JP3563521B2

JP3563521B2 - 標示装置

Info

Publication number: JP3563521B2
Application number: JP1794196A
Authority: JP
Inventors: 陽次郎渡部; 雅裕田中; 龍広岸川; 恭輔原田; 敦靖上野
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09212116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速道路や一般道路における種々の案内標識、駅や公共施設等における案内標示板や大型看板等に好適に用いられ、光出射面内での輝度分布が均一な標示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速道路等で用いられている案内標識においては、夜間の視認性、判読性を高めるために、内部照明方式と外部照明方式という２つの照明方式が採用されている。
内部照明方式は、メタクリル板等の半透明のプラスチック板に切抜きまたは印刷等により文字や図形を形成して標示板とし、この標示板の内側にバックライトとなる光源を配置し、該光源により前記標示板を照らすようにしたものである。光源としては、直管形または環形の蛍光灯が用いられている。
一方、外部照明方式は、表示内容を形成した標示板の前面側の上方、下方、側方等に光源を配置し、該光源により前記標示板の前面を照らすようにしたものである。光源としては、直管形の蛍光灯が用いられており、特に高速道路等においては１１０Ｗの超高力率蛍光灯が用いられることが多い。
【０００３】
ところで、導光体の一端面と他端面との間の長さＬとその厚みｔとの比Ｌ／ｔが５０以上となるような大型の標示装置においては、面上の輝度分布の広がりが非常に大きくなり、現状では輝度分布の広がりを小さくすることはなかなか難しい。特に、外部照明方式を用いた場合には、大型標示装置における標示板の面上の輝度分布が非常に大きくなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明者等により、次の様な標示装置が提案されている（例えば、特願平７−２０３４８６号参照）。
【０００４】
図７は該標示装置の概略構成図、図８は同部分斜視図であり、図において、符号１は高輝度光を出力するメタルハライドランプ（光源）、２は複数の光ファイバ３，３，…を撚り合わせた多芯光ケーブル、４は多芯光ケーブル２に接続された標示部、５は多芯光ケーブル２と標示部４との接続を行う接続部である。
標示部４は、アクリル板により構成され、一端面１１ａに光ファイバ３の出射端３ａが接続され、粗面処理された一主面１１ｂから光を出射する導光体１１と、導光体１１の一主面１１ｂ側に配置されたプリズムシート１２と、プリズムシート１２の外側に配置され透過光の一部を散乱させる乳板１３と、乳板１３の外側に配置され認識すべき図形が形成された標示板１４と、導光体１１の他の一主面１１ｃ側に設けられ導光体１１から出射する光を反射させて再度該導光体１１に戻す反射フィルム（反射体）１５と、反射フィルム１５の外側に設けられアクリル板からなる裏板１６とにより構成されている。そして、これら導光体１１〜裏板１６は、ボルト１７により接続され一体化されている。
【０００５】
この標示装置では、指向性の強い光が導光体１１中を伝搬し、導光体１１の一端面１１ａと他端面１１ｄとの間の長さＬとその厚みｔとの比Ｌ／ｔが５０以上となる大型で薄型の標示装置においても、導光体１１の一主面１１ｂの面内における輝度分布をほぼ均一にすることができ、大型で視認性に優れた標示装置を提供することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した標示装置では、標示装置の大型化は導光体１１の大きさ以上にはできないものであり、その大型化には限度があった。そこで、導光体１１を大型化する方法として、一つの面上に配列された定尺サイズの小導光体の端面同士を接着剤で接合して一体化された一枚の導光体とする方法が考えられるが、この場合、僅かながらこの接合部分から光が洩れるために該接合部分における輝度が導光体の輝度と異なることとなり、面発光の均一性が損なわれるおそれがある。また、接着剤を用いずにこれらの小導光体の端面同士を突き合わせて固定する方法も考えられるが、この場合、導光体自体と該導光体を保持する筐体との間にこれらの伸縮差に起因する変形が生じるおそれがあるためにこの突き合わせ部分に隙間を設ける必要があり、特に輝度が高い場合、発光面に該隙間に起因する暗部が周期的に生じるおそれがある。
また、前記導光体１１の端面は、何等処理がなされていないために光が洩れ易く、該導光体１１へ入射する入射光の光量に対する発光面からの出射光の光量が減少し、該発光面の輝度が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、面内均一性に優れるとともに輝度の低下が小さく、しかも暗部やスジムラが生じるおそれのない発光面を有する標示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な標示装置を採用した。
すなわち、請求項１記載の標示装置は、光源と、該光源に接続されて認識すべき図形または文字を標示する標示部とを備えており、該標示部は、少なくとも一端面が前記光源に対向する光入射面とされかつ一方の主面が粗面処理されて光出射面とされた導光体と、前記一方の主面側に配置された光変向シートと、該光変向シートの外側に配置され認識すべき図形が形成された標示板とからなるものであり、前記導光体は、複数の小導光体を一つの面上に縦横に配列し、これら小導光体を、弾性部材により、その配列方向外方から押圧して隣接する小導光体の端面同士を突き合わせて保持したものである。
【０００９】
この標示装置では、光源から出射する光は標示部内の導光体にその一端面から入射し、該導光体中を他端面に向かって伝搬し、導光体の一方の主面から外部に向かって所定の角度で出射する。ここでは、光源からの光を導光体中に誘導することによって、指向性の強い光が導光体中をその一端面から他端面に向かって僅かに減衰しつつ伝搬することになる。この光は光変向シートによりその光路が前記一方の主面に対して任意の方向へ修正され、標示板を通過する。
【００１０】
ここでは、前記小導光体同士は常にその端面同士が突き合わされた状態で保持されることとなり、これら小導光体間や小導光体と該小導光体を保持する筐体との間に変形や隙間が生じるおそれがなくなる。これにより、発光面に該変形や隙間に起因する暗部が生じるおそれがなくなり、輝度の面内均一性が向上する。
【００１１】
請求項２記載の標示装置は、前記光変向シートを、複数の小光変向シートの端面同士を透明部材を介して接合したものである。
この標示装置では、小光変向シートの端面同士の接合が強固になるとともに、該接合部分の透明部材による輝度の低下も僅かなもので、輝度の面内均一性が低下することはない。
【００１４】
請求項３記載の標示装置は、前記導光体の一方の主面を平均傾斜角（θa）が０．５〜
２５°の凹凸面を有する梨地面とし、かつその輝度のバラツキ度（Ｒ％）を４５０％以下としたものである。
この標示装置では、輝度の面内均一性が向上し、光出射面における輝度分布が均一になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る標示装置の一実施形態について図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態の標示装置を示す一部破断平面図、図２は同縦断面図である
。図において、符号３１は光源、３２は少なくとも一端面が光源３１に対向する光入射面とされかつ前面（一方の主面）が粗面処理されて光出射面とされた導光体、３３は導光体３２の前面（一方の主面）側に配置された光変向シート、３４は光変向シート３３の外側に配置され認識すべき図形が形成された標示板、３５は導光体３２の裏面（他方の主面）側に設けられ該導光体３２から出射する光を反射させて再度該導光体３２に戻す反射板（反射体）、３６は導光体３２をその面方向外方から押圧する圧縮コイルバネ（弾性部材）、３７は導光体３２と圧縮コイルバネ３６との間に設けられて該導光体３２を押さえる押さえ板、３８はハウジング（筐体）であり、導光体３２と、光変向シート３３と、標示板３４と、反射板３５により標示部３９が構成されている。
【００１６】
光源３１としては、一般に用いられる直管型の蛍光灯が好適に用いられるが、高速道路等のように交通を遮断して光源３１の交換作業を行う必要がある場合等においては、複数の光ファイバを並列に配置したラインライト等を用いてもよい。
【００１７】
導光体３２は、複数（この実施形態では６枚）の小導光体３２ａ，…が水平面上に縦横に配列され、これら小導光体３２ａ，…は押さえ板３７，…を介して圧縮コイルバネ３６，…により外方から押圧されて小導光体３２ａ，…の端面同士が突き合わされて保持されている。
【００１８】
小導光体３２ａ，…は、一端面が蛍光灯３１に対向する光入射面とされかつ前面（一方の主面）が粗面処理されて平均傾斜角（θ_ａ）が０．５〜２５°の凹凸面を有する梨地面とされ、この梨地面が輝度のバラツキ度（Ｒ％）が４５０％以下の光出射面とされている。
この小導光体３２ａ，…は、ガラス、合成樹脂等の透明板状体が好適に用いられる。前記合成樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の高透明性の樹脂が好適である。これらの樹脂のうち、特にメタクリル酸メチルを主成分とするメタクリル樹脂が、透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性の点において優れている。
【００１９】
粗面の形成方法としては、例えば、ガラスビーズ等の微粒子を吹き付けることにより粗面を形成したり、さらにフッ酸を用いた化学エッチングを施したガラス製、金属製の型を用いて、加熱プレス等により粗面を転写する方法、印刷法等により凹凸物質を塗布または付着させる方法、ブラスト法やエッチング法等により直接小導光体３２ａを加工する方法等がある。
【００２０】
この導光体３２は、図３に示すように、光源３１に対向する端面を除いた３方向の端面４１にバフ磨き等の鏡面加工を施すことにより、表面粗さが８Ｓ以上の鏡面とされ、これらの端面４１に接着剤等を用いてリボン状の反射フィルム（反射膜）４２が貼設されている。
この導光体３２では、端面４１を表面粗さが８Ｓ以上の鏡面とし、これらの端面４１に反射フィルム４２を貼設したので、端面４１における光の反射率が高まり、発光面における輝度が向上する。これにより、同一光源を用いた場合においても、輝度を低下させることなしに導光体３２を大型化することが可能である。
【００２１】
この場合、粗面のままの端面４１に反射フィルム４２を貼設すると、端面４１周辺の発光面輝度が高くなり、発光面全体の輝度の均一性に欠けることとなり、また、端面４１を鏡面としたままで反射フィルム４２を貼設しないと、端面４１から光が洩れてしまい、光量が損なわれたままとなるうえに、端面４１からの光が明る過ぎて周辺部を改めて覆い隠す必要が生じ、不都合である。
【００２２】
光変向シート３３は、導光体３２からの光の出射方向を、例えば法線方向等、特定方向へ変向させるためのもので、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂等からなり、シートの表面に多数のプリズム列が平行に形成されてプリズム面とされたプリズムシートの他、拡散シート、レンチキュラーレンズシート等の光学的に光の進路を変向させる光学素子が好適に用いられる。
【００２３】
光変向シート３３は、前記導光体３２と同様、図４に示すように、複数の小光変向シート３３ａ，３３ａを水平面上に縦横に配列し、これら小光変向シート３３ａ，３３ａの端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部に透明接着剤４４を介して透明添え板（透明部材）４５を貼設することにより、小光変向シート３３ａ，３３ａの平坦面同士が接合されている。
この光変向シート３３は、上記構成の他、例えば図５に示すように、突き合わせ部に粘着剤付透明フィルム（透明部材）４７を貼設した構成としてもよい。この構成では、粘着剤付透明フィルム４７の厚みが薄いので、前記透明添え板４５を用いた場合と比べてフラットにすることができる。また、粘着剤付透明フィルム４７は、耐候性のある塩化ビニル等からなる透明フィルムが望ましい。
【００２４】
この光変向シート３３により、導光体３２の前面から出射した法線に対して５０〜８０゜程度の指向性を持つ光を、任意の方向に光路を修正する。この場合、標示装置の使用目的によって異なるが、高速道路等の標示装置においては、導光体３２の前面の法線に対して下向きに概ね３〜７°程度の角度となるように修正される。
反射板３５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等からなるシート状の薄板の表面にＡｌ膜やＡｇ膜等が積層状態で蒸着されたもの等が好適に使用される。
【００２５】
ここで、導光体３２の凹凸面を有する梨地面における光の屈折及び反射について説明する。
図６に示すように、屈折率ｎの導光体３２の前面を凹凸の傾斜面からなる梨地面５１とし、光Ａが屈折率ｎの導光体３２から臨界角を越える入射角ｉで梨地面５１に入射し屈折率ｎ_ｉ’（〜１）の空気中に出射角ｉ’で出射する場合を考える。
【００２６】
梨地面５１に入射した光Ａは、スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓｌａｗ）により
ｎ〜ｎ／ｎ_ｉ’＝ｓｉｎ（ｉ’）／ｓｉｎ（ｉ） ……（１）
を満足する出射角ｉ’で導光体３２の外方へ出射する。
一方、臨界角内の入射角ｋで入射した光Ｂは、梨地面５１で角度ｋ’（ｋ’＝ｋ）で反射し導光体３２内を伝搬する。一旦、梨地面５１により反射された光は、再度梨地面５１に入射する際に入射角が鋭くなるため、臨界角を越え易くなり、導光体３２の外方へ出射し易くなる。
【００２７】
本標示装置においては、ある点での光の出射強度（Ｉ）と光入射面端での出射強度（Ｉ_０）との関係は、出射率（α）、光出射面端からの距離（Ｌ’）および導光体の厚み（ｔ）を用いて式（２）により表されることが、本発明者等により実験的に見出されている。
Ｉ＝Ｉ_０（１−α／１００）^Ｌ’／ｔ ……（２）
（１）式から、導光体３２の長さ（Ｌ）と厚み（ｔ）が決定されれば、光出射面内における輝度の均一性が出射率（α）により決定されることがわかる。
【００２８】
なお、厚みｔｍｍの導光体３２の出射率（α）は、導光体３２の光入射面端から２０ｍｍ間隔で輝度の測定を行い、該輝度の対数と光入射面端からの距離との関係からその勾配（Ｋ（ｍｍ^−１））を求め、この勾配（Ｋ）を次の（３）式に代入することにより求めることができる。
α＝（１−１０^Ｋ）×１００ ……（３）
【００２９】
本標示装置においては、輝度分布の均一性の尺度としてバラツキ度（Ｒ％）を用いる。バラツキ度（Ｒ％）は、導光体３２のほぼ中央部において光入射面端から２０ｍｍ離れた点から対向する端部までの範囲内の輝度を２０ｍｍ間隔で測定し、これらの輝度の最大値（Ｉ_ｍａｘ）、最小値（Ｉ_ｍｉｎ）、平均値（Ｉ_ａｖ）を求め、これらの値を次の（４）式に代入することにより求めることができる。
Ｒ％＝｛（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）／Ｉ_ａｖ｝×１００ ……（４）
【００３０】
以上の結果、導光体３２の出射率（α）とバラツキ度（Ｒ％）とは、導光体３２の長さ（Ｌ）と厚み（ｔ）に依存して特定の関係にあることがわかる。
例えば、出射率（α）が大きくなると、バラツキ度（Ｒ％）もそれに伴って増加し、また、出射率（α）が一定であれば、導光体３２の長さ（Ｌ）と厚み（ｔ）の比（Ｌ／ｔ）が大きくなるに従ってバラツキ度（Ｒ％）も増加する。
すなわち、一定の大きさの導光体３２においては、導光体３２の光出射面内での輝度分布の均一性（バラツキ度）は、導光体３２からの出射率（α）に依存するもので、出射率（α）を制御することにより輝度分布の均一性を図ることができる。
【００３１】
また、導光体３２の梨地面５１を、近似的に１つの勾配を有する斜面とすると、導光体３２から出射する光の出射方向や出射率がこの凹凸の勾配に依存して変化する。前記勾配は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８７に規定される平均傾斜角（θ_ａ）を用いて表すことができる。
導光体３２からの出射光は、平均傾斜角（θ_ａ）が大きくなると出射角が小さくなり、法線方向に近づいた出射光となり、それに伴って導光体３２からの出射率も高くなる。したがって、導光体３２からの出射率を低くすることにより、該導光体３２の光出射面内での照度分布の均一性を高めることができ、平均傾斜角（θ_ａ）を小さくすれば均一化を図ることができる。
【００３２】
本標示装置を高速道路や一般道路における案内標識や交通標識等において使用する場合、導光体３２の前面の梨地面の輝度のバラツキ度（Ｒ％）が４５０％以下であれば、要求される輝度分布の均一性を満足することができる。このためには、前記梨地面の平均傾斜角（θ_ａ）を０．５〜２５°、好ましくは０．５〜７．５°とすることが必要である。
その理由は、平均傾斜角（θ_ａ）が０．５゜未満であると、光出射面からの出射光の出射角が大きくなり、光変向シート３３を用いても該出射光を十分法線方向へ向けることができなくなるからであり、一方、平均傾斜角（θ_ａ）が２５゜を越えると、輝度分布の均一性が損なわれるからである。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の標示装置によれば、導光体３２を、複数の小導光体３２ａ，…を水平面上に縦横に配列し、これら小導光体３２ａ，…を押さえ板３７，…を介して圧縮コイルバネ３６，…により外方から押圧して小導光体３２ａ，…の端面同士を突き合わせて保持する構成としたので、小導光体３２ａ，…同士を常にその端面同士を突き合わせた状態で保持することができ、これら小導光体３２ａ，…間や小導光体３２ａと該小導光体３２ａを保持するハウジング３８との間に変形や隙間が生じるのを防止することができる。したがって、発光面に該変形や隙間に起因する暗部が生じるおそれがなく、輝度の面内均一性を向上させることができる。
しかも、小導光体３２ａ，…を水平面上に縦横に配列することにより、大面積の面光源素子の実現が可能になり、設計の自由度が増加する効果がある。
【００３４】
また、小光変向シート３３ａ，３３ａの端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部に透明添え板４５または粘着剤付透明フィルム４７を貼設したので、端面同士の接合を強固にすることができ、しかも輝度の面内均一性が低下することもない。また、構造が簡単であるから、容易に製作することができる。
【００３５】
また、導光体３２の端面４１を表面粗さが８Ｓ以上の鏡面とし、これらの端面４１に反射フィルム４２を貼設したので、端面４１における光の反射率を高めることができ、発光面における輝度を向上させることができる。したがって、輝度を低下させることなしに導光体３２を大型化することができる。
【００３６】
また、導光体３２の裏面側に反射板３５を設けたので、該反射板３５により該導光体３２から出射する光を反射させて再度該導光体３２に戻すことができ、該導光体３２の出射光の光強度を増大させることができる。
【００３７】
また、導光体３２の前面を平均傾斜角（θ_ａ）が０．５〜２５°の凹凸面を有する梨地面とし、かつその輝度のバラツキ度（Ｒ％）を４５０％以下としたので、輝度の面内均一性を向上させることができ、光出射面における輝度分布を均一にすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の請求項１記載の標示装置によれば、前記導光体を、複数の小導光体を一つの面上に縦横に配列し、これら小導光体を、弾性部材により、その配列方向外方から押圧して隣接する小導光体の端面同士を突き合わせて保持したので、小導光体同士を常にその端面同士を突き合わせた状態で保持することができ、これら小導光体間や小導光体と該小導光体を保持する筐体との間に変形や隙間が生じるのを防止することができる。したがって、発光面に変形や隙間に起因する暗部が生じるおそれがなく、輝度の面内均一性を向上させることができる。
【００３９】
請求項２記載の標示装置によれば、前記光変向シートを、複数の小光変向シートの端面同士を透明部材を介して接合したので、端面同士の接合を強固にすることができ、しかも輝度の面内均一性が低下することもない。
【００４２】
請求項３記載の標示装置によれば、前記導光体の一方の主面を平均傾斜角（θa）が０．５〜２５°の凹凸面を有する梨地面とし、かつその輝度のバラツキ度（Ｒ％）を４５０％以下としたので、輝度の面内均一性を向上させることができ、光出射面における輝度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の標示装置を示す一部破断平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の標示装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の標示装置の導光体の構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態の標示装置の小光変向シートの接合構造を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の一実施形態の標示装置の小光変向シートの他の接合構造を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の一実施形態の標示装置の導光体の粗面における光路を示す模式図である。
【図７】従来の標示装置を示す概略構成図である。
【図８】従来の標示装置を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
３１光源
３２導光体
３２ａ小導光体
３３光変向シート
３３ａ小光変向シート
３４標示板
３５反射板（反射体）
３６圧縮コイルバネ（弾性部材）
３７押さえ板
３８ハウジング（筐体）
３９標示部
４１端面
４２反射フィルム（反射膜）
４４透明接着剤
４５透明添え板（透明部材）
４７粘着剤付透明フィルム（透明部材）
５１梨地面

Claims

光源と、
該光源に接続されて認識すべき図形または文字を標示する標示部とを備え、
該標示部は、少なくとも一端面が前記光源に対向する光入射面とされかつ一方の主面が粗面処理されて光出射面とされた導光体と、前記一方の主面側に配置された光変向シートと、該光変向シートの外側に配置され認識すべき図形が形成された標示板とからなり、
前記導光体は、複数の小導光体が一つの面上に縦横に配列され、これら小導光体は、弾性部材により、その配列方向外方から押圧されて隣接する小導光体の端面同士が突き合わされて保持されてなることを特徴とする標示装置。
前記光変向シートは、複数の小光変向シートの端面同士が透明部材を介して接合されてなることを特徴とする請求項１記載の標示装置。
前記導光体は、前記一方の主面が平均傾斜角（θ a ）が０．５〜２５
°の凹凸面を有する梨地面とされ、かつその輝度のバラツキ度（Ｒ％）が４５０％以下であることを特徴とする請求項１記載の標示装置。