JP7002039B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、光源からの光を導光体内で伝播させ、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用いて、光の入射方向に応じた絵柄を表示させる表示装置が提案されている（特許文献１）。

また、描画の輪郭を綺麗に表示する方法として、インクジェット装置などの印刷機においてドットの座標補正が提案されている（特許文献２）。

特許第４７４１１４２号公報 特開２００８－２００９８０号公報

特許文献１に開示された表示装置では、導光体として平板形状のパネル（導光板）が用いられている。パネル（導光板）には、文字等の絵柄を表示するためのプリズムとなる微細構造の集合体が配置されている。プリズムの集合体は、通常、隣り合うプリズム同士の中心（重心）間の距離が均等になるように配置されている。

ところで、表示装置の用途によっては、装置の寸法制約により、平板形状のパネルの側端面に向けて光源を配置できない場合があり、その場合は、導光板を屈曲部を持つ立体的な形状にする必要がある。

立体導光板では導光板内を伝播する光が屈曲部で反射されて集光されてしまうため、表示される絵柄に明暗が生じてしまう。このため、微細プリズムの大きさを調整して、絵柄の明るさを均一にする必要がある。

しかし、後に詳述するように、導光板において、例えば特許文献２に開示されている方法のインクドットをプリズム（微細構造）に置き換えたような配置を行うと、微細構造の大きさ調整に起因して絵柄の輪郭が歪んでしまうという問題が生じる。

本開示は、以上に述べた課題を解決するものであって、例えば立体形状の導光板などを用いて表示される絵柄の明るさを均一にするために微細構造の大きさを調整した場合であっても、絵柄の輪郭を綺麗に表示できる表示装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本開示に係る表示装置は、光源と導光体とを備えた表示装置であって、導光体は、光源からの光が入射される第１面と、導光体中を伝播した光が出射される第２面と、第２面と対向する第３面とを有している。第３面には、第２面から出射される光によって所定の絵柄が表示されるように複数の微細構造が配置されている。複数の微細構造は、所定の絵柄の輪郭に沿って配置された複数の第１微細構造と、複数の第１微細構造に囲まれた少なくとも１つの第２微細構造とを含む。複数の第１微細構造は、少なくとも１つの第３微細構造と、第３微細構造と異なる大きさに調整された少なくとも１つの第４微細構造とを含む。「第４微細構造と、複数の第１微細構造のうち輪郭に沿った第１方向において第４微細構造と隣り合う微細構造との距離」を「ＰＬ」とし、「第４微細構造と、複数の第１微細構造のうち輪郭に沿った第２方向において第４微細構造と隣り合う微細構造との距離」を「ＰＲ」とし、「第４微細構造の代わりに第３微細構造を配置したと仮定した場合における当該第３微細構造と、当該第３微細構造と隣り合う第２微細構造との距離」を「Ｌ０」とし、「第４微細構造と、第４微細構造と隣り合う第２微細構造との距離」を「Ｌ１」としたとき、第４微細構造が第３微細構造よりも小さければ、Ｌ０＜Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲであり、第４微細構造が第３微細構造よりも大きければ、Ｌ０＞Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲである。

本開示に係る表示装置によると、絵柄の明るさを均一にするように大きさが調整された微細構造が、表示したい絵柄の輪郭に沿うように補正配置される。

本開示によれば、表示される絵柄の明るさ調整のために微細構造の大きさを変化させた場合であっても、微細構造が絵柄の輪郭に沿うように補正配置されるので、絵柄の輪郭を綺麗に表示できる。

図１Ａは実施形態に係る表示装置の斜視図である。 図１Ｂは図１Ａに示す表示装置を－Ｚ方向（光学面側）から見た展開図である。 図２Ａは参考例に係る表示装置を＋Ｘ方向から見た模式図である。 図２Ｂは参考例に係る表示装置の光学面に配置された微細構造を＋Ｘ方向から見た拡大模式図である。 図２Ｃは参考例に係る表示装置を＋Ｚ方向（観察者側）から見た展開模式図である。 図３は比較例において微細構造の大きさを調整した様子を示す図である。 図４は実施形態において微細構造を小さく調整した場合の微細構造の配置位置の補正方法を示す図である。 図５は実施形態において微細構造を大きく調整した場合の微細構造の配置位置の補正方法を示す図である。 図６Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図６Ｂは図６Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。 図７Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図７Ｂは図７Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。 図８Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図８Ｂは図８Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。 図９Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図９Ｂは図９Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。 図１０Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図１０Ｂは図１０Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。 図１１Ａは本開示に係る表示装置の微細構造の形状の一例を示す斜視図である。 図１１Ｂは図１１Ａに示す微細構造を観察者側から見た図である。

以下、本開示の実施形態に係る表示装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１Ａは、第１の実施形態に係る表示装置（絵柄を表示する立体導光板を用いた表示装置）の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す表示装置を後述する－Ｚ方向（光学面側）から見た展開図である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態の表示装置は、可視光に対して透明な材料（例えばＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）、ポリカーボネートなど）からなり、屈曲部１ａを有する立体導光板１と、光源２とを備えている。立体導光板１は、立体導光板１内を伝播してきた光の出射面１１と、出射面１１の裏面側に出射面１１と平行に配置された（つまり出射面１１と対向する）光学面１２と、光源２からの光が入射される入光面１３とを有する。

光学面１２には、光源２から立体導光板１内を伝播してきた光を出射面１１の方向に反射する複数の微細構造３が設けられている。複数の微細構造３によって所定の絵柄４（例えば三角形）が表示される。複数の微細構造３は、絵柄４の輪郭に沿って配置された複数の微細構造（第１微細構造）と、複数の第１微細構造に囲まれた少なくとも１つの微細構造（第２微細構造）とを含む。また、複数の第１微細構造は、大きさが調整されていない少なくとも１つの微細構造（第３微細構造）と、第３微細構造と異なる大きさに調整された少なくとも１つの微細構造（第４微細構造）とを含む。

本実施形態で光学面１２に設けられる微細構造３は、例えば円錐形状の切り欠き穴であってもよい。この場合、絵柄４の輪郭に配置される微細構造３は、その大きさによらず、光学面１２における切り欠き穴の縁が絵柄４の輪郭に内接するように配置されていてもよい。

尚、本実施形態の立体導光板１において、入光面１３の法線と、出射面１１の法線とは概ね同じ方向を向いた略平行に設定されている。本開示において、二法線が略平行とは、二法線のなす角度が１５度以下であることを意味する。

また、本実施形態の説明でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交座標系を用いる場合、Ｚ軸方向を出射面１１と垂直な方向（光学面１２から出射面１１に向かう方向をＺ軸プラス方向）とし、屈曲部１ａから微細構造３の集合体に向かう方向をＹ軸プラス方向とする右手系のＸＹＺ直交座標系を用いるものとする。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、立体導光板を用いた表示装置によって絵柄を表示する際の課題を示している。具体的には、図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示す表示装置において微細構造の大きさ調整を行わなかった場合（参考例に係る表示装置）における＋Ｘ方向から見た透視模式図であり、図２Ｂは、参考例に係る表示装置の光学面１２に配置された微細構造を＋Ｘ方向から見た拡大模式図であり、図２Ｃは、参考例に係る表示装置を＋Ｚ方向（出射面側つまり観察者側）から見た展開模式図である。

図２Ａに示すように、光源２から出射した光２０は入光面１３から立体導光板１内に入射し、立体導光板１内を全反射しながら伝播していく。しかし、立体導光板１内に屈曲部１ａがあるため、屈曲部１ａでの反射によって光２０は集光され、その後、出射面１１と光学面１２との間を反射しながら伝播していく。このため、光学面１２にはＹ方向の光照度分布に強弱が生じてしまう。

また、図２Ｂに示すように、光学面１２に設けられた微細構造３での光２０の全反射によって、立体導光板１内を伝播してきた光は出射面１１から＋Ｚ方向に出射される。しかし、光学面１２のＹ方向の光照度分布に強弱があるため、図２Ｃに示すように、出射面１１から出射される光によって表示される絵柄４のＹ方向の輝度分布にも強弱が生じる。その結果、観察者が絵柄４を見ると明暗を感じてしまう。

図３は、比較例として、図２Ｃに示す輝度分布の明暗を無くすために特定の微細構造３の大きさを調整した後に、各微細構造３を、隣接する微細構造３の中心間の距離がほぼ均等となるように配置した様子を示している。

図３に示すように、比較例においては、表示したい絵柄４の輪郭（破線）に対して、観察者が実際に見る絵柄５の輪郭（一点鎖線）に歪みが生じている。

図４は、本実施形態において絵柄の明るさ調整のために特定の微細構造を小さく調整する場合における各微細構造の配置位置の補正方法を示す図である。尚、図４では、説明を分かりやすくするために、絵柄４の輪郭に含まれる鈍角に内接配置される円錐形状の微細構造を対象として、当該鈍角領域の絵柄４の表示輝度を低くするために、当該対象微細構造の大きさを小さくする場合を例としている。

図４に示すように、絵柄４のコーナーに配置される微細構造７の大きさは、他の微細構造８、９、１０と比べて小さく調整されている。微細構造８、９は、絵柄４の輪郭に内接配置されている。また、微細構造１０は、絵柄４の内部に配置されており、微細構造７～９等の絵柄４の輪郭を構成する複数の微細構造に囲まれている。尚、図４には、大きさを調整する前の微細構造６（細かい破線）を絵柄４のコーナーに内接配置した様子を合わせて示している。

ここで、大きさ調整前の微細構造６の円錐底面の半径をｒ０とし、大きさ調整後の微細構造７の円錐底面の半径をｒ１とする。また、微細構造７の円錐底面中心と、絵柄４の輪郭に沿った第１方向（図４では左方向）で微細構造７と隣り合う微細構造８の円錐底面中心との間の距離をＰＬとし、微細構造７の円錐底面中心と、絵柄４の輪郭に沿った第２方向（図４では右方向）で微細構造７と隣り合う微細構造９の円錐底面中心との間の距離をＰＲとする。さらに、微細構造６の円錐底面中心と微細構造１０の円錐底面中心との距離をＬ０とし、微細構造７の円錐底面中心と微細構造１０の円錐底面中心との距離をＬ１とする。

尚、微細構造間の距離の基準として、円錐底面中心に代えて、例えば円錐重心を用いてもよい。

そして、本実施形態においてｒ０＞ｒ１となるように微細構造を小さく調整する場合は、Ｌ０＜Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲの関係（第１関係）が満たされるように、各微細構造の配置位置を補正する。ここで、絵柄４の輪郭を構成する微細構造（図４では微細構造７～９）は、絵柄４の輪郭に接するように、つまり、各微細構造となる円錐形状の切り欠き穴の縁が絵柄４の輪郭に内接するように配置されている。

図４に示す微細構造の配置補正によると、絵柄４の特定領域の輝度を低くするように大きさが小さく調整された微細構造７が、表示したい絵柄４の輪郭に沿うように補正配置されるので、絵柄４の輪郭を綺麗に表示できる。

図５は、本実施形態において絵柄の明るさ調整のために特定の微細構造を大きく調整する場合における各微細構造の配置位置の補正方法を示す図である。尚、図５では、説明を分かりやすくするために、絵柄４の輪郭に含まれる鈍角に内接配置される円錐形状の微細構造を対象として、当該鈍角領域の絵柄４の表示輝度を高くするために、当該対象微細構造の大きさを大きくする場合を例としている。

図５に示すように、絵柄４のコーナーに配置される微細構造７の大きさは、他の微細構造８、９、１０と比べて大きく調整されている。微細構造６、８～１０の配置や、記号ｒ０、ｒ１、ＰＬ、ＰＲ、Ｌ０、Ｌ１の定義は図4に示す場合と同様である。

本実施形態においてｒ０＜ｒ１となるように微細構造を大きく調整する場合は、Ｌ０＞Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲの関係（第２関係）が満たされるように、各微細構造の配置位置を補正する。ここで、絵柄４の輪郭を構成する微細構造（図５では微細構造７～９）は、絵柄４の輪郭に接するように、つまり、各微細構造となる円錐形状の切り欠き穴の縁が絵柄４の輪郭に内接するように配置されている。

図５に示す微細構造の配置補正によると、絵柄４の特定領域の輝度を高くするように大きさが大きく調整された微細構造７が、表示したい絵柄４の輪郭に沿うように補正配置されるので、絵柄４の輪郭を綺麗に表示できる。

以上に説明したように、本実施形態の微細構造の配置補正を実施することによって、立体導光板１での輝度分布の明暗の影響を少なくするために微細構造３の大きさを変更して絵柄４の明るさを調整した場合においても、絵柄４の輪郭を綺麗に表示できる表示装置を提供することができる。

尚、本実施形態において、絵柄４の輪郭内部に配置される微細構造３については、隣り合う微細構造３間の距離が均等になるように配置してもよい。例えば、絵柄４の輪郭内部に配置される微細構造３を、当該微細構造３と隣接し且つ絵柄４の輪郭に沿って配置された微細構造３（複数）との距離が均等になるように配置してもよい。ここで、均等とは、互いに隣り合う微細構造３の中心同士を結ぶ線分によって構成される三角形や四角形等の多角形について、各辺の長さの差異が±２０％以内であることを意味するものとする。

また、本実施形態において、微細構造３の形状として円錐を例に説明したが、微細構造３の形状は特に限定されるものではない。微細構造３の形状は、例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すような半円錐、図７Ａ及び図７Ｂに示すような４面体（本開示においては底面を除いて４つの反射面を持つ形状を意味するものとする）、図８Ａ及び図８Ｂに示すような三角柱、図９Ａ及び図９Ｂ若しくは図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような舟形、又は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すような三日月形などであってもよい。ここで、微細構造３の形状に関わらず、微細構造３の一部が表示したい絵柄４の輪郭に内接していてもよい。あるいは、表示したい絵柄４の形状やサイズによっては、微細構造３の一部が絵柄４の輪郭に外接していてもよいし、微細構造３の中心や重心が絵柄４の輪郭上に位置するように配置してもよい。

また、本実施形態において、微細構造３として、光学面１２に切り欠き穴を設けたが、微細構造３は凹部に限られるものではなく、例えば光散乱層や屈折率差を持つテープなどからなる凸部を微細構造３として光学面１２に設けてもよい。

また、本実施形態において、曲げ角約９０度の屈曲部１ａを有する立体導光板１を用いたが、屈曲部１ａの曲げ角は特に限定されるものではない。ここで、屈曲部１ａの曲げ角が７５度以上、１０５度以下であると、屈曲部１ａでの集光に起因して輝度ムラ（明暗差）が大きくなるので、本実施形態の微細構造の配置補正による効果が大きい。

また、本実施形態において、光源２からの光が入射する入光面１３の法線と、導光された光が出射される出射面１１の法線とが略平行な立体導光体１を用いたが、立体導光体１に代えて、平板導光板を用いてもよい。すなわち、平板導光板を用いた場合であっても、輝度分布の明暗の影響を少なくするために微細構造の大きさを調整する際には、本実施形態と同様の微細構造の配置補正を行うことによって、絵柄の輪郭を綺麗に表示できる表示装置を提供することができる。

また、導光体を用いた表示装置においては、表示する絵柄のサイズが小さくなるにつれて、観察者は僅かな絵柄の歪みを認識しやすくなる。このため、表示したい絵柄のサイズが小さくなるに従って、特に、表示したい絵柄のサイズが縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ以下（３０ｍｍ四方以下）と小さい場合に、本実施形態の微細構造の配置補正による効果が大きくなる。

以上に述べた実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図するものではなく、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

本開示は、例えば立体的な形状を持つ導光板を用いて絵柄を表示する表示装置などに有用である。

１ 立体導光板
１ａ 屈曲部
１１ 出射面
１２ 光学面
１３ 入光面
２ 光源
２０ 光
３ 微細構造
４ 絵柄
５ 観察者が実際に見る絵柄
６ 大きさ調整前の微細構造
７ 大きさ調整後の微細構造
８ 絵柄の輪郭に沿って配置された微細構造
９ 絵柄の輪郭に沿って配置された微細構造
１０ 絵柄の輪郭内部に配置された微細構造

Claims (6)

1. 光源と導光体とを備えた表示装置であって、
   前記導光体は、前記光源からの光が入射される第１面と、前記導光体中を伝播した前記光が出射される第２面と、前記第２面と対向する第３面とを有し、
   前記第３面には、前記第２面から出射される前記光によって所定の絵柄が表示されるように複数の微細構造が配置されており、
   前記複数の微細構造は、前記所定の絵柄の輪郭に沿って配置された複数の第１微細構造と、前記複数の第１微細構造に囲まれた少なくとも１つの第２微細構造とを含み、
   前記複数の第１微細構造は、少なくとも１つの第３微細構造と、前記第３微細構造と異なる大きさに調整された少なくとも１つの第４微細構造とを含み、
   前記第４微細構造と、前記複数の第１微細構造のうち前記輪郭に沿った第１方向において前記第４微細構造と隣り合う微細構造との距離をＰＬとし、
   前記第４微細構造と、前記複数の第１微細構造のうち前記輪郭に沿った第２方向において前記第４微細構造と隣り合う微細構造との距離をＰＲとし、
   前記第４微細構造の代わりに前記第３微細構造を配置したと仮定した場合における当該第３微細構造と、当該第３微細構造と隣り合う前記第２微細構造との距離をＬ０とし、
   前記第４微細構造と、前記第４微細構造と隣り合う前記第２微細構造との距離をＬ１としたとき、
   前記第４微細構造が前記第３微細構造よりも小さければ、Ｌ０＜Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲであり、
   前記第４微細構造が前記第３微細構造よりも大きければ、Ｌ０＞Ｌ１且つＰＬ＝ＰＲである、表示装置。
2. 請求項１において、前記導光体は、前記第１面の法線と前記第２面の法線とのなす角度が１５度以下の立体導光板である、表示装置。
3. 請求項１において、前記導光体は、前記第１面の法線と前記第２面の法線とが直交する平板導光板である、表示装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項において、
   前記複数の微細構造の形状は、円錐、半円錐、４面体、三角柱、舟形又は三日月である、表示装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項において、
   前記第２微細構造は、前記複数の第１微細構造のうち当該第２微細構造と隣り合う各微細構造との距離が均等になるように配置されている、表示装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項において、
   前記所定の絵柄の寸法は、３０ｍｍ四方以下である、表示装置。

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