JP2001167620A

JP2001167620A - 面発光構造体

Info

Publication number: JP2001167620A
Application number: JP34778699A
Authority: JP
Inventors: Taiken Tanaka; 泰健田中
Original assignee: Asuka Corp
Current assignee: Asuka Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】発光素子を光源とする面発光体の発光の均一
性、混合性を改善して均一な発光体とすることにより一
般的な電気装飾品等への用途を広げる。【解決手段】面発光構造体Ａは、基板１に設けた発光
素子２にその照射方向に発光媒質を塗布した塗布面４を
有する発光体３を対向設置し、発光体３の発光素子２に
対する距離を光の中心光部分が発光体３上に現れないか
つ外部から発光体の発光を視認し得る程の距離位置に設
定したものである。発光媒質として例えば蛍光顔料が用
いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の照明や表
示に用いられる面発光構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】面発光構造体は、面発光表示装置あるい
は面発光照明装置として利用され、面発光表示装置は道
路標識、案内灯、非常灯、広告灯等として使用され、そ
の発光面を発光させて文字、図形パターン等を表示し、
面発光照明装置は室内の暗照明灯、装飾照明灯などによ
る照明、あるいは液晶パネル表示装置として使用され
る。

【０００３】このような面発光表示装置あるいは面発光
照明装置に用いられる光源として、一般的には蛍光灯が
用いられるが、蛍光灯は寿命が比較的短く、１年未満程
で取替える必要が生じ、又設置スペースとして大きなス
ペースを必要とし、点滅発光させるのに不向きであるな
どの理由から、最近では例えば特開平９−１７９５１２
号公報の面発光表示装置、あるいは特開平９−２９８０
０８号公報の面発光照明装置のようにＬＥＤチップを光
源として用いる場合がある。

【０００４】ＬＥＤチップを光源とした上記特許公開公
報の面発光表示装置、面発光照明装置のいずれの場合も
光源からの光を面発光させる導光板を備え、この導光板
の側方（導光板の厚みを成す面）に複数個のＬＥＤチッ
プを有する光源ユニットを装着し、光源からの光を側方
から導光板に入射して導光板の平板面を面発光させ、こ
の光をそのまま照明に用いるか、あるいは表示パネルな
どに導いて文字、図形パターンの表示をするというよう
に構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記特許公
開公報のようにＬＥＤチップを光源として用いる場合、
導光板の側方に近接して配置されるＬＥＤチップからの
ＬＥＤ光を導光板に入射する際、板厚方向に拡がるＬＥ
Ｄ光と幅方向に拡がるＬＥＤ光が異なる強度分布で入射
されるため、導光板内で拡散透過して発光する導光板表
面からの発光分布が均一でなく、特にＬＥＤチップの輝
度を変化させて最高輝度に設定すると発光の不均一状態
が顕著となる。

【０００６】又、例えば赤と緑色のＬＥＤチップを用い
て黄色に導光板を発光させようとするような複合色の発
光では導光板全体に亘って各色が均一に混合され難い。
これも導光板内で拡散透過する各色のＬＥＤ光の分布が
均一でないからである。従って、ＬＥＤチップを光源と
する従来の面発光表示装置や面発光照明装置は、発光の
不均一性、複合色の混合の不均一性が問題とならないよ
うなきわめて限られた用途に限定され、一般的に用いら
れる電気装飾品や照明器具、あるいはネオン、看板など
の一般的な用途には使用できないという問題がある。

【０００７】この発明は、上記のような問題を発光素子
の光を発光体の受光面に対向して入射させることにより
発光体を均一に発光させ複合色ではその混合を均一とし
て一般的な用途の面発光照明装置、面発光表示装置等と
して利用できる面発光構造体を得ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決する手段として、基板上に発光素子を設け、この
発光素子の照射方向に発光体を対向設置し、この発光体
を透明発光体としてその受光面又は発光面に発光媒質を
塗布し、あるいは発光体内又はその一部に発光媒質を添
加して発光体を形成し、発光体の受光面を発光素子から
少なくとも発光素子の照射領域内で発光を視認し得る距
離位置に離隔し、発光素子の光を上記発光体の発光媒質
部分を介して拡散透過させて面発光するように構成して
成る面発光構造体としたのである。

【０００９】上記構成の面発光構造体は、ＬＥＤのよう
な発光素子を光源としこれに対向設置される発光体に対
しその広い受光面で全体的に発光素子の光を受光する。
受光した発光素子の光は発光体に部分的に発光媒質を塗
布又は全体的に添加し発光媒質を介して拡散透過するた
め発光体自身が発光する。このとき、発光素子を発光体
に対し所定の視認距離に離隔するため発光素子からの中
心光部分が見えることなく発光体が全体に均一に発光す
る。発光媒質を介して発光素子の光を散乱、分光させて
拡散、透過するため混合色の光源を用いる場合は混合が
均一化され、色むらなく発光体が発光する。上記発光素
子はＬＥＤ（発光ダイオード）や有機電界発光素子（有
機ＥＬ）のような点光源として利用できる素子であれば
よい。

【００１０】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。図１、図２は基本形の面発光構
造体の外観斜視図、断面図である。図示の面発光構造体
Ａは最小個数の発光素子による原理図であり、実際の応
用例の大部分は発光素子を多数備えたものであるが、特
殊な例としては図示の原理図の形状を少し変えるだけで
そのまま製品として利用される。その応用例については
後で説明する。図示のように、面発光構造体Ａは電子基
板１上にＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする発光素
子２を１つ設け、この発光素子２の照射方向に対向して
平板状の発光体３を設けたものである。

【００１１】ＬＥＤの発光素子２は、従来から用いられ
ている一般的なものであり、大別すると面発光型と端面
発光型があるが、そのいずれでもよく、一般的には面発
光型がよい。又、発光素子２は、その照射角度が図４
（ａ）、（ｂ）に示すように狭角型と広角型があり、広
角型は厚さを薄く形成する場合に有利であり、いずれを
用いるかについてはその用途に応じて使い分けることと
なる。なお、図４（ｃ）に示すように、凹レンズ８を用
いて照射角度を広げるようにしてもよい。

【００１２】発光素子２は上記ＬＥＤ以外にも有機電界
発光素子（有機ＥＬと略称する）のような点光源として
利用できるものであればよい。有機ＥＬは、一般に基板
上に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、陰極
を積層して構成され、両電極間に電圧を印加すると発光
するという形式のものであり、このような一般的なもの
以外の特殊なものも含めて有機ＥＬに属するものであれ
ばよい。なお、以下の説明では発光素子２はＬＥＤを用
いるとして説明するが、有機ＥＬを用いてもよいことは
勿論である。

【００１３】又、図示の例では塗布面４に直接手が触れ
ないように保護するため発光体３の内側面に塗布面４を
設けることとし、この場合は発光素子２と塗布面４との
間に以下に説明する一定の距離を置いて発光素子の光の
拡がりを得るようにしているが、塗布面４を外側面に設
けてもよい場合は一定の距離として発光体３の厚さを含
めて設定することができる。以下では塗布面４を内側面
に設ける場合を中心に説明するが、応用事例では塗布面
４を外側面に設ける場合もある。

【００１４】発光体３は、透明プラスチック板（アクリ
ル樹脂又はエポキシ樹脂）で形成され、発光素子２に向
い合う面に発光媒質としての蛍光顔料を塗布した塗布面
４を設けて成る。又、図示のものは１つの発光素子２に
より照射される最小面積のものを図示している。最小面
積は、使用する発光素子２の輝度を最高輝度に設定した
時、後で説明するように発光体３の塗布面４の半透明度
の濃度を調整した状態で発光素子２を発光体３に近づけ
ても発光体３の発光状態がその面積全体に均一に発光す
る限界位置まで発光体３を発光素子２に近づけた位置で
発光素子２による照射領域内に入る所定形状の面積とし
て設定される。

【００１５】発光体３は、図示のものは矩形状を示して
おり、この場合発光体３の面積Ｓａと照射領域Ｓｂとの
比は２〜３倍（Ｓａ＜Ｓｂ）以内とするのが望ましく、
従って他の多角形、円形、又は球形の一部としてもよ
い。図３（ａ）に示す例では、矩形状の発光体３の最外
側位置に発光素子２による照射領域の外周（輪郭）が一
致するまで発光体３を発光素子２に近づけた時の両者間
の距離ＸをＸ_MINとして示している。

【００１６】発光体３を発光素子２から上記Ｘ_MIN以上
遠くへ離す距離Ｘは任意であるが、図３（ｂ）に示すよ
うに距離Ｘを大きくするとその分だけ発光体３の発光輝
度が低下する。従って、距離Ｘは実用上は面積Ｓａと照
射領域Ｓｂの面積比が５〜６倍以内となる距離とするの
が好ましいが、さらにＸを大きくしてもよく、最小限発
光体３の発光を視認できる限りＸを長く設定することも
できる。塗布面４の蛍光顔料による半透明状の濃度は、
前述したように、最高輝度状態の発光素子２に発光体３
を最短距離まで接近させたとき、図５（ａ）に示すよう
な発光体３の上から図５（ｂ）に示すような発光素子の
光の中心部分が見えず、かつ発光体３が全体に均一に発
光するに必要な半透明状となるように蛍光顔料の膜厚を
調整して得られる濃度とする。膜厚の調整は蛍光顔料を
複数回塗布し、その都度膜厚を測定して所定厚となる回
数塗布することにより行なえばよい。蛍光顔料は、例え
ばハロリン酸カルシウム、あるいはユーロピウム、イッ
トリウムなどの希土類金属を含む材料が用いられる。な
お、塗布面４は図１の例では発光体３の受光面側として
いるが、反対に発光面側に塗布してもよい。

【００１７】上記の構成とした実施形態の面発光構造体
は、発光素子の光を用いて均一な発光面を与え、照明装
置又は表示装置などの電気装飾品その他各種の用途に広
く利用される。発光作用は、発光素子２からの光が、発
光体３の塗布面４で受光され、その光が塗布面４の蛍光
顔料内で拡散、透過し、発光体３の透明プラスチック板
を通り発光面から外部へ出射され、このため発光体３で
均一に発光する。この発光の原理作用を説明する図を図
６に示す。

【００１８】図６（ｂ）に示すように、蛍光顔料を１回
塗布した場合、塗布面４に含まれる蛍光顔料の粒子が所
定濃度に分布しているため、下方から到達する発光素子
の光は粒子の間を通過して反対側へ出る光、あるいは粒
子に当って散乱し隣り合う粒子へ向ってさらに散乱又は
分光して反対側へ通過する光、あるいは粒子に遮られて
反射される光などとなって一定量の光が反対側へ通過す
る。従って、その通過する光量が、まだ前述した発光素
子の光の中心部分が見える光となる程多い場合は、蛍光
顔料粒子の濃度が低いため、（ｂ’）のようにさらに所
定厚さの蛍光顔料を塗布する。塗布される膜厚は合計厚
さで数１０〜１００μｍ程度である。

【００１９】以上のように、蛍光顔料はその粒子濃度を
適宜調整することにより反対側へ通過する光量が調整さ
れるが、このとき蛍光顔料内部では直接通過する光以外
に粒子に当って散乱する光のうち反対側へ通過する光と
が一緒になって反対側へ出るため、反対側へ出た光は均
一に調整されて透明な発光体３内へ入ることとなり、従
って、発光体３の発光面から均一な光となって発光する
のである。この場合、蛍光顔料粒子は光を通過、散乱、
分光させるのであり、発光素子の光によって蛍光顔料粒
子自体が発光するのではない。

【００２０】これに対して、蛍光顔料をガラス管内に塗
布した一般の蛍光灯では、フィラメントから放電により
発する電子をガラス管内に封入されている水銀蒸気粒子
に衝突させ、水銀の蒸気粒子が発生する紫外線の照射に
よりガラス管内面に塗布された蛍光顔料が発光するとい
うように、従来の照明装置等に蛍光顔料を塗布した場合
は蛍光顔料自体が発光する作用を利用する点で蛍光顔料
の利用の仕方が全く異なる。

【００２１】なお、図６の（ａ）、（ａ’）は塗布面４
を内側面又は外側面に設ける場合を示しており、
（ａ’）の例では発光素子２を発光体３に近接して設け
ることができる。

【００２２】発光体３の発光は、発光素子２の輝度を最
高輝度とした状態で発光体３を発光素子２に出来るだけ
近づける程明るくなるが、接近し過ぎると発光体３上に
発光素子の光の中心部分が現れて発光が均一でなくな
る。従って、１つの発光素子２で照射される発光体３の
最大面積は、最高輝度の発光素子２による発光体３上の
発光に光の中心部分が現れない程の距離に発光体３を発
光素子２から離隔した距離に置いたときに発光体３が照
射される領域内の所定の形状（例えば四角形）が最大面
積となる。こうして設定された発光体３による発光では
当然光の中心部分は現れず、発光体３の発光は均一とな
る。

【００２３】図７は、蛍光顔料の塗布面４を設けずに、
蛍光顔料を透明なプラスチック板の発光体３に添加（混
合）した例を示す。（ａ）は発光体３に全体的に蛍光顔
料を添加した場合、（ｂ）は透明プラスチック板に蛍光
顔料を添加した半透明板３’と透明プラスチック板３”
とを接合又は重ね合わせて発光体３を形成する場合を示
す。図示のように、（ａ）では発光素子２を発光体３に
対し、一定の距離を置いて設け、（ｂ）では透明プラス
チック板３”に発光素子２を近接して設けることができ
る。但し、蛍光顔料は例えば白色蛍光顔料３ｇを透明エ
ポキシ樹脂１００ｇに添加し、エポキシ樹脂に対し３％
の割合となるように混合する。

【００２４】作用については、図６で説明した場合と同
じである。なお、前述したように蛍光顔料は発光体３の
発光に対する発光媒質として発光素子の光を散乱、分
光、透過させて平均化した発光をさせるために塗布又は
添加するものであるから、同様な機能が得られる例えば
アルミニウム粉体のような他の発光媒質としてもよい。

【００２５】図８の（ａ）、（ｂ）は複数の発光素子２
と面積の拡大した発光体３を有する場合に拡張した例を
示している。（ａ）図では発光素子２は２つ、（ｂ）図
では４つ設けられている。図示のように、発光素子２が
２つの場合は、２つの発光素子のそれぞれの照射領域の
外周と外周の中に入り得る面積の発光体３の大きさが最
大形状、４つの場合も４つの照射領域の外周内に入り得
る大きさの発光体３が最大形状であることを示してい
る。

【００２６】従って、発光素子２を多数設けることによ
って発光体３も大きくなり、面発光構造体の全体がかな
りの大きさとなれば室内照明灯として利用できることと
なり、又多数の発光素子２を順次点灯するように電源を
制御することにより誘導灯のような表示装置として利用
することもできる。

【００２７】図８（ｃ）には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の３原色の発光素子２_R、２_G、２_Bを用いる場
合の発光体３との関係を示している。この場合、３原色
の発光素子２_R、２_G、２_Bは直線上に少し位置をずら
して配置しており、発光板位置での各発光素子の照射領
域も互いに少しずつずれて重なる。従って、発光体３は
上記各発光素子の照射領域が共通に重なっている部分の
最外側に一致する大きさとすることとなる。

【００２８】又、３原色の発光素子２_R、２_G、２_Bを
複数組用いる場合は、各１組の３原色発光素子を前述し
た図８の（ａ）、（ｂ）図で複数個の発光素子２を用い
る場合の各１つの発光素子と同様に取扱い、３原色発光
素子の共通照射領域を複数個の発光素子２の１つの照射
領域に対応させて複数組の３原色発光素子を設ける場合
の発光体３の大きさを設定する。

【００２９】なお、図８（ｃ）では３原色発光素子
２_R、２_G、２_Bを直線上に配置した例を示している
が、発光素子２_R、２_G、２_Bの配置は互いに集合した
状態であればよく、例えば正三角の頂点上に来るような
配置としてもよい。いずれの場合も共通照射領域内に発
光体３を含むような関係とすることは前述した通りであ
る。

【００３０】複数個の発光素子２を基板１上に設けた場
合も基本的な作用は同じであり、複数個の発光素子２を
配置する際に各個々の発光素子２による発光体３上の照
射領域が互いに重なり合うように配置し、３つ以上の多
数となるときは３つ又は４つの発光素子２の互いに重な
り合った照射領域の外周内に発光体３を形成したものと
してもよい。図９に多数の発光素子２を設けて面発光構
造体を形成する例を示す。この例では、３以上の多数の
発光素子２を互いの照射領域が重なり合うように配置し
ている。但し、発光体３の４つのコーナ部は部分的に１
つの発光素子２により照射される領域が生じ、その他の
領域では２〜４つの領域が重なっているが、発光体３の
発光は平均化され、均一な発光状態が得られる。

【００３１】図１０に面発光構造体の応用例を示す。
（ａ）図は電球形の装飾照明Ａ₁の例であり、カバー１
１を台座１２上に設け、市販ソケットに合せたプラグ１
３を台座１２に接続して形成されており、カバー１１の
内面に蛍光塗料の塗布面４を設け、台座１２の内側に設
けた電子基板１上に多数の３原色発光素子２_R、２_G、
２_Bを配置して、これらを外部からの信号で制御して、
色彩や輝度の調整を行なうようにしたものである。

【００３２】（ｂ）図は避難誘導のための表示装置Ａ₂
の例であり、壁１４に図１の発光体３を有する面発光構
造体の複数個を所定間隔に設け、内部に図示しない基板
上に赤色の発光素子を発光体３に対応して配置し、かつ
基板上にはこれらを制御するマイクロコンピュータのチ
ップを設けて連結コネクタ１５からの電源により発光体
３を点滅するようにしたものである。災害時には避難誘
導するために避難する方向に各受光体３を順次点滅させ
て避難方向を表示する。発光素子を使用しているので長
期間設置していても球切れの心配がなく、消費電力が少
ないため電力供給が停止してもバッテリによる運転が可
能である。

【００３３】図１１に面発光構造体を消火器具設置場所
案内用の表示灯に応用した例を示す。図示の例は発光体
３を１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍの４角柱（棒状体）
により形成したものであり、（ｂ）に断面を示すように
透明な棒状体を発光体３とし、その外周に蛍光顔料の塗
布面４を下底面を除く５側面に塗布し、下端部にケース
５を嵌合している。ケース５の下底部５_B上に電子基板
１を支持し、その上に青と赤の発光素子２_B、２_Rを発
光体３の下底部に近接して設けている。発光素子２_B、
２_Rの照射領域の上限がケース５の上端に略一致するよ
うにしている。なお、棒状体は円柱その他の他の断面形
状のものとしてもよい。

【００３４】上記構成の表示灯Ａ₃は、通常は青の発光
素子２_Bを点灯させ、日常時に表示灯を点灯することに
よりその近くに消火器が設置されていることを知らせ、
火災発生時にはその発生信号を受けて赤の発光素子２_R
を点滅し消火器の設置場所があることを注意するように
用いられる。このように、表示灯Ａ₃は、図１の発光体
３を角柱体とし、その外周を蛍光顔料の塗布面４で囲ん
で発光体３が均一に発光するように応用したものであ
り、基本構造は第１実施形態と同様である。但し、塗布
面４が発光体３の外周に設けられている点で図６
（ａ’）に示されているものに相当する。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
の面発光構造体は基板上に設けた発光素子に対しその照
射方向に発光媒質を塗布した発光体又は発光体内又はそ
の一部に発光媒質を添加した発光体を視認し得る所定の
距離位置に対向設置し、発光素子の光を発光体の発光媒
質部分で拡散透過させて面発光させるようにしたから、
透明な発光体の側面から発光素子の光を入射させて面発
光させる従来のものと異なり発光体全体に均一な発光が
得られ、複合色の光源を用いる場合にはその混合を均一
化することができ、従って一般的な面発光照明装置、面
発光表示装置など用途を限定することなく広く使用する
ことができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の面発光構造体の基本形の外観斜視図

【図２】図１の矢視II−IIから見た断面図

【図３】構造体の変形可能性の説明図

【図４】発光素子の照射角度の狭、広の例の説明図

【図５】発光体の半透明濃度の説明図

【図６】発光作用の説明図

【図７】発光作用の説明図

【図８】複数発光素子を備えた面発光構造体の概略図

【図９】複数ＬＥＤ発光素子を備えた面発光構造体の概
略図

【図１０】応用例の説明図

【図１１】応用例の説明図

【符号の説明】

１電子基板２発光素子３発光体４蛍光顔料の塗布面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に発光素子を設け、この発光素子
の照射方向に発光体を対向設置し、この発光体を透明発
光体としてその受光面又は発光面に発光媒質を塗布し、
あるいは発光体内又はその一部に発光媒質を添加して発
光体を形成し、発光体の受光面を発光素子から少なくと
も発光素子の照射領域内で発光を視認し得る距離位置に
離隔し、発光素子からの光を上記発光体の発光媒質部分
を介して拡散透過させて面発光するように構成して成る
面発光構造体。
【請求項２】前記発光媒質として蛍光顔料を使用して
発光体の発光媒質部分を半透明状とし、発光素子を最高
輝度とし、かつ発光体の受光面の最外側が発光素子の光
の照射領域の外周位置に来る距離位置に発光体を置いた
とき、発光体の発光面に発光素子の光の中心部分が視認
されないように蛍光顔料による濃度を設定したことを特
徴とする請求項１に記載の面発光構造体。
【請求項３】前記発光体を平板状のプラスチック樹脂
板又は棒状のプラスチック樹脂棒により形成したことを
特徴とする請求項１又は２に記載の面発光構造体。