JP6704270B2 - 配光制御素子の保持構造およびこれを備える面光源装置 - Google Patents

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、点光源が実装される基板と配光制御素子とを安定して保持す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素子を点光源とすることが主流である。複数のＬＥＤ素子が実装される基板を製品の背面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、配光制御素子は、大別すると直線上に並べて配置された複数のＬＥＤ素子を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１，２参照）。

上記いずれの方式においてもＬＥＤ素子と配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配光制御素子の保持構造を設けることが重要である。ＬＥＤ素子と配光制御素子との位置関係を崩さず、実装基板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、配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２に記載の技術では、配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、配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、点光源に対する位置決めとしてＬＥＤ素子の外形を覆うような凸形状を設けている。

また、例えば特許文献３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ＬＥＤ素子を実装した基板を装着し、固定可能な保持構造を設けることで配光制御素子を保持している。また、射出成形で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２００６−２８６６０８号公報 特開２００７−４８８８３号公報 実開平６−３８２６７号公報

特許文献１記載の技術では、直線状かつ長尺に形成され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。

配光制御素子を接着にて保持する場合、ＬＥＤ素子が実装される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。さらに、接着後に配光制御素子の取り外しおよび実装基板の交換が困難であり、修理する際のコストが高くなる。また、長尺に形成された配光制御素子において、実装基板に配光制御素子を接着する場合、熱膨張または熱収縮した際に変形または歪みが生じ、ＬＥＤ素子と配光制御素子との位置関係が崩れる可能性が非常に高い。

特許文献２，３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、ＬＥＤ素子の外形を覆うような凸形状を設けることで位置決めを行う方法では、ＬＥＤ素子に外傷を与える原因となる。また押出し成形により、配光制御素子に基板を挿入することで固定する形状を設けた場合は、配光制御素子の長手方向の位置を決めることができない。さらに、基板の挿入時に基板が配光制御素子を削ってしまう可能性があり、ＬＥＤ素子に削りカスが付着してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、配光制御素子に保持構造を設けることなく、点光源と配光制御素子の出光部との位置関係を崩さずに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、複数の点光源が配列状に実装され、かつ、複数の切欠き部を有する長尺状の基板と、前記基板に実装された各前記点光源上に配置され、出光部に凹部が設けられる配光制御素子と、前記複数の切欠き部に対応する位置に配置され、かつ、前記基板と前記配光制御素子とを保持する保持部材とを備え、前記保持部材は、前記凹部に挿入可能な凸部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、複数の点光源が配列状に実装され、かつ、複数の切欠き部を有する長尺状の基板と、基板に実装された各点光源上に配置される配光制御素子と、複数の切欠き部に対応する位置に配置され、かつ、基板と配光制御素子とを保持する保持部材とを備える。

したがって、配光制御素子に保持構造を設けることなく、点光源と配光制御素子の出光部との位置関係を崩さずに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。

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斜視図である。 実施の形態１における保持部材の斜視図である。 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６のＡ−Ａ線断面図である。 図６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における保持部材の斜視図である。

＜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軸方向とする。

図１と図２に示すように、配光制御素子１の保持構造は、配光制御素子１、実装基板２、および保持部材３を備えている。図１から図３に示すように、配光制御素子１は、直線状かつ長尺状に形成され、複数のＬＥＤ素子２ａ（点光源）が配列状に実装された実装基板２の上側を覆うように各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発散させるため、出光部に凹部１ａ、入光部に凹部１ｂを備え、凹部１ａおよび凹部１ｂ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。

ここで、配光制御素子１の保持構造は、バックライト光源に用いられる面光源装置に組み込まれる。面光源装置は、配光制御素子１の保持構造を複数備え、複数の配光制御素子１の保持構造が間隔を隔てて平行に配置されることにより面状光を出力する。なお、面光源装置は、面状光導光板をさらに備えていてもよい。また、面状光導光板がなくてもバランスよく面状光を出力できる場合は、面状光導光板を省略してもよい。

次に、図１、図２および図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の斜視図である。実装基板２は直線状かつ長尺状に形成され、Ｘ軸方向に渡って複数の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(Ｘ軸方向)の両端部には、複数の切欠き部２ｂがそれぞれ形成されている。より具体的には、実装基板２の長手方向(Ｘ軸方向)の両端部において、幅方向（Ｙ軸方向）の両側から切り欠かれた切欠き部２ｂがそれぞれ形成されている。

次に、図１、図２および図５を用いて、保持部材３について説明する。図５は、保持部材３の斜視図である。保持部材３は樹脂を用いて形成されている。保持部材３は、実装基板２の切欠き部２ｂに対応する位置に配置されることで、実装基板２と配光制御素子１との保持、および実装基板２と配光制御素子１との位置決めが行われる。

保持部材３は、本体部３ａ、凸部３ｂ、凸部３ｃ、当接部３ｄ、当接部３ｅ、爪部３ｆ、および爪部３ｇを備えている。本体部３ａは、Ｙ軸方向に延びるように形成され、配光制御素子１の上面に当接することで配光制御素子１の上側（＋Ｚ方向）を保持する。凸部３ｂおよび凸部３ｃは、本体部３ａの中央部から下方（−Ｚ方向）に突出するように形成されている。凸部３ｂは凸部３ｃよりも厚肉に形成され、また凸部３ｃは凸部３ｂよりも幅広に形成されている。

当接部３ｄおよび当接部３ｅは、本体部３ａの両端部から下方（−Ｚ方向）に延びるようにそれぞれ形成され、互いに対向する位置に配置されている。また、当接部３ｄおよび当接部３ｅは、Ｙ軸方向に弾性変形可能に構成されている。当接部３ｄおよび当接部３ｅは、実装基板２の幅方向（Ｙ軸方向）の両端に当接することで、実装基板２の幅方向（Ｙ軸方向）を保持する。

爪部３ｆおよび爪部３ｇは、当接部３ｄおよび当接部３ｅの下端から内側に折り曲げた状態で突出し先端が上方（＋Ｚ方向）を向くように形成されている。爪部３ｆおよび爪部３ｇは、実装基板２の背面（ＬＥＤ素子２ａが実装される側の面とは反対側の面）を保持する。

次に、図６、図７および図８を用いて、保持部材３による実装基板２および配光制御素子１の保持について説明する。図６は、配光制御素子１の保持構造の平面図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図である。

切欠き部２ｂは、配光制御素子１のＸ軸方向の両端部に配置されることから、実施の形態１に係る配光制御素子１の保持構造は２つの保持部材３を備えており、２つの保持部材３は配光制御素子１のＸ軸方向の両端部にそれぞれ配置される。保持部材３は、＋Ｚ方向から配光制御素子１および実装基板２を覆うように取り付けられ、当接部３ｄ、当接部３ｅは切欠き部２ｂとＹ軸方向にて当接する。保持部材３は、実装基板２の切欠き部２ｂに沿う形状を有している。より具体的には、切欠き部２ｂは、Ｘ軸方向において当接部３ｄおよび当接部３ｅの外形寸法よりも僅かに大きく形成されており、実装基板２および配光制御素子１に対する保持部材３のＸ軸方向の位置決め機能を果たしている。

図５および図７に示すように、保持部材３の凸部３ｂは配光制御素子１の凹部１ａに沿う形状を有している。また、凹部１ａは、Ｙ軸方向およびＺ軸方向において凸部３ｂの外形寸法よりも僅かに大きく形成されている。そのため、実装基板２上に配光制御素子１を配置し、＋Ｚ方向から保持部材３を取り付けることにより、保持部材３の凸部３ｂが配光制御素子１の凹部１ａに収容され、実装基板２に対する配光制御素子１のＹ軸方向の位置決めを行うことができる。

また、図１、図２、図５および図８に示すように、保持部材３の凸部３ｃは、配光制御素子１の凹部１ａよりもＺ軸方向およびＹ軸方向に大きい形状に形成されている。そのため、保持部材３の凸部３ｃは、配光制御素子１のＸ軸方向の端部に当接し、実装基板２に対する配光制御素子１のＸ軸方向の位置決めを行うことができる。

図５および図７に示すように、保持部材３が配光制御素子１および実装基板２に対して、＋Ｚ方向から取り付けられることで、爪部３ｆおよび爪部３ｇは、実装基板２の背面に−Ｚ方向から当接し、かつ凸部３ｂは凹部１ａに＋Ｚ方向から挿入される。これにより、実装基板２および配光制御素子１のＺ軸方向の位置決めを行うことができる。

また、当接部３ｄ、当接部３ｅ、爪部３ｆおよび爪部３ｇは弾性力を有するため、実装基板２および配光制御素子１に対する保持部材３の取り付けおよび取り外しが容易である。そのため、保持部材３の取り付け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。なお、配光制御素子１は１つであるとして説明したが、配光制御素子はＸ軸方向において例えば２つに分割されていてもよい。この場合、２つに分割された配光制御素子のそれぞれに対して保持部材３が２つずつ取り付けられる。

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、複数のＬＥＤ素子２ａが配列状に実装され、かつ、複数の切欠き部２ｂを有する長尺状の実装基板２と、実装基板２に実装された各ＬＥＤ素子２ａ上に配置される配光制御素子１と、複数の切欠き部２ｂに対応する位置に配置され、かつ、実装基板２と配光制御素子１とを保持する保持部材３とを備える。

したがって、配光制御素子１に保持構造を設けることなく、ＬＥＤ素子２ａと配光制御素子１の出光部との位置関係を崩さずに実装基板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。以上より、配光制御素子１の保持構造の歩留まり向上を図ることができる。

また、実装基板２と配光制御素子１とを保持することで、実装基板２と配光制御素子１とを１つのユニットとして扱うことが可能である。作業者はＬＥＤ素子２ａに直接触れずにこのユニットを扱うことができるため、ＬＥＤ素子２ａに外傷および汚れを与えるリスクを軽減することができる。また、配光制御素子１に保持構造を設ける必要がなく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ため、射出成形および押出し成形の双方の製作方法が可能であり、押出し成形においては小型バックライトおよび大型バックライトにおいても同断面形状を使用することが可能である。

配光制御素子１は、長尺状に形成され、かつ、出光部に凹部１ａが設けられ、保持部材３は、凹部１ａに挿入可能な凸部３ｂを備えるため、実装基板２に対する配光制御素子１のＺ軸方向の位置決めを行うことができる。また、配光制御素子１は、配光制御素子１の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部に対応する位置に配置されるため、適切な保持強度を得ることができる。

配光制御素子１の凹部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、保持部材３の凸部３ｂは、凹部１ａに沿う形状を有するため、実装基板２に対する配光制御素子１のＹ軸方向の位置決めを行うことができる。

保持部材３は、実装基板２の切欠き部２に沿う形状を有する当接部３ｄおよび当接部３ｅをさらに備えるため、実装基板２のＹ軸方向の位置決めを行うことができる。

保持部材３は、実装基板２のＬＥＤ素子２ａが実装された側の面とは反対側の面を保持する爪部３ｆおよび爪部３ｇをさらに備えるため、実装基板２および配光制御素子１のＺ軸方向の位置決めを行うことができる。

面光源装置は、配光制御素子１の保持構造を複数備え、複数の配光制御素子１の保持構造が間隔を隔てて平行に配置されることにより面状光を出力するため、上記の効果が得られることから、実装基板２および配光制御素子１が位置決めされた状態で出射光を出力することができる。これにより、面光源装置は安定した状態で面状光を出力することができる。

＜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９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１０は配光制御素子１の保持構造の斜視図であり、図１１は、保持部材４の斜視図である。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。

面光源装置が大型ディスプレイのバックライト光源に用いられる場合、配光制御素子１のＸ軸方向の寸法が大きくなるため、実装基板２および配光制御素子１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２では、図９と図１０に示すように、保持部材４が配光制御素子１のＸ軸方向の中央部に対応する位置にさらに配置されている。保持部材４を配置するために、実装基板２の切欠き部２ｂがＸ軸方向の中央部にも形成されている。

図１１に示すように、保持部材４は、保持部材３と同様に樹脂を用いて形成されている。保持部材４は、実装基板２の切欠き部２ｂに対応する位置に配置されることで、実装基板２と配光制御素子１との保持、および実装基板２と配光制御素子１との位置決めが行われる。

保持部材４は、本体部４ａ、凸部４ｂ、当接部４ｄ、当接部４ｅ、爪部４ｆ、および爪部４ｇを備えている。本体部４ａは、Ｙ軸方向に延びるように形成され、配光制御素子１の上面に当接することで配光制御素子１の上側（＋Ｚ方向）を保持する。凸部４ｂは、本体部４ａの中央部から下方（−Ｚ方向）に突出するように形成されている。

当接部４ｄおよび当接部４ｅは、本体部４ａの両端部から下方（−Ｚ方向）に延びるようにそれぞれ形成され、互いに対向する位置に配置されている。また、当接部４ｄおよび当接部４ｅは、Ｙ軸方向に弾性変形可能に構成されている。当接部４ｄおよび当接部４ｅは、実装基板２の幅方向（Ｙ軸方向）の両端に当接することで、実装基板２の幅方向（Ｙ軸方向）を保持する。

爪部４ｆおよび爪部４ｇは、当接部４ｄおよび当接部４ｅの下端から内側に折り曲げた状態で突出し先端が上方（＋Ｚ方向）を向くように形成されている。爪部４ｆおよび爪部４ｇは、実装基板２の背面（ＬＥＤ素子２ａが実装される側の面とは反対側の面）を保持する。

ここで、保持部材４は、実施の形態１における保持部材３の凸部３ｃに対応する凸部を備えていない。これは、仮に保持部材３が配光制御素子１のＸ軸方向の中央部に対応する位置に配置された場合、凸部３ｃにおけるＹ軸方向およびＺ軸方向の外形寸法が配光制御素子１の凹部１ａの寸法よりも大きいことから、配光制御素子１に干渉してしまい保持部材３の取り付けが不可能だからである。

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、保持部材４は、配光制御素子１の長手方向（Ｘ軸方向）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、２ｂ 切欠き部、３ 保持部材、３ｂ 凸部、３ｄ 当接部、３ｅ 当接部、３ｆ 爪部、３ｇ 爪部、４ 保持部材。

Claims (7)

1. 複数の点光源が配列状に実装され、かつ、複数の切欠き部を有する長尺状の基板と、
   前記基板に実装された各前記点光源上に配置され、出光部に凹部が設けられる配光制御素子と、
   前記複数の切欠き部に対応する位置に配置され、かつ、前記基板と前記配光制御素子とを保持する保持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、前記凹部に挿入可能な凸部を備える、配光制御素子の保持構造。
2. 前記配光制御素子は、長尺状に形成され、
   前記保持部材は、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. 前記配光制御素子の前記凹部は、前記配光制御素子の長手方向に渡って形成され、
   前記保持部材の前記凸部は、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. 前記保持部材は、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. 前記保持部材は、前記基板の前記切欠き部に沿う形状を有する当接部をさらに備える、請求項１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. 前記保持部材は、前記基板の前記点光源が実装された側の面とは反対側の面を保持する爪部をさらに備える、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。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の配光制御素子の保持構造を複数備え、
   前記複数の配光制御素子の保持構造が間隔を隔てて平行に配置されることにより面状光を出力する、面光源装置。

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