(57)【要約】  本発明は、給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子２とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置に関している。光配向素子２の出力結合面４は、複数の凹凸から形成される微細構造部６を有し、該微細構造部によって光束のビームパスが５°よりも小さい角度だけ偏向可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置において、
前記光配向素子（２）の出力結合面が複数の凹凸から形成される微細構造部（６）を有し、該微細構造部によって光束のビームパスが５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置において、
前記光配向素子（２）の入力結合面（３）から出力結合面（４）へ延在している光配向素子（２）の壁面（５）が、複数の凹凸から形成される微細構造部を有し、該微細構造部によって光配向素子（２）壁面（５）における光束のビームパスの反射が５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記光配向素子は、集光レンズである、請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記微細構造部（６）は１００μｍよりも小さい凹凸深度を有している、請求項１から３いずれか１項記載の発光装置。
【請求項５】
前記光配向素子（２）はプラスチック射出成形部材であり、その出力結合面（４）及び／又はその壁面に微細構造部が成形されている、請求項１から４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項６】
前記微細構造部は、屈折率に適合した接着剤を用いて出力結合面に固定される透過性フィルムに形成されている、請求項１、３又は４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項７】
前記微細構造部は光配向素子の出力結合面及び／又は壁面に被着されるレジストによって形成され、その自由表面が硬化の際に微細構造を呈する、請求項１から４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項８】
前記微細構造は、配向素子の出力結合面及び／又は壁面に分散して配置された複数のマイクロレンズ若しくはマイクロレンズ状の隆起によって形成されている、請求項１から７いずれか１項記載の発光装置。
【請求項９】
前記凹凸は統計的に分散して配置されている、請求項１から８いずれか１項記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置に関している。
【０００２】
発光半導体素子、特にハイパワーＬＥＤは大抵はランベルトの放射特性かないしは放射特性の非常に大きな開口角を有している。配向された放射を得るためには、特に高出力ＬＥＤの場合には、屈折/反射型の二次光学系が光配向素子として用いられている。これらの光学系は光線を光束に束ね、前方方向で非常に高い輝度を生じさせる。
【０００３】
半導体素子の構造、特にその給電線とコンタクトによって光束の高い均質性が保たれている。
【０００４】
複数のＬＥＤチップが１つのアレイ内で用いられるならば、個々のチップの位置付けは光束の輝度分布に反映される。
【０００５】
さらに色の違うＬＥＤチップが使用されているならば、大抵は個々の色成分の混合も不完全となる。それ故に光束の幅に亘って顕著な色変化を監視する必要がある。
このような光束の影響は非常にネックであり、この種の発光装置の投入に制限を加えている。
【０００６】
それ故本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の発光装置において、前述したような欠点を回避し、それらの光束がハイレベルで均質となり、輝度（ないし光度）の実質的な損失は皆無となるように改善を行うことである。
【０００７】
この課題は本発明により、光配向素子の出力結合面が複数の凹凸から形成される微細構造を有し、それによって光束のビームパスが５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されて解決される。
【０００８】
また前記課題は本発明のさらなる解決手段により、光配向素子の入力結合面から出力結合面へ延在している光配向素子の壁面が、複数の凹凸から形成される微細構造を有し、それによって光配向素子壁面における光束のビームパスの反射が５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されて解決される。
【０００９】
１つの二次光学系を形成している光配向素子により、半導体素子から全ての方向に放射される光が方向付けられ、方向付けされた光束として放射される。
【００１０】
前述した微細構造によって光束における配向された光ビームの個々のビームパスは、放射後に光円錐となり得る光束内部で光を新たに分散させるように僅かに変化する。しかしながらこのことは実質的には光を後方散乱させたり光束ないしは光円錐から散乱させるきっかけにはならない。
【００１１】
この光配向素子は有利には集光レンズであってもよい。
【００１２】
光束の高い均質性は、前記微細構造が１００μｍよりも小さい凹凸深度しか有さない構成によって達成される。
【００１３】
光配向素子がプラスチック射出成形部材であるならば、その出力結合面及び／又は壁面に微細構造部を一体的に成形させるべく、射出成形工具を相応に構成することによって微細構造部も光配向素子の製造の際に低コストで一緒に成形することが可能となる。
【００１４】
しかしながらまたこの微細構造部は、屈折率に適合した接着剤を用いて出力結合面に固定される透過性フィルムに形成することも可能である。
【００１５】
微細構造部を同じように簡易に生成するさらなる手段によれば、微細構造部が光配向素子の出力結合面及び／又は壁面に被着されるレジストによって形成され、その自由表面が硬化の際に微細構造を呈する。
【００１６】
本来の趣旨における散乱なしの光束の良好な均質化は、次のことによって達成される。すなわち配向素子の出力結合面及び／又は壁面に分散して配置された複数のマイクロレンズ若しくはマイクロレンズ状の凹凸によって当該微細構造が形成されることで達成される。
【００１７】
これらの凸凹は有利には統計的に分散配置される。
【００１８】
実施例
本発明の実施例を図面に示し、以下において詳細に説明する。図１には本発明による発光装置の概略的な断面図が示されている。
【００１９】
図示の発光装置は、発光半導体素子としてハイパワーＬＥＤ１を有しており、光の照射方向でみてこのＬＥＤ１の前方には間隔をおいて光配向素子２が設けられている。
【００２０】
この二次光学系を形成している光配向素子２は、射出成形部材として透過性プラスチックから成形されている。
【００２１】
ハイパワーＬＥＤから発せられまだ方向付けられていない光は、光配向素子２の入力結合面３から当該光配向素子内部へ向けて入射し、特にこの入力結合面３から当該光配向素子２の出力結合面（光出射面）４に向けて延在する当該光配向素子２の壁面５における反射によって、方向付けされて前記出力結合面４から出射される均質な光束となるように配向される。
【００２２】
出力結合面４は、多数の不均質な凹凸からなる微細構造部６を有しており、この微細構造によって、配向された光束のビームパスが光配向素子２からの出射の際に５度よりも小さな角度で偏向されるようになる。
【００２３】
それにより方向付けられた光束が十分に維持できるようになる。そこではビームパスの僅かな偏向のみが行われ、このことは光束の均質化につながる。出力結合面４に微細構造部６を配置する構成に代えて、この微細構造部を壁面５に配置してもよい。
【００２４】
このことはビームパスの反射がそれらの配向のために行われることにもつながる。さらにこの微細構造によってビームパスが５度よりも小さい角度だけ偏向され、それによって方向付けされた光束が均質化も得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による発光装置の概略的な断面図
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置において、
前記光配向素子（２）の出力結合面が複数の凹凸から形成される微細構造部（６）を有し、該微細構造部によって光束における方向付けされた光ビームの個々のビームパスが５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
給電線を有している発光半導体素子と、該半導体素子の照射方向前方に間隔を置いて配置されている透過性の光配向素子とを備えている発光装置であって、前記光配向素子２により半導体素子から発せられた光が光束に収束される発光装置において、
前記光配向素子（２）の入力結合面（３）から出力結合面（４）へ延在している光配向素子（２）の壁面（５）が、複数の凹凸から形成される微細構造部を有し、該微細構造部によって光配向素子（２）壁面（５）における光束の方向付けされた光ビームの個々のビームパスの反射が５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記光配向素子は、集光レンズである、請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記微細構造部（６）は１００μｍよりも小さい凹凸深度を有している、請求項１から３いずれか１項記載の発光装置。
【請求項５】
前記光配向素子（２）はプラスチック射出成形部材であり、その出力結合面（４）及び／又はその壁面に微細構造部が成形されている、請求項１から４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項６】
前記微細構造部は、屈折率に適合した接着剤を用いて出力結合面に固定される透過性フィルムに形成されている、請求項１、３又は４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項７】
前記微細構造部は光配向素子の出力結合面及び／又は壁面に被着されるレジストによって形成され、その自由表面が硬化の際に微細構造を呈する、請求項１から４いずれか１項記載の発光装置。
【請求項８】
前記微細構造は、配向素子の出力結合面及び／又は壁面に分散して配置された複数のマイクロレンズ若しくはマイクロレンズ状の隆起によって形成されている、請求項１から７いずれか１項記載の発光装置。
【請求項９】
前記凹凸は統計的に分散して配置されている、請求項１から８いずれか１項記載の発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
さらに色の違うＬＥＤチップが使用されているならば、大抵は個々の色成分の混合も不完全となる。それ故に光束の幅に亘って顕著な色変化を監視する必要がある。
このような光束の影響は非常にネックであり、この種の発光装置の投入に制限を加えている。ＵＳ２００２/０８０６１５Ａ１明細書からは、冒頭に述べたような形式の発光装置が公知である。ここでは光束の一部を拡散的に散乱させるべく光配向素子の表面の一部がざらざらに形成されている。ＵＳ−Ａ５３４９５０９号明細書からも冒頭に述べたような発光装置が公知である。ここでは光を散乱させ得るために、その前方側外面及び／又はその内面が浸食されている、レンズを備えた透明キャップが形成されている。ＵＳ−Ａ５２２６８１７号明細書からは発光ダイオードが公知であり、ここでは複数のチップがベース部材の凹部に配設されている。この凹部の底部と周りの壁部にはチップにおける光の混合を生じさせるべく散乱手段がコーティングされている。またＵＳ２００５/０９３００８Ａ１明細書及びＵＳ２００１/０３５７１３Ａ１明細書からは、拡散コーティングを有する発光素子が公知である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この課題は本発明により、光配向素子の出力結合面が複数の凹凸から形成される微細構造部を有し、該微細構造部によって光束における方向付けされた光ビームの個々のビームパスが５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されて解決される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また前記課題は本発明のさらなる解決手段により、光配向素子の入力結合面から出力結合面へ延在している光配向素子の壁面が、複数の凹凸から形成される微細構造部を有し、該微細構造部によって光配向素子壁面における光束の方向付けされた光ビームの個々のビームパスの反射が５°よりも小さい角度だけ偏向可能であるように構成されて解決される。
【国際調査報告】
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2008543100.tif 000007
2008543100.tif 000008
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