JP2011513928A - 脱着可能光抽出部材を有する光システム - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの光源101、前記少なくとも１つの光源101によって発せられる光を受けるように構成される光ガイド102、及び少なくとも１つの光抽出部材103、を含む発光システム100に関する。光抽出部材103は、前記光ガイドから光を抽出するように適合され、且つ、光ガイド102の表面において脱着可能に構成される。光抽出部材は、光ガイド手段に脱着可能に構成され、これにより、光抽出部材が、光ガイドの異なる位置から外され、そして異なる位置へ移動され得る。したがって、光は、いかなる所望な位置においても抽出され得、このことは、光の制御可能な及び可変な抽出を可能にする。

Description

本発明は、少なくとも１つの光源、前記少なくとも１つの光源によって発せられる光を受けるように構成される光ガイド、及び前記光ガイドからの光を抽出するように適合される少なくとも１つの光抽出部材、を含む光システムに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む半導体発光装置は、現在入手可能なものの中でも最も効率的であり且つロバストな光源である。小さいサイズ、潜在的なエネルギ節約、及び長寿命により、ＬＥＤは、一般照明応用例に関して有望な光源になるように急速に進化している。

いくつかの新しいＬＥＤに基づく照明システムに関して、光ガイドなどの追加的な光学系が、全体的な環境照明を生成するために使用される。一般的に透明プラスチック又はガラスの平坦又は曲面部分品である光ガイドは、通常、２つの目的を果たす。第１の意図は、１つの位置から別の位置へ損失を伴うことなく光をガイドすることである。言い換えると、光が法線に対して十分に大きい角度で側面と反射する限りは、何の光も失われない。したがって、光ガイドの目的のうちの１つは、光を光源からスポットへガイドすることである。別の目的としては、光ガイドは、個別に色を有する発光要素からの色を混合するために使用もされる。したがって、十分な長さの光ガイドを通じて異なる色の光をガイドすることによって、色の混合出力は獲得され得る。

一般的に、光ガイドは、内部全反射の原理により動作し、この場合、光ガイドを通じて進む光は、光ガイドの材料、及び、例えば空気、クラッド層などの光ガイドを直接囲む材料の屈折係数における差に基づき光ガイドの表面において反射される。光が法線に十分近い角度で表面に入射する場合にのみ，光は光ガイドを抜け出し得る。

特定の応用例において、光ガイドから抽出される光をより制御された手法で誘導すること、及び、光が異なる応用例に関して抽出される場所を変化させること、が好ましくあり得る。

したがって、従来技術において、光抽出が応用例に依存して制御及び変化され得る発光システムを提供する必要がある。

本発明の目的の１つは、上述の必要性を充足することであり、且つ、光抽出が異なる応用例に関して正確に制御及び変化され得る発光システムを提供することである。

本発明のこの及び他の目的は、添付の請求項に従う発光システムによって達成される。

したがって、第１の態様において、本発明は、少なくとも１つの光源及び光ガイドを有する発光システムに関する。光ガイドは、少なくとも１つの光源によって発される光を受けるように構成される。発光システムは更に、光ガイドからの光を抽出するように適合される少なくとも１つ光抽出部材を含む。光抽出部材は、光ガイドの表面において脱着可能に構成される。

本発明の装置において、光源によって発される光の少なくとも一部は、光ガイドによって受けられる。許容可能な角度範囲内で光ガイドへ入射する光は、光ガイド内において内部全反射によって収容される。光抽出部材と周囲との間の屈折率における差により、光は光ガイドから抽出される。

光抽出部材は、光ガイド手段に脱着可能に構成され、これにより、光抽出部材が、光ガイドの異なる位置から外され、そして異なる位置へ移動され得る。したがって、光は、いかなる所望な位置においても抽出され得、このことは、光の制御可能な及び可変な抽出を可能にする。

本発明の実施例において、少なくとも１つ光抽出部材は、ビーム経路及びしたがって内部全反射の現象を妨害するように作用する少なくとも１つの散乱材料を含み、これにより、光は、光ガイドから光抽出部材を通じて効率的に抽出されるようにされる。

好ましくは、散乱材料は、波長変換材料を含む。したがって、光抽出部材へ入射する光は、光抽出部材に分布される波長変換材料と接触すると、異なる波長の光へ変換され得る。したがって、光は、特定の波長及び色で光ガイドへ入射し、そして、その後、異なる波長及び色を有して光ガイドを抜け出得る。

波長変換材料を含む光抽出部材が光源に直接装着されないが代わりに光源から離れて構成されるという事実は、いくつかの理由に関して有利である。このいわゆる「リモートフォスファ」応用例は、蛍光体、すなわち波長変換材料が耐え得る温度及び光束に対する要件を緩和する。したがって、低い色温度及び優れた演色性指数が獲得され得る。更に、光品質（不愉快なピーク輝度、色制御）は改善され得、色は、波長変換材料の特性を変化させることによって制御され得る。

本発明の好ましい実施例において、光抽出部材は、変形可能である。この実施例において、変形可能光抽出部体の厚さは、変化され得る。

変形可能部材が波長変換材料を含む場合、この波長変換材料、およびしたがって出力光の色は、部材の厚さを変化させることによって「調整」され得る。したがって、高い程度の設計及び美的自由度が得られ、光出力の色は、容易にシフトされ得る。

本発明の実施例において、少なくとも１つ光抽出部材はゲルを含む。ゲルは、要素の変形可能性を増加させ、したがって、光抽出部体の厚さ及びよって色出力は変化され得る。

好ましい実施例にしたがうと、光抽出部体は、光ガイドの表面における接着を可能にする接着表面を有する。したがって、光抽出部材は、光ガイドから脱着され得、異なる位置へ配置され得、これにより、応用例毎に変化され得る制御可能な光抽出を提供することが出来る。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであり、これらを参照にして説明され得る。

図１は、本発明に従う発光システムを例示する。

本発明は、少なくとも１つの光源、前記少なくとも１つの光源によって発せられる光を受けるように構成される光ガイド、及び前記光ガイドからの光を抽出するように適合される少なくとも１つの光抽出部材、を含む発光システムであって、前記少なくとも１つの光抽出部材は、前記光ガイドの表面において脱着可能に構成される、発光システムに関する。

本発明に従う発光システム１００の一つの実施例は、図１に例証される。発光システム１００は、少なくとも１つの光源１０１、及び少なくとも１つの光源１０１によって発される光を受けるように構成される光ガイド１０２を有する。発光システム１００は更に、光ガイド１０２からの光を抽出するように適合される少なくとも１つ光抽出部材１０３を含む。光抽出部材１０３は、光ガイド１０２の表面において脱着可能に構成される。

本文書で使用されるように、「光源」という用語は、いずれかの光の供給源であり得るが、この文脈において、通常、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を参照する。ＬＥＤは、小さいサイズ、潜在的なエネルギ節約、及び長寿命により、有利に使用される。

光源１０１によって発される光の少なくとも一部は、光ガイド１０２によって受けられる。光ガイドへ入射すると、光は、光ガイド１０２の長さに沿って進むように内部全反射によって収容される。

光は、その後、光抽出部材１０３と周囲との間の屈折率における差により、光ガイド１０３から抽出される。

本文書で使用されるように、「光ガイド」という用語は、光を入力端部において受け、そして光を出力端部へ伝播させる事項、又は重大な損失を伴わない抽出の仕組みを参照する。一般的に、光ガイドは、光ビームが２つの媒体間における界面において完全に反射される、すなわち何の光も界面を通過しない現象である内部全反射の原理で作用する。表面を通ずる光ビームの通過は、スネルの法則：
n₁sin(θ₁) = n₂sin(θ₂)
に拘束される。

この式において、n₁は第１媒体における屈折率であり、θ₁は第１媒体における界面の入射角度であり、n₂は、第2媒体における屈折率であり、θ₂は第2媒体における界面の入射角度である。n₁>n₂である場合、θ₁が大きい場合スネルの法則に対して何の解決法も存在しない。臨界角θ_c（ここで、θ_c=arcsin(n₂/n₁)）より上である場合、このことは、第１媒体から界面に入射する光ビームは、何れの光も表面を通過することなく完全に反射されることを意味する。このことは、界面表面における内部全反射に関する臨界角を生じさせる、すなわち、この臨界角より大きな角度で界面に入射する光は、内部全反射される。

光抽出部材１０３は、ビーム経路、そしてこれにより内部全反射を「妨害」するように構成され、これにより、光が光抽出部材１０３から抽出されるようにされる。ビーム経路を妨害し、光抽出が発生するようにするために、周囲に面する光抽出部材１０３の表面は、例えば、曲面化、溝付き化又は構造化などにされ得る。

光ガイド１０２は、通常、ガラス又はポリマなどの光学的にクリアな材料を含む。

「光学的にクリア」なる用語は、光ガイドが、光ガイドを通過する所望の波長の光の少量のみ又は全く吸収しないことを意味する。このような、光学的にクリアな材料は、透けて見え得る、すなわち、これらは、鮮明クリアな像を通過させる。

少なくとも１つの光抽出部材１０３は、光ガイド１０２に脱着可能に構成される。これにより、光抽出部材は、光ガイド１０２の異なる位置から外され、そして異なる位置へ移動され得る。したがって、光は、いかなる所望な位置においても抽出され得る。このことは、異なる応用例に関して制御可能及び可変であり得る光の制御可能な及び可変な抽出を可能にする。

本発明の実施例において、少なくとも１つ光抽出部材１０３は、少なくとも１つの散乱材料を含む。このような散乱材料は、ビーム経路及びしたがって内部全反射の現象を妨害するように作用し、これにより、光は、光ガイド１０３から光抽出部材を通じて効率的に抽出されるようにされる。

このような散乱材料は、内部全反射により光ガイドに含まれるビーム経路を妨害するように作用するいかなる種類の材料であっても良い。例えば、TiO₂粒子が使用され得る。

本発明の実施例において、少なくとも１つの散乱材料は、波長変換材料１０４を含む。このようにして、好ましい実施例において、波長変換材料１０４の粒子は、光抽出部材１０３内に分布される。したがって、光抽出部材１０３へ入射する光ガイド１０２からの光は、波長変換材料１０４と接触すると、異なる波長の光へ変換され得る。したがって、特定の波長及び色で光ガイドへ入射する光は、その後、異なる波長及び色を有する光ガイド１０３から抽出され得る。

いくつかの光抽出部材１０３が光ガイド１０２に配置され得、これらは、異なる種類の波長変換材料１０４を含み得、これにより、出力光の色が光抽出部材１０３のそれぞれの間において変化され得るようにされる。更に、１つより多い波長変換材料１０４が、抽出部材１０３において含まれ得、混合色印象を与える。

本文書で使用されるように、「波長変換材料」という用語は、第１の波長の光を吸収し、第２のより長い波長の光の放出を生じさせる材料を参照する。光の吸収において、材料における電子は、より高いエネルギレベルへ励起される。高いエネルギレベルから緩和されて戻ると、余剰エネルギは、吸収された光の波長よりも長い波長を有する光の形態でこの材料から解放される。したがって、この用語は、発光性及び蛍光性波長変換の両方に関する。

光抽出部材１０３が波長変換材料１０４を含む場合、このような部材１０３は、通常光源１０１から離れて構成され、光源１０１に直接装着されない。このいわゆる「リモートフォスファ」応用例は、蛍光体、すなわち波長変換材料が耐え得る温度及び光束に対する要件を緩和する。従来のＬＥＤにおいて、波長変換材料は、チップに直接装着される糊に埋め込まれている。この構造において、波長変換材料は、ＬＥＤの温度及び光束の両方に同時に耐える必要がある。したがって、この本発明の構成は、低い色温度及び優れた演色性指数を可能にする。更に、光品質（不愉快なピーク輝度、色制御）は改善され得、抽出された光の色は、波長変換材料１０４の特性を変化させることによって容易に制御され得る。

本発明の好ましい実施例において、光抽出部材１０３は、変形可能である。このことは、変形可能光抽出部体の厚さ、及びしたがって出力光の色が変化され得るので、有利である。

本文書で使用されるように、「変形可能要素」という用語は、高度に柔軟な材料から形成される要素であって、要素の厚さが局所的又は全体的に変化され得るように曲げられることが可能であり、塑性である要素を参照する。

変形可能部材１０３が波長変換材料１０４を含む実施例において、この波長変換材料１０４は「調整」され得、したがって、光出力の色はシフトされ得る。このことは、常に同一の電力出力を用いて色の変更すること、及び、高い程度の設計及び美的自由度を可能にする。

本発明の実施例において、少なくとも１つ光抽出部材１０３はゲルを含み、このゲルは、要素の変形可能性及び柔軟性を更に増加させる。このことは、したがって、光抽出部体の厚さ及びよって色出力が容易に変化され得るようにさせる。通常、ゲルは、柔軟性があり、不活性であり、熱的に安定した材料であるシリコーンを含む。

しかし、本発明は、シリコーンの使用に制限されないが、例えば、高粘性有機材料などのいくつかの他の変形可能材料も、使用され得、これらは、当業者に知られている。

好ましくは、ゲル、及びしたがって変形可能光抽出部材も光学的にクリアである。

好ましい実施例にしたがうと、光抽出部体１０３は、光ガイド１０２の表面における接着を可能にする接着表面を有する。したがって、光抽出部材１０３は、光ガイド１０２から容易に脱着され得、異なる位置へ配置され得る。これにより、応用例毎にも変化され得る制御可能な光抽出を提供することが出来る。

本発明の実施例において、例えばヒートシンクなどの追加的光学系も、発光装置から熱を排送するために構成され得る。更に、ディフューザは、均一及び拡散的な光出力を生成するために、光源によって発される光を受けるために任意選択的に使用され得る。

本発明に従う発光システムは、例えばメモボートとして又は局所的な光源を用いてダウンライトなどとして、いくつかの応用例において使用され得る。光ガイドは、例えば、テーブルの上に装着され得、光抽出部材光抽出が望ましい箇所に配置され得る。更に、発光システムは、チェスゲームにおいて活用され得、この場合、チェスボートは、光ガイドとして作用し、チェスの駒は光抽出部材として作用し得る。光抽出部材は、窓／バス停ステッカとしても使用され、光ガイドとして作用する窓に配置される。

本発明は、図面及び上述の説明において詳細に例示及び記述されている一方で、これらの例示及び記述は、例証的又は例示的として考慮されるべきであり、制限的に考慮されるべきでない。本発明は、開示される実施例には制限されない。開示される実施例以外の変更態様は、図面、開示及び添付の請求項を検討することにより請求項の発明を実施することにおいて、当業者によって理解及び実行され得る。例えば、本願発明は、特定の光源の使用に制限されないが、何れの光の供給源も使用され得る。通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されるが、本発明は、特定の種類のＬＥＤに制限されない。特定の波長変換材料にも制限されず、いずれのこのような材料又は材料の組合せも使用され得る。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの光源、前記少なくとも１つの光源によって発せられる光を受けるように構成される光ガイド、及び前記光ガイドからの光を抽出するように適合される少なくとも１つの光抽出部材、を含む発光システムであって、
   前記少なくとも１つの光抽出部材は、前記光ガイドの表面において脱着可能に構成される、発光システム。
2. 請求項１に記載の発光システムであって、前記光抽出部材は、少なくとも１つの散乱材料を含む、発光システム。
3. 請求項２に記載の発光システムであって、前記少なくとも１つの散乱材料は、波長変換材料である、発光システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光システムであって、前記光抽出部材は、変形可能である、発光システム。
5. 請求項４に記載の発光システムであって、前記光抽出部材は、ゲルである、発光システム。
6. 請求項１乃至５に記載の発光システムであって、前記光抽出部材は、前記光ガイドの表面への接着を可能にする接着表面を有する、発光システム。

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