(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明の照明装置は、ネオン照明をシミュレートし、光色変換システムが組み込まれていることによってLEDのみの使用によっては通常は果たされ得ない色での光の射出を可能にする。光変換システムは、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料によって色付けされた中間光伝達媒体を有している。照明装置の光源から射出された光は、中間光伝達媒体中へと方向付けられ、この中の蛍光染料と相互作用する。この光は、中間光伝達媒体の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から導波路の受光面へと射出される。かくして、適当な組み合わせの染料を選択することによって、種々の色の光が、照明装置から射出される。
2005529457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第１の色調の光を射出する光源と、
所定の長さを有し、前記光源の近くに位置されている実質的にロッド形状の部材と、
光伝達材料と１つ以上の光蛍光染料とのマトリックスから成る中間部材とを具備し、
前記ロッド形状の部材は、光をこのロッド形状の部材の長さ方向に沿って優先的に散乱させるように導光特性と光散乱特性との両方を有している材料から作られ、
前記中間部材は、光源から射出された光を受ける受光面と、光をロッド形状の部材の中へと射出する発光面とを有し、光蛍光染料は、光源からの光が吸収された後に、所定の波長の光を射出し、かくして、ロッド形状の部材から最終的に射出された集合光が、ロッド形状の部材の長さ方向に沿って強度がほぼ均等な第２の色調を有している、照明装置。
【請求項２】
前記光源の所定の色調は、青色である、請求項１の照明装置。
【請求項３】
前記第２の色調は、実質的に白色である、請求項１の照明装置。
【請求項４】
前記第２の色調は、実質的に白色である、請求項２の照明装置。
【請求項５】
前記光源は、複数の発光ダイオードである、請求項１の照明装置。
【請求項６】
前記ロッド形状の部材の所定の長さにわたって実質的に延び、前記光源とこれに関連した電気付属品とを収納しているハウジングを更に具備している、請求項１の照明装置。
【請求項７】
前記ハウジングは、一般に、端が開口しているチャネルを規定している１対の側壁を有し、前記光源は、この端が開口しているチャネル内に受けられ、収納されている、請求項６の照明装置。
【請求項８】
前記ハウジングの内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて中間部材中へと反射させる、請求項６の照明装置。
【請求項９】
前記側壁の内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて中間部材中へと反射させる、請求項７の照明装置。
【請求項１０】
前記側壁の外面には、光吸収材料が設けられている、請求項７の照明装置。
【請求項１１】
前記光伝達材料のマトリックスは、ポリウレタンである、請求項１の照明装置。
【請求項１２】
所定の第１の色の光を射出する複数の発光ダイオードと、
光色変化システムとを具備し、この光色変化システムは、
受光面と、
発光面と、
１つ以上の蛍光染料とを有し、前記蛍光染料は、発光ダイオードからの光と他の蛍光染料からの光とを吸収した後に、１つ以上の所定の波長の光を射出し、また、光色変化システムの発光面で見られる光が、発光ダイオードから射出された光の所定の第１の色とは異なる色を有するものとして知覚される、照明装置。
【請求項１３】
前記所定の第１の色は、青色である、請求項１２の照明装置。
【請求項１４】
前記光色変化システムの発光面で見られる光は、観察者により白色の光として知覚される、請求項１２の照明装置。
【請求項１５】
前記光色変化システムの発光面で見られる光は、観察者により白色の光として知覚される、請求項１３の照明装置。
【請求項１６】
前記光色変化システムの発光面で見られる光は、CIE色度図で規定された白色領域内に色座標を有している、請求項１２の照明装置。
【請求項１７】
前記光色変化システムの発光面で見られる光は、CIE色度図で規定された白色領域内に色座標を有している、請求項１３の照明装置。
【請求項１８】
受光面と発光面とを備え、所定の長さを有している実質的にロッド形状の部材を更に具備し、このロッド形状の部材は、導光特性と光散乱特性との両方を有している材から成り、このロッド形状の部材の受光面は、光色変化システムの発光面の近くに位置されている、請求項１２の照明装置。
【請求項１９】
前記ロッド形状の部材の所定の長さにわたって実質的に延び、前記複数の発光ダイオードとこれらに関連した電気付属品とを収納しているハウジングを更に具備している、請求項１８の照明装置。
【請求項２０】
前記ハウジングは、一般に、端が開口しているチャネルを規定している１対の側壁を有し、前記複数の発光ダイオードは、端が開口しているチャネル内に受けられ、収納されている、請求項１９の照明装置。
【請求項２１】
前記ハウジングの内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて光色変化システム中に反射させる、請求項１９の照明装置。
【請求項２２】
前記側壁の内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて光色変化システム中に反射させる、請求項２０の照明装置。
【請求項２３】
前記側壁の外面には、光吸収材料が設けられている、請求項２０の照明装置。
【請求項２４】
前記光色変化システムは、実質的に、ポリウレタンでできている、請求項１２の照明装置。
【請求項２５】
前記光色変化システムは、複数の光伝達蛍光層から成っている、請求項１２の照明装置。
【請求項２６】
光源と、
この光源に沿って延び、これの近くに位置されている中間光伝達媒体と、
実質的にロッド形状の部材とを具備し、前記中間光伝達媒体は、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料で色付けされ、また、前記実質的にロッド形状の部材は、導光特性と光散乱特性との両方を有している材料から成り、このロッド形状の部材の受光面は、中間光伝達媒体の近くに位置され、また、
前記光源から射出され、第１の知覚される色を有している光は、中間光伝達媒体の所定の組み合わせの蛍光染料によって部分的に吸収され、これによって、中間光伝達媒体によってロッド形状の部材の受光面へと透過された光が、複数の波長の光の集光によって得られる第２の知覚される色を有するようにされ、また、
前記ロッド形状の部材の光学的な前記光散乱特性は、ロッド形状の部材の発光面に所定の長さ方向に沿って細長い光強度パターンを発生させる、照明装置。
【請求項２７】
前記光源は、複数の発光ダイオードである、請求項２６の照明装置。
【請求項２８】
前記第１の知覚される色は、青色である、請求項２６の照明装置。
【請求項２９】
前記第２の知覚される色は、白色である、請求項２６の照明装置。
【請求項３０】
前記第２の知覚される色は、白色である、請求項２８の照明装置。
【請求項３１】
前記第２の知覚される色は、CIE色度図で規定された白色領域内に色座標を有している、請求項２６の照明装置。
【請求項３２】
前記第２の知覚される色は、CIE色度図で規定された白色領域内に色座標を有している、請求項２８の照明装置。
【請求項３３】
前記ロッド形状の部材の所定の長さにわたって実質的に延びているハウジングを更に具備し、このハウジングは、端が開口しているチャネルを規定している１対の側壁を有し、前記光源は、この端が開口しているチャネル内に受けられ、収納されている、請求項２６の照明装置。
【請求項３４】
前記ハウジングの内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて前記中間光伝達媒体中に反射させる、請求項３３の照明装置。
【請求項３５】
前記ハウジングの外面には、光吸収材料が設けられている、請求項３３の照明装置。
【請求項３６】
前記中間光伝達媒体は、複数の光伝達蛍光層から成っている、請求項２６の照明装置。
【請求項３７】
前記各光伝達蛍光層は、別個の所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料で色付けされている、請求項３６の照明装置。
【請求項３８】
光源と、
この光源に沿って延び、これの近くに位置されている中間光伝達媒体と、
受光面と発光面とを備え、所定の長さを有している実質的にロッド形状の部材とを具備し、前記中間光伝達媒体は、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料で色付けされ、また、前記ロッド形状の部材は、導光特性と光散乱特性との両方を有している材料から成り、この部材の受光面は、前記中間光伝達媒体の近くに位置され、また、
所定の波長の光が、前記光源から射出され、そして、前記中間光伝達媒体の所定の組み合わせの複数の染料によって部分的に吸収されて、染料が、特定の波長の光を射出するようにさせ、これによって、中間光伝達媒体からロッド形状の部材の受光面に伝達された光が、複数の波長を有している集合光となるようにされ、また、
前記ロッド形状の部材の光学的な光散乱特性は、このロッド形状の部材の発光面上に所定の長さ方向に沿って細長い光強度パターンを発生させる、照明装置。
【請求項３９】
前記光源は、複数の発光ダイオードである、請求項３８の照明装置。
【請求項４０】
複数の波長を有している前記集合光は、観察者によって白色の光として知覚される、請求項３８の照明装置。
【請求項４１】
前記ロッド形状の部材の所定の長さにわたって実質的に延びているハウジングを更に具備し、このハウジングは、端が開口しているチャネルを規定している１対の側壁を有し、前記光源は、この端が開口しているチャネル内に受けられ、収納されている、請求項３８の照明装置。
【請求項４２】
前記ハウジングの内面に設けられた１つ以上の集光面を更に具備し、前記集光面は、光を集めて中間光伝達媒体中に反射させる、請求項４１の照明装置。
【請求項４３】
前記ハウジングの外面には、光吸収材料が設けられている、請求項４２の照明装置。
【請求項４４】
光源を提供することと、
光伝達媒体をこの光源の近くに位置させることとを具備し、前記光伝達媒体は、１つ以上の蛍光染料によって色付けされており、これによって、所定の波長の光が光源から射出され、中間光伝達媒体の染料によって部分的に吸収された時に、染料が、特定の波長の光を射出し、光伝達媒体から射出された光が、複数の波長を有している集合光となるようにされる、擬ネオン照明のための照明装置を作る方法。
【請求項４５】
受光面と発光面とを有している所定の長さのロッド形状の部材を、光伝達媒体の近くに位置させることを更に具備し、前記ロッド形状の部材は、導光特性と光散乱特性との両方を有している材料から成っており、これによって、複数の波長を有している集合光が光伝達媒体を通じてロッド形状の部材の受光面に伝達された時に、ロッド形状の部材の光学的な光散乱特性が、ロッド形状の部材の発光面上に所定の長さ方向に沿って細長い光強度パターンを発生させる、請求項４５の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年６月６日に提出された米国仮出願（U.S. Provisional Application）No.６０／３８７、０７６に対する優先権を主張するものであり、２００１年１０月１８日に提出された米国実用出願(U.S. Utility Application)No.０９／９８２、７０５の一部継続出願である。上記の出願の全開示が、参照して本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、高強度で低電圧の光源を用いる擬ネオン照明のための照明装置、理想的には、照明、信号、広告などの用途に合わせて適合される照明装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ネオン照明は、低圧でネオンガスが充填されたガラス管内で電子を電気的に刺激することによって作られており、広告において、チャネルの文字を縁取ったり、構造物を構築したりすることに長年にわたり使用されている。ネオン照明の特徴は、ガスを囲んだ管が、視覚に関わらず、これの全長にわたって均等な輝きを有していることである。この特徴によって、ネオン照明は、手書きの筆跡やデザインを含む多様な広告例に適合され得るようになっている。ガラス管が、手書きの筆跡や複雑なデザインを模倣するような湾曲されてねじれた構造に加工され得ることによる。ネオン照明の均等な輝きには、典型的には温点が全くなく、視覚的な目障りを有さない広告を提供し得る。かくして、ネオン照明の効果をまねようと開発されてきたあらゆる照明装置もまた、これの全長及び外周にわたって均等な光を有しているであろう。同じように重要なのが、このような照明装置は、少なくともネオン照明と比較可能な明るさを有しているであろうことである。また、ネオン照明が安定した産業であることから、競合する照明装置は、ネオン照明の市場に入り込むために、軽量で、優れた“取扱性”を有しているに違いない。ネオン照明は、性質上壊れやすいと認識されている。その脆さと重量であることとから、主としてこれの支持インフラによって、ネオン照明は、パッケージ及び輸送することが高価である。更に、最初の取り扱い及び設置、並びに／もしくは、置換えが極めて難しい。これまで列挙したようなネオン照明の長所を提供し得る所定の照明装置は、サイズ、重さ、取扱性などの短所を最小限にしながらも、照明技術において著しい進歩を与えるだろう。
【０００４】
軽量で破損に耐えるポイント光源の最近の採用は、高強度の発光ダイオード（LED）によって例示されるように、これがネオン照明を模倣でき、この方向で多大な努力をしてきたと、照明装置に興味を抱く人に示してきた。しかしながら、ネオン照明の２つの属性、均一性と鮮やかさとは、克服するのが難しい障壁であると、照明されてきた。これは、ネオン照明を模倣しようとする試みが、均等性を促進する光の分配と鮮やかさを促進させる光の分配との間のトレードオフによって、大きく阻まれてきたことによる。
【０００５】
ネオンの短所の幾つかに取り組む試みにおいて、参照して本明細書に組み込まれている係属中の一般に譲受されている米国特許出願No.０９／９８２、７０５は、ロッドの他の横面（“発光面”）によって射出される光強度パターンがロッドの長さに沿って細長くされるように横面（“受光面”）に入ってくる光を優先的に散乱させる導波路の特性を有している材でできた概略が描かれたロッドを備えた照明装置を説明している。光源は、受光面に沿って延び、これの近くに位置され、発光面から、ロッドの長さ方向に沿った主軸と、発光面の全周を実質的に覆う幅を有している短軸とを備えている細長い光強度パターンを発生させるのに十分な距離だけ離間されている。好ましい態様では、光源は、発光面に沿って、及び集光強度パターンが全発光面にわたって均等であると認知されるように表面の円周方向に細長く重なるような光強度パターンを発生させるように各ポイント光源からロッドに向けて射出された光のマッピングを可能にするのに十分な距離だけ離間されたポイント光源のストリングである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国特許出願No.０９／９８２、７０５に説明された照明装置の基本的な特徴の１つが、照明装置によって射出された光の均等性と強度とである。ネオン照明の欠点（例えば重さや脆さ）が回避され、照明装置の適当な光の均等性と強度とが得られない場合にはこれは工業用あるいは実用的な価値を持たない、ということが重要である。この目的は、主として、“漏れやすい”導波路ロッドを使用することによって果たされる。“漏れやすい”導波路は、導光特性と光散乱部材の両方として機能する構造部材である。導波路としては、これは、横面に入射する光を含む導波路に入ってくる光を優先的に導波路の軸方向に沿うように方向付ける傾向がある。光散乱部材としては、これは、光が、導波路の対向する横面から出るように強制する。この結果、視覚的に認知されるものは、導波路の発光横面に沿って射出される細長い光のパターンである。
【０００７】
それにもかかわらず、漏れやすい導波路及びLEDを用いている照明装置の問題は、米国特許出願No.０９／９８２、７０５に説明されているように、可能な視覚的色スペクトルが、LEDの色の有限性によって制限されている点である。
【０００８】
かくして、本発明の最も重要な目的は、コストと照明装置の複雑さとを著しく増すことなく、LEDの色のみの使用によっては通常は果たされ得ない色での光の射出を可能にする照明装置を提供することである。
【０００９】
これと他の目的及び本発明の利点が、以下の説明と添付請求項によって明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、蛍光染料を利用する擬ネオン照明のための照明装置であり、この装置は、コストと照明装置の複雑さを著しく増すことなく、LEDのみによっては通常は果たされ得ない色での光の射出を可能にする。
【００１１】
好ましい照明装置は、一般に、ロッド形状の部材と、ハウジングと、光源とを有している。１つの好ましい実施形態では、ロッド形状の部材は、発光面として機能する外側湾曲横面と、受光面として機能する内側横面とを有している導波路であり、これによって、受光面の下に位置付けられた光源から導波路に入ってくる光が、拡散するように分散して湾曲横面から出るように導波路内で散乱される。
【００１２】
ハウジングは、好ましくは、実質的に導波路の長さ方向に延びた一端が開いたチャネルを規定している１対の側壁を有している。ハウジングは、一般に、光源とそれに関連した付属部品を収納するように機能し、また、好ましくは、光を集めて反射させるように機能する、
種々のタイプの光源が本発明の照明装置に組み込まれ得ることが意図されているが、互いに隣接して設けられている高強度発光ダイオード（LED）の１つ以上のストリングが光源であると好ましい。しかしながら、光源としてLEDを組み込んだ照明装置の利用できる可視色スペクトルは、LEDの色の有限性によって制限されており、本発明の照明装置は、LEDそれ自体とは異なって知覚される色の光を射出できるように作られている。特に、これは、光色変化システム、特に、光源に沿って延び、これの近くに位置された中間光伝達媒体を照明装置に組み込むことによって、果たされる。この中間光伝達媒体は、実質的に半透明なポリウレタンか、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料で色付けされた同様の材料で作られていると好ましい。中間光伝達媒体が光源の近くに位置されていることから、光源から射出された光が、中間光伝達媒体中に方向付けられ、この中の蛍光染料と互いに相互作用する。この光が、中間光伝達媒体の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から導波路の受光面へと射出される。かくして、染料の適当な組み合わせを選択し、中間光伝達媒体中の染料の濃度を変えることによって、本出願人は、可視スペクトル域内の種々の色を作り出すことができた。こうした意図は、最終的には、導波路の発光面に沿って見られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、コスト、もしくは、複雑さを著しく増すことなく、蛍光染料を利用して、ＬＥＤのみの使用によっては通常は果たされ得ない色での発光を可能にする擬ネオン照明のための照明装置である。
【００１４】
本発明に係わって作られた好ましい照明装置１０が、図１〜３に示されている。この照明装置１０は、一般に、ロッド形状の部材１２と、ハウジング１４と、細長い光源１６とを有している。この好ましい実施形態で、ロッド形状の部材は、発光面として働く外側湾曲横面１８と、受光面として働く内側横面２０とを備えている導波路１２である。この導波路１２の特徴は更に後述されるが、一般に、受光面２０の下に位置された光源１６から導波路１２に入ってきた光は、これが湾曲横面１８から拡散するように分散されて出て行くように、導波路１２内で散乱される。
【００１５】
図３に最も良く示されているように、ハウジング１４は、好ましくは、実質的に導波路１２の長さ方向に延びるようにチャネル３４を規定している１対の側壁３０、３２を有している。ハウジング１４は、一般に、光源１６とこれに関連した電気付属品（例えば回路基板）とを収納するように働き、また、好ましくは、以下に更に説明されるように、光を集めて反射させるように働く。
【００１６】
様々のタイプの光源が本発明の照明装置に組み込まれ得ることが意図されているが、本出願人は、本発明の目的に最も適した光源は、図１〜３に例示されているような、互いに隣接して設けられた高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）の１つ以上のストリングであると、判断している。しかしながら、上述されたように、光源１６としてＬＥＤを組み込んでいる照明装置１０の可能な可視色スペクトルは、LEDの色の限られた有用性により、制限されてしまう。更に、特殊な色のLEDは、他より著しく高価であり、並びに／もしくは、他より著しく短い寿命を有している。かくして、本発明の照明装置１０は、ＬＥＤそれ自体とは異なる色が知覚される発光を実現できるように作られている。
【００１７】
これは、光変化システム（light conversion system）、特に、光源１６に沿ってこれの近くに延び、光源１６から射出された光を受ける受光面と導波路中に光を射出する発光面とを備えている中間光伝達媒体２２を、照明装置１０に組み込むことによって果たされる。この中間光伝達媒体２２は、好ましくは、ほぼ半透明のポリウレタンか、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料によって色付けされた同様の材料かで作られている。本応用例のために好ましいポリウレタンは、IPN Industries,Inc.of Haverhill,Massachusettsによって商標名EGA−202として製造及び市販されているポリウレタンである。しかしながら、図３Ａを参照しながら更に後述されるように、中間光伝達媒体２２は、結合された部材である必要はなく、また、複数の個々の層から成っていてもよい。
【００１８】
本発明の照明装置１０の構成及び機能をよりよく理解するために、蛍光発光（fluorescence）のコンセプトを説明することが有効である。蛍光発光とは、ボディに電磁放射線が入射することによって生じる、このボディからの所定の電磁射出線の射出（即ち光）のことである。即ち、光エネルギーが蛍光性ボディに方向付けられている場合、このボディは、このエネルギーの一部を吸収し、そして、比較的低エネルギーの光を射出する。例えば、蛍光性ボディ上に方向付けられた青色（BLUE）光が、低エネルギーの緑色（GREEN）光を射出し得る。
【００１９】
本発明の照明装置１０に戻ると、中間光伝達媒体２２とこれに備えられた蛍光染料とが、蛍光性ボディとして働く。特に、これが光源１６の近くに位置されていることによって、光源１６から射出された光が、中間光伝達媒体２２に方向付けられ、この中の蛍光染料と互いに作用する。この光は、中間光伝達媒体２２の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から導波路１２の受光面２０中へと射出される。かくして、染料の適当な組み合わせを選択し、中間光伝達媒体２２内の染料の濃度を変えることによって、本出願人は、可視スペクトルの域内で様々の色を作り出すことができる。こうした色は、最終的には、導波路１２の発光面１８で見られる。
【００２０】
例えば、青色LEDは、白色LEDよりも著しく安価であるが、白色LEDよりもずっと長く持ちこたえる。更に、青色光が、高エネルギーの光であり、本発明に係わって蛍光発光の原則を採用していることから、青色LEDは、図７Ａ及び７Ｂに示されているように、可視スペクトル域内の青色（BLUE）―緑色（GREEN）から赤色（RED）までの色の光を生じさせるために使用され得る。かくして、青色LEDは、本発明の照明装置１０に適した色のLEDである。
【００２１】
かくして、青色LEDを組み込み、本発明に係わって作られている照明装置１０では、赤色、黄色（YELLOW）、並びに／もしくは、緑色の染料を非制限的に含んだ様々の組み合わせの複数の蛍光染料が、異なる色を果たすために、中間光伝達媒体２２に組み込まれ得る。この点で、好ましい赤色の蛍光染料は、Day-Glo Color Corporation of Cleveland, Ohioによって製品No.ZQ−13（商標名“Rocket Red”）として製造及び市販されているピグメントである。好ましい黄色の蛍光染料は、Day-Glo Color Corporation of Cleveland, Ohioによって製品No.ZQ−17（商標名“Saturn Yellow”）として製造及び市販されているピグメントである。好ましい緑色の蛍光染料は、Day-Glo Color Corporation of Cleveland, Ohioによって製品No.ZQ−18（商標名“Signal Green”）として製造及び市販されているピグメントである。
【００２２】
望みの色を作り出すための特定の染料の組み合わせを説明する前に、可視光及び色の性質を認識することが重要である。始めに、可視光とは、人間の目によって知覚され得る光である。可視光は、ほぼ４００乃至７００ナノメートル（nm）の波長の範囲（“可視スペクトル”と呼ばれている）にわたっており、知覚される光の色は、この範囲内の、この光特有の波長に基いている。図７Ａ及び７Ｂに例示されているように、可視スペクトルは、所定の範囲、もしくは、スミレ色（VIOLET）（〜４００nm）から赤色（〜７００nm）までの色の“レインボー”の形で表されるか、あるいは、可視スペクトルは、円形チャートの形で表され得る。図7Ａ及び７Ｂについては、多くの一般的な色が可視スペクトル内に表されていないのを認識することが重要である。例えば、マゼンタ色（MAGENTA）が、１つの波長によっては表されない。それどころか、人間の目がマゼンタ色を知覚する時には、実際は、可視スペクトルの赤色とスミレ色の範囲の幾つかの波長の組み合わせを知覚しているのである。よって、マゼンタ色は、図７Ｂの円形チャートの混合領域に表されている。同じように、一般に白色と呼ばれている色が、図７Ａもしくは７Ｂに表されていないのを認識することが重要である。人間の目が白色を知覚する時には、実際は、可視スペクトルの範囲内の幾つかの波長の組み合わせを知覚している。こうした事実の重要性は、後ほど説明されるだろう。
【００２３】
従って、知覚される“色”の殆どは、1つの波長の光を表すものではなく、幾つかの波長の組み合わせを表すものである。この点で、幾つかの波長の組み合わせを有している光の中で優勢な色が、一般に、色調（hue）と呼ばれる。全ての知覚可能な色を表し、特定するメカニズムを与えるために、the Commission Internationale l’ Eclairage(CIE)が、赤色、青色、緑色の３つの典型的な基本光色に基いたCIE色度図を作った。CIE色度図は、色を特定するための良く知られているツールで、当分野の当業者によってよく理解されているものである。特に、図８に例示されているように、このチャートのＸ軸は、典型的な青色と混合される典型的な赤色の量を表し、Ｙ軸は、典型的な青色と混合される典型的な緑色の量を表す。かくして、CIE色度図を用いると、望みの色が、ＸとＹの座標に関して特定され得る。また、この可視スペクトルを表している色度の曲線が、一般に、可視スペクトル内の波長がこの曲線に沿って表されるように前記チャートと重ね合わせられるのを認識することも、重要である。
【００２４】
CIE色度図は、また、基本光色の混合色を理解する際に助けとなる。特に、直線が、色度曲線上の２つのポイントの間、例えば、波長５１０nmの緑色と波長７００nmの赤色との間で引かれている場合、この直線は、様々の黄色がかった緑色（YELLOWISH GREEN）とオレンジ色（ORANGE）とを含んだ所定の混合色中の基本光色の相対量に応じて、形成されて人間の目で知覚され得る色の範囲を示す。
【００２５】
また、CIE色度図の中央領域が、３つの基本光色の組み合わせである白色を表しているのを認識することも重要である。色度曲線上の２つの色の間の所定の直線がこの中央領域を通っている場合は、その２つの色は、知覚される白色を作り出すように混合され得る。
【００２６】
また、複数の染料の適当な組み合わせを選択し、中間光伝達媒体２２内の染料の濃度を変えることによって、本出願人は、可視スペクトルの全域にわたる様々の色を作り出すことができる。こうした意図は、導波路１２の発光面１８に沿って見られる。様々の例が、以下に説明される。
【００２７】
実施例１
この第１の実施例では、照明装置１０が、ほぼ４．７５インチ（１２．０６５cm）の長さLと、図３に示されたような断面とを有するように作られている。光源１６は、約０．５０インチ（１．２７cm）の間隔を空けて近くに設けられた９つの高強度LEDで成るストリングである。更に、もっと重要なのは、本例のLEDが、青色であり、約４７０nmの波長と、CIE色度図上のｘ＝／≒０．１１１とｙ＝／≒０．０５８との色座標を有している光を射出することである。
【００２８】
LEDは、約２０mAで作動する。製造と組み立ての工程を単純にするために、LEDが、ほぼ一定の電流とパワーとで作動されることが好ましい。しかしながら、電流を変えることによって、最終的に知覚される色が影響を受け得る。
【００２９】
最後に、再び図３を参照すると、本例の中間光伝達媒体２２は、約０．６２５インチ（１．５８７５cm）の高さHと、約０．３７５インチ（０．９５２５cm）の幅Wと、照明装置と基本的に等しい長さ４．７５インチ（１２．０６５cm）とを有している。更に重要なのは、中間光伝達媒体２２が、複数の蛍光染料、特に好ましくは、表１の比率にされた、Day-Glo Color Corporation of Cleveland, Ohioから製造及び市販されている赤色と黄色と緑色の染料の組み合わせによって色付けされたほぼ半透明のポリウレタンで作られていることである。
【表１】
2005529457.tif 000003
【００３０】
表１（及び他の例に有された幾つかの類似した表）に従って、ポリウレタンと蛍光染料とが、ほぼ同質の混合材中に混合される。そのように混合された後、この混合材は、適当なディメンションを有している中間光伝達媒体２２を作るのに使用される。かくして、ポリウレタンと蛍光染料との総質量は重要でなく、混合材中でのこれらの相対的な比率のみが重要となる。
【００３１】
好ましい照明装置１０がこの方法で作られている場合、光源１６（即ち、青色LED）から射出される光は、中間光伝達媒体２２に方向付けられ、この中の赤色、黄色、緑色の蛍光染料と互いに作用する。この光は、中間光伝達媒体２２の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から導波路１２の受光面２０に射出される。かくして、蛍光染料とLEDそれ自体とからの様々の波長の光の組み合わせが、導波路１２の受光面２０に方向付けられ、最終的には、導波路１２の発光面１８に沿って見られる。
【００３２】
特に、本例で説明されている照明装置１０は、図８に例示されているようなCIE色度図で規定された白色領域内に、ｘ＝／≒０．２６６とｙ＝／≒０．２３７との色座標を有している光を生じる。かくして、LED１６から射出された青色光は、最終的に、導波路１２の発光面１８で見られる白色光を生じる。
【００３３】
実施例２
本例では、照明装置１０が、約４．６２５インチ（１１．７４７５cm）の長さLと、図３に示されたものと類似した断面とを有するように作られている。光源１６は、約０．５０インチ（１．２７cm）の間隔を空けて近くに設けられ、約２０mAで作動される９つの高強度LEDで成るストリングである。更に、本例のLEDは、同様に青色で、約４７０nmの波長と、CIE色度図上のｘ＝／≒０．１１１とｙ＝／≒０．０５８との色座標を有している光を射出する。
【００３４】
再び図３を参照すると、中間光伝達媒体２２が、本例では、約０．３７５インチ（０．９５２５cm）の高さHと、約０．１８７５インチ（０．４７６２５cm）の幅Wと、照明装置と基本的に等しい長さ４．６２５インチ（１１．７４７５cm）とを有している。中間光伝達媒体２２は、表２の比率にされた、複数の蛍光染料の組み合わせで色付けされたほぼ半透明のポリウレタンで作られている。
【表２】
2005529457.tif 000004
【００３５】
好ましい照明装置１０がこのような方法で作られている場合、光源１６から射出される青色光が、最終的に、ｘ＝／≒０．２５５とｙ＝／≒０．２１１との色座標を有している光を生じる。かくして、図８に例示されているように、CIE色度図の青紫領域と紫領域との上限境界近くで、光が見られる。
【００３６】
実施例３
本例では、照明装置１０が、約３．００インチ（７．６２cm）の長さLと、図３に示されたものと類似した断面とを有するように作られている。光源１６は、約０．５０インチ（１．２７cm）の間隔を空けて近くに設けられ、約２０mAで作動される６つの高強度LEDで成るストリングである。更に、本例のLEDは、同様に青色で、約４７０nmの波長と、CIE色度図上のｘ＝／≒０．１１１とｙ＝／≒０．０５８との色座標を有している光を射出する。
【００３７】
再び図３を参照すると、中間光伝達媒体２２が、本例では、約０．４００インチ（１．０１６cm）の高さHと、約０．１８７５インチ（０．４７６２５cm）の幅Wと、照明装置と基本的に等しい長さ３．００インチ（７．６２cm）とを有している。中間光伝達媒体２２は、表３の比率にされた、複数の蛍光染料の組み合わせによって色付けされたほぼ半透明のポリウレタンで作られている。
【表３】
2005529457.tif 000005
【００３８】
好ましい照明装置１０がこのような方法で作られている場合、LED１６から射出される青色光が、最終的に、ｘ＝／≒０．３２７とｙ＝／≒０．２４７との色座標を有している光を生じる。かくして、図８に例示されているように、CIE色度図の赤紫領域と紫がかったピンクの領域との上限境界近くで、光が見られる。
【００３９】
上述されたように、中間光伝達媒体２２の中の蛍光染料から射出される光が、中間光伝達媒体２２を通ってロッド形状の部材１２の受光面２０に伝達される。この点で、係属中で共通の譲受人に譲受された米国特許出願No.０９／９８２、７０５に説明されている照明装置と同様に、本発明のロッド形状の部材１２は、好ましくは、“漏れやすい”導波路１２、即ち、導光板と光散乱部材との両方として働く構造部材である。これは、導光板としては、光を、導波路の軸方向に沿って優先的に導波路１２に入るように方向付けようとし、また、光散乱部材としては、光を、これが発光面１８から外に出るように強制する。即ち、光は、近くに位置された中間光伝達媒体２２から導波路１２の受光面２０に入り、導波路１２の発光面１８から射出される前に、導波路１２の長さの少なくとも一部に沿うように方向付けられる。この結果、視覚的に知覚されるのは、導波路１２の発光面１８に沿って射出されて、照明装置１０をネオン照明の効果的なシミュレータとする、ほぼ均等で細長い光のパターンである。
【００４０】
係属中で共通の譲受人に譲受された米国特許出願No.０９／９８２、７０５に説明されているように、本出願人は、光を散乱させるように適当に処理されたアクリル材料が、導波路１２のための1つの好ましい材料であることに気が付いた。更に、このようなアクリル材料は、特定の照明装置のための所望の形状のロッドとなるように、容易に鋳造されるか押出し成形される。これは、非常に軽量で、荒っぽい輸送及び取扱いに耐える。望ましい特徴を有しているアクリル材料が一般に市販されているとはいえ、これは、例えば、AtoHaas of Philadelphia, Pennsylvaniaからつや消しという特徴が加えられた製造番号DR66080として市販されている。あるいは、ビードブラステッドアクリルもしくはポリカーボネートや、ペインティッドアクリルもしくはポリカーボネートのような他の材料が、また、本発明の精神と範囲とから逸脱することなく、導波路１２のために使用され得る。
【００４１】
別の例として、本出願人は、また、ポリウレタン材の中へと、これに所望の光散乱特性を与えるように充填材が組み込まれ得、この充填材が、適当な漏れやすい導波路１２として働き得ると、判断している。好ましくは、“マイクロバルーン（micro balloons）”と呼ばれている中空の球体が、散乱を促進させるために使用されている。マイクロバルーンは、人間の髪の毛とほぼ同じ直径を有し、中空になっており、ガラスか、ポリウレタンと同じ屈折率の他の材料でできたシェルを有している。これらの屈折率が基本的に一致することから、マイクロバルーンがポリウレタン内に設けられると、インターフェースでのフレネル損失が最小限にされる。光が、マイクロバルーンが含浸されているポリウレタン材を通過する時、各マイクロバルーン内の空間が、光をゆがめさせる負集束レンズとして働く。かくして、ポリウレタン合成物に適当なマイクロバルーンが含浸されると、このポリウレタン合成物は、また、本発明の照明装置１０のためのもれやすい導波路１２として働くためには不可欠である光散乱特性をも得るであろう。
【００４２】
導波路１２を作るために選ばれた特定の材料に関わらず、導波路１２は、図６に例示されているように、優先的に光をこれの長さ方向に沿って散乱させるが、最終的には、光がこれの発光面１８を通って外に出ることを可能にする。このような導波路１２は、各LEDごとに可視の細長いか楕円形の光パターンを生じさせる。この光パターンは、中心が最も明るく、パターンの主軸及び短軸に沿って中心から外に向かって徐々に暗くなっていく。複数のLEDを所定の距離だけ互いから離間させ、また、各LEDを、導波路１２の発光面１８から適当な距離だけ離間させることによって、導波路１２の発光面１８上での光強度分散パターンが、パターンの変化が均等にされる程度まで互いに重なるようにされる。これによって、導波路１２の発光面１８上の集光パターンが、導波路１２の長さ方向に沿って同じ形で現れるようにされる。
【００４３】
集光パターンが導波路１２の長さ方向に沿って同じ形で現れるようにさせる光の散乱に関しては、中間光伝達媒体２２の染料が、また、光源１６から射出された光の散乱を生じようとすることに、注意すべきである。かくして、中間光伝達媒体２２を組み込むことによって、光源１６とは異なる色に知覚される光の望ましい射出を与えるだけでなく、かなりの光の散乱をも生じ、これによって、導波路１２の発光面１８上の集光パターンが同じ形で確実に現れるように助ける。
【００４４】
上述されたように、ハウジング１４は、一般的に、光源１６と、これに関連した電気付属品とを収納するように働き、また、好ましくは、以下に更に説明されるように、中間光伝達媒体２２の受光面中に直接的には射出されなかった光を集めて、このような光を中間光伝達媒体へ再び方向付けるように働く。特に、ハウジング１４は、ハウジング１４の内面に入射される光を中間光伝達媒体２２中へと反射することによって集光の効率を上げる。この点で、図３に最もよく示されているように、照明装置１０には、好ましくは、中間光伝達媒体２２の中へと直接的には射出されなかった光を集めて反射するための１つ以上の集光面（collection surfaces）４０、４２、４４が設けられている。集光面４０、４２、４４は、好ましくは白色の、テープ、塗料、金属、もしくは、他の光反射材料を用いて形成され得る。このような集光面４０、４２、４４は、チャネル３４の内面、即ち、側壁３０、３２とチャネル３４の床の一部とに設けられているとよい。更に、側壁３０、３２の外面には、光吸収材料５０、例えば、好ましくは黒色(BLACK)の、テープ、塗料、もしくは、他のコーティング剤が設けられているとよい。かくして、ハウジング１４の外面は、観察者にとって視覚的に暗いか、さもなければ、光源１６から射出される光の“漏れ”を防ぐ。
【００４５】
更なる改良品として、図３に図示されているように、端が開口しているチャネル３４の体積の一部に、半透明のポッティング合成物（potting compound）５２が充填されて、このポッティング合成物内で、LED１６が部分的に封入されている。このような実施形態では、光が、中間光伝達媒体２２の受光面に入る前に、ポッティング合成物５２によって伝達される。このようなポッティング合成物５２が、本発明に係わって作られた照明装置１０の中へと組み込まれている場合、ポッティング合成物５２は、インターフェースでのフレネル損失を最小に抑えるように、光源１６の屈折率と基本的に一致する屈折率を有しているはずである。
【００４６】
更に、ポッティング合成物５２が、よい剛性を有している照明装置１０を提供し、チャネル３４内でのLED１６の適当な位置付けを維持するために、側壁３０、３２によって規定されたチャネル３４を完全に充填し得ることが、意図されている。
【００４７】
図３Ａは、図３に似た断面図であるが、ここでは、中間光伝達媒体２２が、複数の個々の層から成っている。特に、図３Ａに示された実施形態は、中間光伝達媒体２２が３つの個々の層２２ａ、２２ｂ、２２ｃから成っている点を除けば、図３に示された実施形態と等しい。各層２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、１つの染料によって色付けされ得る（即ち、赤色層２２ａ、黄色層２２ｂ、並びに、緑色層２２ｃ）。しかしながら、積層されてしまうと、これら層２２ａ、２２ｂ及び２２ｃは、所望の結果を果たすように、即ち、光源１６とは異なる色に知覚される光を射出するように、共働する。この点で、上述された中間光伝達媒体２２は、好ましくは、実質的に半透明のポリウレタンで作られているが、本発明の精神と範囲とから逸脱することなく、他の材料も利用され得る。例えば、中間光伝達媒体２２が、望ましい蛍光発光を果たすために、導波路１２の受光面２０に塗布された光伝達蛍光性の塗料かペースト（paste）かの１つ以上の層からなっていてもよいことが、意図されている。他の例については、実質的に半透明で色付けされたプラスチックのストリップが、望ましい蛍光発光のために、導波路１２の受光面２０に適用され得る。
【００４８】
図４は、本発明に係わって作られた照明装置１１０の代わりの好ましい実施形態の側面断面図である。図３に関連して上述された実施形態のように、照明装置１１０は、一般に、ロッド形状の部材１１２及び１１４と、光源１１６（例えば、連続的に設けられた高強度LED）とから成っている。ロッド形状の部材は、発光面としてとして働く外側湾曲横面１１８と、受光面として働く内側横面１２０とを好ましくは有している導波路１１２である。ロッド形状の部材１１２は、受光面１２０の下に位置付けられた導波路１１２に入ってきた光が、湾曲横面１１８から拡散されて分散されながら外に出ていくように導波路１１２内で散乱されるために、光導光特性と光散乱特性とを有している。
【００４９】
照明装置１１０は、更に、光色変化システム、特に、１つ以上の蛍光染料の所定の組み合わせによって色付けされた中間光伝達媒体１２２を有している。しかしながら、図３に関連して上述された実施形態とは異なり、LED１１６が、中間光伝達媒体１２２の近くに位置されているだけでなく、実際に、中間光伝達媒体１２２の中へと延びている。
【００５０】
図３に関連して上述された実施形態と同様に、ハウジング１１４が、好ましくは、実質的に導波路１２の長さ方向に延びている一端が開いたチャネル１３４を規定している１対の側壁１３０及び１３２を有している。ハウジング１１４は、一般に、光源１１６と、関連した電気付属品とを収納するように働き、また、好ましくは、光を集めて反射するように働く。特に、ハウジング１１４は、ハウジング１１４の内面に入射された光を中間光伝達媒体１２２の中へと反射することによって、集光の効率を上げる。この点で、照明装置１１０には、中間光伝達媒体１２２に直接的には入射されなかった光を集めて反射するために１つ以上の集光面１４０、１４２、１４４が設けられていると好ましい。更に、側壁１３０、１３２の外面には、光吸収材料１５０が設けられていると好ましい。
【００５１】
いずれにしても、中間光伝達媒体１２２が光源１１６にの近くに位置されていることによって、光源から入射された光は、中間光伝達媒体１２２の中へと方向付けられ、この中の蛍光染料と互いに作用する。この光は、中間光伝達媒体１２２の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から、導波路１１２の受光面１２０の中へと射出される。かくして、染料の適当な組み合わせを選択肢、中間光伝達媒体１２２内の染料の濃度を変えることによって、様々の色が、作り出され、これは、導波路１１２の発光面１１８で見られる。
【００５２】
図５は、本発明に係わって作られた照明装置２１０の他の代わりの好ましい実施形態の側面断面図である。図３及び４に関連して上述された実施形態と同様に、照明装置２１０は、一般に、内部チャネルを規定しているロッド形状の部材２１２と、ハウジング２１４と、光源２１６（例えば、連続的に設けられた高強度LED）とから成っている。このロッド形状の部材は、発光面として働く外側湾曲横面２１８と、受光面として働く内側横面２２０とを好ましくは有している導波路２１２である。ロッド形状の部材２１２は、受光面２２０の下に位置付けられた導波路２１２に入ってきた光が、湾曲横面２１８から拡散されて分散されながら外に出るように導波路２１２内で散乱されるために、導光特性と光散乱特性とを有している。
【００５３】
照明装置２１０は、更に、光色変化システム、特に、導波路２１２によって規定された内部チャネル内に受けられ、所定の組み合わせの１つ以上の蛍光染料によって色付けされた中間光伝達媒体２２２を有している。図３に関連して説明された実施形態と同様に、LED２１６は、ポッティング合成物２５２内で部分的に封入され、中間光伝達媒体２２２の受光面の近くに位置されている。しかしながら、この特定の実施形態では、中間光伝達媒体２２２は、実質的に“より長い（taller）”プロファイルを有し、導波路２１２は、説明された他の実施形態よりも細くされている。
【００５４】
最後に、図３及び４に関連して上述された実施形態と同様に、ハウジング２１４は、好ましくは、実質的に導波路２１２の長さ方向に延びる一端が開いたチャネル２３４を規定している１対の側壁２３０及び２３２を有している。ハウジング２１４は、一般的に、光源２１６とこれに関連した電気付属品とを収納するように働き、また、好ましくは、光を集めて反射するように働く。特にハウジング２１４は、ハウジング２１４の内面に入射された光を中間光伝達媒体２２２の中へと反射することによって、集光の効率を上げる。この点で、照明装置２１０には、中間光伝達媒体２２２に直接的には射出されなかった光を集めて反射するための１つ以上の集光面２４０、２４２、２４４が設けられていると好ましい。また、側壁２３０、２３２の外面に光吸収材料２５０が設けられていると、好ましい。
【００５５】
いずれにしても、中間光伝達媒体２２２が光源２１６の近くに位置されていることから、光源２１６から射出された光が、中間光伝達媒体２２２の中へと方向付けられ、この中の蛍光染料と互いに作用する。この光は、中間光伝達媒体２２２の蛍光染料によって部分的に吸収され、そして、低エネルギーの光が、蛍光染料から、導波路２１２の受光面２２０の中へと射出される。かくして、染料の適当な組み合わせを選択し、中間光伝達媒体２２２内の染料の濃度を変えることによって、様々の色が作り出され、これが、導波路２１２の発光面２１８で見られる。
【００５６】
最後に、これらの実験の一部として、本出願人は、更に、概してLED１６から射出された紫外線が、中間光伝達媒体２２の蛍光染料の働きに悪影響を与え得ることを発見した。この問題に対する１つの解決法は、中間光伝達媒体２２並びに／もしくはポッティング合成物５２を有しているポリウレタン合成物中に紫外線抑制剤を用いることである。あるいは、アクリルシールドが、どんな紫外線でも吸収して中間光伝達媒体２２中に入ることを防ぐように、LED１６と中間光伝達媒体２２との間に位置付けされ得るように意図されている。
【００５７】
本発明の精神と範囲とから逸脱することなく、本明細書に説明されている実施形態に更なる改良が成され得ることが、当分野の当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係わって作られた好ましい照明装置の斜視図である。
【図２】照明装置の内部を示すように一部が切り取られている、図１と同様の斜視図である。
【図３】図１の照明装置の断面図である。
【図３Ａ】中間光伝達媒体が幾つかの個々の層から成っている、図３と同様の断面図である。
【図４】本発明に係わって作られた照明装置の代わりの好ましい実施形態の断面図である。
【図５】本発明に係わって作られた照明装置の他の好ましい実施形態の断面図である。
【図６】重なっている個々の光分散パターンを例示している、図１の照明装置のメルカトル形状の上突起部である。
【図７Ａ】スミレ色（〜４００nm）から赤色（〜７００nm）の色の範囲のような可視スペクトルを示している。
【図７Ｂ】円形チャートの形で可視スペクトルを示している。
【図８】CIE色度図を示している。
【図１】
2005529457.tif 000006
【図２】
2005529457.tif 000007
【図３】
2005529457.tif 000008
【図３Ａ】
2005529457.tif 000009
【図４】
2005529457.tif 000010
【図５】
2005529457.tif 000011
【図６】
2005529457.tif 000012
【図７Ａ】
2005529457.tif 000013
【図７Ｂ】
2005529457.tif 000014
【図８】
2005529457.tif 000015
【国際調査報告】
2005529457.tif 000016