JP3812673B2 - 発光標識用の面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、内照式の標識や看板を構成している導光板の縁に対して、光束を投射する方式の面光源装置に関するものである。

図５（Ａ）は大形の面光源装置の１例としての道路標識を示し、（Ｂ）は同じく店舗看板を示す外観正面図である。
内照式の標識や看板、とりわけ内照式道路標識においては、板面照度のムラが無くて、眩（まぶ）しさを感じさせないこと、並びに、保安が容易で、光源の寿命の長いことが求められる。
大形の内照式標識や看板の表示面を均一に発光させるため、導光板が用いられる。
図６は、導光板と光源とを描いた模式的な正面図であって、（Ａ）は比較的古いタイプを示している。
導光板（１）の縁に、矢印ａ，ａ…のように光束を投射するため、蛍光管（２）が設けられている。

本図６の（Ａ）図のような蛍光灯式の光源装置よりも消費電力を少なくし、かつ、光源の耐久性を向上させるため、（Ｂ）図に示したＬＥＤ（発光ダイオード）式の面光源装置が開発された。
このＬＥＤ式面光源装置を、前掲の（Ａ）図の蛍光灯式に比較すると、
蛍光管１に代えて多数の発光ダイオード３，３，３…が列設されている。これに関連する技術として、広島工業大学紀要研究編第３６巻（２００２）ｐｐ９−１２論文「太陽電池式白色ＬＥＤ内照型道路標識の開発」が公知である。
また、ＬＥＤ式面光源に太陽電池およびパルス点灯制御回路を組み合わせて商用電源の供給を不要にした技術「面発光標示盤および標識装置」が、特開２００３−１９５７９２号公報「面発光表示盤および標識装置」に掲載されている。
特開２００３−１９５７９２号公報「面発光表示盤および標識装置」 広島工業大学紀要研究編第３６巻（２００２）ｐｐ９−１２論文「太陽電池式白色ＬＥＤ内照型道路標識の開発」

図６（Ｂ）に示した「発光ダイオードと導光板との組合せから成る内照式標識・看板」は、消費電力が少なく、耐久性に優れ、大輝度で均一に発光する等、多くの長所を有しており、その用途が拡大しつつある。
しかし、多数の発光ダイオードを整列させて設置し、かつ着脱を容易ならしめるための具体的で実用的な光源装置は未だ開発されていない。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
簡単な構造で、多数の発光ダイオードを導光板に対して正確に配列させることができ、しかも、導光板に対して迅速容易に着脱することができ、発光ダイオードの経年劣化を抑制し得て、
さらに、発光ダイオードから出射された光束の有効利用率の高い発光標識用の面光源装置を提供するにある。

上記の目的を達成するために創作した請求項１に係る発明装置の構成は、（図１参照）
断面Ｈ形の柱状ソケットを具備し、Ｈ形の平行２辺に相当する１対の平行な平板状部をフランジと呼び、これに直交する中央の平板状部をウェブと呼んで、
上記のウェブに、発光ダイオード用の多数の保持孔が長手方向に列設されるとともに、
上記多数の保持孔のそれぞれに発光ダイオードが１個ずつ挿入されて装着されていて、
前記一対のフランジの間に導光板が嵌合されていて、該導光板の端面がウェブの片側の面に当接しており、
前記ウェブの、導光板に当接する側の面の反対側の面に沿って、該ウェブとフランジとに囲まれた空間内に給電用の回路基板が配置されており、
前記発光ダイオードの端子が上記回路基板を貫通してハンダ付けされ、Ｈ形ソケットのフランジに挟まれている空間から突出しない範囲内で延出せしめられ、
該延出部分が放熱器として機能するようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項１の発明装置によると、
多数の発光ダイオードを装着された断面Ｈ形柱状のソケットの一対のフランジの間に、導光板の縁を嵌合させると、該多数の発光ダイオードが導光板に対して正確に、かつ確実に配列され、多数のダイオードを導光板に対して迅速容易に着脱することができる。
その上、給電用の回路基板がＨ形ソケットのフランジによって保護されていて、外部障害物の衝撃を受けて破損したり、導電性異物の接触を受けてショートしたりする虞れが無い。
さらに、発光ダイオードの端子が上記回路基板を貫通して、Ｈ形ソケットのフランジに
保護された状態で延出していて放熱効果が果たされる。

本発明を適用して、多数の発光ダイオードを装着された断面Ｈ形柱状のソケットの一対のフランジの間に、導光板の縁を嵌合させると、該多数の発光ダイオードが導光板に対して正確に、かつ確実に配列され、多数のダイオードを導光板に対して迅速容易に着脱することができる。
その上、給電用の回路基板がＨ形ソケットのフランジによって保護されていて、外部障害物の衝撃を受けて破損したり、導電性異物の接触を受けてショートしたりする虞れが無い。
さらに、発光ダイオードの端子が上記回路基板を貫通して、Ｈ形ソケットのフランジに
保護された状態で延出していて放熱効果が果たされる。

図１は本発明に係る面光源装置の１実施形態を示す模式的な部分破断斜視図である。ただし模式化して描いてあるので、各構成部分の寸法比率および位置関係は必ずしも写実的に正確ではない。
符号１を付して示したのは透過性の良いアクリル製の厚板（ｔ＝８ｍｍ）製の導光板である。
図示を省略したが、必要に応じて網点印刷・レーザー加工またはスリット加工によって標識模様を形成してある。
Ｈ形ソケット４は断面Ｈ形の柱状であり、譬えて言えばＨ型鋼と類似の立体形状（Ｈ形柱）である。説明の便宜上、Ｈ型鋼における呼称に準じて（図示のごとく）一対の平行板状部をフランジ４ａ，４ｂと名付ける。そして、該一対のフランジを連結している（フランジに対して直角な）細長い平板状の部分をウェブ４ｂと名付ける。
上記一対のフランジ４ａ，４ｂの間隔寸法は、前記導光板１の厚さ寸法に対して緩やかに嵌合するように設定してある。すなわち、着脱操作に必要な程度のクリアランスを与えてある。

前記のウェブ４ｂに、発光ダイオード取り付け用の保持孔５の多数が、Ｈ形ソケット４の長さ方向に列設されていて、これら保持孔５のそれぞれに、発光ダイオード３が挿入されている。
上記のような構成であるから、Ｈ形ソケット４の保持孔５を正確に配設しておけば、該Ｈ形ソケット４の溝状部を導光板１の縁に嵌合させて組み付けることによって、多数の発光ダイオード３が導光板１に対して正確に配列される。
また、多数の発光ダイオード３を挿入して保持したＨ形ソケットを導光板１から取り外すと、多数の発光ダイオード３が迅速容易に、一挙に導光板１から取り外される。
以上のようにして、多数の発光ダイオードの着脱交換作業も点検清掃作業も、少ない人手で行なうことができ、しかも作業員に格別の熟練を要しない。従って、メンティナンス性が良く、保守コストが低廉である。

図２は前記実施形態に係る面光源装置（図１）を示す２面図であって、（Ａ）はＨ形ソケットに発光ダイオードを装着した状態を描いた部分断面正面図、（Ｂ）は回路基板を取り付けたＨ形ソケットの、長手方向に直交する面による断面図に導光板を対応させて描いた分解側面図である。ただし、両図とも模式的に描いてあるから、必ずしも写実的な投影図ではない。（Ａ）図においては導光板の図示を省略してあり、（Ｂ）図においては発光ダイオードの図示を省略してある。
本図２（Ａ）に示すごとく、Ｈ形ソケット４のウェブ４ｂに列設された保持孔５のそれぞれに発光ダイオード３が挿入されていて、該発光ダイオードの端子は回路基板６にハンダ付け７されている。
上記回路基板６は、前記Ｈ形ソケット４のウェブ４ｂの「導光板１に対向している側と反対側の面」に沿って、これと平行に設置されている（本図２において、ウェブ４ｂが導光板に対向していてる面は上側の面であり、その反対側の面は下側の面である）。

このような構成によって、回路基板６および端子３ａは二枚のフランジ４ａ，４ｃの間に形成される空間内に位置する。従って、外部障害物の衝突を受けて損傷を被る虞れが無く、また、導電性の異物の接触を受けてショートする危険性が無い。さらに、完全ではないが防水される。
発光ダイオード３の端子３ａは、回路基板６を貫通して下方に延出している。
これにより、該端子３ａが放熱器として作用し、発光ダイオード３の温度上昇を抑制して過熱を防止する。

最近行なわれた発光ダイオードの２万時間連続点灯試験によれば、「時間経過による発光性能の低下は認められなかったが、該発光ダイオードのレンズの役目を果たしている透明合成樹脂が劣化して透明度が低下し、外見的に光度が悪くなっていたことが判明した」と報告されている。
このような現象に着目すれば、本発明の適用によって発光ダイオード３の過熱が防止されることによって透明合成樹脂の劣化進行が抑制され、透明度の維持時間が延長されることが、合理的に期待される。これによって、構成部材としての発光ダイオードの耐久性を向上せしめられる。

以上に述べた構成により、多数の発光ダイオード３のそれぞれは、保持孔（５）によって概要的に位置ぎめされるとともに、ハンダ付け７によって固定され、かつ、上記ハンダ付け７によって電気的に接続導通される。
上記のハンダ付け７によって、Ｈ形ソケット４に対する発光ダイオード３の機械的支持と電気的接続とが一挙に行なわれ、生産性が良い上に、導光板１に対する発光ダイオードの着脱交換および点検清掃が迅速容易に行なわれる。発光ダイオードの数は非常に多い（数百個）が、取り外された発光ダイオードが清掃中に紛失する虞れが無く、メンティナンス性に優れている。
例えば高速道路の標識などのように、２４時間連続使用されて休止期間が無く、数分間の表示消失も許されない面光源装置を定期点検整備する場合であっても、予備のＨ形ソケットに発光ダイオードを取り付けて準備しておくことによって、大型の面発光標識に装着されている数百個の発光ダイオードを、きわめて迅速に（熟練すれば秒単位で）着脱交換することができる。

実際の製造過程においては、メーカーから供給される発光ダイオードの端子はリード線になっていて、図２（Ａ）に示した状態に比して更に長い。そこで、このリード線状の端子を回路基板６に挿通して、ハンダ付け（７）するとともに、余分のリード線を切り取れば良い。
この際、端子３ａの先端が「一対のフランジ４ａ，４ｂによって挟まれた空間」から突出しないように留意することが望ましい。その理由は、端子が長すぎると他の物体に触れてショートしたり変形したりする虞れが有るからである。

図３は、大型の発光標識用の面光源装置を構成している導光板とＨ形ソケットとを模式的に描いた正面図である。
１個の導光板１に対して１個の長尺のＨ形ソケットを対応させて取り付けると、その着脱交換が１回の操作で完了するから好都合である。
しかし、本図３の実施例では、敢えて４個のＨ形ソケット４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを構成して、これら４個のＨ形ソケットを１列に並べて取り付けてある。
Ｈ形ソケットの主たる役目は多数の発光ダイオード（本図において図示省略）を配列して支持することであるが、派生的な役目として導光板１の重量を支持しなければならない場合が多い。そのようなとき、本図３の実施例が好適である。
いま仮にＨ形ソケット４Ｂを、仮想線で示した４Ｂ′のように取り外しても、導光板１の重力荷重は残り３個のＨ形ソケット４Ａ，４Ｃ，４Ｄで支持される。このため、別段の仮支持手段を講じなくても支障を来たさない。

この図３だけを見ていると、Ｈ形ソケット４Ｂの取り外し取り付け操作は、該Ｈ形ソケット４Ｂを上下に動かして脱着すれば良いように思われる。しかし、実際の発光表示装置においては、導光板およびＨ形ソケットの周囲を外装板（図示省略）で覆われている。
発光ダイオードの点検清掃に一々外装板の全部を脱着していては面倒なので、なるべく外装板の一部分だけ取り外してＨ形ソケットの脱着交換を行ないたい。
そのためには、Ｈ形ソケットを回転させながら引き出す形に障害物を躱（かわ）しながら、狭い隙間を通過させたい。
このような場合は、次に示す実施例が好適である。

図４は、脱着を容易ならしめるよう、特に工夫したＨ形ソケットを示し、発光ダイオードおよび回路基板を装着した状態の断面図に導光板を対応させて描くとともに、取り外し方向を表す矢印を付記した図である。
図において左が発光標識の正面側、右が背後側である。一対のフランジを図示のように前側フランジ４ｄ、および後側フランジ４ｅと呼ぶ。
符号Ｗｆは前側フランジ４ｄの幅寸法である。この図をみると、幅寸法ではなくて高さ寸法であるように感じられるが、前側フランジ４ｄは図の奥行き方向に長さを有する細長い平板状の部材であるから、これを立体的に考察すると、このＷｆは幅寸法である。同様に、符号Ｗｂは後側フランジ４ｅの幅寸法である。

この実施例においては、前側フランジ４ｄの幅寸法Ｗｆを、後側フランジ４ｅの幅寸法Ｗｂよりも短くしてある。これにより、矢印Ｆのように回しながら引き出して、障害物を躱（かわ）すのに好都合である。
符号※を付して示したのは「前側フランジ４ｄの、導光板側の片」である。この片の二つの角（立体的に考えると稜線）の内で、導光板１に接している方の角に丸みｒ（いわゆるアール）を付してある。これによって、矢印Ｆのように回しながらの取り外し、取り付けが一層容易になる。
発光ダイオード３を挿入する保持孔は、ネガチブな直円柱面であっても良く、また本図
４のように導光板１に向かって開くテーパ孔であっても良い。

本実施例においては、前記のＨ形ソケット４を白色のアクリル樹脂で構成した（
先に述べたように、導光板１の材質は透明アクリル樹脂である）。
本発明を実施する際、Ｈ形ソケットの材質は、導光板１の材質と同様ないし類似に選定することが望ましい。
すなわちＨ形ソケットの光学的性質、特に屈折率を、導光板とほぼ等しくすることが望ましい。
そして、色調は白色とする。次に、その理由を述べる。
（イ） 発光ダイオードは、主投光方向のみでなく側方に向けても光束を出射する。
そこで、いま仮にＨ形ソケットが無色透明であったとすると、側方に出射された光束はＨ形ソケットを透過して無効光になってしまう。
（ロ） Ｈ形ソケットが白色であると、発光ダイオードから側方に出射した光束が該Ｈ形ソケットに入射し、散乱されて一旦は迷光となる。この迷光の内の少なからぬ部分が導光板に向かう。
（ハ） 「導光板とＨ形ソケットとが接している面」に到達した光は、屈折したり反射したりするが、双方の屈折率が等しい場合は反射される割合が少なく、かつ、マクロ的には屈折しないで導光板に入射する。
以上に述べた理由によって、Ｈ形ソケットを導光板に類似の材質とし、かつ乳白色とすることによって、「発光ダイオードから出射した光束」の有効利用率を向上せしめることができる。

本発明に係る面光源装置の１実施形態を示す模式的な部分破断斜視図である。 前記実施形態の面光源装置（図１）を示す２面図であって、（Ａ）はＨ形ソケットに発光ダイオードを装着した状態を描いた部分断面正面図、（Ｂ）はＨ形ソケットの長手方向に直交する面による断面図に導光板を対応させて描いた分解側面図である。 １個の導光板に対して複数個のＨ形ソケットを配置した状態を描いた模式的な正面図である。 前掲の図１と異なる実施形態における断面側面図である。 背景技術を説明するための図で、（Ａ）は大形の面光源装置の１例としての道路標識を示し、（Ｂ）は同じく店舗看板を示す概要的な正面図である 背景技術に係る導光板を用いた面光源装置を模式的に描いた斜視図であり、（Ａ）は比較的古いタイプ、（Ｂ）は比較的新しいタイプを示している。

符号の説明

１…導光板
２…蛍光管
３…発光ダイオード
３ａ…端子
４…Ｈ形ソケット
４ａ…フランジ
４ｂ…ウェブ
４ｃ…フランジ
４Ａ〜４Ｂ…Ｈ形ソケット
４ｄ…前側フランジ
４ｅ…後側フランジ
５…保持孔
６…回路基板
７…ハンダ
ａ…照明光の方向を表す矢印
ｂ…導光板の嵌合組みつけ方向を表す矢印
Ｆ…Ｈ形ソケットの取り外し方向を表す矢印
Ｗｂ…後側フランジの幅寸法
Ｗｆ…前側フランジの幅寸法

Claims (1)

1. 断面Ｈ形の柱状ソケットを具備し、Ｈ形の平行２辺に相当する１対の平行な平板状部をフランジと呼び、これに直交する中央の平板状部をウェブと呼んで、
   上記のウェブに、発光ダイオード用の多数の保持孔が長手方向に列設されるとともに、
   上記多数の保持孔のそれぞれに発光ダイオードが１個ずつ挿入されて装着されていて、
   前記一対のフランジの間に導光板が嵌合されていて、該導光板の端面がウェブの片側の面に当接しており、
   前記ウェブの、導光板に当接する側の面の反対側の面に沿って、該ウェブとフランジとに囲まれた空間内に給電用の回路基板が配置されており、
   前記発光ダイオードの端子が上記回路基板を貫通してハンダ付けされ、Ｈ形ソケットのフランジに挟まれている空間から突出しない範囲内で延出せしめられ、
   該延出部分が放熱器として機能するようになっていることを特徴とする、発光標識用の面光源装置。
   

Images