JP2005156180A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 導光板の構成に工夫を凝らし、光源からの光の高い利用効率が得られる車両用照明装置を提供する。
【解決手段】 導光板2の反射面22を、発光ダイオード3の発光中心点31を含み表面23cに垂直な平面との交線形状が反射面22の外側に凸であり且つ発光ダイオード3の発光中心点31および導光板2内の一点(焦点24)を2個の焦点として持つ楕円として形成した。この場合、発光中心点31から放射状に出射された光は、反射面22で反射されて再び焦点24の一点に収束するの、発光中心点31を導光板2内の焦点24の位置へ設置したのとほぼ同じ状態にできる。これにより、従来の車両用照明装置における、光源からの光が導光板に入射した後再び導光板外へ透過することによる照明光としての利用効率の低下を抑制して、発光ダイオード3が発する光を高効率で照明光として利用可能な照明ユニット1を実現することができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、車両の運転席に設置される表示装置を視認可能に照明するための車両用照明装置に関するものであり、自動車等に用いて好適である。
従来の車両用照明装置、たとえば自動車に装備される車両用照明装置としては、透光性材料からなり板状の発光部を備える導光体と、導光体の裏側に配置され且つ導光体の表面に垂直な方向に光を照射する光源と、導光体の外周側周縁部に設けられ導光体に入射した光源からの光を導光体の発光部内へ向けて反射する反射面とを備える構成のものがある(特許文献1参照)。
この場合、反射面で反射した光源からの光は導光体の発光部内を進行しつつ導光体の裏面にもうけられた拡散反射層で反射して発光部の表面から出射する。そして、この光により、導光体の表面側に配置される表示部、たとえば文字板あるいは液晶表示器等が透過照明される。
また、導光体に設けられる反射面は、平面として形成されている。
また、他の従来の車両用照明装置として、導光体の反射面を廃止し導光体形状を単純な板状として、その端面から光を導光体内に入射するように光源を配置する構成としたものがある(特許文献2参照)。
特開平8−41974号公報 特開平7−218296号公報
一般に、光源、たとえば発光ダイオードからは、光が放射状に発せられる。
したがって、上述の特許文献1に記載の車両用照明装置においては、光源から発せられて導光体に入射した光の一部は、反射面に入射し、そこで反射して導光体の発光部内を先端へ向かって進行する。また、一部の光は、反射面に入射する前に導光体内で何度か反射を繰返す。
ここで、導光体内を進行する光が導光体表面で反射する際に、導光体表面への入射角度が全反射角度(アクリル樹脂の場合、約42度)より大きいと、入射光の一部は導光体表面から導光体外へ出て行く。この光は、導光体の発光部から出射する照明光として利用できず損失となる。
また、反射面が平面であるために、光源から発せられ直ちに反射面に入射した光の反射光が導光体の発光部の表面に入射する時の入射角度が上述した全反射角度より大きくなることがある。この場合も、入射光の一部は導光体表面から導光体外へ出て行くので、導光体の発光部から出射する照明光として利用できず損失となる。
このように、従来の車両用照明装置においては、光源が発する光の一部が導光体の発光部へ達する前に導光体外へ出射してしまい、導光体の発光部の発光輝度が低くなるという問題がある。いいかえると、光源が発する光の照明光としての利用率が低いという問題がある。
ところで、一般に、車両用照明装置が装着される表示装置の電気回路部、たとえばプリント基板は、導光体の裏側に導光体と略平行に配置され、これに車両用照明装置の光源をはじめ、表示装置の構成電気部品、たとえばムーブメント、ハイブリッドIC等が実装されている。
このため、上述の特許文献2に記載の車両用照明装置のように、導光体の端面に光源を配置する場合は、光源が発する光の照明光としての利用率を増大させることは可能となるものの、光源とプリント基板とを電気的に接続するための何らかの部材が必要になり、部品点数の増加、組み付け工数の増加を招くという問題が生じてしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、光源の位置を導光体の裏側とし且つ発光方向を導光体の表面に垂直な方向として電気接続を容易化しつつ、導光体の構成に工夫を凝らし、光源からの光の高い利用効率が得られる車両用照明装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。
本発明の請求項1に記載の車両用照明装置は、透光性材料で形成され略平板状の発光部を備える導光板と、導光板の裏面側に配置される光源と、導光板に形成され光源からの光を導光板内へ導入する入射面と、導光板に形成され入射面から入射した光源からの光を発光部へ向けて反射する反射面と、導光板の裏面に形成される反射手段とを備え、反射面で反射して発光部内を進行する光源からの光を反射手段により反射させて導光板の表面から出射させる車両用照明装置であって、光源は、その光軸が導光板の表面に直交するように配置され、反射面は、光源から出射し反射面で反射した光が導光板内のほぼ一点で交わり、且つ該一点と表面間の距離は発光部の板厚よりも小さくなるような曲面として形成される構成としている。
従来の車両用照明装置においては、光源から導光体内へ入射した光の一部は反射面に入射する前に導光体内で何度か反射を繰返す。このとき、導光体表面への入射角度が全反射角度(アクリル樹脂の場合、約42度)より大きいと、入射光の一部は導光体表面から導光体外へ出て行く。この光は、導光体の発光部から出射する照明光として利用できず損失となる。
さらに、従来の車両用照明装置においては、反射面形状反射面が平面であるために光源から発せられ直ちに反射面に入射した光の反射光が導光体の発光部の表面に入射する時の入射角度が上述した全反射角度より大きくなることがある。この場合も、入射光の一部は導光体表面から導光体外へ出て行くので、導光体の発光部から出射する照明光として利用できず損失となる。
これに対して、本発明の請求項1に記載の車両用照明装置は、反射面形状を、光源から出射し反射面で反射した光が導光板内のほぼ一点で交わり、且つこの一点と導光板の表面間の距離は発光部の板厚よりも小さくなるような曲面であるとしている。
この場合、反射面で反射した光が導光板内のほぼ一点で交わるということは、交点が光源の発光中心と同様な機能を果たすことになる。別な言い方をすると、光源の位置を交点の位置へ移動させたことになる。さらに、交点と導光板の表面間の距離は発光部の板厚よりも小さいので、光源を、導光板の端部に、端面から光を導光体内に入射するように配置した場合とほぼ同様になる。
したがって、光源の位置を導光板の裏側とし且つ発光方向を導光板の表面に垂直な方向として電気接続を容易化しつつ、光源が発する光を高効率で照明光としての利用可能な車両用照明装置を提供することができる。
本発明の請求項2に記載の車両用照明装置は、一点および光源の発光中心点を含み導光板の表面に垂直な平面と反射面との交線は、反射面の外側に凸である滑らかな曲線である構成としている。
従来の車両用照明装置に於ける反射面は平面状に形成されている。また、光源からは光が放射状に発射されている。したがって、光源から発射された光が反射面で反射する場合、その反射光は、放射状に拡散して行く。
これに対して、本発明の請求項2に記載の車両用照明装置のように反射面形状を反射面の外側に凸である滑らかな曲線とすれば、光源から放射状に発射され反射面で反射した反射光は放射状に広がらずにある点に収束するように進行させることができる。
したがって、反射面での反射光を導光板内のほぼ一点で交差させることができるので、光源が発する光を高効率で照明光としての利用可能な車両用照明装置を提供することができる。
本発明の請求項3に記載の車両用照明装置は、一点および光源の発光中心点を含み導光板の表面に垂直な平面と反射面との交線は、一点および光源の発光中心点を焦点とする楕円である構成としている。
この場合、光源から放射状に発射された光は、反射面で反射されると、必ずもう一つの焦点に向かって収束し、焦点を通過後放射状に進行するので、光源からの光を、確実に導光板内の一点で収束させることができる。
本発明の請求項4に記載の車両用照明装置は、入射面形状は、光源からの出射方向が導光板の反射面外方向であるような光を反射面に入射するように屈折させる曲面として形成される構成としている。
一般に、光源、たとえば発光ダイオード等からは放射状に光が発射されている。このため、光源から発せられた光の一部は、導光板内へ入射後、反射面へ入射せずに、導光板表面に直接入射することがある。この場合、表面への入射角度は大きくなる、つまり全反射角度を超えるため、導光板外へ出て行くので、導光体の発光部から出射する照明光として利用できず損失となる。
そこで、本発明の請求項4に記載の車両用照明装置のような構成とすれば、光源から発せられた光の大部分を反射面に入射させることができる。この場合、入射面で屈折後反射面に入射した光は、反射面で反射後、上述した焦点の直上ではないものの、直近部を通過する。
これにより、光源から発せられた光の大部分を焦点あるいはその直近部に収束させ、光源を焦点、つまり導光体内へ移動させた場合と同等の効果が得られ。したがって、光源が発する光を高効率で照明光としての利用可能な車両用照明装置を提供することができる。
以下、本発明による車両用照明装置を、自動車用コンビネーションメータ100に搭載される液晶表示器101を照明するための照明ユニット1に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の部分正面図である。
図2は、本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の部分断面図、すなわち液晶表示器101部の断面図であり、図1のII−II線断面図である。
図3は、本発明の一実施形態による照明ユニット1の導光板2内における光の進行経路を説明する模式図である。
図4は、本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の電気回路構成を説明する模式図である。
コンビネーションメータ100は、自動車の運転席前方の運転者から視認可能な位置に配設されており、液晶表示器101、指針計器(図示せず)等を備え、自動車に関する各種情報を運転者が視認可能に表示している。
液晶表示器101は、図2に示すように、コンビネーションメータ100の文字板102に設けられた開口孔102aに嵌合させて取り付けられている。液晶表示器101は、本発明の一実施形態においては、図1に示すように、自動車の走行速度を数字で表示する速度計として用いられている。
液晶表示器101の裏側、つまり図2の下側には、液晶表示器101を透過照明するための照明ユニット1が配置されている。
照明ユニット1は、図2に示すように、導光板2、光源である発光ダイオード3、および発光ダイオード3が実装されるプリント基板4から構成されている。なお、プリント基板4には、コンビネーションメータ100の電気回路部も形成されている。すなわち、プリント基板4上には、照明ユニット1の光源である発光ダイオード3のほかに、指針計器駆動用ムーブメント(図示せず)、文字板102照明用の光源である発光ダイオード(図示せず)等が実装されている。
次に、本発明の一実施形態による照明ユニット1の特徴である、導光体2の形状、特に反射面22および入射面21形状について、主に図3に基づいて説明する。
導光板2は、透光性材料、たとえば透明なポリカーボネート樹脂から形成されている。導光板2は、図3に示すように、略平板状の発光部23、光源である発光ダイオード3からの光を導光板2内へ導入する入射面21、および入射面21から入射した発光ダイオード3からの光を発光部23へ向けて反射する反射面22を備えている。
発光部23は、図2に示すように、その平面形状が液晶パネル101の全域を確実に透過照明できるように、液晶パネル101と同等の形状に形成されている。また、発光部23の裏面23aには、反射手段として、たとえば拡散反射層であるシボ面23bが形成されている。発光ダイオード3からの光が反射面22を経て発光部23内に入射すると、シボ面23bで拡散反射され、その光が発光部23の表面23cから図3の上方に向けて出射される。なお、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、シボ面23bを設けているが、シボ面23bに限る必要はなく、他の拡散反射層、たとえば網点印刷層あるいは明色(白色、銀色等)印刷層を設けてもよい。
反射面22は、図3に示すように、発光ダイオード3の発光中心点31を含み表面23cに垂直な平面との交線形状が、反射面22の外側に凸である楕円であるように形成されている。この楕円形状は、この楕円が備える2つの焦点のうち、一つは発光ダイオード3の発光中心点31であり、もう一つは、導光板2内のほぼ一点である焦点24であるように設定されている。したがって、発光ダイオード3から発射された光、すなわち発光ダイオード3の発光中心点31から出射された光が反射面22に入射しそこで反射されると、それらの光は全て焦点24を通過する。言い換えると、発光ダイオード3の発光中心点31から出射された光は、反射面22で反射されて再び焦点24の一点に収束した後、導光板2内を進行することになる。すなわち、発光ダイオード3の発光中心点31を導光板2内の焦点24の位置へ設置した場合とほぼ等価の状態とすることができる。また、焦点24の位置は、図3に示すように、導光板2の発光部23の内部、すなわち板状部分の内部であり、且つ焦点24と表面23c間の距離が発光部21の板厚寸法tの半分となるように設定されている。これにより、反射面22で反射し焦点24に収束した光は発光部21内にほぼ均等に放散されるので、これらの光を高効率で裏面23a、すなわち拡散反射層であるシボ面23bに入射させることができる。また、反射面22と発光ダイオード3との位置関係は、図3に示すように、発光ダイオード3の光軸32が、反射面22内を通るように設定されている。
入射面21は、図3に示すように、発光ダイオード3の発光中心点31を含み表面23cに垂直な平面との交線形状が、曲線状に形成されている。この曲線形状について詳細に説明する。
ここで、本発明の一実施形態による照明ユニット1の導光板2における入射面21形状設定にあたっての基本的な考え方を説明する。発光ダイオード3から発せられる光の内、反射面22方向に向かう光は、発光中心点31から一直線に反射面22に入射させることができる形状とする。言い換えると、入射面21を通過する際にできるだけ屈折させない形状とする。一方、発光ダイオード3から発せられる光の内、反射面22外方向に向かう光は、反射面22に入射するように屈折させる形状とする。
入射面21形状を、上述したような形状とすれば、発光ダイオード3から発せられる光の内、反射面22方向に向かう光を反射面22で反射させて焦点24を確実に通過させることができる。さらに、反射面22外方向に向かう光についても、入射面21で反射面22方向に屈折させて反射面22で反射させれば、この反射光は、焦点24の近傍を通過する。
これにより、発光ダイオード3から発せられる光の大部分を、導光板2内の焦点24、およびその近傍に収束させることができる。すなわち、発光ダイオード3の発光中心点31を導光板2内の焦点24の位置へ設置した場合とほぼ等価の状態とすることができる。
ここで、焦点24の近傍とは、発光ダイオード3から発せられ反射面22で反射した光が収束したときに、収束点の発光輝度が発光ダイオード3の発光中心点31の発光輝度と同等と見なせるような範囲を意味し、たとえば焦点24を中心とし直径が発光部23の板厚tの半分であるような球Cの内部である。
次に、入射面21の具体的な形状について説明する。
先ず、発光中心点31と反射面22の発光部21側の端部とを結ぶ線である限界線33を考える。
発光ダイオード3から発せられる光の内、図3において、限界線33よりも右側の光線は反射面22に直接入射可能である。したがって、入射面21において、これらの光線が入射する部分は、導光板2内へ入射時に光を屈折させないような形状、言い換えると入射面21への入射角がほぼ0度となるような形状に設定されている。つまり、図3に示すように、外側に凹の曲線である曲線Aとして形成されている。
一方、入射面21において、発光ダイオード3から発せられる光の内、図3において、限界線33よりも左側の光線が入射する部分は、入射光を反射面22に向かうように屈折させることができる形状に設定されている。つまり、図3に示すように、外側に凸の曲線である曲線Bとして形成されている。
したがって、発光ダイオード3から発せられ、入射面21の曲線A部から導光板2に入射した光は、図3中において矢印で示すように、反射面22で反射して焦点24を通過する。また、発光ダイオード3から発せられ、入射面21の曲線B部から導光板2に入射した光は、図3中において矢印で示すように、反射面22で反射して焦点24近傍、すなわち焦点24を中心とし直径がt/2である球C内を通過する。
光源である発光ダイオード3は、導光板2の裏側、つまり図2において下側に、導光板2に光を入射可能とし、且つ発光ダイオード3の光軸32を導光板2の表面23cと直交させて配置されている。また、発光ダイオード3は、導光板2の裏側に配置されるプリント基板4上に実装されている。
プリント基板4は、たとえばガラスエポキシ基板等からなり、照明ユニット1の電気回路を形成している。また、プリント基板4は、コンビネーションメータ100の電気回路部も形成しており、液晶パネル101のほかに、指針計器の駆動部であるムーブメント(図示せず)や文字板102照明用の光源である発光ダイオード(図示せず)等が実装されている。
次に、本発明の一実施形態による照明ユニット1の電気回路構成について、図4の電気回路構成を示す模式図に基づき説明する。
本発明の一実施形態による照明ユニット1における電気部品は発光ダイオード3であるが、発光ダイオード3は、照明ユニット1が搭載されているコンビネーションメータ100の制御装置103によって、点灯・消灯を制御されている。
図4に示すように、制御装置103には、バッテリ105から電力が常時供給されている。また、制御装置103は、イグニッションスイッチ104が、その作動状態(ONまたはOFF)を検出可能に接続されている。制御装置103は、イグニッションスイッチ104の作動状態の検出結果に基づいて、発光ダイオード3およびコンビネーションメータ100に搭載される他の発光ダイオード106の点灯・消灯制御を行なっている。さらに、制御装置103には、自動車の状態を検出する各種センサ類が検出信号を入力可能に接続されるとともに、それらの検出信号に基づいてコンビネーションメータ100上に自動車の状態を表示するための各種表示手段が制御手段103により駆動可能に接続されている。各種センサとしては、車速センサ107、燃料タンク内の液面を検出する液面検出センサ108、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ109等が接続されている。一方、各種表示手段としては、車速を表示する液晶表示器101のほか指針計器駆動用のムーブメント110、111等が接続されている。
運転者によりイグニッションスイッチ104がONされると、制御装置103は、発光ダイオード3を点灯させる。これにより、照明ユニット1が点灯状態となる。同時に、制御装置103は、車速センサ107からの検出信号に基づき、自動車の速度を表示するように液晶表示器101を駆動する。したがって、液晶表示器101上に表示される自動車の速度が、照明ユニット1からの照射光により透過照明されて運転者により明瞭に視認される。
以上説明した、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、導光板2の反射面22を、発光ダイオード3の発光中心点31を含み表面23cに垂直な平面との交線形状が反射面22の外側に凸である楕円として、且つこの楕円が備える2個の焦点のうち、1個は発光ダイオード3の発光中心点31であり、もう1個は、導光板2内、つまり発光部23内の一点(焦点24)であるように形成した。
この場合、発光ダイオード3の発光中心点31から放射状に出射された光は、導光板2に入射すると反射面22で反射されて再び焦点24の一点に収束した後、導光板2内を進行することになる。すなわち、発光ダイオード3の発光中心点31を導光板2内の焦点24の位置へ設置したのとほぼ等価の状態とすることができる。
これにより、従来の車両用照明装置における照明効率の低下、すなわち光源からの光が導光板に入射した後再び導光板外へ透過することによる照明光としての利用効率の低下を抑制して、発光ダイオード3が発する光を高効率で照明光として利用可能な照明ユニット1を実現することができる。
さらに、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、導光板2内の焦点24と表面23cとの距離を、発光部23の板厚tよりも小さく、詳しく板厚tのほぼ半分に設定した。
この構成により、発光ダイオード3を、導光板2の端面、つまり発光部23の端面から光を導光板2内に入射するように配置した場合とほぼ同様となり、反射面22で反射し焦点24に収束した光は発光部23内にほぼ均等に放散される。
したがって、発光ダイオード3を導光板2の端面に配置した場合の欠点である発光ダイオード3とプリント基板4との電気接続の複雑化を排除して電気接続を容易化しつつ、発光ダイオード3を導光板2の端面に配置した場合の効果、すなわち発光ダイオード3が発する光を高効率で照明光として利用可能であることが得られる照明ユニット1を実現することができる。
また、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、入射面21の形状を、発光ダイオード3から発せられる光の内、反射面22の外方に向かう光、つまり図2において、限界線33よりも左側の光が入射する部分は、入射光を反射面22に向かうように屈折させるように外側に凸の曲線状に形成している。さらに、発光ダイオード3から発せられる光の内、反射面22に向かう光、つまり図2において、限界線33よりも右側の光が入射する部分は、発光中心点31から一直線に反射面22に入射させるために、導光板2内へ入射時に光を屈折させないような形状、言い換えると入射面21への入射角がほぼ0度となるように、外側に凹の曲線状に形成されている。
これにより、発光ダイオード3から放射状に発せられる光の大部分を焦点24、あるいはその近傍に収束させることができるので、発光ダイオード3が発する光を高効率で照明光として利用可能な照明ユニット1を実現することができる。
以上説明した、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、光源である発光ダイオード3の個数を特に限定していない。したがって、発光ダイオード3の個数は必要に応じて1個以上いくつでもよい。
また、以上説明した、本発明の一実施形態による照明ユニット1においては、光源として発光ダイオード3を用いているが、発光ダイオード3に限定する必要はなく、他の種類の光源、たとえば電球、放電管、ELパネル等を用いてもよい。
また、以上説明した本発明の一実施形態は、自動車に搭載されるコンビネーションメータ100の液晶表示器101透過照明用の照明ユニット1に適用した場合を例に示しているが、液晶表示器101透過照明用以外の用途、たとえばコンビネーションメータ100の文字板102の各種指針計器に対応した部分の透過照明用に用いてもよい。
また、以上説明した本発明の一実施形態による照明ユニット1を、コンビネーションメータ1以外の自動車に搭載される表示装置の照明用に用いてもよい。
本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の部分正面図である。 本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の部分断面図、すなわち液晶表示器101部の断面図であり、図1のII−II線断面図である。 本発明の一実施形態による照明ユニット1の導光板2内における光の進行経路を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による照明ユニット1が搭載されるコンビネーションメータ100の電気回路構成を説明する模式図である。
符号の説明
1 照明ユニット(車両用照明装置)
2 導光板
21 入射面
22 反射面
23 発光部
23a 裏面
23b シボ面(反射手段)
23c 表面
24 焦点(一点)
3 発光ダイオード(光源)
31 発光中心点
32 光軸
33 限界線
4 プリント基板
100 コンビネーションメータ
101 液晶表示器
102 文字盤
102a 貫通孔
103 制御装置
104 イグニッションスイッチ
105 バッテリ
106 発光ダイオード
107 車速センサ
108 液面検出センサ
109 水温センサ
110、111 ムーブメント
A 曲線
B 曲線
C 球
t 板厚

Claims (4)

  1. 透光性材料で形成され略平板状の発光部を備える導光板と、
    前記導光板の裏面側に配置される光源と、
    前記導光板に形成され前記光源からの光を前記導光板内へ導入する入射面と、
    前記導光板に形成され前記入射面から入射した前記光源からの光を前記発光部へ向けて反射する反射面と、
    前記導光板の裏面に形成される反射手段とを備え、
    前記反射面で反射して前記発光部内を進行する前記光源からの光を前記反射手段により反射させて前記導光板の表面から出射させる車両用照明装置であって、
    前記光源は、その光軸が前記導光板の前記表面に直行するように配置され、
    前記反射面は、前記光源から出射し前記反射面で反射した光が前記導光板内のほぼ一点で交わり、且つ該一点と前記表面間の距離は前記発光部の板厚よりも小さくなるような曲面として形成されることを特徴とする車両用照明装置。
  2. 前記一点および前記光源の発光中心点を含み前記導光板の前記表面に垂直な平面と前記反射面との交線は、前記反射面の外側に凸である滑らかな曲線であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記一点および前記光源の発光中心点を含み前記導光板の前記表面に垂直な平面と前記反射面との交線は、前記一点および前記光源の発光中心点を焦点とする楕円であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記入射面形状は、前記光源からの出射方向が前記導光板の前記反射面外方向であるような光を前記反射面に入射するように屈折させる曲面として形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の車両用照明装置。
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