JP4211029B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板を用いたエッジライト式の面光源装置及びこの面光源装置を用い、誘導灯、非常灯、道路標識、広告灯等に使用される表示装置に関するものである。

従来、ＬＥＤを光源とした面光源装置使用の誘導灯装置等の表示装置には、次のようなものがある。
青色光を発する複数のＬＥＤを並べた光源と、一側面から入射した光源の光を面発光させる導光板と、光源の発光色を異なる色に変換する色変換部材と、背面からの照明により表示される図柄や文字等の表示パターンが形成された表示パネルとを組合せ、色変換部材により青色光を白色光あるいは緑、黄、赤色等他の光スペクトル成分をもつ光に変換することによって、表示パネルの表示に必要な白色光あるいは他の異なる色に変換され、表示パターンを表示する。
そして、複数のＬＥＤは基板に一定の間隔のピッチで実装され、この基板は、導光板の一側面に近接するようにホルダーに着脱可能に取り付けられており、ＬＥＤの側方に出射された光を導光板に反射させるための反射板が基板の両側に配設されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１７９５１２号公報（第３頁、第４頁、図１、図２）

光源としてＬＥＤ使用の場合ＬＥＤは特性上、電流を多く流すと、多くの熱が発生して高温になる。従来の表示装置では、ＬＥＤの放熱が十分でないため、発生熱によりＬＥＤの光出力が低下するなどＬＥＤ自体の特性が損なわれる問題があった。
このため、ＬＥＤ自体の特性維持のためには、発熱を抑えるために電流値を下げなければならず、表示装置として十分な光量を得ることができなかった。さらに、光量を得るためにＬＥＤの数を増やせば、ＬＥＤの発熱量が増えるのに加えて、コストも上昇するという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＬＥＤの発熱を効率良く放熱し、ＬＥＤの性能を損うことなく明るい面光源装置を得ることを目的とする。
また、この面光源装置を使用する誘導灯装置等の表示装置を得ることを目的とする。

本発明の面光源装置は、光源である複数のＬＥＤと、該ＬＥＤを実装するＬＥＤ基板と、側面の入射面から入射した光源の光を前面の照射面から面光源とし照射する導光板と、ＬＥＤ、ＬＥＤ基板及び導光板を収容するとともに、表示パネルを導光板の前面側に収容し、前記導光板と接する面は前記導光板と略同じ大きさとなる背面と背面を延設する延設背面を有する表示板ケースと、全面に渡り断面形状が略Ｌ字状を形成する２つの平面と、この２つの面の両側面とで囲まれて成る空間の内面に反射面を設け、前記空間内に前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤを実装する面と対向する面が内面と密着するようにＬＥＤ基板を収容し、前記ＬＥＤ基板に実装された前記ＬＥＤが前記表示板ケースに収容された前記導光板の側面の入射面に対向する位置に着脱可能に取り付けられて、前記ＬＥＤが発熱する熱を放熱するＬＥＤカバーと、上下方向に導光板より長く、前記表示板ケースに前記導光板とともにその背面に収容され、さらに前記ＬＥＤカバーを前記表示板ケースに取り付けたとき、前記ＬＥＤ基板と近接して配置される反射板と、を備え、導光板の上下方向の長さは表示パネルのそれより長く、ＬＥＤカバーと表示パネルがラップしないものである。

本発明の面光源装置は、点状光源からの光を効率良く導光板に入射させ、明るく、高い表示品質を有する面光源装置を得ることができる。また、面光源装置の有効出射面の割合の減少を防ぐことが可能となる。また、光源カバーの表示板ケースへの取付け、取外しが容易であるため、点状光源の交換が極めて容易である。また、ＬＥＤの点灯による発熱は、ＬＥＤ基板に密着する光源カバーから外部に効率良く放熱されるのでＬＥＤの温度上昇を防止でき、ＬＥＤの性能が損なわれるのを防止できる。

図１は、誘導灯装置である表示装置の分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１の表示装置を壁に取付けた状態を示す図である。
図１、２に示すように、表示装置は、表示部と点灯制御部とから成る。
表示部は、光源であるＬＥＤ１と、入射面４ａである一側面から入射するＬＥＤ１の光を面光源化させ、照射面４ｂである前面から面発光させる導光板４と、導光板４の背面側に配設され、導光板４から外部に出る光を導光板４に反射する反射板５と、表示特性向上のために導光板４からの光を散乱させて指向性を均一にする拡散板６と、図柄や文字等の表示パターンが形成され、背面の拡散板６からの照射により表示パターンを表示する表示板７と、表示板ケース８とを備えている。
但し、反射板５及びは拡散板６は適宜省いてもよく、また、表示特性向上のためには、拡散板６の替わりに表示面輝度向上にプリズム板を設けてもよい。

ここで、ＬＥＤ１は、ＬＥＤ基板２に実装され、ＬＥＤ１とＬＥＤ基板２はＬＥＤカバー３で覆われている。ＬＥＤカバー３は、背面（表示板７側と反対側の面で、表示板ケース８との嵌合により表示板ケース８の背面で塞がれる面）及び下面（表示板ケース８に嵌合させる側の面）が開口した六面体状の箱体であり、ＬＥＤ基板２は、ＬＥＤ１の実装面に対して裏面である背面がＬＥＤカバー３の上面（下面に対向する面）の内面に密着するように取付けられる。
ＬＥＤ基板２は、紙フェノール基板、ガラスエポキシ基板、アルミ等の金属基板、セラミック基板等である。このうち、ＬＥＤ１の発熱による高温化を防止するために、熱伝導性の良い金属基板、セラミック基板等が望ましい。
ＬＥＤカバー３の内面に反射板を貼り付ける、又は反射塗料を塗る等して内面を反射面とすることにより、ＬＥＤ１の光を有効に活用できる。
導光板４は、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂からなる板状体であり、その一側面にＬＥＤ１が対向するようにＬＥＤ基板２が配設され、入射面４ａが形成される。また、導光板４は、前面の照射面４ｂ又は背面のうち少なくともいずれか一方に、導光板４中を伝播する光を拡散する光拡散機能を有している。この光拡散機能は白色ドット印刷を施すこと、粗面化すること、又はプリズムを設けること等により付与される。

表示板ケース８は、前面（表示板７側の面）と上面（導光板４の入射面４ａ側の面）とが開口した六面体状の箱体の背面（表示板７側と反対側の面）をＬＥＤカバー３側に延設したものである。後述の点灯制御部を構成する器具本体９の一面（上面であり、表示板７側の面）上に固定される。また、表示板ケース８内には、前面方向（表示板７方向）に向かって、反射板５、導光板４及び拡散板６がこの順に配列、収容され、表示板ケース８の前面の開口部は上部を除いて、表示板７で塞がれる。さらに、断面Ｌ字状のＬＥＤカバー３が嵌合されることにより、表示板ケース８の上面の開口部及び前面の開口部の上部が塞がれる。このとき、延設背面９ａがＬＥＤカバー３の背面を形成する。
そこで、ＬＥＤカバー３は、下面の開口部を表示板ケース８の上面の開口部に嵌合させ、表示板ケース８と合体することにより、表示板ケース８の上部の外壁となり、表示板ケース８の一部を形成する。
このように、ＬＥＤ基板２を取付けたＬＥＤカバー３を表示板ケース８の開口部に嵌合により取付けているので、ＬＥＤカバー３の取付け、取外しが容易であり、ＬＥＤ１（又はＬＥＤ基板２）の交換が容易となる。
特に、ＬＥＤカバー３と表示板ケース８との嵌合は、背面のないＬＥＤカバー３と延設背面９ａを持つ表示板ケース８とで行われるため、ＬＥＤカバー３の背面の嵌め合せがなく、ＬＥＤカバー３と表示板ケース８の着脱は、上面下面方向に限定されず、上面下面方向から前面背面方向まで広範囲に可能となり、極めて容易となる。即ち、着脱の自由度が増加する。そこで、ＬＥＤ１（又はＬＥＤ１実装したＬＥＤ基板２）の交換が極めて容易となる。

点灯制御部は、光源であるＬＥＤ１を点灯制御する点灯制御装置（図示省略）と、これを収容する器具本体９を備えている。
点灯制御部の器具本体９は、上記のように表示部の表示板ケース８及びＬＥＤカバー３の背面側に配設される（図１、図３、図４（ａ）、（ｂ））が、ＬＥＤカバー３を内部に収容して、表示板ケース８の上部（図４（ｃ））等に配設される場合もある。
ここで、ＬＥＤ１、ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２、反射板５、導光板４、拡散板６、ＬＥＤカバー３、表示板ケース８及び点灯制御部等で面光源装置を構成する。また、面光源装置に表示板７を加えて表示装置を構成する。
本表示装置は、表示板７の表示パターンを替えることにより種々のパターン表示が可能であるが、例えば、表示パターンを避難誘導のパターン（図柄）とすれば誘導灯装置となり、非常時に避難誘導の案内となる。また、表示板７は、液晶表示素子など映像信号に合せて表示内容（表示パターン）を可変できる表示素子としてもよい。
図３に示すようにこの表示装置（誘導灯装置）を壁に取付け（壁直付け型の例）使用する。

このような表示装置（誘導灯装置）は、点灯制御装置により光源のＬＥＤ１が点灯し、導光板４により面照明とされ、拡散板６で均一な明るさとされ、表示板７を照明し、表示板７の表示パターンを表示する。
この際、ＬＥＤの点灯による発熱は、ＬＥＤのリード及び半田を介してＬＥＤ基板２に伝わり、ＬＥＤ基板２に密着するＬＥＤカバー３に伝わる。ＬＥＤカバー３は上面、側面及び前面が表示板ケース８の一部として、外部に露出しており、これを放熱フィンとして外部の空気で冷却される。また、嵌合部によりその他の表示板ケース９に伝わり放熱される。そこで、ＬＥＤ１の発熱は効率良く放熱され、ＬＥＤ１の温度上昇を防止でき、ＬＥＤ１の性能が損われるのを防止できる。
ＬＥＤカバー３とＬＥＤ基板２とは、図１、図２に示すように、ＬＥＤ基板２の全面を密着するのが伝熱上望ましいが、少なくとも一部を密着することにより放熱効果を確保できる。
ＬＥＤカバー３と表示板ケース９は、ＡＢＳ、ポリカーボネート等の樹脂板または金属板で形成される。樹脂板は意匠上優れ、金属板は放熱の点で優れる。

表示装置は、図３に示す壁直付け型の他に、図４に示すように種々取付けることができ、表示装置の用途、表示場所等により選択できる。
図４（ａ）は、壁埋め込み型で、表示ケース８及び背面の器具本体９の全体を壁内に埋め込む。また、図４（ｂ）は、天井直付け型であり、器具本体９を天井面に固定する。図４（ｃ）は、天井埋め込み型であり、内部にＬＥＤカバー３も併せて収容した器具本体９を表示板ケース８の上部に配設し、器具本体９及びＬＥＤカバー３を天井内に埋め込み表示板ケース８の表示板７部分を天井面から突出させる。
なお、図示しないが、天井直付け型と天井埋め込み型には、前面及び背面の両面表示タイプの表示装置としてもよい。天井直付け型の両面表示タイプは、器具本体９を挟んで前後（両面）に表示部があり、天井埋め込み型の両面表示タイプは、導光板４の両面側に、拡散板６及び表示板７を配設するものもあれば、前後に表示部を配設するものもある。

これらの取付けの場合の表示装置の放熱は次のようである。
壁埋め込み型では、主としてＬＥＤカバー３の前面から外部へ放熱される。天井直付け型では、主としてＬＥＤカバー３の前面及び側面から外部へ放熱される。また、天井埋込み型では、ＬＥＤカバー３は、外部に露出していないが、器具本体９内に放熱する。

ＬＥＤ１の発熱をＬＥＤ基板２を介して放熱するのに、ＬＥＤ基板２を直接ＬＥＤカバー３に密着する替わりに、両者間に熱伝導部材１０を介在させてもよい。図５にその例をいくつか示す。
図５（ａ）は、熱伝導部材１０が平板でＬＥＤカバー３の上面の内面に密着させ、ＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０とＬＥＤカバー３を密着させる。
図５（ｂ）は、熱伝導部材１０が断面Ｌ字型で、一面がＬＥＤカバー３の上面の内面に、他の一面が前面の内面に密着させ、図５（ｃ）は、熱伝導部材１０が断面Ｌ字型で、一面がＬＥＤカバー３の上面の内面に、他の一面が表示ケース８の背面の外面に密着させ、図５（ｄ）は、熱伝導部材１０が断面コの字型で、一面がＬＥＤカバー３の上面の内面に、他の一面が前面の内面に、更に他の一面が表示ケース８の背面の外面に密着させる。

これらはいずれも、ＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０間の少なくとも一部を密着させることにより、ＬＥＤ１の発熱をＬＥＤ基板２を介して、熱伝導部材１０に拡散させ、ＬＥＤ１が高温になるのを防止する。同時に、ＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０間、及び熱伝導部材１０とＬＥＤカバー３間、それぞれの間で少なくとも一部を密着させることにより、ＬＥＤ１の発熱をＬＥＤ基板２及び熱伝導板１０を介して、ＬＥＤカバー３と表示板ケース８から放熱するか（図５（ａ）、（ｂ））、または、ＬＥＤ基板２を介して、熱伝導部材１０とＬＥＤカバー３と表示板ケース８から放熱する（図５（ｃ）、（ｄ））。
熱伝導部材１０の材質は、鋼板、アルミニウム、ステンレス等の金属やセラミックスや熱伝導性の良いフィラー含有の樹脂を使用する。
また、熱伝導部材１０は、ＬＥＤ基板２とは別部材として設けるのではなく、ＬＥＤ基板２を両面基板とし、実装面でない裏面の銅箔はパターニングせずに、銅箔をそのまま残し、この銅箔を熱伝導部材１０としてもよい。両面基板を用いることにより、別部材として熱伝導部材１０を設ける必要がなくなり、取付け等の加工上のメリットが大きい。この場合、熱伝導部材１０の形状、大きさを変えることは、両面基板の形状、大きさを変えることとなる。

ここで、図３、４に示す表示装置の取付け型と図５に示す熱伝導部材１０の型との関係について説明する。
図３の壁直付け型は、主として、ＬＥＤカバー３の天面と前面から熱が外部に放熱される。そこで、熱伝導部材１０は、図５（ａ）〜（ｄ）の平板、前面Ｌ字、後面Ｌ字、コの字のいずれでもよい。図４（ａ）の壁埋込み型では、ＬＥＤカバー３の上面は埋込み状態にあるため、主として前面から放熱され、平板、前面Ｌ字、コの字がよい。図４（ｂ）の天井直付け型では、ＬＥＤカバー３の上面は天井と密着、もしくは密着に近い状態となるので、主として前面から放熱され、平板、前面Ｌ字、コの字がよい。壁埋込み型及び天井直付け型では平板でもＬＥＤカバー３の前面側に密着させるのが望ましい。図４（ｃ）の天井埋込み型は、ＬＥＤ基板２及びＬＥＤカバー３が共に器具本体９内にあり、外部に露出していないため器具本体内の放熱となる。この場合は、できるだけ熱伝導部材１０を大きくするのがよく、最も大きくできるコの字がよい。また、この場合はＬＥＤカバー３を金属板としても意匠上関係なく、放熱の点から望ましい。
基本的には、熱伝導部材１０の大きさは、ＬＥＤ１の拡散すべき熱量、放熱すべき放熱量を考慮して変える。拡散すべき熱量、放熱量を増加させる場合は、大きくする。また、後面Ｌ字、コの字では、表示及び外観上問題を生じずに、熱伝導部材１０を表示板ケース８の背面側に、最大として表示板ケース８の大きさまで延伸させることができる。

ＬＥＤ基板２とＬＥＤカバー３との密着方法、及びＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０とＬＥＤカバー３との密着方法は、ネジやリベットで密着固定する。また、ばねを利用したり、接着剤、両面テープにより密着固定してもよい。接着剤、両面テープ使用では、できるだけ厚さを薄くする、また、熱伝導性の良いサーマルグリースやシリコーン等を使ってもよい。放熱シート等を介在させてもよい。
密着させる位置は、ＬＥＤカバー３の上面の内面の他、前面の内面でもよい。

ＬＥＤ１を実装したＬＥＤ基板２は、ＬＥＤカバー３の上面の内面に直接、又は熱伝導部材１０を介して、ＬＥＤ１が導光板４の入射面４ａに対向するように、即ち、ＬＥＤ１の発光頭部が導光板４の入射面４ａに対向するように取付けたが（図１、図２、図５）、これに替えて、表示板ケース８の前面の内面又は背面の内面に、ＬＥＤ１が導光板４の入射面４ａに対向するように、即ち、ＬＥＤ１の発光側部が導光板４の入射面４ａに対向するように取付けてもよい（図示省略）。この場合、表示板ケース８の前面の内面又は背面の内面に直接又は熱伝導部材１０を介して取付けるのは前記と同様であり、さらに、前記同様に表示板ケース８は、その一部を構成するＬＥＤカバー３としてもよい。これらの場合、前面に取付けることにより、外部への放熱が有利となる。また、背面に取付ける場合、表示装置の構造及び取付け型により、背面からの放熱が可能であれば有効な放熱が可能となる。取付け型により選択できる。

表示板ケース８は、その上部の外壁を、内面にＬＥＤ基板２を固定したＬＥＤカバー３で形成しているが、ＬＥＤカバー３の部分も表示板ケース８で形成し、ＬＥＤ基板２は表示板ケース８の内面に、少なくとも一部が密着するように固定し、表示板ケース８は、内部の部品取付け、ＬＥＤ基板２の交換等の部品交換、補修等の便宜を図って、適宜分割できるようにしてもよい。熱伝導部材１０を使う場合は、ＬＥＤカバー３の場合と同様に、ＬＥＤ基板２を熱伝導部材１０密着させ、熱伝導部材１０を、表示板ケース８の内面に密着させる。

熱伝導部材１０を使用する場合、ＬＥＤ基板２を熱伝導部材１０に密着させ、かつ、熱伝導部材１０を表示板ケース８（ＬＥＤカバー３）の内面に密着させるようにしたが、熱伝導部材１０は表示板ケース８（ＬＥＤカバー３）と必ずしも密着しなくてもよい。ＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０とを少なくとも一部密着させることにより、ＬＥＤ１の発熱の熱拡散による冷却、及び放熱による冷却が可能である。例えば、図５において、ＬＥＤ基板２と熱伝導部材１０とは密着させるが、熱伝導部材１０とＬＥＤカバー３とは密着させなくてもよい。この場合、ＬＥＤ基板２または熱伝導部材１０のＬＥＤカバー３への取付けは、公知の取付け方法で適宜行う。

本発明の面光源装置は、誘導灯装置、非常灯装置、道路標識装置、広告灯装置等の表示装置に、エッジライト式の面発光型表示装置として使用される。

本発明の表示装置の一例を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の表示装置を取付けた状態を示す図である。 図１の表示装置を別に取付けた状態を示す図である。 図１の熱伝導板使用の表示装置のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ、２ ＬＥＤ基板、３ ＬＥＤカバー、４ 導光板、４ａ 入射面、４ｂ 照射面、７ 表示板、８ 表示板ケース、１０ 熱伝導部材。

Claims (2)

1. 光源である複数のＬＥＤと、
   該ＬＥＤを実装するＬＥＤ基板と、
   側面の入射面から入射した前記光源の光を前面の照射面から面光源とし照射する導光板と、
   前記ＬＥＤ、前記ＬＥＤ基板及び前記導光板を収容するとともに、表示パネルを前記導光板の前面側に収容し、前記導光板と接する面は前記導光板と略同じ大きさとなる背面と前記背面を延設する延設背面を有する表示板ケースと、を備えた面光源装置において、
   全面に渡り断面形状が略Ｌ字状を形成する２つの平面と、この２つの面の両側面とで囲まれて成る空間の内面に反射面を設け、前記空間内に前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤを実装する面と対向する面が前記内面と密着するように前記ＬＥＤ基板を収容し、前記ＬＥＤ基板に実装された前記ＬＥＤが前記表示板ケースに収容された前記導光板の側面の入射面に対向する位置に着脱可能に取り付けられて、前記ＬＥＤが発熱する熱を放熱するＬＥＤカバーと、
   上下方向に前記導光板より長く、前記表示板ケースに前記導光板とともにその背面に収容され、さらに前記ＬＥＤカバーを前記表示板ケースに取り付けたとき、前記ＬＥＤ基板と近接して配置される反射板と、
   を備え、
   前記導光板の上下方向の長さは前記表示パネルのそれより長く、前記ＬＥＤカバーと前記表示パネルがラップしないことを特徴とする面光源装置。
2. 光源である複数のＬＥＤと、該ＬＥＤを実装するＬＥＤ基板と、側面の入射面から入射した前記光源の光を前面の照射面から面光源とし照射する導光板と、前記ＬＥＤ、前記ＬＥＤ基板及び前記導光板を収容するとともに、表示パネルを前記導光板の前面側に収容し、前記導光板と接する面は前記導光板と略同じ大きさとなる背面と前記背面を延設する延設背面を有する表示板ケースと、を備えた面光源装置において、
   全面に渡り断面形状が略Ｌ字状を形成する２つの平面と、この２つの面の両側面とで囲まれて成る空間の内面に反射面を設け、前記空間内に前記ＬＥＤ基板の前記ＬＥＤを実装する面と対向する面が前記内面と密着するように前記ＬＥＤ基板を収容し、前記ＬＥＤが発熱する熱を放熱するＬＥＤカバーと、
   上下方向に前記導光板より長く、前記表示板ケースに前記導光板とともにその背面に収容され、さらに前記ＬＥＤカバーを前記表示板ケースに取り付けたとき、前記ＬＥＤ基板と近接して配置される反射板と、を備え、
   前記導光板の上下方向の長さは前記表示パネルのそれより長く、前記ＬＥＤカバーと前記表示パネルがラップせず、
   前記表示板ケースは分割可能であり、
   前記表示板ケース内に熱伝導部材を設け、該伝導部材に前記ＬＥＤ基板の少なくとも一部が密着し、また、前記ＬＥＤが前記導光板の側面の入射面に対向するように、前記ＬＥＤ基板を配設し、
   前記熱伝導部材の形状は、天井に直接取り付けられる場合には、上面を形成する平板、上面と前面を形成するＬ字状、または前面と上面と後面に跨るコ字状のいずれかを呈することを特徴とする面光源装置。

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