面状光源

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【発明の名称】	面状光源
【発明者】	【氏名】山本正彦
【要約】	【課題】省電力が可能なＬＥＤなどを使用しながら、大きな面積で均一な光を照射することができる面状光源を提供する。【解決手段】箱体２の一面に光拡散板１が設けられている。そして、光拡散板１の一面とほぼ平行方向に指向性を有するように発光源３が取り付けられると共に、その発光源３からの光を光拡散板１側に反射させるように傾斜面を有する反射板６が設けられている。そして、この発光源３と反射板６との組が、反射板６により反射した光が光拡散板１側に向かうように箱体２の中に複数組設けられている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】一面に光拡散板が設けられた箱体と、前記一面とほぼ平行方向に指向性を有するように取り付けられる発光源および該発光源からの光を前記光拡散板側に反射させるように傾斜面を有する反射板の組とからなり、前記発光源および反射板の組が複数組並置されると共に、それぞれの組は前記反射板により反射した光が前記光拡散板側に向かうように前記箱体内に設けられてなる面状光源。
【請求項２】前記発光源と反射板との組が、前記反射板の傾斜面が同じ向きに２以上並列して設けられてなる請求項１記載の面状光源。
【請求項３】前記発光源と反射板との組が、前記反射板が断面形状で山形に形成され、前記発光源が該山形の反射板の両側に対向するように設けられることにより形成されてなる請求項１記載の面状光源。
【請求項４】前記発光源と反射板との組の発光源が、異なる発光色の複数個の発光源からなる請求項１、２または３記載の面状光源。
【請求項５】前記発光源と反射板との組の発光源が、同じ色の発光色の発光源を複数個有して構成されてなる請求項１、２、３または４記載の面状光源。

【発明の詳細な説明】【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など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の指向性のある光源を用いた省電力で、かつ、大きな面積に亘って均一な照度が得られる面状光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示素子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５（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）チップ２２を並べたものや、さらにその上に光拡散板を設けたもの、または図５（ｂ）に示されるように導光板２３の側面にＬＥＤ２４またはＬＥＤチップを配置して、導光板に取り入れた光をその表面から放射するものが用いられている。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などでは、蛍光灯や電灯などを何個も並べたものが使用されている。
【０００３】一方、本発明者は、カラー表示装置用の面状光源として、箱体の中に、たとえば赤、緑、青の３原色の複数個のＬＥＤを配設し、ＬＥＤからの光を傾斜反射面で表面側に反射させることにより表面から一様に照射される面状光源を発明し、特開平９－１４６０８９号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】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、たとえば１０ｍｍピッチ程度にＬＥＤチップを並べ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チップを必要とし、高価になる。しかも、１０ｍｍ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にくいという問題がある。また、導光板を用いる面状光源では、導光板の中を通過する間に光が減衰するため、導光板の面積を大きくすることができず、しかも、ＬＥＤの光を導光板の側面にできるだけ多く取り入れるように反射板などでＬＥＤを覆う必要があり、ＬＥＤの部分では上部に光が放射されないため、導光板を用いた面状光源を何個も並べて大きな面状光源にすることができないという問題がある。
【０００５】さらに、蛍光灯や電灯などを使用する面状光源では、指向性が得られないため無駄な電力が多くなり消費電力が大きく、たとえば太陽電池などを使用した省電力の光源とすることができない。一方、最近では白色のＬＥＤが開発され、１個のＬＥＤで白色光を照射することができるが、大きな面状光源にするには、前述のようにただＬＥＤチップを基板上に複数個並べてもその数が多くなると共に、その間隙部での輝度が均一になりにくいという問題がある。
【０００６】本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、省電力が可能なＬＥＤなどの指向性を有する発光源を使用しながら、大きな面積で均一な光を照射することができる面状光源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による面状光源は、一面に光拡散板が設けられた箱体と、前記一面とほぼ平行方向に指向性を有するように取り付けられる発光源および該発光源からの光を前記光拡散板側に反射させるように傾斜面を有する反射板の組とからなり、前記発光源および反射板の組が複数組並置されると共に、それぞれの組は前記反射板により反射した光が前記光拡散板側に向かうように前記箱体内に設けられている。
【０００８】ここに反射板とは、発光源からの光を反射する反射面を有するものを意味し、板状体に限定されるものではなく、３角柱などのブロック状に形成されているものや、箱体の底面と一体に凸状に形成されたものも含む。
【０００９】前記発光源と反射板との組が、前記反射板の傾斜面が同じ向きになるように２以上並列して設けられたり、前記反射板が断面形状で山形に形成され、前記発光源が該山形の反射板の両側に対向するように設けられることにより形成されてもよい。
【００１０】前記発光源と反射板との組の発光源が、異なる発光色の複数個の発光源からなれば、カラーの面状光源にしたり、３原色の混合により白色光源とすることができる。
【００１１】前記発光源と反射板との組の発光源が、同じ色の発光色の発光源を複数個有して構成されることにより、輝度の大きい面状光源にしたり、幅の大きい面状光源とすることができる。
【００１２】
【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。
【００１３】本発明の面状光源は、図１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、箱体２の一面に光拡散板１が設けられている。そして、光拡散板１の一面とほぼ平行方向に指向性を有するように発光源３が取り付けられると共に、その発光源３からの光を光拡散板１側に反射させるように傾斜面を有する反射板６が設けられている。本発明では、この発光源３と反射板６との組が複数組箱体２の中に設けられていることに特徴がある。
【００１４】光拡散板１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートなどからなり、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。箱体２は、光が外にできるだけ漏れないようにすると共に、内部で反射してその表面側の光拡散板１の方に光が進むように内面が反射しやすく形成されている。材料としてはアルミニウムなどの反射しやすい金属板でもプラスティックなどの内面に反射しやすい塗料を塗布したものでもよい。とくに、箱体２の内面に白色塗料など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。
【００１５】発光源３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。最近では白色のＬＥＤが開発されており、その白色ＬＥＤを用いれば、白色の面状光源を得ることができる。また、赤色などの可視光のＬＥＤを使用すれば、その色の面状光源とすることができるし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類のＬＥＤを用いれば、その混合により白色や他の混合色の面状光源にすることができる。発光源３としては、ＬＥＤの他にプリズムシートなどで指向性をもたせた蛍光管や電球アレーなどを使用することもできる。プリズムシートは、たとえば１２７μｍ程度の厚さのポリエステルフィルム層の表面に、アクリル系樹脂などによりピッチ（隣接するプリズムの頂角と頂角との間隔）が５０μｍ程度で頂角までの高さが１５５μｍ程度のプリズム面（プリズムの頂角は９０°）を形成したもので、このプリズムシートを光源の前に置くことにより指向性が得られ、このプリズムシートをプリズム面が直交するように２枚重ねることにより、より一層指向性が向上する。そのため、蛍光灯などを用いても無駄なく光を利用することができて消費電力を減少できる。
【００１６】反射板６は、箱体２と同様に金属板やプラスティックなどにより形成され、発光源３との対向面（反射面）が高い反射率になるように反射率の大きい金属板または反射率の大きい白色塗料の塗布などにより形成される。この反射板６は、箱体２と別体で形成して箱体２の中に取り付けられてもよいし、箱体２と一体に形成されてもよい。また反射板６の垂直面（板状体を折り曲げた垂直部分またはブロック体の側壁）６ａに発光源３を取り付ける構造にすることにより、この反射板６を規則的に並べることにより、大きな面積の面状光源にすることができる。なお、反射板６の幅（図１（ａ）の奥行き方向）は、図１（ａ）に示されるように、連続して設けられる方が、発光源３からの光を効率よく光拡散板１の方に反射させることができるため好ましい。しかし、幅の狭い反射板を連続して、または一定間隔で並べて配置してもよい。図１に示される例では、１個の反射板６に５個のＬＥＤ３が反射板６の幅方向に設けられ、その発光源３と反射板６との組が３組設けられた例が示されている。
【００１７】反射板６の長さ方向（図１（ａ）の横方向）の間隔Ｌは、使用する発光源３の輝度にもよるが、通常の１２０ｍＷ程度のＬＥＤを使用すると、９０ｍｍ間隔程度に設けられ、傾斜面部分の長さＲは６５ｍｍ程度に設けることにより均一な面状光源が得られる。なお、反射板６の頂部と光拡散板１とのギャップＧが箱体２の内部の高さＴが１５～２０ｍｍ程度のときに、３～４ｍｍ程度になるように設けられている。このギャップＧが設けられることにより、反射光などの回り込みにより発光源３の上部でも輝度を上げて全面を均一にすることができる。また、発光源３の幅方向の間隔Ｄは、前述の発光素子で１０ｍｍ程度の間隔で設けることにより均一な面状光源が得られた。すなわち、前述の従来例で説明したＬＥＤチップを基板上に並べて面状光源としたのと同じ輝度のＬＥＤを使用した場合、３０ｃｍ四方の大きさの面状光源を得るのに、従来の基板上にＬＥＤチップを並べて形成した場合、３０×３０個のＬＥＤチップが必要であったのが、この例では、３×３０個程度のＬＥＤですむ。
【００１８】つぎに、本発明の発光源３と反射板６との組を何個も並置することにより得られる大きな面積の面状光源が均一な輝度の面状光源となる理由について図２を参照しながら説明をする。
【００１９】図２は、発光源３の指向特性（発光パターンがＰで示されている）と反射板６との関係を示した図で、発光面がドーム状に形成されたＬＥＤ（発光源）３は、その軸方向（０゜方向）で最も輝度が大きく、軸方向からの角度が大きくなるにしたがって、その輝度が小さくなる。したがって、ＬＥＤ３の近くの光拡散板１側Ａでは輝度が小さく、軸上では輝度が大きい。しかし、反射板６により反射して光拡散板１側に進む領域Ｂでは、発光源３からの距離が遠くなり、輝度が落ちてくる。しかも、反射板６により反射した光は上方の光拡散板１側に反射するだけでなく、発光源３の上方側に反射される光もあり、発光源３の上方の輝度を向上させる。したがって、中心軸に近くて輝度の大きい部分の光の反射光による領域Ｂ部分の輝度と、発光源３の近くで直接光拡散板１の方向に輻射される領域Ａの部分の光の強度がほぼ等しくなり、この発光源３と反射板６との組を連続的に並べることにより大きな面積の均一な輝度の面状光源を得ることができる。
【００２０】本発明の面状光源によれば、発光源に対向して傾斜面を有する反射板が設けられているため、前述のように、発光源の近くの領域Ａおよび発光源３から離れた領域Ｂにおいてもほぼ均一な輝度の面状光源が得られる。そのため、この発光源と反射板との組を何組も並置することにより、均一な輝度の大きな面積の面状光源が得られる。
【００２１】図３は、本発明の面状光源の発光源と反射板の組合せの他の実施形態の説明図である。すなわち、図１に示される例では、発光源３と反射板６の対向する向きが一定の組を何組も並置した例であるが、図３に示される例では、反射板６が断面形状で山形に形成され、その山を挟んで両側に発光源３が相互に対向するように設けられている。すなわち、発光源３と反射板６の組の２組が、それぞれ発光源３が対向するように設けられたものである。この構造にすると、領域Ｃでは発光源３が背中合わせに並ぶため、輝度が落ちるように考えられるが、反射板６の山の頂上と光拡散板１との隙間を通って、反射板６の山を挟んで対向する発光源３からの光が回り込んで輝度を上げることができ、領域Ｃもほぼ均一な輝度となり、図１に示される例と同様に均一な輝度の大きな面積の面状光源となる。なお、８はＬＥＤアレーに設けられている抵抗を示す。
【００２２】図４はさらに他の実施形態の説明図である。図４（ａ）に示される例は、発光源３を単色の発光素子ではなく、たとえば赤（Ｒ）色発光素子３１、緑（Ｇ）色発光素子３２、青（Ｂ）色発光素子３３の異なる色の発光素子を使用したものである。このように異なる色の発光源３を用いることにより、それぞれのどれかの色、または２色もしくは３色の混合色の面状光源とすることができ、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の混合により白色光とすることもできる。また、図４（ｂ）に示される例は、同じ色の発光源３を傾斜した反射板６の高さ方向に沿って２個以上並べたものである。このように複数個発光源３を設けることにより、輝度の大きい面状光源を得ることができる。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してある。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発光源と反射板との組を複数組箱体内に設け、それぞれの組の反射板により箱体の上面に設けられた光拡散板側に反射させているため、光拡散板から均一な光を輻射することができ、大きな面積で均一な輝度の面状光源が得られる。その結果、駅やバス停などの公共表示のボードなどにおいても、バックライトとして太陽電池で賄うことができる消費電力の小さな光源を用いることができ、省電力に大きく寄与することができる。

【出願人】	【識別番号】５９４０４４４４０【氏名又は名称】山本正彦
【出願日】	平成１０年６月２６日（１９９８．６．２６）
【代理人】	【識別番号】１０００９８４６４【弁理士】【氏名又は名称】河村洌
【公開番号】	特開２０００－１１７０２（Ｐ２０００－１１７０２Ａ）
【公開日】	平成１２年１月１４日（２０００．１．１４）
【出願番号】	特願平１０－１８０５８５