JP2015188001A - Ｌｅｄ用光学素子及びｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄形でありながら、熱変形を抑制しつつも、高配光特性と色ムラの改善を実現できる光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】第１領域１ａ１を、凹状の非球面形状とすることで、設計の自由度を高めて高配光特性を確保できる。また、さらに高配光特性を確保するために、第１領域１ａ１はの非球面形状において、その曲率を大きくした場合でも、ＬＥＤ光源２側に近い第２領域１ａ２を、第１領域１ａ１とは不連続とし、かつＬＥＤ光源２の光軸直交方向最大寸法よりも大きい内径を有するようにすることで、光軸直交方向に逃がす形状とすることができるから、ハイパワーのＬＥＤ光源２を用いた場合でも、ＬＥＤ光源２との接触を回避することができ、熱変形等を抑制できる。また、第１領域１ａ１と不連続とすることで、２領域１ａ２の設計の自由度が増大し、配光特性を制御できるので色ムラを改善しやすくなる。【選択図】図１

Description

本発明は、比較的大面積の面部材の背面側に設置され、前記面部材を介して光が通過するように照明を行うＬＥＤ用光学素子及びＬＥＤ照明装置に関する。

従来の大型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネル背面に配置された多数の冷陰極管からの光を拡散板や反射板等を介して、液晶パネルの背面側に導光し、バックライトとして均一に照明することで明瞭に画像が視認できるようにしていた。これに対し近年では、省エネの観点から、バックライトの光源としてＬＥＤ光源が使用されるようになってきた。また、液晶ディスプレイ装置に表示される画像に応じて明暗を制御することができるという観点からも、ＬＥＤ光源は使いやすく、これにより更に液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。

このように液晶ディスプレイ装置のバックライトとしてＬＥＤ光源を用いる場合、ＬＥＤ光源のチップ自体が小さいため、かかるチップを液晶パネルの背面側に直接配置しようとすると、均一な照度を確保するためには、無数のチップが必要になって現実的でない。そこで、ＬＥＤチップから放出された光を均一照度の照明光に変換する光学素子が必要になる。特許文献１，２には、ＬＥＤ光源からの光を入射してなるべく均一照度な照明光に変換することができる、液晶用バックライト用の光学素子が開示されている。

特開2011-23204号公報 特開2011-91022号公報

ところで、液晶パネルで表示される画像を自然な色で発色させるために、白色光を発光させるＬＥＤ光源が用いられる。このように白色光を発光させるＬＥＤ光源としては、現在のところ、青色光線を放出する青色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光する蛍光体を組み合わせたものが広く用いられている。

しかるに、青色ＬＥＤチップと蛍光体とを用いた白色ＬＥＤ光源の特性として、蛍光体を通過した白色光において倍率色収差や、蛍光体の厚さの不均一等によって発生する光軸を中心としたイエローリングと呼ばれる色ムラが生じる恐れがあり、このような色ムラが生じた白色光を液晶パネルの背面に照射すると、液晶パネルに表示される画像の自然な発色を損なう恐れがある。

ところで、近年では、大型の液晶ディスプレイ装置用のバックライトにおいて、コストを抑えるために、ＬＥＤチップの1台あたりの使用個数を減少させることが望まれている。このように数を減らした場合、ＬＥＤチップの1台あたりのパワーを増大する必要がでてくるが、ハイパワーにするとそれに伴って発熱量も高くなり、光学素子の熱変形という問題点が生じる可能性がある。更にＬＥＤチップの数を減少させた場合の別の問題として、より広範囲な領域を1つのＬＥＤチップからの出射光で分担しなくてはならず、光学素子にはより広範な配光特性（高配光という）を有することが望まれる。

このようなＬＥＤチップの使用個数減少のための高配光を実現するためには、光学素子に入射した光をより大きく曲げる必要があり、そのためにＬＥＤチップからの出射光が入射する入射面形状の曲率をより大きくする必要が出てくる。そして曲率を大きくする方法として例えば入射面形状が凹状にすることが考えられるが、入射面が凹部であると大きくした曲率に応じてＬＥＤチップ側端の入射面径が小さくなるため、ＬＥＤチップを含むＬＥＤ光源を入射面の内側に収めることが困難となり、入射面のＬＥＤチップ側端に置いて、光学素子と発熱するＬＥＤチップとが接触する可能性が高まる。その結果、光学素子が熱変形をおこすリスクが高まってしまう。しかし接触を回避するためにＬＥＤ光源と光学素子とを光軸方向に離間させると、バックライトの光軸方向厚みが増大し、薄形の液晶ディスプレイ装置に用いるのに不利になるという問題がある。

このような問題に対し、特許文献１の技術は、レンズの底面に光散乱部を形成して出射光を有効利用することを目的として、出射面の全反射光を制御することを主眼としているため、本願発明のような色ムラの問題に関しては記載されていない。また上述したようにハイパワーの光源を用いる際の問題である熱や、高配光のために曲率を大きくすると入射面径が小さくなるという問題を解決することはできない。

一方、特許文献２の技術は、レンズ底面に入射した光がリング状に色の強い領域を投影面に形成してしまうという課題に対し、小球やピラミッド構造をレンズ底面に格子状に付与して光を散乱することにより改善しようとするものであるが、色ムラについてある程度改善はできるものの、特許文献２のような構造では光を散乱させることができても、積極的に配光や色ムラの制御を行う事は困難である。そして特許文献１と同様に、ハイパワーの光源を用いる際の問題である熱や、高配光のために曲率を大きくすると入射面径が小さくなるという問題を解決することはできない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、薄形でありながら、熱変形を抑制しつつも、高配光特性と色ムラの改善を実現できる光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光学素子は、ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子であって、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、前記入射面は、光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周囲であって、かつ光軸方向において少なくとも一部が少なくとも一部は前記第１領域よりも前記ＬＥＤ光源側に形成された第２領域とを少なくとも有し、前記第１領域は、凹状の非球面形状を有し、前記第２領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第１領域を、凹状の非球面形状とすることで、設計の自由度を高めて高配光特性を確保できる。また、さらに高配光特性を確保するために、前記第１領域の非球面形状において、曲率を大きくした場合でも、前記ＬＥＤ光源側に近い前記第２領域を、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有するようにすることで、光軸直交方向に逃がす形状とすることができるから、ハイパワーのＬＥＤ光源を用いた場合でも、前記ＬＥＤ光源との接触を回避することができ、熱変形等を抑制できる。また、前記第１領域と別の領域とすることで、前記２領域の設計の自由度が増大し、拡散ではなく屈折によって配光特性を制御できるので色ムラを改善しやすくなる。

尚、ここで、第１領域と第２領域が、「連続」の場合と「不連続」の場合がある。「連続」とは、光軸方向断面をとったとき、第１領域の第２領域側端部の接線と、第２領域の第１領域側端部の接線とが一致するが、第１領域と第２領域は異なる面であることをいう。例えば連続の場合は第１領域が曲面であり、その接線と同一の平面である場合や、第１領域が曲面の場合、第２領域は第１領域の周囲にあって同じ曲率を有する面などの場合が考えられる。一方、「不連続」とは、光軸方向断面をとったとき、第１領域の第２領域側端部の接線と、第２領域の第１領域側端部の接線とが一致しないことをいう。不連続の場合、第１領域と第２領域を直接接続してもよいし、つなぎ面を介して接続してもよい。つなぎ面としては、平面やテーパ面や曲面やＲで接続する場合が挙げられる。このように「不連続」な面は「連続」な面に比べてより自由度が高い面を構成することが可能となるのでレンズの薄型化などにより効果的な構成である。

またＬＥＤ光源とはＬＥＤチップや蛍光体層を含む部位であり、それ以外も放熱作用を有する部位を含んでもよく、いわゆるパッケージを含む部位であってもよく、円形、正方形、長方形などの形状であってもよい。

そして、「ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法」とは、ＬＥＤ光源が円形の場合は光源からＬＥＤ光源の最大距離を半径とした直径であり、その正方形や長方形の場合は対角線の長さが該当する。ただし光源の位置が２本の対角線の交差上近傍にない場合は、光源から正方形又は長方形の外形の最も遠い距離を半径とした直径であっても良い。

更に第２領域の最大径とは、光軸と垂直方向であって光軸を中心とした直径が最大となる第２領域の範囲の径を言う。

請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記第２領域は、凹状の非球面形状を有することを特徴とする。

これにより、前記第２領域に入射する光を制御して、優れた配光特性を与えることができる。ただし、前記第１領域の非球面係数と、前記第２領域の非球面係数とは異なることが望ましい。

請求項２に記載の光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記第２領域は、光軸に対して２５度以上で傾いたテーパー面を有することを特徴とする。

これにより、前記第２領域に入射する光を制御して、優れた配光特性を与えることができる。

請求項４に記載の光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第２領域の光軸直交方向外側に、前記光学素子の底面が形成されており、前記底面は周方向に離間した脚部を有することを特徴とする。

これにより、前記ＬＥＤ光源の放熱性を確保しつつ、前記脚部を介して前記光学素子を設置できる。

請求項５に記載の光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１領域と前記第２領域との間に、つなぎ領域が設けられていることを特徴とする。

前記つなぎ領域を設けることで、光学素子の光軸方向厚みを増大させずに前記第２領域を前記ＬＥＤ光源から離間させやすくなる。尚、前記つなぎ領域は、曲面でもよいし、曲率を有さない平面（例えば、光軸に直交する平面）でもよいし、前記ＬＥＤ光源から離れるにつれて拡径するテーパ面でもよい。また、前記つなぎ領域は、鏡面でもよいし、ブラスト面、シボ面等の粗し面、あるいは輪帯状／格子状の微細形状を有していてもよい。

請求項６に記載の前記第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することを特徴とする。

第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することにより、第１領域の曲率を大きくして高配光にしつつ、ＬＥＤ光源を第２領域から離すことができ、ハイパワーにすることが可能となる。

請求項７に記載の光学素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は、ＰＭＭＡから形成されていることを特徴とする。

ＰＭＭＡは、透明度が高く安価であるが、比較的熱に弱いという特性を有するので、本発明に特に有効である。また、ＰＭＭＡは、肉厚の部分が成形時にヒケやすいという特性を有するが、本発明により光学素子を薄くできれば、その分だけヒケにくくなるので、よりメリットがある。

請求項８に記載のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子とを有するＬＥＤ照明装置であって、前記ＬＥＤ光源は、第１の色の光線を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから発せられた前記第１の色の光線によって前記第１の色とは異なる第２の色に発光する蛍光体を有し、前記ＬＥＤ光源の光放出面がフラットであり、前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、前記入射面は、光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周囲であって、かつ光軸方向において少なくとも一部は前記第１領域よりも前記ＬＥＤ光源側に形成された第２領域と、を少なくとも有し、前記第１領域は、凹状の非球面形状を有し、前記第２領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有することを特徴とする光学素子と、を有することを特徴とする 。

本発明によれば、前記第１領域を、凹状の非球面形状とすることで、設計の自由度を高めて高配光特性を確保できる。また、さらに高配光特性を確保するために、前記第１領域の非球面形状において、曲率を大きくした場合でも、前記ＬＥＤ光源側に近い前記第２領域を、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有するようにすることで、光軸直交方向に逃がす形状とすることができるから、ハイパワーのＬＥＤ光源を用いた場合でも、前記ＬＥＤ光源との接触を回避することができ、熱変形等を抑制できる。また、前記第１領域と別の領域とすることで、前記２領域の設計の自由度が増大し、拡散ではなく屈折によって配光特性を制御できるので色ムラを改善しやすくなる。これにより、薄形でありながら色ムラが少ないＬＥＤ照明装置を提供できる。

請求項９に記載の前記光学素子は、前記光学素子の光軸直交方向外側に、前記光学素子の底面が形成されており、前記ＬＥＤ光源は、光軸方向から見た際に、前記入射面の中に含まれており、前記ＬＥＤ光源の前記光放出面は、光軸直交方向から見た際に、光軸方向の出射側において前記底面以上の位置に存在していることを特徴とする。

ＬＥＤ光源が、光軸方向の出射側において光学素子の底面以上の位置に存在しているため、光学素子を含めたＬＥＤ照明装置全体の厚みを薄くすることが可能となる。そしてＬＥＤ光源が近くても第２領域があることで熱の問題も軽減される。

請求項１０に記載の前記第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することを特徴とする。

第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することにより、第１領域の曲率を大きくして高配光にしつつ、ＬＥＤ光源を第２領域から離すことができ、ハイパワーにすることが可能となる。

請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項いずれか８〜１０に記載の発明において、前記ＬＥＤ光源と前記光学素子とは非接触であることを特徴とする。尚、前記光学素子の光放出面は、前記第２領域の端部よりも、前記出射面側に位置することが望ましい。

本発明に係るＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明装置は、ＬＥＤ光源と、光学素子と、を有するものである。

ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、光放出面がフラットな形状を有し、更に白色光を出射する白色ＬＥＤを用いることが好ましい。

白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられる。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。

白色ＬＥＤは、具体的には、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光（第１の色の光）を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。

なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。

蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長の光（第２の色の光）に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。

このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。

ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。

光学素子は、プラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、例えばＰＭＭＡを用いることで、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができる。

尚、ファーフィールドにおける放射強度スライスチャート上で、LED照明装置から出射された光線の最高強度位置は７５度以上であると好ましい。

本発明によれば、薄形でありながら、熱変形を抑制しつつも、高配光特性と色ムラの改善を実現できる光学素子及びそれを用いた低背のＬＥＤ照明装置を提供することができる。

本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置の光軸方向断面図である。 （ａ）は比較例の第２領域を持つＬＥＤ照明装置のシミュレーション図であり、（ｂ）は本実施の形態の第２領域を持つＬＥＤ照明装置のシミュレーション図である。 実施例１にかかる光学素子の断面図である。 実施例２にかかる光学素子の断面図である。 実施例３にかかる光学素子の断面図である。 比較例にかかる光学素子の断面図である。 実施例２にかかるファーフィールドにおける放射強度スライスチャートを示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置の光軸方向断面図である。本実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置は、光学素子１と、回路基板３上に形成されたＬＥＤ光源２を有している。図示していないが、ＬＥＤ光源２は、青色光を放出するＬＥＤチップと、その光放出側に設けられた黄色蛍光体とを積層してなり、全体的に正方形板状を有し、光放出面２ａはフラットになっている。光放出面２ａの周囲は、ヒートシンク２ｂとなっている。

光学素子１は、プラスチックとしてＰＭＭＡを用いて成形により形成されている。さらに、光学素子１は、ＬＥＤ光源２の光放出側に配置されており、ＬＥＤ光源２からの発光光が入射する凹状の入射面１ａと、入射面１ａから入射した光を外部に放出する全体的に凸状の出射面１ｂと、基板３に対向する底面１ｄと、出射面１ｂの外周に設けられた円筒面もしくは円錐面である外周面１ｆとを有する。外周面１ｆは、光学素子１を射出成形する際に、ゲートが設けられる部位である。

入射面１ａは、光軸ＯＡ（光放出面２ａの中心における法線と重なる）を含む凹状の非球面形状である第１領域１ａ１と、第１領域１ａ１の外側（周囲）に配置され、光軸方向において第１領域よりもＬＥＤ光源側に形成された凹状の非球面形状または光軸に対して２５度以上で傾いたテーパー面形状である第２領域１ａ２（実線）と、第１領域１ａ１と第２領域１ａ２とを連結する平面状のつなぎ領域１ａ３とを有する。第１領域１ａ１は、ＬＥＤ光源２の光軸直交方向最大寸法よりも小さな最大径を有し、第２領域１ａ２は、ＬＥＤ光源２の光軸直交方向最大寸法よりも大きな最大径を有する。従って、ＬＥＤ光源２は、光軸方向から見た際に、入射面１ａの中に含まれている。第１領域１ａ１と第２領域１ａ２は、光の利用効率を高める観点から鏡面であることが好ましい。つなぎ領域１ａ３は、鏡面でもよいし、ブラスト面、シボ面等の粗し面、あるいは輪帯状／格子状の微細形状を有していてもよいが、成形により形成されるものであると好ましい。尚、比較例として第２領域１ａ２’の形状を点線で示す。

出射面１ｂは、光軸付近が凹状であって、周囲が凸状であるが、全体として凸状でもよい。

第２領域１ａ２の光軸直交方向外側に形成されて交差する平面状の底面１ｄは、金型の対応する転写面の粗度を高めることで、拡散作用を持つ粗し面とできる。また、外周面１ｆも、金型の対応する転写面の粗度を高めることで、拡散作用を持つ粗し面とできる。

本実施の形態では、底面１ｄは、周方向に等間隔に３つの脚部１ｃを有しており、脚部１ｃを基板３の表面に当接させて取り付けられている。脚部１ｃを周方向に不連続に配置することで、ＬＥＤ光源２を密封することが抑制され、ＬＥＤ光源２の配線の引き出しや通気性、放熱性の確保を行える。脚部１ｃ全体は、拡散面１ｈと同様に、金型の対応する転写面の粗度を高めることで、拡散作用を持つ粗し面とできる。

脚部１ｃの高さはＬＥＤ光源２の高さより低くなっており、よって光学素子１をＬＥＤ光源２に対して取り付けたとき、底面１ｄは、ＬＥＤ光源２の光放出面２ａよりも光放出方向と逆側に配置される。つまり、ＬＥＤ光源２の光放出面は、光軸直交方向から見た際に、光軸方向の出射側において底面１ｄ以上の位置に存在している。これにより、光放出面２ａから放出された光が、底面１ｄ側に回り込むことを抑制できる。ただし、ＬＥＤ光源２の光軸直交方向最大寸法Ｌよりも、底面１ｄに交差する第２領域１ａ２の内径φが、より大きくなっているので、光学素子１はＬＥＤ光源２に接触していない。これにより、ＬＥＤ光源２の点灯時における光学素子１の熱変形を抑制できる。

本実施の形態では、ＬＥＤ光源２の光放出面２ａから出射した光のうち中心付近の混色された光は、第１領域１ａ１から入射する一方で、周辺の光は、第２領域１ａ２から入射する。ここで、比較例である第１領域１ａを延長した１ａ２’に入射した光線は、点線で示すように浅く屈折して出射面１ｂから出射する。一方、本実施の形態である第２領域１ａ２に入射した光線は、実線で示すように深く屈折して出射面１ｂから出射する。すなわち、本実施の形態によれば、周辺から屈折した色ムラ（黄色成分）が多い光線を第２領域１ａ２に入射することで周辺の光を制御して比較例である１ａ２’に比べて光軸ＯＡに近づくように出射することで、周辺色ムラを解消することができる。

図２は、本発明者がシミュレーションで求めた、図１のＬＥＤ照明装置から出射される光線の色の状態を示す図であり、（ａ）は比較例のグラフであり、（ｂ）は本実施の形態のグラフである。図２において、縦軸にCIE表色系でのＹ値をとり、横軸に光軸を０としたときの被照射面の位置をとって示す。図2のグラフがフラットに近づくほど、被照射面の位置に関わらず出射光の色が均一に近づき、バックライトとしての特性に優れる。

ここで、図２（ａ）、（ｂ）を比較すると理解できるが、図２（ａ）のグラフでは±１２０ｍｍの位置でピークがないのに対して、図２（ｂ）のグラフでは、±１２０ｍｍの位置にはピークが存在する（点線で囲う部分）。これは、図１の点線で示すように、比較例である第２領域１ａ２’に入射した光線が浅く屈折することで、±１２０ｍｍの位置で黄色成分が増える（Ｙ値が減少する）のに対し、図１の実線で示すように、本実施の形態である第２領域１ａ２に入射した光線が深く屈折することで、黄色成分が減る（Ｙ値が増大する）ためである。つまり図（ａ）、（ｂ）を比較することで光軸を中心としたイエローリングと呼ばれる色ムラが生じていることがわかる。

次に、光学素子の好適な実施例について説明する。尚、実施例に対応する図において、ＬＥＤ光源の周辺から出射する光線を複数の線で示している。

（実施例１）
図３に、実施例１にかかる光学素子の光軸方向断面を示す。本実施例では、第２領域を非球面としている。

（実施例２）
図４に、実施例２にかかる光学素子の光軸方向断面を示す。本実施例では、第２領域を非球面（トロイダル面）としている。尚、図７のファーフィールドにおける放射強度スライスチャートに示すように、実施例２の光学素子を用いた際における出射光線の最強強度位置は７５度である。

（実施例３）
図５に、実施例３にかかる光学素子の光軸方向断面を示す。本実施例では、第２領域を、光軸に対して傾き角２５°で傾いたテーパー面としている。実施例１と比較すると、第２領域を通過する光線の密度が異なる。実施例１のように光線密度が低いと、被照射面で色が弱く出るから色ムラなどを抑制できる効果が高くなる。この観点からは、テーパー面より非球面の方が優れているといえるが、傾き角２５°程度であれば実用上は差し支えない。このようにテーパ面にすることで非球面にくらべ加工が容易に行うことができる。

ここで図５の実施例３の第２領域を光軸に対して傾き角５°で傾いたテーパー面としてした場合、傾き角２５°の実施例３と比較すると、ＬＥＤ光源から出射した周辺光は、第２領域を通過しても、傾き角２５°の実施例ほどは出射面まで屈折させて透過させることができず、外周面に入射してしまい、一部が散乱光となるため光の利用効率が低下する。つまり、第２領域が傾き角の大きいテーパー面であるほど、周辺光の制御が行い易くなるから、テーパー面の傾き角をより大きくする事でより散乱を抑えることが可能となる。

（比較例）
図６に、比較例にかかる光学素子の光軸方向断面を示す。本比較例では、第２領域を設けず、第１領域をＬＥＤ光源に接触（光軸方向から見てＬＥＤ光源の角が第１領域の内周に接触）させている。ＬＥＤ光源から出射した周辺光のほとんどは、出射面まで屈折させて透過させることができず、外周面に入射してしまい、散乱光となるため光の利用効率が低下する。つまり、非球面形状の第１領域を設けたのみでは、周辺光の制御が不十分であり、周辺光の制御のために第２領域が必要であることがわかる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明は液晶ディスプレイのバックライト用だけでなく、看板照明用の照明装置等としても用いることができる。

１ 光学素子
１ａ 入射面
１ｂ 出射面
１ｃ 脚部
１ｄ 底面
１ｆ 外周面
２ ＬＥＤ光源
２ａ 光放出面
２ｂ ヒートシンク
３ 回路基板

Claims (11)

1. ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子であって、
   前記ＬＥＤ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、
   前記入射面は、光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周囲であって、かつ光軸方向において少なくとも一部は前記第１領域よりも前記ＬＥＤ光源側に形成された第２領域と、を少なくとも有し、
   前記第１領域は、凹状の非球面形状を有し、
   前記第２領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有することを特徴とする光学素子。
2. 前記第２領域は、凹状の非球面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第２領域は、光軸に対して２５度以上で傾いたテーパー面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
4. 前記第２領域の光軸直交方向外側に、前記光学素子の底面が形成されており、前記底面は周方向に離間した脚部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
5. 前記第１領域と前記第２領域との間に、つなぎ領域が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
7. 前記光学素子は、ＰＭＭＡから形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
8. ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子とを有するＬＥＤ照明装置であって、
   前記ＬＥＤ光源は、第１の色の光線を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップから発せられた前記第１の色の光線によって前記第１の色とは異なる第２の色に発光する蛍光体を有し、前記ＬＥＤ光源の光放出面がフラットであり、
   前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを有し、
   前記入射面は、光軸を含む第１領域と、前記第１領域の周囲であって、かつ光軸方向において少なくとも一部は前記第１領域よりも前記ＬＥＤ光源側に形成された第２領域と、を少なくとも有し、
   前記第１領域は、凹状の非球面形状を有し、
   前記第２領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも大きい最大径を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
9. 前記光学素子の光軸直交方向外側に、前記光学素子の底面が形成されており、
   前記ＬＥＤ光源は、光軸方向から見た際に、前記入射面の中に含まれており、
   前記ＬＥＤ光源の前記光放出面は、光軸直交方向から見た際に、光軸方向の出射側において前記底面以上の位置に存在していることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。
10. 前記第１領域は、前記ＬＥＤ光源の光軸直交方向最大寸法よりも小さい最大径を有することを特徴とする請求項８又は９に記載のＬＥＤ照明装置。
11. 前記ＬＥＤ光源と前記光学素子とは非接触であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。