JP2014002995A - Ｌｅｄ面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面上における照度ムラを抑制し、且つ装置本体の薄型化とを両立することができるＬＥＤ光源を用いた面発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源の光軸に沿って対向する斜め格子状の連続した凹凸面をからなる光拡散部材を配置することにより、ＬＥＤ光源からの出射光が光拡散部材の凹凸面により、ムラなく拡散反射され半透過型表示パネルの面上にて均一な照射光が得られ、本体の厚みの薄い面発光装置が実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボックスの内部へＬＥＤ光源を用いた発光装置であり、消費電力が少なく、ボックスの厚みが薄く、且つ発光面の照度ムラが少ない発光看板、内照式標識や表示装置、照明器具などの面発光に最適なＬＥＤ面発光装置に関する。

箱状体の内部へ光源を配し、前記箱状体の一面を表示面とした発光看板等の面発光装置、または壁面の一部を表示面とし壁面内部へ光源を配した発光看板等の面発光装置は、蛍光灯を光源としたものが従来より広く用いられている。しかし直管型蛍光灯では光源の寿命が一般的に１２０００時間程度とされているが、光源個々の寿命時間にはバラツキがあり、寿命時間に到る前にランプ交換が必要とされている。このため、ランプ交換を含めたランニングコストが高いといった問題があった。

そこで、最近ではＬＥＤを光源として用いた発光看板等の面発光装置が広く用いられている。この場合、ＬＥＤ光源の寿命は一般的に４００００時間以上とされているため、直管型蛍光灯と比べ約３倍の寿命となり、消費電力も約１／２となるためランニングコストが低減できる。

例えば特許文献１に示されているように、箱状体内部の側壁部へお互いに対向して複数のＬＥＤを配設し、箱状体の前面開口部には透過性の光拡散表面板を設置し、箱状体の底部へは、前面開口部に向かって突出した山型凸部をなす反射板を配設することにより、ＬＥＤのように光の指向性が強い光源を用いた場合でも、光が方向転換して光拡散表面板の盤面に出てくることにより、光ムラの無い発光看板等の面発光装置を実現する技術が出来た。

特開２００６−２０２７２９号公報 実開平６−１５００６号公報 特開平７−７２８１５号公報

最近では、看板等の表示装置に対しての省スペースおよび軽量化の要求が強く、このため表示面の照度ムラの均一化を確保しつつ箱状体の厚みを薄くさせることが求められている。従来の光源からの出射光を山型凸部をなす反射板へ当て、反射させて表示板へ表示させる装置では、反射板の形状により、箱状体の大きさが制約受けるため、表示面の照度ムラの均一化と箱状体の厚みを両立させるのに限界があった。

したがって、本発明では従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、表示面の照度ムラが無く、箱状体の厚みの薄い看板等の表示装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために検討を重ねた結果、ＬＥＤ光源の光軸位置と光拡散部材との関係において表示面の照度ムラが無く箱状体の厚みが薄い表示装置が得られることを見出した。すなわち、第１の発明に係る表示装置は、半透過型表示パネルと対向する面へ凹凸面からなる光拡散部材を配置し、箱状体を構成する側壁部へ該光拡散部材と略平行に光軸を配光したＬＥＤ光源を設けた表示装置において、前記光拡散部材の凹凸面は、前記ＬＥＤ光源の光軸に沿って対向する斜め格子状の連続した凹凸面であることを特徴とするＬＥＤ面発光装置である。第２の発明に係る表示装置は上記第１の発明において、前記斜め格子状の連続した凹凸面の凸部先端の断面形状を曲線で構成したことを特徴とするＬＥＤ面発光装置である。第３の発明に係る表示装置は上記第１および第２の発明において、前記斜め格子状の凹凸面の凸部断面形状の縦横比の縦ｈ横Ｂの関係がＢ／５≦ｈ≦Ｂ／２であることを特徴とするＬＥＤ面発光装置である。第４の発明に係る表示装置は上記第１、第２および第３の発明において、前記斜め格子状の凹凸面を備えた光拡散部材の光拡散面を反射率８０％以上の拡散反射面としたことを特徴とするＬＥＤ面発光装置である。第５の発明に係る表示装置は上記第１、第２、第３、第４の発明において、前記箱状体を構成する側壁部材の少なくとも対向する２方向へ前記ＬＥＤ光源を配設したものである。第６の発明に係る表示装置は上記第１、第２、第３、第４、第５の発明において、前記ＬＥＤ光源からの垂直方向の出射光が光軸に対して外側へ１６°以内であり、水平方向の出射光が光軸に対して外側へ２０°以上であることを特徴としたＬＥＤ面発光装置である。第７の発明に係る表示装置は上記第１、第２、第３、第４、第５、第６の発明において、前記箱状体の内壁面を８５％以上の反射率を有する反射面としたことを特徴としたＬＥＤ面発光装置である。

本発明のＬＥＤ面発光装置は、ＬＥＤのように光の指向性が強い光源を用いた場合でも、光源からの光が凹凸面からなる光拡散部材により、拡散反射することにより、表示面の照度ムラが無く、均一な表示面の照度を得ることができ、且つ厚みの少ない光拡散部材を用いるため、装置全体の厚みを薄くすることが可能となるため、装置の薄型化と同時に装置の軽量化が図れる。

ＬＥＤ面発光装置の実施例を示す断面図である。 ＬＥＤ面発光装置の光源部断面の拡大図である。 光拡散部材の拡散面凸部形状と光軸を示す正面図である。 光拡散部材の拡散面凸部形状を示す断面図である。 ＬＥＤ面発光装置全体の構成部を示す分解図である。

本発明の表示装置は、前面に半透過型表示パネルを設けた箱状体と、該箱状体の側壁部と平行に互いに対向して配置された少なくとも２方向のＬＥＤ光源モジュ−ルと、該箱状体の底部に敷設された凹凸面を備えた光拡散部材からなる。

本発明におけるＬＥＤ光源モジュ−ルは、箱状体側壁部の少なくても対向する２方向へ、該凹凸面を備えた光拡散部材の拡散面と前記ＬＥＤ光源モジュ−ル内へ配設したＬＥＤ光源の光軸とが平行になるように配置する。例えば箱状体の底部が長方形であった場合、２方向のＬＥＤ光源モジュ−ルは短辺側の側壁部と平行に設置しても、長辺側の側壁部と平行に設置しても良い。また、ＬＥＤ光源モジュ−ルを４方向すべての側壁部へ平行に設置しても良い。

前記の凹凸面を備えた光拡散部材は、前記箱状体の側壁部へ設けたＬＥＤモジュール内のＬＥＤ光源からの光軸と略平行となるよう該箱状体底部へ敷設し、ＬＥＤ光源からの出射光が凹凸面を備えた光拡散板へ入射する位置へ該ＬＥＤ光源の光軸位置を配置するとにより、前記半透過型表示部の表示面照度を均等にすることができる。

該ＬＥＤ光源モジュ−ルは、１個または複数個のＬＥＤ光源を、前記ＬＥＤ光源モジュ−ルの長手方向へ略一定間隔に整列させて配設する。

該ＬＥＤ光源モジュ−ルは、主にＬＥＤ光源の構成部品全体を収納するハウジング部と、該ハウジング部内部へ収納されるＬＥＤ光源と、レンズ部材と、ＬＥＤ光源の回路基板から構成されている。前記回路基板へは１個または複数個（例えば３個）のＬＥＤ光源が実装（配設）され、前記ハウジング部によりＬＥＤ光源等が位置決めされている。該ハウジング部のＬＥＤ光源からの光出射部へはレンズ部材が配設され、該レンズ部材によりＬＥＤ光源からの光の出射角が決められ、垂直方向の出射角が光軸に対して、外側へ１０°以内、水平方向の出射角が光軸に対して、外側へ２０°以上となるように設定されており、光源の構成部品全体を収納するハウジング部は熱伝導性材料（例えばアルミニウム）により構成し、前記ＬＥＤ光源および回路基板からの熱を放熱しやすくしている。

本発明における光拡散部材は、箱状体の前面部へ配設した半透明の表示板の面と平行に箱状体の底部へ該光拡散部材を密着させて敷設する。光拡散部材は前記表示板と対向した方向へ凹凸形状を有した光拡散面からなり、例えば前記凹凸形状はＬＥＤ光源の光軸に対して４５°傾斜した斜め格子状の連続した凸部を有し、凸部の断面は曲線により構成する。前記光軸に対しての斜め格子状凸部の傾斜角は３０〜６０°の範囲でもよい。また、該光拡散部材の凹凸形状は円弧状の凸部が略斜め格子状に連続して組み合わされた形状でもよい。

前記光拡散部材は、例えば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリアミド、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂を成型し、拡散面を形成したもので、該光拡散部材は不透明の白色シートを真空成型したもの、または射出成型した白色パネル等を用いる。該光拡散部材は発泡ポリエチレンなどの軟質発泡体または発泡スチロール等の発泡体で前記光拡散面を構成したものでもよく、アルミニュウム板、鉄板等の金属板へ光拡散面を構成したものでもよい。

本発明において、箱状体の前面開口部に配設した半透過性表示パネルの材質はアクリル樹脂の乳白色板で板厚が２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、全光線透過率が２０％以上６０％以下で全光線反射率が４０％以上８０％以下のものが好ましい。

以下本発明のＬＥＤ面発光装置１０の実施例を説明する。図１は本発明に係るＬＥＤ面発光装置１０の実施例を示す断面図であり、図２は図１の光源部の拡大図である。図３は光拡散部材４０の拡散面凸部４１と光軸３０１の実施例を示す正面図である。図４は拡散面凸部４１の形状を示す断面図である。図５はＬＥＤ面発光装置１０全体の構成部を示す分解図である。

図１に示す箱状体本体１１の内寸法を縦４０５ｍｍ、横６９０ｍｍ、高さ３３ｍｍとし、箱状体上部１２の上面前面開口部へ半透過性表示パネル２０を着脱可能に取り付け、箱状体本体１１底面部へは光拡散部材４０の光拡散面を半透過性表示パネル２０側へ向けて前記箱状体本体１１の底面部へ密着させて敷設した。箱状体本体１１の縦側左右の箱状体壁部１１ａには２個のＬＥＤ光源モジュール３０を互いに対向して取り付け、ＬＥＤ光源モジュール３０内のＬＥＤ光源３１のレンズ部材３２における垂直方向出射光の光軸３０１までの距離がＬｂ＝１０ｍｍの時、光軸３０１から光拡散部材４０の拡散面凸部４１頂点までの距離を実施例ではＬａ＝１５〜１６ｍｍに設定している。

図１の半透過性表示パネル２０は、厚さ３ｍｍの乳白色アクリル板（三菱レイヨン株式会社製、商品名アクリライト）全光線透過率が５８％で全光線反射率が４０％を用いる。

図１、３に示す光拡散部材４０は厚さ０．５ｍｍのポリカーボネート白色シートで全光線反射率が９５〜９８％を用い、拡散面凸部４１は真空成型により前記半透過性表示パネル２０と対向した方向へＬＥＤ光源３１の光軸３０１に対して４５°傾斜した斜め格子状の連続した拡散面凸部４１を対角線方向のピッチがＰ＝１４ｍｍ間隔で配置し、図４に示す凸部の断面形状は底部の幅をＢ＝５ｍｍ、高さｈ＝１．５ｍｍに設定し、凸部先端を曲線により構成した。

図１、２に示すＬＥＤ光源モジュール３０は、光源の構成部品全体を収納するハウジング３５と該ハウジング３５の内部へ収納される３個のＬＥＤ光源３１は、前記ＬＥＤ光源モジュール３０の幅方向の中心線上へＬＥＤ光源３１の光軸３０１が位置するように配置し、長手方向の中央を基準として左右等間隔の位置へＬＥＤ光源３１の光軸が位置するように配設した。ＬＥＤ光源３１は、レンズ部材３２と、カバー３３と回路基板３４から構成され、回路基板３４へ３個のＬＥＤ光源３１が実装され、前記カバー３３により、ＬＥＤ光源３１の取り付け位置が決められている。前記ＬＥＤ光源３１の光出射部へはレンズ部材３２が配設され該レンズ部材３２により、ＬＥＤ光源３１の光の出射角が決められ、垂直方向の出射角が光軸対して、外側へ８°、水平方向の出射角を光軸に対して、外側へ２０〜３０°に設定した。また光源の構成部品全体を収納するハウジング３５はアルミニウムの押し出し成型により構成した。

半透過性表示パネル２０の表示面を照度計（株式会社カスタム製 型名：ＬＸ−１０００）にて測定した。測定は横方向測定位置において箱状体本体１１の内側より４５ｍｍの位置を▲１▼とし、▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼の各間隔を１２０ｍｍとした。縦方向は箱状体本体１１の内側より５２ｍｍの位置をＡとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各間隔を１００ｍｍとし、横方向測定位置と交差する点２４箇所の表面照度を測定した。測定結果は測定点２４箇所の横方向測定位置▲１▼〜▲６▼における、縦方向測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの平均値を表１に示す。本発明のＬＥＤ面発光装置の表面照度ムラが比較例に対して減少することを確認した。

（比較例）
実施例の光拡散部材４０を取り除き平坦な厚さ０．５ｍｍのポリカーボネート白色シートで全光線反射率が９５〜９８％を箱状体本体１１底面部へ密着させて敷設した。前記光拡散部材４０を取り除き、該白色シートを敷設した以外は実施例と同じ構成とした。表面照度を測定した結果、半透過性表示パネル２０の中央部付近の表面照度低下を確認した。

カラー液晶パネルと対向する面へ光拡散部材を配置し、カラー液晶ディスプレィ全体の箱状体を構成する内面側壁部へＬＥＤ光源を設け、該ＬＥＤ光源からの出射光を光拡散部材を介して前記カラー液晶パネルへ拡散反射させることによって、カラー液晶ディスプレィのバックライトとしての用途にも適用できる。

１０ ＬＥＤ面発光装置
１１ 箱状体本体
１１ａ 箱状体側壁部
１２ 箱状体上部
２０ 半透過性表示パネル
３０ ＬＥＤ光源モジュール
３１ ＬＥＤ光源
３２ レンズ部材
３３ カバー
３４ 回路基板
３５ ハウジング
４０ 光拡散部材
４１ 拡散面凸部
３０１ 光軸

Claims (7)

1. 半透過型表示パネルと対向する面へ凹凸面からなる光拡散部材を配置し、箱状体を構成する側壁部へ該光拡散部材と略平行に光軸を配光したＬＥＤ光源を設けた表示装置において、前記光拡散部材の凹凸面は、前記ＬＥＤ光源の光軸に沿って対向する斜め格子状の連続した凹凸面であることを特徴とするＬＥＤ面発光装置。
2. 前記斜め格子状の連続した凹凸面の凸部先端の断面形状を曲線で構成したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ面発光装置。
3. 前記斜め格子状の凹凸面の凸部断面形状の縦横比の縦ｈ横Ｂの関係がＢ／５≦ｈ≦Ｂ／２であることを特徴とする請求項１、２記載のＬＥＤ面発光装置。
4. 前記斜め格子状の凹凸面を備えた光拡散部材の光拡散面は反射率８０％以上の拡散反射面としたことを特徴とする請求項１、２、３記載のＬＥＤ面発光装置。
5. 前記箱状体を構成する側壁部材の少なくとも対向する２方向へ前記ＬＥＤ光源を配設したことを特徴とする請求項１、２、３、４記載のＬＥＤ面発光装置。
6. 前記ＬＥＤ光源からの垂直方向の出射光が光軸に対して、外側へ１６°以内であり、水平方向の出射光が光軸に対して、外側へ２０°以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５記載のＬＥＤ面発光装置。
7. 前記箱状体の内壁面を８５％以上の反射率を有する反射面としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６記載のＬＥＤ面発光装置。

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