JP5357537B2

JP5357537B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5357537B2
Application number: JP2008334886A
Authority: JP
Inventors: 健一郎田中; 和幸山江; 憲明宮永; 孝治椿本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010157422A

Description

本発明は、互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子を利用した照明装置に関するものである。

従来から、互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子として赤色光（Ｒ）を放射するＬＥＤチップ、緑色光（Ｇ）を放射するＬＥＤチップ、および青色光（Ｂ）を放射するＬＥＤチップを有する発光部と、発光部から放射された光の配光を制御するガラス製の配光レンズとを備えた照明装置が提案されている。

しかしながら、この種の照明装置では、主波長の異なる光Ｒ，Ｇ，Ｂに対して媒質の屈折率が異なるので、図８に示すようにガラス中で同じ光路を辿った光Ｒ，Ｇ，Ｂでもスネルの法則に従って空気中への屈折方向が分かれてしまう。ここにおいて、ガラスと空気との界面にガラス側から光Ｒ，Ｇ，Ｂが同じ光路で入射する場合の入射角をθ、屈折角をθ_Ｒ，θ_Ｇ，θ_Ｂ、ガラスにおける光Ｒ，Ｂそれぞれの屈折率をｎ_Ｒ，ｎ_Ｂとすると、スネルの法則により、sinθ_Ｂ＝ｎ_Ｂsinθの関係、並びに、sinθ_Ｒ＝ｎ_Ｒsinθの関係が成り立ち、ガラスでは、ｎ_Ｂ＞ｎ_Ｒであるから、θ_Ｂ＞θ_Ｒとなる。したがって、配光レンズを用いて発光部からの光を集光すると、色収差が発生し、光軸上から見た際に、図９に示すように赤色領域イと緑色領域ロと青色領域ハとの全てが重なる領域（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）と２つが重なる領域（Ｒ＋Ｇ，Ｇ＋Ｂ）と重ならない領域（Ｒ、Ｇ）とが存在し、色むらが見られる。

ところで、照明系の光学設計では、光線追跡法を用いた幾何学光学設計を行っているのが一般的であるが、幾何学光学設計では、屈折率が変化する界面での屈折により光の進行方向を制御することを前提としており、配光レンズの厚み寸法を大きくする必要があり、光の進行方向の制御範囲には限界がある。

これに対して、従来から、ガラス基板からなる透明基板と、当該透明基板の一表面側に形成され互いに主波長の異なる複数の発光素子部（有機ＥＬ部）とを備え、各発光素子部それぞれと透明基板との間それぞれに回折光学素子を設けることにより、各発光素子部から放射される光の指向性を高め、光取り出し効率を向上させるようにした照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−６３８３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された照明装置では、主波長の異なる複数の発光素子部を備えている場合、色収差が生じて被照射面に色むらが発生するので、白色の照明用途には適していなかった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、被照射面における色むらを小さくできる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子を有する発光部と、前記発光部から放射された光の配光を制御する配光レンズとを備えた照明装置であって、各前記発光素子それぞれの光取り出し面に形成され回折により光の進行方向を変える第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられ回折により光の進行方向を変える第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してなることを特徴とする。

この発明によれば、各前記発光素子それぞれの光取り出し面に設けられた第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられた第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してあるので、被照射面における色むらの発生を抑制することができる。

本願の別の第１の発明は、互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子を有する発光部と、前記発光部から放射された光の配光を制御する配光レンズとを備えた照明装置であって、各前記発光素子それぞれの光取り出し面側に設けられ回折により光の進行方向を変える第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられ回折により光の進行方向を変える第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してなり、前記第１の回折光学素子は、前記発光素子の前記光取り出し面側の最表層の材料と同じ屈折率の材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、各前記発光素子それぞれの光取り出し面側に設けられた第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられた第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してあるので、被照射面における色むらの発生を抑制することができる。また、この発明によれば、前記発光素子と前記第１の回折光学素子との屈折率差に起因したフレネル損失の発生を防止でき、光取り出し効率向上を図れる。

本願の別の第２の発明は、互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子を有する発光部と、前記発光部から放射された光の配光を制御する配光レンズとを備えた照明装置であって、各前記発光素子それぞれの光取り出し面側に設けられ回折により光の進行方向を変える第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられ回折により光の進行方向を変える第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してなり、前記第１の回折光学素子は、前記発光素子の前記光取り出し面側に直接形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、各前記発光素子それぞれの光取り出し面側に設けられた第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられた第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してあるので、被照射面における色むらの発生を抑制することができる。また、この発明によれば、前記第１の回折光学素子の薄型化を図れ、また、前記第１の回折光学素子を前記発光素子ごとに準備して前記発光素子に固着する必要がないので、製造工程の簡略化および低コスト化を図れる。

請求項１の発明では、被照射面における色むらを小さくできるという効果がある。

以下、本実施形態の照明装置について図１を参照しながら説明する。

本実施形態の照明装置は、互いに主波長の異なる光を放射する複数種（ここでは、３種類）の発光素子２１（２１ａ），２１（２１ｂ），２１（２１ｃ）を有する発光部２０Ａと、発光部２０Ａから放射された光の配光を制御する配光レンズ４０とを備えている。ここにおいて、発光部２０Ａは、発光素子２１（２１ａ）として主波長が６５０ｎｍで発光色が赤色のＬＥＤチップ（赤色ＬＥＤチップ）を用い、発光素子２１（２１ｂ）として主波長が５５０ｎｍで発光色が緑色のＬＥＤチップ（緑色ＬＥＤチップ）を用い、発光素子２１（２１ｃ）として主波長が４５０ｎｍで発光色が青色のＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）を用いている。なお、発光素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、ＬＥＤチップに限らず、有機ＥＬチップを採用してもよい。

また、発光部２０Ａは、各発光素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃそれぞれの光取り出し面側（ここでは、光取り出し面上）に回折（回折現象）により光の進行方向を変える第１の回折光学素子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）３１（３１ａ），３１（３１ｂ），３１（３１ｃ）が設けられている。ここで、第１の回折光学素子３１は、発光素子２１と略同じチップサイズであり、発光素子２１側とは反対側の一面に多数の凹部３２を設けることにより形成されている。また、第１の回折光学素子３１の材料としては、ガラス系材料（例えば、溶融石英、硼珪酸ガラスなど）を採用している。

ここにおいて、発光部２０Ａの複数種の発光素子２１ａ〜２１ｃは、実装基板２４の一表面側において横一列に等間隔で実装されており、実装基板２４には、各発光素子２１ａ〜２１ｃへの給電用の導体パターン（図示せず）が形成されている。また、発光部２０Ａは、実装基板２４の上記一表面側において各発光素子２１ａ〜２１ｃおよび各回折光学素子３１ａ〜３１ｃを封止した透光性封止材（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなど）からなる凸レンズ状の封止部２５を備えており、赤色光と緑色光と青色光との混色光として白色光を得ることができる。ここで、封止部２５を備えていることにより、各ＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｃの耐久性を高めることができるとともに、光取り出し効率を高めることができる。

また、上述の配光レンズ４０は、発光部２０Ａを収納する凹所４１を有して発光部２０に光軸が一致する形で配置される。ここで、配光レンズ４０は、例えば、実装基板２４に対して接着剤などを用いて適宜固着してもよいし、実装基板２４に適宜設けた保持枠などの保持手段により保持するようにしてもよい。なお、本実施形態では、実装基板２４と発光部２０ＡとでＬＥＤモジュール２０を構成しているが、本実施形態の照明装置を照明器具に適用する場合には、例えば、１枚の実装基板２４に対して複数の発光部２０Ａを設けてＬＥＤモジュール２０を構成し、当該ＬＥＤモジュール２０を器具本体に収納するとともに、各発光部２０Ａそれぞれに対応する各部位ごとに配光レンズ４０を有するレンズブロックを実装基板２４あるいは器具本体などに保持させるようにすればよい。

配光レンズ４０は、凹所４１の内底面４１ａと内側面４１ｂとにより光入射面４０ａが構成され、凹所４１の内底面４１ａから入射した光を当該配光レンズ４０の光出射面側（図１（ａ）における上面側）に直接導く機能と、凹所４１の内側面４１ｂから入射した光を外側面４２で反射して上記光出射面側に導く機能とを有するように形状を設計してある。ここで、配光レンズ４０は、実装基板２４から離れるにつれて外径が徐々に大きくなる形状に形成されており、発光部２０Ａの中心に光軸が一致する形では位置される。また、配光レンズ４０の凹所４１は、開口形状が円形状であり、凹所４１の内底面４１ａが発光部２０Ａ側に凸となる凸曲面となっている。なお、図１（ａ）中の実線で示した矢印「イ」は同図中の右側の発光素子（ここでは、赤色ＬＥＤチップ）２１ａから放射された光の進行経路を示し、破線で示した矢印「ロ」は同図中の中央の発光素子（ここでは、緑色ＬＥＤチップ）２１ｂから放射された光の進行経路を示し、二点鎖線で示した矢印「ハ」は同図中の左側の発光素子（ここでは、青色ＬＥＤチップ）２１ｃから放射された光の進行経路を示している。

また、本実施形態の照明装置は、配光レンズ４０の光出射面側に設けられ回折により光の進行方向を変える第２の回折光学素子５０を有している。第２の回折光学素子５０は、配光レンズ４０の光出射面側に多数の凹部５１を設けることにより配光レンズ４０に直接形成されている。配光レンズ４０の材料としては、例えば、ガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂などを採用すればよい。

ところで、本実施形態の照明装置は、上述のように発光部２０Ａにおいて各発光素子２１それぞれの光取り出し面側に設けられた第１の回折光学素子３１と、配光レンズ４０の光出射面側に設けられた第２の回折光学素子５０とを有しており、第１の回折光学素子３１と第２の回折光学素子５０とを色収差を除去する形状に形成してある。

複数の回折光学素子を重ね合わせて用い、光の波動性を利用して色消し（光の波長依存性による色収差を打ち消す）効果を得るための回折光学素子の形状の設計方法は、参考文献１〔Yoel Arieli,et al、「Design of diffractiveoptical elements for multiple wavelength」，APPLIED OPTICS，Vol.37，No.26，1998，p.6174-6177〕に記載されている。ここで、参考文献１には、一例として、図２に示すように２つの回折光学素子３１，５０を重ね合わせて用いる場合（図２には各回折光学素子３１，５０それぞれについて１ピクセルのみ図示してある）、第１の回折光学素子３１に関して、主波長がλ_１，λ_２それぞれの光に対する屈折率をそれぞれｎ_１（λ_１），ｎ_２（λ_２）とし、第２の回折光学素子５０に関して、主波長がλ_１，λ_２それぞれの光に対する屈折率をそれぞれｎ_１（λ_１），ｎ_２（λ_２）とし、第１の回折光学素子３１と第２の回折光学素子５０との間に介在する媒質に関して主波長がλ_１，λ_２それぞれの光に対する屈折率をそれぞれｎ_ｇ（λ_１），ｎ_ｇ（λ_２）とし、波長λ_１，λ_２それぞれの光が第１の回折光学素子３１と第２の回折光学素子５０とを伝搬することによる位相遅延をそれぞれφ_１，φ_２、任意の整数をｍ_１，ｍ_２、第１の回折光学素子３１および第２の回折光学素子５０それぞれの凹部３２，５１の深さをｄ_１、ｄ_２とすると、光の波動性を利用して色消し効果を得る（光の波長依存性による色収差を打ち消す）には、凹部３２，５１の深さｄ_１，ｄ_２を下記の数式に基づいて設定すればよいことが記載されている。

ここにおいて、参考文献１には、主波長が３つ以上の場合、回折光学素子が３つ以上の場合についての各回折光学素子の設計方法についても記載されているので、参考文献１に開示された数式をベースとして市販の光学シミュレーションソフト、例えば、汎用の反復フーリエ変換アルゴリズム（Iterative Fourier Transform Algorithm：ＩＦＴＡ）法を用いた電磁光学解析ソフトを利用して数値計算を行うことにより、各回折光学素子３１，５０の凹部３２，５１の深さｄ_１，ｄ_２を決定することができる。また、１ピクセル当たりの横方向の長さの設計指針に関して、凹部３２，５１の横方向のサイズは、１ピクセルの周期をΛ、レベル（階段の階調数）をＮ、光の主波長をλ、１次回折光の回折角度をθ_１とすれば、Λ／Ｎ＝λsinθ_１となるので、各凹部３２，５１の横方向のサイズは、発光素子２１ａ〜２１ｃの主波長に応じて設計すればよい。なお、汎用のＩＦＴＡ法を用いたソフトで設計する場合には、階調数Ｎ、θ_１、λを入力することにより、Λが自動的に算出される。さらに、説明すれば、（１）フィールド設定、（２）入力光源、理想出力などの決定、（３）シミュレーションソフトによる計算、を行う。ここにおいて、（１）フィールド設定では、光源である各発光素子２１ａ〜２１ｃから第１の回折光学素子３１ａ〜３１ｃまでの距離、各発光素子２１ａ〜２１ｃから第２の回折光学素子５０までの距離、サンプリング周期（Λと連動）を上記シミュレーションソフトを搭載したコンピュータに接続されたキーボードやマウスなどの入力装置により入力し、（２）入力光源、理想出力などの決定では、光源である各発光素子２１ａ〜２１ｃの発光波長、各発光素子２１ａ〜２１ｃの位置、各発光素子２１ａ〜２１ｃの光強度（位相）分布、第１の回折光学素子３１ａ〜３１ｃおよび第２の回折光学素子５０それぞれについての大きさ（多数の凹部３２，５１が形成されている領域の大きさ）、階調数Ｎ、材料（屈折率）、出力サイズ（照射エリアのサイズ）、出力位置（照射エリアの位置）、色収差のない出力強度（位相）分布などを上記入力装置により入力し、電磁光学解析ソフトでシミュレーションを実施することにより、ＩＴＦＡ法に基づく最適化が行われ、回折効率が高く出力の再現性が最も高い各回折光学素子３１ａ〜３１ｃ，５０の凹部３２，５１の形状（凹部３２，５１の深さ方向の分布）が自動的に算出され、各回折光学素子３１ａ〜３１ｃ，５０の深さプロファイル、回折効率、照射エリアの色分布が得られる。

以上説明した本実施形態の照明装置によれば、発光部２０Ａにおいて各発光素子２１ａ〜２１ｃそれぞれの光取り出し面側に設けられた第１の回折光学素子３１ａ〜３１ｃと、配光レンズ４０の光出射面側に設けられた第２の回折光学素子５０とを有し、第１の回折光学素子３１ａ〜３１ｃと第２の回折光学素子５０とを色収差を除去する形状に形成してあるので、混色性が向上し、被照射面における色むらの発生を抑制することができる（空間的な色度のずれを小さくすることができる）。なお、本実施形態では、配光レンズ４０の光出射面側に第２の回折光学素子５０を設けてあるが、配光レンズ４０に設ける第２の回折光学素子５０は、配光レンズ４０の光入射面側に設けてもよく、光出射面側と光入射面側との少なくとも一方側に設けてあればよい。

ところで、発光素子２１における第１の回折光学素子３１に接する最表層の材料の屈折率をｎ_０、第１の回折光学素子３１の屈折率をｎ_１とした場合、ｎ_０＞ｎ_１であると、発光素子２１側から当該発光素子２１と第１の回折光学素子３１との界面へ光が入射したときにフレネル反射が生じ、フレネル反射による反射率をＲ_０１（％）すると、反射率Ｒ_０１（％）は下記の数式で求められる。

要するに、発光素子２１で発光した光のうち少なくともＲ_０１（％）の光は発光素子２１側に戻るため、発光素子２１の裏面で再び反射された後に取り出されたとしても損失が発生する。そこで、上述の反射率Ｒ_０１（％）を小さくするために、第１の回折光学素子３１の材料の屈折率ｎ_１を発光素子２１の上記最表層の材料の屈折率ｎ_０に近づける（つまり、屈折率差を小さくする）のが望ましい。

ここにおいて、発光素子２１としてＬＥＤチップを用いる場合、発光素子２１の上記最表層の材料としては、例えば、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＡｓなどが挙げられ、波長が５５０ｎｍの光に対する屈折率は、それぞれ、２．４５、１．７７、２．６３、２．０５、３．６２である。これに対して、第１の回折光学素子３１の材料としては、例えば、硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、溶融石英、シリコーン樹脂、ポリカーボネイト、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などが挙げられ、波長が５５０ｎｍの光に対する屈折率は、それぞれ、１．５２、１．４６、１．６１、１．５０である。

なお、発光素子２１の光取り出し面に第１の回折光学素子３１を形成していない場合には、図３（ａ）中に矢印で示すように発光素子２１と空気との界面での全反射される光が多くなり、反射回数が多い光ほど発光素子２１の内部で吸収される確率が大きくなる。これに対して、発光素子２１の光取り出し面に第１の回折光学素子３１を形成している場合には、図３（ｂ）中に矢印で示すように全反射による光取り出し損失を低減することができる。

ところで、図４に示すように、第１の回折光学素子３１を発光素子２１に直接形成すれば、第１の回折光学素子３１の材料の屈折率ｎ_１と発光素子２１の上記最表層の材料の屈折率ｎ_０とが同じになり、フレネル損失および全反射損失の発生を防止することができる。また、発光素子２１とは別に第１の回折光学素子３１を準備して発光素子２１に固着する必要もなくなり、第１の回折光学素子３１の薄型化を図れる。また、第１の回折光学素子３１ａ〜３１ｃを互いに主波長の異なる発光素子２１ａ〜２１ｃごとに準備して発光素子２１ａ〜２１ｃに固着する必要がないので、製造工程の簡略化および低コスト化を図れる。

なお、図４に示した発光素子２１は、結晶成長用基板などからなるベース基板２１１の一表面側にｎ形半導体層２１２と発光層２１３とｐ形半導体層２１４との積層構造を有するＬＥＤチップであり、発光層２１３にて発光する光に対して透明なベース基板２１１の他表面側を光取り出し面側とするようにｎ形半導体層２１２およびｐ形半導体層２１４それぞれがバンプ２２２，２２４を介して実装基板２４に接合されており（要するに、実装基板２４にフリップチップ実装されており）、ベース基板２１１の他表面に多数の凹部３２を形成することで第１の回折光学素子３１を直接形成してある。なお、凹部３２の深さは上述の数値計算によって求めればよい。

また、第１の回折光学素子３１を図５に示すような断面鋸歯状の回折光学素子として１６レベルの階段構造とすることで１次の回折効率を高めることが考えられ、このような１６レベルの階段構造を有する第１の回折光学素子３１では、１ピクセルの周期をΛ、深さをＬ、光の主波長をλ、当該第１の回折光学素子３１の材料の屈折率をｎ_１とすると、深さＬは下記の数式で求められる。

ここにおいて、上述のピッチΛは、レベル（階段の階調数：通常は２^ｎとなる）をＮ、回折角度をθ_１として、おおよそ下記数式で導かれる。

回折の効果を得るためには、Λ≫λであることが望ましいため、必然的に、Ｎ×sinθ_１≫１であることが必要となる。但し、Ｎ＝∞と見なせるような連続形状の場合は図５の構造で得られる現象と異なってくるので、必ずしも上記の数式が当てはまらなくなる。レベルＮの値が大きくなる（つまり、階調数が大きくなる）につれて、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用して形成する場合のプロセス数が増加するため、適切な値までにしておくことが望ましく、Ｎの値としては、４、８、１６などが妥当な値である。なお、上述の汎用のＩＦＴＡ法を用いたソフトで設計する場合には、階調数Ｎ、θ_１、λを入力することにより、Λが自動的に算出される。

ところで、上述のように回折効率の高い１６レベルの第１の回折光学素子３１を発光素子２１の光取り出し面側に形成する方法としては、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用することが考えられるが、この場合には、何度も露光・現像・エッチングを繰り返す必要があり、コストが高くなるとともに、高精度化が難しい。これに対して、回折効率の高い第１の回折光学素子３１を高精度で且つ安価に形成する方法としては、ナノインプリント法を適用すればよい。以下、発光素子２１の光取り出し面側に第１の回折光学素子３１をナノインプリント法により形成する方法について図６に基づいて説明するが、配光レンズ４０の第２の回折光学素子５０を同様の１６レベルの階段構造を有する形状とする場合についても同様にして形成することができる。

まず、発光素子２１の光取り出し面側に転写層６０を形成する転写層形成工程を行ってから、第１の回折光学素子３１の形状に応じてパターン設計した凹凸パターン７１を形成したモールド７０を転写層６０に対向させ（図６（ａ））、その後、モールド７０の凹凸パターン７１を転写層６０に転写する転写工程を行う（図６（ｃ））。転写層形成工程では、例えば、熱可塑性樹脂（例えば、ＰＭＭＡなど）スピンコート法により塗布することにより転写層６０を形成し、転写工程では、モールド７０を転写層６０に対向させて位置合わせを行ってから、転写層６０を加熱して軟化させた状態でモールド７０を転写層６０に接触させモールド７０を所定圧力で加圧することで図６（ｂ）に示すように転写層６０を変形させ、転写層６０を冷却してから、モールド７０を転写層６０から離すことで図６（ｃ）に示す構造を得るようにしている。なお、転写層形成工程では、転写層６０の加熱、冷却を行っているが、転写層６０ではなく、モールド７０の加熱、冷却を行うようにしてもよい。また、ナノインプリント法としては、上述のように熱可塑性樹脂を転写層６０の材料として用いる熱ナノインプリント法に限らず、転写層６０の材料として光硬化性樹脂を用いる光ナノインプリント法を採用してもよく、この場合には、粘度の低い光硬化性樹脂層からなる転写層６０をモールド７０により変形させて、その後に紫外光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、モールド７０を転写層６０から離すようにすればよい。

上述の転写工程の後、転写層６０および転写対象物である発光素子２１をドライエッチングすることで発光素子２１の光取り出し面側に第１の回折光学素子３１を形成するパターン形成工程を行うことにより、図６（ｄ）に示す構造を得る。

しかして、モールド７０用の金型さえ１度作れば、格子パターンの複雑さによる制限を受けずに同じ形状を再現性良く形成することができ、低コスト化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態の照明装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図７に示すように、配光レンズ４０の光出射面側に形成された回折光学素子５０に、別途形成した回折光学素子５３を重ねて配置してある点が相違する。要するに、本実施形態では、配光レンズ４０の光出射面側に、２つの回折光学素子５０，５３を積層した積層型回折光学素子を第２の回折光学素子として設けてある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、回折光学素子５３の材料としては、回折光学素子５０と同じ材料を採用しており、回折光学素子５３は、回折光学素子５０との対向面に多数の凹部５４を形成することで形成されている。なお、回折光学素子５３の形状の設計については、実施形態１と同様、参考文献１に記載の数式をベースとした数値計算により行えばよい。

しかして、本実施形態の照明装置では、第２の回折光学素子が２つの回折光学素子５０，５３を積層した積層型回折格子により構成されているので、混色性が向上する。

また、上述の各実施形態では、発光部２０Ａが赤色ＬＥＤチップからなる発光素子２１ａと緑色ＬＥＤチップからなる発光素子２１ｂと青色ＬＥＤチップからなる発光素子２１ｃとを備え、所望の混色光として白色光を得るようにしているが、発光部２０Ａを構成する発光素子２１ａ〜２１ｃの発光色の組み合わせは、赤色、緑色、青色の組み合わせに限定するものではなく、所望の混色光を得ることが可能な複数の発光色の組み合わせであればよい。また、発光部２０Ａにおける複数種の発光素子２１の個数や配置は、特に限定するものではない。

また、各発光素子２１ａ〜２１ｃと実装基板２４との線膨張率差が比較的大きい場合には、各発光素子２１ａ〜２１ｃを、各発光素子２１ａ〜２１ｃと実装基板２４との線膨張率の差に起因して各発光素子２１ａ〜２１ｃに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して実装基板２４に実装するようにしてもよい。ここで、サブマウント部材は、各発光素子２１ａ〜２１ｃごとに１つずつ設けてもよいが、複数種の発光素子２１ａ〜２１ｃに対して１つだけ設けるようにした方が部品点数の削減および発光部２０Ａの小型化の点で有利である。

実施形態１の照明装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略断面図である。同上の回折光学素子の設計方法の説明図である。同上の動作説明図である。同上の他の構成例の要部概略断面図である。同上の他の構成例の要部概略断面図である。同上の他の構成例の製造方法を説明するための主要工程概略断面図である。実施形態２の照明装置を示す概略断面図である。従来例における色むらの発生原因の説明図である。同上における色むらの発生原因の説明図である。

符号の説明

２０Ａ発光部
２１（２１ａ）発光素子
２１（２１ｂ）発光素子
２１（２１ｃ）発光素子
３１（３１ａ）第１の回折光学素子
３１（３１ｂ）第１の回折光学素子
３１（３１ｃ）第１の回折光学素子
３２凹部
４０配光レンズ
５０第２の回折光学素子
５１凹部

Claims

互いに主波長の異なる光を放射する複数種の発光素子を有する発光部と、前記発光部から放射された光の配光を制御する配光レンズとを備えた照明装置であって、各前記発光素子それぞれの光取り出し面に形成され回折により光の進行方向を変える第１の回折光学素子と、前記配光レンズの光入射面側と光出射面側との少なくとも一方側に設けられ回折により光の進行方向を変える第２の回折光学素子とを有し、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とを色収差を除去する形状に形成してなることを特徴とする照明装置。