JP2018101576A - 発光表示装置の液体付着防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材を収容した閉空間内に外部から液体の侵入があったとしても、内部の光学部材に液体が付着することを確実に防止して光学特性に悪影響を及ぼすことのない液体付着防止構造を提供することにある。
【解決手段】ケース２の側部２ｂに最も近い位置にある光学機能面である第３光反射面２５に対して、空間４５を置いて第３光反射面２５よりも更に外側（ケース２の側部２ｂ側）に第３光反射面２５の上端部から側部２ｂに沿って上下方向に平板状に延びる環状（円筒状）の防水壁部４６を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光表示装置の液体付着防止構造に関するものであり、詳しくは、光源と共に閉空間内に収容された光学レンズが、閉空間内に侵入した液体によって光学特性に悪影響を及ぼされることのない液体付着防止構造に関する。

従来、閉空間内に光源及び光学部材を収容した表示装置は、例えば、特許文献１に「導光板面発光方式表示装置及び導光板支持構造」の名称で開示されたものがある。

開示された表示装置は、表示板と裏カバーとが互いの外縁部においてリング状の防水スポンジを挟持して複数のボルトとナットによって密着接合され、表示板と裏カバーとの接合面に水分が浸透することを防止するための外周カバーが外縁部を被覆している。

そして、表示板と裏カバーとで形成されたほぼ閉空間内に、表示板側から再帰反射シート、導光板、反射シート及びベースプレートの順に配置された４重構造の光学部材、及び導光板の外周端面（光入射面）近傍に配列された複数の発光ダイオードが収容されている（特許文献１の図３参照）。

これにより、発光ダイオードから出射して導光板内を導光された光は、導光板の背面による全反射光及び反射シートによる反射光となって導光板の表面（光出射面）から再帰反射シートに向けて出射され、再帰反射シートに形成されたプリズムによって拡散されて外部に出射される。

特開２００９−２６６４０９号

ところで、上記構成からなる表示装置は、外周カバーと表面板との間の隙間、あるいは外周カバーと裏カバーとの間の隙間から液体が侵入した場合、防水スポンジが飽和するにしたがって吸収しきれなくなった液体が４重構造からなる光学部材を伝わって内側に侵入して光学特性に悪影響を及ぼす恐れがある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、万一、光学部材を収容した閉空間内に外部から液体の侵入があったとしても、内部の光学部材に液体が付着することを確実に防止して光学特性に悪影響を及ぼすことのない液体付着防止構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、光源と、前記光源からの出射光を導光する導光板と、前記導光板を側方から覆うように囲むケースと、を備え、前記導光板は、側方に位置する前記ケースに最も近い位置にある光学機能面の前記ケース側に空間を挟んで前記ケースに沿って延びる防水壁部を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記光学機能面は、前記光源から出射して前記導光板内を導光された光を光出射面側に向けて全反射する全反射面であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記防水壁部は着色部材で形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、導光板の構成を、側方に位置するケースに最も近い位置にある光学機能面のケース側に空間を挟んでケースに沿って延びる防水壁部を設けた。

これにより、ケース内に液体が侵入しても、防水壁部が堰となって導光板の側方に位置するケースに最も近い位置にある光学機能面に液体が付着することがなく、光学機能面の光学機能に悪影響を及ぼすことがない。

本発明に係る実施形態の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る実施形態の光路図である。 図３の部分拡大図である。 導光板と空気との界面における光路の説明図である。 導光板と水との界面における光路の説明図である。 表示板の説明図である。 他の実施形態の断面図である。 導光板の部分説明図である。 同じく、導光板の部分説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１０を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の発光表示装置の液体付着防止構造に係る実施形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

実施形態の液体付着防止構造を備えた発光表示装置１は、一端側に開口部を有する有底円筒状のケース２とケース２の開口部を覆うように配置された円盤状の表示板３とが環状の防水部材４を介して一体的に固定されており、それらによって形成された閉空間５内に光源１０と導光板２０とが収容されている。

表示板３は、透明材料又は光拡散透過材料（例えば、乳白色）等の透光性材料により形成されており、少なくとも後述する導光板２０の光出射面２６の光出射領域２６ａの直上領域には該光出射領域２６ａからの出射光が透過する環状の発光部３ａを形成しており、その他の部分には例えば塗装又は不透明シート等の遮光手段による遮光部３ｄが形成されている。

ケース２と表示板３とで挟まれた防水部材４は、例えば液体を吸収し保水する防水スポンジで構成されている。

閉空間５内に収容された光源１０は、基板１１に実装されて該基板１１がケース２の底部２ａの内面中央部に取り付けられている。光源１０は、例えば発光表示装置１の光学系において光学的に点光源とみなすことができるＬＥＤで構成されている。

同様に閉空間５内に収容された導光板２０は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂あるいはガラスで形成されており、光源１０の上方において光源１０側から表示板３側に向かって上方に延びる円柱状の第１導光部３０と第１導光部３０に垂直で表示板３の内面３ｂに沿って位置する円盤状の第２導光部４０を有している。

導光板２０は、光路制御に係る主な光学機能面として、第１光入射面２１及び第２光入射面２２の２つの光入射面と、第１光反射面２３、第２光反射面２４及び第３光反射面２５の３つの光反射面と、１つの光出射面２６とを有している。

第１光入射面２１は、光源１０を上方から覆うように光源１０の直上の該光源１０の光出射面１０ａと対向する位置に位置し、光源１０の光軸Ｘｐを主軸とすると共に主軸上の光源１０の位置を焦点ｐの位置とする、光源１０側に凸の双曲面あるいは双曲面に近似した非球面で構成されており、光源１０からの入射光を平行光として上方に向ける機能を有している。

第２光入射面２２は、光源１０を側方から囲むように位置しており、第１光入射面２２の上縁部（光源１０と反対側の縁部）から光源１０の側方に沿って下方（光源１０の側）に延びる略円筒形状を呈しており、光源１０からの入射光を第１光反射面２３の方向に向ける機能を有している。

第１光反射面２３は、第２光入射面２２の下端部から上方に向かって第２光入射面２２の側方を外側に開く環状傾斜面で構成されており、光源１０から出射して第２光入射面２２から導光板２０内に入射した光を反射（全反射）して第１光入射面２１からの入射光に平行な平行光として上方に向ける機能を有している。

第２光反射面２４は、第１光入射面２１、第２光入射面２２及び第１光反射面２３の上方に位置しており、光軸Ｘｐ上から該光軸Ｘｐに対して上方に向かって約４５°の角度で外側に開いた直線を光軸Ｘｐを中心軸として回転させて得られた凹状の逆円錐形状を呈しており、第１光入射面２１からの入射光及び第１光反射面２３による反射光を反射（全反射）して平行光として側方に向ける機能を有している。

第３光反射面２５は、第２光反射面２４の側方に位置しており、ケース２の底部２ａ側から表示板３側に向かって第２光反射面２４の側方を約４５°の角度で外側に開く環状傾斜面で構成されており、第２光反射面２４による反射光を反射（全反射）して平行光として上方に向ける機能を有している。

光出射面２６は、表示板３の内面３ｂに沿って該内面３ｂに対向する平面で構成されており、第３光反射面２５による反射光を上方の表示板３に向けて出射する機能を有している。

次に、光源１０から出射した光が導光板２０内を導光されて表示板３を透過して外部に出射するまでの間に辿る光路について図３及び図４（図３の部分拡大図）の光路図を参照して説明する。

光源１０から出射された光のうち、第１光入射面２１に向かう光Ｌ１は、第１光入射面２１から導光板２０の第１導光部３０に入射して平行光となって第１導光部３０内を第２光反射面２４に向けて導光され、光源１０から出射された光のうち、第２光入射面２２に向かう光Ｌ２は、第２光入射面２２から導光板２０の第１導光部３０に入射して第１導光部３０内を第１光反射面２３に向けて導光されて第１光反射面２３で反射して平行光となって第１導光部３０内を第２光反射面２４に向けて導光される。

そして、第１光入射面２１から入射して導光板２０の第１導光部３０内を導光されて第２光反射面２４に至った光Ｌ１、及び第１光反射面２３で反射して導光板２０の第１導光部３０内を導光されて第２光反射面２４に至った光Ｌ２の夫々は、互いに平行光として第２光反射面２４で反射して導光板２０の第２導光部４０内を第３光反射面２５に向けて導光されて第３光反射面２５で反射して平行光として第２導光部４０内を光出射面２６に向けて導光され、光出射面２６から上方に位置する表示板３に向けて出射される。

表示板３の、導光板２０の光出射面２６の光出射領域２６ａから出射される光の照射領域には該出射光が透過する環状の発光部３ａが設けられており、発光部３ａを透過した光Ｌ１、Ｌ２が発光表示装置１の出射光として外部に出射される。

ところで、万一、防水部材４（防水スポンジ）を通して発光表示装置１の閉空間５内に侵入した液体が第３光反射面２５に付着したときの光学的な影響について考えてみる。なお、導光板２０は屈折率が１．４９のアクリル樹脂で形成され、液体は屈折率が１．３３の水とする。

すると、導光板２０の第２導光部４０の第３光反射面２５に水滴が付着していないときは図５に示すように、屈折率ｎ_１が１．５のアクリル樹脂からなる導光板２０の第２導光部４０の第３光反射面２５と、屈折率ｎ_２が１の空気５０とが界面を形成しているため、第２導光部４０側から第３光反射面２５に約４５°の入射角で入射した光は、臨界角θ_１＝ｓｉｎ^−１（１／１．４９）≒４２．２°よりも大きい角度で入射するため第３光反射面２５で入射角と同一角度で反射して第２導光部４０側に戻されて表示板３からの出射光として外部に出射される。

これに対して図６に示すように、第３光反射面２５に水滴５１が付着した状態にあるときは、屈折率ｎ_１が１．４９のアクリル樹脂からなる導光板２０の第２導光部４０の第３光反射面２５と、屈折率ｎ_３が１．３３の水滴５０とが界面を形成しているため、第２導光部４０側から第３光反射面２５に約４５°の入射角で入射した光は、臨界角θ_２＝ｓｉｎ^−１（１．３３／１．４９）≒６３．２°よりも小さい角度で入射するため第３光反射面２５から水滴５１側に出射して水滴５１を通して空気５０中に出射される。

その結果、導光板２０の第２導光部４０内を導光されて第３光反射面２５の、水滴５１が付着した部分に至った光が発光表示装置１の出射光として寄与することがないために出射光量の少ない部分が生じて発光表示装置１からの出射光に輝度ムラを生じることになる。また、液体が付着した後に残る汚れによっても第３光反射面２５の全反射効率が低下して輝度ムラの要因となる。

そこで、導光板２０には防水部材４（防水スポンジ）を通して発光表示装置１の閉空間５内に液体が侵入しても第３光反射面２５に付着することがないような手段が施されている。その手段は、導光板２０の一部に導光に寄与しない部分を設けて侵入した液体に対する堰の働きを持たせるものである。

具体的には（図２参照）、導光路の最外側に位置する光学機能面、換言すると、ケース２の側部２ｂに最も近い位置にある光学機能面である第３光反射面２５に対して、空間４５を置いて第３光反射面２５よりも更に外側（ケース２の側部２ｂ側）に第３光反射面２５の上端部から側部２ｂに沿って上下方向に平板状に延びる環状（円筒状）の防水壁部４６を設けている。

防水壁部４６は、発光表示装置１の外部の液体が防水部材４を通して発光表示装置１の内部に侵入した場合、ケース２の側部２ｂに沿って流れ込んだとしても該側部２ｂに沿って所定の間隙を持って設けられた防水壁部４６によって内側に流入するのが阻止される。

これにより、たとえ外部から発光表示装置１内に液体が侵入しても、防水壁部４６が堰となってケース２の側部２ｂに最も近い位置にある第３光反射面２５に液体が付着することがなく、第３光反射面２５の反射（全反射）機能に悪影響を与えることがない。

また、発光表示装置１内に侵入した液体が防水壁部４６の外面４６ａから内面４６ｂにまで回り込んだとしても、内面４６ｂと第３光反射面２５との間に空間４５が設けられているため第３光反射面２５まで達することはない。

このように、防水壁部４６は、外部からの液体の侵入に対して侵入してきた液体が導光板２０の導光路の最外側に位置する第３光反射面２５に付着するのを阻止して導光板２０の光学性能を確実に保持し、それによって発光表示装置１からの出射光の輝度分布等の光学特性も確保される。

なお、光源１０から出射した光を第３光反射面２５に対して約４５°の角度で入射させる光路形成が可能であれば、光学機能面は上記第１光入射面２１、第２光入射面２２、第１光反射面２３及び第２光反射面２４の組み合わせ及び形状に限定されるものではない。

なお、表示板３において光が透過する発光部３ａの形状は、上述した環状のみではなく、図７に示すように環状の発光部３ａに加えて発光部３ａの内側に文字や絵柄等の発光部３ｃを設けることも可能である。

この場合、導光板２０の第２導光部４０の、表示板３の発光部３ｃの下に位置する部分から表示板３に向けて光が出射するように、導光板２０の第２光反射面２４の形状を変えて第２導光部４０を導光する光が光出射面２６に向かうように設定したり、あるいは第２導光部４０の光出射面２６と対向する側の面（裏面）に光反射手段を設けることにより、光出射面２６の裏面に向かって導光された光が反射されて光出射面２６側に向かうように図ることも可能である。

上記構成の発光表示装置１の用途としては、例えば、車両のドアステップやコンソール等に埋め込んで用いる埋め込み型の表示装置として用いられる。

ところで、発光表示装置１の構成を変えて、別な用途に用いることができるようにすることも可能である。

それは、図８に示すように、発光表示装置１の構成から表示板３を取り除き、導光板２０の第２導光部４０の光出射面２６に遮光手段を設けることにより該光出射面２６に表示板３の光学機能を持たせるものである。

遮光手段は、例えば黒色塗装によるマスキング５６を施し、導光板２０の第３光反射面２５の上部の部分を除去して第３光反射面２５による反射光が透過する環状の発光部５６ａを形成している。

このような構成の発光表示装置５５は、例えば、車両のカップホルダに用いられ、導光板２０上にカップ５７を置くことにより発光部５６ａからの出射光がカップ５７を照らしてその存在位置を的確に認識させることができる。

この場合、カップ５７内の液体がこぼれて導光板２０の光出射面２６から防水壁部４６を伝わって流れたとしても、防水壁部４６と導光板２０の第２導光部４０の第３光反射面２５とに間に設けられた空間４５によって第３光反射面２５に付着することはなく、光学特性に悪影響を及ぼすことはない。

なお、防水壁部４６の形状は上術の平板状に限られるものではなく、導光板２０の第２導光部４０の第３光反射面２５との間に適宜な空間４５が確保できる形状であればよい。

例えば図９にあるように、防水壁部４６の外面４６ａをケース２の側部２ｂに沿う形状とし、内面４６ｂを下方（ケース２の底部２ａ側）から上方（導光板２０の光出射面２６側）に向かって内側に開く傾斜面で構成してもよい。防水壁部４６の形状が設定されることにより防水壁部４６と導光板２０の第３光反射面２５との間に位置する空間４５の形状が自ずと定まる。

また、図１０にあるように、防水壁部４６の部分のみを例えば黒色等の着色部材５８で形成することもできる。この場合、導光板２０の第２導光部４０との成形時の一体化による多色成形、個別に形成した防水壁部４６の、導光板２０の第２導光部４０に対する接着あるいは溶着による一体化で構成できる。

防水壁部４６を着色部材５８で形成することにより、汚れの付着を目立たなくして外観上の見栄えを損なうことがない。

１… 発光表示装置
２… ケース
２ａ… 底部
２ｂ… 側部
３… 表示板
３ａ… 発光部
３ｂ… 内面
３ｃ… 発光部
３ｄ… 遮光部
４… 防水部材
５… 閉空間
１０… 光源（ＬＥＤ）
１０ａ… 光出射面
１１… 基板
２０… 導光板
２１… 第１光入射面
２２… 第２光入射面
２３… 第１光反射面
２４… 第２光反射面
２５… 第３光反射面
２６… 光出射面
２６ａ… 光出射領域
３０… 第１導光部
４０… 第２導光部
４５… 空間
４６… 防水壁部
４６ａ… 外面
４６ｂ… 内面
５０… 空気
５１… 水滴
５５… 発光表示装置
５６… マスキング
５６ａ… 発光部
５７… カップ（ドリンク）
５８… 着色部材

Claims (3)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光を導光する導光板と、
   前記導光板を側方から覆うように囲むケースと、を備え、
   前記導光板は、側方に位置する前記ケースに最も近い位置にある光学機能面の前記ケース側に空間を挟んで前記ケースに沿って延びる防水壁部を有することを特徴とする発光表示装置の液体付着防止構造。
2. 前記光学機能面は、前記光源から出射して前記導光板内を導光された光を光出射面側に向けて全反射する全反射面であることを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置の液体付着防止構造。
3. 前記防水壁部は着色部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の発光表示装置の液体付着防止構造。

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