JP7174920B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を導光体内で伝播させて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、導光板の複数の端面から入射する光源を切り替え、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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、平板形状の導光板に、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た構成が開示されている。

また、光源からの光の一部を透過させるシートを用いて、絵柄を表示させる表示装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２には、ＬＥＤからの光を意匠シートに照射するようにした構成が開示されている。

特許第６３８０７３９号公報 特開２０１７－４４７４５号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、導光板内を伝播する光のうち、プリズムで反射する一部の光しか出射することができず、暗い表示となってしまうという問題がある。

また、特許文献２の発明では、表示面積の大きい意匠の場合に、意匠全体に光を伝播することができないという問題がある。また、一般的には、４個以上の複数個のＬＥＤを配置する必要があり、各ＬＥＤからの光線が重なることで、輝度の分布や光強度が不均一になるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示面積の大きい意匠であっても、少ない光源で明るく均一に意匠を表示できる表示装置を提供することにある。

本開示は、光源と、該光源からの光を伝播する導光体と、該導光体から出射した光の全部又は一部を透過する光透過シートとを備えた表示装置を対象としている。そして、前記導光体は、前記光源からの光が入射される入射面と、該導光体の内部を伝播した光が出射される出射面と、該入射面に入射した光を該出射面に全反射で伝播させる第１反射面及び第２反射面とを有し、前記導光体における前記出射面と直交する面の断面は、略Ｌ字形状であり、前記光透過シートは、前記導光体から出射した光を透過する透過部と、光を遮光する遮光部とを有し、前記第１反射面又は前記第２反射面のうち少なくとも一方の面は、伝播中の光を全反射させる全反射空間を有し、前記光源の光軸と直交する平面に前記全反射空間を投影したときに、該光源が該全反射空間と重なっている。

本開示に係る表示装置では、絵柄の明るさを均一にするように形状が調整された全反射空間が、導光体に配置されている。

本開示によれば、導光体が複雑な形状であっても、全反射空間を配置することで、きれいな意匠を表示できる。

本実施形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 導光体の構成を示す斜視図である。 全反射空間が設けられた導光体における光の振る舞いを示す斜視図である。 全反射空間が設けられた導光体における光の振る舞いを示す平面図である。 光軸と直交する平面に全反射空間を投影した図である。 光軸と直交する平面に全反射空間を投影した図である。 光軸と直交する平面から全反射空間がずれている状態を示す図である。 光透過シートを＋Ｚ方向から見た図である。 図７のｃ－ｃ’断面の光強度分布を示すグラフ図である。 全反射空間が設けられていない導光体における光の振る舞いを示す斜視図である。 表示装置を＋Ｚ方向から見た図である。 図１０のｃ－ｃ’断面の光強度分布を示すグラフ図である。 全反射空間が略三角形状であるときの平面図である。 全反射空間が多角形であるときの平面図である。 全反射空間が円形状であるときの平面図である。 全反射空間が楕円形状であるときの平面図である。 全反射空間が導光体の底板を貫通していない構成を示す側面断面図である。 本変形例１に係る導光体の構成を示す斜視図である。 図１４のｃ－ｃ’断面の光強度分布を示すグラフ図である。 全反射空間が設けられていないＬ字形状の導光体の構成を示す斜視図である。 図１６のｃ－ｃ’断面の光強度分布を示すグラフ図である。 本変形例２に係る導光体の構成を示す斜視図である。 導光体の構成を示す平面図である。 導光体の構成を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１及び図２に示すように、表示装置１０は、導光体１と、表示したい意匠の形状の透過部２１を有する光透過シート２と、第１光源３と、第２光源４とを備えている。

導光体１は、１つの平面形状の底板における２つの端面に、他の２つの平面形状の側壁板の端面がそれぞれ接続された形状であるＬ字の立体導光体である。導光体１は、可視光に対して透明な材料、例えば、ＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）やポリカーボネート等で構成されている。

図３にも示すように、導光体１は、入射面１１と、出射面１２と、第１反射面１３と、第２反射面１４と、第１側面１６と、第２側面１７とを有する。導光体１の底板における２つの端面から立設する２つの側壁板の端面は、屈曲部１９によって連続的に繋がっている。

入射面１１には、第１光源３及び第２光源４からの光が入射される。第１反射面１３及び第２反射面１４は、第１光源３及び第２光源４からの光を導光体１内で全反射によって伝播させる。出射面１２は、導光体１内を伝播する光を光透過シート２の方向に出射させる。第１反射面１３及び第２反射面１４には、全反射空間１８が設けられている。

なお、以下の説明では、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１２の法線方向をＺ軸プラス方向とし、第１側面１６の法線方向の反対方向を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。

導光体１において、入射面１１の法線と、出射面１２の法線とは概ね直交方向を向いた略直交に設定されている。本実施形態において、略直交とは、二法線のなす角度が６０度以上、１２０度以下であることを意味する。

図１及び図２に示すように、光透過シート２は、導光体１から照射される光を透過する透過部２１と、光を遮光する遮光部２２とを有する。そして、表示装置１０を＋Ｚ方向から視認すると、透過部２１の形状が意匠として表示されるようになっている。

なお、光を透過する透過部２１は、光拡散シートや白インク印刷などによって形成され、照射する光を拡散する機能を有している。遮光部２２は、黒インク印刷やミラー蒸着などによって形成され、＋Ｚ方向に光を透過しない機能を有している。

このような構成とすれば、第１光源３及び第２光源４からの光のほぼ全てを高効率で透過部２１に導くことができ、意匠が大きく、光源数が少ない場合であっても明るい表示を実現できる。

以下、全反射空間１８が設けられた導光体１における光の振る舞いについて、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５に示すように、第１光源３及び第２光源４から出射する光線群５０は、導光体１内を伝播して出射面１２から出射される。全反射空間１８は、第１光源３と第２光源４を結ぶ線の中心を通り、且つ直交する光軸Ｂ上に配置されている。全反射空間１８は、第１反射面１３及び第２反射面１４と略直交する第１側面１８Ａと第２側面１８Ｂを有する。

ここで、「光軸Ｂ上」とは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光軸Ｂと直交する平面に全反射空間１８を投影した場合に、少なくとも全反射空間１８の一部が、光軸Ｂ及び第１反射面１３の法線を含む平面と重なっていることを意味する。つまり、図６Ｃのように、全反射空間１８が光軸Ｂからずれている場合を含まないものとする。

これにより、図４及び図５に示すように、第１光源３及び第２光源４から出射し、導光体１の屈曲部１９に向かう光は、全反射空間１８で反射することとなる。そのため、導光体１の形状が、レンズ効果を生じるような屈曲部１９を有する複雑な場合であっても、屈曲部１９で光が集光されるのを抑えることができる。その結果、出射面１２から均一に光を照射して、図７及び図８に示すように、光透過シート２を均一に照射することができ、綺麗な意匠を表示できる。

以下、比較例として、全反射空間１８が設けられていない導光体１における光の振る舞いについて、図９を用いて説明する。図９に示すように、第１光源３及び第２光源４から出射する光線群５０は、導光体１内を伝播して出射面１２から出射される。このとき、光線群５０は、導光体１の屈曲部１９のレンズ効果によって集光して、光透過シート２を不均一に照射することとなる。その結果、図１０に示すように、観測者が＋Ｚ方向から視認すると、ｃ－ｃ’の断面の光強度に、明暗の分布が生じることとなる（図１１参照）。

このように、本実施形態の表示装置１０によれば、導光体１に全反射空間１８を設け、光透過シート２の透過部２１の明部（図１０参照）に集光する光の方向を変えることで、導光体１の屈曲部１９に導光する光が集光するのを抑え、透過部２１の暗部（図１０参照）に導くことができる。

なお、全反射空間１８の第１側面１８Ａ及び第２側面１８Ｂは、曲面でもよく、曲面の場合は、光の反射方向を広げることで明部と暗部の境界を目立たなくすることができる。

また、本実施形態では、観測者が＋Ｚ方向から見た場合の全反射空間１８を、図１２Ａで示す略三角形状で説明したが、例えば、四角形以上の多角形（図１２Ｂ参照）、円形状（図１２Ｃ参照）、楕円形状（図１２Ｄ参照）でもよい。また、各辺は、直線でも曲線であってもよい。

また、本実施形態では、全反射空間１８が導光体１の底板を貫通した構成について説明したが、例えば、図１３に示すように、－Ｙ方向から見た場合に、全反射空間１８の全体又は一部が、導光体１の底板を貫通していない形状であってもよい。

《変形例１》
図１４に示すように、導光体１は、１つの平面形状の底板における１つの端面に、１つの平面形状の側壁板の端面が接続されたＬ字の立体導光体で構成されている。

導光体１は、入射面１１と、出射面１２と、第１反射面１３と、第２反射面１４とを有する。入射面１１には、１つの光源５からの光が入射される。第１反射面１３及び第２反射面１４は、光源５からの光を導光体１内で全反射によって伝播させる。導光体１内を伝播する光は、出射面１２から出射される。第１反射面１３及び第２反射面１４には、全反射空間１８が設けられている。

このように、本変形例１の導光体１は、光軸及び第１反射面１３の法線を含む平面において、入射面１１の法線と出射面１２の法線が略直交となる単純なＬ字形状に形成されている。

ここで、光源５から出射する光は、導光体１内を伝播して出射面１２から出射される。全反射空間１８は、光源５の光軸上に配置されている。導光体１内を伝播する光の一部は、全反射空間１８で反射する。これにより、出射面１２から均一に光を照射することができる（図１５参照）。

以下、比較例として、全反射空間１８が設けられていないＬ字形状の導光体１について説明する。図１６に示すように、光源５から出射する光は、導光体１内を伝播して出射面１２から出射される。このとき、光は、光軸上が最も明るくなるように、出射面１２から不均一に照射される。その結果、図１６のｃ－ｃ’の断面の光強度に、明暗の分布が生じることとなる（図１７参照）。

このように、Ｌ字形状の導光体１においても、全反射空間１８を設けることで、光軸上に光が集光するのを抑え、出射面１２から均一に光を照射することができる。

《変形例２》
図１８～図２０に示すように、導光体１は、円盤状の底板の周縁に側壁部が立設した形状の立体導光体で構成されている。

導光体１の底板には、３つの光源収納部２５が設けられている。光源収納部２５には、光源５が収納されている。３つの光源５は、周方向に等間隔で配置されている。光源５は、導光体１の径方向外方に向かって光を出射するように配置されている。

光源収納部２５の側壁は、光源５から出射された光が入射される入射面１１を構成している。導光体１は、入射面１１と、出射面１２と、第１反射面１３と、第２反射面１４とを有する。第１反射面１３及び第２反射面１４は、光源５からの光を導光体１内で全反射によって伝播させる。導光体１内を伝播する光は、出射面１２から出射される。第１反射面１３及び第２反射面１４には、全反射空間１８が設けられている。全反射空間１８は、３つの光源５の光軸上にそれぞれ配置されている。

そして、光源５から出射されて導光体１内を伝播する光の一部は、全反射空間１８で反射する。これにより、出射面１２から均一に光を照射することができる。

本開示は、例えば、入射面の法線と出射面の法線が略直交となるＬ字の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 導光体
２ 光透過シート
３ 第１光源
４ 第２光源
５ 光源
１０ 表示装置
１１ 入射面
１２ 出射面
１３ 第１反射面
１４ 第２反射面
１８ 全反射空間
２１ 透過部
２２ 遮光部

Claims (3)

1. 第１光源と、第２光源と、該第１光源及び該第２光源からの光を伝播する導光体と、該導光体から出射した光の全部又は一部を透過する光透過シートとを備えた表示装置であって、
   前記導光体は、前記第１光源及び前記第２光源からの光が入射される入射面と、該導光体の内部を伝播した光が出射される出射面と、該入射面に入射した光を該出射面に全反射で伝播させる第１反射面及び第２反射面とを有し、
   前記導光体における前記出射面と直交する面の断面は、略Ｌ字形状であり、
   前記光透過シートは、前記導光体から出射した光を透過する透過部と、光を遮光する遮光部とを有し、
   前記第１反射面又は前記第２反射面のうち少なくとも一方の面は、伝播中の光を全反射させる全反射空間を有し、
   前記全反射空間は、前記第１光源と前記第２光源を結ぶ線と直交し、且つ該第１光源と該第２光源を結ぶ線の中点を通る光軸上に配置され、
   前記光軸と直交する平面に前記全反射空間を投影したときに、該光軸が該全反射空間と重なっていることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１において、
   前記入射面の法線と前記出射面の法線とが直交していることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記全反射空間は、三角形以上の多角形であることを特徴とする表示装置。

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