(57)【要約】【課題】薄型でありながら、優れた配光特性と色ムラの改善を実現できるバックライト装置用の光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ光源２０の光放出面から出射した光のうち中心付近の光は、入射面１１の中央領域１１ａの粗し面で拡散され、混色された状態で出射面１２の第１領域１２ａに入射する。また、ＬＥＤ光源２０の光放出面から出射した光のうち周辺領域１１ｂに入射した光は、出射面１２の第２領域１２ｂに入射する。本実施の形態によれば、Ｚ０は、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に極大値（Ｚｍａｘ）を持つので、粗し面を通過することで指向性が高まった光線を、さらに光軸ＯＡから離すように出射させることで配光特性を向上させることができる。【選択図】図１
2014032743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライト用照明装置に用いられ、ＬＥＤ光源の光放出側に配置される光学素子であって、
前記ＬＥＤ光源側の凹状の入射面と、それに対向する出射面のうち少なくとも一方の少なくとも一部が、平均粗さでRa０．２μｍを超える粗し面となっており、
前記光学素子の光軸方向断面をとり、前記光学素子の光軸と前記出射面とが交差する点を原点とし、前記原点より前記ＬＥＤ光源側を負、それと反対側を正として、前記出射面の任意の点における光軸方向の光学面半径を１とした場合の距離Ｚ０と、光軸直交方向の距離Ｒ０との関係を求めたとき、Ｚ０は、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に凸の極大値Ｚｍａｘを持つことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記粗し面は、前記入射面の中央に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
【請求項３】
前記粗し面の面粗度は、前記入射面の光軸付近から周辺側に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記粗し面は、前記入射面の周辺に設けられていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記粗し面はブラスト加工により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記入射面又は出射面の少なくとも一方は、前記入射面の前記粗し面を通過した光線が通過する第１領域と、前記入射面の前記粗し面以外の面を通過した光線が入射する第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域とは不連続であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１領域と前記第２領域との間に、光軸側を向いた段差面が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学素子の光軸と、前記ＬＥＤ光源の発光面との交点を発光基準点としたとき、前記入射面上の任意の点と前記発光基準点とを結ぶ直線と、光軸とのなす角をα１、前記入射面上の任意の点と前記発光基準点との距離をＲ１としたときに、前記角α１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１をＲ１Δα１で除算した値ΔＲ１／（Ｒ１Δα１）をＡ１として、α１が０のとき、Ａ１が０であり、
前記出射面上の任意の点と前記発光基準点とを結ぶ直線と、光軸とのなす角をα２、前記出射面上の任意の点と前記発光基準点との距離をＲ２としたときに、前記光学素子を構成する材料の屈折率をｎとして、α２の増分Δα２に対するＲ２の増分ΔＲ２をＲ２Δα２で除算した値ΔＲ２／（Ｒ２Δα２）をＡ２とすると、前記出射面において、α２が０のとき、Ａ２が０であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記入射面において、Ａ１の最大値は、α１が０からπ／４までの間にあることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ光源は、第１の色の光線を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから発せられた前記第１の色の光線によって前記第１の色とは異なる第２の色に発光する蛍光体を組み合わせてなり、その光放出面がフラットであるＬＥＤ光源と、請求項１〜９のいずれかに記載のＬＥＤ用光学素子と、を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大面積の面部材の背面側に設置され、前記面部材を介して光が通過するように照明を行うバックライト照明装置用の光学素子及びこれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネル背面に配置された多数の冷陰極管からの光を拡散板や反射板等を介して、液晶パネルの背面側に導光し、バックライトとして均一に照明することで明瞭に画像が視認できるようにしていた。これに対し近年では、省エネの観点から、バックライトの光源としてＬＥＤ光源が使用されるようになってきた。また、液晶ディスプレイ装置に表示される画像に応じて明暗を制御することができるという観点からも、ＬＥＤ光源は使いやすく、これにより更に液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。
【０００３】
このように液晶ディスプレイ装置のバックライトとしてＬＥＤ光源を用いる場合、ＬＥＤ光源のチップ自体が小さいため、かかるチップを液晶パネルの背面側に直接配置しようとすると、均一な照度を確保するためには、無数のチップが必要になって現実的でない。そこで、ＬＥＤチップから放出された光を均一照度の照明光に変換する光学素子が必要になる。特許文献１には、ＬＥＤ光源からの光を入射してなるべく均一照度な照明光に変換することができる、液晶用バックライト用の光学素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-192915号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液晶パネルで表示される画像を自然な色で発色させるために、バックライトには白色光を発光させるＬＥＤ光源が用いられる。このように白色光を発光させるＬＥＤ光源としては、民生用機器向けとしては、青色光線を放出する青色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光する蛍光体を組み合わせたものが広く用いられている。
【０００６】
しかるに、青色ＬＥＤチップと蛍光体とを用いた白色ＬＥＤ光源の特性として、蛍光体を通過した白色光において光軸を中心としたイエローリングと呼ばれる色ムラが生じる恐れがあり、このような色ムラが生じた白色光を液晶パネルの背面に照射すると、液晶パネルに表示される画像の自然な発色を損なう恐れがある。これに対し、特許文献１の技術によれば、このような色ムラの問題をある程度改善できる。
【０００７】
ところで、近年では、大型の液晶ディスプレイ装置用のバックライトにおいて、ＬＥＤチップのパワーを増大させ、代わりに、1台あたりの使用個数を減少させてコストを抑えようとする傾向がある。また、バックライトの更なる薄型化の要求もある。このような仕様の移行により、色ムラが顕著になる傾向がある。
【０００８】
これに対し、光学素子の入射面に粗し処理を行うことで、色ムラを解消または緩和することができるが、本発明者の研究によれば、入射面に粗し処理を行うことで、入射面を通過した光線の指向性が高まり、配光特性が悪化することが判明した。
【０００９】
かかる問題に対して、特許文献1においては、レンズの入射面側の一部に粗し処理を設けることで色ムラ等を改善できることが開示されているが、それにより配光特性が悪化することについては全く言及されていない。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、薄型でありながら、優れた配光特性と色ムラの改善を実現できるバックライト装置用の光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明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】
【００１１】
請求項１に記載の光学素子は、バックライト用照明装置に用いられ、ＬＥＤ光源の光放出側に配置される光学素子であって、
前記ＬＥＤ光源側の凹状の入射面と、それに対向する出射面のうち少なくとも一方の少なくとも一部が、平均粗さでRa０．２μｍを超える粗し面となっており、
前記光学素子の光軸方向断面をとり、前記光学素子の光軸と前記出射面とが交差する点を原点とし、前記原点より前記ＬＥＤ光源側を負、それと反対側を正として、前記出射面の任意の点における光軸方向の光学面半径を１とした場合の距離Ｚ０と、光軸直交方向の距離Ｒ０との関係を求めたとき、Ｚ０は、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に凸の極大値Ｚｍａｘを持つことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記入射面と前記出射面との少なくとも一方の少なくとも一部が、平均粗さでRa０．２μｍを超える粗し面となっているので、前記粗し面を通過する光線に拡散効果を与えて、色ムラを改善できる。特に最近では、ＬＥＤ光源のハイパワー化が推進されているため、拡散による照度低下より色ムラを抑えるメリットの方が望まれるケースが多い。しかしながら、前記粗し面を設けることで、前記光学素子から出射する光線の指向性が高まることが、本発明者により見いだされた。そこで、本発明においては、Ｚ０が、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に凸の極大値Ｚｍａｘを持つように前記出射面形状を設定することで、前記粗し面を通過することで指向性が高まった光線を、さらに分散させて出射させることで、バックライト用照明装置として好適な配光特性を確保するようにしたのである。
【００１３】
請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記粗し面は、前記入射面の中央に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
バックライト用照明装置において光軸付近に色ムラが生じることがあるが、前記粗し面を前記入射面の中央にのみ設けることで、その拡散効果により光軸付近に生じる色ムラを効果的に抑制できる。
【００１５】
請求項３に記載の光学素子は、請求項２に記載の発明において、前記粗し面の面粗度は、前記入射面の光軸付近から周辺側に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする。
【００１６】
光軸付近の色ムラは、周辺側に向かうにつれて緩和される傾向がある。そこで、前記入射面の光軸付近では、前記粗し面の面粗度を大きくすることで拡散効果を与えて色ムラを抑制し、さらに周辺側に向かうにつれて、前記粗し面の面粗度を徐々に小さくすることで、拡散効果を徐々に低減させ、拡散効果とトレードオフの関係になりがちな光の利用効率などを向上させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の光学素子は、請求項１〜２のいずれかに記載の発明において、前記粗し面は、前記入射面の周辺に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
バックライト用照明装置において周辺に色ムラが生じることがあるが、前記粗し面を前記入射面の周辺にのみ設けることで、その拡散効果により周辺に生じる色ムラを効果的に抑制できる。
【００１９】
請求項５に記載の光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記粗し面はブラスト加工により形成されていることを特徴とする。
【００２０】
前記入射面をブラスト加工で粗し面とする場合、粗し範囲が狭くなるので製造の工数を削減することができる。ブラスト加工とは、小さな粒径の研磨剤または類似のものを製品もしくは製品を成形する金型の表面に噴射して、面を粗す加工をいい、粒径が小さい研磨剤を用いることで、精密加工が可能である。尚、ブラスト面の代わりに、シボ面等の粗し面、あるいは輪帯状／格子状の微細形状を加工形成してもよい。
【００２１】
請求項６に記載の光学素子は、請求項２〜５のいずれかに記載の発明において、前記入射面又は出射面の少なくとも一方は、前記出射面は、前記入射面の前記粗し面を通過した光線が通過する第１領域と、前記入射面の前記粗し面以外の面を通過した光線が入射する第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域とは不連続であることを特徴とする。
【００２２】
前記入射面の一部のみを粗し面とした場合、前記入射面の前記粗し面を通過した光線が通過する第１領域と、前記粗し面以外の前記入射面を通過した光線が通過する第２領域との境界において、光量分布が不連続となる恐れがある。そこで、前記入射面又は出射面の少なくともいずれか一方において前記第１領域と前記第２領域とを不連続とすることで、かかる境界付近で光量分布がなめらかに連続するように調整できる。特に入射面を不連続とし、粗し面の境界部と一致させると効果的である。
【００２３】
請求項７に記載の光学素子は、請求項６に記載の発明において、前記第１領域と前記第２領域との間に、光軸側を向いた段差面が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
前記段差面が光軸反対側を向いていると、前記段差面で反射した後さらに前記入射面で反射する光束が発生する。よって前記段差面が光軸側を向くことで、そのような光束の発生が抑えられ、出射光線が光軸付近に集中することが回避されるので、光量ムラを抑えて均一な照度を確保できる。
【００２５】
請求項８に記載の光学素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の光軸と、前記ＬＥＤ光源の発光面との交点を発光基準点としたとき、前記入射面上の任意の点と前記発光基準点とを結ぶ直線と、光軸とのなす角をα１、前記入射面上の任意の点と前記発光基準点との距離をＲ１としたときに、前記角α１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１をＲ１Δα１で除算した値ΔＲ１／（Ｒ１Δα１）をＡ１として、α１が０のとき、Ａ１が０であり、
前記出射面上の任意の点と前記発光基準点とを結ぶ直線と、光軸とのなす角をα２、前記出射面上の任意の点と前記発光基準点との距離をＲ２としたときに、前記光学素子を構成する材料の屈折率をｎとして、α２の増分Δα２に対するＲ２の増分ΔＲ２をＲ２Δα２で除算した値ΔＲ２／（Ｒ２Δα２）をＡ２とすると、前記出射面において、α２が０のとき、Ａ２が０であることを特徴とする。
【００２６】
これにより、前記光学素子の光軸付近が暗くなることが抑制され、輝度ムラの抑制が可能となる。
【００２７】
請求項９に記載の光学素子は、請求項８に記載の発明において、前記入射面において、Ａ１の最大値は、α１が０からπ／４までの間にあることを特徴とする。
【００２８】
これにより、前記光学素子の光軸付近に光が集中することが抑制され、輝度ムラの抑制が可能となる。すなわち、前記入射面において、Ａ1の最大値はα1が０からπ／４の間にあるので、前記光学素子からの光が集中する光軸付近で急に光を曲げる角度を増加させることにより、光軸上の光量を減少させ、光軸から離れた領域ではゆるやかに曲げる角度を戻していくことにより、より拡散性の向上ができるため、前記光学素子により滑らかな輝度分布が得られ、ＬＥＤ照明装置を複数配置したときの輝度ムラの抑制が可能になる。
【００２９】
請求項１０に記載のＬＥＤ照明装置は、前記ＬＥＤ光源は、第１の色の光線を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから発せられた前記第１の色の光線によって前記第１の色とは異なる第２の色に発光する蛍光体を組み合わせてなり、その光放出面がフラットであるＬＥＤ光源と、請求項１〜９のいずれかに記載のＬＥＤ用光学素子と、を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明に係るＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）照明装置は、ＬＥＤ光源と、光学素子と、を有し、バックライト用途に用いられるものである。バックライトとは、背面から液晶パネル等を照明するものであり、ここでは液晶パネルの直下に配置される直下型のバックライトをいう。
【００３１】
ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、光放出面がフラットな形状を有し、更に白色光を出射する白色ＬＥＤを用いることが好ましい。
【００３２】
白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられる。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。
【００３３】
白色ＬＥＤは、具体的には、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光（第１の色の光）を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。
【００３４】
なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。
【００３５】
蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長の光（第２の色の光）に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
【００３６】
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００３７】
ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。
【００３８】
光学素子は、プラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、例えばＰＭＭＡやＰＣを用いることで、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、薄型でありながら、優れた配光特性と色ムラの改善を実現できるバックライト装置用の光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置の光軸方向断面図である。
【図２】実施例１にかかる光学素子の光軸方向出射面側から見た図である。
【図３】図２のIII-III線で切断して矢印方向に見た実施例１の光軸方向断面図である。
【図４】実施例２にかかる光学素子の光軸方向出射面側から見た図である。
【図５】図４のV-V線で切断して矢印方向に見た実施例２の光軸方向断面図である。
【図６】実施例２にかかる光学素子の光軸方向入射面側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置の光軸方向断面図であるが、概略図であって実際の寸法が異なる。本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置は、光学素子１０と、不図示の回路基板上に形成されたＬＥＤ光源２０を有している。図示していないが、ＬＥＤ光源２０は、青色光を放出するＬＥＤチップと、その光放出側に設けられた黄色蛍光体とを積層してなる。
【００４２】
光学素子１０は、プラスチックとしてＰＭＭＡを用いて成形により形成されている。さらに、光学素子１０は、ＬＥＤ光源２０の光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源２０からの発光光が入射する凹状の入射面１１と、入射面１１から入射した光を外部に放出する全体的に凸状の出射面１２と、底面１３とを有する。
【００４３】
入射面１１は、光軸ＯＡ（光放出面２０の中心における法線と重なる）を含む凹状の非球面形状である。入射面１１の中央側である中央領域１１ａに、ブラスト加工により平均粗さでRa０．２μｍを超える粗し面が形成されている。粗し面の面粗度は、入射面１１の光軸ＯＡ付近から周辺側に向かうにつれて小さくすると好ましい。一方、入射面１１の周辺側であって中央領域１１ａに隣接した周辺領域１１ｂは、鏡面となっている。尚、周辺側のみ粗し面を設けてもよい。
【００４４】
出射面１２は、光軸付近が凹状であって、周囲が凸状である。光学素子１０の光軸ＯＡと出射面１２とが交差する点を原点Ｏとし、原点ＯよりＬＥＤ光源２０側を負、それと反対側を正として、出射面１２の任意の点における光軸方向の光学面半径を１とした場合の距離Ｚ０と、光軸直交方向の距離Ｒ０との関係を求めたとき、Ｚ０は、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に極大値（Ｚｍａｘ）を持つ。図１では点Ｐ１である。
【００４５】
出射面１２は、光軸側の第１領域１２ａと、底面１３と交差する周辺側の第２領域１２ｂと、第１領域１２ａと第２領域１２ｂとを接続する段差面１２ｃとを有する。段差面１２ｃは、光軸側を向いていると好ましい。
【００４６】
入射面１１は、光学素子１０の光軸ＯＡに対し軸対称な凹の曲面部分を有し、光軸ＯＡとＬＥＤ光源２０の発光面との交点を発光基準点Ｑとしたとき、入射面１１上の任意の点Ｐ３と発光基準点Ｑとを結ぶ直線と、光軸ＯＡとのなす角をα１、入射面１１上の点Ｐ３と発光基準点Ｑとの距離をＲ１として、一般的な発光素子の配光特性であるランバート分布の場合であれば、光軸方向に出射した光度の半分以上の光度範囲であるα１＜π／３の範囲においては少なくとも、α１の増加に従いＲ１は単調減少している。
【００４７】
ここで、本明細書では特に断らない限り角度表記にはラジアンを用いる。次に、出射面１２は、光軸ＯＡに対し軸対称であって、周辺側で凸の曲面部分を有すると共に、光軸ＯＡとの交点（原点Ｏ）を含む部分に凹の曲面部分を有しており、出射面１２上の任意の点Ｐ４と発光基準点Ｑとを結ぶ直線と、光軸ＯＡとのなす角をα２、入射面１１上の点Ｐ４と発光基準点Ｑとの距離をＲ２として、少なくともα２＜π／３の範囲においては、α２の増加に従いＲ２は単調増加している。
【００４８】
このとき、入射面１１に入射した光Ｌは、外側に屈折し、出射面１２から出射するときにさらに外側に屈折させられる。以下にその原理を示す。入射面１１上の点Ｐ３で、仮に光入射面の形状が、α１が増加してもＲ１が変化しない形状であったとき、すなわち図１の断面図でα１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１が０であったとき、入射面１１の形状は発光基準点Ｑを中心とする半径Ｒ１の円となり、光は入射面１１に垂直に入射するため、光の方向を変えずに伝播する。
【００４９】
一方、入射面１１の形状がα１の増加にしたがいＲ１が減少する形状である場合、すなわち、同図の断面図でα１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１がΔＲ１＜０であったとき、入射面１１上の点Ｐ３における接線は、発光基準点Ｑを中心とした半径Ｒ１の円より光軸ＯＡと平行に近付いた角度となり、このとき発光基準点Ｑから出射し、任意の点Ｐ３に入射した光は光軸ＯＡから離れる方向に曲げられて、光学素子１０内を伝播する。このとき、ΔＲ１／Ｒ１Δα１＝Ａ１とすると、Ａ１はＡ１＜０となる。
【００５０】
次に、出射面１２では逆にα２の増加にしたがいＲ２が増加するため、出射面１２上の点Ｐ４における接線は、発光基準点Ｑを中心とした半径Ｒ２の円の接線より光軸ＯＡと垂直に近付いた角度となり、発光基準点Ｑと点Ｐ４を結ぶ直線の方向から点Ｐ４に入射した光はさらに光軸ＯＡから離れる方向に曲げられる。実際には入射面１１があるため、同図に示すように発光基準点Ｑと点Ｐ４とを結ぶ直線と点Ｐ４における法線とのなす角よりも、実際に点Ｐ４に入射する光Ｌと点Ｐ４おける法線とのなす角の方が大きく、さらに光軸から離れる方向へと曲げられる。このように、以上の特性を有する入射面１１と出射面１２とを有することにより、拡散性を向上させた発光装置を得ることができる。
【００５１】
次に、図１を参照して出射面１２から光を出射させるための条件について述べる。まず、発光基準点Ｑと光出射面上の点Ｐ４とを結ぶ直線の方向から点Ｐ４へ入射した光線について考える。
【００５２】
点Ｐ４における法線と発光基準点Ｑと点Ｐ４を結ぶ直線とのなす角をβ、α２が微小量Δα２だけ変化したときのＲ２の変化量をΔＲ２とすると、ｔａｎβ＝ΔＲ２／Ｒ２Δα２となる。次に屈折率をｎとすると、光出射面から出射するには、ｎｓｉｎβ≦１ である必要がある。ΔＲ２／Ｒ２Δα２＝Ａ２として、以上の式を整理すると、以下の式が成立する。
Ａ２≦１／√（ｎ2−１）      （１）
【００５３】
（１）式が、発光基準点Ｑと出射面１２上の点Ｐ４を結ぶ直線の方向から点Ｐ４へ入射した光線が出射面１２から出射するための条件となる。以上は、発光基準点Ｑから出射した光が入射面１１で曲がらずに出射面１２に到達した場合についてであるが、実際には入射面１１で屈折されるため、出射面１２上の点Ｐ４へ到達する光の入射角はβより大きくなる。そのため、（２）式の条件下では必ず全反射が生じてしまう。
Ａ２≧１／√（ｎ2−１）      （２）
【００５４】
よって、少なくともＡ２は、１／√（ｎ2−１）未満である必要がある。
【００５５】
以上では、α１＝０、及びα２＝０以外の部分について述べたが、α１＝０、α２＝０のときは、ＬＥＤ光源２０から光軸方向に出射された光を光軸方向に出射する必要があるため、Ａ１及びＡ２は０となる。このようにすることにより、光学素子１０の直上が暗くなるというデメリットが抑制される。
【００５６】
本実施の形態では、ＬＥＤ光源２０の光放出面から出射した光のうち中心付近の光は、入射面１１の中央領域１１ａの粗し面で拡散され、混色された状態で出射面１２の第１領域１２ａに入射する。また、ＬＥＤ光源２０の光放出面から出射した光のうち周辺領域１１ｂに入射した光は、出射面１２の第２領域１２ｂに入射する。本実施の形態によれば、Ｚ０は、0.25（ｍｍ）≦Ｒ０≦0.65（ｍｍ）の範囲で正側に極大値（Ｚｍａｘ）を持つので、粗し面を通過することで指向性が高まった光線を、さらに光軸ＯＡから離すように出射させることで配光特性を向上させることができる。
【００５７】
さらに、粗し面である入射面１１の中央領域１１ａから出射した光線が、出射面１２の第１領域１２ａのみに入射し、鏡面である入射面１１の周辺領域１１ｂから出射した光線が、出射面１２の第２領域１２ｂのみに入射するので、出射面１２との第１領域１２ａと第２領域１２ｂの設計の自由度が広がり、各領域の境界における出射光線の光量分布をなめらかに変化するようにできる。また、段差面１２ｃが光軸ＯＡ側を向いているので、段差面１２ｃで反射した光がさらに入射面１１で反射することを抑制でき、出射光線が光軸付近に集中することが回避されるので、光量ムラを抑えて均一な照度を確保できる。
【００５８】
次に、光学素子の好適な実施例について説明する。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、光学素子の光学面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００５９】
【数１】
2014032743.tif 000003
【００６０】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【００６１】
（実施例１）
実施例１の非球面係数を表１に示す。表中、Ｓ１が入射面であり、Ｓ２が出射面である。図２は、実施例１にかかる光学素子の光軸方向出射面側から見た図である。図３は、実施例１の光軸方向断面図であって、ＬＥＤ光源とともに示すが、粗し面は模式的に示している。実施例の各部（寸法はｍｍ）については、上述した実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。ただし、本実施の形態では、出射面１２は、同じ非球面係数で表される非球面からなる１領域であり、その周囲にフランジ部１２ｆが設けられている。入射面１１の中央領域１１ａにのみ粗し面が設けられており、中央領域１１ａから出射した光線が、出射面１２の内側の領域に入射し、鏡面である入射面１１の周辺領域１１ｂから出射した光線が、出射面１２の外側の領域に入射する。底面１３は、周方向に等間隔に３つの脚部１３ａを有しており、脚部１３ａを、ＬＥＤ光源２０を配置した基板３０の表面に当接させて取り付けるようになっている。脚部１３ａを周方向に不連続に配置することで、ＬＥＤ光源２０を密封することが抑制され、ＬＥＤ光源２０の配線の引き出しや通気性、放熱性の確保を行える。脚部１３ａを含む底面１３全体は、拡散作用を持つ粗し面とできる。実施例１では、Ｒ０＝０．３６ｍｍのとき、Ｚｍａｘ＝０．３８６である。
【００６２】
【表１】
2014032743.tif 000004
【００６３】
（実施例２）
実施例２の非球面係数を表２に示す。表中、Ｓ１が入射面であり、Ｓ２-内が出射面の第１領域、Ｓ２−外が第２領域である。図４は、実施例２にかかる光学素子の光軸方向出射面側から見た図であるが、粗し面は模式的に示している。図５は、実施例２の光軸方向断面図である。図６は、実施例２にかかる光学素子の光軸方向入射面側から見た図である。各部の符号は、上述した実施例と同様である。本実施例では、出射面１２ａは、点Ｐを境として光軸側の第１領域１２ａと、光軸外側の第２領域１２ｂとで２面構成となっている。入射面１１は、粗し面である光軸を含む中央領域１１ａと、鏡面である周辺側の周辺領域１１ｂと、周辺領域１１ｂの下端から半径方向外方に延在するつなぎ面１１ｃと、つなぎ面１１ｃの周囲に設けた周囲面１１ｄとを有する。中央領域１１ａと周辺領域１１ｂとは、互いに異なる非球面係数で表される非球面である。入射面１１の粗し面を設けた中央領域１１ａから出射した光線が、出射面１２の第１領域１２ａに入射し、鏡面である入射面１１の周辺領域１１ｂから出射した光線が、出射面１２の第２領域１２ｂに入射する。点Ｐの位置には、微少な段差が設けられている。また、１２ｆはフランジ部である。本実施例においては、中央領域１１ａのみが粗し面である。実施例２では、Ｒ０＝０．３６ｍｍのとき、Ｚｍａｘ＝０．３８６である。
【００６４】
【表２】
2014032743.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、出射面に粗し面を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０            光学素子
１１            入射面
１１ａ            中央領域
１１ｂ            周辺領域
１１ｃ            つなぎ面
１２            出射面
１２ａ            第１領域
１２ｂ            第２領域
１２ｃ            段差面
１２ｆ  フランジ部
１３            底面
１３ａ            脚部
２０            ＬＥＤ光源
２０ａ            光放出面
３０            基板
【図１】
2014032743.tif 000006
【図２】
2014032743.tif 000007
【図３】
2014032743.tif 000008
【図４】
2014032743.tif 000009
【図５】
2014032743.tif 000010
【図６】
2014032743.tif 000011