JP2012022979A - 面照明光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面照明光源装置のケーシングを基板に密着させて設置することができ、更に、はんだがケーシングの内部に露出せず、点光源から照射される光を効率よく利用できることのできる面照明光源装置を提供すること。
【解決手段】指向性の強い点光源２と、点光源２が固定される基板３と、内壁面が反射部材で形成された箱型のケーシングと、ケーシングの開口を覆い、周囲がケーシングの開口の縁部で固定された光導通反射板１０を備え、ケーシングは、底部５の中央に形成された貫通孔から基板３に固定された点光源２が露出するように基板に固定されている面照明光源装置１において、底部５には、基板３の表面に形成された凸部１７に対応する部分に、凸部と当接してケーシングの内部側に変形し得る底部５と同一の素材で形成された舌片８が形成されていること。
【選択図】図６

Description

本発明は面照明光源装置に関し、さらに詳しくは、面照明光源装置のケーシングに基板を密着して設置する際に、ケーシング底部に貫通孔を開ける必要がなく、点光源から照射される光を効率よく利用することのできる面照明光源装置に関する。

近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）の研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化され、幅広い分野で使用されている。ＬＥＤはその低消費電力、長寿命、小型といった特徴より、従来から電子機器等の動作表示灯として用いられてきた。これらのＬＥＤは、例えば液晶パネル用バックライト、各種の表示板、電光掲示板、電飾装置などにおいて多く使用されているが、照明分野においても使用されるようになってきている。この照明分野では、例えば、自動車用ヘッドライトないしテールライト、複数のＬＥＤを組み込んだ面状照明装置、管内にＬＥＤを組み込んで蛍光灯と同様に使用し得るようにした照明装置等に使用されている。

しかし、室内用照明装置等に使用される面状光源としては、均一に発光する面状光源が要求されるが、ＬＥＤは光の指向性が強いため、そのままでは室内用照明装置等に使用するには適していない。そのため、従来のＬＥＤを光源として用いた、面状の均一な照度分布の照明光を得るための光源装置としては、光の放射面に反射手段を設けて光を多重反射させたものが知られている（下記特許文献１及び２参照）。

また、ＬＥＤの指向性の強い光が直接目に入ると、グレア（glare）と呼ばれる不快なまぶしさが生じる。このグレアを防止するため、光源から放射された光が少なくとも１回は光源装置内または光源装置の放射面に設けられた反射手段の開口の側壁で反射されてから開口を通過するように設計された光源装置が知られている（下記特許文献３参照）。

下記特許文献３に記載の光源装置においては、ケーシング又はハウジングと呼ばれる箱組立体の底部に点光源が設けられ、ケーシングの開口部、すなわち点光源と対向する面に反射手段が設けられて、点光源からの指向性の強い光を多重反射させて均一化して放射するようにしている。このケーシングと反射手段とは、光源装置における光の利用率を高めるため、内壁面が高光反射率、低光透過率及び低光吸収率を有する材料で形成されている。このような材料の一つとして、超微細発泡光反射板が使用されている。超微細発泡光反射板は、例えば９８％の光反射率、それぞれ１％の光透過率及び光吸収率を有し、軽量かつ加工が容易な材料である。この超微細発泡光反射板を使用することにより、ケーシングや反射手段を容易に作製することができる。

特開２００６−０１２８１８号公報 特開２００９−０１６０９３号公報 特開２００９−００４２４８号公報（段落〔００２３〕、〔００２８〕〜〔００３９〕、図１Ａ）

上記特許文献３に記載の面照明光源装置においては、ケーシングの底面部に点光源を取り付けるための基板が設置されている。この基板には点光源やコネクタ等の電子部品がはんだ付けによって接続されており、このはんだは基板表面からわずかではあるが盛り上がっている。この盛り上がったはんだがあるために、何ら加工を行わずに基板とケーシングとを固定しようとすると、基板とケーシングの間に隙間が生じて面照明光源装置全体の厚みが増加してしまい、また基板とケーシング底面とを安定して固定することが困難であった。

そこで、従来は、面照明光源装置のケーシング底部に、盛り上がったはんだに対応する位置及び大きさの貫通孔を設け、この貫通孔にはんだ部分を当接させてはんだ部分をケーシング内に露出させることにより、ケーシングと基板とを密着させて固定していた。しかし、貫通孔からはんだ部分ををケーシング内に露出させた場合には、点光源からの光を反射させるケーシングの内部に光反射率の悪い部材であるはんだが露出しているため、光の利用効率が下がってしまうという問題点があった。特に、面照明光源装置を小型化した場合には、相対的に光反射率の悪いはんだ部分が占める面積が大きくなるため、この影響を無視することができなくなる。また、面照明光源装置を薄型化した場合にも、反射手段を通じてはんだ部分の陰影が面照明光源装置の表面に映ってしまうといった問題点があった。

そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、面照明光源装置のケーシングを基板に密着させて設置することができ、更に、盛り上がったはんだがケーシングの内部に露出せず、点光源から照射される光を効率よく利用できることのできる面照明光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の面照明光源装置は、指向性の強い点光源と、前記点光源が固定される基板と、底部の中央に貫通孔が形成され、前記底部の縁部から側壁部が所定の高さに立設されて、内壁面が反射部材で形成された箱型のケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い、周囲が前記ケーシングの開口の縁部で固定された光導通反射板を備え、前記箱形のケーシングは、前記箱形の中央に形成された貫通孔から前記基板に固定された前記点光源が露出するように前記基板に固定されている面照明光源装置において、前記ケーシングの底部には、前記基板の表面に形成された凸部に対応する部分に、前記凸部と当接して前記ケーシングの内部側に変形し得る前記底部と同一の素材で形成された舌片が形成されていることを特徴とする。

本発明の面照明光源装置においては、基板に凸部がある場合であっても、凸部が舌片と接触した際に、この舌片がケーシングの内部側に変形することができるため、面照明光源装置のケーシングの底部と基板とを密着させて設置することができる。そのため、本発明の面照明光源装置によれば、基板とケーシングとの間を強固に安定した状態で固定することができ、また、高い光反射率を有する底部と同一の素材で形成された舌片により凸部を覆うことができるので、従来例のように点光源から放射された光が基板の凸部によって吸収されることがなくなり、面照明光源装置の光利用効率を低下させることがなくなり、しかも、舌片をケーシングの底部と一体に形成できるため、加工が容易となる。加えて、本発明の面照明光源装置によれば、面照明光源装置を基板に密着させることができ、しかも凸部が舌片で覆われているために、面照明光源装置の照明面に凸部の陰影が映り難く、面照明光源装置の薄型化も可能となる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記凸部は前記基板に形成されたはんだ付け部であることを特徴とする。

基板には、ＬＥＤの取付部、ＬＥＤに電力を供給するための各種配線や外部との接続用のコネクタ等の電子部品がはんだ付けで接続されており、このはんだ付け部は基板表面から突出している。本発明の面照明光源装置によれば、この突出したはんだ付け部をケーシングの底部と一体に形成された舌片によって覆うことができるので、より光利用効率を高めることができる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記舌片は前記ケーシングの底部の一部に切り込みを形成することによって形成されていることを特徴とする。

本発明の面照明光源装置によれば、単にケーシングの底部の一部に切り込みを形成するのみで舌片を形成できるので、ケーシングの底部形成時に同時に舌片を形成できるため、別途舌片形成のための穴あけ工程及び舌片形成工程を設ける必要がなくなる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記ケーシングは、超微細発泡光反射材からなることを特徴とする。

超微細発泡光反射部材は、例えばプラスチック材料に光散乱粒子を分散させた場合と比すると、全ての方向により均質な散乱光を得ることができる。そのため、本発明面照明光源装置においては、この超微細発泡光反射部材をケーシングとして用いているので、より均一な照度分布の照明光が得られるようになる。しかも、超微細発泡光反射部材は、加工が容易であることから容易に底部に舌片を形成することができ、更に、軽量であることから面照明光源装置の重量を抑えることができるようになる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記光導通反射板は、前記点光源に対峙する側に中央光導通反射部及び前記中央光導通反射部の周囲に外方光導通反射部が形成された板状体からなり、前記中央光導通反射部及び前記外方光導通反射部は高光反射率及び低光透過率に形成され、前記外方光導通反射部には前記光導通反射板を貫通する所定径を有する開口、又は、所定幅及び長さを有するスリットからなる光導通部が形成され、前記開口の径、又は、前記スリットの幅及び長さは、前記中央光導通反射部から外方へ離れるに従って大きくされていることを特徴とする。

本発明の面照明光源装置では、点光源からの指向性が強い光は、中央光導通反射部から外方光導通反射部へと反射を繰り返して進行するため、中央光導通反射部から外方へ離れるに従って光強度が弱くなる。本発明の面照明光源装置によれば、外方光導通反射部の開孔の大きさ又はスリットの幅及び長さは中央光導通反射部から外方へ離れるに従って徐々に大きくされているため、中央光導通反射部から外方へ離れるに従って光導通部を通って出射される光の量が多くなるので、より均一な照度分布の照明光が得られるようになる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記光導通反射板は、超微細発泡光反射材で形成されていることを特徴とする。

本発明の面照明光源装置によれば、超微細発泡光反射板を光導通反射板に用いているため、より均一な照度分布の照明光が得られるようになる。

また、本発明の面照明光源装置においては、前記点光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする。

ＬＥＤ及びＬＤ共に、指向性が強く、発光強度が強い周知の点光源である。そのため、本発明の面照明光源装置によれば、明るい面照明光源装置が得られる。

本発明の実施形態にかかる面照明光源装置の斜視図である。 図１の面照明光源装置の分解斜視図である。 図３は図１の面照明光源装置の光導通反射板の平面図である。 図４Ａは図１の面照明光源装置のケーシング底部の平面図、図４Ｂは舌片の形状の変形例を示す図である。 図５Ａは図２の面照明光源装置の基板の平面図、図５Ｂは図５ＡのＶＢ部分の拡大図、図５Ｃは図５ＡのＶＣ部分の拡大図である。 図６Ａは本発明の実施形態に係る面照明光源装置のコネクタに対応する舌片部分の断面図、図６Ｂは点光源に対応する舌片部分の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

図１〜図６を参照して、本発明の実施形態に係る面照明光源装置を説明する。なお、図１は本発明の実施形態に係る面照明光源装置の斜視図、図２は図１の面照明光源装置の分解斜視図、図３は図１の面照明光源装置の光導通反射板の平面図、図４Ａは図１の面照明光源装置のケーシング底部の平面図、図４Ｂは舌片の形状の変形例を示す図、図５Ａは図２の面照明光源装置の基板の平面図、図５Ｂは図５ＡのＶＢ部分の拡大図、図５Ｃは図５ＡのＶＣ部分の拡大図、図６Ａは本発明の実施形態に係る面照明光源装置のコネクタに対応する舌片部分の断面図、図６Ｂは点光源に対応する舌片部分の断面図である。

面照明光源装置１は、図１〜図４に示すように、指向性の強い点光源２と、点光源２が電気的に接続される基板３と、点光源２が中央部に露出するように基板３に固定された箱型のケーシング４と、ケーシング４の開口を覆う光導通反射板１０を備えている。点光源２は、発光素子として一つあるいは複数のＬＥＤを備えているが、ＬＥＤの代わりにＬＤを用いることもできる。

ケーシング４は、方形の底部５と、この底部５の４辺から所定の高さに立設される４つの側壁部６a〜６ｄ及び開口７とを有している。なお、底部５は、面照明光源装置の設置状態によっては天井面となることもあり、また側壁面となることもある。また、本実施形態では底部５を方形としたが、これに限らず、三角形や六角形などその他の多角形とすることもできる。その場合、底部の各辺から多角形の辺の数の側壁部が立設されることとなる。

ケーシング４は、高い光反射率を有する材料、例えば光反射率９８％、光透過率１％及び光吸収率１％の特性を有する超微細発泡光反射板等の材料で形成されており、ケーシング４の内壁面において点光源２からの光を、高い光反射率で反射することができるため、効率よく利用することができる。また、超微細発泡光反射板は軽量であるため、面照明光源装置１の重量を抑えることができる。さらに、超微細発泡光反射板は容易に入手可能であり、比較的安価であることから、面照明光源装置１を作製する場合にもコストを抑えることができ、また加工が容易であることから、切り込みなどの加工によって、容易に後述の舌片などを形成することができる。

底部５の中央には、点光源２を露出させるための装着孔５ａが設けられている。また、底部５には、基板３に固定したときに、はんだ付け部に対応する部分に舌片８ａ〜８ｃが設けられている。舌片８ａ、８ｂはそれぞれ基板３に接続されるコネクタ１４を接続するはんだ付け部に対応し、舌片８ｃは点光源２としてのＬＥＤを接続するはんだ付け部に対応している。

舌片８ａ〜８ｃはそれぞれ底部５の一部に切り込みを形成することにより形成されている。本実施形態においては舌片８ａ〜８ｃは方形であるが、はんだ付け部分の形状に応じて、円弧状の切り込みを形成することにより円形の舌片を形成してもよい。また、本実施形態においては、舌片８ａ、８ｂの底部５との接続部分が互いに対向するように切り込みが形成されているが、底部５との接続部分が隣接するように設けてもよい。さらに、図４Ｂに示すように、舌片の底部５との接続部分が点光源２に最も近い位置になるように舌片８ａ'、８ｂ'を形成してもよい。このような構成とすることにより、舌片８ａ'、８ｂ'と基板３との隙間の開口が点光源２に対向しなくなるので、点光源２からの光をより吸収し難くなる。

ケーシング４の側壁部６ａ〜６ｄの開口７側の端辺には、後述する光導通反射板１０を固定するための結合突起９が設けられている。この結合突起９が光導通反射板１０の端辺近傍に設けられた孔１３に嵌合されることにより、光導通反射板１０がケーシング４に固定されるものである。

ケーシング４の開口７は、光導通反射板１０によって覆われている。本実施形態においては、光導通反射板１０は、高い光反射率と低い光透過率を有する超微細発泡光反射部材等の材料で形成される。これにより、点光源２からの光を高い光反射率で内部に反射して効率よく利用することができ、また点光源２の真上部分においても一定の光が透過するので、点光源の真上部分が暗くなりすぎることがない。

この光導通反射板１０は、図３に示すように、点光源２の直上部に中央光導通反射部１１、中央光導通反射部１１の外周囲に外方光導通反射部１２が設けられている。中央光導通反射部１1の中央部、すなわち点光源２の直上部分には中央部１１ａが設けられている。中央部１１ａは高光反射率に形成されており、点光源２から放射される強い光を反射し、さらにその反射光がハウジング内壁面及び光導通反射板１０によって多重反射するようになっている。中央部１１ａの光反射率は、光学反射板材の選択、この材料の加工（例えばハーフ溝の形成、板厚の調整）によって適宜設定され、これによって、光を効率よく利用することができるようになる。中央部１１ａの周辺すなわち外方光導通反射部１２との境界部に周辺部１１ｂが設けられている。周辺部１１ｂには小孔が設けられ、中央部１１ａに次いで光反射率を高くする一方で、一部の光を透過させるように設計されている。なお、この小孔はスリット、細溝などに代えてもよい。

外方光導通反射部１２には、円形の導通孔１２ａが所定間隔で形成されている。導通孔１２ａの大きさは前記中央光導通反射部１１から外方へ離れるにしたがって徐々に大きくなる。なお、この導通孔１２ａは三角形や四角形、星形など、種々の形状をとることができる。また、導通孔１２ａの代わりに、同心状の環状ないし方形状のスリットを設け、中央光導通反射部１１から外方へ離れるほどその幅長が増加するようにしてもよい。

光導通反射板１０の端辺近傍には、ケーシング４の側壁部６ａ〜６ｄの開口７側の端部に設けられた結合突起９を結合するための結合孔１３が設けられ、この結合孔に結合突起９がはめ込まれることによって光導通反射板１０はケーシング４に固定されている。

基板３は、所定の肉厚及び大きさを有する矩形状の基材と、この放熱板の片方の面に設けられた絶縁層及び絶縁層の上に設けられた導電層からなる。基材は、矩形状をなし肉厚が比較的厚い板材で形成されており、所定の熱伝導率を有し、比較的安価な材料、例えば金属材が使用される。金属材としては、熱伝導率が高く、軽量かつ安価なアルミニウム或いはアルミニウム合金（以下、これらを纏めて「アルミニウム」という）を用いるのが好ましいが、鉄、銅、その他の材料を用いることもできる。基材の片面には、導電性を有する基材とその表面に設けられる導電層との間を絶縁するために、絶縁層が形成されている。この絶縁層は、導電層を基材に固定させる接着層を兼ねており、ポリイミドなどからなる公知の絶縁材料が用いられる。

導電層は、図４に示されるように、点光源２とコネクタ１４とを電気的に接続するための配線パターン１５を形成するためのものであり、本実施形態では導電性が高い銅薄膜からなる。この導電層をエッチングすることによって、配線パターン１５が絶縁層の表面に形成され、点光源２とコネクタ１４を電気的に接続することができる所定のパターンに形成される。配線パターン１５は第１の配線パターン１５ａ及び第２の配線パターン１５ｂからなり、配線パターン１５ａ及び第２の配線パターン１５ｂは所定の間隔をあけて配設されている。第１の配線パターン１５ａは、両端にコネクタ１４の一方の端子が挿通されて電気的に接続され、隣接する他のＬＥＤ用照明基板の同様の配線パターンに電気的に接続される送り線となっている。第２の配線パターン１５ｂは、一端にコネクタ１４の端子が固定され、他端に点光源２の一方の端子が接続されるように形成されている。

導電層の表面には、接続部を除く基板３の全面を覆うようにさらにはんだレジスト層が設けられている。このはんだレジスト層を設けることにより、はんだ付けが不要な部分にはんだが付着することが防止される。はんだレジスト層には公知のはんだレジスト材が用いられており、その詳細な説明は省略する。

基板３の略中央に設けられた第２の配線パターン１５ｂの端部に点光源２の端子をはんだ付けすることにより、基板３に点光源２が電気的に接続される。なお、図４Ａにおいてはすでに基板３に点光源２の端子が接続された状態となっている。

本実施形態のコネクタ１４は、例えば３本の端子を有しており、それぞれ基板３にはんだ付けによって固定される。本実施形態においては、このうち両端の端子１４ａ、１４ｂが基板３と電気的に接続され、中央の端子１４ｃは単に機械的な固定を行うために設けられている。このように電気的接続を行わず、機械的な固定のみを行う端子１４ｃを設けることにより、コネクタ１４に外力が加わった場合でもコネクタ１４を堅固に保持することができ、端子１４ａ、１４ｂの電気的接続が失われることが抑制される。

コネクタ１４は、基板３表面の配線パターン１５ａ、１５ｂの端部において、基板３と電気的に接続される。配線パターン１５ａ、１５ｂの端部近傍には、コネクタ１４の端子が挿通される３つの貫通孔１６ａ〜１６ｃが設けられており、基板３の裏面に配置されたコネクタの端子を貫通孔１６ａ〜１６ｃに挿通して基板の点光源が固定される側ではんだ付けされることにより、コネクタ１４が固定される。コネクタ１４を基板３の点光源２と同じ側に配置すると、基板３をケーシング４に取り付ける際に基板とコネクタ１４がＬＥＤからの光を吸収して照明品質が低下してしまうためである。

上述のように、基板３に点光源２及びコネクタ１４をはんだ付けにより固定することにより、基板３表面の配線パターン１５ａ、１５ｂの各端部には、はんだにより盛り上がったはんだ付け部１７が形成される（図６Ａ参照）。この基板３をケーシング４に配置する際には、底部５の中央に設けられた装着孔５ａに点光源２を装着し、盛り上がったはんだ付け部１７が舌片８ａ、８ｂに当接するように基板を配置して、粘着テープ等で基板３とケーシング４を固定する。

この状態では、舌片８ａ、８ｂはケーシング４の内部側に変形し、はんだ付け部１７を覆っている。舌片８ａ、８ｂを設けないと、はんだ付け部１７がケーシング４に当接して基板３と底部５の間にははんだ付け部の高さ分の隙間が生じることとなり、基板３をケーシング４に安定して固定することが困難となる。また、この部分に貫通孔を設けると基板３とケーシング４を隙間なく固定することができるが、はんだ付け部１７がケーシング４の内部に露出して点光源から放射された光が吸収され、光利用効率が低下することとなる。しかし、基板３とケーシング４を固定する際に、底部５に設けられた舌片８ａ、８ｂがはんだ付け部１７に当接されてケーシング４の内部側に変形することにより、はんだ付け部１７がケーシング４の内側に入り込むとともに、その表面は舌片８ａ、８ｂに覆われて、ケーシング４の内側に露出することがない。これにより、基板３とケーシング４を隙間なく固定することができるとともに、はんだ付け部１７がケーシング４の内部に露出せず、光利用効率が低下することがない。

同様に、点光源２の端子部分にもはんだ付け部１７が形成されているため、この部分にも舌片８ｃを設けることができる。本実施形態ではケーシング４の底部５において、点光源２を装着する装着孔５ａの周囲に、点光源２の端子部分に対応した舌片８ｃが設けられている。同様に、基板３とケーシング４を固定する際に、舌片８ｃがケーシング４の内部側に変形することにより、基板３とケーシング４を隙間なく固定することができるとともに、はんだ付け部１７がケーシング４の内部に露出せず、光利用効率が低下することがない。

１…面照明光源装置
２…点光源
３…基板
４…ケーシング
８a〜８ｃ…舌片
１０…光導通反射板
１４…コネクタ
１６…貫通孔
１７…はんだ付け部

Claims (7)

1. 指向性の強い点光源と、
   前記点光源が固定される基板と、
   底部の中央に貫通孔が形成され、前記底部の縁部から側壁部が所定の高さに立設されて、内壁面が反射部材で形成された箱型のケーシングと、
   前記ケーシングの開口を覆い、周囲が前記ケーシングの開口の縁部で固定された光導通反射板を備え、
   前記箱形のケーシングは、前記箱形の中央に形成された貫通孔から前記基板に固定された前記点光源が露出するように前記基板に固定されている面照明光源装置において、
   前記ケーシングの底部には、前記基板の表面に形成された凸部に対応する部分に、前記凸部と当接して前記ケーシングの内部側に変形し得る前記底部と同一の素材で形成された舌片が形成されていることを特徴とする面照明光源装置。
2. 前記凸部は前記基板に形成されたはんだ付け部であることを特徴とする請求項1に記載の面照明光源装置。
3. 前記舌片は前記ケーシングの底部の一部に切り込みを形成することによって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の面照明光源装置。
4. 前記ケーシングは、超微細発泡光反射材からなることを特徴とする請求項１に記載の面照明光源装置。
5. 前記光導通反射板は、前記点光源に対峙する側に中央光導通反射部及び前記中央光導通反射部の周囲に外方光導通反射部が形成された板状体からなり、
   前記中央光導通反射部及び前記外方光導通反射部は高光反射率及び低光透過率に形成され、
   前記外方光導通反射部には前記光導通反射板を貫通する所定径を有する開口、又は、所定幅及び長さを有するスリットからなる光導通部が形成され、
   前記開口の径、又は、前記スリットの幅及び長さは、前記中央光導通反射部から外方へ離れるに従って大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の面照明光源装置。
6. 前記光導通反射板は、超微細発泡光反射材で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面照明光源装置。
7. 前記点光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面照明光源装置。

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