JP5322820B2

JP5322820B2 - 面発光装置

Info

Publication number: JP5322820B2
Application number: JP2009173454A
Authority: JP
Inventors: 真慶遠藤; 謙治江渡; 満昭森田; 博傳田; 直樹神戸; 光須山; 康弘滝沢
Original assignee: MK Seiko Co Ltd; Sankyo Tateyama Inc
Current assignee: MK Seiko Co Ltd; Sankyo Tateyama Inc
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: JP2011028997A

Description

本発明は、内照式看板の内部に取り付けて照明体として用いる面発光装置に関するもので、特に、ＬＥＤ光源と導光板とＬＥＤ駆動用電源とを一体にしたモジュールを単独あるいは複数組み合わせて配置可能にし、内照式看板の大きさに合わせて照明体としての発光範囲を適宜構成可能にした面発光装置に関する。

従来より内照式の看板では蛍光灯光源が広く用いられている。しかしながら蛍光灯の使用寿命は一般に６０００〜１２０００時間と短く、コンビニエンスストアや郊外型店舗に設置される大型支柱看板や店舗入り口まわりに設置される照明看板（以降、ファサードサインと称する）のように比較的高所に取り付けられる看板では、ランプ切れの都度対応することが困難であるため、一定の期間毎に一斉に新しい蛍光灯と取り替える処置が行われている。そのため、１年に１回程度という比較的高い頻度で深夜の高所作業を行う必要があり、また、完全に寿命に達していない蛍光灯を新しいものへと取り替えるといった無駄も発生することになり、省エネルギーや環境問題への配慮が求められていた。そこで近年では内照式看板の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた発光ランプ装置や、導光板の一辺からＬＥＤの光を導入して面状に発光させるエッジライト装置が提案されている。

例えば特許文献１では、液晶装置のバックライトに用いられる平面照明装置が開示されている。この平面照明装置によればＬＥＤ光源が発する光を導光板の側面や中央に形成した光入射部から導光板内部に入射させ、この入射した光を導光板に配置密度分布を変えながら設けた光学素子で反射させることにより、輝度むらの少ない面発光を可能にしている。

特開２００３−２３２９３３号

上記のようなファサードサインでは奥行き寸法の薄型化が求められる為、蛍光灯光源からＬＥＤ光源への移行は、省エネルギーや環境問題の面だけでなく機器としての薄型化、小型化という点からも都合が良いと言うことができる。しかしながら、広い面積にわたり高輝度で輝度むらの無い均一な発光を行おうとした場合、列状に配列したＬＥＤの光を導光板の一辺から導光板内部に導入する方式のエッジライト装置では適していなかった。何故なら、矩形の導光板に対して一辺から光を照射するということは、機器の構成としては効率的な配置が可能になる一方で、導光板の端から端まで同じ発光効率で光を到達させる必要があるという事であり、根本的に大きな寸法の導光板を面発光させる用途には適していないのである。

そこで、上記特許文献１にあるように導光板の中央にＬＥＤ光源ユニットを配置し、中央から導光板の周縁に向けて光を照射する構成とすることにより、ＬＥＤ光の到達範囲を導光板の中央から周縁までとすることができ、導光板の一辺にＬＥＤ光源ユニットを設ける構成と比較して１つのＬＥＤ光源ユニットで発光駆動可能な導光板の寸法を大幅にサイズアップさせることが可能になる。しかし、このＬＥＤ光源ユニットを導光板の中央に置く方式は、コストの点では決して有利とは言えなかった。導光板をむら無く均一に発光させるには、導光板の中央から周囲３６０°に対して満遍なく光を照射することが効果的であり、理想としては円筒状に形成した基板の外周面にＬＥＤランプの発光範囲を隣接するＬＥＤ同士で重複させながら実装するのが好ましいのであるが、このように構成するにはコスト的に割高なフレキシブル基板が必要になるのである。また、製造過程においても、円筒形状の基板外周に実装したＬＥＤと導光板の光導入部との位置合わせを行う必要がある。

そして、ＬＥＤ光源ユニットを導光板の中央に置く方式、導光板の一辺にＬＥＤ光源ユニットを設ける方式、の何れの面発光装置においても、設置作業の際にはレール材等の取付用部材を予め取り付けた上でその取付用部材に面発光装置を固着する構造が多く採用されている。作業に要する手間からすると面発光装置を設置箇所に当接させた状態で表面側からネジ等を貫通させて固定するのが簡単で望ましいのであるが、このような構造ではネジの挿通孔が導光板を貫通して表面に現れる為、ネジ挿通孔が導光板の内部を伝達する光に影響を与えて輝度むらが発生し易くなるという問題がある。

本発明は上記問題点に対処してなされたものであり、導光板の中央にＬＥＤ光源ユニットを配置して中央から外周に向けて導光板内部に光を伝達させることで面発光を行うようにした装置であって、低コストで設置作業性に優れ、しかも発光均一性に優れた面発光装置を提供することを課題としている。

上記の目的を達成するために本発明は、発光素子から照射した光を導光板の端面から導光板内部に導入し、導入した光を導光板の表面から出射することで面状に発光する面発光装置において、導光板の中央に形成する凹部と、該凹部に収容される複数の発光素子からなる光源ユニットとを備え、前記光源ユニットは、発光素子を実装した複数枚の剛性のプリント基板を多角形に配置してなり、多角形の直線部を構成するプリント基板の実装面を前記導光板の辺に対して平行に、且つ導光板の対角線に対して垂直となる位置関係で導光板に固定し、導光板の対角線に対して垂直なプリント基板に、導光板の辺に対して平行なプリント基板よりも光量が高くなるように発光素子を実装してあり、実装した発光素子から照射した光を前記凹部に臨む導光板の端面から導光板内部に導入することを特徴とする面発光装置を提案する。

なお、前記導光板には、導光板を固定設置するために導光板の表面から裏面側に貫通する設置用貫通孔が設けられており、該設置用貫通孔を形成する位置が、導光板の中央に固定する前記光源ユニットの多角形状の中央部と多角形状の角部とを結んだ延長線上の導光板の面上であることが望ましい。

また、前記導光板には、前記光源ユニットを導光板に固定するために導光板の表面から裏面側に貫通する光源ユニット取付用貫通孔が設けられており、該光源ユニット取付用貫通孔を形成する位置が、導光板の中央に固定する前記光源ユニットの多角形状の中央部と多角形状の角部とを結んだ延長線上の導光板の面上であることが望ましい。

本発明によれば、屈曲性を備えない剛性のプリント基板に発光素子を実装し、発光素子を実装したこの剛性プリント基板を多角形状に配置して光源ユニットを構成して、導光板の中央に形成した凹部に収容する。この時、光源ユニットの多角形状を構成する直線部が導光板の外周縁を構成する辺に対して平行に、且つ導光板の対角線に対して垂直になるような位置関係で導光板に固定し、導光板の対角線に対して垂直なプリント基板に、導光板の辺に対して平行なプリント基板よりも光量が高くなるように発光素子を実装してある。このような構成にすることにより、フレキシブル基板を用いることなく導光板の中央から外周縁の方向に向けて周囲３６０°満遍なく光を照射することができると共に、発光素子と導光板の外周縁部との距離の違いによる輝度むらを防止できるので、低コストでかつ発光均一性に優れた面発光装置を提供することができる。

また、面発光装置を設置場所に固定設置するための設置用貫通孔を導光板に形成していることにより、面発光装置を設置対象位置に直接あてがいながら導光板の表面よりネジで固定することができ、設置作業性を大幅に向上させることができる。更に、導光板の表面から裏面側に貫通するこの設置用貫通孔の形成位置を、導光板の中央に固定する光源ユニットの中央部と多角形状の角部とを結んで導光板の面上まで延長線を引いたその線上に設けていることにより、多角形状の角部を挟んで隣り合う直線部からそれぞれ広がりながら照射されるＬＥＤ光が重なり合う領域に設置用貫通孔の位置を置くことができ、設置用貫通孔が導光板内部を伝達する光の一部を遮ったとしても遮った光とは別方向から進んで来る光によって補われ、設置用貫通孔による遮光の影が発生するのを防ぐことができる。即ち、導光板の表面に設置用貫通孔を形成しながらも輝度むらが発生するのを防ぐことができる。

また、導光板に光源ユニットをネジ等で固定するようにしており、そのための光源ユニット取付用貫通孔を上記設置用貫通孔と同様に導光板の中央に固定する光源ユニットの中央部と多角形状の角部とを結んで導光板の面上まで延長線を引いたその線上に設けている。これにより、上記同様に光源ユニットのＬＥＤから導光板内部に進入して伝達する光を光源ユニット取付用貫通孔が直接遮光するのを防ぐことができ、遮光することで導光板の発光面に影が形成され輝度むらが発生するのを防ぐことができる。

本発明実施例に係る面発光装置の外観図である。本発明実施例に係る面発光装置の内部構成を示すブロック図である。本発明の要部構成を示す説明図である。導光板に設ける設置用貫通孔と光源ユニット取付用貫通孔の位置関係を示す説明図である。

以下、本発明による好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明実施例による面発光装置の全体構成を示す説明図であり、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ平面図、側面図、底面図を示している。１は導光板であり、メタクリル樹脂やアクリル樹脂等の透明材料からなり、全体形状を正方形としてその中央にＬＥＤ光源を収容するための凹部２を形成している。図１（ａ）の平面図では導光板１中央の凹部２に八角形の乳半樹脂板３を装着した状態を示している。図１には表れていないが、凹部２は平面視で八角形に形成されており、導光板の背面側より凹部２に光源ユニット４を嵌め込んで装着し、装着した状態で８箇所にネジ５を締め込んで固定している。６は光反射シートであり、導光板１の裏面側に全面を覆って貼着されている。この光反射シートは、微細発泡プラスチック材から成り光を均一に拡散しながら反射する特性を備えており、光源ユニット４から導光板１の内部に進入した光を図１（ａ）に示す導光板表面側に反射させる作用を果たしている。７は反射ドットであり、導光板１と光反射シート６とを貼り合わせる貼着糊としての機能と、光源ユニット４から導光板１の内部に進入させた光を反射ドット部分で反射散乱させる機能との両機能を備えている。図１（ａ）に示すようにこの反射ドットのパターンは円形であり、光源ユニット４のＬＥＤ照射部から遠ざかるにつれてドットの径寸法が次第に大きくなるように形成している。これにより、光源ユニット４から照射されて導光板１の内部を伝達し反射ドット７に達した光は、反射ドット７を透過して光反射シート６で光入射角に関係なく反射散乱し、再び反射ドット７を透過して面発光するので、導光板内部を伝わる光が減衰する光源ユニットから離れた位置ほど反射ドット７による発光面積比が大きくなり、発光面全体としての輝度均一化を図っている。なお、この反射ドット７は、透明アクリル系等の樹脂を主成分とする粘着剤をスクリーン印刷法を用いる等して形成している。１０は導光板の表面から裏面に貫通する設置用貫通孔であり、本実施例では導光板の外周に相当する各辺の近傍にそれぞれ２箇所、更に光源ユニット４の近傍である導光板の中央部に４箇所設けており、導光板１枚当たり合計１２個の設置用貫通孔を形成している。この設置用貫通孔１０は、設置作業時に本装置を取り付けるための孔であり、面発光装置を設置箇所に当接させた状態で表面側からネジ等を貫通させて締め込むことにより設置現場に装置を固定する。１１は光源ユニット取付用貫通孔であり、前述の通り、導光板の裏面側から凹部２に嵌め込む光源ユニット４に形成されている固定用取付孔（図示しない）と対応し、八角形の形状に沿って角部付近に８箇所形成されている。このように形成された導光板の光源ユニット取付用貫通孔１１の位置と、光源ユニット４の固定用取付孔の位置とを合わせ、導光板裏面側からネジ５を締め込んで光源ユニット４を固定している。８は電源ケーブルであり、光源ユニットから２本導出する電源ケーブルには一方のケーブルにオス型防水コネクターが取り付けられ、他方のケーブルにはメス型防水コネクターが取り付けられている。この電源ケーブル８と防水コネクターを接続することで、図示の面発光装置を最大１００台まで連珠状に接続することが可能であり、複数接続した面発光装置の一段目の装置を商用ＡＣ１００ボルト電源に端子接続し、供給された電力を連珠接続した全ての面発光装置に対して一斉に供給可能にしている。

次に光源ユニット４の詳細な構造について図２及び図３を基に説明する。図２は光源ユニット４を平面視した説明図であり、図３は光源ユニット４を導光板１に取り付けた状態の断面を示す説明図である。１２は長方形の板状に形成された剛性のプリント基板であり、長さ寸法の異なる２種類の大きさのプリント基板を組み合わせて八角形の発光体を構成している。この八角形は導光板１の中央部に形成される凹部２の形状に対応しており、導光板の外周縁を構成する各辺に対して平行な関係となる位置に長さ寸法の短いプリント基板を配置し、導光板の対角線に対して垂直な関係となる位置に長さ寸法の長いプリント基板を配置している。そして、短い寸法のプリント基板には発光素子たるＬＥＤ１３が２個配置され、長い寸法のプリント基板にはＬＥＤ１３が３個配置され、導光板の凹部２に収容した際にこれらＬＥＤに臨む導光板の端面１ａから導光板の内部へ向けて光を照射するようにしている。このように構成することにより、光源ユニットのＬＥＤ１３と導光板１の外周縁端部との距離に応じて、距離が短い方向（導光板の辺と平行にプリント基板１２を置く方向）と、距離が長い方向（導光板の対角線に対して垂直にプリント基板１２を置く方向）とに放射する光量を調整し、発光時における輝度むらの発生を防止している。１４はＬＥＤ１３に対して垂直な方向に光を照射する正面方向ＬＥＤであり、プリント基板１２を組み合わせて形成する八角形の内側位置に実装され導光板の正面方向に乳半樹脂板３を介して光を照射する。八角形の内側位置にはこのＬＥＤ１３の他にも発光用電源回路が実装されており、正面方向ＬＥＤ１４のみが導光板の正面方向に露出するように、正面方向ＬＥＤ１４を除いて八角形の内側全面を覆う白色のリフレクター板が取り付けられている（構成を分かり易くするため図２ではリフレクター板を示していない）。このリフレクター板を取り付けることにより、導光板の正面上方より強い外光や太陽光の照射を受けた際に、乳半樹脂板３を介して八角形の内側空間に入射する外部からの光を再び外部に向けて反射させるようにしている。これにより、リフレクター板が無い場合には外部から受けた外光の一部が八角形の内側空間に吸収されて導光板正面から暗部として視認されるのに対し、強い外光を受けた場合にも導光板表面に薄暗い影状の暗部が表れるのを防止している。

１５はケーシングであり、樹脂成型された浅い円筒状の収容部を備え、八角形に組み合わせたプリント基板上のＬＥＤを上部に突出させた状態で残る部分をケーシング内に収容している。１６は環状シールパッキンであり、ケーシング１５と導光板１裏面との当接箇所に設けられ、ケーシング１５に設けられた８箇所の固定用取付孔１７を導光板１の光源ユニット取付用貫通孔１１に位置合わせした状態でネジ５を締め込むことにより、取り付けと同時に容易に防水性を確保するようにしている。

次に図４を基に導光板に設ける設置用貫通孔１０及び光源ユニット取付用貫通孔１１の位置関係について説明する。図４は導光板１と光源ユニット４とを一体に組み合わせた状態を示しており、凹部２に光源ユニット４を嵌め込んで装着している。既に説明したように凹部２と光源ユニット４は共に八角形の形状を備えており、この八角形の中央部２０と８個の角部とを結んだ延長線上に設置用貫通孔１０と光源ユニット取付用貫通孔１１を設け、光源ユニット４の中央部２０から導光板の外周縁に向けて放射状に並ぶように設置用貫通孔１０と光源ユニット取付用貫通孔１１を配置している。このように配置することにより、八角形の直線部分に実装されたＬＥＤから照射された光が設置用貫通孔１０と光源ユニット取付用貫通孔１１にそれぞれ直接当たるのを防ぐことができ、光源から届く光をそれら貫通孔が遮光して導光板の発光面上に影が形成されるのを防ぐことができる。図４に示す扇状の範囲は、ＬＥＤの半値角データを基にしてその光照射範囲をイメージとして示したものであり、図に示す通り光源ユニットのＬＥＤから照射した光が設置用貫通孔１０と光源ユニット取付用貫通孔１１に直接的に当たるのを回避している。そして、光源ユニットのＬＥＤから照射した光が導光板の最外周付近に位置する設置用貫通孔に当たったとしても、別の方向から進んでくる光を受けることで影が発生するのを防いでおり、本装置施工作業時の効率を大幅に向上させる設置用貫通孔を導光板に備えながらも輝度むらの無い均一な発光を可能にしている。

本発明は以上の構成されるものであるが、上記実施例に限定されることなく、種々の実施が可能である。例えば、光源ユニット４の剛性プリント基板で構成する多角形状は八角形以外の多角形状でも良い。また、設置用貫通孔の個数も本実施例では１２個としているが、これに限定されるものでは無い。

本発明の面発光装置の活用例としては、内照式の各種標示物（照明看板や広告パネルなど）や液晶表示装置のバックライト、あるいは一般の照明装置などに適用することができる。

１導光板
１ａ凹部に臨む導光板の端面
２凹部
３乳半樹脂板
４光源ユニット
５ネジ
６光反射シート
７反射ドット
８電源ケーブル
１０設置用貫通孔
１１光源ユニット取付用貫通孔
１２剛性プリント基板
１３ＬＥＤ
１４正面方向ＬＥＤ
１５ケーシング
１６環状シールパッキン
１７（光源ユニットの）固定用取付孔

Claims

発光素子から照射した光を導光板の端面から導光板内部に導入し、導入した光を導光板の表面から出射することで面状に発光する面発光装置において、
導光板の中央に形成する凹部と、
該凹部に収容される複数の発光素子からなる光源ユニットとを備え、
前記光源ユニットは、発光素子を実装した複数枚の剛性のプリント基板を多角形に配置してなり、多角形の直線部を構成するプリント基板の実装面を前記導光板の辺に対して平行に、且つ導光板の対角線に対して垂直となる位置関係で導光板に固定し、導光板の対角線に対して垂直なプリント基板に、導光板の辺に対して平行なプリント基板よりも光量が高くなるように発光素子を実装してあり、実装した発光素子から照射した光を前記凹部に臨む導光板の端面から導光板内部に導入することを特徴とする面発光装置。
発光素子から照射した光を導光板の端面から導光板内部に導入し、導入した光を導光板の表面から出射することで面状に発光する面発光装置において、
導光板の中央に形成する凹部と、
該凹部に収容される複数の発光素子からなる光源ユニットとを備え、
前記光源ユニットは、発光素子を実装した複数枚の剛性のプリント基板を多角形に配置してなり、多角形の直線部を構成するプリント基板の実装面を前記導光板の辺に対して平行に、且つ導光板の対角線に対して垂直となる位置関係で導光板に固定し、実装した発光素子から照射した光を前記凹部に臨む導光板の端面から導光板内部に導入するものであり、
前記導光板には、導光板を固定設置するために導光板の表面から裏面側に貫通する設置用貫通孔が設けられており、該設置用貫通孔を形成する位置が、導光板の中央に固定する前記光源ユニットの多角形状の中央部と多角形状の角部とを結んだ延長線上の導光板の面上であることを特徴とする面発光装置。
発光素子から照射した光を導光板の端面から導光板内部に導入し、導入した光を導光板の表面から出射することで面状に発光する面発光装置において、
導光板の中央に形成する凹部と、
該凹部に収容される複数の発光素子からなる光源ユニットとを備え、
前記光源ユニットは、発光素子を実装した複数枚の剛性のプリント基板を多角形に配置してなり、多角形の直線部を構成するプリント基板の実装面を前記導光板の辺に対して平行に、且つ導光板の対角線に対して垂直となる位置関係で導光板に固定し、実装した発光素子から照射した光を前記凹部に臨む導光板の端面から導光板内部に導入するものであり、
前記導光板には、前記光源ユニットを導光板に固定するために導光板の表面から裏面側に貫通する光源ユニット取付用貫通孔が設けられており、該光源ユニット取付用貫通孔を形成する位置が、導光板の中央に固定する前記光源ユニットの多角形状の中央部と多角形状の角部とを結んだ延長線上の導光板の面上であることを特徴とする面発光装置。