理解される。

多数の工業、商業および住宅用の機器には、白色光源が求められている。ライトエンジン２００は、同一色の光あるいは異なる色の光を生成する、１つあるいは複数の発光体を備えていてもよい。１つの実施例において、白色光を生成するために多色光源が用いられている。いくつかの色の光の組合せが、白色光を産出することが可能である。例えば、米国特許第７，２１３，９４０号および７，７６８，１９２号に記載の通り、なお該特許はいずれもクリー社（Ｃｒｅｅ， Ｉｎｃ．）に譲渡され、いずれも参照することにより本願に援用されるが、当該技術において、青色ＬＥＤからの光を波長が変換された黄色光と組合せて、５０００Ｋ〜７０００Ｋの範囲の相関色温度（ＣＣＴ）の白色光（通常「クールホワイト」と表わされる）を生じさせることは周知のことである。青色および黄色の両方の光は、青色発光体を用い、該発光体を青色光に光学的応答性のある蛍光体で囲むことによって生成される。励起されると、該蛍光体は黄色光を放射し、該黄色光はその後青色光と組合され白色を作り出す。この配列において、青色光は狭いスペクトルの範囲で放射されるため、飽和光と呼ばれる。黄色光ははるかに広いスペクトル範囲において放射されるため、不飽和光と呼ばれる。

多色光源を用いて白色光を生成する別の例は、緑色および赤色ＬＥＤからの光を組合せることである。また、様々な色の光を生成するために、ＲＧＢ（赤・緑・青）スキームが用いられてもよい。いくつかの機器においては、アンバー色の発光体が加えられ、ＲＧＢＡ（赤・緑・青・アンバー）の組合せを作り出す。前述の組合せは例示的なものであり、多数の異なる色の組合せを本発明の実施例において用いてもよいということが、理解される。これらの可能な色の組合せのいくつかは、ヴァン・デ・ヴェンらに付与された米国特許第７，２１３，９４０号において詳細に説明されている。

長尺状の照明ユニットは、ライトストリップ５００，５２０，５４０を含み、該ライトストリップはそれぞれ、混合されて白色光を生成することが可能な出力スペクトルが得られる可能なＬＥＤの組合せを表している。各ライトストリップはＬＥＤに電力を供給するのに必要な、電子機器および配線を備えることが可能である。いくつかの実施例において、ライトストリップは、複数のＬＥＤが取付けられ相互接続された、プリント基板を備えている。ライトストリップ５００は、独立した複数のＬＥＤを有するクラスタ５０２を含んでおり、クラスタ５０２内の各ＬＥＤは、隣接するＬＥＤから間隔をあけて配置されており、各クラスタ５０２は、隣接するクラスタから間隔をあけて配置されている。クラスタ内のＬＥＤが互いに対して間隔を空け過ぎて配置されていると、各光源の色が見えてしまい、不要な色縞をもたらす可能性がある。いくつかの実施例において、クラスタ内の連続するＬＥＤを離して配置するための距離の許容範囲は、約８ｍｍ以下である。

図５ａに示されたスキームでは、２つの青色にシフトされた黄色ＬＥＤ（「ＢＳＹ」）と単体の赤色ＬＥＤ（「Ｒ」）とを有する、一連のクラスタ５０２が使用されている。ＢＳＹとは、青色ＬＥＤが黄色の蛍光体によって波長変換された時に作出された色のことである。その結果生じる出力光は、黒体曲線から外れた黄緑色である。ＢＳＹおよび赤色光は、適切に混合された時に、「温かみのある白色」の外観を有する光を生じさせるよう組合わされる。これらおよびその他の組合せについては、先に援用された、ヴァン・デ・ヴェンらに付与された特許（米国特許第７，２１３，９４０号および７，７６８，１９２号）において詳細に説明されている。

ライトストリップ５２０は、独立した複数のＬＥＤを有するクラスタ５２２を含んでいる。図５ｂに示されたスキームでは、３つのＢＳＹのＬＥＤと単体の赤色ＬＥＤとを有する、一連のクラスタ５２２が使用されている。このスキームも、十分に混合された時に、温かみのある白色の出力光を生じさせる。

ライトストリップ５４０は、独立した複数のＬＥＤを有するクラスタ５４２を含んでいる。図５ｃに示されたスキームでは、２つのＢＳＹのＬＥＤと２つの赤色ＬＥＤとを有する、一連のクラスタ５４２が使用されている。このスキームも、十分に混合された時に、温かみのある白色の出力光を生じさせる。

図５ａ〜ｃに示された照明のスキームは、例示的なものである。従って、多数の異なるＬＥＤの組合せが周知の変換技術と併せて用いられ、所望の出力光の色を生成することが可能である、ということが理解される。

照明器具は伝統的に、例えばオフィスのような、システム家具が密集する大きな領域において用いられるため、多数の照明を部屋のどこからでも見ることができる。規格品の照明器具は、通常、機械的なシールドを含み、観察者が照明器具から一定の距離離れると、光源を観察者から効果的に隠し、より快適な作業環境のための「穏やかな天井」を提供している。

人間の目は光のコントラストに敏感であるため、人が照明の点灯している部屋を通って歩くのに従って、トロファ１００からの明るさに段階的に露出されるようにすることが通常望ましい。確実に段階的な露出を行うための１つの方法は、トロファ１００の表面を用いて、機械的な遮断を設けることである。

図６は、トロファ１００の断面図である。この実施例において、皿構造はライトエンジン２００の低い視野角を塞いでいる。これらの面を用いて、トロファ１００の機械的構造は、組込み式のグレア制御を提供している。トロファ１００において、主要な遮断は、皿１０４の端部により、８°となる。

図７は、トロファ１００の側面図である。この特定の実施例は端部キャップを含まない。従って長尺状のレンズ２０６は目に見えるが、レンズ板２１０は皿構造１０４によって塞がされている。いくつかの実施では、光を内部空洞２１２に跳ね返すために、反射性の端部キャップが含まれていてもよい。他の実施例では透過型の端部キャップが用いられ、光の一部を端部から透過させる。透過性の端部キャップは、光を該空洞の端部から皿構造１０４の端部に通過させる。光はこれらを通過するため、端部キャップは、光源の作動中に皿１０４に落とされる影を減少させるのに役立つ。端部キャップは、多数の異なる形状を有し、多数の異なる材料で作製可能である。

本発明の実施例によるトロファは、多数の異なるサイズおよびアスペクト比を有することが可能である。図８は、本発明の実施例によるトロファ８００の底面斜視図である。この特定のトロファ８００は１：１のアスペクト比（長さ：幅）を有する。すなわち、トロファ８００の長さおよび幅は同一であり、この場合２フィート×２フィートである。トロファ１００（図１に図示の通り）は２：１のアスペクト比、あるいは２フィート×４フィートを有する。別の実施例において、トロファは１：２のアスペクト比で、例えば１フィート×４フィートの寸法を有する。その他の寸法も可能であるということが理解される。

図９は、本発明の実施例による照明器具９００の底面斜視図である。器具９００は、ライトエンジン９０４を囲む矩形のフレーム９０２を備える。この実施例において、ライトエンジン９００は、フレーム９０２の底面と同一平面上に取付けられている。従って、フレーム９００は出力光の輪郭の性質に著しい影響を与えない。器具９００は、連続した帯状の面を有するタイプの器具として機能可能である。

図１０は、本発明の実施例による別の照明器具の底面斜視図である。器具１０００は、互いに平行に配置された３つのライトエンジンユニット１００４を囲む、フレーム１００２を備える。この実施例は、放物線型鏡面反射板１００６を、フレーム１００２の側端と複数のライトエンジン１００４の間とに含んでいる。反射板１００６は、ライトエンジンの光学特性単独で獲得し得るよりも、より多くの光を器具の直下に向けて導く。器具１０００は高天井（ｈｉｇｈ ｂａｙ）のための器具として特徴付けられてもよい。

本願に提示される実施例は、例示的なものであるということは理解されるべきである。本発明の実施例は、様々な図面に示された適合可能な特徴のいかなる組合せも備えることが可能であり、これらの実施例は明確に図示および説明された例に限定されるべきではない。

本発明は、特定の好適な構造を参照にして詳細に説明されたが、他の変形例も可能である。従って、本発明の精神および範囲は、上述の例に限定されるべきではない。

Claims (12)

1. 取付面を備える長尺状のヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの上に、かつ前記取付面を覆って取付けられた長尺状のレンズと、
   前記ヒートシンクの両側から、前記長尺状のレンズから離れる方向に延出する反射板と、
   前記ヒートシンクと前記反射板に近接して取付けられたレンズ板であって、前記ヒートシンク、前記反射板および前記レンズ板が、少なくとも部分的に内部空洞を画定している、レンズ板と、
   を備え、
   前記長尺状のレンズは、少なくとも部分的に前記内部空洞の中にあり、
   前記長尺状のレンズは、光を前記レンズ板の全面に拡散させるように成形されており、
   前記レンズ板は、中央領域と２つの側方領域とを備え、前記レンズ板は、前記中央領域が前記長尺状のヒートシンクと同じ方向に沿って延出するように、取付けられており、
   前記中央領域は、前記延出する方向に垂直な断面において前記内部空洞の外側に向かって凸状である形状を有し、
   前記側方領域は、凹型形状を有する
   ことを特徴とするライトエンジンユニット。
2. 前記取付面に配置された少なくとも１つの発光体を更に備え、前記少なくとも１つの発光体は、少なくとも部分的に前記長尺状のレンズによって囲まれていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
3. 前記少なくとも１つの発光体は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される少なくとも１つのクラスタを備えることを特徴とする、請求項２に記載のライトエンジンユニット。
4. 前記少なくとも１つの発光体は、２つの青色にシフトされた黄色ＬＥＤと１つの赤色ＬＥＤとを備える、複数のＬＥＤを有する少なくとも１つのクラスタを備えていることを特徴とする、請求項２に記載のライトエンジンユニット。
5. 少なくとも１つのライトストリップを更に備え、前記少なくとも１つのライトストリップは、前記長尺状のレンズに対向するように前記取付面に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
6. 前記長尺状のレンズは、前記ヒートシンクに対向する側からの光を受取り、かつ前記光の少なくとも一部を方向転換させ、前記長尺状のレンズの両側から出光させるように成形されていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
7. 前記反射板は白色拡散反射体を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
8. 前記レンズ板は拡散性を有していることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
9. 前記レンズ板は光束成形機能を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
10. 前記レンズ板はマイクロレンズ構造を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
11. 前記内部空洞の端部に、透過性の端部キャップを更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。
12. 内部反射面を備える皿構造を更に備え、前記内部反射面は前記レンズ板の周囲に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のライトエンジンユニット。

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