JP6642211B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
本願は発光装置に関する。 The present application relates to a light emitting device.
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。 There has been proposed a light emitting device including a plurality of types of light sources having different emission colors and capable of dimming or emitting light having high color rendering properties. In such a light emitting device, it is preferable to emit light in a sufficiently mixed color state so that emitted colors are not seen separately. For example, Patent Literature 1 discloses an LED capable of emitting uniform illumination light without color mixture unevenness by grouping a plurality of LED elements in a striped or mosaic shape and covering each group with a different phosphor layer. An apparatus is disclosed.
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。 According to the light emitting device of Patent Literature 1, the arrangement of the LED elements is limited. One non-limiting exemplary embodiment of the present application provides a light-emitting device that can emit light with reduced color mixture unevenness regardless of the arrangement of the light source.
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。 A light emitting device according to an embodiment of the present disclosure is a linear Fresnel lens that is disposed at at least two light sources that emit light having different wavelength bands or correlated color temperatures from each other and at a position where light emitted from the at least two light sources is transmitted. A Fresnel lens, comprising a plurality of first regions and a plurality of second regions having a rectangular shape extending in a first direction and arranged in a second direction different from the first direction, wherein the plurality of first regions and And a light diffusion structure having a first Fresnel lens having a cross section formed by sawtooth-shaped segments disposed only in one of the plurality of second regions.
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。 According to the light emitting device of the present disclosure, it is possible to provide a light emitting device that can emit light with reduced color mixture unevenness without depending on the arrangement of the light source.
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。 According to the technique of Patent Document 1, in order to mix light emitted from LED elements, it is necessary to divide a plurality of LED elements into groups and provide a phosphor layer for each group. Specifically, it is necessary to arrange a group of LED elements having different emission colors in a fine striped or mosaic shape so that mixed colors easily occur. For this reason, for example, when the LED elements of the same emission color are arranged collectively, it may be difficult to adopt the color mixture by the method of Patent Document 1.
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。 On the other hand, a diffusion plate having minute unevenness on its surface is used as an optical component for reducing uneven brightness in illumination. For example, when light emitted from a light source is transmitted through a diffusion plate, the traveling direction of emitted light can be changed at random. For this reason, it is conceivable to mix light emission colors using a diffusion plate. However, the diffusion plate can mix the emission colors near the boundary where different emission colors are adjacent.For example, when mixing light emitted from two separated regions or when the area of the light source having different emission colors is large, It is difficult to obtain a sufficient color mixture. In addition, as the amount of light scattered by the diffusion plate increases, the amount of light repelled toward the light source increases, so that the light absorption by the light source and its peripheral members increases, and the light extraction efficiency decreases.
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。 Hereinafter, embodiments of the light emitting device of the present disclosure will be described in detail. The embodiments described below are examples and do not limit the present invention.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a
[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。
[Light diffusion structure 10]
The
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。
As shown in FIG. 2C, a general linear Fresnel lens has a sectional shape obtained by dividing the surface shape of a cylindrical lens and arranging it on a plane. On the other hand, the
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。
Specifically, as shown in FIG. 2A, the
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。
The
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。
The
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。
In the present embodiment, the
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。
As shown in FIG. 1, in the
[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。
[First
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of the plurality of
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。
The
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。
In the present embodiment, the
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。
The
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。
Similarly, the second
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。
The light-emitting
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, one of the two
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。
As described in detail below, the
[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。
[Diffusion plate 65]
The
[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。
[Diffusion of Light in Light Diffusion Structure 10]
The light emitted from the
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。
Of the light emitted from the
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。
On the other hand, among the light emitted from the
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。
Of the light emitted from the second
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。
On the other hand, of the light emitted from the second
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。
Accordingly, of the light emitted from the
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。
As described above, in the
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。
In the
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。
As can be seen from FIG. 4A, when light parallel to the optical axis is incident on the
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。
In the above description, only the light parallel to the z-axis has been described. However, actually, light at various angles with respect to the z-axis enters the
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。
Further, as can be understood from the above description, (i) the
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。
However, even when the
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。
Further, even when the
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。
As described above, according to the present embodiment, the direction of the light passing through the
(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。
(Second embodiment)
The
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。
As shown in FIG. 5A, the first Fresnel lens 20 'includes a plurality of annular zones 21' arranged concentrically about the
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。
The first Fresnel lens 20 'has an annular zone 22' having a sawtooth cross section only in the plurality of
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。
FIG. 6 is a plan view of the plurality of
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
The light emitted from the
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。
When the
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。
Therefore, according to the
(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。
(Other forms)
Various modifications can be made to the light emitting device of the present disclosure. For example, the first Fresnel lens and the second Fresnel lens may be an
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。
In the first and second embodiments, the first Fresnel lens and the second Fresnel lens are arranged such that the surfaces on which the
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。
Further, the first Fresnel lens and the second Fresnel lens may be formed on the front surface and the back surface of one substrate. For example, a
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。
In the first and second embodiments, the widths of the first region and the second region in the Fresnel lens in the cross section having the light collecting function are the same. However, they may be different. Specifically, as shown in FIG. 9, the width in the x-axis direction may be different in the plurality of
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。 In the first and second embodiments, the first Fresnel lens and the second Fresnel lens have the same shape. However, the two Fresnel lenses may have the same optical structure. The same optical characteristic means that the first region and the second region in the two Fresnel lenses have the same shape and arrangement, the light condensing characteristics in the first region are the same, and the second region has the light condensing function. Say that you are. In the second region, it is preferable that light that is perpendicularly incident on the Fresnel lens goes straight. For example, in the case where the second region has a segment or an annular zone having a rectangular cross section, the Fresnel lens does not have a light condensing function and causes light that enters vertically to travel straight in the second region. In this case, in the second region, the Fresnel lens having a segment or an annular zone having a rectangular cross section is different from the Fresnel lens having no segment or an annular zone having a rectangular cross section in the second region. The structure is the same. Furthermore, in the first Fresnel lens and the second Fresnel lens, even if the shapes of some of the plurality of first regions are different or the arrangement of some of the plurality of first regions is different, a certain degree of color mixing effect can be obtained. It is possible to get.
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。
In the first and second embodiments, the
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。
When the arrangement and shape of the
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。
In the first and second embodiments, the
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。
For example, a linear cylindrical lens that can be used as the
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。
As shown in these figures, in the
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。
12A to 12C show examples in which a circular cylindrical lens is divided into four
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。
Since the circular cylindrical lens is divided into the
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。 The light emitting device of the present disclosure can be used for various applications such as indoor lighting, various indicators, in-vehicle components, and signboard channel letters.
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
10, 10 ′, 10 ″
Claims (10)
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。 At least two light sources that emit light of different wavelength bands or correlated color temperatures,
A first Fresnel lens, which is a linear Fresnel lens and is disposed in a position through which light emitted from the at least two light sources is transmitted, and extends in a first direction and is arranged in a second direction different from the first direction. Including a plurality of first regions and a plurality of second regions having a shape, a cross section arranged in only one of the plurality of first regions and the plurality of second regions is constituted by a sawtooth-shaped segment. A light diffusing structure having a first Fresnel lens,
Equipped with a,
The light diffusion structure further includes a second Fresnel lens having the same optical structure as the first Fresnel lens, and at least a part of an optical path of the first Fresnel lens overlaps with an optical path of the second Fresnel lens. Light emitting device.
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。 At least two light sources that emit light of different wavelength bands or correlated color temperatures,
A first Fresnel lens having a circular or elliptical shape and arranged at a position where light emitted from the at least two light sources is transmitted, and a plurality of first regions having a concentrically arranged ring shape or a partial ring shape. And a plurality of second regions, and a first Fresnel lens having a cross section arranged in only one of the plurality of first regions and the plurality of second regions, the cross section being constituted by a sawtooth-shaped orbicular zone. Light diffusion structure,
Equipped with a,
The light diffusion structure further includes a second Fresnel lens having the same optical structure as the first Fresnel lens, and at least a part of an optical path of the first Fresnel lens overlaps with an optical path of the second Fresnel lens. Light emitting device.
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。 A plate-shaped substrate having a first main surface and a second main surface,
Wherein the first Fresnel lens and the second Fresnel lens, respectively, the light emitting device according to any one of claims 1 to 7 which are located respectively on the first main surface and second main surface.
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。 Each of the at least two light sources includes a plurality of first light sources and a plurality of second light sources that emit light in the different wavelength bands,
Each of the plurality of first light sources and the plurality of second light sources,
A light emitting element having an emission surface,
Including a phosphor, a covering member that covers the emission surface of the light emitting element,
The light emitting device according to any one of claims 1 to 8 , comprising:
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JP2017183146A (en) | 2017-10-05 |
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