(57)【要約】【課題】マルチＬＥＤ照明ユニットからの光をコリメート化するデバイスを提供する。【解決手段】本発明は、第１の特性の光をコリメート化する第１コリメータ（１３１）と、第２の特性の光をコリメート化する少なくとも１つの第２コリメータ（１４１）とを備え、前記コリメータの受光エリア（１３２、１４２）は、少なくとも部分的に重なっており、前記コリメータの前記出力エリア（１３３、１４３）は部分的に重なっている、光コリメート化構造体（１０２）を提供するものである。前記少なくとも２つのコリメータは、基本的には互いに独立して働く。従って、照明ユニットの光源の各々に対して良好なコリメート化を行うよう、これらコリメータは互いに独立するように位置決めできる。更にコリメータは、良好な光の混合が得られるよう、互いに独立した状態に設計することができる。【選択図】図１
2010507245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コリメータと少なくとも１つの第２コリメータとを含む光コリメート化構造体であって、
前記コリメータの各々は、ジョウゴ形状であり、受光エリアと出力エリアとを有し、前記受光エリアは、前記出力エリアよりも狭く、前記コリメータの各々は、更に前記受光エリアと前記出力エリアとを接続する側壁を有し、
前記第１コリメータの前記受光エリアと前記第２コリメータの前記受光エリアとは、重なった領域を形成し、この重なった領域を通して前記コリメータ構造体内に光を受けることができ、
前記第１コリメータの前記出力エリアと前記第２コリメータの前記出力エリアとは部分的に重なっており、
前記第１コリメータの前記側壁は、第１の特性の光を反射でき、前記第２コリメータの前記側壁は、第２の特性の光を反射でき、
前記重なった領域と前記第２コリメータの側壁との間の光路内に位置する前記第１コリメータの前記側壁の部分は、前記第２の特性の光を透過でき、
前記重なった領域と前記第１コリメータの側壁との間の光路内に位置する前記第２コリメータの前記側壁の部分は、前記第１の特性の光を透過できる、光コリメート化構造体。
【請求項２】
前記第１の特性の光は、第１の波長インターバルであり、前記第２の特性の光は、第２の波長インターバルである、請求項１に記載の光コリメート化構造体。
【請求項３】
前記第２の特性の光を透過できる、前記第１コリメータの前記側壁の前記部分には、前記第１の特性の光を反射でき、かつ前記第２の特性の光を透過できるフィルタが設けられている、請求項１又は２に記載の光コリメート化構造体。
【請求項４】
前記第１の特性の光を透過できる、前記第２コリメータの前記側壁の前記部分には、前記第２の特性の光を反射でき、かつ前記第１の特性の光を透過できるフィルタが設けられている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の光コリメート化構造体。
【請求項５】
前記フィルタは、異なる屈折率および／または異なる厚さを有する、交互に配置された層のスタックを備える、請求項３又は４に記載の光コリメート化構造体。
【請求項６】
前記第１コリメータおよび／または前記第２コリメータの前記側壁の表面と前記基板に対する前記垂線との間の角度は、前記基板からの距離に従って減少する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光コリメート化構造体。
【請求項７】
受光エリアおよび出力エリアを有するプリコリメータを更に備え、このプリコリメータは、このプリコリメータの前記出力エリアが前記第１および前記第２コリメータの前記受光エリアに向くように配置されている、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光コリメート化構造体。
【請求項８】
受光エリアおよび出力エリアを有するプリコリメータを更に備え、このプリコリメータは、このプリコリメータの前記受光エリアが前記第１および前記第２コリメータの前記出力エリアに向くように配置されている、請求項１乃至７の何れか１項に記載の光コリメート化構造体。
【請求項９】
少なくとも１つの照明ユニットと、前記照明ユニットが発生した光を受け、かつコリメート化するようになっている、請求項１乃至８の何れか１項に記載のコリメート化構造体とを含む発光デバイスであって、
前記照明ユニットは、第１の特性の光を発生するための少なくとも１つの第１光源と、第２の特性の光を発生するための第２光源とを備え、
前記照明ユニットによって発生された光は、前記コリメート化構造体の前記重なった領域を通して前記コリメート化構造体内に受光される発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１光源は、第１波長インターバルの光を発生し、前記第２光源は、第２波長インターバルの光を発生する、請求項９に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記第１光源は、第１発光ダイオードを含み、前記第２光源は、第２発光ダイオードを含む、請求項９又は１０に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記第１発光ダイオードと前記第２発光ダイオードとは、基板上に並置されている、請求項１１に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記第１コリメータの前記出力エリアは、前記第１光源の前方の中心に配置されており、および／または前記第２コリメータの前記出力エリアは、前記第２光源の前方の中心に配置されている、請求項９乃至１２の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記第１コリメータの前記受光エリアは、前記第１光源の前方の中心に配置されており、および／または前記第２コリメータの前記受光エリアは、前記第２光源の前方の中心に配置されている、請求項９乃至１３の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コリメート化構造体に関し、更に、照明ユニットが発光した光を受け、コリメート化（視準）するようになっている、かかる光コリメート化構造体を有する照明ユニットを含む発光デバイスにも関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）の明るさを増す上で、大きな進歩があった。この結果、ここ数年の間に、ＬＥＤは、カラーを調節できるランプ、液晶ディスプレイのためのバックライト、フロントおよびリアプロジェクションディスプレイ、光パターンを発生するプロジェクタにおける光源として働くのに十分明るくなり、かつ安価になると予想される。
【０００３】
これら用途の多くに対し、ビーム形状およびカラーを設定できる、コリメート化された光を光源が発生することが望まれている。更にカラーを良好に混合できなければならない。
【０００４】
カラーの可変性は、これまで、異なるカラーの数個のＬＥＤを１つの照明ユニット、すなわち１つのピクセルにグループ分けすることによって得られていた。かかる照明ユニットにおける異なるＬＥＤを別々にアドレス指定することにより、ＬＥＤの各々が発生する光の強度を制御し、かつ変更し、よってＬＥＤからのカラー全体を設定できる。
【０００５】
カラーを混合することおよびコリメート化は、コリメータの入口にて接近した状態に照明ユニットのＬＥＤを配置することによって得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤはコリメータに対して異なる位置に位置するので、カラーを混合することは完全とはいえず、かつコリメータ内のＬＥＤの位置は遠視野スポットにおいてカラーが顕著に異なる領域に位置することになる。
【０００７】
コリメート化ジョウゴの底部に配置されたＲＧＢ（赤色、緑色、青色）ＬＥＤパッケージについて述べている米国特許出願第2006/0001034A1号には、カラー混合を改善するための手法が記載されている。このコリメート化ジョウゴは、充填材−樹脂内に均一に分散されたフォト混合、光散乱材料で満たされている。このフォト混合材料はジョウゴから出る光のカラー混合を改善するように働く。
【０００８】
しかしながら、このフォト混合材料は、例えば光を吸収したり光をＬＥＤに向けて戻すように反射することにより、発生される光の少なくとも一部がジョウゴから出ることを防止するので、フォト混合材料は光の利用効率を低減する。
【０００９】
更に、特に出力開口部に近いコリメート化ジョウゴ内の散乱材料は、デバイスによって得られるコリメート化に悪影響を与える。
【００１０】
従って、当技術分野では、並置された数個のＬＥＤからの光をコリメート化でき、更にカラーを混合し、光を散乱する材料がコリメータを満たすことなく良好なカラー混合を行うことができる光コリメート化構造体が求められている。
【００１１】
本発明の目的は、この問題を少なくとも部分的に解決すると共に、マルチＬＥＤ照明ユニットからの光をコリメート化でき、このコリメート化された光の良好なカラー混合を行うコリメート化デバイスを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、マルチ光源照明ユニットおよびかかるコリメータを含む発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従って、第１の様相によれば、本発明は、第１コリメータと少なくとも１つの第２コリメータとを含む光コリメート化構造体に関する。前記コリメータの各々は、ジョウゴ形状であり、受光エリアと出力エリアとを有し、前記受光エリアは、前記出力エリアよりも狭く、前記コリメータの各々は、更に前記受光エリアと前記出力エリアとを接続する側壁を更に有する。前記第１コリメータの前記受光エリアと前記第２コリメータの前記受光エリアとは、重なった領域を形成し、この重なった領域を通して前記コリメータ構造体内に光を受けることができる。前記第１コリメータの前記出力エリアと前記第２コリメータの前記出力エリアとは部分的に重なっている。
【００１４】
前記第１コリメータの前記側壁は、第１の特性の光を反射でき、前記第２コリメータの前記側壁は、第２の特性の光を反射できる。更に前記重なった領域と前記第２コリメータの側壁との間の光路内に位置する前記第１コリメータの前記側壁の部分は、前記第２の特性の光を透過でき、同様に前記重なった領域と前記第１コリメータの側壁との間の光路内に位置する前記第２コリメータの前記側壁の部分は、前記第１の特性の光を透過できる。
【００１５】
第２の様相によれば、本発明は、少なくとも１つの照明ユニットと、前記照明ユニットが発生した光を受け、かつコリメート化するようになっている、本発明に係わるコリメート化構造体とを含む発光デバイスに関する。前記照明ユニットは、第１の特性の光を発生するための少なくとも１つの第１光源と、第２の特性の光を発生するための第２光源とを備え、前記照明ユニットによって発生された光は、前記コリメート化構造体の前記重なった領域を通して前記コリメート化構造体内に受光される。
【００１６】
本発明の発光デバイスでは、照明ユニット内のすべての光源からの光は同じコリメート化構造体内でコリメート化される。従って、発光デバイスを比較的コンパクトな構造にすることができる。
【００１７】
照明ユニットのすべての光源からの光は、受光エリアの重なっている共用領域を介し、コリメート化構造体に入射する。従って光源を互いに接近させることができ、よってコンパクトな構造にできると共に、各コリメータ内の別個の受光エリアを不要にできる。
【００１８】
第１光源からの光は、第１コリメータによってコリメート化され、第２光源からの光は第２コリメータによってコリメート化される。従って、コリメータは基本的には独立して作動する。従って、照明ユニットの光源の各々に対し、良好なコリメータ化を行うようにコリメータを互いに独立した状態に位置決めできる。更に、良好な光の混合が得られるよう、互いに別々にコリメータを設計できる。
【００１９】
第１の光の特性は、第１波長インターバルまたは第１光状態でよく、第２の光の特性は、第２波長インターバルまたは第２偏光状態でよい。従って、本発明のコリメート化デバイスを使って異なる波長インターバルまたは異なる偏光状態の光をコリメート化し、混合できる。
【００２０】
本発明のデバイスは、異なる波長インターバル、すなわち異なるカラーまたは異なる偏光状態の光をコリメート化し、混合するのに使用できる。
【００２１】
本発明の実施形態では、前記第２の特性の光を透過できる、前記第１コリメータの前記側壁の前記部分には、前記第１の特性の光を反射でき、かつ前記第２の特性の光を透過できるフィルタが設けられる。同様に、前記第１の特性の光を透過できる、前記第２コリメータの前記側壁の前記部分には、前記第２の特性の光を反射でき、かつ前記第１の特性の光を透過できるフィルタが設けられる。フィルタが選択的な透過および反射を取り扱うことができるので、コリメート化構造体を設計する上での自由度が得られる。その理由は、コリメータの側壁を形成する任意の材料にフィルタを配置できるか、またはフィルタはコリメータの側壁を形成する材料を構成することさえも可能であるからである。
【００２２】
選択的な反射および選択的な透過を行うために、側壁の一部には、所望する特性を有するフィルタ材料が設けられ、一般にはこのフィルタ材料がコーティングされ、この部分はこのフィルタ材料から構成される。
【００２３】
異なる屈折率および／または異なる厚さを有する前記フィルタは、交互に配置された層のスタックを備えることができる。
【００２４】
干渉スタックに基づくかかるフィルタは、異なる波長の光を選択的に反射したり、透過でき、更に当該波長に対する極めて低い吸収率を有するように容易に適合できるので、選択的透過性および選択的反射性フィルタとして特に適す。
【００２５】
本発明の実施形態では、前記第１コリメータおよび／または前記第２コリメータの前記側壁の表面と前記基板に対する前記垂線との間の角度は、前記基板からの距離に従って減少する。
【００２６】
コリメータの内側の凹状表面を形成するよう、コリメータの側壁がこのようにカーブしていると、直線状側壁を有するコリメータと比較して、同じコリメート化度を得るのにコリメータの高さを低くすることができる。
【００２７】
本発明の実施形態では、本光コリメート化構造体は、受光エリアおよび出力エリアを有するプリコリメータを更に備え、このプリコリメータは、このプリコリメータの前記出力エリアが前記第１および前記第２コリメータの前記受光エリアに向くように配置されている。
【００２８】
光コリメート化構造体の受光側にプリコリメータを配置することにより、第１コリメータと第２コリメータのうちの少なくとも１つに入射する光をある程度コリメート化できる。更にかかる光コリメート化構造体は製造が容易である。
【００２９】
本発明の実施形態では、本光コリメート化構造体は、受光エリアおよび出力エリアを有するプリコリメータを更に備え、このプリコリメータは、このプリコリメータの前記受光エリアが前記第１および前記第２コリメータの前記出力エリアに向くように配置されている。
【００３０】
光コリメート化構造体の出力側にポストコリメータを配置することにより、出力光を更にコリメート化できる。
【００３１】
本発明の実施形態では、前記第１光源は、第１発光ダイオードを含むことができ、前記第２光源は、第２発光ダイオードを含むことができる。前記第１発光ダイオードと前記第２発光ダイオードとは、基板上に並置できる。
【００３２】
ここに提案するコリメート化構造体は、発光ダイオードからの光をコリメート化し、混合するのに良好に適す。発光ダイオードは、一般に半球パターンの光を発生し、光をコリメート化することが望まれることが多い。
【００３３】
特に本明細書に提案するコリメート化構造体は、すべてのＬＥＤからの光が同じ重なった領域を通ってコリメート化構造体に入射しても、各カラーの光は他のカラーから基本的には独立してコリメート化されるので、密に実装された発光ダイオード、例えばマルチＬＥＤパッケージのうちの別個のダイオードからの光をコリメート化するのに良好に適す。
【００３４】
本発明の実施形態では、前記第１コリメータの出力エリアは前記第１光源の前方の中心に配置でき、および／または前記第２コリメータの出力エリアは前記第２光源の前方の中心に配置できる。
【００３５】
本発明の実施形態では、前記第１コリメータの前記受光エリアは、前記第１光源の前方の中心に配置でき、および／または前記第２コリメータの前記受光エリアは、前記第２光源の前方の中心に配置できる。
次に本発明の実施形態を示す添付図面を参照し、本発明の上記およびそれ以外の特徴および利点について更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を側横断面図で示す。
【図２】本発明の別の実施形態を側横断面図で示す。
【図３】本発明の更に別の実施形態を斜視平面図で示す。
【図４】図３の実施形態を平面図で示す。
【図５】本発明の更に別の実施形態を側横断面図で示す。
【図６】本発明の更に別の実施形態を側横断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、一部は、照明ユニットが発光した光を受け、コリメート化するようになっている、かかる光コリメート化構造体を有する照明ユニットを含む発光デバイスに関する。以下、本明細書ではコリメート化構造体を発光デバイスのうちの１つのコンポーネントとして説明するが、このコリメート化構造体自身は本発明の特別に意図する様相を形成する。
【００３８】
図１の横断面内に、本発明の発光デバイスの第１実施形態を示す。
【００３９】
この発光デバイスは、光コリメート化構造体１０２が配置されている照明ユニット１０１を含む。
【００４０】
この照明ユニット１０１は、第１波長インターバルの光、例えば第１カラーの光を発生できる第１発光ダイオード（ＬＥＤ）１０３と、第１波長インターバルの光、例えば第２カラーの光を発生できる第２発光ダイオード１０４とを備える。
【００４１】
本明細書で用いる「発光ダイオード」は、有機ＬＥＤ、ポリマーＬＥＤおよび無機ＬＥＤを含む異なるすべてのタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、これら発光ダイオードは、作動モードにおいて任意の波長の光または紫外線から赤外線までの波長インターバルの光を発生する。レーザー発光ダイオードは本願に関連し、レーザーダイオード、すなわちレーザー光を発生する発光ダイオードも含むと見なされる。
【００４２】
発光ダイオード１０３、１０４は、マルチＬＥＤパッケージを形成するように基板１０５上に並置されている。
【００４３】
これらＬＥＤは基板１０５の垂線に沿った主要方向に光を発生する。
【００４４】
光コリメート化構造体１０２は、発生される光の少なくとも一部を受け、かつコリメート化するよう、ＬＥＤが発生する光の主要方向に含まれるＬＥＤ１０３、１０４の前方に配置される。
【００４５】
光コリメート化構造体１０２は、第１発光ダイオード１０３が発生する光、すなわち第１波長インターバルの光をコリメート化するようになっている第１コリメータ１３１と、第２発光ダイオード１０４が発生する光、すなわち第２波長インターバルの光をコリメート化するようになっている第２コリメータ１４１とを含む。
【００４６】
本明細書で使用する「コリメータ」なる用語は、電磁（ＥＭ）放射、例えばＵＶ（紫外線）からＩＲ（赤外線）までのインターバル内の光を受けることができ、受けたＥＭ放射の回転角方向の拡散角度を低減する光学的要素を意味する。
【００４７】
コリメータ１３１、１４１の各々は、照明ユニット１０１に向いた受光エリア１３２、１４１を備え、照明ユニットが発生した光は、この受光エリアを通ってコリメータに入射し、コリメータの各々は更に光がコリメータから射出されるときに通過する出力エリア１３３、１４３を含む。
【００４８】
コリメータは、ジョウゴ形状となっているので、受光エリア１３２、１４２は、それぞれの出力エリア１３３、１４３よりも小さくなっており、コリメータはコリメート化すべき光を反射できる側壁１３４、１４４を含む。コリメータはジョウゴ形状となっているので、コリメータを出る光の回転角方向の拡散はコリメータ内に受光される光の回転角方向の拡散よりも小さくなる。
【００４９】
第１コリメータ１３１の側壁１３４は、第１発光ダイオード１０３が発生した光、例えば第１波長インターバルの光を反射でき、同様に第２コリメータ１４１の側壁１４４は、第２発光ダイオード１０４が発生した光、例えば第２波長インターバルの光を反射できる。
【００５０】
コリメータの側壁１３４、１４４は、第１コリメータ１３１の受光エリア１３２と第２コリメータ１４１の受光エリア１４２とが、重なった領域１５０を形成するように配置されている。このコリメータ構造体１０２は、第１発光ダイオード１０３が発光した光および第２発光ダイオード１０４が発光した光の双方が、この重なった領域１５０を通ってコリメート化構造体１０２内に透過するように、照明ユニット１０１の前方に位置している。
【００５１】
更に、第１コリメータ１３１の受光エリア１３２は、第１発光ダイオード１０３の前方の中心に位置する。すなわち第１発光ダイオード１０３は、受光エリアの中心点の後方に位置する。同様に、第２コリメータ１４１の受光エリア１４２は、第２発光ダイオード１０４の前方の中心に位置する。
【００５２】
側壁は更に、第１コリメータ１３１の出力エリア１３３と第２コリメータ１４１の出力エリア１４３とが重なると共に、出力エリアの中心ポイントの間の横方向の距離が受光エリアの中心ポイントの間の横方向距離に等しくなるように配置されている。
【００５３】
第１コリメータ１３１の形状と第２コリメータ１４１の形状とは、基本的には同じであり、双方は受光エリアの垂線に対して対称的なジョウゴ形状となっている。
【００５４】
従って、第１コリメータ１３１の一部は第２コリメータ１４１内に位置し、第２コリメータ１４１の一部は第１コリメータ１３１内に位置する。従って、第１コリメータ１３１の側壁１３４の部分１３５は、第２発光ダイオード１０４と第２コリメータの側壁１４４との間の光路内に位置する。同様に、第２コリメータ１４１の側壁１４４の部分１４５は、第１発光ダイオード１０３と第２コリメータの側壁１３４との間の光路に位置する。
【００５５】
第２コリメータ１４１内に位置する第１コリメータ１３１の一部１３５はフィルタによって構成され、このフィルタは、第２発光ダイオード１０４が発生する光を透過できるが、第１発光ダイオード１０３が発生する光を反射できる。従って、第２発光ダイオード１０４からの光は、基本的には影響されることなく第１コリメータの側壁のこの部分１３５を透過する。
【００５６】
同様に、第１コリメータ１３１内に位置する第２コリメータ１４１の一部１４５は、フィルタによって構成され、このフィルタは第１発光ダイオード１０３が発生する光を透過できるが、第２発光ダイオード１０４が発生する光を反射できる。従って、第１発光ダイオード１０３からの光は、基本的には影響されることなく第２コリメータの側壁のこの部分１４５を透過する。
【００５７】
第１コリメータの一部が第２コリメータ内にあっても、またはこの逆に第２コリメータの一部が第１コリメータ内にあっても、全体として、第１発光ダイオード１０３からの光は第１コリメータ１３１の側壁１３４上で反射されることによってコリメート化され、第２発光ダイオード１０４からの光は、第２コリメータ１４１の側壁１４４で反射されることによってコリメート化される。
【００５８】
従って、この実施形態では双方のコリメータの形状が同じであり、かつそれぞれのコリメータの中心に発光ダイオードの各々が位置するので、第１コリメータから出る光は、第２コリメータから出る光と同じ主要方向および同じ回転角方向に拡散するはずである。第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとの間の距離に対応するわずかな横方向のシフトしか存在しない。
【００５９】
図２には、本発明の第２実施形態が示されている。この実施形態と第１実施形態との差は、コリメート化構造体２０２の形状にある。照明ユニット２０１は、第１実施形態についてこれまで説明したとおりである。
【００６０】
コリメート化構造体２０２は、第１発光ダイオード２０３が発生する光、例えば第１波長インターバルの光をコリメート化するようになっている第１コリメータ２３１と、第２発光ダイオード２０４が発生する光、例えば第２波長インターバルの光をコリメート化するようになっている第２コリメータ２４１とを備える。
【００６１】
コリメータ２３１、２４１の各々は、照明ユニット２０１に向いた受光エリア２３２、２４２を含み、照明ユニットから発生された光はこの受光エリアを通ってコリメータに進入し、更にコリメータの各々は光がコリメータを出るときに通過する出力エリア２３３、２４３を備える。
【００６２】
コリメータは、受光エリア２３２、２４２がそれぞれの出力エリア２３３、２４３よりも小さくなるようなジョウゴ形状となっており、コリメータはコリメート化すべき光を反射できる側壁２３４、２４４を備える。
【００６３】
第１コリメータ２３１の側壁２３４は、第１発光ダイオード２０３が発生した光を反射でき、同様に、第２コリメータ２４１の側壁２４４は、第２発光ダイオード２０４が発生した光を反射できる。
【００６４】
コリメータの側壁２３４、２４４は、第１コリメータ２３１の受光エリア２３２と第２コリメータ２４１の受光エリア２４２とが、実質的に完全に重なり、よって重なり領域２５０を形成する。コリメート化構造体２０２は、第１発光ダイオード２０３が発生した光と第２発光ダイオード２０４が発生した光の双方が、この重なった領域２５０を通ってコリメート化構造体２０２内に透過されるように、照明ユニット２０１の前方に位置する。
【００６５】
完全に重なっているために、第１コリメータ２３１の受光エリア２３２は、第１ＬＥＤ２０３の前方の中心には位置せず、更に第２コリメータ２４１の受光エリア２４２は第２ＬＥＤ２０４の前方の中心には位置していない。
【００６６】
側壁２３４、２４４は、更に第１コリメータ２３１の出力エリア２３３と第２コリメータ２４１の出力エリア２４３とが重なるように配置されている。しかしながら、受光エリアの中心点の間の距離がゼロであるので、出力エリアの中心点の間の横方向の距離は、受光エリアの中心点の間の横方向距離よりも長くなっている。
【００６７】
この結果、コリメータ２３１、２４１は、基板２０５の垂線に対して対称的ではない。
【００６８】
第１発光ダイオード２０３は、重なった部分２５０の中心の一方の側（ここでは左側）に位置し、第２発光ダイオード２０４は、重なった部分の中心の反対側（ここでは右側）に位置する。
【００６９】
更に第１コリメータ２３１の中心線は、第１発光ダイオード２０３に向かって傾いており、第２コリメータ２４１の中心線は、第２発光ダイオード２０４に向かって傾いている。
【００７０】
この結果、発光ダイオード２０３、２０４がそれぞれのコリメータの中心に位置していなくても、中心ラインの傾斜角を正しく選択することにより、コリメータ２３１、２４１から出る光の主要方向は基板２０５の垂線に沿い、第１ＬＥＤ１０３から出る光の回転角方向の拡散は、第２ＬＥＤから出る光の回転角方向の拡散に実質的に等しくなる。
【００７１】
上記第１実施形態に対するこの第２実施形態の１つの利点として、受光エリアの全体の重なりに起因し、第２実施形態における全体の受光エリア（例えば第１コリメータの受光エリア＋第２コリメータの受光エリア−重なった部分）を第１実施形態の全体の受光エリアよりも小さくすることができることが挙げられる。従って、第１実施形態は第２実施形態とは異なり、利用できる光源の面（ｅｔｅｎｄｕｅ）の損失が生じる。
【００７２】
図３には、本発明の第３実施形態が示されており、図３は、本発明に係わる発光デバイスの閉横断面図を示す。
【００７３】
発光デバイスは基板（図示せず）上に配置された第１ＬＥＤ３１０、第２ＬＥＤ３２０、第３ＬＥＤ３３０および第４ＬＥＤ３４０を含む照明ユニットと、この照明ユニットからの光を受けてコリメート化するコリメート化構造体とを備える。
【００７４】
このコリメート化構造体は、第１ＬＥＤ３１０が発生した光をコリメート化するための第１コリメータ３１１と、第２ＬＥＤ３２０が発生した光をコリメータするための第２コリメータ３２１と第３ＬＥＤ３３０が発生した光をコリメータするための第３コリメータ３３１と、第４ＬＥＤ３４０が発生した光をコリメート化するための第４コリメータ３４１とを備える。
【００７５】
コリメータ３１１、３２１、３３１、３４１の各々はジョウゴ形状をしており、このジョウゴ形状は出力エリアよりも小さい受光エリアと、この受光エリアと出力エリアとを結ぶ側壁を有する。コリメータの側壁は、対応する発光ダイオードからの光を反射でき、平面図ではこのコリメータの横断面は円形となっている。
【００７６】
コリメータ３１１、３２１、３３１、３４１は、受光エリア３１３、３２３、３３３、３４３が重なった領域３５０を形成するように、一部が各コリメータ内に位置している。４つのすべてのＬＥＤ３１０、３２０、３３０、３４０からの光は、この重なった領域３５０の一部となっている受光エリア部分を通ってそれぞれのコリメータに入射する。
【００７７】
コリメータの各々は、受光エリアが対応するＬＥＤの前方の中心に配置されるようになっている。
【００７８】
上記実施形態と同じように、別のコリメータ内に位置する（例えば重なった領域３５０と他のコリメータの側壁との間の光路内に位置する）コリメータの側壁の一部は、他のコリメータに対応する発光ダイオードからの光を、一般にダイクロイックフィルタにより透過できる。従って、第２コリメータ３２１内に位置する第１コリメータ３１１の側壁部分は、第２ＬＥＤ３２０からの光を透過でき、第３コリメータ３３１内に位置する部分は、第３ＬＥＤ３３０からの光を透過でき、第４コリメータ３４１内に位置する部分は、第４ＬＥＤ３４０からの光を透過できる。第２コリメータ、第３コリメータおよび第４コリメータの側壁に対しても、同じような理由が当てはまる。
【００７９】
この第３実施形態とは別の実施形態（図示せず）では、第１コリメータ、第２コリメータ、第３コリメータおよび第４コリメータの受光エリアは完全に重なっているので、コリメータに受光されるときに光が透過するこの重なった領域は、４つのコリメータの４つの受光エリアの全エリアによって構成される。更に、この別の実施形態でも、第１コリメータ、第２コリメータ、第３コリメータおよび第４コリメータの出力エリアは一部しか重ならず、完全に重なることはない。
【００８０】
当業者には、ある波長インターバルの光を透過し、別の波長インターバルの光を反射するフィルタは、例えばダイクロイックフィルタなる総称で知られている。本明細書で使用する「ダイクロイックフィルタ」なる用語は、当該すべての波長に対し、低い吸収係数、一般にほぼ０の吸収係数を維持しながら、１つ以上の波長または波長レンジの電磁放射を反射したり、これら波長または波長レンジを透過したりするフィルタを意味する。
【００８１】
本明細書で使用する「波長インターバル」なる用語は、連続的な波長インターバルと不連続な波長インターバルの双方を意味する。
【００８２】
ダイクロイックフィルタは、ハイパスタイプ、ローパタイプ、バンドパスタイプまたはバンドリジェクトタイプとすることができる。
【００８３】
例として、いわゆる干渉スタックを挙げることができる。干渉スタックとは、異なる反射率および／または厚さを有する材料の交互に配置された層を含む多層状スタックのことである。
【００８４】
干渉スタックの一例は、Ｔａ２Ｏ５およびＳｉＯ２から構成され、交互に配置された層を含み、ここで、各層の厚さは、空気中の波長を屈折率で割った値の４分の１に一般にほぼ等しく、空気中の波長は、ダイクロイックフィルタが反射する光の主要波長に等しい。
【００８５】
当業者に知られており、本発明で使用するのに適したダイクロイックフィルタの他の例として、コレステリック液晶、いわゆるフォトニック結晶またはホログラフィック層に基づくかかるフィルタを挙げることができる。
【００８６】
更にこれらフィルタは、理想的でないフィルタでもよい。すなわちフィルタが光を反射すべき波長レンジ内の光の１００％は反射せず、および／またはフィルタが光を透過すべき波長レンジ内の光の１００％は透過しないフィルタでもよい。従って、「第１波長インターバルの光を反射し、第２波長インターバルの光を透過するフィルタ」なる用語は、「第１波長インターバルの光を少なくとも部分的に反射し、かつ第２波長インターバルの光を少なくとも部分的に透過するフィルタ」と見なすべきである。
【００８７】
更に、かかるフィルタは第３波長インターバルを透過しながら、２つの波長インターバルの光を反射するように、例えば青色光を透過しながら赤色および緑色光を反射するように設計してもよい。
【００８８】
一般に、このフィルタは側壁上のコーティングとして配置される。
【００８９】
少なくとも１つの波長インターバルの光を反射できるコリメータの側壁は、自立した壁要素、例えば２つの固体本体の間の境界部または固体本体と周辺雰囲気との間の境界部によって構成できる。
【００９０】
上記実施形態の図では、コリメータの側壁は、側壁の表面と基板に対する垂線との間の角度が基板からの距離とは無関係に一定となるという意味で、直線として示されている。
【００９１】
本発明は、これだけに限定されるものではない。実際に、あるケースでは側壁の表面と基板に対する垂線との角度を変えると有利となる。特にこの角度が基板からの距離と共に小さくなるようにすることが好ましい場合がある。例えばコリメータの横断面は、放物面の横断面に類似するように、コリメータの側壁をカーブさせることができる。かかる一例は、複合放物コリメータとして一般に知られているコリメータ形状である。かかるコリメータ形状に対し、同じコリメート化度が得られるように、直線壁コリメータと比較してコリメータの高さを低くすることができる。
【００９２】
図５に示されるような本発明の実施形態では、照明ユニット５０１とコリメート化構造体５０２との間にプリコリメータ５１０が配置されるので、本発明のコリメート化構造体５０２に入射する光は、このプリコリメータによって既にある程度コリメート化されている。このコリメート化構造体は、上記のような本発明に係わる任意のコリメート化構造体でよい。
【００９３】
プリコリメータ５１０は、一般に受光エリア５１１と出力エリア５１２を有するジョウゴ形状のコリメータである。本発明の発光デバイスでは、プリコリメータの受光エリア５１１は、照明ユニット５０１が発生した光を受光するようになっている。
【００９４】
プリコリメータ５１０の出力エリア５１２は、コリメート化構造体５０２のコリメータの受光エリア、一般にコリメート化構造体のコリメータの重なっている領域に向いている。プリコリメータの側壁は、照明ユニット内のすべての光源からの光を反射できることが好ましい。
【００９５】
プリコリメータ５１０とコリメート化構造体５０２は、別個の部品として形成してもよいし、または単一の部品にしてもよい。
【００９６】
図６に示されるような本発明の実施形態では、本発明のコリメート化構造体６０２の出力側にポストコリメータ６１０が配置されるので、コリメート化構造体６０２から出る光は、このポストコリメータ６１０によって更にコリメート化される。このコリメート化構造体は、上記のように本発明に係わる任意のコリメート化構造体でよい。
【００９７】
ポストコリメータ６１０は、一般に受光エリア６１１と出力エリア６１２とを有するジョウゴ形状をしたコリメータである。
【００９８】
ポストコリメータ６１０の受光エリア６１１は、コリメート化構造体６０２内のコリメータの出力エリアに向いており、ポストコリメータの側壁は照明ユニット内のすべての光源からの光を反射できることが好ましい。
【００９９】
ポストコリメータ６１０とコリメート化構造体６０２とは別個の部品でもよいし、または単一の部品でもよい。
【０１００】
当業者であれば、本発明は決して上記好ましい実施形態だけに限定されないことが認識できよう。逆に、特許請求の範囲内で多くの変形および変更が可能である。例えば上記実施形態が光源として発光ダイオードが使用されているが、照明ユニットとして、他の任意の光源、例えば蛍光管、白熱電球および放電ランプも利用できる。
【０１０１】
本発明のコリメート化構造体は、異なる波長インターバルまたはカラーの光をコリメート化し、混合することにだけに使用が限定されるわけではない。このコリメート化構造体は、別個に２つ以上の異なる偏光状態の光をコリメート化し、混合するのにも使用できる。従って、本明細書における説明の適当な文章における「波長インターバル」なる用語は、「偏光状態」に置換でき、「ダイクロイックフィルタ」なる用語は、「偏光フィルタ」なる用語に置換でき、「カラー」なる用語は「偏光」なる用語に置換できる。
【０１０２】
本発明は、コリメート化構造体を形成する２つまたは４つのコリメータだけに限定されない。当業者であれば認識できるように、本発明はコリメート化構造体を形成する３つ以上のコリメータを有する実施形態にも有効である。
【０１０３】
当業者であれば、コリメータの側壁の所定部分は、他の任意のコリメータ内になくてもよいことが認識できよう。従って、一般にコリメータ構造体の外側境界部を形成するかかる部分が、任意の波長の光を反射できるようにすることができる。その理由は、一部のケースではかかる部分が所定の波長インターバルの光を、選択的に反射できるという別の効果を生じさせない場合があるからである。このことは、コリメータの最も外側の側壁が光源によって発生されるすべての波長の光を反射できるようになっている図５および６内に例示されている。
【０１０４】
最後に、光のうちの２つ以上のカラーを反射するフィルタとなるように、接近したカラーフィルタの壁を組み合わせ、および／またはカラーフィルタ構造体の一部を離間することにより、この構造体を簡略化できる。カラーの非対称を部分的に補正しながら、カラーフィルタ構造体の製造をより容易にするこの方法を得ることができる。例えば図３には、４つの最も内側のセグメントと４つの最も外側のセグメントの間で側壁を離間させながら、これらセグメントだけを使用できる。これによって、カラーの均一性を大幅に改善しながら、構造を大幅に簡略化できる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０２−−−光コリメート化構造体
１３１−−−第１コリメータ
１３２−−−受光エリア
１３３−−−出力エリア
１３４−−−側壁
１４１−−−第２コリメータ
１４２−−−受光エリア
１４３−−−出力エリア
１４４−−−側壁
１５０−−−重なり領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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