特許 7446350 光学素子と発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】光学素子と発光装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/08 20060101AFI20240301BHJP

   G02B 5/10 20060101ALI20240301BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20240301BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240301BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240301BHJP

【ＦＩ】

G02B3/08

G02B5/10 A

G02B5/02 B

F21V5/00 510

F21Y115:10

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022035774

(22)【出願日】2022-03-09

(62)【分割の表示】P 2020071406の分割

【原出願日】2020-04-13

(65)【公開番号】P2022084720

(43)【公開日】2022-06-07

【審査請求日】2022-03-09

(31)【優先権主張番号】201911316954.2

(32)【優先日】2019-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】310014779

【氏名又は名称】隆達電子股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】チェン スゥウェン

【審査官】池田 博一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００２５２９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５５００９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１３８７７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１０９７２４７５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許第１０７３００７６９（ＣＮ，Ｂ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３／０８

Ｇ０２Ｂ ５／１０

Ｇ０２Ｂ ５／０２

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

底面と、
前記底面の上方に位置し、光学素子の持つ前記底面に垂直である中心軸から外方へ延伸して前記中心軸から離れる周縁を有し、前記中心軸から前記周縁へ連続的に湾曲する全反射面であって、前記底面の内へ凹む全反射面と、
前記底面から前記全反射面へ凹む凹部と、
前記全反射面の前記周縁から、前記中心軸から離れて前記底面へ直接的に延在する第１の出光面であって、前記中心軸に垂直でないか又は前記底面に平行でない少なくとも１つの第１の線形サブ屈折面からなる第１の出光面と、
前記第１の出光面に接続され、前記中心軸から離れて延在して前記底面に接続される第２の出光面であって、複数の第２の線形サブ屈折面からなる第２の出光面と、
を含み、
前記第２の線形サブ屈折面は、それぞれ前記第１の出光面から、上から下へ順次に接続されて前記底面に延伸し、１つ目の前記第２の線形サブ屈折面は前記底面の前記周縁から直接的に上方に延在し、２つ目の前記第２の線形サブ屈折面の少なくとも一部は、前記１つ目の前記第２の線形サブ屈折面の少なくとも一部の上端から直接上方に延在し、
前記第１の線形サブ屈折面は前記底面に対し夾角を有し、前記第２の線形サブ屈折面の各々は前記底面に対し夾角を有し、前記第１の線形サブ屈折面と前記底面の間の前記夾角と前記第２の線形サブ屈折面と前記底面の間の前記夾角は９０度以下であり、３つ目の前記第２の線形サブ屈折面は、前記第１の線形サブ屈折面の下端部から直接下方に延在し、前記第１の線形サブ屈折面と前記底面の間の前記夾角は、前記３つ目の前記第２の線形サブ屈折面と前記底面の間の前記夾角よりも大きく、
複数の前記第２の線形サブ屈折面と前記底面の間の前記夾角は、前記第１の出光面から前記底面まで上から下へ次第に増加し、
前記第１及び第２の線形サブ屈折面の各々は前記中心軸を通る任意の断面で直線として現れることを特徴とする光学素子。

【請求項2】

前記第１及び第２の線形サブ屈折面と前記底面との少なくとも一方は、ゼロよりも大きい算術平均粗さを有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記第１及び第２の線形サブ屈折面は、それぞれゼロよりも大きく且つ互いに同じ又は異なる算術平均粗さを有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項4】

前記第１及び第２の線形サブ屈折面の前記算術平均粗さは、０．５μｍ～４０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。

【請求項5】

前記第２の線形サブ屈折面の各々は、前記中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面であり、前記トロイド曲面の各々は、対向する上辺と底辺を有し、且つ前記上辺の長さが前記底辺の長さよりも小さく又はそれに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項6】

前記第２の線形サブ屈折面の各々は、前記中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面であり、前記トロイド曲面の各々は、対向する上辺と底辺を有し、前記上辺と前記中心軸との第１の距離が前記底辺と前記中心軸との第２の距離よりも小さく又はそれに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項7】

前記第１の出光面の前記少なくとも１つの第１の線形サブ屈折面は、複数の第１の線形サブ屈折面であり、前記第１の線形サブ屈折面は、それぞれ上から下へ順次に前記全反射面と前記第２の出光面に接続され、それぞれ前記中心軸から離れて延伸することを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の光学素子。

【請求項8】

前記全反射面には、全反射メカニズムを破るための複数の突起構造を有し、
それぞれの突起構造の曲率半径は０．２μｍ～２μｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の光学素子。

【請求項9】

前記第１及び第２の線形サブ屈折面の各々は、前記中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面であることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の光学素子。

【請求項10】

駆動基板と、
前記駆動基板に設けられる発光素子と、
前記駆動基板に設けられ、前記凹部が前記発光素子を収納することに用いられ、前記凹部は、連続的に湾曲する上面と連続的に湾曲した側壁とを有し、前記連続的に湾曲した上面は、前記上面の最上部から前記上面の端部まで延び、前記連続的に湾曲した側壁は、前記連続的に湾曲した上面の端部から前記底面の端部まで延びる請求項１～９の何れか１項に記載の光学素子と、
を含むことを特徴とする発光装置。

【請求項11】

前記発光素子は、発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学素子、及び発光素子を使用する発光装置に関し、特に、出光面が複数の線形屈折面からなる光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、発光ダイオードパッケージは、発光角度が一定である。異なる光学特性に対する様々な要求を満たすために、発光ダイオードパッケージの上方に光学レンズを覆うことで、発光ダイオードパッケージから放射された光の形状を調整することは、一般的である。

【0003】

例として、光学レンズは、例えば、反射式レンズである。発光ダイオードパッケージから放射された光線は、全反射面で反射された後で、出光面を通って光学レンズ本体から屈折されることができる。しかしながら、既存の出光面は、何れも曲面によって光線を制御するように設計されるが、このような方法では、放射された光の形状にハロー現象があり、またスポットが小さい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これに鑑みて、本開示の目的の１つは、ハローの問題を解消し、スポットをより大きくすることのできる発光素子と発光モジュールを提出することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、底面と、底面の上方に位置し、光学素子の持つ底面に垂直である中心軸から外方へ延伸して中心軸から離れる周縁を有する全反射面と、底面から全反射面へ凹む凹部と、全反射面の周縁に接続され、中心軸から離れる方向に底面へ延伸する第１の出光面と、第１の出光面に接続され、中心軸から離れる方向に延伸して底面に接続される第２の出光面と、を含み、第１の出光面と第２の出光面とはそれぞれ少なくとも１つの線形サブ屈折面からなり、線形サブ屈折面の各々は中心軸を通る任意の断面で直線として現れる光学素子を開示する。

【0006】

１つ又は複数の実施形態において、線形サブ屈折面と底面との少なくとも一方は、ゼロよりも大きい算術平均粗さを有する。

【0007】

１つ又は複数の実施形態において、線形サブ屈折面は、それぞれゼロよりも大きく且つ互いに同じ又は異なる算術平均粗さを有する。いくつかの実施形態において、線形サブ屈折面の算術平均粗さは、０．５μｍ～４０μｍの範囲にある。

【0008】

１つ又は複数の実施形態において、第２の出光面の少なくとも１つの線形サブ屈折面は、複数の第２の線形サブ屈折面であり、第２の線形サブ屈折面は、それぞれ第１の出光面から、上から下へ順次に接続されて底面に延伸する。

【0009】

いくつかの実施形態において、第２の線形サブ屈折面の各々は、実質的に中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面である。トロイド曲面の各々は、対向する上辺と底辺を有し、且つ上辺の長さが底辺の長さよりも小さく又はそれに実質的に等しい。

【0010】

いくつかの実施形態において、第２の線形サブ屈折面の各々は、実質的に中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面であり、トロイド曲面の各々は、対向する上辺と底辺を有し、上辺と中心軸との距離が底辺と中心軸との距離よりも小さく又はそれに実質的に等しい。

【0011】

いくつかの実施形態において、各々の第２の線形サブ屈折面と底面との間には、中心軸に向かう９０度以下の夾角を有する。いくつかの実施形態において、前記第２の線形サブ屈折面の夾角は、第１の出光面から底面まで上から下へ次第に増加する。

【0012】

１つ又は複数の実施形態において、第１の出光面の少なくとも１つの線形サブ屈折面は、複数の第１の線形サブ屈折面である。前記第１の線形サブ屈折面は、それぞれ上から下へ順次に全反射面と第２の出光面に接続される。前記第１の線形サブ屈折面は、それぞれ中心軸から離れる方向へ延伸する。

【0013】

１つ又は複数の実施形態において、全反射面には、全反射メカニズムを破るための複数の突起構造を有する。

【0014】

１つ又は複数の実施形態において、線形サブ屈折面の各々は、実質的に中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面である。

【0015】

１つ又は複数の実施形態において、全反射面は、底面の内へ凹む。

【0016】

本開示の一態様は、駆動基板と、駆動基板に設けられる発光素子と、駆動基板に設けられ、凹部が発光素子を収納することに用いられる上記に記載の光学素子と、を含む発光装置を開示する。

【0017】

１つ又は複数の実施形態において、発光装置の発光素子は、発光ダイオードを含む。

【0018】

以上をまとめると、本開示の光学素子の出光面の何れも線形サブ屈折面からなる。各線形サブ屈折面の勾配と長さを制御することで、ハロー現象を効果的に解決し、スポットサイズを大きくすることができる。

【0019】

上記説明は、発明が解決しようとする課題、課題を解決するための手段、及び発明の効果等を述べるためにのみ使用される。本発明の具体的な詳細については、以下の発明を実施するための形態及び関連の添付図面において詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

添付図面には、本開示の１つ又は複数の実施形態を開示し、明細書における説明に合わせて、本開示の原理を説明する。可能な限り、図面全体にわたって同じ参照番号によって実施形態における同じ又は類似な素子を指す。これらの図面は、以下のものを含む。

【図1】本開示の一実施形態による光学素子を示す斜視図である。

【図2】図１の光学素子を示す側面図である。

【図3】図１の光学素子の線分Ｌ－Ｌ’に沿った断面図である。

【図4】本開示の光学素子と別の曲面光学レンズとの発光強度の変位に伴う変化を示す関係図である。

【図5A】本開示の光学素子の光形状を示す。

【図5B】別の曲面光学レンズの光形状を示す。

【図6】それぞれ本開示の各異なる実施形態による異なる光学素子を示す断面模式図である。

【図7】それぞれ本開示の各異なる実施形態による異なる光学素子を示す断面模式図である。

【図8】それぞれ本開示の各異なる実施形態による異なる光学素子を示す断面模式図である。

【図9】それぞれ本開示の各異なる実施形態による異なる光学素子を示す断面模式図である。

【図10】本開示の一実施形態による発光装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、実施例を挙げて添付図面に合わせて詳しく説明するが、提供された実施例は本発明に含まれる範囲を限定するためのものではなく、構造や動作についての記述はその実行の手順を限定するためのものではなく、素子から新たに組み合わせられた構造、それにより生じる等価な効果を持つ装置であれば、いずれも本発明の範囲に含まれる。また、図面は、説明するためのものだけであり、原寸で作図されたものではない。容易に理解させるために、実際に各種の特徴のサイズを任意に増加又は減少することができる。理解しやすくするために、下記説明において、同一の素子に同一の符号を付けて説明する。

【0022】

別に定義されない限り、本明細書に用いる全ての語彙（技術及び科学用語を含む）も、当業者に理解される一般的な意味を有する。更に、上記の語彙の、普通によく用いられる辞典での定義は、本明細書の内容において、本発明の関連分野と一致である意味として理解されるべきである。特に明確に定義されない限り、これらの語彙は、理想化又はあまり正式的な意味に解釈されるべきではない。

【0023】

本明細書に使用される「第１の」、「第２の」等は、特に順序又は順位を指すものではなく、本発明を制限するためのものでもなく、同じ技術用語で説明される要素又は操作を区別するためのものだけである。

【0024】

次に、本文に使用される「含む」、「備える」、「有する」、「含有」等は、何れも開放的な用語であり、つまり、含むがそれに限定されないことを指す。

【0025】

本明細書において、本文で冠詞について特に限定しない限り、「１つ」と「前記」は、単一又は複数をまとめて指すことができる。更に理解すべきなのは、本明細書に用いる「備える」、「含む」、「有する」及び類似な語彙は、記載される特徴、領域、整数、工程、操作、素子と／又は部品を明記するが、述べられる又は別の１つ又は複数の他の特徴、領域、整数、工程、操作、素子、部品、と／又はそれらの群を排除しない。

【0026】

図１を参照されたい。図１は、本開示の一実施形態による光学素子１００を示す斜視図である。本実施形態において、光学素子１００は、光学レンズであり、発光素子が光学素子１００の内に設けられてよい。光学素子１００の内に設けられる発光素子が発光する場合、発光素子から発光された光の一部は光学素子１００の上方から透過し、別の一部は光学素子１００の出光面にて屈折される。

【0027】

図１に示すように、光学素子１００は、底面１１０と、第１の出光面１４０と第２の出光面１６０を含み、底面１１０に設けられる出光面と、を有する。本開示において、第１の出光面１４０と第２の出光面１６０は、いずれも１つ又は複数の線形サブ屈折面からなる。本実施形態において、第１の出光面１４０は単一の線形屈折面からなり、第２の出光面１６０は複数の線形サブ屈折面からなり、第２の出光面１６０を構成する複数の線形サブ屈折面が線形サブ屈折面１６０１、線形サブ屈折面１６０２、線形サブ屈折面１６０３と線形サブ屈折面１６０４を含む。

【0028】

図２は、図１の光学素子１００を示す側面図である。図２において、つまり光学素子１００の側面図では、第１の出光面１４０、及び第２の出光面１６０を構成する複数の線形サブ屈折面１６０１～１６０４を含めて、何れも直線として現れる。

【0029】

図１に戻す。本実施形態において、図１に示す光学素子１００は、実質的に底面１１０に垂直である中心軸１８０を有し、且つその各反射面と屈折面の何れも中心軸１８０を参照して設けられる。例として、本実施形態において、光学素子１００は、中心軸１８０に対して回転対称を有し、これは各線形サブ屈折面（線形サブ屈折面１６０１、線形サブ屈折面１６０２、線形サブ屈折面１６０３と線形サブ屈折面１６０４を含む）に対応して実質的にトロイド曲面であり、且つこれらの環状の線形サブ屈折面が中心軸１８０に対しても回転対称を有する。いくつかの実施形態において、光学素子は、中心軸１８０に対して回転対称とならないように設けられてもよい。

【0030】

光学素子１００の構成を更に説明するために、同時に図２と図３を参照されたい。図３は、図１の光学素子１００の線分Ｌ－Ｌ’に沿った断面図であり、線分Ｌ－Ｌ’が中心軸１８０を貫通する。図３に示すように、光学素子１００は、底面１１０、全反射面１２０、凹部１３０、第１の出光面１４０と第２の出光面１６０を含む。光学素子１００の中心軸１８０は、底面１１０における中心点Ｏを貫通し底面１１０に垂直である。図３に示すように、中心軸１８０は、中心点Ｏを貫通する線分Ｏ－Ｏ’と見なされてよい。

【0031】

全反射面１２０は、底面１１０の上方に位置し、中心軸１８０から外方へ延伸するので、中心軸１８０から離れる周縁を有し、且つその周縁に頂点ＰＡを有する。本実施形態において、全反射面１２０は、底面１１０内向きに凹む。第１の出光面１４０は、全反射面１２０の周縁に接続され、中心軸１８０から離れる方向に底面１１０へ延伸するが、底面１１０に接触せず、第２の出光面１６０に接触する。第２の出光面１６０は、第１の出光面１４０に接続され、同様に中心軸１８０から離れる方向に底面１１０へ延伸し底面１１０に接触する。

【0032】

前記のように、第２の出光面１６０は、線形サブ屈折面１６０１、線形サブ屈折面１６０２、線形サブ屈折面１６０３と線形サブ屈折面１６０４を含む。図３に記載の光学素子１００の断面については、線分Ｌ－Ｌ’が中心軸１８０を貫通するため、図３に示す断面に対応すると、中心軸１８０を貫通する。従って、明らかに見えられるように、本実施形態において、図３に示す光学素子１００の断面で、線形サブ屈折面の各々（線形サブ屈折面１６０１、線形サブ屈折面１６０２、線形サブ屈折面１６０３と線形サブ屈折面１６０４を含む）は、断面で直線として現れる。つまり、本開示において、出光面は、単一又は複数の曲面からなるわけではなく、断面で直線となる複数の線形サブ屈折面からなる。

【0033】

図２に戻す。具体的に、線形サブ屈折面の各々と他の線形サブ屈折面との境界が、何れもそれぞれ１組の上辺と底辺に対応し、上辺又は底辺に頂点がある。本文において、頂点を通して各線形サブ屈折面の設置を説明するために、各頂点の符号については、具体的に下記のように定義される。図２に示すように、第１の出光面１４０は、上辺に頂点ＰＡを有する。第１の出光面１４０の上辺は、また全反射面１２０（図３に示す）から外方へ延伸する周縁に対応する。第１の出光面１４０と第２の出光面１６０との境界には、頂点ＰＢがあり、つまり、頂点ＰＢは、第１の出光面１４０の底辺、つまり第２の出光面１６０の上辺の上に位置する。頂点ＰＣは、底面１１０と第２の出光面１６０の境界、つまり第２の出光面１６０の底辺に位置する。

【0034】

本実施形態において、第２の出光面１６０が複数の線形サブ屈折面からなり、線形サブ屈折面と線形サブ屈折面との間の境界にも頂点を有する。例として、線形サブ屈折面１６０１と線形サブ屈折面１６０２との境界は、線形サブ屈折面１６０１の底辺と線形サブ屈折面１６０２の上辺に対応すると、頂点ＰＢ１を有するので、第２の出光面１６０から底面１１０へ上から下へ接触する初めての境界であることが判明される。類似的に、第２の出光面１６０から底面１１０へ上から下へ接触する複数の境界については、順次に頂点ＰＢ２と頂点ＰＢ３と表記されてよい。類似的な表記形態は、本文において第１の出光面１４０が複数の線形サブ屈折面からなる状況に適用されてもよく、第１の出光面１４０の上辺から第１の出光面１４０の底辺へ上から下へ接触する境界については、下記図８に示すように、これらの境界における頂点が順次に頂点ＰＡ１、頂点ＰＡ２等と表記されてよい。

【0035】

従って、図２と図３に示すように、線分Ｌ－Ｌ’の断面で、第１の出光面１４０は直線線分ＰＡ－ＰＢに対応する。第２の出光面１６０は、複数の線形サブ屈折面からなり、線形サブ屈折面１６０１（直線線分ＰＢ－ＰＢ１に対応する）、線形サブ屈折面１６０２（直線線分ＰＢ１－ＰＢ２に対応する）、線形サブ屈折面１６０３（直線線分ＰＢ２－ＰＢ３に対応する）及び線形サブ屈折面１６０４（直線線分ＰＢ３－ＰＣに対応する）を含む。これらの第２の出光面１６０を構成する線形サブ屈折面１６０１－１６０４は、それぞれ第１の出光面１４０の底辺から上から下へ順次に接続されて底面１１０に延伸し、断面における頂点ＰＢ－頂点ＰＢ１－頂点ＰＢ２－頂点ＰＢ３－頂点ＰＣの接続に対応し、且つ頂点ＰＢ、頂点ＰＢ１、頂点ＰＢ２、頂点ＰＢ３と頂点ＰＣと中心軸１８０との距離は順次に遠くなる。

【0036】

本実施形態において、光学素子１００が中心軸１８０に対して回転対称であるため、線形サブ屈折面１６０１－１６０４は、実質的にそれぞれ前記中心軸に対して回転対称となるトロイド曲面であり、且つトロイド曲面の上辺に対する長さが底辺の長さよりも小さく又はそれに実質的に等しい。例として、線形サブ屈折面１６０１にとって、上辺は頂点ＰＢ１を有し、底辺は頂点ＰＢ２を有する。頂点ＰＢ１から中心軸１８０までの距離が頂点ＰＢ２から中心軸１８０までの距離よりも小さいため、線形サブ屈折面１６０１の上辺の長さは、底辺の長さよりも小さい。

【0037】

図３に示すように、本実施形態において、線形サブ屈折面１６０１、線形サブ屈折面１６０２、線形サブ屈折面１６０３及び線形サブ屈折面１６０４と底面１１０の水平方向との間には、それぞれ中心軸１８０に向かう夾角θ１、夾角θ２、夾角θ３と夾角θ４を有する。夾角θ１～θ４は９０度よりも小さく又は実質的に９０度に等しくてよいので、第２の出光面１６０が中心軸へ凹むことはなく、光学素子１００の製造に有利である。本実施形態において、夾角θ１、夾角θ２、夾角θ３と夾角θ４が第１の出光面１４０から底面１１０へ上から下へ次第に増加し、つまり夾角θ４が夾角θ３よりも大きく、夾角θ３が夾角θ２よりも大きく、且つ夾角θ２が夾角θ１よりも大きい。これにより、第２の出光面１６０にあまりにも不連続な変化が生じないようにし、第２の出光面１６０の形も更に曲面に近くなるが、異なる発光素子に対応するために、曲面からなる出光面よりも、もっと調整しやすい。図３に示すように、夾角θ１～θ３は９０度よりも小さいが、線形サブ屈折面１６０４が底面１１０に延伸する場合、線形サブ屈折面１６０４の夾角θ４が９０度に近く又は実質的に９０度に等しく、これは、半円形の表面が平面に接する場合に似ている。従って、線形サブ屈折面１６０４の頂点ＰＢ３の中心軸１８０から離れる距離は、実質的に底辺の頂点ＰＣから中心軸１８０までの距離に等しく、即ち線形サブ屈折面１６０４の上辺の長さは、実質的に底辺の長さに等しい。

【0038】

複数の線形サブ屈折面によって出光面（例えば、第１の出光面１４０と第２の出光面１６０）を形成するメリットは、様々な異なる発光素子に対応するために、製造でパラメータを調整しやすいことにある。曲面に比べると、線形サブ屈折面によって出光面を形成するには、線形サブ屈折面の断面での長さ、及び線形サブ屈折面の各々と底面１１０との夾角を調整するだけでよい。また、光学シミュレーションでは、線形サブ屈折面からなる出光面は、パラメータを調整しやすい。

【0039】

このように、光学素子１００の内部に設けられる発光素子が発光すると、改善された光形状が得られる。発光素子は、光学素子１００の凹部１３０（下記図１０に示す）に設けられて光線を投射する。一部の光線は全反射面１２０によって第１の出光面１４０に反射された後で屈折されるが、一部の光線は直接第２の出光面１６０の複数の線形サブ屈折面に到達して屈折される。一部の光線は、光学素子１００の内部で反射されて、互いに干渉して光形状に影響を与える可能性もある。

【0040】

図４、図５Ａと図５Ｂを参照されたい。図４は、本開示の光学素子１００と別の曲面光学レンズとの発光強度（輝度）の変位に伴う変化を示す関係図である。図５Ａは、本開示の光学素子１００の光形状を示し、図５Ｂは、別の曲面光学レンズの光形状を示す。本実施形態において、光学素子１００の設置によって、光線は光学素子１００の上方から投射され、図４で曲線Ａとして現わされ、図５Ａの光形状に対応する。比較とする別の曲面光学レンズは、図４で曲線Ｂとして現わされ、図５Ｂの光形状に対応する。図４において、変位とは、光形状の中心までの距離であり、単位はｍｍである。輝度とは、対応する発光強度であり、且つ得られた最大の発光強度で正規化されるので、縦軸には単位がない。図４に示すように、本開示の光学素子１００の発生した光の形状の輝度は、明らかに別の曲面光学レンズの発生した光の形状の輝度よりも大きい。図５Ａと図５Ｂの光形状に示すように、図５Ａの光形状の範囲が明らかに大きくなり、スポットサイズが増加する。

【0041】

いくつかの実施形態において、底面１１０と、第１の出光面１４０及び第２の出光面１６０を構成する線形サブ屈折面とに異なる表面粗さを持たせてもよい。これは、線形サブ屈折面から屈折される複数の光線が互いに干渉して光形状に影響を与えないように、底面１１０と線形サブ屈折面の何れもゼロよりも大きい算術平均粗さを有してよいことに対応する。ひいては、異なる線形サブ屈折面は、互いに同じ又は異なる算術平均粗さとなるように設計されてよい。いくつかの実施形態において、線形サブ屈折面の算術平均粗さは、０．５μｍ～４０μｍの範囲にあるように設計されてよい。

【0042】

粗化処理がない場合、光形状の分布は大きくなる。底面１１０と一部の第２の出光面１６０に粗化処理を行ってハローの分布を抑制することは、既存の曲面光学レンズよりも、光線が制御され、且つ光形状が大きく、ハローが明らかではなく、ハロー現象を解決することができる。

【0043】

いくつかの実施形態において、全反射面１２０に複数の突起構造を設けてもよい。これらの突起構造は、全反射メカニズムを破って、光学素子１００の中心軸１８０の付近の輝度を向上させることができる。いくつかの実施形態において、突起構造の曲率半径は０．２μｍ～２μｍの間の範囲にあり、且つ突起構造の各々の曲率半径は同じ又は異なってよい。

【0044】

図６～図９は、それぞれ本開示の各異なる実施形態による異なる光学素子を示す断面模式図である。

【0045】

図６は、本開示の光学素子の簡単な実例を示し、第１の出光面１４０と第２の出光面とがそれぞれ単一の線形屈折面からなる。

【0046】

図７は、本開示の光学素子の別の実例を示す。図３に記載の光学素子１００と比べると、図７において、第２の出光面１６０は、２つの線形サブ屈折面１６０５と１６０６からなってよい。線形サブ屈折面１６０５及び１６０６と底面１１０の水平方向とは、それぞれ夾角θ５とθ６を有し、且つ上から下へ夾角θ５が夾角θ６よりも小さい。また、夾角θ５、θ６は、９０度よりも小さく又は実質的に９０度に等しくてよく、図７に示すように、夾角θ５は９０度よりも小さく、夾角θ６は９０度に近く又は実質的に９０度に等しい。従って、線形サブ屈折面１６０５の頂点ＰＢから中心軸１８０までの距離は、底辺の頂点ＰＢ１から中心軸１８０までの距離よりも小さく、即ち線形サブ屈折面１６０５の上辺の長さは底辺の長さよりも小さい。線形サブ屈折面１６０６の頂点ＰＢ１から中心軸１８０までの距離は、実質的に底辺の頂点ＰＣから中心軸１８０までの距離に等しく、即ち線形サブ屈折面１６０６の上辺の長さは実質的に底辺の長さに等しい。

【0047】

図８は、本開示の別の実施形態による光学素子を示す実例である。図３に記載の光学素子１００と比べると、図８において、第２の出光面１６０は線形サブ屈折面であり、第１の出光面１４０は線形サブ屈折面１４０１（断面における直線線分ＰＡ－ＰＡ１に対応する）、線形サブ屈折面１４０２（断面における直線線分ＰＡ１－ＰＡ２に対応する）と線形サブ屈折面１４０３（断面における直線線分ＰＡ２－ＰＢに対応する）からなる。これらの線形サブ屈折面１４０１－１４０３は、それぞれ全反射面１２０の周縁から上から下へ順次に接続されて第２の出光面１６０の上辺に延伸する。頂点ＰＡは全反射面１２０と線形サブ屈折面１４０１との境界に位置し、頂点ＰＡ１は線形サブ屈折面１４０１と１４０２との境界に位置し、頂点ＰＡ２は線形サブ屈折面１４０２と１４０３との境界に位置する。且つ、線形サブ屈折面１４０１－１４０３は、上から下へ底面１１０の水平方向との夾角が次第に大きくなる。

【0048】

図９は、本開示の別の実施形態による光学素子を示す実例である。図８に記載の発光素子と比べると、図９において、線形サブ屈折面１４０４－１４０６は、第１の出光面１４０を形成し、且つ上から下へ底面１１０の水平方向との夾角も次第に小さくなり、本開示にも含まれる。

【0049】

図１０は、本開示の一実施形態による発光装置２００を示す断面図である。図１０に示すように、発光装置２００は、前記のような光学素子１００を含み、更に、駆動基板２２０と発光素子２１０を含み、光学素子１００の凹部１３０は発光素子２１０を収納することに用いられる。駆動基板２２０は、発光素子２１０を駆動するように接続される。いくつかの実施形態において、発光素子は、発光ダイオードを含む。いくつかの実施形態において、発光ダイオードは、発光ダイオードチップ、サブミリメートル発光ダイオードチップ（ｍｉｎｉ ＬＥＤ ｃｈｉｐ）、マイクロ発光ダイオードチップ（ｍｉｃｒｏ ＬＥＤ ｃｈｉｐ）であってよい。いくつかの実施形態において、発光ダイオードは、少なくとも１つの発光ダイオードチップを含むパッケージ構造であってよい。

【0050】

発光装置２００において、発光素子２１０が駆動されて発光すると、発光した複数の光線は凹部１３０の上面、側面から放出され、例えば一部が線分ＰＤ－ＰＥの曲面から放出され、これらの線分ＰＤ－ＰＥから放出された光線の一部が全反射面１２０によって第１の出光面１４０に反射され、第１の出光面１４０から屈折される。その同時に、一部の光線は凹部１３０における線分ＰＥ－ＰＦの対応する側面を介して直接第２の出光面１６０に到達し、複数の線形サブ屈折面１６０１－１６０４からなる第２の出光面１６０から屈折される可能性もある。

【0051】

以上をまとめると、本開示の光学素子は、それぞれ１つ又は複数の線形サブ屈折面からなる第１のと第２の出光面を含み、且つ線形サブ屈折面が反射面から底面まで上から下へ外方へ延伸し、製造しやすいだけでなく、線形サブ屈折面を調整するには少ないパラメータのみを必要とし、製造前の光学シミュレーションに便利である。これは、製造コストを低下させるだけでなく、元の曲面光学レンズのスポットサイズを簡単で且つ効果的に改善することができる。その同時に、異なる線形サブ屈折面に対して異なる算術平均粗さを設置し、更にハローの現象を改善することもできる。

【0052】

本発明の実施例を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、後に付いた特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0053】

１００ 光学素子
１１０ 底面
１２０ 全反射面
１３０ 凹部
１４０ 第１の出光面
１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５、１６０６ 線形サブ屈折面
１６０ 第２の出光面
１８０ 中心軸
２００ 発光装置
２１０ 発光素子
２２０ 駆動基板
Ａ、Ｂ 曲線
Ｏ 中心点
Ｏ－Ｏ’、Ｌ－Ｌ’、ＰＤ－ＰＥ、ＰＥ－ＰＦ 線分
ＰＡ、ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＢ、ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３、ＰＣ 頂点
θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６ 夾角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】