JP2016063163A - 光学装置及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度を向上できる光学装置及び発光装置を提供する。
【解決手段】光学装置は、第１光学層１０と、光散乱層５０と、を含む。第１光学層は、第１面１０ａと、第１面とは反対側の第２面１０ｂと、を有し、第１面１０ａに入射するレーザ光に対する第１面１０ａの反射率は５％以下である。光散乱層５０は、第２面１０ｂに接する。第１光学層１０は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向に沿って交互に並ぶ複数の第１光学膜及び複数の第２光学膜を含み、複数の第１光学膜のそれぞれの屈折率は、複数の第２光学膜のそれぞれの屈折率とは異なる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光学装置及び発光装置に関する。

発光装置において輝度の向上が求められている。発光装置において、種々の光学装置が用いられる。

特開２０１４−２２１６０号公報

本発明の実施形態は、輝度を向上できる光学装置及び発光装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、光学装置は、第１光学層と、光散乱層と、を含む。前記第１光学層は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１面に入射するレーザ光に対する前記第１面の反射率は５％以下である。前記光散乱層は、前記第２面に接する。前記第１光学層は、前記第１面から前記第２面に向かう方向に沿って交互に並ぶ複数の第１光学膜及び複数の第２光学膜を含み、前記複数の第１光学膜のそれぞれの屈折率は、前記複数の第２光学膜のそれぞれの屈折率とは異なる。

本発明の実施形態によれば、輝度を向上できる光学装置及び発光装置を提供できる。

第１の実施形態に係る発光装置を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 第１の実施形態に係る光学装置の特性を例示するグラフ図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る光学装置を例示する模式的模式図である。 第２の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 第２の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の光学を例示する模式図である。 第３の実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。 第４の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。 第４の実施形態に係る別の光学装置を例示する模式的断面図である。 第４の実施形態に係る別の光学装置を例示する模式的断面図である。 図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、光学装置の特性を例示するグラフ図である。 光学装置の特性を例示するグラフ図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光装置を例示する模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る発光装置２１０は、光学装置１１０と、レーザ光源７０と、を含む。光学装置１１０は、第１光学層１０と光散乱層５０とを含む。

第１光学層１０は、第１面１０ａと第２面１０ｂとを有する。第２面１０ｂは、第１面１０ａの反対側の面である。光散乱層５０は、第２面１０ｂに接している。

第１面１０ａから第２面２０ｂに向かう方向をＺ軸方向とする。第１光学層１０は、Ｚ軸に対して垂直な平面に沿って延在する。

レーザ光源７０からレーザ光Ｌ０が出射する。このレーザ光Ｌ０が、第１面１０ａに、入射する。このレーザ光Ｌ０の第１面１０ａにおける強度は、例えば、３００Ｗ／ｍｍ^２以上である。このように、高強度のレーザ光Ｌ０が照射される。

第１光学層１０は、例えば、反射防止膜である。第１面１０ａの反射率は、例えば、５％以下である。第１面１０ａの反射率は、例えば可視光に対する反射率である。第１面１０ａの反射率は、例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲の反射率である。第１面１０ａの反射率は、便宜的に、５５０ナノメートルの波長における反射率でも良い。第１面１０ａに入射するレーザ光Ｌ０の少なくとも一部の光（レーザ光Ｌ１）は、第１光学層１０を通過して光散乱層５０に入射する。レーザ光Ｌ０の一部の光は、反射光Ｒ０として第１面１０ａで反射しても良い。

光散乱層５０に入射したレーザ光Ｌ１は、光散乱層５０において体積散乱する。これにより、散乱光Ｓ０が生じる。散乱光Ｓ０の一部は、第１光学層１０を通過して外部に出射する。散乱光Ｓ０の一部は、光散乱層５０の側面から外部に出射しても良い。散乱光Ｓ０が、発光装置２１０から出射する光となる。

実施形態においては、発光体としてレーザ素子が用いられる。レーザ素子の輝度は、非常に高い。レーザ光は、コヒーレント性（可干渉性）を有する。レーザ光においては、指向性が高い。

実施形態においては、第１光学層１０を用いることで、レーザ光Ｌ０の第１面１０ａにおける反射が抑制され、レーザ光Ｌ１は、第１光学層１０内に効率よく入射する。レーザ光Ｌ１は、効率よく第１光学層１０を通過し、光散乱層５０内に入射する。レーザ光Ｌ１は、光散乱層５０において効率よく散乱し、散乱光Ｓ０が発生する。この散乱光Ｓ０が、外部に出射する。

実施形態においては、コヒーレント性と指向性とを低下させつつ、高い輝度が得られる。散乱光を用いることで、可干渉性に伴うスペックが低減する。散乱光を用いることで、レーザ光の危険性が低減する。実施形態においては、輝度を向上できる。

例えば、第１光学層１０の表面（第１面１０ａ）に凹凸を設け、光散乱層５０を設けない参考例がある。この場合には、第１光学層１０の表面の凹凸により、表面散乱が生じる。このような参考例の第１光学層１０にレーザ光が入射すると、レーザ光のスペックルが生じる。すなわち、レーザ光の干渉性が十分に低下できない。このような光を照明光として用いると、大きな違和感が生じる。

これに対して、体積散乱が生じる光散乱層５０を用いることで、スペックルが実質的に生じない。違和感のない照明光が得られる。

実施形態においては、レーザ素子（Laser Diode：半導体レーザ）が用いられる。レーザ素子においては、発光体の発熱が非常に小さい。このため、ＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）に比べて高い光密度（高輝度）が得られる。一方、ＬＥＤでは、素子の発熱と蛍光体の発熱とが存在する。これらの熱により、素子や蛍光体の温度が上昇し、効率が低下する。実施形態においては、レーザ光を散乱体に照射し、散乱体で散乱した光を利用できる。これにより、発熱を抑制できる。ＬＥＤ光源を用いる場合には、集光レンズ等を用いても、輝度をＬＥＤ光源よりも高くすることはできない。これに対して、レーザ素子の輝度は、非常に高い。例えば、レーザ光Ｌ０の第１面１０ａにおける光密度は、３００Ｗ／ｍｍ^２以上である。

ＬＥＤの集合体（例えば、チップオンボード（ＣＯＢ））を用いた従来の発光装置の放射発散度は、３００ｍＷ／ｍｍ^２以下である。

一方、実施形態に係る発光装置２１０においては、放射発散度は、例えば、３×１０^５ｍＷ／ｍｍ^２である。発光装置２１０においては、従来のＬＥＤの集合体を用いた発光装置の放射密度の１０００倍程度の高い放射発散度が得られる。発光装置２１０において、散乱体（光散乱層５０）における光吸収を下げることで、さらに高い輝度の発光装置が得られる。

レーザ光は、コヒーレント性を有する。コヒーレント性により、レーザ光特有の光の揺らぎ（スペックルノイズ）が生じる。スペックルノイズが生じると、使用者に不快感を与える。

コヒーレント性を低下することで、スペックルノイズを抑制できる。実施形態においては、レーザ光を散乱体に入射させることで、コヒーレント性を低下させる。例えば、光散乱層５０に入射する前のレーザ光Ｌ０のスペックルコントラストは、０．８である。これに対して、光散乱層５０から出射する光（散乱光Ｓ０）のスペックルコントラストは、０．０１５である。この値は、ＬＥＤ光のスペックルコントラストと、ほぼ同じである。つまり、発光装置２１０から出射する光は、照明として十分実用できる。

発光装置２１０から出射する光の安全性は、ＬＥＤ光の安全性と同等である。発光装置２１０を使用する際の安全限度は、例えば、ＬＥＤ光の安全限度と同等である。

実施形態において、レーザ光源７０から出射したレーザ光Ｌ０は、光ファイバを介して光学装置１１０に入射しても良い。レーザ光は、非常に狭いスペクトル幅を持つ。このため、レーザ光は、ファイバとの結合効率が良い。このため、光ファイバを用いた場合にも、損失は小さい。光ファイバを用いることで、レーザ光源７０と光学装置１１０とを分離でき、例えば、熱の影響などが抑制できる。

図２は、第１の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図２は、光学装置１１０の１つの例を示している。
図２に示すように、第１光学層１０は、複数の第１光学膜１１と複数の第２光学膜１２とを含む。複数の第１光学膜１１と複数の第２光学膜１２とは、Ｚ軸方向に沿って交互に並ぶ。

複数の第１光学膜１１は、例えば、光学膜１１ａ、光学膜１１ｂ、光学膜１１ｃ及び光学膜１１ｄなどを含む。これらの光学膜は、Ｚ軸方向にこの順で並ぶ。複数の第１光学膜１１に含まれる光学膜は、例えば、第１屈折率ｎ１を有する。

複数の第２光学膜１２は、例えば、光学膜１２ａ、光学膜１２ｂ、光学膜１２ｃ及び光学膜１２ｄなどを含む。これらの光学膜は、Ｚ軸方向にこの順で並ぶ。複数の第２光学膜１２に含まれる光学膜は、例えば、第２屈折率ｎ２を有する。第２屈折率ｎ２は、第１屈折率ｎ１とは、異なる。

第１光学膜１１として、例えば、ＴｉＯ_２が用いられる。第２光学膜１２として、例えば、ＭｇＦ_２が用いられる。例えば、４５０ｎｍの波長において、第１屈折率ｎ１は、２．９６であり、第２屈折率ｎ２は１．３８である。

複数の第１光学膜１１のそれぞれの厚さ、及び、複数の第２光学膜１２のそれぞれ厚さは、レーザ光の波長に応じて設計される。

レーザ光の波長をλとする。このとき、例えば、光学膜１１ａの厚さを０．０３λ／ｎ１とする。第２光学膜１２ａの厚さを０．１２λ／ｎ２とする。光学膜１１ｂの厚さを０．０１λ／ｎ１とする。光学膜１２ｂの厚さを０．０６λ／ｎ２とする。光学膜１１ｃの厚さを０．４７λ／ｎ１とする。光学膜１２ｃの厚さを０．０４λ／ｎ２とする。光学膜１１ｄの厚さを０．０８λ／ｎ１とする。光学膜１２ｄの厚さを０．２４λ／ｎ２とする。このとき、低い反射率が得られる。

第１屈折率ｎ１及び第２屈折率ｎ２は、波長分散を有しても良い。上記の厚さの例において、第１屈折率ｎ１及び第２屈折率ｎ２のそれぞれの値として、それぞれの波長のときの値を用いても良い。

以下、光学膜１１ａ、光学膜１１ｂ、光学膜１１ｃ、光学膜１１ｄ、光学膜１２ａ、光学膜１２ｂ、光学膜１２ｃ、及び、光学膜１２ｄの厚さを上記の条件にしたときの特性の例を説明する。

図３は、第１の実施形態に係る光学装置の特性を例示するグラフ図である。
図３の横軸は、波長λ（ｎｍ：ナノメートル）である。縦軸は、反射率Ｒｆ（％）である。
図３においては、レーザ光の波長λを変更したときの反射率のシミュレーション結果を示している。光学膜のそれぞれの厚さは、レーザ光の波長λの変化に応じて、変更している。この例では、レーザ光は、第１光学層１０に対して３０°で入射する。

図３に示すように、第１光学層１０において、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲（可視光の大部分の範囲）で、１％以下の反射率が得られる。

実施形態において、第１光学層１０の反射率は、第１光学層１０に入射するレーザ光Ｌ０の入射角に依存する。レーザ光Ｌ０の入射角が零のとき、レーザ光Ｌ０は、第１光学層１０に対して垂直に入射する。このとき、反射光Ｒ０の方向は、第１光学層１０の第１面１０ａに対して垂直である。この反射光Ｒ０が、レーザ光Ｌ０を出射するレーザ光源７０に入射するため損失が生じる場合がある。従って、実施形態においては、レーザ光Ｌ０は、第１面１０ａに対して斜め方向から入射することが望ましい。第１光学層１０においては、斜め方向から入射する光に対する反射率が低いことが好ましい。

実施形態において、レーザ光Ｌ０の入射角は、例えば、５度〜４５度程度である。入射角は、入射面に対して垂直な方向と、光の方向と、の間の角度である。第１光学層１０の光学特性（反射率）は、入射角に応じて適切に設計される。例えば、入射角が零以外のときの第１光学層１０の反射率は、入射角が零のときの第１光学層１０の反射率よりも低い。例えば、入射角は３０度に設定される。このとき、入射角が約３０度のときの第１光学層１０の反射率は、入射角が零のときの反射率よりも低い。

すなわち、第１入射方向（例えば３０度方向）から第１面１０ａに入射する第１光に対する第１面１０ａの反射率は、第２入射方向（垂直方向）から第１面１０ａに入射する第２光に対する第１面１０ａの反射率よりも低い。第１面１０ａに対して垂直な方向と、第１入射方向と、の間の第１入射角度は、３０度であり、第１面１０ａに対して垂直な方向と、第２入射方向と、の間の第２入射角度は、０度である。第１光及び第２光は、レーザ光Ｌ０の波長と同じ波長を有する。入射角が零以外のときの第１光学層１０の反射率を、入射角が零のときの第１光学層１０の反射率よりも低くすることで、例えば、反射光Ｒ０が生じることによるコヒーレント性の光を、コヒーレント性を低下させずに、放射する光の割合を減らすことが可能である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。
これらの図は、第１光学層の別の例を示している。
図４（ａ）は、模式的断面図である。図４（ｂ）は、第１光学層の特性を例示するグラフ図である。図４（ｂ）において、縦軸は、Ｚ軸方向に沿った位置ｚである。横軸は、屈折率ｎである。

図４（ａ）に示すように、第１光学層１０ｘは、第１面１０ａと第２面１０ｂとを有する。第１光学層１０ｘの第２面１０ｂと、光散乱層５０と、が接する。第１光学層１０ｘの厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を厚さｔ１とする。

図４（ｂ）に示すように、第１光学層１０ｘは、第１面１０ａにおいて、屈折率ｎａを有する。第１光学層１０ｘは、第２面１０ｂにおいて、屈折率ｎｂを有する。屈折率ｎｂは、屈折率ｎａよりも高い。第１光学層１０ｘ（の少なくとも一部）の屈折率は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向（Ｚ軸方向）に沿って上昇する。例えば、第１光学層１０ｘの屈折率は、Ｚ軸方向に沿って連続的に上昇する。

第１光学層１０ｘの第１面１０ａにおける反射率は、５％以下である。光散乱層５０に入射したレーザ光Ｌ１は、光散乱層５０において体積散乱する。この例においても、コヒーレント性と指向性とを低下させつつ、高い輝度が維持できる。散乱光を用いることで、レーザ光の危険性が低減する。この例においても、輝度を向上できる。

第１光学層１０ｘにおいても、第１入射方向（例えば３０度方向）から第１面１０ａに入射する第１光に対する第１面１０ａの反射率は、第２入射方向（垂直方向）から第１面１０ａに入射する第２光に対する第１面１０ａの反射率よりも低い。これにより、損失が抑制できる。

図５は、実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。
図５は、光散乱層の例を示している。
図５に示すように、光散乱層５０ｂは、複数の粒界６５を含む。粒界で囲まれた領域が、粒６５ｒとなる。粒６５ｒのサイズｄｐ（例えば径）は、例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。

光散乱層５０ａとして、例えば、散乱体セラミックスが用いられる。光散乱層５０ａには、例えば、アルミナの焼結体を用いても良い。光散乱層５０ａには、例えば、光透過性を有する希土類酸化物（例えば、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３及びＬｕ_２Ｏ_３等）を用いても良い。例えば、光散乱層５０ａとして、ＹＡＧを用いても良い。

光散乱層５０ａには、粒界６５がある。光散乱層５０ａの粒６５ｒは、光透過性を有しても良い。粒６５ｒの界面（粒界６５）における光学特性の変化により、光散乱層５０ａに入射した光は、粒界６５で散乱する。

光散乱層５０ａにおける散乱の程度は、粒６５ｒの大きさ（粒界６５どうしの間隔）に関係する。粒６５ｒが小さいと、光の自由行程が短くなり、散乱の程度が大きくなる。粒６５ｒの大きさ（粒界６５どうしの間隔）を小さくすることで、小さな体積で、十分な散乱が得やすくなる。

図６は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図６は、光散乱層の別の例を示している。
図６に示すように、光散乱層５０ｃは、光透過領域６６と、複数の粒子６７と、を含む。複数の粒子６７は、光透過領域６６に分散されている。光透過領域６６の屈折率と粒子６７の屈折率とは、互いに、異なる。

光透過領域６６として、例えば、光透過性の有機物（樹脂）または、無機物（ガラスなど）が用いられる。光透過領域６６として、例えば、シリコーン樹脂またはＳｉＯ_２などを用いても良い。複数の粒子６７として、例えば、金属酸化物などの粒子が用いられる。光散乱層５０ｂにおいても、高効率の体積散乱が得られる。

図７は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図７は、光散乱層の別の例を示している。
図７に示すように、光散乱層５０ｃにおいて、光学特性の異なる領域が、Ｚ軸方向に積層される。例えば、光散乱層５０ｃにおいて、第１領域５１と第２領域５２とが設けられる。第２領域５２は、第１光学層１０と第１領域５１との間に設けられる。これらの領域は、互いに接しても良く、離間しても良い。これらの領域の境界は、明確でも良く、不明確でも良い。

実施形態においては、第１領域５１と第２領域５２とで、光学特性（散乱性能）を異ならせる。すなわち、深い領域（第１領域５１）における散乱性能を、浅い領域（第２領域５２）における散乱性能よりも高くする。

第１領域５１における散乱性能は、第１領域５１に入射したレーザ光が散乱されて生じた第１散乱光の強度の、第１領域５１に入射したレーザ光の強度に対する比（第１比）である。第２領域５２における散乱性能は、第２領域５２に入射したレーザ光が散乱されて生じた第２散乱光の強度の、第２領域５２に入射したレーザ光の強度に対する比（第２比）である。実施形態においては、第１比は、第２比よりも高く設定される。

散乱性能（上記の比）は、光散乱層における粒のサイズなどに依存する。以下、散乱性能の変更の例について説明する。

図８は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図８に示すように、光散乱層５０ｃにおいては、複数の粒界６５（及び複数の粒６５ｒ）が設けられる。複数の粒６５ｒのサイズｄｐ（例えば径）は、第１領域５１と第２領域５２とで異なる。第１領域５１における粒６５ｒのサイズ（平均）は、第２領域５２における粒６５ｒのサイズ（平均）よりも小さい。

複数の粒６５ｒのサイズｄｐは、最近接の２つの粒界どうしの距離に対応する。従って、この例においては、第１領域５１（深い領域）における複数の粒界６５のうちの最近接の２つの粒界６５どうしの距離の平均は、第２領域５２（浅い領域）における複数の粒界６５のうちの最近接の２つの粒界どうしの距離の平均よりも小さい。これにより、第１領域５１における散乱性能が第２領域５２における散乱性能よりも高くできる。深さ方向において、粒６５ｒのサイズｄｐを異ならせ、散乱性能を変化させることで、光散乱層５０ｃの全体で、効果的な散乱が得られる。

図９は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図９に示すように、光散乱層５０ｅにおいて、光透過領域６６と、複数の粒子６７と、が設けられる。複数の粒子６７のサイズ（例えば径）が、第１領域５１と第２領域５２とで変更される。

すなわち、第１領域５１における複数の粒子６７のサイズｄｑ１（例えば平均値）は、第２領域５２における複数の粒子６７のサイズｄｑ２（例えば平均値）よりも小さい。これにより、第１領域５１における散乱性能が第２領域５２における散乱性能よりも高くできる。散乱性能を変化させることで、光散乱層５０ｃの全体で、効果的な散乱が得られる。

図１０は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図１０に示すように、光散乱層５０ｆにおいて、光透過領域６６と、複数の粒子６７と、が設けられる。複数の粒子６７の密度が、第１領域５１と第２領域５２とで変更される。

すなわち、第１領域５１における複数の粒子６７の密度は、第２領域５２における複数の粒子６７の密度よりも高い。これにより、第１領域５１における散乱性能が第２領域５２における散乱性能よりも高くできる。散乱性能を変化させることで、光散乱層５０ｃの全体で、効果的な散乱が得られる。

図１１は、実施形態に係る光学装置を例示する模式的模式図である。
図１１に示すように、光学装置１１１は、第１光学層１０及び光散乱層５０に加え、波長変換領域５７をさらに含む。波長変換領域５７と第１光学層１０との間に光散乱層５０が配置される。波長変換領域５７は、レーザ光Ｌ０の一部を吸収して、レーザ光Ｌ０の波長とは異なる波長の光を放出する。波長変換領域５７は、例えば蛍光体などを含む。これにより、波長が変換される。波長変換領域５７により、光学装置１１１から出射する光の色を調整できる。

実施形態において、波長変換領域５７の体積は、光散乱層５０の体積よりも小さい。波長変換領域５７においては、波長の変換に伴い熱が発生する。波長変換領域５７の体積を小さくすることで、発生する熱が抑制できる。波長変換領域５７の体積の、光散乱層５０の体積に対する比は、０．０１以下である。熱の発生が抑制でき、高効率の発光が得られる。

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、光学装置１２０は、第１光学層１０及び光散乱層５０に加えて、第２光学層２０をさらに含む。この例では、第３光学層３０がさらに設けられている。

第２光学層２０は、第３面２０ａと、第３面２０ａとは反対側の第４面２０ｂと、を有する。光散乱層５０は、第１光学層１０の第２面１０ｂと交差する側面５０ｓを有する。第２光学層２０の第４面２０ｂは、光散乱層５０の側面５０ｓに接する。

この例では、光散乱層５０の側面５０ｓ、及び、第２光学層２０の第４面２０ｂは、第１光学層１０の第２面１０ｂに対して実質的に垂直である。光散乱層５０の側面５０ｓ、及び、第２光学層２０の第４面２０ｂは、第１光学層１０の第２面１０ｂに対して傾斜していても良い。

第３光学層３０は、第５面３０ａと、第５面３０ａとは反対側の第６面３０ｂと、を有する。光散乱層５０は、第１光学層１０の第２面１０ｂと交差する別の側面５０ｒを含む。第３光学層３０の第６面３０ｂは、光散乱層５０の側面５０ｒに接する。

この例では、光散乱層５０の側面５０ｒ、及び、第３光学層３０の第６面３０ｂは、第１光学層１０の第２面１０ｂに対して実質的に垂直である。光散乱層５０の側面５０ｒ、及び、第３光学層３０の第６面３０ｂは、第１光学層１０の第２面１０ｂに対して傾斜していても良い。

第２光学層２０の第３面２０ａ及び第３光学層３０の第５面３０ａにおける反射率は、例えば５％以下である。

例えば、光散乱層５０で生じた散乱光Ｓ０の一部は、第１光学層１０を通過して外部に出射する。光散乱層５０で生じた散乱光Ｓ０の別の一部は、光散乱層５０の側面５０ｓを通過して第２光学層２０に入射する。光散乱層５０で生じた散乱光Ｓ０の別の一部は、光散乱層５０の側面５０ｒを通過して第３光学層３０に入射する。

第２光学層２０の第３面２０ａにおける反射率を低くすることで、第２光学層２０を通過した光は、第３面２０ａから外部に効率良く出射できる。同様に、第３光学層３０の第５面３０ａにおける反射率を低くすることで、第３光学層３０を通過した光は、第５面３０ａから外部に効率良く出射できる。

第２光学層２０及び第３光学層３０には、例えば、第１光学層１０に関して説明した構成が適用できる。以下に説明する第２光学層２０の構成の例は、第３光学層３０に適用できる。

図１３は、第２の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図１３は、第２光学層２０の例を示している。
図１３に示すように、第２光学層２０は、複数の第３光学膜２３と、複数の第４光学膜２４とを含む。複数の第３光学膜２３及び複数の第４光学膜２４は、第３面２０ａから第４面２０ｂに向かう方向に沿って、交互に並ぶ。複数の第３光学膜２３のそれぞれの屈折率は、複数の第４光学膜２４のそれぞれの屈折率とは異なる。第２光学層２０を通過した光は、第３面２０ａから外部に効率良く出射できる。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の光学装置を例示する模式図である。
これらの図は、第２光学層の別の例を示している。図１４（ａ）は模式的断面図である。図１４（ｂ）は第２光学層の特性を例示するグラフ図である。図１４（ｂ）において、縦軸は、屈折率ｎである。横軸は、第２光学層の厚さ方向の位置ｘである。

図１４（ａ）に示すように、第２光学層２０ｘは、第３面２０ａと第４面３０ｂとを有している。第３面２０ａから第４面２０ｂに向かう方向が、第２光学層２０の厚さ方向に対応する。

図１４（ｂ）に示すように、第２光学層２０ｘは、第３面２０ａにおいて、屈折率ｎｃを有する。第２光学層２０ｘは、第４面２０ｂにおいて、屈折率ｎｄを有する。屈折率ｎｄは、屈折率ｎｃよりも高い。このように、第２光学層２０ｘの（少なくとも一部）の屈折率は、第３面２０ａから第４面２０ｂに向かう方向に沿って上昇する。第２光学層２０を通過した光は、第３面２０ａから外部に効率良く出射できる。

（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態に係る光学装置を例示する模式図である。
図１５に示すように、実施形態に係る光学装置１３０においても、第１光学層１０と、光散乱層５０と、が設けられる。光散乱層５０は、第１光学層１０の第２面１０ｂと交差する側面（側面５０ｓ及び側面５０ｒなど）を有する。そして、この側面に凹凸が設けられている。

すなわち、側面５０ｓ及び側面５０ｒなどは、複数の凸部５０ｐを含む。複数の凸部５０ｐどうしの間隔は、レーザ光Ｌ０の波長の０．５倍以上５倍以下である。複数の凸部５０ｐにより、側面における全反射が抑制される。これにより、光散乱層５０を通過した光は、側面から効率良く外部に出射できる。

（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態に係る光学装置を例示する模式的断面図である。
図１６に示すように、本実施形態に係る光学装置１４０においては、第１光学層１０及び光散乱層５０に加えて、放熱部材８０がさらに設けられている。光散乱層５０は、放熱部材８０と第１光学層１０との間に配置される。放熱部材８０は、光散乱層５０に接している。光散乱層５０の熱は、放熱部材８０に伝達される。放熱部材８０に伝達された熱は、空気中に放出される。これにより、温度上昇が抑制される。

図１７は、第４の実施形態に係る別の光学装置を例示する模式的断面図である。
図１７に示すように、光学装置１４１においては、第１光学層１０、光散乱層５０及び放熱部材８０に加えて、光反射層８２がさらに設けられている。光反射層８２は、光散乱層５０と放熱部材８０との間に設けられる。光反射層８２として、Ａｇなどの金属が用いられる。ＡｌまたはＲｈなどを用いても良い。これにより、光取り出し効率が向上する。

図１８は、第４の実施形態に係る別の光学装置を例示する模式的断面図である。
図１８に示すように、光学装置１４２においては、第１光学層１０、光散乱層５０、放熱部材８０及び光反射層８２に加えて、金属層８４がさらに設けられている。金属層８４は、光反射層８２と放熱部材８０との間に設けられている。金属層８４は、光反射層８２と放熱部材８０とに接する。金属層８４として、例えば、ＡｕＳｎなどが用いられる。金属層８４により、光反射層８２と放熱部材８０とが接合される。金属層８４により、熱の伝導性が向上する。

上記の第１〜第４の実施形態に関して説明した光学装置のいずれかと、レーザ光源７０と、を組み合わせることで、発光装置が得られる。この発光装置は、高輝度の照明光源として使用できる。レーザ光源７０から出射したレーザ光Ｌ０を、光ファイバを介して、光学装置に入射させても良い。

図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、光学装置の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、散乱層５０と、異なる種類の第１光学層と、を組み合わせた時に得られる光の特性の評価結果を例示している。この例は、ヤングの干渉実験の結果の例である。これらの図の横軸は、位置である。この例では、横軸上における１は、２．２μｍである。縦軸は、光（散乱光Ｓ０）の強度Ｉである。

図１９（ａ）に示した例では、光の強度Ｉは、大きな振幅で増減しており、干渉の程度が大きい。これに対して、図１９（ｂ）に示した例では、光の強度Ｉにおける振幅は小さく、干渉の程度ｇは小さい。図１９（ａ）に示した例において、コヒーレンス度Ｃｐは、約０．７３である。図１９（ｂ）に示した例においては、コヒーレンス度Ｃｐは、約０．０６である。コヒーレンス度Ｃｐは、干渉の程度に対応する評価値である。コヒーレンス度Ｃｐは、式１で表される。

実施形態において、第１光学層１０（または１０ｘ）に入射するレーザ光Ｌ０（すなわち、レーザ光源７０から出射する光）のコヒーレンス度Ｃｐは、０．４以上である。このとき、光学装置から得られる光（散乱光Ｓ０）のコヒーレンス度Ｃｐは、０．１以下である。

光学装置から得られる光（散乱光Ｓ０）のコヒーレンス度Ｖを低くすることで、見易い照明光が得られる。

干渉性を有する光について、ヤングの実験の光学系で測定した場合、ビジビリティ（可視度）Ｖは、以下の（１）式で表される。

Ｖ＝２・Ｃｐ・（Ｉ１・Ｉ２）^１／２／（Ｉ１＋Ｉ２） （１）

ここで、Ｉ１は、第１のスリットを通る光量であり、Ｉ２は、第２のスリットを通る光量である。第１のスリットと第２のスリットから等しい距離に光源および干渉パターンの観測点がある場合Ｖ＝Ｃｐとなるため、ビジビリティＶを測定することでコヒーレンス度が得られる。

ビジビリティＶは、以下の（２）式で表される。

Ｖ＝（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ） （２）

ここで、（２）式におけるＩ_ｍａｘ及びＩ_ｍｉｎは、干渉測定によって得られる干渉光の強度Ｉにおける、それぞれ、最高値及び最低値である。

図２０は、光学装置の特性を例示するグラフ図である。
図２０は、異なるコヒーレンス度を有する種々の光学装置の特性を例示している。この例では、種々の光学装置による照明光における「好ましさ」が評価されている。「好ましさ」は、１０段階の指標により評価されており、評価結果の平均値を好ましさ度Ｑｒとする。好ましさ度Ｑｒが高いと、照明として好ましい。図２０の横軸は、コヒーレンス度Ｃｐである。縦軸は、好ましさ度Ｑｒである。

図２０に示すように、コヒーレンス度Ｃｐが低いと好ましさ度Ｑｒが上昇する。例えば、コヒーレンス度Ｃｐが０．１８の時、好ましさ度Ｑｒは５である。

好ましさ度Ｑｒが４以下のときは、照明として好ましくない。好ましさ度Ｑｒが５以上において、実用的な照明が得られる。従って、散乱光Ｓ０（発光装置から放射される光）のコヒーレンス度Ｃｐは、０．１８以下であることが好ましい。さらに、０．１以下であることがさらに好ましい。さらに、０．０５以下であることが、さらに好ましい。

実施形態によれば、輝度を向上できる光学装置及び発光装置が提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」は、厳密な垂直だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光学層、光散乱層、放熱部材、光反射層、金属層及びレーザ光源などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した光学装置及び発光装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光学装置及び発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０ｘ…第１光学層、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…第１光学膜、１１ａ〜１１ｄ…光学膜、１２…第２光学膜、１２ａ〜１２ｄ…光学膜、２０、２０ｘ…第２光学層、２０ａ…第３面、２０ｂ…第４面、２３…第３光学膜、２４…第４光学膜、３０…第３光学層、３０ａ…第５面、３０ｂ…第６面、５０、５０ａ〜５０ｆ…光散乱層、５０ｐ…凸部、５０ｓ、５０ｒ…側面、５１、５２…第１、第２領域、５７…波長変換領域、６５…粒界、６５ｒ…粒、６６…光透過領域、６７…粒子、７０…レーザ光源、８０…放熱部材、８２…光反射層、８４…金属層、λ…波長、１１０、１１１、１２０、１３０、１４０、１４１、１４２…光学装置、２１０…発光装置、Ｌ０、Ｌ１…レーザ光、Ｒ０…反射光、Ｒｆ…反射率、Ｓ０…散乱光、ｄｐ、ｄｑ１、ｄｑ２…サイズ、ｎ１、ｎ２…第１、第２屈折率、ｎａ〜ｎｄ…屈折率ｔ１…厚さ、ｘ、ｚ…位置

Claims (7)

1. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１面に入射するレーザ光に対する前記第１面の反射率は５％以下である第１光学層と、
   前記第２面に接する光散乱層と、
   を備え、
   前記第１光学層は、前記第１面から前記第２面に向かう方向に沿って交互に並ぶ複数の第１光学膜及び複数の第２光学膜を含み、前記複数の第１光学膜のそれぞれの屈折率は、前記複数の第２光学膜のそれぞれの屈折率とは異なる、光学装置。
2. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１面に入射するレーザ光に対する前記第１面の反射率は５％以下である第１光学層と、
   前記第２面に接する光散乱層と、
   を備え、
   前記第１光学層の少なくとも一部の屈折率は、前記第１面から前記第２面に向かう方向に沿って上昇する、光学装置。
3. 前記第１面に入射する前記レーザ光の少なくとも一部の光は、前記第１光学層を通過して前記光散乱層に入射し、
   前記光散乱層は、前記光散乱層に入射した前記光を体積散乱する、請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記散乱層は、
   第１領域と、
   前記第１光学層と前記第１領域との間に設けられた第２領域と、
   を含み、
   前記第１領域に入射した前記レーザ光が散乱されて生じた第１散乱光の強度の前記第１領域に入射した前記レーザ光の強度に対する比は、
   前記第２領域に入射した前記レーザ光が散乱されて生じた第２散乱光の強度の前記第２領域に入射した前記レーザ光の強度に対する比よりも高い、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学装置。
5. 波長変換領域をさらに備え、
   前記波長変換領域と前記第１光学層との間に前記光散乱層が配置され、
   前記波長変換領域は、前記レーザ光の一部を吸収して前記レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出し、
   前記波長変換領域の体積の前記光散乱層の体積に対する比は、０．０１以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学装置と、
   前記レーザ光を前記第１面に入射させるレーザ光源と、
   を備えた、発光装置。
7. 前記レーザ光のコヒーレンス度は、０．４以上であり、
   前記光学装置から放射される光のコヒーレンス度は、０．１８以下である請求項６記載の発光装置。

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