JP2012033420A - 照明装置及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子から導光板に光を導いて面状の照明を行う照明装置において、ＬＥＤ素子と導光板の位置関係を正確に保つ。
【解決手段】複数のＬＥＤ素子（２）を取り付けて成るプリント基板（４）に、ＬＥＤ素子（２）と同じプロセスにて取り付けた位置決めボス（３）を設け、該位置決めボス（３）を導光板（１）に設けた穴（１１０，１１１）に嵌合させた状態で、前記プリント基板（４）と前記導光板（１）とを接着固定することにより、複数のＬＥＤ素子（２）と導光板（１）との位置関係を正確に保つように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたバックライト照明装置およびこれを用いた表示装置に関する。

光源としてＬＥＤを用いたバックライト照明装置は、ＬＣＤなどの透過型表示装置の照明として用いられることが多く、広く実用に供されている。

また、バックライト照明装置を構成する照明ユニットは、光源であるＬＥＤとＬＥＤから出射された光をＬＣＤ側に導き、広い面積に一様な面光源として光を照射するための導光板が用いられることが多い。この導光板の材料としては、主として、透明なプラスチック樹脂で作成されている。

照明ユニットにおいては、ＬＥＤから出た光を取り込む部分の光利用効率が重要である。光利用効率に関して、特にＬＥＤの出射面と導光板の入射面との間の位置関係が支配的であり、このＬＥＤと導光板との位置関係を正確に保持することが重要であることが判ってきた。

導光板にＬＥＤを取り付けるための従来技術としては、例えば下記特許文献１〜３に記載のものが知られている。特許文献１〜３には、ＬＥＤを搭載したプリント基板を導光板に取り付けることが開示されている。

特開２００７−８７６０８号公報 特開２００８−１６６１７５号広報 ＷＯ２０１０／０４１４９９号公報

上記した従来技術では、プリント基板に設置したＬＥＤ素子と導光板との位置関係を正確に保って取り付ける必要性に関して、十分に考慮されていなかった。

すなわち、上記従来技術は、プリント基板を介して取り付けるＬＥＤ素子と導光板との間の位置関係を正確に保持することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ＬＥＤと導光板との所望の位置関係を保持してＬＥＤからの光の利用効率を向上させるのに好適な技術を提供するものである。

本発明は、ＬＥＤが搭載されたプリント基板に位置決めボスを設け、さらに導光板に位置決め穴を設け、該位置決めボスボスと位置決め穴とを組み合わせることにより、プリント基板に搭載されたＬＥＤと導光板との位置関係を保持するように構成したことを特徴とする。また、上記位置決めボスをＬＥＤ素子と同じプリント基板上に保持し、さらにプリント基板表面に設けたレジストによりＬＥＤ素子と位置決めボスとを所定の精度内にて保持するように構成したこともまた、本発明の別の特徴とするものである。

本発明によれば、ＬＥＤと導光板の入射面との所望の位置関係を保持してＬＥＤからの光の利用効率を向上させることが可能となる効果がある。

本発明の第１実施例に係る照明ユニットの主要部分を示す断面図。 本発明が適用される表示装置の一例の外観を示す斜視図。 本発明の第１実施例に係る表示装置の表示部内部における主要部品配置を示す分解斜視図。 本発明の第１実施例に係る照明ユニットの構成を示す斜視図 本発明の第１実施例に係る照明ユニットの内部構成を示す分解斜視図 本発明の第１実施例に係る、部品が実装された状態のプリント基板の斜視図 本発明の第１実施例に係る導光板単体の形状を示す斜視図 本発明の第１実施例に係る照明ユニットを構成するプリント基板の内部構成を示す断面図 本発明の第２実施例に係る照明ユニットの主要部分を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係る照明ユニットの主要部分を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による第１実施例の主要部分である、プリント基板と導光板の取り付け状態を示す断面図である。

以下、図２より順に図８まで本発明の第１実施例の説明を先に行い、再び図１に戻って詳細の説明を行うものとする。

図２は、本発明が適用される表示装置の一例の外観を示す斜視図である。図２において、表示装置の例として、テレビジョン受信機を例としてあげている。図２において、表示装置６は、表示部６１０及びこれを支持しているスタンド部６２０とにより構成されている。表示部６１０の内部には、後述するように、表示部である液晶表示パネルや照明装置が設けられている。

図３は、本発明の第１実施例に係る表示装置の表示部内部における主要部品配置を示す分解斜視図である。図３において、表示部を構成している主要要素は、液晶パネルセル８及び照明装置７である。照明装置７から出た光は、矢印Ａ７１０のように進み、拡散板９０１、プリズムシート９０２などを経て矢印Ｂ７２０のように液晶パネルセル８に至る。矢印Ｂ７２０に従って液晶パネルセル８に入射された光は、液晶パネルセル８により映像信号に応じて画素毎に空間的に変調されて、表示面８０１に画像として表示される。すなわち、同パネルに入射した光は液晶パネルセル８で変調されて矢印Ｃ７３０のように出射する。

照明装置７は、図示されるように照明ユニット５を複数個組み合わせて構成されており、照明装置７の背面側に設けられた例えば金属製で枡形の形状を為す下シャーシ７６０に取り付けられている。

引き続き図４を参照して、以下に照明ユニット５の内部構成を説明する。図４は、本発明の第１実施例に係る表示装置の照明ユニットの構成を示す斜視図である。

図４において、導光板１ａ及び導光板１ｂの上下２枚が組合わされて照明ユニット５を構成している。この照明ユニット５の背面には（本図では図示しない）プリント基板が配置されており、このプリント基板を介して２枚の導光板が保持されている。ここで、導光板１ａ及び導光板１ｂは、それぞれ、その断面形状が、ＬＥＤからの光が入射される入射側（紙面下方）から先端部（紙面上方）にかけてその厚さが徐々に減少する楔形を為している。また導光板１ａ及び導光板１ｂの背面側には、導光板１の背面から透過した光を反射するための反射板（図示せず）が設けられている。

図５は、本発明の第１実施例に係る照明ユニットの内部構成を示す分解斜視図である。

図５において、プリント基板４には、複数のＬＥＤ素子２が半田付けなどで取り付けられている。ここで、ＬＥＤ素子２は、電極面とほぼ平行な方向に光を出射するサイドビュー（側面発光）型のＬＥＤを用いるものとする。また、同じくプリント基板４には、複数の位置決めボス部品３ａ及び３ｂが半田付けなどにより取り付け固定されている。導光板１ｂは、両面テープ１０２を介してプリント基板４に接着して取り付けられている。この図５の上側の導光板１ａは、取り付けられた状態を、下側の導光板１ｂは取り外した状態をそれぞれ示している。

図５に示されるように、導光板１ｂには、位置決め穴１１０及び導光板の長手方向に長い位置決め長穴１１１とが設けられており、プリント基板４に接着して取り付ける場合には、位置決めボス部品３ａと位置決め穴１１０が、位置決めボス部品３ｂと位置決め穴１１１とがそれぞれ嵌合し、導光板とプリント基板の接着位置が決定される。

図６は、本発明の第１実施例に係る、部品が実装された状態のプリント基板を示す斜視図である。図６において、プリント基板４上に、複数のＬＥＤ素子２が半田付けなどで取り付けられている。また、同様にプリント基板４上に、複数の位置決めボス部品３も半田付けなどにより取り付けられている。ここで、プリント基板４上には、図示されるように、２列のＬＥＤ素子群が該プリント基板４の長手方向に沿って配列されているものとする。 このとき、位置決めボス部品３ａと位置決めボス部品３ｂとは、図示されるように、１列に並んだ複数のＬＥＤ素子列の下側において、当該ＬＥＤ素子２の列に沿って設けられている。また、位置決めボス部品３ｃと位置決めボス部品３ｄとは、別の一列に並んだ複数のＬＥＤ素子列の上側において、当該ＬＥＤ素子２の列に沿って設けられている。すなわち、２列のＬＥＤ素子列それぞれの列を担当する位置決めボス部品がそれぞれの列毎に２個づつ配置されている。

図７は、図１に示す本発明による第１番目の一実施の形態による、導光板単体の形状を示す斜視図である。図７において、導光板１は例えば透光性樹脂などの透明材料で構成されており、一列に並んだ複数の入射部穴１２０が設けられている。これら入射部穴１２０それぞれに対向してＬＥＤ素子２が配置されており、各ＬＥＤ素子２が導光板１の入射部穴１２０に挿入され固定された状態において、各ＬＥＤ素子２より出射された光は、入射部穴１２０の、導光板１の先端側（厚さが薄い方の端部側）の壁面である入射面１２１から入射され、導光板１内部に供給される。導光板１内部では、取り込まれた光を入射部側から先端部にかけて順次反射・拡散させることにより、出射面１６０側から（本図では図示しない）液晶パネルセル８へ向けて照射される。

また、本実施例では、図示されるように、位置決め用の穴として位置決め穴１１０及び位置決め長穴１１１の２つの穴を導光板１に設けており、これら２つの穴はＬＥＤ素子２が挿入される入射穴１２０の列にほぼ平行して配置されている。

図８は、本発明の第１実施例に係る照明ユニットを構成するプリント基板の内部構成を示す断面図である。プリント基板４の表面には、銅箔層４３０が設けられており、更にこの銅箔層４３０の上にレジスト層４１０が設けてある。該レジスト層４１０に設けられた開口部に半田層４２０を載せてＬＥＤ素子２などの部品を取り付ける。開口部に設けられた半田層４２０の上には例えば位置決めボス部品３が取り付けられている。また別の半田層Ａ４２１及び半田層Ｂ４２２とにまたがってＬＥＤ素子２が取り付けられている。

このときのプリント基板４への部品の取り付け処理について次に説明する。先ず、クリーム状に練った半田粉を銅箔層４３０の開口部分すなわちレジスト層４１０の無い部分に盛り、さらのその上に部品、例えば位置決めボス部品３を置く。続いて、この状態で高温炉にて半田部分を溶解して接合、いわゆる半田付けを行って位置決めボス部品３をプリント基板４に接合する。レジスト層４１０と半田とは親和性がなく、半田が溶解した状態では逆に反発する性質を持っており、レジスト層４１０部分には半田は付かない。

半田付け処理時において、溶解した半田は、その上に載せられる部品よりも大きな比重を有している（例えば当該部品の比重を４．５とすると溶解した半田の比重は７となる）。このため、半田が溶解した状態では部品（例えば位置決めボス部品３）が半田に浮いた状態となる。従って、溶融半田の上に載せられた部品は、溶融半田の表面張力により、レジスト層の無い部分のほぼ中心部に移動されることになる。このように部品の取付け処理をすることによって、プリント基板に設けたレジスト層形状に倣って、実装する部品の位置をコントロールできる。

また、図８の半田層Ａ４２１及び半田層Ｂ４２２の２つの半田部分にまたがって置かれている部品、たとえばＬＥＤ素子２のような場合には、半田溶融時には、２つの半田層それぞれから受ける浮力のバランスにより、２つの半田層部分のほぼ中央に固定される。すなわち、複数のＬＥＤ部品及び位置決めボス部品のそれぞれは、プリント基板４に設けたレジスト層部の位置精度に倣って部品の位置が決定されることになる。

以上をまとめると、ＬＥＤ素子２と位置決めボス部品３とは、レジスト層の印刷形状の精度に従って取り付け位置が管理され、これらの素子や部品を所定の精度の範囲内にそれぞれ取り付けることができる。

ここで、最初の図１に戻り、本発明の一実施例にかかる照明ユニットの詳細について説明する。

図１（ａ）は、照明ユニット５の出射側からみた正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＬＥＤを含む断面Ｂ−Ｂを示す断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の位置決めボス部品を含む断面Ｃ−Ｃを示す断面図である。 図１（ａ）に示されるように、導光板１に設けてある複数の入射部穴１２０のそれぞれにはＬＥＤ素子２が挿入されている。点灯させたＬＥＤ素子２から出射した光は、導光板１に形成された入射部穴１２０の先端部側の壁面である入射面１２１から導光板１内部において光束範囲１４０の範囲を進み、出射面１６０側、すなわち図１（ａ）の図面手前側方向に出射して、照明ユニットとして機能する。

このときのＬＥＤ素子２と導光板１との位置関係を、Ｂ−Ｂ断面である図１（ｂ）を用いて説明する。ＬＥＤ素子２は、プリント基板４に半田付けなどにより固定されている。また、導光板１は、プリント基板４に両面テープ１０２により、接着固定されている。すなわち、導光板１とＬＥＤ素子２とは、両面テープ１０２によりプリント基板４を経由して接着固定されている。

両面テープ１０２は、矢印Ｚ方向１３０には面で接触しているため、導光板１は矢印Ｚ方向に簡単には移動しない。ところが、接着面に直交する方向の矢印Ｙ方向１３１には、長時間の応力下或いは重力下ではクリープ現象などにより移動することがある。このため、位置決めボス部品３により、導光板１が矢印Ｙ方向１３１に移動しないよう規制している。

次に位置決めボス部品３と導光板１との位置関係について、Ｃ−Ｃ断面である図１（ｃ）を用いて説明する。位置決めボス部品３は、プリント基板４に半田付けなどにより固定されている。また、導光板１は、プリント基板４に両面テープ１０２により固定されている。

このとき、導光板１に設けられた位置決め穴１１０に位置決めボス部品３が嵌合されており、導光板１は、プリント基板４に対して（ｃ）図の上下方向である矢印Ｙ方向１３１に関して移動の規制が加えられており、プリント基板４と導光板１との位置関係が保たれる。また、この状態で、図１（ａ）の左右方向である矢印Ｘ方向１３２についても、移動の規制が加えられており、プリント基板４と導光板１との位置関係が所望の関係に保たれる。

図１（ａ）では、位置決め穴１１０の丸穴と位置決めボス部品３との組み合わせによりプリント基板４と導光板１との位置関係を保持する構成を説明したが、図５、図６そして図７を用いて説明したように、図１では示していない、位置決め長穴１１１とボス部品との２カ所の規制を行うことにより、導光板１とプリント基板４との間の回転方向の移動も規制している。

ここで、位置決め長穴１１１は、導光板１の長手方向に長い長円或いは楕円形状を有しており、導光板１の長手方向において、位置決めボス部品３に対するマージン（空間）が位置決め穴１１０のそれよりも大きく確保されている。上述のように、導光板１はアクリル等の透光性樹脂で構成されているためにＬＥＤ素子２からの発熱により熱膨張し、その熱膨張量（導光板１の伸び量）は導光板１の長手方向で大きくなる。よって、導光板１の長手方向に長い形状位置決め長穴１１１を設け、位置決めボス部品３に対するマージン（空間）を大きくすることにより、導光板１の位置決めを正確にしつつ上記の熱膨張を吸収することができる。このとき、穴１１０及び１１１の両方を長穴にすると矢印Ｘ方向の動きが大きくなるために、一方は、当該動きを規制するために位置決めボス部品３に対するマージンが少ない円形状とすることが好ましい。

以上をまとめると、本実施例によれば、プリント基板４に実装されたＬＥＤ素子２と位置決めボス部品３とは、レジスト部分の形状の精度に従って取り付け位置が管理され、所定の精度の範囲内に保持される。

また本実施例においては、ＬＥＤ素子を搭載したプリント基板にＬＥＤ素子と同一の取り付けプロセス、すなわち半田付け（及びレジスト形状）により適切な位置に取り付けられた位置決めボスを用いて導光板１の位置決めをしているため、ＬＥＤ素子と導光板の入射面との位置関係を正確に保持することができる。

このように、本実施例によれば、ＬＥＤ素子２と導光板１との位置関係を正確に保つことができ、ＬＥＤ素子２から出射された光の利用効率を高めることができる。すなわち、ＬＥＤ素子２からの光を最大限導光板へ取り込むことができる。従って、本実施例によれば、安定した性能の照明ユニット及び照明装置を提供することができ、ひいては安定した性能の表示装置を提供することが可能となる。

図９は、本発明の第２実施例の主要部分である、プリント基板と導光板の取り付け状態を示す断面図である。図９に示されるように、第２実施例は、導光板１に位置決め突起３３を一体的に形成したことを特徴としている。図９では、位置決め突起３３がプリント基板４に設けた位置決め穴１１５に嵌合された状態となっている。また、図１で説明した第１実施例同様にＬＥＤ素子（図示せず）は、プリント基板４に半田付けなどにより固定されている。また、導光板１は、プリント基板４に両面テープ１０２により接着固定されている。すなわち、導光板１とＬＥＤ素子とは、両面テープ１０２によりプリント基板４を経由して接着固定されている。

位置決め突起３３により、導光板１とプリント基板４の位置関係において矢印Ｙ方向１３１に移動しないよう規制されている。すなわち、ＬＥＤ素子２と導光板１との一関係を正確に保つことができ、ＬＥＤ素子２から出射された光を最大限導光板へ取り込むことができる。すなわち、この第２実施例においても、安定した性能の照明ユニット及び照明装置を提供することができ、ひいては安定した性能の表示装置を提供することが可能となる。

このように、この第２実施例でも、導光板１に設けた位置決め突起とプリント基板に設けた穴との組み合わせにより、第１実施例と同等の効果を得ることができる。

図１０は、本発明の第３実施例の主要部分である、プリント基板と導光板の取り付け状態を示す断面図である。図１０に示されるように、第３実施例は、位置決めボス３を、プリント基板４の、導光板１と接合される面とは反対側の面に半田付けなどにより取り付けられたことを特徴としている。この状態で、位置決めボス３は、プリント基板貫通穴１１６を通って導光板１側に飛び出している。さらに、位置決めボス３の先端部は導光板１に設けた位置決め穴１１０に嵌合した状態となっている。また、図１で説明した第１実施例同様に、ＬＥＤ素子（図示せず）は、プリント基板４に半田付けなどにより固定されている。また、導光板１は、プリント基板４に両面テープ１０２により、接着固定されている。すなわち、導光板１とＬＥＤ素子とは、両面テープ１０２によりプリント基板４を経由して接着固定されている。

位置決めボス３と、プリント基板４の位置関係において矢印Ｙ方向１３１に移動しないよう規制されている。すなわち、ＬＥＤ素子２と導光板１との一関係を正確に保つことができ、ＬＥＤ素子２から出射された光を最大限導光板へ取り込むことができる。すなわち、この第３実施例においても、安定した性能の照明ユニット及び照明装置を提供することができ、ひいては安定した性能の表示装置を提供することが可能となる。

このように、この第３実施例でも、導光板手段に設けた位置きめ突起手段とプリント基板に設けた穴手段との組み合わせにより、第１実施例と同等の効果を得ることができる。

以上の本発明による一実施の形態の説明においては、プリント基板上へのＬＥＤ素子と位置決めボス部品との接合に半田付けを用いた例を説明したが、他の接合方式、例えば接着剤などで接合してもよく、同様の効果が得られることはいうまでもない。また、上記の例では、導光板とプリント基板との位置決めをボスと穴との嵌合を用いて行う例を説明したが、他の形態、例えば当て付けによる位置決めでもよく、同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、本発明による一実施の形態の説明においては、ＬＥＤ素子をいわゆるサイドビュータイプ（横向き出射構成）の例で説明したが、他のたとえばトップビュー（上向き出射構成）のものであっても同様に構成でき、同様の効果が得られることはいうまでもない。

１…導光板、２…ＬＥＤ素子、３…位置決めボス部品、４…プリント基板、５…照明ユニット、６…表示装置、７…照明装置、８…液晶パネルセル、１０２…両面テープ、１１０…位置決め穴、１１１…位置決め長穴、１２０…入射部穴、１２１…入射面、１３０…矢印Ｚ方向、１３１…矢印Ｙ方向、１３２…矢印Ｘ方向、１４０…光束範囲、１６０…出射面、４１０…レジスト層、４２０…半田層、４２１…半田層Ａ、４２２…半田層Ｂ、４３０…銅箔層、６１０…表示部、６２０…スタンド部、９０１…拡散板、９０２…プリズムシート、８０１…出射面、７１０…矢印Ａ、７２０…矢印Ｂ、７３０…矢印Ｃ、７６０…下シャーシ。

Claims (7)

1. 導光板と、該導光板に光を供給するための複数の発光素子が取り付けられたプリント基板とを接合して構成された照明装置において、前記プリント基板に取り付けた位置決め部材と前記導光板とを嵌合して構成したことを特徴とする照明ユニット及びこれを用いた照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、前記発光素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１記載の照明装置において、前記プリント基板への発光素子の取り付けが、半田付けにより為されることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１記載の照明装置において、前記プリント基板に設けられた前記位置決め部材はボスであり、前記導光板に前記プリント基板に設けられた前記位置決め部材であるボスと対応する穴が設けられており、前記プリント基板にボスと前記導光板の穴とを嵌合して互いに位置決めするように構成したことを特徴とする照明装置。
5. 導光板と、該導光板に光を供給するための複数の発光素子が取り付けられたプリント基板とを接合して構成された照明装置において、前記プリント基板１枚に対して、複数の導光板を接合して構成したことを特徴とする照明装置。
6. 導光板と、該導光板に光を供給するための複数の発光素子が取り付けられたプリント基板とを接合して構成された照明ユニットを複数組み合わせて成る照明装置において、前記複数の照明ユニット同士は、導光板の一部を重ね合わせて配置されたことを特徴とする照明装置。
7. 特許請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする表示装置。

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