発光装置および照明装置
【課題】正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図る。
【解決手段】本発明の発光装置は、光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える。上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域３０があると共に、上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域３１が、少なくとも一か所ある。
【解決手段】本発明の発光装置は、光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える。上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域３０があると共に、上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域３１が、少なくとも一か所ある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光を光束制御部材によって制御する発光装置と、当該発光装置を備える照明装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置（例えば、液晶用バックライトおよび看板照明等）として、ＬＥＤ光源に光束制御部材を被覆することによって均一な配光を実現している発光装置を備えるものがある。この発光装置においてＬＥＤ光源から射出された光は、光束制御部材によって光出射面側に広げられる。この発光装置を照明装置内に均等に配置することにより、照明装置の正面パネル上を輝度ムラなく光が照らすよう形成されている。
【０００３】
このようなＬＥＤを光源とした発光装置として、例えば特許文献１に開示された発光装置１００を挙げることが出来る。図１１は従来の発光装置１００の断面図である。
【０００４】
この発光装置１００では発光素子１０１からの光Ｈを、光束制御部材１０２を介して被照射面１０７へ出射する。光束制御部材１０２は、光の出射方向を規制する光出射面１０６を被照射面１０７側のみに備えている。
【０００５】
光出射面１０６は、発光素子１０１から光入射面１０３へ入射した光Ｈのうち、光束制御部材１０２の内部を伝播して他部において反射されることなく光出射面１０６に到達した光Ｈを、出射後に交差しないように被照射面１０７に向けて出射させる。
【０００６】
また、発光装置１００における光出射面１０６から出射した光の光線密度は、光軸Ｚ付近において他部よりも疎になり、光軸Ｚから離れるに従って徐々に密になっている。
【０００７】
その他のＬＥＤを光源とした発光装置としては、特許文献２、特許文献３に開示された発光装置を挙げることが出来る。
【０００８】
特許文献２の発光装置における光束制御部材の裏面側のＬＥＤに対応する位置には、凹みが形成されている。この凹み形状を裏面側のみに形成することによって、光軸Ｚ付近の出射光束密度が他部よりも疎であり、光軸から離れるに従って光線密度が徐々に密になるようになっている。
【０００９】
特許文献３の発光装置における光束制御部材の裏面側の発光素子に対応する位置には、半球面の凹みが形成されている。また、光束制御部材の表面側の光軸を中心とする所定範囲は、下に凸の滑らかな曲面形状となっており、光軸から離れた範囲には、連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状をしている。このように、裏面側および表面側の両面を曲面形状とすることによって、配光を制御している。
【００１０】
現在は、照明装置（例えば、看板照明および標示灯等）において、照明装置の背面以外のすべての面を照明する要望がある。そのため、照明装置の正面輝度を確保し、かつ光の拡散性を向上する発光装置が望まれている。正面輝度を確保するためには基準光軸方向の光量を十分に確保する必要があり、光の拡散性を向上させるためには配光を広げる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２９４１８７号公報（２００７年１１月８日公開）
【特許文献２】特開２００７−１１５７０８号公報（２００７年５月１０日公開）
【特許文献３】特開２００７−２２７４１０号公報（２００７年９月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の発光装置に関しては、それぞれ以下のような課題がある。
【００１３】
特許文献１の発光装置においては、基準光軸方向の光量は十分であり正面輝度は確保されているが、配光が狭く、横方向（光軸Ｚに対し垂直な方向）の出射角±６０°〜±９０°には光が出射していない。そのため、光を拡散することができず照明装置の正面以外の面を照明することができない（図８（ｂ）の一点破線８２参照）。
【００１４】
特許文献２の発光装置においては、配光が広く、横方向に光が十分出射しており、光は拡散されている。しかし、基準光軸方向の光量が不十分であり正面輝度が確保されない（図８（ｂ）の破線８３参照）。
【００１５】
特許文献３の発光装置においても、配光が広く、横方向に光が十分出射しており、光は拡散されている。しかし、基準光軸方向の光量が不十分であり正面輝度が確保されない（図８（ｂ）の点線８４参照）。
【００１６】
上記従来の発光装置における光線密度は、光軸Ｚから離れるに従って徐々に密となるようになっている。
【００１７】
このような従来の発光装置においては、基準光軸方向の光量を上げて正面輝度を確保しようとすると配光が狭くなる。そのため、横方向への光の拡散性が低下する。
【００１８】
また、横方向へ配光を広げ光の拡散性を向上させようとすると基準光軸方向の光量が犠牲となる。そのため、正面輝度を確保できない。
【００１９】
上述のように、従来の発光装置においては、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、
光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置であって、
上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、
上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域があると共に、
上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域が、少なくとも一箇所あることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、光源から出射された光は、光速制御部材の入射面から入射し、光速制御部材の内部を伝播してその出射面から出射される。これにより、光源からの光は光速制御部材によって制御される。
【００２２】
ここで、本発明の発光装置では、光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、光出射面から出射された光の光線密度が、光軸を基点として光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域がある。これと共に、当該平面内において、光軸から離れた地点を基点として光軸から離れるにしたがって光線密度がより疎になっていく領域が少なくとも一箇所ある。ここで、前者の領域においては、光源側の光線密度がより疎になっている。一方、後者の領域においては、光源から遠ざかる側の光線密度がより疎になっている。この結果、光出射面の全領域において、光線密度が疎となる領域が、光軸の近辺と、光軸から離れた位置との両方に形成される。これにより、光軸の方向（すなわち正面方向）の光量を確保すると共に、配向を広げることが可能となる。
【００２３】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光線密度がより疎になっていく領域が、上記光軸と上記光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所にあることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、光軸と光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所において、光線がより疎になっていく領域を設けることにより、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができる。
【００２５】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光出射面から出射された光の拡散面における照度分布をＩとし、Ａを倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）とし、ｒを上記光軸からの距離とし、σ１およびσ１をそれぞれ異なるガウス分布の分散としたとき、上記光束制御部材は、次の式（１）
【００２６】
【数１】
【００２７】
を満たした形状を有していることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、配光分布に光量の二次ピークが生じ、光軸方向の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げるという効果を奏する。
【００２９】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光束制御部材は、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面をさらに備えており、
上記発光装置は、上記底面における、上記光源から出射され、上記光入射面から光束制御部材に入射し、上記光出射面において反射された光が集光する位置に、上記光出射面において反射された光を透過させる光透過部をさらに備えていることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、光出射面において反射された光が再度、光出射面から光軸に近づくように屈折するフレネル反射成分を抑制することができる。これにより、照射光の輝度ムラを生じ難くすることができる。
【００３１】
本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、上述したいずれかの発光装置を備えることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、正面輝度の確保と、光の拡散性の向上とを両立させることが出来る照明装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る発光装置は、正面輝度の確保と、光の拡散性の向上とを両立させることが出来る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、光源から出射された光の行路を詳細に示す図である。
【図２】（ａ）は、発光装置におけるθ１とθ２との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、発光装置におけるθ１とθ２／θ１との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、発光装置におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフである。
【図３】発光装置における光出射面から出射された光の光線を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置の断面図であり、（ｂ）は、本発明に係るさらに他の実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図５】光透過部を有しない発光装置を示す断面図である。
【図６】光透過部を有する発光装置の断面図である。
【図７】光透過部を有する発光装置を配置した場合の拡散板上における照度分布と、光透過部を有しない発光装置を配置した場合の拡散板上における照度分布とを示すグラフである。
【図８】（ａ）は、従来の発光装置におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、従来の発光装置における光量と配光との関係とを示すグラフとである。
【図９】従来の発光装置と本発明の発光装置との配光分布の違いを示すグラフである。
【図１０】従来の発光装置におけるθ１の増加に伴うθ２の増加量と、本発明の発光装置におけるθ１の増加に伴うθ２の増加量との違いを示すグラフである。
【図１１】従来の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４、図９、および図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３６】
（発光装置１０の構成）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の断面図である。同図に示す発光装置１０は、発光素子１および光束制御部材２を備えている。発光装置１０には、発光素子１の周囲を覆うように光束制御部材２が配置されている。
【００３７】
発光装置１０は、光軸Ｚを中心とした回転対称の形状を有している。光軸Ｚの方向は、発光素子１から出射される光の立体的な出射光束の中心における光の進行方向である。同図においては、便宜上、発光素子１から鉛直上向きの方向を光軸Ｚとする。
【００３８】
（発光素子１）
発光素子１は、光軸Ｚを中心に周囲に光を射出する部材である。発光素子１としては公知のＬＥＤチップ等を用いることができる。しかし、この構成に特に限定されるものではない。発光素子１の形状は、発光装置１０と同様に回転対称でもよく、または、回転対称ではなく直方体等であってもよい。
【００３９】
（光束制御部材２）
図１（ｂ）は、発光装置１０における発光素子１から出射された光Ｌとθ１とθ２とを説明するための説明図である。この図に示すように、光束制御部材２は、発光素子１から出射された光Ｌを拡散させる部材である。光束制御部材２は、光入射面２ａと、光出射面２ｂと、底面２ｃとを有している。光入射面２ａとは、発光装置１０から出射された光Ｌが光束制御部材２へ入射する面をいう。光出射面２ｂとは、発光装置１０から出射し、光入射面２ａから入射した光Ｌが、出射する面をいう。底面２ｃは、光入射面２ａと光出射面２ｂとを結ぶ面である。
【００４０】
光入射面２ａの断面は、釣鐘型状をしている。一方、光出射面２ｂの断面形状は、半円に近い形状をしている。すなわち、光入射面２ａの断面の輪郭線は、図１（ｂ）に示すように、光軸Ｚにおいては光軸Ｚと略垂直に交わり、光軸Ｚ付近においてはその傾きが大きく変化し、光軸Ｚから離れたところにおいては傾きがあまり変化しない。一方、光出射面２ｂの断面の輪郭線は、図１（ｂ）に示すように、光軸Ｚ上においては光軸Ｚと略垂直に交わり、光軸Ｚから離れるに従ってその傾きは徐々に緩やかになり、次第に光軸Ｚと平行な方向に変化する。
【００４１】
このような形状を有することにより、光束制御部材２は、発光素子１から出射された光Ｌを、光軸Ｚに対し垂直に近い方向に曲げることによって、光Ｌを拡散させる。発光素子１から出射された光Ｌは、光入射面２ａに入射し、光束制御部材２の内部を伝播した後、光出射面２ｂから外部にスネルの法則にしたがって出射される。この際、光束制御部材２から出射される発光素子１からの光は、光軸Ｚから遠ざかるように屈折して出射される。
【００４２】
（光束制御部材２の形状）
光束制御部材２は、次の式（１）を満たした形状を有していることが望ましい。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、式（１）において、Ｉは、光出射面２ｂから出射された光の拡散面における照度分布を示す。また、Ａは、倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）を示す。ｒは、光軸Ｚからの距離を示す。σ１およびσ２は、それぞれ異なるガウス分布の分散を示す。したがって、Ｉは、拡散面上での照度分布が、異なる分散値を持つ二つのガウス分布を足し合わせた照度分布となる。光束制御部材２をこのような条件を満たす形状にすることによって、さらに配光分布に光量の二次ピークが生じ、光軸方向の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げるという効果を奏する。なお、図１に示す光束制御部材２は、上記の式（１）を満たしている。
【００４５】
光束制御部材２は、透光性の材料によって形成されていればよい。材料として、例えばポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートを利用できる。
【００４６】
（θ１とθ２との関係）
図１（ｂ）に示すように、発光素子１から出射された光Ｌが、光入射面２ａに到達する地点を入射点Ｐ１とし、光Ｌと光軸Ｚとのなす角度をθ１とする。さらに、光束制御部材２を伝播した光Ｌが光出射面２ｂに到達する地点を出射点Ｐ２とし、光出射面２ｂから出射した光Ｌと、Ｐ２を通り光軸Ｚと平行な線とのなす角度をθ２とする。
【００４７】
図２（ａ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２との関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２を、横軸はθ１を示している。同図の太線２０に示されるように、θ２はθ１の増加に伴い単調に増加している。
【００４８】
図２（ｂ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２／θ１との関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２／θ１を、横軸はθ１を示している。同図の実線２１に示すように、θ１の増加にともないθ２／θ１は減少している。また、図２（ａ）に示すように光軸Ｚと平行な方向付近を除いて、常に、θ２＞θ１である。そのため、実線２１に示すように、常に、θ２／θ１＞１となっている。
【００４９】
図２（ｃ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２の増加量を、横軸はθ１を示している。ここで、θ２の増加量とはθ１の増加にともないθ２が増加した量という。同図の実線２２に示すように、θ１≦４５°およびθ１≧５５°の時には、θ１の増加にともないθ２の増加量は単調に減少している。しかし、θ２の増加量が４５°≦θ１≦５５°において一時的に増加している。なお、θ２の増加量が一時的に増加するθ１の角度はθ１≦６５°であれば特に限定されるものではない。
【００５０】
（光線図）
図３は、発光装置１０における光出射面２ｂから出射された光の光線を示す図である。同図は、発光素子１の位置から光線を１°刻みに描いたものである。θ１＝４５°〜５５°付近においてθ２の増加量を一時的に増加させたことにより、θ２＝７０°〜７５°付近の光線密度が疎になっていることがわかる。
【００５１】
より具体的には、発光装置１０では、図３に示すように、光源１から出射された光の光軸に直交する平面内において、光出射面２ｂから出射された光の光線密度が、光軸Ｚを基点として光軸Ｚから離れるにしたがってより密になっていく領域３０がある。これと共に、当該平面内において、光軸Ｚから離れた地点を基点として光軸Ｚから離れるにしたがって光線密度がより疎になっていく領域３１がある。ここで、領域３０においては、光源１側の光線密度がより疎になっている。一方、領域３１において、光源１から遠ざかる側の光線密度がより疎になっている。この結果、光出射面２ｂの全領域（すなわち０°≦θ２≦９０°）において、光線密度が疎となる領域が、光軸Ｚの近辺と、光軸Ｚから離れた位置との両方に形成される。この結果、光軸Ｚの方向（すなわち正面方向）の光量を確保すると共に、配向を広げることが可能となる。
【００５２】
領域３１は、必ずしも一箇所のみに限らず、発光装置１０において少なくとも一箇所あればよい。すなわち、領域３１が複数あってもよい。
【００５３】
（光量と配光との関係）
図８（ａ）は、従来の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示すグラフである。同図において、一点破線８０は、従来の第１の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示す。一方、破線８１は、従来の第２の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示す。図８（ａ）に示すように、従来の第１および第２の発光装置においては、θ１の増加に伴いθ２の増加量は常に減少している。すなわち、θ１の全範囲に渡って、θ２の増加量は単調に減少している。
【００５４】
図８（ｂ）は、従来の発光装置における光量と配光との関係を示すグラフである。同図の横軸は、光出射面２ｂから出射された光の出射角を示す。一方、縦軸は、光出射面２ｂから出射された光の相対光量を示す。
【００５５】
図８（ｂ）において、一点破線８２は、従来の第１の発光装置における光量と配光との関係を示す。また、破線８３は、従来の第２の発光装置における光量と配光との関係を示す。また、点線８４は、従来の第３の発光装置における光量と配光との関係を示す。
【００５６】
従来の第１の発光装置は、θ１とθ２の増加量との関係が、図８（ａ）の一点破線８０に示すようになっている。すなわち、光軸Ｚ付近でのθ２は、従来の第２の発光装置に比べて小さい。これにより、図８（ｂ）の一点破線８２に示すように、正面輝度は十分に高くなる。一方で、横方向には光が全く出射されない。
【００５７】
従来の第２の発光装置は、θ１とθ２の増加量との関係が、図８（ａ）の破線８１に示すようになっている。すなわち、光軸Ｚ付近でのθ２は、従来の第１の発光装置に比べて大きい。これにより、図８（ｂ）の破線８３に示すように、横方向に対して光が多く出射されている。一方で、正面にはあまり光が出射されず、その結果、正面輝度はピーク値の一割程度まで下がってしまう。
【００５８】
このように、従来の発光装置では、基準光軸方向の光量を上げ正面輝度を確保しようとすると横方向の光量が落ちてしまい、一方、横方向の光量を増やそうとすると基準光軸方向の光量が下がり正面輝度が確保できない、という問題がある。
【００５９】
一方、本発明の発光装置１０では、図３（ｃ）に示すように、光線密度が疎になる位置が、光軸近辺と光軸以外の位置とにそれぞれ存在する。すなわち、θ２の増加量を光軸以外の場所において一時的に大きくしている。この結果、光軸Ｚの方向（正面方向）の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げることができる。
【００６０】
（配光分布の違い）
図９は、従来の発光装置における配光分布と、発光装置１０における配光分布とを示すグラフである。図１０は、従来の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係と、発光装置１０におけるθ１とθ２の増加量との関係を示すグラフである。
【００６１】
従来の発光装置においては、図１０の点線９３に示すように、θ１の増加に伴いθ２の増加量は常に単調に減少する。この従来の発光装置によると、基準光軸方向の光量と配光の広がりは反比例の関係となるため、図９の実線９２のような配光へ広げようとすると、同図の点線９０に示すように必ず正面輝度が犠牲となる。
【００６２】
一方、本発明の発光装置１０では、図１０の破線９４に示すように、θ２の増加量が光軸Ｚ以外において一時的に大きくなる場所がある。これにより、図９の破線９１に示すように、配光を広げた際も光軸Ｚの方向の光量を十分にすることができる。その結果、十分な正面輝度を確保できる。
【００６３】
また、発光装置１０を備えた照明装置も、本発明の技術的範囲に入る。この照明装置も、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができる。
【００６４】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施の形態について図４〜図７および図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１において各図面に示す部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
（光透過部）
図４（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置１１の断面図である。図４（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置１２の断面図である。
【００６６】
発光装置１１は、光源１および光束制御部材２に加えて、光透過部３をさらに備えている。光透過部３は、光束制御部材２の底面２ｃに設けられている。光透過部３は、光出射面２ｂにおいて反射した光を透過するか、または、光軸Ｚに対して垂直方向に変化させる。光透過部３としては、光束制御部材２と同材料であり、光出射面２ｂにおいて反射した光を透過させるか、または光軸Ｚに対して垂直方向に変化させる形状であれば、特に限定されない。例えば、図４（ｂ）に示す光透過部４のような形状でもよい。図４（ａ）および図４（ｂ）において、光透過部３および４は、光軸Ｚに回転対称の形状であり、光軸Ｚの周囲に一連に繋がった一つの部材として形成されている。
【００６７】
光透過部３の設置位置は、底面２ｃ上に設置し、光出射面２ｂにおいてフレネル反射した光をより多く光軸Ｚマイナス方向に透過することができれば、特に限定されるものではない。
【００６８】
（光透過部の効果）
図５は、光透過部３を有しない発光装置１０を示す断面図である。同図に示すように、発光装置１０の光出射面２ｂの光出射方向に拡散板５が配置されている。発光装置１０において発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂから光Ｌ１として出射される。ここで、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射され、底面２ｃにおいて反射、さらに光入射面２ａにおいても反射され、光出射面２ｂに再度到達する。光出射面２ｂに到達した光は、光出射面２ｂにおいて光軸Ｚに近づくように屈折し、発光装置１０上の拡散板５に光Ｌ２として到達する。
【００６９】
このように、発光装置１０においては、拡散板５の光軸Ｚ付近の明るさが増し、光軸Ｚ付近に輝度ムラを生じることがある。
【００７０】
図６は、光透過部３を有する発光装置１１の断面図である。同図に示すように、発光装置１１における光出射面２ｂの光出射方向に、拡散板５が配置されている。発光装置１１は、底面２ｃに光透過部３を備えている。発光装置１１において発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂにおいて光Ｌ１として出射される。ここで、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射され、底面２ｃの、光入射面２ａ付近に集光することとなる。
【００７１】
発光装置１１は、底面２ｃにおける、光源１から出射され、光入射面２ａから光束制御部材２に入射し、光出射面２ｂにおいて反射された光が集光する位置に、光出射面２ｂにおいて反射された光を透過させる光透過部３をさらに備えている。これにより、光透過部３にフレネル反射された光が入射し、一部の光Ｌ２は光軸Ｚ方向に出射されるものの、大部分の光Ｌ３は光透過部３を透過する。このため、発光装置１０において輝度ムラの原因となっていたフレネル反射成分を制御することができる。
【００７２】
以上のように、光透過部は、拡散板５上の輝度ムラを生じ難くする効果を有する。
【００７３】
（照度分布の対比）
図７（ａ）は、光透過部３を有する発光装置１１を配置した場合の拡散板５上における照度分布と、光透過部３を有しない発光装置１０を配置した場合の拡散板５上における照度分布とを示すグラフである。同図において、縦軸は、拡散板５上における照射光の相対的な照度分布を表している。一方、横軸は、拡散板５の位置を示しており、各発光装置における発光素子１の直上を横軸の中心としている。同図の実線７０は、光透過部３を有する発光装置１１の照度分布を示している。一方、破線７１は、光透過部３を有しない発光装置１０の照度分布を示している。
【００７４】
同図の実線７０と破線７１とを比較すると、拡散板の中心付近において、実線７０は、なめらかな曲線であるのに対し、破線７１は、なめらかな曲線ではなく拡散板の中心および両左右において照度が最高値を示している。よって、発光装置１１は、発光装置１０よりも、発光素子１の直上付近の輝度ムラが抑制されていることがわかる。
【００７５】
図７（ｂ）は、光透過部３を有する発光装置１１を複数配置した場合の拡散板５上における照度分布と、光透過部３を有しない発光装置１０を複数配置した場合の拡散板５上における照度分布とを示すグラフである。同図において、縦軸は、拡散板５上における相対的な照度を表している。また、横軸は、拡散板５の位置を示している。同図の実線７２は、複数の発光装置１１を均等に配置した場合の拡散板５上における照度分布を示している。一方、破線７３は、複数の発光装置１０を均等に配置した場合の拡散板５上における照度分布を示している。同図の実線７２と破線７３を比較すると、実線７２は、なめらかな曲線であるのに対し、破線７３は、滑らかではなく、小さなピークを多数有する曲線となっている。これらのピークは、各発光装置１０の発光素子１の直上における照射光の照度ムラによって生じている。
【００７６】
以上のように、複数の発光装置１０を配置した場合は、照射光全体として輝度ムラが生じる。一方、複数の発光装置１１を配置した場合は、照射光全体として輝度ムラが生じない。
【００７７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の発光装置は、広い範囲に光を均一に照射する各種の発光層として幅広く利用できる。また、本発明の発光装置を備えた照明装置は、看板照明、バックライト、誘導灯、および表示灯等の各種の照明装置としてに幅広く利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 発光素子
２ 光束制御部材
２ａ 光入射面
２ｂ 光出射面
２ｃ 底面
３ 光透過部
４ 光透過部
５ 拡散板
１０ 発光装置
１１ 発光装置
１２ 発光装置
３０ 領域
３１ 領域
θ１ 発光素子から出射された光と光軸とのなす角の角度
θ２ 光出射面から出射した光と光軸に平行な線とのなす角の角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光を光束制御部材によって制御する発光装置と、当該発光装置を備える照明装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置（例えば、液晶用バックライトおよび看板照明等）として、ＬＥＤ光源に光束制御部材を被覆することによって均一な配光を実現している発光装置を備えるものがある。この発光装置においてＬＥＤ光源から射出された光は、光束制御部材によって光出射面側に広げられる。この発光装置を照明装置内に均等に配置することにより、照明装置の正面パネル上を輝度ムラなく光が照らすよう形成されている。
【０００３】
このようなＬＥＤを光源とした発光装置として、例えば特許文献１に開示された発光装置１００を挙げることが出来る。図１１は従来の発光装置１００の断面図である。
【０００４】
この発光装置１００では発光素子１０１からの光Ｈを、光束制御部材１０２を介して被照射面１０７へ出射する。光束制御部材１０２は、光の出射方向を規制する光出射面１０６を被照射面１０７側のみに備えている。
【０００５】
光出射面１０６は、発光素子１０１から光入射面１０３へ入射した光Ｈのうち、光束制御部材１０２の内部を伝播して他部において反射されることなく光出射面１０６に到達した光Ｈを、出射後に交差しないように被照射面１０７に向けて出射させる。
【０００６】
また、発光装置１００における光出射面１０６から出射した光の光線密度は、光軸Ｚ付近において他部よりも疎になり、光軸Ｚから離れるに従って徐々に密になっている。
【０００７】
その他のＬＥＤを光源とした発光装置としては、特許文献２、特許文献３に開示された発光装置を挙げることが出来る。
【０００８】
特許文献２の発光装置における光束制御部材の裏面側のＬＥＤに対応する位置には、凹みが形成されている。この凹み形状を裏面側のみに形成することによって、光軸Ｚ付近の出射光束密度が他部よりも疎であり、光軸から離れるに従って光線密度が徐々に密になるようになっている。
【０００９】
特許文献３の発光装置における光束制御部材の裏面側の発光素子に対応する位置には、半球面の凹みが形成されている。また、光束制御部材の表面側の光軸を中心とする所定範囲は、下に凸の滑らかな曲面形状となっており、光軸から離れた範囲には、連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状をしている。このように、裏面側および表面側の両面を曲面形状とすることによって、配光を制御している。
【００１０】
現在は、照明装置（例えば、看板照明および標示灯等）において、照明装置の背面以外のすべての面を照明する要望がある。そのため、照明装置の正面輝度を確保し、かつ光の拡散性を向上する発光装置が望まれている。正面輝度を確保するためには基準光軸方向の光量を十分に確保する必要があり、光の拡散性を向上させるためには配光を広げる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２９４１８７号公報（２００７年１１月８日公開）
【特許文献２】特開２００７−１１５７０８号公報（２００７年５月１０日公開）
【特許文献３】特開２００７−２２７４１０号公報（２００７年９月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の発光装置に関しては、それぞれ以下のような課題がある。
【００１３】
特許文献１の発光装置においては、基準光軸方向の光量は十分であり正面輝度は確保されているが、配光が狭く、横方向（光軸Ｚに対し垂直な方向）の出射角±６０°〜±９０°には光が出射していない。そのため、光を拡散することができず照明装置の正面以外の面を照明することができない（図８（ｂ）の一点破線８２参照）。
【００１４】
特許文献２の発光装置においては、配光が広く、横方向に光が十分出射しており、光は拡散されている。しかし、基準光軸方向の光量が不十分であり正面輝度が確保されない（図８（ｂ）の破線８３参照）。
【００１５】
特許文献３の発光装置においても、配光が広く、横方向に光が十分出射しており、光は拡散されている。しかし、基準光軸方向の光量が不十分であり正面輝度が確保されない（図８（ｂ）の点線８４参照）。
【００１６】
上記従来の発光装置における光線密度は、光軸Ｚから離れるに従って徐々に密となるようになっている。
【００１７】
このような従来の発光装置においては、基準光軸方向の光量を上げて正面輝度を確保しようとすると配光が狭くなる。そのため、横方向への光の拡散性が低下する。
【００１８】
また、横方向へ配光を広げ光の拡散性を向上させようとすると基準光軸方向の光量が犠牲となる。そのため、正面輝度を確保できない。
【００１９】
上述のように、従来の発光装置においては、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、
光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置であって、
上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、
上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域があると共に、
上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域が、少なくとも一箇所あることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、光源から出射された光は、光速制御部材の入射面から入射し、光速制御部材の内部を伝播してその出射面から出射される。これにより、光源からの光は光速制御部材によって制御される。
【００２２】
ここで、本発明の発光装置では、光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、光出射面から出射された光の光線密度が、光軸を基点として光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域がある。これと共に、当該平面内において、光軸から離れた地点を基点として光軸から離れるにしたがって光線密度がより疎になっていく領域が少なくとも一箇所ある。ここで、前者の領域においては、光源側の光線密度がより疎になっている。一方、後者の領域においては、光源から遠ざかる側の光線密度がより疎になっている。この結果、光出射面の全領域において、光線密度が疎となる領域が、光軸の近辺と、光軸から離れた位置との両方に形成される。これにより、光軸の方向（すなわち正面方向）の光量を確保すると共に、配向を広げることが可能となる。
【００２３】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光線密度がより疎になっていく領域が、上記光軸と上記光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所にあることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、光軸と光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所において、光線がより疎になっていく領域を設けることにより、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができる。
【００２５】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光出射面から出射された光の拡散面における照度分布をＩとし、Ａを倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）とし、ｒを上記光軸からの距離とし、σ１およびσ１をそれぞれ異なるガウス分布の分散としたとき、上記光束制御部材は、次の式（１）
【００２６】
【数１】
【００２７】
を満たした形状を有していることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、配光分布に光量の二次ピークが生じ、光軸方向の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げるという効果を奏する。
【００２９】
本発明に係る発光装置では、さらに、
上記光束制御部材は、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面をさらに備えており、
上記発光装置は、上記底面における、上記光源から出射され、上記光入射面から光束制御部材に入射し、上記光出射面において反射された光が集光する位置に、上記光出射面において反射された光を透過させる光透過部をさらに備えていることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、光出射面において反射された光が再度、光出射面から光軸に近づくように屈折するフレネル反射成分を抑制することができる。これにより、照射光の輝度ムラを生じ難くすることができる。
【００３１】
本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、上述したいずれかの発光装置を備えることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、正面輝度の確保と、光の拡散性の向上とを両立させることが出来る照明装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る発光装置は、正面輝度の確保と、光の拡散性の向上とを両立させることが出来る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、光源から出射された光の行路を詳細に示す図である。
【図２】（ａ）は、発光装置におけるθ１とθ２との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、発光装置におけるθ１とθ２／θ１との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、発光装置におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフである。
【図３】発光装置における光出射面から出射された光の光線を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置の断面図であり、（ｂ）は、本発明に係るさらに他の実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図５】光透過部を有しない発光装置を示す断面図である。
【図６】光透過部を有する発光装置の断面図である。
【図７】光透過部を有する発光装置を配置した場合の拡散板上における照度分布と、光透過部を有しない発光装置を配置した場合の拡散板上における照度分布とを示すグラフである。
【図８】（ａ）は、従来の発光装置におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、従来の発光装置における光量と配光との関係とを示すグラフとである。
【図９】従来の発光装置と本発明の発光装置との配光分布の違いを示すグラフである。
【図１０】従来の発光装置におけるθ１の増加に伴うθ２の増加量と、本発明の発光装置におけるθ１の増加に伴うθ２の増加量との違いを示すグラフである。
【図１１】従来の発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４、図９、および図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３６】
（発光装置１０の構成）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の断面図である。同図に示す発光装置１０は、発光素子１および光束制御部材２を備えている。発光装置１０には、発光素子１の周囲を覆うように光束制御部材２が配置されている。
【００３７】
発光装置１０は、光軸Ｚを中心とした回転対称の形状を有している。光軸Ｚの方向は、発光素子１から出射される光の立体的な出射光束の中心における光の進行方向である。同図においては、便宜上、発光素子１から鉛直上向きの方向を光軸Ｚとする。
【００３８】
（発光素子１）
発光素子１は、光軸Ｚを中心に周囲に光を射出する部材である。発光素子１としては公知のＬＥＤチップ等を用いることができる。しかし、この構成に特に限定されるものではない。発光素子１の形状は、発光装置１０と同様に回転対称でもよく、または、回転対称ではなく直方体等であってもよい。
【００３９】
（光束制御部材２）
図１（ｂ）は、発光装置１０における発光素子１から出射された光Ｌとθ１とθ２とを説明するための説明図である。この図に示すように、光束制御部材２は、発光素子１から出射された光Ｌを拡散させる部材である。光束制御部材２は、光入射面２ａと、光出射面２ｂと、底面２ｃとを有している。光入射面２ａとは、発光装置１０から出射された光Ｌが光束制御部材２へ入射する面をいう。光出射面２ｂとは、発光装置１０から出射し、光入射面２ａから入射した光Ｌが、出射する面をいう。底面２ｃは、光入射面２ａと光出射面２ｂとを結ぶ面である。
【００４０】
光入射面２ａの断面は、釣鐘型状をしている。一方、光出射面２ｂの断面形状は、半円に近い形状をしている。すなわち、光入射面２ａの断面の輪郭線は、図１（ｂ）に示すように、光軸Ｚにおいては光軸Ｚと略垂直に交わり、光軸Ｚ付近においてはその傾きが大きく変化し、光軸Ｚから離れたところにおいては傾きがあまり変化しない。一方、光出射面２ｂの断面の輪郭線は、図１（ｂ）に示すように、光軸Ｚ上においては光軸Ｚと略垂直に交わり、光軸Ｚから離れるに従ってその傾きは徐々に緩やかになり、次第に光軸Ｚと平行な方向に変化する。
【００４１】
このような形状を有することにより、光束制御部材２は、発光素子１から出射された光Ｌを、光軸Ｚに対し垂直に近い方向に曲げることによって、光Ｌを拡散させる。発光素子１から出射された光Ｌは、光入射面２ａに入射し、光束制御部材２の内部を伝播した後、光出射面２ｂから外部にスネルの法則にしたがって出射される。この際、光束制御部材２から出射される発光素子１からの光は、光軸Ｚから遠ざかるように屈折して出射される。
【００４２】
（光束制御部材２の形状）
光束制御部材２は、次の式（１）を満たした形状を有していることが望ましい。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、式（１）において、Ｉは、光出射面２ｂから出射された光の拡散面における照度分布を示す。また、Ａは、倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）を示す。ｒは、光軸Ｚからの距離を示す。σ１およびσ２は、それぞれ異なるガウス分布の分散を示す。したがって、Ｉは、拡散面上での照度分布が、異なる分散値を持つ二つのガウス分布を足し合わせた照度分布となる。光束制御部材２をこのような条件を満たす形状にすることによって、さらに配光分布に光量の二次ピークが生じ、光軸方向の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げるという効果を奏する。なお、図１に示す光束制御部材２は、上記の式（１）を満たしている。
【００４５】
光束制御部材２は、透光性の材料によって形成されていればよい。材料として、例えばポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートを利用できる。
【００４６】
（θ１とθ２との関係）
図１（ｂ）に示すように、発光素子１から出射された光Ｌが、光入射面２ａに到達する地点を入射点Ｐ１とし、光Ｌと光軸Ｚとのなす角度をθ１とする。さらに、光束制御部材２を伝播した光Ｌが光出射面２ｂに到達する地点を出射点Ｐ２とし、光出射面２ｂから出射した光Ｌと、Ｐ２を通り光軸Ｚと平行な線とのなす角度をθ２とする。
【００４７】
図２（ａ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２との関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２を、横軸はθ１を示している。同図の太線２０に示されるように、θ２はθ１の増加に伴い単調に増加している。
【００４８】
図２（ｂ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２／θ１との関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２／θ１を、横軸はθ１を示している。同図の実線２１に示すように、θ１の増加にともないθ２／θ１は減少している。また、図２（ａ）に示すように光軸Ｚと平行な方向付近を除いて、常に、θ２＞θ１である。そのため、実線２１に示すように、常に、θ２／θ１＞１となっている。
【００４９】
図２（ｃ）は、発光装置１０におけるθ１とθ２との増加量の関係を示すグラフである。同図において、縦軸はθ２の増加量を、横軸はθ１を示している。ここで、θ２の増加量とはθ１の増加にともないθ２が増加した量という。同図の実線２２に示すように、θ１≦４５°およびθ１≧５５°の時には、θ１の増加にともないθ２の増加量は単調に減少している。しかし、θ２の増加量が４５°≦θ１≦５５°において一時的に増加している。なお、θ２の増加量が一時的に増加するθ１の角度はθ１≦６５°であれば特に限定されるものではない。
【００５０】
（光線図）
図３は、発光装置１０における光出射面２ｂから出射された光の光線を示す図である。同図は、発光素子１の位置から光線を１°刻みに描いたものである。θ１＝４５°〜５５°付近においてθ２の増加量を一時的に増加させたことにより、θ２＝７０°〜７５°付近の光線密度が疎になっていることがわかる。
【００５１】
より具体的には、発光装置１０では、図３に示すように、光源１から出射された光の光軸に直交する平面内において、光出射面２ｂから出射された光の光線密度が、光軸Ｚを基点として光軸Ｚから離れるにしたがってより密になっていく領域３０がある。これと共に、当該平面内において、光軸Ｚから離れた地点を基点として光軸Ｚから離れるにしたがって光線密度がより疎になっていく領域３１がある。ここで、領域３０においては、光源１側の光線密度がより疎になっている。一方、領域３１において、光源１から遠ざかる側の光線密度がより疎になっている。この結果、光出射面２ｂの全領域（すなわち０°≦θ２≦９０°）において、光線密度が疎となる領域が、光軸Ｚの近辺と、光軸Ｚから離れた位置との両方に形成される。この結果、光軸Ｚの方向（すなわち正面方向）の光量を確保すると共に、配向を広げることが可能となる。
【００５２】
領域３１は、必ずしも一箇所のみに限らず、発光装置１０において少なくとも一箇所あればよい。すなわち、領域３１が複数あってもよい。
【００５３】
（光量と配光との関係）
図８（ａ）は、従来の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示すグラフである。同図において、一点破線８０は、従来の第１の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示す。一方、破線８１は、従来の第２の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係を示す。図８（ａ）に示すように、従来の第１および第２の発光装置においては、θ１の増加に伴いθ２の増加量は常に減少している。すなわち、θ１の全範囲に渡って、θ２の増加量は単調に減少している。
【００５４】
図８（ｂ）は、従来の発光装置における光量と配光との関係を示すグラフである。同図の横軸は、光出射面２ｂから出射された光の出射角を示す。一方、縦軸は、光出射面２ｂから出射された光の相対光量を示す。
【００５５】
図８（ｂ）において、一点破線８２は、従来の第１の発光装置における光量と配光との関係を示す。また、破線８３は、従来の第２の発光装置における光量と配光との関係を示す。また、点線８４は、従来の第３の発光装置における光量と配光との関係を示す。
【００５６】
従来の第１の発光装置は、θ１とθ２の増加量との関係が、図８（ａ）の一点破線８０に示すようになっている。すなわち、光軸Ｚ付近でのθ２は、従来の第２の発光装置に比べて小さい。これにより、図８（ｂ）の一点破線８２に示すように、正面輝度は十分に高くなる。一方で、横方向には光が全く出射されない。
【００５７】
従来の第２の発光装置は、θ１とθ２の増加量との関係が、図８（ａ）の破線８１に示すようになっている。すなわち、光軸Ｚ付近でのθ２は、従来の第１の発光装置に比べて大きい。これにより、図８（ｂ）の破線８３に示すように、横方向に対して光が多く出射されている。一方で、正面にはあまり光が出射されず、その結果、正面輝度はピーク値の一割程度まで下がってしまう。
【００５８】
このように、従来の発光装置では、基準光軸方向の光量を上げ正面輝度を確保しようとすると横方向の光量が落ちてしまい、一方、横方向の光量を増やそうとすると基準光軸方向の光量が下がり正面輝度が確保できない、という問題がある。
【００５９】
一方、本発明の発光装置１０では、図３（ｃ）に示すように、光線密度が疎になる位置が、光軸近辺と光軸以外の位置とにそれぞれ存在する。すなわち、θ２の増加量を光軸以外の場所において一時的に大きくしている。この結果、光軸Ｚの方向（正面方向）の光量を確保しつつ、横方向に配光を広げることができる。
【００６０】
（配光分布の違い）
図９は、従来の発光装置における配光分布と、発光装置１０における配光分布とを示すグラフである。図１０は、従来の発光装置におけるθ１とθ２の増加量との関係と、発光装置１０におけるθ１とθ２の増加量との関係を示すグラフである。
【００６１】
従来の発光装置においては、図１０の点線９３に示すように、θ１の増加に伴いθ２の増加量は常に単調に減少する。この従来の発光装置によると、基準光軸方向の光量と配光の広がりは反比例の関係となるため、図９の実線９２のような配光へ広げようとすると、同図の点線９０に示すように必ず正面輝度が犠牲となる。
【００６２】
一方、本発明の発光装置１０では、図１０の破線９４に示すように、θ２の増加量が光軸Ｚ以外において一時的に大きくなる場所がある。これにより、図９の破線９１に示すように、配光を広げた際も光軸Ｚの方向の光量を十分にすることができる。その結果、十分な正面輝度を確保できる。
【００６３】
また、発光装置１０を備えた照明装置も、本発明の技術的範囲に入る。この照明装置も、正面方向および横方向の光量を同時に上げ、正面輝度の確保および光の拡散性の向上を図ることができる。
【００６４】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施の形態について図４〜図７および図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、実施の形態１において各図面に示す部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
（光透過部）
図４（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置１１の断面図である。図４（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る発光装置１２の断面図である。
【００６６】
発光装置１１は、光源１および光束制御部材２に加えて、光透過部３をさらに備えている。光透過部３は、光束制御部材２の底面２ｃに設けられている。光透過部３は、光出射面２ｂにおいて反射した光を透過するか、または、光軸Ｚに対して垂直方向に変化させる。光透過部３としては、光束制御部材２と同材料であり、光出射面２ｂにおいて反射した光を透過させるか、または光軸Ｚに対して垂直方向に変化させる形状であれば、特に限定されない。例えば、図４（ｂ）に示す光透過部４のような形状でもよい。図４（ａ）および図４（ｂ）において、光透過部３および４は、光軸Ｚに回転対称の形状であり、光軸Ｚの周囲に一連に繋がった一つの部材として形成されている。
【００６７】
光透過部３の設置位置は、底面２ｃ上に設置し、光出射面２ｂにおいてフレネル反射した光をより多く光軸Ｚマイナス方向に透過することができれば、特に限定されるものではない。
【００６８】
（光透過部の効果）
図５は、光透過部３を有しない発光装置１０を示す断面図である。同図に示すように、発光装置１０の光出射面２ｂの光出射方向に拡散板５が配置されている。発光装置１０において発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂから光Ｌ１として出射される。ここで、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射され、底面２ｃにおいて反射、さらに光入射面２ａにおいても反射され、光出射面２ｂに再度到達する。光出射面２ｂに到達した光は、光出射面２ｂにおいて光軸Ｚに近づくように屈折し、発光装置１０上の拡散板５に光Ｌ２として到達する。
【００６９】
このように、発光装置１０においては、拡散板５の光軸Ｚ付近の明るさが増し、光軸Ｚ付近に輝度ムラを生じることがある。
【００７０】
図６は、光透過部３を有する発光装置１１の断面図である。同図に示すように、発光装置１１における光出射面２ｂの光出射方向に、拡散板５が配置されている。発光装置１１は、底面２ｃに光透過部３を備えている。発光装置１１において発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂにおいて光Ｌ１として出射される。ここで、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射され、底面２ｃの、光入射面２ａ付近に集光することとなる。
【００７１】
発光装置１１は、底面２ｃにおける、光源１から出射され、光入射面２ａから光束制御部材２に入射し、光出射面２ｂにおいて反射された光が集光する位置に、光出射面２ｂにおいて反射された光を透過させる光透過部３をさらに備えている。これにより、光透過部３にフレネル反射された光が入射し、一部の光Ｌ２は光軸Ｚ方向に出射されるものの、大部分の光Ｌ３は光透過部３を透過する。このため、発光装置１０において輝度ムラの原因となっていたフレネル反射成分を制御することができる。
【００７２】
以上のように、光透過部は、拡散板５上の輝度ムラを生じ難くする効果を有する。
【００７３】
（照度分布の対比）
図７（ａ）は、光透過部３を有する発光装置１１を配置した場合の拡散板５上における照度分布と、光透過部３を有しない発光装置１０を配置した場合の拡散板５上における照度分布とを示すグラフである。同図において、縦軸は、拡散板５上における照射光の相対的な照度分布を表している。一方、横軸は、拡散板５の位置を示しており、各発光装置における発光素子１の直上を横軸の中心としている。同図の実線７０は、光透過部３を有する発光装置１１の照度分布を示している。一方、破線７１は、光透過部３を有しない発光装置１０の照度分布を示している。
【００７４】
同図の実線７０と破線７１とを比較すると、拡散板の中心付近において、実線７０は、なめらかな曲線であるのに対し、破線７１は、なめらかな曲線ではなく拡散板の中心および両左右において照度が最高値を示している。よって、発光装置１１は、発光装置１０よりも、発光素子１の直上付近の輝度ムラが抑制されていることがわかる。
【００７５】
図７（ｂ）は、光透過部３を有する発光装置１１を複数配置した場合の拡散板５上における照度分布と、光透過部３を有しない発光装置１０を複数配置した場合の拡散板５上における照度分布とを示すグラフである。同図において、縦軸は、拡散板５上における相対的な照度を表している。また、横軸は、拡散板５の位置を示している。同図の実線７２は、複数の発光装置１１を均等に配置した場合の拡散板５上における照度分布を示している。一方、破線７３は、複数の発光装置１０を均等に配置した場合の拡散板５上における照度分布を示している。同図の実線７２と破線７３を比較すると、実線７２は、なめらかな曲線であるのに対し、破線７３は、滑らかではなく、小さなピークを多数有する曲線となっている。これらのピークは、各発光装置１０の発光素子１の直上における照射光の照度ムラによって生じている。
【００７６】
以上のように、複数の発光装置１０を配置した場合は、照射光全体として輝度ムラが生じる。一方、複数の発光装置１１を配置した場合は、照射光全体として輝度ムラが生じない。
【００７７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の発光装置は、広い範囲に光を均一に照射する各種の発光層として幅広く利用できる。また、本発明の発光装置を備えた照明装置は、看板照明、バックライト、誘導灯、および表示灯等の各種の照明装置としてに幅広く利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 発光素子
２ 光束制御部材
２ａ 光入射面
２ｂ 光出射面
２ｃ 底面
３ 光透過部
４ 光透過部
５ 拡散板
１０ 発光装置
１１ 発光装置
１２ 発光装置
３０ 領域
３１ 領域
θ１ 発光素子から出射された光と光軸とのなす角の角度
θ２ 光出射面から出射した光と光軸に平行な線とのなす角の角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置であって、
上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、
上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域があると共に、
上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域が、少なくとも一か所あることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記光線密度がより疎になっていく領域が、上記光軸と上記光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記光出射面から出射された光の拡散面における照度分布をＩとし、Ａを倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）とし、ｒを上記光軸からの距離とし、σ１およびσ１をそれぞれ異なるガウス分布の分散としたとき、上記光束制御部材は、次の式（１）
【数１】
を満たした形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
上記光束制御部材は、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面をさらに備えており、
上記発光装置は、上記底面における、上記光源から出射され、上記光入射面から光束制御部材に入射し、上記光出射面において反射された光が集光する位置に、上記光出射面において反射された光を透過させる光透過部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
光源と、当該光源から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置であって、
上記光束制御部材は、光入射面および光出射面を有し、
上記光源から出射された光の光軸に直交する平面内において、上記光出射面から出射された光の光線密度が、上記光軸を基点として当該光軸から離れるにしたがってより密になっていく領域があると共に、
上記平面内において、上記光軸から離れた地点を基点として当該光軸から離れるにしたがって上記光線密度がより疎になっていく領域が、少なくとも一か所あることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記光線密度がより疎になっていく領域が、上記光軸と上記光源から出射された光とのなす角度が６５°以下の箇所にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記光出射面から出射された光の拡散面における照度分布をＩとし、Ａを倍率（０より大きく１より小さい任意の有理数）とし、ｒを上記光軸からの距離とし、σ１およびσ１をそれぞれ異なるガウス分布の分散としたとき、上記光束制御部材は、次の式（１）
【数１】
を満たした形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
上記光束制御部材は、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面をさらに備えており、
上記発光装置は、上記底面における、上記光源から出射され、上記光入射面から光束制御部材に入射し、上記光出射面において反射された光が集光する位置に、上記光出射面において反射された光を透過させる光透過部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４５８２９（Ｐ２０１２−１４５８２９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１２０（Ｐ２０１１−５１２０）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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