特許 6806775 大面積光源および大面積照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6806775

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】大面積光源および大面積照明器具

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20201221BHJP

   F21S 8/04 20060101ALI20201221BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20201221BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20201221BHJP

   F21V 9/02 20180101ALI20201221BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20201221BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20201221BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20201221BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 311

   F21S8/04 100

   F21V5/00 320

   F21V29/503 100

   F21V9/02

   F21S2/00 431

   F21S2/00 441

   F21S2/00 439

   F21V8/00 320

   F21V8/00 340

   F21Y115:10

   F21Y115:10 700

   F21Y115:30

【請求項の数】45

【全頁数】55

(21)【出願番号】特願2018-529710(P2018-529710)

(86)(22)【出願日】2015年8月28日

(65)【公表番号】特表2018-530134(P2018-530134A)

(43)【公表日】2018年10月11日

(86)【国際出願番号】EP2015069790

(87)【国際公開番号】WO2017036502

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2018年8月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】316013194

【氏名又は名称】コエルクス・エッセ・エッレ・エッレ

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＥＬＵＸ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パオロ・ディ・トラーパニ

(72)【発明者】

【氏名】ダヴィデ・マガッティ

(72)【発明者】

【氏名】アントニオ・ロッティ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ラーガン・クレームス

【審査官】 河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２１１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３３５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４０９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１４０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５３９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０７５７２１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｓ ８／０４

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ８／００

Ｆ２１Ｖ ９／０２

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

隅照明大面積照明器具のためのコリメート光を発するための光源であって、
導光ユニットと、
複数の発光ユニットと、
コリメーションユニットと、
を備え、
前記導光ユニットは、
主前面、主後面、および前記主前面と前記主後面とを厚さ方向（ｄＴ）において接続する少なくとも１つの側方結合面を有し、
前記導光ユニットは、前記主前面と前記主後面との間の内部全反射によって、前記少なくとも１つの側方結合面において受けられる光を誘導するように構成されており、
前記主前面は、光を通過させるために、複数の局在化光源領域を備え、前記光源領域は、非光源領域内で実質的に均一に分散して設けられるとともに前記非光源領域に囲まれており、
前記複数の発光ユニットは、
前記少なくとも１つの結合面のそれぞれを通じて前記導光ユニットに光を放出し、
前記コリメーションユニットは、
前記主前面に沿って延伸し、複数のコリメート素子を備え、各コリメート素子は、入力側および出力側を備え、前記複数の光源領域のうちの１つと光学的に関連付けられ、入力側において、関連付けられている前記光源領域から現れる光を受け、出力側において形成される、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するように構成されており、
前記コリメート光放出領域から発せられ、遠距離場においてほぼ円形形状を有する光ビームをもたらすよう構成された、
光源。

【請求項2】

前記導光ユニットは、複数の導光ストリップを備え、
前記複数のコリメート素子は、前記複数の導光ストリップの各々について、
前記光源領域の位置において主前面の側部と整列されている入力側を有する複数の複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズと、
前記複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズとそれぞれ関連付けられている複数の二次レンズと
の少なくとも一方を備える、
請求項１に記載の光源。

【請求項3】

前記複数の複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズのうちの１つとそれぞれ関連付けられており、それぞれの前記入力側に位置決めされている複数の下方変換素子、
をさらに備えた請求項２に記載の光源。

【請求項4】

前記複数の複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズは、前記発光ユニットから放出される前記光の波長に対して反射性であるそれぞれの二色性反射出力面を備えた、
請求項３に記載の光源。

【請求項5】

前記光源領域は各々、約１００μｍの直径を有する円形形状を有し、約３ｍｍ〜約６ｍｍの範囲内のピッチでそれぞれの導光ストリップに沿って整列されている、
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の光源。

【請求項6】

前記複数のコリメート素子の前記コリメート光は、５°以下の範囲内、または４°以下の範囲内、または２°以下の範囲内の全幅ビーム角を有する低発散光ビームを形成する、
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の光源。

【請求項7】

前記光源領域は、前記主前面の少なくとも複数の区画における前記非光源領域にわたる、規則的な格子構造または実質的に規則的なパターンにおいて設けられた、および／または、
前記光源領域は、円形、楕円形、またはディスク状の形状を有する、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光源。

【請求項8】

前記複数の光源領域は、
等しい距離をおいて、前記非光源領域にわたって分散された、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源。

【請求項9】

前記導光ユニットは、逆伝播光を前記導光ユニットに結合するために、各々が前記複数の発光ユニットのサブグループと関連付けられている２つの対向する側方結合面を備える、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源。

【請求項10】

連続的な発光面は、前記コリメート光放出領域によって形成され、前記連続的な発光面は、コリメート光放出領域の間の非発光領域を含み、前記非発光領域と前記コリメート光放出領域との間の面積比は、本質的に、前記光源の前記発光面にわたって一定である、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光源。

【請求項11】

隣接する光源領域間の光伝播方向におけるピッチ距離は、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内、または約３ｍｍ、または６ｍｍである、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光源。

【請求項12】

前記光源、または前記導光ユニットは、前記光源領域から放出される光束が、前記非光源領域を通じた任意の漏れ光束の少なくとも１０倍または少なくとも２０倍またはさらには５０倍超であるように構成された、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光源。

【請求項13】

前記主前面の形状によって規定される方向における前記導光ユニットの延伸は、前記厚さ方向（ｄＴ）における前記導光ユニットの厚さよりもはるかに大きく、
または、
前記導光ユニットは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の厚さを有するとともに、側方延伸が０．０５ｍ〜３ｍの範囲内または０．１ｍ〜２ｍの範囲内の直径、幅、または長さを有するパネル形状である、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の光源。

【請求項14】

前記主前面および前記主後面は、対向しており、本質的に互いに平行である、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の光源。

【請求項15】

前記導光ユニットは、複数の導光ストリップを備え、各導光ストリップは、前記複数の発光ユニットのうちの少なくとも１つ、および、前記複数の光源領域のサブグループに光学的に結合されている少なくとも１つの側方結合面区画を備え、
または、
前記導光ユニットは、複数の導光ストリップを備え、各導光ストリップは、前記複数の発光ユニットのうちの少なくとも１つ、および、前記複数の光源領域のサブグループに光学的に結合されている少なくとも１つの側方結合面区画を備え、前記サブグループは、前記導光ストリップに沿って等しい距離をおいて直線的に配列された、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の光源。

【請求項16】

前記導光ストリップは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の厚さ、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の横幅を有する矩形断面を有し、
または、
前記導光ストリップは、３００μｍ×３００μｍの断面、および、０．１ｍ〜２ｍの範囲内の長さを有する、
請求項１５に記載の光源。

【請求項17】

複数の導光ストリップは、前記導光ユニットの前記主後面と関連付けられている前記導光ストリップのそれぞれの側部において基板に取り付けられている、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光源。

【請求項18】

前記光源領域は、１０μｍ〜５００μｍの範囲内、または約１００μｍの側方延伸を有する、
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の光源。

【請求項19】

前記光源領域は、光源について最大２ｍｍまたはさらには最大３ｍｍの範囲内の側方延伸を有し、
または、
前記光源領域は、狭い扇形の一次光を与えられる導光ユニット、または、長い距離を観察するように構成されている光源について、最大２ｍｍまたはさらには最大３ｍｍの範囲内の側方延伸を有する、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の光源。

【請求項20】

前記コリメート光放出領域は、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の側方延伸を有する、
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の光源。

【請求項21】

前記複数のコリメート素子の厚さ範囲は、１ｍｍ〜０．３ｍの範囲内である、
請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の光源。

【請求項22】

前記導光ユニットの厚さ範囲は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である、
請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の光源。

【請求項23】

隣接するコリメート素子と関連付けられるコリメート素子に対して光源領域から入る光の量を低減するように、コリメート素子の間にかつ／またはコリメート素子に沿って延伸するクロストーク低減バッフル構造、
をさらに備える、
請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の光源。

【請求項24】

前記主前面に沿ってコリメート素子の間に延伸する前方漏れ遮断構造、
をさらに備える、
請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の光源。

【請求項25】

前記主後面に沿って延伸し、特にヒートシンクとして構成されている後方漏れ遮断構造、
をさらに備える、
請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の光源。

【請求項26】

前記複数の発光ユニットのうちの少なくとも１つは、４０°未満、または約３０°以下、または約２０°以下、または約１０°以下の前記導光ユニット内での角度範囲をもたらす角度範囲にわたる発光を有する発光デバイスを備える、
請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の光源。

【請求項27】

前記角度範囲は、入力光中心方向によって特徴付けられ、前記入力光中心方向は、導光ユニットの前記主前面または前記主後面に対する法線に対して、ＴＩＲの角度と前記角度範囲の半分との合計の角度だけ傾けられている、
請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の光源。

【請求項28】

前記複数の発光ユニットのうちの少なくとも１つは、白色発光スペクトルを含む、または、様々な発光スペクトルを含む、
請求項１ないし２７のいずれか１項に記載の光源。

【請求項29】

複数の下方変換素子、をさらに備え、前記複数の下方変換素子のそれぞれは、光源領域と関連付けられている、
請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の光源。

【請求項30】

前記複数の下方変換素子のうちの少なくとも１つの下方変換素子であって前記光源領域の一つと関連付けられた下方変換素子は、
前記光源領域を通過した光を受けるように位置決めされており、または、
前記光源領域を通過した光を受け、もしくは、前記複数の光源領域の各光源領域を通過するための光を生成するために、前記主前面もしくは前記主後面に隣接して位置決めされており、または、
前記コリメーションユニットのそれぞれのコリメート素子の入力側に位置決めされており、および／または、
前記複数の下方変換素子は、蛍光体化合物、量子ドット領域、およびディスク形状の蛍光体化合物材料のいずれかにより構成された下方変換素子を含む、
請求項２９に記載の光源。

【請求項31】

それぞれ光源領域と関連付けられている複数の反射構造をさらに備え、
前記複数の反射構造は、
前記光源領域を通過するように光を反射するように位置決めおよび構成された反射構造を含む、または、
それぞれの下方変換素子へと光を反射するように位置決めおよび構成された反射構造を含む、または、
集束反射器として構成された反射構造を含む、
請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の光源。

【請求項32】

それぞれ光源領域と関連付けられている複数の反射構造をさらに備え、
前記複数の反射構造のうちの、前記光源領域の１つと関連付けられた反射構造は、対向する方向から前記反射構造に落ちる光を、同様の抽出方向において前記光源領域を通過するように反射するように位置決めおよび構成された、
請求項１ないし３１のいずれか１項に記載の光源。

【請求項33】

それぞれ光源領域と関連付けられている複数の反射構造をさらに備え、
前記複数の反射構造は、前記主後面上に形成されている反射プリズムとして構成された反射構造を含む、
請求項１ないし３２のいずれか１項に記載の光源。

【請求項34】

それぞれ光源領域と関連付けられている複数の反射構造をさらに備え、
前記複数の反射構造は、側部から見たときに三角形断面を有し、それぞれの前記コリメート素子から見たときに円形断面を有する反射構造を含む、
請求項１ないし３３のいずれか１項に記載の光源。

【請求項35】

前記複数のコリメート素子のうちの少なくとも１つは、屈折光学素子、または反射光学素子、または１つもしくは複数のレンズ、または１つもしくは複数のＴＩＲレンズ、またはレンズもしくはフレネルレンズが後続する１つもしくは複数のＴＩＲレンズ、または複合放物面型集光器、またはレンズもしくはフレネルレンズが後続する複合放物面型集光器、を含む、
請求項１ないし３４のいずれか１項に記載の光源。

【請求項36】

前記複数のコリメート素子のうちの少なくとも１つは、
コリメート光放出領域のための円形もしくは多角形の基部形状開口を含み、もしくは、
コリメート光放出領域のための三角形形状、もしくは二次形状、もしくは六角形形状を含み、
または、
コリメートユニットをさらに備え、前記コリメートユニットは、それぞれの位置において前記コリメート素子を保持するための基部構造を備え、
または、
前記コリメートユニットは、それぞれの位置において前記コリメート素子を保持するための基部構造を備え、かつ、前記基部構造は、バッフル構造として構成されている、
請求項１ないし３５のいずれか１項に記載の光源。

【請求項37】

前記コリメート光放出領域によって形成されている発光面をさらに備え、または、
前記コリメート素子の入力側は、前記複数の光源領域のうちの１つと光学的に関連付けられている、
請求項１ないし３６のいずれか１項に記載の光源。

【請求項38】

前記複数のコリメート素子のうちの少なくとも１つは、発光面に対して直角または傾けられている、前記コリメート光の伝播のための少なくとも１つの主光ビーム伝播軸を提供するように構成される、
または、
すべてのコリメート素子は、同じ主方向をもたらすように構成される、
または、
直接光の傾きは、互いに対する、もしくは、前記光源領域に対する、前記コリメート素子の構成要素の光軸の変位によって生成される、
または、
直接光の傾きは、複合放物面型集光器、もしくはＴＩＲレンズおよびフレネルレンズの変位によって生成される、
請求項１ないし３７のいずれか１項に記載の光源。

【請求項39】

請求項１ないし３８のいずれか１項に記載の光源と、
マトリックス内に埋め込まれている複数のナノ粒子を備え、青色よりも赤色においてより大きい直接透過、および、赤色よりも青色においてより大きい拡散透過を可能にするように構成されている色拡散層であって、前記色拡散層は、前記コリメート光によって照明されるように位置決めされ、または、前記コリメーションユニットの前記入力側もしくは前記出力側の下流に位置決めされ、または、前記光源領域の下流に位置決めされる、色拡散層と、
を備えた隅照明大面積照明器具。

【請求項40】

前記発光面は、
前記コリメート光放出領域によって形成され、
前記発光ユニットは、一次光を放出するように構成されており、前記一次光は、前記導光ユニット内を伝播する間に前記一次光によって累積されるスペクトル損失を補償するスペクトル分布を有し、または、
前記発光ユニットは、前記導光ユニット内を伝播している間に前記一次光によって累積される損失を補償し、前記発光面の面積部分あたりの輝度が基本的に均質であるように、同等の光源領域において同等の光抽出を可能にするための、前記導光ユニット内の逆伝播光を生成するためのサブグループを備える、
請求項１ないし３８のいずれか１項に記載の光源。

【請求項41】

前記光源、または前記コリメーションユニット、または前記コリメート素子のそれぞれは、前記光源の発光面の法線に対して傾いている主光ビーム方向をもたらすように構成されている、
請求項１ないし３８または４０のいずれか１項に記載の光源。

【請求項42】

前記複数の反射構造に含まれる、側部から見たときに三角形断面を有し、それぞれの前記コリメート素子から見たときに円形断面を有する前記反射構造は、半楕円状または半円状の形状を有する反射面を有する、
請求項３４に記載の光源。

【請求項43】

前記それぞれのコリメート光放出領域から放出された前記コリメート光によって光ビーム放射が生じ、当該光ビーム放射は、
前記導光ユニットから光を取り出す反射素子または反射面の形状が、前記コリメート素子から遡及して設計されたこと、
前記コリメート素子の入力側のサイズが、１０μｍ〜２００μｍの範囲の直径を有すること、
ＣＰＣレンズまたは光抽出レンズの入力側開口が、５０μｍから１００μｍの範囲の直径を有すること、
前記コリメート素子が、円形の開口または多角形の基部形状開口を含むこと、および、
前記コリメート素子のコリメートユニットが、1つまたは複数の順方向散乱層および/または小角度散乱器を有すること、
の少なくとも１つに起因して、前記遠距離場において円形のビーム断面を有する、
請求項１から３８、４０から４２のいずれか１項に記載の光源。

【請求項44】

前記導光ユニットは、前記発光ユニットからの光を抽出位置に導くように構成され、各抽出位置は、局在化光源領域を規定する、
請求項１から３８、４０から４３のいずれか１項に記載の光源。

【請求項45】

前記遠距離場は、天井から床までの距離において形成される、および/または、
前記コリメート光放出領域の1つから発生する光ビームの前記遠距離場は、それぞれのコリメート素子によって生成された近接場と、それぞれのコリメート素子が受けた前記光と、に依存し、および/または、
並置された前記コリメート光放出領域は、当該並置された前記コリメート光放出領域から発生する光ビーム内から見込んだとき、明るい円盤の像として知覚される、
請求項１から３８、４０から４４のいずれか１項に記載の光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して照明器具に関し、特に、たとえば自然の太陽光照明を模倣するように意図されている照明器具のための光源に関する。その上、本開示は、概して大きい面積から、明度が高く、面積にわたって輝度が均一な光ビームを生成することに関する。

【背景技術】

【0002】

閉鎖環境のための人工照明システムは、多くの場合、ユーザが体験する視覚的な快適さを改善することを目標とする。特に、相関色温度（ＣＣＴ）が高く、演色評価数（ＣＲＩ）が大きい光を特に使用して自然照明、具体的には太陽光照明を模倣する照明システムが知られている。模倣されるべきそのような屋外照明の特性は、太陽光と地球大気との間の相互作用に応じて決まり、特定の陰影特性を生成する。

【0003】

すべて同じ出願人によって出願されている、２０１４年３月２７日に出願された特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５は、特に低発散光ビームの形態の可視光を生成する光源と、ナノ粒子を含むパネルとを有する照明システムを開示している。照明システムの動作中、パネルは光源からの光を受け、いわゆるレイリー拡散器として作用し、すなわち、晴天状況における地球大気と同様に光線を拡散させる。具体的には、この概念は、太陽光に対応して被照明物体の存在下で影を生成する指向性光、および、青空の光に対応するより大きいＣＣＴを有する拡散光を使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】欧州特許出願公開２３０４４７８号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開２３０４４８０号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１４／０７６６５６号

【特許文献4】国際公開第２０１４／０７５７２１号

【特許文献5】国際公開第２０１５／１３５５６０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

中輝度白色光および高輝度白色光を与えるために、たとえば、蛍光体変換白色ＬＥＤおよび／または様々な色のＬＥＤの組合せに基づくＬＥＤベースの光源を使用することができる。ＬＥＤから放出される光の光学特性は、通常はレンズおよび／またはミラーシステムのようなコリメート光学素子である、ビーム成形光学構成を必要とする。光ビームプロジェクタとして構成されている例示的な光源が、同じ出願人によって２０１４年５月１３日に出願された国際公開第２０１５／１７２７９４号に開示されている。

【0006】

さらに、天空光の外観をもたらすように意図されている照明器具が、米国特許出願公開第２０１４／０３２１１１３号明細書に開示されている。

【0007】

本開示は、少なくとも部分的に、従来のシステムの１つまたは複数の態様を改善または克服することを対象とする。特に、大量かつ低コストの製造に適した形状因子を有する、太陽光および天空光を再現するための光源および照明器具が対象である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様において、特に、隅照明大面積照明器具のような大面積照明器具とすることができる、コリメート光を放出するための光源が開示される。光源は、複数の導光ストリップを備える導光ユニットを備え、導光ストリップはともに、導光ユニットの、主前面、主後面、および少なくとも１つの結合面を画定する。たとえば、結合面は、主前面および主後面を厚さ方向において接続することができる。光源のために、複数の導光ストリップの各導光ストリップは、少なくとも１つの結合面において受ける光を誘導するように構成されている。光は、たとえば、内部全反射によって誘導することができる。各導光ストリップは、光を通過させるために、主前面に複数の局在化光源領域を備え、光源領域は、非光源領域内で導光ストリップに沿って設けられる。光源は、少なくとも１つの結合面のそれぞれの部分を通じて導光ストリップへと光を放出するための複数の発光ユニットと、主前面に沿って延伸し、複数のコリメート素子を備えるコリメーションユニットとをさらに備える。各コリメート素子は、入力側および出力側を備え、複数の光源領域のうちの１つと光学的に関連付けられ、その入力側において、関連付けられている光源領域から現れる光を受け、その出力側において形成される、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するように構成されている。

【0009】

別の態様において、特に大面積照明器具、たとえば隅照明大面積照明器具のための、コリメート光を放出するための光源は、主前面、主後面、および、主前面および主後面を厚さ方向において接続する側方結合面であってもよい少なくとも１つの結合面を有する導光ユニットを備える。導光ユニットは、たとえば、主前面と主後面との間の内部全反射によって、少なくとも１つの結合面において受けられる光を誘導するように構成されている。その主前面は、光を通過させるために、主前面に複数の局在化光源領域を備え、光源領域は、非光源領域内で実質的に均一に設けられる。光源は、少なくとも１つの結合面を通じて導光ユニットへと光を放出するための複数の発光ユニットと、主前面に沿って延伸し、複数のコリメート素子を備えるコリメーションユニットとをさらに備え、各コリメート素子は、入力側および出力側を備え、複数の光源領域のうちの１つと光学的に関連付けられ、その入力側において、関連付けられている光源領域から現れる光を受け、その出力側において形成される、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するように構成されている。

【0010】

別の態様において、特に（たとえば隅照明）大面積照明器具のための、コリメート光を放出するための光源は、主前面、主後面、および、少なくとも１つの結合面（たとえば、主前面および主後面を厚さ方向において接続する側方結合面として構成されている）を画定する複数の導光ストリップを備える導光ユニットを備える。複数の導光ストリップの各導光ストリップは、たとえば、内部全反射によって、少なくとも１つの結合面において受ける光を誘導するように構成されている。光源は、少なくとも１つの結合面のそれぞれの部分を通じて導光ユニットへと光を放出するための複数の発光ユニットと、主前面に沿って延伸し、複数のコリメート素子を備えるコリメーションユニットとをさらに備え、各コリメート素子は、複数の導光ストリップのうちの１つに光学的に結合されている入力側を有する複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズを含み、それによって、複合放物面型集光器またはＴＩＲレンズが導光ストリップから光を受けるそれぞれの導光ストリップに沿って複数の光源領域が形成され、各コリメート素子は、その出力側において形成される、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するようにさらに構成されている。

【0011】

別の態様において、特に大面積照明器具のための、コリメート光を放出するための光源は、主前面、主後面、および、主前面および主後面を厚さ方向において接続する側方結合面のような少なくとも１つの結合面を画定する複数の導光ストリップを備える導光ユニットを備える。複数の導光ストリップの各導光ストリップは、たとえば、内部全反射によって、少なくとも１つの側方結合面において受ける光を誘導するように構成されており、光を通過させるために主前面にある複数の局在化光源領域を備える。光源は、少なくとも１つの結合面のそれぞれの部分を通じて導光ストリップへと光を放出するための複数の発光ユニットをさらに備え、光放出は、入力光中心方向の周りで約１０°など、２０°未満のような４０°未満の角度範囲にわたって厚さ方向において延伸する。光源は、主前面に沿って延伸し、複数のコリメート素子を備えるコリメーションユニットをさらに備え、各コリメート素子は、入力側および出力側を備え、複数の光源領域のうちの１つと光学的に関連付けられ、その入力側において、関連付けられている光源領域から現れる光を受け、その出力側において形成される、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するように構成されている。

【0012】

いくつかの実施形態において、発光ユニットは、導光ユニット内を伝播している間に一次光によって累積されるスペクトル損失を補償するスペクトル分布を有する一次光を放出するように構成することができ、かつ／または、発光ユニットは、導光ユニット内を伝播している間に一次光によって累積される損失を補償し、発光面の面積部分あたりの輝度が本質的に均質であるように、同等の光源領域において同等の光抽出を可能にするために、逆伝播光を生成するためのサブグループを備えることができる。

【0013】

別の態様において、大面積照明器具、たとえば、隅照明大面積照明器具は、上述したような光源と、マトリックス内に埋め込まれている複数のナノ粒子を備え、青色よりも赤色においてより大きい直接透過、および、赤色よりも青色においてより大きい拡散透過を可能にするように構成されている色拡散層とを備え、色拡散層は、特に、コリメート光によって照明されるように位置決めされ、または、コリメーションユニットの入力側および／もしくはコリメーションユニットの出力側の下流のような、光源領域の下流に位置決めされる。

【0014】

照明器具のいくつかの実施形態において、色拡散層は、入射光によって照明されるように、光源の発光面に設けられる裏側を有するパネルとして提供することができ、特に、コリメーションユニットの間には空隙があってもよく、かつ／または、コリメーションユニットは、第１のコリメート素子層と第２のコリメート素子層とを備えることができ、色拡散層は、第１のコリメート素子層と第２のコリメート素子層との間に位置決めすることができ、または、コリメーションユニットは、第１のコリメート素子層と、第１のコリメート素子層の下流に位置し、マトリックスおよび複数のナノ粒子を備える第２のコリメート素子層とを備えることができ、または、コリメーションユニットは、コリメート光放出領域と関連付けられている表面によって形成される発光面に施与される、マトリックスおよび複数のナノ粒子を有するコーティングを含むことができる。

【0015】

従属請求項として１つまたは複数の独立請求項のために挙げられている特徴が、本明細書において開示されている、または、特許請求の範囲においてリストされている他の態様に等しく適用されることに留意されたい。本開示の他の特徴および態様は、以下の説明および添付の図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】集光太陽光模倣照明器具の概念の概略図。

【図2A】コリメート光の光源に関する設計考慮事項を示すグラフ図。

【図2B】コリメート光の光源に関する設計考慮事項を示すグラフ図。

【図2C】コリメート光の光源に関する設計考慮事項を示すグラフ図。

【図3A】集光太陽光模倣照明器具の概略正面図。

【図3B】集光太陽光模倣照明器具の概略断面図。

【図3C】図３Ａおよび図３Ｂのもののような照明器具によって照明されている部屋の概略三次元図。

【図3D】下から見たときの図３Ａおよび図３Ｂの照明器具の外観の概略図。

【図4A】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4B】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4C】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4D】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4E】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4F】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4G】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4H】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4I】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4K】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4L】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図4M】一次光源および導光ユニットの例示的な結合構成の概略図。

【図5A】反射モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図5B】反射モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図5C】反射モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図6A】透過モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図6B】透過モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図6C】透過モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図6D】透過モードにおける導光ユニットからの光抽出の概略図。

【図6E】バッフル構成の概略図。

【図6F】バッフル構成の概略図。

【図7A】色調整機構を示すための構成の図。

【図7B】色調整機構を示すための構成の図。

【図7C】色調整機構を示すための構成の図。

【図8A】導光ストリップを備える導光ユニットの一部分の概略図。

【図8B】導光ストリップに基づいている光源の概略図。

【図8C】導光ストリップに基づいている光源の概略図。

【図8D】導光ストリップに基づいている光源の概略図。

【図9A】扇状に、特に導光ユニットの中心軸に対して傾斜して導光ユニットによって与えられる一次光を使用する構成を示す図。

【図9B】扇状に、特に導光ユニットの中心軸に対して傾斜して導光ユニットによって与えられる一次光を使用する構成を示す図。

【図9C】扇状に、特に導光ユニットの中心軸に対して傾斜して導光ユニットによって与えられる一次光を使用する構成を示す図。

【図10A】たとえば、導光ストリップ内の特定的に成形された反射抽出器を有する例示的な構成を示す図。

【図10B】たとえば、導光ストリップ内の特定的に成形された反射抽出器を有する例示的な構成を示す図。

【図10C】たとえば、導光ストリップ内の特定的に成形された反射抽出器を有する例示的な構成を示す図。

【図10D】たとえば、導光ストリップ内の特定的に成形された反射抽出器を有する例示的な構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下は、本開示の例示的な実施形態の詳細な説明である。詳細な説明において説明されており、図面に示されている例示的な実施形態は、本開示の原理を教示するように意図されており、当業者が、多くの異なる環境において、多くの異なる用途のために、本開示を実施および使用することを可能にする。それゆえ、例示的な実施形態は、特許保護の範囲の記載を限定するようには意図されておらず、そのように解釈されるべきではない。むしろ、特許保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるものとする。

【0018】

本開示は、部分的に、場合によっては円対称放出（円錐内の光放出など）で、非常に小さいビーム発散（４°未満など）で光ビーム放出をもたらす出力を有する（薄型）導光体（本明細書においては導波路手法とも参照される）の構成に関する態様に基づく。

【0019】

たとえば、本開示は、部分的に、導波路手法が以下の態様に対処し得るという認識に基づく。効率、すなわち、光をいかに効率的に導光ユニットへと結合することができるか、および、導光ユニットから誘導することができるか、および、導光ユニットから外方に結合することができるか。（材料、反射面などの）吸収および損失（散乱、表面の欠陥、スプリアス反射）が光出力を大きく低減し得るため。コリメーション、すなわち、得られるビーム発散を非常に小さくしながら、いかに導光ユニットから光を抽出することができるか。本明細書において、コリメーションまたはコリメートという用語は、特定の実施形態およびたとえば照明器具実施態様に対応して発散の低い光を指すものとして理解されることに留意されたい。そのような実施形態において、光源から放出される低発散ビームは、４°未満、たとえば２°などの、５°（未満）の範囲内の全幅ビーム角度を有してもよく、一方、他の実施形態では、４°未満、たとえば２°などの、７°などの１０°（未満）の範囲内であってもよい。

【0020】

たとえば、上記態様に関して、本発明者らは、とりわけ、光に±θ、θは最大でもＴＩＲ角度の余角（ＴＩＲ角度はＰＭＭＡの場合、ｎ＝１．４９３６を考慮して約４２°）、の誘導方向に対する角度範囲内で導光ユニット内にビームを伝播させる代わりに、光が、より狭い角度の扇形で導光ユニットへと結合することができることを認識した。たとえば、誘導媒質内で、扇形は、±１０°、またはさらには±５°、またはさらにはそれ未満など、±１５°にわたって拡散してもよい。扇形は、扇が導光体許容範囲の縁部に近接するような角度方向を中心としてもよい。本発明者らは、導光ユニット内を伝播する光が、光抽出機構が（たとえばアレイ構造に）編成されている表面と相互作用する確率が増大することを認識した。

【0021】

その上、本発明者らは、完全な平面導光ユニットを考慮する代わりに、導光ユニットが、一例の平行な「ストリップ」を含む（ストリップに分割する）ことができることを認識した。各ストリップは、それらの極端部において、一方または両方の端部に位置決めされているＬＥＤ光源からの一次光を受ける。抽出機構は、ストリップに沿った単一ラインアレイであってもよい。また、ストリップ構成は、表面導光ユニット内を伝播する光が、光抽出機構が位置決めされている表面と相互作用する確率を増大させる。

【0022】

概して、本発明者らは、導光ユニットの抽出機構と相互作用する確率を増強し、したがって、導光体のボリューム内部の光線の経路を低減するソリューションを実現した。これはさらに、材料および導光体極端部（１００％反射性ではない）からの吸収を低減する。

【0023】

その上、本発明者らは、導光体内を伝播する光の入力スペクトルを適切に調整することによって、吸収に起因する出力スペクトルにおける色度ずれを補償することができることを認識した。

【0024】

以下において、本明細書において開示されている光源および照明器具の様々な態様の基礎を形成する、太陽−天空の様な照明の概念の文脈におけるエテンデュ保存則の背景考慮事項が与えられる。

【0025】

図１を参照すると、太陽１は、地球から１４９，６００，０００ｋｍ離れており、直径は１，３９１，６８４ｋｍである。その結果、地表面（例示的に窓３によって示されている）における直接太陽放射のおおよその全幅ビーム角は約０．５３°になる。本出願人の上記で引用されている特許開示に記載されているように、地球における太陽からの光は、高強度光源５を適切に設計されたレイリー状作用拡散器７と組み合わせることによって再現することができる。直接太陽光を近似するように設計されている標準的な２’（０．６１ｍ）ｘ４’（１．２２ｍ）の開口（面積：０．７４ｍ^２）を有する光源を仮定すると、光源のエテンデュは、≦０．７４ｍ^２πｓｉｎ（０．５３／２）^２ｓｒ〜５０ｍｍ^２ｓｒであると推定される。光源が単一であり、ランバート円形発光器をもたらすチップオンボード（ＣＯＢ）型発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づくとすると、許容可能な発光面積は５０ｍｍ^２ｓｒ／πｓｒ＝約１６ｍｍ^２になり、これは、ＬＥＤの発光面（ＬＥＳ）直径が４．５ｍｍになることを意味する。

【0026】

２’ｘ４’開口からの標準的な光出力は通常、少なくとも３０００ｌｍである（ＤｅｓｉｇｎＬｉｇｈｔｓ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（商標）製品品質基準、表４：一次利用要件参照）。妥当なレベルの光出力をもたらすために、また、妥当なシステム光学損失を考慮に入れると、４．５ｍｍ ＬＥＳより大型のＣＯＢ ＬＥＤを選択する必要があり得る。たとえば、Ｎｉｃｈｉａ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＮＦＤＷＪ１３０Ｂは、１４．６ｍｍのＬＥＳ直径で６０００ｌｍ超を提供することができ、または、１６７ｍｍ^２πｓｒ＝５２６ｍｍ^２ｓｒのエテンデュを提供することができる。エテンデュ制約に起因して、そのような光源は、上記開口サイズ、すなわち、直接太陽放射の開口よりも大きいが、依然として非常に狭く、可能性として太陽照明を模倣するには十分な開口サイズを仮定すると、最良で０．８６°のビーム半角発散を達成し得る。

【0027】

照明システムで使用するためにＣＯＢ ＬＥＤのランバート光出力をコリメートすることは、本明細書においてはそれぞれＣＰＣレンズおよびＴＩＲレンズとしても参照される、レンズもしくは複合放物面型集光器（ＣＰＣ）または内部全反射（ＴＩＲ）光学素子のような既知のコリメート光学ソリューションに基づき得る。全ＣＰＣを用いる場合、光学素子寸法は、関係Ｌ＝ｃｏｔ（β＿ｉｎ／２）（ａ＋ｂ）／２によって決定され、Ｌは光学素子長であり、ａおよびｂは入力面および出力面の直径であり、β＿ｉｎ／２は、ＣＰＣ内の最大許容発散半角である。このとき、ＣＰＣを出る最大半角β＿ｏｕｔ／２は、ｎ ｓｉｎ（β＿ｉｎ／２）＝ｓｉｎ（β＿ｏｕｔ／２）によって与えられる。エテンデュ保存則から、ＣＰＣの出力面の面積は約１／ｓｉｎ（０．８６）^２＝入力面の面積の約４４００倍であり、または直径が約１ｍである。光学素子が２’ｘ４’開口にはやや大きすぎることを無視すると、ＣＰＣレンズの長さは実際に実現可能なものを超えるものになる。

【0028】

本発明者らは、光がＬＥＤから放出される総面積（わずか約１７０ｍｍ^２）が、開口の面積（０．７４ｍ^２）よりもはるかに小さいことに気付いた。図１に示すように、ともに太陽のシミュレーションを達成する複数の発光ユニット１１からなるアレイを備える光学系を形成することができる。レイアウトの凝縮を示す中間ステップとして、少数の光源（ここでは４つの光源９）を有する構成が、図１に示されている。同様の概念が、参照により本明細書に組み込まれる上記で引用した特許文献４に開示されている。

【0029】

多数の発光ユニット１１を有する実施形態の場合、任意の１つの発光源は光学系の発光面の総面積よりもはるかに小さいため、単一ＣＰＣレンズの事例に対して厚さは低減されるであろう。

【0030】

上述したエテンデュに基づく設計考慮事項に従って、図２Ａは、ＣＰＣレンズの長さ対個々の光源直径の依存関係を示す。依存関係は例示的に、０．５°、１°、２°、および４°の標的ビーム発散について与えられる。この依存性は、本明細書において開示されている直接太陽光照明器具の設計において考慮される。たとえば、図２Ａは、光源領域の５０μｍの直径が、約１２０ｍｍのＣＰＣ長による２°のビーム発散を可能にし得ることを示す。それらの寸法はすでに、全体的な厚さが６インチ（１５２ｍｍ）よりも小さい平坦な照明器具システムの設計の可能性を示しており、これは費用（部品表、ＢＯＭ）および設置の観点から非常に魅力的である。

【0031】

図２Ｂに示すように、全ＣＰＣ（それぞれのコリメーションを可能にするものとしてＣＰＣのみを考慮する）を、発散角が大きい（３０°またはさらには４５°以上など）ＣＰＣおよびフレネルレンズのようなコリメートレンズを含むコリメート光学素子の組合せ（本明細書においてはＣＰＣレンズコリメータとして参照される）と置き換えることによって、コリメーションユニットの全長を大幅に短縮することができる。この場合、コリメーションの一部がコリメーションレンズによって実施されるため、ＣＰＣの制限された集光効果が許容可能である。たとえば、図２Ａに関連して上述したようなコリメートユニットに必要な長さは１２０ｍｍから約８ｍｍに低減され、それによって、市場において非常に魅力的である、さらにより低いプロファイルの太陽／天空照明器具が可能になる。

【0032】

図２Ｃにおいて、全ＣＰＣレンズの直径対光源サイズおよびビーム発散の依存関係が示されている。同様の寸法が、エテンデュ保存則の考慮事項に照らして上述したＣＰＣレンズコリメータに適用されよう。この情報は、コリメーションユニットの下流のコリメート光放出領域の予測面積をもたらす。本発明者らは、主要な狭いビームの外部の領域からの迷光または光のない領域（すなわち、コリメート光放出領域の周囲の非コリメート光または暗い領域）が、深度の印象および太陽光のシミュレーションに悪影響を及ぼし得るため、この情報を使用することが重要であると認識した。そのような迷光は、光学素子の縁部において発生し得る。したがって、本発明者らは、迷光のピッチまたはスケールが、コリメート光学素子レンズ直径に結びつけられると認識した。具体的には、迷光は、コリメーション光学素子のピッチに関連付けられる輝度周期性によって知覚可能になり得る（ただし、これに限定されるものではない）。

【0033】

したがって、図２Ａおよび図２Ｂの態様に加えて、図２Ｃの教示を使用して、本明細書において開示されている原理による太陽光照明器具を設計することができる。特に、迷光が十分に小さいピッチにわたって発生するシステムを設計することができる。たとえば、１ｍ〜５ｍのような一般的な観察距離について、本発明者らは、数ミリメートル以下のピッチにある迷光であれば、無限遠点において発生する「太陽」の像の見た目をはっきりとわかるほど損なうものではないことに気付いた。これは、太陽をシミュレートするときに重要な特徴である。図２Ｃは、２°のビーム発散について、約５０μｍ直径の光源サイズによって、２．９ｍｍのＣＰＣ出口直径を達成することができることを示している。同様に、約１００μｍ直径の光源サイズは、５．８ｍｍのＣＰＣ出口直径を達成することができる。環境によっては、より小さい（エレベータ：数十センチメートル〜約１メートル）またはより大きい（大広間：最大１０ｍ以上）の観察距離が生じる場合があり、小さい観察距離は、光学設計の観点からより困難を伴うことに留意されたい。

【0034】

上記から、たとえば、側方範囲において５０μｍ〜１００μｍ程度の光源サイズが、直接太陽光をシミュレートし、適度に薄く、可能性として低い費用で製造することができる照明器具を提供するための基礎を形成することができる。しかしながら、ＬＥＤは一般的に、２００μｍよりも大きいＬＥＳ寸法を有する。２°のビーム発散を目標とする２００×２００μｍ^２のＬＥＤチップソリューションでさえ、全ＣＰＣコリメーションユニットについて０．５ｍよりも厚い照明器具をもたらし得、約１ｃｍの距離にわたる迷光空間変動を有し（ＣＰＣ出口直径のサイズに対応し、したがって、本質的に、光源間のピッチを設定する）、これは太陽シミュレーション効果を低減するおそれがある。したがって、より小さい光源またはより小さい光源領域が望ましい。

【0035】

本発明者らは、本明細書においては抽出器としても参照される、下方変換および／もしくは散乱機構ならびに／または反射機構を利用することによって、ＬＥＤのような光源を１つの形状因子から別の形状因子へと変換することが可能であることを認識した。例示的な抽出器は、発光下方変換蛍光体化合物のディスクである。たとえば、発光下方変換蛍光体化合物の粒子を適切な結合剤（たとえば、シリコーン）に混合して、ディスクの形態で表面上に（たとえば、ディスペンサ機械によって）施与することができる。一次発光ユニット（たとえば、ＬＥＤまたはレーザダイオード、ＬＤ）からの光をディスク上に方向付ける／落とすことができる。その後、下方変換蛍光体化合物のディスク自体が、新たな光源になることができる。概して、そのような新たな光源は、本明細書においては、一次光源（本明細書においては発光ユニットとしても参照される）の光によって励起される局在化光源領域として参照される。その局在化光源領域は、上述した薄型光学構造におけるコリメーションにとっての所望のサイズを有することができる。

【0036】

適切な下方変換材料は、蛍光体、蛍光体化合物、有機発光材料、半導体材料、および半導体ナノ粒子（「量子ドット」など）を含む。一般的な下方変換材料のリストが米国特許出願公開第２０１５／００４９４６０号明細書に開示されており、その一部を下記の表Ｉに例示的に列挙する。

【0037】

例示的な実施形態において、下方変換蛍光体化合物のディスクは、導光板（ＬＧＰ）のいずれかの面に堆積されてもよい。ＬＧＰは一般的に、フラットパネルディスプレイ業界で使用されており、それらは、その縁部に適切に結合されている一次光源を含み得る。しかしながら、それらのフラットパネルディスプレイは、光放出のための高密度の内蔵光抽出または光散乱機構を含み得る（たとえば、それらの機構のサイズは、最近傍間の距離に相当する（かつ、本開示のものと比較してそれほど小さくはない））。対照的に、本明細書において開示されている概念のＬＧＰは、一次光源からの光を、局在化光源領域（たとえば、ディスク）の特定の抽出位置へと誘導するように構成されている。

【0038】

上記の例示的な実施形態において、また、ＬＧＰの縁部が（たとえば、反射薄膜を使用して）反射性にされることを条件として、ＬＧＰ内の光は、ディスクに行き当たるときに実質的にとらえられたままであり得る。その後、ディスクからの二次（下方変換）光（存在する場合）および散乱された一次光が、多かれ少なかれランバート放射パターンで放出され、これは、その光の相当の割合が、ディスクにおいて直接的に、または、反対側でＬＧＰから逃げるであろうことを意味する。その光は、ディスクのサイズによって決定される光源サイズと関連付けられよう。多くのそのようなディスクが提供され得ると仮定すると、縁部においてＬＧＰに結合される一次光源からの光は、非常に小さいディスクからなるアレイから発する光に変換され得る。

【0039】

上記例示的な実施形態を拡張して、小さいディスクは、コリメート素子のアレイ、たとえば、上述したようなＣＰＣもしくはＣＰＣレンズコリメータ、またはＴＩＲレンズもしくはＴＩＲレンズ−レンズコリメータに結合することができ、それによって、太陽光をシミュレートするコンパクトな照明器具を形成する。特に、コリメート素子の出力面積（円形状の場合は直径）が、光源の発光面にわたる光の均一で均質な放出を保証するための、ＬＰＧに適用される抽出器機構／ディスクのピッチを設定する。コリメート素子の入力面積は、それぞれの光源領域から相当量の光（たとえば、８０％超、またはさらには９０％超などの、５０％超）を受けるように構成されている。

【0040】

上記の例示的な実施形態において、下方変換蛍光体化合物は、太陽のような光スペクトルをもたらすように選択および調整することができる。しかしながら、本発明者らは、様々な色の複数の光源を組み合わせることによってそれぞれの太陽のようなスペクトルを生成することができる場合には、下方変換材料は省いてもよいことをさらに認識した。たとえば、一次光源は、青色、緑色、赤色またはさらには白色の発光ＬＥＤを含み得る。この場合、光抽出器は、ＬＧＰの透過を規定の局在化された様式で損なう粗面領域、または、屈折率が変化する領域のような、散乱機構であり得る。これによって、異なる色の光源の均一な光混合の手段を提供することができ、極端に小さい形状因子においては、上記の教示と組み合わせて、色調整の選択肢を伴って非常に発散の狭い光ビームを実現するようにできることを本発明者らは認識した。たとえば、一次光源の相対光出力は、色および／または強度における振幅またはパルス幅変調によって変えることができる。いくつかの実施形態において、散乱中心の効果と下方変換材料の効果とを組み合わせることさえできる。後者は、「量子ドット」と呼ばれることが多い半導体ナノ粒子の場合のように、下方変換材料が本質的に散乱性でない場合に有用であり得る。

【0041】

エテンデュ保存則を仮定することによって、入力面の面積と出力面の面積との間の比、たとえば、後述するような、光源領域の（組み合わせた）面積と、導光体によって被覆されているそれぞれの面積（たとえば、導光パネルの主前面の面積または導光ストリップ構成の場合は開口サイズ）との間の比は、入力面および出力面に応じた光の立体角の間の比（またはその逆数）である（ｒ＝（０．５＊ｓｉｎα＿ｏｕｔ）^２／ｎ^２（０．５＊ｓｉｎα＿ｉｎ）^２）。

【0042】

以下において、それぞれ一次光源（導光体の外部）の入力発散、導光体内のそれぞれの入力発散、および２°および４°の標的出力発散について、比が示されている。導光体および全角度発散について１．４９３の反射率が考慮された。当業者には理解されるように、導光ユニット内の角度発散は、エテンデュ保存則の考慮事項のために適用される必要がある。その上、光源領域は導光体の前面にあるため、角分は入力面に均一に分散されると仮定される。いくつかの実施形態において、光源領域は必ずしも抽出相互作用の領域に対応しない場合があり（たとえば図５Ｂの反射構造１１７およびそれぞれの実施形態の説明を参照されたい）、それによって、角分はもはや均等に分散されないように展開され得ることに留意されたい。後者は、たとえエテンデュが保存される場合であっても、それぞれの光源領域の面積がエテンデュ保存則の考慮事項によって必要とされるよりも大きい理由の一例である。下記の概説に与えられる比は、可能性としてより大きい抽出相互作用の面積の代わりに小さい面積を参照する。

【0043】

【表1】

【0044】

表から明らかなように、比は、導光体に結合される、使用される発散光を少なくすることによって増大することができる。したがって、比は、入力発散および標的出力発散に応じて決まり、指示されているパラメータについて０．１％未満〜１０％、またはさらには最大１６％の範囲内にある。ランバート未満の入力発散は特に、下方変換ＬＥＤのようなＣＰＣ結合を使用する白色発光一次光源に適用され、一方で、レーザダイオードと、コリメート素子の入口側の下方変換材料との組合せは基本的にランバート発光器に対応することに留意されたい。ＬＥＤベースの実施形態について、たとえば、最大１０％の比が、所望の低発散光ビームをもたらす構成を可能にすることができる。

【0045】

光源領域においてある種の事前コリメート光をもたらすことを可能にする実施形態において、上記で要約したエテンデュの考慮事項は、開始点として低減したエテンデュを含み得ることに留意されたい。したがって、当業者であれば、許容可能なビーム半角発散を依然として可能にするピッチのより小さい構成が可能であり得ることを認識するであろう。これは、たとえば、ファン低減ＬＥＤ（導光体における低い角度範囲をもたらす）、レーザダイオードおよび／または合焦抽出器を使用する実施形態に適用され得る。

【0046】

以下において、まず、本明細書に開示されている概念に基づく照明器具の一般的な構成の概説を記載する。その後、光源、基礎となる導光ユニットへの光結合および導光ユニットからの光抽出のような部分の様々な実施形態が例示される。

【0047】

図３Ａおよび図３Ｂは、たとえば、建造物の部屋の壁２３（天井または側壁）に取り付けることができるものとしての照明器具２１を示す。照明器具２１は、ともに太陽のような照明を可能にする光源２５および色拡散層２７を備える。具体的には、光源２５が直接光ビーム２９のアレイを提供し、その一部が色拡散層２７によって天空様拡散光３１に変換され、残りの部分が色拡散層２７を通過し、壁２３の窓を通じて降り注ぐ太陽光線として知覚される。

【0048】

概して、照明器具２１は、例示的なマウントとして様々な構成要素をともに被覆および保持するハウジング３３を備えることができる。図３Ｂに示すように、いくつかの実施形態において、ハウジング３３は、照明器具２１の開口３５を境界することができ、当該開口を通じて、直接光ビーム２９のアレイおよび天空様拡散光３１が部屋に入ることができる。いくつかの実施形態において、照明器具２１は、壁２３の中に取り付けることができ、かつ／または、ハウジングが、側面および裏側のみを被覆するようにすることができる。

【0049】

電源および／または制御ユニット３４をハウジング内に設けることができ、または、図３Ｂに示すように、ハウジング３３の外部に位置決めすることができる。

【0050】

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、光源２５の例示的な内部構造の構成要素は、複数の発光ユニット４１、導光ユニット４３、およびコリメーションユニット４５を含む。

【0051】

具体的には、発光ユニット４１は一次光源として機能し、発光方向４９において導光ユニット４３の少なくとも１つの側方結合面４７を通じて導光ユニット４３へと光を放出するように構成されている。発光方向４９は、本明細書においては、図３Ａにおいては２つの発光ユニットについて例示的に示されているように、複数の発光ユニット４１のそれぞれから導光ユニット４３までの方向として理解される。

【0052】

図３Ａにおいて、発光ユニット４１は、２つのサブグループ５１Ａおよび５１Ｂにグループ分けされる。各サブグループ５１Ａおよび５１Ｂについて、それぞれの発光ユニット４１は、導光ユニット４３のそれぞれの側面に沿って分散され、導光ユニット４３の長手方向側面が延伸する方向に沿って光を発する。サブグループ５１Ａおよび５１Ｂは、それぞれの基板５３Ａ、５３Ｂに取り付けることができ、基板は、電源および／または制御ユニット３４に接続されており、発光ユニット４１のタイプに応じて強度および色スペクトルのような発光ユニット４１の出力パラメータを制御するように構成されている電子デバイスを含むことができる。

【0053】

概して、導光ユニット４３は、概して厚さ方向ｄ_Ｔにおいて側方結合面４７によって接続されている主前面５５Ａ、主後面５５Ｂを有する。導光ユニット４３は、主前面５５Ａと主後面５５Ｂとの間の内部全反射（ＴＩＲ）によって、少なくとも１つの結合側面において受けられる光を誘導するように構成されている。導光ユニット４３は、たとえば、ハイインデックス導波路であってもよい。

【0054】

理解されるように、導光ユニット４３内で、光は反対の側面からそれぞれの他方の側面に向かって伝播し、他方の側面において、光の一部は反射し戻され得る。概して、導光ユニット４３内の光分布は、発光ユニット４１の位置、導光ユニット４３への結合のタイプ、および、側面の内部全反射、吸収効果および反射のような導光ユニット４３内の光伝播条件、ならびに、導光ユニット４３から光を抽出するために与えられる光抽出に応じて決まる。

【0055】

図３Ａの実施形態において、パネル状の形状の導光ユニット４３が示されているが、下記に説明するように、三角形またはストリップ構成のような他の形状も可能であり得る。概して、導光ユニット４３の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍ、または、特にストリップ構成においてはさらにそれ未満の範囲内であってもよい。

【0056】

図３Ａにおいて、５×３局在化光源領域５７の格子が、例示的に示されている。しかしながら、概して最大数万個の多数の光源領域５７が存在してもよい（たとえば、４°の最終的な発散のための２インチ×４インチパネル状の、８８，０００個の１００μｍ抽出機構および２°の最終的な発散のための約２２，０００個の抽出機構からなる「発光器格子」）。局在化光源領域５７において、光をコリメーションユニット４５に入れるために、導光ユニット４３から光が抽出される。光源領域５７は、少なくとも開口３５内で導光ユニット４３にわたって均等に分散されている。たとえば、光源領域５７は、発光方向４９において等距離をおいて、非発光領域５９にわたって分散している。光源２５において、非光源領域５９とは、導光ユニット４３の主前面５５Ａのうち、基本的に光を照明に供しない領域である。たとえば、導光ユニット４３は、基本的にその非光源領域５９において光が漏出しないように構成されている。一切の光が、たとえば、何らかの散乱などによって引き起こされる漏れによって非光源領域５９から導光ユニット４３を出ない場合、その光は、強度が低いか、大きい角度範囲にわたって分散しているかのいずれかであり、それによって、光は、知覚に寄与しておらず、または、本明細書において開示されているようなバッフル構造によって遮断され得る。たとえば、非光源領域５９からの全光束（パワー）は、下記に定義するように、すべての光源領域から発する光束の約１０％以下、約５％以下、またはさらには約２％以下であってもよい。その上、非光源領域５９の局部光束密度（平均）は、光源領域から放出される光束密度（平均）の、約１％以下またはさらにはそれを数等級下回るような、約３％以下であってもよい。隣接する光源領域間の距離は、たとえば、約３ｍｍ〜約６ｍｍなど、０．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内であってもよい（本明細書においては、通常、光伝播方向において存在するピッチ距離としても参照される。光伝播方向は、特に、導光ユニット、特に導光ストリップの長さ寸法の中心軸の方向と一致する）。各光源領域のサイズが小さいことに照らして、複数の光源領域５７の面積と、主前面５５Ａの面積（または、非光源領域５９の面積）との比は、たとえば、０．２％以下であってもよい。本明細書において開示されているストリップ構成に関して、非光源領域は、導光ストリップと関連付けられる区画、および、導光ストリップ間の領域を含むことができることに留意されたい。

【0057】

光伝播条件の何らかのタイプの変化の結果として、光が、光源領域５７において主前面５５Ａを通過することになる。通過する光は、一次光、すなわち、発光ユニット４１の光の一部分であってもよく、または、光は、たとえば、一次光と、蛍光体化合物もしくは量子井戸構造との相互作用によって生成される下方変換光であってもよい。例示的な実施形態は下記に説明される。言い換えれば、光源領域５７は、光が散乱、反射、下方変換などに起因する非ＴＩＲ条件を伴って導光ユニットを形成する壁／境界面に入射するという事実に起因して、または、導光ユニットを形成する壁／境界面の局部領域においてＴＩＲ条件を変更／除去することによってのいずれかで、領域を通過する光によって画定されると考えることができる。

【0058】

上記で示したように、複数の光源領域５７と、主前面５５Ａの面積（または同様に、非光源領域５９の面積）との比は、コリメート素子に与えられる光（たとえば、光源領域から発せられるものとしての）の角度分布、および、意図されるコリメーション角度に応じて決まる。したがって、比は、たとえば、２°または４°の固定コリメーション角度、および、導光ユニット内で誘導される光の角分（扇形）のような一次光条件について大きく異なり得る。コリメート素子に対するランバート入力光について、複数の光源領域５７の面積と、主前面５５Ａの面積との比は、たとえば、０．５％または０．２％またはそれ以下であってもよい。しかしながら、光源領域が狭い立体角の光を発する事例については、複数の光源領域５７の面積、したがって、比は、大規模な実施形態について、たとえば、最大１０％またはさらには最大１５％または１６％と、大幅に増大することができる。例示的な光源領域は、（たとえば、出口側のコリメート素子の直径に対応する）１０ｍｍのピッチをおいて配置される、約３ｍｍの直径を有してもよい。概して、コリメート素子に与えられている角度分布の角度と、意図されているコリメーション角度との間の比が小さくなるほど、光源領域の面積と主前面の面積との間の比は小さくなる。それらの考慮事項は、光学設計においてエテンデュが保存されると仮定している。

【0059】

上記比の一般的な値は、言及されている０．２％のような０．５％未満、またはさらには０．１％未満であってもよい。さらなる例として、１００μｍ光源領域および２．９ｍｍコリメータ（ピッチ）について、コリメート素子間に「損失した」領域（図８Ｂの領域１９９など）を一切有しない完全な光源を仮定すると、比は単一のコリメート素子と同じであり、すなわち、７８５０μｍ^２／８．４１ｍｍ^２（すなわち、約０．１％）である。

【0060】

概して、光源領域５７のサイズは、１００μｍのような１０μｍ〜５００μｍの範囲内の側方延伸を有してもよい。その上、光源領域５７は、円形、楕円形、矩形、もしくは正方形の形状または原則として任意の形状を有してもよいが、形状は、遠距離場にある光源の外観の影響を受け得る。それとは対照的に、導光ユニット４３の厚さ方向延伸は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内、場合によっては１ｍｍ未満であってもよい。光源領域５７は、同じサイズまたは基本的に同様のサイズで設けられてもよい。複数のコリメート素子についてそのような光源領域５７を設けることによって、コリメート素子の入力側において受けられる光について同様の入力条件を保証することができる。

【0061】

概して、導光ユニットの非光源領域を通じた発光が回避され、または、少なくとも、天空太陽模倣の知覚を損なわないように低減される。

【0062】

したがって、コリメーションユニット４５は、光源領域５７から光を受け、概して、たとえば、太陽光を模倣するために数度の発散を有するコリメート光をもたらすように構成される。

【0063】

コリメーションユニット４５は、主前面５５Ａに沿って延伸し、導光ユニット４３の形状、特に、光源領域５７の分布および開口３５の形状に適合されている形状を有する。

【0064】

コリメーションユニット４５は、光源領域５７の格子に対応する複数のコリメート素子を備える。コリメーションユニット４５、したがって、コリメート素子の厚さは、２ｍｍ〜１５ｃｍなど、１ｍｍ〜０．３ｍの範囲内であってもよい。

【0065】

各コリメート素子は、複数の光源領域５７のうちの１つに光学的に結合される。したがって、各コリメート素子は、それぞれの光源領域５７から現れる光（基本的にはそれのみ）を受け、それぞれのコリメート光放出領域６１からコリメート光を発するように構成される。コリメート光放出領域６１は、たとえば、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の光源領域５７のピッチ距離と同様の、０．２ｍｍ未満でさえあるダイオードレーザからの光のような、よくコリメートされた一次光に対する側方延伸を有することができる。コリメート光放出領域６１は、光源２５の発光面６３を形成する。面６３は、たとえば、コリメートユニットがレンズアレイ構造または反射性ＣＰＣアレイ構造から形成される実施形態において、連続面であってもよい。コリメートユニットが、たとえば、反射性ＣＰＣアレイ構造から形成される実施形態では、光コリメート領域６１が表面構造とは関連付けられず、代わりに、ＣＰＣアレイ構造のそれぞれの出力面と関連付けられてもよいため、面６３は表面でなくてもよい。

【0066】

コリメーションを実施するために、コリメート素子は、レンズおよび／またはＣＰＣレンズのような１つまたは複数の光学素子を含んでもよい。コリメート素子はともに、たとえば、ＰＭＭＡ（導光ユニットおよび／または色拡散層のマトリックスに使用することもできる）のような透明材料のレンズ層／ＣＰＣ構造を形成することができる。

【0067】

発光面６３は、たとえば、発光領域６１の間の境界（図３Ａにおいては、レンズもしくは反射性ＣＰＣまたは反射性ＣＰＣの壁の間の遷移部または接合部のような、発光領域６１を分離する格子線として示されている）にある、非発光領域６５のそれぞれ小さい部分を含むことができる。

【0068】

各発光領域６１の放出は、広いスペクトル（たとえば、白色光）および主光ビーム伝播軸６７を中心とした規定の小さい発散を有する指向性光であり、これは、色拡散層２７を通過した指向性光のその部分について、図３Ｂに概略的に示されている。具体的には、放出される光は、放出立体角にわたって分散し、それによって、主光ビーム伝播軸６７の方向に沿って伝播する光ビームを形成する。図３Ｂは、遠距離場における例示的に発散する（ゆるやかに発散する）直接光ビーム２９を示す。遠距離場は、それぞれのコリメート素子によって生成される近接場、および、コリメート素子によって処理されている光に依存する。

【0069】

遠距離場において、発散光ビーム２９にわたる局所伝播方向、すなわち、指向性非拡散光の伝播方向は、伝播軸６７に対する直接光ビーム２９の断面内の位置に応じて変化する。具体的には、局所伝播方向６９は、内側領域からの距離が増大するにつれて、主光ビーム伝播軸６７に対して次第に傾いていく。例示的に、最も離れている局所伝播方向の最大角度α＿ｏｕｔ／２が図３Ｂに示されており、これは、直接光ビーム２９の、たとえば２°または４°のビーム発散（本明細書においては、遠距離場におけるビーム全角発散または全角発散としても参照される）に対応する。単一光源領域の光ビーム２９（たとえば、ただ１つの光源領域における切り換え）について、遠距離場はすでに、天井−床の距離に等しい距離（屋内照明器具−標的であってもよい）、または、さらにはより局在化された照明のためのより小さい距離において基本的に形成され得る。これは、光ビーム２９を基本的に円形として示すことによって、図３Ｃに示されている。照明器具全体の主光ビーム（多くの光源領域から構成されており、したがって、はるかに大きい面積にわたって延在する）に関して、遠距離場は、たとえば、数十メートルとはるかにより大きい距離に形成されていると考えられ得る。遠距離場において、図３Ｃにおいて線７２によって示されている基本的に矩形のスポットは、開口の形状の記憶を失うにつれて円形になる。主光ビームの遠距離場を形成するための距離は、光角度発散および照明器具サイズに応じて決まることに留意されたい。

【0070】

均質な放出について、非発光領域６５とコリメート光放出領域６１との間の面積比は、光源２５の発光面６３にわたって基本的に一定である。そのような一定の比は、発光面６３からの均質な発光に寄与することができる。その上、１つのコリメート光放出領域６１からの放出は、コリメート光放出領域６１内部で側方に完全に含まれている（十分に光っている）ものとして知覚されるように構成することができる。直接光ビーム２９のビーム発散が対称であると仮定すると、このとき、光ビーム内から見る観察者によって、並置されたコリメート光放出領域６１が、明るい円盤の像として知覚され、この直径は、コリメート光放出領域６１に対応する「画素」のセットに分割されている、遠距離場内の全角発散に関連する。単一コリメート光放出領域６１の寸法は、領域内の可能な光変調が、一般的な観察距離から見る観察者によって知覚される可能性が低くなるようなものであるべきである。

【0071】

図３Ｂにさらに概略的に示されているように、コリメーションユニット４５は、特に隣接する、発光領域６１の下流のコリメート素子の間の光の相互作用（本明細書においては、光源領域、およびコリメート素子を含む、個々の光ビーム生成光学シーケンス間のクロストークとしても参照される）を低減し、またはさらには回避するための、何らかのタイプのバッフル構造７１を備えることができる。いくつかの実施形態において、バッフル構造７１は、たとえば、吸光および／または暗色層／材料をコーティングされている、または、暗色仕上げを有する構造要素（たとえば、遮蔽板または光学素子の表面）であってもよい。

【0072】

反射性構造ユニットの色拡散層に関して、本開示は、同じ出願人によって出願された国際公開第２００９／１５６３４８号に開示されている光拡散器に関する。

【0073】

これは、たとえば、サンドイッチの実施形態のような薄膜、コーティング、またはバルク材料内に複数の固体透明ナノ粒子が分散された、本質的に透明な固体マトリックスを備えることができる。本明細書では、「拡散層」、「ナノ拡散器」、および「色拡散層」という用語は、一般に、それらの（本質的に透明な）ナノ粒子を埋め込んだマトリックスを備える光学要素を示す。

【0074】

色拡散層は、原理的に、本質的に色分離を生じる同じメカニズムによって、（一般的には白色光などの）広いスペクトル帯域を有する入射光の異なる色成分を（色的に）分離することができる。レイリー散乱は、たとえば、天空光および太陽光のスペクトル分布特性を生成している。より具体的には、色拡散層は、可視白色光に曝されると、２つの異なる色成分、青色、すなわち青色または「冷たい」スペクトル部分が支配的な拡散された空のような光、および、青色が減少した成分、すなわち黄色または「暖かい」スペクトル部分を有する、透過された光が同時に存在する状態を再現することができる。

【0075】

照明器具２１の色拡散層の透過特性を参照すると、その構造は、ナノ粒子に基づいて、青色よりも赤色においてより大きい透過、および、赤色よりも青色においてより大きい拡散散乱を含むような特定の光学特性を達成するようなものである。この光学特性は、本質的に、開口３５の全範囲にわたって存在し得る。

【0076】

本明細書では、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ、ＡＳＴＭインターナショナル、Ｅ２８４−０９ａで定義されているように、透過率は、一般に、所与の条件における入射光束に対する透過光束の比である。たとえば、拡散透過率は、入射光束に対する反射光束の比によって与えられるそれぞれの試料の特性であり、透過は、正透過角の方向を除く測定平面によって境界付けられた半球内のすべての角度におけるものである。同様に、正透過率は、非拡散角、すなわち、入射角の下での透過率である。本開示の文脈において、所与の波長および色拡散層上の所与の位置について、拡散透過率および正透過率は、主光ビーム伝播軸６７に対応する入射角を有する非偏光入射光を対象とする。測定について、透過の測定のための検出器の角度サイズ、および入射ビームの開口角は、当業者には明らかな範囲内で選択可能である。特に、（白色光）低角拡散器を考慮する場合、たとえば、正透過の測定のための検出器の角度サイズ、および入射ビームの開口角は、センサが入射角の周りの円錐内の透過を有する光線を受け入れるように構成されるべきである。いくつかの実施形態では、０．９°の２倍の開口角が使用され得る。

【0077】

その上、透過光束は、すべての可能な入射方位角にわたって平均化される。拡散透過率および／または正透過率の測定が、照明器具の構成に関連する幾何学的制約または他の物理的制約によって妨げられる場合、当業者は、少なくとも１つの別個の色拡散層を形成し、その部分への透過率を直接測定することによって、上述した量を得ることができる。微視的な構造的特性の詳細については、たとえば、上述した公報国際公開第２００９／１５６３４８号を参照されたい。しかしながら、微視的パラメータの異なる値が適用可能であり得る。たとえば、非散乱光に対してより多くの散乱光をもたらすパラメータを適用することができる。同様に、可能性のある迷光の可視性を最小化するか、または少なくとも低減する目的で、結果として知覚される色が完全な晴天の色から逸脱する可能性があるという事実にもかかわらず、拡散光に起因する色拡散層の輝度への寄与を増加させることを選好することができる。後者は、その中で生じる多重散乱の結果として彩度のレベルを低下させることによって引き起こされる可能性があり、多重散乱を引き起こす濃度未満の濃度でも引き起こされる可能性がある。
以下では、いくつかの微視的な特徴を例示的に要約する。

【0078】

色効果は、たとえば、１０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲内のサイズを有するナノ粒子に基づく。たとえば、平均サイズがその範囲内にあってもよい。

【0079】

透明マトリックスと、マトリックスに対して異なる屈折率を有し、可視波長よりも（かなり）小さいサイズを有する透明ナノ粒子とを備える透明光学素子が、スペクトルの青色部分（青色）を優先的に散乱させ、赤色部分（赤色）を透過させることは、光散乱の原理からよく知られている。単一の粒子あたりの散乱効率の波長依存性が、波長λの１／１０よりも小さいか、またはほぼ等しい粒子サイズのλ^−４レイリー限界法則に近づく間、それぞれの許容可能な光学的効果は、ナノ粒子のサイズの上記範囲内にすでに達する可能性がある。一般に、より大きいサイズ、たとえば、波長の半分のサイズで、共振および回折効果が発生し始める可能性がある。

【0080】

一方、単一の粒子あたりの散乱効率は、粒子サイズｄが減少するとともに、ｄ^−６に比例して低下し、小さすぎる粒子の使用を不便にし、伝播方向に多数の粒子を必要とし、これは、許容される充填率によって制限される可能性がある。たとえば、厚い散乱層について、マトリックス内に埋め込まれるナノ粒子のサイズ（特に、それらの平均サイズ）は、２０ｎｍ〜１８０ｎｍなどの、１０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲内であってもよい。

【0081】

いくつかの実施形態では、その範囲外の寸法のより大きい粒子がマトリックス内に設けられてもよいが、それらの粒子は、レイリー状の特徴に影響を与えず、たとえば、主光ビーム方向の周りに低角散乱円錐を形成することのみに寄与する可能性がある。たとえば、ナノ粒子よりも大きい寸法を有する粒子を備え、主光ビーム方向の周りに低角散乱円錐を形成することに寄与するようにサイズおよび密度を選択される低角散乱層は、別個の層として設けられてもよく、または、色拡散層内に組み込まれてもよい。

【0082】

色効果は、さらに、埋め込みマトリックスの屈折率とは異なる屈折率を有するナノ粒子に基づく。散乱するために、ナノ粒子は、光散乱が起こることを可能にするために、マトリックス（ホスト材料とも呼ばれる）の屈折率ｎ_ｈとは十分に異なる実際の屈折率ｎ_ｐを有する。たとえば、粒子の屈折率とホスト媒質の屈折率との間の比ｍ（＝ｎ_ｐ/ｎ_ｈ）は、範囲０．７≦ｍ≦２．１または０．７≦ｍ≦１．９などの範囲０．５≦ｍ≦２．５内であってよい。

【0083】

色効果は、さらに、所与の方向に伝播する衝突光によって見られる単位面積あたりのナノ粒子の数、ならびに、体積充填率ｆに基づく。体積充填率ｆは、

【0084】

【数1】

【0085】

によって与えられ、ρ［メートル^−３］は、単位体積あたりの粒子数である。ｆを増加させることによって、拡散層中のナノ粒子の分布は、そのランダム性を失う可能性があり、粒子の位置は、相関するようになる可能性がある。結果として、粒子分布によって散乱された光は、単一粒子の特性だけでなく、いわゆる構造因子にも依存する変調を受ける。概して、高い充填率の影響は、散乱効率をひどく減少させることである。その上、特に、より小さい粒子サイズについて、高い充填率はまた、散乱効率の波長依存性と、同様に角度依存性とに影響を及ぼす。ｆ≦０．１などのｆ≦０．４、またはさらにはｆ＝０．００１などのｆ≦０．０１の充填率で作業することによって、それらの「密充填」効果を回避することができる。

【0086】

色効果は、さらに、有効粒子直径Ｄ＝ｄｎ_ｈに依存して、色拡散層の単位面積あたりのナノ粒子の数Ｎに基づく。それによって、ｄ［メートル］は、［Ｔ．Ｃ．ＧＲＥＮＦＥＬＬ、およびＳ．Ｇ．ＷＡＲＲＥＮ、「Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｏｎ−ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｉｃｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｙ ａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｐｈｅｒｅｓ ｆｏｒ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ１０４、Ｄ２４、３１，６９７−３１，７０９（１９９９）］に定義されているように、球状粒子の場合には平均粒子直径として、非球状粒子の場合には体積−面積が同等の球状粒子の平均直径として定義された平均粒子サイズである。有効粒子直径は、メートルで与えられ、またはｎｍで指定される。
いくつかの実施形態では、

【0087】

【数2】

（ただしＤは［メートル］で与えられる）、かつ

【0088】

【数3】

を満たし、たとえば、

【0089】

【数4】

かつ

【0090】

【数5】

を満たし、より具体的には、

【0091】

【数6】

かつ

【0092】

【数7】

を満たす。

【0093】

たとえば、純粋な晴天の存在をシミュレートすることを目的とする実施形態について、

【0094】

【数8】

（ただしＤは［メートル］で与えられる）、かつ

【0095】

【数9】

を満たし、たとえば、

【0096】

【数10】

かつ

【0097】

【数11】

を満たし、より具体的には、

【0098】

【数12】

かつ

【0099】

【数13】

を満たす。

【0100】

正反射されたシーンの寄与を最小化することを目的とする他の実施形態では、

【0101】

【数14】

（ただしＤは［メートル］で与えられる）、かつ

【0102】

【数15】

を満たし、たとえば、

【0103】

【数16】

かつ

【0104】

【数17】

を満たし、より具体的には、

【0105】

【数18】

かつ

【0106】

【数19】

を満たす。

【0107】

それらの物理的パラメータおよびそれらの一般的な相互作用に関しては、たとえば、国際公開第２００９／１５６３４８号を再び参照されたい。

【0108】

本明細書で開示される色拡散層の巨視的な光学特性は、以下の２つの量で説明され得る。

【0109】

（ｉ）拡散層が１０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲内のサイズを有するナノ粒子、すなわち、衝突する放射線の短波長を優先的に拡散させる原因となるナノ粒子を含まないという事実を除いて、散乱光の寄与を有しない色拡散層の透過率、たとえば、正透過率と、色拡散層と同一の基準サンプルの透過率との間の比として定義される単色正規化共線透過率Ｔ（λ）。

【0110】

（ｉｉ）衝突する放射線の長波長成分と短波長成分との間の色分離を提供する色拡散層の能力を測定するγ≡Ｌｏｇ［Ｔ（４５０ｎｍ）］／Ｌｏｇ［Ｔ（６３０ｎｍ）］として定義される、青色光学濃度と赤色光学濃度との間の比γ。

【0111】

いくつかの実施形態では、色拡散層は、以下を有することができる。

【0112】

０．０５〜０．９５、たとえば、０．１〜０．９、たとえば、０．２〜０．８の範囲内のＴ（４５０ｎｍ）。たとえば、純粋な晴天の存在をシミュレートすることを目的とする実施形態について、Ｔ（４５０ｎｍ）は、０．４〜０．９５、たとえば、０．５〜０．９、たとえば、０．６〜０．８の範囲内であり得る。

【0113】

正反射されたシーンの寄与を減少させる（たとえば、最小化する）ことを目的とする実施形態では、Ｔ（４５０ｎｍ）は、０．０５〜０．５、たとえば、０．１〜０．４、たとえば、０．２〜０．３の範囲であり得る。

【0114】

いくつかの実施形態では、青色光学濃度と赤色光学濃度との間の比γに関して、γは、５≧γ≧１．５、または５≧γ≧２、または５≧γ≧２．５、たとえば、５≧γ≧３．５の範囲内であり得る。

【0115】

完全性のために、限定はしないが、たとえば、それぞれ屈折率ｎ_ｐ＝２．０、２．６、２．１、１．５、および１．７を有するＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、およびＡｌ_２Ｏ_３と、可視領域において本質的に透明である任意の他の酸化物とを含むもののような、無機粒子が使用され得る。無機粒子の場合には、粒子を埋め込むために、ソーダ石灰シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融シリカ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、およびポリカーボネート（ＰＣ）などの有機マトリックスまたは無機マトリックスが使用され得る。一般に、有機粒子も使用され得る。材料の種類については、特許文献１をさらに参照されたい。

【0116】

ナノ粒子の形状は、本質的に任意であり得るが、球状粒子が最も一般的である。

【0117】

上述したように、ナノ粒子および／またはマトリックスおよび／またはさらなる埋め込まれた粒子は、可視光を吸収しなくてもよく、またはある程度制限されるだけでもよい。それによって、色拡散層を出る光の輝度および／またはスペクトル（すなわち、色）は、吸収による影響をほとんどしかまたはまったく受けない可能性がある。可視スペクトルにおける本質的に波長に依存しない吸収は、許容可能であり得る。

【0118】

図３Ａおよび図３Ｂを再び参照すると、コリメーションユニット４５上に、色拡散層２７を、たとえば、連続層として直接的に施与することができる。いくつかの実施形態において、色拡散層２７は、たとえば、平坦なポリマーなどのプラスチックまたはガラス製の基板などの支持基板上に設けることができる。他の実施形態において、色拡散層は、照明器具、特にコリメーションユニット４５またはその一部のための支持として機能するのに十分強固に構成されてもよい。上述したように、色拡散層２７は、コリメーションユニット４５からの入射光の長波長成分に対して、コリメーションユニット４５からの入射光の短波長成分を優先的に散乱させるように構成される。散乱光は、本明細書においては拡散光３１として参照され、ナノ粒子の散乱条件の所与の選択を仮定して、青（短波長）色と関連付けられる。

【0119】

観察者の例示的な観察方向７３が示されている。観察方向７３において、拡散光３１は色拡散層２７からすべての方向において本質的に均質に発せられるため、観察者は、自身の方向において発せられる拡散光３１の部分を見ることになる。明らかに、光源２５、たとえば、コリメーションユニット４５に向かって発せられる部分は、失われ、または、部分的に擬似ランダムに反射され得る。加えて、観察者は、自身の位置に応じて、光源２５の透過光のいくらかの直接光ビーム２９を見ることができる。光ビーム２９は、共通の主光ビーム（図３Ｃおよび関連する説明を参照されたい）として知覚され、たとえば、青色成分の散乱に起因して、光源の光のスペクトルに対して「黄色がかっている」。見える透過光は、入射光の、色拡散層または何らかの前方散乱によって、観察者の観察方向７３に向くように方向付けられるか、または、ある程度方向転換される部分に基づく。

【0120】

ナノ粒子が埋め込まれる結果として、入射光の、色拡散層２７との散乱相互作用によって散逸されることなく透過される部分は、スペクトルがより長い波長へと（すなわち、黄色の色調を与える赤色へと）シフトされるため、関連する質量中心の波長において、入射光のスペクトルとは異なる可視スペクトルを有する。ナノ粒子によって本質的にレイリー状の散乱を受ける入射光の部分は、拡散して放射され、それによって、その表面から離れた方を指すすべての方向において実質的に均質な輝度をもたらす。

【0121】

図３Ｃおよび図３Ｄに関連して、図３Ａおよび図３Ｂの照明器具２１の外観を説明する。具体的には、図３Ｃは照明器具２１によって照明されている部屋６０の概略３Ｄ図を示し、一方、図３Ｄは、下から見たときの開口３５内の照明器具２１の外観を示す。

【0122】

拡散光３１は主に、コリメーションユニット４５から現れる光によって生成される。拡散光３１は常に、開口３５において見るときに見えるであろう。

【0123】

加えて、図３Ｃは、照明器具２１の開口３５から発し、主光ビーム伝播軸６７に沿って伝播する主光ビーム６６を示す。主光ビーム６６は、複数の部分光ビーム、すなわち、直接光ビーム２９から構成され、そのうち２つが例示を目的として示されているが、それらの直接光ビームは、動作中に主光ビーム６６内で解像可能ではない。

【0124】

図３Ｂにすでに示したように、光源２５の構成要素が適切に位置合わせされていると仮定した場合、直接光ビーム２９はまた、主光ビーム伝播軸６７の方向に沿って伝播する。

【0125】

それとともに、光ビーム２９は、主光ビーム６６について開口３５にわたって本質的に一定の輝度分布を形成する。光ビーム２９の多かれ少なかれ均質な指向性を仮定して、主光ビーム６６の発散は、光ビーム２９の発散と実質的に同様である。

【0126】

主光ビーム６６内に位置する観察者７０は、発散および開口３５に対する位置が観察者７０の目に落ちる光をもたらす直接光ビーム２９の直接光を見ることになる。

【0127】

特に図３Ｄに示す太陽模倣概念を参照すると、観察者７０は、より弱い均質な青色がかった背景光（「青空」として知覚される）、すなわち、拡散光３１によって囲まれている明るい円盤６８（高輝度ピーク、それぞれの限定された発散、均質な青色背景などのそれぞれの条件下で「太陽」として知覚される）を見る。光ビーム２９の発散が限定されていること（たとえば、４°未満の範囲内のビーム角）、および、角分が照明器具の出力面全体にわたって基本的に同じであることに起因して、観察者７０が、図３Ｃにおいて矢印７０’によって示すように、部屋６０にわたって、具体的には主光ビーム６６にわたって動くと、太陽は青空にわたって動くように見えるだろう（図３Ｄの矢印６８’によって示すように、すなわち、現実の太陽のように、太陽が観察者７０についてくる）。

【0128】

言い換えれば、開口３５は、各点において角放出が表面にわたってほぼ一定の輝度（単位立体角あたりの単位面積あたりのパワー）で狭い表面を境界付ける。以下の考慮事項について色拡散層２７を無視すると、スクリーンを開口３５に近接近して配置することは近接場分布を示し、一方、スクリーンを照明器具２１から離れて配置することは、光源２１の遠距離場を示すであろう。近接場において、均質に照明される、開口３５と同じサイズのスポットが形成される。遠距離場において、本質的に開口３５を通過する光の角分によって決定される形状を有するスポットが、スクリーン上に形成される（たとえば、光が太陽を模倣するための円錐内で発せられる場合は円形）。

【0129】

図３Ｃの場合、主光ビーム６６は、本質的に近接場下条件においては、線７２（主光ビーム６６の外部の影への遷移を示す）の形状が丸みを帯びた矩形、すなわち、隅がわずかに丸みを帯びた矩形になるように、床に落ちることになる。同様に、光ビーム２９の形状は、円形ビーム断面に向かう光方向の円錐分布に従って発現しているものとして示されているが、一般的に屋内伝播距離について、上記で言及したように、各単一光ビーム２９の寄与が解像可能でない、主光ビーム６６の形状全体は、本質的に近接場分布により近い。本明細書において開示されている実施形態は、各コリメート光放出領域の内部で、各点において同じ角分を有することを可能にすることができる。たとえば、これは、その焦点面内で光源の無限遠における像を形成するレンズ、またはＣＰＣの場合に概ね（ほぼ）当てはまり得る。

【0130】

近接場分布は、色拡散層２７に衝突する照度（単位面積あたりのパワー）分布である。色拡散層２７からの拡散光の角放出がその点の各々について同じである（ランバート放出に近似する）とき、「青空」の輝度は、この照度分布に正比例する。それゆえ、「青空」を均一にするために、色拡散層２７に応じた照度分布は、観察者の目によって解像可能な空間スケールにおいて均質であるべきである。

【0131】

光ビーム２９の角分が非常に大きい（たとえば±５°または±１０°の円錐）場合、局所的な不均一性は伝播中に速やかに混同され、そのような不均一性は、開口３５の正面の数センチメートルまたは数ミリメートルにおいてすでに「洗い流されている」場合がある。太陽模倣に関して、角分は、非常に狭くなるように（たとえば、±１°などの±２°以下の円錐）選択されるが、可能な不均一性は、より大きい伝播距離を「洗い流す」ことを必要とし得る。したがって、概して、照度分布は、可能な限り平滑であるべきである。

【0132】

以下において、光源の様々な構成要素および構成を、それぞれの図面に関連して説明する。

【0133】

図４Ａ〜図４Ｍを参照すると、発光ユニットは、照明器具の一次光源であり、導光ユニットの側面に結合することができる。結合は、とりわけ、発光ユニットのタイプおよび導光ユニットのタイプに応じて、様々な方法で実施することができる。一般に、光は、導光ユニット内の光伝播についてＴＩＲが発生するように、導光ユニットに結合される。たとえば、一次光源としてＬＥＤについて図４Ａ〜図４Ｄの概略側面図に示すように、ＬＥＤは、いくつかの方法で導光ユニットに縁部結合することができる。ＬＥＤ８１Ａ、８１Ｂは、導光ユニット４３に結合するために、それぞれ屈折光学素子（図４Ａ）または反射光学素子（図４Ｂ）を使用してカプセル化することができる。ＬＥＤ８１Ｃ、８１Ｄは、導光ユニット４３に結合するために、非カプセル化とし、それぞれ屈折光学素子（図４Ｃ）または反射光学素子（図４Ｄ）を使用することができる。さらに、非カプセル化ＬＥＤ８１Ｅを、導光ユニット４３に突き合わせ結合することができる（図４Ｅ）。

【0134】

いくつかの実施形態において、一次光源は、レーザダイオードを含んでもよく、この場合、コリメート素子は必要とされない場合がある。たとえば、レーザダイオード８３Ａを、導光ユニット４３に突き合わせ結合することができる（図４Ｆ）。しかしながら、放射レーザビームを何らかの望ましい様式で（たとえば、楕円から円形へのビーム成形）調整するために、アナモルフィックプリズム対（図示せず）のような他の光学素子が使用されてもよい。

【0135】

それらの実施形態において、たとえば、導光ユニット４３に結合されたときに、導光ユニット４３の平面に対して対称になるＬＥＤまたはレーザダイオード発光が設けられる。例示的に、平行である、結合前の主伝播方向８５Ａが図４Ａに示されている。

【0136】

下記に説明するように、導光ユニット４３に結合される光のそれぞれの指向性を選択することによって、外方に結合することができる光の量をさらに向上させることができる。その目的のために、導光ユニット４３に結合されるときに、導光ユニット４３の平面に対して対称（たとえば、本質的に平行）であるＬＥＤまたはレーザダイオード発光を設ける代わりに、結合前に、導光ユニット４３内の主伝播方向、たとえば、パネルタイプの実施形態における導光ユニットの平面に対して傾斜されている主伝播方向を設けることができる。

【0137】

たとえば、ＬＥＤ８１Ｆは、非カプセル化とし、本質的にＴＩＲ角に近い角度で導光ユニット４３に結合するための屈折光学素子（図４Ｇ）を使用することができる。同様に、レーザダイオード８３Ｂは導光ユニット４３に突き合わせ結合することができ、側面８７Ａを、導光ユニット４３の平面に対して傾けることができ（図４Ｈ）、または、側面８７Ｂが、主前面５５Ａおよび主後面５５Ｂを、導光ユニット４３の平面に対して直角に接続することができる（図４Ｉ）。一次光源の入力光中心方向のこの変化に関するさらなる詳細は、図９Ａ〜図９Ｃに関連して開示される。

【0138】

上述したように、発光ユニットは、広いスペクトル（白色光ＬＥＤ）または狭いスペクトルにおいて発光していることができる。後者の場合、発光ユニットは、すべてが同様の放出波長でなくてもよい。たとえば、色の調整を可能にするために、複数の異なるセットの一次ＬＥＤ（たとえば、３セット）が、導光ユニット４３に沿ってインタレース結合されてもよい。

【0139】

たとえば、図４Ｋおよび図４Ｌは、３つのタイプのＬＥＤ８９から光を受けるパネル形状導光ユニット４３の上面図を示す。たとえば、ＬＥＤ８９は、広い色域を調整することを可能にするために、青色、緑色、赤色、またはさらには白色発光していてもよい。

【0140】

同様の実施形態において、異なる放出波長を有するレーザダイオード９０が、図４Ｌに概略的に示されているように使用されてもよい。

【0141】

無論、４原色（たとえば、青色、緑色、アンバー、赤色）または５原色（たとえば、バイオレット、シアン、緑色、アンバー、赤色）またはそれ以上を含む、より多数のカテゴリの一次光源が使用されてもよい。

【0142】

一次光源は、１００％直接発光であってもよく、または、下方変換材料を含んでもよい。たとえば、下方変換に基づくアンバー発光ＬＥＤが市販されており（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ社製のＬＸＺ１−ＰＬ０２）、また、様々な白色発光ＬＥＤが入手可能である。

【0143】

一次光源および下方変換材料の構成例が、下記表Ｉにリストされている。それら光源の各々は、上述したように導光ユニットに結合される一次発光器としての候補である。下方変換材料の各々は、導光ユニットに結合する（たとえば、白色光一次光源を生成する）前に一次光を下方変換するために使用することができ、または、導光ユニットから光を受け、コリメート素子に下方変換光を発する二次光源として組み込まれるための候補として使用することができる。本明細書において記載されている例は、導光ユニット上に、または、ＣＰＣもしくはＴＩＲレンズの入力側に設けられる下方変換ディスクである。

【0144】

表Ｉにリストされていない多くの他の可能な組合せが存在する。表Ｉにおいて、以下のようなピーク放出波長に従って、様々な可視スペクトルカラーレジームが参照される：バイオレット４００ｎｍ〜４４０ｎｍ、青色４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ、シアン４８０ｎｍ〜５１０ｎｍ、緑色５１０ｎｍ〜５５０ｎｍ、黄色５５０ｎｍ〜５８０ｎｍ、アンバー５８０ｎｍ〜６１０ｎｍ、および赤色６１０ｎｍ〜７００ｎｍ。

【0145】

その上、白色光源について、導光ユニットにおける吸収の色効果および色反射効果が、特に直接光ビームの色の知覚に影響を及ぼし得る。たとえば、側面またはそれぞれのＬＥＤ／レーザダイオードにおける反射は、導光ユニット内でスペクトルの色吸収のような効果を及ぼし得る。一次光源の放出スペクトル、および、一般的に、抽出機構と相互作用する光のスペクトルは、材料色吸収および反射の任意の色度に適合され得る。波混合ガイド構成内のそれらの波長依存効果を補償するために、それに応じて入力スペクトルを調整することができる。具体的には、高いＣＣＴ、高い演色評価数、およびＲ９値を有する出力スペクトルを有するために、入力スペクトルを調整することができる。たとえば、色成分に関する吸収を補償するために、単一光源の（または、複数の光源が抽出機構に存在する光に寄与する場合は複数の光源の）スペクトルを（青色および赤色成分を増大することによって）バイオレットに向けてシフトすることができる。

【0146】

【表2】

【0147】

図４Ｍは、一連の導光ストリップ９１を備える特定のタイプの導光ユニットにおける光の結合を概略的に示す。たとえば、導光ストリップ９１は、互いに対して平行に延伸する。各導光ストリップは、対向する側端面を含む（一方の側にあるすべての側面が一緒になって、側方結合面４７として理解され得る）。図４Ｍにおいて、導光ストリップ９１あたり１つのレーザダイオードまたは１つのＬＥＤを有する構成が示されている（概略的なレーザダイオード９３Ａが破線で示されている）。しかしながら、複数の導光ストリップ９１（隣接するかまたはインタレースされている）が、何らかの導光ファイバ−スプリッタ構造９５によって単一のレーザダイオード９３Ｂ、または単一のＬＥＤに接続されてもよい。

【0148】

光源領域は、主後面（本明細書においては反射モードとして参照される）または主前面（本明細書においては透過モードとして参照される）において導光ユニットを通じて進行するＴＩＲから能動的に取り出された光によって画定することができる。一般に、光源領域は、ディスク状の形状であってもよく、または、多くの他の形状を有してもよい。

【0149】

一般に、動作モードは、広い白色スペクトルを生成するために下方変換を使用する狭いスペクトルの一次光、または、天空−太陽のような照明に類似するために必要なすべての色をすでに本質的に含んでいる広い白色光一次光源のいずれかに基づく。しかしながら、一般に、本明細書において記載されている光源の概念はまた、たとえば、何らかの他のスペクトル特性において、または、たとえば、レイリーのようなタイプの拡散器の効果がない場合に、本明細書において説明されているような指向性光が必要とされる場合、太陽光模倣とは無関係に適用可能であってもよい。

【0150】

反射モードを参照すると、図５Ａは、導光ユニット４３上に設けられた多くの光源領域のうちの単一の光源領域の領域内の下方変換に基づく構成１０１の第１の実施形態を示す。具体的には、ディスク状下方変換材料１０３が、光生成ユニット４３の主後面５５Ｂ上に（すなわち、発光主前面５５Ａとは反対に）堆積される。材料１０３は、導光ユニット４３から、たとえば、短波長光を受け入れ、その光を広い波長スペクトルに変換し、その後、下方変換光をとりわけ、導光ユニット４３に放出し戻す。材料１０３の厚さは、材料が不透明になるまで増大され得る。その上、材料１０３の裏面は、温度管理のためにヒートシンク１０５（たとえば、ＡｌまたはＣｕから作成される）に取り付けられてもよい。下方変換光は、材料１０３に近接する領域において導光ユニット４３を通過し、全反射ＣＰＣレンズ１０７のようなコリメート光学素子によって収集されるであろう。

【0151】

他の実施形態において（または付加的に）、材料１０３は、たとえば、それぞれの一次光源の広いスペクトルの光と相互作用する散乱材料であってもよい（または、何らかの散乱材料を含んでもよい）。

【0152】

図５Ａを詳細に参照すると、材料１０３は、下方変換材料（および／または特定の散乱特性を有する材料）を含む。一次光が、一次光源（図示せず）から導光ユニット４３に結合され、材料１０３に衝突するまで、導光ユニット４３内を誘導される。図５Ａにおいて、例示的に、新たな放出光線１１１に変換される一次光線１０９が示されており、新たな放出光線は、導光ユニット４３を出て、ＣＰＣレンズ１０７によって収集および集束／コリメートされる。いくつかの他の伝播事例では、一次光は、導光ユニット４３内に捕らえられたままになる光線１１３（図５Ａ内で左に進行する）に変換されてもよい。この光線１１３には、さらなる散乱事象において別の光源領域にある別の材料に衝突するときに、導光板４３から逃れる機会がある。図５Ａにおいて、この他の領域は、この事例においては逃れ、同じくＣＰＣレンズ１０７によって収集およびコリメートされている、光線１１５によって示されている材料１０３である。

【0153】

図５Ａに示す実施形態の幾何学的形状において、導光ユニット４３の厚さは、ＣＰＣレンズ１０７の直径および長さを決定づける。具体的には、導光体の厚さを可能な限り薄くすることが望ましい。レーザ光は非常に薄い導光体（場合によっては１０μｍよりも薄い）に結合することができるため、後者は、レーザダイオードを、このタイプの幾何学的形状にとって魅力的なものにし得る。

【0154】

上記で示したように、材料１０３は、側部、すなわち、導光ユニットの外部において光を放出することができる（たとえば、その厚さが有限であることに起因する材料の内部の中からの散乱または放出光、たとえば、蛍光体化合物層は、１０μｍ以上であってもよく、またはさらには最高数百μｍ厚であってもよい）。それゆえ、光生成ユニット４３に向かって戻る放出を増大させるために、材料１０３の周りに、たとえば、その裏面および側面において、反射性封じ込め構造（図示せず）を含むことが望ましい場合がある。

【0155】

図５Ａの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、材料１０３の側方サイズ、導光ユニット４３の厚さに関係付けられ、これによって、材料１０３から放出される光をＣＰＣレンズ１０７によって収集することができる、主前面５５Ａ上の領域が画定される。したがって、ＣＰＣレンズ１０７の入力サイズは同様に、材料１０３の側方延伸および導光ユニット４３の厚さに応じて決まる。

【0156】

図５Ｂは、反射モード幾何学的形状の別の実施形態を示す。具体的には、複数の傾斜反射構造１１７が、導光ユニット４３に組み込まれる。たとえば、反射構造１１７は、導光ユニット４３によって画定される導光面に対して４５°傾けることができる。それらの傾斜面部分は、反射性金属（たとえば、ＡｇもしくはＡｌ）または二色性積層体のような鏡面反射材料によってコーティングすることができる。この幾何学的形状には、結合される一次光（４０°未満、たとえば、約３０°もしくは２０°またはそれ未満、たとえば、約１０°の、導光ユニット内の角度範囲にわたって分散し得る）が、エテンデュを保存する結像様式において反射構造１１７によって調整されるという利点があり得る。これによって、たとえば、図５Ｃに示すＣＰＣレンズのような一次光学素子を必要とすることなく、従来の二次図５に示すものなど）のみによって完了されるべきコリメーションユニット４５内の最終的なコリメーションが可能になり得る。

【0157】

図５Ｂの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、傾斜反射構造１１７の側方サイズ、導光ユニット４３の厚さ、および、傾斜反射構造１１７から放出される光が通過する主前面５５Ａ上の領域を画定する一次光源の入力発散によるある範囲に関係付けられる。

【0158】

図５Ａおよび図５Ｂならびに本明細書において開示されているエテンデュの考慮事項を参照すると、光源領域は導光ユニットの前面上に画定されるため、導光ユニットに交差するときに「ビーム」が広くなることに起因して、それらの領域は実際には、抽出素子の面積（たとえば、後面上の傾斜反射構造１１７の面積）よりも大きくなり得る。それゆえ、光源領域をまとめた面積と、主前面の面積との間の比は、それらの実施形態においてはわずかに増大し得る。

【0159】

図５Ｃに示す実施形態において、一次光はスペクトルが狭く（たとえば、単色ＬＥＤまたはレーザダイオードのような単色光源から放出される）、したがって、下方変換する必要がある。したがって、図５Ｃの実施形態は、反射抽出と、ＣＰＣレンズ／下方変換材料の接合部における抽出との混合を表す。上記で言及した厚さが有限である問題を低減するために、蛍光体材料の必要な量を低減することができる。たとえば、蛍光体材料は、ＣＰＣレンズの空洞または半空洞形状内に配置することができる。

【0160】

図５Ｃに示すように、蛍光体化合物の薄い（場合によって単一の単分子層ほどに薄い）層１２１が、ＣＰＣレンズ１２３と導光ユニット４３との間に堆積される。ＣＰＣレンズ１２３の出口面１２５は、一次光波長（たとえば、青色がかった光）を反射し、それによって、蛍光体化合物に光を戻し、蛍光体化合物とのより多くの相互作用を導入するダイクロイック１２７によってコーティングすることができる。たとえば、蛍光体化合物の層１２１に衝突するが、吸収されない青色一次光（光線１２９）は、青色反射ダイクロイックスタックによって、蛍光体化合物１２１に向かって反射し戻される。

【0161】

図５Ｃの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、傾斜反射構造１１７の側方サイズ、導光ユニット４３の厚さ、および、傾斜反射構造１１７から放出される光が通過する主前面５５Ａ上の領域を画定する一次光源の入力発散によるある範囲に関係付けられる。蛍光体化合物の層１２１は、傾斜反射構造１１７によって方向転換される光を変換するように意図されており、それゆえ、本質的に、光源領域のサイズに対応するが、実質的に、光抽出には寄与しない。

【0162】

図５Ｃの実施形態において、ＣＰＣレンズ１２３は、コリメーションの一部を可能にするようにのみ構成されている。二次レンズアレイ（図示されておらず、原則的に、図５Ｂの二次レンズ構造１１９と同様である）が、コリメーションユニット４５のそれぞれのコリメート素子を完成させる。二次レンズは、２つの光源領域、この場合は２つの反射構造１１７の間のピッチの範囲内で、個々のレンズ間の側方延伸をもたらす。この場合、光源領域５７は、蛍光体化合物の層として識別され得る。導光ユニット４３は薄く（光源領域５７のサイズに対して）、または、扇形が狭い場合、蛍光体化合物の層１２１は、反射構造１１７のサイズに比肩する。

【0163】

図５Ｃのものと同様の関連実施形態において、下方変換が必要ないように、一次光は、白色光であってもよい。したがって、ＣＰＣレンズ１２３の出力側の二色性反射器も、必要ない。それにもかかわらず、ＣＰＣレンズ１２３の角度入力をわずかに補完するために、順方向において主に機能する拡散器を、ＣＰＣレンズ１２３の入力側に設けることができる。

【0164】

透過モードを参照すると、図６Ａは、下方変換材料１３１が導光ユニット４３の主前面５５Ａに位置決めされる、たとえば、ディスク形状蛍光体化合物材料が光収集側に堆積される、さらなる実施形態を示す。この場合、下方変換材料１３１は、導光ユニット４３からの光を受け入れ、この光を導光ユニット４３へと、または、導光ユニット４３から、たとえば、屈折性全ＣＰＣレンズ１３３へと変換／放出（または散乱器の実施形態では散乱）し戻す。下方変換材料１３１のサイズは、光をＣＰＣレンズ１３３に光学的に結合するように選択される。導光ユニットの主前面側から放出（または散乱）される光は、反射器１３５によってディスクに向かって方向転換し戻すことができる。下方変換材料１３１ではなく、導光ユニット４３の他の面から逃れることになるそのような光は、太陽シミュレーションを損なうおそれがあるため、主前面５５Ａから現れる制御されない光の望ましくない効果を回避するために、光マスキング層１３７によってマスクすべきである。

【0165】

下方変換材料１３１の近傍から、導光ユニット４３から放出（または散乱）される光が、下方変換される。下方変換光はその後、上述したようなコリメート光学素子として機能するＣＰＣレンズ１３３によって収集される。図６Ａを詳細に参照すると、下方変換材料１３１は、たとえば、下方変換蛍光体および／または散乱特性を含み、コリメート光学素子への光生成を最大化するように選択される厚さを有する。一次光源（図示せず）を介して導光ユニット４３に結合される一次光線１３９は、屈折率の変化、したがって、ＴＩＲ条件の変化として作用する限り、下方変換材料１３１に衝突するまで、導光ユニット４３内で誘導される。一次光線１３９は、図５Ａにおいて、導光ユニット４３を出る放出光線１４１に変換され得、ＣＰＣレンズ１３３によって収集および集束／コリメートされる。別の一次光線が、導光ユニット４３内に捕らえられるようになる新たな放出光線１４３に変換され得る。この光線１４３には、後に、光線１４５によって示すように、散乱事象において別の下方変換材料に衝突するときに導光ユニット４３を逃れ、この場合は、逃れてＣＰＣレンズ１３３によって収集および（部分的に）コリメートされる機会があり得る。

【0166】

加えて、放出および／または散乱される光線１４６が、主後面５５Ｂから導光ユニット４３を逃れ得、反射器１３５によって導光ユニット４３の発光側に向かって下向きに戻され得る。ＣＰＣレンズ１３３に結合することにならない（非光源）領域において、光が導光ユニット４３から発せられることを遮断するために、マスク層１４８を使用することができる。

【0167】

図６Ａの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、下方変換材料１３１の側方サイズ、および、その領域において光が下方変換材料１３１と相互作用して導光体４３を出ることができるためにＴＩＲ条件の変化がもたらされるそれぞれの領域に関係付けられる。ＣＰＣレンズ１０７の入力サイズは同様に、下方変換材料１３１の側方延伸、および、収集されるように意図されている下方変換光の仮定されるランバート分布に応じて決まる。

【0168】

図６Ｂは、別の透過モード幾何学的形状を示しており、放出するための光源領域が、導光ユニット４３に対するＣＰＣレンズ１４９の光学的結合１４７によって設けられる。光インターフェースにおける屈折率不整合の誘発される局所的な破綻、および、ＴＩＲ条件のそれぞれの局所的な破綻に起因して、導光ユニット４３から抽出されている光を収集するために、ＣＰＣレンズ１４９をその「ソース」に自己整合的に取り付けることができるため、この幾何学的形状は魅力的である。自己整合は、光源領域が、ＣＰＣおよび導光ユニット４３を光学的に結合することによって形成されることに起因する。

【0169】

図６Ｂの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、ＣＰＣレンズ１４９の側方サイズ、および、その領域において光が導光体４３を出るために誘発されるＴＩＲ条件の破綻に関係付けられる。したがって、ＣＰＣレンズ１０７の入力サイズは本質的に、光源領域のサイズである。

【0170】

散乱中心が存在しないと仮定すると、ＣＰＣレンズ１４９を満たす光分布は、結合される一次光線の分布に応じて決まる。それに応じて、これは、「太陽」の所望の近接場および遠距離場の像を達成するために、下流の二次光学素子において光分布を均質化することによって、遠距離場光分布、および、結果として太陽の外観を改善しているものであり得る。たとえば、何らかの穏やかな（順方向、低角度）散乱中心を、光学素子／導光ユニット界面１５１に含めることができる。

【0171】

加えて、点線が示すように、光源領域において外方に結合される光の量を増大させるために、反射構造１１７が付加的に設けられてもよい。

【0172】

図６Ａおよび図６Ｂの全ＣＰＣとは対照的に、二次レンズ１５５、たとえば、フレネルレンズと結合される「短い」ＣＰＣ１５３が、図６Ｃに示されている。さらに図示され、本明細書において開示されているすべての実施形態に適用可能であるように、上述した側方バッフル構造１５９に加えて、迷光効果を低減するために、レンズ系内に垂直光バッフル構造１５７を含めることが望ましい場合がある。

【0173】

図６Ｃの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、図６Ｂの実施形態のように、ＣＰＣレンズ１４９の側方サイズに関係付けられる。

【0174】

導光ユニットから光を抽出するためにレンズを使用する、別の透過モード幾何学的形状が、図６Ｄに概略的に示されている。特に、接触光学素子は、導光ユニット４３へと直に形成または成形されるレンズ構造１６１である。これによって、最終的なコリメーションのための二次レンズ構造１６３に結合することができる放出面が生成される。

【0175】

図６Ｄの実施形態における導光ユニット４３の主前面５５Ａ上の光源領域の範囲に関して、これは、レンズ１６１の側方サイズ、および、その領域において光が導光体４３を出ることによる図６Ｂおよび図６Ｄの実施形態と同様の誘発されるＴＩＲ条件の破綻に関係付けられる。したがって、レンズ１６１のサイズは本質的に、光源領域のサイズである。

【0176】

図６Ｄのものと関係付けられるいくつかの実施形態において、レンズ構造１６１と導光ユニット４３との間の界面のサイズおよび形状は、特定的に選択することができる。たとえば、レンズよりも直径が小さい円筒体を、レンズを導光体（図示せず）に接続するために使用することができる。円筒体は、ある種の混合ロッドとして機能し、または、主に順方向において、レンズの入力である入射光の角度間隙を充填するように作用する散乱粒子を含み得る。

【0177】

本明細書において開示されている扇形の概念を参照すると、導光ユニット内部の伝播は、ＴＩＲ角に近い狭い角度開口内であり得る。このとき、抽出光学素子に衝突する角分は、ＴＩＲ角に近いその角度の周りに中心を置かれる。任意の一次光学素子の入力側に順方向散乱粒子を使用することによって、遠距離場と近接場の両方の光分布の充填が増大するであろう。導光ユニット内の双（またはより多くの）方向性の光伝播のために、抽出光学素子に衝突する角分は、両方の（またはより多い）の方向についてその角度の周りに中心を置かれ、それによって、一次光学素子（レンズおよびＣＰＣレンズ）の入力開口がより広く充填され、したがって、遠距離場像をより均質にすることができることに留意されたい。

【0178】

当業者には明らかになるように、二次レンズ構造１６３のすぐ下流、および、一般にコリメート光放出領域の下流の照度分布は、可能な限り均一になり、それによって、コリメート光放出領域が観察者によって解像され得る場合に外観の均一性の望ましくない欠如が回避または少なくとも低減されるように設計されるべきである。

【0179】

図６Ｅおよび図６Ｆは、隣接するコリメート素子間のクロストークを低減またはさらには回避するためにレンズアレイ構造に適用され得る場合の、バッフル構造１６５および１６７のさらなる実施態様を示す。

【0180】

図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、本開示のさらなる態様は、結果としてもたらされる指向性の高いビームの色変化に関する。たとえば、異なる色の一次光源の２つ以上のセットが、導光ユニットに結合され、外部電源（たとえば、配電線、または電池）によって給電される別個の電子ドライバまたはドライバチャネルによって操作される。

【0181】

図７Ａに示す光源の例示的な実施形態は、導光ユニット４３において２つの異なる色を混合するように構成されている。光は、２つのタイプの発光ユニット１６９Ａ、１６９Ｂによって生成される。各タイプの発光ユニット１６９Ａ、１６９Ｂは、電源１７３から電力を受け取る特定のドライバユニット１７１Ａ、１７１Ｂによって操作される。導光ユニット４３内で、光は、たとえば、二次光源「ディスク」と相互作用して、結果として個々の局在化光源領域を形成することができ、これによってサイズをより小さくし、より均質にすることができる。二次光源の色は、たとえば、増幅またはパルス幅変調によってドライバユニット１７１Ａ、１７１Ｂの駆動条件を変更することによって調整することができる。一般に、この概念は、たとえば、色平衡または色設定を実施するために制御システムを介して制御可能である、３セット、４セット、５セット、６セット、またはより多くのセットの一次発光ユニットを含む、より多くのタイプ／セットの一次光源に拡張可能である。

【0182】

図７Ａに関連して説明されている光源設計は、シミュレートされた直接太陽光をもたらすために使用することができる。光源は、上述したように、シミュレートされた直接太陽光および（拡散）天空光を同時に生成するために、レイリーのようなタイプの拡散器と組み合わせることができる。空間フィルタリング（可能性のある迷光を低減または吸収するための）、または、照明器具開口に対する法線に対してある角度で高強度ビームを方向付けるための、たとえば、コリメートユニット出力光がそのような方向の周りに中心を置かれる場合に、導光体出力窓に対する法線に対して主光ビーム伝播軸を傾けるための、（直接光を導波面に対する直角とは異なる角度において太陽光ビームを生成するために直接光を傾けるように構成されているプリズムシートまたは傾斜／ステアリング光学層のような）変向光学素子のような、追加の調整光学素子が、導光ユニットおよび／または拡散器の間に設けられてもよい。上述したように、照明器具全体の厚さは、たとえば、フレネルレンズ、またはフレネルレンズアレイの形態の、高指向性ビームのためのコリメート光学素子を使用すると、さらに低減することができる。

【0183】

図７Ｂにおいて、上記の色変更概念の同様の実施態様が、複数の導光ストリップ９１を備える導光ユニットについて示されている。たとえば、各導光ストリップ９１は、各端部においてＬＥＤ１６９Ａ’、１６９Ｂ’と端部結合することができる。しかしながら、ＬＥＤ１６９Ａ’、１６９Ｂ’は、異なる発光色を有する。たとえば、ＬＥＤ１６９Ｂ’がアンバー発光である一方で、ＬＥＤ１６９Ａ’は白色発光であってもよい。

【0184】

図７Ｂの例示的な実施形態において、白色／アンバーＬＥＤ１６９Ａ’、１６９Ｂ’の位置は、導光ストリップ９１が照明器具の開口３５にわたってレイアウトされているため、交互になっている。異なる色のＬＥＤ１６９Ａ’、１６９Ｂ’を駆動するために、別個のドライバユニット１７１Ａ、１７１Ｂが使用され得る。その上、ドライバユニット１７１Ａ、１７１Ｂは、下記にさらに説明するようにネットワーク接続することができるクロック／コントローラ１７５によって提供される情報に従って操作することができる。

【0185】

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、発光ユニットは、照明器具の開口にわたる光強度の均一性を改善するために、導光ユニットの２つの対向する側面上に設けることができる。さらに、縁部結合光源に近接する望ましくない光強度の不均一性が見えるのを回避するために、発光面の開口部にベゼル（図示せず）が設けられてもよい。

【0186】

色混合をさらに例示するために、図７Ｃは、発光照明器具開口３５の小部分の上面図である。散乱および／または変換光（上述のような）を放出するための光源領域１７７が、短ＣＰＣレンズ１８１によって収集および方向転換される光線１７９Ａ、１７９Ｂを受け入れる。光線１７９Ａ、１７９Ｂは、異なる色のものであってもよい。たとえば、光線１７９Ａは白色光分布であってもよく、光線１７９Ｂはアンバー分布であってもよい。追加の光源から追加の光線（図示せず）が加わってもよい。いくつかの光線は、ディスク内でその光源領域１７７に関係付けられる発光材料によって下方変換することができ、一方で、他の光線は、下方変換工程を経ずに、散乱され、または、短ＣＰＣレンズ１８１に方向転換されるであろう。光源の広範な組合せについて、ここでも例示的に表Ｉが参照される。

【0187】

以下において、照明器具の一実施形態を、上述した概念に基づいてより詳細に説明する。

【0188】

照明器具は、２インチ×４インチ照明開口をもたらすのに十分な面積を有する導光板（ＬＧＰ）を備える。そのようなＬＧＰは、今日、ディスプレイ産業について、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）テレビおよびモニタのバックライトとして広く生産されている。ＬＧＰは、アクリルとしても知られているポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から作成することができ、供給元は、Ｗｏｏｙｏｕｎｇ、Ｒａｄｉａｎｔ、Ｃｏｒｅｔｒｏｎｉｃ、Ｐｏｎｔｅｘ、Ｋｅｎｍｏｓ、ＪｉｎＭｉｎＳｈａｎｇ、ＧＬＴ、Ｅｎｐｌａｓ、およびＺｅｏｎのような企業を含む。アクリルは非常に一般的であるが、さらにはガラスなど、より強固な材料からＬＧＰを作成することも可能である。しかしながら、ＬＣＤ用途とは異なり、照明器具については、高密度の抽出機構はＬＧＰに組み込まれず、代わりに、局在化光源領域が、ＬＧＰにわたって均質に分散される。ここで必要とされるサイズのＬＧＰの一般的な厚さは３ｍｍであり得るが、より薄い（約１ｍｍまで）構成およびより厚い（３ｍｍ超）構成が実現可能であり得る。

【0189】

光源領域を生成するために、下方変換材料が、シリコーンのような適切な結合剤に混合され、周期的な間隔をおいて均一なサイズでＬＧＰ上に堆積される。たとえば、下方変換材料は、緑色／黄色および赤色発光蛍光体化合物の蛍光体粒子を含むディスクをＬＧＰ上に設けるために、施与またはインクジェット印刷されてもよい。ディスク径は、１００μｍを目標としてもよく、発光ユニットの発光方向におけるそれらのピッチは、５．８ｍｍに設定されてもよく、結果として、２０，０００個を超えるディスクがＬＧＰ上に堆積される。代替的に、ＬＧＰは、上記パターンに従って一時的にマスキングされてもよく、蛍光体材料は、ＬＧＰ上にスプレーコーティングされてもよい。マスクが除去された後、蛍光体材料が、適切な形状因子で残される。図５Ａにおいて説明した反射モード構成を参照すると、ディスクの厚さは、不透明になるように、一般的には１０μｍよりも大きく選択されてもよい。または、ディスクは、反射材料によって裏張りされる。

【0190】

図６Ａにおいて説明した透過モードを参照すると、厚さは、外方への光結合を最適化するように、たとえば、１０μｍ〜２００μｍの範囲内で選択される。様々な実施形態において、蛍光体粒子サイズ、ドーピングレベル、吸収特性、および結合剤内の充填密度が、収集される一次光と生成される二次（下方変換）光との相対比を決定する。比は、厚さ、側方延伸、一次光源の色混合、および下方変換のタイプのようなパラメータをそれぞれ選択することによって、照明器具の所望のスペクトル特性をもたらすように適切に調整することができる。

【0191】

光源領域に基づいて、多光源照明システムが形成される。特定のスペクトルを目標とする多光源照明システムの効率は、以下のように示すことができる。

【0192】

【数20】

【0193】

式中、ｆ_ｉは、ｉ番目の光源の光パワー部分であり、η_ｉは、ｉ番目の光源のパワー変換効率である。下方変換光源について、効率は、蛍光体の量子効率η_ｐｈ、「量子欠損」（一般的にピーク波長の比として近似される、一次ポンプ重心光子エネルギーと下方変換スペクトルのエネルギーとの比）、および「パッケージ効率」と呼ばれることもある、変換と関連付けられる光学損失を考慮に入れなければならない（Ｋｒａｍｅｓ他、ＩＥＥＥ Ｊ． Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ３、１６０−１７５、２００７参照）。

【0194】

単一の下方変換器を励起する単一の一次光源の場合、効率は以下のように書くことができる。

【0195】

【数21】

【0196】

式中、η_ｐおよびｆ_ｐはそれぞれ一次ポンプ光源のパワー効率および光パワー部分であり、ｆ_ｓは二次または下方変換光の標的光パワー部分であり、η_ｐｈは下方変換器の量子効率であり、λ_ｐおよびλ_ｓはそれぞれ一次発光スペクトルおよび二次発光スペクトルのピーク波長であり、η_ｏは、変換工程を介した他の光学損失を計上する。「蛍光白色」（４０００Ｋ〜７０００Ｋの色温度と相関する）を標的とする一般的なシステムについて、一次漏れ部分は約３０％であり得、９０％の一般的な蛍光体量子効率について、また、約１０％の他の光学損失、それぞれ一次光源について４５０ｎｍおよび下方変換器について５６０ｎｍのピーク発光波長を仮定すると、η〜０．７η_ｐと推定することができる。光度に関連して、また、３４０ｌｍ／Ｗｏｐｔの蛍光白色色温度のＬＥＤベースのスペクトルの一般的なルーメン等量について、効率は、η〜２４０η_ｐｌｍ／Ｗにおいて推定することができる。すなわち、５０％の一次光源効率について、下方変換損失を含む全体的な光源効率は、約１２０ｌｍ／Ｗであり得る。ＬＧＰ／レンズアレイシステムの追加の光学損失および電子ドライバ損失（１５％）は、照明器具効率を全体的により低くする。ＬＧＰ／レンズアレイ損失が１５％未満であり得る場合、照明器具全体の効率は８５ｌｍ／Ｗを上回り得、それによって、たとえば、２インチ×４インチ商用屋内照明器具のＤＬＣ規格を満たす（ＤｅｓｉｇｎＬｉｇｈｔｓ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（商標）製品品質基準、表４：一次使用要件参照）。

【0197】

たとえば、発光ユニットによってＬＧＰへと放出される光において少なくとも３０００ｌｍを得るために、また、上記でリストした光学損失を仮定すると、約３０Ｗ以上の合計一次光源電力、または、約１５以上の光学ワットが必要とされる。これは、３０ワットクラスの高パワーＬＥＤを使用することによって、容易に達成することができる。別の代替形態は、効率および寿命を増大させ、熱負荷を低減するために、高パワーＬＥＤを低頻度駆動することである。たとえば、ＬＧＰのより薄い各縁部に沿って、ＬｕｍｉｌｅｄｓのＬＸＺ１−ＰＲ０１のような３０個の高パワー青色発光ＬＥＤを結合光学素子とともに取り付けて、それらの一次光放出を実質的にＬＧＰへと、および、ＬＧＰ内で誘導するために必要な角度内で注入することができる（各々が約１／４光学ワットを出力する合計６０個のＬＥＤ）。ＬＧＰの他の２つの縁部に沿って、かつ各ＬＥＤの間に、特に導光ユニットが導光ストリップの組合せとして構成されていない場合に光漏れを回避するために、反射材料を施与することができる。

【0198】

コリメート光学素子について、たとえば、１００μｍ径光源から２°のビームを生成するように設計されているＣＰＣレンズアレイ、または、短ＣＰＣ＋フレネルレンズアレイ、または、ＴＩＲレンズアレイ、または、ＴＩＲレンズ＋フレネルレンズアレイが、ＬＧＰに近接して取り付けるために形成または成形される。ディスク光源とフレネルレンズとの間の位置合わせは、光源領域をそれぞれのコリメート素子と光学的に結合するために実施される。

【0199】

例示的な透過モード幾何学的形状について、反射器が、ＬＧＰの上面（主後面）に近接して設けられ得る（または、低屈折率積層の場合は、ＬＧＰのその面の上に直に施与される）。上面では反射性であり得るが、底部では吸収性であり得るマスク層が、ＬＧＰの底面（主前面）に近接して取り付けられる（または、低屈折率積層の場合は、ＬＧＰのその面の上に直に施与される）。低屈折率層がディスクと同じ面上に設けられるべきである場合、ディスクが施与されることになる積層は除去され得る。

【0200】

上記の要素、ならびに、加えて色拡散層および（任意選択の）ビームステアリング光学素子は、固定ハウジングへと組み立てることができ、一次光源は、たとえば、配電線または電池システムによって給電される電子ドライバに接続される。

【0201】

一次光源が電源投入されると、それらの光は、下方変換ディスクにおいて二次光源に変換される。生成された二次光はその後、レンズアレイによって収集され、３０００ｌｍを超える、４０００Ｋ〜７０００Ｋの色温度の太陽のようなビーム（たとえば、約２°または４°の発散）を提供するために、色拡散層を通じてステアリング光学素子によってステアリングされ得る。その上、青空をエミュレートし、はるかにより高い色温度を有する拡散光が生成される。上述したシステムについて、合計照明器具厚さは、ＬＧＰ厚さ（たとえば、３ｍｍ）、コリメートレンズ（全ＣＰＣでは２４２ｍｍ、または短ＣＰＣ＋フレネルの場合は約１０ｍｍ〜１５ｍｍ）、レイリーのようなタイプ拡散器（たとえば、数ミリメートル）、およびステアリング光学素子（数ミリメートル）によって決定される。要約すると、たとえば、短ＣＰＣレンズ＋フレネルレンズ手法が利用される場合、合計照明器具厚さは５０ｍｍ未満であり得る。

【0202】

以下において、照明器具の一実施形態を、上述した概念に基づいて、かつ色調整の概念を適用して、より詳細に説明する。

【0203】

夜間の高含量の青色光が人の概日系を混乱させ、がんおよび糖尿病の罹患率の増加、および睡眠パターンの混乱のような健康上の問題をもたらし得ることが分かっている（Ｓｔｅｖｅｎｓ他「Ｍｅｅｔｉｎｇ ｒｅｐｏｒｔ： Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ ｉｎ ｃａｎｃｅｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｅａｓｅｓ」２００７．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｎｅｕｒｏｌｏｇｙ、Ｆａｃｕｌｔｙ Ｐａｐｅｒｓ、ｈｔｔｐ：／／ｊｄｃ．ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ．ｅｄｕ／ｎｅｕｒｏｌｏｇｙｆｐ／２２参照）したがって、本明細書において開示されている照明器具のいくつかの実施形態において、たとえば、夜間の青色光の量を低減するために、出力スペクトルを調整することが可能であることが開示されている。

【0204】

一次青色光源（たとえば、上述した実施形態において使用される）に加えて、黄色またはアンバー発光ＬＥＤが、さらなる発光ユニットとして設けられる。たとえば、上述した青色発光ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ製のＬＸＺ１−ＰＬ０２参照）と同じ形状因子を有するアンバー発光ＬＥＤが市販されている。アンバーＬＥＤは他の一次光源とインタレースすることができ、それ自体の別個のドライバ電子回路またはチャネルを有することができる。

【0205】

図７Ａおよび図７Ｂに示すクロック／コントローラ１７５を参照すると、原色のビームが好ましい様式で変更され得るように、各ＬＥＤセットのドライバを制御するために、日時および／または季節クロック入力を提供することができる。コントローラは、有線ネットワークまたは無線（たとえば、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｙ Ｒａｄｉｏ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥなど）接続を含む、任意の数の手段によってインターネットに接続することができる。インターネット接続は、照明器具の光出力および色を適切に調整するのに必要な情報を提供することができる。たとえば、照明器具の場所（たとえば、ＧＰＳ）に関する季節的な時期および時刻を提供することができる。照明器具の場所は、コントローラのハードウェア内に設置するときに、または、何らかの他のタイプの依頼によって設定することができる。

【0206】

たとえば、日中、一次青色発光光源がオンであり、アンバーＬＥＤがオフである。夜、これは逆になる。観察される効果として、一次ビームが極めて温かい色温度を達成し、色拡散層によるアンバー光子の低減した散乱は、「青空」が「暗く」なることを意味するであろう。これらの効果の両方が、２４時間周期の観点から、および、夜間の照明の標準設計原則から望ましい。

【0207】

アンバービームのルーメン出力は、日中に動作する「太陽」ビームと同様の高さになり得る。アンバーＬＥＤは、下方変換ではなく、ディスク領域内に設けられる散乱蛍光体粒子および／または散乱機構を介して、二次ディスク光源と相互作用することができる。したがって、それらは、「昼モード」の場合の一次および下方変換光と同じように、コリメート光学素子によって収集される。

【0208】

たとえば、二次光源との相互作用を受けて月発光スペクトルを近似する第２の一次光源セットを選択することによって、月の存在を模倣するために同様の手法を使用することができることに留意されたい。照明器具は、提供されるクロック情報に基づいて適切なスクリプトを与えることによって、昼モードと夜モードとの間の任意の遷移パターンを有するように設計することができる。

【0209】

上記の実施形態は、まったく異なる光源の同時混合を使用し、その後、それぞれの出力光をコリメートする構成の例である。すなわち、本明細書において開示されている概念は、とりわけ、様々なエテンデュ、色、および強度の複数の光源を組み合わせ、それらの出力を均質化し、その出力を入力として、その後出力を単一の狭いビーム光に集束／コリメートする光学系（コリメート素子）にローカライズするように構成されている。

【0210】

言い換えれば、本明細書において開示されている概念は、発光面積が小さく（数平方ミリメートル以下）、発光立体角が大きい様々な光源を、発光面が大きく（１００ｃｍ^２よりも大きい）、発光立体角が小さい均質化光源に変換する。小さい発光立体角とは、たとえば、８°（半値全幅）、たとえば４°未満、またはさらには２°未満である。大きい発光面は、たとえば、１００ｃｍ^２よりも大きいものであり得、たとえば０．５ｍ^２またはさらにはそれ以上であり得る。

【0211】

図４Ｍの文脈において一次光の導光ユニットへの結合について説明したように、本発明者らは、導光ユニット内のまたはその縁部における光学損失を低減するために、光抽出機構（光源領域をもたらす）に対して導光ユニットの表面積を低減することができることを認識した。

【0212】

図８Ａに示すように、その目的のために、導光ユニットは、導光ストリップ９１を備えることができる。そのような導光ストリップ９１は、導光体材料よりも低い屈折率を有し、薄型導光ストリップを堅固に支持する大面積基板１９１（支持構造の一例として光源領域よりも大きい）に取り付けることができ、または、その上に形成することができる。これによって、ＴＩＲ角度条件が変化し、誘導される角度分布構成が影響され得ることに留意されたい。代替的な実施形態において、特に、発光面５５Ｂの場合、マウント構成を、いくつかの選択される局所点においてストリップ９１に機械的に接続することができ、たとえば、反射構造を、接合点として構成することができる。機械的接続は、たとえば、選択領域において導光体を支持する一連の反射／金属平先ピンを含むピン取り付け構造によって実施することができる。それによって、接合部／ピンに応じた望ましくない抽出を防止または少なくとも低減することができる。さらに、ピンは、対向する（対立する）対にして取り付けることができ、それによって、ストリップがクランプ締めおよび保持される。

【0213】

たとえば、１００μｍ径の光源領域５７が導光ストリップ９１に沿って５．８ｍｍのピッチだけ直線的に変位すること、および、２°のビームを達成する目的を考慮すると、各導光ストリップ９１は、断面積が３×３ｍｍ^２（またはそれ以下）であり得、照明器具の所望の長さ（またはそれ以上）にわたって延伸し得る。この幾何学的形状によって、損失の多い導光体縁面積の割合が、たとえば、上述した特定の例について約２倍だけ、本質的に低減する。また、導光体材料内の結合される光の全体的な平均光路長が低減される。それゆえ、導光体材料の内部吸収に起因する損失が低減する。

【0214】

図８Ｂ〜図８Ｄを参照すると、一次光源およびコリメートユニットの例示的な構成が概略的に示されている。特に、図８Ｂ〜図８Ｄは、照明器具の様々な要素間の比、たとえば、光源領域（点として示す）のサイズ、線形ストリップ９１（光源領域間のピッチに応じた距離、および、コリメート光放出領域、非発光領域の向きなど）を示している。

【0215】

一般に、発光ユニットは、導光ストリップ９１のいずれかの端部に縁部結合することができる。図４Ｍに示す代替形態も参照されたい。図８Ｂおよび図８Ｃの例示的な実施形態において、ＬＥＤ１９３は非カプセル化であり、光をそれぞれの導光ストリップ９１に結合するために、屈折性ＣＰＣレンズ１９５を使用する。図８Ｄの例示的な実施形態において、非カプセル化ＬＥＤ１９４が、導光ユニット４３に突き合わせ結合される。

【0216】

光源領域５７が、ピッチｐをおいて各ストリップ９１に沿って周期的に設けられている。しかしながら、光源領域５７は、たとえば、半ピッチだけ、すなわち、２つの光源領域５７の間の距離の半分だけ、隣接するストリップ９１の間でシフトされてもよい。

【0217】

各光源領域５７からの光は、それぞれの光源領域から現れる光を受け、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するコリメート素子によってコリメートされる。

【0218】

図８Ｂの例示的な実施形態を特に参照すると、コリメート光放出領域１９７は円形に成形されており、それぞれの光源領域５７と同心に配置されている。したがって、光を発しない領域１９９は、光源の発光面上でコリメート光放出領域１９７の間に形成される。本明細書において、領域１９９は、非発光領域としても参照される。

【0219】

図８Ｃおよび図８Ｄの例示的な実施形態を特に参照すると、コリメート光放出領域２０１は六角形に成形されており、それぞれの光源領域５７と同心に配置されている。六角形の形状は、本質的に光を放出しない領域がない発光面の形成を可能にする。六角形の形状は、それぞれにカットされたレンズまたはそれぞれに形成されたＣＰＣレンズであってもよい。コリメート光放出領域２０１の間に、コリメート素子の構造的実施態様に起因して光を放出しない小さい領域が残る場合があることに留意されたい。

【0220】

例示的な構成において、全ファンＬＥＤが、図４Ｅおよび図８Ｄの構成と同様に小さい導光ストリップ９１に突き合わせ結合される。そのような構成は、製造の観点から、効率が妥当に高いものであり得る単純な実施態様であり得る。たとえば、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ ＬＥＤおよび断面が０．３ｍｍ×０．３ｍｍの導光ストリップについて、約７４．８％の出力がシミュレートされており、約２４．８％がＬＥＤ面において吸収され、約０．４％がＰＭＭＡ導光体によって吸収された（ＬＥＤ面において２０％の吸収を仮定している）。抽出は、直径１００μｍ（光線が光源領域に当たるときに１００％抽出されると仮定する）の光源領域において行われており、直線的に整列した光源領域間のピッチは、４°までのビーム発散を可能にする２．９ｍｍであった。

【0221】

同様の例示的な実施形態において、全ファンＬＥＤが、光学的ピラミッド構成によって、約６０ｃｍ長で断面が０．３ｍｍ×０．３ｍｍの小さい導光ストリップ９１に結合されている。０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ ＬＥＤについて、エテンデュを考慮に入れて２°のビーム発散を可能にする光に対して約７５．６％の出力がシミュレートされており、約２３．７％がＬＥＤ面において吸収され、約０．７％がＰＭＭＡ導光体によって吸収された（ＬＥＤ面において８０％の拡散反射を仮定している）。抽出は、直径１００μｍ（光線が光源領域に当たるときに１００％抽出されると仮定する）の光源領域において行われており、直線的に整列した光源領域間のピッチは、５．８ｍｍであった。４°のビーム発散および２．９ｍｍのそれぞれのピッチについて、約８１．７％の出力がシミュレートされており、約１７．９％がＬＥＤ面において吸収され、約０．４％がＰＭＭＡ導光体によって吸収された。導光体に沿って、光源領域のすぐ外側の照度分布は、２°構成について導光体の中心において７０％までなど、許容範囲内で変化する。

【0222】

完全にするために、正方形形状のコリメート光放出領域６１を示す図３Ａをも再び参照する。図３Ａにおいては、隣接するストリップ９１上の光源領域の位置の間のシフトは示されていないが、特に、正方形形状は、追加の非発光領域を発光面に導入することなく、様々なシフトを選択することを可能にする。

【0223】

本明細書において開示されている概念に基づいて当業者には理解されるように、たとえば、各ストリップ９１のいずれかの端部に異なる色を発する発光ユニットを有することによって、複数の色を提供することができる。代替的に、発光ユニットの色は、たとえば、ピッチが非常に狭いときは、通常の観察者条件では観察者によって肉眼で解像可能でないピッチを有する実施形態においては、ストリップ９１ごとに変化し得る。いくつかの実施形態において、ストリップ９１の幅Ｗを増大させることが可能な場合、ストリップ９１あたりより多くの一次光源を追加することができる。

【0224】

図９Ａ〜図９Ｃは、より狭い扇形を導光ユニットに結合する概念を示す。一般に、より狭い扇形は、入力光中心方向の傾斜と組み合わせることができる。いくつかの構成において、より発散の少ないビームを入力として使用することによって、抽出効率を増大させることができることが分かっている。傾斜した扇形は、円錐形（すなわち、その入力光中心方向を中心として対称）または非対称（たとえば、導光ストリップの形状に適合される）であってもよい。抽出のために、主前／後面に直交する平面内の傾斜および扇形が、主に対象となると考えられ、以下の図面で概略的に示されている。

【0225】

図９Ａは、たとえば、図６Ｂまたは図６Ｃのものと同様である、透過モード構成の扇形概念を示す。ＣＰＣレンズ２０３は、導光ユニット４３に光学的に結合され、それによって、光源領域５７を画定する。対向する両側からの導光ユニットへの結合を仮定すると、光源領域において、両側からの光にＴＩＲ条件の変化（幾何学的形状の変化によるＴＩＲ条件の局所的な破綻としての）が見られ、それによって、導光ユニット４３から抽出される。

【0226】

図９Ａにおいて、２つの逆伝播光部分２０５が示されている。扇形概念に起因して、導光ユニット４３内の光は、入力光中心方向２０９を中心とした角度範囲２０７内で伝播方向を有するものと理解することができる。入力光中心方向２０９と導光ユニット４３の中心軸２１１との間の傾斜は角度θによって示されており、これは一般に、導光ユニット面（パネル形状の導光ユニットの場合）または直線（ストリップ形状の導光ユニットの場合）に対する入力光中心方向２０９の角度を与える。図９Ａにおいて、同様に導光ユニット４３の主前面５５Ａに対して制限された方向範囲を占める抽出光２１３がさらに示されており、光２１３の方向は、たとえば、第１のコリメーション光学素子（たとえば、図６Ｄの実施形態）の後でそうであるように、上向きに強調されている。

【0227】

言い換えれば、扇形概念は、±１０°、±５°、±４°、または±２°の範囲内の入力光の伝播方向の拡散のような、抽出光の指向性をもたらすことを可能にすることができる。その上、（中心軸に沿って伝播する光に対して行われるよりも）導光ユニットの主前面および／または主後面に対するＴＩＲ相互作用が増大することに起因して抽出面と相互作用する確率を増大させることなどによって、光抽出を最適化するために、本質的にＴＩＲ角まで導光ユニットに対する入力光中心方向２０９を変化させることができる。

【0228】

光伝播シミュレーションを使用して、１ｍｍ×１ｍｍ×６１ｃｍのＰＭＭＡ導光ストリップを評価した。具体的には、導光ストリップは最初に、中心軸に沿って分散した結合ＣＰＣレンズ（０．８ｍｍ×０．８ｍｍの結合面積が導光体内で広範囲の光伝播方向をもたらすものとして考慮された）を介してＬＥＤから光を受け、２．９ｍｍの抽出器ピッチにおいて１００μｍの直径を有する領域にわたって入射光の１００％を抽出する抽出器において光を発すると仮定された。導光ストリップのＰＭＭＡ吸収および反対側におけるＬＥＤ再吸収に応じて、特に、導光ストリップの対向する側におけるＬＥＤ再吸収について現実的な吸収値について、５０％よりも高い出力結合効率がシミュレートされた。

【0229】

同じパラメータを考慮するが、（ストリップ方向に対して）４２°の入力光中心方向を中心とした扇形形状の入力光分布の傾斜伝播および±５°の拡散をもたらすとき、光出力は、たとえば、約８０％以上まで大きく増大することができる。下記に論じるように、光注入の傾斜方向に起因する導光ユニットの極端部における幾何学的損失を考慮する必要があり得ることに留意されたい。

【0230】

したがって、入力光扇形の「傾斜」伝播は、上述したように反射素子が抽出に使用されるときに、特に有利であり得る。

【0231】

図９Ｂおよび図９Ｃは、たとえば、図５Ｂまたは図５Ｃのものと同様である、反射モード構成の扇形概念を示す。図９Ａと同様に、逆伝播光部分２０５が、光抽出のためにＴＩＲ条件の光を方向転換するために使用される、たとえば、対称な反射素子２１５の両側と相互作用することができる。

【0232】

図９Ｂにおいて、中心軸２１１の方向の周りに中心を置く扇形の使用が開示される。４５°での反射を仮定すると、抽出光２１３は、本質的に主前面５５Ａに直角に抽出することができる。直角の抽出は、コリメーション光学素子の設計を単純化することができる。加えて、抽出光の効率的な収集はより小さい光学素子を必要とし得るため、狭い扇形は、再コリメートレンズの妥当なピッチをもたらすことができる。逆伝播光部分２０５に関する対称構成は、さらに、図１０Ａ〜図１０Ｄに関連して説明するように、光源領域／コリメート光放出領域の太陽のような外観の規定を単純化することができる。

【0233】

一般に、反射抽出は、抽出光に対して何らかの指向性を強制することが可能である。これは特に、傾斜扇形構成とともに使用することができる。そのいくつかの態様が、図９Ｃに示されている。

【0234】

導光体内部の「傾斜」伝播について、反射素子を抽出に使用することによって、より急峻な入射角を維持しながら、傾斜出力ビームをもたらすことができる。図９Ｃに示すように、対称反射素子は、２つの面２１９Ａ、２１９Ｂを備える。それらの面が主後面５５Ｂに対して対称に延在すると仮定すると、それらの角度および傾斜角に応じて、抽出光２１３は、発散部分（図９Ａにあるような）または本質的に平行な部分（図９Ｂにあるような）を含むことになる。

【0235】

面２１９Ａ、２１９Ｂの傾斜角を違えることによって、抽出光２１３によって形成される太陽光模倣ビームの指向性を達成することができる。それによって、傾斜扇形構成を有することで、非傾斜扇形構成（図９Ｃに面２１９Ｂ’によって示す）と比較して、面２１９Ｂに対するより急峻な入射角を保証することができる。したがって、傾斜扇形構成と、傾斜太陽ビーム模倣との組合せを、改善した反射条件および抽出光プロファイルの成形の下で実施することができる。

【0236】

同様に、逆伝播光部分２０５に異なる傾斜角および扇形範囲を与えることは、システムを調整するために使用することができる。

【0237】

光伝播シミュレーションを使用して、２ｍｍ×２ｍｍ×６１ｃｍ ＰＭＭＡ導光ストリップについて、様々な角度範囲および伝播方向の傾斜扇形の抽出効率を評価した。具体的には、導光ストリップは、たとえば±５°、±４°、±３°の角度範囲においてＴＩＲ角に近い角度から光を受けると仮定された。９８％の端部における仮定された反射率、および、約３ｍｍの距離（ピッチ）において１００％吸収する一連の１ｍｍ×１ｍｍ方形吸収体、ならびに、前述したような抽出機構について、最大７５％およびそれ以上の光出力が計算された。

【0238】

完全にするために、傾斜扇形状況について、より大きい損失が導光ユニットの反対の端部において発生し得ることに留意されたい。

【0239】

本明細書において開示されているいくつかの実施形態において、蛍光体化合物または量子ドット構造のような下方変換素子が、より広いスペクトルを生成するために使用される。下方変換素子は、本質的に、それぞれのコリメート素子のための点光源として考えられ得ることに留意されたい。下方変換素子は、白色発光器として構成することができる。しかしながら、いくらかの発光は部分的に「誤った」方向に向かうため、すべての放出光が使用されなくてもよい。その失われる発光は、部分的に別の抽出機構へと誘導され得るか、または、バッフル構造に吸収され得る。

【0240】

特に側方純白反射材料を設けられるとき、蛍光体化合物は、５μｍ〜３００μｍ、たとえば１０μｍ〜１００μｍの範囲内の側方寸法および／または厚さを有する混合室として機能することができる。例としては、たとえば接着剤によってＣＰＣレンズのＰＭＭＡ材料に取り付けられるＹＡＧ蛍光体＋結合剤または単層の粒状蛍光体化合物が挙げられる。

【0241】

反射抽出に関して、導光ユニット内からの光は、ＣＰＣ／レンズ内または下方変換素子上に反射され得る。一例として、たとえば、導光ユニットへと延伸する反射プリズムを、導光ユニットの主後面上に形成することができる。知覚に必須の、反射素子の形状は、コリメート素子から遡及的に設計されるべきである。たとえば、形状は、太陽のような外観になるために円形であってもよい。反射構造はさらに、反射率を増大させるためにさらに鏡面コーティングされてもよく、または、より多くの光を、たとえば下方変換素子へと方向付けるために焦点面形状をもたらしてもよい。

【0242】

上記で示したように、たとえば、広域白色光一次光源を使用することに起因して下方変換を一切利用しない反射モード構成において、反射面の形状は、近接場および遠距離場におけるコリメート光放出面の外観に寄与し得る。本発明者らは、特に、導光ユニット内の逆伝播光の構成（たとえば図９Ａ〜図９Ｃの文脈において論じたような）について、抽出機構の構成は、特に太陽光模倣のためにそれぞれの光源を使用するときに、この寄与を考慮すべきであることを認識した。

【0243】

図１０Ａ〜図１０Ｄに関連して、反射素子のそれぞれの形状を開示し、それぞれの近接場および遠距離場の分布のシミュレーションを説明する。

【0244】

図５Ｃおよび図５Ｄの実施形態と同様に、図１０Ａは、例示的に、光抽出のためにその主後面５５Ｂ上に一連の反射プリズム２２１を設けられている導光ストリップ９１を示す。導光ストリップ９１は、１ｍｍ×１ｍｍ×６１ｃｍの寸法を有し、それぞれの側方結合面４７においてＣＰＣレンズ２２５を介して導光ストリップ９１に結合されるＬＥＤ２２３から光を受けることができる。

【0245】

反射プリズム２２１は、導光ストリップの中心軸に平行に進行する光成分を、本質的に、主前面５５Ａに対して直交する抽出方向２２２Ａにおいて方向付けるために、１００μｍの側方寸法および４５°の傾斜角を有することができる。隣接する反射プリズム間のピッチは、たとえば２．９ｍｍである。

【0246】

シミュレーションにおいて、ＬＥＤ２２３は、導光ストリップ９１を通過した（抽出されておらず、吸収されていない）光線が衝突するときにＣＰＣレンズ２２５へのランバート発光器であり、８０％反射器（拡散反射を実施する）であると考えられる。

【0247】

図１０Ｂに示すように、反射プリズムは、側方から見たときに三角形の断面を有し、主前面５５Ａから、すなわち、それぞれのコリメート素子から見たときに円形の断面を有する反射器である。したがって、反射プリズム２２１の各反射面２２７Ａ、２２７Ｂは、半楕円状面のような半円形状に成形され、それによって、それぞれのコリメート素子の入力側における半円に寄与する。

【0248】

コリメート素子の例は上述されており、それらの軸が、たとえば、反射プリズム２２１の軸２２９に整列されて配置された再コリメートＣＰＣおよび／またはフレネルレンズの組合せを含む。様々な例示的な実施形態がＣＰＣレンズ構成の文脈において開示されているが、当業者は、ＣＰＣレンズ構成がＴＩＲレンズ構成に置き換わり得る実施形態を認識するであろう。

【0249】

再コリメートレンズの後の角度分布の形状は、コリメート素子によって見られるものとしての、抽出面の形状に応じて決まる。反射プリズム２２１が、投影において円形形状を呈するように「カット」されると、図１０Ｄに示すように、再コリメート後にほぼ円形の遠距離場分布２３１Ｂを得ることができる。

【0250】

周囲に逃がし、光源から発せられる光に寄与するために、反射プリズム２２１の湾曲した側面２３３によって光が偏向されるのを低減またはさらには回避するために、導光ストリップ９１の面に隣接し、それぞれの結合ＣＰＣを包囲する吸収体を配置すべきである。

【0251】

単一の抽出機構の例示的な近接場分布２３１Ａが、グレースケール強度値に基づいて図１０Ｃに示されている。スポットのサイズは３ｍｍ×３ｍｍ程度である。スポットは方形「画素」をほぼ完全に満たす。しかしながら、画素内の強度の変調は依然として存在する。３ｍｍ×３ｍｍ画素内で、光のないゾーンは一切ないように見える。

【0252】

第１のＣＰＣの下流の二次再コリメートレンズ、または、単独の再コリメートレンズが、所望の狭い角度を得る。

【0253】

図１０Ｄにおいて、たとえば、フレネルレンズの後の遠距離場２３１Ｂが示されている。遠距離場２３１Ｂは、たとえ、レンズの正確な焦点面にない抽出機構のわずかな焦点ぼけによって引き起こされ得る「リング」変調を呈する場合であっても、本質的に円形である。高い確実性で、輝度が十分に高い場合、「太陽」像のグレアのために変調は解像されない場合がある。

【0254】

光学系のシミュレーションによれば、ＬＥＤ反射が８０％であり、０．７ｍｍ ＬＥＤ光源がＣＰＣによってストリップに結合されている６１ｃｍ×１ｍｍ×１ｍｍ導光ストリップについて、「方形」プリズム反射器の場合に出力は概ね８０％であるとシミュレートされた（すなわち、ＣＰＣを介して結合された０．８ｍｍ ＬＥＤ光源よりもわずかに少ない）。「上から見たときに円形の」プリズム反射器では、出力は同様に、０．８ｍｍ光源条件よりもわずかに低い。

【0255】

主前面５５Ａの光源領域５７および非光源領域５９を参照すると、非光源領域５９からの任意の望ましくない光束は、光源領域（５７）から発する光束の約１０％またはそれ以下、たとえば約５％またはそれ以下またはたとえば１％またはそれ以下であり得る。

【0256】

光束挙動は、導光ユニットの主前面のすぐ外側、すなわち、主前面の正面で、主前面に非常に近い、たとえば１０μｍ以下の距離があるか、または、さらには主前面に接している表面（またはさらには光抽出に対してＴＩＲフラストレーションを使用するもののような場合には仮想面）などで測定され得る。

【0257】

構造の可視性は、光束の大きさに完全に依存するものではないことに留意したい。たとえば、大きい角度の特定の角度範囲において極度に集中した非常に弱い光スポットも、照明器具において見るときには知覚可能なスポットをもたらし得、明るい白色スポットが「太陽」の外に見えるために、太陽模倣の歪みを生成する場合がある。したがって、非光源領域５９の望ましくない光束は、高度に局在化したスポットまたは角度的に局在化したスポットを示さない場合がある。たとえば、望ましくない光束の変動は、光源領域の平均光束の平均的な、たとえば１％またはそれ以下の局所平均光束密度をもたらす程度を超えては変動しないものであり得る。

【0258】

下方変換素子を有する構成を参照すると、特に、下方変換素子をそれぞれのコリメート素子と整列することが必須である場合に、適切な整列が必要とされ得る。たとえば、下方変換素子は、入力側に、または、マイクロＣＰＣレンズの入力面内に位置決めされる必要があり得る。

【0259】

一般に、コリメートユニットは、レンズアレイ構造、またはマイクロレンズアレイ構造および変位された大型レンズアレイ構造、またはＣＰＣレンズ構造、または短ＣＰＣレンズ構造および変位された大型レンズアレイ構造（本明細書においては組合せＣＰＣレンズとしても参照される）またはＴＩＲレンズ構造であってもよい。特に、組合せＣＰＣレンズ構造は、コリメーションユニットの厚さを低減することができる。マイクロＣＰＣレンズの入力側は、たとえば、フレネルレンズのような大型二次レンズに対して３０°の出力角度（外部、全）までコリメートされる光の点光源として作用することができる仮定できる。

【0260】

いくつかの実施形態において、（マイクロ）レンズまたはＣＰＣレンズの間にバッフル構造が位置決めされてもよい。コリメート素子の材料は、隣接するＰＭＭＡ構造間に側方空隙を有するＰＭＭＡ構造であってもよい。レンズ、および一般的に光学素子、構造、および特にＣＰＣレンズ構造は、印刷されてもよく、たとえば、プリントＣＰＣアレイ構造またはプリントマイクロＣＰＣアレイ構造であってもよい。

【0261】

ＣＰＣレンズの入力側は、５０μｍ〜１００μｍ ＣＰＣ入口開口など、直径１０μｍ〜２００μｍの範囲内のサイズにされてもよい。ＣＰＣレンズ、および一般に大型レンズの出力側は、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、たとえば３ｍｍまたは５ｍｍのサイズにされてもよい。ＣＰＣレンズの角度開口を完全には満たさないＣＰＣレンズの入力面における角度分布を仮定すると、出力遠距離場には孔が発生し得る。たとえば、導光体主前面に対する垂直入射光がなくなることに起因して、中央領域内に孔が生成され得る。

【0262】

一般に、第２の大型レンズの焦点距離は、コリメーションユニットの厚さの範囲内、たとえば、５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内、たとえば１０ｍｍまたは２０ｍｍであってもよい。

【0263】

いくつかの実施形態において、ＣＰＣレンズの導光ユニットに対する結合は、ＴＩＲフラストレーション結合または接着接合であってもよい。ＣＰＣレンズアレイおよび導光体ユニットの接触前に、導光体ユニットは、意図される接触位置に必要とされるよりも大きい孔を有する黒色層を設けられてもよい。その場合、ＣＰＣレンズの入力側は、サイズおよび位置、ならびに一般に、光源領域を規定することができる。

【0264】

一般に、コリメーションユニットのコリメート素子、および特に大型レンズは、コリメート光放出領域から発する傾斜光ビームをもたらすように構成することができる。たとえば、第２の大型レンズを、抽出機構、または、第１のレンズもしくは（マイクロ）ＣＰＣに対する軸外レンズとして構成してもよく、たとえば、フレネルレンズを軸外に配置してもよい。そのような、抽出機構またはＣＰＣとフレネルレンズとの間の不整合は結果として、照明器具の開口の法線に対する約１５°の傾きのような、導光体前面に垂直な伝播に対する所望の数度の範囲のコリメート光ビームの傾きをもたらすことができる。

【0265】

実質的に発光面にわたる均質な輝度分布に対応する均質な放出は、たとえば、観察者距離、構造のタイプおよびコリメート光放出領域のサイズに応じて決まる面積範囲にわたって理解されるべきであることに留意したい。一般に、均質な放出は、コリメート光放出領域を「可能な限り緊密に」配置することによって達成することができ、これはたとえば、光を２つの側などから導光ストリップに結合し、同様の量の光を各コリメート素子に結合することによって、導光ユニット内で本質的に一定である光強度をもたらす。その上、当業者であれば、実質的に均一な、たとえば、主前面全体の非光源領域にわたる規則的な格子構造のような実質的に規則的なパターンにおける光源領域を設けることができることを理解するであろう。いくつかの実施形態において、光源領域は、導光ストリップに沿った長さに沿ってなど、少なくとも１つの寸法において規則的に設けることができる。

【0266】

いくつかの実施形態において、主前面は、いくつかの区画に分割することができ、光源領域は、主前面の区画に対して実質的に均一に、たとえば、実質的に規則的なパターンで設けることができる。たとえば、区画は、取り付け要件に起因するものであってもよく、区画間の遷移部は、フレーム要素によって被覆されてもよい。同様に、複数の光源が組み合わされてもよく、共通のもしくはそれぞれの色拡散層と相互作用してもよい。それらの区画を分離する構造的／取り付けフレーム（たとえば白色）について、区画間の距離、および、したがってそれらのサイズは、実施態様のタイプおよび観察者距離に応じて決まる（距離が長くなるほど、最小距離／サイズは大きくなる）。たとえば、屋内用途（大きな部屋向けではない）について、少なくとも１つの方向において側方延伸を有する区画サイズは、７ｃｍ以上の範囲内、たとえば、約２０ｃｍよりも大きくてもよい。周囲の設備が大規模である状況、たとえば、大きな部屋、または、さらには、たとえば、照明器具までの距離を５ｍ〜１０ｍにする屋外について、少なくとも１つの方向において側方延伸を有する区画サイズは、１０ｃｍ以上の範囲内、たとえば、約３０ｃｍよりも大きくてもよい。

【0267】

ＬＥＤ発光面サイズを小さくすることによって、扇形放出の必要性を低減することができるが、小さいＬＥＤ発光面サイズでは、導光体への効率的な結合はより困難になり得ることに、さらに留意されたい。

【0268】

その上、順方向散乱層または小角度散乱器のような均質化層を、様々な位置においてコリメートユニットに設けることができることに留意されたい。たとえば、ＣＰＣレンズの入力側に均質化層を設ける結果として、より均質な近接場および遠距離場をもたらすことができ、ＣＰＣレンズの出力側、または、第２の大型レンズ層、または、さらには色拡散層の上流もしくは下流に均質化層を設けることによって、発光をさらに平滑化することができる。それによって、たとえば、発光面の非発光領域によって生成されるものとして構造的特徴を、照明器具の開口の知覚において低減し、またはさらには回避することができる。

【0269】

一次光源から導光ユニットへの光の結合の態様に関して、本明細書において開示されている実施形態は、例示的に、隅照明導光ユニットに関し、特に、主前面および主後面を厚さ方向において接続する側方結合面において、一次光が提供される。しかしながら、代替的な結合構成が、主前面および／または主後面を使用してもよいことを、当業者は認識するであろう。たとえば、例として主前面または主後面のより広い範囲において導光ユニットに光を与えるために、側面発光ＬＥＤを使用してもよい。

【0270】

導光ユニットの態様に関して、本明細書において開示されている実施形態は、例示的に、特に屈折率構成のそれぞれの選択に起因して、内部全反射によって光を誘導することに関する。しかしながら、たとえば、少なくとも部分的にまたは区画ごとに導光ユニットに施与される反射層に基づく代替的な導光体構成が使用されてもよいことを、当業者は認識するであろう。

【0271】

以下では、様々な態様を要約する。本明細書において開示され、従属請求項において例示的に認められる、実現可能なさらなる発展および実施形態はそれぞれ、概要の節および以下において認められる態様に適用可能であることを当業者は理解するであろう。

【0272】

（態様）特に隅照明大面積照明器具のためのコリメート光を発するための光源であって、
主前面、主後面、および主前面と主後面とを厚さ方向において接続する少なくとも１つの側方結合面を有する導光ユニットであり、
導光ユニットは、主前面と主後面との間の内部全反射によって、少なくとも１つの側方結合面において受けられる光を誘導するように構成されており、
主前面は、光を通過させるための、等しい距離をおいて非光源領域にわたって分散されている複数の局在化光源領域を含み、
主前面の面積（および／または非光源領域の面積）に対する、複数の光源領域の面積の比は、２０％以下、たとえば、１６％もしくは１５％以下、または、１０％以下、たとえば、５％以下、たとえば、２％以下、たとえば、０．２％以下などの数パーセント以下である、導光ユニットと、
発光方向において少なくとも１つの結合面を通じて導光ユニットに光を放出するための複数の発光ユニットと、
主前面に沿って延伸し、複数の光源領域に光学的に結合されている複数のコリメート素子を備えるコリメーションユニットであり、各コリメート素子は、それぞれの光源領域から現れる光を受け、それぞれのコリメート光放出領域からコリメート光を放出するように構成されており、コリメート光放出領域は、光源の発光面を形成する、コリメーションユニットと
を備える、光源。

【0273】

（態様）導光ユニット（４３）であって、
複数の導光ストリップ（９１）を備え、導光ストリップはともに、導光ユニットのために、主前面（５５Ａ）、主後面（５５Ｂ）、および主前面（５５Ａ）と主後面（５５Ｂ）とを厚さ方向（ｄ_Ｔ）において接続する少なくとも１つの側方結合面（４７）を画定し、複数の導光ストリップ（９１）の各導光ストリップ（９１）は、
内部全反射によって、少なくとも１つの側方結合面（４７）において受けられる光を誘導するように構成されており、
光を通過させるために、主前面（５５Ａ）に複数の局在化光源領域（５７）を備え、光源領域（５７）は、非光源領域（５９）内で導光ストリップ（９１）に沿って設けられる、導光ユニット（４３）。
（態様）導光ユニットと、
少なくとも１つの結合面（４７）のそれぞれの部分を通じて導光ユニット（９１）に光を放出するための複数の発光ユニット（４１）（本明細書に開示されているように構成および配置される）と
を備える、光源−導光ユニット。

【0274】

本発明の好ましい実施形態を本明細書において説明してきたが、添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく、改善および修正を組み込むことができる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】

【図4I】

【図4K】

【図4L】

【図4M】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】