JP4031735B2 - 発光表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば公共建物内での案内表示や簡単な広告など、一定の画像を電光で表示することができる発光表示装置に関する。さらに詳しくは、非常に簡単な構成で、複合色を利用したアピールしやすい発光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤドットマトリクス表示装置や液晶表示装置のように、表示画像を随時変化させるものではなく、駅などの広告や案内表示板など、一定の画像や文字を表示する装置としては、電飾看板などが知られている。これらの電飾看板は、たとえば図４に示されるように、蛍光管５１などの光源がバックライトとして反射ケース５２内に設けられ、バックライトの表面に、光拡散板５３を介して、画像が描画された表示パネル５４を設置することにより、表示パネルの画像をライトアップする構成になっている。このような蛍光管をバックライトとする構成では、蛍光管５１と表示パネル５４との間の距離を大きくしないと、蛍光管５１の近くは明るすぎて、離れると暗くなり、蛍光管のイメージが現れて均一な表示画像を得られないため、奥行きが厚くなり、装置が大形化するという問題がある（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このような問題を解決するため、図５に示され、液晶表示装置などにも用いられるように、導光板６１の側面から蛍光管または発光ダイオード（ＬＥＤ）を１個または複数個配列した線状光源６２または点状光源などにより光を導入し、その表面に設けられる光拡散板６３などを介して表面側から均一に光を放射する面状光源をバックライトとして、その上面側に画像を描画した表示パネル６４または液晶パネルなどを配置して表示パネルまたは液晶パネルの画像を表示する構成のものも知られている（たとえば特許文献１参照）。この場合、導光板の裏面や側面に光反射膜が設けられたり、表面での輝度の均一化を図るため、導光板裏面に大きさを変えた反射膜パターンが導光板の裏面に設けられる場合もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１５３４０５号公報（図１７、１８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、変化させない表示画像をライトアップなどにより表示する場合、画像を描画した表示パネルを裏面から光源により直接照射したり、導光板により均一な面状光源とされたバックライトにより照射したりすることによりきれいな表示画像をライトアップして見栄えのある表示をすることが可能である。しかし、直接照射の場合は、光源と表示パネルとの間隔を大きくしなければならないため大形化し、導光板を用いる方法では、コストアップになるという問題がある。さらに、これらの方法では、いずれの場合でも、光源の光により直接表示するのではなく、表示パネルをライトアップするもので、光源の光の利用が間接的で無駄が多く、電力の消費も多くコストアップになるという問題がある。
【０００６】
一方、たとえばビル内での「非常口」とか、公共建物内での「入口」や「出口」などの簡単な案内表示や、簡単な表示の広告板などの場合には、低消費電力で、安価に、かつ、薄型に形成され、できるだけ人目を引くような表示にすることが望まれる。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、簡単な文字や図形などを直接発光させることにより表示し、低消費電力で、かつ、小形、薄型の発光表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、導光板の裏面にヘアライン加工やシボ加工などの凹凸を施して導光板の側面からＬＥＤなどにより導光板内に光を導入すると、その凹凸部で導入した光が乱反射し、凹凸が形成された部分だけが発光しているように見えることを見出した。そして、その導光板と垂直方向に他の表示器などの光が放射される場合には、そのまま導光板を透過して認識されるため、導光板の下の表示と導光板の凹凸が形成された画像とを合せて認識することができ、凹凸を形成した導光板を２枚以上重ねてそれぞれの導光板の側面から発光素子により光を入射させると、それらの導光板の画像を重ね合せて表示させることができることを見出した。なお、２枚以上の導光板を重ね合せる場合、その導光板間でそれぞれの発光素子の光がクロストークしないように、それぞれの発光素子が遮蔽されると共に、導光板間には、空隙部を形成する必要がある。
【０００９】
本発明による発光表示装置は、裏面側に所望の表示画像の図形に合せた凹凸部が形成された導光板と、該導光板に光を導入できるように前記導光板の側面に設けられる発光素子とからなり、前記凹凸部が、前記導光板の裏面に形成された断面が矩形状の凹部の底面に平行な直線状の溝で形成されることにより、該導光板と垂直方向に入射する光を透過させるように形成されると共に、前記発光素子が設けられた導光板が一定間隔をあけて複数枚重ねて設けられ、少なくとも２枚の導光板の裏面側に形成された表示画像同士を重畳して表示し得る構成になっている。
【００１０】
ここに表示画像とは、数字や文字、キャラクタ、図形などからなり、案内や広告などの標識に使用し得る画像を意味する。また、凹凸とは、直線状の溝（ヘアライン）やシボ加工が施された状態を意味する。
【００１１】
この構造にすることによって、表示画像をカラーなどで描画した表示パネルなどを作ることなく、導光板内に導入した光をそのまま反射させて表示画像とすることができる。すなわち、導光板の裏面に、表示画像の形状に合せた部分に凹凸が形成されており、導光板内に導入された光はその凹凸部で乱反射をして導光板の表面に出射するため、凹凸部で発光しているように見える。すなわち、導光板に導入された光が、凹凸部が形成された部分で直接発光しているように観察される。そのため、導光板に導入された光を間接的に利用してライトアップするのとは異なり、導光板内に導入した光を有効に利用することができ、少ない入力で明るい表示をすることができる。
【００１２】
前記発光素子が設けられた導光板が、一定間隔をあけて複数枚重ねて設けられ、少なくとも２枚の導光板に形成された表示画像の図形を重ね合せて表示することにより、簡単な構成で、立体的表示をすることができ、また、たとえば異なる導光板を用いて周囲のみをぼかした背景にすることもでき、非常に新鮮味に溢れた発光表示装置とすることができる。なお、「一定間隔をあけて」とは、隣接する導光板同士で、相互間の発光素子の光が支障のない程度に混入しないように間隔が設けられることを意味し、逆に配置のスペースの関係で、相互の表示画像が分散してしまわないで両画像を重ね合せることができれば、大幅に分離されていても構わない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の発光表示装置について、図面を参照しながら説明をする。本発明による発光表示装置は、その一実施形態の平面、そのＢ−Ｂ断面および背面の説明図が図１に示されるように、裏面に所望の表示画像１の図形に合せた凹凸部２ａが導光板２に形成され、その導光板２に光を導入できるように、導光板２の側面に発光素子３が設けられている。
【００１４】
表示画像１は、図１に示される例では、会社案内や宣伝用に用いる社名の略号の例が示されているが、この例に限定されるものではなく、たとえばビル内で案内する非常口の案内灯や、公共建物内での入口、出口の表示灯、宣伝、広告用などの図形など、たえず一定の内容を表示する場合の画像など、比較的簡単な画像に適用することができる。
【００１５】
導光板２は、通常のバックライトとして用いられるものと同様のものを用いることができ、側面から入射される発光素子の光を、適当に反射させて所定の方向に光を取り出すものである。すなわち、たとえばポリカーボネートやアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などからなり、０.８〜２５ｍｍ程度の厚さに形成され、発光させたい領域の裏面（表示面と反対面）に凹凸部２ａが形成されている。発光させたい領域とは、前述の表示画像１に対応する部分で、たとえば図１（ｂ）および（ｃ）に示されるように、表示画像１が「ＲＯＨＭ」である場合、その字の部分の導光板２の裏面に凹凸部２ａが形成されている。
【００１６】
図１に示される例では、凹凸部２ａが形成される部分自体が導光板２の裏面よりも凹んだ凹部２ｂ内に形成されているが、凹凸部２ａの部分を明瞭にすると共に、乱反射をさせやすくするため凹部２ｂが形成されているもので、凹部２ｂはなくて、導光板２の裏面に直接凹凸部２ａが形成されていても殆ど変らない。
【００１７】
凹凸は、光を乱反射させるもので、平行な直線状に形成された溝（ヘアライン）でもよいし、皺のようにランダムに凸凹が形成されたシボでもよい。側面から入射した光がこの導光板２内で全反射を繰返しながら、裏面の凹凸部２ａで乱反射して表面側から放射されるように形成されている。すなわち、図２に、導光板２内に入射した光の経路が示されるように、導光板２内に入射した光は、導光板２内で全反射を繰り返しながら進み、凹凸部２ａに向かった光は、その凹凸部２ａでの入射角が変り、一部は導光板２の上面に向い、導光板２から出射される。出射できない光は再度導光板２内を全反射しながら、別の凹凸部２ａで反射して表面側に出射され、凹凸部２ａで反射して表面側に出た光が観察されるため、凹凸部２ａの部分が光って見える。
【００１８】
すなわち、通常の液晶表示装置や電飾看板などに用いられるバックライトでは、表面側から均一な光を取り出したいため、裏面に光の強さに応じて反射量を調整した反射パターンが形成される場合があるが、本発明による導光板２は、その裏面に反射パターンが形成されるのではなく、凹凸による反射で光を取り出す構成になっている。一方、導光板２の裏面側から入射する光はそのまま導光板２を通り抜けるこができる。そのため、後述するように、この導光板を一定間隔あけて２枚以上重ねることにより、複数の導光板により表示される画像を重ね合せた画像にすることもできる。
【００１９】
この凹凸の深さは発光素子３から入射する光の量と導光板２の大きさによるが、導光板２内で光が充分に全反射を繰り返して凹凸部２ａで上面側に反射する高さであればよい。図１に示されるヘアラインの例では、２２ｍｍ（縦）×８０ｍｍ（横）×２ｍｍ（厚さ）の導光板２で、０.０１５ｍｍ程度の深さの溝を０.０２ｍｍ程度の間隔で形成した。
【００２０】
発光素子３は、たとえばＬＥＤチップそのままでもよいし、ドーム状樹脂で被覆したランプ型、またはチップ状の絶縁基板上にＬＥＤチップをマウントして樹脂で被覆したチップ型の発光素子でもよい。また、ＬＥＤでなくても、他の光源から光ファイバを介して入射されるものでもよく、また、大形の表示装置であれば、蛍光管や冷陰極管などの光源を用いることもできる。本発明では、発光素子の光を直接表示画像として利用しているため、その利用効率がよく、通常の案内灯程度の表示なら、ＬＥＤで充分にその輝度を得ることができる。
【００２１】
発光素子３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の発光素子が設けられることが、表示色をほぼフルカラーで表示することができるため好ましい。ＬＥＤの場合、赤色発光素子はＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いて作製することができ、緑色発光素子であればＧａＮ系化合物半導体やＧａＰ化合物半導体を用いて、青色発光素子の場合もＧａＮ系化合物半導体を用いて作製することができ、それぞれ０.２２〜０.２６ｍｍ×０.２２〜０.２６ｍｍ程度の非常に小さいチップで、高輝度の発光を得ることができ、前述の例の大きさの導光板２で、図１に示されるように、左右にそれぞれ各色１個づつ設けることにより、充分に導光板２に形成された凹凸部２ａで画像を表示することができた。導光板が大きい場合には、発光素子の数を多く設けることにより明るく表示することができる。
【００２２】
図１に示されるように、各色の発光素子３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）を、左右でたすきがけになるように配置することにより、導光板２内で、光を均一に拡散しやすいため好ましい。すなわち、導光板２の一側面の中心部から入光させれば、比較的全体に拡散させやすいが、端の方から入射させる場合には、対向する端部側への光の拡散が充分でなくなるため、対向する同じ色の発光素子は、その対向する他端部側に配置することにより、どの色の光も導光板２内の全体に拡散しやすい。
【００２３】
さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光素子３を独立してオンオフさせ得るように、駆動回路が形成されることにより、所望の色の発光素子のみをオンにして表示画像の色を制御することができると共に、２〜３色を混食させて中間の色の発光をさせることもでき、さらには、それぞれの発光素子の駆動電流を変化させ、輝度調整をして混色させることにより、殆どフルカラーの所望の色で、画像表示をすることができる。発光素子として、ＬＥＤを用いることにより、このような背景色の制御も容易に行うことができる。
【００２４】
この発光素子３は、図１（ａ）に示されるように、導光板２の側面から若干離して設けてもよいし、導光板２に直付けしたり、導光板側壁の一部に凹部を形成して、その中に発光素子を入れるように形成したりしてもよい。発光素子３の指向特性に応じて、できるだけ導光板２内に入射して拡散しやすいように取り付けられる。また、図示されていないが、導光板２に入射しない光が表示面側に余り漏れないように、発光素子３の周囲を反射膜などで被覆し、発光素子３で発光する光の殆ど全部を導光板２内に入射させるようにすることが望ましい。さらに、発光素子３が設けられる側壁は、導光板の対向する側壁に限定されるものではなく、周囲全体の側壁に設けられてもよく、また、１つの側壁のみに設けられてもよい。必要な発光量に応じて決定される。
【００２５】
さらに、図示されていないが、導光板内での発光が均一でない場合には、さらに表面側にポリカーボネートなどからなる光拡散板を設けることにより、導光板からの光を均一に発光させることができる。
【００２６】
本発明による発光表示装置によれば、導光板の裏面に表示したい画像の形状に合せた凹凸部を形成し、導光板の側壁から光を入射することができるように、発光素子を取り付けるだけで、簡単な図形や文字などを所望の発光色で発光させ、表示させることができる。すなわち、導光板の側壁から入射した光は、導光板と周囲の空気の屈折率差が大きいため、導光板の内部で全反射しながら導光板内を進行するが、導光板裏面側に形成された凹凸部に達した光は、凹凸部で乱反射するため、規則的な反射ではなく、表面側に乱反射される。そのため、凹凸部が形成された部分のみが発光しているように観察され、凹凸部が形成された形状の画像として表示される。発光素子として、前述のように３原色のＲ、Ｇ、Ｂの発光素子が設けられることにより、所望の色で発光させることができる。
【００２７】
その結果、非常に導入する光の利用効率がよく、僅かな光でも明るい画像表示をすることができ、発光素子として、１色表示でよければ、通常のＬＥＤを両側に１個づつ設けるだけで、たとえばビル内の非常口の案内灯を充分に注意を引くように表示することができ、非常に省電力化が可能となる。しかも、表示パネルや光源、それらを保持する筐体なども必要ではなく、導光板の厚さがあればよいため、非常に薄型で壁などに貼り付ける状態で設置することもできる。
【００２８】
前述の例では、導光板１枚と、その導光板に光を入射する発光素子とだけで構成した例であるが、導光板は、その板と垂直方向に入射する光は、そのまま導光板を透過するため、たとえば図３に示されるように、２枚以上を重ねて複合画像を形成することもできる。すなわち、第１の導光板２には前述の図１に示される画像と同様の画像に対応した凹凸部が形成され、第２の導光板２１には、周囲のみに設けられる枠状の画像１１に対応した凹凸部が形成されている。そして、第１の導光板２に入射する発光素子３の色と、第２の導光板２１に入射する発光素子３の光の色を変えると共に、第２の導光板２１に入射する発光素子の光量を落としてぼかすことにより、発光色を変えた模様を重畳した画像として表示することができる。
【００２９】
複数の導光板に設けられる画像は、画像が重ならない場所に設けられる必要はなく、たとえば、富士山の図形などと重なるような画像に対応した導光板を重ね合せることもできる。上下の導光板で画像が重なる場合でも、前述のように、下の導光板から発せられる光は、上の導光板をそのまま透過して観測され、上部の導光板は、前述と同様の理論により、その導光板に形成された画像に合せた形状で発光するため、上下の色の混色はあるものの、両者を重畳した画像を表示することができる。同様に、３枚以上の導光板を重ねて表示装置を構成することもできる。
【００３０】
なお、導光板に異なる図柄などを形成しておき、重ねて表示する場合、２枚以上の導光板に設けられる発光素子をオンにする必要があるので、それぞれの発光素子の光が混色しないように、各発光素子からの光の漏れを防止するように反射膜で被覆すると共に、導光板同士を離して、導光板同士で光が進まないようにする必要がある。通常は、導光板同士の間に間隙を設けることにより、空気の屈折率が小さいため、全反射しやすく、また、凹凸により上面側に反射し易いため、混色を防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な広告用表示画像や、ビルなどにおける非常口、入口、出口などの簡単な表示を非常に安価な装置で構成することができると共に、光を非常に有効に利用することができるため、ＬＥＤなどの半導体素子で発光素子を構成することができ、非常に省電力で安価な発光表示装置を得ることができる。しかも、周期的に発光色を変化させて、表示画像を変化させることもでき、アクセントのある表示装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発光表示装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明による発光表示装置の導光板に設けられる凹凸部で発光する原理の説明図である。
【図３】本発明による発光表示装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】従来の電飾看板の一例を示す説明図である。
【図５】従来の電飾看板や液晶表示装置に用いられるバックライトの構成説明図である。
【符号の説明】
１ 表示画像
２ 導光板
２ａ 凹凸部
３ 発光素子

Claims (1)

1. 裏面側に所望の表示画像の図形に合せた凹凸部が形成された導光板と、該導光板に光を導入できるように前記導光板の側面に設けられる発光素子とからなり、前記凹凸部が、前記導光板の裏面に形成された断面が矩形状の凹部の底面に平行な直線状の溝で形成されることにより、該導光板と垂直方向に入射する光を透過させるように形成されると共に、前記発光素子が設けられた導光板が一定間隔をあけて複数枚重ねて設けられ、少なくとも２枚の導光板の裏面側に形成された表示画像同士を重畳して表示し得る発光表示装置。

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