JP2009245681A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラ又は輝度ムラが防止されるともに、部品点数の少ない光源装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ３０と、前記ＬＥＤランプの光放出側に設けられ、色変換材又は拡散材を含むレンズであって、フレネル部を有するレンズ２０と、を備える光源装置１とする。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤランプを使用する光源装置の改良に関する。

ＬＥＤランプとその光放出側にレンズを備える光源装置において、ＬＥＤランプの光と異なる色を放出させるには、レンズ自体を着色材や蛍光材などの色変換材を含む材料で形成することが考えられる。しかし、通常のレンズ形状では、ＬＥＤランプの光がレンズ内を透過する距離にバラツキが生じて、色ムラが発生する。例えば、凸レンズでは、レンズ中央部を透過する光はレンズ端部を透過する光よりも、レンズ内を透過する距離が長くなる。これにより、レンズ中央部から放出される光は色変換作用をより強く受け、レンズ中央部の光とレンズ端部の光との間で色ムラが発生する。一方、放出光を拡散させて輝度ムラを低減するには、光拡散材を含む材料でレンズを形成することが考えられる。しかし、この場合も通常のレンズ形状では、ＬＥＤランプの光がレンズ内を透過する距離にバラツキが生じて、拡散作用が不均一となり、輝度ムラを低減させるのが難しかった。
このような色ムラや輝度ムラを防止するため、レンズの光入射側又は光放出側にカラーフィルターや拡散シートを別体で設けることが行われている。特許文献１には、ＬＥＤチップとその光放出側に設けられたレンズの光入射面との間に蛍光体と光拡散層とを備える光源装置が開示されている。特許文献１の光源装置では、かかる構成により色ムラが防止されている。
特開２００７−５９３７８号公報

特許文献１の光源装置では、拡散シートがレンズ等とは別体で設けられている。そのため、部品点数が増え、組み立て工程の煩雑化を招き、コスト面でも不利となる。また、カラーフィルター等の色変換材を別体で設ける場合も同様に不利となる。
そこで、本発明は、色ムラ又は輝度ムラが防止されるともに、部品点数の少ない光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
ＬＥＤランプと、
前記ＬＥＤランプの光放出側に設けられ、色変換材又は拡散材を含むレンズであって、フレネル部を有するレンズと、
を備える、光源装置である。

本発明の光源装置によれば、レンズには色変換材又は拡散材が含まれているため、カラーフィルターや拡散シートなどを別体で設ける必要がない。これにより、部品点数が少なくてすみ、組み立て工程の簡略化され、コスト面でも有利となる。一方、レンズはフレネル部を有しており、レンズ全体を薄型に形成することができる。これにより、ＬＥＤランプの光がレンズを透過する際に、その透過距離のバラツキが低減される。その結果、レンズが色変換材を含む場合は、色変換材による色変換作用のバラツキが低減されて色ムラの発生が防止される。一方、レンズが拡散材を含む場合は拡散材による拡散作用の不均一さが低減されて、輝度ムラの発生が防止される。以上のように、本発明の光源装置は色ムラ又は輝度ムラの発生が防止されるとともに、部品点数の少ない光源装置となる。

（ＬＥＤランプ） 本発明の光源装置では光源としてＬＥＤランプを使用する。ＬＥＤランプは小型であること、駆動電力が小さいこと、発熱量が少ないこと、長寿命であることなど様々な利点を有する。ＬＥＤランプの種類は特に限定されず、表面実装（ＳＭＤ）タイプ、砲弾タイプ（レンズタイプ）、チップオンボード（ＣＯＢ）タイプ等、種々のタイプのＬＥＤランプを採用できる。ＳＭＤタイプを採用することが好ましい。ＳＭＤタイプは小型であるため、装置の薄型化、小型化に寄与するからである。ＬＥＤランプの発光色は任意に選択できる。例えば、白色、赤、アンバー、緑、青等の可視領域の発光波長を有するＬＥＤランプを採用できる。ＬＥＤチップの光の一部を蛍光体で波長変換し、ＬＥＤチップの光と蛍光とが混合した光を放射するＬＥＤランプを使用することもできる。蛍光体は例えばＬＥＤランプの封止樹脂に含有させることができる。封止樹脂の表面に蛍光体を含む層を設けてもよい。

同種又は異種のＬＥＤチップが複数個内蔵されたＬＥＤランプを光源として使用することもできる。例えば、赤、緑、青の各色のＬＥＤチップを一つの基板上にマウントしたＬＥＤランプ（３ｉｎ１ＬＥＤランプ）を用い、各ＬＥＤチップの発光態様を制御すれば、所望の色を発光させることができる。これにより、所望の発光色を発光する照明装置が構成される。なお、同種又は異種のＬＥＤランプを複数個使用してもよい。

（レンズ）
ＬＥＤランプの光放出側には、フレネル部を有するレンズが設けられる。レンズは光透過性の材料を基材として、色変換材又は拡散材を含む。レンズの基材は透明性を有する材質であれば特に限定されない。例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ガラス等を例示できる。中でも、アクリル樹脂製とすることが好ましい。アクリル樹脂は光透過率が高く、成形が容易で強度に優れるため、取り扱い易いからである。レンズに使用される色変換材は、ＬＥＤランプの発光色を考慮して、特定の波長域の光を吸収する吸収材や、特定の波長域の光で励起されて蛍光を発する蛍光材などを採用することができる。例えば、光源として白色ＬＥＤランプを使用し、色変換材として約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光（赤色系以外の光）を吸収する吸収材を使用することにより、白色ＬＥＤランプの光を電球色に近い色の光に変換することができる。一方、光拡散材は、例えば所定の粒径を有するガラス、アルミなどの金属、レンズの基材と光の屈折率の異なる樹脂などを採用することができる。拡散材はレンズに均一に分布させることが好ましい。拡散作用が均一となり輝度ムラの発生を一層防止できるからである。なお、レンズは型成形、切削等の公知の方法で成型することができる。

レンズのフレネル部はレンズの光放出側、又は光入射側に設けられる。フレネル部はフレネルレンズ形状を有する領域を指す。フレネルレンズ形状とは、通常のレンズの曲面を分割して反対側に近づけることにより、レンズの厚みを薄くしたレンズ形状をいう。フレネル部はＬＥＤランプを中心とする仮想球面に沿うことが好ましい。より詳細には、フレネル部を形成する各曲面が、ＬＥＤランプを中心とする仮想球面に略沿って配置されることが好ましい。ＬＥＤランプの光がレンズを透過する際の透過距離のバラツキが一層低減されて、放出光の色ムラ又は輝度ムラの発生がさらに防止されるからである。当該仮想球面の半径に対する厚みは、レンズの屈折率などを考慮して決定することができる。例えば、図４に示す模式図のようにフレネル部と反対側（光入射面）を平面とした場合、仮想球面は以下のように規定できる。但し、θ_１は光源から光入射面への入射角、θ_２はレンズに入射した光の屈折角、ｂはレンズの厚さ、ｗはフレネル部上の点Ｐと光源の水平方向の距離、ｈは光源と光入射面との距離、ｌは光源からフレネル部までの距離からｈを引いた長さ、ｌ’は点Ｐに到達する光のレンズへの入射点から点Ｐまでの距離、ｎ_１はレンズの下の媒体の屈折率（空気の場合は１．０）、ｎ_２はレンズの屈折率（アクリル樹脂の場合は１．５）である。

ｌ＝ｌ’のとき、ｂが算出される。これを満たす、θ_１、厚みｂは以下の関係で規定され、これにより仮想球面が定義される。

レンズのフレネル部と反対側に光拡散処理を施してもよい。これにより輝度ムラや色ムラが低減できる。光拡散処理は、シボ加工、ブラスト処理などの表面処理により行うことができる。
以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。

本発明の実施例である光源装置１の斜視図を図１に示し、図１におけるＡ−Ａ線断面図を図２に示す。図１に示すように、光源装置１は、ケース１０、基板１３とを備える。ケース１０は非光透過性のＡＢＳ樹脂製あり、その形状は中空で矩形の箱状であって、下方は開口して開口部１１が形成されている。内部には開口部１１から基板１３が差し込まれている。ケース１０の正面にはレンズ２０が設けられる。レンズ２０はアクリル製で、拡散材として硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、石英ガラス（ＳｉＯ_２）等を含む。さらに色変換材として赤色系以外の光（波長が約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの光）を吸収する吸収材を含む。レンズ２０の形状は厚さ約３．０ｍｍ、半径１０ｍｍの円形の平板状であって、その外側面にはフレネル形状が形成されている。レンズ２０の断面拡大図を図３に示す。図３に示すように、レンズ２０のＬＥＤランプ３０と反対側の面にフレネル部２１が設けられる。フレネル部２１はレンズ曲面を分割して形成される多数の曲面２１ａ、２１ｂ、・・２１ｉ・・（以下、「曲面２１ａ等」と標記する）が組み合わさって構成される。多数の曲面２１ａ等は図３に示すように、ＬＥＤランプ３０を中心とする仮想球面２２（破線で示す）に沿って配置している。一方、レンズ２０の内側面２３は平滑な平面である。なお、ケース１０の左右の側部には取り付け用の突起１２が設けられている。

次に光源装置１の発光態様を説明する。ＬＥＤランプ３０の光は、まずレンズ２０の内側面２３に照射されてレンズ２０内に入射する。入射光はレンズ２０に入射するときに屈折し、レンズ２０に入射した光はレンズ２０内の拡散材により拡散作用を受けながらレンズ２０内を導光してフレネル部２１へ到達する。ここで、フレネル部２１の曲面２１ａ等は仮想球面２２に沿って配置されているため、ＬＥＤランプ３０の光がレンズ２０を導光する距離にバラツキが少ない。例えば、符号ｐの光がレンズ２０内を導光する距離ｌ_１と符号ｑの光がレンズ２０内を導光する距離ｌ_２との長さの差が小さく、これにより、符号ｐの光も符号ｑの光もレンズ２０内の拡散材より同等の拡散作用を受ける。このように、フレネル部２１から放出される光は、いずれも同等の拡散作用を受けるため、輝度ムラの発生が防止される。
レンズ２０は赤色系以外の光を吸収する色変換材を含む。これにより、ＬＥＤランプ３０の光は赤色系の成分の多い電球色に変換される。ここで、色変換についても、想球面２２に沿って配置されているフレネル部２１の曲面２１ａ等により、ＬＥＤランプ３０の光がレンズ２０を導光する距離にバラツキが少なく、色変換が均等になされる。その結果、色ムラの発生が防止される。このように、本発明の光源装置１によれば、レンズ２０には色変換材及び拡散材が含まれているため、カラーフィルターや拡散シートなどを別体で設ける必要がない。これにより、部品点数が少なくてすみ、組み立て工程の簡略化され、コスト面でも有利となる。一方、レンズ２０はフレネル部２１を有しており、レンズ２０全体を薄型に形成することができる。これにより装置全体を薄型化、小型化及び軽量化できる。

光源装置１では、レンズ２０の内側面２３を平滑面としたが、シボ加工やブラスト処理などの光拡散処理を施してもよい。光の拡散効果が高まり、輝度ムラがさらに防止される。色変換材は特定の波長の光を吸収する吸収材に限定されず、ＬＥＤランプ３０の光によって励起されて、蛍光を発する蛍光材を本発明の光源装置の色変換材として使用することができる。

本発明の光源装置は様々な発光装置又は照明装置の光源として使用することができる。例えば、車両室内で使用される各種表示ランプの光源や、として使用することができる。

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。

図１は本発明の実施例である光源装置１の斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２の一部拡大図である。 仮想球面を規定する模式図である。

符号の説明

１ 車両用照明装置
１０ ケース
１１ 開口部
１２ 突起
１３ 基板
２０ レンズ
２１ フレネル部
２１ａ〜ｉ 曲面
２２ 仮想球面
２３ 内側面
３０ ＬＥＤランプ
３１ 光軸

Claims (4)

1. ＬＥＤランプと、
   前記ＬＥＤランプの光放出側に設けられ、色変換材又は拡散材を含むレンズであって、フレネル部を有するレンズと、
   を備える、光源装置。
2. 前記レンズのフレネル部が、前記ＬＥＤランプを中心とする仮想球面に略沿って形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ＬＥＤランプが白色ＬＥＤランプであり、前記色変換材が約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長の光を吸収する吸収材を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記レンズにおいて、前記フレネル部と反対側に光拡散処理が施されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。

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