(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを光源として、均一な面発光を得ることができる表示用光源装置において、
透明で透光性のある樹脂により予め板状に成形された透明導光板と、該透明導光板に合致した形状で上面側が開口した型枠と、前記透明導光板上に同じく透明で透光性のある樹脂性接着剤により所定の配置に接着された発光ダイオードと、該発光ダイオードおよび樹脂性接着剤の上に積層された光分散樹脂とを有し、
前記型枠は、その内側に嵌め込む前記透明導光板と、前記発光ダイオードおよび樹脂性接着剤と、前記光分散樹脂とを総て合わせた厚みに相当する深さに形成され、その内面全体に光反射効率の高い光反射性塗料が塗布されて、該光反射性塗料が生乾きの状態で、その塗布面に多数のビーズを吹き付けることにより、前記光反射性塗料を接着媒体として光学的乱反射を促す多数のビーズが付着され、
前記発光ダイオードはチップＬＥＤから成り、その発光素子の照射側が前記型枠の底面に対向し、かつ前記透明導光板上で複数が平面上に所定間隔で並ぶ状態に配置され、
前記樹脂性接着剤は、前記発光ダイオードをその厚み方向に総て覆い得る状態で前記透明導光板上に積層され、
前記光分散樹脂は、前記型枠の開口した上面側を覆う状態で前記樹脂性接着剤上に積層されたことを特徴とする表示用光源装置。
【請求項２】
前記光反射性塗料は白色塗料であり、前記ビーズは無色透明なガラス製の球体であることを特徴とする請求項１記載の表示用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードを光源として、均一な面発光を得ることができる表示用光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の表示用光源装置は、広告看板のバックライトや各種情報を報知する電光表示板等、様々な用途に活用されており、これらの光源には一般に蛍光灯やネオンサイン管等が用いられていた。
【０００３】
また、光源の１つとして発光ダイオードも知られており、これは主にディスプレイや表示用として使用されるほか、各種装置類に組み付けられて電源の入切や作動状態を示すパイロットランプとして多く使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の技術では、光源が蛍光灯やネオンサイン管の場合、発光ダイオードに比べれば耐久時間が短いため、交換作業が面倒であり、コストも嵩むという問題があった。
【０００５】
また、蛍光灯等は放電的発光であるために点灯消灯時間が遅く、また、光電変換効率が比較的低いため消費電力が大きいという問題もあった。また、長尺化や薄型化が難しく形状の自由度が著しく制限されていた。さらには、衝撃にも弱く破損し易いという実用上の問題もあった。
【０００６】
一方、発光ダイオードを利用した表示用光源装置では、蛍光灯等と比べて長寿命であり、視認性や輝度も極めて高く、放電的発光でないため点灯消灯時間が早く、光電変換効率が高いため消費電力が少なく、耐衝撃性にも優れる等の利点もあるが、次のような問題があった。
【０００７】
すなわち、発光ダイオードは特性上、高輝度の光束を得られるのだがその指向角が非常に狭いため、たとえ高密度にマトリクス状に並べた場合でも、広告看板のバックライトとして使用すると、光束の当たる部分と当たらない部分とで、光の明暗（輝度ムラ）が生じてしまい均一な面発光を得ることが困難であった。
【０００８】
ここで発光ダイオードを覆う透光板体の厚みを厚くすれば、点光源として機能する各発光ダイオードであっても透光板体の出射面における輝度ムラを防ぐことはできるが、出射面における光量が減少してしまい、全体的に輝度が低下するという新たな問題が生じ得る。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、発光ダイオードの優れた特性を備えると共に、光の不均一な明暗が生じることがなく、少ない消費電力でも高輝度で均一な面発光を得ることができる表示用光源装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］発光ダイオード（３０）を光源として、均一な面発光を得ることができる表示用光源装置（１０）において、
透明で透光性のある樹脂により予め板状に成形された透明導光板（２０）と、該透明導光板（２０）に合致した形状で上面側が開口した型枠（１１）と、前記透明導光板（２０）上に同じく透明で透光性のある樹脂性接着剤（４０）により所定の配置に接着された発光ダイオード（３０）と、該発光ダイオード（３０）および樹脂性接着剤（４０）の上に積層された光分散樹脂（５０）とを有し、
前記型枠（１１）は、その内側に嵌め込む前記透明導光板（２０）と、前記発光ダイオード（３０）および樹脂性接着剤（４０）と、前記光分散樹脂（５０）とを総て合わせた厚みに相当する深さに形成され、その内面全体に光反射効率の高い光反射性塗料（１２）が塗布されて、該光反射性塗料（１２）が生乾きの状態で、その塗布面に多数のビーズ（１３）を吹き付けることにより、前記光反射性塗料（１２）を接着媒体として光学的乱反射を促す多数のビーズ（１３）が付着され、
前記発光ダイオード（３０）はチップＬＥＤから成り、その発光素子（３１）の照射側が前記型枠（１１）の底面に対向し、かつ前記透明導光板（２０）上で複数が平面上に所定間隔で並ぶ状態に配置され、
前記樹脂性接着剤（４０）は、前記発光ダイオード（３０）をその厚み方向に総て覆い得る状態で前記透明導光板（２０）上に積層され、
前記光分散樹脂（５０）は、前記型枠（１１）の開口した上面側を覆う状態で前記樹脂性接着剤（４０）上に積層されたことを特徴とする表示用光源装置（１０）。
【００１１】
［２］前記光反射性塗料（１２）は白色塗料であり、前記ビーズ（１３）は無色透明なガラス製の球体であることを特徴とする［１］記載の表示用光源装置（１０）。
【００１３】
次に本発明に係る表示用光源装置（１０）の作用を説明する。
発光ダイオード（３０）より照射された比較的指向角の狭い高輝度光は、型枠（１１）の上面側に積層された光分散樹脂（５０）の側に直接向かうことなく、この光分散樹脂（５０）の出射面とは反対方向に位置する型枠（１１）の底面に向かって照射される。
【００１４】
型枠（１１）の底面を含む内面全体には、光反射性塗料（１２）を接着媒体として光学的乱反射を促す多数のビーズ（１３）が付着されているので、かかるビーズ（１３）により高輝度光は様々な方向へと屈折反射し、型枠（１１）に嵌め込まれた透明導光板（２０）内で広域にわたり分散する。
【００１５】
このように型枠（１１）内で様々な方向へと乱反射した光は、型枠（１１）内に嵌め込まれた透明導光板（２０）を通過する間に輝度が低下することなく平均化された後、型枠（１１）が開口した上面側へ向かう光が光分散樹脂（５０）を通って外部へ照射される。光分散樹脂（５０）では、光が様々な方向へと細かくさらに乱反射されることで、光の通過滞在時間が長くなり、なおさら輝度のバラツキが解消される。
【００１６】
以上のようにして、型枠（１１）の開口を覆う光分散樹脂（５０）の出射面より、高輝度で均一な面発光を得ることができる。このような面発光は様々な光の角度成分を有するものであり、光分散樹脂（５０）の出射面に対して鋭角となる角度方向、あるいは遠く離れた場所からも容易に視認することが可能となる。
【００１７】
表示用光源装置（１０）を製造するには、既存のアクリル板やポリカーボーネイト板を所定の大きさ、形状にカットして、そのまま透明導光板（２０）として用いることができる。そのため、主要部が溶解樹脂の充填により製造されるものと比べて、樹脂の溶解や充填、それに乾燥硬化に時間をとられることもなく、極めて短時間で容易に製造することが可能となる。
【００１８】
また、発光ダイオード（３０）はチップＬＥＤから成り、該発光ダイオード（３０）を透明導光板（２０）上に接着する樹脂性接着剤（４０）は、本来的に薄型であるチップＬＥＤをその厚み方向に総て覆い得る程度の薄い層として用いれば足りる。従って、本表示用光源装置（１０）全体のよりいっそうの薄型化を実現することができる。また、透明導光板（２０）を嵌め込む型枠（１１）は全体構造の補強材としての役目を果たすので、薄型化しても相当の強度を保つことが可能となる。
【００１９】
また、前記光反射性塗料（１２）を白色塗料とし、前記ビーズ（１３）は無色透明なガラス製の球体とすれば、それぞれ安価で済みコストを低減することが可能であると共に、それぞれ優れた光反射効率と光学的乱反射効率を得ることができる。
【００２０】
さらにまた、前記光分散樹脂（５０）を、透明で透光性のある樹脂中に光分散材と前記発光ダイオード（３０）の発光色と同系色の着色剤とを混合したものとすれば、より明瞭で鮮やかな光を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明を代表する実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一の実施の形態を示している。
本実施の形態に係る表示用光源装置１０は、発光ダイオード２０を光源として、均一な面発光を得ることができる装置である。
【００２２】
図１に示すように、表示用光源装置１０は、透明で透光性のある樹脂が予め板状に成形された透明導光板２０と、該透明導光板２０に合致した形状で上面側が開口した型枠１１と、前記透明導光板２０上に同じく透明で透光性のある樹脂性接着剤４０により所定の配置に接着された発光ダイオード３０と、該発光ダイオード３０および樹脂性接着剤４０の上に積層された光分散樹脂５０とを有して成る。
【００２３】
型枠１１は、その上面側が矩形に開口して平面方向に広がる薄い箱状に板金等から形成されており、その内側に嵌め込む透明導光板２０と、発光ダイオード３０および樹脂性接着剤４０と、光分散樹脂５０とを総て合わせた厚みに相当する深さに設定されている。
【００２４】
また、型枠１１の内面全体には、光反射効率の高い光反射性塗料１２が塗布されており、さらに、型枠１１の内面全体には、光反射性塗料１２を接着媒体として多数のビーズ１３が付着されている。ここで光反射性塗料１２としては様々な塗料が考えられるが、例えば、光の反射効率が高い白色塗料等を用いるとよい。
【００２５】
ビーズ１３は、光学的乱反射を促すものであればよく様々な形態が考えられるが、例えば、数１０ミクロン程度の大きさの無色透明なガラス製の球体のものを用いるとよい。かかるビーズ１３は、前記光反射性塗料１２が生乾きの状態で吹き付けることにより、容易に付着させることができる。
【００２６】
透明導光板２０は、透明で透光性のある樹脂が予め板状に成形されたものであり、前記型枠１１にちょうど嵌め込まれるよう型枠１１に合致した形状にカットされて用いられる。具体的には透明導光板２０は、例えば、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、あるいはメタクリル樹脂等の無色透明の樹脂を予め板材として加工してある市販の合成樹脂板を利用するとよい。
【００２７】
発光ダイオード３０は、蛍光灯やネオンサイン管等と比べて長寿命であり、視認性や輝度も極めて高く、熱的・放電的発光でないため点灯消灯時間も早く、光電変換効率が高いため消費電力も少なく、耐衝撃性にも優れる等の特性を備えるものである。
【００２８】
具体的には発光ダイオード３０は、リード線３２上に実装された発光素子３１から成るチップＬＥＤである。チップＬＥＤは、いわゆるＬＥＤランプとは種類が異なり、チップ状のリード線３２が略砲弾型のレンズ形状に成形されたモールド樹脂で被覆されていないタイプである。なお、チップＬＥＤの詳細な構成は一般的であるので説明は省略する。
【００２９】
図１，図３に示すように、発光ダイオード３０は、その発光素子３１の照射側が前記型枠１１の底面に対向し、かつ前記透明導光板２０上で複数が平面上に所定間隔でほぼ等間隔に並ぶように、リード線３２に接続された状態で配置されている。なお、発光素子３１にあるリード端子は、図３に示した格子状のリード線３２の適所に予め半田付けされている。
【００３０】
各発光ダイオード３０は、樹脂性接着剤４０によりそれぞれ厚み方向に総て覆われて、樹脂性接着剤４０中に埋没された状態で前記透明導光板２０上に接着・固定される。ここで樹脂性接着剤４０は、前記透明導光板２０と同様に透明で透光性のあるものであり、該透明導光板２０と同材質の樹脂を所定の溶媒でゾル状に溶解させたものをそのまま用いてもよい。
【００３１】
光分散樹脂５０は、前記型枠１１の開口した上面側を覆う状態で前記樹脂性接着剤４０の上面側に積層されている。かかる光分散樹脂５０は具体的には、透明で透光性のある樹脂中に光分散材と前記発光ダイオード３０の発光色と同系色の着色剤とを混合して成る。
【００３２】
ここで透明で透光性のある樹脂は、前述した透明導光板２０と同様にエポキシ樹脂等を用いればよい。また光分散材とは、酸化チタンや酸化マグネシウム等が適する。また着色剤には、発光ダイオード３０の発光色と同系色の蛍光色素を用いればより鮮やかな発光色を得ることができる。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る表示用光源装置１０の作用を説明する。
表示用光源装置１０を製造するには、既存のアクリル板やポリカーボーネイト板を所定の大きさ、形状にカットして、そのまま透明導光板２０として用いることができる。そのため、主要部が溶解樹脂の充填により製造されるものと比べて、樹脂の溶解や充填、それに乾燥硬化に時間をとられることもなく、極めて短時間で容易に製造することが可能となる。
【００３４】
型枠１１は、前記透明導光板２０の大きさ、形状に合わせて板金より容易に形成することができ、この型枠１１の内面全体には光反射性塗料１２を塗布する。かかる光反射性塗料１２が生乾きの状態で、その塗布面に多数のビーズ１３を吹き付ける。それにより、型枠１１の内面全体には、光反射性塗料１２を接着媒体として、光学的乱反射を促す多数のビーズ１３が付着される。
【００３５】
光反射性塗料１２が完全に乾いて、多数のビーズ１３も付着された状態に固まったら、型枠１１に前記透明導光板２０を嵌め込むが、ここでビーズ１３が多数付着された型枠１１の内面と透明導光板２０の下面および周囲端面との間に、透明導光板２０と同じく透明で透光性のある接着剤ないし樹脂を充填させて、僅かな隙間も塞ぐようにしてもよい。
【００３６】
続いて透明導光板２０の上面に、予めリード線３２に接続してある複数の発光ダイオード３０を等間隔に並べて配置させた後、透明導光板２０上の各発光ダイオード３０がそれぞれ厚み方向に総て覆い尽くされるように樹脂性接着剤４０を積層させる。このとき、樹脂性接着剤４０の内部、特に発光ダイオード３０の周囲に気泡が入らないように注意する。樹脂性接着剤４０が固まったら、その上に光分散樹脂５０を積層させればよい。
【００３７】
発光ダイオード３０はチップＬＥＤから成り、該発光ダイオード３０を透明導光板２０上に接着する樹脂性接着剤４０は、本来的に薄型であるチップＬＥＤをその厚み方向に総て覆い得る程度の薄い層として用いれば足りる。そのため、本表示用光源装置１０全体のよりいっそうの薄型化を実現することができる。また、透明導光板２０を嵌め込む型枠１１は全体構造の補強材としての役目を果たすので、薄型化しても相当の強度を保つことが可能となる。
【００３８】
このようにして製造された表示用光源装置１０は、様々な用途に使用することができるが、特に広告看板のバックライト等に適用するとよい。具体的には表示用光源装置１０をユニットとして複数用意し、平面状あるいは曲面状に密に並べるように設置する。各表示用光源装置１０が並ぶ平面あるいは曲面上には、例えば透光性のある写真フィルム等の広告シート（図示せず）を貼着すれば、かかる広告シートを鮮明に発光させることができる。
【００３９】
図４に示すように、表示用光源装置１０の発光ダイオード３０より照射された比較的指向角αの狭い高輝度光は、型枠１１の上面側に積層された光分散樹脂５０の側に直接向かうことなく、この光分散樹脂５０の出射面５１とは反対方向に位置する型枠１１の底面に向かって照射される。
【００４０】
型枠１１の底面を含む内面全体には、光反射性塗料１２を接着媒体として光学的乱反射を促す多数のビーズ１３が付着されているので、かかるビーズ１３により高輝度光は様々な方向へと屈折反射し、型枠１１に嵌め込まれた透明導光板２０内で広域にわたり分散する。
【００４１】
このように光は主として透明導光板２０内を通るので、空気中を通過する場合に比べて輝度が低下することもなく、透明導光板２０の全域が拡散光源領域となる。しかも、発光ダイオード３０全体が透明導光板２０上に発光ダイオード３０によってモールドされることで、型枠１１内全域での熱伝導も促され、発光ダイオード３０付近のみが高熱化するような事態も防ぐことができる。
【００４２】
型枠１１内で様々な方向へと乱反射した光は、透明導光板２０内で平均化された後、型枠１１が開口した上面側へ向かうが、光分散樹脂５０を通ることで均等に配光され、この光分散樹脂５０上端の出射面５１全体より外部へと照射される。光分散樹脂５０では、光が様々な方向へと細かく乱反射されることにより、光の通過滞在時間が長くなるので、なおさら輝度のバラツキが解消される。
【００４３】
それにより、型枠１１の開口を覆う光分散樹脂５０の出射面５１より、高輝度で均一な面発光を得ることができる。かかる面発光は様々な光の角度成分を有するものとなり、光分散樹脂５０の出射面５１に対して鋭角となる角度方向、あるいは遠く離れた場所からも容易に視認することが可能となる。また、光分散樹脂５０には、前記発光ダイオード３０の発光色と同系色の着色剤が混合されているため、より明瞭で鮮やかな色の光を得ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、前記光反射性塗料１２を白色塗料とし、前記ビーズ１３は無色透明なガラス製の球体としたから、それぞれ安価で済みコストを低減することが可能であると共に、それぞれ優れた光反射効率と光学的乱反射効率を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれらの各種実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、表示用光源装置１０の形状および大きさや、複数の発光ダイオード３０の配置パターンは図示したものに限定されるわけではない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係る表示用光源装置によれば、蛍光灯やネオンサイン管等と比べて長寿命であり、視認性や輝度も極めて高く、熱的・放電的発光でないため点灯消灯時間も早く、光電変換効率が高いため消費電力も少なく、耐衝撃性にも優れる等の発光ダイオードの特性を備えると共に、光の不均一な明暗が生じることがなく、少ない消費電力でも高輝度で均一な面発光を得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置を一部切り欠いて示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る表示用光源装置における光照射を説明する作用説明図である。
【符号の説明】
１０…表示用光源装置
１１…型枠
１２…光反射性塗料
１３…ビーズ
２０…透明導光板
３０…発光ダイオード
３１…発光素子
３２…リード線
４０…樹脂性接着剤
５０…光分散樹脂
５１…出射面
【図１】
0004161042.tif 000002
【図２】
0004161042.tif 000003
【図３】
0004161042.tif 000004
【図４】
0004161042.tif 000005