JP6692081B2 - 多色表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数色の光を導光体に入光してカラー絵柄を表示させる多色表示装置に関するものである。

多色表示装置としては、特許文献１に記載されたものがある。
これは図２１に示すように、導光板１０の各稜線側面に、色の異なるランプ１１Ａ〜１１Ｆを配置し、これらランプ１１Ａ〜１１Ｆを、点灯回路１２Ａ〜１２Ｆと制御回路１３を介して電源１４により適宜に点灯駆動することによって、導光板１０にカラーの光が入光され、導光板１０に配置された表示体１５が多色でカラー表示される。

導光板１０の各稜線側面とランプ１１Ａ〜１１Ｆの発光色の関係は、導光板１０の各稜線の対向側に同色系統のランプが配置されている。例えば、ランプ１１Ａ，１１Ｄは発光色が赤色、ランプ１１Ｂ，１１Ｅは発光色が青色、ランプ１１Ｃ，１１Ｆは発光色が緑色のものが使用されている。

このような構成により、導光板１０に多色光を入光し、混色させることで多色のカラー表示をしている。

特開平４−２４６６８３号公報

この従来の構成では、色の異なる複数のランプ１１Ａ〜１１Ｆからの光を導光板１０に入光することで多色のカラー表示をしている。多色表現する場合には色のきれいさ、換言すると、高い色再現性が必要である。

表示体１５を白色にて表現する場合は、光の３原色である、赤色、緑色、青色を混色させることにより表現できる。また、空（そら）色は、緑色と青色を混色させることにより表現できる。

特に、白色を表現する場合には、入光する各色の強度に差があると、異なった色として認識されやすい。赤色が他の緑色や青色に比べて光強度が大きい場合には、表示体１５が、白ではなくピンク色に表示される。空色を表現する場合には、緑色と青色の強度差があっても、色の違いは白色の場合より目立たない。

本発明は、白色が他の色に見えてしまい美しい白色にならない従来の問題を解決して、色再現性が高く、美しいと感じられる多色のカラー表示を実現する多色表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の多色表示装置は、複数の側面を有し、微細形状の集合体により絵柄パターンが形成された導光体を設け、前記複数の側面から前記導光体の内部に光を入射させる複数の光源を設け、前記導光体に入射して導光された前記光を前記微細形状により反射して、前記導光体の光出射面より出射させて前記絵柄パターンを表示する多色表示装置であって、複数の前記光源が、光を出射する第１光源と、前記第１光源とは色が異なる白色の光を出射する第２光源とで構成され、前記第１光源から出射される光が入射する側面と、前記第２光源から出射される光が入射する側面とが、異なる側面であり、前記第１光源からの入射光と前記第２光源からの入射光とをそれぞれ反射させるための微細形状を有するプリズムが入り混じって配置されてなる、ことを特徴とする。

本発明の多色表示装置によれば、第１光源だけでなく、白色の光を出射する第２光源を設けて絵柄パターンをカラー表示し、前記第１光源から出射される光が入射する側面と、前記第２光源から出射される光が入射する側面とが、異なる側面であり、前記第１光源からの入射光と前記第２光源からの入射光とをそれぞれ反射させるための微細形状を有するプリズムが入り混じって配置されてなるため、絵柄パターンの配色の白色を美しい白色として表示することができ、色再現性が高く、美しいと感じられる多色表示、カラー表示を実現できる。

本発明の実施の形態１における多色表示装置の斜視図 同実施の形態の導光板の拡大断面図 同実施の形態においてＲＧＢ諧調値からＲＧＢＷ諧調値への変換方法を説明する図 同実施の形態における絵柄パターンの形状の例を示す図 同実施の形態における（ａ）絵柄パターンの緑色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図と（ｂ）導光板に形成される微細形状を示す拡大断面図 同実施の形態における（ａ）絵柄パターンの青色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図と（ｂ）導光板に形成される微細形状を示す拡大断面図 同実施の形態における（ａ）絵柄パターンの赤色と緑色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図と（ｂ）導光板に形成される微細形状を示す拡大断面図 同実施の形態における（ａ）絵柄パターンの緑色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図と（ｂ）導光板に形成される微細形状を示す拡大断面図 同実施の形態における絵柄パターンの赤色の配色と緑色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図 同実施の形態における絵柄パターンの緑色の配色と青色の配色に必要な光の入光方向を示す平面図 本発明の実施の形態２における多色表示装置の斜視図 同実施の形態における光の入光方向の別の例を示す斜視図 同実施の形態における微細形状の別の例を示す導光板の拡大断面図 本発明の実施の形態３における多色表示装置の斜視図 本発明の実施の形態４における多色表示装置の斜視図 本発明の実施の形態５における多色表示装置の微細形状を示す導光板の拡大断面図 同実施の形態における多色表示装置の微細形状の別の例を示す導光板の拡大断面図 同実施の形態における多色表示装置の微細形状の別の例を示す導光板の拡大断面図 本発明の実施の形態１〜４の視野角特性を説明する導光板の拡大断面図 本発明の実施の形態１〜４の視野角特性図 特許文献１に記載された多色表示装置の構成図

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における多色表示装置を示している。

この多色表示装置は、導光体としての導光板１と、発光色が異なる光を出射する光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄとを有している。
導光板１は、光源２Ａからの光が入射する側面１ａと、光源２Ｂからの光が入射する側面１ｂと、光源２Ｃからの光が入射する側面１ｃと、光源２Ｄからの光が入射する側面１ｄと、光が出射する光出射面１ｅと、光出射面１ｅと対向した後壁面１ｆとで形成されている。

第１光源としての光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、光源２Ａから出射する光３ａが赤色、光源２Ｂから出射する光３ｂが緑色、光源２Ｃから出射する光３ｃが青色である。第２光源としての光源２Ｄは、出射する光の色が光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃとは異なる白色の光３ｄである。

図２は導光板１の拡大断面図を示す。導光板１の後壁面１ｆには、絵柄パターン４に応じて微細形状５の集合体が形成されている。この微細形状５は、導光板１の内部に入光した光を、表示しようとする目的の絵柄パターン４に応じて、光出射面１ｅへ光を反射するように形成されている。この微細形状５の形状は、光出射面１ｅに垂直な断面形状が非対称の略三角形であって、特定の方向からの光を光出射面１ｅに向かって反射する。ここでの絵柄パターン４は、家の絵と、木の絵と、空に浮かんだ太陽の絵からなる風景である。

なお、この実施の形態の光源は発光色が異なる４個を使用しているため、微細形状５は後述のように、絵柄パターン４の配色に応じて各光源の発光色ごとに設けられている。そして各光源の光がそれぞれの微細形状５によって反射して導光板１の光出射面１ｅから出射した光強度が、それぞれの発光色の表示の諧調となる。

図３は、カラー表示しようとしている目的の絵柄パターン４のある点における色を、光の３原色である赤，緑，青の諧調値から、この実施の形態の場合のように発光色が異なる赤，緑，青，白の光源を使用して表示するに必要な諧調値に変換する具体例を示している。

ここでは、変換する前の赤、緑、青の各諧調を、それぞれ、Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂとする。Ｉｒ，Ｉｇ、Ｉｂの中で最も小さな諧調値をＩminとする。Ｉｇ＝Ｉminである。
これらを、赤、緑、青、白の各諧調に変換するには、白の諧調Ｉ（ｗ）をＩminとする。赤の諧調Ｉ（ｒ）は、元の赤の諧調ＩｒからＩｗを差し引いた値として、Ｉｒ−Ｉｗに設定する。緑の諧調Ｉ（ｇ）は、元の緑の諧調ＩｇからＩｗを差し引いた値として、Ｉｇ−Ｉｗに設定する。この場合には、変換後の緑Ｉ（ｇ）の諧調値はゼロになる。青の諧調Ｉ（ｂ）は、元の緑の諧調ＩｂからＩｗを差し引いた値として、Ｉｂ−Ｉｗに設定する。

このように、元の赤、緑、青の諧調から、白の諧調を差し引いた値を、新たに赤、緑、青の諧調値として変換する。赤、緑、青、白の各成分に分けた絵柄パターンを、微細形状５の集合体で形作る。

絵柄パターンの作り方を図４〜図９を用いて詳しく説明する。
図４は、図１で示した絵柄パターン４の一部である。
図５（ａ）は、導光板１の向かって右側から緑色（Ｇ）が入光する場合に、この光に対応した絵柄パターンを形成する方法を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一部分８の断面図で、光を反射する微細形状５の集合体を拡大して示している。このように、緑色の光３ｂを反射する微細形状５は、入光する光３ｂの入射方向に対し、略垂直な方向に稜線を持つような、断面が三角の線状プリズムになっている。図５（ｂ）の微細形状５で反射した緑色の光３ｂは、光出射面１ｅから出射する。諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。

図６（ａ）は、導光板１の上方から青色（Ｂ）が入光する場合に、この光に対応した絵柄パターンを形成する方法を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一部分ｂの断面図で、光を反射する微細形状５の集合体を拡大して示している。このように、青色の光３ｃを反射する微細形状５は、入光する光３ｃの入射方向に対し、略垂直な方向に稜線を持つような、断面が三角の線状プリズムになっている。図６（ｂ）の微細形状５で反射した青色の光３ｃは、光出射面１ｅから出射する。諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。

図７（ａ）は、導光板１の向かって右側から緑色（Ｇ）が入光し、導光板１の向かって左側から赤色（Ｒ）が入光する場合に、この光に対応した絵柄パターンを形成する方法を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）の一部分８の断面図で、光を反射する微細形状５の集合体を拡大して示している。

緑色の光３ｂを反射する微細形状５の形状は、入光する光３ｂの入射方向に対し、略垂直な方向に稜線を持つような、断面が三角の線状プリズムになっている。図７（ｂ）の微細形状５で反射した緑色の光３ｂは、光出射面１ｅから出射する。赤色の光３ａを反射する微細形状５の形状は、入光する光３ａの入射方向に対し、略垂直な方向に稜線を持つような、断面が三角の線状プリズムになっている。図７（ｂ）の微細形状５で反射した赤色の光３ａは、光出射面１ｅから出射する。諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。

このように、緑色の光３ｂを反射する微細形状５と、赤色の光３ａを反射する微細形状５が入り混じって配置されている。
図８（ａ）は、導光板１の向かって右側から緑色（Ｇ）が入光する場合に、この光に対応した絵柄パターンを形成する他の方法を示している。図５〜図７では、光を反射する微細形状として断面が三角の線状プリズムで、長手方向に短いプリズムで構成したが、この図８（ａ）では、断面が三角の短いプリズム形状をした微細形状５によって絵柄パターン４を形成した場合を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部分８の断面図で、緑色の光３ｂは、微細形状５で反射されて光出射面１ｅから出射する。諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。

図９は、断面が三角の短いプリズムで絵柄パターンを作成する場合に、対向する２方向から異なる光を入光してある絵柄パターンを作成する場合のプリズムは一例を示したものである。入射光を反射させる反射面を、入射光３ａ，３ｂそれぞれを反射させるように、それぞれの微細形状を入り混じって配置させる。

図１０は、断面が三角の短いプリズムで絵柄パターンを作成する場合に、直交する２方向から異なる光を入光してある絵柄パターンを作成する場合のプリズムは一例を示したものである。

入射光を反射させる反射面を、緑色の光３ｂ，赤色の光り３ｃを反射させるように、それぞれの微細形状５を入り混じって配置させる。
なお、図５〜図１０で説明した絵柄パターンの作成方法は、一方向あるいは二方向から光を入射して絵柄パターンを作成する方法を記載したが、これらを組み合わせて三方向、四方向から異なる色を入射して絵柄パターン４を作成できる。

諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。例えば、諧調値が大きい点は、高さｈを大きくするか、あるいはピッチｐを小さくする。微細形状５の反射面に対応するように赤，緑，青，白色の各色を、導光板１の側面の各辺から入光することにより、色再現性が高い美しいカラー画像、多色画像を表現することができる。

なお、上記の説明では、光を反射する微細形状５として断面が三角形のものを記載したが、台形形状であっても同様の効果が得られる。
また、絵柄パターンの光源から遠い場所ほど、反射体である微細形状５の高さｈを高くする、あるいは微細形状５のピッチｐを小さくすることにより、光強度の面内ムラを抑制でき、結果として色ムラを小さくすることができる。

白色を反射する微細形状は、図６（ｂ）の上下を反転させたものと同じである。諧調値は、微細形状５の高さｈ、あるいは微細形状５のピッチｐで制御する。
また、赤，緑，青色の光源の他に、白色の光源を用いたことで、白色が他の色に見えることのない美しい白色を表示することができる。

さらに図１の説明では、導光板１の上方から青色、導光板１の向かって右方向から緑色、左方向から赤色、下方向から白色としたが、各色の光の入光方向は固定されない。
つまり、絵柄パターン４の配色に応じて次のように決めることが好ましい。

導光板１の各側面とそこに入光する光の色の関係は、絵柄パターン４におけるカラー表示の配色の中で、赤、青、緑、白のどれかの成分が多い部分に、その部分に近い側面から、前記成分の色を入光することが好ましい。具体的には、図１に示したような風景絵柄パターンの場合のように、導光板１の上寄りに空の青色が多く、右寄りに木の緑色が多く、左寄りに太陽の赤色が多い場合は、これに合わせて、導光板１の上方の側面から青色を入射させ、右側の側面から緑色を入射させ、左側の側面から赤色を入射することにより、美しいカラー表示が得られる。

なお、図３で説明したように、変換前の赤、緑、青のうちの最小輝度を変換後の白の輝度とし、この変換後の白の輝度を元の赤、緑、青から差し引くことで、新たな、赤、緑、青、白の各成分に変換している。換言すると、変換前の各色の輝度値から、その最小輝度値を１つの白色に置き換えることになる。つまり、各色の輝度値の合計は、白に置き換えることにより変換前よりも変換後の方が小さくなる。このことは、各色を発色させるためのプリズム高さ、あるいはプリズム密度が小さくなることを示す。そのため、プリズム高さやプリズム密度が小さくなり、透明度が向上する。導光板１として、各色を入光しないときにその存在が分かりにくく、各色を入光したときに導光板１の存在が分かるので、表示装置として驚き感を与えられる、というメリットがある。

（実施の形態２）
図１１と図１２は、それぞれ本発明の実施の形態２の多色表示装置を示す。図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。

図１に示した実施の形態１では、赤，緑，青，白色の４色を導光板１の四辺の全ての側面から入光させたが、絵柄パターン４によっては、必ずしも４色全てを使う必要はない。そこで、図１１では３色で良好に表示できる絵柄パターンの例として、赤色を使わない場合を記載している。

絵柄パターン４の表現に使用する色が３色以下でよい場合には、対向する側面の辺から同じ色、例えば、図１２に示すように、緑色の光３ｂを入光させることで、より均一な発色を実現できる。このとき、光を反射させる微細形状６を、図１３に示すように、断面が略二等辺三角形とすることにより、対向する側面の二辺から入射された光を、効率よく導光板１の光出射面１ｅに偏向することができる。

入光部から遠いと光減衰により面内で光強度ムラが生じるが、対向する両側から入光することにより光強度ムラを抑え、結果として色ムラを抑制することができる。また、赤，緑，青色の光源の他に、白色の光源を用いたことで、白色が他の色に見えることのない美しい白色を表示することができる。

（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３の多色表示装置を示す。図１と同じ構成要素については同じ符号を使い、その説明を省略する。

実施の形態１，２では、導光板１の形状が平面板状の場合を説明したが、導光板１の形状は、曲面を有する３次元形状であってもよい。
図１４の導光体１は、絵柄パターン４が形成された導光板本体１Ａと、一端が導光板本体１Ａの側面に接続された光導入路１Ｂとで構成されている。光導入路１Ｂの他端は、曲面部７を介して導光板本体１Ａの背面側に延設されている。光導入路１Ｂの材質は導光板本体１Ａと同じで、導光板本体１Ａと光導入路１Ｂは一体成形されている。

図１４の導光板１の形状は、手前側の側面に接続された光導入路１Ｂが曲面で下方に折れ曲がった３次元形状の場合で、この光導入路１Ｂの他端の端面より光、例えば白色の光３ｄを入光している。

この図１４では、導光板１の一辺のみが曲面で折れ曲がっているが、導光板１の二辺あるいは三辺、あるいは導光板１の四辺とも曲面で折れ曲がっていてもよい。また、折れ曲がった部分から白色の光を入光しているが、赤色でも緑色でも青色でもよい。

（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４の多色表示装置を示す。図１と同じ構成要素については同じ符号を使い、その説明を省略する。

上記の各実施の形態では、光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄから出射する光の色は固定で、光の色を可変することができないものであったが、この実施の形態４では、光源２Ａ，２Ｂに代わって光の色を可変することができる光源２Ｅ，２Ｆを使用している点が異なっている。

この図１５では、導光板１の左側面へ光を出射する光源２Ｅとして３色発光の発光ダイオードを使用して、光３ｒ−ｂの色を赤色から青色へ変化させている。さらに、導光板１の上側面へ光を出射する光源２Ｆとして３色発光の発光ダイオードを使用して、光３ｂ−ｒの色を青色から赤色へ変化させている。

これにより、絵柄パターンの色味を変化させることができる。例えば、風景の絵柄パターン４の場合、絵柄パターン４の空の部分について、昼間の青空から、夕方の赤い夕焼けになるような変化をもたせられる。

図１５では、青色を赤色へ、赤色を青色に変化させたが、絵柄パターンの内容により、どの色をどう変化させるかを設定すれば、色味の変化を与えることができる。
（実施の形態５）
図１６〜図１８は、それぞれ本発明の多色表示装置における微細形状５，６の別の具体例を示す。

上記の各実施の形態では、図２や図１３で示した微細形状５，６の出射面１ｅに垂直な断面形状が、三角形または台形であった。この場合には、図１９に示すように光出射面１ｅの後壁面１ｆと垂直な方向に対して、観察する方向のなす角度θの視野角特性は、視野角が狭い。図２０は、断面が略三角形の微細形状の反射面による光の出射特性を示す図である。図２０において、横軸は後壁面１ｆの垂線とのなす角を示しており、０°が後壁面１ｆから真正面方向を示す。縦軸は、光強度の大きさを示す。例えば、θ＝３０°の方向から観察すると、ピーク比０．１程度の光強度になる。このことは、絵柄パターンを観察する方向を変えると光強度が変わり、そのため全体として色ムラが生じることを示す。

この実施の形態では、図１６〜図１８に示すように、微細形状５，６の光反射面を、複数の面あるいは曲面で構成している。
図１６に示した例では、光反射の微細形状５，６の断面が複数の平面で構成されている。この微細形状５，６の断面は、後壁面１ｆとなす角度α、β、γよりなる平面から構成されている。ここではα＝γ＞βである。

図１７に示した例では、光反射の微細形状の断面が曲面で構成されている。この微細形状５，６の断面は、後壁面１ｆとのなす角度がαからβまでの曲面で構成されている。ここではα＞βである。

図１８に示した例では、光反射の微細形状の断面が複数の曲面で構成されている。この微細形状５，６の断面は、後壁面１ｆとのなす角度がαからβ間での曲面群で構成されている。ここではα＞βである。

この図１６〜図１８に示したように、光反射の微細形状の断面を複数の面で構成することにより、入光した光は様々な方向に反射されるため、光強度の角度広がりを大きくとることができる。結果として、斜め方向から絵柄パターン４を観察したときの色ムラを小さく抑えることができる。

本発明の多色表示装置は、色再現性が高く、美しいと感じられる多色表示、カラー表示を実現できるので、各種の電化製品の表示パネル、ゲーム装置の表示パネル、サイネージの表示パネル等に適用できる。

１ 導光板（導光体）
１Ａ 導光板本体
１Ｂ 光導入路
２Ａ 光源（第１光源）
２Ｂ 光源（第１光源）
２Ｃ 光源（第１光源）
２Ｄ 光源（第２光源）
３ａ 導光板に入射する赤色の光
３ｂ 導光板に入射する緑色の光
３ｃ 導光板に入射する青色の光
３ｄ 導光板に入射する白色の光
４ 絵柄パターン
１ｅ 光出射面
１ｆ 後壁面
５，６ 光を反射する微細形状
７ 光導入路１Ｂの曲面部

Claims (7)

1. 複数の側面を有し、微細形状の集合体により絵柄パターンが形成された導光体を設け、
   前記複数の側面から前記導光体の内部に光を入射させる複数の光源を設け、
   前記導光体に入射して導光された前記光を前記微細形状により反射して、前記導光体の光出射面より出射させて前記絵柄パターンを表示する多色表示装置であって、
   複数の前記光源が、光を出射する第１光源と、前記第１光源とは色が異なる白色の光を出射する第２光源とで構成され、
   前記第１光源から出射される光が入射する側面と、前記第２光源から出射される光が入射する側面とが、異なる側面であり、
   前記第１光源からの入射光と前記第２光源からの入射光とをそれぞれ反射させるための微細形状を有するプリズムが入り混じって配置されてなることを特徴とする、多色表示装置。
2. 前記第１光源の発光色が、赤、青、緑の３色であることを特徴とする、請求項１記載の多色表示装置。
3. 前記集合体の前記微細形状が、前記導光体の光出射面に垂直な断面形状が略三角形または台形であることを特徴とする、請求項１記載の多色表示装置。
4. 前記導光体が、
   前記絵柄パターンが形成された導光板本体と、
   一端が前記導光板本体の側面に接続され他端が曲面部を介して前記導光板本体の背面側に延設された光導入路とで構成されている、請求項１記載の多色表示装置。
5. 前記集合体の前記微細形状は、反射面が複数の平面で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の多色表示装置。
6. 前記集合体の前記微細形状は、反射面が単一の曲面で構成されていることを特徴とする、請求項１記載の多色表示装置。
7. 前記集合体の前記微細形状は、反射面が複数の曲面で構成されていることを特徴とする、請求項１記載の多色表示装置。