JP7228838B2

JP7228838B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP7228838B2
Application number: JP2019101571A
Authority: JP
Inventors: 要介荒木; 和政高田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-02-27
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP2020194759A

Description

本発明は、文字や図形、絵柄等の情報を表示する表示装置に関する。

文字や図形、絵柄等の情報を表示する表示装置として、例えば、特許文献１に、透明な導光板と、導光板の端面に光を入射させるＬＥＤ等の光源とを備えた表示装置が開示されている。導光板の端面に入射した光は、導光板の内部を伝搬して、導光板の反射面に形成されたプリズムで反射されて、反射面と向かい合う出射面から出射する。このとき、複数のプリズムを所定の位置に配置することによって、プリズムの集合体として、文字や図形、絵柄等の情報が表示される。

ここで、光源を隠すために、導光板の出射面側に、隠蔽板を配置することがある。隠蔽板は、出射面から出射する光を透過させて情報を表示する透光部と、透光部よりも低い光透過率を有し、光源を隠す遮光部とを有する。

特開２０１６－１８０８２３号公報

特許文献１に開示された表示装置において、光源から導光板の端面に入射した光は、導光板の内部を伝搬する際、導光板の厚み分だけ光の伝播角が大きくなる。伝搬角が大きくなると、伝搬した光がプリズムで反射する際、プリズムからの光の出射角が大きくなる。そのため、表示する文字や図形等の輪郭が不鮮明になり、ぼやけて見えるという問題が生じる。

以下、この問題を、図８及び図９を参照しながら説明する。

図８に示すように、表示装置は、ＬＥＤなどの光源１０１と、導光板１０２と、隠蔽板１０６とを備えている。光源１０１から導光板１０２に入射した光１０４は、反射面１０２ａに設けられたプリズム１０３で反射され、反射面１０２ａと向かい合う出射面１０２ｂから出射される。隠蔽板１０６は、出射面１０２ａから出射された光を透過させる散乱性を有する透光部１０７と、透光部１０７よりも光透過率が低い遮光部１０８とを有する。

導光板１０２から出射した出射光１０５は、透光部１０７の点１０９に入射し、点１０９で散乱透過することにより、透過散乱光１１０が生じる。これにより、導光板１０２を隠蔽板１０６側から見た時、点１０９が光っているように見える。

ところで、図９に示すように、導光板１０２に入射した光は、プリズム１０３に向かって進む光１０４と伝搬角度の違う光１０４'が存在する。光１０４'は、光１０４とは異なる方向からプリズム１０３に入射し、プリズム１０３では、光１０４と異なる方向に反射される。そのため、光１０４'による出射光１０５'が透光部１０７に入射する点１０９'は、光１０４による出射光１０５が透光部１０７に入射する点１０９と異なる。その結果、互いに離れた点１０９、１０９'で、透過散乱光１１０、１１０'が生じる。

すなわち、導光板１０２を隠蔽板１０６側から見た時、互いに離れた点１０９、１０９’が光っているように見える。このように、一つのプリズム１０３で反射された光が、透光部１０７において複数箇所で光っているように見えるため、プリズムの集合体として表示される文字や図形、絵柄等の輪郭がぼやけることになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、表示する文字や図形等の輪郭が鮮明で、見栄えのよい表示装置を提供することにある。

本発明に係る表示装置は、入射端面から入射した光を、反射面に設けられたプリズムで反射させ、反射面と向かい合う出射面から出射させる導光板と、導光板の入射端面に光を入射させる光源とを備え、反射面または出射面の少なくとも一方の面であって、入射端面から入射した光が、反射面または出射面で全反射されない領域の少なくとも一部に、入射端面から入射した光を吸収する吸収部、または、入射端面から入射した光を屈折させて、導光板の外部に出射する屈折部が設けられている。

本発明によれば、表示する文字や図形等の輪郭が鮮明で、見栄えのよい表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における表示装置の構成を模式的に示した断面図である。隠蔽板の平面図である。導光板を隠蔽板側から見た平面図である。導光板の反射面に設けられた複数のプリズムの集合体を示した図である。光源から導光板に入射した光の伝搬角度と、導光板の出射面における光の反射との関係を模式的に示した断面図である。本発明の他の実施形態における表示装置を模式的に示した断面図である。図６において屈折部が設けられた部分を拡大して示した断面図である。従来の表示装置の構成を示した断面図である。従来の表示装置の問題点を説明した断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における表示装置の構成を模式的に示した断面図である。

図１に示すように、本実施形態における表示装置１は、導光板３の入射端面３ｃに光を入射させる光源２と、入射端面３ｃから入射した光を、反射面３ａに設けられたプリズム４で反射させ、反射面３ａと向かい合う出射面３ｂから出射させる導光板３とを備えている。また、導光板３の出射面３ｂ側には、隠蔽板６が配置されている。隠蔽板６は、図２の平面図に示すように、出射面３ｂから出射する光を透過させる散乱性を有する透光部７と、透光部７よりも光透過率が低い遮光部８とを有する。

図３は、導光板１０２を隠蔽板６側から見た平面図である。導光板３の反射面３ａに文字Ｂが形成されている。ここで、文字Ｂは、図４に示すように、導光板３の反射面３ａに配置された複数のプリズム４の集合体により形成されている。

本実施形態では、図１に示すように、入射端面３ｃ側の反射面３ａ及び出射面３ｂに、入射端面３ｃから入射した光を吸収する吸収部５が設けられている。入射端面３ｃから入射した光のうち、伝播角が小さい光１０は、吸収部５で吸収されることなく、導光板３内を伝播し、プリズム４で反射して、出射面３ｂから出射光１２として出射される。一方、伝播角が大きい光１１は、吸収部５で吸収されて、プリズム４まで伝搬しない。そのため、プリズム４で反射されて、出射面３ｂから出射される出射光１２の出射角が小さくなる。その結果、導光板３の出射面３ｂ側に隠蔽板６を配置した場合でも、表示する文字や図形等の輪郭を鮮明にすることができる。

図５は、光源２から導光板３に入射した光の伝搬角度と、導光板３の出射面３ｂにおける光の反射との関係を模式的に示した断面図である。

図５に示すように、光源２から伝搬角αで導光板３に入射した光Ｌ_１は、導光板３の出射面３ｂに入射角θで入射する。そして、出射面３ｂで、一部は反射光Ｌ_１'として反射し、一部は、屈折光Ｌ_１''として、導光板３の外部に出射する。伝搬角αが小さくなると、導光板３の出射面３ｂに入射する入射角θが大きくなる。そして、入射角θが臨界角θ_０で入射した光Ｌ_２は、屈折角が９０°の屈折光Ｌ_２''のみとなる。さらに、臨界角θ_０より大きな入射角θで入射した光Ｌ_３は、導光板３の出射面３ｂで全反射して、反射光Ｌ_３'のみとなる。

ここで、臨界角θ_０は、導光板３の材質の屈折率をｎ_０とし、導光板３の周囲にある物質（一般的には空気）の屈折率をｎ_１とすると、以下の式（１）で表される。

ｓｉｎθ_０＝ｎ_１／ｎ_０・・・（１）
例えば、導光板３の材質をアクリル、導光板３の周辺の物質を空気とすると、ｎ_０は約１．４９、ｎ_１は１となるため、臨界角θ_０は、約４２°となる。この場合、伝搬角α（α＝９０°－θ）は、約４８°となる。従って、入射角θが４２°よりも大きい光、すなわち、伝搬角αが４８°より小さい光は、導光板３内を全反射して伝搬することとなる。

逆に言えば、図５に示すように、出射面３ｂにおいて、入射角θが以下の式（２）を満たす領域Ａで反射された光は、伝搬角αが大きいため、プリズム４に到達する光の角度広がりが大きくなる。

ｓｉｎθ≦ｎ_１／ｎ_０・・・（２）
本実施形態では、入射端面３ｃから入射した光が、出射面３ｂで全反射されない領域Ａ（入射角θが上記式（２）を満たす領域）に、図１に示すように、入射端面３ｃから入射した光を吸収する吸収部５を設けたことを特徴とする。これにより、伝播角αの大きな光を吸収部５で吸収することができるため、プリズム４に到達する光の角度広がりを抑制できる。その結果、表示する文字や図形等の輪郭がぼけるのを抑制することができる。

なお、吸収部５は、必ずしも、入射角θが上記式（２）を満たす領域Ａの全域に設ける必要はなく、領域Ａの少なくとも一部に設けられていればよい。また、吸収部５は、出射面３ｂだけでなく、反射面３ａにも設けられていてもよい。また、反射面３ａまたは出射面３ｂの少なくとも一方の面に設けられていてもよい。

吸収部５は、光を吸収する材質で構成されていれば、特に限定されないが、例えば、反射面３ａまたは出射面３ｂの表面に、水性ウレタン樹脂、ＮＡＤ（Aqueous Dispersion）アクリル樹脂、カーボンブラック等の材質からなる吸収層を塗布することによって形成することができる。

図６は、本発明の他の実施形態における表示装置を模式的に示した断面図である。

図６に示すように、本実施形態における表示装置１は、図１に示した表示装置１において、反射面３ａまたは出射面３ｂに吸収部５を設ける代わりに、入射端面３ｃから入射した光を屈折させて、導光板３の外部に出射する屈折部９が設けられている点が異なる。なお、本実施形態において、屈折部９以外の構成は、図１に示した表示装置１と同じであるため、説明は省略する。

本実施形態では、図６に示すように、入射端面３ｃから入射した光のうち、伝播角が小さい光１０は、屈折部９で屈折されることなく、導光板３内を伝播し、プリズム４で反射して、出射面３ｂから出射光１２として出射される。一方、伝播角が大きい光１１は、後述するように、ほとんどが屈折部９で屈折して、導光板３の外部に出射されるため、プリズム４まで伝搬しない。そのため、プリズム４で反射されて、出射面３ｂから出射する光の出射角が小さくなる。その結果、導光板３の出射面３ｂ側に隠蔽板６を配置した場合でも、表示する文字や図形等の輪郭を鮮明にすることができる。

図７は、図６において屈折部９が設けられた部分を拡大して示した断面図である。

図７に示すように、出射面３ｂの表面において、入射端面３ｃから入射した光が、出射面３ｂで全反射されない領域Ａ（上記式（２）を満たす領域）に、傾斜面９ａ、９ｂが形成されている。ここで、傾斜面９ａ、９ｂは、それぞれ屈折部９を構成する。

本実施形態において、傾斜面９ａ、９ｂの各中心における垂線Ｖ_１、Ｖ_２と、傾斜面９ａ、９ｂの各中心と光源２とを結ぶ線Ｌ_１、Ｌ_２とのなす角度γ_１、γ_２は、いずれも２０°以下である。ここで、角度２０°は、上記式（１）で示した臨界角θ_０より小さい値として設定されている。例えば、導光板３の材質をアクリル、導光板３の周辺の物質を空気とすると、臨界角θ_０は約４２°となり、角度２０°は、臨界角θ_０の約１／２になっている。また、角度γ_１、γ_２は、光源２から出射した光が、線Ｌ_１、Ｌ_２に沿って傾斜面９ａ、９ｂに入射したときの入射角に相当するものである。

例えば、光源２から出射した光Ｌ_１は、傾斜面９ａに角度γ_１の入射角で入射する。そして、傾斜面９ａで、一部は反射光Ｌ_１'として反射し、一部は、屈折光Ｌ_１''として、導光板３の外部に出射する。ここで、幾何光学でよく知られているように、入射角が小さい場合、それぞれの物質の屈折率差で規定される透過率で光が透過する。例えば、導光板３の材質をアクリル、導光板３の周囲の物質を空気とすると、入射角が２０°以下の場合、透過率は９０％以上となる。従って、傾斜面９ａに入射した光Ｌ_１の９０％程度は、屈折光Ｌ_１''として導光板３の外部に出射し、１０％程度の反射光Ｌ_１'しか導光板１０２内を伝搬していかない。

同様に、光源２から出射した光Ｌ_２は、傾斜面９ｂに角度γ_２の入射角で入射する。そして、傾斜面９ｂで、一部は反射光Ｌ_２'として反射し、一部は、屈折光Ｌ_２''として、導光板３の外部に出射する。ここで、傾斜面９ｂの傾斜角が、傾斜面９ａの傾斜角と同じ場合、角度γ_２は、角度γ_１より大きくなる。しかしながら、角度γ_２が、２０°以下であれば、傾斜面９ｂに入射した光Ｌ_２は、傾斜面９ａに入射した光Ｌ_１と同様に、９０％程度は、屈折光Ｌ_２''として導光板３の外部に出射し、１０％程度の反射光Ｌ_２'しか導光板１０２内を伝搬していかない。なお、角度γ_２が２０°を超える場合には、傾斜面９ｂの傾斜角を、角度γ_２が２０°以下になるように調整すればよい。

本実施形態によれば、入射端面３ｃから入射した光のうち、伝播角が大きい光は、ほとんどが領域Ａに設けられた屈折部９で屈折して、導光板３の外部に出射されるため、プリズム４まで伝搬しない。そのため、プリズム４で反射されて、出射面３ｂから出射する光の出射角が小さくなる。その結果、導光板３の出射面３ｂ側に隠蔽板６を配置した場合でも、表示する文字や図形等の輪郭を鮮明にすることができる。

本実施形態において、屈折部９は、必ずしも、入射角θが上記式（２）を満たす領域Ａの全域に設ける必要はなく、領域Ａの少なくとも一部に設けられていればよい。また、屈折部９は、出射面３ｂだけでなく、反射面３ａにも設けられていてもよい。また、反射面３ａまたは出射面３ｂの少なくとも一方の面に設けられていてもよい。また、屈折部９は、複数の屈折部で構成されていてもよい。屈折部９の傾斜面９ａ、９ｂは、例えば、導光板３の反射面３ａまたは出射面３ｂを切削加工または成形加工することによって形成することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、導光板３の材質としてアクリルを例示したが、これに限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニール、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、アクリル、ポリアミド、ポリーカーボネード、テフロン（登録商標）等を用いることができる。また、上記実施形態では、導光板３の出射面３ｂ側に隠蔽板６を配置した表示装置を例示したが、隠蔽板６が設けられていなくてもよい。

１表示装置
２光源
３導光板
３ａ反射面
３ｂ出射面
３ｃ入射端面
４プリズム
５吸収部
６隠蔽板
７透光部
８遮光部
９屈折部
９ａ、９ｂ傾斜面

Claims

入射端面から入射した光を、反射面に設けられたプリズムで反射させ、前記反射面と向かい合う出射面から出射させる導光板と、
前記導光板の入射端面に光を入射させる光源と、
を備えた表示装置であって、
前記反射面または前記出射面の少なくとも一方の面であって、前記入射端面から入射した光が、前記反射面または前記出射面で全反射されない領域の少なくとも一部に、前記入射端面から入射した光を吸収する吸収部、または、前記入射端面から入射した光を屈折させて、前記導光板の外部に出射する屈折部が設けられている、表示装置。
前記入射端面から入射した光の前記反射面または前記出射面に対する入射角をθとしたとき、前記反射面または前記出射面で全反射されない領域は、入射角θが、以下の式（１）を満たす領域である、請求項１に記載の表示装置。
ｓｉｎθ≦ｎ_１／ｎ_０・・・（１）
ここで、ｎ_０は、前記導光板の周辺にある物質の屈折率、ｎ_１は前記導光板の材質の屈折率である。
前記吸収部は、前記反射面または前記出射面の表面に形成された吸収層で構成されている、請求項１または２に記載の表示装置。
前記屈折部は、前記反射面または前記出射面の表面に形成された傾斜面で構成されており、前記傾斜面の中心における垂線と、前記傾斜面の中心と前記光源とを結ぶ線とのなす角度が２０°以下である、請求項１または２に記載の表示装置。
前記屈折部は、複数の屈折部で構成されている、請求項４に記載の表示装置。
前記導光板の前記出射面側に配置され、該出射面から出射する光を透過させる散乱性を有する透光部と、該透光部よりも光透過率が低い遮光部とを有する隠蔽板をさらに備えている、請求項１～５の何れかに記載の表示装置。