JP7637635B2 - 発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、エッジライト発光デバイスに関する。とりわけ、本発明は、動作時に、光を発するように構成される少なくとも１つの光源であって、少なくとも１つの光源は、発光面を含む、少なくとも１つの光源と、上面、下面及び上面と下面との間に延びる光インカップリングエッジ(light incoupling edge)を含むライトガイドとを備える発光デバイスであって、平面が、ライトガイドの上面及び下面に平行に延びるものとして定義され、少なくとも１つの光源及びライトガイドは、少なくとも１つの光源の発光面及びライトガイドの光インカップリングエッジが互いに向き合うように配置される、発光デバイスに関する。

エッジライトライトガイドアーキテクチャは、例えば、埋め込み型、表面取付型、吊り下げ型照明器具等、さまざまな形態の一般照明によく用いられる。このアーキテクチャは、非常にスリムな照明器具のデザインを可能にし、とりわけ、直接照明及び間接照明の両方を備えた吊り下げ型照明器具に適している。ＬＥＤ光源は、光がインカップリングされる(coupled in)、ガイドのエッジに配置される。ガイド上の抽出フィーチャにより、光はアウトカップリングされる(coupled out)。

このアーキテクチャのさらなる利点は、光源の外観が均一であるため、心地よく見た目に美しいこと、並びに、照明器具の高さが低いため、効率的なロジスティック及びエレガントな吊り下げ型照明器具のデザインを可能にすることである。

ライトガイドパネルのコスト及び重量を減らすために、及び照明器具の厚さを減らすために、より薄いライトガイドを使用する傾向がある。典型的には、６ｍｍのライトガイドは照明器具において珍しくないが、現在では４ｍｍ又は３ｍｍの厚さのライトガイドを使用する傾向がある。使用されるライトガイドの厚さは、ＬＥＤのサイズによって制限される。ライトガイドのエッジは、光のインカップリングを可能にするために、少なくともＬＥＤのサイズであるべきである。また、ＬＥＤのサイズを自由裁量によって小さくすることはできない。なぜなら、非常に小さなＬＥＤパッケージでは、効率が急激に低下するからである。

一般照明において、主流のＬＥＤは、典型的には３ｘ３ｍｍ以上（例えば、３ｘ５ｍｍ又は５ｘ７ｍｍ）であるミッドパワーＬＥＤである。より小さなＬＥＤパッケージも存在するが、これらは高価すぎる（例えば、ハイパワーＬＥＤ）若しくは効率が十分ではない（例えば、より小さなミッドパワーパッケージ又は１．５ｘ３ｍｍのような非常に非対称的なパッケージ）、又はこれらは十分な束(flux)を含まない（例えば、２ラインのローパワーＬＥＤは、エッジライト式一般照明用照明器具にとって十分な束を生成しない）。

ライトガイドベースの照明器具のコスト及び重量を減らすために、及び照明器具の厚さを減らすために、ＬＥＤ光源の最小幅よりも薄いライトガイドを使用することが好ましいであろう。

このような発光デバイスの一例は、ＥＰ ２ １６１ ６００ Ａ１に開示されており、ライトガイドの光インカップリングエッジが、例えば４５度、傾斜している。傾斜したインカップリングエッジは、ライトガイドの厚さよりも大きな幅を持つインカップリングＬＥＤを収容するために、例えば４５度の傾斜の場合は２の平方根の係数で、ストレートエッジよりも大きなインカップリング表面を提供する。

しかしながら、このような発光デバイスでは、光源によって発せられる光の一部、例えば、上述の４５度の傾斜の場合には１－１／√２の割合が、ライトガイド内にカップリングされることができない。光のこの割合は、主にライトガイドの傾斜したインカップリングファセットに面する側、及びインカップリングエッジに近いエリアにおいて、アウトカップリングされる。

また、ＥＰ ２ １６１ ６００ Ａ１に開示されているタイプの発光デバイスでは、上向きの束及び下向きの束の比率が所与の定数である。

それゆえ、ＬＥＤ光源の最小幅よりも薄く、漏れ光が効果的に使用されることができるように、制御された光の漏れを可能にし、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率のコンフィギュレーション(configuration)を可能にする、ライトガイドを備えた発光デバイスを提供することが望まれている。

本発明の目的は、この課題を解決することであり、ＬＥＤ光源の最小幅よりも薄く、漏れ光が効果的に使用されることができるように、及び、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率のコンフィギュレーションが可能であるように、制御された光の漏れを可能にする、ライトガイドを備えた発光デバイスを提供することが望まれている。

本発明のさらなる目的は、低減されたコスト及び重量並びに低減された厚さを有する発光デバイスを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この及び他の目的は、動作時に、光を発するように構成される少なくとも１つの光源であって、少なくとも１つの光源は、発光面を含む、少なくとも１つの光源と、上面、下面及び上面と下面との間に延びる光インカップリングエッジ(light incoupling edge)を含むライトガイドとを備える、発光デバイスであって、平面が、ライトガイドの上面及び下面の少なくとも一方に平行に延びるものとして定義され、少なくとも１つの光源及びライトガイドは、少なくとも１つの光源の発光面及びライトガイドの光インカップリングエッジが互いに向き合い、ライトガイドの光インカップリングエッジが前記平面（４）に対して第１の角度αで延び、少なくとも１つの光源の発光面が前記平面に対して第２の角度βで延び、第１の角度α及び第２の角度βの少なくとも一方が９０°未満であるように配置され、当該発光デバイスはさらに、光源によって発せられる光のうち、ライトガイド内にカップリングされない(not coupled into)及び／又はライトガイドの上面から漏れる部分を、ライトガイドの上面の上方を前記平面に対して鋭角に伝搬する集束光ビームに整形するように配置及び構成される線形屈折及び／又は反射光学要素(linear refractive and/or reflective optical element)を備える、発光デバイスによって達成される。

本明細書で屈折及び／又は反射光学要素に関連して使用される「線形(linear)」という用語は、当該線形光学要素が、その断面に垂直な方向（すなわち、光源のラインに沿った方向）において光学要素の形状が変化しないように、前記断面によって定義されることを意味することが意図されていることに留意されたい。前記方向に沿った光源の位置は定義されないので、光学要素の線形性(linearity)は重要である。このような光学要素は、押出プロセスを通じて作られてもよいが、射出成形、又は、線形リフレクタの場合は板曲げを通じて作られることもできる。しかしながら、製造プロセスは、上記の線形性の定義には不可欠ではないが、押出は、それに関連する低コストのために興味深いものである。

ライトガイドの光インカップリングエッジがライトガイドの平面に対して第１の角度αで延び、少なくとも１つの光源の発光面がライトガイドの平面に対して第２の角度βで延びることにより、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率が、第１の角度及び第２の角度の適切な値を選択することにより、所望にコンフィギュレーションされ得る、発光デバイスが提供される。

さらに、発光デバイスが、光源によって発せられる光のうち、ライトガイド内にカップリングされることができない部分を整形するように配置及び構成される線形屈折及び／又は反射光学要素を備えることにより、光のこの部分が間接照明のために、又はライトガイドからわずかな距離にある反射面を照らすために用いられることができる発光デバイスが提供される。これにより、さもなくば単純に失われてしまう光の一部が、簡単且つ効果的に利用される。

斯くして、これにより、光を失うことにより発光デバイスの光出力を損なうことなく、ＬＥＤ光源の最小幅よりも薄いライトガイドが使用され得る、発光デバイスが提供される。さらに、このような発光デバイスは、漏れ光が効果的に使用されることができるように、制御された光の漏れ(controlled light leakage)も可能にする。

また、このような発光デバイスは、他の可能性よりも薄いライトガイドを使用する可能性に起因して低減されたコスト、重量及び厚さを有する。

光源によって発せられる光のうち、ライトガイド内にカップリングされない及び／又はライトガイドの上面から漏れる部分を整形するように配置及び構成される線形屈折及び／又は反射光学要素の例としては、屈折レンズ、プリズム、ＴＩＲ素子及びリフレクタが挙げられる。

実際には、ライトガイドに入射する光の約３３％は、最終的にライトガイドの上面から漏れてしまう。上述のように線形屈折及び／又は反射光学要素を設けることにより、この３３％の光が制御され、ライトガイドの平面に対して僅かに傾けられるビームに集束させることにより効果的に利用され得る、発光デバイスが提供される。斯くして、このような発光デバイスは、直接光及び間接光の両方を提供する。

一実施形態では、ライトガイドの厚さｔは、光源の発光面の幅ｗよりも小さい。

上述したように、このような発光デバイスは、他の可能性よりも薄い、斯くして、小さくて軽いライトガイドの使用に起因して低減された製造コスト、低減された重量及び低減された厚さの利点を有する。

例えば、ライトガイドの厚さｔは、２．２ｍｍ、ましては２ｍｍであってもよく、光源の発光面の幅ｗは、３ｍｍであってもよい。

一実施形態では、第１の角度αは、９０°に等しい。

これは、とりわけシンプルな構造のライトガイドを有し、斯くして、さらにいっそうコストを低く抑える発光デバイスを提供する。

一実施形態では、当該発光デバイスはさらに、下面の方向にライトガイドから光をアウトカップリングするように配置及び構成される光学要素又はドットを備える。

これにより、ライトガイドから下方向にアウトカップリングされ、直接照明に使用される光がランバート分布(Lambertian distribution)を備え得る、発光デバイスが提供される。設けられる光学要素に依存して、他のビーム形状も実現可能である。このような光学要素の例は、図７Ａ～Ｅに関連して以下でさらに示される。

一実施形態では、当該発光デバイスは、光源によって発せられ、ライトガイドの上面を介してライトガイドからアウトカップリングされる光の部分の少なくとも一部を、光源の方に戻る方向にリダイレクトするように配置及び構成されるリフレクタ、拡散リフレクタ、反射光学要素又は再帰反射光学要素を備える。

これにより、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率をコンフィギュレーションするためのさらなる可能性が提供される、発光デバイスが提供される。とりわけ、再帰反射光学要素は、ライトガイドの下面を介した望ましくない漏れを完全に回避するという追加の利点を有する。

一実施形態では、当該発光デバイスはさらに、ライトガイドの上側に配置され、光源によって発せられ、ライトガイドの上面を介してライトガイドからアウトカップリングされる光の部分を下方向にリダイレクトするように構成される反射プレート要素を備える。

これにより、下方向への単純なランバート拡散反射が得られ得る、発光デバイスが提供される。下向きのビームの所要の形状及びオプションのビーム整形プレートに依存して、このような反射プレート要素は、鏡面、パッチワイズ鏡面(patch-wise specular)及び拡散、又は光沢性を有してもよい。

また、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率をコンフィギュレーションすることを可能にするために、反射プレート要素は、部分的に透過性であってもよく、例えば、ボリュームディフューザ(volume diffuser)又は通孔を有する金属リフレクタを含んでもよい。

一実施形態では、当該発光デバイスはさらに、ライトガイドの光インカップリングエッジに又はライトガイドの光インカップリングエッジに隣接してライトガイドの上面に又はライトガイドの上面内に配置される光アウトカップリング要素(light outcoupling element)を備える。

これにより、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率をコンフィギュレーションするためのさらなる可能性が提供される、発光デバイスが提供される。

一実施形態では、少なくとも、少なくとも１つの光源の発光面は、前記平面に対して傾斜している。

これにより、ライトガイドの平面に対して直角に配置されるインカップリングエッジよりも大きなインカップリング表面が得られる、発光デバイスが提供される。例えば、４５°の傾斜の場合、光インカップリングエッジの面積は、２の平方根の係数で増加される。これにより，ライトガイドの厚さｔよりも大きな幅ｗを有する発光面を持つ光源を収容する(accommodate)ことが可能となる。

一実施形態では、少なくとも１つの光源の発光面及びライトガイドの光インカップリングエッジの両方が、前記平面に対して傾斜している。

これにより、シンプルな構造を有し、アセンブルがよりシンプルである発光デバイスが提供される。

一実施形態では、第１の角度αは、第２の角度βと異なる。

これにより、第１の角度及び第２の角度が同一に選択される場合と比較して、所望の広く、広角の分布を有する上向きの光出力を得ると同時に、減少された束を有する下向きの光出力を得ることが可能となる、発光デバイスが提供される。

一実施形態では、第１の角度αは、９０°≧α≧０°の区間(interval)にある。他の実施形態では、第１の角度αは、９０°≧α≧４５°の区間(interval)にある。

例えば、第１の角度が４５°に選択される場合、３ｍｍの幅ｗを有する発光面を持つ光源及び僅か２ｍｍの厚さｔを有するライトガイドを使用することが可能となる。

一実施形態では、第２の角度βは、９０°＞β≧０の区間にある。他の実施形態では、第２の角度βは、９０°＞β≧４５°の区間にある。

本発明者らは、第１の角度及び第２の角度を、これらが各々上記の区間にあるように選択する場合、所望の広く、広角の分布を有する上向きの光出力を得ると同時に、通例の実用的なアプリケーションに適した高い束を有する下向きの光出力を得ることが可能となることをシミュレーションによって証明した。さらに、シミュレーションによって、ＬＥＤ発光面角度、すなわち、第２の角度βを一定に保ち、ライトガイドインカップリングエッジ角度、すなわち、第１の角度αを選択することにより、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率がコンフィギュレーションされることができることが示されている。同様に、ライトガイドインカップリングエッジ角度αを一定に保つ場合、ＬＥＤ発光面角度βを選択することにより、ライトガイドから上方向及び下方向にそれぞれアウトカップリングされる光の比率がコンフィギュレーションされることができる。例示的なシミュレーションが図に示され、以下でさらに述べられる。

一実施形態では、少なくとも１つの光源は、光源とライトガイドとの間にエアギャップが形成されるように機械的保持デバイスを用いてライトガイドの光インカップリングエッジに取り付けられる。

一実施形態では、少なくとも１つの光源は、光学的に透明なはんだ付けを用いてライトガイドの光インカップリングエッジに取り付けられる。

代替的な実施形態では、少なくとも１つの光源は、光学的に透明な接着剤を用いてライトガイドの光インカップリングエッジに取り付けられる。

上記２つの実施形態に対して代替的又は追加的な実施形態では、少なくとも１つの光源は、機械的保持デバイスを用いてライトガイドの光インカップリングエッジに取り付けられる。

これにより、第２の角度の大きさに関わらずとりわけシンプルで直接的なやり方でライトガイドの平面に対して任意の所望の第１の角度で発光面を有する光源を取り付けることが可能となる、発光デバイスが提供される。

機械的保持デバイスは、特に光学的に透明なはんだ付け又は接着剤と組み合わされる場合、とりわけ堅牢で安定した構造を有する発光デバイスを提供するというさらなる利点を有する。

本発明はさらに、第２の態様において、本発明による発光デバイスを含むランプ、照明器具又は照明具(lighting fixture)に関する。このようなランプ、照明器具及び照明具の非限定的な例は、屋内又は屋外ワークスペースのための直接間接照明照明器具、とりわけ、吊り下げ型照明器具である。

本発明は、特許請求の範囲に列挙されている特徴のすべての可能な組み合わせに関する。

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、より詳細に述べられる。
図１は、本発明による発光デバイスの第１の実施形態の断面側面図を示す。 図２は、本発明による発光デバイスの第２の実施形態の断面側面図を示す。 図３は、本発明による発光デバイスの第３の実施形態の一部の断面側面図を示す。 図４は、本発明による発光デバイスの第４の実施形態の一部の断面側面図を示す。 図５は、本発明による発光デバイスの第５の実施形態の一部の断面側面図を示す。 図６Ａは、本発明による発光デバイスの第６の実施形態の斜視図を示す。図６Ｂ及び図６Ｃは、図６Ａによる発光デバイスの、それぞれ、光強度及び照度を示す図を示す。図６Ｂにおいて、径方向軸は、視野角の関数としての光出力のカンデラ(Candela)を示し、図６Ｃにおいて、横軸は、ライトガイドにおけるロケーションを示し、縦軸は、当該ロケーションにおいて発せられる光である。 図７Ａ～図７Ｃは、本発明による発光デバイスの第７の実施形態の、それぞれ、斜視図、断面側面図及び底面図を示す。図７Ｄ及び図７Ｅは、図７Ａ～図７Ｃによる発光デバイスの、それぞれ、光強度及び照度を示す図を示す。図７Ｄにおいて、径方向軸は、視野角の関数としての光出力のカンデラ(Candela)を示し、図７Ｅにおいて、横軸は、ライトガイドにおけるロケーションを示し、縦軸は、当該ロケーションにおいて発せられる光である。 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による発光デバイスの第８の実施形態の、それぞれ、拡大された一部及び断面側面図を示す。図８Ｃ及び図８Ｄは、図８Ａ及び図８Ｂによる発光デバイスの、それぞれ、光強度及び照度を示す図を示す。図８Ｃにおいて、径方向軸は、視野角の関数としての光出力のカンデラ(Candela)を示し、図８Ｄにおいて、横軸は、ライトガイドにおけるロケーションを示し、縦軸は、当該ロケーションにおいて発せられる光である。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明による発光デバイスの第９の実施形態の、それぞれ、拡大された一部及び断面側面図を示す。図９Ｃ及び図９Ｄは、図９Ａ及び図９Ｂによる発光デバイスの、それぞれ、光強度及び照度を示す図を示す。図９Ｃにおいて、径方向軸は、視野角の関数としての光出力のカンデラ(Candela)を示し、図９Ｄにおいて、横軸は、ライトガイドにおけるロケーションを示し、縦軸は、当該ロケーションにおいて発せられる光である。

図に示されているように、レイヤ及び領域のサイズは、例示の目的で誇張されている場合があり、斯くして、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するために提供されている。同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を指す。

本発明は、本発明の現在好ましい実施形態が示されている添付図面を参照して、以下にさらに完全に述べられる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書で述べられている実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供されており、本開示の範囲を当業者に完全に伝える。

図１は、本発明による発光デバイス１の第１の実施形態の断面側面図を示している。

一般的に、実施形態に関わらず、本発明による発光デバイス１は、光源２とライトガイド３とを備える。

光源２は、発光面２１を含む。光源２は、動作時に、光を発するように構成される。光源によって発せられる光は、白色光であってもよいが、任意の他の色の光も実現可能である。図に示される実施形態では、１つの光源２が示されている。しかしながら、発光デバイスが２つ以上、例えば２つ又は３つの光源２を含むことも実現可能である。光源２は、典型的には、ＬＥＤである。

ライトガイド３は、上面３１、下面３２及び上面３１と下面３２との間に延びる光インカップリングエッジ３３を含む。ライトガイド３はさらに、光インカップリングエッジ３３に対向し、上面３１と下面３２との間に延びる端面３４を含む。さらに、平面４が、ライトガイド３の上面３１及び下面３２の少なくとも一方に平行に延びるものとして定義される。平面４は、ライトガイド３の長手面又は長手方向に延びる平面(longitudinal or longitudinally extending plane)と述べられてもよい。また、平面４は、典型的には、端面３４に対して垂直に延びるが、必ずしもそうではない。

さらに一般的に、実施形態に関わらず、光源２及びライトガイド３は、光源２の発光面２１及びライトガイド３の光インカップリングエッジ３３が互いに向き合うように配置される。斯くして、本発明による発光デバイスは、エッジライト発光デバイスである。

ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３は、平面４に対して第１の角度αで延び、光源２の発光面２１は、平面４に対して第２の角度βで延びる。図１から分かるように、光源２の発光面２１及びライトガイド３の光インカップリングエッジ３３は、いずれも平面４に対して傾斜している。

さらに、図１に示される実施形態では、第１の角度α及び第２の角度βは同じである。非限定的な例として、第１の角度αは、９０°≧α≧０°の区間、又は、９０°≧α≧４５°の区間にあってもよい。例えば、第１の角度αは、１０°、３０°、４５°、６０°、８０°又は９０°であってもよい。同様に、非限定的な例として、第２の角度βは、９０°＞β≧０°の区間、又は、９０°＞β≧４５°の区間にあってもよい。例えば、第２の角度βは、１０°、３０°、４５°、６０°、８０°又は９０°であってもよい。

ライトガイド３は、厚さｔを有する。光源２の発光面２１は、幅ｗを有する。典型的には、本発明の任意の実施形態による発光デバイスでは、ライトガイド３の厚さｔは、光源２の発光面２１の幅ｗよりも小さい。非限定的な例として、ライトガイド３の厚さｔは、２．２ｍｍであってもよく、光源２の発光面２１の、幅ｗは、３ｍｍであってもよい。

さらに一般的に、実施形態に関わらず、発光デバイス１はさらに、光源２によって発せられる光のうち、ライトガイド３内にカップリングされることができない及び／又はライトガイド３の上面３１を介して漏れる部分を整形するように構成される光学要素６を備える。光のこの部分は、光源２によって発せられる光の総量の約３３％に相当する。光学要素６は、線形屈折光学要素である。代替的、又は追加的に、光学要素６は、線形反射光学要素である。例として、光学要素６は、屈折レンズ、プリズム、ＴＩＲ素子又はリフレクタであってもよい。光学要素６は、ライトガイドの上面３１の一部の上に延びる表面６１を含む。表面６１は、光を所望に反射又は屈折させるのに適するように湾曲する曲面であってもよい。光学要素６は、高さｈを有し、その大きさは、所望の光出力を得るように表面６１を形成することができるように選択される。非限定的な例では、高さｈは、例えば、２０ｍｍであってもよい。

発光デバイス１の光源２は、光学的に透明なハンダ付け又は光学的に透明な接着剤５１を用いてライトガイド３の光インカップリングエッジ３３に取り付けられる。

図２は、本発明による発光デバイス１００の第２の実施形態の断面側面図を示している。図２では、簡略化のため、光学要素６は示されていない。発光デバイス１００は、発光デバイス１００の光源２が、機械的保持デバイス５２を用いてライトガイド３の光インカップリングエッジ３３に取り付けられている点で、上述した図１のものとは異なる。機械的保持デバイス５２は、発光面２１及び光インカップリングエッジ３３が互いに当接し、斯くして、直接接触するように光源２を保持するように構成される。原理的には、機械的保持デバイス５２は、発光面２１及び光インカップリングエッジ３３が間接的に接触するように、例えば、発光面２１と光インカップリングエッジ３３との間に小さなギャップが存在するように、光源２を保持するように構成されてもよい。

さらに、発光デバイス１００は、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３に隣接してライトガイド３の上面３１に配置される光アウトカップリング要素１１又は構造を備える。

図３～５は、本発明による発光デバイス１０１、１０２及び１０３のそれぞれ第３、第４及び５の実施形態の断面側面図を示している。発光デバイス１０１、１０２、１０３は各々、以下のフィーチャによって上述した図１、２のものとは異なる。

機械的保持デバイス５２及び光学要素６が一体に設けられ、斯くして、発光デバイス１０１、１０２、１０３のよりシンプルでより堅牢な構造を提供する。

さらに、発光デバイス１０１、１０２及び１０３は、それぞれ、リフレクタ９１、９２及び９３を備える。リフレクタ９１、９２、９３は、上面３１を介してライトガイド３から漏れる光の少なくとも一部をブロックし、ブロックされた光を光源２の方にリダイレクトするために設けられる。図３に示される発光デバイス１０１のリフレクタ９１は、上面３１を介してライトガイド３から漏れる光を完全にブロックする寸法の拡散リフレクタである。図４に示される発光デバイス１０２のリフレクタ９２は、上面３１を介してライトガイド３から漏れる光の一部をブロックする寸法の拡散リフレクタである。図５に示される発光デバイス１０３のリフレクタ９３は、ライトガイド３の下面３２を介した漏れが生じないように、上面３１を介してライトガイド３から漏れる光の一部を光源２に向けて送り返す形状及び寸法の再帰リフレクタ要素である。

図６Ａは、本発明による発光デバイス１０４の第６の実施形態の斜視図を示している。発光デバイス１０４は、以下のフィーチャによって上述した図１～図５のものとは異なる。

光学要素６の代替例として、発光デバイス１０４は、ライトガイド３の上面３１に配置される反射要素又はプレート７を備える。反射プレート７は、ライトガイド３内にカップリングされない光、及び、ライトガイドの上面３１を介して漏れる光のシンプルなランバート拡散反射を提供する。これにより、下向きの光ビームが得られ、光は上方に方向付けられない。下向きのビームの所要の形状及びオプションのビーム整形プレートに依存して、反射要素又はプレート７は、鏡面、パッチワイズ鏡面及び拡散、又は光沢性を有してもよい。上向きの光ビームも提供するために、さらに、下向きのビーム及び上向きのビームの比率をコンフィギュレーションすることを可能にするために、反射要素又はプレート７は、部分的に透過性であってもよい。例えば、反射要素又はプレート７は、ボリュームディフューザ又は通孔を有する金属リフレクタであってもよい。

図６Ｂは、図６Ａによる発光デバイス１０４によって発せられる光の光強度分布を示す図を示している。図６Ｃは、図６Ａによる発光デバイス１０４によって発せられる光の照度を示す図を示している。これらの図は、下方向に発せられる光の広い強度分布を有する光パターンが得られ得ることを示している。

本発明による光リダイレクション光学系(light redirection optics)、すなわち、光学要素６及び／又は７は、光源２の光アウトカップリング面２１の幅ｗに対応する厚さｔを有するライトガイド３に適用されることができるが、厚さｔが光源２の光アウトカップリング面２１の幅ｗよりも小さいライトガイド３にも適用されることができることに留意されたい。

図７Ａ～図７Ｃは、本発明による発光デバイス１０５の第７の実施形態の異なる図を示している。発光デバイス１０５は、以下のフィーチャによって上述した図１～図６のものとは異なる。

ホルダ５２及び光学要素６が、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に設けられている。斯くして、発光デバイス１０５はまた、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に１つずつ、２つの光源２を備える。しかしながら、図７Ａ～図７Ｃでは、簡略化のために、２つの光源２は示されていない。この場合、光インカップリングエッジ３３及び光源２の発光面２１は、いずれも平面４に対して４５°の角度で配置されている。すなわち、第１の角度α及び第２の角度βは、いずれも４５°である。同様に、端面３４も、平面４に対して４５°の角度で配置されてもよい。

さらに、図７Ｃに示されるように、発光デバイス１０５は、ライトガイド３上に配置されるドット８のパターンを備える。ドット８のパターンは、ライトガイドの下面３２上に配置される。ドット８のパターンは、ライトガイドの下面３２を介したランバートパターンを有する光のアウトカップリングを提供する。ドットのパターンのドット８は、例えば、直径１．２５～１．５ｍｍ等、同一のサイズであってもよい。代替的に、ドットのパターンのドット８は、様々なサイズであってもよい。図６Ｃに示される実施形態では、ドット８は、パターンの中心部では直径１．５ｍｍ、パターンの端部では直径１．２５ｍｍとサイズが異なる。

図７Ｄは、図７Ａ～図７Ｃによる発光デバイス１０５によって発せられる光の光強度を示す図を示している。図７Ｅは、図７Ａ～図７Ｃによる発光デバイス１０５によって発せられる光の照度を示す図を示している。これらの図は、上方向に発せられる光の広く、広角の光パターンが得られ得、下向きの束は、発光デバイス１０５によって出力される全束の４９％に等しいことを示している。より正確な図では、光源２は、２ルーメンの入力を提供し、発光デバイス１０５は、１．７２ルーメンの総出力を提供し、そのうち０．８４ルーメンは、下方向に発せられる。

図７Ａ～図７Ｅの実施形態では、間接照明成分、すなわち、上方に発せられる光は、図７Ｄに示されるように極端なバットウィング分布を有している。これは、比較的短い距離から広く均一な天井照度を可能にする。直接照明成分、すなわち、下方に発せられる光は、ランバート（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）である。

例えば、ファセット構造、又は制御された表面粗さ若しくは特定の散乱特性を有する塗料等のアウトカップリングフィーチャを備えるライトガイド等（任意選択的にＭＬＯ若しくはリダイレクトプリズムプレート(redirecting prism plate)、又はメソオプティックフォイル(meso-optic foil)等、ライトガイドの下のビーム整形プレートと組み合わせて）、それ自体既知のソリューションに基づいて、一般的に他のビーム形状も可能であることに留意されたい。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による発光デバイス１０６の第８の実施形態の異なる図を示している。発光デバイス１０６は、以下のフィーチャによって上述した図１～図７のものとは異なる。

ホルダ５２及び光学要素６が、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に設けられている。斯くして、発光デバイス１０６はまた、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に１つずつ、２つの光源２を備える。しかしながら、図８Ａ及び図８Ｂでは、簡略化のため、２つの光源２は示されていない。

ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び光源２の発光面２１は、平面４に対して異なる角度で配置されている。言い換えれば、第１の角度αは、第２の角度βと異なる。これは、ホルダ５２に加えて、光源２とライトガイド３との間、とりわけ、発光面２１と光インカップリングエッジ３３との間にエアギャップが設けられることで得られる。任意選択的に、光源２はさらに、ギャップに配置される光学的に透明なはんだ付け又は接着剤５３を用いてライトガイド３に取り付けられてもよい（とりわけ、図８Ａ参照）。このようにして、図示の実施形態では、第１の角度αは約６０°であり、第２の角度βは約４５°である。無論、異なる第１及び第２の角度の任意のセットが、このようにして得られてもよい。同様に、端面３４も、平面４に対して６０°の角度で配置されてもよい。

図８Ｃは、図８Ａ～図８Ｂによる発光デバイス１０６によって発せられる光の光強度を示す図を示している。図８Ｄは、図８Ａ～図８Ｂによる発光デバイス１０６によって発せられる光の照度を示す図を示している。これらの図は、上方向に発せられる光の広く、広角の光パターンが得られ得、図７Ａ～図７Ｅによる実施形態について得られる結果と比較して、下向きの束は、発光デバイス１０６によって出力される全束の４２％に低減されていることを示している。より正確な図では、光源２は、２ルーメンの入力を提供し、発光デバイス１０６は、１．７６ルーメンの総出力を提供し、そのうち０．７４ルーメンは、下方向に発せられる。

図９Ａ及び図９Ｂは、本発明による発光デバイス１０７の第９の実施形態の異なる図を示している。発光デバイス１０７は、以下のフィーチャによって上述した図１～図８のものとは異なる。

ホルダ５２及び光学要素６が、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に設けられている。斯くして、発光デバイス１０７はまた、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び端面３４に対応する２つの対向する端部の各々に１つずつ、２つの光源２を備える。しかしながら、図９Ａ及び図９Ｂでは、簡略化のため、２つの光源２は示されていない。

ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３及び光源２の発光面２１は、平面４に対して異なる角度で配置されている。言い換えれば、第１の角度αは、第２の角度βと異なる。これは、ホルダ５２に加えて、光源２とライトガイド３との間、とりわけ、発光面２１と光インカップリングエッジ３３との間にエアギャップが設けられることで得られる。任意選択的に、光源２はさらに、ギャップに配置される光学的に透明なはんだ付け又は接着剤５３を用いてライトガイド３に取り付けられてもよい（とりわけ、図９Ａ参照）。このようにして、図示の実施形態では、第１の角度αは９０°であり、第２の角度βは約４５°である。斯くして、この特定の実施形態では、光源２の発光面２１のみが、平面４に対して斜めにされている。

図９Ｃは、図９Ａ及び図９Ｂによる発光デバイス１０７によって発せられる光の光強度を示す図を示している。図９Ｄは、図９Ａ及び図９Ｂによる発光デバイス１０７によって発せられる光の照度を示す図を示している。これらの図は、上方向に発せられる光の広く、広角の光パターンが得られ得、図７Ａ～図７Ｅ及び図８Ａ～図８Ｄによる実施形態について得られる結果と比較して、下向きの束は、発光デバイス１０７によって出力される全束の３０％に低減されていることを示している。より正確な図では、光源２は、２ルーメンの入力を提供し、発光デバイス１０７は、１．７７ルーメンの総出力を提供し、そのうち０．５４ルーメンは、下方向に発せられる。

斯くして、図７Ａ～図９Ｄは、上向きに発せられる光と下向きに発せられる光との比率が、光源発光面２１の角度、すなわち、第２の角度βを一定に保ち、ライトガイドインカップリングエッジ３３の角度、すなわち、第１の角度αを調整することにより所望に応じて調整されることができることを全体的に示している。斯くして、第２の角度βを一定に保ち、第１の角度αを大きくすることは、下向きの束を減少させる。同様に、ライトガイドインカップリングエッジ３３の角度、すなわち、第１の角度αを一定に保つ場合、上向きに発せられる光と下向きに発せられる光との比率は、光源発光面２１の角度、すなわち、第２の角度βを調整することにより所望に応じて調整されることができる。

斯くして、光漏れの量、斯くしてライトガイド３内にカップリングされない光の量、ゆえに間接照明成分は、異なる第１の角度又は第２の角度を選択することによって調整されてもよい。代替的に、又は追加的に、光漏れの量、斯くしてライトガイド３内にカップリングされない光の量、ゆえに間接照明成分は、光源２とライトガイド３の光インカップリングエッジ３３との間の距離を増大させることによって調整されてもよい。しかしながら、当該距離を増大させることにより、光の発光方向が、ライトガイドを介して漏れる光の方向とずれる可能性がある。それゆえ、間接照明成分の一部が、あまり制御されない可能性がある。

上向きに発せられる光と下向きに発せられる光との比率を調整する別のやり方は、ライトガイド３の光インカップリングエッジ３３の近くで、ライトガイド３の上面３１に又はライトガイド３の上面３１内に光アウトカップリングフィーチャを追加することである。

本発明は、両側光射出(two-sided light injection)を有する矩形のガイドに限定されないことに留意されたい。例えば、１つの丸い斜めのファセットを有する円形のライトガイド、又は４つの側のすべてに斜めのファセットを有する矩形のライトガイドも本発明の実施形態である。

当業者は、本発明が決して上記の好ましい実施形態に限定されるものではないことを認識する。それどころか、多くの修正及び変形が、添付の特許請求の範囲内で可能である。

さらに、図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む（comprising）」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「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、有利に使用され得ないことを示すものではない。

Claims (15)

1. 動作時に、光を発するように構成される光源であって、前記光源は、発光面を含む、光源と、
   上面、下面及び前記上面と前記下面との間に延びる光インカップリングエッジを含むライトガイドと、
   を備える、発光デバイスであって、
   平面が、前記ライトガイドの前記上面及び前記下面の少なくとも一方に平行に延びるものとして定義され、
   前記光源及び前記ライトガイドは、前記光源の前記発光面及び前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジが互いに向き合い、前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジが前記平面に対して第１の角度で延び、前記光源の前記発光面が前記平面に対して第２の角度で延び、前記第１の角度及び前記第２の角度の少なくとも一方が９０°未満であるように配置され、
   当該発光デバイスは、前記光源によって発せられる光のうち、前記ライトガイド内にカップリングされない及び／又は前記ライトガイドの前記上面から漏れる部分を、前記平面に対して鋭角に前記ライトガイドから離れて前記上面の上方を伝搬する集束光ビームに整形するように配置及び構成される線形屈折及び／又は反射光学要素を備える、発光デバイス。
2. 当該発光デバイスは、前記ライトガイドの上側に配置され、前記光源によって発せられ、前記ライトガイドの前記上面を介して前記ライトガイドの前記上面から漏れる及び／又は前記ライトガイドからアウトカップリングされる光の部分を下方向にリダイレクトし、集束させるように構成される反射プレート要素を備える、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記ライトガイドの厚さは、前記光源の前記発光面の幅よりも小さい、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
4. 前記第１の角度は、９０°に等しい、請求項３に記載の発光デバイス。
5. 前記ライトガイドの厚さは、２．２ｍｍであり、前記光源の前記発光面の幅は、３ｍｍである、請求項３又は４に記載の発光デバイス。
6. 当該発光デバイスは、前記下面の方向に前記ライトガイドから光をアウトカップリングするように配置及び構成される光学要素又はドットを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
7. 当該発光デバイスは、前記光源によって発せられ、前記ライトガイドの前記上面を介して前記ライトガイドからアウトカップリングされる光の部分の少なくとも一部を、前記光源の方に戻る方向にリダイレクトするように配置及び構成されるリフレクタ、拡散リフレクタ、反射光学要素又は再帰反射光学要素を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光デバイス。
8. 当該発光デバイスは、前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジに又は前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジに隣接して前記ライトガイドの前記上面に又は前記ライトガイドの前記上面内に配置される光アウトカップリング要素を備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
9. 前記光源の前記発光面は、前記平面に対して傾斜している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
10. 前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジは、前記平面に対して傾斜している、請求項９に記載の発光デバイス。
11. 前記第１の角度は、前記第２の角度と異なる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光デバイス。
12. 前記第１の角度（α）は、９０°≧α≧０°の区間、又は、９０°≧α≧４５°の区間にある、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光デバイス。
13. 前記第２の角度（β）は、９０°＞β≧０°の区間、又は、９０°＞β≧４５°の区間にある、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光デバイス。
14. 前記光源は、光学的に透明なはんだ付け、光学的に透明な接着剤、機械的保持デバイス、及び前記光源と前記ライトガイドとの間にエアギャップが形成されるように配置される機械的保持デバイスのうちの１つ以上を用いて前記ライトガイドの前記光インカップリングエッジに取り付けられる、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光デバイスを含むランプ、照明器具又は照明具。

Images