JP2004206916A

JP2004206916A - 面状光源

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Publication number: JP2004206916A
Application number: JP2002371847A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakai; 善弘酒井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】光源の光を有効に活用して省電力化を図りながら、電飾看板のような大形の表示パネルでも、均一に照射可能で、安価な面状光源を提供する。
【解決手段】点状または線状の光源１と、その光源１の光を側面２ａから入射し平面状の一面２ｃからほぼ均一に照射する導光板２とからなる面状光源ユニット１０（１１、１２…）が複数個設けられ、１個の面状光源ユニット１２の光源１部分が、他の面状光源ユニット１１の導光板２における光源１が設けられる側面２ａと対向する端部２ｂの下側に重なるように並列して設けられている。そして、複数個の面状光源ユニット１０の一面２ｃ側に一定間隔Ｈを介して光拡散板３または光拡散シートが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示パネルや電飾看板などの表示装置の裏面側から光を照射するパネル表示用のバックライトに適した表示装置用の面状光源に関する。さらに詳しくは、半導体発光素子など出力の小さい光源を用いても、非常に少ない光源の数で、大面積で均一な照度とし得る面状光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示パネルや電飾看板などのバックライトとしては、小形のものでは図７（ａ）に平面説明図が示されるように、基板２１上に半導体発光素子（以下、ＬＥＤという）２２またはそのチップなどの点状光源を並べてその上に光拡散板を設けたもの、または図７（ｂ）に示されるように導光板２３の側面にＬＥＤ２４もしくはＬＥＤチップまたは蛍光灯などの線状光源を配置して、導光板に取り入れた光をその表面から光拡散シート２５を介して放射するものが用いられている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、駅や街頭などの広告として用いられる大型の電飾看板は、たとえば図８に示されるように、蛍光管２６などの光源を光反射ケース２７内に数本配列し、拡散板２８を介して、または直接表示パネルなどを照射するものである。これらの電飾看板では、光源と表示パネル面との間隔が狭いと、蛍光管部分のみが異常に明るく蛍光管の間隔の中間部では暗く、表示パネルの画面を見ていても、蛍光管の形状（ランプイメージ）が映り、照度も全面で均一ではなく、見栄えが悪くなる。そのため、蛍光管などの棒状光源とパネル表面との間隔を、たとえば１ｍ四方の大きさのパネルで、１５ｃｍ以上は離間させる必要がある（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１７０２号公報（段落０００２および図５）
【特許文献２】
特開平８−１５３４０５号公報（段落０００２および図１７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電飾看板のように、蛍光管を配列してパネルを表示するタイプでは、箱体内で蛍光管を並べるだけですむため、非常に簡単に製造することができるが、蛍光管のある部分では非常に明るく、並設される蛍光管の中間部では暗く、表示パネル面の照度の均一性が得られ難い。その照度を均一にしようとすると、蛍光管の位置と表示パネルとの間隔を前述のように、少なくとも１５ｃｍ以上は離す必要があり、奥行きの寸法が大きくなり大形化すると共に、光源と表示パネルとの距離を大きくすると、無駄な光が多くなり必要以上に電力を多く消費するという問題がある。一方、近年では、小形化と共に省電力化の要求も大きく、消費電力の小さいＬＥＤなどによる省電力化が要求されている。
【０００６】
しかし、従来の基板上にＬＥＤチップを並べて面状の光源にするには、ＬＥＤチップの数を増やせばいくらでも大きな面状光源を形成し得るが、たとえば１０〜２０ｍｍピッチ程度にＬＥＤチップを並べ、しかも５ｃｍ以上の厚さの光拡散板などを介さないと表面全体で均一な輝度が得られず、非常に沢山のＬＥＤチップと厚い光拡散板を必要とし、たとえば電飾看板のように大きな表示装置のバックライト用にするには、非常に高価になると共に重くなる。しかも、１０〜２０ｍｍ程度の間隔でもその間隙部は輝度が落ち、面全体で均一な輝度を得難く、さらに光拡散板を厚くするか、ＬＥＤチップの配置ピッチを小さくしなければならず、コストアップを避けられないという問題がある。
【０００７】
さらに、導光板を用いる面状光源では、導光板の側面から光を投入して、表面から均一に光を照射するように導光板が形成されているため、光源の光を有効に活用しながら、比較的薄くて面全体から均一な光を照射することができるが、導光板に入射する光は、導光板の一つの側面または対向する二つの側面から入射する光であるため、光量には限界があり、導光板を無限に大きくすることはできず、いくら明るい光源を用いても、５０〜７０ｃｍ程度の長さが限界であり、１ｍ四方以上の電飾看板のような大きな面状光源としては実用化されていない。この場合、導光板を複数枚並べて大形化することも考えられるが、導光板の少なくとも一側面にはＬＥＤなどの点状光源または蛍光管などの線状光源が設けられているため、その光源部分で導光板が途切れ、面全体の輝度の均一性が得られず、前述のように、実用化されていない。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、光源の光を有効に活用して省電力化を図りながら、電飾看板のような大形の表示パネルでも、均一に照射することができる安価な面状光源を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、導光板を用いながら、大形の表示パネル用の面状光源を実現するため、鋭意検討を重ねた結果、導光板の側面に設けられる光源部分を他の導光板の下側に重ねることにより、導光板の表面に段差が生じて導光板の一面側が平らな平面状にならなくても、その一面側から、たとえば１０〜５０ｍｍ程度の間隔をおいて、光拡散板または光拡散シートを配置すれば、殆ど面内で均一な輝度となり、重ね合せた部分の段差の影響を殆ど受けなくすることができることを見出した。そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、導光板が一面側と他面側とで平行でなく、光源から遠ざかるにつれて、連続的に薄くしたり、段階的に薄くしても、その他面側に設けられる光反射パターンを調整することにより、一面側からほぼ均一な輝度で照射することができ、重ね合せ部分の段差を非常に小さくすることができることも見出した。
【００１０】
本発明による面状光源は、点状または線状の光源と、該光源の光を側面から入射し平面状の一面からほぼ均一に照射する導光板とからなる面状光源ユニットが複数個設けられ、該面状光源ユニットの１個の前記光源部分が、他の面状光源ユニットの導光板における前記光源が設けられる側面と対向する端部の下側に重なるように並列して設けられ、該複数個の面状光源ユニットの一面側に一定間隔を介して光拡散板または光拡散シートが設けられている。
【００１１】
ここに導光板とは、板状体の少なくとも一つの側面から入射した光を平面状の一面側からほぼ均一に照射するように他面側に光反射パターンが形成された光伝送体を意味する。なお、導光板は一面側と他面側とが平行である必要はなく、また、他面側は平面状である必要もない。また、光源部分とは、光源のみの部分のほか、光源と共に導光板の側面部分を含む場合の両方を含む意味である。さらに、点状または線状の光源とは、たとえばＬＥＤのようにポイント的に発光するものが点状光源で、蛍光管のように長い範囲に亘って連続的に発光するものが線状光源であることを意味する。
【００１２】
この構成にすることにより、導光板の側面に設けられる光源による光の不均一部分は他の導光板の裏面側に重なるように並べられるため、その影響がなく、また、光源部分が他の導光板の裏面に重なるように配列されるため、複数の導光板の一面が完全に同一平面にならなかったり、繋ぎ目部分の輝度の不連続が起り得るが、導光板と１０ｍｍ程度以上の一定間隔を介して光拡散板または光拡散シートが設けられているため、その不連続を目立たなくすることができ、ほぼ全面で均一な輝度にすることができる。
【００１３】
前記面状光源ユニットの導光板は、前記光源が設けられる側面と対向する端部側の厚さが、前記光源が設けられる側の厚さと比較して薄く形成されることにより、光源部分を他の導光板の裏面側に重ねることによる段差を０または非常に小さくすることができ、複数の導光板の一面側をほぼ平面状にすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の表示装置用の面状光源について説明をする。本発明による面状光源は、図１（ａ）にその一実施形態の一部の断面説明図が示されるように、点状または線状の光源１と、その光源１の光を側面２ａから入射し平面状の一面２ｃからほぼ均一に照射する導光板２とからなる面状光源ユニット１０（１１、１２…）が複数個設けられ、１個の面状光源ユニット１２の光源１部分が、他の面状光源ユニット１１の導光板２における光源１が設けられる側面２ａと対向する端部２ｂの下側に重なるように並列して設けられている。そして、複数個の面状光源ユニット１０の一面２ｃ側に一定間隔Ｈを介して光拡散板３または光拡散シートが設けられている。
【００１５】
図１に示される例では、この面状光源ユニット１０が、図１に示されるように一端部を重ねて箱４内に並べられ、図示しないＬ金具（ステー）とビスなどにより両サイド（一端部２ａおよび他端部２ｂと異なる側面側）で固定される構造になっている。そして、照射面２ｃ側に光拡散板３が設けられている。導光板２がＬ金具などにより締め付けて固定されることにより、導光板２の光の進行方向側への移動も抑制することができると共に、ＬＥＤなどの光源１に故障などの異常が発生した場合でも、導光板を１枚取り外すことにより、その光源１を容易に取り替えることができるため、管理上好ましい。なお、箱体４は、その材料に限定されないが、光源の光を効率よく利用するためには、光反射性の優れた材料、たとえばアルミニウムなどの反射しやすい金属板、または金属板もしくはプラスティックなどの内面に反射しやすい白色塗料を塗布しておくことにより一層内部での反射がよく、光の損失が少なくなるため好ましい。しかし、反射性がなくても、内面に図示しない光反射シートを敷いたり、光反射シートで側面および底面を覆えば箱体がなくても構わない。
【００１６】
光源１は、たとえばＬＥＤのような消費電力の小さい発光素子が好ましい。しかし、後述する図４に示される例のように、たとえば蛍光管のように、冷陰極管や熱陰極管などの線状光源を使用することもできる。ＬＥＤの場合、図１に示される例では、透明樹脂で先端をドーム形状にしたランプ型（砲弾型）の例であるが、このような構造のＬＥＤであれば、指向性が強いため、廻りを反射板などで被覆しなくても上面側に反射板５を設けるだけですみ、取り付けが簡単でありながら、光源の光を有効に利用することができる。しかし、チップ状の基板上にＬＥＤチップをマウントして透明樹脂で被覆したり、さらにその外周に反射壁を形成したチップ型ＬＥＤでも同様に上面側に設けられる反射板５だけで有効に利用することができる。なお、図では模式的に示されており、ＬＥＤのリードが延びた状態で示されているが、プリント基板などにハンダ付され、複数個のＬＥＤが全て１枚の基板に固定されると共に、リードが電気的に接続されるようになっている。
【００１７】
さらに、ＬＥＤとしては、白色のＬＥＤを用いれば、１個で白色の面状光源にすることができるが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類のＬＥＤを用いて、その混合により白色や他の混合色や、赤色など所望の色の発光ＬＥＤを使用して、所望の色の面状光源にすることができる。光源１としては、前述のように、蛍光管や電球アレーなどを使用し、図４で後述する反射シート６により蛍光管などを被覆することにより、導光板２内に有効に光を取り込むことができる。この場合、プリズムシートなどで指向性をもたせることにより、導光板２内に投入しやすくすることもできる。
【００１８】
このランプ型ＬＥＤを光源として用いる場合、一般的に市販されているＬＥＤを用い、後述する１２０〜２００ｍｍの長さ（Ｌ）の導光板に使用するには、１０ｍｍ間隔で設ければ、５００〜８３０ルクス程度の輝度を得ることができる。したがって、８０ｍｍ幅の導光板であれば、８個程度並べれば、８０ｍｍ×１２０〜２００ｍｍ程度の導光板の表面から一様な輝度で照射をすることができる（導光板を用いないで、直接面内に配列すると、２０ｍｍ間隔で設けても、４×６〜１０＝２４〜４０個必要で、しかも面内輝度の均一を図ろうとすると、少なくとも５０ｍｍ以上の厚さの光拡散板を必要とする）。なお、明るい面状光源にしたい場合には、光源の出力を大きくするのみならず、導光板の長さＬを短くしたり、ＬＥＤの間隔を小さくすることによっても面内の輝度を大きくすることができ、暗くてもよい場合は、長さＬを長くしたり、ＬＥＤの間隔を広げることにより、面内の輝度を調整することができる。
【００１９】
導光板２は、従来の導光板として利用されているものと同様の構造で、たとえば図２に一例の側面説明図が示されるように、厚さが３〜１０ｍｍ程度の透明アクリル板２ａなどの裏面（他面）に透明インク＋樹脂ビーズ＋チタン粉末などを混ぜたインクをシルク印刷することにより、光源１に近い側では小さく、遠ざかるにつれて大きくなる円形などの光反射パターン２ｂが形成されたもので、この光反射パターン２ｂの分布により、表面（一面）から面内で均一な輝度による照射ができるように形成されている。図２に示される例では、導光板２が全体で同じ厚さに示されているが、図１に示されるように徐々に薄くなるような形状でも、また、図５で後述する例のように、裏面側が不規則な形状でも、この光反射パターン２ｂを調整することにより、表面側から均一な輝度で照射することができる。
【００２０】
図１に示される例では、平面的な大きさは幅Ｗ×長さＬが８０ｍｍ×１２０ｍｍで、光源側の導光板の厚さｔ₁が４ｍｍ、その対向する端部１ｂ側の厚さｔ₂が１ｍｍになるようなテーパ形状に形成されている。また、導光板２の側面には、光源１が設けられる側面を除いて、光反射性の塗料を塗布するか、白色またはミラー状のテープを貼着することにより、側面から光が漏れない構造になっている。なお、通常は導光板の表面に光拡散シートが貼着されるが、本発明では不要で（貼着されていても構わない）、前述のように、複数の導光板ユニット１０をまとめて、一定の間隔Ｈを介して光拡散板３または光拡散シートが設けられている。
【００２１】
光拡散板３は、たとえば３ｍｍ厚程度で、通称乳半と呼ばれる乳白色のアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ガラスなどの板状体からなり、斜め方向からきた光でも表面であらゆる方向に均一に放射されるようにする機能を有している。この光拡散板３は、厚い方が、下面からくる斜め方向の光でも指向性のない光とすることができるため好ましいが、下面の導光板ユニットによる光ムラが小さければ、薄いビニールシート（ＦＦシート）などの光拡散シートまたは乳白シートでも構わない。
【００２２】
本発明では、この光拡散板３が、導光板２の表面に直接貼着されるのではなく、導光板２の表面から一定距離Ｈだけ離して設けられている。この一定距離Ｈは、導光板ユニット１０の繋ぎ目の輝度のバラツキにもよるが、通常は１０〜２０ｍｍ程度離せばよいが、多くても５０ｍｍ以下、さらに多くても１００ｍｍ以下離せば充分である。この間隙部を設けることにより、光の２次拡散が生じ、薄い光拡散板３または光拡散シートでも、導光板ユニット１０の繋ぎ目における輝度のムラをぼかすことができ、光拡散板３表面での輝度のバラツキを殆ど目立たなくさせることができる。この距離Ｈを２０ｍｍ程度にしても、図１（ａ）に示される光拡散板３の表面と箱体４の底面との全体の厚さＴを、３０ｍｍ程度で形成することができる。
【００２３】
図１（ａ）に示されるように、導光板２の大きさが幅Ｗ×長さＬを８０ｍｍ×１２０ｍｍで、１０ｍｍ間隔で、一側面２ａ側に８個のＬＥＤを並べた導光板ユニット１０（１１、１２、１３）を縦方向に３個並べた場合に、光拡散板３の表面での輝度分布を図１（ｂ）の平面図の状態で示す。図１（ｂ）から明らかなように、継目部分で輝度が若干大きいが、支障のある程度ではなく、この導光板ユニット１０を何枚も繋げることにより、少ないＬＥＤの数で、所望の大きさの面状光源を得ることができる。なお、横方向に関しては、幅広の導光板を用いて同じ間隔で光源の数を増やせば、同様に均一な面状光源を少ない導光板の数で幅広の面状光源とすることができる。
【００２４】
本発明によれば、導光板に投入する光源部分を他の導光板の下側に重なるように複数個の導光板ユニットを並べることにより構成されているため、何個でも導光板ユニットを並べることができ、所望の大きさの面状光源を簡単に形成することができる。しかも、重ね合せ部分における輝度の不均一性は、導光板の表面から一定間隔を介して光拡散板または光拡散シートが設けられることにより、その間隙部における光の２次拡散により解消され、非常に薄い光拡散板または光拡散シートが設けられるだけで、面内で均一な輝度が得られる。
【００２５】
さらに、所望の輝度に応じて、光源の数を増減したり、導光板の大きさを増減することができ、所望の輝度で所望の大きさの面状光源を簡単に形成することができる。すなわち、ＬＥＤの１０ｍｍピッチを狭くすれば輝度を上げることができ、ピッチを広げれば輝度を落すことができるし、同じピッチの光源でも、導光板の長さＬを変えることにより、表面輝度を調整することができる。たとえば図１（ａ）に示される構造で、８０ｍｍ幅の導光板で８個のＬＥＤを配置し、距離Ｈを２０ｍｍとしたとき、導光板の長さが１２０ｍｍであれば、輝度が７００〜８７０ルクスであったものが、２００ｍｍにすると面内の平均的な輝度は約６８０ルクスになり、さらに３００ｍｍの長さにすると約５００ルクス、さらに４００ｍｍの長さにすると約４００ルクスになり、同じ光源で導光板の長さを変えることにより表面輝度を調整することもできる。もちろん、導光板の長さを変えた場合には、その裏面の光反射パターンの調整により、表面全体で均一な輝度になるように導光板が形成される。
【００２６】
図３（ａ）は、導光板ユニット１０の重ね合せ部分を、たとえば導光板ユニット１２の光源１だけが他のユニット１１の導光板２の下側に重なるようにして配列した例である。この例でも、図１（ａ）と同様に、光源１側の端部２ａの厚さｔ₁が４ｍｍで、他端部２ｂ側の厚さｔ₂が１ｍｍのテーパ型導光板２を用いたが、後述する図５（ｆ）〜（ｊ）に示される例のように、他端部２ｂ側の厚さを薄くすることにより、光源だけを他の導光板の下側に重ねて、導光板の表面をほぼ面位置に並べることもできる。このときの表面での輝度分布を図３（ｂ）に図３（ａ）の平面図の形で示してある。なお、この場合の導光板２の表面と光拡散板３（厚さ３ｍｍ）との距離Ｈは２１ｍｍで、光拡散板３の表面から箱体４の底面までの全厚さＴは３０ｍｍであった。導光板２および光源１は、図１（ａ）の例と同じにした。図３（ｂ）から明らかなように、面内輝度は７１１〜７８０ルクスで、前述の例よりも均一な輝度が得られた。
【００２７】
図４は、さらに変形例を示す図で、この例では、光源１としてＬＥＤではなく、４０Ｗの蛍光管（長さが１２００ｍｍ）を使用し、同時に導光板２を両面がほぼ平行な１０ｍｍ厚のものを用いた例である。この場合は、蛍光管に指向性がなく、周囲全体に光が放出されるため、図４に示されるように、蛍光管１が反射シート６により被覆され、できるだけ多くの光が導光板２内に投入されるような構造になっている。また、導光板２の表面（他端部２ｂ側表面）と光拡散板３の内面との距離Ｈは、前述と同様の２０ｍｍで、全体の厚さＴは６０ｍｍ程度に形成した。導光板２の大きさは、その幅（図の奥行き方向の寸法）を１２５０ｍｍ程度で、長さＬを３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍと変えたが、他の構造は、前述の例と同じである。その結果、３００ｍｍ長では、平均して約４０００ルクス、４００ｍｍ長では３３００ルクス、５００ｍｍ長では３０００ルクスと前述の例と同様に導光板の長さを長くするほど輝度は低下するが、ほぼ面内で均一な輝度を得ることができる。このような蛍光管などの線状光源を用いても、同様に面内均一で、無限の大きさの面状光源を得ることができる。
【００２８】
図５は、導光板の形状例を示した図である。すなわち、図５（ａ）は、２枚の導光板の光源部を重ね合せた状態の平面図で、（ｂ）〜（ｊ）はそれぞれ導光板の側面説明図を示している。すなわち、導光板の光照射面（一面）２ｃと反対側の面（他面）２ｄの形状を種々変更した例で、種々の形状にすることもできる。いずれの形状にしても、導光板２裏面の光反射パターンを調整することにより、照射面側からほぼ均一な照射をすることができる。また、重ね合せ部分も、導光板の一部も重ね合せてもよいし（図５（ｂ）〜（ｅ））、導光板２自身は突き当ての形式（図５（ｆ）〜（ｊ））にすることもできる。
【００２９】
図６は、さらに他の形状例を示す図である。すなわち、光源１を導光板２の側面側に配置するのではなく、導光板２の側面に凹部２ｆを形成し、その凹部２ｆ内にＬＥＤ１を配置した例である。このような構造にしても、同様に導光板２の一部を重ねて所望の大きさの面状光源を形成することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、非常に少ない光源を用いながら、所望の輝度で、無限の所望の大きさで、輝度ムラがなく、全体の厚さが薄い面状光源を非常に安価に得ることができる。その結果、広告などに用いる大形の電飾看板でも、ＬＥＤなど省電力で、長寿命の半導体発光素子を用いて、明るい表示をすることができる。その結果、省エネ電飾看板の発達に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による面状光源の一実施形態の断面説明図およびその輝度分布を示す図である。
【図２】図１に示される導光板の構成説明図である。
【図３】図１の変形例を示す図１と同様の説明図および輝度分布図である。
【図４】図１の変形例を示す図１（ａ）と同様の断面説明図である。
【図５】図１に示される導光板の形状例および重ね合せ例を示す図である。
【図６】図１に示される導光板と光源との配置例の変形例を示す図である。
【図７】従来の面状光源の構成例を説明する図である。
【図８】従来の面状光源の構成例を説明する図である。
【符号の説明】
１光源
２導光板
３光拡散板

Claims

点状または線状の光源と、該光源の光を側面から入射し平面状の一面からほぼ均一に照射する導光板とからなる面状光源ユニットが複数個設けられ、該面状光源ユニットの１個の前記光源部分が、他の面状光源ユニットの導光板における前記光源が設けられる側面と対向する端部の下側に重なるように並列して設けられ、該複数個の面状光源ユニットの一面側に一定間隔を介して光拡散板または光拡散シートが設けられてなる面状光源。
前記面状光源ユニットの導光板は、前記光源が設けられる側面と対向する端部側の厚さが、前記光源が設けられる側の厚さと比較して薄く形成されてなる請求項１記載の面状光源。