(57)【要約】【課題】コリメート変換効率の高いコリメータレンズ、及びそのようなアレイ光源用光学素子を用いた面状の薄型の発光装置を提供すること。【解決手段】アレイ光源用光学素子３ａは、棒状の光学素子部１１と、光学素子部１１の入射部側に形成される棒状の部分であって、リニア状にあるいは円環状に配置された複数のLED１２の各出射光のうち、光学素子部１１の光軸平面を中心にして所定の角度以上の光を、隣り合う２つのLED１２間に設けられた複数の凹凸反射部１４ｂの方へ全反射させる全反射部を有し、複数の凹凸反射部１４ｂのそれぞれにおいて反射された光と、各出射光のうち所定の角度未満の光とを、光学素子部１１の入射部へ導光する導光部１４と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状あるいは円環状の光学素子部と、
前記光学素子部の入射部側に設けられる棒状あるいは円環状の形状を有し、かつリニア状にあるいは円環状に配置されそれぞれが指向性を有する複数の発光素子の各出射光のうち、前記光学素子部の光軸平面を中心にして所定の角度以上の光を、隣り合う２つの発光素子間に設けられた複数の凹凸反射部の方へ全反射させる全反射部を有し、前記複数の凹凸反射部のそれぞれにおいて反射された光と、前記各出射光のうち前記所定の角度未満の光とを、前記光学素子部の前記入射部へ導光する導光部と、
を有することを特徴とするアレイ光源用光学素子。
【請求項２】
前記導光部の全反射部は、前記光軸平面を挟むように形成された２つの面部を有し、各面部は、前記リニア状にあるいは前記円環状に配置された前記複数の発光素子からの光を、前記各凹凸反射部の方へ全反射させる曲面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のアレイ光源用光学素子。
【請求項３】
前記光軸平面に直交し、かつ前記複数の凹凸反射部が設けられた方向に平行な断面において、各発光素子が配置される位置における前記２つの面部間の距離が、最も狭いことを特徴とする請求項２に記載のアレイ光源用光学素子。
【請求項４】
発光面を有する発光装置であって、
請求項１から３のいずれか１つに記載のアレイ光源用光学素子を有する光源と、
前記光源からの出射光の光軸平面から所定の距離だけ離れて配置された拡散板と、
前記発光面における照度分布が一様の分布になるように、前記光軸平面に対して所定の傾斜を有する傾斜面とを有し、前記拡散板との間で中空領域を形成し、かつ前記傾斜面からの反射光を前記中空領域を介して前記拡散板に出射する反射部材と、
を有することを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ光源用光学素子及びそれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、点光源であるLED（発光ダイオート：Light Emitting Diode）やLD（半導体レーザ：Laser Diode）等の固体発光素子からの出射光を用いて、発光面を面発光させる面照明装置がバックライト装置等に広く利用されている。
【０００３】
複数の発光素子からの光を面状の発光面に変換する方式として、サイドから導光板に入光させる導光板方式か、一次元アレイ状（すなわちリニア状）もしくは二次元アレイ状（すなわちマトリックス状）に並べた複数のLEDの上方に拡散板を設置して光を拡散させる直下方式が主流であった。
【０００４】
従来の導光板方式の面照明装置と直下方式の面照明装置には、次のような欠点がある。導光板方式は、発光面が小さいサイズである場合、導光板は薄くかつ軽くて済むが、発光面の面積が広くなると重くなるという問題がある。また、直下方式は、点光源のアレイの発光スポットを拡散して均一にするために、拡散板までの距離を大きくとる必要があり、装置が全体に厚くなる欠点がある。
【０００５】
そこで、これらの欠点を克服する第３の方式として、中空式が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。図１２は、従来の中空式の面照明装置の構成例を示す断面図である。
【０００６】
図１２の中空式の面照明装置は、底面に反射板１１１、１１２を設け、上面には拡散板１０３を設け、さらに側面には複数のLEDの光源１０１がリニア状に配置されているシンプルな中空(Hollow Cavity) 構造を有する。中空式の面照明装置は、LED光源１０１のある側面側から光が照射されるが、導光板がないため軽量化できるという利点がある。また、反射板１１１、１１２や拡散板１０３に比較的浅い角度で照射されるため、発光スポットを消すために直下方式のように底面から拡散板１０３までの距離すなわち装置の厚さを厚くする必要がない。
【０００７】
しかし、反射板１１１は、光源１０１側の一端から底面に向かって下降するように傾斜し、反射板１１２は、反射板１１１の他端から上面に向かって上昇するように傾斜している。また、図１２の中空式の面照明装置は、光源１０１の近傍の上面側にも反射板１１３があるため、中空部分をより薄くすることができないという問題がある。
【０００８】
また、この中空式の面照明装置において、均一性を向上させ、かつ、薄い中空構造を実現する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１３は、その薄い中空式の面照明装置の構成例を示す断面図である。その提案によれば、図１３に示すように、対向する２つの側面部に配置される２つのLEDアレイの出射部のそれぞれにLEDアレイ光源用光学素子が配置されている。これは、LEDアレイからの配光は、ランバート分布に近いため、そのままでは中空反射方式に使えないからである。図１３に示すように、ユニットケースの側面部には、複数のLED１２１がリニア状に設けられたLED基板上１２２が配置される。各LED１２１の出射光側には、LEDアレイ光源用光学素子１２３が設けられ、ユニットケースの中央部に反射面部材１２４が設けられる。
【０００９】
図１４は、図１３におけるLED基板とLEDアレイ光源用光学素子を説明するための図である。LEDアレイ光源用光学素子１２３は、図１４に示すように、発光面部材１２５の表面に直交する方向における配光が少なくなるように、各LED１２１からの光を、全反射面で全反射させ、出射面で屈折させるように、構成されている。LED基板１２２の複数のLED１２１は、LEDアレイ光源用光学素子１２３の凹部に位置するように配置される。各LED１２１からの光は、このLEDアレイ光源用光学素子１２３を用いて、中空式の反射構造の照明装置において均一な面発光が得られるように、配光を上下方向すなわち中空導光領域の厚さ方向において狭くして、その配向が最適な分布になるように変換される。
【００１０】
図１５は、図１３におけるLEDアレイ光源用光学素子の断面図である。図１５に示すように、LEDアレイ光源用光学素子１２３は、入光部１２３ａには凸部が形成され、結合効率が高められるとともに、入光部１２３ａにおいて第一段のコリメーションが行われる。入光した光のうち、広角な成分は外郭の全反射リム部１２３ｂにおいてコリメートされ、狭角の近軸成分は、凸レンズ部１２３ｃでコリメートされる。そして、LEDアレイ光源用光学素子１２３は、複数のLED１２１が並ぶアレイ方向にはほぼ同一の断面形状を有するシンプルな構造である。
【特許文献１】特開２００６−１０６２１２号公報
【特許文献２】特開２００８−６００６１号公報
【非特許文献１】ケイ・カランタ、エム・岡田（K Kalantar and M Okada）著、「標準及び拡張色空間における画像再生のためのRGB-LEDバックライトモニタ／TV」（"RGB-LED Backlighting Monitor/TV for Reproduction of Images ln Standard and Extended Color Spaces”）、アイ・ディ・ダブリュ０４ダイジェスト（IDW 04 Digest）、683-686 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図１５の光学素子は、円形の光学素子とは異なり、アレイ方向に一様なシリンドリカルレンズ系を用いている。よって、上記提案の照明装置の場合、図１５に示す断面方向の光線成分だけではなく、アレイ方向の光線成分も重要である。アレイ方向における広角成分は、アレイ方向に導光されるだけであり、前方の、すなわち光軸方向の、光線成分に変換されにくい迷光となる。よって、上述した提案におけるコリメータにおける、アレイ方向に広がる光の光軸方向への変換効率は、迷光の分だけ、低くなるという問題がある。
【００１２】
また、広角成分をカバーするために、全反射リム部１２３ｂは、上下方向すなわち中空導光領域の厚さ方向において大きくなるように設計する必要がある。LED１２１のランバート分布の裾部における低パワー部をカバーするために、大きな幅、すなわち図１５における縦方向の長さ、が必要になる。よって、発光装置の厚さ方向におけるLEDアレイ光源用光学素子１２３の占める割合が低くなく、装置のスペースに対する効率が低いという問題もある。
【００１３】
さらに、入光部１２３ａのアレイ方向は一様になっているため、内部反射によってLED１２１側へ戻ってしまう広角成分も多いという問題もある。
【００１４】
本発明は、コリメート変換効率の高いアレイ光源用光学素子、及びそのようなアレイ光源用光学素子を用いた面状の薄型の発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、棒状あるいは円環状の光学素子部と、前記光学素子部の入射部側に設けられる棒状あるいは円環状の形状を有し、かつリニア状にあるいは円環状に配置されそれぞれが指向性を有する複数の発光素子の各出射光のうち、前記光学素子部の光軸平面を中心にして所定の角度以上の光を、隣り合う２つの発光素子間に設けられた複数の凹凸反射部の方へ全反射させる全反射部を有し、前記複数の凹凸反射部のそれぞれにおいて反射された光と、前記各出射光のうち前記所定の角度未満の光とを、前記光学素子部の前記入射部へ導光する導光部と、を有するアレイ光源用光学素子を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、発光面を有する発光装置であって、本発明のアレイ光源用光学素子を有する光源と、前記光源からの出射光の光軸平面から所定の距離だけ離れて配置された拡散板と、前記発光面における照度分布が一様の分布になるように、前記光軸平面に対して所定の傾斜を有する傾斜面とを有し、前記拡散板との間で中空領域を形成し、かつ前記傾斜面からの反射光を前記中空領域を介して前記拡散板に出射する反射部材と、を有する発光装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コリメート変換効率の高いコリメータレンズ、及びそのようなコリメータレンズを用いた面状の薄型の発光装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
まず、本実施の形態に係る中空式の面照明装置としての発光装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る発光装置の断面図である。
【００１９】
図１に示すように、発光面が矩形形状を有する箱状の発光装置１は、箱状のケース２の２つの側面部に配置される２つの発光部としての２つの光源３と、ケース２の内側の底面部に設けられた反射面を有する反射部材４と、反射部材４からの反射光を受けて発光装置１の外部に光を出射する発光面部材としての拡散板５とを有して構成されている。反射部材４と拡散板５の間に、中空領域６が形成される。反射部材４は、中央の山部の稜線から２つの光源３に向かってそれぞれ下がる２つの所定の傾斜部と、アレイ光源用光学素子３ａの近傍部に設けられた平坦面とを有し、側面部からの光を反射して、拡散板５に光を出射する。その結果、発光装置１は、拡散板５の発光面から、光を一様の照度分布で出射させることができる。発光装置１は、拡散板５から平面発光を得ることを得ることができる中空式発光装置である。
【００２０】
２つの光源３は、それぞれ、棒状のアレイ光源用光学素子３ａと、リニア状に複数のLED１２が配置された基板１３とを含んで構成されている。リニア状に並んだ複数のLED１２を含む２つの光源３は、サイド照明光として用いられる。各LED１２は、指向性のある配光特性を有する。
【００２１】
アレイ光源用光学素子３ａは、後述するような凸レンズ部とリム部を有する形状の光学素子部１１と、光学素子部１１の入射部側に設けられた導光部１４を有する。そして、光学素子部１１と導光部１４は、一体で形成されている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、アレイ光源用光学素子３ａは、光学素子部１３と導光部１４が一体に形成されたものであるが、光学素子部１３と導光部１４の２つの光学部材を貼り合わせて、一つのアレイ光源用光学素子としてもよい。
【００２３】
アレイ光源用光学素子３ａは、ここでは、複数のLED１２の出射部側に配置されているコリメータレンズである。これは、複数のLED１２からの配光が、ランバート分布に近いため、そのままでは中空反射方式に使えないからである。後述するように、導光部１４は、光学素子部１１の入射部側に形成され、発光素子からの出射光の配光等を変換する棒状の形状を有する。
【００２４】
図１に示すように、箱状のユニットケースの２つの側面部には、それぞれ複数のLED１２がアレイ状に設けられたLED基板上１３が配置される。各LED１２の出射光側には、アレイ光源用光学素子３ａが設けられ、ユニットケースの中央部に反射部材４が設けられる。
【００２５】
光学素子部１１は、図３に示すように、拡散板５の表面に直交する方向における配光が少なくなるように、各LED１２からの光を、全反射面で全反射させ、出射面で屈折させるように、構成されているコリメータレンズ部である。光学素子部１１は、各LED１２からの光を、拡散板５の発光面に平行になるように集光する光学素子であり、リニア状に配列された複数のLED１２の出射部側に、複数のLED１２の配列に平行に配置される。
【００２６】
導光部１４は、光学素子部１１の入射光側と、基板１３の複数のLED１２の出射光側の間に位置する。各LED１２からの光は、このアレイ光源用光学素子３ａを用いて、中空式の反射構造の照明装置において均一な面発光が得られるように、配光を上下方向すなわち中空導光領域の厚さ方向において狭くして、その配向が最適な分布になるように変換される。
【００２７】
次に、光学素子部１１と導光部１４の構成についてより詳しく説明する。  
図２は、図１の光源３の構成例を説明するための斜視図である。図３は、光学素子部１１と導光部１４を有するアレイ光源用光学素子３ａを含む光源３の断面図である。図４は、導光部１４の凹凸反射部１４ｂのある側から見たときのアレイ光源用光学素子３ａの斜視図である。図５は、導光部１４の凹凸反射部１４ｂのある側から見たときのアレイ光源用光学素子３ａの正面図である。図６は、図３のVI-VI線に沿って矢印の方向から見たときの断面図である。
【００２８】
板状の基板１３上には、図２に示すように、複数のLED１２が直線状に互いに一定の間隔をおいて設けられている。複数のLED１２は、例えば、基板１３の一端から、R（赤）、G（緑）、B（青）、B（青）、R（赤）、G（緑）、G（緑）、B（青）、・・という順に並んでいる。なお、各LED１２は、白色LEDでもよい。
【００２９】
光学素子部１１への入射光のうち、やや狭角な成分は全反射を有する外郭のリム部１１ｂにおいてコリメートされ、狭角の近軸成分は、凸レンズ部１１ａでコリメートされる。そして、棒状の光学素子部１１は、その棒の軸方向にはほぼ同一の断面形状を有する。導光部１４は、LEDアレイ光源からの光を、光学素子部１１へ導光する部分である。
【００３０】
図４に示すように、導光部１４の基板１３が接する側には、各LED１２が配置される位置に凹部１４ａが設けられている。すなわち、図２に示すように、基板１２を、導光部１４に取り付けたときに、基板１３上の各LED１２が、対応する凹部１４ａ内に配置されるように、導光部１４には、複数の凹部１４ａが形成されている。
【００３１】
さらに、導光部１４の複数の凹部１４ａが形成されている側の面１４ｓには、凹凸反射部１４ｂが設けられている。  
具体的には、図２から図６に示すように、凹凸反射部１４ｂは、隣り合う２つの凹部１４ａの間に、帯状に形成された凹凸部である。凹凸反射部１４ｂは、ここでは、隣り合う２つの凹部１４ａを結ぶ線に沿って、帯状に並んだ複数のプリズムから構成される。凹凸部である各プリズムは、凹凸反射部１４ｂが設けられた面１４ｓに対して互いに異なる角度を有する２つの平面部を有する。そして、面１４ｓに平行でかつ隣り合う２つの凹部１４ａを結ぶ線に直交する線に対して、各プリズムの２つの平面部の各面は、平行である。そして、図４と図５に示すように、凹部１４ａと凹凸反射部１４ｂが、棒状の導光部１４の軸に平行に、面１４ｓ上に交互に形成されている。
【００３２】
また、帯状の凹凸反射部１４ｂの幅は、各LED１２の幅（すなわち、LED１２が凹部１４ａに配置されたときの、図５の縦方向におけるLED１２の発光部の長さ）と一致する。
【００３３】
また、導光部１４の面１４ｓの平面部は、図４と図５に示すように、面１４ｓを平面視したときに、複数の楕円が互いに一部が重なるように直線上に並んだときに形成される輪郭の外形形状を有している。
【００３４】
なお、本実施の形態では、面１４ｓの形状は、複数の楕円輪郭形状の例であるが、複数の菱形、あるいは多角形（例えば、６角形、８角形等）が、互いに一部が重なるように直線上に並んだときに形成される輪郭の外形形状を有していてもよい。
【００３５】
一方、導光部１４における光学素子部１１側の面１４ｔ、すなわち図３のVI-VI線に沿った断面は、図６に示すように、面１４ｔを平面視したときに、面１４ｓの楕円よりも小さい、複数の楕円が互いに一部が重なるように直線上に並んだときに形成される輪郭の外形形状を有している。図６に示すように、面１４ｔの平面部の外形形状は、図１４ｓの平面部の外形形状よりも小さい。
【００３６】
そして、導光部１４は、面１４ｓと面１４ｔの２つの外形形状に沿った２つの面１４ｕを有する２つの面部を有する。２つの面１４ｕを有する２つの面部が、それぞれ全反射部を構成する。
【００３７】
図５に示すように、面１４ｓの外形形状における各楕円相当部分において、面１４ｓを平面視したときにおける、複数の凹部１４ａが並んだ直線L1に直交する方向における幅は、隣り合う２つの凹部１４ａを結んだ線の中央部を通る部分において最も大きい。その幅の最も大きな部分の幅は、図５において幅W1で示してある。  
また、その各楕円相当部分において、面１４ｓを平面視したときにおける、複数の凹部１４ａが並んだ直線L1に直交する方向における幅は、各凹部１４ａの中心を通る部分において最も小さい。その幅の最も小さい部分の幅は、図５において幅W2で示してある。
【００３８】
その幅W1と幅W2の間では、各楕円相当部分において、複数の凹部１４ａが並んだ直線L1に直交する方向における幅は、幅W1から幅W2に向かって、楕円形状に沿って徐々に小さくなっている。
【００３９】
断面である面１４ｔの外形形状における各楕円相当部分において、面１４ｔを平面視したときにおける、直線L1に直交する方向における幅は、隣り合う２つの凹部１４ａを面１４ｔに投影した場合に、投影した２つの凹部１４ａを結んだ線の中央部を通る部分において最も大きい。その幅の最も大きな部分の幅は、図６において幅W3で示してある。  
また、その各楕円相当部分において、面１４ｔを平面視したときにおける、投影した２つの凹部１４ａを結んだ線に直交する方向における幅は、投影した２つの凹部１４ａの中心を通る部分において最も小さい。その幅の最も小さい部分の幅は、図６において幅W4で示してある。
【００４０】
その幅W3と幅W4の間では、各楕円相当部分において、投影した２つの凹部１４ａが並んだ線に直交する方向における幅は、幅W3から幅W4に向かって、楕円形状に沿って徐々に小さくなっている。
【００４１】
従って、２つの面１４ｕを有する２つの面部間の距離は、光軸Lを含む光軸平面に直交し、かつ複数の凹凸反射部１４ｂが並んだ方向に平行な断面において、各LED１２が配置される位置において、最も狭い。
【００４２】
なお、上述したように、面１４ｓ及び面１４ｔの形状が、菱形等の多角形の場合は、面１４ｕの外形形状も、多角形となる。
【００４３】
従って、導光部１４の面１４ｓと断面である面１４ｔとを結ぶ２つの面１４ｕは、図３に示す断面図において、各LED１２の光軸Lに対して、所定の角度を持って傾斜した面である。具体的には、図３に示すように、２つの面１４ｕ間の距離が、光軸Lの出射光方向に沿って、短くなるように、２つの面部の各面１４ｕは、傾斜している。
【００４４】
そして、２つの面１４ｕは、それぞれ面１４ｓと１４ｔの外形形状に沿った曲面形状を有している。２つの面１４ｕは、全反射面を有し、各LED１２からの光を全反射する。２つの面１４ｕの全反射面の形状は、各LED１２からの光の反射光が、複数の凹凸反射部１４ｂに向かうような曲面の形状を有する。具体的には、２つの面１４ｕの全反射面の形状は、各LED１２からの光の反射光を、複数のLED１２間に配置された複数の凹凸反射部１４ｂに向けて、複数の凹凸反射部１４ｂの並んだ線上へ導光させる形状である。そして、各凹凸反射部１４ｂは、入射した光を、光学素子部１１の入射部に向けて反射するような凹凸形状を有する。すなわち、複数の凹凸反射部１４ｂで反射された光は、光源３のアレイ方向に広がる指向性を有する光に変換される。
【００４５】
ここで、導光部１４の形状について、各LED１２からの出射光の関係で説明する。
【００４６】
あるLED１２に着目してみると、LED１２からの出射光は、LED１２の配向特性に従って光軸Lの方向に出射される。出射光のうち、LED１２の光軸Lを含む光軸平面に対して所定の角度未満（以下、狭角範囲ともいう）の光は、全反射部の２つの面１４ｕには当たらない。その２つの面１４ｕに当たらない光（例えば、図３における光LT1、LT2）は、光学素子部１１の中央の凸レンズ部１１ａを通って光軸平面に平行に出射されるか、光学素子部１１のリム部１１ｂにおいて反射されて光軸平面に平行に出射される。
【００４７】
これに対して、出射光のうち、光軸平面に対して所定の角度以上（以下、広角範囲ともいう）の光は、２つの面１４ｕに当たる。出射光のうち２つの面１４ｕに当たった光は、各面１４ｕで全反射して、その反射光が、凹凸反射部１４ｂに向かうような形状を、面１４ｕは有している。具体的には、図３に示すように、棒状のアレイ光源用光学素子３ａの軸方向から見たときには、２つの面１４ｕからの反射光が複数の凹凸反射部１４ｂに向かうように、導光部１４の２つの面１４ｕを有する２つの面部は形成されている。
【００４８】
図３と図４は、各LED１２からの出射光LT3が、面１４ｕで全反射されて凹凸反射部１４ｂに向い、凹凸反射部１４ｂでさらに反射された光は、光学素子部１１を通って、光軸Lに略平行に出射される、ことを示している。
【００４９】
なお、図４は、中央の凹部１４ａに位置するLED１２からの出射光LT3の光路だけを示しているが、他の複数のLED１２からの出射光も同様に、各凹凸反射部１４ｂ（凹部１４ａの片側にしか凹凸反射部１４ｂがない場合は、その一つの凹凸反射部１４ｂ）で反射され、その反射光は、光学素子部１１を通って、光軸Lに略平行に出射される。
【００５０】
すなわち、本実施の形態に係る導光部１４は、広角範囲の光の導光を変換する広角光線変換部ということができる。つまり、導光部１４は、発光素子としての各LED１２からの入射光のうち、拡散板５の発光面に直交する方向における広角範囲の光線成分を意識的に、光学素子部１１側に直接出さずに、その直交する方向（図３の上下方向）の全反射面を有する面１４ｕで反射させて、複数のLED１２の並んだ線に沿って設けられた、その線に沿って延びる帯状の凹凸反射部１４ｂのある位置にいったん戻す。各凹凸反射部１４ｂで反射された光は、光学素子部１１でコリメートされる。
【００５１】
全反射面を有する面１４ｕは、図５及び図６に示すように、各LED１２の直の上下では、アレイ方向に平行な断面形状において、V字の形状を有している。すなわち、光軸Lを含む光軸平面に直交し、かつ複数の凹凸反射部１４ｂが並んだ方向に平行な断面において、各LED１２が配置される位置における２つの面１４ｕを有する２つの面部間の距離が、最も狭くなるように、V字の形状が形成されている。各LED１２から直の上下に出射された光は、アレイ方向、すなわち、複数の凹部１４ａが並んだ直線L1の方向に全反射させて導光される。そして、その光は、図３及び図４で示すように、直線L1方向に並んだ複数の凹凸反射部１４ｂの位置に導光される。
【００５２】
また、各LEDから直線L1の方向に傾いて出射された光は、面１４ｕの全反射面への入射角度が大きいが、面１４ｕは、やはり、直線L1の方向に全反射させてアレイ方向に導光される。結局、各LED１２からの光は、１回あるいは数回の反射のうちに凹凸反射部１４ｂに当たって、コリメーションされて光軸方向に方向転換する。言い換えると、導光部１４は、複数のLED１２からの入射光のうち、広角範囲の光を、帯状に形成された複数の凹凸反射部１４ｂに導光させて光学素子部１１の入射部に導光する反射構造を有する。つまり、複数の凹凸反射部１４ｂは、面１４ｕで全反射して導光された光を再度コリメーションして、光軸平面の方向に方向転換するように角度をつけた凹凸か形成されている帯状部であるので、凹凸反射部１４ｂは、擬似的に帯状(線状)の光源と見なすことができる。
【００５３】
また、アレイ方向に導光した光は、複数のLED１２がRGBの色を有していれば、色がある程度混ざったものである。つまり、凹凸反射部１４ｂからの光は混色性に優れる。蛍光体を使った白色LEDや単色LEDでは、アレイ光源付近の"ホタル"、すなわちホットスポツト、を減らし、アレイ方向の均斉度向上に大きく貢献する。
【００５４】
以上のように、導光部は、各LED１２の出射光のうち所定の角度以上の光を、全反射部の面１４ｕで全反射させ、さらにその反射光を複数の凹凸反射部１４ｂのそれぞれにおいて反射させて、複数の凹凸反射部１４ｂからの光と、各LED１２の出射光のうち所定の角度未満の光とを、光学素子部１１の入射部へ導光する。よって、広角範囲の光線成分は、ほとんどが、凹凸反射部１４ｂに当たって光軸方向に方向転換する。したがって、迷光にならずに有効活用されるので、効率が向上する。
【００５５】
以上説明したように、上述した本実施の形態に係る発光装置１では、上述した広角光線変換部を構成する導光部１４と、外郭のリム部１１ｂ付きの従来のコリメータレンズ部とを有する、アレイ光源用光学素子としてのアレイ光源用光学素子３ａが用いられる。
【００５６】
そして、外郭のリム部１１ｂは、やや広角範囲の光を受けてコリメートするための部分であるが、既に広角光線変換部としての導光部１４により、広角光線の多くは、光軸方向に変換されている。よって、そのような場合は、それ以上の広角光線は既に存在していないので、外郭の全反射リム部１１ｂは不要か、あるいは全反射リム部１１ｂの光軸Lに直交する方向における幅（あるいは光軸Lからの距離）を短くすることができる。  
よって、本実施の形態の中空式の発光装置の厚さは、図１５の中空式の発光装置に比べて、大きなスペースファクタが無くなるために、薄くすることができる。
【００５７】
次に変形例を説明する。  
（第１の変形例）
上述した実施の形態では、導光部１４の各凹部１４ａに各LED１２が配置されるようにしていたが、本第１の変形例では、導光部１４が、各LED１２から光学素子部１１への入光効率を上げるために凸レンズ部を有する。
【００５８】
図７から図９は、本変形例に導光部１４Aを説明するための図であり、図７は、導光部１４Aの凹凸反射部１４ｂの形成された側から見たときのコリメータレンズ３ｂの正面図である。図８は、導光部１４Aの複数の凹凸反射部１４ｂが並んだ直線L1の方向に沿った断面図である。図９は、図８におけるIX-IX線に沿ったコリメータレンズの断面図である。
【００５９】
図７に示すように、導光部１４Aにおいて、各LED１２が配置される凹部１４ａａは、各LED１２が配置できるだけの単なる凹部ではなく、図８に示すように、アレイ方向すなわち直線L1方向の断面形状が曲線の凹部形状の内側表面Sを有し、その内側表面Ｓは、図９に示すように、直線L1に直交する方向の断面形状は、凸レンズの形状を有する。すなわち、各凹部１４ａａは、各LED１２からの光を受光する面として、出射光を、直線L1方向において広く出射させ、かつ直線L1に直交する方向では、広角に出射させないような内部表面Sを有する凸レンズ部を有している。
【００６０】
このような構成によれば、凹部１４ａａの内側表面Sは、アレイ方向断面図では、曲線の凹部を持つようにカットされているので、ラテラルな方向、すなわちアレイ方向の成分の光学素子部１１への入光効率を上げている。また、凹部１４ａａの内側表面Sは、直線L1に直交する方向の断面形状は、凸レンズの形状を有するので、その直交する方向における入光効率も高い。
【００６１】
なお、複数のLED１２は、複数の凹凸反射部１４ｂと同じアレイ方向の線状に並ぶように配置される。すなわち、複数のLED１２と複数の凹凸反射部１４ｂは、アレイ状の光源が形成されるように配置される。そして、その線状の光源は、光学素子部１１の凸レンズ部１１ａの光軸中心とも一致する。
【００６２】
従って、本変形例によれば、よりコンパクトなコリメータレンズ部を用いることができ、かつ効率の良いコリメーション効果を実現することができる。
【００６３】
（第２の変形例）
上述した実施の形態及び第１の変形例では、発光装置１は、箱状であり、発光面は矩形であるが、本変形例の発光装置は、発光面が円形となる発光装置である。
【００６４】
図１０は、本変形例に係る発光装置１Aの構成を説明するための組み立て斜視図である。
【００６５】
平面的に見たときに円形のケース２２の底面の中央部に、断面図における傾斜面が曲線を有する円錐形状部を有する反射部材２４が配置されている。すなわち、反射部材２４は、中央部から裾部へ緩やかに傾斜する傾斜面を有する。
【００６６】
ケース２２の円環状の側面部の内周面全体に亘って、図示しない基板上に設けられた発光素子である複数のLED３２が一定の間隔で並んで、かつ平面的に見たときに、出射光を反射部材２４の中央部に向かって出射するように設けられている。言い換えると、複数のLED３２は、互いに光軸Oが同一平面内の一点で交差する方向に円環状に設けられ、複数のLED３２のそれぞれがその一点に向かって狭角配光特性の光を出射する。円環状に並んだ複数のLED３２を含む光源３３は、サイド照明光として用いられる。
【００６７】
そのために、複数のLED３２の内周側には、円環状のコリメータレンズ３ｃが、各LED３２からの出射光を、ケース２２の中心に集光するように配置されている。コリメータレンズ３ｃは、円環状のコリメータレンズ部３１と、コリメータレンズ部３１の外周側に形成された、円環状の導光部３４を有する。後述するように、導光部３４は、発光素子からの出射光の配光等を変換する円環状の部分である。
【００６８】
ケース２２の上面には、円板状の拡散板２５が設けられ、反射部材２４と拡散板２５の間には、中空領域２６が形成される。
【００６９】
具体的には、拡散板２５は、各LED３２から出射光の光軸Oに平行な発光面となる平面を有する。そして、拡散板２５は、その同一平面から所定の距離だけ離れて配置され、各LED３２からの出射光を受けて拡散反射により発光面を形成する円形の拡散反射用の部材である。
【００７０】
発光装置１Aの図１０のI−I線に沿った断面は、上述した図１と同様である。ケース２２、反射部材２４、拡散板２５、中空領域２６、LED３２、コリメータレンズ３ｃ、コリメータレンズ部３１及び導光部３４が、それぞれ、ケース２、反射部材４、拡散板５、中空領域６、LED１２、アレイ光源用光学素子３ａ、光学素子部１１及び導光部１４に相当する。
【００７１】
導光部３４は、配置された隣り合う２つのLED３２の間に位置するように、形成された複数の凹凸反射部３４ｂを有する。各凹凸反射部３４ｂは、例えば、上述した凹凸反射部１４ｂと同様に、プリズムで構成される。導光部３４は、各LED３２からの出射光を、周方向に導光する。導光部３４は、光軸平面を挟むように形成された２つの面（図３の面１４ｕに対応する）を有し、各面は、円環状である。そして、導光部３４の２つの面の全反射面の形状は、各LED３２からの光を、複数のLED３２間に配置された複数の凹凸反射部３４ｂに向けて反射させて、導光部３４の周方向の線上へ導光する形状である。
【００７２】
従って、本変形例の発光装置１Aによっても、装置が薄く、かつ円形の発光面における照度分布を一様の分布にすることができる中空式の面状の発光装置を実現することができる。本変形例の発光装置１Aは、例えば、通常のオフィスあるいは住宅用の円形照明装置だけでなく、信号機、自動車のスピードメータ等への応用も可能である。
【００７３】
（第３の変形例）
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、光源についての変形例を説明するための図である。  
上述した実施の形態及び各変形例において、光源としてLEDを用いる例を説明したが、蛍光体を用いた白色LEDを用いる場合、蛍光体がLEDパッケージの透明樹脂中に全体に分布している場合がある。
【００７４】
図１１（ａ）は、蛍光体が樹脂内に全体に分布しているLEDの構成を示す断面図である。基板１３上に設けられたLEDチップ１２は、透明樹脂４３により覆われている。透明樹脂４３は、内部全体に蛍光体４４が含まれている。
【００７５】
図１１（ａ）に示すように、蛍光体がLEDパッケージの透明樹脂中に全体に分布している場合、LEDパッケージからから出射する光は、点光源と見なせなくなり、結果として、コリメータレンズ等の光学系を用いても配光を狭くすることができなくなる場合がある。
【００７６】
特に、LEDチップ１２が、例えばInGaN系の青色LEDチップで、蛍光体４４が黄色の蛍光体（YAG等）である場合、両方の発光を合成して疑似白色を実現する。その場合、点光源に近い青色LEDのチップ１２と、透明樹脂４３内で広い範囲に分布する黄色の蛍光体４４により、光学系を通って出力された光には、色分離が生じる。すなわち、発光領域サイズのミスマッチに起因する色分離により、照射平面上で、大きな周期で縞状の黄色と青色の色むらが生じてしまう。
【００７７】
そこで、このような色むらを生じさせないために、光源のLEDパッケージは、図１１（ｂ）に示すような構成にするのが好ましい。  
図１１（ｂ）に示すLEDパッケージでは、LEDチップ１２ａは、蛍光体４４ａがチップの表面上にコーティングされたチップであり、透明樹脂４３がそのLEDチップ１２ａを覆っている。このようなLEDチップ１２ａの表面は、コンフォーマル・フォスファ・コーティング・プロセス（Conformal Phosphor Coating Process：（CP）２）により蛍光体４４ａがコーティングされている。  
すなわち、光源３における発光素子としてLEDチップは、その表面に蛍光体４４ａが設けられ、その上にLEDチップと蛍光体４４ａを覆うように透明樹脂４３が設けられている。
【００７８】
このようなLEDパッケージを用いることによって、LEDチップ１２ａ自体の色と蛍光体４４ａの色は同じ位置で混ざるので、LEDパッケージからから出射する光は光学系を通しても色分離を生じさせない。その結果、チップサイズの微小な白色光源となる。従って、小さなコリメータレンズで狭い配光に変換できるため、上述した実施の形態及び各変形例の発光装置を、色むら無く、薄くすることができる。
【００７９】
なお、上述したLEDパッケージでは、蛍光体４４ａは、LEDチップ１２ａの表面に設けられているが、蛍光体４４ａは、LEDチップ１２ａの表面ではなく、ごく近傍に設けるようにしてもよい。
【００８０】
以上の本実施の形態及び各変形例によれば、発光素子からの出射光の配光等を変換する、リニア状もしくは円環状の導光部は、広角な入光成分をアレイ方向もしくは周方向に導光させ、さらに、アレイ状の発光点の間に設けた帯状の光学構造が、LED１２からの出射光を、その導光方向から光学素子部１１の光軸方向への方向転換を行う。
【００８１】
これにより、従来、迷光となっていた所定角度以上の広角範囲の出射光を有効利用できるため、発光素子からコリメータレンズへの入光効率が向上する。
【００８２】
また、上述した本実施の形態及び各変形例の光源は、複数の点光源がアレイ状に並んだ光源、というよりも擬似的に帯状光源に見えるため、混色性か向上し、均一性も向上する。さらに、広角入光成分を直接に外郭のリム部における全反射によりコリメートするのではなく、入射部付近で導光させることで利用するため、大きな外郭全反射リムか不要、もしくは縮小できるため、発光装置の光学系自体を小型化できる。
【００８３】
以上説明した実施の形態及び各変形例の発光装置は、発光面において照度分布が一様の分布の装置であり、例えば、発光面における均斉性の高いバックライト装置に応用できるだけでなく、通常の照明装置等、種々の装置にも応用できるものである。
【００８４】
例えば、上述した実施の形態及び各変形例に係る中空型の線状もしくは面状の発光装置は、液晶ディスプレイ(LCD)のバックライト光源、一般照明、業務用各種照明、画像スキャン用光源等に応用することができる。特に、上述した実施の形態及び各変形例に係る発光装置を用いた液晶表示装置、TVセット及び照明装置は、軽量で、薄型とすることができ、かつ発光面内の均斉度を高くすることもできるので、大幅な性能向上を図ることができる。
【００８５】
なお、上述した実施の形態及び各変形例では、光源の発光素子としてLEDが用いられているが、レーザダイオード（LD）等でもよい。  
さらになお、各変形例は、他の１以上の変形例と組み合わせて適用するようにしてもよい。
【００８６】
よって、上述した実施の形態及び各変形例においての説明した原理を用いて、発光面が一様の輝度分布を有する、より薄型の発光装置を実現することが可能である。  
本発明は、上述した実施の形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態に係わる発光装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる光源の構成例を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わるコリメータレンズ部と導光部を有するコリメータレンズを含む光源の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わる導光部の凹凸反射部のある側から見たときのコリメータレンズの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる導光部の凹凸反射部のある側から見たときのコリメータレンズの正面図である。
【図６】図３のVI-VI線に沿って矢印の方向から見たときの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の第１の変形例に係わる導光部の凹凸反射部のある側から見たときのコリメータレンズの正面図である。
【図８】本発明の実施の形態の第１の変形例に係わる導光部の複数の凹凸反射部が並んだ直線L1の方向に沿った断面図である。
【図９】図８におけるIX-IX線に沿ったコリメータレンズの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の第２の変形例に係わる発光装置の構成を説明するための組み立て斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態の第３の変形例に係わる光源についての変形例を説明するための図である。
【図１２】従来の中空式の面照明装置の構成例を示す断面図である。
【図１３】従来の薄い中空式の面照明装置の構成例を示す断面図である。
【図１４】図１３におけるLED基板とLEDアレイ光源用光学素子を説明するための図である。
【図１５】図１３におけるLEDアレイ光源用光学素子の断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１、１A  発光装置、２、２２  ケース、３、３１  光源、３ａ、３ｂ、３ｃ  アレイ光源用光学素子、４  導光部、５、２５  拡散板、６、２６  中空領域、１１、３１  光学素子部、１２、３２  LED、１３  基板、１４、１４A、３４  導光部、１４ａ  凹部、１４ｂ、３４ｂ  凹凸反射部
【図１】
2010040296.tif 000003
【図２】
2010040296.tif 000004
【図３】
2010040296.tif 000005
【図４】
2010040296.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010040296.tif 000008
【図７】
2010040296.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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