JP5080999B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものである。

光源装置としては従来から蛍光ランプ等を用いたものが多用されているが、このところ蛍光ランプ等の既存のランプを発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）に置き換える提案が種々の分野でなされている。ＬＥＤは蛍光ランプと異なり水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のＬＥＤデバイスの形状は砲弾型が主流であったが徐々に面実装タイプが増え、ＬＥＤデバイスが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。ＬＥＤは、これまでインジケータなどの表示に用いられることが多かったが、その効率向上に伴い照明用途としても展開され、徐々に普及し始めている。

例えば、蛍光ランプが使用されていたものに小型のＬＥＤを使用し、線状あるいは面状の光源を実現するためには、多数のＬＥＤを等間隔に配置する方法が一般的である。しかしながら、この方法では光源が粒状に発光しているのが視認され、滑らかな線状あるいは面状の光源にはならない。そこでＬＥＤ光源の前面に拡散効果をもつシートあるいは板を配置し、ＬＥＤの直進光を拡散することで滑らかな線状あるいは面状光源とすることが可能であるが、この場合は拡散シートあるいは板の透過率が６０％程度であることから、光の利用効率が極端におちてしまう。

また、ＬＥＤを並べることで線状あるいは面状の光源を実現させた場合、ＬＥＤの数量を削減することが困難である。密に並べればそれだけ光源が近接するため、線状あるいは面状とした際の発光の均一さが良好となるが、それだけ多くのＬＥＤを使用する必要が生じる。一方、ＬＥＤの数量を減らすためにはＬＥＤ同士の間隔を粗にして配列する必要が生じ、この場合は発光面での均一さが損なわれてしまう。

そこで、導光技術を用いて光出射面を平面とすることが行われている。導光板を利用したものとしては、携帯電話の液晶バックライトや２０インチ程度の中型液晶バックライトなどがある。今後、ＬＥＤの発光効率上昇と、高出力化が進むにつれてディスプレイが大型になり、導光板もそれに比例して大きくなる。それにつれて重量も増大するため、組立作業時に光源であるＬＥＤをこの導光板の重量で破壊させないための、なんらかの構造が必要となる。

この課題に対して、光源を導光板から保護する方法が種々提案されている。例えば、特許文献１のものは、ＳＵＳ製のストッパー金具をランプと導光板との間に介在するように配置し、導光板のランプ方向への移動を防止する。また、特許文献２のものは、弾性を持ったリフレクタをランプ側面の光出射側以外の三方から囲んで導光板から保持する構造を備えている。
特開２００４−２４７２８５号公報 特開２００１−２９０１４５号公報

上述のような導光板を用いた光源装置は、光源として管形ランプを利用している。上記各特許文献にはランプの保護を実現する方法が述べられている。しかし、特許文献１のものでは、組立作業時に導光板のダメージが懸念され、また光源の上部に保持部材を設けることで光源からの発光する光を阻害してしまうおそれがあり、さらに周囲の温度変化による導光板の収縮及び導光板自体の重さといった外的ストレスを緩和することが出来ないという問題がある。特許文献２のものでは、ランプの光出射方向以外の三方向から導光板を保持している為、光源から発生する熱を放熱させる経路がなく、高出力のＬＥＤを光源として利用する場合には、それ自体の発熱によりＬＥＤの信頼性を保つのが困難となる。また構造上、光源をリフレクタに組み込む際の組立作業や、ランプの交換時には手間が掛かるといった問題がある。

従って本発明の目的は、組立作業性が良く、信頼性が高く、高輝度化に適した導光板を用いた光源装置を提供することにある。

上記目的は、光源と、前記光源を保持するための第一の保持部材と、側面の長さが端面の幅よりも長い構成を有し前記光源からの光を前記端面から導入し前記側面から出射させるための導光板と、前記導光板の前記端面側を前記光源側から弾性的に保持するための第二の保持部材とを備えた光源装置により達成される。

ここで、前記第二の保持部材は弾性を有する板部材から構成することができる。前記板部材は、前記導光板から圧力を受けたときに前記光源の発光部からみてへこむ方向に変形することが望ましい。前記板部材は、前記導光板の前記端面に平面的に接するように形成された平面部を有することができる。

前記光源の発光部側の前記板部材の表面の一部または全部に鏡面加工または白色加工を施すことが好ましい。前記第二の保持部材はスプリングから構成することができる。前記光源は１つまたは複数の発光ダイオードにより構成することができる。

本発明によれば、導光板の端面側を光源側から保持するための第二の保持部材として弾性体を使用することで、温度変化による導光板の膨張によって生じる機械的応力を光源に与えることなく、第二の保持部材によって応力吸収することが可能となる。また、光源の組込を行う組立作業効率を向上させることも可能である。なお、導光板から光源方向にかかる応力は、例えば光源装置使用時に生じる衝撃や振動などに起因して発生するが、本発明によれば、このような応力に対しても光源部への機械的ダメージを抑止することが出来る。

また第二の保持部材を導光板の端面側と光源側との間に配すること、すなわち第二の保持部材により導光板の端面側を光源側から弾性的に保持することにより、光源から発生する熱を第一の保持部材のみならず第二の保持部材を介しても筐体に放熱させることができるので、光源の発光効率や寿命に悪影響を及ぼすことがなく、信頼性を向上させることが出来る。この場合、第二の保持部材を放熱性のよい板部材とするとよい。

さらに、第二の保持部材の表面の一部または全部に鏡面加工または白色加工とすることで、第二の保持部材による良好なリフレクタ効果を得ることができ、光源から導光板に入光する光の利用効率を向上させる効果を得ることができる。この場合、第二の保持部材を板部材とし、導光板から圧力を受けたときに光源の発光部からみてへこむ方向に変形するようにすることで、リフレクタ効果を向上することができる。また、第二の保持部材としての板部材を、導光板の端面に平面的に接するように形成した平面部を有するようにすることで、第二の保持部材による導光板４への損傷を緩和することができる。

光源として１つまたは複数のＬＥＤを用いることで低電圧での駆動、水銀レス、可変色といった特徴を有するＬＥＤを利用した光源装置を構築することができる。また１Ｗ以上の入力電力をもつ白色ＬＥＤを用いることで明るい照明を得ることができる。複数の異なる発光波長のＬＥＤを用いることで演出効果あるいは装飾性等を向上させることができる。導光板を多角柱とすることで光出射面を平面とすることができる。

図１は、本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。図２は、図１の光源装置の分解図である。本実施例は、図２に示すように、光源としてのＬＥＤ２と、ＬＥＤ２を保持するための第一の保持部材３と、側面の長さが端面の幅よりも長い構成を有しＬＥＤ２からの光を端面（入射面）２５より導入し側面（出射面）２６から出射させるための導光板４と、導光板４の端面側を光源側から弾性的に保持するための第二の保持部材１とを備える。すなわち本実施例では、弾性を持った第二の保持部材１が、ＬＥＤ２と導光板４との間に配されており、導光板４のＬＥＤ２への進入をその弾性力で支えている。導光板４は、反射シート９を介して筐体５に収容される。筐体５は、導光板４と第一の保持部材３を位置固定する。ＬＥＤ２は基板１０に実装され、基板１０を介して第一の保持部材３に保持される。導光板４の側面２６に対向する面２８には、端面２５から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構（図示しない）を具備する。また、ＬＥＤ２に接続された配線６の他端はＬＥＤ２を駆動する駆動回路７に接続され、駆動回路７は電源８に接続される。ここで、光源としてのＬＥＤは、１つまたは複数のＬＥＤを用いて構成することができる。またＬＥＤは、１Ｗ以上の入力電力をもつ白色発光ＬＥＤとすることができる。さらにＬＥＤは、複数の異なる発光波長のＬＥＤとすることができる。なお、光源はＬＥＤに限定されるものではなく、豆電球やランプなどの他の光源を用いることもできる。

光源装置の作動時には、電源８より駆動回路７に給電され、駆動回路７により配線６および基板１０を介してＬＥＤ２に電圧が印加され、ＬＥＤ２は発光する。このとき、ＬＥＤ２の発光量を安定させるためには、駆動回路７は定電流制御あるいは定電圧制御で動作することが望ましい。ＬＥＤ２の発光により放射された光は導光板４の端面２５より導入され導光板４内を伝搬する。また第二の保持部材１へ向かって発光した光は、保持部材に設けた鏡面加工、もしくは白色加工によって反射し導光板４の端面２５に導入される。ＬＥＤ導光板４内を伝搬する光は、導光板の面２８の各部に配置された乱反射機構（図示しない）により乱反射され、導光板４の側面２６から出射する。

本例の導光板４は、図示のように断面が矩形の四角柱であるが、これ以外の断面を有する多角柱とすることもできる。端面２５のサイズは、ＬＥＤ２の発光部２７のサイズよりも大きく構成される。このように、導光板の幅を狭くし長さを長尺とし、端面のサイズを光源発光部のサイズよりも大きく構成することで、輝度の高い照明に適した光を得ることができる

ここで、サイズとは、導光板の端面２５における厚みと幅の両方の寸法をいい、またＬＥＤ２（光源）の発光部２７における厚みと幅の両方の寸法をいう。図２に示すように、導光板の端面２６の幅をＷ、厚みをＴとし、図３に示すようにＬＥＤ２の発光部２７の幅をｗ、厚みをｔとした場合に、端面２６のサイズがＬＥＤ２の発光部２７のサイズよりも大きく構成されるとは、Ｗ＞ｗ、かつＴ＞ｔであることをいう。

図３（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ２の発光部２７のサイズについて説明するための図である。ＬＥＤ２は、ＬＥＤ素子２１とそれを封止する樹脂部を備える。ＬＥＤ素子２１からの光はこの樹脂部を通して発光するので、ここではこの樹脂部を発光部２７とする。図３（ａ）はＬＥＤが１つの場合の発光部２７のサイズ（幅ｗ、厚みｔ）を示す。図３（ｂ）はＬＥＤが横に２つ配置された場合の発光部２７のサイズを示す。この場合、左側の発光部の左端から右側の発光部の右端の間の幅を発光部２７の幅ｗとする。図３（ｃ）はＬＥＤが縦横２つずつ合計４つ配置された場合をそれぞれ示す。この場合、上側の発光部の上端から下側の発光部の下端の間の厚みを発光部２７の厚みｔとする。ＬＥＤ１の数が増加した場合もこの要領で幅と厚みが決められる。例えば、ハイパワーＬＥＤの場合、発光部２７はφ４〜５ｍｍ程度で構成されていることが多い。これは、使用するＬＥＤ素子に１ｍｍ角前後のものを使用し、このＬＥＤ素子に通電するためのワイヤーを張るための領域として、ＬＥＤ素子周囲１ｍｍ程度の距離が必要となり、さらにそのワイヤーにストレスを与えない距離として１ｍｍ程度の距離を設けて透明樹脂で封止される界面または透明樹脂を封止するための壁面が構成されている。このため、ＬＥＤ２の発光部２７の径がφ４〜５ｍｍとなる。従って、発光部２７に合わせて導光板の厚みも４ｍｍ以上にする必要がある。

またＬＥＤ２の発熱を放熱することが重要である。この点については、第一の保持部材３および筐体５にはアルミニウム等の熱伝導性の良い金属部材を用いることで、筐体５の全体に放熱機構を担わせることが可能となる。
ＬＥＤ１に白色ＬＥＤデバイスを使用すれば、図１の実施例は白色の光源装置として成立する。近年製品化または発表されている大電力供給が可能な１Ｗ以上の入力電力をもつ白色発光ＬＥＤを使用すれば、より明るい光源装置を実現することができる。
一方、赤・青・緑のＬＥＤ素子を一つのパッケージにしたＬＥＤデバイスをＬＥＤ２として使用すれば、前記赤・青・緑の各々のＬＥＤに流す電流を制御することで、可変色を実現する光源装置を提供することが可能となる。

図４は第二の保持部材の一例を示す図である。第二の保持部材１１ａは、例えば弾性を有する板部材で構成され、ＬＥＤ２側にその発光部２７を通す開口部４１を備える。この板部材は例えば金属板でもプラスチック板でもよい。板部材に形成された開口部４１は本図では円形の孔であるが、これに限定されず他の形状でもよいし、また孔ではなく切り欠きでもよく、要するに発光部２７を通すことができればよい。換言すれば、第二の保持部材１１ａは、少なくともＬＥＤ２の発光部２７を避けるように構成されるものである。

第二の保持部材１１ａは、図５に示すように導光板４とＬＥＤ２との間に挿入されるもので、リフレクタ形状を有するとともに、導光板４がＬＥＤ２側に進入するのを防止する機能を有する。すなわち図６に示すように、導光板４がＬＥＤ２の方へ進入しようとすると、導光板４からの圧力で光源の発光部からみてへこむ方向に変形する板部材としての第二の保持部材１１ｂの弾性力による反発力により釣り合いがとれることで、導光板４が固定される。また図７に示すように、この光源装置を点灯させたとき、変形した第二の保持部材１１ｂは良好なリフレクタ機能を有することになり、ＬＥＤ２から出力される光を有効的に導光板４へ導くことができる。このリフレクタの表面の一部、あるいは全部に鏡面加工、もしくは白色加工を設けることで、それぞれ導光板４の出射面（側面）２６から出力される光の輝度向上及び輝度ムラ軽減を実現することができる。

図８は第二の保持部材の他の例を示す図である。本例の第二の保持部材１２ａが図４のものと異なる点は、そのリフレクタ形状に導光板４の端面２５に平面的に接するように形成された平面部８１を有するガイド８２を設けているところにある。第二の保持部材１２ａを光源装置に組み込むと、図９に示すようになる。導光板４を筐体５に挿入した場合、図１０に示すように、変形した第二の保持部材１２ｂの平面部８１と導光板４の端面２５とが平面で接する為、第二の保持部材による導光板４への損傷を緩和することが望める。また図１１のように、ＬＥＤ２を点灯させると変形した第二の保持部材１２ｂは良好なリフレクタ機能を有することになる。この場合も、リフレクタの表面の一部、あるいは全部に鏡面加工、もしくは白色加工を施すことで、上記と同様に輝度向上及び輝度ムラ軽減を実現することができる。

図１２は第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。本例の第二の保持部材１３が図８のものと異なる点は、平面部８１を有するガイド８２の端部が導光板４の側面と筐体５との間に入るように構成されているところにある。このようなリフレクタ形状を用いることで、耐衝撃性を向上し、温度差による導光板４の収縮膨張を緩和し、導光板４のＬＥＤ２側への進入を防止することが出来る。またＬＥＤを駆動させると光の放射は図１３に示すようになり、第二の保持部材は良好なリフレクタ機能を同時に有することが出来る。

図１４は第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。本例の第二の保持部材１４が図８のものと異なる点は、そのリフレクタ形状に導光板４の端面２５に接する折返し部８３を有するガイド８２を設けているところにある。このようなリフレクタ形状を用いることで、図１２の場合と同様に、耐衝撃性を向上し、温度差による導光板４の収縮膨張を緩和し、導光板４のＬＥＤ２側への進入を防止することが出来る。またＬＥＤを駆動させると光の放射は図１５に示すようになり、第二の保持部材は良好なリフレクタ機能を同時に有することが出来る。

図１６は第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。本例の第二の保持部材１５が図１２のものと異なる点は、リフレクタ形状の半分は省略し平面部８１を一箇所としたところにある。このようなリフレクタ形状でも、図１２の場合に比べ多少劣るものの、耐衝撃性を向上し、及び温度差による導光板４の収縮膨張を緩和し、導光板４のＬＥＤ２側への進入を防止することが出来る。またＬＥＤを駆動させると光の放射は図１７に示すようになり、第二の保持部材は図１２の場合に比べ多少劣るものの良好なリフレクタ機能を同時に有することが出来る。

図１８は第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。本例の第二の保持部材１６ａはスプリングにより構成されるものである。本例のものは、リフレクタ機能は備えていないが、耐衝撃性を向上し、温度差による導光板４の収縮膨張を緩和し、導光板４のＬＥＤ２側への進入を防止することが出来る。すなわち、図１９に示すように、導光板４を第二の保持部材１６ｂのスプリングにより保持することで、導光板４のＬＥＤ２側への進入を防止することが出来る。

このような第二の保持部材を用いることで、導光板を筐体へ組み込む際の作業性にも優れ、導光板が光源部に進入できない構造とすることが出来る。また第二の保持部材にリフレクタ機能を付加させる事で、光源からの光を有効的に導光板へ伝えることができ、出射面からの光の高輝度化および均一化を実現できる。また、光源装置の使用時になんらかの外部から衝撃が与えられた場合に、導光板の光源方向への移動が防止され、耐衝撃性が向上するとともに、光源または外部からの熱による導光板の膨張や収縮に対する変化にも耐えることが出来る。

本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。

本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。 図１の光源装置の分解図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ２の発光部２７のサイズについて説明するための図である。 第二の保持部材の一例を示す図である。 図４の第二の保持部材の取付け図である。 図４の第二の保持部材による導光板侵入防止の説明図である。 図４の第二の保持部材によるリフレクタ機能の説明図である。 第二の保持部材の他の例を示す図である。 図８の第二の保持部材の取付け図である。 図８の第二の保持部材による導光板侵入防止の説明図である。 図８の第二の保持部材によるリフレクタ機能の説明図である。 第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。 図１２の第二の保持部材によるリフレクタ機能の説明図である。 第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。 図１４の第二の保持部材によるリフレクタ機能の説明図である。 第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。 図１６の第二の保持部材によるリフレクタ機能の説明図である。 第二の保持部材のさらに他の例を示す図である。 図１８の第二の保持部材による導光板侵入防止の説明図である。

符号の説明

１…第二の保持部材、２…光源、３…第一の保持部材、４…導光板、５…筐体、６…配線、７…駆動回路、８…電源、９…反射シート、１０…基板、１１ａ…第二の保持部材、１１ｂ…第二の保持部材に導光板からの圧力がかかった状態、１２ａ…第二の保持部材、１２ｂ…第二の保持部材に導光板からの圧力がかかった状態、１３…第二の保持部材、１４…第二の保持部材、１５…第二の保持部材、１６ａ・・・スプリング １６ｂ・・・導光板からの圧力のかかったスプリング、２１・・・ＬＥＤ素子、２５・・・入射面、２６・・・出射面、２７・・・ＬＥＤ発光部、２８・・・乱反射機構を有した側面

Claims (7)

1. 光源と、前記光源を保持するための第一の保持部材と、側面の長さが端面の幅よりも長い構成を有し前記光源からの光を前記端面から導入し前記側面から出射させるための導光板と、前記導光板の前記端面側を前記光源側から弾性的に保持するための第二の保持部材とを備えた光源装置であって、前記第二の保持部材が弾性を有する板部材から構成されること、前記板部材が、前記導光板から圧力を受けたときに前記光源の発光部からみてへこむ方向に変形すること、前記板部材が、前記導光板の前記端面に平面的に接するように形成された平面部を有すること、前記光源の発光部側の前記板部材の表面の一部または全部に鏡面加工または白色加工が施されたこと、および前記板部材が、前記光源の発光部を避けるように構成されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記導光板が、筐体に収容されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記板部材の前記平面部を有するガイドの端部が、前記導光板の側面と前記筐体との間に入るように構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
4. 前記板部材が、前記光源から出力される光を前記導光板へ導くリフレクタ形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記板部材が、前記光源の発光部を通すことができる孔または切り欠きを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記板部材が、金属板またはプラスチック板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記光源が１つまたは複数の発光ダイオードにより構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光源装置。
   

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