JP4974219B2 - 内照式表示器 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを標示のバックライトに用いる内照式表示器に関する。

内照式表示器は、表示器内部に発光源を有し、発光源をバックライトとして標示面の光の透過や色の違いによって文字又はシンボル等を標示させるものである。従来、内照式表示器の発光源には電球や蛍光管が使用されていたが、近年省電力、長寿命の観点からＬＥＤをバックライトに用いた表示器が商品化されるようになった。ＬＥＤは光源としては小さいために、一般的には複数個のＬＥＤを基板に配列し一定の面積を均一に発光させている。

通常、内照式表示器のＬＥＤの点灯回路は、効率やノイズによる微弱点灯の点から、複数個のＬＥＤを直列に接続した配線を複数本並列に配列して点灯回路を構成し、各ＬＥＤの直列配線には、ＬＥＤの電流を抑制する抵抗が直列に挿入されている。このようなＬＥＤの点灯回路を交流電源で点灯させる場合には、さらにダイオードによる整流器が用いられるが、１個の整流器を通してＬＥＤの並列回路に通電するような回路では、万一整流器が故障したときには、ＬＥＤの全てが滅灯するという問題がある。

このような問題を防ぐためには、ＬＥＤの並列回路を複数の組にわけ、各組毎に整流器を用いるという対応策が考えられる。ところが、ＬＥＤの点灯回路に直流電源を供給する場合に、極性を誤ってＬＥＤが電源に接続されたときに、ＬＥＤを破損する虞がある。もっとも、この様な事態を避けるために、直流電源の場合でも、交流電源と同様に、ＬＥＤの並列回路を複数の組にわけ、各組毎に逆接防止ダイオードを用いることによって、故障時の全滅灯を防ぐことができる。

しかしながら、このような場合においても、ＬＥＤに故障が生じたときには、以下に述べるような問題が生じる。たとえば、上記回路構成の場合に、１個のＬＥＤ又は電流抑制用抵抗がオープン故障したときには、故障したＬＥＤまたは電流抑制用抵抗に直列に接続されている複数個のＬＥＤが滅灯する。又、整流器や逆接防止ダイオードが故障したときには、故障した整流器や逆接防止ダイオードに接続されているＬＥＤが全て滅灯となる。

したがって、もし、同一直列回路の複数個のＬＥＤを特定箇所に集中させて配列したときに、複数個のＬＥＤが同時に滅灯すると、故障時、滅灯した部分の発光面の光度が極端に低くなり、発光面の文字やシンボル等が見えなくなる虞がある。特に文言により注意を喚起する標示の場合、文字の消え方によって反対の意味を持つことがあり、非常に危険な場合がある。

例えば、図１４において、表示器に「わたるな」という標示がされるべきところ、「な」の文字の部分の裏面に配置されたＬＥＤのいくつかが滅灯して、「な」の文字が視認できないときには「わたる」という標示に誤解され、この結果「禁止」の意味が逆に「許可」の意味になってしまうのである。表示器では、このようにバックライトを構成する発光源の一部が局部的に滅灯すると、標示種類によってはその意味が変るという危険がある。このような問題は、発光源の局部的な滅灯だけの問題ではない。

内照式表示器の使用場所によっては、太陽光の直射光を受けて正面から十分に標示文字を視認できないような場合があるが、このような場合には、標示そのものを認識できないのであるから、事態はより深刻である。要するに発光源が標示のバックライトとして十分に機能していないときには非常に危険な事態を招くのである。
特許公開２００３−１４２２８１号公報

解決しようとする問題点は、発光源の不備によって、標示に影響を受けて危険な事態を招く虞があるという点である。

本発明は、複数個のＬＥＤを直列に接続した配線を複数本並列に配列した点灯回路において、同じ配線中に含まれるＬＥＤが少なくとも互いに縦横方向に隣接することがないように基板の各所に分散して配置したことをもっとも主要な特徴とする。

本発明によるＬＥＤをバックライトとする内照式表示器は、点灯回路を構成する複数個のＬＥＤを直列に接続した配線の内の同一直列配線中に含まれるＬＥＤを基板の各所に分散させたので、特定のＬＥＤが滅灯となって、標示のバックライトとしての光度に多少の低下が認められることはあっても、発光面の全体は、ほぼ均等に発光し、ＬＥＤの滅灯による文字又はシンボル等の標示の一部欠損による標示不備による危険な事態の発生をなくすことができる。

ＬＥＤの滅灯による文字又はシンボル等の標示の一部欠損による標示不備をなくすという目的を同一直列配線中に含まれるＬＥＤを基板の各所に分散して配置することによって実現した。

図１に、本発明によるＬＥＤを照明源とする内照式表示器の構造を示す。図１において、本発明による内照式表示器は、一面に窓２を開口した箱体１と、該窓２内に設置されたアクリル樹脂板などの透光性の標示板３と、点灯回路として前記箱体１内の基板４の縦横に配列して設置されたＬＥＤ（発光ダイオード）５，５・・・の組とによって構成されている。

本発明は、複数個のＬＥＤと１個の電流制限用抵抗とを直列に接続した配線の複数の組を並列に接続することによって１ユニットを構成し、その複数のユニットが点灯回路として、標示板３に標示された文字、この例では「わたるな」のバックライトとして用いた例を示している。

次に図２を用いて本発明の基本的な構成を説明する。図２は、それぞれ複数個のＬＥＤが直列に接続された３本の配線、すなわち、第１組の配線Ａ，第２組の配線Ｂ、第３組の配線Ｃを含む１つのユニットを点灯回路に用いる場合である。図３は、各組の配線中に含まれた各３個のＬＥＤ、すなわち、第１組の配線Ａに含まれるＬＥＤ（５ａ，５ａ，５ａ）、第２組の配線Ｂに含まれるＬＥＤ（５ｂ，５ｂ，５ｂ）及び第３組の配線Ｃに含まれるＬＥＤ（５ｃ，５ｃ，５ｃ）を基板上にマトリックス状に配列して各ＬＥＤを電源回路に結線する場合の１例を示している。

本発明においては、同じユニットの同じ組に属するＬＥＤを各所に分散させて基板に配列するものである。図３の例では、中心に配置された第３組の配線Ｃに含まれるＬＥＤ５ｃの上下或いは左右には第１組の配線Ａに含まれるＬＥＤ５ａ及び第２組の配線Ｂに含まれるＬＥＤ５ｂを配置した例を示している。図４は、このような要領で各組の配線に３６個のＬＥＤの素子を６行、６列のマトリックス状に配列した例を示している。例えば、第１組の配線Ａに含まれるＬＥＤ５ａの縦方向又は横方向に隣接するＬＥＤは、第２組の配線Ｂに含まれるＬＥＤ５ｂ又は第３組の配線Ｃに含まれるＬＥＤ５ｃであって、同じ組のＬＥＤ５ａは、縦横方向には隣接させていない。

図４の例では仮に第１の組の配線Ａに属するＬＥＤのいずれかが滅灯したときには、図５に示すように第１組の配線Ａに属するすべてのＬＥＤ（５ａ，５ａ，５ａ）が滅灯となる。ただし、この例は簡単のため、斜め方向には、第１組の配線Ａに含まれるＬＥＤ５ａが配置されるため、第１組の配線Ａに含まれるＬＥＤ５ａの滅灯によって斜め方向に縞模様の線が現れることになる。しかし、たとえこのような事態になっても、標示板３に標示された文字の読み取りは可能であり、標示文字の一部が欠損して標示の意味を誤解させる可能性は少ない。もっともこのような問題は、２ユニット以上を用いることによって解消することが可能となる。

図６は、複数本の配線を含むユニットの２以上の組によって点灯回路を構成する場合の例である。この実施例では３本の配線Ａ，Ｂ，Ｃを含む第１のユニットに逆接防止ダイオードＤ１を接続し、同様に３本の配線Ｄ，Ｅ，Ｆを含む第２のユニットに逆接防止ダイオードＤ２を接続して構成された点灯回路図である。図６中、Ｍａ，Ｍｂ，・・はそれぞれの配線に直列に接続された電流制限用抵抗である。図６に示す点灯回路のＬＥＤは、各ユニットの配線に含まれるＬＥＤを基板上に、ユニットの異同に関わらず、均一に分散させて配列した例を図７に示す。この例では、基板上の任意のＬＥＤについてみると、その回りには、縦横方向はもとより、斜め方向にも同じ配線中に含まれるＬＥＤは存在していない。この例において、仮に配線Ａに属するＬＥＤ５ａの１つが滅灯となったときには、図８に示すように配線Ａに属するすべてのＬＥＤ５ａはすべて滅灯となるが、他の組の配線Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに属するＬＥＤ（５ｂ，５ｃ，５ｄ，５Ｅ，５ｆ）は点灯を続け、この結果、すべてのＬＥＤ５ａの滅灯分だけ光度は低下するものの、基板の全面が均等に発光して標示の一部の欠損は生じず、標示のバックライトとしての機能は損なわれない。

図９は、仮に３本の配線Ａ，Ｂ，Ｃを含む第１のユニットの逆接防止ダイオードＤ１が故障したときの状態を示している。ダイオードＤ１が故障したときには、第１ユニットに属する各配線Ａ，Ｂ，Ｃに含まれるＬＥＤ（５ａ，５ｂ，５ｃ）がすべて滅灯となり、第２ユニットに属する配線Ｄ，Ｅ，Ｆに含まれるすべてのＬＥＤ（５ｄ，５Ｅ，５ｆ）のみの点灯となるが、第２ユニットに含まれるＬＥＤは、基板上に均等に分散されているために、基板上の特定部位が特に暗くなることがなく、したがって標示の一部が欠損することがない。

以上実施例１においては、複数個のＬＥＤがそれぞれ接続された３本の配線の組を１ユニットとし、２つのユニットに含まれる各組のＬＥＤについて同じ配線中に含まれるＬＥＤを基板上に分散させて配列する例を説明した。分散の程度については、少なくとも互いに縦横方向、さらには斜め上下方向に隣接することがないように同じユニット内の同じ配線中に含まれるＬＥＤを分散させて配列することがことが望ましいが、各組のＬＥＤについて同じ配線中に含まれる一部のＬＥＤの滅灯によって、例えば縦横方向、或いは斜め上下方向に隣接するために縞模様その他の規則的あるいは不規則的な模様が現れるようなことがあったとしても、要するにＬＥＤの滅灯による文字又はシンボル等の標示の一部欠損による標示不備の危険がなければ、縞模様の発生は問題にならず、標示のバックライトとしての機能は損なわれない。

本発明において、ＬＥＤの滅灯の影響をできるだけ受けないようにするには、各ユニットに含まれるＬＥＤの数を少なくしてユニットの数を増やすことが考えられるが、ＬＥＤの並列配線の数が増すほど電流が増大するために、ユニットの数は、許容容量の範囲内にとどめることが望ましい。以上実施例１によれば、ＬＥＤ滅灯時、文字の部分的な光度変化はあるが、文字全体が見えなくなることはなく、標示を視認する者に対して標示の意味を確実に伝えることができ、発光面を形成する一部のＬＥＤが滅灯したときに標示の意味が誤って理解される虞を解消することができる。

実施例２は、各ユニットに更に調光機能を付与する例である。図１０において、各ユニットに属するそれぞれ電流制限用抵抗として主抵抗Ｍａが複数個のＬＥＤを直列に接続した配線において、前記主抵抗Ｍａと並列に副抵抗Ｍｓを配線し、主抵抗Ｍａと副抵抗Ｍｓ間に開閉用スイッチＪ１を介在させた例を示している。したがって、該スイッチＪ１を開閉することにより、主抵抗Ｍａのみあるいは主抵抗Ｍａと副抵抗Ｍｓとを通して選択的に各配線のＬＥＤに電源が供給されるようなる。すなわち、スイッチＪ１が投入されると、主抵抗Ｍａに副抵抗Ｍｓが並列に接続され、ユニットの各ＬＥＤに給電される電流が増加し、ＬＥＤの光度が増大する。逆にスイッチＪ１が開放されたときには、ユニットの各ＬＥＤに給電される電流が減少して光度が減少する。

したがって、実施例２によれば、標示のバックライトとして高光度を必要とする標示板、たとえば西日が当たるような場所に設置する標示板であっても、或いは逆に低光度のバックライトで足りる標示板、例えば地下駐車場などの暗い空間に設置する標示板であっても、同じユニットを実装した基板を用い、スイッチＪ１を投入或いは開放することによって周囲の明るさに適合させて同じ基板をそれぞれの使用目的に応じて使い分けることができる。

図１１は、ＶＦ（順方向電圧）が異なるＬＥＤの実装を１種類の基板を用いて行う場合の例である。図１１の例においては、抵抗Ｍａに直列に接続された複数（４個）のＬＥＤ（５ａ，５ａ，・・・）を含む第１の配線Ａと、抵抗Ｍｂに直列に接続された複数（４個）のＬＥＤ（５ｂ，５ｂ，・・・）を含む第２の配線Ｂと、抵抗Ｍｃに直列に接続された複数（４個）のＬＥＤ（５ｃ，５ｃ，・・・）を含む第３の配線Ｃとの並列回路が点灯回路として電源に接続されて１ユニットを構成している場合に、点灯回路に以下の補助配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を追加する。

追加する補助配線
（１）第１の配線Ａを第２の配線Ｂに直列に接続する補助配線Ｌ１、
（２）第２の配線Ｂの中間点を第１の配線Ａのアース側に接続する補助配線Ｌ２、
（３）第２の配線Ｂの中間点を第３の配線Ｃのアース側に接続する補助配線Ｌ３、

また、各配線には、以下のとおり回路を開閉するスイッチＪ２〜Ｊ７を介在させる。
（１）第１の配線Ａには、補助配線Ｌ１の接続点よりアース側にスイッチＪ２を介装する。
（２）第２の配線Ｂには、補助配線Ｌ２と、補助配線Ｌ３との接続点の間にスイッチＪ３を介装する。
（３）第３の配線Ｃには、補助配線Ｌ３の接続点よりアース側にスイッチＪ４を介装する。
（４）補助配線Ｌ１には、スイッチＪ５を介装する。
（５）補助配線Ｌ２には、スイッチＪ６を介装する。
（６）補助配線Ｌ３には、スイッチＪ７を介装する。

図１１に示す点灯回路の構成において、スイッチＪ２，Ｊ３，Ｊ４を閉じ、他のスイッチを開放したときに、図１２のように第１の配線Ａと、第２の配線Ｂと、第３の配線Ｃとの３本の配線によって構成される並列回路を形成してＶＦが小さいＬＥＤの使用に適したバックライトとなる。また、スイッチＪ５，Ｊ６，Ｊ７を閉じ、他のスイッチを開放し、さらに抵抗Ｍｂを取り外したときには、図１３に示すように第１の配線Ａに第２の配線Ｂの一部を含む直列回路と、第３の配線Ｃに第２の配線Ｂの一部を含む直列回路との２並列回路が構成され、ＶＦの大きいＬＥＤの使用に適したバックライトとなる。

本実施例によれば、要するに、第１の配線Ａと、第２の配線Ｂと、第３の配線ＣのようにそれぞれＬＥＤが直列に接続されている主配線に補助配線を追加し、主配線或いは補助配線に開閉用スイッチを介装し、スイッチの開閉によってＬＥＤのＶＦの大きさに応じて各主配線を互いに他の主配線から独立させ、あるいは特定の主配線に他の主配線中に含まれる一部のＬＥＤを取り込んで各ＬＥＤに供給する電流の大きさを調整できる。ＬＥＤのＶＦの大きさについては、一般的には赤，緑，黄色のＬＥＤは１．８Ｖ前後、青，白は３〜３．６Ｖ前後、赤外ＬＥＤは、１．３Ｖ前後であると言われている。この実施例によれば、同じ入力電圧で発色が異なるＬＥＤ基板を１つのシステムに組み込むことが可能となり、基板設計を簡略化できる効果がある。

本発明は、交通標識、道路標識、鉄道用標識のほか、各種案内標識道路などの内照式表示器に適用することにより、標示のバックライトの一部が滅灯し、或いは光度が低下した場合においても、標示の文字や、シンボルが見えなくなるような事態を防止し、標示を視認する運転手や歩行者などに対して標示の意味を誤解させることなく適切なメッセージを正しく標示できる。

（ａ）は、本発明によるＬＥＤを照明源とする内照式表示器の外観図、（ｂ）は一部断面斜視図である。 それぞれ複数個のＬＥＤが直列に接続された３本の配線を１ユニットとして点灯回路に用いる場合の配線図である。 各組の配線中に含まれた各３個のＬＥＤを基板上にマトリックス状に配列した例を示す図である。 図３の要領で各組の配線に３６個のＬＥＤの素子を６行、６列のマトリックス状に配列した例を示す図である。 図４のＬＥＤの設置例において、第１組の配線Ａに属するすべてのＬＥＤが滅灯となったときの状態を示す図である。 ３本の配線Ａ，Ｂ，Ｃを含む第１のユニットにダイオードＤ１を接続し、３本の配線Ｄ，Ｅ，Ｆを含む第２のユニットにダイオードＤ２を接続して構成した点灯回路を示す図である。 図６に示す点灯回路の各ユニットの配線に含まれるＬＥＤを基板上に分散させて配列した例を示す図である。 図７に示すＬＥＤの配列において、配線Ａに属するＬＥＤの１つが滅灯となったときの状態を示す図である。 図７に示すＬＥＤの配列において、第１ユニットの逆接防止ダイオードＤ１が故障したときの状態を示す図である。 各ユニットに調光機能を付与した例を示す図である。 ＶＦ（順方向電圧）が異なるＬＥＤの実装を１種類の基板を用いて行う場合の例を示す図である。 図１１の点灯回路をＶＦが小さいＬＥＤの使用に適したバックライトとして利用する例を示す図である。 図１１の点灯回路をＶＦの大きいＬＥＤの使用に適したバックライトとして利用する例を示す図である。 バックライトを構成する発光源の一部が局部的に滅灯したときの問題点を示す図である。

符号の説明

１ 箱体
２ 窓
３ 標示板
４ 基板
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５Ｅ，５ｆ ＬＥＤ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 配線
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ，Ｍｅ，Ｍｆ 電流制限用抵抗
Ｄ１，Ｄ２ 逆接防止ダイオード
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 補助配線
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７ 開閉用スイッチ

Claims (1)

1. 一面に窓を開口した箱体と、該箱体の窓内に設置されたアクリル樹脂板などの透光性の標示板と、点灯回路として前記箱体内の基板の縦横に配列して設置されたＬＥＤの組とによって構成された内照式表示器であって、
   点灯回路は、標示板の文字又はシンボル等の標示のバックライトであり、それぞれ複数個のＬＥＤを有する複数本の配線を含むユニットの２以上の組によって構成され、
   点灯回路の１ユニットは、直列に接続された複数個のＬＥＤを有する配線の複数本を並列に結線することによって構成されたものであり、
   すべてのユニットの配線に含まれるＬＥＤは基板上に均一に分散して配置され、かつ基板上に配列されたＬＥＤの内、任意に選ばれた１つのＬＥＤの回りには、標示の一部欠損による標示不備を生じさせないように縦横方向はもとより、斜め方向にも同じユニットの同じ配線中に含まれるＬＥＤは存在させないように配列されているものであり、点灯回路の１ユニットを構成する複数本の配線のそれぞれを主配線としたときに、補助配線を有し、
   補助配線は、複数本の主配線のうちの任意の２本の主配線を直列に、あるいは１本の主配線の中間点を他の主配線のアース側に接続するものであり、
   主配線或いは補助配線に回路を開閉するスイッチが介装され、
   前記スイッチは、選択的に開閉して互いに接続された２本の主配線のうちの一方の主配線を他方の主配線から独立させ、或いは一方の主配線に他方の主配線中に含まれる少なくとも一部のＬＥＤを取り込んで各ＬＥＤに供給する電流の大きさの調整を可能にするものであることを特徴とする内照式表示器。

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