JP4848534B2

JP4848534B2 - 面状光源

Info

Publication number: JP4848534B2
Application number: JP2008053208A
Authority: JP
Inventors: 善弘酒井
Original assignee: 善弘酒井; 株式会社彩ユニオン
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: JP2009211915A

Description

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、大面積の照射部分を均一な照度で、明るく照射し得る面状光源に関する。

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４（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４（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２３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）。

電飾看板など、大形の表示装置のバックライトしては、従来、蛍光管を並べて面状光源としているが、小形化および省電力の観点からは図４に示されるようなＬＥＤを用いることが好ましい。図４（ａ）に示されるような構造であれば、基板を大きくして配列するＬＥＤの数を多くすれば、大きな面状光源とすることができるが、図４（ｂ）に示されるような導光板の側面から点状または線状光源より光を導入し、その導光板の表面から一様に光を放射させる構造では、導光板の大きさに限界があり、大きな面状光源にするには、光源部分で光の均一性が得られない。そのため、たとえば図５に示されるように、光源３１と導光板３２からなる面状光源ユニット３０を、接続部で光の不連続が生じないように導光板３２の一部を重ねて配列することにより、面状光源ユニット３０を何個も並べて大形の面状光源にすることが提案されている。（たとえば特許文献２参照）。なお、図５において、３３は光拡散板、３４は箱体、３５は光反射板である。
特開２０００−１１７０２号公報（段落０００２および図５）特開２００４−２０６９１６号公報

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、少なくとも１５０ｍｍ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、図４（ａ）に示されるように、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２０〜３０ｍｍピッチ程度にＬＥＤを並べ、しかも５０ｍｍ以上の間隔をあけて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、非常に多くのＬＥＤ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、２０〜３０ｍｍ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。

さらに、図５に示されるように、導光板の端部を重ねて配列することにより、大きな面積でも少ない奥行きで均一な輝度の面状光源とすることができるが、導光板の一端部を重ねて固定しなければならないため、予め組み立ててから運搬するのは不便であり、導光板を何枚も並べて大形化する場合、設置場所で組み立てる必要があるが、その組立てに時間がかかるという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、導光板の側面から光を導入する面状光源ユニットを何個も並列することにより大形の面状光源としながら、配列するだけで、簡単にいくらでも大形化することができ、しかも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。

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、導光板の側面に沿って光源が設けられる面状光源ユニットを並設しても、外面が光反射率の非常に優れた材料からなる山形形状をした光反射板で光源の上面側を被覆することにより、前述の導光板端部を重ねる構造で並設する場合よりも導光板と光拡散板との距離を１０〜２０ｍｍ程度大きくする必要はあるが、光拡散板の位置で継ぎ目の陰は全く生じないで均一な面状光源とすることができることを見出した。その結果、光源と導光板との組合せからなる面状光源ユニットを並べて配設し、その隣接する面状光源ユニット間の光源を覆うように予め作製しておいた山形形状の光反射板を被せるように取り付けるだけで、非常に簡単に組み立てることができる大形の面状光源が得られる。

本発明による面状光源は、点状または線状の光源、および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光を放射する導光板からなる面状光源ユニットと、該面状光源ユニットが複数個並設され、隣接する該面状光源ユニットの間に存在する前記光源を覆うように該光源上に設けられる山形状の光反射板と、前記複数個の面状光源ユニットの前記一面側に一定間隔を介して設けられる光拡散板または光拡散シートとを有している。

ここに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、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。

前記山形状の光反射板は、前記隣接する光源ユニットの光源を挟んだ導光板の間隔ｄに対して、高さｈが（１〜２）ｄとなるように形成されることにより、導光板と光拡散板との距離が比較的小さくても、光拡散板の全面で均一な輝度となりやすい。

本発明によれば、導光板の側面に光源を設ける面状光源ユニットを並べて大形化する場合に、光源部分により生じる光の不均一となる問題は、その光源上に山形状の光反射板が光源部分を覆うように設けられていることにより、光源からの直接の光はなく、かつ、その光反射板の外面により光を反射してその上側も光の強度が強くなり、均一な輝度となって解消される。すなわち、導光板の表面からは、あらゆる方向に光が放射されるため、あらゆる方向から山形状の光反射板に光が照射され、その光反射板の外面は反射率の高い光乱反射部材になっているため、上方にも反射される。この山形の高いところで反射する光は、光拡散板までの距離が短いため、反射しても比較的強い光で光拡散板に達する。また、導光板の表面からは前述のように、あらゆる方向に光が放射されているため、導光板と光拡散板との距離を若干離して３０ｍｍ程度にするだけで、光拡散板の表面からは光源の上も影ができることなく、均一な輝度で光を放射することができる。

つぎに、本発明の面状光源について図面を参照しながら説明をする。本発明による面状光源は、図１にその一実施形態の断面説明図および光拡散板を除去した平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からほぼ均一に光を放射する導光板２とからなる面状光源ユニット１０が複数個並設して設けられている。そして、隣接する該面状光源ユニット１０の間に存在する光源１の上面側に、その光源１を覆うように、山形状の光反射板３が設けられている。さらに、その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５または光拡散シートが設けられている。

図１に示される例では、構成の主要部のみが書かれているが、図５に示されるように、箱体内に面状光源ユニット１０を並べて、その上に一定の間隔Ｈを介して光拡散板５を保持するように箱体により固定する構造にしても良い。そのような場合、箱体は、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ったりしても良い。

光源１は、導光板２の側面に配置して導光板２内に光を投入するもので、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、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、指向性をあまり有しないチップ型のＬＥＤ１が導光板２の側面に並べて配線基板１ａなどに固定して設けられているが、透明樹脂で先端をドーム形状にしたランプ型（砲弾型）ＬＥＤや、サイドビュー型のＬＥＤなどを用いることもできる。いずれの場合でも、後述する反射板４などで被覆して、発光する光を無駄なく導光板２内に投入し得る構成にすることが好ましい。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。なお、ＬＥＤの一対のリードは、図１に示されるように配線基板１ａに取り付ける場合には、その配線基板に設けられている配線に接続することにより、簡単に電源と接続することができる。

図１に示される例では、後述するように幅Ｗが３００ｍｍの導光板２の幅方向に沿った側壁２ａに面して１００個の白色発光のＬＥＤ１が並べられ、この一列のＬＥＤ１により５.２Ｗ、３列の全体で約２０Ｗ（電圧調整用の抵抗消費電力などを含む）の電力が入力され、後述する光拡散板５の表面で、７００ｃｄ／ｍ²の光を放射するように構成されている。なお、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。

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２ｆなどの裏面（他面）に透明インクと樹脂ビーズと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に近い側面２ａ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２ｇが形成されたもので、この光反射パターン２ｇの分布により、表面（一面）２ｃから面内で均一な輝度による放射を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３で後述するように徐々に薄くなるような形状でも、また、裏面２ｄ側が不規則な形状でも、この光反射パターン２ｇを調整することにより、表面側から均一な輝度で光を放射することができる。

図１に示される例では、平面的な大きさは幅Ｗ×長さＬが３００ｍｍ×１００ｍｍで、導光板２の厚さｔが６ｍｍの平行板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２ａ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、終端面（光源が設けられる側面２ａと対向する側面２ｂ）およびその他の側面から光が漏れない構造になっている。なお、光源１は導光板２の１つの側面側に限らず、対向する側面など２以上の側面側に設けることもできる。また、通常は導光板２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５または光拡散シートが設けられている。

この面状光源ユニット１０を、たとえば図１に示されるように、横に並べて大きな面状光源にしようとすると、導光板２の一面２ｃからは一様に光が放射されるが、光源１の部分は、覆われていないと光源１の部分のみで非常に明るい光が放射され、その上面が覆われていると、その上が暗くなって、導光板２の明るさと一致しなくなる。そのため、本発明では、この光源１の部分を覆うように、山形形状の光反射板３が設けられている。

この光反射板３は、たとえば０.３５ｍｍ厚程度のアルミニウム板の一面に、たとえば東レ株式会社製の商品名Ｅ６０（１８０μｍ程度厚のポリエステルの発泡シート）からなる光乱反射部材を貼り付けたものを打ち抜き、図１（ａ）に示されるように、光乱反射部材を外側にして、断面形状が山形形状となるように折り曲げることにより形成されている。この山形形状は、たとえばその底面（隣接する導光板２の間隔）ｄが５ｍｍ程度で、高さｈが５〜１０ｍｍ程度のほぼ２等辺三角形になるように折り曲げられており、図１に示されるように、その一方の端部を長くしておくことにより、その長くした部分を隣接する光源ユニット１０の間の隙間に挿入するだけで簡単に組み立てることができる。なお、光乱反射部材としては、前述の例の他に、たとえば１〜２ｍｍ程度厚の古河電気工業株式会社製の商品名ＭＣＰＥＴ（超微細発泡光反射板）などを用いることもできる。また、反射率が高ければ、別の光反射板を用いることもできる。このような光乱反射部材を貼り付けた光反射板３が設けられることにより、非常に光の反射率が高く、山形の傾斜面を利用して、あらゆる方向から進んでくる光を反射して上方に進ませるため、この光反射板３の真上でも非常に明るくなり、その山の上から１０〜２０ｍｍ程度の位置では、他の部分と殆どその輝度の差が生じなくなる。

光源１の背面側および導光板２の背面側（他面２ｄ側）は、反射板４で囲まれて光源１や導光板２の背面側から光が逃げないで、できるだけ光源１の光を有効に利用できるように形成されている。しかし、前述のように、この面状光源ユニット１０を図示しない箱体内に入れる場合には、その箱体内部を光反射特性が良くなるように形成しておくことにより、このような反射板４を設ける必要はない。この反射板４は、前述の光反射板３と同様に、光の反射率がとくに優れた前述のポリエステル発泡シートなどからなる光乱反射部材を貼り付けたものを使用することができるが、その他の反射板でも良い。

光拡散板５は、たとえば３〜５ｍｍ厚程度（図１に示される例では５ｍｍ）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、スリ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。

前述のように、幅Ｗが３００ｍｍで、長さＬが１００ｍｍの幅方向の１つの側面に１６ｍＡ（３.２Ｖ）のＬＥＤ１を約１００個並べて（１列で５.２Ｗ；具体例では、６個シリーズ＋抵抗で２４Ｖ駆動の組を１７組で動作）形成した面状光源ユニット１０を３個並べ、その表面から高さＨが３０ｍｍのところに厚さが５ｍｍの乳半アクリルからなる光拡散板５を設けた場合の、光拡散板５の表面の輝度を調べた結果、光源１の部分の上方も含めて、全面でほぼ均一な７００ｃｄ／ｍ²の均一な面状光源が得られた。この面状光源は、面状光源ユニット１０を並べてその継ぎ目部分の光源１の上方に光拡散板３を配置するだけで構成することができるため、縦横に好みの数だけ面状光源ユニット１０を並べるだけで、非常に簡単に所望の大きさの面状光源を得ることができる。

前述の例では、導光板２として、平行平板を用いたが、導光板２の一面２ｃから一様に光が放射されればよいため、導光板２の一面２ｃと対向する他面２ｄの光の反射特性を調整すれば、導光板２の形状には左右されない。逆に、この他面２ｄ側の形状を変えることにより、より一層一面２ｃ側から均一な光を放射させることができる。たとえば、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、他面２ｄ側の形状をテーパ状にしたり、先端側のみでテーパ状にしたり、凸型形状にしたり、種々の形状にすることもできる。

本発明によれば、表面での輝度の均一な大形の面状光源を簡単に得ることができるため、省電力が必要とされる、大きな電飾看板や大形の液晶表示装置などのバックライトとして利用することができる。

本発明による面状光源の一実施形態を示す側面および断面の説明図である。図１の導光板の構成を示す図である図１に示される導光板の他の形状例を示す図である。従来のバックライト光源の例を示す説明図である。導光板を用いて、大形のバックライトを構成する従来構造の説明図である。

符号の説明

１光源（ＬＥＤ）
1a 配線基板
２導光板
３光反射板
４反射板
５光拡散板
10 面状光源ユニット

Claims

点状または線状の光源、および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光を放射する導光板からなる面状光源ユニットと、該面状光源ユニットが複数個並設され、隣接する該面状光源ユニットの間に存在する前記光源を覆うように該光源上に設けられる山形状の光反射板と、前記複数個の面状光源ユニットの前記一面側に一定間隔を介して設けられる光拡散板または光拡散シートとを有する面状光源。
前記山形状の光反射板は、前記隣接する光源ユニットの光源を挟んだ導光板の間隔ｄに対して、高さｈが（１〜２）ｄとなるように形成されてなる請求項１記載の面状光源。