JP4316556B2

JP4316556B2 - Ｌｅｄ光源ライトボックス

Info

Publication number: JP4316556B2
Application number: JP2005338855A
Authority: JP
Inventors: 謙大出; 剛成澤本
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: JP2006202725A

Description

本発明はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、以下、発光素子とも言う）を光源として用いた内照式のライトボックスに関し、更に詳しくは、より明るく、より薄いにも関わらず、光源点灯時の表面照度にムラが無く、電飾看板、内照式標識や液晶表示装置、照明器具などのバックライトに好適に用いることができるライトボックスに関する。

従来より内照式のライトボックスには、蛍光灯や冷陰極管等の直管状の光源が用いられている。しかし蛍光灯は使用寿命が短く例えば４０Ｗの一般的な直管状蛍光灯では１２０００時間とされており、高所に取り付けたコンビニエンスストアや駅の看板などではランプが切れる都度はとても作業ができないので、１年に１回一斉に交換を行っているが、高所の作業である、作業を夜間に行わなければならないなどの問題があった。
一方、液晶表示装置のバックライトの場合ではランプ交換等ができないので寿命が５００００時間と長いとされる冷陰極管が用いられている。しかし、冷陰極管は光源輝度が１／２になる時間が寿命とされており、５００００時間経過すると明るさは１／２になってしまう。さらに冷陰極管は１０００Ｖもの高電圧をかけて使用されるため、漏電に伴うトラブルが起こりやすいといった問題があった。

そこで、最近ではＬＥＤを光源として用いた内照式のライトボックスが広く用いられている（例えば特許文献１）。ＬＥＤを光源として使用した場合には５００００時間経過した場合にも輝度低下が冷陰極管を用いた場合よりも少ない。さらに、使用電圧を低電圧化し消費電力や発熱も低減させることができる。

例えば特許文献１に示されているように、光反射面上にＬＥＤを配設配線し、ＬＥＤと光反射面の上方に光透過性を有するプラスチック板で覆った電飾装置が知られている。しかしながら、ＬＥＤは光の指向性が強いため、表示面上にＬＥＤの光が直接到達して明るいところと光が到達せず暗いところが発生し、表面照度にムラができてしまう。

特開平１０−８３１４８号公報

ＬＥＤのように光の指向性が強い光源を用いた場合でも、光源点灯時の表面照度にムラが無く、電飾看板、内照式標識や液晶表示装置、照明器具などのバックライトに好適なライトボックスを提供することを目的とする。

本発明者らは前述した課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、発光素子の発光部の周りに空隙を確保しつつ、該発光素子間のスペースを埋めるように光反射板を敷き詰めるとともに、可視光の拡散反射率が９０％以上で複数の貫通孔を有する光拡散反射板を設置することにより、表面照度にムラが無く、高効率なライトボックスが得られることを見出した。
すなわち本発明は、
（１）前面が開放した箱体の底部に設置された配線板と、該配線板に設置された複数の発光素子と、該発光素子間のスペースを埋めるように敷き詰められた光反射板と、該箱体の前面開口部に設置された透光性の光拡散表面板からなるライトボックスであって、該発光素子の発光部と該光反射板との間には空隙を有し、前記発光素子の発光部と前記光拡散表面板との間に、複数の貫通孔を有する光拡散反射板が設置され、該光拡散反射板の両面における可視光の拡散反射率が共に９０％以上であることを特徴とするライトボックス、
（２）前記光反射板および／または前記光拡散反射板は、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートであることを特徴とする（１）に記載のライトボックス、
（３）前記熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートが、厚さ２００μｍ以上２０００μｍ以下、比重０．１以上０．７以下、および可視光の光拡散反射率９０％以上の熱可塑性ポリエステル発泡体からなることを特徴とする（２）に記載のライトボックス、
（４）前記光拡散表面板が、全光線透過率２０％以上５０％以下、および全光線反射率５０％以上８０％以下であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のライトボックス、
を提供するものである。

本発明のライトボックスは、前面が開放した箱体の底部に設置された配線板と、該配線板に設置された複数の発光素子と、該発光素子間のスペースを埋めるように敷き詰められた光反射板と、該箱体の前面開口部に設置された光拡散表面板と、発光部と光拡散表面板との間に設置され可視光の拡散反射率が９０％以上で複数の貫通孔を有する光拡散反射板とからなり、表面照度にムラが無く、薄型化、高輝度化、省エネが可能である。

本発明のライトボックスは、前面が開放した箱体の底部に設置された配線板と、該配線板に設置された複数の発光素子と、該発光素子間のスペースを埋めるように敷き詰められた光反射板と、該箱体の前面開口部に設置された透光性の光拡散表面板と、発光部と光拡散表面板との間に設置され可視光の拡散反射率が９０％以上で複数の貫通孔を有する光拡散反射板とからなる。

本発明において、光源として用いる発光素子は特に限定されず、砲弾型、表面実装型等適宜選択できる。発光色は赤、緑、青、黄、白のいずれでも良い。視野角も特に限定されないが、５０°〜１４０°のものが望ましい。発光素子の明るさは使用電力量に相関するため状況により適宜選択する。

発光素子は、一定の間隔をあけて縦方向および横方向に等間隔に配線する。例えば図３に示すように、発光素子を直線状に配置すると、表示面上に発光素子の光が直接来て明るいところと光が来ず暗いところが発生し、表面照度にムラができやすいため好ましくない。

本発明においては、発光素子間のスペースを埋めるように光反射板を敷き詰める。その際、配線板上に設置された発光素子の発光部あるいは発光部より発せられた光が貫通できる孔を光反射板に形成するが、発光素子の発光部と光反射板との間には空隙を確保する。発光素子の発光部と光反射板が接していると、発光素子から発生する熱が逃げにくい。発光素子の発光部と光反射板との間の空隙は、少なくとも１ｍｍ以上とする。

本発明に用いる光反射板としては、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートが好ましい。

熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビフェニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコールなどの汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、超高分子量ポリエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチック、またはこれらの共重合体または混合物などが挙げられる。これらのうちでも、耐熱性、耐衝撃性などが良好であることから、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、シクロポリオレフィンが好ましい
。なお、上記光反射板に用いられる樹脂中には、酸化防止剤、紫外線防止剤、滑剤、顔料、強化剤などを適宜添加することができる。また、これらの添加剤を含有した塗布層を塗布して形成してもよい。

より具体的には、光反射板の好ましい例として、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を多数有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートや、フィラーを含有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートであって、フィラーを核として多数のボイドが形成されているフィルムまたはシートが挙げられる。この場合、後者のフィルムまたはシートにおいて、フィラーを含有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートは、フィラーを含有する未延伸フィルムまたはシートを成形し、この未廷伸フィルムまたはシートを延伸することにより、フィラーを核として多数のボイドを形成した多孔性延伸フィルムまたはシートであることが好ましい。

光反射板の厚さは２００μｍ〜２０００μｍであることが好ましい。光反射板の厚さが２００〜２０００μｍの範囲内であると剛性があり、光反射板背面への光の漏洩も少ない。

光反射板の比重は０．１〜０．７であることが好ましい。光反射板の比重が０．７を超えると、他の要件を満たしていても、光反射板の透明化により光反射板背面への光の漏洩が多くなるため光損失が大きくなる。

光反射板の可視光の拡散反射率は、９０％以上であることが好ましい。光反射板の可視光の拡散反射率が９０％以上であると、光源の光の乱反射効果が高まる。なお、本発明における可視光の拡散反射率は自記分光光度計（島津製作所ＵＶ−３１０１ＰＣ）により測定し、波長５５０ｎｍにおける拡散反射率で、硫酸バリウム白色板を１００としたときの相対値で示される。

本発明において、透光性の光拡散表面板としては、全光線透過率が２０％以上５０％以下で全光線反射率が５０％以上８０％以下のものが好適に用いられる。全光線透過率が２０％以上５０％以下であると、光拡散表面板の明るさを得るために必要な光源の量が多くなり過ぎず、また、発光素子の指向性の強い光を透過し過ぎてしまうことがない。
全光線反射率が50％以上80％以下であると発光素子からの光拡散表面板への直射光のうちの適量をいったん内部側へ反射して戻し、光反射板および／または光拡散反射板で更に拡散反射させて再び光拡散表面板へ戻すことにより発光素子の直射光を受ける量が少ない光拡散表面板の部分へも光を導き表面照度のムラを少なくすることができる。
なお、全光線透過率とは、ＪＩＳＫ７１０５−１９８１に準じて求めた値である。

本発明においては、光源から照射された指向性の強い光は光拡散表面板に達すると、全光線透過率に相関して一部が透過し、残りは反射して内部に戻る。この光拡散表面板で反射して内部に戻った光は光反射板により反射され再び光拡散表面板側へ戻る。以上が繰り返される間に発光素子の指向性の強い光は光拡散表面板全体に行き渡り光ムラの少ないライトボックスとなる。

一般に、ライトボックスを薄型化すると、発光部から光拡散表面板までの距離が短くなるため、光ムラが問題となりやすい。そこで、本発明においては、発光素子の発光部と前記光拡散表面板との間に、複数の貫通孔を有し、かつ、両面が反射する光拡散反射板を設置することにより、さらなる薄型化が可能となる。

本発明の光拡散反射板は、その両面における可視光の拡散反射率が共に９０％以上であることが好ましい。光拡散反射板の両面の拡散反射率が共に９０％以上であると、光源の光の乱反射効果が高まる。

光拡散反射板の材質としては、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートが好ましい。

熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビフェニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコールなどの汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、超高分子量ポリエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチック、またはこれらの共重合体または混合物などが挙げられる。これらのうちでも、耐熱性、耐衝撃性などが良好であることから、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、シクロポリオレフィンが好ましい。なお、上記光拡散反射板に用いられる樹脂中には、酸化防止剤、紫外線防止剤、滑剤、顔料、強化剤などを適宜添加することができる。また、これらの添加剤を含有した塗布層を塗布して形成してもよい。

より具体的には、光拡散反射板の好ましい例として、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を多数有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートや、フィラーを含有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートであって、フィラーを核として多数のボイドが形成されているフィルムまたはシートが挙げられる。この場合、後者のフィルムまたはシートにおいて、フィラーを含有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートは、フィラーを含有する未延伸フィルムまたはシートを成形し、この未廷伸フィルムまたはシートを延伸することにより、フィラーを核として多数のボイドを形成した多孔性延伸フィルムまたはシートであることが好ましい。

さらに本発明の光拡散反射板は、貫通孔を複数有している。貫通孔の形状は特に限定されず、各種多角形、星型、楕円形などで適宜選択できるが、一般的には貫通孔の形状が円形であって、その直径が０．３〜３ｍｍであることがより好ましい。貫通孔の形状を円形とするとその成形が容易となるが、その直径が０．３ｍｍ未満であると、一般的な穿孔方法を用いることができず形成が困難となって生産性が低下し、コスト上の不利が生ずる。
なお、全ての貫通孔は同一直径であってもよいし、異なる直径のものが混在していてもよい。

前記貫通孔の開孔率は光拡散反射板の面積の２０〜４０％、好ましくは２５〜３５％である。ただし、発光素子の発光部直上には貫通孔が来ないように光拡散反射板に貫通孔を形成した場合、すわなち、発光素子の直接光の多くを塞ぐように貫通孔を形成した場合には、開孔率は５０〜９０％であることが好ましい。

光源として発光素子を用いた場合、管状光源と違って光の指向性が強いため、表面照度のムラが生じやすい。特に、発光部から光拡散表面板までの距離が短い場合には極めてムラが生じやすい。そこで本発明では、前述の光拡散反射板を用いることにより、発光素子の直接光が光拡散表面板に到達する割合を減らすことができる。すなわち、発光素子発光部より発せられた光の一部は光拡散反射板の貫通孔より通過して光拡散表面板裏面に達し、残りは一度光拡散反射板に当り反射されて光源側へ戻る。この光拡散反射板で反射されて戻った光は、光反射板により反射され再び光拡散反射板側へと向かう。光拡散反射板の貫通孔より通過して光拡散表面板に達した光は、光拡散表面板の全光線透過率に相関して一部が表面へ透過し、残りは再び光拡散反射板側へと戻る。これを繰り返すことにより、発光素子の指向性の強い光は表面全体に行き渡り光ムラの少ないライトボックスとなる。本発明のライトボックスは、表面へ向かう光を一旦光源側へ戻し拡散反射させて再び表面側へ向かわせる手段を２段階に設けている。

（参考例）
ライトボックスの参考例を示す。
前面が開放した箱体の底部に配線板１１を設置し、該配線板に複数の発光素子１４を発光部が前面に向くようにして、縦方向および横方向それぞれに等間隔で設置し、この発光素子間のスペースを埋めるように光反射板１２を敷き詰めた。発光素子と光反射板との間には空隙１３を設けた。箱体の前面開口部には透光性の光拡散表面板１５を設置した。なお図１は、わかりやすく説明するために箱体を省略して図示してある。

箱体の寸法は縦３２３ｍｍ、横９０３ｍｍ、深さ９０ｍｍである。配線板１１の寸法は縦３００ｍｍ、横９００ｍｍである。
発光素子１４には白色で視野角５０°、明るさ２５００ｍｃｄのものを用いた。個々の発光素子の電流値はＤＣ１５Ｖのとき２１ｍＡである。発光素子１４の発光部の直径は５ｍｍのものを用いた。発光素子１４は２５ｍｍ間隔で配線板１１に等間隔で配置した。
光反射板１２には平均気泡径１０μｍ、厚さ１０００μｍ、比重０．３２５、可視光の光拡散反射率９７％のポリエチレンテレフタレート発泡体（古河電気工業株式会社製、商品名ＭＣＰＥＴ）を用いた。光反射板１２には直径７ｍｍの孔を２５ｍｍ間隔であけ、発光素子１４の発光部がこの孔に入るように設置した。発光素子１４と光反射板１２との間には１ｍｍ幅の空隙１３ができた。
光拡散表面板１５には、縦３２３ｍｍ、横９０３ｍｍ、厚さ２ｍｍの乳半アクリル板（三菱レイヨン株式会社製、商品名アクリライト、色番号＃４３０）を用いた。この光拡散表面板１５の全光線透過率は４０％、全光線反射率は６０％である。

光拡散表面板１５に照度計（横河Ｍ＆Ｃ株式会社一般型ＡＡ級照度計型名：５１００２）を直接当てて表面照度を測定した。なお、測定は図４に示したように、光拡散表面板の端部より３０ｍｍの四隅、長辺の中央及び、光拡散表面板中央の７箇所につき行った。結果を表１に示す。

（実施例）
箱体の寸法を縦３２３ｍｍ、横９０３ｍｍ、深さ４０ｍｍとし、図２に示したように、発光素子１４の発光部と光拡散表面板１５との間に、多数の貫通孔を有し、その両面における可視光の拡散反射率が共に９０％以上である光拡散反射板１６を設置した以外は参考例と同じとした。
光拡散反射板１６には、縦３００ｍｍ、横９００ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリエチレンテレフタレート発泡体（古河電気工業株式会社製、商品名ＭＣＰＥＴ、両表面の可視光の拡散反射率９７％）を用い、直径２ｍｍの貫通孔を開孔率は２９．６％となるように多数開けた。光拡散反射板１６は、発光素子１４の発光部より光拡散表面板１５側へ１０ｍｍの高さのところに設置した。

発光素子１４より発せられた光は、光拡散反射板１６の貫通孔１７より一部が表面側へ向かい、残りの光は光拡散反射性能が高い光拡散反射板の裏面で反射されて光源側へ戻る。この光源側へ戻った光は、同じく光拡散反射性能が高い光反射板１２で反射され、再び表面側へと向かう。

光拡散反射板１６の貫通孔より通過した光が、光拡散表面板１５へ到達すると、光拡散表面板１５の全光線透過率に相関して一部が表面へ透過し、残りは再び光源側へと戻る。
この光源側へ戻った光は光拡散反射性能が高い光拡散反射板１６の表面で反射され再び表面側へと向かう。
以上のように本実施例のライトボックスは、表面へ向かう光を一旦光源側へ戻し拡散反射させて再び表面側へ向かわせる手段を２段階に設けている。

光拡散表面板１５の表面照度を測定した結果を表１に示す。本発明のライトボックスはより薄型化しているにも関わらず、光拡散反射性能が高い光反射板１２および光拡散反射板１６によって拡散反射が繰り返されるため、参考例に比べて表面照度にムラが無いことを確認した。

単位：ルクス

ライトボックスの参考例を示す斜視図本発明のライトボックスの一例を示す斜視図従来のライトボックスの一例を示す斜視図表面照度の測定箇所概略

符号の説明

１１配線板
１２光反射板
１３空隙
１４発光素子
１５光拡散表面板
１６光拡散反射板
１７貫通孔

Claims

前面が開放した箱体の底部に設置された配線板と、該配線板に設置された複数の発光素子と、該発光素子間のスペースを埋めるように敷き詰められた光反射板と、該箱体の前面開口部に設置された透光性の光拡散表面板からなるライトボックスであって、該発光素子の発光部と該光反射板との間には空隙が有り、前記発光素子の発光部と前記光拡散表面板との間に、複数の貫通孔を有する光拡散反射板が設置され、該光拡散反射板の両面における可視光の拡散反射率が共に９０％以上であることを特徴とするライトボックス。
前記光反射板および／または前記光拡散反射板は、内部に平均気泡径が光波長以上５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を有する熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートであることを特徴とする請求項１に記載のライトボックス。
前記熱可塑性樹脂のフィルムまたはシートが、厚さ２００μｍ以上２０００μｍ以下、比重０．１以上０．７以下、および可視光の光拡散反射率９０％以上の熱可塑性ポリエステル発泡体からなることを特徴とする請求項２に記載のライトボックス。
前記光拡散表面板が、全光線透過率２０％以上５０％以下、および全光線反射率５０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のライトボックス。