JP2015018947A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光体からの光を前方に高い効率で出射することができ、しかも、レンズによる光の吸収を抑制することができ、高い光の取り出し効率が得られる発光装置を提供する。【解決手段】発光体１５と、この発光体が底面に配置された球欠体状の第１レンズ２１、および当該第１レンズの球冠を覆うよう形成された第２レンズ２５よりなる、球欠体状の複合レンズ２０とを備えてなり、前記第２レンズは、前記第１レンズを構成する材料より小さい屈折率を有する材料よりなり、前記複合レンズに係る球欠体および前記第１レンズに係る球欠体の少なくとも一方は、当該球欠体の高さが当該球欠体における球冠の曲率半径より大きいものであることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、紫外線硬化によるシートの貼り合せ用の光源、フォトリソグラフィ用の露光光源、光配向用の光源等として用いられる発光装置に関し、更に詳しくは、ＬＥＤや固体蛍光体を発光体とする固体光源に配置されたレンズのレンズ形状に特徴を有する発光装置に関する。

従来、紫外線硬化によるシートの貼り合せ用の光源、フォトリソグラフィ用の露光光源、光配向用の光源として、紫外線ランプが使用されていた。近年、その一部として、ＵＶ−ＬＥＤが利用され始めている。
しかしながら、ＵＶ−ＬＥＤは、そのサイズにおいて、縦横３ｍｍ程度が限度であり、一般には、縦横０．２〜１ｍｍ程度である。そのため、チップ１個あたりから放射される放射光束が少なく、大量のチップが必要となる。
このような理由から、ＬＥＤ等の発光体をレンズで覆うことにより、当該発光体から放射される光の取り出し効率を向上させたものが知られている（例えば特許文献１および２参照）。

特許文献１には、発光体の周囲に反射面を有するフレームを形成し、当該反射面と境界面を共通にする球体状の一部からなるレンズを成形し、このレンズの内部に発光体を埋設した発光装置が開示されている。しかしながら、この発光装置は、発光体から放射された光をレンズ内面で反射させるために、発光体の実像が分割されてしまい、得られる輝度が低くなるという問題がある。

また、特許文献２には、発光体上に、当該発光体の径とほぼ同等の径を有する略球体状のレンズを積層し、発光体の側面がレンズで覆われた発光装置が開示されている。しかしながら、この発光装置は、発光体の側面を覆っている部分が変形しているので、実像が歪んでしまい、得られる輝度が低くなるという問題がある。さらに、この発光装置では、レンズ径に対して発光体径がほぼ等しい（レンズ径が相対的に小さい）ので、内面反射により光の取り出し効率が低下するという問題がある。

このような問題を解決する手段としては、以下のような構成の発光装置が考えられる。 すなわち、レンズおよび発光体を具備した発光装置において、
前記レンズは、曲率半径の球冠を有する球欠体であり、当該球欠体の球欠高さが前記曲率半径より大きく、
前記発光体は、面状のものであり、当該発光体の一面が、前記レンズを構成する球欠体の底面に対接状態、または、当該発光体の他面が、前記レンズを構成する球欠体の底面が位置される平面内に位置された状態で配置され、
前記球冠に係る曲率中心を含む、前記発光体の一面に垂直な平面において、前記発光体から前記レンズの光軸に垂直に放射された光の方向と、その光が球冠と交わる点における接線に対して垂直な仮想直線とのなす角である入射角が臨界角未満である。

上記の発光装置においては、レンズにおける球冠に対する発光体からレンズの光軸に垂直に放射された光の入射角が臨界角未満であることにより、発光体からレンズ中に低角度（光軸に対して垂直または垂直に近い角度）に放射された光は、レンズの上半球より下の部分に到達し、全反射することなくレンズの前方側に屈折して外部（空気中）に出射されることとなる。この光は、上半球でのレンズ作用と連続したレンズ作用を受けるので、発光体の実像を結ぶことが可能となる。従って、発光体から放射された光を最大限外部へ出射させることができるので、高い光取り出し効率が得られ、また、発光体の実像が分割されたり歪んだりすることがないので、輝度の低下を抑制することができる。

然るに、上記の発光装置において、レンズを構成する材料として、発光体を構成する材料よりも相当に低い屈折率を有するものを用いる場合には、発光体とレンズとの界面において全反射が生じやすい。そのため、より高い光の取り出し効率は得られない。
一方、レンズを構成する材料として、高い屈折率を有するもの、例えば発光体を構成する材料と同等またはそれ以上の屈折率を有するものを用いる場合には、発光体とレンズとの界面において全反射が生じることを回避することができる。そのため、発光体からレンズへの光取り出し効率が向上する。然るに、レンズを構成する材料と空気との屈折率差が相当に大きくなり、レンズの表面すなわちレンズと空気との界面において全反射が生じやすい。結局、より高い光の取り出し効率は得られない。
また、表面の曲率半径が大きいレンズを形成することにより、レンズの表面に対する発光体からの光の入射角を小さくすることができる。従って、レンズを構成する材料として高い屈折率を有するものを用いた場合でも、レンズの表面において全反射が生じることを抑制することは可能である。然るに、当該レンズにおける光の吸収がある場合、表面の曲率半径が大きいレンズは、発光体からレンズの表面までの距離が大きいため、当該レンズにおける光の吸収量が増大し、結局、より高い光の取り出し効率は得られない。

特開昭６２−１１９９８７号公報 特開２０１３−０２６５５８号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光体からの光を前方に高い効率で出射することができ、しかも、レンズによる光の吸収を抑制することができ、高い光の取り出し効率が得られる発光装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、発光体と、
この発光体が底面に配置された球欠体よりなる第１レンズ、および当該第１レンズの球冠を覆うよう形成された第２レンズにより構成された、球欠体よりなる複合レンズと
を備えてなり、
前記第２レンズは、前記第１レンズを構成する材料より小さい屈折率を有する材料よりなり、
前記複合レンズに係る球欠体および前記第１レンズに係る球欠体の少なくとも一方は、当該球欠体の高さが当該球欠体における球冠の曲率半径より大きいものであることを特徴とする。

本発明の発光装置においては、前記第１レンズに係る球欠体の球冠に対する前記発光体から当該第１レンズに係る球欠体の交円の軸に垂直に放射された光の入射角が、当該第１レンズに係る球欠体の球冠における臨界角未満であることが好ましい。
また、前記第１レンズに係る球欠体は、下記式（１）により算出される角度φ（°）が下記式（２）を満足することが好ましい。
式（１）：φ＝θ−ｔａｎ^-1［｛ｒ１×ｓｉｎ（θ）−Ｌ｝／｛Ｓ＋ｒ１×ｃｏｓ（θ）｝］
［但し、ｒ１は、第１レンズに係る球欠体における球冠の曲率半径（ｍｍ）、Ｌは、発光体の最小半径（ｍｍ）、Ｓは、第１レンズに係る球欠体の球冠に係る曲率中心と発光体の表面との距離（ｍｍ）、θは、第１レンズに係る球欠体の交円の軸と、球冠に係る曲率中心および球冠上における任意の点を結ぶ直線とのなす角（°）を示す。］
式（２）：φ＜ｓｉｎ^-1（ｎ２／ｎ１）
［但し、ｎ１は、第１レンズを構成する材料の屈折率、ｎ２は前記第２レンズを構成する材料の屈折率を示す。］

また、本発明の発光装置においては、前記第１レンズは、前記発光体を構成する材料と同等以上の屈折率を有する材料よりなることが好ましい。

また、本発明の発光装置においては、前記第１レンズに係る球欠体の底面とこれに接する前記発光体以外の物質との境界面が、当該発光体から放射された光を当該球欠体の球冠に向かって反射するミラー面とされることが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、前記発光体の裏面とこれに接する物質との境界面が、当該発光体から放射された光を前記第１レンズに係る球欠体の球冠に向かって反射するミラー面とされる構成とすることもできる。

本発明の発光装置は、複合レンズまたは第１レンズに係る球欠体は、当該球欠体の高さが球冠の曲率半径より大きいものである。このため、球欠体の底面に配置された発光体からその側方に向かって出射された光について、当該球欠体の球冠における屈折によって、当該光の進行方向を発光装置の前方側に変化させることができる。
また、第１レンズの球冠は、当該第１レンズを構成する材料より屈折率の小さい材料よりなる第２レンズによって覆われていることにより、例えば第１レンズの球冠が空気中に露出した場合と比較して、第１レンズの球冠における臨界角が大きくなる。このため、球冠の曲率半径が小さい第１レンズを形成した場合でも、当該第１レンズの球冠において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第１レンズを構成する材料として高い屈折率を有するものを用いることができるので、発光体と第１レンズとの界面において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第２レンズを構成する材料は、第１レンズを構成する材料より屈折率が低いものであるため、例えば第１レンズの球冠が空気中に露出した場合と比較して、第２レンズの球冠における臨界角が大きくなる。このため、第２レンズの球冠において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、球冠の曲率半径が小さい第１レンズを形成することにより、発光体から第１レンズの球冠までの距離が短くなる。そのため、第１レンズを構成する材料として吸収係数が大きいものを用いた場合でも、当該第１レンズにおける光の吸収を抑制することができる。
従って、本発明の発光装置によれば、発光体からの光を前方に高い効率で出射することができ、しかも、高い光の取り出し効率が得られる。

本発明の発光装置の一例における構成を示す説明図である。 図１に示す発光装置の製造工程を示す説明図である。 図１に示す発光装置において、発光体からその側方に出射された光の進行方向を示す説明図である。本発明の発光装置の他の例における構成を示す説明図である。 本発明の発光装置の他の例における構成を示す説明図である。 図４に示す発光装置において、発光体からその側方に出射された光の進行方向を示す説明図である。 実施例および比較例に係る発光装置の構成を示す説明図である。 実施例および比較例に係る発光装置において、レンズの球冠に対する発光体の周縁から出射された光の入射角を示すグラフである。

以下、本発明の発光装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の発光装置の一例における構成を示す説明図である。この発光装置は、保持基板１０と、この保持基板１０上に配置された円板状の発光体１５と、この発光体１５を覆う球欠体よりなる複合レンズ２０とにより構成されている。
複合レンズ２０は、球欠体よりなる第１レンズ２１と、この第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２を覆うよう密着した状態で形成された第２レンズ２５とにより構成されている。第１レンズ２１に係る球欠体の交円（底面２３の周縁）の軸Ｘは、複合レンズ２０に係る球欠体の交円の軸と同一である。第１レンズ２１の底面２３の中央位置には、発光体１５の形状に適合する凹所２４が形成されている。
第１レンズ２１の凹所２４内には、発光体１５が当該第１レンズ２１に密着した状態で配置されている。発光体１５は、その表面における中心Ｏが第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘ上に位置するよう配置されている。

この例の発光装置においては、第１レンズ２１に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ１が当該球欠体における球冠２２の曲率半径ｒ１より大きいものとされている。
図示の例では、複合レンズ２０に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ２が当該球欠体における球冠２６に係る曲率半径ｒ２と同等のもの、すなわち半球体とされているが、球欠体の高さｈ２は、球冠２６に係る曲率半径ｒ２より大きいものであっても、小さいものであってもよい。

発光体１５が発光ダイオードである場合には、保持基板１０として配線基板が用いられる。また、発光体１５が蛍光体である場合には、保持基板１０を構成する材料として、排熱のよい金属（銅、金、銀、アルミニウムなど）を用いることができる。また、ガラス、セラミックなどを用いることができる。

発光体１５としては、励起光を照射することにより蛍光を発する蛍光体や、発光ダイオードなどの固体発光体を用いることができる。発光体１５を蛍光体によって構成する場合には、ＹＡＧ多結晶体よりなる蛍光体を好適に用いることができる。
発光体１５の半径ｒ０は、例えば０．１〜３ｍｍである。

複合レンズ２０における第１レンズ２１を構成する材料としては、発光体１５を構成する材料と同等以上の屈折率を有する透光性材料を用いることが好ましい。このような透光性材料を用いることにより、発光体１５と第１レンズ２１との界面において全反射が生ずることを防止することができる。従って、発光体１５が発する光を高い効率で取り出すことができる。
本発明において、「屈折率」とは、発光体の発光波長の光によって測定された屈折率を意味する。

第１レンズ２１および第２レンズ２５を構成する材料は、硝材であれば特に限定されず、その具体例としては、ガラス（石英ガラス、ホウ珪酸ガラス）、透明樹脂（シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂）、結晶（ＹＡＧ多結晶体、キュービックジルコニア）等が挙げられる。
発光体１５としてＹＡＧ多結晶体よりなる蛍光体を用いる場合には、第１レンズ２１を構成する材料としては、透光性ＹＡＧ多結晶体を用いることが好ましい。このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
発光体１５を構成する材料の屈折率と、第１レンズ２１を構成する材料の屈折率が同等であるため、発光体１５と第１レンズ２１との界面において全反射が生じることを防止することができる。
また、発光体１５および第１レンズ２１の各々を同一の焼結処理工程によって形成することにより、発光体１５と第１レンズ２１との高い密着性が得られる。
また、発光体１５を構成する材料および第１レンズ２１の各々を構成する材料は、線熱膨張係数が互いに同一または近似したものであるため、焼結処理工程においてクラックなどの不具合が生じることを防止することができる。

複合レンズ２０における第２レンズ２５を構成する材料としては、第１レンズ２１を構成する透光性材料より低い屈折率を有する透光性材料が用いられる。

このような発光装置においては、第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２に対する発光体１５から当該第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘに垂直に放射された光の入射角φ０が、当該第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２における臨界角未満であることが好ましい。このような条件を満足することにより、発光体１５から第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘに垂直に放射された光は、第１のレンズ２１の球冠２２に到達したときに、当該球冠２２において全反射することなく前方側に屈折する。

また、第１レンズ２１に係る球欠体は、下記式（１）により算出される角度φ（°）が下記式（２）を満足することが好ましい。
式（１）：φ＝θ−ｔａｎ^-1［｛ｒ１×ｓｉｎ（θ）−Ｌ｝／｛Ｓ＋ｒ１×ｃｏｓ（θ）｝］
［但し、ｒ１は、第１レンズ２１に係る球欠体における球冠２２の曲率半径（ｍｍ）、Ｌは、発光体１５の最小半径（ｍｍ）、Ｓは、第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘ上における、球冠２２に係る曲率中心Ｃと発光体１５の表面との距離（ｍｍ）、θは、第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘと、球冠２２に係る曲率中心Ｃおよび球冠２２上における任意の点Ｐを結ぶ直線とのなす角（°）を示す。］
式（２）：φ＜ｓｉｎ^-1（ｎ２／ｎ１）
［但し、ｎ１は、第１レンズを構成する材料の屈折率、ｎ２は前記第２レンズを構成する材料の屈折率を示す。］

上記式（１）において、発光体１５の最小半径Ｌとは、発光体１５の表面の面方向における中心Ｏから外縁までの最も短い長さをいい、例えば発光体１５の表面形状が矩形である場合には、当該矩形の中心（対角線の交点）から最も近い辺までの長さをいい、例えば発光体１５の表面形状が正方形である場合には、当該正方形の内接円の半径をいい、例えば発光体１５の表面形状が円形である場合には、当該円形の半径をいう。
また、φは、発光体１５の表面において第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘから最小半径Ｓｍｍ離間した位置から出射した光が、第１レンズ２１と第２レンズ２５との界面すなわち球冠２２上における点Ｐに入射したときの入射角である。この入射角は、第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２上における点Ｐの位置、すなわち、式（１）のθの値によって変化する。
また、式（２）において、ｓｉｎ^-1（ｎ２／ｎ１）は、第１レンズ２１と第２レンズ２５との界面における臨界角である。
従って、角度φが上記式（２）を満足することにより、発光体１５の表面における最小半径Ｓｍｍの円内から第１レンズ２１の球冠２２に向かって出射された光について、第１レンズ２１の球冠２２において全反射が生じることを確実に防止することができる。

このような発光装置において、発光体１５がＹＡＧ多結晶体よりなる蛍光体であり、第１レンズ２１が透光性ＹＡＧ多結晶体よりなり、第２レンズ２５がシリコーン樹脂よりなる場合には、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、図２（ａ）に示すように、蛍光物質がドープされた多結晶ＹＡＧ仮焼結体よりなる円板状の発光体前駆体１５ａを作製すると共に、多結晶ＹＡＧ仮焼結体よりなる球欠体状の第１レンズ前駆体２１ａを作製する。第１レンズ前駆体２１ａは、底面の中央位置に凹所２４ａを有する。発光体前駆体１５ａおよび第１レンズ前駆体２１ａの各々は、多結晶ＹＡＧ仮焼結体よりなる材料を機械的に加工することにより作製することができる。発光体前駆体１５ａおよび第１レンズ前駆体２１ａの具体的な寸法は、本焼結処理による収縮を考慮して設計される。
次いで、第１レンズ前駆体２１ａの凹所２４ａ内に発光体前駆体１５ａを配置し、この状態で、発光体前駆体１５ａおよび第１レンズ前駆体２１ａの本焼結処理を行う。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１レンズ２１と、この第１レンズ２１の凹所２４内に当該第１レンズ２１に密着した状態で配置された発光体１５とよりなる複合体２７が得られる。
その後、図２（ｃ）に示すように、複合体２７を保持基板１０上に固定する。そして、ポッティングまたはトランスファーモールド法などによって、図２（ｄ）に示すように、第１レンズ２１の球冠２２を覆うよう、シリコーン樹脂よりなる第２レンズ２５を形成することにより、発光装置が得られる。

上記の発光装置においては、発光体１５からの光は、複合レンズ２０における第１レンズ２１および第２レンズ２５を介して、当該複合レンズ２０における球冠２６から外部に出射される。
而して、第１レンズ２１に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ１が球冠２２の曲率半径ｒ１より大きいものである。このため、図３に示すように、第１レンズ２１に係る球欠体の底面２３に配置された発光体１５からその側方（第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘに対して垂直な方向）に向かって出射された光Ｌｉについて、当該球欠体の球冠２２における屈折によって、当該光Ｌｉの進行方向を発光装置の前方側に変化させることができる。また、第１レンズ２１に入射された光Ｌｉについて、複合レンズ２０に係る球欠体の球冠２６における屈折によって、当該光Ｌｉの進行方向を更に発光装置の前方側に変化させることができる。
また、第１レンズ２１の球冠２２は、当該第１レンズ２１を構成する材料より屈折率の小さい材料よりなる第２レンズ２５によって覆われていることにより、例えば第１レンズ２１の球冠２２が空気中に露出した場合と比較して、第１レンズ２１の球冠２２における臨界角が大きくなる。このため、球冠２２の曲率半径が小さい第１レンズ２１を形成した場合でも、当該第１レンズ２１の球冠２２において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第１レンズ２１を構成する材料として高い屈折率を有するものを用いることができるので、発光体１５と第１レンズ２１との界面において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第２レンズ２５を構成する材料は、第１レンズ２１を構成する材料より屈折率が低いものであるため、例えば第１レンズ２１の球冠２２が空気中に露出した場合と比較して、第２レンズ２５の球冠２６における臨界角が大きくなる。このため、第２レンズ２５の球冠２６において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、球冠２２の曲率半径ｒ１が小さい第１レンズ２１を形成することにより、発光体１５から第１レンズ２１の球冠２２までの距離が短くなる。そのため、第１レンズ２１を構成する材料として吸収係数が大きいものを用いた場合でも、当該第１レンズ２１における光の吸収を抑制することができる。
従って、上記の発光装置によれば、発光体１５からの光を前方に高い効率で出射することができ、しかも、高い光の取り出し効率が得られる。

図４は、本発明の発光装置の他の例における構成を示す説明図である。この発光装置は、保持基板１０と、この保持基板１０上に配置された円板状の発光体１５と、この発光体１５を覆う球欠体よりなる複合レンズ２０とにより構成されている。
複合レンズ２０は、球欠体よりなる第１レンズ２１と、この第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２を覆うよう密着した状態で形成された第２レンズ２５とにより構成されている。第１レンズ２１に係る球欠体の交円（底面２３の周縁）の軸Ｘは、複合レンズ２０に係る球欠体の交円の軸と同一である。第１レンズ２１の底面２３の中央位置には、発光体１５の形状に適合する凹所２４が形成されている。
第１レンズ２１の凹所２４内には、発光体１５が当該第１レンズ２１に密着した状態で配置されている。発光体１５は、その表面における中心Ｏが第１レンズ２１に係る球欠体の交円の軸Ｘ上に位置するよう配置されている。

この例の発光装置においては、複合レンズ２０に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ２が当該球欠体における球冠２６の曲率半径ｒ２より大きいものとされている。
第１レンズ２１に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ１が当該球欠体における球冠２２の曲率半径ｒ１と同等以上のものであることが好ましい。このような構成によれば、発光体１５からその側方に向かって出射された光が、第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２６において後方側に屈折することを防止することができる。
図示の例では、第１レンズ２１に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ１が当該球欠体における球冠２２の曲率半径ｒ１と同等のもの、すなわち半球体とされている。
図４に示す発光装置におけるその他の構成は、図１に示す発光装置と同様である。

上記の発光装置においては、発光体１５からの光は、複合レンズ２０における第１レンズ２１および第２レンズ２５を介して、当該複合レンズ２０における球冠２６から外部に出射される。
而して、複合レンズ２０に係る球欠体は、当該球欠体の高さｈ２が球冠２６の曲率半径ｒ２より大きいものである。このため、図５に示すように、第１レンズ２１に係る球欠体の底面２３に配置された発光体１５からその側方に向かって出射された光Ｌｉについて、複合レンズ２０に係る球欠体の球冠２６における屈折によって、当該光Ｌｉの進行方向を発光装置の前方側に変化させることができる。
また、第１レンズ２１の球冠２２は、当該第１レンズ２１を構成する材料より屈折率の小さい材料よりなる第２レンズ２５によって覆われていることにより、例えば第１レンズ２１の球冠２２が空気中に露出した場合と比較して、第１レンズ２１の球冠２２における臨界角が大きくなる。このため、球冠２２の曲率半径が小さい第１レンズ２１を形成した場合でも、当該第１レンズ２１の球冠２２において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第１レンズ２１を構成する材料として高い屈折率を有するものを用いることができるので、発光体１５と第１レンズ２１との界面において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、第２レンズ２５を構成する材料は、第１レンズ２１を構成する材料より屈折率が低いものであるため、例えば第１レンズ２１の球冠２２が空気中に露出した場合と比較して、第２レンズ２５の球冠２６における臨界角が大きくなる。このため、第２レンズ２５の球冠２６において全反射が生じることを防止または抑制することができる。
また、球冠２２の曲率半径ｒ１が小さい第１レンズ２１を形成することにより、発光体１５から第１レンズ２１の球冠２２までの距離が短くなる。そのため、第１レンズ２１を構成する材料として吸収係数が大きいものを用いた場合でも、当該第１レンズ２１における光の吸収を抑制することができる。
従って、上記の発光装置によれば、発光体１５からの光を前方に高い効率で出射することができ、しかも、高い光の取り出し効率が得られる。

本発明の発光装置においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば第１レンズ２１に係る球欠体の底面２３とこれに接する発光体１５以外の物質（図１および図４に示す例では、保持基板１０）との境界面が、当該発光体１５から放射された光を第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２に向かって反射するミラー面とされていてもよい。
また、発光体１５の裏面とこれに接する物質（図１および図４に示す例では、保持基板１０）との境界面が、当該発光体１５から放射された光を第１レンズ２１に係る球欠体の球冠２２に向かって反射するミラー面とされていてもよい。
このようなミラー面を形成する手段としては、表面に鏡面仕上げが施された金属よりなる保持基板１０を用いる手段、保持基板１０と第１レンズ２１との間或いは保持基板１０と発光体１５との間に、金属膜や誘電体多層膜等よりなる光反射膜を形成する手段などを用いることができる。
このような構成によれば、発光体１５から第１レンズ２１に係る球欠体の底面２３に向かって放射された光や、発光体１５の裏面から放射された光を前方に出射することができるため、より高い光の取り出し効率が得られる。

以下、本発明の発光装置の具体的な実施例について説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
図６（ａ）に示す構成に従い、下記の仕様の発光装置を作製した。
［保持基板（１０）］
材質：アルミニウム
［発光体（１５）］
材質：ＹＡＧ多結晶体よりなる蛍光体（発光波長＝５５０ｎｍ，屈折率＝１．８３）
寸法：半径＝０．５ｍｍ、厚み＝０．１ｍｍ
［複合レンズ（２０）］
寸法：球欠体の高さ＝３．７５ｍｍ，球冠の曲率半径＝３．００ｍｍ
［第１レンズ（２１）］
材質：透光性ＹＡＧ多結晶体（屈折率＝１．８３）
寸法：球欠体の高さ（ｈ）＝１．５ｍｍ，球冠の曲率半径（ｒ）＝１．０ｍｍ（ｈ／ｒ＝１．５）
［第２レンズ（２５）］
材質：シリコーン樹脂（屈折率＝１．４）
この発光装置の第１レンズの球冠（第１レンズと第２レンズとの界面）における臨界角は、ｓｉｎ^-1（１．４／１．８３）＝５０．４°である。
また、発光体から側方（第１レンズに係る球欠体の交円の軸Ｘに対して垂直な方向）に出射した光が第２レンズに入ったときの当該光の進行方向と、第１レンズに係る球欠体の交円の軸Ｘとのなす角は７９．５°である。
また、第２レンズ中を進む光が空気中に入ったときの当該光の進行方向と、第１レンズに係る球欠体の交円の軸Ｘとのなす角は４６．７°である。

〈比較例１〉
複合レンズ（２０）の代わりに、図６（ｂ）に示す構成に従って下記の仕様の球欠体状のレンズＡを形成したこと以外は、実施例１と同様の構成の発光装置を作製した。
［レンズＡ］
材質：透光性ＹＡＧ多結晶体（屈折率＝１．８３）
寸法：球欠体の高さ（ｈ）＝１．５ｍｍ，球冠の曲率半径（ｒ）＝１．０ｍｍ（ｈ／ｒ＝１．５）
この発光装置のレンズＡの球冠（レンズＡと空気との界面）における臨界角は、ｓｉｎ^-1（１．０／１．８３）＝３３．１°である。
また、発光体から側方（レンズＡに係る球欠体の交円の軸Ｘに対して垂直な方向）に出射した光が空気中に入ったときの当該光の進行方向と、レンズＡに係る球欠体の交円の軸Ｘとのなす角は５３．８°である。

〈比較例２〉
複合レンズ（２０）の代わりに、図６（ｃ）に示す構成に従って下記の仕様の球欠体状のレンズＢを形成したこと以外は、実施例１と同様の構成の発光装置を作製した。
［レンズＢ］
材質：透光性ＹＡＧ多結晶体（屈折率＝１．８３）
寸法：球欠体の高さ（ｈ）＝３．７５ｍｍ，球冠の曲率半径（ｒ）＝２．５０ｍｍ（ｈ／ｒ＝１．５）
この発光装置のレンズＢの球冠（レンズＢと空気との界面）における臨界角は、ｓｉｎ^-1（１．０／１．８３）＝３３．１°である。
また、発光体から側方（レンズＢに係る球欠体の交円の軸Ｘに対して垂直な方向）に出射した光が空気中に入ったときの当該光の進行方向と、レンズＢに係る球欠体の交円の軸Ｘとのなす角は５３．８°である。

実施例１および比較例１〜２に係る発光装置において、発光体（１５）の表面における周縁の位置から出射された光について、第１レンズ（２１）、レンズＡまたはレンズＢの球冠の任意の点Ｐに対する入射角であるφの値を、下記の式により求めた。ここで、入射角であるφは、球冠に入射される光の方向と、球冠上における入射点である点Ｐの接線に垂直な方向（球冠に係る曲率中心Ｃと点Ｐとを結ぶ直線の方向）とのなす角である。
φ＝θ−ｔａｎ^-1［｛ｒ×ｓｉｎ（θ）−Ｌ｝／Ｓ＋ｒ×ｃｏｓ（θ）｝］
〔但し、ｒは、各レンズを構成する球欠体における球冠の曲率半径（ｍｍ）、Ｌは、発光体の最小半径（ｍｍ）、Ｓは、各レンズに係る球欠体の球冠に係る曲率中心と発光体の表面との距離（ｍｍ）、θは、各レンズを構成する球欠体において、交円の軸Ｘと、球冠に係る曲率中心Ｃおよび球冠における任意の点Ｐを結ぶ直線とのなす角（°）である。〕

図７は、実施例および比較例１〜２に係る発光装置において、レンズの球冠に対する発光体の周縁から出射された光の入射角を示すグラフであり、縦軸は入射角であるφ、横軸は、上記θの値を示す。この図から明らかなように、実施例１に係る発光装置においては、発光体からの光が第１レンズの球冠におけるいずれの位置に入射しても、その入射角であるφが第１レンズの球冠における臨界角より小さいことが理解される。このため、第１レンズの球冠において全反射が生じることがない。また、また、第１レンズの球冠の曲率半径が小さいため、当該第１レンズにおける光の吸収が抑制される。更に、第２レンズは、光の吸収が小さいシリコーン樹脂よりなるため、当該第２レンズにおける光の吸収が抑制される。従って、実施例１に係る発光装置によれば、高い光の取り出し効率が得られる。
これに対して、比較例１に係る発光装置においては、レンズＡに係る球欠体の交円の軸Ｘと、球冠に係る曲率中心および球冠における光の入射点を結ぶ直線とのなす角θが３９〜１１７°のときには、入射角であるφがレンズＡの球冠における臨界角より大きい。このため、レンズＡの球冠において全反射が生じる結果、光の取り出し効率が低くなる。
また、比較例２に係る発光装置においては、レンズＢの球冠の曲率半径が大きいため、当該球冠において全反射が生じることはないが、レンズＢを構成する透光性ＹＡＧ多結晶体の吸収係数が大きいことから、レンズＢにおける光の吸収が大きいため、光の取り出し効率が低くなる。

また、実施例１に係る発光装置においては、発光体から側方（第１レンズに係る球欠体の交円の軸Ｘに対して垂直な方向）に出射した光（波長５５０ｎｍ）は、第２レンズの球冠から、第１レンズに係る球欠体の交円の軸Ｘに対して４６．７°の角度で出射するため、発光素子からの光を前方に高い効率で出射することができる。

１０ 保持基板
１５ 発光体
１５ａ 発光体前駆体
２０ 複合レンズ
２１ 第１レンズ
２１ａ 第１レンズ前駆体
２２ 球冠
２３ 底面
２４，２４ａ 凹所
２５ 第２レンズ
２６ 球冠
２７ 複合体
Ｌｉ 光

Claims (6)

1. 発光体と、
   この発光体が底面に配置された球欠体よりなる第１レンズ、および当該第１レンズの球冠を覆うよう形成された第２レンズにより構成された、球欠体よりなる複合レンズと
   を備えてなり、
   前記第２レンズは、前記第１レンズを構成する材料より小さい屈折率を有する材料よりなり、
   前記複合レンズに係る球欠体および前記第１レンズに係る球欠体の少なくとも一方は、当該球欠体の高さが当該球欠体における球冠の曲率半径より大きいものであることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１レンズに係る球欠体の球冠に対する前記発光体から当該第１レンズに係る球欠体の交円の軸に垂直に放射された光の入射角が、当該第１レンズに係る球欠体の球冠における臨界角未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１レンズに係る球欠体は、下記式（１）により算出される角度φ（°）が下記式（２）を満足することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
   式（１）：φ＝θ−ｔａｎ^-1［｛ｒ１×ｓｉｎ（θ）−Ｌ｝／｛Ｓ＋ｒ１×ｃｏｓ（θ）｝］
   ［但し、ｒ１は、第１レンズに係る球欠体における球冠の曲率半径（ｍｍ）、Ｌは、発光体の最小半径（ｍｍ）、Ｓは、第１レンズに係る球欠体の球冠に係る曲率中心と発光体の表面との距離（ｍｍ）、θは、第１レンズに係る球欠体の交円の軸と、球冠に係る曲率中心および球冠上における任意の点を結ぶ直線とのなす角（°）を示す。］
   式（２）：φ＜ｓｉｎ^-1（ｎ２／ｎ１）
   ［但し、ｎ１は、第１レンズを構成する材料の屈折率、ｎ２は前記第２レンズを構成する材料の屈折率を示す。］
4. 前記第１レンズは、前記発光体を構成する材料と同等以上の屈折率を有する材料よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記第１レンズに係る球欠体の底面とこれに接する前記発光体以外の物質との境界面が、当該発光体から放射された光を当該球欠体の球冠に向かって反射するミラー面とされることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記発光体の裏面とこれに接する物質との境界面が、当該発光体から放射された光を前記第１レンズに係る球欠体の球冠に向かって反射するミラー面とされることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置。

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