JP2004200177A - 発光ダイオードを用いた光源 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価な面光源であって導光板の各領域の明るさに変化を付けることができる上に導光板の発光色を変えることができる発光ダイオードを用いた光源を提供する。
【解決手段】導光板７は、板状体であり、周面から導入された光を表裏の少なくとも一面から漏光させる。発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂは、導光板７の１つの周面に対向して複数個配列されかつ３色の発光色を有している。この構成では、導光板７と発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂとを組み合わせた面光源になるから、面光源を比較的安価にな提供することができる。しかも、発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂの配置や点灯制御によって導光板７の各領域の明るさに変化を付けることが可能になり、しかも発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂの発光色および配置に応じて導光板７の発光色を変えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明用や表示用に適した発光ダイオードを用いた光源に関するものである。

従来から、導光板と、導光板の側面に対向して配置された長尺な基板と、導光板の側面に対向するように基板上の長尺方向に整列して載置された複数の発光ダイオードを設けた面照明装置が提供されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平６−２８１９２９号公報

特許文献１に記載の技術は、導光板の裏面に形成された凸部における平面状の大きさおよび断面状の先端の丸みの曲率半径の大きさによって定まる反射面の大きさを、発光ダイオードに遠いほど大きく設けることにより、均一照明が得られるというものである。ただし、発光色についてはとくに記載されていない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、比較的安価な面光源であって導光板の各領域の明るさに変化を付けることができる上に導光板の発光色を変えることができる発光ダイオードを用いた光源を提供することにある。

請求項１の発明は、板状体の周面から導入された光を表裏の少なくとも一面から漏光させる導光板と、導光板の周面に対向して複数個配列されかつ複数の発光色である発光ダイオード素子とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、導光板と発光ダイオード素子との組み合わせによって比較的安価な面光源を提供することができる上に、発光ダイオード素子の配置や点灯制御によって導光板の各領域の明るさに変化を付けることが可能になり、しかも発光ダイオード素子の発光色および配置に応じて導光板の発光色を変えることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記導光板の表裏の少なくとも一面に表示パターンを設けた照明装置に用いられ、表示パターンにおける透過光量の多い部位ほど導光板からの漏光量が多くなるように発光ダイオード素子を配列したことを特徴とする。

この構成によれば、表示パターンにおいて透過光量の多い部分ほど導光板からの漏光量が多くなるようにしているから、表示パターンの明るい部分と暗い部分とのコントラストを強調して表示パターンが認識しやすくなる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記導光板の表裏の少なくとも一面に表示パターンを設けた照明装置に用いられ、表示パターンにおける着色部の色と導光板から漏光する光色とを一致させるように複数の発光色の発光ダイオード素子を配列したことを特徴とする。
この構成によれば、着色された表示パターンにおいて色のコントラストを強調することができるから表示パターンが認識しやすくなる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、各前記発光ダイオード素子の光出力が調光手段により調光されることを特徴とする。

この構成によれば、発光ダイオード素子の調光によって導光板の光量を調節することができる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、複数の前記発光ダイオード素子が複数のグループを構成するように各発光ダイオード素子がグループごとに接続され、各発光ダイオード素子の点灯状態がグループごとに制御可能であることを特徴とする。

この構成によれば、グループごとに点灯や調光を行なうことによって、配光を変化させることが可能になる。

本発明の構成によれば、導光板と発光ダイオード素子との組み合わせによって比較的安価な面光源を提供することができる上に、発光ダイオード素子の配置や点灯制御によって導光板の各領域の明るさに変化を付けることが可能になり、しかも発光ダイオード素子の発光色および配置に応じて導光板の発光色を変えることができるという利点を有する。

（実施形態１）
本実施形態は、主として表示用に用いるものであって、図１に示すように、平板状の導光板７の端面に対向するように複数個の発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂを配列してある。発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂとてしては赤色、緑色、青色のものを用いている。このように発光色の異なる発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂを用いることによって混色光がほぼ白色になるようにしてある。導光板７は透明板であって端面から導入された光の一部を反射させながら導光するとともに残りを表裏の少なくとも一面から漏光させるように形成されている。したがって、導光板７において漏光させる面には拡散透過性を有する拡散板を設けて漏光を補助し、漏光させない面には反射板を設けている。反射板は拡散反射性を有する小面積の小反射板の裏面側に鏡面を重ね合わせたものであり、小反射板は導光板７の場所によらずに漏光量がほぼ均一になるように面積および配置が考慮されている。要するに、発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂの近傍では単位面積当たりの小反射板の面積を小さくし、発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂからの距離が大きいほど単位面積当たりの小反射板の面積を大きくするのである。

図１に示した例では導光板７の端面に発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂを一列に配列しているが、図２のようにさらに多数の発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂを配列すれば、高輝度で発光させることができる。また、図３に示すように、導光板７のすべての端面に発光ダイオード素子１（１ｒ，１ｇ，１ｂ）を配列することによって輝度を高めるとともに輝度の均一性を高めることができる。

本実施形態における発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂは、各発光色ごとにグループとして直列接続し、図４に示すように、各色の発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂの直列回路ごとにスイッチングトランジスタＱｒ，Ｑｇ．Ｑｂのコレクタ−エミッタ間に直列接続してある。スイッチングトランジスタＱｒ，Ｑｇ．Ｑｂは制御回路２により各別に制御される。したがって、スイッチングトランジスタＱｒ，Ｑｇ．Ｑｂのオン・オフのデューティを変化させることによって各発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂの輝度を調節することができる。つまり、各色の混色率を変化させて光色を変化させたり全体の輝度を変化させたりすることができる。つまり、制御回路２を調光手段および調色手段として用いることが可能である。

（実施形態２）
実施形態１で説明した導光板７を用いて表示を行なうには、図５に示すように、表示パターンを設けた表示パネル８を導光板７に重ねて配置する。図５では導光板７を表示パネル８と反射板９とにより挟んである。反射板９は実施形態１で説明したものと同様である。

本実施形態では表示パネル８を重ねた導光板７の一面が均一な明るさとなるように、発光ダイオード素子１を配置範囲の各領域で配列密度が変化するように正弦的規則で配列してある。つまり、導光板７の端面の長手方向における中央部での配置密度を周辺部よりも小さくしてある。このような構成を採用することによって、導光板７の表面の明るさの均一性を高めることが可能である。

ここで、正弦的規則とは、発光ダイオード素子１の配置範囲の中心からの距離をｘとするときに、発光ダイオード素子１の密度を、ａ＋sin(ｘ／ｂ・π）が満たされるように設定することである。ａ，ｂは定数である。この場合の配光は図６の実線のようになる。図６は発光ダイオード素子１を配列した面に平行である照射面までの距離を単位距離とし、照射面内で発光ダイオード素子１の配置範囲の中心に対向する基準点からの距離を単位距離で除算して横軸に示したものである。

図６では発光ダイオード素子１の配置範囲を±２の範囲とし、ａ＝１．５、ｂ＝４としている。このとき、±１．５の範囲では照度差が小さく、±２．５の範囲外では照度が急に減少することがわかった。つまり、照射面内で基準点からの距離が所定範囲内である場所では均一な照度を得ることができる。

比較例として、発光ダイオード素子１を一平面上に均一な密度で配列した場合の配光を図６に破線で示す。発光ダイオード素子１を上述の構成と同様に±２の範囲に配置したとき、上述の構成で±２．５の位置で得られた照度以上の照度は±３．５の範囲内で得られる。しかしながら、上述の構成に比較して距離による照度差が大きくなる。

以上の説明から明らかなように、照射面の目的範囲内で均一な照度を得るためには、発光ダイオード素子１を正弦的規則に従って配列するのが望ましいと言える。

また、発光ダイオード素子１を密接するように配置した場合には、発光ダイオード素子１の発熱により中央部の温度が周辺部よりも高くなる可能性があるが、中央部の配置密度を周辺部よりも小さくすることで中央部と周辺部とでの温度差を小さくすることができる。このような配列は上述のような正弦的規則でも得ることができる。しかして、発光ダイオード素子１は温度が上昇すると発光特性が変化したり、場合によっては破壊に至ることもあるが、上述のように配置範囲における中央部と周辺部との温度差を小さくすることにより発光特性のばらつきが少なくなり、また信頼性が高くなる。

発光ダイオード素子１は、複数のグループに分け、グループごとに点灯状態を制御してもよい。この場合には、導光板７の各領域の明るさに差を設けることができる。ここに、発光ダイオード素子１の点灯状態の制御には実施形態１の制御回路２と同様の構成を採用することで、制御回路２を調光手段として用いることができる。

なお、図７に示すように、蛍光灯と同様に配置した端子ピン５を設けることで、通常の蛍光灯用のソケットを用いることが可能になる。つまり、蛍光灯と導光板とを用いた表示装置に置き換えて使用することが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
実施形態２のように表示パネル８を設けているときに表示パターンをより認識させやすくするために、表示パターンのコントラストを高めることが考えられる。コントラストを高める技術としては、表示パターンにおいて透過光量の多い部位ほど導光板７からの漏光量が多くなるように発光ダイオード素子１を配列するのが望ましい。なお、漏光量の増減は反射板９によっても制御することが可能である。

また、図８に示すように、表示パターンが着色されている場合には（図示例では領域Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂがそれぞれ赤色、緑色、青色に着色されているものとする）、図９に示すように、各領域Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂの近傍にその領域Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂと同系色の発光色である発光ダイオード素子１ｒ，１ｇ，１ｂを配置するのが望ましい。この構成によって、表示パターンの着色部位の色が明確になり、色のコントラストが強調されて表示パターンの認識性を高めることができる。なお、この構成は必要に応じて適用すればよい。

実施形態１を示す斜視図である。 実施形態１の他例を示す要部斜視図である。 実施形態１の別例を示す要部斜視図である。 同上の回路図である。 実施形態２を示す平面図である。 同上の動作説明図である。 同上の正面図である。 実施形態３を示す分解斜視図である。 同上の斜視図である。

符号の説明

１ 発光ダイオード素子
１ｒ，１ｇ，１ｂ 発光ダイオード素子
２ 制御回路
７ 導光板
８ 表示パネル
９ 反射板
Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ 領域

Claims (5)

1. 板状体の周面から導入された光を表裏の少なくとも一面から漏光させる導光板と、導光板の周面に対向して複数個配列されかつ複数の発光色である発光ダイオード素子とを備えることを特徴とする発光ダイオードを用いた光源。
2. 前記導光板の表裏の少なくとも一面に表示パターンを設けた照明装置に用いられ、表示パターンにおける透過光量の多い部位ほど導光板からの漏光量が多くなるように発光ダイオード素子を配列したことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードを用いた光源。
3. 前記導光板の表裏の少なくとも一面に表示パターンを設けた照明装置に用いられ、表示パターンにおける着色部の色と導光板から漏光する光色とを一致させるように複数の発光色の発光ダイオード素子を配列したことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードを用いた光源。
4. 各前記発光ダイオード素子の光出力が調光手段により調光されることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードを用いた光源。
5. 複数の前記発光ダイオード素子が複数のグループを構成するように各発光ダイオード素子がグループごとに接続され、各発光ダイオード素子の点灯状態がグループごとに制御可能であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードを用いた光源。

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