(57)【要約】  ＬＥＤ１０２と共に使用するための光学素子１００が提供されており、底面１０３がＬＥＤ１０２からの入射光を受けるように構成される。光学素子１００は、光学素子１００の光軸Ａから離れるように光を屈折させる光学構造１１０のパターン１０８を有する上面１０４を含む。更に、光学素子１００は、上面１０４と底面１０３との間に延び、光源からの光を光軸Ａの方向に屈折させるように構成される複数の側面１０６を含む。上面１０４における全反射を避けるために、上面１０４は光軸Ａに対して第１の角度範囲を対象として含むように延びる。第１の角度範囲は、その外側でＬＥＤ１０２によって発せられる光が上面の仮想的延長部において全反射を免れない角度範囲である。光学素子１００は、エネルギ損失を招くことなしにより均一な照明パターンをもたらす点で有利である。
2015513791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤと共に使用するための光学素子であって、
前記ＬＥＤからの入射光を受ける底面と、
前記底面から上面への方向に延び、光軸を定める法線を有する上面であって、
前記上面は前記光軸に対して第１の角度範囲を対象として含むように延び、その外側では前記ＬＥＤの少なくとも１つの点によって発せられる第１の角度範囲の光が前記上面の仮想的延長部において全反射を免れず、
前記上面が前記ＬＥＤから生じる光を前記光軸から離れるように屈折させる第１の光学構造の第１のパターンを含む、
上面と、
前記底面と前記上面との間に延び、前記ＬＥＤから生じる光を前記光軸の方向に屈折させる複数の側面と
を含む、光学素子。
【請求項２】
前記複数の側面が前記光軸に対して傾けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記複数の側面の少なくとも１つが、前記光軸に対して異なる傾斜を有する第１の部分及び第２の部分を含む、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
全ての側面が前記光軸に対して同じ傾斜を有する、請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
全ての側面が同じ幾何学的寸法を有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記上面の前記第１のパターンが前記複数の側面の少なくとも１つに広がる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の角度範囲の外側に延びる第２の角度範囲を専ら対象として含むように延びる前記上面の延長部分を更に含み、前記上面の前記延長部分は、前記光軸に対して９０度を上回る角度を形成するように方向付けられる上面を有する第２の光学構造を含む第２のパターンを含む、請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の光学構造は、前記光軸に対して９０度未満の角度を形成するように方向付けられる上面をそれぞれ有し、前記角度は前記上面の中心までの距離が長くなるにつれ増加する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１の光学構造が、鋸歯状の形をした断面を有する、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第１の光学構造が、一次元パターンで配置される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第１の光学構造が、二次元パターンで配置される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項１２】
ＬＥＤと一体化して形成される請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学素子を含む、発光装置。
【請求項１３】
ＬＥＤと、
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学素子とを含み、前記光学素子が前記ＬＥＤに関連する、
ＬＥＤ機構。
【請求項１４】
光学素子にそれぞれ関連する複数のＬＥＤを含み、前記複数のＬＥＤが一次元配列で並べられる、請求項１３に記載のＬＥＤ機構。
【請求項１５】
光学素子にそれぞれ関連する複数のＬＥＤを含み、前記複数のＬＥＤが二次元配列で並べられる、請求項１３に記載のＬＥＤ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野に関する。特に本発明は、ＬＥＤと共に使用するための屈折光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明器具内でＬＥＤを使用する人気が上昇している。費用効率の高い解決策を得るために、照明器具内で幾つかの高出力及び／又は中出力ＬＥＤを互いに一定の距離を置いて配置することが一般的である。しかし、様々なＬＥＤによって引き起こされる不規則な照明パターンにより、かかる配置には照明器具が使用時にむらのある外観を有するという欠点がある。
【０００３】
更に、青色ＬＥＤが使用されても利用者によって白色として知覚される出力光を得るために、有機発光体層等の色変換層と共にＬＥＤが使用される場合がある。しかし、照明器具内に幾つかのＬＥＤを有する場合、色変換層内で最終的に照明器具の寿命を短くする原因となるホットスポットが引き起こされる場合がある。
【０００４】
ＬＥＤの光を散らし、その結果より均一な照明パターンを実現するために照明器具内に拡散素子を導入することにより、上記の欠点を克服する試みはあった。しかし、それらの試みはシステム効率の低下及び費用の増加に見舞われた。
【０００５】
ＣＮ２０１７７９５２６は、基板に固定されたＬＥＤチップを含む光源を開示する。各ＬＥＤチップの上に薄い光透過層があり、ＬＥＤチップの側面には、水平に放たれる光を上向きに屈折させる傾斜した構造がある。開示されているＬＥＤ光源は、とりわけＬＥＤの放射効果を高めるとされている。
【０００６】
上記の問題を克服するための幾つかの試みがなされたが、依然として改善の余地がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を克服し又は軽減し、低い効率損失と共により均一な照明パターンをもたらす、ＬＥＤと共に使用するための光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、この及び他の目的がＬＥＤと共に使用するための光学素子によって実現され、かかる光学素子は、ＬＥＤからの入射光を受けるように構成される底面と、底面から上面への方向に延び、光軸を定める法線を有する、上面であって、上面は光軸に対して第１の角度範囲を対象として含むように延び、その外側ではＬＥＤの少なくとも１つの点によって発せられる第１の角度範囲の光が上面の仮想的延長部において全反射を免れず、上面がＬＥＤから生じる光を光軸から離れるように屈折させるように構成される第１の光学構造の第１のパターンを含む、上面と、底面と上面との間に延び、ＬＥＤから生じる光を光軸の方向に屈折させるように構成される複数の側面とを含む。
【０００９】
ＬＥＤの少なくとも１つの点によって発せられる光が上面の仮想的延長部において全反射（ＴＩＲ）を免れない特徴により、上面が更に延ばされる場合、ＬＥＤの少なくとも１つの点によって発せられる光が上面においてＴＩＲを免れないことが意味される。従って、以下で更に説明されるように、第１の角度範囲内ではＴＩＲは生じない。
【００１０】
入射光を光軸から離れるように屈折させる構造のパターンを上面上に有し、入射光を光軸の方向に屈折させるように構成される側面を有することにより、入射光が発散される。特に、上面上の構造の第１のパターンが光出力を広げることを強化する。その結果、光学素子が使用されない場合に比べ、より均一な照明パターンが実現される。光が広がることにより光源のむらのある外観が減らされるので、このことは光源内で幾つかのＬＥＤが互いに或る距離を置いて配置される場合に有利である。
【００１１】
更に、この光学素子は非常に低い効率損失をもたらす。より詳細には、全反射が生じ、ＬＥＤによって発せられる光が吸収され得るＬＥＤに光が戻される場合にエネルギ損失が生じることがある。例えば、かかるＴＩＲは光学素子の上面又は側面において起こり得る。しかし本発明では、上面においてＴＩＲが起こり得ないように上面の寸法が選ばれる。より詳細には、上面は、その外側ではＬＥＤの少なくとも１つの点によって発せられる光がＴＩＲを免れない、第１の角度範囲だけを対象として含むように延びる。従って上面においてＴＩＲが生じず、それにより効率損失が減らされる。更に、側面が光軸の方向に光線を屈折させるので、光線が目標面に達する前に隣接するＬＥＤや側壁等の任意の障害物に当たるリスクが減らされる。このようにして、側面も効率損失の低減に寄与する。
【００１２】
更なる利点は、ＬＥＤの製造中にＬＥＤパッケージ内に光学素子が容易に組み込まれ、従って費用を著しく高めることなしにＬＥＤ機構の機能を高めることができることである。
【００１３】
複数の側面は、更に光軸に対して傾けられても良い。このようにして、側面で起こっているＴＩＲが減らされ得る。例えば、側面においてＴＩＲが回避されるように傾斜角度が選ばれても良く、光軸に対する角度は９０度に等しくなく、例えば９０度を上回る。側面においてＴＩＲが生じる場合、ＬＥＤによって発せられる光はＬＥＤの上で主に１方向に発散される。側面が直線であり、光軸に対して傾けられることの代替形態として、側面が湾曲した形状を有しても良い。
【００１４】
複数の側面のうちの少なくとも１つが、光軸に対して異なる傾斜又は角度を有する第１の部分及び第２の部分を含んでも良い。光軸に対して第１の部分及び第２の部分の傾斜又は角度を調整することにより、放出光の方向についてのより優れた制御が実現される。その結果、幾つかのＬＥＤを含む光源のむらのある外観が更に減らされ得る。一実施形態では、異なる傾斜を有する側面の部分の数が３つ以上である。異なる傾斜を有する部分の数は全ての側面について同じとすることができ、又は異なる側面について異なっても良い。例えば、或る側面は異なる傾斜を有する２つの部分を有することができ、別の側面は異なる傾斜を有する３つの部分を有することができる。
【００１５】
一実施形態では、全ての側面が光軸に対して同じ傾斜又は角度を有する。このことは、対称的な照明パターンが実現され得る点で有利な場合がある。同様に、全ての側面が同じ寸法を有しても良い。光学素子の対称的な形状寸法を有することは幾つかの側面において有利である。例えば、対称的な光学素子は、非対称的な光学素子よりも光学素子の向きの影響をより受けにくい点で有利である。利用者は光学素子の向きを組付け中に考える必要が無いので、このことは光学素子の組付け等の後処理を単純化する。どのような種類の製造工程が使用されるのかにもよるが、対称的な光学素子は製造の観点からも有利な場合がある。上面の第１のパターンは、複数の側面の少なくとも１つに広がり得る。例えば、構造のパターンは側面の２つに、又は側面の全てに広がり得る。このことは、光軸に対して垂直な向きである、光学素子の横方向の光のより優れた広がりが実現され得る点で有利である。
【００１６】
光学素子は、第１の角度範囲の外側に延びる第２の角度範囲を専ら対象として含むように延びる、上面の延長部分を含み得る。上面の延長部分は、光軸に対して９０度を上回る角度を形成するように方向付けられる上面を有する第２の光学構造を含む第２のパターンを含む。上面の延長部分が第２の光学構造の第２のパターンを一切有さない場合、上面の延長部分においてＴＩＲが生じることになる。しかし、光軸に対して９０度を上回る角度を形成するように方向付けられる上面を有する第２の光学構造の第２のパターンを含めることにより、ＴＩＲの発生が減らされるように上面の延長部分からの光出力が制御され得る。その結果、構造の第２のパターンは光出力をより一層平行にすることを可能にする。一方、ＴＩＲの発生が減らされるので、光が吸収され得るＬＥＤに光が戻されず、第２のパターンは効率を高める。延長された上面を有する実施形態は、例えば設計及び／又は構成上の理由から、上面の物理的寸法をＴＩＲが生じない角度範囲に制限できない場合に特に有用であり得る。
【００１７】
上面の第１の光学構造は、光軸に対して９０°未満の角度を形成するように方向付けられる上面をそれぞれ有することができ、その角度は上面の中心までの距離が長くなるにつれ増加する。例えば、第１の光学構造は、鋸歯状の形をした断面を有しても良い。上面の中央では入射光の強度は光強度が低い端部に比べ相対的に高く、上記のようにすると、上面上の構造の屈折力は上面の中央においてより高い。
【００１８】
第１の光学構造は、一次元パターンで配置され得る。例えばこのパターンは、互いに隣接して配置される隆線形の構造を含むことができる。このようにして、光が１つの方向に広げられる。このことは、光学素子が一次元配列のＬＥＤを有する光源で使用される場合に特に有利であり得る。或いは第１の光学構造は、二次元パターンで配置されても良い。その場合、光は２つの方向に広がる。このことは、光学素子が二次元配列のＬＥＤを有する光源で使用される場合に特に有利であり得る。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、この及び他の目的が、ＬＥＤと一体化して形成される第１の態様による光学素子を含む発光装置によって実現される。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、この及び他の目的が、ＬＥＤ及び第１の態様による光学素子を含むＬＥＤ機構によって実現され、光学素子はＬＥＤに関連する。
【００２１】
このＬＥＤ機構は、複数のＬＥＤ及び第１の態様による複数の光学素子を更に含むことができ、複数のＬＥＤのそれぞれは複数の光学素子の１つに関連する。複数のＬＥＤ及びその関連する複数の光学素子は、一次元配列で並べられても良い。或いは、複数のＬＥＤ及びその関連する複数の光学素子は、二次元配列で並べられても良い。
【００２２】
第１の態様の利点は、第２の態様及び第３の態様にも概して当てはまる。本発明は、特許請求の範囲の中で列挙される特徴の可能な全ての組合せに関することを指摘しておく。
【００２３】
次に本発明のこの及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面に関してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の側面図である。
【図１ｂ】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の側面図である。
【図２】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の側面図である。
【図３】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の側面図である。
【図４】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の上面図である。
【図５】実施形態による、光学素子の上面上の構造の断面図である。
【図６ａ】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の上面図である。
【図６ｂ】実施形態による、ＬＥＤと共に使用される光学素子の上面図である。
【図７ａ】実施形態による、ＬＥＤ及び光学素子の配置の上面図を示す。
【図７ｂ】実施形態による、ＬＥＤ及び光学素子の配置の上面図を示す。
【図７ｃ】図７ａ〜図７ｂの配置の側面図である。
【図８】線形ＬＥＤ配置の照度分布を示す。
【００２５】
図示のように、層及び領域の大きさは説明目的で誇張されており、従って本発明の実施形態の一般的構造を示すために与えられている。全体を通して同様の参照番号は同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に本発明が添付図面に関して以下でより完全に説明され、添付図面には本発明の現在好ましい実施形態が示されている。但し、本発明は多くの異なる形態で実施されても良く、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきでなく、むしろこれらの実施形態は徹底性及び完全性を得るために与えられ、本発明の範囲を当業者に完全に伝える。
【００２７】
図１ａは、ＬＥＤ１０２と共に使用されるように構成される光学素子１００を示す。図示のＬＥＤ１０２の発光領域の大きさは、ＬＥＤダイの発光領域の大きさに相当する。光学素子１００は、ＬＥＤ１０２の上に配置され得る。光学素子１００は、ＬＥＤ１０２とは別個の素子でも、ＬＥＤ１０２と一体化して形成されても良い。
【００２８】
光学素子１００は、底面１０３、上面１０４、及び複数の側面１０６を有する固体の透過性構造である。上面１０４は底面１０３と平行であり、底面１０３から離れて位置する。側面１０６が、底面１０３と上面１０４との間に延びる。ＬＥＤ１０２によって発せられる光が底面１０３において光学素子１００に入るように、ＬＥＤ１０２が底面１０３に配置される。側面１０６の数は様々であり得る。しかし、好ましくは、光学素子１００が４つの側面１０６を含む。側面１０６の幾何学的寸法は異なっても同じでも良い。光学素子１００は、上面１０４の法線によって定められる光軸Ａを更に有し、光軸Ａは上面１０４及び底面１０３に対して実質的に垂直であり、底面１０３から上面１０４の方向に延びる。
【００２９】
上面１０４は、その上側にＬＥＤ１０２から離れた方向を向く第１のパターン１０８を有する。図示のように、第１のパターン１０８は、ＬＥＤ１０２から発生する光を光軸Ａから離れるように屈折させるように構成される第１の光学構造１１０を含む。この屈折は、例えば光軸Ａに対して９０°未満の角度αを形成するように方向付けられる上部ファセットを有する第１の光学構造１１０によって実現され得る。図示の実施形態では、上面１０４の中心までの距離が長くなるにつれ、隣接する第１の光学構造１１０の角度αが増加する。このようにして、第１の光学構造１１０の屈折力は上面１０４の中央で最も大きく、上面１０４の端部に向けて低下する。
【００３０】
同様に、側面１０６は、ＬＥＤ１０２から発生する光を光軸Ａに向けて屈折させるように構成される。このようにして、特に幾つかのＬＥＤが配列をなして配置される場合、均一な照明パターンが得られ得る。更に、光が光軸Ａに向けて導かれるので、発せられる光がその目標に達する前に光学素子の外部にある隣接するＬＥＤ等の任意の障害物に当たる確率は低い。従って、それにより効率が改善される。側面１０６は例えば直線とすることができ、例えば光軸Ａに対して９０度に等しくない角度を形成しても良い。光軸Ａに対する側面１０６の角度は、側面１０６においてＴＩＲが回避されるように選ばれ得る。或いは、側面１０６の１つ又は複数が曲げられても良い。以下で更に説明されるように、側面１０６の１つ又は複数が多面的でも良い。
【００３１】
光軸Ａに対して垂直な方向の上面１０４の幾何学的寸法は、上面１０４においてＴＩＲが回避されるように選ばれる。ＴＩＲが回避されるので、光学素子１００による効率損失は非常に小さい。より詳細には、上面１０４の大きさは、上面１０４が光軸Ａに対して垂直な方向にそれ以上広げられた場合、ＬＥＤ１０２の少なくとも１つの点によって発せられる光が上面１０４においてＴＩＲを免れないことになるように選ばれる。
【００３２】
このことについて図１ｂに更に示されており、図１ｂは、図１のＬＥＤ１０２及び光学素子１００並びに上面の仮想的延長部１１２を示す。ＬＥＤ１０２の発光領域は幾何学的範囲を有する。その結果、図示の点１０２ａ〜１０２ｂ等のＬＥＤ１０２の各点が光を発することができる。点１０２ａはＬＥＤ１０２の最も左にある点であり、点１０２ｂはＬＥＤ１０２の最も右にある点である。点１０２ａ〜１０２ｂ等、ＬＥＤ１０２の点のそれぞれについて、光軸Ａに対する角度θによって定められる関連する角度範囲が規定される。ここでは、角度範囲１１４ａ〜１１４ｂが、点１０２ａ〜１０２ｂのそれぞれに関連する。角度θは、それを上回るとＬＥＤ１０２によって発せられる光のＴＩＲが上面１０４の仮想的延長部１１２内で生じる角度に関連する。つまり、上面１０４が更に広げられた場合、角度θを超えてＬＥＤ１０２によって発せられる光について上面１０４内でＴＩＲが発生する。従って、角度θよりも大きい角度で点１０２ａ〜１０２ｂの１つ等のＬＥＤの任意の点によって発せられる光は、上面１０４の仮想的延長部１１２に達するにつれＴＩＲを免れなくなる。光学素子１００の屈折率が分かれば、角度θは屈折の法則によって容易に計算され得る。
【００３３】
上面１０４におけるＴＩＲを回避するために、上面１０４は、ＬＥＤ１０２の任意の点に関連し得る角度範囲の何れの外側にも延ばすべきでない。これは、ＬＥＤ１０２の点の何れかについて定められ得る角度範囲の共通部分に相当する、光軸Ａに対する第１の角度範囲１１６を対象として含む上面１０４によって実現される。とりわけ上面１０４は、ＬＥＤ１０２の外縁点１０２ａ及び１０２ｂについて定められ得る、角度範囲１１４ａ及び１１４ｂの共通部分に相当すると見なされ得る。このようにして、上面１０４はＴＩＲが発生する角度範囲１１４ａ〜１１４ｂの何れの外側にも延びず、従って上面１０４内のＴＩＲは回避される。違う様に言えば、第１の角度範囲１１６の外側では、つまり仮想的延長部１１２では、ＬＥＤ１０２の少なくとも１つの点によって発せられる光がＴＩＲを免れない。
【００３４】
図２は、ＬＥＤ２０２と共に使用される光学素子２００を示す。この実施形態は、上面１０４の（非仮想的）延長部２０４を更に含む点で図１ａに関して説明された実施形態と異なる。上面１０４の延長部２０４は、図１ｂに関して開示された第１の角度範囲１１６の外側に延びる第２の角度範囲を専ら対象として含むように、光軸Ａに対して垂直な方向に延びる。つまり、第１の角度範囲と第２の角度範囲とは重複しない。延長部２０４が第１の角度範囲の外側に延びる第２の角度範囲を対象として含むので、更なる手段が取られない場合、延長部２０４においてＴＩＲが生じ得る。上面の延長部２０４内のＴＩＲを回避するために、延長部２０４は第２のパターン２０８を含む。第２のパターン２０８は、光軸Ａの方向に光を屈折させるように構成される第２の光学構造２１０を含む。例えばこれは、光軸Ａに対して９０°よりも大きい角度αを定めるように方向付けられるファセット２１２を有する第２の光学構造２１０によって実現され得る。例えば、隣接する第２の光学構造２１０の角度αは、上面の延長部２０４の端部までの距離が短くなるにつれ増加し得る。図２の実施形態は、実用的な理由から上面に任意の大きさを与えることができず、上面が一定の条件に制限される場合に特に有用であり得る。例えば、この実施形態は、上面１０４がＬＥＤ１０２の発光領域の大きさに等しい大きさに制限される場合に使用され得る。
【００３５】
上面１０４の第１の光学構造のパターン１０８と、上面の延長部２０４の第２の光学構造の第２のパターン２０８との間に、光学構造が無い上面１０４の部分があり得る。この部分は、光軸Ａに対して９０°に等しい角度αを有する光学構造に相当すると見なされ得る。
【００３６】
図３は、ＬＥＤ３０２と共に使用される光学素子３００を示す。光学素子３００は、上面３０４及び側面を有し、側面の少なくとも１つは、上面３０４に最も近く位置する第１の部分３０６ａ及び第２の部分３０６ｂを含む。図示の実施形態では、全ての側面が第１の部分３０６ａ及び第２の部分３０６ｂを含む。しかし、概して異なる側面が様々な数の部分を含むことができる。図示の第１の部分３０６ａ及び第２の部分３０６ｂは事実上直線である。例えば、第１の部分３０６ａ及び第２の部分３０６ｂは平面の形を取ることができる。第１の部分３０６ａ及び第２の部分３０６ｂは、光軸Ａに対して異なる傾斜を有しても良い。具体的には、第１の部分３０６ａは光軸Ａに対する角度α１によって定められる第１の傾斜を有することができ、第２の部分３０６ｂは光軸Ａに対する角度α２によって定められる第２の傾斜を有することができ、但しα２＞α１＞９０°である。例えば、第１の部分３０６ａの傾斜α１は、ＬＥＤ３０２によって発せられる光が第１の部分３０６ａを通過するとき、光の屈折が実質的に発生しないように選ばれ得る。同時に、第２の部分３０６ｂの傾斜α２は、ＬＥＤ３０２によって発せられる光が光軸Ａの方向に屈折されるように選ばれ得る。側面の様々な部分３０６ａ〜３０６ｂの角度又は傾斜及び大きさを変えることにより、放出光の向きが制御され得る。
【００３７】
代替的実施形態では、二次又はより高次の曲線又は面の形状を有するように第１の部分３０６ａが曲げられる。或いは、第１の部分３０６ａは、Ｂスプライン曲線又は有理ベジエ曲線状でも良い。或いは、第１の部分３０６ａの断面は、円の一部分の形状を呈しても良い。このようにして、ＬＥＤ３０２によって発せられる光が第１の部分３０６ａに対して実質的に垂直に当たり、その結果光の屈折が実質的に得られない形状を有するように第１の部分３０６ａが設計され得る。
【００３８】
図４は、第１のパターン４０８を有する上面４０４と側面４０６ａ〜４０６ｄとを有する光学素子４００の上面図である。光学素子４００は、ＬＥＤ４０２と共に使用される。この実施形態では、第１のパターン４０８が複数の側面４０６ａ〜４０６ｄの少なくとも１つに更に広がる。ここでは、パターンが２つの側面、即ち向い合って配置される側面４０６ｂ及び４０６ｄに広がる。但し、パターンは側面４０６ａ〜４０６ｄの全てに広がっても良い。光学素子４００が、図３に関して上記で論じられたように異なる角度又は傾斜を有する異なる部分に分割された側面４０６ａ〜４０６ｄを有する場合、パターン４０８はそれらの部分の１つだけに、それらの部分の一部に、又は全ての部分に広がることができる。第１の光学構造の第１のパターンを側面４０６上にも有することにより、ＬＥＤ４０２によって発せられる光が更に屈折され、発散される。このようにして、光学素子４００と共に使用される場合、ＬＥＤ４０２に起因する照明分布が更に改善され得る。特に、光軸に対して垂直方向の照明が改善され得る。
【００３９】
図５は、上面の第１の光学構造の第１のパターン１０８の一例を示す。原則として、第１の光学構造１１０の第１のパターン１０８は、ＬＥＤによって発せられる光を光軸Ａから離れるように屈折させる働きをする限り、如何なる形状を有しても良い。ここでは第１のパターン１０８が、鋸歯状の形をした断面を有する複数の隣接する第１の光学構造１１０を含む。鋸歯状の形をした第１の光学構造１１０は、光軸Ａに対して９０°未満の角度αを形成するように方向付けられる上面を有する。上面１０４の中心までの距離が長くなるにつれ、角度αが増加する。このようにして、第１のパターン１０８の屈折力は上面の端部に向けて低下する。
【００４０】
光学素子が図２のパターン２０８等の第２のパターンを含む場合、第２のパターンの第２の光学構造も鋸歯状の形の断面を有することができる。
【００４１】
図６ａ〜図６ｂは、第１の光学構造の第１のパターンが光学素子の上面の上でどのように配置され得るのかについての例である。図６ａでは、第１の光学構造１１０が一次元パターンで配置されている。例えば、第１の光学構造１１０は、結果的にパターン１０８を形成するように互いに隣接して配置される頂上部の形を取ることができる。頂上部は、例えば図４に関して説明された鋸歯状の形をした断面を有しても良い。第１の光学構造１１０を一次元パターンで配置することにより、１つの方向に光を広げることが実現される。
【００４２】
図６ｂでは、第１の光学構造１１０が二次元パターンで配置されている。例えば、第１のパターン１０８を形成する個々の第１の光学構造１１０は、互いに隣接して配置される半角錐の形を取ることができる。他の代替形態は四半球や楕円体である。第１の光学構造１１０を二次元パターンで配置することにより、光が２つの方向に広がる。
【００４３】
上記で開示された例は、図２に関して開示された第２のパターン２０８にも当てはまる。
【００４４】
図７ａ〜図７ｃは、上記の実施形態による光学素子を含むＬＥＤの配置の例を示す。ＬＥＤは、例えば白色光を発する蛍光体で被膜されたＬＥＤ、又は離れた蛍光体を有する青色光を発するＬＥＤとすることができる。図７ａは、複数のＬＥＤ７０２及び複数の光学素子７０１を含む矩形の光源を示す。ＬＥＤ７０２は、矩形の配列で並べられる。同様に、図７ｂは複数のＬＥＤ及び複数の光学素子７０１を含む線形光源７００ｂを示す。ＬＥＤ７０２は、線形の配列で並べられる。矩形配列及び線形配列の各ＬＥＤ７０２は、ＬＥＤの上に配置される、又は図７ｃに示されるようにＬＥＤと一体化して形成される複数の光学素子７０１の１つに関連する。
【００４５】
各ＬＥＤ７０２を光学素子７０１に関連させることにより、結果として生じる光源７００ａ又は７００ｂの照明分布が改善され、つまり、光学素子７０１が使用されない場合に比べて照明分布がより均一である。図８は、互いに５０ｍｍ離して配置される３つのＬＥＤを有する線形光源の照明分布を示す。照明面はＬＥＤから２０ｍｍの距離にある。曲線８０２は光学素子が無い場合の照明分布を表し、曲線８０４は光学素子がある状態での照明分布を表す。図８から、光学素子が使用される場合に照明分布がより均一になることがはっきりと分かる。実際には、これは光源のむらのある外観が減らされ、離れた蛍光体の応用例では蛍光体層内のホットスポットが減ることにより寿命が延びることを意味する。
【００４６】
本発明は、上記の好ましい実施形態に決して限定されないことを当業者なら理解する。逆に、添付の特許請求の範囲の中で多くの修正形態及び改変形態が可能である。例えば側面は、異なる形状を有する３つ以上の部分を含むことができる。更に、上面の第１の光学構造の形状に関する多くの代替形態がある。
【００４７】
更に、開示された実施形態の改変形態が、特許請求の範囲に記載の本発明を実施する際に、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、当業者によって理解され果たされ得る。特許請求の範囲では、「含む」という語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除しない。或る手段が互いに異なる従属請求項の中で列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されてはならないことを示すものではない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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