JP2009530787A

JP2009530787A - Ｏｌｅｄを備えた照明器具

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Publication number: JP2009530787A
Application number: JP2009500979A
Authority: JP
Inventors: ディートリッヒベルトラム; リンリワン; ウルスデニスヨゼフカレルファン; ヨハネスペトルスマリアアンセムス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2009-08-27
Also published as: US7963664B2; RU2008141897A; US20090046454A1; WO2007107916A1; EP2002173A1; CN101410667A; RU2406924C2

Abstract

本発明は、少なくとも２つの互いに異なる原色のＯＬＥＤを有する光エミッタ（１）を備えた照明器具（１０）に関する。光エミッタ（１）の次に一次光学部品、例えばコリメータ（１３）又はレンズが設けられ、その次にテーパ付き管状レフレクタ（１４）が設けられ、このテーパ付き管状レフレクタは、その細口端からその広口端まで増大する直径（ｄ）を有する。光エミッタ（１）は、特に、互いに異なるＯＬＥＤの同心リングで構成されるのが良い。

Description

本発明は、少なくとも２つの互いに異なる原色のユニットを有する光エミッタを備えた照明器具に関する。

米国特許出願公開第２００２／００８０６２２（Ａ１）号明細書から、テーパ付き管状レフレクタの底部に配置された互いに異なる原色の別々の発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを有する照明器具が知られている。レフレクタ及び幾つかのオプションとしての一次光学部品は、ＬＥＤの色を混合（混色）し、方向を持った多少細い光ビームを生じさせる。

しかしながら、このような照明器具の色特性には、光ビームの幅方向の端から端までの間で比較的大きくばらつく。

この状況に基づき、本発明の目的は、色分布について高い均一性を有する改良型照明器具を提供することにある。

この目的は、請求項１記載の照明器具によって達成される。好ましい実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。

本発明の照明器具は、以下に列記するコンポーネントを有する。
少なくとも２つの互いに異なる原色の、即ち、２つの互いに異なる発光スペクトルを備えた有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有する光エミッタ。ＯＬＥＤは、一般に、基板に実装された電極相互間にサンドイッチされている１つ又は２つ以上の有機層から成り、これら有機層のうちの少なくとも１つは、光を放出することができる（例えば、シナール，ジョーゼフ（Shinar, Joseph）著，「オーガニック・ライト−エミッティング・デバイセズ：ア・サーベイ（Organic Light-Emitting Devices: A survey）」，スプリンガー−バーラ，ニューヨーク州（NY: Springer-Verlag），２００４年及びクラウス・ミュエレン（Klaus Muellen）、ウルリッヒ・シェルフ（Ullrich Scherf）共著，「オーガニック・ライト・エミッティング・デバイセズ：シンシーシス・プロパティーズ・アンド・アプリケーションズ（Organic Light Emitting Devices: Synthesis, Properties and Applications）」，ジョン・ウイリー・アンド・サンズ（John Wiley & Sons），２００６年を参照されたい）。少なくとも２つの互いに異なる色は、物理的に互いに独立したＯＬＥＤから出る必要はなく、同一のＯＬＥＤ即ち同一の基板の、放出光が互いに異なる別々の領域、しかしながら、別々の領域の別々のスタックに起因しても良い。

上述の光エミッタにより放出された光をコリメートして混光する一次光学部品。一次光学部品は、代表的には、放出光のうちの最大量を捕捉するために光エミッタに密接して配置される。

テーパ付き管状レフレクタであって、このレフレクタが、その細口端から広口端まで増大する直径を有し、レフレクタは、その細口端が一次光学部品に隣接した状態で配置されている、レフレクタ。レフレクタ管の中心軸線は、代表的には、照明器具の光軸でもあり、この光軸に沿って、主要な発光が行われる。さらに、照明器具は、代表的には、レフレクタ中心軸線に関して、特に３６０°の整数分の一ステップのレフレクタ中心軸線回りの回転量に関して対称である。

上述した種類の照明器具では、優れた混色及び所望の方向に差し向けられた光ビームを達成することが可能である。したがって、本照明器具は、全体照明のためにＯＬＥＤを用いる際の主要な問題のうちの１つ、即ち、発光面からのランバート放射による方向性を持たない発光を解決する。この問題は、従来、多くの用途、例えば局所照明（スポット照明、テーブル照明、机照明、作業照明等）のためのＯＬＥＤの有効利用を阻んでいた。全体照明のためのＯＬＥＤの第２の問題は、混色である。この点に関して従来公知の１つのオプションは、赤色、緑色及び青色の単色ＯＬＥＤが側方に位置決めされたパターン化ランプを製作することであった。しかしながら、効率的な混色は、「パターン」サイズに制約を課し、その結果、バックプレーン（背面）の複雑さに制約が課される。また、単色ＯＬＥＤを積み重ねることも可能であるが、これは、費用効果が良くない。本発明により提案される照明器具は、これにより達成できる優れた混色結果又は品質によりこの第２の問題をも解決する。

光エミッタは、原理的には、２つの互いに異なる色のちょうど２つのＯＬＥＤを有しても良いが、光エミッタが互いに異なる色の３つ又は４以上のＯＬＥＤを有する場合、より広い範囲の色を作ることができる。互いに異なるＯＬＥＤの色が十分明確に区別される（例えば、赤色、緑色及び青色のところに発光ピークを有する）場合、３つのＯＬＥＤにより既に広い色域を達成することができる。

本発明の好ましい実施形態では、光エミッタは、その中心に青色ＯＬＥＤを有している。実施の際、多くの互いに異なる色温度の白色光を混光する上では、青色ＯＬＥＤの表面積が少なくても（赤色及び緑色と比較して少なくても）十分である場合が多いことが分かっている。

ＯＬＥＤから成る光エミッタの顕著な利点は、その直径を所望通りに大きく（恣意的に付形された光エミッタの直径は、光エミッタの領域内に完全に内接させることができる最も大きな円の直径として定義される）、具体的には１ミリメートルよりも大きくすることができるということにある。

本発明の特定の一実施形態では、光エミッタは、円形の領域を覆い、この場合、この領域は、好ましくは、レフレクタ軸線に垂直に延び、その中心は、レフレクタ軸線上に位置する。光エミッタの円形領域は、これが対称なので、発生した光ビームの回転対称のための最適条件を提供する。

上述の場合、光エミッタは、好ましくは、互いに異なる色のＯＬＥＤを備えた同心リングを更に有する。このような同心リングは、光エミッタの回転対称性を最適に保つ。リングの直径は、各色の所要のパワー寄与率に合わせて調節可能である。

円形光エミッタは、互いに異なる色を有するＯＬＥＤから成るセクタを更に有するのが良い。互いに異なる色は、好ましくは、光エミッタの周囲に沿って周期的な順序をなして配置されるのが良い。互いに異なるセクタで周期的に構成される光エミッタは、有利な別個の回転対称性を有する。

上述の２つの設計例は、オプションとして、例えば、光エミッタが互いに異なる色のＯＬＥＤセクタから成るリングを有するものとして組合せ可能である。

光抽出を促進すると共に（或いは）コリメートするために用いられる一次光学部品は、種々の互いに異なる仕方で実現可能である。好ましくは、一次光学部品は、コリメータ又はレンズ、特に半球形レンズから成る。

本発明の別の好ましい実施形態では、レフレクタは、その軸線に沿うどこかの場所に、正多角形、好ましくは少なくとも５つの角（かど）を備えた多角形、最も好ましくは六角形の断面（かかる断面は、軸線に垂直に取られている）を有する。

さらに、レフレクタは、好ましくは、平らなフェーセットで構成されるのが良い。

上述のフェーセットは、オプションとして、レフレクタの軸線回りにリング又は「バンド」の状態で配置され、この場合、隣り合うバンドの縁部は、重なり合う。直線状に配置されるバンドの本数は、好ましくは、４本〜１０本である。

上述のバンドの高さ（レフレクタ軸線の方向に測定した高さ）は、好ましくは、レフレクタの細口端から広口端まで増大する。例えば、６本のバンドが存在する場合、これらの高さの比は、０．１９：１．１１：２．５５：４．９９：９．４３：４０．７８程であるのが良い。

レフレクタの各フェーセットは、レフレクタ軸線と或る特定の角度をなし、この角度は、好ましくは、１０°〜６０°である。注目されるべきこととして、上述のバンドのうちの１本のフェーセットは全て、レフレクタ軸線と同一の角度をなす。

レフレクタのフェーセットとレフレクタ軸線のなす角度は、好ましくは、レフレクタの細口端から広口端まで減少する。したがって、レフレクタは、レフレクタ軸線を含む平面内において一種の放物面となる。

本発明の別の実施形態によれば、光エミッタは、好ましくは、封入材料中に埋め込まれる。かかる材料は、光エミッタのＯＬＥＤを機械的に保護し、放出された光の全てを集めるのに役立つ。封入材料は、例えば、エポキシグルー、シリコーン及び（又は）透明性が高く、熱安定性が十分に高い任意他の材料であって良い。

照明器具は、好ましくは、放出光全体の色点（カラーポイント）又は色温度の調整を可能にするよう光エミッタの互いに異なる色を選択的に制御できるコントローラを更に有する。コントローラは、別個独立の制御ユニット並びに例えば光エミッタ／ＯＬＥＤの互いに異なるパネルに互いに異なる電圧を印加することができる単一の制御ユニットによって実現できる。コントローラは、例えば、ＯＬＥＤ素子の色点が電圧の変化に敏感であるかどうかに応じて、印加されるバイアスの振幅並びに印加されるパルス化バイアスのパルス幅を制御することができる。

本発明の上記特徴及び他の特徴は、以下において説明される実施形態から明白であり、かかる実施形態を参照すると明らかになる。添付の図面の助けによりこれら実施形態を例示的に説明する。

図中、同一の参照符号は、同一又は類似のコンポーネントを示している。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、照明用のラージサーフェス型ルミナントパネル（large surface luminant panel）に用いられる理想的な光源である。しかしながら、全体照明にＯＬＥＤを利用する際にネックとなるのは、方向を持たない光出力（即ち、これらの散乱光）及び混色の問題である。以下、輝度が高く、色が調整可能であり、混色品質が優れており（非有機発光ダイオードと比較して）、光出力が方向性を持ったＯＬＥＤ利用型照明器具が提案され、このような照明器具は、多くの用途、例えば一般照明や特定照明に使用できる。提案される照明器具は、二次元ＯＬＥＤ形態、例えば、混色結果が優れた状態で十分に許容される光分布が得られるようにコリメータ又はレンズ又は（及び）レフレクタと共にＯＬＥＤリングを用いる。

図１は、このような照明器具１０の第１の実施形態をその光軸Ａに沿う断面で示している。照明器具１０は、次の３つの主要なコンポーネントを有している。

互いに異なる原色のＯＬＥＤで構成された光エミッタ１（考えられる形態については、図４〜図６を参照されたい）。

サブマウント１１上に配置された誘電体コリメータ１３により照明器具１０中に実現された一次光学部品。誘電体コリメータは、誘電体、例えばＰＭＭＡ又はポリカーボネートで作られたコリメータである。

例えば、内面がミラーコーティング（鏡面被覆）され、一次光学部品１３及び光エミッタ１からの距離が増大するにつれて拡張した（漸減的に）管の全体形状をしたレフレクタ１４。

照明器具１０の上述のコンポーネントは、照明器具の光軸Ａに関して心出しされている。光エミッタ１と一次光学部品１３との間に残存する場合のあるキャビティには、オプションとして、封入材料１２が充填される。さらに、レフレクタ１４は、台形の平らなフェーセット１５で構成され、この場合、同一形状の８つのフェーセット（軸線Ａに垂直な断面が八角形である場合であり、なお、断面が六角形の場合、この数は、６つのフェーセットである）が、６本のバンドの状態に配置され、バンドは、光軸Ａに沿って相前後して配置されている。各バンドｊ（ｊ＝１，２．．．６）のフェーセットは、光軸Ａに対して同一の角度α_ｊに配向されている。図１に示すように、フェーセット１５の幾何学的形状は、光軸Ａの方向にサブマウント１１から測定したこれらの上縁の高さｈ_ｊ及び光軸Ａからのこの上縁の距離ｒ_ｊによって一義的に描くことができる。例えば、レフレクタの好ましい幾何学的パラメータは次の通り、即ち、ｒ_０＝３．２４ｍｍ、ｒ_１＝３．５１ｍｍ、ｒ_２＝４．５２ｍｍ、ｒ_３＝５．７１ｍｍ、ｒ_４＝７．３２ｍｍ、ｒ_５＝９．５９ｍｍ、ｒ_６＝１９．０２ｍｍ、及びｈ_１＝０．１９ｍｍ、ｈ_２＝１．１１ｍｍ、ｈ_３＝２．５５ｍｍ、ｈ_４＝４．９９ｍｍ、ｈ_５＝９．４３ｍｍ、ｈ_６＝４０．７８ｍｍであり、ここで、ｒ_０は、光軸Ａからのバンド１の底縁の距離である。

図２は、本発明の第２の実施形態としての照明器具２０を示しており、この場合、図１のコンポーネントと同一のコンポーネントには、同一の参照符号に１０を足した状態で示されている（即ち、照明器具２０は、ＯＬＥＤ１、サブマウント２１、封入材２２、一次光学部品２３、レフレクタ２４及びフェーセット２５を有している）。図１の照明器具１０に対する照明器具２０の相違点は、一次光学部品が、コリメータに代えてレンズ、好ましくは半球形レンズ２３から成るということにある。図３は、このレンズ２３を照明器具２０の平面図（図２の矢印ＩＩＩを参照されたい）で示している。

図１〜図３に示す照明器具１０，２０の２つの実施形態では、ＯＬＥＤからの光は、一次光学部品（コリメータ／レンズ）によってまず最初に「コリメートされる」と共に混光される。次に、この光は、二次光学部品（レフレクタ）によって更にコリメートされると共に混光され、この二次光学部品は、もっぱら、角度的分布において最善の混色状態が得られるようにするために設計されている。

図４〜図６は、照明器具１０，２０に用いられる可能性のある３つの互いに異なる光エミッタ１，２，３の考えられるＯＬＥＤ形態を示している。図４に示す光エミッタ１の第１の実施形態では、光エミッタ１は、単色又は（及び）互いに異なる色温度の白色を呈する同心ＯＬＥＤリングＲ，Ｇ，Ｂで構成されている。混色のためには（互いに異なる色温度を有する白色を得るためは）、相対的に青色の少ない光が必要なので（この場合、ＯＬＥＤの小さな表面積に対応して）、青色ＯＬＥＤを他の色の中間に配置して良好な混色状態を得るのが良い。

図５は、互いに異なる色のＯＬＥＤから成るセクタで構成された別の光エミッタ２を示しており、この場合、赤色、緑色及び青色は、互いに異なる領域Ｒ，Ｇ，Ｂを占める。さらに、原色は、周期的な順序Ｒ−Ｇ−Ｂ−Ｒ−Ｇ−Ｂ等の状態に配置されている。

図６は、第３の形態としての光エミッタ３を示しており、この場合、２つの原色（赤色及び緑色）は、図５の場合と同様セクタＲ，Ｇに配置され、残りの１つの色（青色）は、光エミッタ３の中心Ｂに配置されている。

図４の光エミッタ１が図２の照明器具２０に用いられる場合、２×１５°のスポットライト分布が生じる。かかる照明器具に関する青色、緑色及び赤色の光の出力分布状態が、図７に示されている（縦軸：立体角あたりの光束、横軸：光軸Ａに対する角度）。

本発明の照明器具は、優れた混色品質を達成する。混光品質の考えられる１つの説明は、Δｕ′ｖ′の値である（ＣＩＥ−１９７６、ＵＣＳ（Uniform Chromaticity Scale）座標）。レンズとレフレクタの組合せ（図１）のΔｕ′ｖ′分布状態が、図８に示されている。Δｕ′ｖ′分布状態の大抵の部分は、０．００２よりも小さい。これが意味することは、色の差は、人の目には殆ど知覚されないということである。縁の近くの狭い領域でのみ、Δｕ′ｖ′は、０．００３〜０．００４であり、これは、非有機発光ダイオードを用いることにより得られるΔｕ′ｖ′よりも非常に良好である。

図８の場合と同一の光学部品を利用した非有機ＬＥＤチップに関するΔｕ′ｖ′分布状態が、図９に示されている。ＯＬＥＤの形態は、非有機ＬＥＤよりも融通性が非常に高いので、ＯＬＥＤを光源として用いることにより、混色品質は、非有機発光ダイオードを用いた場合よりも非常に良好である。

最後に、本願の原文明細書において、“備えている”という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数形ではない記載は、複数を排除するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットは、幾つかの手段の機能を実行できることが指摘される。本発明は、新規な特徴の１つ１つに存在すると共に特徴の組合せの１つ１つに存在する。さらに、原文の特許請求の範囲に記載された参照符号は、本発明の範囲を限定されるものではない。

本発明の照明器具の光軸に沿う断面図であり、照明器具がコリメータを有している状態を示す図である。本発明の別の照明器具の光軸に沿う断面図であり、照明器具がレンズを有している状態を示す図である。図２の照明器具の平面図である。照明器具用の光エミッタの一実施形態を示す図である。照明器具用の光エミッタの別の実施形態を示す図である。照明器具用の光エミッタの更に別の実施形態を示す図である。本発明の照明器具に関する３つの互いに異なる原色の角度分布状態を示す図である。本発明の照明器具の光軸に垂直な平面内における色のばらつきの分布状態を示す図である。有機ＬＥＤを有する照明器具の光軸に垂直な平面内における色のばらつきの分布状態を示す図である。

Claims

照明器具（１０，２０）であって、
少なくとも２つの互いに異なる原色のＯＬＥＤを有する光エミッタ（１，２，３）と、
前記光エミッタの光をコリメートして混光する一次光学部品と、
テーパ付き管状レフレクタ（１４，２４）とを備え、
前記レフレクタは、該レフレクタの細口端から広口端まで増大する直径（ｄ）を有し、前記レフレクタ（１４，２４）は、その前記細口端部が前記一次光学部品（１３，２３）に隣接した状態で配置されている、
ことを特徴とする照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、互いに異なる色の少なくとも３つのＯＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を備えている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、その中心に青色ＯＬＥＤ（Ｂ）を備えている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）の直径は、１ｍｍよりも大きい、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、円形領域を覆っている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、互いに異なる色のＯＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を備えている同心リングを有する、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、互いに異なる色のＯＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を備えているセクタを有する、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記一次光学部品は、コリメータ（１３）又はレンズ（２３）を備えている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記レフレクタ（１４，２４）の軸線（Ａ）に垂直に取った前記レフレクタの断面は、正多角形、好ましくは六角形である、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記レフレクタ（１４，２４）は、平らなフェーセット（１５，２５）で構成されている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記フェーセット（１５，２５）は、前記レフレクタ（１４，２４）の前記軸線（Ａ）回りにバンド（ｊ）の状態に配置されている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記バンド（ｊ）の高さ（ｈ_j）は、前記レフレクタ（１４，２４）の前記細口端から前記広口端まで増大している、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記フェーセット（１５，２５）と前記レフレクタ（１４，２４）の前記軸線（Ａ）との間の角度（α_j）は、１０°〜６０°である、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記フェーセット（１５，２５）と前記レフレクタ（１４，２４）の前記軸線（Ａ）との間の角度（α_j）は、前記レフレクタの前記細口端から前記広口端まで減少している、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記光エミッタ（１，２，３）は、封入材料（１２，２２）中に埋め込まれている、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。
前記照明器具は、前記光エミッタ（１，２，３）の前記互いに異なる色を選択的に制御するコントローラを有する、
請求項１記載の照明器具（１０，２０）。