(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子からの光の取り出し効率の高い光学素子を提供する。【解決手段】一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、2014197152.tif 000021前記突起部における外観形状は、上記式を満たすものであることを特徴とする光学素子。【選択図】図４
2014197152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数２】
2014197152.tif 000015
前記突起部における外観形状は、数２における式を満たすものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記数２に示される式において、ｎの値は４以上であ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】
一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨａとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数１】
2014197152.tif 000016
前記突起部における外観形状は、数１における式を満たすものであって、ｎの値は３以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数５】
2014197152.tif 000017
前記突起部における外観形状は、数５における式を満たすものであって、ｋの値が０．２以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
前記突起部は、透明基板の一方の面に形成されており、前記透明基板の一方の面積をＳ１とし、前記突起部における底面の面積Ｓ２の総和をＴＳ２とした場合に、
ＴＳ２／Ｓ１≧０．５
であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光学素子と、
発光素子と、
を有し、
前記発光素子において光が出射される側と、前記光学素子において前記一方の面とは反対側の他方の面とが対向するように、前記光学素子が設置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、
前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、
を有し、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数２】
2014197152.tif 000018
前記突起部における外観形状は、数２における式を満たすものであることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記数２に示される式において、ｎの値は４以上であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、
前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、
を有し、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨａとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数１】
2014197152.tif 000019
前記突起部における外観形状は、数１における式を満たすものであって、ｎの値は３以上であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、
前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、
を有し、
前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【数５】
2014197152.tif 000020
前記突起部における外観形状は、数５における式を満たすものであって、ｋの値が０．２以上であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記突起部は、透明基板の一方の面に形成されており、前記透明基板の一方の面積をＳ１とし、前記突起部における底面の面積Ｓ２の総和をＴＳ２とした場合に、
ＴＳ２／Ｓ１≧０．５
であることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、前記紫外線を照射し突起部を形成する工程との間に、前記紫外線硬化樹脂の上に透明基板を載置する工程を含むことを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、発光装置及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、低消費電力であり、寿命も長いため、近年、発光装置や照明装置等への用途が拡大している。発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置において、発光素子の出射側に構造物を設けることにより、発光装置の外へ出射される光の取り出し効率を向上させることのできる技術が開示されている（特許文献１）。また、発光素子の出射側に構造物を形成することにより、発光装置の外へ出射される光の放射強度分布を制御することが可能な技術が開示されている（特許文献２）。
【０００３】
具体的には、特許文献１に記載されているものは、半導体チップを覆うように設けられた透光性封止樹脂の表面のうち、半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面とし、かつ、この平滑表面を除く周辺部分を粗面とした発光装置である。また、特許文献２に記載されているものは、円錐構造、角錐構造、角柱構造、または複合放物面を逆にしたような構造を有する角度フィルタ要素を備えた照明装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５１４０６号公報
【特許文献２】特表２０１１−５０５０５７号公報
【特許文献３】特開昭６１−１０６６号公報
【特許文献４】特開２０１１−８６４１９号公報
【特許文献５】特開２０１２−２４３４９４号公報
【特許文献６】特開２０１２−２４３４９５号公報
【特許文献７】特開２０１２−５２９７７５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、発光素子である半導体チップの出射側に構造物を形成した場合、例えば、単なるガラス基板の場合では、取り出し効率は約３９％であり、引用文献１及び２のような構造を用いたとしても、十分な取り出し効率を得ることはできない。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたものであり、複雑な構造にすることなく、簡単な構造で、取り出し効率の高い光学素子及び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】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【０００８】
【数２】
2014197152.tif 000003
前記突起部における外観形状は、数２における式を満たすものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨａとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【００１０】
【数１】
2014197152.tif 000004
前記突起部における外観形状は、数１における式を満たすものであって、ｎの値は３以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、一方の面に光を透過する材料により複数の突起部が形成されている光学素子において、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【００１２】
【数５】
2014197152.tif 000005
前記突起部における外観形状は、数５における式を満たすものであって、ｋの値が０．２以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、を有し、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【００１４】
【数２】
2014197152.tif 000006
前記突起部における外観形状は、数２における式を満たすものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、を有し、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨａとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【００１６】
【数１】
2014197152.tif 000007
前記突起部における外観形状は、数１における式を満たすものであって、ｎの値は３以上であることを特徴とする。
【００１７】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、表面に凹部が形成された成形型に紫外線硬化樹脂を供給する工程と、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、前記凹部に対応した形状の突起部を形成する工程と、を有し、前記突起部の底面の半径をＲとし、高さをＨｂとし、ｒを前記突起部の中心軸からの半径方向の位置とし、ｈ（ｒ）を前記半径方向の位置ｒに対応する前記突起部の高さ方向の位置とした場合に、
【００１８】
【数５】
2014197152.tif 000008
前記突起部における外観形状は、数５における式を満たすものであって、ｋの値が０．２以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、取り出し効率の高い光学素子及び発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態における発光装置の構造図
【図２】第１の実施の形態における光学素子の上面図
【図３】行ったシミュレーションにおけるモデルの説明図
【図４】数２に示される式のｎの値と取り出し効率との相関図
【図５】光学素子に形成される突起部の形状の説明図
【図６】第１の実施の形態における光学素子の説明図
【図７】Ｓ２／Ｓ１の値と取り出し効率との相関図
【図８】Ｈｂ／Ｒの値と取り出し効率との相関図
【図９】第１の実施の形態における他の光学素子の上面図
【図１０】第１の実施の形態における光学素子を作製するための成形型の説明図
【図１１】第２の実施の形態における発光装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。なお、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
（発光装置）
第１の実施の形態における発光装置について説明する。本実施の形態における発光装置は、図１に示されるように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ等の発光素子１０が、凹状の形状に形成されたパッケージ２０の凹部の底部に設置されており、発光素子１０の発光面側には、波長変換部材１１が設けられている。発光素子１０及び波長変換部材１１はパッケージ２０の凹部において、可視光を透過する透明な樹脂材料により形成された透明材料部３０により埋め込まれており、透明材料部３０の上には、光学素子４０が設置されている。
【００２３】
なお、本実施の形態における発光装置は、波長変換部材１１に含まれている蛍光体が透明材料部３０に含まれるものであってもよい。即ち、波長変換部材１１に代えて透明材料部３０の全体が波長変換部材となるものであってもよい。
【００２４】
光学素子４０は、透明基板４１と透明基板４１の一方の面に設けられた複数の突起部４２とを有している。複数の突起部４２は、略同一の形状で形成されており、図２に示されるように、透明基板４１と接する突起部４２の底面は円形となるように形成されており、このような突起部４２は、透明基板４１の一方の面上において、所定の周期パターンで形成されている。即ち、光学素子４０の一方の面には、複数の突起部４２が設けられており、発光素子１０において光が出射される側と、光学素子４０において、一方の面とは反対側の他方の面とが対向するように設置されている。
【００２５】
パッケージ２０は、セラミックスやシリコン等により形成されている。また、発光素子１０であるＬＥＤチップには、電流を流すことにより可視光を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が形成されており、ＧａＮやＧａＡｓ等を含む材料により形成されている。なお、発光素子１０は、不図示の電極を有しており、この電極はパッケージ２０に設けられた不図示の電極と接続されている。波長変換部材１１は蛍光体等を含有しており、発光素子１０から出射された光のうち一部を吸収し、波長変換された蛍光を出射する。
【００２６】
透明材料部３０は、可視光において透過率の高い材料であれば、無機材料または、有機材料のいずれの材料により形成されていてもよい。本実施の形態においては、透明材料部３０は、耐熱性や、耐光性、コスト等の観点から、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料により形成されていることが好ましい。また、発光素子１０等から出射された光をより多く取り出すため、屈折率は、１．４５〜１．５５であることが好ましい。
【００２７】
光学素子４０における透明基板４１は、例えば、ガラス基板により形成されており、突起部４２は可視光に対し透明な樹脂材料により形成されている。透明基板４１を形成している材料の屈折率と突起部４２を形成している材料の屈折率は、近い値であることが好ましく、例えば、透明基板４１を形成している材料の屈折率と、突起部４２を形成している材料の屈折率との差は、０．２以下であることが好ましい。なお、透明基板４１と突起部４２は同一の材料により形成したものであってもよい。このように、屈折率差が０．２以下であれば、界面反射を略無視することができるので好ましい。
【００２８】
また、透明基板４１を形成している材料の屈折率と透明材料部３０を形成している材料の屈折率は、近い値であることが好ましく、例えば、透明基板４１を形成している材料の屈折率と、透明材料部３０を形成している材料との屈折率の差は、０．２以下であることが好ましい。
【００２９】
（光学素子）
次に、本実施の形態における光学素子４０の突起部４２について説明する。発明者は、光学素子４０に形成される突起部４２の形状について検討を行うことにより、本願発明をするに至った。よって、最初に、この内容について説明する。
【００３０】
具体的には、突起部４２の外観形状が、半球である形状、数１に示される関数となる形状、数２に示される関数となる形状である場合において、シミュレーションを行った。なお、Ｒは突起部４２の底面の半径の値であり、ｒは突起部４２の中心軸から半径方向、即ち、ＸＹ面における位置（半径方向の位置、即ち、半径位置）であり、ｈ（ｒ）は、半径方向の位置ｒにおける高さであり、Ｈａ及びＨｂは突起部４２の最も高い部分、即ち、ｒ＝０となる中心部における高さを示すものとする。このシミュレーションにおいては、数１においてはＨａの値をＲとし、数２においてはＨｂの値を２Ｒとしてシミュレーションを行った。
【００３１】
【数１】
2014197152.tif 000009
【００３２】
【数２】
2014197152.tif 000010
ここで、外観形状が数１に示される関数となる形状とは、突起部４２が形成されている部分が数３に示される関係を満たすものであり、外観形状が数２に示される関数となる形状とは、突起部４２が形成されている部分が数４に示される関係を満たすものであるものとする。
【００３３】
【数３】
2014197152.tif 000011
【００３４】
【数４】
2014197152.tif 000012
検討のために行ったシミュレーションのモデルを図３に示す。発光素子は、約１ｍｍ□の発光領域を有しており、発光素子１０の発光面側には透明基材部５０が設けられている。透明基材部５０は、可視光を透過する樹脂材料により形成されており、発光素子１０の発光面側における透明材料部３０と光学素子４０とを併せたものに相当する。透明基材部５０は、屈折率が、１．５２の材料により形成されており、厚さは０．３ｍｍであり、大きさは約１０ｍｍ□である。透明基材部５０は、側面５０ａ及び発光素子１０が設けられている領域を除く裏面５０ｂには、光の反射や散乱等を防ぐため、可視光を吸収する不図示の吸収体が設けられているものとする。また、透明基材部５０の表面５０ｃには、図示はしないが光学素子４０の突起部４２に対応する突起部が設けられている。このモデルにおいて、発光素子１０の発光面はＸＹ面に平行な面であり、Ｚ軸は、ＸＹ面に垂直な軸であるものとする。
【００３５】
発光素子１０から出射される光は、ランバート配光となっており、発光素子１０において出射された光は、透明基材部５０を透過した後、透明基材部５０の表面５０ｃより空気中に出射される。なお、本実施の形態においては、透明基材部５０の表面５０ｃを一方の面と、裏面５０ｂを他方の面と記載する場合がある。
【００３６】
このシミュレーションは、発光素子１０が設置されている位置を中心として、半径１０００ｍｍの仮想的な不図示の光検出器が設置されているものとして行った。具体的には、発光素子１０を発光させ、発光した光の光量等をこの光検出器において測定することにより、取り出し効率を算出した。即ち、発光素子１０における出射光量に対する光検出器における検出光量の比率を取り出し効率とした。
【００３７】
図４は、ｎの値と取り出し効率との関係を示す。なお、ｎの値における括弧内の数字は、数１または数２に示される式の次数を示す。
【００３８】
比較のため、透明基材部５０の表面５０ｃに、突起部４２が形成されていない場合において、シミュレーションを行った、この結果、取り出し効率は、３９．３％であり、中心における光量に対し、光量が半分となる中心からの角度は５７°であった。
【００３９】
図５（ａ）に示されるように、透明基材部５０の表面５０ｃに形成される突起部の外観形状が、半球である場合、取り出し効率は、５４．２％であり、中心における光量に対し、光量が半分となる中心からの角度は６５°であった。なお、この場合の突起部は、高さが１０μｍ、半径Ｒが１０μｍ、ピッチＰが２０μｍとなるように形成されているものとする。
【００４０】
また、透明基材部５０の表面５０ｃに形成される突起部の外観形状が、数１に示される関数となる形状である場合、ｎの値、即ち、次数が高くなるに従い、取り出し効率が高くなる。具体的には、２次（ｎ＝１）の場合における取り出し効率は４５．２％であり、４次（ｎ＝２）の場合における取り出し効率は４９．２％であり、６次（ｎ＝３）の場合における取り出し効率は５５．１％であり、８次（ｎ＝４）の場合における取り出し効率は６０．１％であり、１０次（ｎ＝５）の場合における取り出し効率は６３．７％であり、１２次（ｎ＝６）の場合における取り出し効率は６６．０％であり、１４次（ｎ＝７）の場合における取り出し効率は６７．７％であり、１６次（ｎ＝８）の場合における取り出し効率は６８．５％であった。
【００４１】
このように、突起部の外観形状が数１に示される式である場合には、６次（ｎ＝３）以上において、図５（ａ）に示される突起部の形状が半球である場合よりも取り出し効率を高くすることができる。なお、図５（ｂ）には、８次（ｎ＝４）における突起部のＺ軸に平行な面の断面形状を示す。この場合の突起部は、高さＨａが１０μｍ、半径Ｒが１０μｍ、ピッチＰが２０μｍとなるように形成されているものとする。
【００４２】
また、透明基材部５０の表面５０ｃに形成される突起部の外観形状が、数２に示される関数となる形状である場合、ｎの値、即ち、次数が高くなるに従い、取り出し効率が高くなる。具体的には、２次（ｎ＝１）の場合における取り出し効率は５５．５％であり、４次（ｎ＝２）の場合における取り出し効率は５６．４％であり、６次（ｎ＝３）の場合における取り出し効率は５９．９％であり、８次（ｎ＝４）の場合における取り出し効率は６８．９％であり、１０次（ｎ＝５）の場合における取り出し効率は７３．０％であり、１２次（ｎ＝６）の場合における取り出し効率は７４．８％であり、１４次（ｎ＝７）の場合における取り出し効率は７６．９％であり、１６次（ｎ＝８）の場合における取り出し効率は７８．５％であった。
【００４３】
このように、突起部の外観形状が、数２に示される式となる場合には、２次（ｎ＝１）以上において、図５（ａ）に示される突起部の形状が半球である場合よりも取り出し効率を高くすることができる。また、８次（ｎ＝４）以上において、取り出し効率を６６．６％以上にすることができる。
【００４４】
よって、突起部４２における外観形状は数２に示される式となるように形成されていることが好ましく、更には、数２に示される式において、８次（ｎ＝４）以上であることが好ましい。なお、図５（ｃ）には、８次（ｎ＝４）における突起部のＺ軸に平行な面の断面形状を示す。この場合の突起部は、高さＨｂが２０μｍ、半径Ｒが１０μｍ、ピッチＰが２０μｍとなるように形成されているものとする。また、８次（ｎ＝４）の場合における中心における光量に対し、光量が半分となる中心からの角度は７４°であった。
【００４５】
（突起部４２の占有面積）
次に、光学素子４０において、突起部４２が数２に示される式の８次（ｎ＝４）の場合において、透明基板４１の面積Ｓ１に対する突起部４２の面積Ｓ２の総和（ΣＳ２＝ＴＳ２）と、取り出し効率との関係について説明する。図６に示されるように、面積Ｓ１は透明基板４１の表面の全体の面積を示すものであり、面積Ｓ２は透明基板４１の上に形成されている突起部４２の底面の面積、即ち、πＲ２である。なお、図７は、突起部４２の高さＨｂが２Ｒである場合についてシミュレーションを行った。
【００４６】
図７に示されるように、透明基板４１の面積Ｓ１に対する突起部４２の面積Ｓ２の総和（ＴＳ２）、即ち、ＴＳ２／Ｓ１と取り出し効率との関係は、線形の相関関係にある。図７に示されるように、ＴＳ２／Ｓ１の値が約５０％において、取り出し効率が５５．５％となり、ＴＳ２／Ｓ１の値を５０％以上とすることにより、図５（ａ）に示される突起部の形状が半球である場合よりも取り出し効率を高くすることができる。また、ＴＳ２／Ｓ１の値が８２．３％において、取り出し効率が６６．３％となり、ＴＳ２／Ｓ１の値を８２．３％以上とすることにより、取り出し効率を６６．６％以上にすることができる。よって、ＴＳ２／Ｓ１≧０．５であることが好ましく、更には、ＴＳ２／Ｓ１≧０．８２３であることがより好ましい。
【００４７】
（突起部４２の高さＨｂ）
次に、光学素子４０において、突起部４２が数２に示される式の８次（ｎ＝４）の場合において、突起部４２の底面における半径Ｒと高さＨｂとの関係について説明する。なお、図８は、突起部４２における外観形状が数５に示される関数となる形状である場合、即ち、数２に示される式の右辺に係数ｋを掛けた関数となる形状である場合においてシミュレーションを行ったものである。この場合において、突起部の高さＨｂはｋ・２Ｒ、つまりＨｂ＝ｋ・２Ｒとなり、ＴＳ２／Ｓ１の値が９０．６９％としてシミュレーションを行った。
【００４８】
【数５】
2014197152.tif 000013
ここで、外観形状が数５に示される関数となる形状とは、突起部４２が形成されている部分が数６に示される関係を満たすものであるものとする。
【００４９】
【数６】
2014197152.tif 000014
図８に示されるように、突起部４２の底面の半径Ｒに対する高さＨｂはｋ・２Ｒであることから、（Ｈｂ／Ｒ）が０．４（ｋが０．２）以上で取り出し効率は６５％以上となるため、突起部４２の底面の半径Ｒに対する高さＨｂ（Ｈｂ／Ｒ）は０．４（ｋが０．２）以上であることが好ましい。また、突起部４２の底面の半径Ｒに対する高さＨｂ（Ｈｂ／Ｒ）が０．７（ｋが０．３５）では取り出し効率は６７．９％であり、突起部４２の底面の半径Ｒに対する高さＨｂ（Ｈｂ／Ｒ）が２．２（ｋが１．１）では取り出し効率は６７．１％であり、この間においては、取り出し効率は６７．１％以上である。よって、突起部４２の底面の半径Ｒに対する高さＨｂ（Ｈｂ／Ｒ）が０．７（ｋが０．３５）以上、２．２（ｋが１．１）以下であることがより好ましい。
【００５０】
（光学素子）
本実施の形態においては、光学素子における複数の突起部の形状は、数２に示される関数となるものであって、大きさの異なる相似した形状のものであってもよい。具体的には、本実施の形態における光学素子は、図９に示されるように、第１の突起部４２ａと第２の突起部４２ｂとにより形成されたものであってもよい。第１の突起部４２ａは、底面の半径Ｒ１が１０μｍとなるように形成し、第２の突起部４２ｂは、底面の半径Ｒ２が、（２１／２−１）×Ｒ１）μｍ、即ち、４．１４μｍとなるように形成することにより、第１の突起部４２ａと第１の突起部４２ａとの隙間に、第２の突起部４２ｂを形成することができる。これにより、ＴＳ２／Ｓ１の値は９２．０２％となり、取り出し効率は７５．１０％となる。このように、図９に示される構造にすることにより、光学素子において、突起部が形成される領域の面積を高くすることができ、取り出し効率を向上させることができる。
【００５１】
（製造方法）
次に、本実施の形態における発光装置の製造方法について説明する。
【００５２】
最初に、光学素子４０を形成するための透明基板４１を準備する。透明基板４１は、平板ガラスであって、例えば、屈折率が１．５２のホウケイ酸塩ガラスを用いる。透明基板４１の表面に突起部４２を形成するためには、図１０に示される形状の成形型６０を用いる。成形型６０は、例えば、紫外線を透過する石英型であり、形成される突起部４２の形状に対応した凹部６１が複数設けられている。この凹部６１の外観形状は、数２に示される式となるように形成されている。即ち、形成される突起部４２の外観形状が数２に示される式を満たすような形状により形成されている。なお、成形型６０に形成される凹部６１の形状は、用いられる紫外線硬化樹脂の硬化収縮量を考慮して、突起部４２が所望の形状となるように形成されていてもよい。
【００５３】
次に、成形型６０の凹部６１に、紫外線硬化樹脂である紫外線硬化型のアクリル樹脂原料を供給した後、上から透明基板４１を被せて、即ち、紫外線硬化型のアクリル樹脂原料の上に透明基板４１を載置した後、紫外線を照射する。紫外線照射される前の紫外線硬化樹脂は、例えば、屈折率が１．５３であって、紫外線を照射することにより硬化収縮した際に、屈折率が１．５２となるように調整されている。これにより、本実施の形態における光学素子を作製することができる。
【００５４】
この後、パッケージ２０の凹部の底面に、発光素子１０及び波長変換部材１１を設置し、透明材料部３０により埋め込んだ後、透明材料部３０に光学素子４０の裏面を接着剤等により接合する。
【００５５】
これにより、図１に示されるような本実施の形態における発光装置を作製することができる。上記においては、光学素子４０を作製する際、透明基板４１の表面に突起部４２を形成する場合について説明したが、透明基板４１と突起部４２とを透明な樹脂材料により同時に作製してもよい。具体的には、成形型６０を用いて、透明基板４１と突起部４２とが形成されるのに必要な量の透明な樹脂材料を供給し、紫外線を照射することにより、同時に透明基板４１と突起部４２とを形成してもよい。
【００５６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における発光装置は、図１１に示されるように、有機ＥＬ素子１１０の上に、光学素子４０が設置されている。
【００５７】
光学素子４０は、透明基板４１と透明基板４１の一方の面に設けられた複数の突起部４２とを有している。複数の突起部４２は、略同一の形状で形成されており、図２に示されるように、透明基板４１と接する突起部４２の底面は円形となるように形成されており、このような突起部４２は、透明基板４１の一方の面上において、所定の周期パターンで形成されている。即ち、光学素子４０の一方の面には、複数の突起部４２が設けられており、有機ＥＬ素子１１０において光が出射される側と、光学素子４０において、一方の面とは反対側の他方の面とが対向するように設置されている。
【００５８】
有機ＥＬ素子１１０は、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に介在する有機ＥＬ層１１３において、不図示の正孔輸送層、発光層、電子輸送層を備えている構造のものである。第１の電極１１１は有機ＥＬ層から出射された光をより多く取り出すため、透過率の高い材料により形成されることが好ましく、例えば、厚さが約５０〜５００ｎｍ程度のＩＴＯの透明電極により形成されている。なお、第１の電極１１１は、ＩＺＯ、ＡＴＯ、酸化スズ、酸化亜鉛などや、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンなどの導電性高分子、及びＡｇなどの金属の薄膜材料を用いて形成してもよい。
【００５９】
第２の電極１１２は、有機ＥＬ層１１３から出射された光を第１の電極１１１の方向に反射して、発光装置からより多く取り出すため、反射率が高い材料により形成されることが好ましく、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇなどの高反射率を有する金属膜により形成されている。なお、第２の電極１１２は、Ｍｇ-Ａｇ混合物、Ｍｇ-Ｉｎ混合物、Ａｌ-Ｌｉ合金などの金属混合物や合金を用いて形成してもよい。
【００６０】
有機ＥＬ層１１３において、正孔輸送層は、第１の電極１１１もしくは第２の電極１１２から注入された正孔を円滑に発光層に輸送するための層であり、例えば、４，４'−ビス[Ｎ−（１−ナフチル−１−）Ｎ−フェニル−アミノ]−ビフェニルなどにより形成することができる。発光層は、注入された正孔および電子が再結合して発光するための層であり、例えば、ドーパントとして、ルブレンや、遷移金属原子を含む錯体がドーピングされたアルミニウム（８−ヒドロキシ）キノリネートにより形成することができる。あるいは、発光層の一部の層は、青色の発光種、例えば、ＤＰＶＢｉ（４，４'−ビス（２，２'−ジフェニルビニル）−１，１'−ビフェニル）が、例えば、約１％程度ドーピングされた、厚さが、例えば、約３０〜５０ｎｍ程度のＡｌｑ３（トリス(８−キノリノラト)アルミニウム：tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium）により形成されていてもよい。あるいは、発光層の一部の層は、緑色の発光種、例えば、ジメチルキナクリドンが、例えば、約１％程度ドーピングされた、厚さが、例えば、約３０〜５０ｎｍ程度のＡｌｑ３により形成されていてもよい。あるいは、発光層の一部の層は、赤色の発光種、例えば、ナイルレッドが、例えば、約１％程度ドーピングされた、厚さが、例えば、約３０〜５０ｎｍ程度のＡｌｑ３により形成されていてもよい。電子輸送層は、第１の電極１１１もしくは第２の電極１１２から注入された電子を円滑に発光層に輸送するための層であり、例えば、アルミニウム（８−ヒドロキシ）キノリネートにより形成することができる。なお、有機ＥＬ層は、正孔輸送層、電子輸送層に加えて、例えば、正孔輸送層に隣接した正孔注入層（ＨＩＬ：Hole Injection Layer）、電子輸送層に隣接した電子注入層（ＥＩＬ：Electron Injection Layer）等を備えていてもよい。
【００６１】
光学素子４０における透明基板４１は、例えば、ガラス基板により形成されており、突起部４２は可視光に対し透明な樹脂材料により形成されている。透明基板４１を形成している材料の屈折率と突起部４２を形成している材料の屈折率は、近い値であることが好ましく、例えば、透明基板４１を形成している材料の屈折率と、突起部４２を形成している材料の屈折率との差は、０．２以下であることが好ましい。なお、透明基板４１と突起部４２は同一の材料により形成したものであってもよい。このように、屈折率差が０．２以下であれば、界面反射を略無視することができるので好ましい。
【００６２】
また、透明基板４１を形成している材料の屈折率と第１の電極１１１を形成している材料の屈折率は、近い値であることが好ましく、例えば、透明基板４１を形成している材料の屈折率と、第１の電極１１１を形成している材料との屈折率の差は、０．５以下であることが好ましい。また、透明基板４１を形成している材料の屈折率と、第１の電極１１１を形成している材料との屈折率の差が大きい場合には、透明基板４１と第１の電極１１１の間に、これらの２つの材料の中間の屈折率を持つ材料を積層し、界面反射の影響による取り出し効率の低下を抑制してもよい。
【００６３】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０        発光素子
１１        波長変換部材
２０        パッケージ
３０        透明材料部
４０        光学素子
４１        透明基板
４２        突起部
４２ａ      第１の突起部
４２ｂ      第２の突起部
６０        成形型
６１        凹部
Ｈａ        突起部の高さ
Ｈｂ        突起部の高さ
Ｒ          突起部の底面の半径
Ｓ１        透明基板の一方の面の面積
Ｓ２        突起部の底面の面積
ＴＳ２      Ｓ２の総和（ΣＳ２）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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