特許 6351881 複数のＬＥＤからの光を組み合わせた発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6351881

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】複数のＬＥＤからの光を組み合わせた発光装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20180625BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20180625BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20180625BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 340

   F21V8/00 310

   F21Y115:10

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-561816(P2017-561816)

(86)(22)【出願日】2016年5月26日

(86)【国際出願番号】EP2016061894

(87)【国際公開番号】WO2016193113

(87)【国際公開日】20161208

【審査請求日】2017年11月28日

(31)【優先権主張番号】15169874.3

(32)【優先日】2015年5月29日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516043960

【氏名又は名称】フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】コルネリセン ヒューゴ ジョアン

(72)【発明者】

【氏名】モス バリー

【審査官】 杉浦 貴之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−８８４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０６１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３５１４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ８／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各ＬＥＤがＬＥＤ出力面を含み、動作時に前記ＬＥＤ出力面から光を放射する、複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤによって放射された光が、導光体入力面で導光素子に入射されるように、前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤの前記ＬＥＤ出力面に隣接して配置される前記導光体入力面を含む前記導光素子であって、前記導光素子は、導光体出力面をさらに含み、前記導光体入力面で前記導光素子に入射された光は、さらに前記導光体出力面に導かれ、前記導光体出力面から放射される、導光素子と、
透明材料で形成され、前記導光体出力面に隣接して配置された第１の表面部分を含む、コリメート素子であって、前記導光素子の前記導光体出力面から放射され前記第１の表面部分で前記コリメート素子に入射された光をコリメートする、コリメート素子と
を含む、発光装置であって、
前記発光装置は、少なくとも前記導光素子を少なくとも部分的に囲むように配置された第１の反射素子をさらに含み、
前記コリメート素子は、第２の表面部分を含み、前記第１の反射素子は、前記導光素子から漏出する光の少なくとも一部を反射して戻し、この光の少なくとも一部は、前記第２の表面部分で前記コリメート素子に入射される、
発光装置。

【請求項2】

前記導光体入力面の面積は、前記導光体出力面の面積よりも大きい、請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記導光素子は少なくとも２つの導光体入力面を含み、前記少なくとも２つの導光体入力面の各々は、前記複数のＬＥＤによって放射された光が、前記少なくとも２つの導光体入力面で前記導光素子に入射されるように、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤの前記ＬＥＤ出力面に隣接して配置され、前記２つの導光体入力面の各々で前記導光素子に入射された光は、さらに、前記導光体出力面に導かれ、前記導光体出力面から放射される、請求項１に記載の発光装置。

【請求項4】

前記少なくとも２つの導光体入力面の面積の合計は、前記導光体出力面の面積よりも大きい、請求項２に記載の発光装置。

【請求項5】

前記第１の反射素子は、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つ及び前記コリメート素子を少なくとも部分的に囲むように、さらに配置される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項6】

隣接する前記導光体入力面に対してゼロとは異なる角度で前記ＬＥＤ出力面が延在するように、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが配置される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項7】

前記複数のＬＥＤはキャリア上に配置され、隣接する前記導光体入力面に対してある角度で前記ＬＥＤ出力面が延在するように、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが配置される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項8】

前記隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる角度で前記ＬＥＤ出力面が延在するように、前記複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが配置される態様で前記キャリアは形成される、請求項７に記載の発光装置。

【請求項9】

前記複数のＬＥＤの少なくとも２つの隣接するＬＥＤは、少なくとも１つの第２の反射素子によって分離される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項10】

前記導光素子は、光学マニホールドである、請求項３乃至９の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項11】

前記導光素子は、光学楔である、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項12】

前記導光素子は、少なくとも１．５の屈折率を有し、前記導光体出力面の面積は、前記導光体入力面の面積の２５％から６４％に相当する、請求項１１に記載の発光装置。

【請求項13】

前記導光素子は、１．５の屈折率を有し、前記導光体出力の面積は、前記導光体入力面の面積の２５％から６４％のうちの任意の何れかに相当する、請求項１１又は１２に記載の発光装置。

【請求項14】

前記導光素子は、１．８の屈折率を有し、前記導光体出力面の面積は、前記導光体入力面の面積の２５％から４９％のうちの任意の何れかに相当する、請求項１１又は１２に記載の発光装置。

【請求項15】

請求項１乃至１４の何れか一項に記載の発光装置を含む、ランプ、照明器具、又は照明システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各ＬＥＤが、ＬＥＤ出力面を含み、動作時にＬＥＤ出力面から光を放射する、複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤによって放射された光が、導光体入力面で導光素子に入射されるように、複数のＬＥＤの各ＬＥＤのＬＥＤ出力面に隣接して配置される導光体入力面を含む導光素子であって、導光素子は、導光体出力面をさらに含み、導光体入力面で導光素子に入射された光は、さらに導光体出力面に導かれ、導光体出力面から放射される、導光素子とを含む、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のＬＥＤ光源を含むＬＥＤスポットが広く使用されている。しかし、このようなＬＥＤスポットは、各光源が個別のコリメータを必要とするので、かさばってしまう。スポットの出射面の面積は限られるので、限定された数のＬＥＤコリメータのみが適合することになる。

【0003】

可能な解決策は、出射面の面積をより効率的に満たすために、個別のＬＥＤ光源を互いに非常に接近して配置し、個別のコリメータの代わりに単一のより大きなコリメータを使用することである。しかし、この解決策は、ＬＥＤ光源の発熱に起因する熱的制限のために、不利である。その結果、ＬＥＤ光源は、熱拡散の理由から、互いにある距離に配置される必要がある。これは、ＬＥＤ間に隙間が必要であり、それによって全光源の面積平均輝度が大幅に減少されることを意味する。

【0004】

米国特許出願公開第２００８／００７４７５２Ａ１号明細書は、複数のＬＥＤの光出力を１つの共通の出力に組み合わせるように、光学マニホールドを使用する形態で上記の問題に対する解決策を提供する試みを記載する。しかし、光学マニホールドの使用は、光が光学マニホールドの入力面から出力面に導かれるので、非常に大きな光の損失をもたらす。米国特許出願公開第２００８／００７４７５２Ａ１号明細書は、内部コリメータとして各入力面から出力面に至る光学マニホールドの脚部を提供すること、及び／又は光学マニホールドの各入力面に正方形のコリメータを提供することによって、この問題の解決を試みる。しかし、この解決策は、依然として光学マニホールドからの大きな光の損失を示す。さらに、この解決策は、依然として各ＬＥＤ光源のための個別のコリメータを必要とし、次いで、かさばりに関する上記の問題を解決しない。さらに、各ＬＥＤ光源のための個別のコリメータの必要性はまた、高い製造コストをもたらす。

【0005】

国際公開第２０１０／０４４０３０号明細書は、別々の領域に分離される導光体を含む照明装置を開示し、発光装置は、各領域に配置される。異なる領域は、所与の波長を有し隔壁に入射する光が部分的に透過され部分的に反射されるように構成された部分的に透明な隔壁によって分離され、これによって均一な照明が達成される。

【0006】

したがって、さらに、高品質かつ高輝度の光源に対する需要が市場においてますます増加しているので、複数の異なるＬＥＤ光源からの光が組み合わされる際に最小限の光しか失われない解決策が依然として必要とされる。さらに、既存の装置のかさばりに関する問題に対する解決策の必要性が存在する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、この問題を解決し、複数の異なるＬＥＤ光源からの光が組み合わされる際に最小限の光しか失われない発光装置を提供することであり、この装置は、構造がより小型でよりコンパクトで、製造がより安価でより容易である。

【0008】

本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、各ＬＥＤが、ＬＥＤ出力面を含み、動作時にＬＥＤ出力面から光を放射する、複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤによって放射された光が、導光体入力面で導光素子に入射されるように、複数のＬＥＤの各ＬＥＤのＬＥＤ出力面に隣接して配置される導光体入力面を含む導光素子であって、導光素子は、導光体出力面をさらに含み、導光体入力面で導光素子に入射された光は、さらに導光体出力面に導かれ、導光体出力面から放射される、導光素子と、透明材料で形成され、導光体出力面に隣接して配置された第１の表面部分を含む、コリメート素子であって、導光体出力面から放射され第１の表面部分でコリメート素子に入射された光をコリメートする、コリメート素子とを含む、発光装置であって、発光装置は、少なくとも導光素子を少なくとも部分的に囲むように配置された第１の反射素子をさらに含み、コリメート素子は、第２の表面部分を含み、第１の反射素子は、第１の反射素子によって反射されて戻された光の少なくとも一部を、第２の表面部分でコリメート素子に入射する、発光装置によって達成される。

【0009】

導光素子の導光体出力面に隣接して配置されたコリメート素子を有する発光装置を提供することによって、導光体出力面から光をコリメートするために、１つのコリメータのみが必要とされる。結局、これは、構造がはるかにコンパクトで、製造がより安価でより容易な発光装置を提供する。

【0010】

少なくとも導光素子を少なくとも部分的に囲むように配置され、反射された光を少なくとも部分的にコリメート素子に入射する、第１の反射素子を有する発光装置を提供することによって、さもなければ失われ、導光体によって導かれずコリメート素子に透過されなくなってしまう光は、第１の反射素子によって反射されて戻されるので、したがって失われない。

【0011】

透明材料で形成され、第２の表面部分を含むコリメート素子として、コリメート素子を提供することによって、前記光の少なくとも一部は、反射されて戻され、前記第２の表面部分でコリメート素子に入射され、さらに第１の反射素子を提供することによって、さもなければ導光素子から漏出することによって失われる光は、反射されてコリメート素子に戻され、コリメート素子によってコリメートされた光と共に放射された拡散背景照明に使用される。これによって、高品質の高輝度光出力を有する発光装置が提供される。

【0012】

一実施形態において、導光体入力面の面積は、導光体出力面の面積よりも大きい。

【0013】

さらに、このようにして、面積当たりの光束が増加する一方で、出射窓を通る光束が減少することが得られる。これは驚くべき予期せぬ結果であり、というのは、面積当たりの光束は一般的に光源の輝度と関連し、これは、本発明の光学設計のようには、光学設計において増加し得ないからである。結果として生じる組み合わされた光ビームの角度分布が個別の光源のものよりも広範であるという事実が説明される。これは、より多くの光束が導光体出力面を通過することを可能にするが、元の光源よりも大きな角度となる。したがって、言い換えると、導光体出力面でのビーム角度は、個別のＬＥＤのランバートビーム角度よりも大きいという事実が説明される。

【0014】

一実施形態において、導光素子は少なくとも２つの導光体入力面を含み、少なくとも２つの導光体入力面の各々は、複数のＬＥＤによって放射された光が、２つの導光体入力面で導光素子に入射されるように、複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤのＬＥＤ出力面に隣接して配置され、２つの導光体入力面の各々で導光素子に入射された光は、さらに、導光体出力面に導かれ、導光体出力面から放射される。

【0015】

一実施形態において、導光素子の少なくとも２つの導光体入力面の面積の合計は、導光体出力面の面積よりも大きい。これによって、上記のものと同一の又は類似の利点を有する発光装置が提供される。

【0016】

一実施形態において、第１の反射素子は、複数のＬＥＤの少なくとも１つ及びコリメート素子を少なくとも部分的に囲むように、さらに配置される。これによって、複数の異なるＬＥＤ光源からの光が導光素子内で組み合わされる際の光の損失は、さらに最小化されるか、又は完全に回避される。

【0017】

一実施形態において、隣接する導光体入力面に対してある角度でＬＥＤ出力面が延在するように、複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤは配置される。

【0018】

一実施形態において、複数のＬＥＤはキャリア上に配置され、隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる角度でＬＥＤ出力面が延在するように、複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤは配置される。

【0019】

これらの２つの実施形態のいずれも、複数のＬＥＤによって放射された光の完全な組み合わせを依然として得ながら、導光素子の長さが減少される、発光装置を提供する。結局、これは、さらによりコンパクトな発光装置を結果として生じる。キャリア上にＬＥＤを配置することは、よりロバストな発光装置をさらに提供する。

【0020】

一実施形態において、ＬＥＤは、半田付けによってキャリア上に配置される。これによって、及び、特に、半田付けによって隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる角度でＬＥＤ出力面が延在するようにＬＥＤが配置される場合、ＬＥＤは、発光装置から放射された光の改善されたコリメーションを得るために、非常に簡単で直接的な態様でコリメート素子の焦点面に配置される。

【0021】

一実施形態において、隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる角度でＬＥＤ出力面が延在するように、複数のＬＥＤの少なくとも１つのＬＥＤが配置される態様で、キャリアは形成される。これによって、発光装置は、隣接する導光体入力面に対してある角度、ゼロとは異なる角度でＬＥＤ出力面が延在するように、ＬＥＤの配置が提供され、これは特に簡単で費用対効果の高い態様で得られる。

【0022】

一実施形態において、複数のＬＥＤの少なくとも２つの隣接するＬＥＤは、少なくとも１つの第２の反射素子によって分離される。

【0023】

一実施形態において、少なくとも１つの第２の反射素子は、コリメート素子の焦点面の下方に位置されたＬＥＤの周囲に取り付けられる。

【0024】

これによって、放射された光の、コリメート素子の焦点への移送が得られ、結局、発光装置から放射された光のコリメーションの程度を改善する。さらに、ＬＥＤ間の必要なギャップの大きさが、このようにしてさらに減少され、したがってさらによりコンパクトな発光装置を提供する。

【0025】

第２の反射素子は、例えば、反射鏡のような鏡であるが、白色拡散反射鏡でもあり得る。

【0026】

導光素子は、光学マニホールド又は代替的に光学楔である。

【0027】

導光素子が光学楔である一実施形態において、導光素子は、少なくとも１．５の屈折率を有し、導光体出力面の面積は、導光体入力面の面積の２５％から６４％に相当する。

【0028】

導光素子が光学楔である一実施形態において、導光素子は、１．５の屈折率を有し、導光体出力の面積は、導光体入力面の面積の２５％から６４％のうちの任意の何れかに相当する。

【0029】

導光素子が光学楔である一実施形態において、導光素子は、１．８の屈折率を有し、導光体出力面の面積は、導光体入力面の面積の２５％から４９％のうちの任意の何れかに相当する。

【0030】

光が楔型（テーパ状）の導光体に入射された場合、側面ファセットからいくらかの光束が漏出することはよく知られていることに留意されたい。すなわち、全反射によって最初に伝搬する光は、傾斜した非平行な側壁によって再指向され、最終的に導光体の側壁から逃げる。したがって、導光体出力面に到達する光束は、導光体出力面の面積が減少する場合、減少する。

【0031】

しかしながら、出射光束が導光体出力面にどのように依存するかを注意深く考察することによって、本発明者らは、１．５の屈折率を有する導光体（図１０Ａ）については図１０に、１．８の屈折率を有する導光体（図１１Ａ）については図１１に示される驚くべき効果を発見した。図１０及び図１１において、出射光束（図１０Ｃ及び図１１Ｃ）及び光束／出力表面積比（図１０Ｂ及び図１１Ｂ）はそれぞれ、様々な光源反射率及び楔型形状に対する出射面積の関数としてプロットされる。光束は、実際に、出射面積と共に減少するが、最初は全く直線的ではないことが示される。

【0032】

その結果、１．５の屈折率を有する導光体につき、導光体出力表面積が導光体入力表面積の３０％‐６４％になるように選択される場合、光束／面積は、入力値の最大１４５％‐１２７％まで、特に、導光体出力表面積が導光体入力表面積の４９％になるように選択される場合、入力値の最大１４５％まで、増加する。これは、導光素子の少なくとも１０ｍｍまでの全ての長さにわたって当てはまることが示される。

【0033】

１．８の屈折率を有する導光体につき、この効果は、導光体入力表面積の３６％の導光体出力表面積で、光束／面積が最大２００％を示すので、さらにより重要であることが示されている。

【0034】

本発明はさらに、本発明による発光装置を含む、ランプ、照明器具、又は照明システムに関し、以下の用途の１つ以上に使用される：デジタル投影、自動車照明、舞台照明、店舗照明、家庭照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバ照明、ディスプレイシステム、警告照明システム、医療照明アプリケーション、装飾照明アプリケーション。

【0035】

本発明は、特許請求の範囲に記載された特徴の全ての可能な組み合わせに関することに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0036】

本発明のこの態様及び他の態様は、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説明される。

【0037】

【図1】本発明による発光装置の第１の実施形態の概略断面図を示す。

【図2A-2C】図１による３つのＬＥＤの光を組み合わせる３つの異なる発光装置の概略図を示す。図２Ａでは、導光体出力面の面積は、ＬＥＤ表面積に等しく、よって、３つの導光体入力面の面積の和に等しい。図２Ｂでは、導光体出力面の面積は、ＬＥＤ表面積の２／３に等しく、よって、３つの導光体入力面の面積の和の２／３に等しい。図２Ｃでは、導光体出力面の面積は、ＬＥＤ表面積の１／２に等しく、よって、３つの導光体入力面の面積の和の１／２に等しい。

【図3A-3C】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃにそれぞれ示される発光装置の各導光素子の導光体出力面での照度分布を示す。

【図4A-4C】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃにそれぞれ示される発光装置によって放射される光の遠視野強度分布を示す。

【図5】本発明による発光装置の第２の実施形態の概略斜視図を示す。

【図6-8】本発明の発光装置の複数のＬＥＤをキャリア上に配置する３つの異なる方法を示す。

【図9】本発明による発光装置の第３の実施形態の概略断面図を示し、導光素子は光学楔である。

【図10A】図９による発光装置の屈折率が１．５である例示的な光学楔を示す。

【図10B】図１０Ａの光学楔の様々な光源反射率に対する導光体出力表面積の関数としての光束／出力表面積比を示す。

【図10C】図１０Ａの光学楔の様々な光源反射率に対する導光体出力表面積の関数としての出射光束を示す。

【図11A】図９による発光装置の屈折率が１．８である例示的な光学楔を示す。

【図11B】図１１Ａの光学楔の様々な光源反射率に対する導光体出力表面積の関数としての光束／出力表面積比を示す。

【図11C】図１１Ａの光学楔の様々な光源反射率に対する導光体出力表面積の関数としての出射光束を示す。

【0038】

図に示されるように、レイヤ及び領域のサイズは、説明のために誇張されており、よって、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る。同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態が詳細に説明され、本発明の現在好ましい実施形態が示される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施され、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝える。

【0040】

ここで図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による発光装置１が示される。発光装置１は、複数のＬＥＤ２を含む。図示の実施形態において、複数のＬＥＤ２は、３つのＬＥＤ２１、２２、及び２３を含む。代替的に、複数のＬＥＤは、２つのＬＥＤ又は４つ以上のＬＥＤを含んでもよい。

【0041】

ＬＥＤ２１、２２、２３は各々、動作時に特定のスペクトル分布で光を放射する。ＬＥＤは、同じスペクトル分布を有する光を放射する。代替的に、ＬＥＤは、異なるスペクトル分布を有する光を放射してもよい。

【0042】

複数のＬＥＤ２の各ＬＥＤ２１、２２、２３は、ＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６をそれぞれ含む。動作時にそれぞれのＬＥＤ２１、２２、２３によって放射された光は、それぞれのＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６から放射される。

【0043】

複数のＬＥＤは、プリント回路基板又は適切な基板のような、キャリア９上に任意に配置される。

【0044】

発光装置１は、３つの導光体入力面３１、３２、３３を含む導光要素３をさらに含む。各導光体入力面３１、３２、３３は、前記複数のＬＥＤ２によって放射された光が、導光体入力面３１、３２、３３で導光素子３に入射されるように、前記複数のＬＥＤ２の各ＬＥＤ２１、２２、２３のＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６にそれぞれ隣接して配置される。導光素子３は、導光体出力面３４をさらに含む。導光体入力面３１、３２、３３で導光素子３に入射される光は、導光体出力面３４に導かれ、導光体出力面３４から放射される。このように、複数のＬＥＤ２の各ＬＥＤ２１、２２、２３からの光は、１つの共通の出力を形成するように導光素子３を通って導かれながら組み合わされる。

【0045】

実施形態とは無関係に、ＬＥＤ２１、２２、２３は、ＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６及び導光体入力面３１、３２、３３が、図１に示されるようなエアギャップによって、又は適切な光学的に透明な材料によって分離されるように、配置されてもよい。さらに、実施形態とは無関係に、ＬＥＤ２１、２２、２３は、代替的に、図５に示されるように、ＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６を導光体入力面３１、３２、３３と物理的及び／又は光学的に接触して配置され、前記複数のＬＥＤ２によって放射された前記光が導光体入力面３１、３２、３３で導光素子３に直接入射されてもよい。

【0046】

さらに、図１に示される実施形態におけるＬＥＤ２１、２２、２３は、ＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６及び導光体入力面３１、３２、３３が互いに平行に延在するように配置されてもよい。代替的に、及び実施形態とは無関係に、複数のＬＥＤ２の少なくとも１つのＬＥＤ２１、２２、２３は、そのＬＥＤ出力面が、隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる角度で延在するように配置されてもよい。

【0047】

図１の実施形態において、導光素子３は、３つの脚部を含む光学マニホールドであり、１つの脚部は、導光体入力面３１、３２、３３の各々から導光体出力面３４まで延在する。すなわち、導光素子３は、各ＬＥＤ２１、２２、２３に対して１つずつ、３つの脚部を含む光学マニホールドである。

【0048】

一般的に、導光素子は、以下でさらに説明されるような、任意の可能な数の脚部を含む。導光素子３が光学マニホールドである実施形態において、導光素子３は、複数のＬＥＤのＬＥＤの数に等しいかそれより少ない数の脚部を含む。

【0049】

実施形態とは無関係に、導光体入力面３１、３２、３３の断面形状は、ＬＥＤによって放射される光を最も効率的に捕捉するように、ＬＥＤ２１、２２、２３のＬＥＤ出力面１２４、１２５、１２６の形状に適合するように提供されてもよい。したがって、導光素子３の残りの部分は、丸みを帯びた又は矩形のような、任意の所望の断面形状を有してもよい。

【0050】

図１に示される実施形態において、導光体入力面３１、３２、３３の面積の合計は、導光素子３の導光体出力面３４の面積に等しい。

【0051】

発光装置１は、透明材料で形成され導光素子３の導光体出力面３４に隣接して配置された、コリメート素子４をさらに含む。コリメート素子４は、導光体出力面３４から放射された光をコリメートする。コリメート素子４は、全反射（ＴＩＲ）、屈折、又はそれらの組み合わせによって光をコリメートするコリメート素子である。コリメート素子４は、さらに、誘電性透明材料で形成されてもよい。

【0052】

コリメート素子は、導光素子３の導光体出力面３４に隣接して配置された第１の表面部分４１を含む。コリメート素子４は、導光体出力面３４から放射され第１の表面部分４１でコリメート素子４に入射された光を、コリメートする。コリメート素子４は、コリメートされた光が発光装置１から放射される出射窓１５をさらに含む。コリメート素子４は、第１の表面部分４１と出射窓１５との間に延びる少なくとも部分的に円周状の表面部分である第２の表面部分４２をさらに含む。

【0053】

実施形態とは無関係に、コリメート素子４及び導光素子３は、図１に示されるように、コリメート素子の入力窓８が導光体出力面３４と物理的及び／又は光学的に接触して配置されてもよい。さらに、実施形態とは無関係に、コリメート素子４及び導光素子３は、代替的に、入力窓８及び導光体出力面３４がエアギャップによって又は適切な光学的に透明な材料によって分離されるように配置されてもよい。

【0054】

発光装置１は、少なくとも導光素子１を少なくとも部分的に囲むように配置された第１の反射素子５をさらに含む。第１の反射素子５は、光を反射して前記発光装置１に戻すことに適する。第１の反射素子５によって反射されて発光装置１に戻された光の少なくとも一部は、第２の表面部分４２でコリメート素子４に入射される。

【0055】

図１に示される実施形態において、第１の反射素子５は、コリメート素子４の出射窓１５を除いて、発光装置１の全てを囲むように配置される。代替的に、第１の反射素子５は、発光装置１を部分的に囲むように配置され、例えば、存在する場合には、導光素子３、コリメート素子４、複数のＬＥＤ２及び／又はキャリア９、の少なくとも１つを、部分的に又は完全に囲むように配置されてもよい。

【0056】

第１の反射素子５は、適切な金属のような、反射性材料で形成され、及び／又は、取り付けられた状態で発光装置１の内部に面する表面に反射性コーティング又はミラーコーティングが提供される。

【0057】

例
ここで、 図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、非限定的な一例として、３つのＬＥＤの光を各々組み合わせる３つの異なる光学マニホールドが示される。光学マニホールドの導光体出力面３４は、それぞれ、導光体入力面３１、３２、３３の合計と等しいか（図２Ａ）、２／３と等しいか（図２Ｂ）、１／２と等しく（図２Ｃ）になるように選択される。

【0058】

図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにそれぞれ示される発光装置の各導光素子の導光体出力面での照度分布を示す。光線追跡分析から、その結果が、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃにそれぞれ示され、導光体出力面３４を通る光束は、この特定の例においては７５ｌｍ（図３Ａ）から５８ｌｍ（図３Ｂ）へと、また４４ｌｍ（図３Ｃ）へと減少するが、面積当たりの光束は、２５ｌｍ／ｍｍ^２から約３０ｌｍ／ｍｍ^２まで約２０％増加する。これは驚くべき予期せぬ結果であり、というのは、一般的に面積当たりの光束は光源の輝度と関連し、これは、これらのように、光学設計においては増加し得ないからである。

【0059】

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃにそれぞれ示されるように、結果として生じる光ビームの角度分布が個別の光源のものよりも広範であるという事実が説明され、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにそれぞれ示される発光装置によって放射される光の遠視野（光度）プロファイルが示される（垂直及び水平、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ参照）。元のランバートプロファイル（“円形”）は、サイドローブ（“耳”）を有するプロファイルに移行することが明確にわかる。これは、より多くの光束が出射窓を通過することを可能にするが、元の光源よりも大きな角度となる。

【0060】

導光体出力面３４を通る光束の減少は、マニホールドの側壁から漏出する光束によって引き起こされる。この光は失われないが、裏側から透明なＴＩＲコリメート素子を通って透過され得る、というのは、これは、透明な誘電性材料から形成され、コリメート素子４によって出力されるコリメートされた構成要素８に加えて、システムの最終的な光出力における拡散構成要素７として機能するからである。これは、図１において矢印によって示される。

【0061】

ここで図５を参照すると、本発明による発光装置１００の第２の実施形態が示され、簡略化のためにコリメート素子及び反射素子が省略される。発光装置１００は、図１に関連して上記のものと以下の点でのみ異なる。

【0062】

発光装置１００は、９個のＬＥＤを含み、そのうちの６個、すなわちＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５、及び２６が可視である。

【0063】

導光素子３は、９個のＬＥＤの各々に１つずつ、９個の導光体入力面を含む。

【0064】

９個の導光体入力面の面積の合計は、導光体出力面３４の面積よりも大きい。

【0065】

最終的に、９個のＬＥＤは、９つの導光体入力面のそれぞれ１つと物理的及び光学的に接触するそれぞれのＬＥＤ出力面と共に配置される。

【0066】

ここで図６、図７、及び図８を参照すると、電気的接続又は温度管理を犠牲にすることなく、個別のＬＥＤ間のギャップを減少するように、キャリア９上にＬＥＤ２１、２２、２３、２４、及び２５を取り付ける異なる態様が説明される。これらの可能性は、ギャップをさらに減少するために光学マニホールドの形態の導光素子３の使用と任意に組み合わされる。ＬＥＤ間のギャップが減少されるので、マニホールドはよりコンパクトにされる。

【0067】

図６は、半田付けによってキャリア９上に取り付けられた３つのＬＥＤ２１、２２、及び２３の断面を示す。キャリア９は平坦である。中心に配置されたＬＥＤ２２は、キャリア上に平坦に取り付けられる。残りの２つのＬＥＤ２１、２３は、それらのそれぞれのＬＥＤ出力面がキャリア９に対してゼロとは異なる角度で延在するように、半田付け１０及び１１によってそれぞれキャリア９上に取り付けられ、よって、本発明による発光装置に配置された場合、隣接する導光体入力面に対してゼロとは異なる（したがって平行ではない）角度で配置される。さらに、及び任意に、ＬＥＤ２１、２２、２３は、少なくとも１つの‐図６においては例として２つの‐第２の反射素子１２、１３によって分離される。

【0068】

図７及び図８は、個別のＬＥＤ間のギャップが減少されるか、又は完全に排除されるように、複数のＬＥＤ２を取り付ける別の態様を、断面図及び上面図でそれぞれ示す。この実施形態において、ＬＥＤが半田付けされているキャリア９は、いくつかの傾斜部分９１、９２、９３、及び９４が得られるように、折り畳まれる。さらに、傾斜部分９１、９２、９３、及び９４に取り付けられたＬＥＤ２１、２３、２４、及び２５は、それらのそれぞれのＬＥＤ出力面が傾斜部分９１、９２、９３、及び９４、よってキャリア９に対して、ゼロとは異なる角度で延在するように、取り付けられる。図７及び図８に示されるようにＬＥＤを取り付けることは、コリメート素子の焦点面１４にＬＥＤを取り付けることを可能にする。任意に、少なくとも１つの第２の反射素子１２は、その又はそれらのＬＥＤ、本明細書ではＬＥＤ２２の周囲に取り付けられ、これは、放射された光を所望の面に移送するため、焦点面１４の下方に位置する。

【0069】

少なくとも１つの第２の反射素子１２、１３は、実施形態とは無関係に、例えば、反射鏡、又は白色拡散反射鏡のような、反射シールド又はミラー素子でもよい。

【0070】

ここで図９を参照すると、本発明による発光装置１０１の第３の実施形態が示される。発光装置１０１は、図１に関連して上記のものと以下の点でのみ異なる。

【0071】

導光素子３は、光学楔としても知られる、楔型又はテーパ状の透明光学素子として提供されており、複数のＬＥＤ２に共通の１つの導光体入力面３１のみ有し、この例においては２つのＬＥＤ２１及び２２を含む。このような導光素子３は、例えば、円錐又はピラミッドの錐台として形成される。

【0072】

したがって、図９に示される導光素子３は、複数のＬＥＤ２によって放射された光が導光体入力面３１で導光素子３に入射されるように、複数のＬＥＤ２の各ＬＥＤ２１、２２のＬＥＤ出力面２４、２５に隣接して配置された１つの導光体入力面３１を含む。

【0073】

導光素子３は、導光体出力面３４をさらに含み、導光体入力面１で導光素子３に入射された光は、さらに導光体出力面３４に導かれ導光体出力面３４から出射される。

【0074】

さらに、導光体入力面３１の面積は、この実施形態において、導光体出力面３４の面積よりも大きい。

【0075】

このような導光素子３は、光束／単位面積比を増加するために使用される。光が楔型（テーパ状）の導光体に入射された場合、側面ファセットからいくらかの光束が漏出することはよく知られている。すなわち、全反射によって最初に伝搬する光は、導光体入力面３１と導光体出力面３４との間に延びる傾斜した非平行な側壁によって再指向され、最終的に導光素子３の側壁から逃げる。したがって、導光素子３の側壁から逃げる光は、反射素子によって反射されて発光装置に戻される。

【0076】

図９に示されるタイプの２つの例示的な発光装置の効果の測定が、図１０及び図１１にそれぞれ示されており、上記で詳細に説明されている。

【0077】

当業者であれば、本発明は決して上記の好ましい実施形態に限定されないことを理解する。逆に、添付の特許請求の範囲の範囲内で多くの変更及び変形が可能である。

【0078】

追加的に、開示された実施形態に対する変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求された発明を実施する際の当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの測定された組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

【要約】

各ＬＥＤ２１、２２、２３が、ＬＥＤ出力面２４、２５、２６を含み、動作時に前記ＬＥＤ出力面から光を放射する、複数のＬＥＤ２と、前記複数のＬＥＤによって放射された光が、導光体入力面で導光素子に入射されるように、前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤのＬＥＤ出力面に隣接して配置される導光体入力面３１を含む導光素子３であって、前記導光素子は、導光体出力面３４をさらに含み、前記導光体入力面で導光素子に入射された光は、さらに前記導光体出力面に導かれ、前記導光体出力面から放射される、導光素子３と、透明材料で形成され、前記導光体出力面に隣接して配置された第１の表面部分４１を含む、コリメート素子４であって、前記導光体出力面から放射され前記第１の表面部分で前記コリメート素子に入射された光をコリメートする、コリメート素子４とを含む、発光装置１、１０１であって、発光装置は、少なくとも前記導光素子を少なくとも部分的に囲むように配置された第１の反射素子５をさらに含み、前記コリメート素子は、第２の表面部分４２を含み、第１の反射素子は、第１の反射素子によって反射されて戻された光の少なくとも一部を、前記第２の表面部分で前記コリメート素子に入射する、発光装置１、１０１である。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】