JP2007233396A - 面発光表示盤および標識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小電力で作動し、高輝度で均整度の優れた面発光表示盤および標識装置を提供する。
【解決手段】面発光表示盤は、導光板の一端面に列状に配置され且つ複数の組に分割された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０と、複数の組の各組毎にＬＥＤを同一位相でパルス点灯し且つ各組のパルス点灯する位相をずらしてパルス点灯させるタイミングを発生するタイミング発生回路１５を備えており、各組は複数のＬＥＤを電気的に直列接続した回路を含み、各組のＬＥＤは列状に分散して配置されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、導光板の一端面に発光ダイオード（ＬＥＤ）列を配置した面照明光源をもつ面発光表示盤およびこの面発光表示盤を備える標識装置に関する。

道路標識・案内標識・広告塔などに面発光表示盤が用いられており、この光源には発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されている。例えば、特許文献１に示されるように、ＬＥＤを光源とするエッジライト型のバックライトを形成した照明装置および案内表示装置が知られている。この装置は、直列に接続したＬＥＤを択一的に選択して順次に電源に接続し点灯するように構成されている。

特開平１０−３２１０２０号公報

しかしながら、上記従来の照明装置および案内表示装置では、５０ｃｍないし１ｍ角の寸法の面積を持つ標識について、発光効率の高いＬＥＤを使用して照明を行っても、昼間の太陽電池による発電で夜間の全点灯を行うと、遠方から識別できるような高い輝度を持つことができない、あるいは表示面のチラツキが発生する、あるいは照度ムラ（均整度＝最大照度／最小照度）が大きいなどの課題がある。

また、これらの課題を軽減するために充分な大きさの太陽電池パネルを設置すると、面発光表示盤の面積と同程度以上の大きさの太陽電池パネルが必要となり、そのような太陽電池パネルを面発光表示盤の近くに配置すると標識などの表示に支障を生じ、コスト高になるという課題がある。

そこで、本発明は、上記の課題にかんがみ、小電力で作動し、高輝度でちらつきの少ない、均整度の優れた面発光表示盤およびこの面発光表示盤を備える標識装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の面発光表示盤は、導光板の少なくとも一端面に列状に配置され且つ複数の組に分割された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、複数の組の各組毎にＬＥＤを同一位相でパルス点灯し且つ各組のパルス点灯する位相をずらしてパルス点灯させるタイミングを発生するタイミング発生回路とを備えることを特徴とする。

前記構成において、前記各組は、複数のＬＥＤを電気的に直列接続した回路を含むことを特徴とする。

また、各組のＬＥＤは、列状に分散して配置することを特徴とする。

さらに、本発明の標識装置は、上記面発光表示盤と、太陽電池と、太陽電池の発電する電力を蓄える蓄電池と、蓄電池と太陽電池の出力を切り替える電源制御器とを備えることを特徴とする。

上記構成の本発明の面発光表示盤および標識装置では、ＬＥＤをパルス点灯するので、連続点灯よりもＬＥＤの電流を上げて高輝度で発光し、発光効率を改善することができる。さらに、ＬＥＤを同一位相で点灯する複数のＬＥＤの組に分割して各組の位相をずらせながら点灯するので、チラツキを防止して省電力が可能となる。

また、各組は複数のＬＥＤを電気的に直列接続した回路を含むので、制限抵抗やスイッチング素子による一灯あたりの電力損失を単独のＬＥＤ駆動時よりも下げることができる。

さらに、各組を構成するＬＥＤを列状に分散配置しているので、他の組の点灯も重なる部分では、連続点灯と類似する輝度パターンとなり、優れた均整度を得ることができる。

これによって、本発明の面発光表示盤はパルス点灯制御によってＬＥＤの省電力を実現できるので、道路標識としての性能を満たし、全点灯可能な表示を小さく安価な太陽電池で表示できるようになる。さらに、本発明の標識装置は、省電力で、夜間に遠方から充分識別できるような高い輝度を持ち、表示面のチラツキが少なく、照度ムラの小さい面発光表示盤を備えるので、道路標識・案内標識・広告塔等に広く利用できるようになる。

以上の説明から理解されるように、本発明の面発光表示盤および標識装置では、表示面積よりも小さい安価な太陽電池パネルで全点灯でき、省電力で、夜間に遠方から充分識別できるような高い輝度を有するとともに、表示面のチラツキが少なく、照度ムラの小さい面発光表示盤を実現することができ、道路標識・案内標識・広告塔等に広く利用できるようになる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る標識装置の構成図である。図１の標識装置１は、一般的な道路標識性能を満足する道路標識の例であって、夜間に発光する面発光表示盤２、太陽光を受けて発電する太陽電池３および面発光表示盤２と太陽電池３を制御する制御装置４を備えている。制御装置４は蓄電池および電気回路を内蔵する。

図２は本発明の実施形態に係る面発光表示盤の構成図であって、面発光表示盤２の一部を図２（ａ）に示し、図１の面発光表示盤２のＡ−Ａの断面を図２（ｂ）に示す。面発光表示盤２は、ＬＥＤ１０の光を導く導光板５、導光板５の裏面に反射機能を持つ網点６を備え、裏面には反射板７を備え、表面には拡散板８およびその上に透光性があるパターン９を備え、また側面には、発光する光を導光板５のエッジに入射するように取り付けてあるＬＥＤ１０と、ＬＥＤ１０を駆動するＬＥＤ駆動回路１１を備えている。網点６の印刷状態はＬＥＤ１０に近い側で低密度とし、ＬＥＤ１０から離れるほど高密度とし、ＬＥＤ１０からの光がＬＥＤ１０からの距離によらず、ほぼ均一にパターン９を照明するようになっている。

図３は本発明の実施形態に係る標識装置の回路構成図である。昼間に太陽光を受けて発電する太陽電池３の電力を、電源制御器１３によって蓄電池１２に蓄える。夜間に太陽電池３が発電しなくなると、蓄電池１２の電力を、電源制御器１３によって電源線１７および直流・直流変換器１４に供給する。直流・直流変換器１４は、マイクロコンピュータなどを内蔵するタイミング発生回路１５およびＬＥＤ駆動回路１１に所定の電圧の電源１８を供給するために電源線１７の電圧を所定の電圧に変換する。タイミング発生回路１５が発生する信号１９に従って、ＬＥＤ駆動回路１１は所定のＬＥＤ１０に電流制限抵抗器２０を介して電流を流してＬＥＤ１０を点灯する。

図４は本発明の実施形態に係るＬＥＤを直列接続して省電力化する技術を説明する図である。図４（ａ）に示すように、単独のＬＥＤ１０を駆動素子３６によりパルス駆動する際に、電流値の増大によるＬＥＤの破損を防止し、ＬＥＤ１０に流れる電流を一定値ＩＦにするために電流制限抵抗器２０を用いる。ＬＥＤ１０の点灯時にこの電流制限抵抗器２０にかかる電圧電流（図の斜線部に相当）は電力損失となる。図４（ｂ）に示すように、電源電圧をＶａからＶｂに上げて、例えば３個のＬＥＤ１０を直列に接続し、各ＬＥＤに共通の電流制限抵抗器２０を設けることで、ＬＥＤ一個あたりの抵抗による電力損失は１／３となり、点灯のための電力を節約することができる。

図５は本発明の実施形態に係るＬＥＤのパルス点灯するタイミングを説明する第１の図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は導光板５を正面から見た図であり、導光板５の側面に配置したＬＥＤ１０を丸印で示し、黒丸は点灯しているＬＥＤを、白丸は消灯しているＬＥＤを示す。また斜線部はＬＥＤ点灯時に導光板５を照明している範囲を示す。図５（ｃ）および図５（ｄ）は各ＬＥＤの発光輝度を示す時間波形であり、図５（ａ）および図５（ｂ）の点灯状態と対応するように時間軸の長さを調整しかつ時間軸を折り返して示している。

図５（ａ）は、全ＬＥＤを周期Ｔａでパルス幅τａの区間だけ点灯する場合の例を示す図である。図５（ｂ）は、ＬＥＤを同一位相で点灯する３組のＬＥＤ組に分割して、各組の位相遅れを周期の３分割となるように点灯制御する場合の例を示す図である。ＬＥＤ列のうち、ＬＥＤのＮｏ．Ｌ１，Ｌ４，Ｌ７は繰り返し周期Ｔｂでパルス点灯する。ＬＥＤのＮｏ．Ｌ２，Ｌ５，Ｌ８は周期Ｔｂ／３の位相遅れで同様にパルス点灯する。ＬＥＤのＮｏ．Ｌ３，Ｌ６（Ｌ９以下は図示省略）はさらに周期Ｔｂ／３の位相遅れでパルス点灯する。導光板面を周期Ｔｂ／３で照明し、それが残像効果範囲内のときには盤面のチラツキがなく連続点灯しているように見える。ＬＥＤの輝度Ｐｂとパルス幅τｂを調整することによって、必要な表示盤面の照度を得ることができる。

同じ組のＬＥＤは導光板内で同時に発光し導光板を分担して照明するので、導光板が大型化してもＬＥＤの輝度を変えずに必要な照度を得ることができる。位相３分割で点灯する各ＬＥＤの点灯周期は、導光板が照明される周期が同じであっても、図５（ａ）に示す同一位相で点灯するＬＥＤの点灯周期（Ｔａ）の３倍にとることができるので、ＬＥＤ発光の効率を改善し、同じ表示盤面の照度を得るのに消費電力を低減することができる。

同一周期で点灯させるＬＥＤ組の分割数は、２組（周期の２分割）としてもよいが、電力の消費を改善する割合が低下する可能性がある。また、４組以上（周期を４分割以上）にした場合に電力消費をより改善する場合もあるが、表示盤面輝度が不足する可能性がある。最適な分割数は設計条件に応じて試験によって決定し、タイミング発生回路１５に内蔵されたマイクロコンピュータなどによりプログラマブルに設定する。

図６は本発明の実施形態に係るＬＥＤのパルス点灯するタイミングを説明する第２の図である。４個の直列ＬＥＤ群を３つの組に分けて点灯させる場合の例で説明する。単純に同じ群のＬＥＤのＮｏ．Ａ１〜Ａ４、Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ４およびＮｏ．Ｃ１〜Ｃ４（Ｃ１〜Ｃ４は図示を省略）をその順に並べて配置すると図６（ａ）に示す照明状態となる。このとき、導光板のＬＥＤに近い側の任意点（△印）と、ＬＥＤから遠い側の任意点（×印）の明るさを見ると、図６（ｅ）に示すように、両者は類似のパターンで照明されることになる。ところが、通常導光板は網点反射体の特性を調整してＬＥＤからの距離が離れても均一な輝度で発光するように調整している。従ってこの場合、発光面内の均整度が低下する。

ＬＥＤの光が導光板に入射するとき、板内の進行方向に拡散があり、拡散の角度によっては、遠い位置の輝度が近い位置に比べて低下し、導光板の均整度が低下してしまうことがある。図６（ｂ）に示すように、同じ組のＬＥＤを分散して配置しておくと、近傍の点（△印）の輝度パターンは図６（ｅ）と同じであるが、遠方の点（×印）の輝度パターンは他の群のＬＥＤによっても照明されるので、繰り返し周期における輝度パターンは図６（ｆ）のようになり、連続点灯と類似する。このようなＬＥＤの分散配置によって導光板の発光の均整度を改善することができる。なお、最適な分散配置位置は、ＬＥＤの光の広がり角度や、群・組の数に応じて図面上での検討や実験によって決定し、タイミング発生回路１５に内蔵のマイクロコンピュータなどによりプログラマブルに設定する。

次に、本発明の標識装置の実施例について説明する。
面発光表示盤２は、内寸法９０×９０ｃｍ、外形寸法１００ｃｍ×１００ｃｍ×５ｃｍ厚で、導光板５、網点６、反射板７、拡散板８およびパターン９からなる面照明光源には（株）荒川製のバランスボードを使用する。中央の導光板５は、０．２ｍｍ厚さのプラスチック板（アクリル樹脂製）であり、その両側に白色発光するＬＥＤ１０（日亜化学製ＮＳＰＷ５００Ｓ−Ｒ型）を６ｍｍピッチで一列に各１４４個配置し、発光した光が透明板のエッジに入射するように取り付けてある。

図７は本発明の実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す図である。図７の回路を１ブロックとして計４ブロック、すなわち７２×４＝２８８個のＬＥＤを同時並行して点滅する。並列に接続するＬＥＤのうち、上側のＬＥＤ（ＬＥＤのＮｏ．３，４，７，８・・・，７１，７２）は導光板５の一方の側面に、下側のＬＥＤ（ＬＥＤのＮｏ．１，２，５，６・・・，６９，７０）は、導光板の他方の側面に、それぞれ対角線上で同時点灯するように配置する。

ＬＥＤ２個を直列に接続し、１つの群をなすＬＥＤを、低電力のＭＯＳ型駆動用集積回路（ローム社製ＢＡ８２９型）に電流制限抵抗２０を通して接続する。点滅信号３０をクロック信号３１と同期して配送し、シフトレジスタ３２で１クロック毎に右方向へ転送する。シフトレジスタ３２の内容をラッチ信号３４によりラッチ３３で保持し、点灯信号が１の場合にストロボ信号３５の幅だけ駆動素子３６が動作し、ＬＥＤを点灯する。即ち、クロック信号に同期して、任意のＬＥＤ組数で任意の周期・パルス幅の点灯動作が可能になっている。これらＬＥＤ駆動回路１１の点滅信号３０、クロック信号３１、ラッチ信号３４、ストロボ信号３５の発生タイミングは設定可能なものであって、タイミング発生回路１５に内蔵されたマイクロコンピュータなどにより発生し、信号１９から与える。

図８は本発明の実施例に係るＬＥＤの配置と動作タイムチャートを示す図である。図８は、パルス繰り返し周期Ｔ１、パルス幅Ｔ２で点灯するＬＥＤ群を、同一位相で点灯する４組のＬＥＤに分割し、各組を（Ｔ１）／４の位相遅れで点灯する場合を示している。図８の上部に示した横軸はＬＥＤの配置位置を表し、ＬＥＤ．Ｎｏは図７のＬＥＤ．Ｎｏに対応する。タイムチャートは時間軸である。分かりやすくするために配置位置と点灯時刻が一致するように表現している。

均整度を良好とするように直列ＬＥＤ群を配置する。本実施例の場合、直列２個のＬＥＤを分散配置しなくとも、均整度＝１．３が得られる。ちなみに蛍光灯を用いたバックライト表示盤の場合、使用時の均整度は３〜４程度であるから、上記均整度は極めて良い値である。

また、パルス繰り返し周期（Ｔ１）とデューティ比ＤＴＲ＝Ｔ２／Ｔ１は、表示のチラツキがなく、輝度が良好となるようにタイミング発生回路１５において設定する。本実施例の場合、直列接続したＬＥＤを８０ｍＡのピーク電流で点灯し、パルス繰り返し周波数２ｋＨｚ、ＤＴＲ＝１／１８（即ちパルス幅＝５００μｓ／１８＝２７．８μｓ）のとき、表示面全体に亘ってチラツキのない表示と道路標識に適する面発光表示盤上の照度１２０〜１５０ルックスを得ることができた。道路標識に最低必要な照度は６３ルックス程度といわれているので、上記照度は十分な値である。

上に述べた実施例の標識装置では、照明時の消費電力は８. ９ワットとなり、面発光表示盤よりも小さな面積の太陽電池を用いた昼間の充電で夜間に照明する電力を十分まかなうことができる。本実施例と同じ２８８個のＬＥＤを同じ輝度で連続点灯させるときは３７. ５ワットの電力が必要であり、本実施例ではその１／４〜１／５の消費電力となっている。

また、照明時の照度１２０〜１５０ルックス、均整度（発光面内の最大照度と最小照度との比）＝１．３の性能が得られた。３０×４０ｃｍの太陽光パネルにより発電し、制御装置内の小型蓄電池に蓄えられた電力で、無日照日が２日間続いても、１日約１３時間の全点灯を実現できた。

本発明の実施形態に係る標識装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る面発光表示盤の構成図である。 本発明の実施形態に係る標識装置の回路構成図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤを直列接続して省電力する技術を説明する図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤのパルス点灯するタイミングを説明する第１の図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤのパルス点灯するタイミングを説明する第２の図である。 本発明の実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す図である。 本発明の実施例に係るＬＥＤの配置と動作タイムチャートを示す図である。

符号の説明

１ 標識装置
２ 面発光表示盤
３ 太陽電池
４ 制御装置
５ 導光板
６ 網点
７ 反射板
８ 拡散板
９ パターン
１０ ＬＥＤ
１１ ＬＥＤ駆動回路
１２ 蓄電池
１３ 電源制御器
１４ 直流・直流変換器
１５ タイミング発生回路
２０ 電流制限抵抗器

Claims (4)

1. 導光板の少なくとも一端面に列状に配置され且つ複数の組に分割された複数の発光ダイオードと、
   該複数の組の各組毎に発光ダイオードを同一位相でパルス点灯し且つ該各組のパルス点灯する位相をずらしてパルス点灯させるタイミングを発生するタイミング発生回路とを備えることを特徴とする、面発光表示盤。
2. 前記各組は、複数の発光ダイオードを電気的に直列接続した回路を含むことを特徴とする、請求項１に記載の面発光表示盤。
3. 前記各組の発光ダイオードは、列状に分散して配置したことを特徴とする、請求項１に記載の面発光表示盤。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の面発光表示盤と、太陽電池と、この太陽電池の発電する電力を蓄える蓄電池と、この蓄電池と上記太陽電池の出力を切り替える電源制御器とを備えることを特徴とする、標識装置。

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