JP2021027018A - 導光体および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出光面の長手方向短手方向双方の配光均一化に作用する照明ユニットを提供すること。【解決手段】 点光源と、前記点光源からの光を導光する導光体と、前記光源と導光体を収容するケースを備え、前記ケースは開口部を有し、前記導光体は前記光源の光軸に対向する受光面と、前記受光面に隣接し、前記受光面を透過した光軸と交わる第一の側面と、前記受光面に隣接し、前記第一の側面と対向する第二の側面と、前記第一の側面および第二の側面に隣接し、前記ケースと外観面の一部を形成する出光面とを備え、前記出光面は光軸方向と直交する長さが大きく、前記第一の側面は前記出光面と対向する領域に複数の突起形状を備え、前記突起形状は導光体内に導かれた光を前記出光面に導く反射面を備え、また前記突起形状は光軸と直交する方向に略等間隔に連続した突起列を構成し、前記突起列は前記出光面の光軸方向あたり１ｍｍに対して３列以上配置することを特徴とする。【選択図】 図５Ａ

Description

本発明は、導光体および表示装置の構成に関する。

導光体および表示装置には、光源を導光体によって拡散し任意の範囲へ配光する構成をとるものがある。

上記照明構造においては配光の均一化や配光範囲に対する光源数の削減に対し導光体の拡散効率を高める構成をとるものがある。

特許文献１では、ＬＥＤ光源からの光をコリメート光学系と導光体と偏向変化素子を用いて導光する面光源装置において、断面が三角形の導光体の鋸刃状の反射面を有する斜面で反射を行うことで導光体短手方向への配光を一様にしている。

特開２０１７−１８８３１１号公報

しかし、上記の特許文献１に開示された構成では、出光面長手方向への配光均一化には作用していないため、長手方向に並べるＬＥＤの光源数を増やす必要があるという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされ、光源の数を増やすことなく出光面の長手方向短手方向双方の配光均一化に作用する導光体および表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る導光体および表示装置は、
点光源と、点光源からの光を導光する導光体と、点光源および導光体を収容するケースを備え、前記ケースは導光体を外観面に露出する開口部を有する。導光体は光源の光軸に対向する受光面と、受光面に隣接し、受光面を透過した光軸と交わる第一の側面と、受光面に隣接し第一の側面と対向する第二の側面と、第一の側面と第二の側面に隣接し、ケースの開口部から露出し外観面の一部を形成する出光面と、を備える。ここで出光面は光軸方向の長さに対し光軸方向と直交する方向の長さが大きく、第一の側面に対して鋭角で隣接する。また、第一の側面は少なくとも出光面と対向する領域に複数の突起形状を備え、突起形状は導光体内に導かれた光を前記出光面に導く反射面を備え、光軸方向の長さに対し光軸と直交する方向の長さが大きい。前記突起形状は光軸と直交する方向に略等間隔に連続して配置された突起列を構成し、突起列は出光面の光軸方向あたり１ｍｍに対して３列以上配置されることを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、上記構成において、前記突起形状の表面に反射材を備えることを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、前記突起形状が、導光体内に導かれた光を全反射する反射面を含むことを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、上記構成において、前記突起形状は光軸方向と光軸と直交する方向に各々等間隔に配され、かつ、光軸方向および光軸と直交する方向に対し、隣接する前記突起形状との間隔の１／２ずつ各々ずらした位置にも配されることを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、上記構成において、前記突起の形状が四角錐により構成されることを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、上記構成において、前記４角錐は頭頂点で交差する、光軸と直交する２稜線の内の、光線進行方向に対して右側の第一の稜線、左側の第二の稜線、および光線進行方向の光軸側の第三の稜線、進行方向側の第四の稜線を有する。ここで前記第一の側面に前記四角錐を投影した時、前記第三と第四の稜線は、光軸と頭頂点を結ぶ線と略平行となることを特徴とする。

また本発明に係る導光体および表示装置は、上記構成において、複数の点光源を備え、前記各点光源に対する導光体が光軸と直交する方向に複数連結していることを特徴とする。

本発明に係る導光体および表示装置によれば、点光源から導光体受光面を透過し第一の側面に交差する光線の一部は、前記第一の側面上に配置される突起形状の反射面で反射し、導光体出光面から表出する。ここで突起形状は独立しているため、出光面幅方向への成分をもつ反射面が少なくとも２つ存在する。その反射面で反射した光線は入射光の進行方向に対し、幅方向へ反射する効果がある。

ここで突起形状の光軸方向の長さに対して光軸と直交する方向の長さを大きくとることは、幅方向により長い出光面へ導光する際に反射面への入射角をより大きくし、導光効率を上げる効果がある。

また突起形状を略等間隔に連続して配置し、その突起列を出光面の光軸方向あたり１ｍｍに対して３列以上密に配置することは、突起形状の配置を密にし、単位面積あたりの、突起形状の個数を増やし、より光軸と直交する方向に作用する反射面を増やす効果がある。

また、本発明において突起形状の表面に反射材を備えることは、より高効率で反射を行う効果がある。

また、本発明において突起形状が導光体内に導かれた光を全反射する反射面を含むことは、反射材を要さずより高効率で反射を行う効果がある。

また、本発明において突起形状を光軸方向と光軸と直交する方向に各々等間隔に配置し、かつ、光軸方向および光軸と直交する方向に対し、隣接する突起形状との間隔の１／２ずつ各々ずらした位置にも配置する。これにより高密度で突起形状が配置され、単位面積当たりの突起形状の個数を増やし、より導光効率を上げる効果がある。

また、本発明において突起形状を四角錐で構成することは、前記のように千鳥状に突起形状を配置する際、より隙間なく突起形状を配置可能にし、単位面積当たりの突起形状の個数を増やし、導光効率を上げる効果がある。

また、本発明において突起形状が四角錐かつ頭頂点で交差する、光軸と直交する２稜線の内の、光線進行方向に対して右側の第一の稜線、左側の第二の稜線、および光線進行方向の光軸側の第三の稜線、進行方向側の第四の稜線を有する場合がある。その際第一の側面に四角錐を投影した時、第三と第四の稜線は、光軸と頭頂点を結ぶ線と略平行とすることは、各々の突起形状への光線の入射角および反射角が略一様となり、配光がより均一化される効果がある。

また、本発明において複数の点光源に対し導光体が光軸に直交する方向に複数連結することは、本発明の構成をより幅の広い出光面に対して適用可能とする効果がある。

本発明を適用可能なプリンタ部を示した斜視図である。 本発明の構成を示す斜視図である。 導光体背面側を示す斜視図である。 突起形状の配置を示す背面図である。 導光体を示したＸ方向断面図である。 第二の出光面から出向する光の経路を示したＸ方向断面図である。 突起形状で反射する光の経路を示したＸ方向断面図である。 突起形状で反射する光の経路を示したＸ方向断面図の拡大図である。 突起形状で反射する光の経路を示した正面図である。 突起形状で反射する光の経路を示したＹ方向断面の拡大図である。 本発明の第２の実施形態における突起形状の例を示した模式的斜視図である。 本発明の第３の実施形態における突起形状の配置を示す背面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

＜装置構成＞
図１は本発明の導光体および表示装置を備えたインクジェット記録装置１を示した斜視図である。

図１に示すように、記録装置１が有するケース部材１１と本発明の照明ユニットにおける導光体１０の出光面１１０が照明ユニットの外観面を形成し、出光面１１０に配光された光により情報の提示を行う。

ここで出光面１１０の長手方向をＸ方向、出光面１１０の法線方向をＹ方向、出光面１１０の短手方向をＺ方向とし、以下同様である。

図２Ａは本発明の構成を示す斜視図である。

複数の点光源１２が光軸を−Ｚ方向側に向け配置され、導光体１０の受光面１００はその光軸方向に対向している。

導光体１０の出光面１１０は＋Ｙ方向に向き形成される。

実施例において、受光面１００を−Ｚ方向側に凹んだ曲面とすることで、受光面から導光体内に入射する光のＸ方向の拡散性を高めている。

図３Ａは導光体および表示装置を示した断面図である。

第一の側面１２０は受光面１００を透過した光軸と交わる角度の斜面で形成され、第二の側面１３０は第一の側面１２０と略平行に対向する。

ここで第一の側面の斜面に倣う方向をＺ’方向とする。

前記の通り出光面１１０はケース１１の開口部から露出し、外観面の一部を形成するが、他方でケース１１から露出し外観面を形成する第二の出光面１４０があってもよい。

実施例においてはＺ方向下側に第二の出光面１４０を設けている。

実施例では輝度ムラの原因の一つになる光軸に近い光線を第二の出光面１４０から出光することによっても配光の均一化を行っている。

また、出光面１１０と第一の側面１２０は鋭角の関係とする。ここで第一の側面１２０は出光面１１０と対向する領域に複数の突起形状を有する。

図３Ａで示す通り導光体１０は厚みがほぼ一様の板形状であるため、寸法安定性が高い。

ここでその板形状を逸脱しない範囲で、受光面１１０と第二の側面１３０と隣接する第三の側面１５０があってもよい。

第三の側面１５０により出向面１１０の配置やケースの形状の自由度を上げることができる。

実施例では受光面１００のＹ方向広後方に凸部を設け金型成形時のゲート座１０２としている。

実施例でゲート座は導光への影響を最小減にするため、主たる導光路からＹ方向後方に配置している。

また、光源１２が複数ある場合には受光面１００のすべてにゲート座１０２を同様に設けることで光源ごとの配光の差を低減することができる。

また樹脂流量不足による成形不良に対してゲートを追加することも容易となる。

図３Ｂは上記の光軸に近い光線が第二の出光面１４０から出光する光路を示したＸ−Ｚ断面図である。

なお実施例で使用したＰＳ材および空気に関して、反射率は５％程度なので、出光時反射する光線の作図は割愛した。

導光路の角度と第二の出光面１４０の位置を適切に配置することで一部の光線を出光面１１０から逃がし、光源の指向性による輝度ムラを低減することができる。

図２Ｂは導光体１０の第一の面１２０側を示す斜視図である。

突起形状１２１は実施例において第一の側面１２０の平面上において四角錐により形成される。

ここで四角錐の形状比はＹ方向寸法がＸ方向寸法と比較して長くなるように設定した。

図２Ｃは突起形状１２１の配置を示す、背面の拡大図である。

実施例において、複数の四角錐形状は千鳥状に配置される。

四角錐を千鳥状に配置しつつ、四角錐同士の隙間を少なくすることで突起形状１２１の単位面積当たりの四角錐の密度を高めている。

また、整列された突起形状１２１のＹ方向の個数は出光面１１０のＹ方向寸法１ｍｍあたり３列以上配置しておけば十分な拡散効果が見込まれる。

図４Ａは突起形状１２１で反射する光の経路を示したＸ方向断面図である。

本発明において、光源１２から導光体１０へ受光面に１０１を透過して取り込まれた光は、導光体１０内の各面により構成される界面において、反射と屈折を繰り返す。
その中で一部の光は全反射により強度を保ったまま、突起形状１２１の壁面で反射し、一部の光は出光面から出光する。

ここで入射光をＦ、反射光をＲとする。図４Ａの経路は第二の側面１３０、突起形状１２１の壁面で全反射し、出光面から出光する光の経路の１つである。

界面に入射した光は界面内外の材質により定まる屈折率により反射角および屈折角を変化させるが、その中でも臨界角以下で入射する光線は全反射を行い強度が保たれる。

本実施例では界面外は空気を仮定し、導光体１０の材料にＰＳ材を用いているため、各々の屈折率から、臨界角はおおむね３９度となる。

したがって第二の側面１３０と突起形状１２１および場合によっては第一の側面１２０への入射角が３９度以下であれば全反射により導光効率が保たれる。

図４Ｂは突起形状１２１における光の反射を示したＸ方向断面の拡大図である。

この光路において突起形状１２１の壁面に入射した光Ｆ及びＦ’は、入射した壁面により異なる方向に全反射し、導光効率を落とすことなく出光面の配光に対するＺ方向の拡散効率を高めている。

図５Ａは突起形状で反射する光の経路を示した正面図である。

前記の光の経路を正面から示したもので、反射光Ｒ，Ｒ’はそれぞれ別の経路をとっていることがわかる。

図５Ｂは突起形状における光の反射を示したＹ方向断面の拡大図である。

入射光Ｆ，Ｆ’の入射する突起形状１２１の壁面をそれぞれ壁面Ａ１２３，Ｂ１２４，Ｃ１２５，Ｄ１２６とし、Ｆ，Ｆ’の入射する壁面Ｂ１２４の法線方向をＮ、壁面Ｃ１２５の法線方向をＮ’とする。

この光路において突起形状１２１の壁面に入射した光Ｆ及びＦ’は、入射した壁面により異なる方向に全反射し、導光効率を落とすことなく出光面の配光に対するＸ方向の拡散効率も高めている。また、反射光Ｒの反射方向はＲ＝Ｆ＋２（−Ｆ・Ｎ）と表されるため、Ｆを定める光源１２との位置関係、Ｎを定める突起形状１２１の形状比を適切に定めることで、配光範囲の拡大や全反射による導光効率向上を見込むことができる。

第一の面１２０の突起形状１２１は、実施例１の底面が菱形の四角錐に限らず、図６で示すような底面が多角形や円、楕円の多角推１２７やドーム形状１２８でもよい。

また実施例１においても成形の関係上、実際には各稜線にＲがかかった四角錐１２９のような形状となっている。

突起形状１２１は実施例１のように同形状ではなく、各々違った形状でもよい。例えば図７のように突起形状が四角錐かつ頭頂点で交差する、光軸と直交する２稜線の内の、光線進行方向に対して右側の第一の稜線、左側の第二の稜線、および光線進行方向の光軸側の第三の稜線、進行方向側の第四の稜線を有する場合がある。

ここで第一の側面に四角錐を投影した時、第三と第四の稜線は、光軸と頭頂点を結ぶ線と略平行とすることは、各々の突起形状への光線の入射角および反射角が略一様となり、配光がより均一化される効果がある。

突起形状１２１は第一の側面１２０上の出光面１１０に対向する領域以外に配置してもよい。突起形状の領域を広げることで拡散性は向上するが、入射角が大きくなるため導光効率は落ちる。

１ 装置本体、１０ 導光体、１１ ケース部材、１２ 点光源、
１００ 受光面、１０２ ゲート座、１１０ 出光面、１２０ 第一の側面、
１２１ 突起形状、１２３ 突起形状壁面Ａ、
１２４ 突起形状壁面Ｂ、１２５ 突起形状壁面Ｃ、
１２６ 突起形状壁面Ｄ、１２７ 突起形状変形例１、
１２８ 突起形状変形例２、１２９ 突起形状変形例３、
１３０ 第二の側面、１３１ 突起形状変形例４、
１４０ 第二の出光面、１５０ 第三の側面

Claims (7)

1. 点光源と、前記点光源からの光を導光する導光体と、前記点光源および前記導光体を収容するケースを備え、前記ケースは前記導光体を外観面に露出する開口部を有し、前記導光体は前記光源の光軸に対向する受光面と、前記受光面に隣接し、前記受光面を透過した光軸と交わる第一の側面と、前記受光面に隣接し、前記第一の側面と対向する第二の側面と、前記第一の側面および第二の側面に隣接し、前記ケースの開口部から露出し外観面の一部を形成する出光面と、を備え、前記出光面は光軸方向の長さに対し光軸方向と直交する方向の長さが大きく、前記第一の側面に対して鋭角で隣接し、前記第一の側面は少なくとも前記出光面と対向する領域に複数の突起形状を備え、前記突起形状は導光体内に導かれた光を前記出光面に導く反射面を備え、光軸方向の長さに対し光軸と直交する方向の長さが大きく、また前記突起形状は光軸と直交する方向に略等間隔に連続して配置された突起列を構成し、前記突起列は前記出光面の光軸方向あたり１ｍｍに対して３列以上配置されることを特徴とする導光体および表示装置。
2. 前記突起形状の表面に反射材を備えることを特徴とする請求項１に記載の導光体および表示装置。
3. 前記突起形状が、導光体内に導かれた光を全反射する反射面を含むことを特徴とする請求項１に記載の導光体および表示装置。
4. 前記突起形状は光軸方向と前記出光面幅方向に各々等間隔に配され、かつ、光軸方向および前記出光面幅方向に対し、隣接する前記突起形状との間隔の１／２ずつ各々ずらした位置にも配されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の導光体および表示装置。
5. 前記突起の形状が四角錐により構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の導光体および表示装置。
6. 前記４角錐は頭頂点で交差する、光軸と直交する２稜線の内の、光線進行方向に対して右側の第一の稜線、左側の第二の稜線、および光線進行方向の光軸側の第三の稜線、進行方向側の第四の稜線を有し、前記第一の側面に前記四角錐を投影した時、前記第三と第四の稜線は、光軸と頭頂点を結ぶ線と略平行となることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の導光体および表示装置。
7. 複数の点光源を備え、前記各点光源に対する導光体が出光面幅方向に複数連結していることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の導光体および表示装置。