KR101960131B1

KR101960131B1 - 광학 소자

Info

Publication number: KR101960131B1
Application number: KR1020147033083A
Authority: KR
Inventors: 가츠모토 이케다; 다이스케 세키; 고우에이 하타데
Original assignee: 나럭스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2019-03-19
Also published as: KR20150012260A; CN104272015A; WO2013164898A1; US9435507B2; US20150029727A1; CN104272015B

Abstract

방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있는, 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자를 제공한다.
평면 상에 배치된 광원을 덮는 입사면(101)과, 상기 입사면을 덮는 출사면(103)을 구비한 광학 소자이다. 상기 평면 상에 배치된 상기 광원의 중심을 지나고, 상기 평면에 수직인 축을 광축(AX)으로 하고, 상기 입사면은, 주연부에 대하여 상기 광축 부근이 오목하게 들어간 형상을 갖고, 상기 광축과 상기 입사면의 교점을 O1로 하고, 상기 광축을 포함하고, 상기 평면에 수직인 상기 광학 소자의 임의의 단면에 있어서, 상기 입사면 상의 점 P에서의 상기 입사면의 법선의, 상기 광축에 대한 각도를 φh로 하고, 상기 입사면 상의 점 P의 점 O1로부터의 상기 광축 방향의 거리를 z로 하고, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

Description

광학 소자{OPTICAL ELEMENT}

본 발명은, 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자에 관한 것이다.

최근, 조명용으로 LED(발광 다이오드) 광원이 많이 사용되고 있다. LED 광원은, 전방으로 조사되는 광의 비율이 높기 때문에, LED 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자가 LED 광원과 조합하여 사용되는 경우가 많다. 특히, 넓은 범위를 조사하는, 백라이트용 등의 조명 유닛의 광원으로서 LED 광원을 사용하는 경우에는, 적은 수의 LED 광원으로 콤팩트한 조명 유닛을 실현하기 위해, LED 광원으로부터의 광을 넓은 각도로 확산시키는 광학 소자가 사용된다(특허문헌 1).

광량이 큰 LED 광원은, 청색 등 단파장의 광의 발광 칩과, 녹색, 황색, 적색 등의 보다 장파장의 형광을 발광하는 형광 부재로 구성된다. 이러한 LED 광원에 있어서, 단파장의 광의 발광 칩은 중심부에 배치되고, 그 주위에 보다 장파장의 형광을 발광하는 형광 부재가 배치되는 경우가 많다. 이러한 LED 광원에 있어서는, 단파장의 광을 발광하는 부분의 위치와 장파장의 광을 발광하는 부분의 위치가 상이하다. 이 때문에, 광학 소자에 의해 LED 광원으로부터의 광을 확산시킨 경우에, 단파장의 광이 강해지는 방향과 장파장의 광이 강해지는 방향이 생기는 경우가 있다. 이 결과, 방향에 따라, 푸른 기가 돌거나 붉은 기가 돌거나 하는 등 색의 차가 생기는 경우가 있다. 이러한 색의 차가 생기는 것은 조명 유닛으로서 바람직하지 않다. 그러나, 현재까지, 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있는, 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자는 개발되지 않았다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제3875247호 공보

따라서, 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있는, 광원으로부터의 광을 확산시키는 광학 소자에 대한 요구가 있다.

본 발명의 제1 양태에 의한 광학 소자는, 평면에 배치된 광원을 덮는 입사면과, 상기 입사면을 덮는 출사면을 구비하고, 상기 광원으로부터의 광이 상기 입사면 및 상기 출사면을 통과한 후, 외부로 조사되도록 구성된 광학 소자이다. 상기 광원의 중심을 지나고, 상기 평면에 수직인 축을 광축으로 하고, 상기 입사면은, 주연부에 대하여 상기 광축 부근이 오목하게 들어간 형상을 갖고, 상기 광축과 상기 입사면의 교점을 O1로 하고, 상기 광축을 포함하고, 상기 평면에 수직인 상기 광학 소자의 임의의 단면에 있어서, 상기 입사면 상의 점 P에서의 상기 입사면의 법선의, 상기 광축에 대한 각도를 φh로 하고, 상기 입사면 상의 점 P의 점 O1로부터의 상기 광축 방향의 거리를 z로 하고, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 양태의 광학 소자에 의하면, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 입사면이 구성되어 있기 때문에, 광원과 조합하여 사용되었을 때에, 광원의 각 점으로부터의 광선이, 상기 입사면의 도달 위치에 따라 여러 방향으로 굴절된다. 따라서, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제1 양태의 광학 소자로서, 상기 입사면이 상기 광축에 관해 회전 대칭의 형상이다.

본 실시형태에 의한 광학 소자는, 사출 성형 등에 의해 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제1 양태의 광학 소자로서, 상기 광축의 둘레를 복수의 각도 구간으로 분할하고, 상기 입사면이 각각의 각도 구간에서 상이한 형상을 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 광축의 둘레의 각도 구간에 대응한 방향마다 상이한 광의 분포를 실현할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제1 양태의 광학 소자로서, 상기 복수의 각도 구간의 일부의 각도 구간에서만, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 광축의 둘레의 일부의 각도 구간에 관해서만, 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 상기 광축과 상기 평면의 교점을 P0으로 하고, 점 P0과 상기 입사면 상의 점 P를 연결하는 직선이 상기 광축과 이루는 각도를 θr로 하고,

30°<θr<90°

에 있어서, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 실시형태에 의한 광학 소자는, 극대치 및 극소치가 없는 경우에 z에 대한 φh의 기울기가 거의 일정한,

30°<θr<90°

의 범위의 입사면의 영역에서, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 입사면이 구성되어 있기 때문에, 광원과 조합하여 사용되었을 때에, 극대치 및 극소치가 없는 경우와 비교하여, 광원의 각 점으로부터의 광선이, 상기 입사면의 도달 위치에 따라 여러 방향으로 굴절된다. 따라서, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제1 양태의 광학 소자로서, φh의 차가 10도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재한다.

본 실시형태에 의하면, 광원과 조합하여 사용되었을 때에, 광원의 각 점으로부터의 광선의 상기 입사면에서의 굴절 후의 진행 방향의, 상기 입사면의 도달 위치에 따른 변화의 크기가 크다. 따라서, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제1 양태의 광학 소자로서, φh의 차가 20도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재한다.

본 발명의 제2 양태에 의한 광학 소자는, 평면에 배치된 광원을 덮는 입사면과, 상기 입사면을 덮는 출사면을 구비하고, 상기 광원으로부터의 광이 상기 입사면 및 상기 출사면을 통과한 후, 외부로 조사되도록 구성된 광학 소자이다. 상기 광원의 중심을 지나고, 상기 평면에 수직인 축을 광축으로 하고, 상기 입사면은, 주연부에 대하여 상기 광축 부근이 오목하게 들어간 형상을 갖고, 상기 광축과 상기 입사면의 교점을 O1로 하고, 상기 광축과 상기 평면의 교점을 P0으로 하고, 상기 광축을 포함하고, 상기 평면에 수직인 상기 광학 소자의 임의의 단면에 있어서, 점 P0과 상기 입사면 상의 점 P를 연결하는 직선이 상기 광축과 이루는 각도를 θr로 하고, 점 P0으로부터 점 P로 진행한 광의 광학 소자 내의 진행 방향과 상기 광축이 이루는 각도를 θi로 하고, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 양태의 광학 소자에 의하면, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 입사면이 구성되어 있기 때문에, 광원과 조합하여 사용되었을 때에, 광원의 각 점으로부터의 광선이, 상기 입사면의 도달 위치에 따라 여러 방향으로 굴절된다. 따라서, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서, 상기 입사면이 상기 광축에 관해 회전 대칭의 형상이다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서, 상기 광축의 둘레를 복수의 각도 구간으로 분할하고, 상기 입사면이 각각의 각도 구간에서 상이한 형상을 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서, 상기 복수의 각도 구간의 일부의 각도 구간에서만, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서,

30°<θr<90°

에 있어서, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되어 있다.

본 실시형태에 의한 광학 소자는, 극대치 및 극소치가 없는 경우에 θr에 대한 θi의 기울기가 거의 일정한,

30°<θr<90°

의 범위의 입사면의 영역에서, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 입사면이 구성되어 있기 때문에, 광원과 조합하여 사용되었을 때에, 극대치 및 극소치가 없는 경우와 비교하여, 광원의 각 점으로부터의 광선이, 상기 입사면의 도달 위치에 따라 여러 방향으로 굴절된다. 따라서, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서, θi의 차가 5도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재한다.

본 발명의 실시형태에 의한 광학 소자는, 제2 양태의 광학 소자로서, θi의 차가 10도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재한다.

본 발명의 제3 양태에 의한 조명 유닛은, 광원과, 본 발명 중 어느 양태 또는 실시형태의 광학 소자를 구비한 조명 유닛이다.

본 양태에 의한 조명 유닛은, 본 발명 중 어느 양태 또는 실시형태의 광학 소자를 사용하고 있기 때문에, 광학 소자로부터 출사되는 광의 방향에 따라 생기는 색의 차를 작게 할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 광학 소자와 함께 사용되는 LED 광원의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는, LED 광원의 광을 확산시키기 위해 사용되는, 본 발명의 일실시형태에 의한 광학 소자의, 중심축(AX)을 포함하는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 단면도 중, 입사면의 부분을 확대한 도면이다.
도 4는, 광원 및 광학 소자의 복수의 조를 면 상에 배치한 조명 유닛의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는, 실시예 1의 광학 소자의 z와 입사면에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은, 실시예 1의 광학 소자의 θr과 θi의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은, 실시예 1의 광학 소자의 θr과 θe의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 1의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 9는, 도 1에 도시한 광원에 비교예 1의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 10은, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P0으로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 11은, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P1로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 12는, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P2로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 13은, 실시예 2의 광학 소자의 z와 입사면에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는, 실시예 2의 광학 소자의 θr과 θi의 관계를 도시한 도면이다.
도 15는, 실시예 2의 광학 소자의 θr과 θe의 관계를 도시한 도면이다.
도 16은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 2의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 17은, 도 1에 도시한 광원에 비교예 2의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 18은, 실시예 3의 광학 소자의 z와 입사면에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다.
도 19는, 실시예 3의 광학 소자의 θr과 θi의 관계를 도시한 도면이다.
도 20은, 실시예 3의 광학 소자의 θr과 θe의 관계를 도시한 도면이다.
도 21은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 3의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 22는, 도 1에 도시한 광원에 비교예 3의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 23은, 광학 소자의 출사면의 중심에 수지 게이트를 배치한 경우를 도시한 도면이다.
도 24는, 광학 소자의 출사면의 중심에 원뿔대 형상을 형성하고, 그곳에 수지 게이트를 배치한 경우를 도시한 도면이다.
도 25는, 광학 소자의 저면에 1개의 수지 게이트를 배치한 경우를 도시한 도면이다.
도 26은, 광학 소자의 저면에 2개의 수지 게이트를 배치한 경우를 도시한 도면이다.
도 27은, 출사면의 주변 부분에 확산 구조 또는 확산 재료를 구비한 광학 소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 28은, 저면에 확산 구조 또는 확산 재료를 구비한 광학 소자의 구성을 도시한 도면이다.

도 1은, 본 발명에 의한 광학 소자와 함께 사용되는 LED 광원(200)의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는, LED 광원(200)의 발광면에 수직인 단면을 도시한 도면이다. 도 1의 (b)는, LED 광원(200)의 평면도이다. 일반적으로, 광량이 큰 백색 LED 광원은, 청색 등 단파장의 광을 발광하는 칩과, 발광 칩으로부터의 광을 수취한 경우에 녹색, 황색, 적색 등의 보다 장파장의 광을 발광하는 형광제로 구성된다. 도 1에 있어서는, LED 광원(200)의 중심 위치에 청색의 발광 칩(201)이 배치되고, 발광 칩(201)을 덮어, 발광 칩(201)이 차지하는 영역보다 더 넓은 영역에 형광제(203)가 배치되어 있다. 도 1의 (b)의 평면도에 있어서, 발광 칩(201)은, 한변이 1.0 mm인 정방형이고, 형광제(203)의 형상은, 직경이 3.0 mm인 원형이다. 청색의 광(A)은, 중심 부근에 위치하는 발광 칩(201)으로부터 출사된다. 보다 장파장의 광(B)은, LED 광원의 주변 부분을 포함하는 영역에 배치된 형광제로부터 출사된다. 도 1과 같은 구성을 갖는 LED 광원에 있어서는, 청색의 광이 출사되는 위치와, 보다 장파장의 광이 출사되는 위치가 상이하다.

도 2는, LED 광원(200)의 광을 확산시키기 위해 사용되는, 본 발명의 일실시형태에 의한 광학 소자(100)의 중심축(AX)을 포함하는 단면도이다. 본 실시형태에 의한 광학 소자(100)는, 중심축(AX)에 관해 회전 대칭의 형상을 갖는다. 광학 소자(100)의, LED 광원(200)에 대향하는 면(105)은, 주연부에 대하여 중심축(AX) 부근에 오목부를 갖고, 이 오목부의 면이 입사면(101)을 형성한다. LED 광원(200)에 대향하는 면(105)은, 본 명세서에 있어서 저면(105)이라고 호칭한다. 광학 소자(100)의 입사면(101) 및 저면(105) 이외의 면은, 출사면(103)을 형성한다.

광학 소자(100) 및 LED 광원(200)은, 광학 소자(100)의 중심축(AX)이, LED 광원(200)의 중심, 즉, 도 1의 (b)에서의 원의 중심을 지나도록 배치된다. 이 경우에, 중심축(AX)이, 광학 소자(100) 및 LED 광원(200)을 포함하는 광학계의 광축을 이룬다.

광원(200)으로부터 출사한 광은, 입사면(101)을 거쳐 광학 소자(100)에 들어가고, 출사면(103)으로부터 외부를 향해 출사된다. 이 경우에, 광원(200)으로부터 출사한 광은, 입사면(101) 및 출사면(103)의 대부분에 있어서 중심축(AX)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되고, 그 결과 확산된다.

본 실시형태에 있어서, LED 광원(200)의 면은 평면이지만, 광원의 면은 평면일 필요는 없다. 본 발명은, 평면에 배치된 광원이고, 단파장의 광을 발광하는 부분의 위치와 장파장의 광을 발광하는 부분의 위치가 상이한 임의의 광원에 적용할 수 있다.

도 3은, 도 2의 단면도 중, 입사면의 부분을 확대한 도면이다. 광원(200)의 발광면(205)과 중심축(AX)의 교점을 점 P0으로 한다. 점 P0으로부터 출사한 광선의 진행 방향이 중심축(AX)과 이루는 각도를 θr로 하고, 그 광선이 입사면(101)에서 굴절한 후의, 광학 소자(100) 내의 광선의 진행 방향이 중심축(AX)과 이루는 각도를 θi로 한다. 또한, 그 광선이 출사면에서 굴절한 후의 진행 방향이 중심축(AX)과 이루는 각도를 θe로 한다(도 2). 도 3에 있어서, 발광 칩(201)의 변으로부터 발광면(205)에 내린 수선의 발을 P1로 하고, 형광제의 단부의 점, 즉, 도 1의 (b)의 형광제의 주연부의 원주 상의 점을 P2로 한다.

입사면(101)은, 점 P0으로부터, 소정 범위의 θr로 출사한 광선에 관해,

θr≤θi

를 만족하도록 정해진다. 도 3에 있어서, 소정의 범위는 0도 내지 약 20도의 범위이다. 또한, 상기한 범위에서, 각도 θr이 증가함에 따라, 각도 θi는 단조롭게 증가한다.

출사면(103)은, 상기한 범위의 각도 θr로 출사한 광선에 관해,

θi≤θe

를 만족하도록 정해진다.

출사면의 중심축(AX) 근방의 형상은, 볼록면에 한정되지도 않고, 오목면에 한정되지도 않고, 오목면, 볼록면, 평면의 어느것이든 좋다. 렌즈 내부에서 전반사가 발생하지 않는 출사면 형상도 바람직하다. 그 경우에는, 광학 소자의 굴절률을 n으로 하고, 광학 소자 내의 광선 각도와 출사면의 법선의 각도 φ가

φ<sin^-1(1/n)

의 조건을 만족한다.

또한, 도 3에 있어서 입사면(101)에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도를 φh로 한다. 각도 φh는, 도 3의 아래쪽 방향을 기준으로 한다. 즉, 입사면(101)의 정점에 있어서 φh=180도이다.

점 P0으로부터, 0도 내지 약 20도의 범위의 각도 θr로 출사한 광이 도달하는 입사면(101)의 영역에서, 각도 θr이 증가함에 따라 각도 φh는 단조롭게 감소한다. 점 P0으로부터, 약 20도를 초과하는 각도 θr로 출사한 광이 도달하는 입사면(101)의 영역에서, 각도 θr이 증가함에 따라 각도 φh는 증가와 감소를 반복한다. 이 입사면(101)의 영역을, 본 명세서에 있어서 입사면의 확산 영역이라고도 호칭한다. 입사면(101)의 확산 영역의 형상에 관해서는 이후에 상세히 설명한다.

도 4는, 광원(200) 및 광학 소자(100)의 복수의 조를 면(300) 상에 배치한 조명 유닛의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 조명 유닛은, 또한 확산판(400)을 구비한다. 조명 유닛에 의해 전방(도 4의 상측)을 균일하게 조사할 수 있다.

이하에 있어서, 본 발명에 의한 광학 소자의 실시예 및 비교예를 설명한다. 실시예 및 비교예의 광학 소자의 재료는, 폴리메타크릴산메틸 수지(PMMA)이고, 굴절률은, 1.492(d선, 587.56 nm)이고, 아베수는, 56.77(d선, 587.56 nm)이다. 또한, 실시예 및 비교예에 있어서, 길이의 단위는, 달리 기재가 없는 한 밀리미터이다.

실시예 1

도 2에 있어서, 입사면(101)과 중심축(AX)의 교점의 좌표를 O1로 하고, 출사면(103)과 중심축(AX)의 교점의 좌표를 O2로 한다.

본 실시예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.752 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=4.400 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면,

0≤z≤1.5 mm

의 범위에서, 입사면(101)의 형상은 이하의 식으로 표시할 수 있다.

여기서, r은 중심축(AX)으로부터의 거리이고, c는 곡률, R은 곡률 반경이고, k는 코닉 계수이고, A_i는 비구면 계수이다.

표 1은, 실시예 1의 입사면의 형상을 표시하는 식(1)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

z=1.5 mm로부터 면(105)까지의 입사면(101)의 영역, 즉 입사면의 확산 영역의 형상은, 이하의 점군의 3차 스플라인 곡선으로 표시된다. 3차 스플라인 곡선이란, 주어진 복수의 점을 통과하는 매끄러운 곡선으로, 인접하는 점에 끼워진 각 구간에 대하여, 모든 점에서 연속인 개별의 3차 다항식을 이용한 것이다.

표 2는, 상기한 점군을 나타내는 표이다.

도 5는, 실시예 1의 광학 소자의 입사면(101)의 z와 입사면(101)에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다. 도 5의 가로축은 z를 나타내고, 세로축은 φh를 나타낸다. 도 5에 의하면, z가 1.5 mm 이하인 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 단조롭게 감소한다. z가 1.5 mm를 초과한 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 증가와 감소를 반복한다. 바꾸어 말하면, z가 1.5 mm를 초과한 범위에서, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 5에 있어서, 구체적으로, φh에 관해 6개의 극대치와 6개의 극소치가 존재한다. 한편, 극소치 부근의 φh의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 φh의 차는 약 30도이다.

O2를 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 출사면(103)의 중심축(AX) 근방의 형상은, 광원으로부터의 광선이 출사면에서 전반사하지 않는 형상이고, 이하의 수학식으로 표시된다.

표 3은, 실시예 1의 출사면의 형상을 표시하는 식(2)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

도 6은, 실시예 1의 광학 소자의 θr과 입사면에서의 θi의 관계를 도시한 도면이다. 도 6의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θi를 나타낸다. θr이 약 30도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는 단조롭게 증가한다. θr이 약 30도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는, 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 30도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θi는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 6에 있어서, 구체적으로, θr이 약 30도 내지 90도의 범위에서, θi에 관해, 6개의 극대치와 6개의 극소치가 존재한다. 한편, 극대치 부근의 θi의 값의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 θi의 차는 약 15도이다.

도 7은, 실시예 1의 광학 소자의 θr과 출사면에서의 θe의 관계를 도시한 도면이다. 도 7의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θe를 나타낸다. θr이 약 30도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는 단조롭게 증가한다. θr이 약 30도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는, 피크 투 피크가 약 10도의 폭으로 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 약 30도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θe는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

비교예 1

본 비교예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.752 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=4.400 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 입사면의 형상은 식(1)로 표시할 수 있다. 또한, 식(1)의 계수의 값은 표 1의 값이다. 즉, 비교예 1의 입사면의 형상은, z가 1.5 mm 이하인 범위에서는, 실시예 1의 입사면의 형상과 동일하고, z가 1.5 mm를 초과하는 범위에서도, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는 경우는 없고, z가 증가함에 따라, φh는 단조롭게 감소한다. 바꾸어 말하면, 비교예 1의 광학 소자의 입사면은, 입사면의 확산 영역을 갖지 않는 점이 실시예 1의 입사면과 상이하다.

O2를 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 출사면의 중심축(AX) 근방의 형상은, 광원으로부터의 광선이 출사면에서 전반사하지 않는 형상이고, 식(2)로 표시된다. 또한, 식(2)의 계수의 값은 표 3의 값이다. 즉, 비교예 1의 출사면은 실시예 1의 출사면과 동일한 형상이다.

실시예 1과 비교예 1의 성능 비교

도 1에 도시한 광원에 실시예 1 및 비교예 1의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 분포를 비교함으로써 실시예 1과 비교예 1의 성능을 비교한다.

도 8은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 1의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 8의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 8의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 8의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 8의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 9는, 도 1에 도시한 광원에 비교예 1의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 9의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 9의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 9의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 9의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 8과 도 9를 비교하면, 비교예 1에 관한 도 9 쪽이 단파장측의 광의 강도와 장파장측의 광의 강도의 차가 크다. 특히, θ가 60도 부근에서 양자의 차가 크다. 양자의 차가 크면, 색의 차가 생긴다. 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, θ가 60도 부근에서 장파장측의 강도가 큰 경우에는, θ가 60도 부근에서 붉은 기가 강해진다.

이와 같이 실시예 1의 광학 소자는 비교예 1의 광학 소자와 비교하여 색의 차가 생기는 것을 억제할 수 있다.

도 10은, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P0으로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다. 점 P0은, 광원(200)의 발광면(205)과 중심축(AX)의 교점이다. 도 10의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 10의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 실선은 실시예 1의 강도 분포를 나타내고, 점선은 비교예 1의 강도 분포를 나타낸다. 강도의 상대치는, 실시예 1 및 비교예 1의 강도의 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 11은, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P1로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다. 점 P1은, 발광 칩(201)의 변으로부터 발광면(205)에 내린 수선의 발이다. 도 11의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 11의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 11에서의 실선은 실시예 1의 강도 분포를 나타내고, 점선은 비교예 1의 강도 분포를 나타낸다. 강도의 상대치는, 실시예 1 및 비교예 1의 강도의 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 12는, 실시예 1의 광학 소자에 관해, 도 3에서의 점 P2로부터 출사한 광선의 강도 분포를 도시한 도면이다. 점 P2는, 형광제의 주연부의 원주 상의 점이다. 도 12의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 12의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 12에서의 실선은 실시예 1의 강도 분포를 나타내고, 점선은 비교예 1의 강도 분포를 나타낸다. 강도의 상대치는, 실시예 1 및 비교예 1의 강도의 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 10 내지 도 12에 있어서, P0 내지 P2로부터 출사되는 광선을 비교하면, 각각의 경우에 있어서, 실시예 1의 광선 쪽이, 비교예 1의 광선보다 더 넓은 범위에 분포하고 있다. 도 8 및 도 9가 대상으로 하는 광은, 광원면 상의 여러가지 점으로부터의 광선을 합한 것이다. 따라서, 여러가지 점으로부터 출사되는 광선이 보다 넓은 범위에 분포하고 있는 실시예 1의 경우 쪽이, 광원면 상의 위치의 차에 의한 광의 색의 차의 영향을 받기 어렵다.

실시예 2

본 실시예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.513 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=3.569 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면,

0≤z≤2.689 mm

표 4는, 실시예 2의 입사면의 형상을 표시하는 식(1)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

z=2.689 mm로부터 면(105)까지의 입사면(101)의 영역, 즉 입사면의 확산 영역의 형상은, 이하의 점군의 3차 스플라인 곡선으로 표시된다. 3차 스플라인 곡선이란, 주어진 복수의 점을 통과하는 매끄러운 곡선으로, 인접하는 점에 끼워진 각 구간에 대하여, 모든 점에서 연속인 개별의 3차 다항식을 이용한 것이다.

표 5는, 상기한 점군을 나타내는 표이다.

도 13은, 실시예 2의 광학 소자의 입사면(101)의 z와 입사면(101)에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다. 도 13의 가로축은 z를 나타내고, 세로축은 φh를 나타낸다. 도 13에 의하면, z가 2.689 mm 이하인 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 단조롭게 감소한다. z가 2.689 mm를 초과한 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 증가와 감소를 반복한다. 바꾸어 말하면, z가 2.689 mm를 초과한 범위에서, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 13에 있어서, 구체적으로, φh에 관해 3개의 극대치와 3개의 극소치가 존재한다. 한편, 극소치 부근의 φh의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 φh의 차는 약 30도이다.

표 6은, 실시예 2의 출사면의 형상을 표시하는 식(2)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

도 14는, 실시예 2의 광학 소자의 θr과 θi의 관계를 도시한 도면이다. 도 14의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θi를 나타낸다. θr이 약 55도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는 단조롭게 증가한다. θr이 약 55도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는, 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 약 55도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θi는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 14에 있어서, 구체적으로, θr이 약 55도 내지 90도의 범위에서, θi에 관해, 3개의 극대치와 3개의 극소치가 존재한다. 한편, 극대치 부근의 θi의 값의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 θi의 차는 약 15도이다.

도 15는, 실시예 2의 광학 소자의 θr과 θe의 관계를 도시한 도면이다. 도 15의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θe를 나타낸다. θr이 약 55도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는 단조롭게 증가한다. θr이 약 55도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는, 피크 투 피크가 최대 약 15도의 폭으로 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 약 55도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θe는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

비교예 2

본 비교예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.513 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=3.569 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 입사면의 형상은 식(1)로 표시할 수 있다. 또한, 식(1)의 계수의 값은 표 4의 값이다. 즉, 비교예 2의 입사면의 형상은, z가 2.689 mm 이하인 범위에서는, 실시예 1의 입사면의 형상과 동일하고, z가 2.689 mm를 초과하는 범위에서도, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는 경우는 없고, z가 증가함에 따라, φh는 단조롭게 감소한다. 바꾸어 말하면, 비교예 2의 입사면은, 입사면의 확산 영역을 갖지 않는 점이 실시예 2의 입사면과 상이하다.

O2를 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 출사면의 중심축(AX) 근방의 형상은, 광원으로부터의 광선이 출사면에서 전반사하지 않는 형상이고, 식(2)로 표시된다. 또한, 식(2)의 계수의 값은 표 6의 값이다. 즉, 비교예 2의 출사면은 실시예 2의 출사면과 동일한 형상이다.

실시예 2와 비교예 2의 성능 비교

도 1에 도시한 광원에 실시예 2 및 비교예 2의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 분포를 비교함으로써 실시예 2와 비교예 2의 성능을 비교한다.

도 16은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 2의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 16의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 16의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 16의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 16의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 17은, 도 1에 도시한 광원에 비교예 2의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 17의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 17의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 17의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 17의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 16과 도 17을 비교하면, 비교예 2에 관한 도 17 쪽이 단파장측의 광의 강도와 장파장측의 광의 강도의 차가 크다. 특히, θ가 60도 부근에서 양자의 차가 크다. 양자의 차가 크면, 색의 차가 생긴다. 예를 들면, 도 17에 도시한 바와 같이, θ가 60도 부근에서 장파장측의 강도가 큰 경우에는, θ가 60도 부근에서 붉은 기가 강해진다.

이와 같이 실시예 2의 광학 소자는 비교예 2의 광학 소자와 비교하여 색의 차가 생기는 것을 억제할 수 있다.

실시예 3

본 실시예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.385 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=3.829 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면,

0≤z≤1.322 mm

표 7은, 실시예 3의 입사면의 형상을 표시하는 식(1)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

z=1.322 mm로부터 면(105)까지의 입사면(101)의 영역, 즉 입사면의 확산 영역의 형상은, 이하의 수학식으로 표시할 수 있다.

여기서, r은 중심축(AX)으로부터의 거리이고, c는 곡률, R은 곡률 반경이고, k는 코닉 계수이고, A_i는 비구면 계수이다. 또한, K는 상수이다. K의 단위는, 1/mm이다.

표 8은, 실시예 3의 입사면의 형상을 표시하는 식(3)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

도 18은, 실시예 3의 광학 소자의 입사면(101)의 z와 입사면(101)에서의 법선이 중심축(AX)과 이루는 각도 φh와의 관계를 도시한 도면이다. 도 13의 가로축은 z를 나타내고, 세로축은 φh를 나타낸다. 도 18에 의하면, z가 1.322 mm 이하인 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 단조롭게 감소한다. z가 1.322 mm를 초과한 범위에서는, z가 증가함에 따라 φh는 증가와 감소를 반복한다. 바꾸어 말하면, z가 1.322 mm를 초과한 범위에서, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 18에 있어서, 구체적으로, φh에 관해 4개의 극대치와 3개의 극소치가 존재한다. 한편, 극소치 부근의 φh의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 φh의 차는 약 30도이다.

표 9는, 실시예 3의 출사면의 형상을 표시하는 식(2)의 계수의 수치를 나타내는 표이다.

도 19는, 실시예 3의 광학 소자의 θr과 θi의 관계를 도시한 도면이다. 도 19의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θi를 나타낸다. θr이 약 32도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는 단조롭게 증가한다. θr이 약 32도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θi는, 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 약 32도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θi는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

도 19에 있어서, 구체적으로, θr이 약 32도 내지 90도의 범위에서, θi에 관해, 3개의 극대치와 4개의 극소치가 존재한다. 한편, 극대치 부근의 θi의 값의 변동은 무시했다. 인접하는 극대치와 극소치의 θi의 차는 15도 내지 20도이다.

도 20은, 실시예 3의 광학 소자의 θr과 θe의 관계를 도시한 도면이다. 도 20의 가로축은 θr을 나타내고, 세로축은 θe를 나타낸다. θr이 약 32도 이하인 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는 단조롭게 증가한다. θr이 약 32도를 초과하는 범위에서는, θr이 증가함에 따라 θe는, 피크 투 피크가 최대 약 15도의 폭으로 증가와 감소를 반복하면서 증가한다. 바꾸어 말하면, θr이 약 32도를 초과하는 범위에서, θr의 함수인 θe는, 극대치 및 극소치를 갖는다.

비교예 3

본 비교예에 있어서, P0과 O2의 거리 T는,

T=5.385 mm

이고, P0과 O1의 거리 h는,

h=3.829 mm

이다.

O1을 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 입사면의 형상은 식(1)로 표시할 수 있다. 또한, 계수의 값은 표 7의 값이다. 즉, 비교예 3의 입사면의 형상은, z가 1.322 mm 이하인 범위에서는, 실시예 3의 입사면의 형상과 동일하고, z가 1.322 mm를 초과하는 범위에서도, z의 함수인 φh는, 극대치 및 극소치를 갖는 경우는 없고, z가 증가함에 따라, φh는 단조롭게 감소한다. 바꾸어 말하면, 비교예 3의 광학 소자의 입사면은, 입사면의 확산 영역을 갖지 않는 점이 실시예 3의 입사면과 상이하다.

O2를 기준으로 하는, 중심축(AX) 방향의 거리를 z로 나타내면, 출사면의 중심축(AX) 근방의 형상은, 광원으로부터의 광선이 출사면에서 전반사하지 않는 형상이고, 식(2)로 표시된다. 또한, 계수의 값은 표 9의 값이다. 즉, 비교예 3의 출사면은 실시예 3의 출사면과 동일한 형상이다.

실시예 3과 비교예 3의 성능 비교

도 1에 도시한 광원에 실시예 3 및 비교예 3의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 분포를 비교함으로써 실시예 3과 비교예 3의 성능을 비교한다.

도 21은, 도 1에 도시한 광원에 실시예 3의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 21의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 21의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 21의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 21의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 22는, 도 1에 도시한 광원에 비교예 3의 광학 소자를 조합시킨 경우의 광의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 22의 가로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향을 나타낸다. 도 22의 세로축은, 중심축(AX)과 이루는 각도가 θ인 방향으로 출사되는 광의 강도의 상대치를 나타낸다. 도 22의 실선은, 파장이 500 나노미터 미만인 광(단파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다. 도 22의 점선은, 파장이 500 나노미터 이상인 광(장파장측의 광)의 상대 강도를 나타낸다. 상대 강도는, 최대치를 100%로 하여 나타냈다.

도 21과 도 22를 비교하면, 비교예 3에 관한 도 22 쪽이 단파장측의 광의 강도와 장파장측의 광의 강도의 차가 크다. 특히, θ가 65도 부근에서 양자의 차가 크다. 양자의 차가 크면, 색의 차가 생긴다. 예를 들면, 도 22에 도시한 바와 같이, θ가 65도 부근에서 장파장측의 강도가 큰 경우에는, θ가 65도 부근에서 붉은 기가 강해진다.

이와 같이 실시예 3의 광학 소자는 비교예 3의 광학 소자와 비교하여 색의 차가 생기는 것을 억제할 수 있다.

다른 바람직한 실시형태

본 발명에 의한 광학 소자는, 금형을 사용하여 사출 성형에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 그 경우에, 금형에 수지(플라스틱)를 주입하는 수지 게이트의 위치가 제품에 영향을 미친다.

도 23은, 광학 소자의 출사면(103)의 중심에 수지 게이트(1031)를 배치한 경우를 도시한 도면이다. 도 23의 (a)는, 수지 게이트(1031)가 배치된 상태를 도시한 도면이다. 도 23의 (b)는, 도 23의 (a)와 같이 배치된 수지 게이트(1031)에 의해 제조된 광학 소자의 형상을 도시한 도면이다. 수지 게이트 흔적(1033)은 산란면이고, 중심 부근의 강한 광을 확산시키고, 특히 피조사면이 가까이에 위치할 때에 광원의 중심부의 강한 광선의 확산을 촉진하기 때문에 바람직하다.

도 24는, 광학 소자의 출사면(103)의 중심에 원뿔대 형상(1035)을 형성하고, 그곳에 수지 게이트(1037)를 배치한 경우를 도시한 도면이다. 도 24의 (a)는, 수지 게이트(1037)가 배치된 상태를 도시한 도면이다. 도 24의 (b)는, 도 24의 (a)와 같이 배치된 수지 게이트(1037)에 의해 제조된 광학 소자의 형상을 도시한 도면이다. 원뿔대 형상(1035)이 중심 부근의 강한 광을 확산시킴과 동시에, 수지 게이트 흔적은 산란면이고, 중심 부근의 강한 광을 확산시키고, 특히 피조사면이 가까이에 위치할 때에 광원의 중심부의 강한 광선의 확산을 촉진하기 때문에 바람직하다.

도 25는, 광학 소자의 저면(105)에 1개의 수지 게이트(1051)를 배치한 경우를 도시한 도면이다. 본 실시형태에 의하면, 수지 게이트 흔적이 광학면에 영향을 미치는 경우는 없다.

도 26은, 광학 소자의 저면(105)에 2개의 수지 게이트(1051A 및 1051B)를 배치한 경우를 도시한 도면이다. 본 실시형태에 의하면, 수지 게이트 흔적이 광학면에 영향을 미치는 경우는 없다.

광학 소자의 출사면의 일부나 저면에, 광을 확산시키기 위한 확산 구조나 확산 재료를 구비하는 것도 바람직하다. 확산 구조는, 면으로부터 직경 1 mm 미만의 구면 혹은 비구면 형상을 면 상으로부터 뺀 면, 면으로부터 직경 1 mm 미만의 구면 혹은 비구면 형상을 면 상에 더한 면, 면으로부터 직경 1 mm 미만의 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔을 면 상으로부터 뺀 면, 면으로부터 직경 1 mm 미만의 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔을 면 상에 더한 면, 거칠게 하는 것에 의한 잔주름면, 마이크로렌즈 어레이 등으로 대표되는 미소한 곡면이나 프리즘 등의 굴절 구조, 프리즘 등의 전반사 구조 등이다. 확산 재료는, 아크릴 분말, 폴리스티렌 입자, 실리콘 분말, 은 분말, 산화티탄 분말, 알루미늄 분말, 화이트 카본, 산화마그네슘, 산화아연 등의 산란 재료이다.

도 27은, 출사면의 주변 부분에 확산 구조 또는 확산 재료(1039)를 구비한 광학 소자의 구성을 도시한 도면이다. 도 27의 원형으로 표현한 부분이, 확산 구조 또는 확산 재료를 나타낸다. 본 실시형태의 광학 소자에 의하면, 출사면의 주변 부분으로부터 출사되는 광이 더욱 확산된다.

도 28은, 저면에 확산 구조 또는 확산 재료(1053)를 구비한 광학 소자의 구성을 도시한 도면이다. 본 실시형태의 광학 소자에 의하면, 광학 소자의 저면을 경유하여 피조사면에 도달하는 광선이 피조사면에 휘도 불균일을 생성하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 광학 소자의 저면을 경유하여 피조사면에 도달하는 광선으로는, 광학 소자 내에서 전반사한 광선, 피조사면으로부터 반사한 광선, 인접한 광학 소자로부터의 광선 등을 생각할 수 있다.

또한, 입사면의 확산 영역의 구조로서, 상술한 광학면의 형상을 대신하여, 상기한 확산 구조나 확산 재료를 구비해도 좋다.

광학 소자의 입사면 및 출사면의 형상은, 축(AX)에 관해 회전 대칭의 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 축(AX)의 둘레를 복수의 각도 구간으로 분할하고, 각각의 각도 구간에서 상이한 형상으로 해도 좋다. 각도 구간은, 90도의 4개의 각도 구간 및 60도의 6개의 각도 구간 등 등간격인 것이어도 좋고, 그렇지 않아도 좋다.

또한, 일부의 각도 구간에 관해서만, 입사면에 확산 영역을 형성해도 좋다.

상기한 실시형태에 의하면, 축(AX)의 둘레의 각도 구간에 대응한 방향마다 상이한 광의 분포를 실현할 수 있다. 예를 들면, 특히, 축(AX)의 둘레의 특정한 방향에 대하여 색의 차를 작게 할 수도 있다.

Claims

평면에 배치된 광원을 덮는 입사면 및 상기 입사면을 덮는 출사면을 포함하고, 상기 광원으로부터의 광이 상기 입사면 및 상기 출사면을 통과한 후, 외부로 조사되도록 구성되는 광학 소자에 있어서,
상기 광원의 중심을 지나고 상기 평면에 수직인 축을 광축으로 하고, 상기 입사면은 주연부에 대하여 상기 광축 부근이 오목하게 들어간 형상을 갖고, 상기 광축과 상기 입사면의 교점을 O1로 하고, 상기 광축을 포함하고 상기 평면에 수직인 상기 광학 소자의 어느 하나의 단면에 있어서, 상기 입사면 상의 점 P에서의 상기 입사면의 법선의 상기 광축에 대한 각도를 φh로 하고, 상기 입사면 상의 점 P의 점 O1로부터의 상기 광축 방향의 거리를 z로 하고, 상기 광축과 상기 평면의 교점을 P0으로 하고, 점 P0과 상기 입사면 상의 점 P를 연결하는 직선이 상기 광축과 이루는 각도를 θr로 하고, 점 O1로부터 상기 평면까지 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에,
30°<θr<90°
에 있어서, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 입사면은 상기 광축에 관해 회전 대칭의 형상인 것인, 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 광축의 둘레를 복수의 각도 구간으로 분할하고, 상기 입사면은 각각의 각도 구간에서 상이한 형상을 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
제3항에 있어서,
상기 복수의 각도 구간의 일부의 각도 구간에서만, 점 O1로부터 상기 평면까지 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, z에 대한 φh가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
φh의 차가 10도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재하는 것인, 광학 소자.
제6항에 있어서,
φh의 차가 20도 이상인, 인접하는 극대치 및 극소치가 존재하는 것인, 광학 소자.
평면 상에 배치된 광원을 덮는 입사면 및 상기 입사면을 덮는 출사면을 포함하고, 상기 광원으로부터의 광이 상기 입사면 및 상기 출사면을 통과한 후, 외부로 조사되도록 구성된 광학 소자에 있어서,
상기 광원의 중심을 지나고 상기 평면에 수직인 축을 광축으로 하고, 상기 입사면은, 주연부에 대하여 상기 광축 부근이 오목하게 들어간 형상을 갖고, 상기 광축과 상기 입사면의 교점을 O1로 하고, 상기 광축과 상기 평면의 교점을 P0으로 하고, 상기 광축을 포함하고 상기 평면에 수직인 상기 광학 소자의 어느 하나의 단면에 있어서, 점 P0과 상기 입사면 상의 점 P를 연결하는 직선이 상기 광축과 이루는 각도를 θr로 하고, 점 P0으로부터 점 P로 진행한 광의 광학 소자 내의 진행 방향과 상기 광축이 이루는 각도를 θi로 하고, 점 O1로부터 상기 평면까지 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때에, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
제8항에 있어서,
상기 입사면은 상기 광축에 관해 회전 대칭의 형상인 것인, 광학 소자.
제8항에 있어서,
상기 광축의 둘레를 복수의 각도 구간으로 분할하고, 상기 입사면이 각각의 각도 구간에서 상이한 형상을 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
제10항에 있어서,
상기 복수의 각도 구간의 일부의 각도 구간에서만, 점 O1로부터 상기 평면까지, 상기 입사면을 따라 점 P를 이동시켰을 때, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
30°<θr<90°
에 있어서, θr에 대한 θi가 적어도 하나의 극대치 및 적어도 하나의 극소치를 갖도록 상기 입사면이 구성되는 것인, 광학 소자.
삭제
삭제
광원 및 제1항 내지 제4항 및 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자를 포함하는, 조명 유닛.