JP2003242804A - 表示用光源装置 - Google Patents

表示用光源装置

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JP2003242804A JP2002036840A JP2002036840A JP2003242804A JP 2003242804 A JP2003242804 A JP 2003242804A JP 2002036840 A JP2002036840 A JP 2002036840A JP 2002036840 A JP2002036840 A JP 2002036840A JP 2003242804 A JP2003242804 A JP 2003242804A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発光ダイオードの優れた特性を備えると共に、
光の不均一な明暗が生じることがなく、少ない消費電力
でも高輝度で均一な面発光を得ることができる表示用光
源装置を提供する。 【解決手段】型枠11の内面全体に光反射効率の高い光
反射性塗料12を塗布すると共に、この光反射性塗料1
2を接着媒体として光学的乱反射を促す多数のビーズ1
3を付着させてから、型枠11内に透明導光板20を嵌
め込む。チップLEDである発光ダイオード30は、そ
の照射側を型枠11の底面に対向させて透明導光板20
上に所定間隔で並ぶ状態に配置させ、樹脂性接着剤40
で、発光ダイオード30をその厚み方向に総て覆い得る
状態で透明導光板20上に固定する。そして光分散樹脂
50を、型枠11の上面側を覆う状態で前記発光ダイオ
ード30および樹脂性接着剤40上に積層させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードを
光源として、均一な面発光を得ることができる表示用光
源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の表示用光源装置は、広告
看板のバックライトや各種情報を報知する電光表示板
等、様々な用途に活用されており、これらの光源には一
般に蛍光灯やネオンサイン管等が用いられていた。
【0003】また、光源の1つとして発光ダイオードも
知られており、これは主にディスプレイや表示用として
使用されるほか、各種装置類に組み付けられて電源の入
切や作動状態を示すパイロットランプとして多く使用さ
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の技術では、光源が蛍光灯やネオンサイン
管の場合、発光ダイオードに比べれば耐久時間が短いた
め、交換作業が面倒であり、コストも嵩むという問題が
あった。
【0005】また、蛍光灯等は放電的発光であるために
点灯消灯時間が遅く、また、光電変換効率が比較的低い
ため消費電力が大きいという問題もあった。また、長尺
化や薄型化が難しく形状の自由度が著しく制限されてい
た。さらには、衝撃にも弱く破損し易いという実用上の
問題もあった。
【0006】一方、発光ダイオードを利用した表示用光
源装置では、蛍光灯等と比べて長寿命であり、視認性や
輝度も極めて高く、放電的発光でないため点灯消灯時間
が早く、光電変換効率が高いため消費電力が少なく、耐
衝撃性にも優れる等の利点もあるが、次のような問題が
あった。
【0007】すなわち、発光ダイオードは特性上、高輝
度の光束を得られるのだがその指向角が非常に狭いた
め、たとえ高密度にマトリクス状に並べた場合でも、広
告看板のバックライトとして使用すると、光束の当たる
部分と当たらない部分とで、光の明暗(輝度ムラ)が生
じてしまい均一な面発光を得ることが困難であった。
【0008】ここで発光ダイオードを覆う透光板体の厚
みを厚くすれば、点光源として機能する各発光ダイオー
ドであっても透光板体の出射面における輝度ムラを防ぐ
ことはできるが、出射面における光量が減少してしま
い、全体的に輝度が低下するという新たな問題が生じ得
る。
【0009】本発明は、以上のような従来技術が有する
問題点に着目してなされたもので、発光ダイオードの優
れた特性を備えると共に、光の不均一な明暗が生じるこ
とがなく、少ない消費電力でも高輝度で均一な面発光を
得ることができる表示用光源装置を提供することを目的
としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に
存する。 [1]発光ダイオード(30)を光源として、均一な面
発光を得ることができる表示用光源装置(10)におい
て、透明で透光性のある樹脂により予め板状に成形され
た透明導光板(20)と、該透明導光板(20)に合致
した形状で上面側が開口した型枠(11)と、前記透明
導光板(20)上に同じく透明で透光性のある樹脂性接
着剤(40)により所定の配置に接着された発光ダイオ
ード(30)と、該発光ダイオード(30)および樹脂
性接着剤(40)の上に積層された光分散樹脂(50)
とを有し、前記型枠(11)は、その内側に嵌め込む前
記透明導光板(20)と、前記発光ダイオード(30)
および樹脂性接着剤(40)と、前記光分散樹脂(5
0)とを総て合わせた厚みに相当する深さに形成され、
その内面全体に光反射効率の高い光反射性塗料(12)
が塗布されると共に、該光反射性塗料(12)を接着媒
体として光学的乱反射を促す多数のビーズ(13)が付
着され、前記発光ダイオード(30)はチップLEDか
ら成り、その発光素子(31)の照射側が前記型枠(1
1)の底面に対向し、かつ前記透明導光板(20)上で
複数が平面上に所定間隔で並ぶ状態に配置され、前記樹
脂性接着剤(40)は、前記発光ダイオード(30)を
その厚み方向に総て覆い得る状態で前記透明導光板(2
0)上に積層され、前記光分散樹脂(50)は、前記型
枠(11)の開口した上面側を覆う状態で前記樹脂性接
着剤(40)上に積層されたことを特徴とする表示用光
源装置(10)。
【0011】[2]前記光反射性塗料(12)は白色塗
料であり、前記ビーズ(13)は無色透明なガラス製の
球体であることを特徴とする[1]記載の表示用光源装
置(10)。
【0012】[3]前記光分散樹脂(50)は、透明で
透光性のある樹脂中に光分散材と前記発光ダイオード
(30)の発光色と同系色の着色剤とを混合して成るこ
とを特徴とする[1]または[2]記載の表示用光源装
置(10)。
【0013】次に本発明に係る表示用光源装置(10)
の作用を説明する。発光ダイオード(30)より照射さ
れた比較的指向角の狭い高輝度光は、型枠(11)の上
面側に積層された光分散樹脂(50)の側に直接向かう
ことなく、この光分散樹脂(50)の出射面とは反対方
向に位置する型枠(11)の底面に向かって照射され
る。
【0014】型枠(11)の底面を含む内面全体には、
光反射性塗料(12)を接着媒体として光学的乱反射を
促す多数のビーズ(13)が付着されているので、かか
るビーズ(13)により高輝度光は様々な方向へと屈折
反射し、型枠(11)に嵌め込まれた透明導光板(2
0)内で広域にわたり分散する。
【0015】このように型枠(11)内で様々な方向へ
と乱反射した光は、型枠(11)内に嵌め込まれた透明
導光板(20)を通過する間に輝度が低下することなく
平均化された後、型枠(11)が開口した上面側へ向か
う光が光分散樹脂(50)を通って外部へ照射される。
光分散樹脂(50)では、光が様々な方向へと細かくさ
らに乱反射されることで、光の通過滞在時間が長くな
り、なおさら輝度のバラツキが解消される。
【0016】以上のようにして、型枠(11)の開口を
覆う光分散樹脂(50)の出射面より、高輝度で均一な
面発光を得ることができる。このような面発光は様々な
光の角度成分を有するものであり、光分散樹脂(50)
の出射面に対して鋭角となる角度方向、あるいは遠く離
れた場所からも容易に視認することが可能となる。
【0017】表示用光源装置(10)を製造するには、
既存のアクリル板やポリカーボーネイト板を所定の大き
さ、形状にカットして、そのまま透明導光板(20)と
して用いることができる。そのため、主要部が溶解樹脂
の充填により製造されるものと比べて、樹脂の溶解や充
填、それに乾燥硬化に時間をとられることもなく、極め
て短時間で容易に製造することが可能となる。
【0018】また、発光ダイオード(30)はチップL
EDから成り、該発光ダイオード(30)を透明導光板
(20)上に接着する樹脂性接着剤(40)は、本来的
に薄型であるチップLEDをその厚み方向に総て覆い得
る程度の薄い層として用いれば足りる。従って、本表示
用光源装置(10)全体のよりいっそうの薄型化を実現
することができる。また、透明導光板(20)を嵌め込
む型枠(11)は全体構造の補強材としての役目を果た
すので、薄型化しても相当の強度を保つことが可能とな
る。
【0019】また、前記光反射性塗料(12)を白色塗
料とし、前記ビーズ(13)は無色透明なガラス製の球
体とすれば、それぞれ安価で済みコストを低減すること
が可能であると共に、それぞれ優れた光反射効率と光学
的乱反射効率を得ることができる。
【0020】さらにまた、前記光分散樹脂(50)を、
透明で透光性のある樹脂中に光分散材と前記発光ダイオ
ード(30)の発光色と同系色の着色剤とを混合したも
のとすれば、より明瞭で鮮やかな光を得ることができ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明を代
表する実施の形態を説明する。図1〜図4は本発明の一
の実施の形態を示している。本実施の形態に係る表示用
光源装置10は、発光ダイオード20を光源として、均
一な面発光を得ることができる装置である。
【0022】図1に示すように、表示用光源装置10
は、透明で透光性のある樹脂が予め板状に成形された透
明導光板20と、該透明導光板20に合致した形状で上
面側が開口した型枠11と、前記透明導光板20上に同
じく透明で透光性のある樹脂性接着剤40により所定の
配置に接着された発光ダイオード30と、該発光ダイオ
ード30および樹脂性接着剤40の上に積層された光分
散樹脂50とを有して成る。
【0023】型枠11は、その上面側が矩形に開口して
平面方向に広がる薄い箱状に板金等から形成されてお
り、その内側に嵌め込む透明導光板20と、発光ダイオ
ード30および樹脂性接着剤40と、光分散樹脂50と
を総て合わせた厚みに相当する深さに設定されている。
【0024】また、型枠11の内面全体には、光反射効
率の高い光反射性塗料12が塗布されており、さらに、
型枠11の内面全体には、光反射性塗料12を接着媒体
として多数のビーズ13が付着されている。ここで光反
射性塗料12としては様々な塗料が考えられるが、例え
ば、光の反射効率が高い白色塗料等を用いるとよい。
【0025】ビーズ13は、光学的乱反射を促すもので
あればよく様々な形態が考えられるが、例えば、数10
ミクロン程度の大きさの無色透明なガラス製の球体のも
のを用いるとよい。かかるビーズ13は、前記光反射性
塗料12が生乾きの状態で吹き付けることにより、容易
に付着させることができる。
【0026】透明導光板20は、透明で透光性のある樹
脂が予め板状に成形されたものであり、前記型枠11に
ちょうど嵌め込まれるよう型枠11に合致した形状にカ
ットされて用いられる。具体的には透明導光板20は、
例えば、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、あるい
はメタクリル樹脂等の無色透明の樹脂を予め板材として
加工してある市販の合成樹脂板を利用するとよい。
【0027】発光ダイオード30は、蛍光灯やネオンサ
イン管等と比べて長寿命であり、視認性や輝度も極めて
高く、熱的・放電的発光でないため点灯消灯時間も早
く、光電変換効率が高いため消費電力も少なく、耐衝撃
性にも優れる等の特性を備えるものである。
【0028】具体的には発光ダイオード30は、リード
線32上に実装された発光素子31から成るチップLE
Dである。チップLEDは、いわゆるLEDランプとは
種類が異なり、チップ状のリード線32が略砲弾型のレ
ンズ形状に成形されたモールド樹脂で被覆されていない
タイプである。なお、チップLEDの詳細な構成は一般
的であるので説明は省略する。
【0029】図1,図3に示すように、発光ダイオード
30は、その発光素子31の照射側が前記型枠11の底
面に対向し、かつ前記透明導光板20上で複数が平面上
に所定間隔でほぼ等間隔に並ぶように、リード線32に
接続された状態で配置されている。なお、発光素子31
にあるリード端子は、図3に示した格子状のリード線3
2の適所に予め半田付けされている。
【0030】各発光ダイオード30は、樹脂性接着剤4
0によりそれぞれ厚み方向に総て覆われて、樹脂性接着
剤40中に埋没された状態で前記透明導光板20上に接
着・固定される。ここで樹脂性接着剤40は、前記透明
導光板20と同様に透明で透光性のあるものであり、該
透明導光板20と同材質の樹脂を所定の溶媒でゾル状に
溶解させたものをそのまま用いてもよい。
【0031】光分散樹脂50は、前記型枠11の開口し
た上面側を覆う状態で前記樹脂性接着剤40の上面側に
積層されている。かかる光分散樹脂50は具体的には、
透明で透光性のある樹脂中に光分散材と前記発光ダイオ
ード30の発光色と同系色の着色剤とを混合して成る。
【0032】ここで透明で透光性のある樹脂は、前述し
た透明導光板20と同様にエポキシ樹脂等を用いればよ
い。また光分散材とは、酸化チタンや酸化マグネシウム
等が適する。また着色剤には、発光ダイオード30の発
光色と同系色の蛍光色素を用いればより鮮やかな発光色
を得ることができる。
【0033】次に、本実施の形態に係る表示用光源装置
10の作用を説明する。表示用光源装置10を製造する
には、既存のアクリル板やポリカーボーネイト板を所定
の大きさ、形状にカットして、そのまま透明導光板20
として用いることができる。そのため、主要部が溶解樹
脂の充填により製造されるものと比べて、樹脂の溶解や
充填、それに乾燥硬化に時間をとられることもなく、極
めて短時間で容易に製造することが可能となる。
【0034】型枠11は、前記透明導光板20の大き
さ、形状に合わせて板金より容易に形成することがで
き、この型枠11の内面全体には光反射性塗料12を塗
布する。かかる光反射性塗料12が生乾きの状態で、そ
の塗布面に多数のビーズ13を吹き付ける。それによ
り、型枠11の内面全体には、光反射性塗料12を接着
媒体として、光学的乱反射を促す多数のビーズ13が付
着される。
【0035】光反射性塗料12が完全に乾いて、多数の
ビーズ13も付着された状態に固まったら、型枠11に
前記透明導光板20を嵌め込むが、ここでビーズ13が
多数付着された型枠11の内面と透明導光板20の下面
および周囲端面との間に、透明導光板20と同じく透明
で透光性のある接着剤ないし樹脂を充填させて、僅かな
隙間も塞ぐようにしてもよい。
【0036】続いて透明導光板20の上面に、予めリー
ド線32に接続してある複数の発光ダイオード30を等
間隔に並べて配置させた後、透明導光板20上の各発光
ダイオード30がそれぞれ厚み方向に総て覆い尽くされ
るように樹脂性接着剤40を積層させる。このとき、樹
脂性接着剤40の内部、特に発光ダイオード30の周囲
に気泡が入らないように注意する。樹脂性接着剤40が
固まったら、その上に光分散樹脂50を積層させればよ
い。
【0037】発光ダイオード30はチップLEDから成
り、該発光ダイオード30を透明導光板20上に接着す
る樹脂性接着剤40は、本来的に薄型であるチップLE
Dをその厚み方向に総て覆い得る程度の薄い層として用
いれば足りる。そのため、本表示用光源装置10全体の
よりいっそうの薄型化を実現することができる。また、
透明導光板20を嵌め込む型枠11は全体構造の補強材
としての役目を果たすので、薄型化しても相当の強度を
保つことが可能となる。
【0038】このようにして製造された表示用光源装置
10は、様々な用途に使用することができるが、特に広
告看板のバックライト等に適用するとよい。具体的には
表示用光源装置10をユニットとして複数用意し、平面
状あるいは曲面状に密に並べるように設置する。各表示
用光源装置10が並ぶ平面あるいは曲面上には、例えば
透光性のある写真フィルム等の広告シート(図示せず)
を貼着すれば、かかる広告シートを鮮明に発光させるこ
とができる。
【0039】図4に示すように、表示用光源装置10の
発光ダイオード30より照射された比較的指向角αの狭
い高輝度光は、型枠11の上面側に積層された光分散樹
脂50の側に直接向かうことなく、この光分散樹脂50
の出射面51とは反対方向に位置する型枠11の底面に
向かって照射される。
【0040】型枠11の底面を含む内面全体には、光反
射性塗料12を接着媒体として光学的乱反射を促す多数
のビーズ13が付着されているので、かかるビーズ13
により高輝度光は様々な方向へと屈折反射し、型枠11
に嵌め込まれた透明導光板20内で広域にわたり分散す
る。
【0041】このように光は主として透明導光板20内
を通るので、空気中を通過する場合に比べて輝度が低下
することもなく、透明導光板20の全域が拡散光源領域
となる。しかも、発光ダイオード30全体が透明導光板
20上に発光ダイオード30によってモールドされるこ
とで、型枠11内全域での熱伝導も促され、発光ダイオ
ード30付近のみが高熱化するような事態も防ぐことが
できる。
【0042】型枠11内で様々な方向へと乱反射した光
は、透明導光板20内で平均化された後、型枠11が開
口した上面側へ向かうが、光分散樹脂50を通ることで
均等に配光され、この光分散樹脂50上端の出射面51
全体より外部へと照射される。光分散樹脂50では、光
が様々な方向へと細かく乱反射されることにより、光の
通過滞在時間が長くなるので、なおさら輝度のバラツキ
が解消される。
【0043】それにより、型枠11の開口を覆う光分散
樹脂50の出射面51より、高輝度で均一な面発光を得
ることができる。かかる面発光は様々な光の角度成分を
有するものとなり、光分散樹脂50の出射面51に対し
て鋭角となる角度方向、あるいは遠く離れた場所からも
容易に視認することが可能となる。また、光分散樹脂5
0には、前記発光ダイオード30の発光色と同系色の着
色剤が混合されているため、より明瞭で鮮やかな色の光
を得ることができる。
【0044】また、本実施の形態では、前記光反射性塗
料12を白色塗料とし、前記ビーズ13は無色透明なガ
ラス製の球体としたから、それぞれ安価で済みコストを
低減することが可能であると共に、それぞれ優れた光反
射効率と光学的乱反射効率を得ることができる。
【0045】以上、本発明の実施の形態を図面によって
説明してきたが、具体的な構成はこれらの各種実施の形
態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、表示用光源装置10の形状および大きさや、複
数の発光ダイオード30の配置パターンは図示したもの
に限定されるわけではない。
【0046】
【発明の効果】本発明に係る表示用光源装置によれば、
蛍光灯やネオンサイン管等と比べて長寿命であり、視認
性や輝度も極めて高く、熱的・放電的発光でないため点
灯消灯時間も早く、光電変換効率が高いため消費電力も
少なく、耐衝撃性にも優れる等の発光ダイオードの特性
を備えると共に、光の不均一な明暗が生じることがな
く、少ない消費電力でも高輝度で均一な面発光を得るこ
とができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置の一
部を拡大して示す縦断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置を示
す縦断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置を一
部切り欠いて示す平面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置にお
ける光照射を説明する作用説明図である。
【符号の説明】
10…表示用光源装置 11…型枠 12…光反射性塗料 13…ビーズ 20…透明導光板 30…発光ダイオード 31…発光素子 32…リード線 40…樹脂性接着剤 50…光分散樹脂 51…出射面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光ダイオードを光源として、均一な面発
    光を得ることができる表示用光源装置において、 透明で透光性のある樹脂により予め板状に成形された透
    明導光板と、該透明導光板に合致した形状で上面側が開
    口した型枠と、前記透明導光板上に同じく透明で透光性
    のある樹脂性接着剤により所定の配置に接着された発光
    ダイオードと、該発光ダイオードおよび樹脂性接着剤の
    上に積層された光分散樹脂とを有し、 前記型枠は、その内側に嵌め込む前記透明導光板と、前
    記発光ダイオードおよび樹脂性接着剤と、前記光分散樹
    脂とを総て合わせた厚みに相当する深さに形成され、そ
    の内面全体に光反射効率の高い光反射性塗料が塗布され
    ると共に、該光反射性塗料を接着媒体として光学的乱反
    射を促す多数のビーズが付着され、 前記発光ダイオードはチップLEDから成り、その発光
    素子の照射側が前記型枠の底面に対向し、かつ前記透明
    導光板上で複数が平面上に所定間隔で並ぶ状態に配置さ
    れ、 前記樹脂性接着剤は、前記発光ダイオードをその厚み方
    向に総て覆い得る状態で前記透明導光板上に積層され、 前記光分散樹脂は、前記型枠の開口した上面側を覆う状
    態で前記樹脂性接着剤上に積層されたことを特徴とする
    表示用光源装置。
  2. 【請求項2】前記光反射性塗料は白色塗料であり、前記
    ビーズは無色透明なガラス製の球体であることを特徴と
    する請求項1記載の表示用光源装置。
  3. 【請求項3】前記光分散樹脂は、透明で透光性のある樹
    脂中に光分散材と前記発光ダイオードの発光色と同系色
    の着色剤とを混合して成ることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の表示用光源装置。
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Cited By (22)

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