JP2007059378A

JP2007059378A - 光源装置

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Publication number: JP2007059378A
Application number: JP2006121783A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Naeshiro; 光博苗代; Satoshi Inagaki; 聡稲垣
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: JP4640248B2; US20070019409A1; US7556404B2

Abstract

【課題】配光特性に影響することなく、且つ高い光利用率を達成しつつ、色わかれの少ない光を放出可能な光源装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体と、を備えたＬＥＤ装置と、前記ＬＥＤ装置の光出射側に配置されるレンズと、前記ＬＥＤ装置の光出射面上又は前記レンズの入光面上に、空気層を介して配置される光拡散層と、を備えてなる光源装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤを光源として利用した光源装置に関する。詳細には、ＬＥＤチップからの光の一部を蛍光体で色変換して外部放射光を得る光源装置に関する。

例えばスポットライトとして使用される照明装置など、特定の照射領域の光が必要な場合、ＬＥＤ装置の光をレンズで配光制御することが行われる（例えば特許文献１を参照）。一方、白色系の光を発光するＬＥＤ装置の開発が精力的に行われ、実用化に至っている。代表的な白色ＬＥＤ装置では、青色系ＬＥＤチップの光出射側に黄色系蛍光体（例えばＹＡＧ）を配置することによってＬＥＤ光の一部を波長変換し、これによって得られた黄色光と、ＬＥＤチップからの変換されなかった青色光との混色によって疑似白色光を得る。ところで、ＬＥＤチップの光出射側に配置される蛍光体は拡散剤としても作用することから、十分な濃度で蛍光体を使用すればある程度の拡散効果が得られ、色分かれを抑制することができる。しかしながら、蛍光体の濃度（使用量）は、最終的に得られる外部放射光の色調を考慮して定められるものであり、蛍光体による十分な拡散効果を期待できない場合も多い。蛍光体の濃度が低い場合にはＬＥＤ装置内での拡散率が低下し、ＬＥＤ装置から出射した光は中心が青味を帯びており、その周辺が黄色味を帯びたものとなる。この現象に加え、ＬＥＤ装置から出射した光をレンズで集光すればレンズの色収差に起因して短波長側の光である青色光が中心に集まることから、中心と周辺とで色調が異なること、即ち色分かれが発生する。

特開２００４−２６５７２７号公報

上記の色分かれの問題に対処する方法として一般的には複合レンズが使用される。複合レンズによれば焦点位置での色分かれを防止することができるものの、焦点からずれた位置では色分かれが発生してしまう。従って、照明位置にある程度の幅を持たせることが必要な照明用の光源装置では、複合レンズのみによって色分かれを防止することはできない。
一方、レンズに拡散剤を含有させ、レンズ内で光を拡散させることによって色分かれを軽減することも可能であるが、この方法ではレンズ効果を犠牲にしてしまい、配光特性が影響を受ける。
そこで本発明は、配光特性に影響することなく、且つ高い光利用率を達成しつつ、色わかれの少ない光を放出可能な光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は次の構成からなる。即ち、
ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体と、を備えたＬＥＤ装置と、
前記ＬＥＤ装置の光出射側に配置されるレンズと、
前記ＬＥＤ装置の光出射面上又は前記レンズの入光面上に、空気層を介して配置される光拡散層と、
を備えてなる光源装置である。

上記構成では、ＬＥＤチップからの光の一部が蛍光体の励起に利用され、ＬＥＤ装置からはＬＥＤチップからの光と蛍光体によって波長変換された光が出射する。ＬＥＤ装置から出射した光は光拡散層によって拡散された後にレンズへと入射する。このように、予め均一性が高められた光がレンズに入射することによって、レンズから放射される光の色分かれが低減される。
本発明の構成では、ＬＥＤ装置の光出射面やレンズの入光面を拡散面とするのではなく、独立した光拡散層を設けたことによって、ＬＥＤ装置の光取り出し率を低下させず、またレンズ効果に影響を与えることなく良好な拡散効果が得られる。従って、光利用率も高く、さらには配光特性にも優れた光源装置となる。

本発明に使用されるＬＥＤ装置はＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体とを備える。
ＬＥＤチップの種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のものを採用することができる。例えば、III族窒化物系化合物半導体層を備えるＬＥＤチップを用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。ＬＥＤの素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。

III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。

III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましい。

ＬＥＤチップの発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。白色光を放出する光源装置を構成する場合には、青色光を放射するＬＥＤチップを好適に用いることができる。
ＬＥＤチップを複数個用いることもできる。その場合には、同種類のＬＥＤチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のＬＥＤチップを複数組み合わせても良い。

蛍光体は、ＬＥＤチップからの光によって励起され、蛍光を発するものが使用される。蛍光体の選定にあたっては光源装置の発光色が考慮される。例えば、白色光を発光可能な光源装置を構成しようとすれば、青色系ＬＥＤチップに対して黄色系蛍光体を組み合わせることができる。黄色系蛍光体としては例えば、一般式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＡｌ_５−ｙＧａ_ｙＯ_１２：Ｃｅ（０≦ｘ≦３、０≦ｙ≦５）で表されるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を好適に用いることができる。かかる蛍光体は、青色系の光を黄色ないし黄緑色系の光に効率よく変換する。上記一般式において、イットリウム（Ｙ）の一部又は全部をＬｕ又はＬａに置換したものを用いることもでき、また、アルミニウム（Ａｌ）の一部又は全部をＩｎ又はＳｃに置換したものを用いることもできる。
また、黄色系蛍光体として、（Ｃａ_０．４９Ｍｇ_０．５０）_３（Ｓｃ_０．７５Ｙ_０．２５）_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋、（Ｃａ_０．９９）_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋、（Ｃａ_０．４９Ｍｇ_０．５０）_３（Ｓｃ_０．５０Ｙ_０．５０）_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋、（Ｃａ_０．４９Ｍｇ_０．５０）_３（Ｓｃ_０．５０Ｌｕ_０．５０）_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋（オルトケイ酸塩）等を用いることもできる。

本発明に使用可能な蛍光体は以上の黄色系蛍光体に限られるものではない。以下に、赤色系蛍光体及び緑色蛍光体の一例を示す。
（赤色系蛍光体）
赤色系蛍光体としては例えば、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｙ，Ｌａ）Ｏ_３：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｅｕ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｅｕ、ＳｒＹ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ，Ｂｉ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＣａＬａ_２Ｓ_４：Ｃｅ等を採用することができる。

（緑色系蛍光体）
緑色系蛍光体としては例えば、（Ｙ，Ｃｅ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＹＢＯ_３：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃａ，Ｓｒ）_ｐ／２Ｓｉ_{１２−ｐ−ｑ}Ａｌ_ｐ＋ｑＯ_１−ｑＮ：Ｃｅ、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、（Ｃａ_０．９９）_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋、（Ｃａ_０．４９Ｚｎ_０．５０）_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_{１２．０１５}：Ｃｅ^３＋等を採用することができる。

ＬＥＤ装置の光出射側にはレンズが配置される。本発明の光源装置ではレンズによる配光制御を受けた光が外部放射する。光源装置の使用目的に応じて適当な集光作用を有するレンズが使用される。レンズの凸面の形状としては球面、楕円面、放物面などを採用できる。レンズは、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂や、ガラス等の無機材料を用いて作製することができる。

本発明の光源装置では、ＬＥＤ装置とレンズとの間に光拡散層が備えられる。光拡散層は、ＬＥＤ装置の光出射面上又はレンズの入光面上に、空気層を介して配置される。つまり、ＬＥＤ装置の光出射面やレンズの入光面に接した状態で光拡散層が備えられるのではなく、これらの面との間に空気層を介在させた状態で光拡散層が備えられる。このように独立した光拡散層とすることによって、ＬＥＤ装置の光出射面を光拡散層とした場合に生ずる光取り出し効率の低下や、レンズの入光面を光拡散層とした場合に生ずるレンズへの入射効率の低下を防止できる。

単一の光拡散層を備えるのではなく、複数の光拡散層を備える構成にすることが好ましい。ここで、光拡散層の光拡散効果を高めれば光拡散層の透過率は低下する。つまり、拡散効果と透過率はいわばトレードオフの関係にある。従って、十分な光透過率を確保しようとすれば、一つの光拡散層による光拡散効果には限界がある。そこで、複数の光拡散層を設け、多段階で拡散することにすれば、各光拡散層に要求される拡散効果は相対的に低くなり、十分な透過率を確保し易い。このように、複数の光拡散層を備える構成とすれば高い光透過率を確保しつつ、高い光拡散効果を得ることができる。
光拡散効果、透光率、及び構成の簡易さ等を総合的に考慮すれば、光拡散層を２層設けることが好ましい。

光拡散層は例えば、表面に規則的又はランダムな凹凸を備える、透光性樹脂（ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ポリカーボネート樹脂等）製のシート（フィルム）によって形成することができる。

本発明の好ましい一態様では、上下両面が光拡散面であるシート（以下、「両面拡散シート」ともいう）が使用され、当該シートの光拡散面が光拡散層を構成する。換言すれば、両面拡散シートの上面及び下面によって２層の光拡散層が形成される。このような両面拡散シートをＬＥＤ装置とレンズとの間に介在させることによって、ＬＥＤ装置から出射した光が両面拡散シートに入射する際、ＬＥＤ装置側の表面において光拡散作用が奏され、さらに両面拡散シートから放出される際、レンズ側の表面において光拡散作用が奏される。このように当該態様では２段階で光拡散作用が奏される。ここで、片面のみが光拡散面のシートでは、光拡散面でない側の面において多くの光が反射される結果、光のロスが大きい（光透過率が低下する）。これに対して上記の両面拡散シートでは、上下両面が光拡散層であるため、このような光のロスは少ない。

上記の通り本発明では、ＬＥＤ装置の光出射面上又はレンズの入光面上に空気層を介して光拡散層が配置される。両面拡散シートを使用する態様においては、ＬＥＤ装置の光出射面又はレンズの入光面と所定の距離をおいて両面拡散シートが取り付けられることになる。ここで、ＬＥＤ装置の光出射面又はレンズの入光面に直接、両面拡散シートを接着させることにすれば、接着剤によって両面拡散シートの表面の光学特性が影響を受けたり、接着剤を使用しない場合においても接着の際に両面拡散シートの表面形状が変形して光学特性が変化することによって、両面拡散シートが本来の光拡散効果を発揮できない。本発明の構成によればこのような問題が解消され、期待通りの良好な光拡散効果が得られる。

両面拡散シートの厚さは特に限定されない。例えば５０μｍ〜２００μｍ厚の両面拡散シートを用いることができる。具体的にはライトアップ７５ＰＢＡ，１００ＰＢＵ（商品名、（株）きもと社製）の両面拡散シートを利用できる。両面拡散シートと取付相手（ＬＥＤ装置の光出射面又はレンズの入光面）との距離も特に限定されない。ＬＥＤ装置の光出射面に両面拡散シートを取り付ける場合、両面拡散シートをＬＥＤ装置の光出射面に近接させることによって、ＬＥＤ装置から斜め乃至横方向に放射した光の多くを光拡散層へ取り込み、そしてレンズ方向へ放出することが容易となる。つまり、両面拡散シートをＬＥＤ装置の光出射面に近接させることによって光利用率を高めることができる。一方、レンズの入光面に両面拡散シートを取り付ける場合においては、両面拡散シートをレンズの入光面に近接させることによって、両面拡散シートを通過した光をレンズ内に取り込み易くなる。以上の理由から、光拡散シートと取付相手との距離は０．２ｍｍ以下であることが好ましい。例えば当該距離を０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの間で設定することができる。
以下、実施例を用いて本発明の構成を更に詳細に説明する。

図１は実施例の光源装置１の平面図である。図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。以下、各図面を参照しながら、光源装置１の構成を説明する。尚、光源装置１は例えば車両用マップランプなどの光源として使用される。
光源装置１は大別して表面実装型発光ダイオード装置（以下、「ＬＥＤ装置」という）１０、両面拡散シート２０、レンズ３０、プリント配線板４０、筐体５０、及びカバー６０から構成される。ＬＥＤ装置１０はＬＥＤチップ１１、基板７０、リフレクタ７１、及び封止部材７２から概略構成される。尚、静電耐圧のためにＬＥＤ装置１０は図示しないツェナーダイオードを内蔵する。
図３に示すようにＬＥＤチップ１１はサファイア基板１２上に複数の半導体層が積層された構成からなり、主発光ピーク波長を４７０ｎｍ付近に有する。ＬＥＤチップ１１の各層のスペックは次の通りである。
層：組成
ｐ型層１６：ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ
発光する層を含む層１５：ＩｎＧａＮ層を含む
ｎ型層１４：ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ
バッファ層１３：ＡｌＮ
基板１２：サファイア

基板１２の上にはバッファ層１３を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１４が形成される。ここで、基板１２にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層１３はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１４をＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１４にはｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層１５は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。

発光する層を含む層１５はｐ型層１６の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１５中に注入された電子がｐ型層１６に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１５の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１６を形成する。このｐ型層１６はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。

ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１６を形成した後にｐ型層１６、発光する層を含む層１５、及びｎ型層１４の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層１４上に蒸着で形成される。
透光性電極１７は金を含む薄膜であって、ｐ型層１６の上に積層される。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１７の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板１２の裏面（半導体層が形成されない側の表面）にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板１２側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。

リフレクタ７１は白色系の樹脂からなり、カップ状部を形成する内周面が光軸に対して所望の角度となるように成型されている。
封止部材７２はＬＥＤチップ１１を被覆するようにカップ状部に充填される。本実施例では封止部材７２の材料として、黄色系の蛍光体を分散させたシリコーン樹脂を用いた。

ＬＥＤ装置１０の光出射側には両面拡散シート２０が取り付けられている。具体的には、リフレクタ７１の上面縁部と両面拡散シート２０の下面縁部とが接着剤２１で接着されている。これによって両面拡散シート２０は、空気層を介在させた状態でＬＥＤ装置１０の光出射面７３を覆う。尚、接着剤２１の材質や使用量などによって空気層の厚さを調節することができ、この例ではシリコーン樹脂系の接着剤を使用することで空気層の厚さを約０．１ｍｍとした。また、本実施例では両面拡散シート２０のＬＥＤ装置１０への取り付けに接着剤２１を使用したが、これに代えて両面テープを用いてもよい。
両面拡散シート２０は、上面及び下面にそれぞれ微細な凹凸が形成された透光性シートである。両面拡散シート２０の厚さは約１２５μｍであり、またその材質はＰＥＴ樹脂である。このような両面拡散シートとして例えば市販のディフュージョンフィルムであるライトアップ１００ＰＢＵ（商品名、（株）きもと社製）を用いることができる。

レンズ３０は透光性樹脂製であって、放物面形状のレンズ面を有する。尚、レンズ面の形状は放物面に限られるものではなく、球面形状や楕円面形状などを採用することもできる。

光源装置１は以下の手順で組み立てられる。まず、両面拡散シート２０を接着した光源装置１及びその他の回路部品をプリント配線板４０に実装する。次にプリント配線板４０を筐体５０内の所定位置に固定する。続いてレンズ３０及びカバー６０を順に被せ、レンズ３０の縁部を筐体５０とカバー６０で挟み、レンズを固定する。

続いて光源装置１の発光態様を説明する。まずＬＥＤ装置１０に必要な電力が供給されるとＬＥＤ装置１０内のＬＥＤチップ１１から青色系の光が放出される。この青色系の光の一部はＬＥＤ装置１０内の封止部材７２を通過する過程で蛍光体を励起させ、これによって黄色系の蛍光が生ずる。その結果、ＬＥＤ装置１０からは青色系の光と黄色系の光が出射する。ＬＥＤ装置１０から出射したこれらの光は混色しながら進行し、両面拡散シート２０の下面に入射し、そこで拡散される。これによって混色が促進される。拡散作用を受けた光は次いで両面拡散シート２０内を進行し、両面拡散シート２０の上面に至る。両面拡散シート２０の上面に至った光はそこで再度、拡散作用を受けた後、両面拡散シート２０の上面より放射する。
以上のようにして両面拡散シート２０を通過した光はレンズ３０の入光面３１（下面）よりレンズ３０内に導入される。レンズ３０内に導入された光はレンズ効果によって収束する。その結果、指向性の高い光がレンズ３０より外部放射することになる。尚、レンズ３０から放射した光の一部（周辺光）はカバー６０でカットされる。

以上説明したように光源装置１では、ＬＥＤ装置１０から出射した光が両面拡散シート２０によって拡散された後にレンズ３０に入射する。つまり、予め均一性が高められた光がレンズ３０に導入される。しかも両面拡散シート２０を用いたことによって２段階で光拡散作用が奏される結果、均一性の非常に高い光がレンズ３０に導入されることになる。従って、最終的にレンズ３０から放射する光は均一性に優れ、焦点位置からずれた位置においても色分かれが低減される。
一方、ＬＥＤ装置１０の光出射面７３と両面拡散シート２０との間に空気層を設けたことによって、両面拡散シート２０の下面の凹凸形状がその本来の形状を維持し、期待される光拡散作用を発揮することができる。従って、両面拡散シート２０の上面及び下面においてそれぞれ良好な光拡散作用が奏され、均一性の高い光を生成できる。
また、両面拡散シート２０では、片面のみが拡散面のシートと異なり、上面及び下面に至った光の多くを拡散させつつ目的の方向（即ちレンズ３０方向）へと進行させることができる。従って、両面拡散シート２０を採用した光源装置１では光の利用率が高く、高輝度の光を得ることができる。
さらには、ＬＥＤ装置１０の光出射面７３やレンズ３０の入光面３１を拡散面として光の均一性を高めるのではなく、両面拡散シート２０の使用による、独立した光拡散層を設けたことによって、ＬＥＤ装置１の光取り出し率を低下することなく、且つレンズ効果に影響を与えることなく光の均一性を高めることが可能となる。これによって、光利用率及び配光特性が向上する。

本発明の他の実施例を図４に示す。図４は光源装置２の断面図であり、上記実施例における図２に対応する。以下の説明では、上記実施例と同一の部材・要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
光源装置２では両面拡散シート２０がレンズ３０に取り付けられる。具体的には、接着剤２１によって両面拡散シート２０の縁部がレンズ入光面３１に接着されている。これによって両面拡散シート２０は、空気層を介在させた状態でレンズの入光面３１を覆うように配置されることになる。この例ではアクリルエマルジョンの接着剤を使用することで空気層の厚さを約０．１ｍｍとした。
以上の構成の光源装置２では、上記実施例の光源装置１と同様に、ＬＥＤ装置１０から出射した光が両面拡散シート２０で拡散された後にレンズ３０へと導入される。その結果、均一性に優れ、焦点位置からずれた位置においても色分かれの少ない光がレンズ３０から放射することになる。
また、光源装置１と同様、光源装置２においても、(1)両面拡散シート２０とレンズ入光面３１との間に空気層を介在させたことによる、均一性の高い光の生成、(2)両面拡散シート２０を採用したことによる、光利用率及び配光特性の向上といった効果が奏される。

本発明の他の実施例を図５〜８に示す。図５はこの実施例の光源装置３を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は断面図（（ｂ）におけるＢ−Ｂ線位置での断面）である。一方、図６は光源装置３が備えるレンズ８０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図（（ａ）におけるＣ−Ｃ線位置での断面）である。図７及び８はそれぞれ、光源装置３に内蔵される素子部（基板８４及び実装部品）を示す上面図及び回路図である。尚、光源装置３は例えば車両用マップランプなどの光源として使用される。

光源装置３はレンズ８０、カバー８１、素子部（基板８４及び実装部品）及びヒートシンク８２を備える。レンズ８０は無色透明のポリカーボネート製であって、片側が凸レンズ形状に成形されているとともに、反対側には固定及び位置決め用の一対の足８０ｂが形成されている（図６）。レンズ８０の入光面８０ａには、両面拡散シート８７が貼付されている。この例では両面拡散シート８７としてディフュージョンフィルム（ライトアップ１００ＰＢＵ（商品名、（株）きもと社製））を使用した。尚、両面拡散シート８７の周縁領域が接着部となる。

カバー８１はＰＢＴ樹脂製であり、片側にはレンズ用の開口部８１ａが設けられている。また、側面には光源装置３の取付の際に利用される係止爪８１ｂが設けられている。
基板８４はＡｌ製の放熱性基板であり、その上には所定の配線パターンが形成されている（図示せず）。基板８４には一対の切り欠き部８４ａが設けられている。当該切り欠き部８４ａはレンズ８０の固定及び位置決めに利用される。
基板８４の配線パターン上には図７に示すようにＬＥＤランプ８３、トランジスタ８８、整流用のダイオード９０、抵抗９１、９２、及びツェナーダイオード９３、９４、９５がそれぞれ半田を用いて表面実装されており、図８に示す回路を構成する。ＬＥＤランプ８３はＳＭＤ（表面実装）タイプであり、青色系のＬＥＤチップを２個内蔵する。ＬＥＤランプ８３は、封止樹脂内に含有させた蛍光体に起因する黄色光とＬＥＤチップの青色光が混合することによって白色発光する。尚、図７において符号８９はコネクタを表す。

ヒートシンク８２はアルミ製であって、放熱性を高めるための複数のフィンを備える。光源装置３ではヒートシンク８２と基板８４の間に伝熱シート８５が介在する。伝熱シート８５は基板８４側からヒートシンク８２への伝熱を促す。また、緩衝材として機能し、基板８４の位置ずれを防止する。

光源装置３は以下の手順で組み立てられる。まず、ヒートシンク８２の上にシリコーンシート８５及び基板８４を順に載置する。次に、レンズ８０の足８０ｂが基板８４の切り欠き部８４ａに係合するようにレンズ８０を設置する。このようにして仮止めした後、カバー８１をレンズ８０側より被せる。最後に熱かしめによってカバー８１をヒートシンク８２に固定する。即ち、カバー８１には予め、開口部８１ａが設けられる側と反対側において固定用の足が４本設けられており、この足を溶融することでカバー８１の一部８１ｃをヒートシンク８２に係合させる。これによって４箇所においてカバー８１がヒートシンク８２に固定され、その結果、レンズ８０及び基板８４などがカバー８１とヒートシンク８２で狭持された構造が得られる（図５（ｄ））。

光源装置３では、ＬＥＤランプ８３が出射する光が両面拡散シート８７で拡散された後、レンズ８０に入光する。レンズ８０内に導入された光はレンズ効果によって収束した後、指向性の高い光として外部放射する。尚、レンズ８０から放射する光の一部はカバー８１によってカットされることになる。
上記の光源装置１及び２と同様に光源装置３においても、(1)両面拡散シート８７とレンズ入光面８０ａとの間に空気層を介在させたことによる、均一性の高い光の生成、(2)両面拡散シート８７を採用したことによる、光利用率及び配光特性の向上といった効果が奏される。

本発明の更に他の実施例を図９〜１１に示す。図９はこの実施例の光源装置４を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は裏面図、（ｅ）は断面図（（ｂ）におけるＤ−Ｄ線位置での断面）である。図１０及び１１はそれぞれ、光源装置４に内蔵される素子部（基板９８及び実装部品）を示す上面図及び回路図である。以下の説明では、上記の光源装置３と同一の部材・要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
光源装置４では、ヒートシンク９７の四隅に固定用の穴が設けられている。これに対応するようにカバー９６には４本の足が備えられる。この４本の足をヒートシンク９７の穴にそれぞれ挿入した後、熱かしめを実施して当該足を溶融させることでカバー９６をヒートシンク９７に固定する。尚、ヒートシンク９７はアルミ製であり、カバー９６はＰＢＴ樹脂製である。
光源装置４においても、上記の光源装置３と同様に（図６を参照）、レンズ８０の入光面には両面拡散シート（ライトアップ１００ＰＢＵ（商品名、（株）きもと社製））が貼付されている。

図１０及び図１１に示すように、光源装置４ではＬＥＤランプ８３と二つのツェナーダイオード９４のみを使用した簡素な回路構成を採用した。尚、図中の符号９９はコネクタを表す。
光源装置４は上記の光源装置３と同様の態様で発光する。光源装置４においても、(1)両面拡散シートとレンズ入光面との間に空気層を介在させたことによる、均一性の高い光の生成、(2)両面拡散シートを採用したことによる、光利用率及び配光特性の向上といった効果が奏される。

本発明の光源装置は例えば車両室内照明用光源、居室内照明用光源などとして利用され得る。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

本発明の実施例である光源装置１の平面図である。光源装置１の断面図である（図１のＡ−Ａ線位置）。光源装置１に使用されるＬＥＤチップ１１の構成を模式的に示す図である。他の実施例である光源装置２の断面図である。本発明の実施例である光源装置３を示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は断面図（（ｂ）におけるＢ−Ｂ線位置での断面）である。光源装置３が備えるレンズ８０を示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図（（ａ）におけるＣ−Ｃ線位置での断面）である。光源装置３に内蔵される素子部（基板８４及び実装部品）を示す上面図である。光源装置３の回路図である。本発明の実施例である光源装置４を示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は裏面図、（ｅ）は断面図（（ｂ）におけるＤ−Ｄ線位置での断面）である。光源装置４に内蔵される素子部（基板９８及び実装部品）を示す上面図光源装置４の回路図である。

符号の説明

１、２、３、４光源装置
１０ＬＥＤ装置
１１青色系ＬＥＤチップ
２０両面拡散シート
２１接着剤
３０レンズ
３１レンズ入光面
４０プリント配線板
５０筐体
６０、８１、９６カバー
７０基板
７１リフレクタ
７２封止部材
７３ＬＥＤ装置の光出射面
８０レンズ
８０ａレンズ入光面
８０ｂ固定用の足
８１、９６カバー
８１ａレンズ用開口部
８１ｂ取付用の爪
８１ｃ係止部
８２、９７ヒートシンク
８３ＬＥＤランプ
８４、９８放熱性基板
８４ａ、９８ａ放熱性基板の切り欠き部
８５伝熱シート
８７両面拡散シート
８８トランジスタ
８９、９９コネクタ
９０整流用ダイオード
９１、９２抵抗
９３、９４、９５ツェナーダイオード

Claims

ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体と、を備えたＬＥＤ装置と、
前記ＬＥＤ装置の光出射側に配置されるレンズと、
前記ＬＥＤ装置の光出射面上又は前記レンズの入光面上に、空気層を介して配置される光拡散層と、
を備えてなる光源装置。
二層の光拡散層が備えられる、請求項１に記載の光源装置。
表裏両面が光拡散面であるシートが使用され、該シートの光拡散面が前記光拡散層を構成する、請求項２に記載の光源装置。
前記ＬＥＤチップが青色光を出射するＬＥＤチップであり、
前記蛍光体が、青色光に励起されて黄色光を放出する蛍光体である、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。