JP2005174652A - 面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックライト式、内照式の双方の利点が得られ、高輝度化、大面積化、薄厚化、長寿命化、低消費電力化が同時に実現可能となる面発光装置を得る。
【解決手段】 面発光装置１００において、光拡散板３１と、この光拡散板３１と空間３３を挟んで対向配置されかつ対向面に複数の平行な凹凸条３９を波状に形成した透明基板３５と、この透明基板３５の対向面と反対側の面に配置された反射板４１と、凹凸条３９と平行に延在しかつ光拡散板３１と透明基板３５との間で光拡散板３１及び透明基板３５の縁部に沿って配置されたライン状発光体４３とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内蔵光源によって表示面の全体を発光させる面発光装置に関し、特に、高輝度化、大面積化、薄厚化、長寿命化、低消費電力化を可能にする改良技術に関する。

従来より表示面を発光させることにより表示面の図形や文字等の視認性や訴求性を高めるものに面発光装置が知られている。この種の面発光装置には、バックライト式、内照式のものがある。図９はバックライト式の面発光装置を表す要部断面図である。バックライト式の面発光装置１Ａ、１Ｂは、導光板３の表裏面に、反射板５と光拡散板７を配置し、導光板３の端面に光源９を対向配置してなる。光源９には図９（ａ）に示すブラックライト等の放電管９ａや、図９（ｂ）に示す発光ダイオード９ｂが用いられる。導光板３に入射した光源９からの光は、導光板３を媒質として伝播し、一部が光拡散板７から拡散光となって表示面１１側から出射されるとともに、反射板５に反射された光も光拡散板７に進入し、同じく光拡散板７から拡散光となって表示面１１側から出射される。このようなバックライト式の面発光装置１Ａ、１Ｂによれば、薄厚化が可能になるとともに、表示面１１から出射される光が規則的特性を持たずに散乱するので、均一な面発光を可能にすることができる。

図１０は内照式の面発光装置を表す要部断面図である。
内照式の面発光装置１５は、空間１７を隔てて平行に配置した光透過板１９、１９の間に、例えば蛍光管等の放電管２１を内設し、光透過板１９、１９の周縁が固定枠２３等によって塞がれる。光透過板１９には、光を透過させ易く、かつ面発光し易い例えば乳白色のアクリル板等が用いられる。この内照式の面発光装置１５によれば複数の放電管２１を内蔵することができ、大面積でかつ明るい面発光を可能にすることができた。

しかしながら、上記したバックライト式の面発光装置は、薄厚化が可能であるものの、導光板に光を導入して伝播させるため、光吸収による損失が生じ易く、輝度を高めることができず、大面積化には適さない欠点がある。
一方、内照式の面発光装置は、高輝度の大面積化が可能であるものの、光源として一般に蛍光灯等の放電管が用いられるため、消費電力が大きく、かつ点灯寿命の短い欠点がある。また、この内照式の面発光装置は、比較的大きい光源を内蔵するため、例えば立て看板程度のサイズで、表示面の所望の部位を異なる色で発光させる場合には、複数の放電管収容スペースを設けなければならず、放電管の配置が困難となったり、発光できる色数に制約が生じたりする欠点があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、バックライト式、内照式の双方の利点が得られ、高輝度化、大面積化、薄厚化が同時に実現可能となる面発光装置を得ることにある。また、その第２の目的は、長寿命化、低消費電力化が実現可能となる面発光装置を得ることにある。さらに、その第３の目的は、立て看板程度の中型サイズにおいても、所望の部位が異なる色で容易に発光可能となる面発光装置を得ることにある。

上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の面発光装置は、光拡散板と、該光拡散板と空間を挟んで対向配置されかつ対向面に複数の平行な凹凸条を波状に形成した透明基板と、該透明基板の前記対向面と反対側の面に配置された反射板と、前記凹凸条と平行に延在しかつ前記光拡散板と前記透明基板との間で該光拡散板及び該透明基板の縁部に沿って配置されたライン状発光体とを具備したことを特徴とする。

この面発光装置では、ライン状発光体から出射される発散光の一部が直接光拡散板に照射され、他の殆どが透明基板に照射され、透明基板に照射された光は凹凸条によって光拡散板へ向けて反射される。また、透明基板を透過した光は、透明基板裏面に設けた反射板で反射され、透明基板を透過して光拡散板へ照射される。したがって、ライン状発光体からの光が、高効率で光拡散板へ照射され、光源から離れた位置であっても、凹凸条によって光拡散板へ反射されて、光の利用効率が高められる。

請求項２記載の面発光装置は、前記ライン状発光体が、複数の発光ダイオードを並設したものであることを特徴とする。

この面発光装置では、放電管方式の光源に比べ、発光寿命が大幅に延長され、同時に、放電管方式の光源に比べ、消費電力も大幅に低減される。

請求項３記載の面発光装置は、前記ライン状発光体に対向させて、前記光拡散板及び前記透明基板の他の縁部に、他のライン状発光体を配置したことを特徴とする。

この面発光装置では、１つのライン状発光体で光照射有効な距離の２倍の距離で、光拡散板及び透明基板が形成可能となり、発光面の大型化が実現可能となる。また、面積を同一とすれば、対向するライン状発光体からの発散光が、同一の凹凸条位置に重複照射可能となり、発光面の輝度が倍増可能になる。

請求項４記載の面発光装置は、前記光拡散板が、２方向の平行な複数の稜線を交差させることによって、該稜線によって包囲される多数の微小方形凹部を形成したクロス状拡散板であることを特徴とする。

この面発光装置では、ライン状発光体から直接、或いは凹凸条からの反射によって、光拡散板へ取り込まれる光の入射方向が広範囲となり、発光面の輝度が均一化され易くなる。

請求項５記載の面発光装置は、前記ライン状発光体を配置した前記光拡散板及び前記透明基板の縁部と隣接する他の縁部に、光反射板を配置したことを特徴とする。

この面発光装置では、光拡散板又は透明基板へ照射されない、ライン状発光体からの発散光も光拡散板により反射されて、光拡散板又は透明基板のいずれかに照射される。これにより、未利用となる迷光の有効利用が可能となる。

請求項６記載の面発光装置は、前記光拡散板と前記透明基板との間隙を塞ぐ側板が、該光拡散板及び該透明基板の周縁に亘って設けられ、該側板に、前記空間と外部とを連通させる複数の通気孔が穿設されたことを特徴とする。

この面発光装置では、ライン状発光体からの熱が通気孔を介して外部へ排熱され、装置の過剰な温度上昇が防止される。

請求項７記載の面発光装置は、前記透明基板の全体が、凹凸条の形成面を凹ませた凹曲面であることを特徴とする。

この面発光装置では、ライン状発光体から出射される発散光がより広範囲の凹凸条に照射され、凹凸条による反射光量が増加される。

請求項８記載の面発光装置は、前記ライン状発光体が、異なる色に発光する複数種類の発光ダイオードを繰り返し並べてなり、前記発光ダイオードを点灯する駆動回路が該ライン状発光体に接続され、任意の前記発光ダイオードを点灯制御する制御部が該駆動回路に接続されたことを特徴とする。

この面発光装置では、ライン状発光体に沿う光拡散板の任意の部位が、異なる色で発光する発光ダイオードのいずれか、或いはその組み合わせで照射可能となり、その結果、発光面の任意の部位が異なる色で発光可能となって、視認性、訴求性が高まる。

本発明に係る請求項１記載の面発光装置によれば、光拡散板と透明基板とを対向対置し、透明基板の裏面に反射板を設け、透明基板の凹凸条と平行に延在するライン状発光体を、光拡散板と透明基板との間に配置したので、ライン状発光体から出射される発散光の一部を直接光拡散板に照射し、他の殆どを透明基板に照射して、凹凸条によって光拡散板へ向けて反射させることができる。また、透明基板を透過した光を、透明基板裏面に設けた反射板で反射させ、透明基板を透過させて光拡散板へ照射することができる。したがって、ライン状発光体からの光を、高効率で光拡散板へ照射することができ、光源から離れた位置であっても、凹凸条によって光拡散板へ反射させて、光の利用効率を高めることができる。この結果、光拡散板表面である発光面の輝度を高めることができるとともに、発光面の大型化が可能となり、しかも、装置の薄厚化を可能にすることができる。

以下、本発明に係る面発光装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る面発光装置の光拡散板の一部分を切欠いた斜視図、図２はライン状発光体を対向配置した変形例の断面図、図３はクロス状拡散板の説明図である。
面発光装置１００は、光拡散板３１と、この光拡散板３１と空間３３を挟んで対向配置される透明基板３５とを有する。光拡散板３１と透明基板３５とは平行に配置され、その周縁が側板３７によって塞がれている。本実施の形態では、光拡散板３１及び透明基板が四角形である場合を図示するが、これらはこの他の多角形や楕円形状等であってもよい。 また、側板３７は、後述する光源となるライン状発光体を実装する基板であってもよい。さらに、側板３７の内面には、後述するように、光反射板が貼設されてもよい。

透明基板３５は、光拡散板３１との対向面（すなわち、内面）に、複数の平行な凹凸条３９が波状に形成されている。この凹凸条３９の断面は、円弧状の曲面、Ｖ字状の斜面等とすることができる。要するに、後述するライン状発光体から出射される発散光が、効率良く光拡散板３１へ反射される形状となっている。なお、本明細書中で、「発散光」とは、光源（ライン状発光体）より発散するように広がる光を言うものとする。凹凸条３９は、波状のピッチが大きいと明暗が生じるが、このピッチを細かい寸法にすることで、光拡散板３１を均一な明るさで光照射することが可能となる。透明基板３５の材質には、例えば透明なプラスチック等が用いられる。

透明基板３５の光拡散板３１と対向する面（凹凸条３９の形成された面）の反対側の面（裏面）には反射板４１が配置される。透明基板３５に照射された光は、凹凸条３９によって光拡散板３１へ向かって反射されるが、一部が凹凸条３９から透明基板３５内へ進入する。反射板４１は、透明基板へ進入し、透明基板３５の裏面から出射しようとする光を反射させて、再び透明基板３５内へ戻し、凹凸条３９の形成された対向面側から光拡散板３１へ向けて出射させるよう作用する。これにより、迷光を低減させて、光拡散板３１の表示面となる発光面３１ａの輝度を高めることができる。反射板４１は、別体のものを透明基板３５の裏面に貼着してもよく、透明基板３５の裏面に銀、アルミニウム等の金属薄膜や誘電体多層膜を蒸着して直接形成してもよい。

光拡散板３１と透明基板３５との間隙を塞ぐ側板３７には、凹凸条３９と平行に延在しかつ光拡散板３１と透明基板３５との間で、光拡散板３１及び透明基板３５の縁部に沿ってライン状発光体４３が配置されている。ライン状発光体４３は、側板３７を基板としてそれに実装されてもよく、或いは別体の実装基板を側板３７に貼着してもよい。

ライン状発光体４３は、複数の発光ダイオード４５を並設して構成される。小サイズの複数の発光ダイオード４５を直線状に並設することで、ライン状の光源とすることができる。この場合各発光ダイオード４５の光出射部先端には、出射光の発散角度を最適にするためのレンズ等の形成されていることが好ましい。これにより、通常の蛍光灯等のライン状光源に比べて、高強度の光を高効率に空間３３へ向けてライン状に出射できるようになっている。

このように、ライン状発光体４３を用いた面発光装置１００では、個々の光源に発光ダイオード４５を用いるので、従来の放電管方式の光源に比べ、発光寿命を大幅に延長することができ、同時に、放電管方式の光源に比べ、消費電力も大幅に低減できる。

また、面発光装置１００では、図２に示すように、ライン状発光体４３に対向させて、光拡散板３１及び透明基板３５の他の縁部に、他のライン状発光体４３Ｂを配置してもよい。このように、２つのライン状発光体４３、４３Ｂを対向配置すれば、１つのライン状発光体４３で光照射有効な距離Ｌの２倍の距離（２・Ｌ）で、光拡散板３１及び透明基板３５が形成可能となり、発光面３１ａの大型化が実現可能となる。また、面積を同一とすれば、対向するライン状発光体４３、４３Ｂからの発散光が、同一の凹凸条位置に重複照射可能となり、光拡散板３１の発光面３１ａの輝度が倍増可能になる。

光拡散板３１は、図３に示すように、２方向の平行な複数の稜線４７ａ、４７ｂを交差させることによって、この稜線４７ａ、４７ｂによって包囲される多数の微小方形凹部４９を形成したクロス状拡散板とすることができる。この微小方形凹部４９は、光拡散板３１の透明基板３５に対向する面側に形成される。光拡散板３１を、このようなクロス状拡散板とすることで、ライン状発光体４３から直接、或いは凹凸条３９からの反射によって、光拡散板３１へ取り込まれる光の入射方向が広範囲となり、光拡散板３１から出射される拡散光の強度が等しくなり、発光面３１ａ側の輝度が均一化される。なお、本明細書中で、「拡散光」とは、規則的特性を持たず各方向に散らばる光を言うものとする。

図４は面発光の作用を表す断面図である。
したがって、この面発光装置１００では、ライン状発光体４３から出射される発散光の一部が直接光拡散板３１に照射され、照射された光は拡散光となって光拡散板３１の表示面を面発光させる。また、他の殆どの光は透明基板３５に照射され、透明基板３５に照射された光は凹凸条３９によって光拡散板３１へ向けて反射され、拡散光となって光拡散板３１の表示面を面発光させる。さらに、透明基板３５に進入した光は、透明基板裏面に設けた反射板４１で反射され、透明基板３５を透過して光拡散板３１へ照射され、上記と同様に、拡散光となって光拡散板３１の表示面を面発光させる。これにより、ライン状発光体４３からの光が、高効率で光拡散板３１へ照射され、光源から離れた位置であっても、凹凸条３９によって光拡散板３１へ反射されて、光の利用効率が高められるようになっている。

図５は光拡散板の設けられた変形例の断面図である。
このように構成された面発光装置１００は、ライン状発光体４３を配置した光拡散板３１及び透明基板３５の縁部と隣接する他の縁部に、光反射板５１を配置してもよい。このような光反射板５１を設けることで、光反射板５１又は透明基板３５へ照射されない、ライン状発光体４３からの発散光も光反射板５１により反射されて、光拡散板３１又は透明基板３５のいずれかに照射される。これにより、未利用となる空間３３内での迷光の有効利用が可能となり、発光面での輝度を一層向上させることができるようになる。

面発光装置１００は、光拡散板３１と透明基板３５との間隙を塞ぐ側板３７が、光拡散板３１及び透明基板３５の周縁に亘って設けられることで、空間３３が密閉状態となる。したがって、ライン状発光体４３の長時間点灯によっては空間３３内の温度が上昇する。このため、側板３７には空間３３と外部とを連通させる複数の通気孔５３（図１、図５参照）の穿設されることが好ましい。このような通気孔５３を穿設することで、ライン状発光体４３からの熱を外部へ排熱することができ、装置の過剰な温度上昇を防止することができる。

図６はライン状発光体からの光出射方向を傾斜させた変形例の断面図である。
面発光装置１００は、ライン状発光体４３の発光ダイオード４５から出射される光の光軸ＯＡが透明基板３５の凹凸条３９に向けて傾斜されてもよい。これにより、光軸ＯＡが透明基板３５の凹凸条形成面と平行な場合に比べ、光拡散板３１への照射光を増大させることができ、光拡散板３１の輝度を一層高めることができるようになる。

図７は透明基板を凹曲面に形成した変形例の断面図である。
さらに、面発光装置１００は、透明基板３５の全体が、凹凸条３９の形成面を凹ませた凹曲面であってもよい。この場合、透明基板３５のみを凹曲面としてもよいが、図示のように、光拡散板３１も透明基板３５と同様の曲率で凹曲面としてもよい。さらに、この場合においても、図６の構成と同様に、発光ダイオード４５の光軸ＯＡを凹凸条３９に向けて傾けても良い。このような構成とすることで、ライン状発光体４３から出射される発散光がより広範囲の凹凸条３９に照射され、凹凸条３９による反射光量が増え、その結果、発光面３１ａの輝度を高めることができる。

図８は異なる色で発光する発光ダイオードを並べた変形例の説明図である。
面発光装置１００は、ライン状発光体４３が、異なる色（例えば赤、緑、青）に発光する複数種類の発光ダイオード４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂを繰り返し並べてなるものであってもよい。この場合、各発光ダイオード４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂには駆動回路５５が接続され、駆動回路５５は任意の発光ダイオード４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂを点灯制御する制御部５７によって駆動制御されるようにする。

この構成によれば、ライン状発光体４３に沿う発光面３１ａの任意の部位が、異なる色で発光する発光ダイオード４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂのいずれか、或いはその組み合わせで照射可能となる。例えば、図例のように、発光面３１ａに、ライン状発光体４３の延在方向で「ＯＰＥＮ」の４文字が形成されていれば、それぞれの文字を赤、緑、又は青の単色で照射することができ、さらに、例えば「ＯＰＥＮ」の４文字をライン状発光体４３と異なった光源光で発光させ、かつ、発光面３１ａを単色または複数色の繰り返し切替るバックライトとすることもできる。この結果、発光面３１ａ上に形成した図形や文字等と共働させて、視認効果、訴求効果を向上させることができる。

したがって、この面発光装置１００によれば、光拡散板３１と透明基板３５とを対向対置し、透明基板３５の裏面に反射板４１を設け、透明基板３５の凹凸条３９と平行に延在するライン状発光体４３を、光拡散板３１と透明基板３５との間に配置したので、ライン状発光体４３から出射される発散光の一部を直接光拡散板３１に照射し、他の殆どを透明基板３５に照射して、凹凸条３９によって光拡散板３１へ向けて反射させることができる。また、透明基板３５を透過した光を、透明基板裏面に設けた反射板４１で反射させ、透明基板３５を透過させて光拡散板３１へ照射することができる。

これにより、ライン状発光体４３からの光を、高効率で光拡散板３１へ照射することができ、光源から離れた位置であっても、凹凸条３９によって光拡散板３１へ反射させ、光の利用効率を高めることができる。この結果、表示面である発光面３１ａの輝度を高めることができるとともに、発光面３１ａの大型化が可能となり、しかも、装置の薄厚化も実現することができる。そして、ライン状発光体４３には、発光ダイオード４５を用いたので、放電管方式の光源に比べ、発光寿命を大幅に延長でき、同時に、放電管方式の光源に比べ、消費電力も大幅に低減することができる。このように、上記の面発光装置１００は、大きく薄型の面発光が可能となるので、文字や透過性の写真、テザイン図などを発光面３１ａに付設することによって、看板や表示ディスプレイ、サイン表示等として広範囲での応用が可能となり、極めて産業上の利用性が高いものとなる。

本発明に係る面発光装置の光拡散板の一部分を切欠いた斜視図である。 ライン状発光体を対向配置した変形例の断面図である。 クロス状拡散板の説明図である。 面発光の作用を表す断面図である。 光拡散板の設けられた変形例の断面図である。 ライン状発光体からの光出射方向を傾斜させた変形例の断面図である。 透明基板を凹曲面に形成した変形例の断面図である。 異なる色で発光する発光ダイオードを並べた変形例の説明図である。 従来のバックライト式による面発光装置を表す要部断面図である。 従来の内照式による面発光装置を表す要部断面図である。

符号の説明

３１…光拡散板
３３…空間
３５…透明基板
３７…側板
３９…凹凸条
４１…反射板
４３…ライン状発光体
４３Ｂ…他のライン状発光体
４５…発光ダイオード
４７ａ、４７ｂ…２方向の平行な複数の稜線
４９…微小方形凹部
５１…光反射板
５３…通気孔
５５…駆動回路
５７…制御部
１００…面発光装置

Claims (8)

1. 光拡散板と、
   該光拡散板と空間を挟んで対向配置されかつ対向面に複数の平行な凹凸条を波状に形成した透明基板と、
   該透明基板の前記対向面と反対側の面に配置された反射板と、
   前記凹凸条と平行に延在しかつ前記光拡散板と前記透明基板との間で該光拡散板及び該透明基板の縁部に沿って配置されたライン状発光体と
   を具備したことを特徴とする面発光装置。
2. 前記ライン状発光体が、複数の発光ダイオードを並設したものであることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
3. 前記ライン状発光体に対向させて、前記光拡散板及び前記透明基板の他の縁部に、他のライン状発光体を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面発光装置。
4. 前記光拡散板が、２方向の平行な複数の稜線を交差させることによって、該稜線によって包囲される多数の微小方形凹部を形成したクロス状拡散板であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の面発光装置。
5. 前記ライン状発光体を配置した前記光拡散板及び前記透明基板の縁部と隣接する他の縁部に、光反射板を配置したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の面発光装置。
6. 前記光拡散板と前記透明基板との間隙を塞ぐ側板が、該光拡散板及び該透明基板の周縁に亘って設けられ、
   該側板に、前記空間と外部とを連通させる複数の通気孔が穿設されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の面発光装置。
7. 前記透明基板の全体が、凹凸条の形成面を凹ませた凹曲面であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の面発光装置。
8. 前記ライン状発光体が、異なる色に発光する複数種類の発光ダイオードを繰り返し並べてなり、
   前記発光ダイオードを点灯する駆動回路が該ライン状発光体に接続され、
   任意の前記発光ダイオードを点灯制御する制御部が該駆動回路に接続されたことを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項記載の面発光装置。

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