JP4143920B2 - 面光源装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、導光板を用いたエッジライト式の面光源装置及びこの面光源装置を用い、誘導灯、非常灯、道路標識、広告灯等に使用される表示装置に関するものである。

従来、面光源装置およびこれを用いた表示装置には、次のようなものがある。
青色光を発する複数のＬＥＤを並べた光源と、一側面から入射した光源の光を面発光させる導光板と、光源の発光色を異なる色に変換する色変換部材と、背面からの照明により表示される図柄や文字等の表示パターンが形成された表示パネルとを組合せ、色変換部材により青色光を白色光あるいは緑、黄、赤色等他の光スペクトル成分をもつ光に変換することによって、表示パネルの表示に必要な白色光あるいは他の異なる色に変換され、表示パターンを表示する。
そして、複数のＬＥＤは基板に一定の間隔のピッチで実装され、この基板は、導光板の一側面に近接するようにホルダーに着脱可能に取り付けられており、ＬＥＤの側方に出射された光を導光板に反射させるための反射板が基板の両側に配設されている。また、ホルダーに内装されたＬＥＤを駆動するための電気回路を交流電源に接続する（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１７９５１２号公報（第３頁、第４頁、図１、図２）

従来の面光源装置では、複数のＬＥＤが実装された基板が導光板の一側面に近接するようにホルダーに取付けられるが、電源から基板に電力を供給するための配線スペースが必要であるため、自ずとＬＥＤと導光板間に間隔が生じ、ＬＥＤを出射した光の導光板への入射効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、点状光源からの光を効率良く導光板に入射させ、明るく、高い表示品質を有する面光源装置を得ることを目的とする。
また、この面光源装置を使用して、明るく、高い表示品質を有する表示装置を得ることを目的とする。

本発明の面光源装置は、点状光源と、該点状光源を実装する光源基板と、一側面を入射面とし、該入射面から入射した前記点状光源の光を面光源とし、前面の出射面から照射する導光板とを備えた面光源装置であって、導光板を収容し、前面と上面が開口するように側面部と下面部と背面部とから構成され、さらに背面部は上方に延設された表示板ケースと、表示板ケースの開口した上面と嵌合するように開口した下面を形成する上面部と側面部と前面部から構成され、嵌合時に表示板ケースの背面部の延設された部分が合うように開口した背面を有する光源カバーとを備え、光源基板の少なくとも一部が光源カバーまたは表示板ケースの内面と密着し、また、点光源が導光板の側面の入射面に対向するように、光源基板を配設し、点状光源を実装する光源基板の実装面の端部に、点状光源を電源とコネクタ接続させる配線接続部を設け、また、導光板の側面で、配線接続部に対向する位置に入射面と平行な切欠き面を有する凹部を形成し、導光板の屈折率をｎとしたとき、導光板の入射面から凹部の切欠き面まで直線的に連続して形成される連続面と導光板の入射面との成す角度θが以下の式（１）
θ≧９０＋ｓｉｎ ^-1 （１／ｎ）…（１）
を満足するように構成されるものである。

本発明の面光源装置は、点状光源からの光を効率良く導光板に入射させ、明るく、高い表示品質を有する面光源装置を得ることができる。また、面光源装置の有効出射面の割合の減少を防ぐことが可能となる。また、光源カバーの表示板ケースへの取付け、取外しが容易であるため、点状光源の交換が極めて容易である。また、点状光源を発し、導光板に入射する光が直接連続面に到達することがなくなり、凹部による影のない、さらに良好な表示品質を得ることができる。

図１は、表示装置の分解斜視図であり、図２は、図１の表示装置の要部平面図であり、図３は、図１の表示装置の部分断面図である。
図１に示すように、表示装置の主要構成は、点状光源２０からの出射光を導光板４０の一側面の入射面４３で受け、前面の出射面４１から面光源として出射する面光源装置と、面光源装置の導光板４０の前面に配置され、導光板４０からの出射光により表示パターンを表示する表示板８０とである。
以下表示装置の構成を詳細に説明する。
点状光源２０は、発光ダイオード、レーザダイオード等を光源基板３０の長手方向に沿って一列又は複数列に配列し、実装される。ここで、光源基板３０としては、紙フェノール、ガラスエポキシ等の樹脂基板やアルミニウム等の金属基板を使用する。
光源基板３０には点状光源２０に電力を供給するための回路パターンが設けられており、また、光源基板３０の点状光源２０の実装面の端部（例えば、図１では、光源基板３０の長手方向の端部）には、図示しない電源から電力を供給する配線接続部３１を設けている。配線接続部３１からは図示しない電源への配線３５が施されている。なお、配線接続部３１は、半田やコネクタ等で光源基板３０と配線３５を接続している。

導光板４０は、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂からなる板状体であり、その一側面に点状光源２０が対向するように光源基板３０が配設され、入射面４３が形成される。また、導光板４０は、前面の出射面４１又は背面の出射対向面４２のうち少なくともいずれか一方に、導光板４０中を伝播する光を拡散する光拡散機能を有している。この光拡散機能は白色ドット印刷を施すこと、粗面化すること、又はプリズムを設けること等により付与される。また、導光板４０は図２に示すように、入射面４３のうち、光源基板３０の配線接続部３１に対向する位置に凹部４５を設けている。凹部４５は、入射面４３と平行な切欠き面４７と、入射面４３から切欠き面４７に直線的に連続する連続面４６とを形成するように、導光板４０の前面から背面まで切欠き、形成される。

導光板４０の背面側には、アルミニウム又は銀等を蒸着した樹脂製シート又は白色の樹脂製シート等高反射率の材料からなる反射シート６０を設ける。
また、導光板４０の前面側には、プリズム列を有するプリズムシート又は拡散シート等の光学シート７０を設ける。これらはいずれかを設けても、両方を設けても、いずれも設けなくてもよく、用途等に応じて選択する。
導光板４０の前面側、又は導光板４０の前面の光学シート７０の前面側に表示板８０を設ける。表示板８０は、アクリル、ポリカーボネート等の透光性の樹脂板にスクリーン印刷又はカッテイングシート等により任意の図柄を設ける。

光源カバー５０は、樹脂や金属等からなり、背面（表示板８０側と反対側の面で、嵌合により表示板ケース１０の背面で塞がれる面）及び下面（表示板ケース１０に嵌合させる側の面）が開口した六面体状の箱体であり、内面は高反射率部材が付与されている。また、下面の開口部と対向する上面の内面に光源基板３０の背面が固定され、この開口部から点光源２０の光が出射される。
表示板ケース１０は、樹脂や金属板等からなり、前面（表示板８０側の面）と上面（導光板４０の入射面４３側の面）とが開口した六面体状の箱体の背面である底面（表示板８０側と反対側の面）を光源カバー５０側に延設したものである。
そこで、光源カバー５０は、下面の開口部を表示板ケース１０の上面の開口部に嵌合させ、表示板ケース１０と合体することにより、表示板ケース１０の上部の外壁となり、表示板ケース１０の一部を形成する。
このように、光源基板３０を取付けた光源カバー５０を表示板ケース１０の開口部との嵌合により取付けているので、光源カバー５０の取付け、取外しが容易であり、点状光源２０（又は光源基板３０）の交換が容易となる。
特に、光源カバー５０と表示板ケース１０との嵌合は、背面のない光源カバー５０と延設背面１０ａを持つ表示板ケース１０とで行われるため、光源カバー５０の背面の嵌め合せがなく、光源カバー５０と表示板ケース１０の着脱は、上面下面方向に限定されず、上面下面方向から前面背面方向まで広範囲に可能となり、極めて容易となる。即ち、着脱の自由度が増加する。そこで、点状光源２０（又は点状光源２０を実装した光源基板３０）の交換が極めて容易となる。

表示板ケース１０には、底面側から前面側に向かって、反射シート６０、導光板４０、光学シート７０がこの順に収容され、表示板ケース１０の前面の開口部は上部を除いて、表示板８０で塞がれ、さらに、光源カバー５０が嵌合されることにより、上面の開口部及び前面の開口部の上部が塞がれる。この際、導光板４０の一側面である入射面４３に光源基板３０上の点状光源２０が丁度対向するようになる。

以上より、点状光源２０、点状光源２０を実装した光源基板３０、反射シート６０、導光板４０、光学シート７０、光源カバー５０表示板ケース１０及び点状光源２０の点灯制御装置（図示省略）等で面光源装置を構成する。また、面光源装置に表示板８０を加えて表示装置を構成する。

次に、図３により本表示装置の動作を説明する。
制御装置により点状光源２０が点灯され、点状光源２０から発せられた光は、直接又は光源カバー５０を介して導光板４０の入射面４３から導光板４０に入射する。導光板４０に入射した光は、主として導光板４０中を入射対向面４４側へ伝播する。この伝播過程において、出射面４１又は出射対向面４２に設けられた光拡散機能により光が出射面４１から出射する。出射面４１から出射した光は、光学シート７０により配光を整えられたうえで表示板８０を照射し、表示板８０に描かれた情報を表示する。なお、出射対向面４２から出射した光は、反射シート６０により再度、導光板４０に戻された後、出射面４１から出射する。

また、本表示装置においては、導光板４０は入射面４３のうち、光源基板３０の配線接続部３１に対向する位置に凹部４５を設けている。そのため、導光板４０と、配線接続部３１及び配線３５とは干渉することがない。又点状光源２０と導光板４０とを近接配置することができる。
点状光源２０と導光板４０との間隔をＸとすると、間隔Ｘに対する面光源装置の輝度の関係は、図４に示す関係となる。即ち、導光板４０に凹部４５を設けることにより、点状光源２０と導光板４０の間隔Ｘを減少できるため、高輝度な面光源装置及び表示装置を得ることができる。
また、配線接続部３５を、光源基板３０の背面等でなく、点状光源２０実装面側に設置し、導電板４０の対向面に凹部４５を形成したことにより、背面等に形成することによる配線接続部３５の設置スペースを設ける必要がなく、面光源装置の有効出射面の割合（全面に対して有効出射面の割合）の減少を防ぎ、また表示装置の有効表示面の割合（全面に対して有効表示面の割合）の減少を防ぐことが可能となる。なお、光源基板３０の端部に点状光源２０が実装されない部分が生じるが、下記の凹部４５の形成により、有効出射面の減少とはならない。

更に、凹部４５を構成し入射面４３と連続する連続面４６が、入射面４３となす角θを図２に示すように、９０度以上とする。９０度以上とすることにより、点状光源２０を発し、導光板４０に入射する光が直接連続面４６に到達する割合が少なくなり、凹部４５による影が生じにくくなり、局所的な明暗の少ない良好な表示品質を得ることができる。
さらに、連続面４６に関しては、次のようにするのがより望ましい。
導光板４０の屈折率をｎとした時、点状光源２０から入射した光の広がり角Φの最大値Φｍａｘは、式（１）で得られる。但し、ここで「広がり角Φ」とは、図２で、入射面４３から連続面４６が形成される起点における入射面４３との直交線を基準線とし、この基準線から測った角度とする。
連続面４６と入射面４３がなす角θが式（２）を満たすことにより、点状光源２０を発し、導光板４０に入射する光が直接連続面４６に到達することがなくなり、凹部４５による影のない、さらに良好な表示品質を得ることができる。例えば、導光板４０の屈折率ｎを１．５とすれば、θを約１３２度以上とすることが望ましい。
Φｍａｘ＝ｓｉｎ^-1（１／ｎ）・・・・・（１）
θ≧９０＋Φｍａｘ
即ち、θ≧９０＋ｓｉｎ^-1（１／ｎ）・・・（２）

なお、図２に示すように凹部４５は、配線接続部３１に対向して、導光板４０の入射面４３の一端部に設けているが（第１の凹部）、図５の表示装置の要部平面図に示すように入射面４３の長手方向の垂直二等分線１０５に対して、左右対称となるように凹部４５を設けてもよい。即ち、第１の凹部と第２の凹部を設ける。
このようにすれば、局所的な明暗の少なく、かつ、左右対称な輝度分布を得ることができ、表示品質の高い面光源装置及び表示装置を得ることができる。

また、図１の表示装置は、表示板８０の表示図柄として避難誘導の図柄を配し、避難誘導灯の表示装置としているが、表示装置はこれに限定されるものではなく、他の図柄や文字等を表示装置の目的、用途等に応じて選定し、例えば、非常灯、道路標識、広告灯等に使用する。さらに、表示板８０として、液晶表示素子など映像信号にあわせて表示内容（表示図柄）を可変できる表示素子としてもよい。

表示板ケース１０は、その上部の外壁を、内面に光源基板３０を固定した光源カバー５０で形成しているが、光源カバー５０の部分も表示板ケース１０で形成し、光源基板３０は表示板ケース１０の内面に固定し、表示板ケース１０は、内部の部品取付け、光源基板３０の交換等の部品交換、補修等の便宜を図って、適宜分割できるようにしてもよい。

本発明の面光源装置及び表示装置は、エッジライト式の面発光型光源として、避難誘導灯、非常灯、道路標識、広告灯等の表示装置として使用される。

本発明の表示装置を示す分解斜視図である。 図１の表示装置の要部平面図である。 図１の表示装置の部分断面図である。 点状光源と導光板との間隔と面光源装置の輝度との関係を示す図である。 本発明の別の表示装置の要部平面図である。

符号の説明

２０ 点状光源、３０ 光源基板、３１ 配線接続部、４０ 導光板、４３ 入射面、４５ 凹部、４６ 連続面、４７ 切欠き面、８０ 表示板。

Claims (3)

1. 点状光源と、該点状光源を実装する光源基板と、一側面を入射面とし、該入射面から入射した前記点状光源の光を面光源とし、前面の出射面から照射する導光板とを備えた面光源装置において、
   前記導光板を収容し、前面と上面が開口するように側面部と下面部と背面部とから構成され、さらに前記背面部は上方に延設された表示板ケースと、
   前記表示板ケースの開口した上面と嵌合するように開口した下面を形成する上面部と側面部と前面部から構成され、嵌合時に前記表示板ケースの背面部の延設された部分が合うように開口した背面を有する光源カバーとを備え、
   前記光源基板の少なくとも一部が前記光源カバーまたは前記表示板ケースの内面と密着し、また、前記点光源が前記導光板の側面の入射面に対向するように、前記光源基板を配設し、
   前記点状光源を実装する前記光源基板の実装面の端部に、前記点状光源を電源とコネクタ接続させる配線接続部を設け、
   また、前記導光板の側面で、前記配線接続部に対向する位置に入射面と平行な切欠き面を有する凹部を形成し、
   前記導光板の屈折率をｎとしたとき、前記導光板の入射面から前記凹部の切欠き面まで直線的に連続して形成される連続面と前記導光板の入射面との成す角度θが以下の式（１）
   θ≧９０＋ｓｉｎ ^-1 （１／ｎ）…（１）
   を満足するように構成されることを特徴とする面光源装置。
2. 前記導光板の側面に形成した前記凹部を第１の凹部とし、前記導光板の側面の長手方向において、前記第１の凹部の位置と反対側の端部に同様な凹部である第２の凹部を形成し、前記第１の凹部と前記第２の凹部との位置は、前記導光板の入射面の長手方向において、対称位置になることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかの請求項に記載の面光源装置により、表示板を照射することを特徴とする表示装置。

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