JP2005158446A - 照明機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の取付け位置の制約のすくない表示パネルの照明機構を得る。
【解決手段】 前面１０-1を表示面とする透明体のプレート１０と略三角形プリズム１４と光源Lからなる照明機構において、この透明体のプレート１０の背面１０-2に設けた穴１０ａの底面を斜面１１となし、略三角形プリズム１４を介した光源Ｌからの光により斜面１１を照光する。そして、この略三角形プリズム１４への入射面１４ａを外側に凸となる曲面とし、入射後の光の略三角形プリズム１４における反射面１４ｂを外側に凸となる曲面とし、光源Ｌからの光をこの斜面１１に集光するようになしたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子機器のパネルの表示文字などの照明機構に関する。

従来、電子機器の表示パネルの照明機構には、図６Ａ及びＢに示す電子機器の一例であるテレビ受像機１００に用いられているようなものがある。このテレビ受像機１００は、透明な本体フレーム１０１と液晶パネルやＰＤＰ（Plasma Display Panel）の表示ユニット１０２を一体化させ、透明な本体フレーム１０１の中央に画面が浮かんでいるようなデザインとしたものである。

本体フレーム１０１は、アクリルやポリカーボネートなどよりなる光透過率の大きい透明樹脂板材の中央に四角形の開口が設けられたプレート１０と、プレート１０を補強・保持するための金属枠から構成される。そして、プレート１０の四角形の開口に表示ユニット１０２を装着する。
プレート１０に機器の動作状態を表示するためのインジケータ１２が表示ユニット１０２外側の右下領域に設けられる。

図６Ｂは、テレビ受像機１００を背面から見た一部拡大図であり、透明樹脂板材のプレート１０の背面１０-2からインジケータ１２が掘穿され、インジケータ１２と対向するプレート１０の側面に発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）などの発光素子１３が配設される。
そして、図７の拡大斜視図に示すように発光素子１３からの光がインジケータ１２に照射され、ここからプレート１０の前面１０-1の方向に反射するようになされる。

図８Ａは、インジケータ１２の概略構造を説明する斜視図であり、図８Ｂは図８Ａの断面斜視図で発光素子１３の取り付け方向を上位置としたものである。
プレート１０の前面１０-1に、図８Ａに示すように、例えば白色インキで「Ｐｏｗｅｒ」などの文字が線描される。そして、プレート１０のインジケータ１２は、図８Ａ及びＢに示すように、プレート１０の背面１０-2から貫通しない略長方形の穴１０ａがプレート１０に略平行に設けられ、この穴１０ａの底面が斜め下方を向くように斜面１１を形成したものである。

このプレート１０の内部に設けられた斜面１１に対して、斜面１１の透明材料の側から光を照射するための発光素子１３が、図８Ａ及びＢに示すように、斜面１１と対向する略真上の位置に設けられる。
この結果、透明材料の内部において斜面１１で反射された光が、文字「Ｐｏｗｅｒ」を背後から照光して明るく浮き上がらせ、視野角によってはあたかも透明材料の内部が光源もなく発光しているように見せることができる。

また、他の例として、特許文献１に開示されている、電子機器などのステータスを表示する光表示ガイドのようなものが知られている。この光表示ガイドは、少なくとも一面を表示面とする透明多面体と、この多面体の他の一面に対向配設して光を入射する発光素子とからなり、透明多面体は表示面に向けてこの発光素子の入射光を反射する反射面と光導波路とを備え構成したものである。そして、光量を大幅に減ずることなく表示部に導き電子機器のステータスなどを明るく表示するものである
特開平８−１８４７１３号公報（第２頁，図３）

しかしながら、図６〜８例のものは、文字や図形を浮き上がらせるようにするには十分な光量を与え得るものの、通常は取り付け位置に対してＬＥＤなどの発光素子自体の出射方向が水平型と垂直型に限られるため実装上の制約が生じる。すなわち、電子機器の内部部品の実装上の制約から、発光素子１３を斜面１１と対向する位置に配置できない場合や、発光素子１３の光線が斜面１１に当たる位置に配置できず、図８Ｂに示す発光素子１３-1の位置となる場合には、光が穴をすり抜けてしまい図８Ａ及びＢに示す構造を採用することはできない。
また、特許文献１に開示されている光表示ガイドでは、発光素子から透明多面体に導入される光のうち、表示面を明るくするために有効に使用できる光量は構造上大きくとれず、バックライトとして使用し、線描された文字や図形を浮き上がらせ視認できるようにするには不十分であった。

本発明はかかる点に鑑み、透明体の内部が光源もなく発光しているように見せることができ、発光素子の取付け位置の制約が少なく、文字や図形の視認に十分な照明光を確保できる照明機構を提案することを目的とする。

本発明照明機構は、光源からの光を透明体の穴の斜面に当て、その斜面からの反射光をその透明体の前面に導くようにした照明機構において、この斜面を、略三角形プリズムを介して照光するものである。

このように構成したので本発明照明機構では、光源からの光が略三角形プリズムの入射面から入射し、入射光に対して略斜面とされた反射面で反射される。そして、透明体の穴の斜面がこの反射光で照光され、前面に設けられた文字や図形を後方から照明する。
そして、略三角形プリズムの反射面が透明体の穴の斜面に照光するための光の進路の調整機能を果たすので、三角プリズム形状を所定のものとすることで光源の配設位置と向きの自由度を向上できる。

また、本発明照明機構は、請求項１記載の照明機構において、この光の前記略三角形プリズムへの入射面を外に凸となる曲面とし、入射後のこの光のこの略三角形プリズムにおける反射面を外に凸となる曲面とし、光源からの光を前記斜面に集光させ、前記斜面が発光しているようになしたものである。

このように構成したので本発明照明機構では、略三角形プリズムの入射面での光源からの光の入射角が大きくなるため、屈折角も大きくなり反射面での光の入射角を大きくでき、反射面での透過損失を小さなものとできる。そして、反射面にアルミニウム蒸着などの追加加工を施さなくても十分効率のよい反射する面とすることができる。また、平面構成の三角プリズムでは本来透過する、光軸から離れた光を効率よく斜面に集光させ照度向上に寄与させることができ、斜面からの反射光を面光源として文字や図形の視認に十分な光量を確保できる。

また、本発明照明機構は、請求項１又は２記載の照明機構において、この透明体のこの斜面を曲面とし、この略三角形プリズムよる反射光をこの透明体の前面方向に反射させるものである。

このように構成したので本発明照明機構では、略三角形プリズムの反射面での照度ばらつきが透明体の穴の斜面では抑えられ、表示面の照度のばらつきを抑えることができる。

また、本発明照明機構は、請求項２又は３記載の照明機構において、この曲面を円筒面と平面で構成したものである。

このように構成したので本発明照明機構では、比較的簡易に入射面、反射面形状を形成することができ、さほどコストをかけずに表示面の照度を向上させることができる。

さらに、本発明照明機構は、請求項１，２，３又は４記載の照明機構において、この透明体とこの略三角形プリズムを一体に成形したものである。

このように構成したので本発明照明機構では、略三角形プリズムの入射面、反射面、斜面を一体に比較的簡易に精度よく形成することができる。

光源からの光を比較的効率よく透明体の斜面に到達させることができ、透明体の一面に設けた表示面の後方からの照光量をさほどコストをかけずに向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明照明機構を実施するための最良の形態の例を説明する。以下では、この図１〜５を説明するに図６〜８に対応する部分には同一の符号を付して示す。

図１は本例照明機構の概略構造を示し、従来の図６〜８例がプレート１０の内部の斜面１１に対向する位置に発光素子１３の出射口を対向するように配して照光したのに対し、発光素子１３からの光を、プリズムを介して斜面１１を照光するものである。

図１Ａ及びＢにおいてプレート１０は、厚みのある平板状の直方体で、前面１０-1となる長辺側の側面に文字や図形などが例えば白いインキなどで線描される。また、前面１０-1の文字や図形の位置に対応し、反対側の背面１０-2から貫通しない複数の略長方形の穴１０ａがプレート１０の上面に対して略平行でやや先細となるように掘穿される。
そして穴１０ａの底面が、図１Ｂに示すように、水平と略４５°をなすような斜面１１となされ、プレート１０の上面１０-3の三角プリズム１４の略直下にとなるように、斜面１１が設けられる。

三角プリズム１４は、図１Ａ及びＢに示すように、略直角二等辺三角柱をなしており、前面１０-1の照光する文字や図形毎に設けられる。そして、プレート１０の上面１０-3に略二等辺の一面を載置し、略二等辺の他面が上面１０-3に略直角となるような形状とする。
そして、アクリル樹脂やポリカーボネートなど透明度の高い樹脂材料を用い、射出成形法などによって、プレート１０と三角プリズム１４が一体に形成され、同時にプレート１０の穴１０ａ及び斜面１１も形成される。

そして、図１Ａ及びＢに示すように、ＬＥＤなどの点光源の発光素子１３が、光軸をプレート１０の上面１０-3と略平行で、略三角形プリズムの入射面１４ａに略垂直で反射面１４ｂの略中央を通り、発光素子１３の光の出射口が三角プリズム１４の入射面１４ａに近接するように設けられる。
なお、本例で用いられる発光素子１３は点光源であり、出射口から出た光は広がりながら照射される。

図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢの照明機構は、入射面１４ａ及び反射面１４ｂを平面で形成した三角プリズム１４で、プレート１０内部の斜面１１も平面で形成したものである。
光源Ｌから出射された光は、図２Ａに示すように、広がりながら入射面１４ａに到達する。このとき光の照度は、入射面１４ａとの距離が最も短い光軸上が最も大きく、到達距離が長くなる外側になるに従い同心円状に小さくなる。
そして、三角プリズム１４の入射面１４ａに入射する光は、光軸上では垂直に進むが、外側にいくほど入射角が大きくなるため屈折角も大きくなり、入射した光は、図２Ａに示すように、三角プリズム１４内で曲げられて進行する。

三角プリズム１４の入射面１４ａ内で同心円状の照度分布をもち、進行方向に広がる光が、図２Ａに示すように、三角プリズム１４内で光軸に対して斜めとなる反射面１４ｂに入射する。そして、光が反射面１４ｂで図２Ａの下方に反射され、より広がりながら進行する。
そして、反射面１４ｂで反射された光の一部が、図２Ｂに示すように、プレート１０の斜面１１でさらに反射されプレート１０の前面１０-1の方向に進行するものとなる。
このとき、プレート１０の前面１０-1を正面とするユーザーからは、斜面１１で反射された前面方向の光が見えることになり、あたかもまぶしく発光する点光源が斜面１１にあるかのように見える。

本例照明機構によれば、プレート１０の前面１０-1を照明する光は、光源Ｌから出射され反射面１４ｂを介してプレート１０の斜面１１で反射された光と、光源Ｌから反射面１４ｂを介さず直接前面１０-1に到達した光となり、光源Ｌが点光源であるため照射方向に広がりながら、透明材料内の２つの平面鏡である反射面１４ｂと斜面１１でそれぞれ１回ずつ反射して前面１０-1の方向に導かれ、パネルの前面１０-1の文字や図形などを後方から照らすものとなる。

また、本例照明機構によれば、三角プリズム１４の反射面１４ｂが、文字や図形の後方に配置される斜面１１に投光するための光の進路の調整機能を果たすので三角プリズム１４の形状を所定のものとすることで光源の配設位置と向きの自由度を向上できる。

また、図３Ａ及びＢ，図４Ａ及びＢに本発明照明機構を実現するための他の形態の例を説明する。図３Ａ及びＢ，図４Ａ及びＢにおいて、図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢに対応する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。
図３Ａ及びＢ，図４Ａ及びＢ例の照明機構は、プリズムの入射面と反射面が、図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢ例では何れも平面で構成されているのに対し、曲面で構成されたものである。以下では、本例のプリズムを略三角形プリズムと称し符号１４で示す。

図３Ａ及びＢは、本例照明機構を示し、１４は入射面１４ａと反射面１４ｂを曲面とした略三角形プリズムである。そして、プレート１０の斜面１１も曲面で形成される。
図４Ａは、本例照明機構の略三角形プリズム１４への光源Ｌからの光の入射と反射を説明するものである。

本例照明機構においては、図４Ａに示すように、略三角形プリズムの入射面１４ａの略上半面を、外側に凸とした円筒曲面（曲率半径Ｒ１）とし、光源Ｌからの光に対して略凸レンズをなすように形成する。そして、図４Ａに示すように、入射面１４ａの略下半面を平面で形成する。

また、略三角形プリズム１４の反射面１４ｂの略上半面を、図４Ａに示すように、外側に凸とした円筒曲面（曲率半径Ｒ２）とし、入射面１４ａからの光に対して凹面鏡をなすように形成する。そして、略三角形プリズム１４の内部で反射面１４ｂに入射した光の大部分がプレート１０の斜面１１に集光するようにする。
この反射面１４ｂの略下半面は、図４Ｂに示すように、平面のままとし、略三角形プリズム１４内でのこの反射面１４ｂへの入射光に対して平面鏡となし、プレート１０の斜面１１を照光するようにする。

さらに、プレート１０の斜面１１を、図４Ｂに示すように、透明材料側を凹面とするような円筒曲面（曲率半径Ｒ３）に形成する。そして、斜面１１に入射した光を前面１０-1の方向に照射するように形成する。

このように構成した照明機構は、先ず、光源Ｌから出射した光が、図４Ａ及びＢに示すように、略三角形プリズム１４の入射面１４ａに照射される。このとき光軸付近の光は、光軸が入射面１４ａに対し略垂直に設けられているのでさほど屈折することなく略三角形プリズム１４内に入射する。
一方、図４Ａに示す光源Ｌから略三角形プリズム１４の略上半面の入射面１４ａに入射した光は、凸レンズ作用によって、光軸から離れ照度が低い領域のほうが大きく屈折する。

次に、略三角形プリズム１４内に進入した光は、略三角形プリズム１４の反射面１４ｂで反射される。このとき、図４Ａに示すように、反射面１４ｂの略上半面には、主に入射面１４ａの略上半面にから進入した光（光源Ｌから離れた領域の光）が入射して、反射面１４ｂで反射されプレート１０の斜面１１に集光するようになされる。
一方、光源Ｌの光軸付近から発せられた光は、図４Ａ及びＢに示す、略三角形プリズム１４の反射面１４ｂの上半面と下半面の境界の平面鏡で反射され、プレート１０の斜面１１に照射される。

そして、略三角形プリズム１４の反射面１４ｂからプレート１０の斜面１１に到達した光は、この凹面とされた斜面１１によってプレート１０の前面１０-1の方向に反射するようになされる。
このとき、プレート１０の前面１０-1を正面とするユーザーからは、斜面１１の各部で１回ないし複数回反射した光を見ることになり、あたかも斜面１１全体が発光しているかのように見えるものとなる。そして、柔らかな光で前面１０-1の後方から照光するものとできる。

このような構造の照明機構でのプレート１０の斜面１１上での照度分布の例を、図５Ａ〜Ｃを参照して説明する。
図５Ａ〜Ｃはプレート１０の前面１０-1をユーザーが正面から見たときの斜面１１の照度分布のシミュレーション結果の例である。
図５Ａ〜Ｃのそれぞれは、略三角形プリズム１４の入射面１４ａと反射面１４ｂ及びプレート１０の斜面１１が、図５Ａでは反射面１４ｂのみが曲面、図５Ｂでは入射面１４ａのみが平面、図５Ｃでは全て曲面の場合の照度分布を示し、図中の数値は相対値である。

プレート１０の斜面１１が平面の図５Ａと曲面の図５Ｂを比較すると、図５Ａでは照度ばらつきの幅が数値で略２００に対し、図５Ｂでは略１００であり、プレート１０の斜面１１を曲面（凹面鏡）としてこの斜面１１での反射光の焦点位置の調整を行った方が照度のばらつきが抑えられる。
また、略三角形プリズム１４の入射面１４ａが平面の図５Ｂと曲面の図５Ｃを比較すると、図５Ｃでは照度ばらつきの幅が略４０であり図５Ｂの略１００と比べ、入射面１４ａを曲面（凸レンズ）として焦点位置の調整を行うことで照度のばらつきがより一層抑えられる。
すなわち、略三角形プリズム１４の入射面１４ａと反射面１４ｂ及びプレート１０の斜面１１を所定の曲面とすることでユーザーが正面から見たときの斜面１１の照度分布を改善し、略均一に光らせることができる。そして、視点がある程度ずれても斜面１１の明るさのさほど変化のないものとなる。

本例の照明機構によれば、図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢ例と異なり、三角プリズム１４の入射面１４ａを通過して反射面１４ｂに入射された光の、光軸付近で放たれ入射した光も光軸から離れた入射面１４ａから入射した光もその大部分が、反射面１４ｂに到達して入射し、透過損失をさほど生じさせずに反射させることができる。
そして、三角プリズム１４の反射面１４ｂへの入射角も、図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢ例と異なり、反射面１４ｂが凹となる円筒曲面となっているため大きくなり多くの光が透過することなく反射され、比較的効率のよい反射面１４ｂとできる。

すなわち、図１Ａ及びＢ，図２Ａ及びＢ例の照明機構では、入射面１４ａ及び反射面１４ｂが平面で構成されているため、反射面１４ｂへの入射角が透明材料のもつ屈折率から求まる臨界角よりも小さく入射するため、光軸から離れた部分の光を有効に照明に寄与させる上で限度がある。
そして、プレート１０の斜面１１も平面であるため、プレート１０の前面１０-1を正面とするユーザーからは、斜面１１で反射された前面１０-1の方向の光が見えることになり、特定の視線の範囲でのみ斜面１１が明るく見え、少し視点が外れると暗く見えるものとなる。

これに対し、本例照明機構によれば、略三角形プリズム１４の入射面１４ａ及び反射面１４ｂを曲面としたので、アルミニウム蒸着などの部品への追加加工を行わなくても、光源Ｌから斜めに放たれた光を効率よくプレート１０の斜面１１に到達させることができ、プレート１０の斜面１１に当たる光の量を確保し斜面１１全体があたかも発光しているように見せることができる。

なお、図１Ａ及びＢ，２Ａ及びＢ例、図３Ａ及びＢ，図４Ａ及びＢ例ではプレート１０の穴１０ａの斜面１１を反射面として使用するものとして示したが、この面に穴１０ａの開口側から不透明の色インキを塗布して照光して、インジケータとして用いることもできる。
また、図３Ａ及びＢ，図４Ａ及びＢ例の照明機構では略三角形プリズム１４の入射面１４ａの形状を略上半面のみ円筒曲面としたが、略下半面も外に凸となるように形成してもよく、この場合、略下半面の光が反射面１４ｂにより多く到達でき照度を改善できる。

また、本発明は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明照明機構の外観を示し、Ａは背面上方視図、Ｂは前面上方視図である。 図１の照明機構の説明に供する、Ａはプリズム部、Ｂは照明系全体の模式図である。 本発明照明機構の他の実施の形態の例の外観を示し、Ａは背面上方視図、Ｂは前面上方視図である。 図３の照明機構の説明に供する、Ａはプリズム部、Ｂは照明系全体の模式図である。 本発明照明機構での照度シミュレーション結果の例を示し、Ａは略三角形プリズムの反射面のみ曲面、Ｂは略三角形プリズムの入射面のみ平面、Ｃは全て曲面での分布図である。 従来の電子機器の例の外観を示し、Ａは全体斜視図、Ｂは背面要部拡大斜視図である。 従来の電子機器の照明機構の説明に供する模式図である。 従来の電子機器の照明機構の説明に供する模式図で、Ａは斜視図、Ｂは断面斜視図である。

符号の説明

１０・・・・プレート、１０-1・・・・前面、１０-2・・・・背面、１０ａ・・・・穴、１１・・・・斜面、１２・・・・インジケータ、１３・・・・発光素子、１４・・・・略三角形プリズム、１４ａ・・・・入射面、１４ｂ・・・・反射面、Ｌ・・・・光源

Claims (5)

1. 光源からの光を透明体の斜面となした穴底に当て、該斜面からの反射光を該透明体の前面に導くようにした照明機構において、
   前記斜面を、略三角形プリズムを介して照光する
   ことを特徴とする照明機構。
2. 請求項１記載の照明機構において、
   前記光の前記略三角形プリズムへの入射面を外側に凸となる曲面とし、入射後の前記光の前記略三角形プリズムにおける反射面を外側に凸となる曲面とし、
   光源からの光を前記斜面に集光させ、前記斜面が発光しているようになした
   ことを特徴とする照明機構。
3. 請求項１又は２記載の照明機構において、
   前記透明体の前記斜面を曲面とし、
   前記略三角形プリズムよる反射光を前記透明体の前面方向に反射させる
   ことを特徴とする照明機構。
4. 請求項２又は３記載の照明機構において、
   前記曲面を円筒曲面と平面で構成した
   ことを特徴とする照明機構。
5. 請求項１，２，３又は４記載の照明機構において、
   前記透明体と前記略三角形プリズムを一体に形成した
   ことを特徴とする照明機構。

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