JP6107366B2 - 発光装置及びそれに用いるカバーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に複数の発光素子が載置された発光装置及びそれに用いるカバーの製造方法に関する。

近年、複数の発光素子をカバーで覆った発光装置が提案されている。例えば、特許文献１及び２には、「凸レンズ集合板３」と「遮光ルーバ４」とからなるカバーを備える発光装置が記載されている。

特開平０８−１８５１３０号公報 特開平０８−２３４６８４号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載された発光装置では、例えば、所定の発光素子のみを点灯させ、隣接する他の発光素子を点灯させない場合に、表示品質が低下する恐れがある。所定の発光素子からの光が「凸レンズ集合板３」の内部を伝搬することにより、隣接する他の発光素子は点灯していないにもかかわらず僅かに点灯しているように見えるからである。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光の伝搬を抑制することにより、発光装置の表示品質を向上させることを課題とする。

一態様に係る発光装置は、ケースと、前記ケースの前面側に設けられた基板と、前記基板の前面側に載置された複数の発光素子と、前記発光素子を覆うカバーと、を備える。前記カバーは、前記複数の発光素子を一体的に覆う透光部材と、前記透光部材の前面側に設けられ前記発光素子の前方に開口部を有する遮光部材と、を有する。さらに、前記透光部材は、その背面において、前記発光素子の前面に対向する領域と異なる領域に背面側粗面部を有する。

一実施形態に係る発光装置を説明するための図である。 一実施形態に係る発光装置の分解斜視図である。 一実施形態に係る発光装置に用いられるカバー等を説明するための図である。 一実施形態に係る発光装置に用いられるカバーを説明するための図である。 一実施形態係る発光装置の効果を説明するための写真である。 発光装置に用いられるカバーの製造方法を説明するための図である。 一実施形態に係る発光装置に用いられるカバーを背面側から見た図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。

本実施形態に係る発光装置１００を図１（ａ）〜（ｄ）に示す。図１（ａ）は発光装置１００を前面側（視認側）から見た図、図１（ｂ）は発光装置１００を上側から見た図、図１（ｃ）は発光装置１００を下側から見た図、図１（ｄ）は発光装置１００を横側から見た図、をそれぞれ示す。図２は、発光装置１００の構成を説明するためのものである。図２に示すように、発光装置１００は、ケース１０、基板２０、発光素子３０、カバー４０などを有する。図３（ａ）〜（ｄ）は、基板２０、発光素子３０、及びカバー４０の関係を詳細に説明するためものである。図３（ａ）は図１（ａ）の領域Ａを拡大した図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ部における断面図、図３(ｃ)は図３（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ部における断面図、をそれぞれ示す。図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、カバー４０は、透光部材４１と、遮光部材４２と、を有する。図４（ａ）及び（ｂ）は、前面側粗面部及び背面側粗面部の形成位置を説明するためのものであり、図４（ａ）は図３（ｂ）に、図４（ｂ）は図３（ｃ）にそれぞれ対応している。なお、図４（ａ）及び（ｂ）では、便宜的にカバー４０のみを図示してあり、図４（ａ）及び（ｂ）の太線部が粗面部の形成箇所を示しており、前面側が前面側粗面領域、背面側が背面側粗面領域となる。また、図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）及び（ｂ）では、透光部材４１と遮光部材４２の位置関係を明確にするために、透光部材４２のみを薄墨で示している。

各図に示すように、発光装置１００は、ケース１０と、ケース１０の前面側に設けられた基板２０と、基板２０の前面側に載置された複数の発光素子３０と、発光素子３０を覆うカバー４０と、を備える。カバー４０は、複数の発光素子３０を一体的に覆う透光部材４１と、透光部材４１の前面側に設けられ発光素子３０の前方に開口部を有する遮光部材４２と、を有する。さらに、透光部材４１は、その背面に背面側粗面部を有する。これにより、表示品質の優れた発光装置とすることができる。以下この点について説明する。

発光素子３０から出射された光の大部分は、透光部材４１を介して遮光部材４２の開口部から外部に取り出される。しかし、一部の光は、透光部材４１の内部を伝搬し、隣接する他の開口部まで達する場合がある。この場合、他の発光素子が点灯していない場合であっても、他の発光素子がわずかに点灯しているように見えてしまう（以下、この現象を単に「光の伝搬」ともいう。）ので、点灯エリアの外縁が明確にならず、表示品質が低下するという問題があった。そこで、発光装置１００では、透光部材４１の背面に背面側粗面部を設けている。これにより、透光部材４１の内部を伝搬する光が、背面側粗面部にて乱反射されたり外部に取り出されたりして、隣接する開口部まで達しにくくなり、表示品質が向上するものと考えられる。

発光装置１００の効果を図５の写真に基づいて説明する。図５は、一つのカバー４０において背面側粗面部のある部分（図５の左半分）と、背面側粗面部がない部分（図５の右半分）と、を隣接させて設けることにより、両者において表示品質に差異が生じるか否かを確認したものである。図５では、縦４×横８の発光素子３０が含まれており、各行（横）及び各列（縦）において点灯した発光素子と消灯した発光素子とが交互になるように制御している。図５から、背面側粗面部を形成した左半分では、光の伝搬がほとんど生じておらず（消灯部分の開口部から光がほとんど漏れておらず微点灯しているように見えない）、表示品質に優れることが理解できる。一方、背面側粗面部を形成していない右半分では、光の伝搬が生じており（消灯部分の開口部から光が漏れて微点灯しているように見える）、表示品質に劣ることが理解できる。

以下、発光装置１００を構成する主な部材について説明する。

（ケース１０）
ケース１０は、前方（前面側）に基板２０を配置するためのものであり、例えば樹脂（ポリカーボネート等）から構成される。図２に示すように、ケース１０の背面は大きく開口しており、ケース１０に基板２０を取り付けた後であっても、例えば、基板２０の背面に設けられたコネクタ（図示せず）にケーブルを背面側から接続できるように構成されている。ケース１０には、ネジ７０を通すためのネジ穴が１２か所設けられており、背面側からカバー４０を固定できるように構成されている。

図２に示すように、ケース１０と基板２０の間には、６個のブラケット６０が配置される。ブラケット６０は、発光装置１００を外部に取り付けるためのものであり、背面側からネジ（図示せず）を挿入してブラケット６０で発光装置１００そのものを外壁などに固定できるように構成されている。なお、基板２０は、ケース１０とカバー４０の間で挟持されることにより固定されている。また、ブラケット６０は、ケース１０に嵌合されることにより固定されている。

（基板２０）
基板２０は、発光素子３０を実装するための、所謂、回路基板である。発光装置１００では、基板２０の前面に合計５１２個（縦１６×横３２）の発光素子３０が配置されており、背面には発光素子３０を駆動するための種々の電子部品（図示せず）が配置されている。

（発光素子３０）
発光素子３０には、典型的には表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。発光装置１００では、発光素子３０としてフルカラー表示が可能な表面実装型ＬＥＤ（それぞれがＲＧＢのＬＥＤチップを有する）を発光素子３０に用い、それぞれの発光素子３０が一画素を構成するようにした。なお、発光素子３０は、前方から見た形状が四角形であり、光が出射される前面と、４つの側面と、基板２０と対向する底面と、を有しており、実質的に六面体となっている。

発光素子３０間の距離（隣接する２つの発光素子の中心間の距離）は、好ましくは１ｍｍ以上８ｍｍ未満、より好ましくは２ｍｍ以上６ｍｍ未満、さらに好ましくは２ｍｍ以上５ｍｍ未満とすることができる。発光素子間の距離が小さすぎると、発光素子同士の間に設ける遮光部材４２の形成が困難になる一方、発光素子間の距離が大きすぎると光の伝搬が生じにくくなり本発明の効果が得られにくいからである。発光装置１００では、発光素子間の距離を３ｍｍとした。

（カバー４０）
図２や図３（ｂ）〜（ｃ）に示すように、基板２０の前面側には、カバー４０が設けられる。カバー４０は、複数の発光素子３０を一体的に覆う透光部材４１と、透光部材４１の前面側に設けられ発光素子３０の前方に開口部を有する遮光部材４２と、を有する。発光素子３０からの光の大部分は、透光部材４１を介して前方に出射することになる。また、遮光部材は、典型的には黒色などの暗色に着色されており、前面側（視認側）から見たときに、コントラストが向上するように構成されている。カバー４０は、全体として基板２０を覆っているので、前面側からの雨水などの侵入を防止することもできる。

透光部材４１の背面は、平面とすることもできるが、発光素子３０それぞれを収容する複数の凹部を備える形状とすることが好ましい。この場合、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、透光部材４１の背面は、凹部の底面であり発光素子３０の前方に位置する（発光素子３０の前面と対向する）第１背面領域Ｂ１と、複数の凹部を繋ぐ第２背面領域Ｂ２と、第１背面領域Ｂ１及び第２背面領域Ｂ２を繋ぐ第３背面領域Ｂ３と、に区分される。これにより、透光部材４１の背面が平面である場合に比較して、およそ凹部の側面となる第３背面領域Ｂ３の面積だけ背面の面積を大きくすることができる。そして、第２背面領域Ｂ２及び第３背面領域Ｂ３の両方に背面側粗面部を設けることにより、背面側粗面部の形成面積を大きくとることができるので、光の伝搬の問題をより抑制することが可能となる。

図７に、カバー４０を背面から撮影した写真を示す。図７の左の写真には、凹部の底面となる４つの第１背面領域Ｂ１と、それぞれの凹部を繋ぐ第２背面領域Ｂ２と、第１背面領域Ｂ１と第２背面領域Ｂ２とを繋ぐ第３背面領域Ｂ３と、が含まれる。ここでは、第２背面領域Ｂ２及び第３背面領域Ｂ３に背面側粗面部が形成されているが、その状態を理解するために、図７の右側に第２背面領域Ｂ２の一部を拡大した写真を示す。同図において、白い部分が紙面の手前方向に突出した部分を示しており、黒い部分が紙面の奥方向に凹んだ部分を示している。このように、透光部材４１の背面には、微細な凸部が多数形成されており、これにより粗面となっていることが理解できる。

さらに、透光部材４１は、その前面において、背面の凹部それぞれに対応して設けられた複数の凸部を有することができる。この場合、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、凸部の頂面であり発光素子３０の前方に位置する第１前面領域Ｆ１と、複数の凸部を繋ぐ第２前面領域Ｆ２と、第１前面領域Ｆ１及び第２前面領域Ｆ２を繋ぐ第３前面領域Ｆ３と、に区分される。また、第２前面領域Ｆ２は、第１背面領域Ｂ１よりも背面側に設けられていることが好ましい。これにより、光の伝搬経路を長くすることができるので、光の伝搬の問題をより抑制することが可能となる。なお、図４（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、第１前面領域Ｆ１は第１背面領域Ｂ１と、第２前面領域Ｆ２は第２背面領域Ｂ２と、第３前面領域Ｆ３は第３背面領域Ｂ３と、それぞれ対をなすように構成されている。

図４（ａ）に示すように、透光部材４１は、第１背面領域Ｂ１に背面側粗面部を有さないことが好ましい（つまり、第１背面領域Ｂ１は平坦面であることが好ましい。）。第１背面領域Ｂ１は、発光素子の前面に対向する領域であり、発光素子からの光が直接入射される部分である。このため、第１背面領域Ｂ１に粗面部を設けると、光が乱反射されるなどして輝度が低下するからである。

遮光部材４２は、行方向（図１（ａ）の左右の方向）に配置された発光素子３０の上方にあたる部分に庇４２ａを有する（図３（ｂ）〜（ｄ）など参照）。庇４２ａは、前方に大きく突出していることで、外来光（太陽光など）が視認面に当たりグレアが生じるのを抑制することができる。

発光装置１００では、グレアの発生をさらに抑制するために、カバー４０の前面に粗面部（前面側粗面部）を設けてある。前面側粗面部の形成位置は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおりであり、各図において示された太線部のうち前面側にあるのが前面側粗面部である。具体的には、カバー４０の前面においては、庇４２ａの下面以外の領域に前面側粗面部が設けられている。グレア抑制の観点からは、カバー４０の前面のすべての領域に粗面部を形成することが好ましいが、庇４２ａの下面を粗面部とすれば、カバー４０の作製そのものが困難になってしまう。カバー４０を作製する際に用いる金型の表面に粗面部を設けて庇４２ａの下面に粗面部を転写しようとすると、庇４２ａの下面はカバー４０の平面方向とほぼ垂直をなしていることから、粗面部を構成する微細な凸部などが抵抗になり、金型をスムーズに抜くことができないからである。

さらに、カバー４０の背面にも粗面部（背面側粗面部）を設けてある。前面側粗面部がグレアの抑制を目的とするものであるのに対して、背面側粗面部は光の伝搬を抑制するためのものであり、その目的は大きく異なる。背面側粗面部の形成位置は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおりであり、各図において示された太線部のうち背面側にあるのが背面側粗面部である。具体的には、カバー４０の背面においては、発光素子３０の前面と対向する領域を除くすべての領域に背面側粗面部が設けられている。背面側粗面部により、透光部材４１の内部で光が乱反射したり外部へ取出されたりして、伝搬する光を減衰させることができるものと解される。

粗面部（前面側粗面部及び背面側粗面部を含む）には微細な凸部が形成されており、その平均高さは、好ましくはが２μｍ以上５０μｍ未満、より好ましくは３μｍ以上４０μｍ未満、さらに好ましくは５μｍ以上３０μｍ未満とすることができる。凸部が高すぎたり低すぎたりすると、前面側においてはコントラストが悪化し、背面側においては光の抑制の効果が得られにくいからである。本実施形態において、粗面部の形成領域は図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおりである。つまり、透光部材４１においては、第１前面領域Ｆ１、第２背面領域Ｂ２及び第３背面領域Ｂ３に微細な凸部を形成して粗面部としている。この凸部の高さは約１０μｍであった。また、遮光部材４２においては、その大部分（庇の下面を除く部分）に微細な凸部を形成して粗面部としている。この凸部の高さは約２０μｍであった。

本実施形態では、透光部材４１と遮光部材４２を有するカバー４０を、ダブルモールド成型（二色成型）により形成した。これにより、透光部材４１と遮光部材４２を一体的に成型することができるので、カバー４０の取扱い性を向上させることができる。また、透光部材４１と遮光部材４２には、それぞれポリカーボネート樹脂を用いた。

以下、図６（ａ）〜（ｄ）に基づいて、カバー４０のダブルモールド成型について説明する。なお、以下に示す製法は、複数の発光素子を一体的に覆うための透光部材４１と、透光部材４１の前面側に設けられ発光素子の前方に開口部を有する遮光部材４２と、を備える発光装置用のカバー４０の製造方法である。この製造方法は、複数の凸部を有し凸部の側面に粗面部が形成された背面側金型４５と、第１前面側金型４６と、を用いることにより、発光素子を収容するための複数の凹部を有し凹部の側面に背面側粗面部が形成された透光部材４１を成型する工程（図６（ａ）参照）と、透光部材４１から第１前面側金型４６を離間させた後で、凹部を有し凹部の内面に粗面部が形成された第２前面側金型４７を用いることにより、前面側粗面部が形成された庇４２ａを有する遮光部材４２を成型する工程（図６（ｂ）参照）と、遮光部材４２から第２前面側金型４７を離間させた後で（図６（ｃ）参照）、透光部材４１から背面側金型４５を離間させることにより、透光部材４１及び遮光部材４２を有するカバー４０を取り出す工程（図６（ｄ）参照）と、を順に備える。なお、図６においては、参考までに、粗面部が形成された部分を太線で示してある。

これにより、射出成型において、反りが抑制されたカバー４０を安定して作製することができる。以下、この点について説明する。

前述のとおり、庇４２ａにはグレア抑制のためにその上面に前面側粗面部が設けられている。ここで、庇４２ａは前方に大きく突出しており且つ庇４２ａの上面はカバー４０の平面方向（図６（ｃ）の縦方向）に対して垂直に近い角度をなしているので、第２前面側金型を抜く際に、上面の粗面部が比較的大きな抵抗になってしまう。その結果、庇４２ａが第２前面側金型４７に引っ張られて、カバー４０に反りが生じる場合があった。また、最後の工程で金型からカバーを引き離すには、金型に備えられたエジェクタピンによりカバー４０を突く必要がある。この場合、エジェクタピンの跡がカバー４０に残るので、最終的にカバー４０から離間させる金型は背面側金型４５とすることが好ましい。視認側となるカバー４０の前面にエジェクタピンの跡を残さないようにするためである（ここでは、第２背面領域Ｂ２を部分的にエジェクタピンで突くようにしている。）。しかし、庇４２ａが第２前面側金型４７に引っ張られる結果、本来であれば背面側金型４５よりも先に第２前面側金型４７をカバー４０から離間させたいのに（図６（ｃ）参照）、カバー４０が第２前面側金型４７にくっついて背面側金型４５から離間してしまうという問題もあった。

そこで、側面に粗面部が形成された複数の凸部を有する背面側金型４５を用いることで、背面側の抵抗も大きくして、前面側と背面側とで金型の抜き抵抗のバランスを取るようにした。つまり、透光部材４１の平面方向に対して垂直に近い凸部の側面に粗面部を設けることで、背面側金型４５の抜き抵抗を大きくし、第２前面側金型４７の抜き抵抗とバランスをとるようにした。これにより、透光部材４１の凹部側面に背面側金型４５の粗面部が転写される結果として光の伝搬を抑制できるだけでなく、反りなどが抑制されたカバー４０を形成することが可能となる。

なお、カバー４０において、実際に前面側粗面部及び背面側粗面部が設けられた領域は図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおりである。しかし、図６（ａ）及び（ｂ）では、金型の抜き抵抗の調整に特に効果的な部位を視覚的に理解しやすいように、庇４２ａの上面及び透光部材４１の凹部の側面のみを粗面部として太線で示してある。

（第１パッキン７０、第２パッキン８０）
図２などに示すように、ケース１０とカバー４０との間には、第１パッキン７０を介在させることができる。これにより、ケース１０とカバー４０との間から雨水などが侵入するのを防止できる。さらに、発光装置１００では、ケース１０の背面側に第２パッキン８０を設けてある。これにより、発光装置１００を外壁などに取り付けた際に、発光装置１００と外壁の間から雨水が侵入するのを防止できる。これにより、全体として防水機能を有する発光装置とすることができる。

１０・・・ケース
２０・・・基板
３０・・・発光素子
４０・・・カバー
４１・・・透光部材
４２・・・遮光部材
４２ａ・・・庇
５０・・・ネジ
６０・・・ブラケット
７０・・・第１パッキン
８０・・・第２パッキン

Claims (6)

1. ケースと、前記ケースの前面側に設けられた基板と、前記基板の前面側に載置された複数の発光素子と、前記発光素子を覆うカバーと、を備える発光装置であって、
   前記複数の発光素子は、隣接する前記発光素子間の距離が１ｍｍ以上８ｍｍ未満で載置されており、
   前記カバーは、前記複数の発光素子を一体的に覆う透光部材と、前記透光部材の前面側に設けられ前記発光素子の前方に開口部を有する遮光部材と、を有し、
   前記透光部材は、その背面に、背面側粗面部を有する、ことを特徴とする発光装置。
2. 前記透光部材は、その背面において、前記発光素子それぞれを収容する複数の凹部を有するとともに、前記凹部の底面であり前記発光素子の前方に位置する第１背面領域と、前記複数の凹部を繋ぐ第２背面領域と、前記第１背面領域及び前記第２背面領域を繋ぐ第３背面領域と、を有し、
   前記背面側粗面部は、前記第２背面領域及び前記第３背面領域の両方に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記透光部材は、その前面において、前記凹部それぞれに対応して設けられた複数の凸部を有するとともに、前記凸部の頂面であり前記発光素子の前方に位置する第１前面領域と、前記複数の凸部を繋ぐ第２前面領域と、前記第１前面領域及び前記第２前面領域を繋ぐ第３前面領域と、を有し、
   前記第２前面領域は、前記第１背面領域よりも背面側に設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載された発光装置。
4. 前記透光部材は、前記第１背面領域に前記背面側粗面部を有さない、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
5. 前記遮光部材は、前面側粗面部が形成された庇を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 複数の発光素子を一体的に覆うための透光部材と、前記透光部材の前面側に設けられ前記発光素子の前方に開口部を有する遮光部材と、を備える発光装置用のカバーの製造方法であって、
   複数の凸部を有し前記凸部の側面に粗面部が形成された背面側金型と、第１前面側金型と、を用いることにより、前記発光素子を収容するための複数の凹部を有し、前記凹部間の距離が１ｍｍ以上８ｍｍ未満であり、且つ前記凹部の側面に背面側粗面部が形成された前記透光部材を成型する工程と、
   前記透光部材から前記第１前面側金型を離間させた後で、凹部を有し前記凹部の内面に粗面部が形成された第２前面側金型を用いることにより、前面側粗面部が形成された庇を有する前記遮光部材を成型する工程と、
   前記遮光部材から前記第２前面側金型を離間させた後で、前記透光部材から前記背面側金型を離間させることにより、前記透光部材及び前記遮光部材を有するカバーを取り出す工程と、を順に備えることを特徴とする発光装置用のカバーの製造方法。