JP2012232612A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の厚さを厚くしたり、放射状溝のピッチを小さくすることなく、干渉縞の輝度差を少なくして照明ムラを抑制できる表示装置を提供する。
【解決手段】透過性の導光板４は、文字板２の背面に配置され、光源からの光を導光して文字板２を照明する。この導光板４の背面には放射状に形成された複数の放射状溝が設けられ、導光板４の正面は光が散乱しないように平滑面に形成されている。文字板２と導光板４とは、互いに離間して配置されていて、文字板２と導光板４との間に空気層８が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置に係り、特に、文字板と、この文字板の背面側に配置された透過性の導光板と、を備えた表示装置に関するものである。

上述した表示装置を組み込んだ計器１として、例えば、図６に示すようなものが知られている（例えば特許文献１）。同図に示すように、上記計器１は、文字板２と、図示しない指針と、導光板４と、ウォーニング用光源Ｌ１と、導光板用光源Ｌ２と、基板５と、ケーシング６と、表ガラス７と、を備えている。上記文字板２には、ウォーニングや目盛などの意匠が設けられている。上記指針は、文字板２の正面を回動するように設けられている。導光板４は、文字板２の背面に接するように配置されている。この導光板４の背面には、図３に示すように、放射状に設けた複数の放射状溝４２が設けられている。

ウォーニング用光源Ｌ１は、文字板２に設けたウォーニングの背面に配置されていて、ウォーニングを光輝させる。導光板用光源Ｌ２は、図３に示すように、平面視円弧状の導光板４の両端面に設けた入射面４１に対向して配置されていて、導光板４内を導光して文字板２に設けた目盛を光輝させる。基板５は、上記ウォーニング用光源Ｌ１や導光板用光源Ｌ２などの電子機器を搭載する。ケーシング６は、上記文字板２、指針、導光板４、ウォーニング用光源Ｌ１、導光板用光源Ｌ２、基板５などを収容する。表ガラス７は、ケーシング６の正面開口に取り付けられている。

次に、上述した導光板４内の光の反射経路について説明する。導光板用光源Ｌ２から射出される光は、入射面４１を介して導光板４に入射される。そして、入射面４１から入射された光は、導光板４内を導光して円弧状の導光板４中央に向かって伝播すると共に、その一部が放射状溝４２で反射されて効率的に正面の文字板２に導かれる。

次に、上述した一つの放射状溝４２が文字板２を照明する範囲について図７を参照して計算してみる。なお、図７では、説明をわかり易くするために放射状溝４２を誇張して大きく描いている。導光板４の背面で反射されて導光板４内を導光する光の角度θ₁（図７（Ａ））は、導光板４の背面で全反射する角度であるため、下記の式（１）に示す範囲内となる。
０°＜θ₁＜９０°−θ_m …（１）
θ_mは、全反射の臨界角であり、下記の式（２）で求められる。
ｓｉｎθ_m＝ｎ_A／ｎ_B …（２）
ｎ_A：空気の屈折率、ｎ_B：導光板４の屈折率

次に、Ｖ字状の放射状溝４２で反射される光の角度θ₂（図７（Ａ））は、放射状溝４２で全反射する角度であるため、下記の式（３）に示す範囲内となる。
０°＜θ₂＜９０°−θ_m …（３）

上述した角度θ₂は、角度θ₁が小さくなるに従って大きくなり、９０°−θ_mを超えると放射状溝４２で反射されずに、放射状溝４２を透過してしまう。よって、図７（Ｂ）に示すように、角度θ₁がα−θ_mよりも小さくなると角度θ₂が臨界角θ_mを超えて放射状溝４２を透過してしまう。なお、αは放射状溝４２の傾斜角であり、α＋θ_m−９０°は角度θ₂＝９０°−θ_mとなる角度θ₁である。

以上のことにより、角度θ₁が下記の式（４）で示す範囲内にあるとき、導光板４の背面で反射され、かつ、放射状溝４２でも反射されることが導かれる。
α＋θ_m−９０°＜θ₁＜９０°−θ_m …（４）

よって、図７（Ｂ）に示すように、一つの放射状溝４２で反射する角度θ₃（図７（Ｃ）参照）は、角度−θ₃₁〜角度θ₃₂の範囲となる。上記角度−θ₃₁は、角度θ₁＝９０°−θ_mで導光板４の背面を反射した光が放射状溝４２で反射したときの角度θ₃であり、下記の式（５）で表される。
−θ₃₁＝−（１８０°−２α−θ_m） …（５）

上記角度θ₃₂は、角度θ₁＝α＋θ_m−９０°で導光板４の背面を反射した光が放射状溝４２で反射したときの角度θ₃であり、下記の式（６）で表される。
θ₃₂＝α−θ_m …（６）

次に、具体的な数値を当てはめて一つの放射状溝４２が文字板２を照明する範囲について計算してみる。今、導光板４が屈折率１．４９（＝ｎ_B）のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）から構成され、空気の屈折率を１（＝ｎ_A）とすると、上記式（２）より全反射の臨海角θ_m＝４２．１５°となり、９０°−θｍ＝４７．８５°となる。また、放射状溝４２の傾斜角α＝６０°とすると、これらを上記式（５）及び（６）に代入して、角度−θ₃₁、θ₃₂は下記の式（７）及び（８）で求められる。
−θ₃₁＝−（１８０°−２×６０°−４２．１５°）＝−１７．８５° …（７）
θ₃₂＝６０°−４２．１５°＝１７．８５° …（８）
即ち、放射状溝４２で反射した角度θ₃が−１７．８５°〜１７．８５°の範囲となる。

図７（Ｃ）に示すように、文字板２上での放射状溝４２の真上からの距離Ｘと、上記放射状溝４２での反射角度θ₃と、の関係は、下記の式（９）で表される。
Ｘ＝ｔ×ｔａｎθ₃ …（９）
なお、ｔは導光板４の厚さである。
よって、１個の放射状溝４２が文字板２を照明できる範囲は、下記の式（１０）で表される。
ｔ×ｔａｎ（−θ₃₁）＜Ｘ＜ｔ×ｔａｎθ₃₂ …（１０）

次に、複数の放射状溝４２による照明の影響を考えてみる。図８（Ａ）に示すように、放射状溝４２の照明範囲が重ならない場合、重ならない部分Ａ₀に暗部が発生してしまい、文字板２の照明にムラが生じる。なお、放射状溝４２の照明範囲が重ならない条件は、照明範囲｛＝ｔ×ｔａｎθ₃₂−ｔ×ｔａｎ（−θ₃₁）｝＜Ｌ_P（放射状溝４２のピッチ）である。

図８（Ｂ）に示すように、２つの放射状溝４２の照明範囲が重なる場合は、２つの照明範囲が重なる部分Ａ₂と、１つの照明範囲のみの部分Ａ₁と、に２倍の輝度差が生じ干渉縞が発生する。なお、２つの放射状溝４２の照明範囲が重なる条件は、Ｌ_P＜照明範囲＜２Ｌ_P、１／２照明範囲＜Ｌ_p＜照明範囲である。

また、図８（Ｃ）に示すように、３つの放射状溝４２の照明範囲が重なる場合は、３つの照明範囲が重なる部分Ａ₃と、２つの照明範囲が重なる部分Ａ₂と、に１．５倍の輝度差が生じ干渉縞が発生する。なお、３つの放射状溝４２の照明範囲が重なる条件は、３Ｌ_p＜照明範囲＜４Ｌ_p、１／４照明範囲＜Ｌ_p＜１／３照明範囲である。即ち、放射状溝４２を設けると干渉縞が発生してしまい、文字板２の照明ムラが生じる、という問題があった。

次に、上述した照明範囲と干渉縞の輝度比との関係について表にした。この表を図９（Ａ）に示す。また、照明範囲とピッチＬ_Pとの関係についても表にした。この表を図９（Ｂ）に示す。図９（Ａ）に示す表からも明らかなように干渉縞の輝度比を小さくして、文字板２の照明ムラを少なくするためには照明範囲が重なる数を多くする必要があることが分かる。そして、図９（Ｂ）に示す表からも明らかなように照明範囲が重なる数を多くするには導光板４の厚さｔを大きくして照明範囲を広くする、又は、ピッチＬｐを小さくする必要があることが分かる。

しかしながら、導光板４の厚さｔを大きくすると、成形の冷却時間が増えるため、コストが高くなってしまう。また、ピッチＬ_pを小さくすると、消費される光の量が増えるため、全体の輝度バランスが悪くなる、という問題があった。

特開２００６−１９６１３号公報

そこで、本発明は、導光板の厚さを厚くしたり、放射状溝のピッチを小さくすることなく、干渉縞の輝度差を少なくして照明ムラを抑制できる表示装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、文字板と、前記文字板の背面に配置され、光源からの光を導光して前記文字板を照明する透過性の導光板と、を備え、前記導光板の背面には放射状に形成された複数の放射状溝が設けられ、前記導光板の正面は光が散乱しないように平滑面に形成された表示装置において、前記文字板と前記導光板とを互いに離間して配置することにより、前記文字板と前記導光板との間に空気層を設けたことを特徴とする表示装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記放射状溝がＶ字状に形成され、α＝前記放射状溝の傾斜角、θ_m＝前記導光板内での全反射の臨界角、ｎ_AB＝前記導光板に対する前記空気層の相対屈折率、Ｌ_P＝前記放射状溝のピッチ、ｔ＝前記導光板の厚み、−θ₃₁＝−（１８０°−２α−θ_m）、θ₃₂＝α−θ_m、ｓｉｎθ₄₁＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₁、ｓｉｎθ₄₂＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₂としたとき、前記空気層の厚みは、｛４Ｌ_P−ｔ×（ｔａｎθ₃₂＋ｔａｎθ₃₁）｝／（ｔａｎθ₄₂＋ｔａｎθ₄₁）よりも大きい値に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置に存する。

請求項３記載の発明は、α＝６０°とし、前記導光板をアクリル樹脂で構成してθ_m＝４２．１５°、ｎ_AB＝１．４９としたとき、前記空気層の厚みは、３．９２×（Ｌ_P−０．１６×ｔ）よりも大きい値に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の表示装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、空気層を設けることにより、１つの放射状溝の照明範囲が広がるため、導光板の厚さを厚くしたり、放射状溝のピッチを小さくすることなく、干渉縞の輝度差を少なくして文字板の照明ムラを抑制できる。

請求項２、３記載の発明によれば、最大輝度比がＪＩＳＺ８５２８−２の基準である１．３倍を越えないようにすることができる。

本発明の表示装置を組み込んだ計器の一実施形態を示す正面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 図２に示す導光板の斜視図である。 図２に示す導光板に設けた放射状溝での文字板の照射範囲を説明するための説明図である。 他の実施形態における図２に示す導光板の斜視図である。 従来の計器の一例を示す断面図である。 導光板に設けた放射状溝での文字板の照射範囲を説明するための説明図である。 放射状溝による文字板照明の影響を説明するための説明図である。 （Ａ）は照明範囲と干渉縞の輝度比との関係を示す表であり、（Ｂ）は照明範囲とピッチＬ_pとの関係を示す表である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の表示装置を組み込んだ計器の一実施形態を示す正面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線断面図である。図３は、図２に示す導光板の斜視図である。同図に示すように、計器１は、文字板２と、指針３と、導光板４と、ウォーニング用光源Ｌ１と、導光板用光源Ｌ２と、基板５と、ケーシング６と、表ガラス７と、を備えている。上記指針３、ウォーニング用光源Ｌ１、導光板用光源Ｌ２、基板５、ケーシング６及び表ガラス７については、上述した背景技術で説明したものと同等であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

上記導光板４は、ＰＭＭＡなどの透光性の部材から構成されている。導光板４は、図３に示すように、文字板２に設けられた目盛に沿って平面視円弧状に設けられている。導光板４は、両端部が背面側に下垂されていて、その端面にそれぞれ導光板用光源Ｌ２からの光を入射する入射面が設けられている。導光板用光源Ｌ２はこの入射面４１に対向するように配置されている。

また、上記導光板４の背面には、図３に示すように、放射状に設けた複数のＶ字状の放射状溝４２が設けられている。この導光板４の正面は、シボ加工などが施されていない平滑面に形成されていて、導光板４の正面から出射された光は散乱することがない。背景技術では、導光板４は文字板２の背面に接するように配置されていたが、本実施形態では図２に示すように、導光板４と文字板２とは互いに離間して配置されていて、導光板４と文字板２との間に空気層８が設けられている。

次に、図４を参照して放射状溝４２で反射されて導光板４の正面から出射される光について説明する。上述した背景技術で説明したように、導光板４を導光する光は、放射状溝４２において角度θ₃で反射された後、導光板４の正面から出射される。そして、導光板４の正面から出射された光は空気層８で角度θ₄で屈折して文字板２の背面に入射される。図４に示すように、文字板２上での放射状溝４２の真上からの距離Ｘ´と、角度θ₃、θ₄と、の関係は、下記の式（１０）で表される。
Ｘ´＝ｔ×ｔａｎθ₃（＝Ｘ）＋ｔ_air×ｔａｎθ₄ …（１０）
ｔ：導光板４の厚さ、ｔ_air：空気層８の厚さ
また、上記角度θ₃、θ₄の関係は下記の式（１１）で表される。
ｓｉｎθ₄＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃ …（１１）
ｎ_AB：導光板４に対する空気層８の相対屈折率

上述した背景技術で説明したように、角度θ₃の範囲は角度−θ₃₁（上記式（５）参照）〜角度θ₃₂（上記式（６）参照）であるため、角度θ₄の範囲は角度（−θ₄₁）〜角度θ₄₂となる。上記角度−θ₄₁は、放射状溝４２で角度−θ₃₁で反射したときの角度θ₄であり、下記の式（１２）で表される。
ｓｉｎθ₄₁＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₁ …（１２）

上記角度θ₄₂は、放射状溝４２で角度θ₃₂で反射したときの角度θ₄であり、下記の式（１３）で表される。
ｓｉｎθ₄₂＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₂ …（１３）

よって、距離Ｘ´の範囲は下記の式（１４）で表すことができる。
−（ｔ×ｔａｎθ₃₁＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₁）＜Ｘ´
Ｘ´＜ｔ×ｔａｎθ₃₂＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₂ …（１４）
上記式（１４）から明らかなように、照明できる範囲は、（ｔ×ｔａｎθ₃₂＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₂）＋（ｔ×ｔａｎθ₃₁＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₁）である。

次に、具体的な数値を当てはめて式（１４）に示す照明できる範囲を計算して見る。今、導光板４が屈折率１．４９のＰＭＭＡから構成され、空気層８の屈折率を１とすると、上述した背景技術に示すように放射状溝４２で反射する角度θ₃が−１７．８５°〜１７．８５°の範囲となる。これを式（１２）、（１３）に代入すると、下記の式（１５）、（１６）を得ることができる。
ｓｉｎθ₄₁＝１．４９×ｓｉｎ（１７．８５°）
θ₄₁＝２７．１７° …（１５）
ｓｉｎθ₄₂＝１．４９×ｓｉｎ１７．８５°
θ₄₂＝２７．１７° …（１６）
即ち、導光板４正面から出射されたとき屈折する角度θ₄が−２７．１７°〜２７．１７°の範囲となる。

また、距離Ｘ´は下記の式（１７）で表すことができる。
−｛ｔ×ｔａｎ（１７．８５°）＋ｔ_air×ｔａｎ（２７．１７°）｝＜Ｘ´
Ｘ´＜ｔ×ｔａｎ（１７．８５°）＋ｔ_air×ｔａｎ（２７．１７°）
これを変形して
−（０．３２ｔ＋０．５１ｔ_air）＜Ｘ´＜０．３２ｔ＋０．５１ｔａｉｒ …（１７）
従って、文字板２を照明できる範囲は、（０．６４ｔ×１．０２ｔ_air）となる。

背景技術のように空気層８を設けない場合の照明範囲は、０．６４ｔであるため空気層８を設けることにより、１つの放射状溝４２の照明範囲が１．０２ｔ_air分だけ広がるため、導光板４の厚さｔを厚くしたり、放射状溝４２のピッチＬ_Pを小さくすることなく、干渉縞の輝度差を少なくして照明ムラを抑制できる。

ところで、ＪＩＳＺ８５２８−２によると、分離角度に応じて輝度の不均一性は最大輝度比が１．３を超えないことが望ましいとなる。そこで、ドライバーに負担を掛けない輝度比１．３以下になるための条件は、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、５つの照明範囲が重なり、ピッチＬ_P＜１／４照明範囲のときである。即ち、下記の式（１８）で表すことができる。
ピッチＬ_P＜０．２５×｛（ｔ×ｔａｎθ₃₂＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₂）＋（ｔ×ｔａｎθ₃₁＋ｔ_air×ｔａｎθ₄₁）｝ …（１８）

上記式（１８）から下記の式（１９）に示すように空気層８の厚みを設定すれば、最大輝度比が１．３を超えないようにできる。
｛４Ｌ_P−ｔ×（ｔａｎθ₃₂＋ｔａｎθ₃₁）｝／（ｔａｎθ₄₂＋ｔａｎθ₄₁）＜ｔ_air …（１９）

次に、具体的な数値を当てはめて空気層８の厚さｔ_airを計算して見る。同様に、導光板４が屈折率１．４９のＰＭＭＡから構成され、空気層８の屈折率を１とし、α＝６０°とすると、上述したようにθ₃₁＝θ₃₂＝１７．８５°、θ₄₁＝θ₄₂＝２７．１７°となり、これを式（１９）に代入すると、下記の式（２０）を得ることができる。
ｔ_air＞３．９２×（Ｌ_P−０．１６×ｔ） …（２０）
よって、この場合、上記の式（２０）に示すように空気層８の厚みを設定すれば、最大輝度比が１．３を超えないようにできる。

なお、上述した実施形態によれば、空気層の厚さｔ_airを式（１９）や（２０）の範囲に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。上述したように空気層８は少しでも設ければ照明範囲が広がり効果があるので、式（１９）や式（２０）に示す範囲より小さく設けても良い。

また、上述した実施形態によれば、導光板４の正面は全てが平滑面に形成されていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図５に示すように、正面に円弧状の円弧状溝４３が設けられていても良い。導光板４はこの円弧状溝４３以外の部分は平滑面である。

また、上述した複数の放射状溝４２は一定間隔で設けても良いし、各放射状溝４２間毎に任意の間隔で設けても良い。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２ 文字板
４ 導光板
８ 空気層
４２ 放射状溝

Claims (3)

1. 文字板と、前記文字板の背面に配置され、光源からの光を導光して前記文字板を照明する透過性の導光板と、を備え、前記導光板の背面には放射状に形成された複数の放射状溝が設けられ、前記導光板の正面は光が散乱しないように平滑面に形成された表示装置において、
   前記文字板と前記導光板とを互いに離間して配置することにより、前記文字板と前記導光板との間に空気層を設けた
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記放射状溝がＶ字状に形成され、
   α＝前記放射状溝の傾斜角、θ_m＝前記導光板内での全反射の臨界角、ｎ_AB＝前記導光板に対する前記空気層の相対屈折率、Ｌ_P＝前記放射状溝のピッチ、ｔ＝前記導光板の厚み、−θ₃₁＝−（１８０°−２α−θ_m）、θ₃₂＝α−θ_m、ｓｉｎθ₄₁＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₁、ｓｉｎθ₄₂＝ｎ_AB×ｓｉｎθ₃₂としたとき、
   前記空気層の厚みは、｛４Ｌ_P−ｔ×（ｔａｎθ₃₂＋ｔａｎθ₃₁）｝／（ｔａｎθ₄₂＋ｔａｎθ₄₁）よりも大きい値に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. α＝６０°とし、前記導光板をアクリル樹脂で構成してθ_m＝４２．１５°、ｎ_AB＝１．４９としたとき、
   前記空気層の厚みは、３．９２×（Ｌ_P−０．１６×ｔ）よりも大きい値に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。

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