JP2006065360A - 導光器及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数箇所において面発光する面光源装置を構成することができる柔軟な導光器を提供する。
【解決手段】 屈曲可能な透明樹脂からなる導光シート２４の端面に発光モジュール２３を対向させる。導光シート２４には、複数の発光領域２５を設けている。１個の発光モジュール２３により複数箇所で同時に発光させることができ、しかも導光シート２４を湾曲させることにより発光領域２５を自由に配置できる。また、導光シート２４及び発光領域２５をカットすることにより、自由度がいっそう向上する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、入射した光を発光領域から出射させて発光させる導光器に関する。また、当該導光器を用いた表示装置に関する。

従来の面光源装置１の構造を図１の分解斜視図により示す。この面光源装置１は、光入射面２から導入された光を閉じ込めるための導光板３と、発光部４と、反射板５とから構成されている。導光板３は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂などの透明で屈折率の大きな樹脂により形成されており、導光板３の光出射面６と対向する面（裏面）には凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散パターン７が形成されている。発光部４は、回路基板８上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のいわゆる点光源９を実装したものであって、導光板３の光入射面（側面）２に対向している。反射板５は、反射率の高い例えば白色樹脂シートによって形成されており、両面テープ１０によって両側部を導光板３の裏面に貼り付けられている。

しかして、図２に示すように、発光部４から出射され光入射面２から導光板３内部に入射した光は拡散パターン７に入射すると拡散反射され、光出射面６に向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光が光出射面６から外部へ出射される。また、導光板３下面の拡散パターン７が存在しない箇所を通過した光は、反射板５によって反射されて再び導光板３内部へ戻るので、導光板３下面からの光量損失を防止される。

しかしながら、自動車のコンソール、携帯電話、オーディオ機器、ビデオ機器等のように複数の表示箇所を有するディスプレイにおいて、上記面光源装置をバックライトとして用いようとすると、表示箇所と同じ数の面光源装置が必要となる。その結果、コストが高くつくと共に、複数の面光源装置を納めるスペースも必要になるので、実用に適しなかった。このため、このような箇所では、複数の発光ダイオードや電球が用いられており、配線の煩わしさや断線時のメンテナンス性の悪さなどの問題があった。

また、上記のような面光源装置は、柔軟性がなく弾性的に湾曲させて用いることができないので、主として液晶表示パネルのようなフラットパネルディスプレイのバックライトとして用いられている。

１個の発光部により複数箇所で同時発光させることができる、柔軟な光源装置としては、図３に示すような光ファイバを用いた光源装置１１がある。これは光ファイバ束１２の端面に対向させて発光部１３を配置し、光ファイバ束１２を分岐させて複数箇所へ発光部１３の光を導くようにしたものである。

しかし、このような光ファイバを用いた光源装置１１では、光ファイバを束ね光ファイバの端面の集合によって面光源化しようとしても、微細な光ファイバを束ねて面光源にするためには、高価な光ファイバが非常に多数本必要となり、コストが極めて高くつく問題がある。また、多数の光ファイバからなるので、取り扱いにくい欠点もあった。さらに、このような光源装置１１では、発光領域の面積を大きくすることは事実上困難である。

本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数箇所において面発光する面光源装置を構成することができる柔軟な導光器を提供することにある。また、この導光板を用いた表示装置を提供することにある。

請求項１に記載の導光器は、柔軟な透明樹脂材料からなる導光シートによって導光体を構成し、前記導光体に入射した光を前記導光シートに設けられた発光領域から出射させるようにした導光器であって、前記導光体は、前記導光シートからなる複数の弾性的に湾曲可能な分岐部を備え、前記分岐部はそれぞれ１箇所もしくは複数箇所の前記発光領域を有すると共に、各分岐部は互いに分離されていることを特徴としている。

請求項２に記載の導光器は、前記導光シートの光入射面と反対側の端面と、別の導光シートの光入射側の端面とを互いに近接させて対向配置して連結させたことを特徴としている。

請求項３に記載の導光器においては、前記発光領域は、拡散物質を含む正反射シートを前記導光シートに接着することによって形成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の表示装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の導光器を備えた表示装置であって、前記導光器に設けられている複数の発光領域のうち、少なくとも１つの発光領域は他の発光領域が位置する空間平面とは異なる面に配置されていることを特徴としている。

なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

請求項１〜３に記載の導光器にあっては、導光シートによって導光体を構成し、導光体に設けられた導光シートからなる複数の湾曲可能な分岐部にそれぞれ発光領域を設けているので、１つの発光部と１つの導光体で複数の各発光領域を発光させることができる。しかも、導光体を構成する各導光シートは柔軟な透明樹脂材料からなっていて分岐部が湾曲可能となり、各分岐部は互いに分離されているので、導光シートないし分岐部を湾曲させることによって比較的任意な場所に発光領域を配置することができる。

請求項４に記載の表示装置にあっては、請求項１に記載の導光器を備え、前記道光器に設けられている複数の発光領域のうち、少なくとも１つの発光領域は他の発光領域が位置する空間平面とは異なる面に配置されているから、１つの表示装置により同一平面内にない複数箇所で同時に発光表示することができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図４は本発明に係る導光器２２を用いた面光源装置２１を示す一部破断した斜視図である。面光源装置２１は、導光器２２と発光モジュール２３とからなる。導光器２２は、屈曲可能な導光シート２４に複数箇所の発光領域２５を形成したものである。導光シート２４は、高屈折率で、自由に曲げることができ、ハサミやカッターナイフ等で容易に切断可能な透明樹脂材料によって成形されている。このような導光シート２４は、例えばポリカーボネイト、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどのシートである。発光領域２５は、微小な凹凸パターンや拡散反射インクの印刷パターンなどからなる拡散パターン２６を導光シート２４の裏面に設けることによって形成される。さらに、発光領域２５においては、導光シート２４の裏面に正反射シート２７を貼り付けてあり、発光領域２５において導光シート２４の裏面から漏れた光は正反射シート２７によって再度導光シート２４内へ入射させられるので、光のロスを低減できる。

発光モジュール２３は、前面開口したケース内に発光ダイオード等の発光素子を１個もしくは複数個封止したものであって、前方へのみ光を出射できるようになっている。発光モジュール２３は、導光器２２の端面（光入射面）に対向配置される。

しかして、この面光源装置２１にあっては、発光モジュール２３内の発光素子から出射された光は、導光シート２４の端面から導光シート２４内に入射する。導光シート２４内に入射した光は、導光シート２４の表面と裏面の間で全反射を繰り返しながら導光シート２４内を伝搬する。導光シート２４は、このときの全反射条件を大きく外れないような曲率で曲げることができる。例えば、図５に示すように、導光シート２４の厚みをＴとするとき、１／（５０Ｔ）程度までの曲率（曲率半径Ｒが５０Ｔ程度）で曲げることができる。導光シート２４内を全反射しながら伝搬した光が発光領域２５に達すると、発光領域２５に達した光は導光シート２４の裏面の拡散パターン２６によって散乱され、導光シート２４の表面に向けて全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光は導光シート２４から外部へ出射する。この結果、導光シート２４に設けられている各発光領域２５が同時に発光する。

ところで、例えば図４の場合のように、複数の発光領域２５が光源と結ぶ方向（光の伝搬方向）に沿って並んでいる場合、発光モジュール２３に近い側の発光領域２５から光が出射されることにより、発光モジュール２３から遠い側の発光領域２５に達する光量は光源に近い側の発光領域２５よりも少なくなる。このような場合には、発光モジュール２３に近い側の発光領域２５の出射効率を、発光モジュール２３から遠い側の発光領域２５の出射効率よりも小さくすれば、各発光領域２５の輝度を均一化することができる。出射効率は、拡散パターン２６密度や拡散パターン２６の形状、配置などによって調整することができる。

従って、このような面光源装置２１によれば、全反射により光源（発光モジュール２３）から離れた場所まで低損失で光を導いて発光させることができ、しかも１つの光源により複数箇所で発光させることができる。また、１つの光源でよいので、メンテナンス性も向上し、光源の発熱や配線などの設計が１箇所で済む。

導光器２２は柔軟であるから、比較的自由に導光シート２４を変形させることができ、発光領域２５を比較的自由に配置することができる。さらに導光器２２がシート状をしているので、光ファイバに比べて取り扱いが容易で、かつ安価で、大光量の光を伝搬させて発光領域２５から出射させることができる。よって、バックライト用や表示用などの多点発光可能な面光源装置２１として使用することができる。

また、この導光器２２はハサミなどで自由に切ることができるので、図６に示すように発光領域２５を含む部分をカットして分岐させることができる。各分岐部２８には発光領域２５が形成されるので、カットにより発光領域２５の数を増加させることができ、しかも各発光領域２５が切り離されることでより自由に配置できる。

図７は導光シート２４を光学的に接続する方法を示している。一方の導光シート２４の光出射側端面と他方の導光シート２４の光入射側端面とを互いに近接させて対向配置し、なんらかの手段で連結すれば導光シート２４どうしを光学的に接続することができる。連結手段としては、両導光シート２４の端面間を透明樹脂接着剤で接着してもよく、あるいは両導光シート２４の端面どうしを密着させてテープなどで連結してもよく、あるいは両導光シート２４の端面間の空隙を囲むようにして白色テープなどで連結してもよい。こうして導光シート２４どうしを連結すれば、一方の導光シート２４の端面から出射した光が直ちに他方の導光シート２４の端面から入射するので、両導光シート２４が光結合する。この場合、導光シート２４の連結部からの光の漏れを最小にするためには、両導光シート２４の表面及び裏面の端部間に正反射シート２９を貼っておくのが望ましい。

このようにして導光シート２４を接続すれば、発光モジュール２３の設置位置と発光領域２５の設置位置とが離れているような場合には、導光シート２４を接続することによって導光器２２を長くすることができる。また、図８に示すように、発光領域２５を有する導光シート２４どうしを接続すれば、発光領域２５の数を任意に増加させることができる。また、接続時に発光領域２５の方向も選択できる。

なお、図４では帯状の導光シート２４に全幅にわたって発光領域２５を設けているが、導光シート２４の形状は特に限定されるものでなく、発光領域２５の形状や位置も特に限定されるものではない。また、ここでは導光シート２４の表面に発光領域２５を形成したが、導光シート２４の端面から光が出射されるようにして導光シート２４の端面にも略線状の光を出射する発光領域２５を形成してよい。

図９は発光領域２５の別な構成を示している。この実施形態では、拡散ビーズ等の拡散物質３０を含む正反射シート２７を導光シート２４に接着することによって発光領域２５を形成している。拡散物質３０は、正反射シート２７の内面（接着面）に埋め込んであってもよく、正反射シート２７に塗布された接着剤３１に分散させられていてもよい。ここで、正反射シート２７に塗布される接着剤３１は、透明で、屈折率が導光シート２４の屈折率よりも大きいか、導光シート２４の屈折率に近いものが望ましい。

しかして、この正反射シート２７を導光シート２４の裏面に貼り付けておくと、導光シート２４を伝搬してきた光は発光領域２５に入ると、導光シート２４の裏面から正反射シート２７側へ漏れ、拡散物質３０で拡散反射されると共に正反射シート２７で反射されて導光シート２４内へ戻る。このとき全反射の臨界角よりも小さな入射角で導光シート２４の表面に入射した光は導光シート２４の表面から外部へ出射し、発光する。

あるいは、拡散物質３０の代わりに、正反射シート２７の内面に光を散乱させるための凹凸パターンを形成しておいてもよい。

このように導光シート２４に正反射シート２７を貼ることによって発光領域２５を形成できるようにしておけば、導光器２２ないし面光源装置２１の設置時に、任意の場所に発光領域２５を形成することができる。また、発光領域２５の位置変更も容易に行なえる。

図１０は本発明に係る別な導光器２２を用いた面光源装置３２を示す斜視図である。この導光器２２は、複数枚の導光シート２４の基端部を重ね合せ、接着により一体化したものである。こうして積層一体化した導光シート２４の端面に１つの発光モジュール２３を配置し、１個の発光モジュール２３で各導光シート２４に光を導入できるようにしている。各導光シート２４の接着されていない部分が分岐部２８となっており、各分岐部２８に１又は複数の発光領域２５を設けている。

さらに、図１０に示した導光器２２では、各導光シート２４の先端部分をカットして分岐させ、分岐部２８の数を増加させている。よって、この面光源装置３２によれば、コンパクトな導光器２２により多数の発光領域２５を形成することができ、発光領域２５の集約化を図ることができる。

なお、図１０のような構造は、厚みのある導光体（あるいは、厚みの大きな導光シート）の基端部を除く部分を水平方向にスライス状にカットして分岐部２８とすることによっても得ることができる。この場合には、導光シート２４を接着して一体化する必要が無くなる。

（自動車用バックライト）
図１１は自動車内の運転席の様子であって、上記面光源装置の利用分野として自動車用バックライトを示している。また、図１２は図１１の自動車用バックライトを車体の裏面側から表わしている。これは、例えば図１０に示したような形態の面光源装置３３において、各分岐部２８に自動車のコンソール３４内の表示用の発光領域２５、スピードメータ３５用の発光領域２５、ギアチェンジ用レバー３６の表示用の発光領域２５などを設けたものである。これらの表示部分は車両内でもすべて同一平面にあるわけではないから、従来はそれぞれ別個の光源を設けていた。

これに対し、本発明の面光源装置３３によれば、複数の発光領域２５を比較的自由に配置することができ、また曲面上や細い隙間などにも発光領域２５を配置することができ、自由度が非常に高くなる。

（光通信装置）
図１３は帯状をした導光器２２の一端に信号出力用の発光モジュール２３を設け、他端にフォトダイオードのような受光素子からなるフォトディテクタ３８を設けた光通信装置３７を示している。この光通信装置３７によれば、発光モジュール２３から出力された光信号は導光器２２を伝搬してフォトディテクタ３８で受信される。

図１３の光通信装置３７では、１対１通信しか行なえないが、導光シート２４は、前記のようにハサミ等でカットして分岐させることができるので、図１４に示すように、各分岐部２８の先端面にフォトディテクタ３８を対向させることにより、受信局を複数にすることができる。また、導光シート２４を連結手段を用いて接続することにより、通信距離を長くすることもできる。

しかして、この光通信装置３７によれば、光ファイバを用いた光通信装置よりも簡単に、かつ安価に光通信を実現することができ、長距離伝送を行なわない室内や装置内の通信に適している。

図１は、従来の面光源装置を示す分解斜視図である。 図２は、図１の面光源装置の作用説明図である。 図３は、光ファイバ束を用いた従来の光源装置を示す斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る面光源装置を示す一部破断した斜視図である。 図５は、図４の面光源装置に用いられている導光シートを湾曲させた状態を示す断面図である。 図６は、図４の面光源装置において、導光シートをカットして分岐部を形成したようすを示す斜視図である。 図７は、導光シートどうしの連結部の構造を示す断面図である。 図８は、連結された複数本の導光シートを示す斜視図である。 図９は、発光領域の別な構造を示す斜視図である。 図１０は、本発明の別な実施形態による面光源装置の構造を示す斜視図である。 図１１は、自動車の車内を示す概略図である。 図１２は、図１１の車内に用いられる発光部を提供する表示装置を示す図である。 図１３は、光通信装置を示す斜視図である。 図１４は、分岐部を形成された光通信装置を示す斜視図である。

符号の説明

２２ 導光器
２３ 発光モジュール
２４ 導光シート
２５ 発光領域
２６ 拡散パターン
２７ 正反射シート

Claims (4)

1. 柔軟な透明樹脂材料からなる導光シートによって導光体を構成し、
   前記導光体に入射した光を前記導光シートに設けられた発光領域から出射させるようにした導光器であって、
   前記導光体は、前記導光シートからなる複数の弾性的に湾曲可能な分岐部を備え、
   前記分岐部はそれぞれ１箇所もしくは複数箇所の前記発光領域を有すると共に、
   各分岐部は互いに分離されていることを特徴とする導光器。
2. 前記導光シートの光入射面と反対側の端面と、別の導光シートの光入射側の端面とを互いに近接させて対向配置して連結させたことを特徴とする、請求項１に記載の導光器。
3. 前記発光領域は、拡散物質を含む正反射シートを前記導光シートに接着することによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の導光器を備えた表示装置であって、
   前記導光器に設けられている複数の発光領域のうち、少なくとも１つの発光領域は他の発光領域が位置する空間平面とは異なる面に配置されていることを特徴とする表示装置。

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