JP4449837B2

JP4449837B2 - 発光装置

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Publication number: JP4449837B2
Application number: JP2005187233A
Authority: JP
Inventors: 博司福島; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2007005733A

Description

本発明は、光を発光するための発光装置に関するものである。

従来、この種の発光装置として、例えば、特許文献１に開示されているような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（発光装置）がある。上記従来の発光装置４は、図１４に示すように、サファイア基板（光学部品）４０と、発光部４１とを備えている。上記発光部４１は、ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層）４１０及びｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）４１１の積層からなり、サファイア基板４０と接合している。また、ｎ型ＧａＮ層４１０及びｐ型ＧａＮ層４１１のそれぞれには、電極４１２が設けられている。このような従来の発光装置４では、発光部４１から放射された光が、サファイア基板４０を透過して、外部である大気に出射する。

また、非特許文献１には、光学部品として大きな半球を用いると、光を取り出すことができる旨が記載されている。
特開平６−２９１３６８号公報（第３，４頁及び第１図）Ｗ．Ｎ．Ｃａｒｒ，「ＰＨＯＴＯＭＥＴＲＩＣＦＩＧＵＲＥＳＯＦＭＥＲＩＴＦＯＲＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＴＳＯＵＲＣＥＳＯＰＥＲＡＴＩＮＧＩＮＳＰＯＮＴＡＮＥＯＵＳＭＯＤＥ」，ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９６６，Ｖｏｌ．６ｐｐ．１−１９

しかしながら、上記従来の発光装置は、光学部品の屈折率が大気の屈折率より大きいので、光学部品と大気との界面の多くの部分において、発光部からの光が全反射を繰り返して多重反射し、上記光の取り出し効率が低下するという問題があった。ここで、光学部品を備えないで、発光部からの光を大気に直接出射させる発光装置が考えられるが、発光部の屈折率も大気の屈折率より大きいので、発光部と大気との界面で全反射を繰り返して多重反射する部分が発生し、光の取り出し効率が低下するという問題を解決することができない。また、非特許文献１のような光学部品を用いたとしても、どれくらいの大きさの半球が必要であるかが不明であり、大型になってしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる発光装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、前記発光部の前記一の面と接合する光学部品を備え、前記光学部品は、前記発光部からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面とを有し、前記出射面は、前記光学部品が前記発光部と接合した状態において前記発光部の前記一の面の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とする略楕円球面を含み、前記焦点のそれぞれと前記出射面上の点とを結ぶ２つの直線のなす角を、前記光学部品の屈折率と前記出射面外に存在する物質の屈折率との屈折率比に基づく臨界角の２倍以下とすることを特徴とする。

この構成では、光学部品において、必要最低限のサイズで、発光部からの光が全反射することを低減することができるので、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる。

請求項２に記載の発明は、一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、前記発光部の前記一の面と接合する光学部品を備え、前記光学部品は、前記発光部からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面とを有し、前記出射面は、前記光学部品が前記発光部と接合した状態において前記発光部の前記一の面の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とする略楕円球面を含み、前記焦点間の距離２Ｌ、前記光学部品の屈折率ｎ１、前記出射面外に存在する物質の屈折率ｎ２、及び前記屈折率ｎ１と前記屈折率ｎ２との屈折率比に基づく臨界角θｃにより、長径ａを、ａ≧（ｎ１／ｎ２）×Ｌとし、短径ｂを、ｂ≧（ｎ１／ｎ２）×Ｌ×ｃｏｓθｃとすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記発光部は、１乃至複数の発光素子からなり、前記１乃至複数の発光素子のそれぞれの前記一の面を平面状に配置することを特徴とする。この構成では、発光部が１乃至複数の発光素子からなる場合であっても、発光部からの光を効率よく取り出すことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明であって、前記発光部を複数連接して備えるとともに、前記発光部のそれぞれに対応する前記光学部品を、前記略楕円球面が連接するように備えることを特徴とする。この構成では、光学部品において、入射面の垂直方向の大きさを小さくすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記出射面に微小凹凸部を有することを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面でのフレネルロスを低減することができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面に、前記発光部を収納する凹部を有することを特徴とする。この構成では、発光部の側面も光学部品で覆うことができるので、発光部の側面からの光も効率よく取り出すことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記略楕円球面が、複数の平面の組み合わせにより設けられることを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面を容易に形成することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面の周縁と前記出射面の周縁との間に、前記入射面に直交する垂線に対して鋭角で外側に傾斜して設けられる側面を有することを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、全反射させて上記一の面の垂直方向に変換して取り出すことができるので、上記垂直方向の明るさを向上させることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記側面が、前記入射面に直交する垂線に対して前記臨界角以上の角度で外側に傾斜することを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、光学部品の側面でより全反射させることができるので、発光部からの光をより効率よく取り出すことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記角度が、４５度以上であることを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、光学部品の側面でさらに全反射させることができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面のうち前記発光部と接合しない部分に、前記出射面で反射した光が反射する反射部を有することを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面でフレネル反射した光を反射部で反射させて出射面から出射させることができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記発光部が、半導体であり、前記光学部品が、前記発光部の成長基板であることを特徴とする。この構成では、発光部と光学部品との界面で全反射する成分を低減することができるので、より効率よく光を取り出すことができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、半導体であることを特徴とする。この構成では、発光部が半導体である場合、発光部と光学部品との界面で全反射する成分を低減することができるので、より効率よく光を取り出すことができる。また、発光部と光学部品とを一体にして容易に形成することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、樹脂、ガラス及びサファイアガラスの少なくとも１つであることを特徴とする。この構成では、光学部品を容易に形成することができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記光学部品が、樹脂であり、ナノインプリント法により形成されるものであることを特徴とする。この構成では、光学部品を精度よく形成することができる。

本発明によれば、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１，２を用いて説明する。図１は、実施形態１の発光装置の構成を示す断面図である。図２は、実施形態１の発光部の構成を示す外観斜視図である。

先ず、実施形態１の基本的な構成について説明する。実施形態１の発光装置１は、図１に示すように、発光部２と、光学部品３とを備えている。

発光部２は、図２に示すように、略長方形状に形成され、屈折率が大気より大きい発光素子であり、上面２０側から下面２１側に向けて順にｎ型半導体層及びｐ型半導体層（図示せず）を積層している。ｎ型半導体層及びｐ型半導体層のそれぞれには、下面２１側に電極（図示せず）が設けられている。上記発光部２は、上記ｎ型半導体層とｐ型半導体層の界面から光を発生させて、上面２０から光学部品３（図１参照）に光を放射する。同時に、発光部２は、側面２２，２２，２３，２３からも、大気である外部に光を放射する。ここで、発光部２の発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは一対の端点Ａ，Ｂであって、上記端点Ａ，Ｂを結ぶ距離は２Ｌである。なお、発光部２は、略長方形状に形成されるものに限定されず、例えば略正方形状又は略円状に形成されるものであってもよい。

光学部品３は、図１に示すように、透明性を有する基板であり、入射面３０及び出射面３１を備え、入射面３０において、発光部２の上面２０と接合している。上記光学部品３は、例えばサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガラス（ＳｉＯ_２）、炭化珪素（ＳｉＣ）などの発光部２の成長基板材料により形成されるものである。このような光学部品３は、発光部２からの光が入射面３０から入射し、入射面３０から入射した光が出射面３１から大気に出射する。

上記出射面３１は、入射面３０と接合している発光部２の端点Ａ，Ｂを焦点とする略楕円球面である。上記端点Ａ，Ｂのそれぞれと出射面３１上の任意の点Ｐとを結ぶ２つの直線ＡＰ，ＢＰのなす角を角θ１とすると、法線ＰＮは、角θ１を略２等分にする。つまり、発光部２の端点Ａ，Ｂから放射された光の入射角θｉは、角θ１の２分の１になる。ここで、入射角θｉの大きさが最大となる最大入射角θｉｍａｘは、発光部２の端点Ａ，Ｂからの光が点Ｑに到達する場合である。出射面３１は、端点Ａ，Ｂのそれぞれと点Ｑとを結ぶ２つの直線ＡＱ，ＢＱのなす角θ２を臨界角θｃの２倍以下としている。上記臨界角θｃは、光学部品３（出射面３１内）の屈折率ｎ１、及び大気（出射面３１外）の屈折率ｎ２の比に基づいて決められる角度であり、θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）である。なお、光学部品３の屈折率ｎ１は、サファイアの場合では１．７６８、ガラスの場合では１．４７〜１．８である。一方、大気の屈折率ｎ２は１である。上記より、最大入射角θｉｍａｘは角θ２の２分の１であるので、最大入射角θｉｍａｘを臨界角θｃ以下にすることができる。よって、発光部２の上面２０から光学部品３に放射された全ての光の入射角を臨界角θｃ以下にすることができる。

また、出射面３１において、端点Ａ，Ｂ間の距離２Ｌ（図２参照）、屈折率ｎ１，ｎ２及び臨界角θｃにより、短径ｂは、ｂ≧Ｌ／ｔａｎθｃ＝（ｎ１／ｎ２）×Ｌ×ｃｏｓθｃとなる。さらに、出射面３１上の点Ｑと２つの端点Ａ，Ｂとの距離の和はＡＱ＋ＱＢ＝２ＡＱ＝２ａとなるので、長径ａは、ａ＝（Ｌ^２＋ｂ^２）^１／２≧Ｌ×（１＋１／ｔａｎ^２θｃ）^１／２＝（ｎ１／ｎ２）×Ｌとなる。上記より、出射面３１は、上記長径ａ及び短径ｂを有する略楕円球面となる。また、短径ｂが長径ａ以下であるので、光学部品３は、入射面３０の垂直方向の大きさを小さくすることができる。

次に、実施形態１の光学部品３が上記無機絶縁体である場合の作製方法について一例を説明する。先ず、サファイア基板に発光部２積層する。続いて、上記サファイア基板を光学部品３として略楕円球状に形成する。

続いて、実施形態１の発光装置１において発光部２から放射された光の光路について説明する。先ず、発光部２の上面２０から放射された光は、入射面３０から光学部品３に入射する。続いて、光学部品３に入射した光は、光学部品３内を透過し、入射角θｉで出射面３１に到達する。入射角θｉが臨界角θｃ以下であるので、出射面３１に到達した光のほとんどは、全反射することなく大気に出射する。上記より、発光部２の上面２０からの光に対して、全反射やフレネルロスを低減することができる。

以上、実施形態１によれば、光学部品３において、必要最低限のサイズで、発光部２からの光が全反射することを低減することができるので、小型化を図りながら、発光部２からの光を高効率で取り出すことができる。また、発光部２が半導体層であり、光学部品３が透明成長基板（ただし、光学部品３の透明成長基板と発光部２の半導体層の屈折率差が小さい場合はこの限りではない。）であるので、発光部２と光学部品３との界面で全反射する成分を低減することができ、より効率よく光を取り出すことができる。

なお、実施形態１の変形例として、光学部品の出射面から出射する光の透過率が垂直入射時（θｉ＝０）の８０〜９０％となる角度を擬似臨界角として、臨界角に代えて用いてもよい。このようにすると、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

また、出射面は、略楕円球面であることに限定されるものではなく、長径と短径とが略等しい略球面であってもよい。このようにしても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について図３，４を用いて説明する。図３は、実施形態２の発光装置の構成を示す断面図である。図４は、実施形態２の発光部の構成を示す外観斜視図である。

実施形態２の発光装置１ａは、図３に示すように、光学部品３を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ａは、実施形態１の発光部２に代えて、図４に示すような発光部２ａを備えている。発光部２ａは、複数（例えば６つ）の発光素子２４，２５，２６・・・から構成されている。複数の発光素子２４，２５，２６・・・は、それぞれ予め決められた距離だけ離隔し、それぞれの発光領域を平面状に配置して備えられている。ここで、複数の発光素子２４，２５，２６・・・の発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは、発光素子２４の端点Ｃと発光素子２５の端点Ｄであって、上記一対の端点Ｃ，Ｄを結ぶ距離は２Ｌである。なお、発光部２ａは、上記以外の点において、実施形態１の発光部２（図２参照）と同様である。

実施形態２の光学部品３の出射面３１は、図３に示すように、上記端点Ｃ，Ｄを焦点とする略楕円球面である。なお、実施形態２の光学部品３は、上記以外の点において、実施形態１の光学部品（図１参照）と同様である。

以上、実施形態２のように、発光部２ａが複数の発光素子２４，２５，２６・・・からなる場合であっても、発光部２ａからの光を効率よく取り出すことができる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、実施形態３の発光装置の全体構成を示す断面図である。図５（ｂ）は、実施形態３の発光装置の要部構成を示す断面図である。

実施形態３の発光装置１ｂは、図５（ａ）に示すように、複数の発光部２ｂ・・・を連接して備えているとともに、発光部２ｂのそれぞれに対応する複数の光学部品３ａ・・・を、略楕円球面が連接するように備えている。

各発光部２ｂは、図５（ｂ）に示すように、実施形態１の発光部２（図１参照）と同様のものである。ここで、発光部２ｂの発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは一対の端点Ｅ，Ｆである。

一方、各光学部品３ａは、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様のものである。上記各光学部品３ａの出射面３１ａは、入射面３０ａと接合している発光部２ｂの端点Ｅ，Ｆを焦点とする略楕円球面である。

以上、実施形態３によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、各発光部２ｂ毎の端点を焦点とする略楕円球面に構成されるので、各光学部品３ａにおいて、入射面３０ａの垂直方向（図５（ａ）の上下方向）の大きさを小さくすることができる。また、入射面３０ａの垂直方向において、各光学部品３ａの加工前の厚みが薄い場合でも加工することができる。さらに、大きな形状加工を行うことがないので、各光学部品３ａが半導体やサファイアである場合でも容易に加工することができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４について図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）は、実施形態４の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態４の発光装置１ｃは、図６（ａ）に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｃは、実施形態１の光学部品３に代えて、図６（ａ）に示すような光学部品３ｂを備えている。光学部品３ｂの出射面３１ｂは、略楕円球面（図６（ａ）の点線）に複数の微小凹凸部３１０・・・を、発光部２から放射された光の波長の約４分の１以下の間隔で有しているものである。なお、光学部品３ｂは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

以上、実施形態４によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品３ｂの出射面３１ｂでのフレネルロスを低減することができるので、発光部２からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

なお、実施形態４の変形例として、図６（ｂ）に示すように、複数の発光部２ｂ・・・を連接して備えているとともに、発光部２ｂのそれぞれに対応する複数の光学部品３ｃ・・・を、出射面３１ｃが連接するように備えている発光装置１ｄにおいて、各光学部品３ｃの出射面３１ｃが、略楕円球面（図６（ｂ）の点線）に複数の微小凹凸部３１０ａ・・・を、発光部２ｂから放射された光の波長の約４分の１以下の間隔で有しているものであってもよい。このような構成であっても、実施形態４と同様の効果を得ることができる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５について説明する。

実施形態５の発光装置は、実施形態４の発光装置１ｃ（図６（ａ）参照）と同様の構成である。実施形態５の光学部品は、例えばＰＭＭＡ、メタクリル樹脂などの樹脂を用いてナノインプリント法により形成されるものである。ナノインプリント法とは、ナノレベルの微小凹凸がある型（モールド）を樹脂にプレスすることにより、型の形状を樹脂に転写する方法である。実施形態５において、上記型（図示せず）は、樹脂との接触面を、複数の微小凹凸部が形成される略楕円球面にしている。

次に、実施形態５の光学部品において、熱ナノインプリント法による形成方法について説明する。先ず、樹脂及び型（図示せず）を、樹脂のガラス転移温度以上に加熱して、上記樹脂を軟化させる。続いて、型を樹脂に接触させて高圧力で一定時間プレスする。最後に、樹脂及び型を上記ガラス転移温度以下に冷却し、樹脂が固まった後に、上記型を樹脂から離脱させる。上記のようにして、出射面に微小凹凸部を有する光学部品を形成することができる。なお、光学部品を熱ナノインプリント法により形成することに限定されず、ＵＶ−ナノインプリント法又は室温ナノインプリント法により形成してもよい。

以上、実施形態５によれば、実施形態４と同様の効果を得ることができるとともに、ナノインプリント法により、光学部品を精度よく形成することができる。

なお、実施形態５の変形例として、実施形態５の光学部品の形状に限定されるものでなく、他の実施形態における光学部品の形状であってもよい。このような光学部品の形状であっても、実施形態５と同様に、光学部品を精度よく形成することができる。

（実施形態６）
本発明の実施形態６について図７を用いて説明する。図７は、実施形態６の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態６の発光装置１ｅは、図７に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｅは、実施形態１の光学部品３に代えて、図７に示すような光学部品３ｄを備えている。光学部品３ｄは、入射面３０ｄの垂直方向の長さが、実施形態１の光学部品３（図１参照）より発光部２の厚みｄだけ長くなっている。上記光学部品３ｄは、入射面３０ｄの中央付近に、発光部２の厚みｄと同じ深さの凹部３００を有している。上記凹部３００には、発光部２が収納されている。なお、光学部品３ｄは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

次に、実施形態６の発光装置１ｅにおいて発光部２から放射された光の光路について説明する。発光部２の上面２０から放射された光は、実施形態１と同様の光路である。また、発光部２の側面２２，２２，２３から放射された光も、光学部品３ｄ内を透過し、出射面３１ｄから大気に出射する。上記より、発光部２の側面２２，２２，２３からの光に対しても、全反射やフレネルロスを低減することができる。

以上、実施形態６によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、発光部２の側面２２，２２，２３も光学部品３で覆うことができるので、発光部２の側面２２，２２，２３からの光も効率よく取り出すことができる。

（実施形態７）
本発明の実施形態７について図８を用いて説明する。図８は、実施形態７の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態７の発光装置１ｆは、図８に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｆは、実施形態１の光学部品３に代えて、図８に示すような光学部品３ｅを備えている。光学部品３ｅの出射面３１ｅは、略楕円球面を、複数の平面３１１・・・の組み合わせにより多角形に近似して設けられているものである。なお、光学部品３ｅは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

以上、実施形態７によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品３ｅの出射面３１ｅを容易に形成することができる。

（実施形態８）
本発明の実施形態８について図９（ａ）を用いて説明する。図９（ａ）は、実施形態８の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態８の発光装置１ｇは、図９（ａ）に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｇは、実施形態１の光学部品３に代えて、図９（ａ）に示すような光学部品３ｆを備えている。光学部品３ｆは、入射面３０ｆの周縁３０１，３０１から、入射面３０ｆの垂直方向において外側（図９（ａ）の左右方向）に傾斜して延設される側面３２，３２を有している。また、光学部品３ｆの出射面３１ｆは、略楕円球面３１２の周囲に、側面３２，３２から延設される平行面３１３，３１３を含んでいる。平行面３１３，３１３は、入射面３０ｆと平行である。なお、実施形態８の光学部品３ｆは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

次に、実施形態８の発光装置１ｇにおいて発光部２から放射された光の光路について説明する。先ず、発光部２の上面２０から放射された光は、入射面３０ｆから光学部品３に入射する。続いて、光学部品３に入射した光は、光学部品３内を透過し、出射面３１ｆ又は側面３２，３２に到達する。側面３２，３２に到達した光は、全反射し、入射面３０ｆの略平行方向（図９（ａ）の左右方向）から略垂直方向（図９（ａ）の上下方向）に方向が変換される。方向が変換された光は、出射面３１ｆの平行面３１３，３１３から大気に出射する。上記より、発光部２の上面２０と略平行方向の光を側面３２，３２で全反射させて上面２０の略垂直方向に方向を変換することができる。なお、出射面３１ｆに到達した光は、実施形態１と同様に、大気に出射する。

以上、実施形態８によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、発光部２の上面２０と略平行方向（図９（ａ）の左右方向）の光を、全反射させて上面２０の略垂直方向（図９（ａ）の上下方向）に変換して取り出すことができるので、垂直方向の明るさを向上させることができる。

なお、実施形態８の変形例として、図９（ｂ）に示すような光学部品３ｇを備える発光装置１ｈにしてもよい。このようにしても実施形態８と同様の効果を得ることができる。

（実施形態９）
本発明の実施形態９について図１０を用いて説明する。図１０は、実施形態９の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態９の発光装置１ｉは、図１０に示すように、発光部２を、実施形態８の発光装置１ｇ（図９（ａ）参照）と同様に備えているが、実施形態８の発光装置１ｇにはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｉは、実施形態８の光学部品３ｆに代えて、図１０に示すような光学部品３ｈを備えている。光学部品３ｈの側面３２ａは、入射面３０ｈに直交する垂線（図１０の点線）に対して、臨界角θｃ以上の大きさである角θ３で外側に傾斜している。上記角θ３は、４５度以上の大きさであることが好ましい。発光部２の端点Ａから放射された光の光路と側面３２ａとがなす角θ４は、（π／２−θｃ）以上になる。なお、光学部品３ｈは、上記以外の点において、実施形態８の光学部品３ｆ（図９（ａ）参照）と同様である。

以上、実施形態９によれば、発光部２の上面２０と略平行方向の光を、光学部品３ｈの側面３２ａでさらに全反射させることができるので、発光部２からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

（実施形態１０）
本発明の実施形態１０について図１１（ａ）を用いて説明する。図１１（ａ）は、実施形態１０の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態１０の発光装置１ｊは、図１１（ａ）に示すように、発光部２を、実施形態８の発光装置１ｇ（図９（ａ）参照）と同様に備えているが、実施形態８の発光装置１ｇにはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｊは、実施形態８の光学部品３ｆに代えて、図１１（ａ）に示すような光学部品３ｉを備えている。光学部品３ｉの側面３２ａは、入射面３０ｉに直交する垂線（図１０の点線）に対して、４５度以上の大きさである角θ３で外側に傾斜している。また、光学部品３ｉの出射面３１ｉは、略楕円球面３１２の周囲に、側面３２ｂ，３２ｂから延設される平面３１４，３１４を含んでいる。平面３１４，３１４は、略楕円球面３１２との境界点Ｍにおいて、略楕円球面３１２の接線方向に設けられている。なお、光学部品３ｉは、上記以外の点において、実施形態８の光学部品３ｆ（図９（ａ）参照）と同様である。

以上、実施形態１０によれば、発光部２の上面２０と略平行方向の光を、光学部品３ｉの側面３２ｂでさらに全反射させることができるので、実施形態８と同程度に発光部２からの光の取り出し効率を得ることができるとともに、平面３１４，３１４により、実施形態８の平行面３１３，３１３（図９（ａ）参照）で起こる下方への全反射成分を低減することができるので、より上方光束を向上することができる。

なお、実施形態１０の変形例として、角θ３を制御するのではなく、角θ５を制御してもよい。このようにしても、実施形態１０と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態１０の他の変形例として、図１１（ｂ）に示すような発光装置１ｍにしてもよい。発光装置１ｍの光学部品３ｌは、入射面３０ｌの中央付近に、発光部２の厚みｄと同じ深さの凹部３００を有している。このような構成にしても、実施形態１０と同様の効果を得ることができる。

（実施形態１１）
本発明の実施形態１１について図１２を用いて説明する。図１２は、実施形態１１の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態１１の発光装置１ｋは、図１２に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｋは、実施形態１の光学部品３に代えて、図１２に示すような光学部品３１ｊを備えている。光学部品３ｊは、入射面３０ｊのうち発光部２と接合しない部分３０３，３０３に反射部３３，３３を有している。反射部３３は、例えば金などが、蒸着などにより形成されているものであり、高反射率を有し、出射面３１ｊでフレネル反射した光が反射する。なお、実施形態１１の光学部品３ｊは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

以上、実施形態１１によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品３ｊの出射面３１ｊでフレネル反射した光を反射部３３で反射させて出射面３１ｊから出射させることができるので、発光部２からの光をさらに効率よく取り出すことができる。

（実施形態１２）
本発明の実施形態１２について図１３を用いて説明する。図１３は、実施形態１２の発光装置の構成を示す断面図である。

実施形態１２の発光装置１ｌは、図１３に示すように、発光部２を、実施形態１の発光装置１（図１参照）と同様に備えているが、実施形態１の発光装置１にはない以下に記載の特徴部分がある。

発光装置１ｌは、実施形態１の光学部品３に代えて、図１３に示すような光学部品３ｋを備えている。光学部品３ｋの入射面３０ｋは、発光部２と同じ大きさである。また、光学部品３ｋの出射面３１ｋは、略楕円球面３１５及び平面３１６を含んでいる。上記光学部品３ｋは、略直方体状に形成されたもの（図１３の点線参照）から、発光部２の端点Ａ，Ｂから出射面３１ｋに放射された光の入射角θｉが臨界角θｃを超える部分のみを、表面が略楕円球面３１５になるように削り取っている。一方、入射角θｉが臨界角θｃ以下の部分を平面３１６としている。上記より、略楕円球面３１５と平面３１６との境界において、入射角θｉは臨界角θｃと等しくなる。なお、光学部品３ｋは、上記以外の点において、実施形態１の光学部品３（図１参照）と同様である。

以上、実施形態１２によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品３ｋの加工を少なくすることができるので、容易に形成することができる。また、光学部品３ｋの左右方向の幅を発光部２と等しくすることができるので、小型化をさらに図ることができる。

（実施形態１３）
本発明の実施形態１３について説明する。

実施形態１３の発光装置１は、図１に示すように、発光部２と、光学部品３とを、実施形態１の発光装置と同様に備えているが、実施形態１の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。

実施形態１３の発光装置１において、光学部品３は、例えばＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＣなど、発光部２と同じ半導体により形成されるものである。光学部品３の屈折率ｎ１は、ＧａＮの場合では２．５、ＧａＡｓの場合では３．３〜３．８、ＧａＰの場合では３．３１、ＳｉＣの場合では２．７〜４．１である。なお、実施形態１３の光学部品３は、上記以外の点において、実施形態１の光学部品と同様である。

次に、実施形態１３の光学部品３の作製方法について一例を説明する。先ず、サファイア基板に、光学部品３に相当する半導体層、及び発光部２に相当する半導体層を順に積層する。続いて、上記半導体層をサファイア基板から剥離する。最後に、光学部品３に相当する半導体層を加工して、略楕円球面の出射面３１を形成する。

以上、実施形態１３によれば、発光部２と光学部品３とがともに半導体層であるので、発光部２と光学部品３との界面で全反射する成分を低減することができ、より効率よく光を取り出すことができる。また、発光部２と光学部品３とを一体にして容易に形成することができる。

（実施形態１４）
本発明の実施形態１４について説明する。

実施形態１４の発光装置１は、図１に示すように、発光部２と、光学部品３とを、実施形態１の発光装置と同様に備えているが、実施形態１の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。

実施形態１４の発光装置１において、光学部品３は、基部（図示せず）と、基部の周囲に設けられる周囲部（図示せず）とを備える。基部は、例えば、サファイア、ガラスなどの発光部２の成長基板、又はＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＣなどの半導体などである。一方、周囲部は、例えば樹脂、ガラスなどであり、光学部品３の出射面３１を略楕円球面にする。なお、実施形態１４の光学部品３は、上記以外の点において、実施形態１の光学部品と同様である。

次に、実施形態１４の光学部品３の作製方法について一例を説明する。先ず、上記サファイア又は半導体の基部（図示せず）に発光部２を積層する。続いて、上記基部に周囲部（図示せず）として樹脂を設け、上記樹脂により略楕円球面の出射面３１を形成する。

以上、実施形態１４によれば、光学部品３において、成長基板や半導体などの基部（図示せず）に加工を施すことができない場合であっても、樹脂、ガラスなどの周囲部（図示せず）により略楕円球面の出射面を形成することができるので、実施形態１と同様に効率よく光を取り出すことができる。

（実施形態１５）
本発明の実施形態１５について説明する。

実施形態１５の発光装置１は、図１に示すように、発光部２と、光学部品３とを、実施形態１の発光装置と同様に備えているが、実施形態１の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。

実施形態１５の発光装置１において、発光部２は、成長基板上に積層された半導体であり、光学部品３は、樹脂、ガラス又はサファイアガラスなどの高屈折率材料（屈折率ｎ＝１．５〜１．８程度）であり、発光部２の形成後に、設けられるものである。なお、実施形態１５の光学部品３は、上記材料に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択されるものであってよい。また、実施形態１５の光学部品３は、上記以外の点において、実施形態１の光学部品と同様である。

以上、実施形態１５によれば、光学部品３を容易に形成することができる。

なお、実施形態１〜４，６〜１２，１４，１５のいずれかの変形例として、発光部が、有機ＥＬであってもよい。このような構成にしても、実施形態１〜４，６〜１２，１４，１５のいずれかと同様の効果を得ることができる。

本発明による実施形態１，１３〜１５の発光装置の構成を示す断面図である。同上の発光部の構成を示す外観斜視図である。本発明による実施形態２の発光装置の構成を示す断面図である。同上の発光部の構成を示す外観斜視図である。本発明による実施形態３の発光装置であって、（ａ）は全体構成を示す断面図、（ｂ）は要部構成を示す断面図である。本発明による実施形態４の発光装置であって、（ａ）は一例の構成を示す断面図、（ｂ）は他の例の構成を示す断面図である。本発明による実施形態６の発光装置の構成を示す断面図である。本発明による実施形態７の発光装置の構成を示す断面図である。本発明による実施形態８の発光装置であって、（ａ）は一例の構成を示す断面図、（ｂ）は他の例の構成を示す断面図である。本発明による実施形態９の発光装置の構成を示す断面図である。本発明による実施形態１０の発光装置であって、（ａ）は一例の構成を示す断面図、（ｂ）は他の例を示す断面図である。本発明による実施形態１１の発光装置の構成を示す断面図である。本発明による実施形態１２の発光装置の構成を示す断面図である。従来の発光装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

２発光部
２０上面
３光学部品
３０入射面
３１出射面
Ａ，Ｂ端点
θ２角
θｉ入射角
θｉｍａｘ最大入射角

Claims

一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、
前記発光部の前記一の面と接合する光学部品を備え、
前記光学部品は、前記発光部からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面とを有し、
前記出射面は、前記光学部品が前記発光部と接合した状態において前記発光部の前記一の面の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とする略楕円球面を含み、前記焦点のそれぞれと前記出射面上の点とを結ぶ２つの直線のなす角を、前記光学部品の屈折率と前記出射面外に存在する物質の屈折率との屈折率比に基づく臨界角の２倍以下とする
ことを特徴とする発光装置。
一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、
前記発光部の前記一の面と接合する光学部品を備え、
前記光学部品は、前記発光部からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面とを有し、
前記出射面は、前記光学部品が前記発光部と接合した状態において前記発光部の前記一の面の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とする略楕円球面を含み、前記焦点間の距離２Ｌ、前記光学部品の屈折率ｎ１、前記出射面外に存在する物質の屈折率ｎ２、及び前記屈折率ｎ１と前記屈折率ｎ２との屈折率比に基づく臨界角θｃにより、長径ａを、ａ≧（ｎ１／ｎ２）×Ｌとし、短径ｂを、ｂ≧（ｎ１／ｎ２）×Ｌ×ｃｏｓθｃとする
ことを特徴とする発光装置。
前記発光部は、１乃至複数の発光素子からなり、前記１乃至複数の発光素子のそれぞれの前記一の面を平面状に配置することを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
前記発光部を複数連接して備えるとともに、
前記発光部のそれぞれに対応する前記光学部品を、前記略楕円球面が連接するように備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、前記出射面に微小凹凸部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、前記入射面に、前記発光部を収納する凹部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の発光装置。
前記略楕円球面が、複数の平面の組み合わせにより設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、前記入射面の周縁と前記出射面の周縁との間に、前記入射面に直交する垂線に対して鋭角で外側に傾斜して設けられる側面を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の発光装置。
前記側面が、前記入射面に直交する垂線に対して前記臨界角以上の角度で外側に傾斜することを特徴とする請求項８記載の発光装置。
前記角度が、４５度以上であることを特徴とする請求項９記載の発光装置。
前記光学部品が、前記入射面のうち前記発光部と接合しない部分に、前記出射面で反射した光が反射する反射部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の発光装置。
前記発光部が、半導体であり、
前記光学部品が、前記発光部の成長基板である
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、半導体であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、樹脂、ガラス及びサファイアガラスの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか記載の発光装置。
前記光学部品が、樹脂であり、ナノインプリント法により形成されるものであることを特徴とする請求項１４記載の発光装置。