JP6862790B2

JP6862790B2 - 発光装置

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Publication number: JP6862790B2
Application number: JP2016227758A
Authority: JP
Inventors: 裕二松平
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: JP2018085237A

Description

本発明は、発光装置に関する。

タコメータ等の表示板を照明する発光装置が、特許文献１に開示されている。この発光装置は、光源と、光源から出射された光を導光するインジケータ導光体と、を備えている。インジケータ導光体は、導光した光を出射する出射面（光出射面）を備えている。光出射面は、インジケータ導光体の長手方向に沿って形成され、シボ加工されており、周辺発光領域を介して表示板に向けて光を出射する。

特開２０１４−２２４７１２号公報

特許文献１に開示された発光装置は、インジケータ導光体に入射した光を、長手方向に導光しながら、光出射面（出射部）から徐々に出射させることによって、照明を行う。このため、導光される光の量は、光の進行方向に進むにつれて、次第に減少する。このため、出射光の強度の均一性を確保することが困難である。同様に、任意の強度分布を得ることも困難である。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、反射溝を形成することにより、出射部を所望の強度分布で発光表示させることが可能な発光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、本発明の発光装置は、
光源からの光を導光する外形形状が矩形状の導光部を有する導光体を備え、
前記導光部における表面の端部には、前記光を出射すべく前記光の進行方向に沿い出射部が設けられ、
前記端部を除いた前記導光部の前記表面箇所には、導光されている前記光を前記出射部に向けて反射すべく、前記出射部に沿って配列される複数個の反射溝が設けられ、
前記反射溝は、導光されている前記光の進行方向に進むにつれて、前記出射部に近づくように傾斜した状態で設けられるとともに前記反射溝の長手方向における前記出射部側の一端から他端に向かうにつれて、次第に深くなっている。

本発明によれば、反射溝を形成することにより、出射部を所望の強度分布で発光表示させることが可能になる。

本発明の実施の形態に係る発光装置を備えた車両用の表示装置の正面図である。図１に示す表示装置のＡ−Ａ線断面図である。図２に示す導光体と光源の斜視図である。図３に示す導光体の正面図である。図３に示す導光体のＢ−Ｂ線断面図である。図２に示す導光体と第１の遮光板の正面図である。図４に示す反射溝の傾斜角θを説明するための図である。図１に示す表示装置の部分拡大図である。本発明の実施の形態に係る発光装置の第１の変形例を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る発光装置の第２の変形例を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る発光装置の第３の変形例を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る発光装置の第４の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る発光装置を説明する。

本実施の形態に係る発光装置１は、図１に示すように、車速などの情報を表示する表示板２を備えた車両用の表示装置３に配設される。

発光装置１は、図２に示すように、光源１０と、光源１０から受光した光を導光する導光体２０と、導光体２０の後述する導光部２２を覆う遮光部材３０と、を備える。

光源１０は、１つ又は複数のＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）から構成されている。光源１０は、光源１０を点灯及び消灯する制御機能を備えた回路基板５に配置され、導光体２０の後述する入射部２１に向けて、光を出射する。

導光体２０は、ポリカーボネート等の透明な合成樹脂から形成されている。
導光体２０は、図３に示すように、光源１０からの光を入射する入射部２１と、入射部２１を通った光を導光する帯状の導光部２２と、導光部２２の一側面部に形成され、導光部２２で導光された光を出射する出射部２３と、を有する。

なお、導光部２２の長手方向をＸ軸方向とし、その幅方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。また、座標軸の矢印が指す方向を＋（プラス）方向とし、その反対方向を−（マイナス）方向とする。

入射部２１は、光源１０に対向する対向面２１１を有し、対向面２１１から入射した光をＺ軸方向に導光する。対向面２１１は、凸状レンズで形成される。

導光部２２は、入射部２１と一体に形成され、−Ｘ軸方向の端部で入射部２１に接続されている。導光部２２と入射部２１とは直交をなしている。光源１０から入射部２１を通って導光部２２に導光された光は、導光部２２において長手方向（Ｘ軸方向）に導光される。また、導光部２２の＋Ｙ軸方向の端部（一側面部）には、出射部２３が形成されている。

導光部２２の＋Ｚ軸方向の面に、導光部２２の長手方向に導光されている光Ｌを、出射部２３に向けて反射する反射溝２４が複数形成されている。複数の反射溝２４は、導光部２２の長手方向に配列されて形成されている。また、反射溝２４は、出射部２３に沿って配列されている。

反射溝２４は、導光部２２の＋Ｚ軸方向の面から−Ｚ軸方向に延在する反射面２４１を有している。反射面２４１は、反射溝２４の長手方向に延在している２つの面のうち、−Ｘ軸方向の面である。反射面２４１は、導光部２２の材質と反射溝２４内の空気との屈折率の差により、光Ｌを出射部２３側に反射する。以下、区別のため、反射面２４１で反射された光を光ＲＬと呼ぶ。

反射溝２４は、光Ｌの進行方向に進むにつれて、出射部２３に近づくように傾斜した方向に伸長している。別言すれば、反射溝２４は、導光部２２の長手方向に対して出射部２３側に傾斜した方向に伸長している。具体的には、反射溝２４の長手方向は、図４に示すように、導光部２２の長手方向（Ｘ軸方向）に対して出射部２３側に所定の角度θ傾斜した方向に設定されている。傾斜角θについては、後述する。

反射溝２４は、図５に示すように、反射溝２４の長手方向における出射部２３側の一端２４２から、その反対側の他端２４３に向かって、次第に深くなっている。

また、図２に示すように、複数の反射溝２４は、それぞれ、光Ｌの進行方向に進むにつれて（入射部２１から遠ざかるに従って）、その溝深さが次第に深くなっている。

図４に示す出射部２３は、導光部２２の一側面部（＋Ｙ軸方向の面）に、導光部２２と一体に形成されている。出射部２３は、導光部２２の長手方向に延在するように形成され、図５に示すように、その＋Ｚ軸方向を向く面に光出射面ＯＬを有している。また出射部２３は、光出射面ＯＬと向かい合う位置に傾斜面形状の光反射面２３１を有している。反射面２４１で反射された光ＲＬは、光反射面２３１によって＋Ｚ軸方向側に反射導光され、光出射面ＯＬから光Ｍとして出射する。また、出射部２３は、図５に示すように、反射光ＲＬの進行方向に、下面が傾斜して次第に先細りし、断面がくさび状の形状を有している。これにより、出射部２３は光出射面ＯＬから出射される出射光Ｍによって発光表示される。

図２に示す遮光部材３０は、遮光性の合成樹脂からなり、光が±Ｚ方向に漏出するのを防ぐ部材である。遮光部材３０は、２枚の遮光板から構成されている。具体的には、遮光部材３０は、導光部２２における＋Ｚ軸方向の面を覆う第１の遮光板３１と、導光部２２における−Ｚ軸方向の面を覆う第２の遮光板３２と、により構成される。

第１の遮光板３１は、表示装置３の外装ケースを構成する筐体４によって保持されている。第１の遮光板３１は、図６に示すように、導光部２２を覆っており、導光部２２に形成された反射溝２４を覆っている。

図２に示す第２の遮光板３２は、筐体４によって、−Ｚ軸方向から保持されている。

次に、反射溝２４の傾斜角θについて説明する。
傾斜角θは、反射溝２４の反射面２４１でＸ軸方向に進む光Ｌが全反射して、出射部２３に向かい、かつ、反射面２４１で反射した光ＲＬが出射部２３と空気との界面を通過して外部に出射する角度に設定されている。
より具体的に説明すると、例えば、θは次の（１）、（２）式が満たされるように設定される。
（１）θ＜９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）
（２）θ＞［９０°−ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）］／２
なお、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１は導光部２２の屈折率である。
図７に示すように、導光部２２内の光Ｌの進行方向と反射面２４１の法線ＮＬのなす角φは９０°−θとなる。光Ｌが全反射するためには、φが反射面２４１の臨界角ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）よりも大きい必要がある。そのため、条件（１）が成立する必要がある。
反射面２４１で反射した光ＲＬと出射部２３と空気の界面の法線とのなす角ψを、ψ＝９０°−２θとする。反射光ＲＬが出射部２３を通過するためには、ψが臨界角よりも小さい必要がある。このため、条件（２）が成立する必要がある。

次に、上記構成を有する発光装置１の発光動作を説明する。
発光装置１は、図３に示す光源１０から導光体２０に入射した光Ｌを、導光部２２の長手方向に導光しながら、出射部２３から徐々に出射させる。
さらに、導光部２２の長手方向に導光されている光Ｌの一部は、反射溝２４の反射面２４１で反射されて、図７に示す反射光ＲＬとなり、出射部２３側に導光され、図８に示すように、出射部２３の光出射面ＯＬから出射光Ｍとして出射される。
こうして、発光装置１は、図３に示す導光体２０内を導光されている光Ｌのうち、出射部２３に自ら到達して出射された光及び反射面２４１で反射され、出射部２３を通過した光との合成光Ｍにより、出射部２３が発光表示される。

ここで、導光部２２内を導光される光Ｌの量は、光Ｌの進行方向に進むにつれて、次第に減少する。しかし、反射溝２４は、光Ｌの進行方向に進むにつれて、次第に深くなっている。反射溝２４が深くなるほど、その反射面２４１のサイズが大きくなり、反射される光の割合が相対的に多くなる。これにより、出射部２３から出射される光Ｍの輝度分布を、全体的に均一にすることが可能になる。

また、反射溝２４によって光Ｌが出射部２３に向けて反射されるので、導光部２２に導光されている光を、効率的に照明に利用することが可能になる。

また、反射溝２４は、図５に示すように、出射部２３に近接する一端２４２から、その反対側の他端２４３に進むにつれて深くなっている。これにより、導光部２２内の出射部２３から離れた位置を通過する光Ｌが反射面２４１で反射される割合が大きくなる。このため、光の利用効率が高くなり、また、輝度ムラを低減することができる。

なお、この発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

上記実施の形態においては、出射部２３からほぼ均一の強度の光Ｍを出射することにより、被照明物（出射部２３）をほぼ均一な強度で照明する例を示したが、照明光の強度分布は均一に限定されず、任意の強度分布の出射光Ｍを得ることができる。実験等により、反射溝２４の数、位置、形状、サイズ、密度サイズと得られる強度分布とを予め求めておき、所望の強度分布が得られるように反射溝２４を形成すればよい。
例えば、出射部２３の中央部付近の輝度を、その周囲の輝度よりも高くしたい場合は、図９に例示するように、導光部２２の中央部付近にのみ反射溝２４を設け、反射溝２４に反射された光を、出射部２３の中央部付近から出射させれば良い。

また、図３では、反射溝２４を等間隔に配列しているが、図１０に例示するように、光Ｌの進行方向に進むにつれて、その間隔を変化させてもよい。例えば、隣り合う反射溝２４の間隔は、光Ｌの進行方向に進むにつれて、次第に狭くなっていても良い。

さらに、図１１に例示するように、反射溝２４の長さを位置に応じて異ならせても良い。例えば、複数の反射溝２４の長手方向の長さは、それぞれ異なっていても良い。

また、図１２に例示するように、反射溝２４の角度θをその位置に応じて異ならせても良い。例えば、複数の反射溝２４の傾斜は、それぞれ異なっていても良い。

さらに、複数の反射溝２４は、同じ深さであっても良い。

また、図２に示す反射溝２４は、その断面が凹状であるが、例えば略三角形のＶ形状などであっても良く、どのような形状であっても良い。
さらに、これらを組み合わせてもよい。
即ち、出射光Ｍの所望の強度分布が得られるように、反射溝２４の数、位置、密度、形状、サイズ、角度、のいずれか又は複数を調整して、導光部２２に形成すればよい。

さらに、図３に示す反射溝２４は、導光部２２における＋Ｚ軸方向の面に形成されているとしたが、光Ｌを出射部２３側に反射することが出来るならば、導光部２２における−Ｚ軸側の面に形成されていても良い。さらに、反射溝２４は、光Ｌを出射部２３側に反射することが出来るならば、導光部２２における＋Ｚ軸方向の面と−Ｚ軸方向の面に形成されていても良い。反射溝２４は、出射部２３（光出射面ＯＬ）に交差するように形成されていれば良い。
出射部２３がＸ軸方向に平行に延在する例を示したが、出射部２３は、Ｘ軸方向、即ち、導光部２２の長手方向に対し傾斜していてもよい。

また、図５に示す出射部２３は、光Ｍの進行方向に進むにつれて次第に先細りとなる形状を有しているとしたが、出射部２３から光を出射することができるならば、その形状は任意である。さらに、光出射面ＯＬにシボ加工等を施したシボ面とし、光の漏出を促進してもよい。

さらに、図２に示す導光体２０において、導光部２２の−Ｘ軸方向の端部から光源１０に向けて延在した入射部２１を設けたが、導光部２２で光源１０からの光を導光させることができるならば、入射部２１は不要である。この場合、例えば、光源１０を導光部２２の−Ｘ軸方向の面に対向させて配置し、導光部２２の−Ｘ軸方向の面から入射した光が、導光部２２の長手方向に導光されるようにしてもよい。

また、導光部２２の光が外部に漏出するのを防ぐ為に第１の遮光板３１を用いたが、光の漏出を防ぐことができるならば、第１の遮光板３１の代わりに、表示板や筐体等のような他の部材を用いても良い。

さらに、遮光部材３０は、２枚の遮光板（第１の遮光板３１および第２の遮光板３２）により構成されるとしたが、導光部２２の光が外部に漏出するのを防ぐことが出来るならば、その構成は任意である。

また、筐体４が第１の遮光板３１を保持する手段は任意である。例えば、筐体４に、第１の遮光板３１の−Ｘ軸方向の端部３１１および＋Ｘ軸方向の端部３１２をそれぞれ嵌め込むための溝４１，４２が形成されていても良い。そして、溝４１，４２に、それぞれ、第１の遮光板３１の端部３１１，３１２を嵌め込むことで、筐体４が第１の遮光板３１を保持するような構成としても良い。

さらに、導光部２２は、帯状であるとしたが、光源１０からの光を導光することができるならば、例えば曲線状などであってもよく、どのような形状であっても良い。

また、導光部２２において、反射溝２４の他端２４３と導光部２２の−Ｙ軸方向の端部との間に、光が導光される経路が設けられていることが好ましい。

さらに、図２において、光源１０として平板型のＬＥＤを例示したが、光を導光体２０に向けて出射することができるならば、例えばＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）などであっても良い。

また、反射溝２４の傾斜角θは、光Ｌが全反射される角度に設定されているとしたが、反射溝２４が光Ｌを出射部２３方向に反射できるならば、光Ｌが全反射される角度に設定されていなくても良い。

さらに、光Ｌは、導光部２２の長手方向に導光されている光であるとしたが、導光部２２において光源１０から遠ざかる方向に進む光であれば良い。

発光装置１は、車両用の表示装置３に配設したが、これに限定されず、車両用の表示装置３以外の装置に配設してもよい。

１発光装置
２表示板
３表示装置
４筐体
５回路基板
１０光源
２０導光体
２１入射部
２２導光部
２３出射部
２４反射溝
３０遮光部材
３１第１の遮光板
３２第２の遮光板
４１，４２溝
２１１対向面
２３１光反射面
２４１反射面
２４２一端
２４３他端
３１１，３１２端部
Φ 角度
Ｌ，ＲＬ，Ｍ光
ＮＬ，ＮＭ光学軸
ＯＬ光出射面

Claims

光源からの光を導光する外形形状が矩形状の導光部を有する導光体を備え、
前記導光部における表面の端部には、前記光を出射すべく前記光の進行方向に沿い出射部が設けられ、
前記端部を除いた前記導光部の前記表面箇所には、導光されている前記光を前記出射部に向けて反射すべく、前記出射部に沿って配列される複数個の反射溝が設けられ、
前記反射溝は、導光されている前記光の進行方向に進むにつれて、前記出射部に近づくように傾斜した状態で設けられるとともに前記反射溝の長手方向における前記出射部側の一端から他端に向かうにつれて、次第に深くなっている、
ことを特徴とする発光装置。
前記複数の反射溝は、それぞれ、前記導光されている光の進行方向に進むにつれて、次第に深くなっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
隣り合う前記反射溝の間隔は、前記導光されている光の進行方向に進むにつれて、次第に狭くなっている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
複数の前記反射溝の長手方向の長さは、それぞれ異なっている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記導光部を覆う遮光部材を備え、
前記遮光部材は、前記反射溝を覆っている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。