(57)【要約】  埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子５と、ライトガイドユニット２内へと光を入力する少なくとも１つの光入力面３とを含む当該ライトガイドユニット２と、少なくとも１つの発光素子６から放射される少なくとも一部の光が、光入力面３を介して、ライトガイドユニット２内へと入力されるように配置される当該少なくとも１つの発光要素６とを含む照明デバイス１が開示される。ライトガイドユニット２は、少なくとも１つの発光要素６の動作によって生成される熱を、当該少なくとも１つの発光要素６から除去するように伝達する熱伝達手段を含み、当該熱伝達手段は、ライトガイドユニット２の本体の少なくとも一部が、２０Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有するように構成されている。
2015531972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子と、ライトガイドユニット内へと光を入力する光入力面とを含む前記ライトガイドユニットと、
前記光入力面を介して、前記ライトガイドユニット内へと光を放射する発光要素と、
を含み、
前記ライトガイドユニットは、前記発光要素の動作によって生成される熱を、前記発光要素から除去するように伝達する熱伝達手段を含み、
前記熱伝達手段は、前記ライトガイドユニットの少なくとも一部が、２０Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有する、照明デバイス。
【請求項２】
前記熱伝達手段は、前記ライトガイドユニットの前記少なくとも一部が、１７Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有する、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記ライトガイドユニットは、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ガラス及びシリコンゴムからなる群から選択される材料を含む、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記ライトガイドユニットは、熱伝導材料を含み、前記ライトガイドユニットの少なくとも一部は、１２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、熱伝導材料を含む層を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
前記熱伝導材料は、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素、ＭｇＯ、Ｓｉ３Ｎ４及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載の照明デバイス。
【請求項７】
前記ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、熱伝導材料を含む複数のワイヤのメッシュを含む層を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記複数のワイヤの材料は、銅、金、銀、亜鉛及びステンレス鋼からなる群から選択される、請求項７に記載の照明デバイス。
【請求項９】
前記ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、熱伝導コーティングを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記熱伝導コーティングは、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素、ＭｇＯ、Ｓｉ３Ｎ４及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項９に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記熱伝導コーティングの厚さは、２５マイクロメートル以上である、請求項９又は１０に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記ライトガイドユニット及び前記発光要素は、熱伝導コネクタを介して、互いに結合されている、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記ライトガイドユニットの前記外面の前記少なくとも一部の前記層及び前記発光要素は、熱伝導コネクタを介して、互いに結合されている、請求項５乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
前記発光要素は、発光ダイオードを含む、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明デバイスを含む照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光散乱及び／又は光反射粒子が埋め込まれたライトガイドユニットと、少なくとも１つの発光要素とを含む照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を内部で伝播することができ、その表面からの光の方向を転換し出力させるライトガイドシート又はプレートに結合される光源を含む照明デバイスは、棚、インテリアパネル、サイン及びポスターといった面を照明するように提供される。
【０００３】
このような照明デバイスに使用する１つのライトガイドは、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から販売されるＡＣＲＹＬＩＴＥ（登録商標）Ｅｎｄｌｉｇｈｔｅｎシートである。これは、光拡散粒子が埋め込まれた光伝導アクリル材料シートを含む。アクリルシートは、その端面を介して、光源からの光を受け入れる。端面から、光は、内部反射によってシート内を伝播する。シート内に埋め込まれている光拡散粒子は、進行光の少なくとも一部がシートの表面から出て、シートにその照明特性を与えるように当該進行光の方向を転換する。
【０００４】
Ｅｎｄｌｉｇｈｔｅｎ材料といった光拡散粒子が埋め込まれたアクリルシートに基づいた照明デバイスを製造する場合、冷却を必要とする高出力の光源が必要となる。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）光源の場合、冷却は、ＬＥＤからの熱を、比較的大きい金属ヒートシンクを使用して伝導させることによって行われる。しかし、最小主義のデザインでは、比較的大きい金属ヒートシンクの使用は望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に鑑み、本発明の関心事項は、少なくとも１つの発光要素から生じる熱が放散される一方で、照明デバイスの全体サイズを比較的小さく抑える、又は、最小主義のデザインの照明デバイスに比較的小さい影響しか又は全く影響を及ぼさない照明デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の関心事項及び他の関心事項のうちの少なくとも１つに取り組むために、独立請求項に係る照明デバイスが提供される。好適な実施形態は、従属請求項に規定される。
【０００７】
本発明の一態様によれば、
埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子と、ライトガイドユニット内へと光を入力する少なくとも１つの光入力面とを含むライトガイドユニットと、
少なくとも１つの発光素子から放射される少なくとも一部の光が、光入力面を介して、ライトガイドユニット内へと入力されるように配置される少なくとも１つの発光要素と、
を含み、ライトガイドユニットは、少なくとも１つの発光要素の動作によって生成される熱を、少なくとも１つの発光要素から除去するように伝達する熱伝達手段を含み、熱伝達手段は、ライトガイドユニットの本体の少なくとも一部が、２０Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有するように構成されている、照明デバイスが提供される。
【０００８】
本明細書において言及される「絶対熱抵抗」との用語は、単位時間内に熱エネルギー単位が構造体を流れる場合の当該構造体全体の温度差を表す。本明細書において言及される熱抵抗は、熱伝導率の逆数である。
【０００９】
一実施形態では、熱伝達手段は、ライトガイドユニットの本体の少なくとも一部が、１７Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有するように構成されている。別の例では、熱伝達手段は、ライトガイドユニットの本体の少なくとも一部が、１５Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有するように構成されている。絶対熱抵抗は、ライトガイドユニットの形状及び／又はライトガイドユニットの１つ以上の材料に依存する。一例では、ライトガイドユニットの本体の一部とは、本体の５０％以上である。別の例では、ライトガイドユニットの本体の一部とは、本体の７５％以上である。更に別の例では、ライトガイドユニットの本体の一部とは、本体の９０％以上である。
【００１０】
本発明に係る照明デバイスは、光散乱及び／又は光反射粒子が埋め込まれたライトガイドユニットと、少なくとも１つの発光要素とを含む。ライトガイドユニットは、導波管といったライトガイドと、熱伝達手段とを含む。
【００１１】
一例では、ライトガイドユニットは、透明であることが好適である。本明細書において言及される「透明」との用語は、光を散乱させることなく材料内を通過させる物理的特性である。別の例では、少なくともライトガイドが透明である。
【００１２】
例えば、光散乱及び／又は光反射粒子が埋め込まれているライトガイドの材料は、透明であることが好適である。一実施形態では、ライトガイドユニットは、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ガラス及び／又はシリコンゴムから選択される材料を含む。ＰＭＭＡは、時に、アクリルガラスとも呼ばれる。ライトガイドユニットは、これらの材料のうちの２つ以上を含んでもよい。例えばライトガイドが、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ガラス及び／又はシリコンゴムを含んでもよい。
【００１３】
ライトガイドユニットは、プレート、ロッド又はファイバといった様々な形を有してよい。ライトガイドユニットは、実質的に規則正しい又は不規則な形状であってよい。ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部が滑らかである。別の例では、ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は凸凹である。即ち、滑らかではない。ライトガイドユニットは、矩形、三角形又は円形の形状を有してもよい。
【００１４】
ライトガイドユニットは、材料に埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子を含む。一例では、光散乱及び／又は光反射粒子は、ライトガイドの材料に埋め込まれる。通常は、光散乱及び／又は光反射粒子は、１マイクロメートル乃至１０マイクロメートルの範囲といった０．７マイクロメートル乃至１００マイクロメートルの範囲のサイズを有する。好適には、光散乱及び／又は光反射粒子は、透明及び／又は無色である。光散乱及び／又は光反射粒子は、ポリスチレン粒子、ポリカーボネート粒子、ポリプロピレン粒子、ポリ（メチルメタクリレート）粒子、ガラスビーズ、二酸化シリコン粒子、クォーツ粒子及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。光散乱及び／又は光反射粒子の材料は、ライトガイドユニットの材料と同じであっても異なってもよい。
【００１５】
少なくとも１つの発光要素は、使用時に、熱を生成し発光する。ライトガイドユニットは、少なくとも１つの光入力面を通して、少なくとも１つの発光要素からの光を受け入れ、光入力面から、光は、ライトガイドユニット内を全反射によって伝播する。少なくとも１つの光入力面は、光の入力を向上させ、表面の凹凸による光出力が少ないように、滑らかであることが好適である。ライトガイドユニットに埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子は、ライトガイドユニット内を伝播する光の少なくとも一部が、ライトガイドユニットの表面、例えば光出力面から出るように、当該ライトガイドユニット内を伝播する光の方向を転換し、これにより、当該ライトガイドユニットに、その照明特性のうちの少なくとも一部を与える。粒子の数は、ライトガイドユニットの少なくとも１つの光出力面から方向転換されるべき光の量に相関して決定される。粒子の数、サイズ、タイプ及び／又は材料は、ライトガイドユニットの照明特性の少なくとも一部と相関がある。
【００１６】
少なくとも１つの発光要素を動作させる場合、少なくとも１つの発光要素の電極に印加される電流の一部は、光ではなく、熱エネルギーに変換される。少なくとも１つの発光要素を許容可能な動作温度に維持し、十分な又は必要な使用寿命を達成し、特定の波長において一定の又は十分に一定の光束を提供するために、照明デバイスには、熱除去ユニットが具備される。熱除去ユニットは、例えば、ライトガイドユニットと連通しているヒートシンクを含む。このアプローチでは、例えばＬＥＤである光源によって生成される熱の一部が放散される。しかし、このアプローチは、照明デバイスのサイズを、不所望な程度にまで増加させてしまう。ヒートシンクのサイズを縮小する、更には、照明デバイスからヒートシンクを完全に取り除くか又は隠す一方で、ヒートシンクを使用した場合の放熱容量の少なくとも一部又は同じ放熱容量を保持することが有利である。
【００１７】
本発明に係るライトガイドユニットと少なくとも１つの発光要素とを含み、ライトガイドユニットの本体の少なくとも一部が、２０Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有する照明デバイスの１つの利点は、少なくとも１つの発光要素から生じる熱が、比較的大きい追加のヒートシンクを必要とすることなく、照明デバイスから散逸されることである。これは、ライトガイドユニット自体が、ヒートシンクとして機能するからである。ライトガイドユニットがヒートシンクの機能を果たす場合、ヒートシンクは、この意味で、「隠れている」。
【００１８】
ライトガイドユニットは、熱伝導材料を含む。本発明者は、本開示に従って、必要な絶対熱抵抗は、透明又は部分的に透明である熱伝導コーティング又は層を、ライトガイドの外面の少なくとも一部上に被覆又は積層することによって達成可能であることを見出した。ライトガイドユニット及び少なくとも１つの発光要素は、アルミニウムといった金属を含む熱伝導コネクタを介して、互いに結合されてもよい。
【００１９】
本発明に係るライトガイドユニットは、熱伝達手段を含む。熱伝達手段は、使用時に、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱を除去するように伝達する。ライトガイドユニットの熱伝達手段は、本発明の一実施形態では、熱伝導材料を含むライトガイドユニット又はライトガイドの少なくとも一部と理解される。一実施形態では、ライトガイドユニットは、熱伝導材料を含み、ライトガイドユニットの本体の少なくとも一部は、１２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。熱伝達手段が、熱伝導材料を含んでもよい。本明細書において言及される「熱伝導率」との用語は、材料の熱を伝導する能力を有する特性を表す。
【００２０】
高熱伝導率材料に亘る又は当該材料内の熱伝達は、低熱伝導率材料に亘る又は当該材料内の熱伝達よりも速い速度で生じる。低熱抵抗を有する材料は、高熱伝導率を有し、その逆も同様である。したがって、比較的低い熱抵抗を有する材料の、当該材料に亘って熱を伝達する能力は、比較的大きい。材料又は要素の熱伝導率は、材料の形状に依存する。本発明に係る熱伝達手段は、ライトガイドの外面の少なくとも一部の層又はコーティングの形であってよい。別の例では、熱伝達手段は、少なくとも１つの熱伝導コネクタを含む。
【００２１】
上記された通り、熱伝達手段は、様々な外観及び／又は構成を有する。しかし、熱伝達手段の機能は、概して、同じである。熱伝達手段は、使用時に、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱を除去するように伝達する。照明デバイスの温度を減少させることの１つの利点は、少なくとも１つの発光要素の寿命を延ばすことである。放熱の際、熱は広い面積に亘って広がり、これにより、対流又は放射による冷却が増加される。
【００２２】
一実施形態では、ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、層を含み、当該層は、熱伝導材料を含む。当該層は、ライトガイドユニット上に積層されてよい。本明細書において言及される「積層」との用語は、材料の２つ以上の層が一体にされる又は互いに結合される処理を意味する。一例では、アクリル材料を含むライトガイドに、熱伝導材料の層が積層される。
【００２３】
一実施形態では、熱伝導材料は、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及びＳｉ３Ｎ４又はこれらの任意の組み合わせから選択される。一例では、熱伝導材料は、ＭｇＯである。
【００２４】
別の実施形態では、ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、熱伝導材料を含む複数のワイヤのメッシュを含む層を含む。ワイヤの材料は、例えば、銅、金、銀、亜鉛及びステンレス鋼から選択される。メッシュワイヤを含む層は、２つ以上の材料の少なくとも１つのワイヤを含む。通常、銅といった金属は、光を透過させないが、メッシュが、光を透過可能な（半）透明熱導体の機能を果たす。メッシュにおけるワイヤの幅は、０．１ｍｍ又は０．０２ｍｍであり、対応するワイヤ間隔は、ワイヤ幅又は直径の４乃至４０倍である。メッシュ構造体は、リソグラフィプロセスによって作成可能であるため、別個の層上で行われ、その後に、ライトガイドに積層されることが好適である。メッシュ構造体を製造する別の方法は、熱伝導インクを用いるシルクスクリーン印刷を使用する方法である。
【００２５】
幾つかの例では、照明デバイスは、熱伝導材料の２つ以上の層が積層されるライトガイドを含む。例えば、これらの層は、異なる材料を含む。
【００２６】
ライトガイドの１つ以上の側面に、熱伝導材料の層が積層されてもよい。例えば、１つ以上の光入力面に層が積層されてもよい。別の例では、１つ以上の光出力面に熱伝導層が積層されてもよい。更に別の例では、熱伝導層が、ライトガイドの１つの側面における開口内に積層されてもよい。熱伝導層は、滑らかであっても凹凸があってもよいが、凹凸が追加の光出力のために必要である場合を除き、滑らかであることが好適である。熱伝導層は、気泡及び／又は孔を含んでもよいが、これらを含まないことが好適である。
【００２７】
材料の熱伝導率は、熱伝導層の厚さに依存する。好適には、熱伝導層は、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱をライトガイドユニットから除去するのに役立つ厚さを有する。厚さは、ライトガイドユニットにおけるその場所に基づいて規定される。熱伝導層は、比較的大量の熱を除去するように輸送する必要のあるゾーンにおいてより厚い。熱伝導層の厚さは、２５０マイクロメートル以上、５００マイクロメートル以上、又は、１０００マイクロメートル以上といったように、１００μｍ以上であってよい。好適には、熱伝導層の厚さは、１ｍｍ以上である。積層の利点は、比較的厚い層が、ライトガイドユニット上に積層できるという点である。
【００２８】
一実施形態では、ライトガイドユニットの外面の少なくとも一部は、熱伝導コーティングを含む。一実施形態では、熱伝導材料は、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及びＳｉ３Ｎ４又はこれらの任意の組み合わせから選択される。一例では、熱伝導材料は、ＭｇＯである。更に別の例では、熱伝導材料は、ダイアモンド及び／又はダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）である。
【００２９】
一例では、熱伝導材料の層を含むライトガイドユニットの外面の少なくとも一部に、熱伝導コーティングが被覆される。例えばコーティングは、当該層を少なくとも部分的に覆う。別の例では、ワイヤのメッシュを含む層を含むライトガイドユニットに、熱伝導コーティングが被覆される。メッシュを含む層又は熱伝導材料を含む積層の層をその下に使用する場合に、熱伝導材料を含むコーティングをライトガイドユニットに塗布することが容易である。
【００３０】
ライトガイドの１つ以上の側面に、熱伝導材料のコーティングが提供されてもよい。例えば１つ以上の光入力面が被覆される。別の例では、１つ以上の光出力面が熱伝導層で被覆されてもよい。ライトガイドの表面が、熱伝導コーティングで少なくとも部分的に覆われてもよい。コーティングは、ライトガイドの表面の少なくとも５０％、ライトガイドの表面の少なくとも７５％、又は、ライトガイドの表面の少なくとも９９％といったように、ライトガイドの表面の少なくとも２５％を覆ってよい。別の例では、熱伝導コーティングは、ライトガイドの１つの側面における開口内に配置されてもよい。熱伝導コーティングは、滑らかであっても凹凸があってもよいが、凹凸が追加の光出力のために必要である場合を除き、滑らかであることが好適である。熱伝導コーティングは、気泡及び／又は孔を含んでもよいが、これらを含まないことが好適である。
【００３１】
材料の熱伝導率は、熱伝導コーティングの厚さに依存する。熱伝導コーティングは、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱をライトガイドユニットから除去するのに役立つ厚さを有する。厚さは、ライトガイドユニットにおけるその場所に基づいて規定される。熱伝導コーティングは、比較的大量の熱を除去するように輸送する必要のあるゾーンにおいてより厚い。一実施形態では、熱伝導コーティングの厚さは、２５マイクロメートル以上である。他の例では、コーティングの厚さは、１００マイクロメートル以上、好適には２５０マイクロメートル以上、及び、最も好適には５００マイクロメートル以上である。一例では、２５マイクロメートル以上の厚さを有し、ダイアモンドを含む熱伝導コーティングが使用される。
【００３２】
熱伝導材料を含むライトガイドは、比較的高価である。熱伝導材料が積層される又は熱伝導材料が被覆される透明アクリル材料を含むライトガイドを使用することの１つの利点は、照明デバイスの費用の削減である。通常、（透明）熱伝導材料は、（透明）アクリル材料よりも高価である。
【００３３】
熱伝導材料を含むライトガイドを使用するのではなく、熱伝導材料が積層される又は熱伝導材料が被覆されるライトガイドの別の利点は、光散乱及び／又は光反射粒子が埋め込まれたライトガイドを製造することの実現可能性である。光散乱及び／又は光反射粒子がその中に埋め込まれている熱伝導材料を含むライトガイドを製造することは、より困難及び／又はより高価である。しかし、熱伝導層又は熱伝導コーティングに、光散乱及び／又は光反射粒子が埋め込まれていてもよい。
【００３４】
本発明に係る照明デバイスは、少なくとも１つの熱伝導コネクタの形の熱伝達手段を含んでもよい。少なくとも１つの熱伝導コネクタは、金属といった高熱伝導率材料を含む。このような金属の例としては、銅及びアルミニウムが挙げられる。熱伝導コネクタは、当該コネクタがそこから熱を吸収する構造体に熱的に連結している。幾つかの例では、少なくとも１つの熱伝導コネクタは、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱を、当該少なくとも１つの発光要素から除去するように輸送するように使用される。他の例では、熱伝導コネクタは、ライトガイドユニット及び少なくとも１つの発光要素からの熱を、例えば追加のヒートシンクに向けて輸送するように使用される。熱伝導コネクタのサイズは、ライトガイドのサイズに対応する。別の例では、熱伝導コネクタのサイズは、少なくとも１つの発光要素のサイズに対応する。更に別の例では、熱伝導コネクタは、その熱を伝達する優れた能力によって、ライトガイド及び／又は少なくとも１つの発光要素よりも小さい。
【００３５】
一実施形態では、ライトガイドユニット及び少なくとも１つの発光要素は、熱伝導コネクタを介して、互いに結合される。別の実施形態では、ライトガイドの外面の少なくとも一部の層及び少なくとも１つの発光要素は、熱伝導コネクタを介して、互いに結合される。更に別の例では、ライトガイドの外面の少なくとも一部の熱伝導コーティング及び少なくとも１つの発光要素は、熱伝導コネクタを介して、互いに結合される。
【００３６】
熱伝導コネクタとライトガイドユニット及び少なくとも１つの発光要素のそれぞれとの間の熱的接続を達成するために、例えば熱伝導接着剤である接着剤を使用してもよい。接着剤を使用することによって、発光要素から熱伝導コネクタへの熱の伝達が増加される。
【００３７】
一実施形態では、少なくとも１つの発光要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤは半導体光源である。発光ダイオードに順方向バイアスがかけられている（オンにされている）場合、電子は、デバイス内で正孔と再結合することができ、光子の形でエネルギーを放出する。この効果は、エレクトロルミネッセンスと呼ばれ、（光子のエネルギーに対応する）光の色は、半導体のエネルギーギャップによって決定される。ＬＥＤは、しばしば、面積が小さく（１ｍｍ２未満）、一体化される光学コンポーネントが、ＬＥＤの放射パターンを整形するために使用される。ＬＥＤは、低エネルギー消費量、より長い寿命、向上されたロバスト性、サイズの小型化及び高速スイッチングを含む、白熱光源に優る多くの利点を提示する。１つ以上のＬＥＤのサイズは、照明デバイスのサイズを少なくとも部分的に決定する。
【００３８】
ライトガイドユニット内へと入力される光の量を増加させるためには、２つ以上の発光要素を使用することが好適である。入力される光の量が増加されると、輝度が増加され、場合によっては、ライトガイドユニットからの照明の均一性も増加される。
【００３９】
本発明に係る熱伝導材料及び／又は熱伝達手段を含むライトガイドユニットを使用することによって、熱輸送機能が提供され、これにより、使用時の少なくとも１つの発光要素の温度が減少されることによって、少なくとも１つの発光要素の寿命が増加される。
【００４０】
ＬＥＤは、航空照明、自動車照明、広告、一般照明及び交通信号といった多岐にわたる応用に使用することができる。
【００４１】
一実施形態では、ＬＥＤ光源は、ＲＧＢ  ＬＥＤ又はマルチカラー白色ＬＥＤ光源であってよい。ＲＧＢ  ＬＥＤは、照明デバイスから出力される又は照明デバイスによって放射される光の色を変化させる。
【００４２】
本発明に係る照明デバイスは、棚、インテリアパネル、断面の薄いサイン又はポスターパネル等を照明するために使用される。一実施形態では、本発明に係る照明デバイスを含む照明器具が使用されてもよい。照明器具は、空間、好適には住居の一般照明として使用される。照明器具は、消費者照明に使用されてもよい。本発明に係る照明デバイスを照明器具として使用する場合、より多くの電力が必要になる。例えば追加の光の形である追加の電力は、少なくとも１つの発光要素によって生成される熱を増加させてしまう。本発明に係る照明デバイスを含む照明器具を使用することの１つの利点は、照明器具から熱を除去するように伝達できるという点である。
【００４３】
なお、本発明は、請求項に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関する。本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の説明を検討することによって明らかとなろう。当業者であれば、本発明の様々な特徴を組み合わせて、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成可能であることは認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明の例示的な実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図２】図２は、熱伝導層が積層されたライトガイドを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図３ａ】図３ａは、ライトガイドが熱伝導コーティングで完全に覆われている、本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図３ｂ】図３ｂは、ライトガイドが熱伝導コーティングで部分的に覆われている、本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図４ａ】図４ａは、熱伝導コネクタを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図４ｂ】図４ｂは、ライトガイドが熱伝導コーティングで部分的に覆われている、熱伝導コネクタを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図４ｃ】図４ｃは、熱伝導コーティングがライトガイドの側面の開口内に置かれている、熱伝導コネクタを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図４ｄ】図４ｄは、ライトガイドの１つの光入力面が熱伝導コーティングで覆われている、熱伝導コネクタを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【００４６】
図面に示されているように、層及び領域のサイズは、例示を目的として拡大されており、したがって、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために提供されている。同様の参照符号は、全体に亘り、同様の要素を指している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明は、本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現化され、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示が当業者に本発明の範囲を伝えるように、例として提供されている。また、同様の参照符号は、全体に亘り、同一又は同様の要素又はコンポーネントを指している。
【００４８】
図１は、出力光を生成する照明デバイス１を概略的に示す。照明デバイス１は、少なくとも１つの発光要素６と、ライトガイドユニット２とを含む。少なくとも１つの発光要素６は、入力光７をライトガイドユニット２内へと入力する。ライトガイドユニット２は、入力光７を受け取り、それを出力光８として出力する。
【００４９】
少なくとも１つの発光要素６は、光を生成し放射できる任意の種類の要素であってよい。例えば少なくとも１つの発光要素６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。照明デバイス１からのダイナミック色光出力８を可能とするために、ＲＧＢのＬＥＤを使用することが有利である。本発明の照明デバイス１は、２つ以上の発光要素６を含んでもよい。ライトガイドユニット２内へと入力される光の量を増加させるためには、２つ以上の発光要素６を使用することが好適である。入力光７の量が増加されると、輝度が増加され、場合によっては、ライトガイドユニット２からの照明の均一性も増加される。本発明に係る少なくとも１つの発光要素６は、同じタイプの又は異なるタイプの発光要素であってよい。
【００５０】
図１では、ライトガイドユニット２は、光入力面３を通り又はそれを介して入力光７を受け取り、光出力面４を通り又はそれを介して光８を出力させる導波管を含む。好適な実施形態では、図１に示されるように、ライトガイドユニット２は、実質的にプレート状であり、その端に沿った端面と、上面及び底面とを有する。好適には、上面及び底面は平行である。光入力面３は、端面のうちの少なくとも１つの端面上に配置され、上面及び底面に垂直であることが好適である。光出力面４は、上面及び／又は底面に配置される。或いは、ライトガイドユニット２は、様々な他の方法で配置されてもよい。例えばライトガイドユニット２は、湾曲した上面及び底面を有する湾曲構造を有しても、ロッド状形状を有してもよい。ライトガイドユニット２は、ファイバ形式であってもよい。ライトガイドユニット２は、三角形、円形又は任意の他の規則的若しくは不規則な形状を有してもよい。
【００５１】
ライトガイドユニット２は、全反射（ＴＩＲ）によって、ライトガイドユニット２内へと入力される光の伝播を可能にする。ライトガイドユニット２は、光がその中を伝搬できる材料を含む。当該材料は、好適には、透明材料である。当該材料の例としては、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ガラス及び／又はシリコンゴムといった透明アクリル材料が挙げられる。更に別の実施形態では、ライトガイドユニット２は、比較的高い熱伝導率を有する材料を含む。当該比較的高い熱伝導率を有する材料の例としては、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及び／又はＳｉ３Ｎ４が挙げられる。
【００５２】
光散乱及び／又は光反射粒子５が、導波管内に埋め込まれる。これらの粒子は、導波管の材料と同じ又は異なる材料を含んでよい。粒子は、１乃至１０マイクロメートルの範囲のサイズを有する。
【００５３】
光散乱及び／又は光反射粒子５は、出力光８としての光の出力を可能にする。光散乱及び／又は光反射粒子５は、当該粒子に入射する光ビームの方向を転換し、また、光ビームの少なくとも一部の方向を、ＴＩＲの臨界角よりも小さい入射角で光出力面４に向けて転換し、これにより、光ビームは、ライトガイドユニット２の光出力面４から出力される。粒子５の数は、ライトガイドユニット２の少なくとも１つの光出力面４から方向転換されるべき光の量に相関して決定される。粒子５の数、サイズ、タイプ及び／又は材料は、ライトガイドユニットの照明特性の少なくとも一部と相関がある。
【００５４】
図２は、発光要素６と、熱伝導材料を含む層９の形式の熱伝達手段を有する導波管１２を含むライトガイドユニット２とを含む本発明に係る照明デバイス１の概略的な実施形態を示す。導波管１２は、光散乱及び／又は光反射粒子５を含み、ライトガイドユニット２は、発光要素６からの入力光７を、光入力面３を通り又はそれを介して受け取る。当然ながら、図２に示される発光要素以外の追加の発光要素６が本発明の実施形態に係る照明デバイスに使用されてもよい。
【００５５】
導波管１２は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）といった透明アクリル材料である透明材料を含む。
【００５６】
ＬＥＤ光源といった高出力光源を、発光要素６として使用する場合、発光要素６は比較的暖かくなる。発光要素の冷却が必要であり、照明デバイス１から熱を伝導させることによって行われる。例えば熱伝導材料９が、導波管１２の上面及び／又は底面に積層される。他の例では、導波管１２の少なくとも１つの光入力面３に、熱伝導材料を含む層９が積層される。更に別の例では、導波路１２の少なくとも１つの光出力面に層９が積層される。熱伝導材料の例としては、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及びＳｉ３Ｎ４が挙げられる。
【００５７】
ライトガイドユニット２は、例えば照明器具である照明デバイスに適用される場合に、熱伝達が許容可能な温度に対し著しい効果を有する最も高い熱抵抗である２０Ｋ／Ｗ以下の絶対熱抵抗を有する。単一のタイプの材料を有する導波管といったシートの熱抵抗Ｒは、次式：
ｑ＝ｋ・Ａ・ｄＴ／ｓ
を使用して計算される。ここで、
ｑは、単位時間当たりに伝達される熱（Ｗ又はＢｔｕ／ｈｒで提供）であり、
Ａは、熱伝達面積（ｍ２又はｆｔ２で提供）であり、
ｋは、材料の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｗ／（ｍ・℃）又はＢｔｕ／（ｈｒ・Ｆ・ｆｔ）で提供）であり、
ｄＴは、材料全体での温度差（Ｋ、℃又は０Ｆで提供）であり、
ｓは、熱伝達長さ（ｍ又はｆｔで提供）であり、光が２面から入力される場合はライトガイドユニットの長さの半分である。「ｆｔ」は、長さの単位「フット」を示す。
【００５８】
熱抵抗Ｒは、次式：
Ｒ＝Ｉ／ｋ・ｓ／Ａ
の通りに計算される。
【００５９】
熱伝導層として使用されるのに適した材料の例としては、ｋ値が１０乃至１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にある材料が挙げられ、例えばダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及びＳｉ３Ｎ４がある。
【００６０】
例えば熱伝導材料を含む層９の形式の熱伝達手段は、ライトガイドユニット２の絶対熱抵抗を、２０Ｋ／Ｗ以下にまで減少させる。導波管１２上の熱伝導層９は、発光要素６がライトガイドユニット２内に光７を提供している場合に、照明デバイス１の温度を減少させる。透明の熱伝導材料は、通常、透明アクリル材料よりも高価である。したがって、透明熱伝導材料からなる導波管１２ではなく、アクリル材料といった透明材料を含む導波管１２上に熱伝導材料の層９を使用することによって、費用が削減される。更に、光散乱及び／又は光反射粒子５が埋め込まれた透明熱伝導材料を製造することは困難である。
【００６１】
材料の熱伝導率は、熱伝導層９の厚さに依存する。当該層の厚さは、次式：
ｄ＝（１／２０）・（ｓ／ｋ）・（１／ｌ）
を使用して計算される。ここで、
ｄは、層の厚さであり、
ｓは、熱伝達長さ（ｍ又はｆｔで提供）であり、光が２面から入力される場合はライトガイドユニットの長さの半分であり、
ｋは、材料の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｗ／（ｍ・℃）又はＢｔｕ／（ｈｒ・Ｆ・ｆｔ）で提供）であり、
ｌは、入力面上の層の幅である。
【００６２】
１つの特定の例では、ライトガイドのサイズは、０．５×０．５×０．００２ｍ３である。層の厚さは、上記の式を使用して、ｄ＝（１／２０）・（ｓ／ｋ）・（１／ｌ）＝１／２０・（０．５／２）／ｋ）・（１／０．５）＝０．０２５／ｋと計算される。例えば（約１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）のｋ値を有する）ダイアモンドといった材料を含む層は、十分な熱伝達能力を提供するために、約２５マイクロメートルの厚さしか必要としない。
【００６３】
図３ａ及び図３ｂは、発光要素６と、導波管１２が熱伝導コーティング１０で覆われている（図３ａ）又は部分的に覆われている（図３ｂ）ライトガイドユニット２とを含む本発明に係る照明デバイス１の概略的な実施形態を示す。ライトガイドユニット２は、光散乱及び／又は光反射粒子５が埋め込まれている導波管１２を含む。ライトガイドユニット２は、発光要素６から、光入力面３を通して、入力光７を受け取る。当然ながら、本発明の実施形態に係る照明デバイスに、追加の発光要素６が使用されてもよい。
【００６４】
導波管１２は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）といった透明アクリル材料である透明材料を含む。
【００６５】
照明デバイス１を冷却するために、ライトガイドユニット２は、熱伝導材料を含むコーティング１０が配置される。ライトガイドユニットのコーティングとして使用するための熱伝導材料のコーティングの例としては、ダイアモンド、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＭｇＯ及びＳｉ３Ｎ４が挙げられる。ダイアモンド又はダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）を使用することが好適である。コーティングは、熱伝達手段として機能する。コーティング１０の熱伝導材料は、ライトガイドユニット２の絶対熱抵抗を、２０Ｋ／Ｗ以下にまで減少させる。導波管１２の外面の少なくとも一部上の熱伝導コーティング１０は、発光要素６がライトガイドユニット２内へと光７を提供している場合の照明デバイス１の温度を減少させる。
【００６６】
コーティング１０は、導波管の外面の少なくとも一部上に提供される。例えば光入力面３が被覆されてもよい。別の例では、光出力面４が被覆されてもよい。
【００６７】
図４ａ乃至図４ｄは、ライトガイドユニット２と発光要素６とを含む本発明に係る照明デバイス１の概略的な実施形態を示す。当然ながら、本発明の実施形態に係る照明デバイスには、追加の発光要素６が使用されてもよい。導波管１２は、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）といった透明アクリル材料である透明材料を含む。導波管１２は、光散乱及び／又は光反射粒子５を含む。ライトガイドユニット２は、発光要素６から、光入力面３を通して又はそれを介して、入力光７を受け取る。図４ａ乃至図４ｄでは、熱伝導コネクタ１１がライトガイドユニット２及び発光要素６に結合されている。当然ながら、本発明の実施形態に係る照明デバイスには、追加の熱伝導コネクタ１１が使用されてもよい。熱伝導コネクタ１１は、熱伝達手段として機能し、ライトガイドユニット２及び少なくとも１つの発光要素６の両方から放熱させる。熱伝導コネクタ１１は、例えば、アルミニウムといった金属である比較的高い熱伝導率を有する材料を含む。熱的接続を向上させるように、接着剤が使用されてもよい。例えば熱伝導性の接着剤が使用される。
【００６８】
図４ａでは、熱伝導コネクタ１１は、導波管１２の表面上に直接配置されている。他の実施形態では、導波管１２は、少なくとも部分的に熱伝導層９によって覆われているため、熱伝導コネクタ１１は、図４ｂ乃至図４ｄにおいて見られるように、熱伝導層９に結合するように配置される。図４ｂでは、熱伝導層９は、導波管１２の表面を部分的に覆う。例えば熱伝導層９は、導波管１２の上面といった光出力面４を部分的に覆う。ライトガイドユニット２の熱は、熱伝導層９を通り、熱伝導コネクタ１１に伝達される。図４ｃでは、熱伝導層９は、導波管の表面の開口内に配置されている。この実施形態においても、熱は、ライトガイドユニット２の熱伝導層９を通り、熱伝導コネクタ１１に伝達される。熱伝導層９は、図４ｄにおいて見られるように、導波管１２の１つの側面上に積層されてもよい。例えば熱伝導層９は、ライトガイドユニット２の光入力面３上に積層されてもよい。図４ａ乃至図４ｄのすべてにおいて、熱は、少なくとも１つの発光要素から熱伝導コネクタに伝達される。
【００６９】
本発明は、添付図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、当該例示及び説明は、例示的であって限定的に解釈されるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形態様も、図面、開示内容及び添付の請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈されるべきではない。
【図１】
2015531972.tif 000003
【図２】
2015531972.tif 000004
【図３ａ】
2015531972.tif 000005
【図３ｂ】
2015531972.tif 000006
【図４ａ】
2015531972.tif 000007
【図４ｂ】
2015531972.tif 000008
【図４ｃ】
2015531972.tif 000009
【図４ｄ】
2015531972.tif 000010
【国際調査報告】
2015531972.tif 000011
2015531972.tif 000012