JP2009258019A - 表示装置及び前記表示装置に用いられる導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードにて照射されるエリア内において、明るさムラ（色ムラ、照度ムラ）、すなわち明るさの面内バラツキを低減することで、視認性を向上する。
【解決手段】文字盤３の裏面側に配置された導光体７における平面視円弧状の導光板５の一端の光入射面１９に１つの光源９からの光を入射する。この入射した光は前記導光板５の裏面５Ｂに形成された複数の光反射用溝部２１の反射面２１Ａにより文字盤３の側に向けて反射する。このとき、１つの光源９であることで、光源９の個体差による照度バラツキがなく、しかも、複数の光反射用溝部２１が、各反射面２１Ａの反射光の輝度の均一性を図るべく前記光源９の光の進行に伴って各反射面２１Ａの反射量を変化させるように各溝形状が変化していることで、均一性に優れた発光照度が生じる。この反射された光は文字盤３の目盛部１５および数字部１７を透過照明する。
【選択図】図１

Description

この発明は、表示装置及び前記表示装置に用いられる導光体に関し、特に速度計や回転計といったメータなどの車両用の表示装置、並びに前記表示装置に照明装置として適用される導光体に関する。

一般に、車両用の速度計などの計器に用いられる表示装置の目盛や数字等は、指針の回動運動に沿って文字盤の外周側に円弧上に配置されている。そして、目盛や数字等の直下に円弧状に配列された複数の光源により目盛や数字等を透過照明している。しかし、このような構成においては、文字盤の発光輝度の斑を小さくするためには多数の光源が必要となり、消費電力およびコストが増大する。

そこで、少数の光源により均一な明るさで透過照明するために、文字盤の裏側に透光性材料からなる導光板を配置し、光源からの光を導光板に入射させて、導光板により文字盤に導いて透過照明する技術が知られている。この場合、導光板の形状を調整することにより、文字盤の発光輝度の斑を小さくすることが可能となる。

例えば、特許文献１には、平面視円弧状の導光体の外周の側面に複数の光伝播用反射面を形成し、この複数の光伝播用反射面で導光体の両端に配置された２つの光源である発光ダイオードからの光を反射することで、導光体内での光の軌跡の通過範囲を拡大して導光体表面のほぼ全域を発光させ、文字盤の発光輝度の斑を低減する表示装置が開示されている。

このように、明るさの斑を低減して均一な発光照度が得られるように工夫されている。すなわち、視認性の点から均一な発光照度となることが重要であることは自明である。換言すれば、当該箇所の明るさは、導光体の面内のバラツキが小さいことが好ましい。

さらに、特許文献１は、上述したように、２つの発光ダイオードと１枚の導光体によって、当該箇所を照明するものであり、具体的には導光体の外周部に光伝播用反射面を設けて発光ダイオードの光を反射させる手法である。さらに、導光体の裏面（文字盤と反対側の面）に光を文字盤に向けて光の拡散を行うためのシボ面を設けることで、発光照度の均一化を達成している。
特開２００７−１３９７９１号公報

ところで、従来の特許文献１の表示装置においては、導光体の外周の側面に光伝播用反射面を形成することは高コストであり、しかも、当該箇所の発光照度の均一化を達成するためには、原理的に数多くの反射面を作成しなければならない。また、前記光伝播用反射面は、導光体の外周の側面に設けられるので、構造上、文字盤の方向に対して直角になっている。従って、反射効率が悪く、文字盤の方向に対する輝度を十分に出せないという構造上の問題点を有している。

さらに、特許文献１は、左右対象の形状とし、２つの発光ダイオードを左右対称の位置に設置して導光体の面内を均一に照明するとしているが、複数の発光ダイオードを用いて面内のバラツキを低減するのは原理的に困難である。

一般に、発光ダイオードは発光効率のバラツキ、消費電力のバラツキ、発光状態の経時変化、発光寿命のバラツキ、外部温度による発光状態の違いなどが知られており、厳密な意味では個体差がある。

以上のことから、特許文献１は、原理的に発光ダイオードの発光バラツキが照明装置としての照度バラツキとなって発生することになる。また、複数の発光ダイオードを使用することは、１つの発光ダイオードの使用と比較すると、上述した発光ダイオードの個体差による照度バラツキに加えて、製造コストの上昇や消費電力の増大といったデメリットがある。

この発明は、発光ダイオードにて照射されるエリア内において、明るさムラ（色ムラ、照度ムラ）、すなわち明るさの面内バラツキを低減することで、視認性を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明の表示装置は、透光性材料からなり、複数の目盛が円弧状に配列されてなる目盛部と、複数の数字が円弧状かつ前記目盛部と同心上に配列されてなる数字とを有する文字盤と、
平面視円弧状の形状で、前記文字盤の裏面側に前記目盛部及び前記数字部を覆うように配置され、光を伝播する透光性材料の導光板と、この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、前記導光板の前記文字盤に対向する表面の反対側である裏面に複数形成されて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部と、からなる導光体と、
前記導光板の前記光入射面に光を入射可能に配置された１つの光源とを備え、
前記複数の光反射用溝部は、各反射面の反射光の輝度の均一性を図るべく前記光源の光の進行に伴って各反射面の反射量を変化させるように各溝形状が変化していることを特徴とするものである。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記複数の光反射用溝部は、各溝深さを前記光源から遠くなるにつれて段階的に大きくすることが好ましい。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記複数の光反射用溝部は、前記導光板の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されると共に、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることが好ましい。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記導光板の前記文字盤に対向する前記表面上に、前記導光板の前記表面から出射する光を拡散する光拡散部材を配置していることが好ましい。

この発明の導光体は、平面視円弧状の形状で、かつ光を伝播する透光性材料でなる導光板と、
この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、
前記導光板の表面の反対側である裏面に複数設けられて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部とを備え、
前記複数の光反射用溝部は、各反射面の反射光の輝度の均一性を図るべく前記光源の光の進行に伴って各反射面の反射量を変化させるように各溝形状が変化していることを特徴とするものである。

また、この発明の導光体は、前記導光体において、前記複数の光反射用溝部は、各溝深さを前記光源から遠くなるにつれて段階的に大きくすることが好ましい。

また、この発明の導光体は、前記導光体において、前記複数の光反射用溝部は、前記導光板の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されると共に、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明の表示装置によれば、導光体が光源の光を文字盤の方向に反射させる構造であるので、光源の光の輝度を文字盤の方向に効率よく出すことができ、その結果、低コストで発光照度の均一性に優れた表示装置を提供することができる。すなわち、光源からの光で照射される導光板のエリア内において、明るさムラ（色ムラ、照度ムラ）、すなわち明るさの面内バラツキを低減することが可能となり、視認性を向上することができる。

また、１つの光源を用いることで、光源の光量を効率よく導光板に照射することができる。また、１つの光源のみを使用するので、当該箇所の照度バラツキを低減し、光源の個体差による照度バラツキは原理的に発生しないことになる。さらに、複数の光源を使用する場合に比べて製造コストを低く抑えることが可能であり、消費電力も低減できる。

また、この発明の導光体によれば、光源の光を文字盤の方向に反射させる構造であるので、光源の光の輝度を表面側の方向（表示装置の文字盤の方向）に効率よく出すことができ、その結果、低コストで、しかも均一性に優れた発光照度を生じさせることができる。すなわち、光源からの光で照射される導光板のエリア内において、明るさムラ（色ムラ、照度ムラ）、すなわち明るさの面内バラツキを低減することが可能となり、視認性を向上することができる。

さらに、１つの光入射面から１つの光源の光量を効率よく導光板に照射することができると共に、１つの光源のみを使用するので、当該箇所の照度バラツキを低減し、光源の個体差による照度バラツキは原理的に発生しないことになる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２を参照するに、この実施の形態に係る表示装置１には、文字盤３と、導光板５を有する導光体７と、光源９と、光拡散部材としての例えば光拡散フィルム１１と、ケース１３とが備えられている。なお、この実施の形態における表示装置１は、速度計、エンジンの回転数、燃料計、水温計などの、いわゆる車両用のメータ類を対象としており、警告灯などのランプ類は対象としていない。図１では、この実施の形態の表示装置１を自動車のスピードメータに適用した例が示されている。

文字盤３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料の薄板で構成されている。図１に示されているように、文字盤３には、複数の目盛１５Ａが円孤状に配列されてなる目盛部１５が形成され、さらに目盛部１５の内周側には、複数の数字１７Ａが円弧状かつ目盛部１５と同心上に配列されてなる数字部１７が形成されている。

目盛部１５および数字部１７は、文字盤３の表面または裏面に、印刷あるいはホットスタンプ等を施すことにより形成されている。すなわち、目盛部１５および数字部１７以外の部分に不透光性を有する着色層を設けるとともに、目盛部１５および数字部１７が透明なままとされる、あるいは半透明着色層を設ける等の処置が施されている。

導光体７としては、その主要部をなす導光板５が、光を伝播する透光性のプラスチック材料からなり、その厚さｔは、例えば約１ｍｍ〜約３ｍｍの板状に形成されており、図１、図２に示されているように、その平面視形状が円弧状に形成され、文字盤３の裏面側に目盛部１５および数字部１７を覆うように配置されている。

また、導光板５の前記平面視円弧状の円周方向の一端には、１つの光源９が発する光を入射するための光入射面１９が設けられている。

一般に、プラスチック材料に光を照射すると、プラスチック材料を媒質として光が伝播するが、特に透明度の高い材料、高屈折率の材料ほど、媒質内での光の散乱が少ないので効率よく光が伝播することが知られている。また、プラスチック材料の表面に傷や欠陥等があると、伝播された光がその箇所で散乱する（もしくは反射する）ことが知られている。これを利用して、プラスチック材料の表面に機械加工を施して、伝播された光を散乱（もしくは反射）させることが可能である。すなわち、その機械加工は、効率よく光を取り出すように工夫することが好ましいし、車両の表示装置１として用いる際には、当該箇所を均一な発光照度にすることが好ましい。

そこで、図３及び図４に示されているように、導光板５の文字盤３に対向する表面５Ａの反対側の面である裏面５Ｂには、その円周方向のほぼ全域にわたって、複数の光反射用溝部２１が所定の角度間隔で、導光板５の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されている。前記光反射用溝部２１は、断面略三角（もしくはＶ字）形状を有し、導光板５を幅方向に横断するように形成されている。光反射用溝部２１の放射状の角度間隔は、例えば２°とすることができる。あるいは、導光板５の平面視円弧の外周側における光反射用溝部２１のピッチＰが４ｍｍとなるような角度間隔とすることができる。

また、前記光反射用溝部２１の一面には、図４に示されているように、導光板５を幅方向に横断する反射面２１Ａが形成されている。この反射面２１Ａは、導光板５内を進行する光を表面５Ａ側へ反射するためのものであって、裏面５Ｂに対して所定の傾斜角度αで傾斜するように構成されている。光反射用溝部２１の反射面２１Ａが導光板５を幅方向に横断するように形成することで、文字盤３の発光輝度の斑の発生を低減することができる。

上記の各反射面２１Ａは、光源９からの光を導光板５の表面５Ａ側へ反射するように形成されている。例えば、各光反射用溝部２１は、図３において左側の光入射面１９に配置される光源９の側を向いて光源９からの光を表面５Ａ側へ反射するように形成されている。

反射面２１Ａの傾斜角度αは、小さすぎれば反射光の傾斜角度も大きくなり、表示装置１を正面から見たときの文字盤３の発光輝度が低下する。傾斜角度αが大きすぎれば、光の入射角度が臨界角を超え、反射面２１Ａを透過する光の割合が増加するため、光の反射効率が低下し、光の利用効率が低くなる。この光の利用効率の低下を抑制するためには、光源９への投入電力を大きくして発光輝度を増大させる手法が知られている。しかしながら、この手法は消費電力の増加や光源９の寿命の低下を招くため好ましくない。

このため、反射面２１Ａの傾斜角度αは、４５°以上で、６０°以下が好ましく、５０°以上で、５５°以下がさらに好ましい。傾斜角度αを上記範囲とすることによって、光の反射効率を高くするとともに、文字盤３の発光輝度を高めることができる。なお、この実施の形態では前記反射面２１Ａの傾斜角度αは、例えば４５°である。

なお、各反射面２１Ａの傾斜角度αが同一である場合、すべての光反射用溝部２１の高さ（溝深さ）γ（図４参照）を同一とすると、光源９に近い光反射用溝部２１における反射光に比べ、光源９から遠い位置にある光反射用溝部２１における反射光の輝度が低くなる傾向がある。

そこで、上記の複数の光反射用溝部２１は、各反射面２１Ａの反射光の輝度の均一性を図るために、光源９の光の進行に伴って各反射面２１Ａの反射量を変化させるように各溝形状を変化させている。

この実施の形態では、図４に示されているように、光源９からの距離が大きい光反射用溝部２１ほど高さγを大きくすることによって、各光反射用溝部２１の反射光量を平準化し、輝度の均一化を図ることが可能である。要するに、光源９からの距離が遠くなると光量が減衰することと、高さγを光源９から遠くなるにしたがって段階的に大きくすることによって反射光の輝度を大きくすることとのバランスを取ることによって、当該の範囲の輝度の均一化を図ることができる。

光源９は、導光板５の光入射面１９に光を入射可能に配置され、１つの発光ダイオード、レーザダイオード等を備えることができる。

光拡散フィルム１１は、光を拡散させる樹脂もしくは当該樹脂がコーティングされたフィルムからなり、平面視環状もしくは平面視円弧状に形成されており、導光板５の表面５Ａ上に配置され、表面５Ａから出射する光を拡散する。

ケース１３は、上述の各部品を収納、保持する。

なお、スピードメータには、文字盤３の目盛１５Ａを指し示す指針や、この指針を回動させるムーブメント等が備えられるが、これらの部分はこの発明に直接関係しないため、図示および説明を省略している。

次に、上述した導光体７の実施例について説明すると、導光体７は、図４に示されているように、厚さｔが３ｍｍの市販のアクリル板からなる導光板５を用いた。また、前記導光板５の裏面５Ｂには、ダイヤモンドバイト切削法により複数の光反射用溝部２１を形成した。前記各光反射用溝部２１は、前述した図３に示されているものと同様に断面三角形状の溝部であり、傾斜角度αが４５°と角度θが９０°の切削角度である。また、切削深さγが０．１ｍｍで、切削ピッチＰが４ｍｍである。なお、切削深さγについては、光源９の光入射面１９の側（導光板５の受光側）から反対側に向かって少しずつ深くなるように切削バイトの押し込み量を少しずつ大きくして、導光板５の平面視円弧の中心位置から放射状に切削した。

上記の実施例の導光体７に対して、光源９としては砲弾型ＬＥＤ（豊田合成株式会社製、型番；Ｅ１Ｌ３３−ＡＷ０Ａ−０３、白色、サイズ；φ３）を用いて、導光体７の光入射面１９（受光面）から光を入射した。照度計（コニカミノルタ株式会社製、Ｔ−１０Ｍ）により、各試料の導光体７において測定箇所を１００箇所として照度分布を調査した。

その結果、平均照度は２．７ルクス、照度ムラ（照度のバラツキ）は、±６％であった。したがって、この実施の形態の導光体７では、非常に小さな照度バラツキとなった。なお、導光体７が実際に車両に適用される際には、文字盤を通した照明となるので、さらに当該箇所の照度バラツキが低減されることになる。

ここで、この実施例の導光体７と従来の特許文献１とを比較すると、表１のようになる。

表１から分かるように、実施例が特許文献１の従来例と特に異なる点を述べると、照度ムラ（照度のバラツキ）について従来例では明確に記載されていないが、実施例では照度ムラが±６％で、非常に小さなバラツキである。つまり、発光照度の均一性に優れている。

また、光源９としての発光ダイオードの数は、従来例では２つであるが、実施例では１つであるので、製造コストが安価となり、かつ、発光ダイオードの個体差の照度バラツキに対する影響という点で、従来例では影響があるが、実施例では影響が無い。また、光の拡散という点では、従来例ではシボ加工が必要であるが、実施例では不要であるので低コストを図る上で寄与する。

また、発光ダイオードの主光の反射方向は、従来例では文字盤３に対して平行な方向であるが、実施例では文字盤３の方向であるので、発光ダイオードの光の輝度を文字盤３の方向に効率よく出すことができる。

上記のように構成された表示装置１において、外部から電力が供給されて光源９が発光すると、光入射面１９から導光板５に入射した光は、導光板５の表面５Ａ、裏面５Ｂ、および側面で反射されながら導光板５内を進行する。そして、図４に示されているように、導光板５内を進行する光のうち、複数の各光反射用溝部２１の反射面２１Ａに達した光のほとんどは、反射面２１Ａにより反射されて表面５Ａ側から外部へと出射される。

このとき、１つの光源９のみであることで、光源９の個体差による照度バラツキがなく、かつ、複数の光反射用溝部２１が各溝深さを前記光源９から遠くなるにつれて段階的に大きくされていることで、各反射面２１Ａの反射光の輝度の均一性が図られるので、導光板５の表面５Ａには均一性に優れた発光照度が生じることとなる。

さらに、各光反射用溝部２１の反射面２１Ａにより反射され、導光板５の表面５Ａから出射した光は、光拡散フィルム１１により拡散される。この拡散された光は、当該箇所において均一化された輝度となっており、文字盤３の目盛部１５および数字部１７へ均一な明るさで透過照明されて発光表示される。したがって、文字盤３の目盛部１５および数字部１７の発光輝度の斑の発生を抑制し、かつ高輝度発光にて表示装置１の視認性を向上することができる。

以上をまとめると、この実施の形態では、導光体７が光源９の光を文字盤３の方向に反射させる構造であるので、光源９の光の輝度を文字盤３の方向に効率よく出すことができ、その結果、低コストで発光照度の均一性に優れた表示装置１を提供することができる。すなわち、光源９からの光で照射される導光板５のエリア内において、明るさムラ（色ムラ、照度ムラ）、すなわち明るさの面内バラツキを低減することが可能となり、視認性を向上することができる。

また、１つの光源９を用いることで、光源９の光量を効率よく導光板５に照射することができる。また、１つの光源９のみを使用するので、当該箇所の照度バラツキを低減し、光源９の個体差による照度バラツキは原理的に発生しないことになる。さらに、複数の光源９を使用する場合に比べて製造コストを低く抑えることが可能であり、消費電力も低減できる。

なお、この発明は、上記の実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

また、前述した実施の形態では、導光板５のプラスチック材料としてアクリル材を用いたが、ポリカーボネート、透明塩化ビニルなどの他の材料を使用してもよく、特に、材料を限定するものではない。

また、前述した実施の形態では、光反射用溝部２１の切削加工にはダイヤモンドバイト切削法による加工を行っているが、他の切削加工法でもよいし、また、切削ではなく射出成型機等の金型成形の手法を用いてもよく、特に、導光体７の製造方法を限定しているものではない。

また、前述した実施の形態では、切削角度、切削深さ、ピッチなどの光反射用溝部２１の切削加工条件を明示しているが、これらの諸条件に限定されるものではない。前記切削加工条件は目的やコストに合わせて、設計者が適宜選択すれば良いものである。

また、前述した実施の形態では、光反射用溝部２１が放射状に切削加工されている。これは、導光板５が平面視円弧状の形状であるので、光源９からの主光軸に対して垂直方向に溝加工が施されたものである。しかし、これに限定されるものではない。

また、前述した実施の形態では、複数の光反射用溝部２１は導光板５の裏面５Ｂに放射状に溝加工が施されているが、照度ムラに大きく関係しない範囲で導光板５の一部の箇所に放射状以外の溝加工をしても、何ら問題ではない。

また、前述した実施の形態では、光源９の側から反対方向に向かって溝加工する際に、切削バイトの押し込み量を少しずつ大きくしている。これは、光源９の側から伝播する光量が進行するに伴って減衰するため、断面三角状の光反射用溝部２１の溝深さγを大きくして反射面２１Ａによる光の反射量を増やすことで、導光体７の照度ムラを小さくしているが、照度ムラに大きく関係しない範囲（エリア）では、光反射用溝部２１の溝深さを段階的に深く加工しない溝加工であっても、何ら問題ではない。

この発明の実施の形態に係る表示装置の平面図である。 図１に示す表示装置の分解斜視図である。 図１に示す表示装置の導光体の平面図である。 図３の矢視ＩＶで、導光板の光反射用溝部を示す部分的な拡大図である。

符号の説明

１ 表示装置
３ 文字盤
５ 導光板
５Ａ 表面
５Ｂ 裏面
７ 導光体
９ 光源
１１ 光拡散フィルム（光拡散部材）
１３ ケース
１５ 目盛部
１５Ａ 目盛
１７ 数字部
１７Ａ 数字
１９ 光入射面
２１ 光反射用溝部
２１Ａ 反射面

Claims (7)

1. 透光性材料からなり、複数の目盛が円弧状に配列されてなる目盛部と、複数の数字が円弧状かつ前記目盛部と同心上に配列されてなる数字とを有する文字盤と、
   平面視円弧状の形状で、前記文字盤の裏面側に前記目盛部及び前記数字部を覆うように配置され、光を伝播する透光性材料の導光板と、この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、前記導光板の前記文字盤に対向する表面の反対側である裏面に複数形成されて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部と、からなる導光体と、
   前記導光板の前記光入射面に光を入射可能に配置された１つの光源とを備え、
   前記複数の光反射用溝部は、各反射面の反射光の輝度の均一性を図るべく前記光源の光の進行に伴って各反射面の反射量を変化させるように各溝形状が変化していることを特徴とする表示装置。
2. 前記複数の光反射用溝部は、各溝深さを前記光源から遠くなるにつれて段階的に大きくすることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記複数の光反射用溝部は、前記導光板の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されると共に、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
4. 前記導光板の前記文字盤に対向する前記表面上に、前記導光板の前記表面から出射する光を拡散する光拡散部材を配置してなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の表示装置。
5. 平面視円弧状の形状で、かつ光を伝播する透光性材料からなる導光板と、
   この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、
   前記導光板の表面の反対側である裏面に複数設けられて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部とを備え、
   前記複数の光反射用溝部は、各反射面の反射光の輝度の均一性を図るべく前記光源の光の進行に伴って各反射面の反射量を変化させるように各溝形状が変化していることを特徴とする導光体。
6. 前記複数の光反射用溝部は、各溝深さを前記光源から遠くなるにつれて段階的に大きくすることを特徴とする請求項５記載の導光体。
7. 前記複数の光反射用溝部は、前記導光板の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されると共に、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の導光体。

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