JP6868845B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を立体的な導光体で伝播させ、絵柄を表示させる表示装置に関するものである。

従来より、平板形状の光透過性を有する導光板を使用して、導光板への光の入射方向に応じた微細形状パターンを表示させる表示装置が提案されている。

特許文献１に開示されている表示装置は、光透過材料のパネルを有し、そのパネルが光出射窓と、その光出射窓に対向する背面壁と、光出射窓と背面壁の間に配置され、互いに異なる位置にある光透過性の第１端面および第２端面を有する。そして第１端面を向く光源からパネル内に入射した光が、背面壁に形成された第１の光記号上に並べられた複数の三角プリズムで反射されて光出射面から出射することで第１の光記号が表示される。また、第２端面を向く光源からパネル内に入射した光が、背面壁に形成された第２の光記号上に並べられた複数の三角プリズムで反射されて光出射面から出射することで第２の光記号が表示される。

特許第４７４１１４２号公報

特許文献１の表示装置では、パネルは平板である。しかし、表示装置の用途によっては、装置の寸法制約により、平板の端面に向けて光源を配置できない場合があり、導光体を立体的な形状にする必要がある。

図９は立体的な形状を有する導光体を用いた表示装置の一例である。図１０は観察者側から見た導光体２１の展開図である。この表示装置は、光源２３ａ，２３ｂの点灯の切り換えで表示する絵柄を切り換える。

導光体２１の出射面となる表面２１ａに対向する裏面２１ｂには、光源２３ａに対応して絵柄を表示する複数のプリズム２４ａと、光源２３ｂに対応して絵柄を表示する複数のプリズム２４ｂが、形成されている。導光体２１のプリズム２４ａ，２４ｂが形成されている領域の外側には、光源２３ａの光をプリズム２４ａに導く立体導光路２５ａと、光源２３ｂの光をプリズム２４ｂに導く立体導光路２５ｂが一体に樹脂成形されている。

光源２３ａを点灯し、光源２３ｂを消灯した状態の図１０の光線２６，２７，２８は、光源２３ａから出射される光の光路を示している。光線２６，２７は複数のプリズム２４ａで反射し、表示したい絵柄を表示する。一方で、他方の光源２３ｂ側の立体形状方向に伝播する光線２８は、立体導光路２５ｂで複雑に反射を繰り返して光源２３ｂから出射された光のように振る舞い、複数のプリズム２４ｂで反射し、表示したくない絵柄を表示してしまう。

本発明は、前記課題を解決するもので、立体形状の導光体であっても、表示したくない絵柄を表示せず、綺麗に複数の絵柄を切り換えて表示できる表示装置を提供することを目的とする。

本発明の表示装置は、第１光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第１立体導光体と、第２光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第２立体導光体と、平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、前記第１立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第１側面とを、空気層を介して対向させて配置し、前記第２立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第２側面とを、空気層を介して対向させて配置し、複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズム表示される第２絵柄を、前記第１光源と第２光源の点灯の切り換えで切り換える、ことを特徴とする。

この構成によれば、平板導光体と立体導光体の間に設けられた空気層によって、平板導光体を伝播する光が、迷光の原因となる立体導光体へ入光することを防ぎ、表示したくない絵柄を表示せず綺麗な絵柄切り換え表示を実現できる。

本発明の実施の形態１の表示装置の斜視図 図１の表示装置を観察者側から見たときの展開図 プリズム形状の斜視図と観察者側から見たときの図 図３のプリズム（ｃ）の反射面の法線方向から観察した形状の説明図 本発明の実施の形態２の表示装置の平面図 同実施の形態の要部の分解平面図 本発明の実施の形態３の表示装置の斜視図 本発明の実施の形態４の表示装置の平面図 立体的な形状を有する導光体を用いた表示装置の一例 観察者側から見た図９の展開図

以下、本発明の各実施の形態を、図１から図８に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１〜図４は本発明の実施の形態１を示す。

この表示装置は、絵柄を表示する平板形状の平板導光体１と、平板導光体１まで光を導光する曲面形状を含む立体導光体２ａ，２ｂと、立体導光体に光を入光する光源３ａ，３ｂを有する。

平板導光体１は、可視光に対して透明な材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネートなど）で形成された平面形状が矩形形状で、観察者方向の第１主面１ａと、第１主面１ａと対向する第２主面１ｂと、第１主面１ａと第２主面１ｂの間の側面を有している。この側面は第１側面１ｃと第１側面１ｃに隣接した第２側面１ｄを有している。平板導光体１の第２主面１ｂには、第２主面１ｂで開口して第１側面１ｃに向かって窪んだ形状の複数のプリズム４ａと複数のプリズム４ｂが形成されている。プリズム４ａは第１側面１ｃから入射した光を反射して第１主面１ａから出射して第１絵柄を観察者に表示するように複数配置されている。プリズム４ｂは第２側面１ｄから入射した光を反射して第１主面１ａら出射して第２絵柄を観察者に表示するように複数配置されている。

なお、プリズム４ａ，４ｂの具体的な形状は図３（ａ）〜（ｆ）などを採用できる。図３（ａ）〜（ｆ）は観察者方向から見た場合の拡大斜視図で、半円錐、４面体、三角柱、舟形、三日月などでよい。図３（ａａ）は図３（ａ）の形状のプリズムを第１主面１ａの法線方向から観察した図を示している。図３（ｂｂ）〜（ｆｆ）は同様に、図３（ｂ）〜（ｆ）の形状のプリズムを第１主面１ａの法線方向から観察した図を示している。

図２ではプリズム４ａ，４ｂとして図３（ｃ）に示した三角柱形状に窪んだ場合を示している。プリズム４ａの反射面の法線を平板導光体１の第１主面１ａに投影した方向は、平板導光体１の第１側面１ｃの面内を向き、プリズム４ｂの反射面は平板導光体１の第２側面１ｄの面内を向いて配置されている。

図４は、三角柱形状に窪んだプリズム４ａを第１側面１ｃの法線方向から観察した状態を示す。プリズムの反射面の法線方向と概ね８０度以上の角度でプリズムの反射面に入射した反射光は、平板導光体１の第１主面１ａの内側の界面で全反射し、平板導光体１の中を伝播し、観察者側に出射されない。

立体導光体２ａは、一端２ａ１から入射した光源３ａの光を内部を伝搬させて他端２ａ２から出射させるように可視光に対して透明な材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネートなど）で形成されている。その形状は光源３ａからの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する側面形状である。なお、ここでいう概ね直交とは、７５度から１０５度の範囲をいう。

立体導光体２ｂは、一端２ｂ１から入射した光源３ｂの光を、内部を伝搬させて他端２ｂ２から出射させるように可視光に対して透明な材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネートなど）で形成され、その形状は光源３ｂからの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する側面形状である。なお、ここでいう概ね直交とは、７５度から１０５度の範囲をいう。

立体導光体２ａの出射面である他端２ａ２は、平板導光体１の第１側面１ｃとの間に、空気層５ａを介して対向させて配置されている。立体導光体２ｂの出射面である他端２ｂ２は、平板導光体１の第２側面１ｄとの間に、空気層５ｂを介して対向させて配置されている。空気層５ａ，５ｂの厚さＴは、具体的には、１ｎｍ以上０．５ｍｍ以下が望ましい。

図２において、光源３ａから立体導光体２ａに入射してその内部を伝搬して立体導光体２ａの側面の界面で反射して他端２ａ２から出射して、空気層５ａを介して平板導光体１の第１側面１ｃに入射する光線６や、光源３ａから立体導光体２ａに入射してその内部を伝搬して立体導光体２ａの側面の界面で反射することなしに他端２ｂ２から出射して、空気層５ｂを介して平板導光体１の第１側面１ｃに入射する光線７のうちで、プリズムの反射面の法線方向と概ね８０度未満の角度でプリズム４ａの反射面に入射した反射光は、平板導光体１の第１主面１ａの内側の界面で反射せずに平板導光体１の第１主面１ａから出射して第１絵柄を表示する。

光源３ａから立体導光体２ａに入射してその内部を伝搬して立体導光体２ａの側面の界面で反射せずに平板導光体１の第２側面１ｄに向かって伝搬する光線８は、立体導光体２ａの他端２ａ２から出射して、空気層５ａを介して更に屈折して平板導光体１の第１側面１ｃに入射する。平板導光体１の第２側面１ｄと立体導光体２ｂの他端２ｂ２との間には空気層５ｂが形成されているため、立体導光体２ａから平板導光体１の第２側面１ｃに向かう光線８は、第２側面１ｄの内側の界面で全反射し、平板導光体１の内部を伝搬して第２側面１ｄの内側の界面で全反射し、光線８は迷光の原因となる立体導光体２ｂへ入光しない。そして光線８はプリズム４ｂの反射面にその反射面の法線方向と８０度以上の角度で入射するため、光源３ａから出射する光を複数のプリズム４ｂで反射して第１主面１ａから出射せず、表示したくない第２絵柄を表示せず、綺麗な絵柄の切り換えを実現する。

ここでは光源３ａを点灯させて光源３ｂを消灯させた場合を説明したが、光源３ａを消灯させて光源３ｂを点灯させた場合には、表示したくない第１絵柄を表示せず、綺麗な第２絵柄を表示できる。

なお、平板導光体１と立体導光体２ａ，２ｂの間の空気層５ａ，５ｂの厚さＴは、導光体端面の表面粗さＲａ１ｎｍの鏡面仕上げである場合、１ｎｍ以上、立体導光体２ａ，２ｂから出射された光の平板導光体１への入光効率から０．５ｍｍ以下が望ましい。

ここでいうＲａとは、断面曲線の中心に線を引き、中心線によって得られた曲線上の総面積を長さＬで割った値である。空気層５ａ，５ｂの厚さＴが１ｎｍ未満になると、導光体が熱膨張した場合に変形による迷光で表示品位の劣化が生じる。また、空気層５ａ，５ｂの厚さＴが０．５ｍｍより大きいと、光源から出射される光を平板導光体１に十分入光することができず、輝度低下の不具合が生じる。

なお、図１と図２では平板導光体１の第１側面１ｃの側に空気層５ａを設け、平板導光体１の第２側面１ｄの側に空気層５ｂを設け、第１絵柄を表示する場合と、第２絵柄を表示する場合の何れの場合でも、迷光のない状態で綺麗に絵柄を表示させたが、平板導光体１の第２側面１ｄの側には空気層５ｂを設け、平板導光体１の第１側面１ｃの側に空気層５ａを設けずに立体導光体２ａの他端２ａ２を平板導光体１の第１側面１ｃに当接させる構成、または平板導光体１の第１側面１の側には空気層５ａを設け、平板導光体１の第２側面１ｄの側に空気層５ｂを設けずに立体導光体２ｂの他端２ｂ２を平板導光体１の第２側面１ｄに当接させる構成を採用することによって、第１絵柄または第２絵柄の一方だけでも、迷光のない状態で綺麗に絵柄を表示できる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示す。

この表示装置では、立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２にシボ加工や、レンズ形状の凹凸９を付与した。その他は実施の形態１と同じである。

シボ加工やレンズ形状の凹凸９は、主に光を拡散するために付与され、例えば、光線６，７が立体導光体２ａから出射される際、他端２ａ２で拡散され、立体導光体２ａの他端２ａ２が光源となり、平板導光体１に入射する光の配光を広げることで、複数のプリズムから出射する光の配光が広がり、観察者が広い角度から第１絵柄を視認できる。

また、光線８も同様に立体導光体２ａの他端２ａ２で拡散されるが、実施の形態１と同様に迷光を生む立体導光体２ｂには入光せず、綺麗な絵柄の切り換えを実現する。

上記の凹凸９の形状の深さと幅の具体的な範囲の一例は、シボ加工は１μｍ〜１００μｍ程度、レンズ形状は５μｍ〜３ｍｍ程度である。

（実施の形態３）
図６と図７は実施の形態３を示す。

実施の形態１では立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２は、平板導光体１の第１側面１ｃ，第２側面１ｄに当接していなかったが、この実施の形態３では立体導光体２ｂの他端２ｂ２の一部に、平板導光体１の第２側面１ｄに当接する位置決め凸部１０が設けられている。具体的には、位置決め凸部１０は、立体導光体２ｂの他端２ｂ２の両端に設けられており、立体導光体２ｂの位置決め凸部１０，１０の間の他端２ｂ２は、平板導光体１の第２側面１ｄに接触していない。そしてこの部分は平板導光体１の第２側面１ｄに厚さＴの空気層５ｂを介して対向している。

更に、位置決め凸部１０の先端で平板導光体１の第２側面１ｄとの当接面には、図７に示す分解図のようにシボ加工やレンズ形状の凹凸１１を付与することで、平板導光体１の第２側面１ｄと立体導光体２ｂの位置決め凸部１０，１０との実質的な接触面積を低減している。

この実施の形態３では立体導光体２ａの他端２ａ２には、立体導光体２ｂに設けた位置決め凸部１０を設けなかったが、位置決め凸部１０を立体導光体２ａの他端２ａ２にも設けることもできる。または立体導光体２ａの他端２ａ２だけに位置決め凸部１０を設けることもできる。

この実施の形態３では、平板導光体１と立体導光体２ａ，２ｂのうちの立体導光体２ａ，２ｂの少なくとも一方の側に位置決め凸部１０を設けた場合を説明したが、平板導光体１の第１側面１ｃの一部、または平板導光体１の第２側面２ｄの一部のうちの少なくとも一方に、立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２に当接する位置決め凸部１０を設け、更にその位置決め凸部１０の先端で立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２との当接面にシボ加工やレンズ形状の凹凸１１を付与することもできる。

上記の凹凸１１の形状の深さと幅の具体的な範囲の一例は、シボ加工は１μｍ〜１００μｍ程度、レンズ形状は５μｍ〜３ｍｍ程度である。

（実施の形態４）
図８は実施の形態４を示す。

図５に示した実施の形態２では立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２には、凹凸９を付与されており、この他端２ａ２，２ｂ２の全面が平板導光体１の第１側面１ｃ，第２側面１ｄに当接していなかったが、この実施の形態４では立体導光体２ａ，２ｂ他端２ａ２，２ｂ２の全面が平板導光体１の第１側面１ｃ，第２側面１ｄに当接している。その他は実施の形態２と同じである。

具体的には、立体導光体２ａの他端２ａ２に形成された凹凸９の先端が平板導光体１の第１側面１ｃに当接している。さらに、立体導光体２ｂの他端２ｂ２に形成された凹凸９の先端が平板導光体１の第２側面１ｄに当接している。そして平板導光体１の第１側面１ｃ，第２側面１ｄと、立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２の凹凸９の先端の間の谷部の間には、実施の形態１，２の空気層５ａ，５ｂと比べて小さいが同様の作用の多数の空気層５ａａ，５ｂｂが、他端２ａ２，２ｂ２の全面に形成されている。上記の凹凸９の形状の深さと幅の具体的な範囲の一例は、シボ加工は１μｍ〜１００μｍ程度、レンズ形状は５μｍ〜３ｍｍ程度である。

この実施の形態４では立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２の凹凸９を平板導光体１の第１側面１ｃ，第２側面１ｄに当接させたが、例えば、平板導光体１の第１側面１ｃと立体導光体２ａの他端２ａ２との間には実施の形態１，２と同様に空気層５ａを形成し、平板導光体１の第２側面１ｄと立体導光体２ａの他端２ｂ２との間に空気層５ｂｂを設けるように、立体導光体２ａ，２ｂの一方に設けた凹凸９だけを平板導光体１に当接させて構成することもできる。

本発明は、光透過材料の導光材に入射する光を切り換えて絵柄を切り換える表示装置を備えた各種の電子機器の高性能化に寄与する。

１ 平板導光体
１ａ 平板導光体１の第１主面
１ｂ 平板導光体１の第２主面
１ｃ 平板導光体１の第１側面
１ｄ 平板導光体１の第２側面
２ａ 立体導光体（第１立体導光体）
２ｂ 立体導光体（第２立体導光体）
２ａ１ 立体導光体２ａの一端
２ａ２ 立体導光体２ａの他端
２ｂ１ 立体導光体２ｂの一端
２ｂ２ 立体導光体２ｂの他端
３ａ 光源（第１光源）
３ｂ 光源（第２光源）
４ａ プリズム（第１プリズム）
４ｂ プリズム（第２プリズム）
５ａ，５ｂ 空気層
Ｔ 空気層５ａ，５ｂの厚さ
６，７，８ 光線
９ 立体導光体２ａ，２ｂの他端２ａ２，２ｂ２の凹凸
１０ 位置決め凸部
１１ 位置決め凸部１０の先端の凹凸

Claims (9)

1. 第１光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第１立体導光体と、
   第２光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第２立体導光体と、
   平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、
   前記第１立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第１側面とを、空気層を介して対向させて配置し、
   前記第２立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第２側面とを、空気層を介して対向させて配置し、
   複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズムで表示される第２絵柄を、前記第１光源と第２光源の点灯の切り換えで切り換える、
   表示装置。
2. 第１光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第１立体導光体と、
   第２光源からの光を入光する面の法線と、導光した光を出射する面の法線とが直交または概ね直交する第２立体導光体と、
   平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、
   前記第１立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第１側面とを、空気層を介して対向させて配置し、
   前記第２立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第２側面とを当接させて配置し、
   複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズムで表示される第２絵柄を、前記第１光源と第２光源の点灯の切り換えで切り換える、
   表示装置。
3. 前記概ね直交するとは、７５度から１０５度の範囲である、
   請求項１または２に記載の表示装置。
4. 複数の前記第１プリズムの反射面の法線を前記平板導光体の第１主面に投影した方向は、前記平板導光体が有する前記第１側面の面内を向き、
   複数の前記第２プリズムの反射面は前記平板導光体が有する第２側面の面内を向く、
   請求項１または２に記載の表示装置。
5. 前記空気層の厚さは、１ｎｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記第１立体導光体と第２立体導光体の少なくとも一方の前記導光した光を出射する面に、シボ加工やレンズ形状の凹凸を付与したことを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 一端から導入した第１光源の光を伝搬させて他端から出射する第１立体導光体と、
   一端から導入した第２光源の光を伝搬させて他端から出射する第２立体導光体と、
   平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、
   前記第１立体導光体の前記他端と前記平板導光体の前記第１側面が空気層を介して対向して配置され、
   前記第２立体導光体の前記他端と前記平板導光体の前記第２側面が空気層を介して対向して配置され、
   複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズムで表示される第２絵柄を、前記第１光源と前記第２光源の点灯の切り換えで切り換えるようにされ、
   前記第１立体導光体の前記他端の一部に前記平板導光体の前記第１側面に当接する位置決め凸部を設け、または前記第２立体導光体の前記他端の一部に、前記平板導光体の前記第２側面に当接する位置決め凸部を設け、
   前記位置決め凸部の先端にシボ加工やレンズ形状の凹凸を付与したことを特徴とする、
   表示装置。
8. 一端から導入した第１光源の光を伝搬させて他端から出射する第１立体導光体と、
   一端から導入した第２光源の光を伝搬させて他端から出射する第２立体導光体と、
   平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、
   前記第１立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第１側面とを、空気層を介して対向させて配置し、
   前記第２立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第２側面とを当接させて配置し、
   複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズムで表示される第２絵柄を、前記第１光源と前記第２光源の点灯の切り換えで切り換える、
   表示装置。
9. 一端から導入した第１光源の光を伝搬させて他端から出射する第１立体導光体と、
   一端から導入した第２光源の光を伝搬させて他端から出射する第２立体導光体と、
   平面形状が矩形で、第１主面とこの第１主面と対向する第２主面の間の第１側面と第２側面を有し、第１側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第１プリズムが前記第２主面に形成され、第２側面から導入した光を前記第１主面に向けて反射する複数の第２プリズムが前記第２主面に形成された平板導光体とを設け、
   前記第１立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第１側面と、前記第２立体導光体の光を出射する面と前記平板導光体の第２側面とのうち、
   前記第１立体導光体の光を出射する面と前記第２立体導光体の光を出射する面の少なくとも一方にシボ加工やレンズ形状の凹凸を付与し、
   前記凹凸を介して第１立体導光体または第２立体導光体を前記平板導光体に当接させ、
   複数の前記第１プリズムで表示される第１絵柄と複数の前記第２プリズムで表示される第２絵柄を、前記第１光源と前記第２光源の点灯の切り換えで切り換える、
   表示装置。

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