JP2016053605A - 導光板表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパターンを表示でき、かつ導光板の透明性を向上させることができる導光板表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】表示面と複数の端面とを有し、透光性材料で形成される導光板と、前記導光板の各端面に沿って設けられ、前記導光板の各端面から前記導光板の内部に向かって光を照射する複数の光源装置と、前記導光板の内部に形成される複数のプリズムとを備え、各プリズムは、各光源装置と向かい合う複数の側面を有しており、各側面は、前記導光板の厚み方向において、前記光源装置から照射される光を透過させる透過斜面と、前記光源装置から照射される光を反射させて前記表示面に射出する反射斜面とで、少なくとも２段階に傾斜することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、導光板を用いて文字や図柄などのパターンを表示する導光板表示装置に関する。

従来の導光板表示装置として、例えば特許文献１には、導光板の端面から内部に光を照射して、その光を三角柱型のプリズムで導光板の表示面から射出させることにより、パターン表示するものが開示されている。図２５及び図２６は、特許文献1に記載された従来の導光板表示装置を示す図である。

特許文献１に記載の導光板表示装置は、図２５及び図２６に示すように、導光板１２と、導光板１２の端面に向かって、それぞれ異なる方向から光を照射する４つの光源装置２１１ａ〜２１１ｄ、２１２ａ〜２１２ｄ、２１３ａ〜２１３ｄ、２１４ａ〜２１４ｄと、４つのプリズム群１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄとを備える。なお、図２５においては、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、それぞれプリズムが一つずつ図示されているが、実際には導光板１２の内部に複数設けられてプリズム群を形成している。プリズム群１９ａは、それぞれ、導光板に対して傾斜する斜面と、導光板に対して垂直な垂直面とを有する三角柱型であって、プリズム群１９ａの斜面は光源２１１ａ〜２１１ｄの照射方向に向かい合うように設けられる。ここで、プリズム群１９ａの斜面に入射した光は、導光板の表示方向に反射されて観測者によって視認されるが、垂直面に入射した光はプリズムを透過するため観測者によって視認されない。そして、導光板１２内の適切な位置にプリズム群１９ａを配置し、光源２１１ａ〜２１１ｄを点灯させることによって、パターンＰ２１が表示されるようにしている。

また、プリズム群１９ｂの斜面は光源装置２１２ａ〜２１２ｄの照射方向と向かい合うように設けられ、プリズム群１９ｃの斜面は光源装置２１３ａ〜２１３ｄの照射方向向かい合うように設けられ、プリズム群１９ｄの斜面は光源装置２１４ａ〜２１４ｄの照射方向に向かい合うように設けられている。これにより、プリズム群１９ｂの斜面は光源装置２１２ａ〜２１２ｄから照射される光を反射してパターンＰ２が表示され、プリズム群１９ｃの斜面は光源装置２１３ａ〜２１３ｄから照射される光を反射してパターンＰ３が表示され、プリズム群１９ｄの斜面は光源装置２１４ａ〜２１４ｄから照射される光を反射してパターンＰ４が表示される。以上より、光源装置２１１ａ〜２１１ｄ、２１２ａ〜２１２ｄ、２１３ａ〜２１３ｄ、２１４ａ〜２１４ｄの点灯又は消灯の切り替えを行うことで、４種類のパターンＰ１〜Ｐ４及びそれらの組み合わせを表示装置に表示することができる。

また、従来の導光板表示装置としては、四角錐型のプリズムが用いられているものもある。図２７は、四角錐型プリズムが用いられる従来の導光板表示装置を示す図である。図２７において、四角錐型プリズム３２は、各斜面が同一形状となっており、どの方向からの光でも均一な明るさの単一のパターン表示が行えるようになっている。

特開２００６−７５３６２号公報 特開２００１−５１６１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、１つのプリズム群に対して１つのパターンしか表示できないため、４種類のパターンを表示するためには、それぞれ斜面の方向が異なる４つのプリズム群を用いて導光板内に配置する必要があり、導光板の表示面の面積に対して、プリズムが形成される領域の総面積が大きくなるため、導光板の透明性が低くなるという課題を有している。

また、特許文献２に記載の構成では、単純な四角錘型のプリズムが用いられているため、１種類のパターンしか表示できないという課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数のパターンを表示でき、かつ導光板の透明性を向上させることができる導光板表示装置を提供することを目的とする。

本発明の導光板表示装置は、表示面と複数の端面とを有し、透光性材料で形成される導光板と、前記導光板の各端面に沿って設けられ、前記導光板の各端面から前記導光板の内部に向かって光を照射する複数の光源装置と、前記導光板の内部に形成される複数のプリズムとを備え、各プリズムは、各光源装置と向かい合う複数の側面を有しており、各側面は、前記導光板の厚み方向において、前記光源装置から照射される光を透過させる透過斜面と、前記光源装置から照射される光を反射させて前記表示面に射出する反射斜面とで、少なくとも２段階に傾斜することを特徴とする。

本発明の導光板表示装置によれば、プリズムの光源装置と向かい合う側面が、反射斜面と透過斜面とで少なくとも２段階に傾斜することにより、一つのプリズム群で複数のパターン表示を行うことができる。そのため、複数のパターンを表示させる導光板表示装置において、各光源装置と同数のプリズム群を用いる必要がなく、導光板の表示面の面積に対してプリズムが形成される領域の総面積を小さくすることができて、導光板の透明性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る導光板表示装置の平面図である。 同導光板表示装置のＸ−ＸＸ断面図である。 本発明の実施の形態に係るプリズムの平面図、及び側面図である。 同プリズムの動作を示す図である。 本発明の実施の形態に係る導光板表示装置にパターンを表示した状態を例示する図である。 同導光板表示装置にパターンを表示した状態を例示する図である。 同導光板表示装置にパターンを表示した状態を例示する図である。 同導光板表示装置にパターンを表示した状態を例示する図である。 同導光板表示装置にパターンを表示した状態を例示する図である。 本発明の好ましい実施の形態に係るプリズムの側面図、及び同プリズムの動作を示す図である。 本発明の好ましい実施の形態に係るダミープリズムの平面図、及び側面図である。 同ダミープリズムの動作を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプリズムの配置例を例示する図である。 同プリズムの配置例を示す図である。 同プリズムの配置例を示す図である。 同プリズムの配置例を示す図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る光源装置及び導光板の一部の断面図である。 同光源装置の一部及び導光板の一部の平面図である。 同光源装置の動作を示す図である。 同光源装置の動作を示す図である。 同光源装置の動作を示す図である。 本発明の別の実施の形態に係る光源装置の断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る導光板表示装置の平面図である。 本発明の別の実施の形態に係る光源装置の断面図である。 特許文献１に記載された従来の導光板表示装置の表示パターン及びプリズムを示す図である。 特許文献１に記載の導光板表示装置の表示パターン及び光源装置を示す図である。 特許文献２に記載の導光板表示装置の平面図、及び断面図を示す。

以下本発明の実施の形態における導光板表示装置の構成ついて、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態における導光板表示装置１０は、図１及び図２に示すように、光源装置１００と、導光板１０１と、複数のプリズム１０２とを備える。

導光板１０１は、表示面１２１と、裏面１２０と、複数の端面１１９とを有する平板状の材料であって、例えばポリカーボネートやアクリル等の透光性を有する材料で形成される。具体的には、導光板１０１は平面視で四角形であり、４個の端面１１９を有する。

光源装置１００は、導光板１０１の４個の端面１１９に沿って４個設けられ、導光板１０１の端面１１９から導光板１０１の内部に向かって光を照射する。
プリズム１０２は、導光板１０１の内部に複数形成される。各プリズムは、導光板１０１の材料より屈折率の低い透光性材料で形成されても良く、導光板１０１の内部に設けられる空隙であっても良い。

各プリズム１０２は、図３に示すように、平面視で四角形であって、各光源装置１００と向かい合う４個の側面を有している。そして、各側面は、導光板１０１の厚み方向において、反射斜面αと透過斜面βとで２段階に傾斜する。透過斜面βと裏面１２０とがなす角度、すなわち透過斜面βの傾斜角θβは略９０°である。また、反射斜面αと裏面１２０に平行な線Ｌとが成す角度、すなわち反射斜面αの傾斜角θαは斜面の傾斜角θβよりも小さく、例えば４６°〜５２°である。

次に、導光板表示装置１０の動作について、図４を参照しながら説明する。図４における矢印１３３〜１３６は、光源装置から照射される光線である。光線１３３は、導光板１０１内を導光板１０１の裏面１２０側の方向に傾いてプリズム１０２の透過斜面βに入射する。透過斜面βは傾斜角θβが略９０°であるため、光線１３３の大部分はプリズム１０２の透過斜面βを透過する。その後、光源１３３は導光板１０１の裏面１２０側に射出される。

光源１３４は、導光板１０１内を導光板１０１の表示面１２１側の方向に傾いてプリズム１０２の透過斜面βに入射する。その後、光線１３４の大部分は透過斜面βを透過して、プリズム１０２の反対側の反射斜面α又は透過斜面βを透過し、再び導光板１０１内に戻る。

光線１３５は、導光板１０１内を導光板１０１の裏面１２０側に傾いてプリズム１０２の反射斜面αに入射する。その後、光線１３５の大部分は反射斜面αを透過して再び導光板１０１に戻る。これらの光線１３３〜１３５は、導光板１０１の表示面１２１から射出されない光線であるため、パターン表示に寄与しない光線である。

光線１３６は、導光板１０１内を導光板１０１の表示面１２１側に傾いてプリズム１０２の反射斜面αに入射する。その後、光線１３６の大部分は、反射斜面αによって全反射され、導光板１０１の表示面１２１から射出される。表示面１２１から射出される光は、観測者によって認識される。そのため、光線１３６は、導光板表示装置１０のパターン表示に寄与する光線となる。すなわち、光線１３３〜１３６のうち、パターン表示に寄与する光線は１３６のみとなる。そして、各プリズム１０２において、透過斜面βの面積に対して反射斜面αの面積が大きくなれば、パターン表示に寄与する光線１３６の割合が多くなるため、パターン表示の輝度は反射斜面αの面積に比例する。

本発明の実施の形態に係る導光板表示装置１０によれば、プリズム１０２の光源装置と向かい合う側面が、反射斜面αと透過斜面βとで２段階に傾斜することにより、一つのプリズム群で複数のパターン表示を行うことができる。以下、詳細を説明する。

図５は、光源装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄにより表示されるパターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを表示したものである。図６は、光源装置１００ａのみが点灯した状態であり、パターンＡのみが導光板１０１の表示面に表示される。パターンＡの部分に位置するプリズム１０２において、光源装置１００ａと向かい合う側面の反射斜面αの面積を大きくすることにより、光源装置１００ａから照射される光は、パターンＡの部分に位置するプリズム１０２の反射斜面αで反射されて表示面に射出されやすくなり、パターンＡの部分だけ輝度が向上する。一方、パターンＡ以外の部分では、プリズム１０２において、光源装置１００ａと向かい合う側面の反射斜面αの面積を小さくすることにより、パターンＡ以外の部分での輝度は低減される。これにより、光源装置１００ａを点灯させることによりパターンＡを表示することができる。

図７は、光源装置１００ｂのみを点灯した状態であり、パターンＢのみが導光板１０１の表示面に表示される。図８は、光源装置１００ｃのみを点灯した状態であり、パターンＣのみが導光板１０１の表示面に表示される。同様に、図９は、光源装置１００ｄのみを点灯した状態であり、パターンＤのみが導光板１０１の表示面に表示される。パターンＢ、Ｃ、Ｄを表示させる方法はパターンＡの表示方法と同様である。すなわち、パターン部分のプリズム１０２において、各光源装置と向かい合う面の反射斜面αの面積を調節することにより行われる。パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの表示は単独で行うことができるが、複数パターンを重ねて表示しても良い。例えば、光源装置１００ａと光源装置１００ｃとを同時に点灯すると、パターンＡとパターンＣとが重なって表示される。

以上より、本発明の実施の形態に係る導光板表示装置１０によれば、プリズム１０２の光源装置と向かい合う側面が、反射斜面αと透過斜面βとで２段階に傾斜することにより、一つのプリズム群で複数のパターン表示を行うことができる。そのため、複数のパターンを表示させる導光板表示装置において、各光源装置と同数のプリズム群を用いる必要がなく、導光板の表示面の面積に対してプリズムが形成される領域の総面積を小さくすることができて、導光板１０１の透明性を向上させることができる。

また、プリズム１０２の透過斜面βは裏面１２０と接続されることが好ましい。例えば、プリズム１０２を形成するための金型はプリズム１０２の形状を残した形状であって、この形状は金型加工用の切削バイトで形成される。この場合、切削バイトの刃先でプリズムの斜面が形成されることとなる。しかし、バイトの刃先次第では、完全な角とすることが難しく、導光板１０１の裏面１２０とプリズム１０２の斜面との交点部分に微小な曲面部分が生じてしまう。

反射斜面αは導光板１０１の内部の光を全反射させて角度を変化させることにより、表示面１２１側へ射出する働きをするが、全反射を用いているので入射光の角度変化の誤差が大きく影響してしまう。角度変化量は、プリズム１０２の斜面への入射角の２倍となる。さらに、導光板１０１から空気中に光線が出るとき、例えば、導光板１０１の屈折率が１．５９のとき、角度変化量は、プリズム１０２の斜面への入射角の２×１．５９＝３．１８倍にもなる。

仮に、反射斜面αが導光板１０１の裏面１２０と直接接続される場合、導光板１０１の裏面１２０と反射斜面αとの交点部分に微小な曲面が生じ、光線がその曲面部分で全反射されると、導光板１０１から表示面へ射出する光線の方位が大きく変化してしまうことになり、表示輝度の低下や、迷光の原因となる。一方、プリズム１０２の透過斜面βが導光板１０１の裏面１２０と接続される場合、導光板１０１の裏面１２０と透過斜面βとの交点部分に微小な曲面部分が生じるが、透過斜面βからは導光板１０１の表示面１２１の方向には光が射出しないため、導光板１０１の裏面１２０とプリズム１０２の透過斜面βとの間に微小な曲面部分が生じたとしても、その曲面部分によってパターン表示へ大きく影響することはない。このため、プリズム１０２の透過斜面βが裏面１２０と接続されることによって、パターン表示における表示輝度の低下や、迷光を防ぐことができる。

ここで、光源装置１００から遠い位置のプリズム１０２の反射斜面αの面積を、光源装置１００に近い位置のプリズム１０２の反射斜面αの面積よりも大きくすることが好ましい。以下、詳細を説明する。

パターン表示の輝度は、反射斜面αの面積に比例するのみならず、プリズム１０２に到達する光の密度にも比例する。光源装置１００に近い位置のプリズム１０２へは、導光板１０１内での光の密度が高く、光源装置１００から遠い位置のプリズム１０２へは、他の多くのプリズム１０２を透過した後に光が到達するため、導光板１０１内での光の密度が低い。そのため、光源装置１００から遠い位置のプリズム１０２の反射斜面αの面積を、光源装置１００から近い位置のプリズム１０２の反射斜面αの面積よりも大きくすることにより、パターン表示の輝度を均衡化することができる。

また、プリズム１０２の反射斜面αは、図１０に示すように、第１反射斜面α１と第２反射斜面α２とで構成されることが好ましい。この場合、プリズム１０２の光源装置と向かい合う側面は、透光版１０１の厚み方向において、第１反射斜面α１と、第２反射斜面α２と、透過斜面βとで３段階に傾斜する。図１０のＬ１及びＬ２は裏面１２０に平行な補助線であり、補助線Ｌ１と第１反射斜面α１とが成す角度、すなわち第１反射斜面α１の傾斜角θα１と、補助線Ｌ２と第２反射斜面α２とが成す角度、すなわち第２反射斜面α２の傾斜角θα２とはわずかに異なる角度であって、例えば、θα１は５１°、θα２は４７°である。

図１０の１３７及び１３８は互いに平行な光線である。光線１３７は、導光板１０１内部を表示面１２１側傾いて、プリズム１０２の第２反射斜面α２に入射し、その後、光線１３７は第２反射斜面α２で全反射して、導光板１０１の表示面１２１から射出される。一方、光線１３８は、導光板１０１内部を表示面１２１側に傾いた状態で、プリズム１０２の第１反射斜面α１に入射し、その後光線１３８は第１反射斜面α１で全反射して表示面１２１から射出される。

ここで、θα１とθα２とは互いに異なる角度であるため、全反射される前では互いに平行であった光線１３７及び１３８は、それぞれ第２反射斜面α２、第１反射斜面α１で反射された後では平行でなくなり、φ１＝２｜θα１−θα２｜だけ異なる方向に反射されることとなる。さらに、導光板１０１の屈折率をｎとすると、導光板１０１の表示面１２１から射出された光線１３７及び１３８は、φ２＝２ｎ｜θα１−θα２｜の角度異なる方向に射出されることとなる。すなわち、反射斜面αが第１反射斜面α１と第２反射斜面α２とで構成される場合、同じ方向から入射する光であっても、第１反射斜面α１に入射するか第２反射斜面α２に入射するかにより、異なる方向に光を射出させることができる。これにより、パターン表示の視野角を拡大することができる。

また、導光板表示装置１０は、図１及び図１１に示すように、導光板１０１のパターン非表示部分にダミープリズム１０３を備えることが好ましい。ダミープリズム１０３は、光源装置１００と向かい合う側面が、透過斜面βで構成されるプリズムである。そのため、ダミープリズム１０３は、図１２に示すように、どのような方向から光線が入射しても表示面１２１側に光を射出しないためパターン表示に寄与しない。

パターン非表示部分にダミープリズム１０３がない場合、すなわち、パターン表示部分のみにプリズム１０２が設けられ、パターン非表示部分にプリズムが設けられない場合、光源装置１００の消灯時において、導光板１０１を表示面１２１から観測すると、パターン表示部分とパターン非表示部分とでわずかながら見え方に差が生じてしまう。このため、光源装置１００を消灯しているときであっても、パターン表示部分が観測者によって認識されるという不都合が生じ、パターンの表示品質が低下してしまう。

一方、パターン非表示部分にダミープリズム１０３が設けられる場合、導光板１０１を表示面１２１から観測すると、プリズム１０２とダミープリズム１０３とで埋め尽くされることとなり、光源装置１００が消灯しているときに、パターン表示部とパターン非表示部との間に見え方の差が少なくなる。これにより、光源装置１００の消灯時においてパターン表示部分が観測者によって認識されにくくなり、ひいてはパターンの表示品質を向上させることができる。

なお、導光板１０１の表示面１２１の面積に対してプリズム１０２が形成される領域の総面積が非常に小さい場合は、ダミープリズムを設けるまでもなくパターン表示部とパターン非表示部との間に見え方の差が少ないため、ダミープリズム１０３を設けなくともよい。

また、プリズム１０２は、導光板１０１の内部において、各側面を相互に接続する平坦面γが設けられることが好ましい。プリズム１０２に平坦面γが設けられない場合、裏面１２０から表示面１２１に透過する光の大部分は、プリズムが設けられない領域を通過する光と、プリズム１０２の反射斜面αを通過した光とからなる。そして、観測者が導光板１０１を透かして見ると、反射斜面αは導光板１０１に対して傾斜するため、プリズムがない領域を通過する光と、反射斜面αを通過した光とで見え方が大きく異なり、プリズム１０２の存在が目立ってしまうという不都合がある。

この点、プリズム１０２に平坦面γが設けられる場合、裏面１２０から表示面１２１に透過する光の大部分は、プリズムがない領域を通過する光と、平坦面γを通過した光とからなる。プリズムがない領域と、プリズムがない領域を通過する光と平坦面γを通過する光とで見え方の差は大きくないため、プリズム１０２の存在を目立たないようにすることができる。反射斜面αに対して平坦面γの面積を大きくすることにより、よりプリズム１０２の存在を目立たなくすることができる。また、ダミープリズム１０３が設けられる場合は、ダミープリズムにも平坦面が設けられるようにしても良い。

また、導光板１０１の内部において、プリズム１０２及びダミープリズム１０３の形成領域の面積を、プリズム及びダミープリズムのどちらも形成されない非形成領域の面積よりも小さくすることが好ましく、特に非形成領域の面積の１０分の１以下とすることが好ましい。この場合、光源装置１００の消灯時において、プリズム１０２及びダミープリズム１０３が観測者から認識されにくくなり、さらに導光板１０１の透明性を向上させることができる。

また、プリズム１０２及びダミープリズム１０３の底辺の一辺の長さをｑ、プリズム１０２及びダミープリズム１０３のおおよそのピッチをｐとしたとき、ｑ＜ｐ／ｓｑｒｔ（１０）とすることが好ましい。ここで、ｓｑｒｔは平方根を示す。パターン表示のためには、導光板１０１の内部の光線をプリズム１０２の反射斜面αによって全反射させ、導光板１０１の表示面１２１から射出させる必要があるが、そのためには、図４に示すように、プリズム１０２の反射斜面αに入射する前において、導光板１０１の裏面１２０に光線１３６が反射する反射位置１４０を確保する必要がある。例えば、プリズム１０２の配置を密にし過ぎると、反射位置１４０が隣のプリズム１０２と重なってしまい、隣り合うプリズム１０２同士が光線１３６に影響して、パターン表示のための射出光の輝度が低下してしまうことがある。プリズム１０２同士の間隔を十分にとることにより、反射位置１４０を確保することができて、プリズム１０２同士で互いに光線の影響を受けず、パターン表示のための射出光の輝度を維持することができる。さらに、この場合、上記のようにプリズム及びダミープリズム１０３の形成領域の面積が、非形成領域の１０分の１以下になるため、プリズム１０２及びダミープリズム１０３が観測者から認識されにくくなり、さらに導光板１０１の透明性を向上させることができる。

プリズム１０２及びダミープリズム１０３の配置例を図１３〜図１６に示す。図１３では、プリズム１０２及びダミープリズム１０３は等間隔に配置されている。図１４では、プリズム１０２及びダミープリズム１０３は六方配置されており、互いに等距離となる。図１５では、プリズム１０２及びダミープリズム１０３がランダムに配置されており、導光板毎に異なる初期値を用いた一様乱数でプリズム位置を設定し、導光板毎に異なる配置とする。または、Ｈａｌｔｏｎ若しくはＦａｕｒｅ列と呼ばれる超一様分布を用いて２次元の配置を行い、少なくとも重ねて用いる導光板毎に異なる基数でプリズム位置を設定し、導光板毎に異なる配置としても良い。図１６では、プリズム１０２及びダミープリズム１０３は、場所によって異なるピッチで配置されている。すなわち、導光板１０１の中央付近のピッチが粗く、光源装置１００に近づくほどピッチが細かくなっている。２枚の導光板を重ねる場合は、ピッチの変化方向を逆にして配置する。

導光板表示装置１０を複数重ねて用いる場合、表示可能なパターン数が多くなるが、複数の導光板表示装置１０との間にモアレが発生するおそれがある。そのため、導光板表示装置毎に、プリズム１０２のピッチを変化させることにより、モアレの発生を抑制することができる。

プリズム１０２及びダミープリズム１０３の配置ピッチとしては、例えば０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。例えば、視力が０．５の観測者の目の分解能は、２分、すなわち０．０３３度となる。これは、距離１ｍではプリズムの配置ピッチは約０．６ｍｍ以下、距離０．５ｍではプリズムの配置ピッチは約０．３ｍｍ以下とすることにより、パターンが観測者に識別される。したがって、１ｍ以上離れて観測者が導光板表示装置１０を見る場合は、プリズムの配置ピッチは０．５以下とすることが好ましい。観測者と導光板表示装置１０との距離が０．５ｍ程度であれば、プリズムの配置ピッチを０．３ｍｍ以下としても良い。

次に、光源装置１００の好ましい構成について図１７及び図１８を参照しながら説明する。光源装置１００は、図１７及び図１８に示すように、光源１０４と、光源基板１０６と、反射板１０７と、入光レンズ１０８とを備える。

光源１０４は、例えば導光板１０１の端面１１９に沿って配列されるＬＥＤであり、パターン表示に合わせて白色、あるいは青色、赤色、緑色やこれらを組み合わせた色の光を照射する。ＬＥＤは一般的にサイズが１ｍｍ程度以上であるので、光源１０４がＬＥＤの場合、光源１０４の配置ピッチは少なくとも１ｍｍ以上で配置される。この場合、プリズム１０２及びダミープリズム１０３の配置ピッチは、導光板１０１の透明度を確保するために、０．５ｍｍ程度以下としているため、光源１０４の配置ピッチは、プリズム１０２及びダミープリズム１０３の配置ピッチよりも広くなる。図４の符号１１２は、光源１０４の有効射出面であって、導光板１０１の厚み方向の有効射出面１１２の長さをｗ１とする。

光源基板１０６は、光源搭載面１１３を有しており、複数の光源１０４を点灯するために、光源搭載面１１３に複数の光源１０４を搭載する配線基板である。光源基板１０６は、ガラスエポキシ基板あるいは、フレキシブル基板などである。

反射板１０７は、光源基板１０６と導光板１０１の端面１２１との間を開口した状態で、光源１０４と光源基板１０６と入光レンズ１０８とを囲う。反射板１０７の材料は、例えばアルミ板を鏡面加工したもの、又は銀やアルミ蒸着したシートを剛性の高い基板あるいはシートを貼り付けたものが挙げられる。

また、反射板１０７は、光源基板１０６と密着し、光源１０４から発生する熱を外部に放熱する。また、反射板１０７は、くびれ部１０５を持ち、くびれ部１０５は、平面視で光源基板１０６の光源搭載面１１３と光源１０４の有効射出面１１２との間に位置する。さらに、反射板１０７は、くびれ部１０５から光源１０４の有効射出面１１２から導光板１０１の端面１１９に向かって緩やかに広がって開口している。くびれ部１０５同士の間隔ｗ２は、導光板１０１の厚み方向において、光源１０４の有効射出面１１２の長さｗ１よりも大きくとる。すなわち、ｗ１＜ｗ２とする。

入光レンズ１０８は、導光板１０１と別の材料で形成され、光源１０４と導光板１０１の端面１１９との間に配置される。入光レンズ１０８の光源１０４側には、第１レンズ面１０９が形成される。第１レンズ面１０９は複数の円筒レンズで構成され、円筒軸の方向は導光板１０１の厚み方向と平行である。１１１は、光源１０４の配置ピッチであって、第１レンズ面１０９の円筒レンズと光源１０４とは同じピッチ１１１で配列されている。また、第１レンズ面１０９の円筒レンズの焦点位置は、各光源１０４の有効射出面１１２の近傍にある。

入光レンズ１０８の導光板１０１の端面１１９側には、第２レンズ面１１０が形成される。第２レンズ面１１０は、複数の円筒状のマイクロレンズで構成され、円筒軸の方向は導光板１０１の厚み方向と平行である。第２レンズ面１１０のマイクロレンズの配置ピッチは、第１レンズ面１０９の配置ピッチ１１１よりも小さいく、第２レンズ面１１０のマイクロレンズの焦点距離は、第１レンズ面１０９の円筒レンズの焦点距離よりも短い。マイクロレンズのピッチは、モアレを避けるため、プリズムの配置ピッチに対して非整数倍とする。図１８では、第２レンズ面は、凸形状のマイクロレンズと、凹形状のマイクロレンズとが相互に配列されて滑らかな連続面として構成されているが、これに限られず、凸形状のマイクロレンズ、または凹形状のマイクロレンズが繰り返し配置されて第２レンズ面を構成しても良い。

次に、上記の光源装置１００の動作について、図１９〜図２１を参照しながら説明する。図１９及び図２１の矢印１３０は、光源１０４から照射される光線を示す。導光板１０１の厚み方向の断面においては、図１９に示すように、光源１０４の有効射出面１１２から照射される光線１３０は、直接、あるいは反射板１０７で反射されて入光レンズ１０８を経て、導光板１０１の端面１１９に入射する。

反射板１０７のくびれ部１０５は、平面視で光源基板１０６の光源搭載面１１３と光源１０４の有効射出面１１２との間に位置するため、光源１０４の有効射出面１１２から照射される光線は、すべて導光板１０１の端面１１９に向かって進むこととなる。また、反射板１０７は、導光板１０１の端面１１９に向かって緩やかに広がって開口しているため、光線１３０が反射板１０７で反射すると、光線１３０は導光板１０１の裏面１２０と平行に近づく。すなわち、わずかに平行光化される。これにより、光線１３０が平行板１０７で反射する回数を減少でき、反射板１０７での無駄な光吸収を抑制することができる。

ここで、導光板１０１の端面１１９は、光源１０４に向かって凸のＶ字形状とすることが好ましい。導光板１０１の端面１１９をＶ字形状とすることにより、導光板１０１内を通過する光の、導光板１０１の裏面１２０への入射角がわずかに大きくなるため、光が導光板１０１の裏面１２０から漏れにくくなり、導光板１０１の裏面１２０で全反射されやすくなる。これにより、光の全反射回数が増加し、プリズム１０２への入射回数も増加することとなり、導光板１０１のパターン表示輝度を向上させることができる。ここで、導光板１０１の端面１１９のＶ字形状の角度φは１６６°程度がよい。φが１６０°以下の場合、光源装置１００から導光板１０１に入射した光が導光板１０１内で全反射せずに、漏れてしまう成分が多くなってしまうからである。また、導光板１０１の端面１１９をＶ字形状ではなく、光源１０４に向かって凸の湾曲面としても同様の効果が得られる。

入光レンズ１０８は、図２１に示すように、第１レンズ面１０９及び第２レンズ面１１０は円筒レンズであるが、円筒軸が導光板１０１の厚み方向と平行な方向であるため、図１９に示す導光板１０１の厚み方向の断面においては、レンズ作用をもたず、光線１３０は入光レンズ１０８を通過して導光板１０１の端面１１９に入射する。

そして、光源装置１００から導光板１０１の端面１１９に入射し、プリズム１０２の反射斜面αによって導光板１０１の表示面１２１から射出されなかった光線１３１は、図２０に示すように、向かい合う光源装置１００に入射することとなる。光線１３１は、入光レンズ１０８を通過し、直接、あるいは反射板１０７で反射されて光源基板１０６に入射する。

反射板１０７は、光源基板１０６の光源搭載面１１３よりも導光板１０１の端面１１９側にくびれ部１０５を有するため、光源搭載面１１３で反射された光線１３１は、くびれ部１０５で反射されて、再度光源搭載面１１３に入射して吸収されることとなる。

ここで、反射板１０７は鏡面反射板であることが好ましい。仮に反射板１０７が拡散反射板である場合、入光レンズ１０８を通過した光線１３１は、反射板１０７で拡散反射されて導光板１０１内部に戻ってしまう成分が発生する。この導光板１０１の内部に戻った成分によって、導光板１０１の表示面１２１に意図しないパターンが表示されるおそれがある。一方、反射板１０７が鏡面反射板である場合、光線１３１は入射角と反射角とが等しくなるように反射されるため、最終的には光源基板１０６の光源搭載面１１３で吸収される。そのため、導光板１０１の内部への戻り成分が発生せず、導光板１０１の表示面１２１に意図しないパターンが表示されることを防止することができる。

さらに、光源基板１０６の光源搭載面１１３は、光吸収率が高くなるように、黒色等の塗装がなされていることが好ましい。光源基板１０６の光源搭載面１１３の光吸収率が低い場合、光源基板１０６の光源搭載面１１３に到達した光線１３１は、光源搭載面１１３で反射し、再び入光レンズ１０８を経て導光板１０１の内部に戻ってしまうおそれがある。光源基板１０６の光源搭載面１１３の光吸収率を高くすることによって、光線１３１が光源搭載面１１３で反射して、導光板１０１の内部に戻ることを抑制することができる。

一方、導光板１０１の厚み方向から見ると、図２１に示すように、光源１０４の有効射出面１１２から放射状に広がる光線１３０は、入光レンズ１０８の第１レンズ面１０９に入射する。第１レンズ面１０９は、導光板１０１の厚み方向と平行な軸の円筒レンズで構成され、その焦点位置は、光源１０４の有効射出面１１２の近傍である。そのため、光源１３０は第１レンズ面１０９を通過することによって平行光化される。

そして、入光レンズ１０８の第１レンズ面１０９に入射した光線１３０は、第２レンズ面１１０から出射される。第２レンズ面１１０は、導光板１０１の厚み方向と平行な軸の円筒状のマイクロレンズで構成されるため、第１レンズ１０９によって平行光化された光線１３０は、第２レンズ面１１０を通過することによって拡散される。第２レンズ面１１０のマイクロレンズは、１個の光源１０４に対して複数個設けられているため、入光レンズ１０８から射出される光は、見かけ上、第２レンズ面１１０のマイクロレンズの個数分の光源数となる。マイクロレンズのピッチを十分に狭くすることにより、光源装置１００は導光板１０１の端面１１９に平行な方向に連続するライン状の光源とみなされる。

仮に光源装置１００に入光レンズ１０８が設けられない場合、観測者が導光板１０１の表示面１２１を見ると、プリズム１０２の反射斜面αがミラーの役割をするため、光源１０４の有効射出面１１２が見えることとなり、一部分のみがの輝度が高くなったり低くなったりして輝線が生じる。光源装置１００をライン状の光源とすることによって、導光板１０１の端面１１９に均一に光を入射させることができて、輝線を大幅に低減して輝度を均衡化することができる。

なお、前述したように、光源装置１００は入光レンズ１０８を有することが好ましいが、図２２に示すように、光源装置１００が入光レンズ１０８を有さず、代わりに、導光板１０１の端面１１９が複数の円筒レンズと複数のマイクロレンズとが重なり合った形状で構成される、換言すると、導光板１０１の端面１１９が複数のマイクロレンズで構成され、そのマイクロレンズの包絡線が、光源１０４の有効射出面１１２近傍を焦点位置とする円筒状である態様としても良い。以下詳細を説明する。

入光レンズ１０８の役割は、光源１０４から放射状に広がる射出光を第１レンズ面１０９の円筒レンズで平行光化し、平行光化された光を第２レンズ面のマイクロレンズで拡散することである。これにより、第１レンズ面１０９と第２レンズ面１１０との合計２つの面で射出光が屈折されて、光源１０４からの輝線を低減することができる。

一方、図２２に示すように、入光レンズ１０８がなく、導光板１０１の端面１１９が円筒レンズとマイクロレンズとが重なり合った形状で構成される場合、射出光は導光板１０１の端面１１９、すなわち１つの面で平行光化と拡散とが同時に行われる。そのため、この場合、円筒レンズ及びマイクロレンズがない場合と比較して輝線を低減することができる。さらに、光の屈折作用はより多くの面を用いることでより大きな屈折作用を得ることができるため、入光レンズ１０８を用いて２つの面で射出光を屈折させる場合と比較すると、上記のように１つの面で射出光を屈折させる場合の方が輝線低減の効果は低くなってしまうが、入光レンズが用いられないため構成部材が減って製造コストを削減することができる。

なお、本実施の形態では、導光板１０１の裏面１２０とプリズム１０２の透過斜面βとがなす角度θβは、略９０°である場合を述べたが、例えば、導光板１０１の加工時において、金型から導光板を離すときの抜勾配をつけるために、θβを９０°よりも小さくし、例えば７０°〜８９°としてもよい。θβは９０°に近づく程、透過斜面βで反射せずに透過する光線の割合が高くなるため、θβを略９０°とすることが好ましいが、７０°よりも小さくすると、透過斜面βで反射して導光板１０１の表示面１２１に射出される光線の割合が増加して、意図しないパターンが表示されるおそれがある。

なお、光源１０４としてＬＥＤを採用する場合を述べたが、ＥＬや蛍光管などのライン状の光源としてもよい。
なお、導光板１０１は平板状であることを述べたが、わずかに湾曲していてもよい。

なお、図５〜図９において、パターンＡ〜Ｄを異なる形状としたが、同一の形状で、光源装置１００の光の色を赤、青、緑とすることで、複数の色を表示させることも可能である。

また、複数の光源装置１００の出力を時間的に同期して変化させることで、点滅表示、色変化表示などの強調表示や簡易的な動画表示も行うことができる。
また、パターン表示において、パターンのエッジ部分のプリズム１０２の高さを、エッジ部分以外のプリズム１０２の高さよりも高くすることで、パターンのエッジが強調されて、見やすいパターン表示を行うことができる。

なお、表示パターン数は４種類に限定されるものではない。表示パターンの数に応じてプリズム１０２およびダミープリズム１０３の側面の数は、例えば、３種類のパターン表示の場合は３個、５種類のパターン表示の場合は図２３に示すように５個、ｍ種類のパターン表示の場合は、ｍ個とする。このとき、プリズム１０２の側面は、それぞれ反射斜面αと透過斜面βの少なくとも２段階の傾斜を有し、反射斜面αの面積を設定することで、４種類のパターン表示の場合と同様に、任意の種類のパターン表示を行うことができる。

なお、導光板１０１の形状は、正多角形に限定されるものではない。例えば、図２３に示すように、不等辺形状で各辺に光源装置１００を配置し、導光板１０１の形状に合わせて、プリズム１０２およびダミープリズム１０３の形状を設定する。

なお、入光レンズ１０８の代わりに、図２４に示すように、第１レンズ面１０９に全反射面が設けられる入光レンズ１１８を用いてもよい。第１レンズ面１０９に全反射面が設けられることで、光源１０４から照射される光をより多く第１レンズ面１０９で捉え平行光化することができ、パターン表示の輝度が向上する。また、入光レンズ１０８及び入光レンズ１１８のどちらをも用いず、導光板１０１の端面１１９が、全反射面が設けられる円筒レンズとマイクロレンズとが重なり合った形状で構成されても良い。

なお、光源装置１００は、ＬＥＤ等の光源１０４と入光レンズ１０８とを組み合わせることでライン状としたが、導光ロッド方式でライン状としてもよい。この場合、導光ロッドの端面から光源１０４の光をいれ、ロッドの側面に形成したプリズムで導光ロッドから光をとりだし、均一なライン状の光とする。

なお、プリズム１０２およびダミープリズム１０３の側面の数は、光源装置１００の数と同数としたが、光源装置１００の数よりもプリズムの側面の数の方を多くし、光源装置１００と向かい合わない側面を、非表示用の透過斜面βのみで構成してもよい。例えば、３つの光源装置１００を用いて表示する表示パターンと、４つの光源装置１００を用いて表示する表示パターンを１つの導光板上に配置するとき、３個の側面を有するプリズム１０２と４個の側面を有するプリズム１０２をそれぞれ配置してもよいが、３個の側面を有するプリズム１０２と４個の側面を有するプリズム１０２とが混在すると、金型加工が煩雑になりやすい。そこで、光源装置１００の数よりプリズム側面の数の方を多くすることで、３個の光源装置１００を用いて表示するパターンにおいて、３個の側面を有するプリズムを、４個の側面を有するプリズムとして、１つの斜面を非表示用の透過斜面βとすることで、４個の側面を有するプリズムで統一することができ、金型の加工が容易になる。

なお、プリズム１０２およびダミープリズム１０３へは、必ずしも、すべての光源装置１００からの光が照射されなくてもよい。すなわち、導光板１０１の領域毎にその領域へ照射される光源装置１００の数を変えるように、導光板１０１の形状および光源装置１００を配置してもよい。そして、領域毎に側面の数を変更したプリズム１０２を配置してもよい。

本発明の導光板表示装置は、透明性が高く、複数のパターンを表示することができる導光板であって、アミューズメント、照明アクセサリライトなどに用いられる。

１００ 光源ユニット
１０１ 導光板
１０２ プリズム
１０３ ダミープリズム
１０４ 光源
１０６ 光源基板
１０７ 反射板
１０８ 入光レンズ
α 反射斜面
β 透過斜面

Claims (10)

1. 表示面と複数の端面とを有し、透光性材料で形成される導光板と、
   前記導光板の各端面に沿って設けられ、前記導光板の各端面から前記導光板の内部に向かって光を照射する複数の光源装置と、
   前記導光板の内部に形成される複数のプリズムとを備え、
   各プリズムは、各光源装置と向かい合う複数の側面を有しており、
   各側面は、前記導光板の厚み方向において、前記光源装置から照射される光を透過させる透過斜面と、前記光源装置から照射される光を反射させて前記表示面に射出する反射斜面とで、少なくとも２段階に傾斜する
   ことを特徴とする導光板表示装置。
2. 前記導光板は、前記表示面の反対側に裏面を有し、
   各プリズムの前記透過斜面は、それぞれ前記裏面と接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の導光板表示装置。
3. 前記プリズムの反射斜面は、互いに傾斜角度が異なる第１反射斜面と第２反射斜面とで構成され、
   前記プリズムの各側面は、前記導光板の厚み方向において、前記第１反射斜面と、前記第２反射斜面と、前記透過斜面とで、３段階に傾斜する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導光板表示装置。
4. 各プリズムは、前記導光板の内部において各側面を相互に接続する平坦面をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板表示装置。
5. 各光源装置と向かい合う側面が、前記光源装置から照射される光を透過させる透過斜面で構成されるダミープリズムをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光板表示装置。
6. 前記プリズム及び前記ダミープリズムが形成される領域の面積は、前記プリズム及びダミープリズムのどちらも形成されない領域の面積の１０分の１以下である
   ことを特徴とする請求項５に記載の導光板表示装置。
7. 前記光源装置は、
   前記導光板の端面に沿って配列され、有効射出面が前記導光板の端面と向かい合う複数の光源と、
   前記複数の光源を光源搭載面に搭載する光源基板と、
   前記複数の光源と前記導光板の端面との間に配置される入光レンズと、
   前記光源基板と前記導光板の端面との間を除いて、前記複数の光源と前記光源基板と前記入光レンズとを囲う反射板とを備え、
   前記入光レンズは、前記複数の光源側で、各光源から照射される光を平行光化する第１レンズ面と、前記導光板の端面側で、平行光化された光を拡散させる第２レンズ面とで構成され、
   前記反射板は、前記導光板の厚み方向から見て、前記有効射出面と前記光源搭載面との間にくびれ部を有し、前記くびれ部から前記導光板の端面に向かって広がるように開口し、
   前記導光板の厚さ方向において、前記くびれ部同士の間隔は、前記有効射出面の幅よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光板表示装置。
8. 前記反射板は、鏡面反射板である
   ことを特徴とする請求項７に記載の導光板表示装置。
9. 前記光源基板の光源搭載面は、黒色に塗装される
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の導光板表示装置。
10. 前記導光板の各端面は、前記光源装置に向かって凸のＶ字形状である
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の導光板表示装置。