JP2017103097A - 配光制御素子の保持構造および面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源が実装される基板と配光制御素子とを接着したり、配光制御素子に保持構造を設けたりすることなく、基板と配光制御素子とを安定して保持することが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】配光制御素子１の保持構造は、光源であるＬＥＤ素子２ａが実装される実装基板２と、ＬＥＤ素子２ａ上に配置され、かつ、入光部に凹部１ａを有する配光制御素子１と、実装基板２が配置される配置面を有する筐体４と、筐体４の配置面から実装基板２が配置される側に突出し、かつ、実装基板２および配光制御素子１を保持する保持部３ｂとを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、照明機器および映像表示としてディスプレイのバックライト光源等に用いられる面光源装置に関し、特に面光源装置が備える配光制御素子を安定して保持することのできる技術に関するものである。

近年、主にバックライト光源に用いられる面光源装置では、ＬＥＤ素子を光源とすることが主流である。複数のＬＥＤ素子を筐体の底面（製品としては背面にあたる）に並べた直下型方式の面光源装置では、ＬＥＤ素子上に配光制御素子を設けることにより光を拡散させ、液晶パネルを照射している。

また、発光制御素子は、大別すると直線状に並べて配置された複数のＬＥＤ素子の１つ毎に覆うように配置される方式と、複数のＬＥＤ素子全体を覆うように配置される方式がある（例えば特許文献１〜３参照）。

上記のいずれの方式においてもＬＥＤ素子と発光制御素子との位置関係が崩れることにより、輝度劣化および色ムラにつながるため、双方の位置関係が崩れない保持構造を設けることが重要である。ＬＥＤ素子と発光制御素子との位置関係を崩さずかつ筐体に対する接合強度を確実に得るため、専用の治具を用いて発光制御素子を実装基板に接着する方法が一般的である。

例えば特許文献４に記載の技術では、発光制御素子にフランジ形状を設け、ネジを用いて実装基板に固定する例と、発光制御素子に爪部を設け、穴を設けた実装基板に固定する例が開示されている。また、位置決めとしてＬＥＤ素子の外形を覆うような凸形状を設けている。

例えば特許文献５に記載の技術では、ネジまたは接着材等の部材を使用せずに押出し成形により、配光制御素子自身に実装基板を抱え込む形状を有することで保持している。また、射出成型においても成形可能であるが、押出し成形の場合、大型および小型バックライトにおいても同断面を使用することが可能である。

特開２００９−１９２９１５号公報 特開２００６−２８６６０８号公報 特開２００８−２１６５４０号公報 特開２００７−０４８８８３号公報 実開平６−３８２６７号公報

特許文献１および特許文献２に記載の技術では、直線状に長く伸ばした配光制御素子の光学的性能のみを開示しており、ＬＥＤ素子が実装される実装基板と配光制御素子との保持構造は開示されていない。

特許文献３に記載の技術では、接着にて保持する場合、ＬＥＤ素子を有する実装基板と配光制御素子との位置決めを行うための治具が必要になる上、接着後に実装基板の交換が困難であり、修理する際に高コストとなる。

特許文献４および特許文献５に記載の技術では、保持構造を配光制御素子自身に設けることにより、接着およびネジ止めの必要性をなくし、工数を削減できる効果がある。しかし、配光制御素子が光学特性のみを考慮した形状ではなく、配光制御素子に保持構造を設けているため光の拡散経路が複雑化し光学的にロスが生じる。そのため、輝度劣化または色ムラに繋がる可能性が高い。

そこで、本発明は、光源が実装される基板と配光制御素子とを接着したり、配光制御素子に保持構造を設けたりすることなく、基板と配光制御素子とを安定して保持することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る配光制御素子の保持構造は、光源が実装される基板と、前記光源上に配置され、かつ、入光部に凹部を有する配光制御素子と、前記基板が配置される配置面を有する筐体と、前記筐体の前記配置面から前記基板が配置される側に突出し、かつ、前記基板および前記配光制御素子を保持する保持部とを備えるものである。

本発明によれば、配光制御素子の保持構造は、光源が実装される基板と、光源上に配置され、かつ、入光部に凹部を有する配光制御素子と、基板が配置される配置面を有する筐体と、筐体の配置面から基板が配置される側に突出し、かつ、基板および配光制御素子を保持する保持部とを備える。

したがって、光源が実装される基板と配光制御素子とを接着したり、配光制御素子に保持構造を設けたりすることなく、基板と配光制御素子とを安定して保持することができる。また、配光制御素子に保持構造を設ける必要がないため、光学特性のみを考慮した配光制御素子を製作することができる。

実施の形態１に係る配光制御素子の保持構造の分解斜視図である。 実施の形態１に係る配光制御素子の保持構造の斜視図である。 実施の形態１におけるＬＥＤ素子が実装された実装基板および配光制御素子の断面図である。 実施の形態１における実装基板の拡大斜視図である。 実施の形態１における保持部品の斜視図である。 実施の形態１における筐体の斜視図である。 実施の形態１に係る配光制御素子の保持構造の平面図である。 図７のA-A線断面図である。 図７のB-B線断面図である。 実施の形態２に係る配光制御素子の保持構造の分解斜視図である。 実施の形態２に係る配光制御素子の保持構造の斜視図である。 実施の形態２における筐体の拡大斜視図である。 実施の形態３に係る配光制御素子の保持構造の分解斜視図である。 実施の形態３に係る配光制御素子の保持構造の斜視図である。 実施の形態３における保持部品の斜視図である。 前提技術に係る配光制御素子を有する実装基板の保持構造の斜視図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る配光制御素子１の保持構造の分解斜視図であり、図２は、配光制御素子１の保持構造の斜視図であり、図３は、ＬＥＤ素子２ａが実装された実装基板２および配光制御素子１の断面図である。なお、説明を容易にするため、適宜、図中にＸＹＺの座標軸を示す。ここで、＋Ｘ方向と−Ｘ方向とをまとめてＸ軸方向、＋Ｙ方向と−Ｙ方向とをまとめてＹ軸方向、＋Ｚ方向と−Ｚ方向とをまとめてＺ軸方向ということとする。

図１と図２に示すように、主にバックライト光源に用いられる面光源装置は、配光制御素子１の保持構造を備えている。配光制御素子１の保持構造は、実装基板２（基板）、配光制御素子１、筐体４および保持部品３を備えている。図３は、ＬＥＤ素子２ａが実装された実装基板２および配光制御素子１の断面図であり、配光制御素子１の凹部１ａと、ＬＥＤ素子２ａが実装された実装基板２との位置関係を示している。

図１〜図３に示すように、配光制御素子１は、棒状に形成され、ＬＥＤ素子２ａ（光源）が実装された実装基板２の上側（＋Ｚ方向）を覆うようにＬＥＤ素子２ａ上に配置されている。配光制御素子１は、ＬＥＤ素子２ａから出射される光を拡散させるために入光部に凹部１ａを有し、凹部１ａは、配光制御素子１の長手方向（Ｘ軸方向）に渡って形成されている。なお、図３では、図面を見やすくするために保持部品３を図示していない。

次に、図１と図４を用いて、実装基板２について説明する。図４は、実装基板２の拡大斜視図である。実装基板２は、Ｘ軸方向に延びるように形成され、実装基板２上に、複数（例えば４つ）のＬＥＤ素子２ａが所定の間隔をあけて配置されている。実装基板２の長手方向の両端部には、端側から順に穴２ｂ，２ｃが一組ずつ形成されている。

次に、図１、図２および図５を用いて、保持部品３について説明する。図５は、保持部品３の斜視図である。保持部品３の保持部３ｂは、筐体４の配置面から実装基板２が配置される側に突出し、かつ、実装基板２および配光制御素子１を保持する。保持部品３は、例えば樹脂により形成され、平面視にて円形状の意匠部３ａ、一対の保持部３ｂ、および凸部３ｅ，３ｆ，３ｇを備えている。一対の保持部３ｂ、および凸部３ｅ，３ｆ，３ｇは、意匠部３ａから＋Ｚ方向に突出するように、意匠部３ａに一体成型されている。意匠部３ａは、筐体４における実装基板２が配置される側の面とは反対側の面に取り付けられる。意匠部３ａは、筐体４に形成された開口４ｂを覆うことが可能に開口４ｂよりも大きな形状に形成され、かつ、筐体４と同系色が施されている。

一対の保持部３ｂは、Ｕ字状に形成され、互いに対向するように配置されている。一対の保持部３ｂは、対向する側に形成された爪部３ｃ、および爪部３ｃの反対側に突出する係合部３ｄを共に備えている。一対の保持部３ｂにおいて、係合部３ｄが形成された側は意匠部３ａに接続されており、爪部３ｃが形成された側は意匠部３ａから所定の隙間を有しており、爪部３ｃがＹ軸方向に弾性変形可能に構成されている。

次に、図１、図２および図６を用いて、筐体４について説明する。図６は、筐体４の斜視図である。筐体４は、実装基板２の放熱機能を持たせるために例えば金属により形成されている。筐体４は、Ｘ軸方向に延びるように、かつ、＋Ｚ方向に開放する形状に形成され、実装基板２が配置される配置面を有している。筐体４の配置面の両端部には、端側から順に長穴４ｅ、穴４ｃ，４ｄが一組ずつ形成され、さらに、穴４ｃを挟むようにして一対の被係合部４ａおよび一対の開口４ｂが一組ずつ形成されている。一対の被係合部４ａは、一対の開口４ｂに隣接する位置に形成されている。

保持部品３は、配光制御素子１の長手方向の両端部にそれぞれ配置されることから、一対の保持部３ｂおよび凸部４ｃは、意匠部３ａにおいて、配光制御素子１の長手方向の両端部に対応する位置に配置される。筐体４の一対の開口４ｂは、保持部品３の一対の保持部３ｂが挿通した状態で水平方向に回転可能に一対の保持部３ｂの平面視輪郭よりも大きな形状に形成されている。一対の保持部３ｂの係合部３ｄは、意匠部３ａにおいて、筐体４の一対の被係合部４ａに係合可能な位置に配置される。筐体４の長穴４ｅ、穴４ｃ，４ｄは、保持部品３の凸部３ｆ，３ｅ，３ｇがそれぞれ挿通可能に、凸部３ｆ，３ｅ，３ｇよりも大きな形状に形成されている。

次に、図７、図８および図９を用いて、保持部品３による配光制御素子１および実装基板２の保持について説明する。図７は、配光制御素子１の保持構造の平面図であり、図８は、図７のA-A線断面図であり、図９は、図７のB-B線断面図である。

保持部品３は筐体４の−Ｚ側から取り付けられ、筐体４に対して穴４ｃおよび凸部３ｅを中心に保持部品３を水平方向に回転させることで、一対の保持部３ｂの係合部３ｄが、筐体４の一対の被係合部４ａに係合し、保持部品３が装着される。また、穴４ｄおよび凸部３ｇにより、保持部品３の回転戻り防止の機能を果たしている。

図１、図２、図７、図８および図９に示すように、保持部品３の凸部３ｅは、筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の水平方向の位置決めを行っている。より具体的には、凸部３ｅは、配光制御素子１の凹部１ａに沿う形状を有しており、凸部３ｅを筐体４の穴４ｃと実装基板２の穴２ｃに挿通させた状態で配光制御素子１の凹部１ａに挿入させることで、筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の水平方向の位置決めを行っている。これにより、実装基板２のＸ方向およびＹ方向の位置と、配光制御素子１のＹ方向の位置が保持される。また、ＬＥＤ素子２ａに凸部３ｅが接近しないため、ＬＥＤ素子２ａを傷つけることがない。さらに凸部３ｅは凹部１ａに沿う形状を有するため、配光制御素子１のＹ軸方向の保持を確実にすることが可能である。

また、図９に示すように、保持部品３の凸部３ｆを、穴２ｂおよび長穴４ｅに挿通させた状態で配光制御素子１の長手方向の端部に当接させることで、配光制御素子１のＸ軸方向の位置決めを行うことが可能である。

一対の保持部３ｂの爪部３ｃは、筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の鉛直方向（Ｚ軸方向）の位置決めを行う。より具体的には、保持部品３が装着されることで、一対の保持部３ｂの爪部３ｃは、配光制御素子１の幅方向端部に＋Ｚ方向から当接し、筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の鉛直方向の位置決めを行っている。爪部３ｃは弾性力を有するため、組み立て後の修理が容易であるとともに配光制御素子１が複雑な形状であっても保持することが可能である。

以上のように、実施の形態１に係る配光制御素子１の保持構造は、ＬＥＤ素子２ａが実装される実装基板２と、ＬＥＤ素子２ａ上に配置され、かつ、入光部に凹部１ａを有する配光制御素子１と、実装基板２が配置される配置面を有する筐体４と、筐体４の配置面から実装基板２が配置される側に突出し、かつ、実装基板２および配光制御素子１を保持する保持部３ｂとを備える。また、面光源装置は、配光制御素子１の保持構造を備える。

したがって、ＬＥＤ素子２ａが実装される実装基板２と配光制御素子１とを接着したり、配光制御素子１に保持構造を設けたりすることなく、実装基板２と配光制御素子１とを安定して保持することができる。また、配光制御素子１に保持構造を設ける必要がないため、光学特性のみを考慮した配光制御素子１を製作することができる。

筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の水平方向の位置決めを行う凸部３ｅをさらに備え、配光制御素子１は棒状に形成され、保持部３ｂおよび凸部３ｅは、配光制御素子１の長手方向の両端部に対応する位置に配置される。したがって、実装基板２および配光制御素子１の水平方向の位置を二か所でさらに安定して保持することができる。

凸部３ｅは、配光制御素子１の凹部１ａに沿う形状を有するため、配光制御素子１のＹ軸方向の保持を確実にすることが可能である。保持部３ｂは、筐体４の配置面に対する実装基板２および配光制御素子１の鉛直方向の位置決めを行う爪部３ｃを有するため、配光制御素子１の鉛直方向の位置の保持を確実に行うことができる。

また、図１６に示すように、前提技術では、筐体１０３は実装基板１０２の放熱機能を持たせるため、金属で形成されることが一般的であり、筐体１０３側に配光制御素子を有する（接着等の従来技術で保持）実装基板１０２の保持部１０３ａを設ける場合がある。この場合、切り起こし形状にて筐体１０３の意匠面に開口１０３ｂが形成されることで、筐体１０３の配置面側から光漏れが発生し、さらに意匠性が損なわれるという問題がある。図１６は、前提技術に係る配光制御素子を有する（接着等の従来技術で保持）実装基板１０２の保持構造の斜視図である。

これに対して、実施の形態１では、保持部３ｂは、筐体４における実装基板２が配置される側の配置面とは反対側の面に固定される意匠部３ａに一体成型されるため、意匠部３ａにより開口４ｂを覆うことができる。これにより、光漏れを防止することが可能である。また、意匠部３ａは、筐体４に形成された開口４ｂを覆い、かつ、筐体４と同系色が施されるため、意匠性を損なわない面光源装置を実現できる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る配光制御素子１の保持構造について説明する。図１０は、実施の形態２に係る配光制御素子１の保持構造の分解斜視図であり、図１１は、配光制御素子１の保持構造の斜視図であり、図１２は、筐体５の拡大斜視図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図１０、図１１および図１２に示すように、実施の形態２に係る配光制御素子１の保持構造は、実装基板２、配光制御素子１、および筐体５を備えている。実施の形態１では筐体４（図１参照）は、実装基板２の放熱機能を持たせるために金属製としたが、実施の形態２では、筐体５は樹脂製である。また、実施の形態２に係る配光制御素子１の保持構造は、保持部品３（図１参照）を備える代わりに、樹脂製の筐体５が一対の保持部５ｂおよび凸部５ｄ，５ｅを備えている。

一対の保持部５ｂおよび凸部５ｄ，５ｅは、筐体５の長手方向の両端部に配置され、一対の保持部５ｂ、凸部５ｄ，５ｅおよび筐体５は一体成型されている。一対の保持部５ｂは、Ｕ字状に形成され、互いに対向するように配置されている。一対の保持部５ｂは、対向する側に形成された爪部５ｃを共に備えている。一対の保持部５ｂにおいて、爪部５ｃが形成された側とは反対側は筐体５の配置面５ａに接続されており、爪部５ｃが形成された側は筐体５の配置面５ａから所定の隙間を有しており、爪部５ｃがＹ軸方向に弾性変形可能に構成されている。

凸部５ｄ，５ｅは、筐体５の配置面５ａに対する実装基板２および配光制御素子１の水平方向の位置決めを行い、一対の保持部５ｂが有する爪部５ｃは、筐体５の配置面５ａに対する実装基板２および配光制御素子１の鉛直方向の位置決めを行う。

以上のように、実施の形態２に係る配光制御素子１の保持構造では、保持部５ｂおよび筐体５は一体成型されるため、実施の形態１の場合よりも部品点数を削減することができ、面光源装置の製造コストを抑制することが可能となる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る配光制御素子１の保持構造について説明する。図１３は、実施の形態３に係る配光制御素子１の保持構造の分解斜視図であり、図１４は、配光制御素子１の保持構造の斜視図であり、図１５は、保持部品６の斜視図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

面光源装置が大型ディスプレイのバックライト光源として用いられる場合、配光制御素子１の長手方向（Ｘ軸方向）の長さが延長されるため、配光制御素子１の長手方向の両端部のみを保持するだけでは、適切な保持強度が得られない可能性がある。そのため、実施の形態３では、図１３と図１４に示すように、保持部品６は、配光制御素子１の長手方向の中央部に対応する位置にさらに配置されている。なお、図１３では、保持部品３は３つ、保持部品６は１つのみが示されているが、実際には、図１４に示すように、保持部品３は４つ、保持部品６は２つ用いられている。

図１５に示すように、保持部品６は、例えば樹脂により形成され、意匠部６ａ、一対の保持部６ｂ、および凸部６ｅ，６ｆを備えている。一対の保持部６ｂ、および凸部６ｅ，６ｆは、意匠部６ａから＋Ｚ方向に突出するように、意匠部６ａに一体成型されている。意匠部６ａは、筐体４における実装基板２が配置される側の配置面とは反対側の面に固定される。

一対の保持部６ｂは、Ｕ字状に形成され、互いに対向するように配置されている。一対の保持部６ｂは、対向する側に形成された爪部６ｃ、および爪部６ｃの反対側に突出する係合部６ｄを共に備えている。一対の保持部６ｂにおいて、係合部６ｄが形成された側は意匠部６ａに接続されており、爪部６ｃが形成された側は意匠部６ａから所定の隙間を有しており、爪部６ｃがＹ軸方向に弾性変形可能に構成されている。

保持部品６は、実施の形態１における保持部品３の凸部３ｆに対応する凸部を備えていない。これは、仮に保持部品３が配光制御素子１の長手方向の中央部に対応する位置に配置された場合、凸部３ｆが配光制御素子１の凹部１ａよりもＺ軸方向の寸法が大きいことから、配光制御素子１に干渉してしまい保持部品３の装着が不可能だからである。なお、実施の形態２における筐体５の長手方向の中央部に、一対の保持部、および２つの凸部を設けることも可能である。

以上のように、実施の形態３に係る配光制御素子１の保持構造では、保持部６ｂは、配光制御素子１の長手方向の中央部に対応する位置にさらに配置されるため、面光源装置が大型ディスプレイのバックライト光源として用いられる場合にも適切な保持強度を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 配光制御素子、１ａ 凹部、２ 実装基板、２ａ ＬＥＤ素子、３ａ 意匠部、３ｂ 保持部、３ｃ 爪部、３ｅ 凸部、３ｆ 凸部、４ 筐体、４ｂ 開口、５ 筐体、５ｂ 保持部、５ｃ 爪部、５ｄ 凸部、５ｅ 凸部、６ｂ 保持部、６ｃ 爪部、６ｅ 凸部。

Claims (9)

1. 光源が実装される基板と、
   前記光源上に配置され、かつ、入光部に凹部を有する配光制御素子と、
   前記基板が配置される配置面を有する筐体と、
   前記筐体の前記配置面から前記基板が配置される側に突出し、かつ、前記基板および前記配光制御素子を保持する保持部と、
   を備える、配光制御素子の保持構造。
2. 前記筐体の前記配置面に対する前記基板および前記配光制御素子の水平方向の位置決めを行う凸部をさらに備え、
   前記配光制御素子は棒状に形成され、
   前記保持部および前記凸部は、前記配光制御素子の長手方向の両端部に対応する位置に配置される、請求項１記載の配光制御素子の保持構造。
3. 前記凸部は、前記配光制御素子の前記凹部に沿う形状を有する、請求項２記載の配光制御素子の保持構造。
4. 前記保持部は、前記配光制御素子の長手方向の中央部に対応する位置にさらに配置される、請求項２記載の配光制御素子の保持構造。
5. 前記保持部は、前記筐体の前記配置面に対する前記基板および前記配光制御素子の鉛直方向の位置決めを行う爪部を有する、請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の配光制御素子の保持構造。
6. 前記保持部は、前記筐体における前記基板が配置される側の前記配置面とは反対側の面に固定される意匠部に一体成型される、請求項１記載の配光制御素子の保持構造。
7. 前記意匠部は、前記筐体に形成された開口を覆い、かつ、前記筐体と同系色が施される、請求項６記載の配光制御素子の保持構造。
8. 前記保持部および前記筐体は一体成型される、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の配光制御素子の保持構造。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の配光制御素子の保持構造を備える、面光源装置。

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