JP6642211B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本願は発光装置に関する。

発光色が異なる複数種類の光源を備え、調光が可能な、あるいは、演色性の高い光を出射することが可能な発光装置が提案されている。このような発光装置では、発光色が分離して見えないように、十分な混色状態で光を出射させることが好ましい。例えば特許文献１は、複数のＬＥＤ素子を縞状またはモザイク状にグループ分けし、グループごとに異なる蛍光体層で被覆することによって、混色むらのない一様な照明光を出射することができるＬＥＤ装置を開示している。

特開２０１４−４５０８９号公報

特許文献１の発光装置によれば、ＬＥＤ素子の配置に制限がある。本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、光源の配置に依存せず、混色むらが低減された光を出射し得る発光装置を提供する。

本開示の発光装置は、互いに異なる波長帯域または相関色温度の光を出射する少なくとも２つの光源と、前記少なくとも２つの光源から出射する光が透過する位置に配置され、リニアフレネルレンズである第１フレネルレンズであって、第１方向に伸び、前記第１方向と異なる第２方向に配列された矩形形状を有する複数の第１領域および複数の第２領域を含み、前記複数の第１領域および前記複数の第２領域のうち、一方の領域にのみ配置された断面が鋸歯状のセグメントによって構成される第１フレネルレンズを有する光拡散構造とを備える。

本開示の発光装置によれば、光源の配置に依存せず、混色むらが低減された光を出射し得る発光装置を提供することができる。

図１は発光装置の実施形態を示す模式的な断面図である。 図２Ａは、第１の実施形態のフレネルレンズの平面図である。 図２Ｂは、第１の実施形態のフレネルレンズの、図２Ａの２Ｂ-２Ｂ線における断面図である。 図２Ｃは、一般的なリニアフレネルレンズの断面図である。 図３Ａは、第１および第２光源の平面図である。 図３Ｂは、第１および第２光源の、図３Ａの３Ｂ-３Ｂ線における断面図である。 図４Ａは発光装置における光の伝搬を示す模式図である。 図４Ｂは第１の実施形態の発光装置において、第１フレネルレンズを有しない場合の光の伝搬を示す模式図である。 図５Ａは、第２の実施形態のフレネルレンズの平面図である。 図５Ｂは、第２の実施形態のフレネルレンズの、図５Ａの５Ｂ-５Ｂ線における断面図である。 図６は、第２の実施形態における第１および第２光源の平面図である。 図７は、フレネルレンズの他の例を示す平面図である。 図８は、光拡散構造の他の例を示す断面図である。 図９は、フレネルレンズの他の例を示す断面図である。 図１０は、フレネルレンズの他の例を示す断面図である。 図１１Ａは、フレネルレンズの他の例を示す平面図である。 図１１Ｂは、図１１Ａの１１Ｂ-１１Ｂ線における断面図である。 図１１Ｃは、図１１Ａの１１Ｃ-１１Ｃ線における断面図である。 図１２Ａは、フレネルレンズの他の例を示す平面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ-１２Ｂ線における断面図である。 図１２Ｃは、図１２Ａの１２Ｃ-１２Ｃ線における断面図である。

特許文献１の技術によれば、ＬＥＤ素子から出射した光を混合するために、複数のＬＥＤ素子をグループに分け、グループごとに蛍光体層を設ける必要がある。具体的には、混色が生じやすいように、発光色が異なるＬＥＤ素子のグル―プを細かい縞状あるいはモザイク状に配置させる必要がある。このため、例えば、同じ発光色のＬＥＤ素子をまとめて配置する場合には、特許文献１の方法による混色を採用することが困難な場合がある。

一方、照明における輝度むらを低減させる光学部品として、表面に微小な凹凸を有する拡散板が利用されている。例えば、光源から出射する光を拡散板に透過させると、出射光の進行方向をランダムに変えることができる。このため、拡散板を用いて発光色の混色を行うことが考えられる。しかし、拡散板は、異なる発光色が隣接する境界近傍において発光色を混合し得るが、例えば、分離した２つの領域から出射する光を混合したり、発光色の異なる光源の面積が広い場合、十分な混色を得ることは困難である。また、拡散板で散乱させる光が多いほど、光源側へはね返される光の量が多くなることにより、光源やその周辺部材で光の吸収が多くなり、光取り出し効率が低下する。

以下、本開示の発光装置の実施形態を詳細に説明する。以下に示す実施形態は例示であって、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の発光装置１０１の断面構造を模式的に示している。発光装置１０１は、光拡散構造１０と、少なくとも１つの第１光源４０と、少なくとも１つの第２光源５０とを備えている。本実施形態では、発光装置１０１は複数の第１光源４０および複数の第２光源５０を備えている。以下、各構成要素を詳細に説明する。

［光拡散構造１０］
光拡散構造１０は、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０を含む。本実施形態では、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０はリニアフレネルレンズである。図２Ａおよび図２Ｂは、第１フレネルレンズ２０の平面図および断面図である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、平面視において第１フレネルレンズ２０の伸びる方向にｙ軸（第１方向）をとり、直交する方向（第２方向）にｘ軸をとる。また、図２Ｂに示すように、ｙ軸およびｘ軸に垂直な方向にｚ軸をとる。ｚ軸は、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の光軸と平行である。以下、ｘ軸およびｙ軸を含む面をｘｙ平面と呼び、ｘ軸およびｚ軸を含む平面をｘｚ平面とも呼ぶ。

一般的なリニアフレネルレンズは、図２Ｃに示すように、シリンドリカルレンズの表面形状を分割し、平面上に配置した断面形状を有している。これに対し、第１フレネルレンズ２０は、図２Ｃに示す一般的なリニアフレネルレンズにおいて、分割された複数の表面形状部分のうち、ハッチングで示す一部分のみを平面上に配置した断面形状を備えている。

具体的には、図２Ａに示すように、第１フレネルレンズ２０は、平面視（ｘｙ平面）において、ｙ方向に伸びる矩形形状を有する複数の領域２１を含む。複数の領域２１は、ｘ方向に配列されている。領域２１は、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのいずれかに割り当てられている。つまり、第１フレネルレンズ２０は、複数の第１領域２１ａおよび複数の第２領域２１ｂを含む。本実施形態では、複数の領域２１は、ｘ方向の中央に位置する第１領域２１ａを除き、矩形領域のｘ軸方向における幅は互いに等しい。また、本実施形態では、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは、交互に配置されている。

第１フレネルレンズ２０は、複数の第１領域２１ａにおいてのみ、断面（ｘｚ平面）が鋸歯状のセグメント２２を有する。セグメント２２の鋸歯形状は、シリンドリカルレンズの曲面部分を分割した断面形状と一致する。第１フレネルレンズ２０を構成するセグメント２２は第２領域２１ｂには配置されていない。このため、第１フレネルレンズ２０は、第１領域２１ａにおいて集光機能を有しており、第２領域２１ｂにおいては集光機能を有していない。第２領域２１ｂは、第１フレネルレンズ２０に垂直に入射する光を直進させることが好ましい。図２Ｂにおいて、ｚ軸に平行であり、正の方向に進む光および負の方向に進む光は、第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａに入射すると、セグメント２２と周囲の環境媒体（空気）との界面において屈折し、焦点２０ｆまたは焦点２０ｆ’に収束する。一方、第２領域２１ｂに入射するｚ軸に平行な光は、そのまま直進する。第１フレネルレンズ２０は、リニアフレネルレンズであるため、図２Ａに示すｙ軸に垂直な任意の断面（ｘｚ平面）において、焦点２０ｆおよび焦点２０ｆ’が存在し、焦点２０ｆおよび焦点２０ｆ’は、第１フレネルレンズ２０の平面視（ｘｙ平面）において、線分で示される。

第１フレネルレンズ２０は第１光源４０および第２光源５０から出射する光を透過する材料によって構成されている。第１フレネルレンズ２０のセグメント２２は、例えば、第１光源４０および第２光源５０から出射する光を透過する基板２３上に配置される。基板２３は、第１フレネルレンズ２０の各セグメント２２を所定の位置で支持する。基板２３およびセグメント２２は一体的に成形されていてもよい。セグメント２２および基板２３は、光学部品の構成材料として一般的に用いられるアクリル樹脂、ポリカーボネート等のプラスチック、ガラス等によって形成される。第１フレネルレンズ２０は、所望の形状を有する鋳型を作製し、射出成型などによって作製することができる。

第２フレネルレンズ３０は本実施形態では、第１フレネルレンズ２０と同一の形状を有している。ここで、同一の形状を有するとは、ｘ、ｙ、ｚ軸方向における形状が、製造誤差を除き同じであることを意味する。

図１に示すように、光拡散構造１０において、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０は、互いに平行であり、焦点２０ｆまたは２０ｆ’が一致するように支持体８０によって支持される。このため、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の光軸が互いに一致しており、第１フレネルレンズ２０の光路および第２フレネルレンズ３０の光路が一致している。本実施形態では、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０は、それぞれのセグメント２２が設けられていない面が互いに対向するように配置されている。

［第１光源４０、第２光源５０］
図３Ａおよび図３Ｂは、複数の第１光源４０および複数の第２光源５０の平面図および断面図である。発光装置１０１は基板６０をさらに備え、複数の第１光源４０および複数の第２光源５０が基板６０に配列されている。図３Ａおよび図３Ｂでは、それぞれ１５個の第１光源４０および第２光源５０が基板６０に配列されている。具体的には、第１光源４０は基板６０の主面６０ａにおける第１領域６１ａにまとめて配置されており、第２光源５０は主面６０ａの第２領域６２ａにまとめて配置されている。例えば、第１光源４０および第２光源５０は、５行３列のマトリックス状に配置されている。図３Ａおよび図３Ｂでは、第１光源４０および第２光源５０の数はそれぞれ１５であるが、それぞれ１以上であればよく、第１光源４０の数と第２光源５０の数とは異なっていてもよい。

第１光源４０および第２光源５０は互いに異なる波長帯域の光または互いに異なる相関色温度の光を出射する。波長帯域が異なる光として、例えば、第１光源４０および第２光源５０の一方は、昼光色光を出射し、他方は、赤色光を出射してもよい。また、第１光源４０および第２光源５０は互いに異なる相関色温度の白色光を出射してもよい。例えば、第１光源４０および第２光源５０の一方は、昼光色の光を出射し、他方は電球色の光を出射してもよい。電球色とは、例えば、相関色温度が２０００Ｋ以上４５００Ｋ以下であり、昼光色とは、例えば、相関色温度が５０００Ｋ以上６５００Ｋ以下である。

本実施形態では、第１光源４０は発光素子４１および発光素子４１の出射面４１ａに位置する被覆部材４３を含む。発光素子４１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等、半導体材料によって構成される公知の半導体発光素子である。被覆部材４３は、本実施形態では、発光素子４１が出射する光を吸収して、異なる波長の光を発する蛍光体等の波長変換部材を含んでいる。

発光素子４１は、例えば、ベアチップであり、ＣＯＢ(Chip On Board)技術によって、基板６０に実装されている。基板６０はＣＯＢによる発光素子４１の実装が可能なように、主面６０ａ上に電極パターン等が形成されている。発光素子４１は、基板６０上に接着剤等によって接合されており、ワイヤによって基板６０上の電極および他の発光素子４１と電気的に接続されている。また、被覆部材４３は複数の発光素子４１の出射面４１ａを一体的に覆うように基板６０上に設けられている。複数の発光素子４１を連続的に被覆部材４３で覆うことによって、分離した被覆部材４３で個別に発光素子４１を覆う場合に比べて生産性を高め、基板６０に第１光源４０を効率よく実装することができる。

第２光源５０も同様に、発光素子４２および発光素子４２の出射面４２ａに位置する被覆部材４４を含む。発光素子４２も、同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の公知の半導体発光素子である。被覆部材４４は、発光素子４２が出射する光を吸収して、異なる波長の光を発する蛍光体等の波長変換部材を含んでいる。発光素子４２も同様にベアチップであり、ＣＯＢ技術によって、基板６０に実装されている。被覆部材４４は複数の発光素子４２の出射面４２ａを一体的に覆うように基板６０上に設けられている。

発光素子４１および発光素子４２は、例えば、青色の光をそれぞれ出射する。被覆部材４３および被覆部材４４に含まれる波長変換部材は、発光素子４１および発光素子４２から出射する青色光の一部をそれぞれ吸収し、黄色の光を出射する。これにより、第１光源４０および第２光源５０はそれぞれ白色光を出射する。被覆部材４３および被覆部材４４に含まれる波長変換部材の特性が異なることにより、例えば、第１光源４０および第２光源５０の一方は電球色の光を出射し、他方は、昼光色の光を出射し得る。

発光素子４１および発光素子４２はベアチップに限られず、樹脂封止されていてよいし、表面実装が可能なパッケージに収納されていてもよい。また、第１光源４０および第２光源５０は被覆部材４３および被覆部材４４を含んでいなくてもよい。この場合、発光素子４１および発光素子４２のそれぞれに上述した波長変換部材が設けられていてもよい。また、第１光源４０および第２光源５０のそれぞれ、あるいは、いずれか一方は、赤、青、緑の光を出射する発光素子を含み、白色を出射してもよい。

図１に示すように、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の焦点２０ｆおよび焦点２０ｆ’を通る平面Ｐ０で分割された２つの領域１０Ａおよび領域１０Ｂのうち、一方の領域に第１光源４０が配置され、他方に第２光源５０が配置されるように、光拡散構造１０に対して少なくとも１つの第１光源４０および少なくとも１つの第２光源５０を支持した基板６０を配置することが好ましい。言い換えると、基板６０の主面６０ａにおける第１領域６１ａおよび第２領域６１ｂは、それぞれ領域１０Ａおよび領域１０Ｂに位置していることが好ましい。以下において説明するように、このような配置によって、効率的に第１光源４０および第２光源５０から出射した光を互いに混合することが可能となる。

以下において詳細に説明するように、光拡散構造１０は、第１光源４０および第２光源５０から光拡散構造１０の第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の光軸（ｚ軸）と平行に出射する光を主として効率良く混合することができる。このため、第１光源４０が配列された第１領域６１ａおよび第２光源５０が配列された第２領域６２ａの合計のサイズは、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の平面視におけるサイズと同程度以下であることが好ましい。つまり、第１領域６１ａおよび第２領域６２ａのｘ方向における長さの和は、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０のｘ方向の長さ以下であることが好ましい。また、第１領域６１ａおよび第２領域６２ａのｙ方向における長さは、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０のｙ方向の長さ以下であることが好ましい。言い換えると、第１光源４０および第２光源５０の数および配置によって、第１領域６１ａおよび第２領域６２ａのサイズが決定するため、第１領域６１ａおよび第２領域６２ａのサイズに応じて、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０のサイズを決定すれば、効率的に第１光源４０および第２光源５０から出射した光を互いに混合することができる発光装置が実現し得る。

［拡散板６５］
発光装置１０１は拡散板６５を備えていてもよい。拡散板６５は、光拡散構造１０を透過した第１光源４０および第２光源５０からの光が入射する位置に配置され、支持体８０に支持されている。拡散板６５には、照明むらを抑制するために、照明装置および表示装置の面発光光源等として用いられる種々の物性の拡散板を用いることができる。

［光拡散構造１０における光の拡散］
図４Ａを参照しながら、光拡散構造１０から出射する光を説明する。図４Ａは、発光装置１０１における第１光源４０および第２光源５０から出射する光が光拡散構造１０を透過する様子を模式的に示している。分かり易さのため、第１光源４０および第２光源５０から出射する光のうち、ｚ軸と平行な光線のみを示している。

第１光源４０から出射した光のうち、第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａに入射する光８１は、第２フレネルレンズ３０のセグメント２２に入射し、屈折する。セグメント２２から出射する光８１は焦点２０ｆ’を通り、第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａに位置するセグメント２２へ入射する。この光は、第１フレネルレンズ２０の焦点２０ｆ’から発散する点光源からの光と等価であり、セグメント２２に入射し屈折することによって、ｚ軸と平行な光８１’として出射する。

一方、第１光源４０から出射した光のうち、第２フレネルレンズ３０の第２領域２１ｂに入射する光８１は、セグメント２２が存在しないため、屈折せずにそのまま直進し、第１フレネルレンズ２０の第２領域２１ｂに入射する。第１フレネルレンズ２０の第２領域２１ｂにもセグメント２２は存在しないため、光８１はｚ軸と平行な光８１として出射する。

第２光源５０から出射した光のうち、第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａに入射する光８２は、第２フレネルレンズ３０のセグメント２２に入射し、屈折する。セグメント２２から出射する光８２は焦点２０ｆ’を通り、第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａに位置するセグメント２２へ入射する。上述した通り、この光は、第１フレネルレンズ２０の焦点２０ｆ’から発散する点光源からの光と等価であり、セグメント２２に入射し屈折することによって、ｚ軸と平行な光８２’として出射する。

一方、第２光源５０から出射した光のうち、第２フレネルレンズ３０の第２領域２１ｂに入射する光８２は、セグメント２２が存在しないため、屈折せずにそのまま直進し、第１フレネルレンズ２０の第２領域２１ｂに入射する。第１フレネルレンズ２０の第２領域２１ｂにもセグメント２２は存在しないため、光８２はｚ軸と平行な光８２として出射する。

したがって、第１光源４０から出射した光のうち、直進する光８１は、第２光源５０から出射し、焦点２０ｆ’を通過した光８２’と混合される。また、第１光源４０から出射した光のうち、焦点２０ｆ’を通過した光８１’は第２光源５０から出射し、直進する光８２と混合される。

このように、光拡散構造１０において、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０が同形状を有しており、焦点が一致するように、互いに平行に配置されていることにより、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の集光機能を有しない第２領域２１ｂが光軸方向に並ぶ。また第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の集光機能を有する第１領域２１ａが光軸方向に並ぶ。よって、光軸に平行な光を光拡散構造１０に入射させると、第２領域２１ｂを透過する光は光拡散構造１０によって進行方向を変えられずにそのまま直進する。一方、第１領域２１ａに入射した光は、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０によって屈折し、焦点２０ｆ’に対して点対称となるように出射する。このため、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の光軸を含む平面で分けられる２つの領域１０Ａおよび１０Ｂの一方から光拡散構造１０に入射する光は、焦点２０ｆ’を通って他方から出射する。よって、光拡散構造１０を直進する光と屈折する光とが混合される。つまり、２つの領域から出射する光を均一に混合することが可能となる。

第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０において、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは、交互に設けられている。また、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのｘ方向の幅は等しい。このため、直進する光８１と焦点２０ｆ’を通過した光８２’との割合はほぼ等しい。同様に、焦点２０ｆ’を通過した光８１’と直進する光８２との割合はほぼ等しい。よって、光拡散構造１０を透過した光全体において、第１光源４０と第２光源５０との混色の程度は均一である。

なお、図４Ａから分かるように、光拡散構造１０に光軸に平行な光を入射させた場合、第１フレネルレンズ２０を直進する光８１と屈折によって出射する光８２’とは、同じ領域から出射しないため、厳密な意味では、第１光源４０の光と第２光源５０の光との混色光が出射するわけではない。しかし、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの幅が狭いため、非常に狭い幅の縞模様となり、光拡散構造１０から少し離れた位置では、出射光はほぼ混合され得る。また、外部から光拡散構造１０を見た場合に、第１光源４０の光と第２光源５０の光とによる縞模様が認識できる場合には、拡散板６５を備えることにより、ほぼ均一な色となり得る。

上記説明では、ｚ軸に平行な光のみについて説明したが、実際には、ｚ軸に対して種々の角度をなす光が光拡散構造１０に入射する。これらの光は、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂに斜めに入射するため、上述した通りには光は進まず、第２フレネルレンズ３０の第２領域２１ｂに入射した光８１、８２が、第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａから出射したり、第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａに入射した光８１、８２が、第１フレネルレンズ２０の第２領域２１ｂから出射し得る。このため、より混色が生じやすくなる。

また、上記説明から分かるように、（ｉ）第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０が同一形状を備え、これらの焦点の位置が一致している、（ｉｉ）第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０が互いに平行であることによって、これらの光軸が一致している、という２つの条件を満たす場合、第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂに入射した光が光学的な対称性に基づき、第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂを透過して光拡散構造１０から出射する。このため、より正確に光方向を制御することができ、混色の程度を高めることができる。

しかし、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０がこれら２つの条件を満たしていない場合でも、ある程度の混色の効果を得ることが可能である。具体的には、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０が互いに平行でなくてもよい。あるいは、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の形状が多少異なっていたり、焦点の位置が一致せず、ずれていたり、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の光軸が一致せず、ずれていてもよい。これらの場合でも、第１フレネルレンズの光路の少なくとも一部が第２フレネルレンズの光路と重なっている限り、第２フレネルレンズ３０の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂに入射した光の一部は第１フレネルレンズ２０の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂを透過して光拡散構造１０から出射することが可能であるため、ある程度、混色の効果を得ることが可能である。

さらに、光拡散構造１０が第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０の一方しか有しない場合でも、ある程度の混色の効果を得ることができる。例えば、図４Ｂに示すように、光拡散構造１０が第２フレネルレンズ３０のみを有する場合、第１フレネルレンズ２０がないために、第１領域２１ａに入射し、屈折することによって焦点２０ｆ’（または２０ｆ）を通過した光８１’、８２’をｚ軸に対して平行となるように、更に屈折させることはできない。しかし、この場合でも、焦点２０ｆ’（または２０ｆ）を通過した光８１’、８２’は、第２光源５０から出射し、直進する光８２および第１光源から出射し、直進する光８１とそれぞれ混合し得る。この効果は、第１フレネルレンズ２０または第２フレネルレンズ３０の屈折を利用するため、例えば拡散板の表面における等方的な散乱よりも多くの量の光の出射する方向を変えることができ、拡散板に比べると十分に大きな混色効果を得ることが可能である。

このように本実施形態によれば、第２フレネルレンズ３０の第２領域２１ｂを透過する光の方向は変えず、第１領域２１ａを透過する光の出射方向を屈折によって大きく変えることができるため、フレネルレンズと同程度の大きさの領域に配置される２以上の光源から出射する光を混合することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の発光装置１０２は、光拡散構造１０’のフレネルレンズが円形状を有している点で、第１の実施形態の発光装置１０１と異なっている。第２の実施形態の発光装置１０２の断面構造は図１に示す発光装置１０１と同じである。図５Ａおよび図５Ｂは、発光装置１０２の第１フレネルレンズ２０’の平面図および断面図である。

図５Ａに示すように、第１フレネルレンズ２０’は、平面視（ｘｙ平面）において、光軸２０ｉを中心とする同心状に配置された複数の輪帯領域２１’を含む。各輪帯領域２１’は、リング形状を有する。複数の輪帯領域２１’は、第１領域２１ａ’および第２領域２１ｂ’のいずれかに割り当てられている。つまり、複数の輪帯領域２１’は、複数の第１領域２１ａ’および複数の第２領域２１ｂ’を含む。本実施形態では、複数の輪帯領域２１’の半径方向における幅は互いに等しい。また、本実施形態では、第１領域２１ａ’および第２領域２１ｂ’は、交互に配置されている。

第１フレネルレンズ２０’は、複数の第１領域２１ａ’においてのみ、断面が鋸歯状の輪帯２２’を有する。図５Ａおよび図５Ｂでは、分かり易さのため、輪帯２２’を網掛けのハッチングで示している。輪帯２２’の鋸歯形状は、球面レンズを同心状に分割した断面形状と一致する。球面レンズを構成する輪帯２２’は第２領域２１ｂ’に配置されていない。このため、第１フレネルレンズ２０’は、第１領域２１ａ’において集光機能を有しており、第２領域２１ｂ’においては集光機能を有していない。図５Ｂにおいて、ｚ軸に平行であり、正の方向に進む光および負の方向に進む光は、第１フレネルレンズ２０’の第１領域２１ａ’に入射すると、輪帯２２’において屈折し、それぞれ焦点２０ｆ、２０ｆ’に収束する。一方、第２領域２１ｂ’に入射するｚ軸に平行な光は、そのまま直進する。第２フレネルレンズ３０’は、第１フレネルレンズ２０’と同一の形状を備えている。光拡散構造１０’において、第１フレネルレンズ２０’の光軸２０ｉは第２フレネルレンズ３０’の光軸３０ｉと一致しており、第１フレネルレンズ２０’の焦点の位置は第２フレネルレンズ３０’の焦点の位置と一致している。

図６は、複数の第１光源４０および複数の第２光源５０の平面図である。本実施形態では、第１光源４０は基板６０の主面６０ａにおける第１領域６１ａおよび第３領域６３ａにまとめて配置されており、第２光源５０は主面６０ａの第２領域６２ａおよび第４領域６４ａにまとめて配置されている。例えば、複数の第１光源４０および複数の第２光源５０は、それぞれの領域において、３行３列のマトリックス状に配置されている。

図６に示すように、第２フレネルレンズ３０’の光軸３０ｉと基板６０の主面６０ａとの交点６０ｃに対して、第１領域６１ａと第２領域６２ａとは点対称の関係で位置している。同様に、第３領域６３ａと第４領域６４ａとは交点６０ｃに対して、点対称の関係で位置している。

発光装置１０２における、第１光源４０および第２光源５０から出射する光の混合は、第１フレネルレンズ２０’および第２フレネルレンズ３０’の光軸２０ｉ、３０ｉに対して対称に発生する。つまり、光軸２０ｉ、３０ｉを含む任意の断面において、図４Ａを参照して説明したように、第１光源４０と第２光源５０との混合が生じる。例えば図６において破線Ｐ１で示す断面で発光装置１０２を見た場合、図４Ａに示すように、第１領域６１ａの第１光源４０から出射した光のうち、直進する光８１は、第２領域６２ａの第２光源５０から出射し、焦点２０ｆ’を通過した光８２’と混合される。また、第１領域６１ａの第１光源４０から出射した光のうち、焦点２０ｆ’を通過した光８１’は第２領域６２ａの第２光源５０から出射し、直進する光８２と混合される。

また、図６において破線Ｐ２で示す断面で発光装置１０２を見た場合、図４Ａに示すように、第３領域６３ａの第１光源４０から出射した光のうち、直進する光８１は、第４領域６４ａの第２光源５０から出射し、焦点２０ｆ’を通過した光８２’と混合される。また、第３領域６３ａの第１光源４０から出射した光のうち、焦点２０ｆ’を通過した光８１’は第４領域６４ａの第２光源５０から出射し、直進する光８２と混合される。

したがって、本実施形態の発光装置１０２によれば、第２フレネルレンズ３０’の第２領域２１ｂを透過する光の方向は変えず、第１領域２１ａを透過する光の出射方向を屈折によって大きく変えることができるため、フレネルレンズと同程度の大きさの領域に配置される２以上の光源から出射する光を混合することができる。

（その他の形態）
本開示の発光装置には種々の改変が可能である。例えば、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズは、リニアフレネルレンズおよび円形のフレネルレンズ以外に、図７に示すように、楕円形状を有するフレネルレンズ１２０であってもよい。

また、第１および第２の実施形態において、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズは、それぞれのセグメント２２または輪帯２２’が設けられていない面が互いに対向するように配置されていた。しかし、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズの配置はこれに限られない。例えば、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズは、それぞれセグメント２２または輪帯２２’が設けられた面が互いに対向するように配置されていてもよい。また、それぞれのセグメント２２または輪帯２２’が第１光源４０および第２光源５０、あるいは、拡散板６５と対向するように、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズが配置されていてもよい。

また、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズを１つの基板の表面および裏面に形成してもよい。例えば図８に示す光拡散構造１０’’は、第１主面７０ａおよび第２主面７０ｂを有する板状の基体７０と、第１主面７０ａに位置する第１フレネルレンズ２０と、第２主面７０ｂに位置する第２フレネルレンズ３０とを備えている。第１フレネルレンズ２０の焦点２０ｆ’および第２フレネルレンズ３０の焦点２０ｆ’は、基体７０内に位置しており、一致している。基体７０、第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０を、例えば樹脂によって、一体的に形成することにより光拡散構造１０’’を作製することができる。光拡散構造１０’’によれば、第１フレネルレンズ２０と第２フレネルレンズ３０との位置合わせが不要であり、光拡散構造１０’’を透過する光の光路をより正確に制御することが可能である。

また、第１および第２の実施形態では、フレネルレンズにおける第１領域および第２領域の、集光機能を有する断面における幅は同じである。しかし、これらは異なっていてもよい。具体的には、図９に示すように、複数の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂにおいて、ｘ軸方向の幅は異なっていてもよい。図９では、複数の第１領域２１ａ間で幅がランダムに異なっており、複数の第２領域２１ｂ間で幅がランダムに異なっている。あるいは、複数の第１領域２１ａと複数の第２領域２１ｂとの間で、ｘ軸方向の幅が異なっているが、複数の第１領域２１ａ間は同じ幅を有し、複数の第２領域２１ｂ間では同じ幅を有していてもよい。第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの幅が上述した態様で異なっていても、セグメント２２（あるいは輪帯２２’）の曲面は、シリンドリカルレンズあるいは球面レンズの一部をそれぞれ構成しているため、フレネルレンズ全体としては、焦点２０ｆおよび焦点２０ｆ’に光を集束させ得る。

また、第１および第２の実施形態では、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズは同一の形状を有していた。しかし、２つのフレネルレンズは同じ光学的構造を有していてもよい。同じ光学的特性とは、２つのフレネルレンズにおける第１領域および第２領域の形状および配置が同じであり、第１領域における集光特性が同じであり、第２領域においては集光機能を有していことを言う。第２領域は、フレネルレンズに垂直に入射する光を直進させることが好ましい。例えば、第２領域において、断面が矩形のセグメントまたは輪帯を有する場合、フレネルレンズは、第２領域において、集光機能を有さず、かつ、垂直に入射する光を直進させる。この場合、第２領域において、断面が矩形のセグメントまたは輪帯を有するフレネルレンズと、第２領域において、断面が矩形のセグメントまたは輪帯を有しないフレネルレンズとは、形状が異なるが、光学的構造は同じである。さらに、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズにおいて、複数の第１領域の一部の形状が異なっていたり、複数の第１領域の一部の配置が異なっていても、ある程度の混色の効果を得ることが可能である。

また、第１および第２の実施形態では、フレネルレンズにおける第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは交互に配列されていた。しかし、２つの領域はランダムに配列されていてもよい。具体的には、図１０に示すように、フレネルレンズの中央の領域を除き、ｘ方向には第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのいずれか一方がランダムに決定されている。第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのｘ方向の幅は図１０では、いずれも同じである。図１０に示す例では、第１領域２１ａにセグメント２２（あるいは輪帯２２’）が配置される。第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂはｘ方向に連続して配列していてもよい。さらに、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは、交互およびランダム以外の他の規則性に基づき配置されてもよい。

図９および図１０に示す構造に従って、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの配置や形状を決定する場合、フレネルレンズにおける第１領域２１ａの総面積および第２領域２１ｂの総面積の比は第１光源４０および第２光源５０から出射する光の光量等に応じて、出射する光に混色むらが小さくなるように、決定することが好ましい。

また、第１および第２の実施形態では、第１領域２１ａにのみセグメント２２または輪帯２２’を設けていた。しかし、逆に第２領域２１ｂにのみセグメント２２または輪帯２２’を設けてもよい。セグメント２２または輪帯２２’をどちらの領域に設けるかの規則を適用する領域を確定させる限り、セグメント２２または輪帯２２’を第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの両方に設けてもよい。

例えば、第１の実施形態の第１フレネルレンズ２０および第２フレネルレンズ３０として用いることのできるリニアシリンドリカルレンズを３つの領域に分割してもよい。図１１Ａは、ｙ方向において３つの領域に分割されたリニアシリンドリカルレンズの平面図を示し、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれ図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂ線における断面および１１Ｃ−１１Ｃ線における断面を示す。これらの図において、輪帯２２を網掛けのハッチングで示している。

これらの図に示すように、領域２０Ａおよび領域２０Ｃにおいては、セグメント２２は、第１領域２１ａに配置され、第２領域２１ｂには配置されていない。領域２０Ｂにおいては、セグメント２２は、第２領域２１ｂに配置され、第１領域２１ａには配置されていない。図１１Ａから図１１Ｃに示すリニアシリンドリカルレンズは、ｙ方向に、上述した規則が異なる３つのリニアシリンドリカルレンズが配置された構造を有しているとみることもできる。

図１２Ａから図１２Ｃは、円形状のシリンドリカルレンズを４つの領域２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに分割した例を示す。図１２Ａは、４つの領域に分割された円形状のシリンドリカルレンズの平面図を示し、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、それぞれ図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線における断面および１２Ｃ−１２Ｃ線における断面を示す。これらの図において、輪帯２２’を網掛けのハッチングで示している。領域２０Ｂおよび領域２０Ｃにおいて、輪帯２２’は、第１領域２１ａ’に配置され、第２領域２１ｂ’には配置されていない。また、領域２０Ａおよび領域２０Ｄにおいて、輪帯２２’は、第２領域２１ｂ’に配置され、第１領域２１ａ’には配置されていない。

円形状のシリンドリカルレンズが領域２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに分割されているため、第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂは、部分リング形状を有する。また、輪帯２２’も環を構成せず、部分輪帯である。図４を参照して説明したように、光拡散構造において、入射する光の一部は第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズの焦点を通るため、光軸２０ｉに対して対称に位置する領域では、輪帯を設ける規則は同じであることが好ましい。

本開示の発光装置は、室内照明、各種インジケーター、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の用途に使用することができる。

１０、１０’、１０’’ 光拡散構造
１０Ａ 領域
２０、２０’ 第１フレネルレンズ
２０Ａ〜２０Ｄ 領域
２０ｉ 光軸
２０ｆ２０ｆ’ 焦点
２１ 矩形領域
２１’ 輪帯領域
２１ａ 第１領域
２１ｂ 第２領域
２２ セグメント
２２’ 輪帯
３０、３０’ 第２フレネルレンズ
４０ 第１光源
４１、４２ 発光素子
４１ａ、４２ａ 出射面
４３、４４ 被覆部材
５０ 第２光源
６０ 基板
６０ａ 主面
６５ 拡散板
７０ 基体
７０ａ 第１主面
７０ｂ 第２主面
８０ 支持体
８１、８１’、８２、８２’ 光
１０１、１０２ 発光装置

Claims (10)

1. 互いに異なる波長帯域または相関色温度の光を出射する少なくとも２つの光源と、
   前記少なくとも２つの光源から出射する光が透過する位置に配置され、リニアフレネルレンズである第１フレネルレンズであって、第１方向に伸び、前記第１方向と異なる第２方向に配列された矩形形状を有する複数の第１領域および複数の第２領域を含み、前記複数の第１領域および前記複数の第２領域のうち、一方の領域にのみ配置された断面が鋸歯状のセグメントによって構成される第１フレネルレンズを有する光拡散構造と、
   を備え、
   前記光拡散構造は、前記第１フレネルレンズと同じ光学的構造を有する第２フレネルレンズをさらに備え、前記第１フレネルレンズの光路の少なくとも一部は前記第２フレネルレンズの光路と重なっている、発光装置。
2. 互いに異なる波長帯域または相関色温度の光を出射する少なくとも２つの光源と、
   前記少なくとも２つの光源から出射する光が透過する位置に配置され、円または楕円形状を有する第１フレネルレンズであって、同心状に配置されたリング形状または部分リング形状を有する複数の第１領域および複数の第２領域を含み、前記複数の第１領域および前記複数の第２領域のうち、一方の領域にのみ配置された断面が鋸歯状の輪帯によって構成される第１フレネルレンズを有する光拡散構造と、
   を備え、
   前記光拡散構造は、前記第１フレネルレンズと同じ光学的構造を有する第２フレネルレンズをさらに備え、前記第１フレネルレンズの光路の少なくとも一部は前記第２フレネルレンズの光路と重なっている、発光装置。
3. 前記光拡散構造において、前記第１フレネルレンズと前記第２フレネルレンズとは互いに平行に配置され、光軸が一致している、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１フレネルレンズおよび前記第２フレネルレンズは、同一形状を有している請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記第１フレネルレンズおよび前記第２フレネルレンズの焦点の位置は一致している、請求項２に記載の発光装置。
6. 前記第１フレネルレンズにおいて前記第１領域および前記第２領域は交互に配列されている請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記第１フレネルレンズにおいて、前記第２領域は集光機能を実質的に有していない、請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
8. 第１主面および第２主面を有する板状の基体をさらに備え、
   前記第１フレネルレンズおよび前記第２フレネルレンズは、それぞれ、前記第１主面および第２主面にそれぞれ位置している請求項１から７のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記少なくとも２つの光源のそれぞれは、前記互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の第１光源および複数の第２光源を含み、
   前記複数の第１光源および前記複数の第２光源のそれぞれは、
   出射面を有する発光素子と、
   蛍光体を含み、前記発光素子の出射面を覆う被覆部材と、
   を含む請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。
10. 前記少なくとも２つの光源は、白色光を出射する第１光源と、電球色光を出射する第２光源とを含む請求項９に記載の発光装置。

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