JP3174038U - 導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の光エネルギーを効率よく活用し文字およびパターンの情報を効率よく視認性よく視認者に伝達することができる導光板を提供する。
【解決手段】透明平板からなる導光板であって、光源からの光を入射させる導光板入射面３２と、光源から出射した光を反射させる導光板入射面以外の側面と、文字或いはパターン等の凹形状賦形造形部を有する裏面３７と、造形部で反射した光を透過する表面３６とを備える。また、造形部は輪郭面３１とその他の面で構成される賦形の集合体からなり、入射面３２内の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度をφ、構成材料の臨界角をとしたときに、下記式の関係を満たすことを特徴として導光板を形成する。
（９０−θｉ）／２＜φ＜９０−θｉ
【選択図】図２

Description

本考案は、凹形状賦形を有する導光板に関する。より詳しくは光源から出射した光を導光板入射面から照射し、導光板裏面に所定の賦形により構成される文字あるいはパターンで反射した光が導光板表面に効率よく導光され、該文字あるいはパターンが視認者に明るく認識される導光板を提供する。

ディスプレー、看板、ネームプレートには、光により文字或いはパターン等を認識させる面状発光装置が使用されている。この面状発光装置は、主に、導光板と導光板に随伴する光源とそれらを収納するケースから構成されている。この導光板の表面の一部または裏面の一部には、文字或いはパターン等を表示するための造形部が形成されている（特許文献１）。このような面状発光装置で、文字或いはパターン等を認識させるには、導光板外の光源を発光させて、文字或いはパターン等を照射しこれにより光を反射、屈折させ外部に出射させることが必要である。ところが、現状このような面状発光装置は、正面から見るにしろ斜め上下左右から見るにしろ、光源の光エネルギーを効率よく視認者に伝えなければならないが、そのような構造になっていないため、文字或いはパターンが暗く視認性がよくない。

特開２００２−２８６９４１号公報

従来の自発的発光装置のディスプレー、看板、ネームプレートの、透明樹脂面状発光装置の表裏面に造形部を設けた透明樹脂体に光源の光を導光させる方法においては、導光板内面で反射を繰り返し、造形部以外で反射し、造形部で反射する前に表面から透過し、光があらゆる方向に分散する。そのため造形部分で反射する光量が低く、視認者からみた造形部の明るさが高くないという問題があった。
本考案は光源の光エネルギーを効率よく活用し文字およびパターンの情報を効率よく視認性よく視認者に伝達することができる導光板を提案することを目的とする。

本考案によれば、
１．透明平板からなる導光板であって、光源からの光を入射させる導光板入射面と、光源から出射した光を反射させる導光板入射面以外の側面と、文字或いはパターン等の凹形状賦形造形部を有する裏面と、造形部で反射した光を透過する表面とを備え、造形部は輪郭面とその他の面で構成される賦形の集合体からなり、入射面内の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度をφ、構成材料の臨界角をθとしたときに、下記式の関係を満たすことを特徴とする導光板。
（９０−θ）／２＜φ＜９０−θ （ｃ）
２．導光板の構成材料が透明着色材料である前項１記載の導光板。
が提供される。

本考案の導光板は、造形部以外の入射光が上下面、側面に反射して導光板外に出射することなく入射光が直接造形部の賦形で反射させるようにしたので、造形部の文字、パターンからの反射光として光源のエネルギーを視認者に効率よくかつ明るく伝えることができる。
ディスプレーの導光板材料が透明体で例えば黄色に着色した場合、天気のよい昼間においても、また雨天時においてもフォグランプのように遠くまで光が到達して視認性が良い。また、複数色の着色材料を用いて導光板を複数色にグラデーション成形することもでき、そのことにより意匠性を有し見た目を引くようになる。

本考案の導光板のイメージ図の一例である。 入射面内の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度φの説明図である。 本考案の造形部の一例（十字型造形部）を示した図である。 本考案の造形部の一例（逆皿型造形部）を示した図である。 本考案の造形部の一例（波型造形部）を示した図である。 本考案の賦形造形部の構成単位の例を示した図である。なお、図３〜図６の底角度φは入射面が紙面上にある場合を示す。

本考案の導光板において、輪郭面とは有限長さの線分が一定底角度を保ちながら一端が導光板底面（導光板裏面）を移動したときにその線分により形成される帯状曲面であり、移動時にその線長さすなわち帯幅は変化してもよい（図５参照）。
光源から出射した分散光の中心が造形部の輪郭面に平行に入射すると、底角度φが上記式（ｃ）の範囲にある輪郭面で反射して導光板表面方向に導光し、ほぼ導光板表面に垂直に出射され視認者方向に出射される（図１参照）。なお、賦形造形部への入射光、賦形造形部からの反射光、および輪郭面の法線を含む面を賦形造形部の入射面と定義する（図２参照）。

導光板の入射面以外の側面は、蒸着、スパッター等の物理蒸着処理あるいは銀鏡処理等の化学蒸着処理の表面処理による反射処理がなされており、高い反射率を有している。反射率を確保する手段としては蒸着処理された面を有するテープを貼付してもよい。また、導光板の裏面においても反射処理がなされていてもよい。
透明平板からなる導光板の形状は、四角形を基本とするが例えば三角形、四角形、五角形、六角形等それ以上の多角形、あるいは不定形の形状でもよく、特に限定されない。光源からの光を入射させる面と、光源から出射した光を反射させる側面とは表面に対して垂直な形状を有することが好ましい。

本考案の導光板は、均一な厚さであることは必ずしも必要ではないけれども、ほぼ同じ厚さであることが実用的であり好ましい。厚さは好ましくは１〜５０ｍｍ、より好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１５ｍｍの範囲である。
賦形造形部の構成単位は、輪郭面とその他の面からなり、輪郭面は底角度φが上記式（ｃ）の範囲にある（図２参照）。その他の面としては底面に平行する面とその他の面に分けられるが、視認者からみる集光効率の観点からいうと、曲面より導光板の裏面に平行な面が好ましい。賦形の構成単位の配置、個数を組み合わせることにより、文字およびパターンが表現される（図３〜図６参照）。

透明平板からなる導光板を形成する材料として、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびガラス等が挙げられる。

光源の導光板の表裏面に平行な光は、まず最初に賦形造形部の第一の反射で全反射しなければいけないが、そのための条件は、入射面内の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度をφ、表面への入射角（表面への入射光と表面法線とのなす角度）をθｉ、導光板の構成材料の臨界角をθとすると、
θｉ（＝９０−φ）＞θ
φ＜９０−θ （ａ）
である。

次に賦形造形部で全反射後、導光板表面を透過しなればならないが、そのための底角度の条件は、表面への入射角θｉが構成材料の臨界角以内でなければならないので、
−θ＜θｉ（＝９０−２φ）＜θ
つまり
（９０−θ）／２＜φ＜（９０＋θ）／２ （ｂ）
である。
９０−θ＜（９０＋θ）／２であるので結局、導光板の表裏面に平行な光が導光板表面を透過するための条件は上記式（ａ）と上記式（ｂ）から
（９０−θ）／２＜φ＜９０−θ （ｃ）
となる。
例えばポリカーボネートの場合、屈折率は１．５８５であり臨界角３９．１°は次の式から求められる。
Ｓｉｎθ／Ｓｉｎ（９０）＝１／１．５８５
同様に、ポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４８）の臨界角は４２．５°と求められる。

導光板を形成する材料は着色されていてもよい。着色材料としては、公知の染料や顔料を使用することができる。導光板は、造形部の文字、パターンが視認できる程度に透明であることが必要であり、その範囲内で着色材料は使用される。また、着色材料は単独ではなく複数使用できる。さらに複数色の着色材料を用いて導光板を複数色にグラデーション成形することも好ましく、そのことにより意匠性を有し見た目を引き易くなるという効果がある。着色剤の配合割合としては、導光板の構成材料１００重量部あたり、好ましくは０.００１〜２重量部、より好ましくは０.００５〜１重量部、さらに好ましくは０.００５〜０.５重量部である。

光源から出射した光は導光板裏面および表面に厳密に平行であると、対面する導光板側面で反射した後、また導光板裏面および表面に平行に導光し、永久に造形部で反射することはなく、結局は導光板内で光が減衰、消失する。したがって僅かに拡散している必要があり、しかし余りに大きく拡散すると、造形部で反射するまでに表面から逃げてしまい、拡散板表面から視認者の方向に出射する光が減少し視認者から見ると暗くなる。

光源はＬＥＤ、電球その他バルブでもよく、パラボラ反射鏡、コリメータレンズ、カマボコプリズム、フレネルレンズ等とともに光源を擬似平行光にする部品から構成される。
光源としてのＬＥＤの設置方法として直線上に配列した複数個のチップ型ＬＥＤの出射部に対応する導光板入射面の箇所のみ透明とし、その他箇所に反射処理を施す方法がある。その際ＬＥＤと導光板入射面の間にＬＥＤ光を所望の拡散角にするコリメータ凸レンズを設定することが好ましい。

［実施例１］
図１に示す装置を用いた。縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの大きさで図４に示す造形部を施した導光板を、ＰＭＭＡはキャスト法で、ＰＣは射出成形により作製した。造形部の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度を３９°とした。導光板の入射面以外の側面にはアルミニウム製増反射膜をスパッターした。その際、導光板の表面、裏面と入射面の開口部にマスキングを施した。マスキングはスパッター後剥離した。
光源として日亜化学製チップ型ＬＥＤを入射面に沿って５個直線上に配列し、各ＬＥＤ光軸にコリメータレンズを設置して入射面の開口中心にＬＥＤ光軸が合致するように配置した。ＬＥＤ光源を発光させたところ、ＰＭＭＡ製導光板を使用した場合においても、またＰＣ製導光板を使用した場合においても、逆皿型造形部が明るい光で認識することができた。

［実施例２］
実施例１において、着色剤としてはチタンイエロー（黄）、ベンガラ（赤）、群青（青）の顔料を、それぞれ樹脂１００重量部に対して０．０２重量部を使用して、黄色、赤色、青色に着色されたＰＭＭＡ製透明導光板およびＰＣ製透明導光板を作製し、実施例１と同様にスパッターを行なった。
光源として日亜化学製チップ型ＬＥＤを入射面に沿って５個直線上に配列し、各ＬＥＤ光軸にコリメータレンズを設置して入射面の開口中心にＬＥＤ光軸が合致するように配置した。ＬＥＤ光源を発光させたところ、ＰＭＭＡ製透明着色導光板を使用した場合においても、またＰＣ製透明着色導光板を使用した場合においても、逆皿型造形部が明るい光で認識することができた。

本考案の導光板は、ディスプレー、看板、ネームプレート等の面状発光装置の部材として有用である。

１．光源
２．コリメータレンズ
３．導光板
４．入射面
５．入射口
６．出射面
７．側面（反射面）
８．造形部
９．輪郭面
１０．視認者
３１．輪郭面
３２．入射面
３３．入射光
３４．反射光（表面への入射光）
３５．臨界面法線
３６．導光板表面
３７．導光板裏面
φ 入射面内の輪郭面と導光板裏面とのなす角度
θｉ 導光板表面法線と反射光とのなす角度

Claims (2)

1. 透明平板からなる導光板であって、光源からの光を入射させる導光板入射面と、光源から出射した光を反射させる導光板入射面以外の側面と、文字或いはパターン等の凹形状賦形造形部を有する裏面と、造形部で反射した光を透過する表面とを備え、造形部は輪郭面とその他の面で構成される賦形の集合体からなり、入射面内の輪郭面と導光板裏面とのなす底角度をφ、構成材料の臨界角をθとしたときに、下記式（ｃ）の関係を満たすことを特徴とする導光板。
   （９０−θ）／２＜φ＜９０−θ （ｃ）
2. 導光板の構成材料が透明着色材料である請求項１記載の導光板。

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