(57)【要約】【課題】  照明効率を高くできるとともに、拡散率を容易に変更でき、さらに、色むらを効率よく改善でき、コストダウンが可能な発光装置を提供する。【解決手段】  光源１１と、光源１１から発する光を波長変換する光学素子１２と、光学素子１２から出射される光を集光する集光レンズ１３とを備えている。集光レンズ１３の出射面１４に、集光レンズ１３の光軸を中心とする回転対称の複合凹凸群１５が設けられ、複合凹凸群１５の光軸を通る断面の形状が、複合凹凸群１５の光軸方向に光を拡散させる凹凸群と、周辺方向に光を拡散させる凹凸群とから形成されている。【選択図】  図１
2012146562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から発せられる光を波長変換する光学素子と、
前記光学素子から出射される光を集光する集光レンズと、を備え、
前記集光レンズの出射面に、前記集光レンズの光軸を中心とする回転対称の複合凹凸群が設けられ、
前記複合凹凸群の光軸を通る断面の形状が、前記複合凹凸群の前記光軸方向に光を拡散させる光軸方向拡散凹凸群と、周辺方向に光を拡散させる周辺方向拡散凹凸群とから形成されている発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
前記光源は、第一の分光分布の光を発光する固体発光素子を有し、
前記光学素子は、前記第一の分光分布の光を、第二の分光分布の光に波長変換する波長変換素子を有している発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置において、
前記複合凹凸群は、鋸波状に形状されている発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置において、
前記複合凹凸群の鋸波状の形状は、ブレーズド回折格子であり、周期が８〜１６μｍ、高さが１〜５μｍである発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源部に発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子）を用いた製品が、多く見られるようになった。照明器具においても、シーリングライト、ベースライトのようなＬＥＤの光を拡散させるタイプや、ダウンライト、スポットライトのようなＬＥＤの光を集光させるタイプ等、さまざまな製品がある。
【０００３】
よく使われている青色ＬＥＤ＋Ｂ／Ｙ蛍光体白色ＬＥＤにおいては、その構成上、光の照射方向により色味が異なる。さらに、この白色ＬＥＤと集光レンズとを組み合わせることにより、照射パターンを形成したとき、色むらが目立ってしまうという問題がある。従来、色むらを軽減するために、各種の技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５２１８号公報（請求項１、段落００１５〜００１８、図１、図２）
【特許文献２】特開２００７−２６５９６４号公報（請求項１、段落００２１〜００３６、図１〜図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、光の拡散により、光源方向に戻る光が発生し、また、レンズを用いると、迷光や漏れ光が発生するおそれがあり、照明効率が低下するという問題があった。さらに、部分的に拡散処理を施すため、レンズの加工が困難で、高コストになるという問題があった。
【０００６】
特許文献２においては、レンズ面が二次曲面形状の一部であり、形状変更の自由度が低く、拡散率を変更することが困難になるという問題があった。また、レンズを用いるので、迷光や漏れ光が発生し、照明効率が低下するという問題があった。さらに、凸レンズにより色むらを調節するので、集光効率が低く、色むらの改善効果も低いという問題があった。
【０００７】
本発明は、照明効率を高くできるとともに、拡散率を容易に変更でき、さらに、色むらを効率よく改善でき、コストダウンが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光源と、前記光源から発せられる光を波長変換する光学素子と、前記光学素子から出射される光を集光する集光レンズと、を備え、前記集光レンズの出射面に、前記集光レンズの光軸を中心とする回転対称の複合凹凸群が設けられ、前記複合凹凸群の光軸を通る断面の形状が、前記複合凹凸群の前記光軸方向に光を拡散させる光軸方向拡散凹凸群と、周辺方向に光を拡散させる周辺方向拡散凹凸群とから形成されている。
【０００９】
本発明は、前記光源は、第一の分光分布の光を発光する固体発光素子を有し、前記光学素子は、第一の分光分布の光を、第二の分光分布の光に波長変換する波長変換素子を有している。
【００１０】
また、本発明は、前記複合凹凸群は鋸波状に形状されている。
【００１１】
また、本発明は、前記複合凹凸群の鋸波状の形状は、ブレーズド回折格子であり、周期が８〜１６μｍ、高さが１〜５μｍである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照明効率を高くできるとともに、拡散率を容易に変更でき、さらに、色むらを効率よく改善でき、コストダウンが可能な発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の発光装置を示す断面図
【図２】（Ａ）は第１実施形態の光軸方向拡散凹凸群を示す図、（Ｂ）は第１実施形態の周辺方向拡散凹凸群を示す図
【図３】第２実施形態の発光装置を示す断面図
【図４】第２実施形態のマイクロ構造凹凸群を示す図
【図５】第２実施形態のブレーズド回折格子の特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態の発光装置について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の発光装置１０を示す。この発光装置１０は、光源１１と、光源１１から発する光を波長変換する光学素子１２と、光学素子１２から出射される光を集光する集光レンズ１３とを備えている。
【００１５】
集光レンズ１３の出射面１４には、全面的に、集光レンズの光軸を中心とする回転対称の複合凹凸群１５が設けられている。複合凹凸群１５は、図２（Ａ）に示すように、複合凹凸群１５の光軸を通る断面の形状が、光軸方向拡散凹凸群１６、および周辺方向拡散凹凸群１７によって形成されている。光軸方向拡散凹凸群１６は、複合凹凸群１５の光軸方向に光を拡散させる。周辺方向拡散凹凸群１７は、図２（Ｂ）に示すように、光軸の周辺方向に光を拡散させる。
【００１６】
光軸方向拡散凹凸群１６、および周辺方向拡散凹凸群１７は、多数の凹凸により鋸波状に形成されている。
【００１７】
次に、上記各構成要素について説明する。光源１１は、第一の分光分布の光を発光する固体発光素子を有している。光学素子１２は、第一の分光分布の光を、第二の分光分布の光に波長変換する波長変換素子を有している。固体発光素子は、例えば青色ＬＥＤを例示できる。波長変換素子は、ＹＡＧ蛍光体を含んだシリコン等の透過性材料をベースとしたものを例示できる。
【００１８】
固体発光素子と、波長変換素子との組み合わせによって、青色ＬＥＤの光の一部が、黄色光に変換され、青色光と黄色光とが混ぜられ、白色光として出力される。
【００１９】
集光レンズ１３は、ガラス、アクリル、ポリカーボネート等の、屈折率が概ね１．３以上の透明材料によって形成されている。集光レンズ１３の光軸付近の光は、入射凸面１８で屈折して集光し、光軸から角度のついた光は入射側面部１９で光を材料内部に導き、側面部２０で全反射集光するように形成されている。
【００２０】
次に、この発光装置１０の作用について説明する。光源１１から出射された光は、集光レンズ１３の入射凸面１８（図１参照）によって屈折されて集光される。光軸に対して交差する方向の光は、入射側面部１９で材料内部に導かれ、さらに側面部２０で全反射して集光される。これによって、光源１１から出射された光は、集光レンズ１３によって狭角の配光とされ、集光レンズ１３の出射面１４における複合凹凸群１５に大部分の光線が導かれる。さらに、複合凹凸群１５によって光線が拡散され、出射面１４で発生する色むらが軽減される。
【００２１】
なお、複合凹凸群１５における光軸方向拡散凹凸群１６、および周辺方向拡散凹凸群１７における各凸部の高さを変化させることにより、容易に拡散率を変化させることが可能である。
【００２２】
例えば、複合凹凸群１５における各凸部の高さを比較的小さくした場合は、屈折による制御によって拡散率を低めに設定できる。また、各凸部の高さを比較的高くした場合は、全反射による制御によって拡散率を大きくできる。いずれの場合も、従来の技術に比べて、光を高効率に拡散させることができ、さまざまな色むらの光源に対応できる。また、光を光軸方向に拡散させる光軸方向拡散凹凸群１６と、光を周辺方向に拡散させる周辺方向拡散凹凸群１７とは、それぞれ光の拡散角度を別々に設定できる。
【００２３】
この発光装置１０によれば、光の進行方向により、発光色の違いがある光源１１において、出射光を効率的に拡散させることができ、色むらを効率よく軽減できる。また、迷光や漏れ光が発生しないため、照明効率を高くできる。
【００２４】
また、第一の分光分布の光（青色）を発光する固定発光素子を有する光源１１と、第一の分光分布の光を受けて第二の分光分布の光（黄色）に波長変換する波長変換素子を有する光学素子１２とを備えている。これにより、光を効率的に拡散でき、色むらを軽減できる。
【００２５】
さらに、光軸方向拡散凹凸群１６、および周辺方向拡散凹凸群１７の各凹凸部の周期を変え、または高さを変えることにより、幅広い拡散率を簡単に実現でき、コストダウンが可能である。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、本発明に係る第２実施形態の発光装置３０を示す。
なお、第１実施形態と同様な部分には、同一の符号を付けて詳細な説明を省略する。
【００２７】
この発光装置３０は、光源１１と、光源１１から発する光を波長変換する光学素子１２と、光学素子１２から出射される光を集光する集光レンズ３１とを備えている。
【００２８】
集光レンズ３１の出射面３２には、マイクロ構造凹凸群３３が全面に亘って設けられている。図４に示すように、マイクロ構造凹凸群３３は、マイクロオーダの凹凸群であり、凹凸群の光軸を通る断面形状は、略左右対称の凹凸群が周期的に形成されている。
【００２９】
マイクロ構造凹凸群３３は、集光レンズ３１の光軸を中心とする回転対称の複合凹凸群であり、マイクロ構造凹凸群３３の光軸を通る断面形状が、多数の凹凸により鋸波状に形成されている。
【００３０】
マイクロ構造凹凸群３３の鋸波状の形状は、周期が８〜１６μｍ、高さが１〜５μｍの範囲内にあるブレーズド回折格子である。
【００３１】
次に、この発光装置３０の作用について説明する。光源１１から出射された光は、集光レンズ３１の出射面３２に導かれ、マイクロ構造凹凸群３３によって、拡散されて出射される。
【００３２】
マイクロ構造凹凸群３３は、波動光学的現象、すなわち、光の波長に基づいて、光の進む方向を回折することにより光を拡散させる。マイクロ構造凹凸群３３の回折方向および効率を、図４に示す数式、および図５に示す特性図によって表す。
【００３３】
第２実施形態の発光装置３０によれば、波動光学的現象である回折を利用して、波長に基づいて光の進行方向を変化させることができ、発光装置３０の直下における光度の低下を抑えて、色むらを軽減できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  発光装置
１１  光源
１２  光学素子
１３  集光レンズ
１４  出射面
１５  複合凹凸群
１６  光軸方向拡散凹凸群
１７  周辺方向拡散凹凸群
１８  入射凸面
１９  入射側面部
２０  側面部
３０  発光装置
３１  集光レンズ
３２  出射面
３３  マイクロ構造凹凸群
【図１】
2012146562.tif 000003
【図２】
2012146562.tif 000004
【図３】
2012146562.tif 000005
【図４】
2012146562.tif 000006
【図５】
2012146562.tif 000007