JPH07199838A - 光ファイバ−利用表示物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバ−を利用した広角的な表示装置を
開発する。 【構成】 本発明表示装置は、表面から０．１〜１．０
ｍｍの肉厚を有する拡散層２ａを保って、該拡散層２ａ
の下に、頭部を中心角度θが１００〜１３０度の範囲の
円錐形に形成したファイバ−孔３を穿設し、裏面に反射
層５を設けた透明又は半透明性の合成樹脂板で表示板２
を配し、該表示板２のファイバ−孔３に光ファイバ−７
を挿入すると共に、該円錐形のファイバ−孔先端と光フ
ァイバ−とで形成される空隙部に透明性の接着剤を無気
泡状態に充填して接着剤層４を形成して構成される。こ
の結果、極めて広角的な表示装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、標識、道路標識、誘導
灯、警告灯、サイン灯、広告看板、装飾板等の光ファイ
バ−を利用した表示物に関し、更に詳細には、表示板の
光を従来より広い角度から視認することのできる表示物
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表示装置については発光ダイオ−
ドを光源としたものについての光を拡散させる技術とし
て、（ａ）発光ダイオ−ドまたは前面レンズに、光を拡
散または集中させ光の指向性を変える少なくとも２つの
光制御部を設けた照明または表示装置（実公平２−８３
３５号公報）や、（ｂ）魚眼状のレンズカットのＬＥＤ
光源の中心照射角度に対応する位置に夫々の区画の中心
から外周部に向かい補正傾斜角を増すようにした補助カ
ットが施され、且つ、区画の境界部では補正傾斜角にオ
−バ−ラップが設けられて、視野角度の広い視認性に優
れるＬＥＤ鉄道踏切用灯具（実公平３−１８４４号公
報）が提案されている。

【０００３】しかし、光ファイバ−を利用してかかる表
示装置を製作しようとすると、光ファイバ−の発光の方
向性（配光特性）が非常に狭く、真正面を０度とし左右
に分度した場合、左右±２５程度までは高い輝度を保つ
が、それを越えて±４５度程度では１／２以下に低下
し、±４５度以上では殆ど見えない状況となる。従っ
て、広い角度から視認が必要な道路標識や、避難誘導の
ための標識等の各種標識に利用するには、死角が発生し
てしまい、又、広告看板や装飾板に利用する場合にも、
需要者に訴える表示範囲が限定され、利用効率が悪いと
いう欠点があった。従って、光ファイバ−を利用した表
示装置は、現実には殆ど利用されていないのが現状であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は斯かる実情に
基づき、光ファイバ−を利用した表示装置を開発せんと
するもので、従来の狭い視野角を約１８０度附近にまで
高めることを第一の目的とし、更に、表示板として用い
るアクリル樹脂等の合成樹脂及び光ファイバ−の端面が
粗面となり光が散乱して利用効率が悪いという問題を解
決することを第二の目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明表示装置は、表面
から０．１〜１．０ｍｍの肉厚を有する拡散層を保っ
て、該拡散層の下に、頭部を中心角度が１００〜１３０
度の範囲の円錐形に形成したファイバ−孔を穿設し、裏
面に反射層を設けた透明又は半透明性の合成樹脂板で表
示板を配し、該表示板のファイバ−孔に光ファイバ−を
挿入すると共に、該円錐形のファイバ−孔頭部と光ファ
イバ−とで形成される空隙部に透明性の接着剤を無気泡
状態に充填し、該光ファイバ−に光源を連結して成るこ
とを特徴として構成される。

【０００６】

【作用】光源部を発した光は、光ファイバ−内を透過
し、先端から前方に向って放射され、一旦透明性の接着
剤層を経て、表示板の拡散層に入射する。該表示板を構
成する透明又は半透明性合成樹脂の屈折率１．４〜１．
６に従って屈折し、且つ、頭部の形状が中心角１００〜
１３０の円錐形なので、入射角が拡散方向で、対向側の
上下左右に３６０度の範囲で偏向なく広がって放射さ
れ、この結果、光ファイバ−の発光の方向性が広がり、
左右及び上下方向に向って格段に広角的な配光特性を得
る。反射層は、外部に出ることなく内部に洩溢した光を
外側に再放射して、光の利用効率を高める。

【０００７】

【実施例】以下、実施例を基に本発明を説明すると、図
１及び図２に示す如く、避難誘導用の標識に利用した場
合を例に説明すると、装置全体は、大略、表示部１と、
光ファイバ−７及び光源部８とから成る。

【０００８】該表示部１は、表示板２と接着剤層４と反
射板５及び裏板６とから成り、先ず、表示板２は、アク
リル樹脂と呼ばれるポリメチルメタクリレ−トや、スチ
レンアクリロニトリル、ポリカ−ボネ−ト、ポリスチレ
ン等の透明又は半透明性の合成樹脂を用い、一般的には
厚み２〜１０ｍｍ程度の表示板としての物理的強度を保
つ厚みとし、必要に応じて着色を施す。

【０００９】次ぎに、表示板２は、図３及び図４に示す
如く、その裏側に光ファイバ−７を挿入する為のファイ
バ−孔３を穿設し、そのファイバ−孔３の先端に円錐形
頭部３ａを形成し、該円錐形頭部３ａの中心角を１００
〜１３０度、最も望ましくは１１０度に形成する。該表
示板２に利用する透明性の合成樹脂は、その屈折率が、
例えばアクリル樹脂でｎD＝１．４９２で、ポリスチレ
ンがｎD＝１．５９〜１．６０であり、だいたいが１．
４０〜１．６０の範囲に入り、これを円錐形に形成する
と、光ファイバ−６からの光を広く分散させる広角の配
光特性を獲得する。即ち、光ファイバ−７からの光が表
示板２に入射すると、表示板を構成する素材の屈折率に
従って、ｎ＝ｓｉｎθ₁／ｓｉｎθ₂ （θ₁：入射角 θ
₂ ：屈折角）の法則で屈折し、その入射に際し、ファイ
バ−孔７の先端を円錐形頭部３ａとすると入射角の変換
により分散方向に変更し、且つ、その放射方向が対向側
の上下左右に３６０度の範囲で偏向なく広がる構造とな
る。

【００１０】且つ、その円錐形頭部３ａと表示板２表面
との間ａには、０．１〜１．０ｍｍの厚さで拡散層２ａ
を形成する。なぜなら、上記円錐形頭部３ａによって、
拡散方向に入射した光を最も望ましい形で放射させるに
は、拡散層２ａを適正な厚みに設定して、放射光の輝度
を一定以上に保つ必要があるからで、１．０ｍｍ以上の
厚みにすると光ファイバ−からの光が過度に分散し淡い
光となって輝度が不足し、逆に、０．１ｍｍ以下にする
と層としての物理的強度が保てないからである。

【００１１】又、反射板５は、光ファイバ−７から出で
表示板の裏側に溢出した光を前面に反射させて光効率を
向上させようとするもので、アルミニウム箔等の反射効
率が高いものを利用し、その貼付する箇所は、後述の裏
板６との対比を用いて絵図を浮き上がらせる場合には、
その絵図に沿って反射板５を形成する。

【００１２】更に、裏板６は、表示板２に描いた表示図
形を浮き立たせる為に用いるもので、表示板２及び反射
板５とは異なる、色彩、明度等の着色を施した板材を用
い、合成樹脂が一般的であるが、金属等その素材を問わ
ない。

【００１３】次ぎに、該ファイバ−孔３に装着する光フ
ァイバ−７は、上記屈折率の大きなコア７ａと屈折率の
小さなクラッド７ｂとを組合せたものの外、屈折率が中
心が高く外へいくにつれて放物線的に小さくなるものと
の２態様があり、そのいずれを用いても良い。又、その
素材にはガラス製のファイバ−と合成樹脂製のファイバ
−とがあり、ガラス製は透過性に優れ、合成樹脂製は柔
軟性に富む等の特性があり目的に合わせて選択する。
又、その太さも各種あり、直径８ｍｍ前後のものが一般
的であり、かかる標準サイズを用いるのが経済的である
が、勿論、目的に合わせて、細いものから太いものまで
自由に採択できる。

【００１４】更に、上記ファイバ−孔３の円錐形頭部３
ａと光ファイバ−７との間の空隙部には、透明性の接着
剤を無気泡状態に充填して接着剤層４を形成し、光ファ
イバ−６と表示板の円錐形頭部３ａとを空隙のない連続
体に形成する。これは、円錐形頭部３ａを穿孔する際、
ドリルで研削する合成樹脂の端面は、粗面となり、その
結果光の透過率が落ちた曇ガラス状になるからで、これ
に液状接着剤を粗面に沿わせて充填することで、粗面の
凹凸が平滑化し、光の透過性を向上させる為である。か
かる接着剤層４は、透明性で、且つ、溶剤飛散型の硬化
によらず、主剤と硬化剤との混合による反応性型の接着
剤を用いるのが望ましく、例えば、常温硬化型エポキシ
樹脂系接着剤（商品名セメダインＥＰ−３３０）を用い
ることができる。

【００１５】更に、光源部８は、発光ダイオ−ド、白色
光電球等を光源とし、該光源を光ファイバ−７を束ねた
端部に向けて集光し、ファイバ−繊維へと伝える。又、
該光源部８は、太陽光を利用する態様を採ることがで
き、太陽電池と蓄電池とを組合せた電源に発光ダイオ−
ドを連結したり、太陽光線をレンズで集光してそれを直
接光ファイバ−７に送ることもできる。

【００１６】その製造方法を説明すると、先ず、透明又
は半透明性合成樹脂の表示板２を所望の寸法に裁断し、
その表示板の裏側から先端角を１００〜１３０度とした
ドリルで、０．１〜１．０ｍｍの肉厚で拡散層２ｂを残
してファイバ−孔３を穿孔する（図６Ａ，Ｂ参照）。該
ドリルの歯先は可及的に精度の高い平滑面とするのが良
く、、又、拡散層２ａを一定厚みで残す為に、高さ調整
自在なボ−ル盤等で穿孔する。次いで、反応型の透明性
液状接着剤の主剤と硬化剤とを混合し、脱泡して無気泡
状態とし、これを上記ファイバ−孔３の先端部に挿添す
る（図７Ｃ参照）。脱泡は、泡の混入が光の進行を妨げ
る為で、硬化の進行する前の液状の内に、加熱又は真空
吸引すれば容易に脱泡される。更に、未だ接着剤の硬化
する前に、光ファイバ−７の先端７ｃをファイバ−孔３
に装着し、そのまま固定して表示板と光ファイバ−とを
接着剤層４で一体的に形成する（図７Ｄ参照）。最後
に、斯かる光ファイバ−７を一本に束ねて、光ファイバ
−７の終端部を光源部８の光源に臨ませて製作を完了す
る。

【００１７】本実施例の作用を説明すると、例えば、避
難誘導用の矢印を表示する標識を作製する場合、先ず、
光源部７のスイッチをｏｎすると、該光源部７を出た光
は、クラッド７ｂに反射されつつコア７ａ内を進行し、
屈折を繰返しつつファイバ−７内を透過する。

【００１８】そして、光ファイバ−７の先端７ｃに到達
すると、そこから前方に向って光が放射され、一旦透明
性の接着剤層４を経て、表示板２の拡散層２ａに入射す
る。該表示板２に入射すると、表示板２を構成する透明
又は半透明性合成樹脂の屈折率１．４〜１．６に従って
屈折し、且つ、円錐形頭部３ａの形状に従って、入射角
が拡散方向で、対向側の上下左右に３６０度の範囲で偏
向なく広がって放射される（図５参照）。この結果、光
ファイバ−からの発光の配光特性が変化し、左右及び上
下方向に向って格段に広角的な発光特性を得ることがで
き、表及び図に示すと表１及び図８の通りであった。

【表１】

【００１９】又、円錐形頭部３ａの中心角θを変えて目
視による感性試験をした結果を示すと表２の通りであ
る。

【表２】 この結果、円錐形頭部３ａの中心角θは、１００度〜１
２０度の範囲で実用可能で、最も望ましくは１１０度で
あることを確認した。

【００２０】さて、上記円錐形頭部３ａの形状と同時
に、拡散層２ａに入射した光は同層内を進行し、遂には
表示板２の表面から拡散方向に屈折して放射されるが、
その際、拡散層２ａは０．１〜１．０ｍｍに形成されて
いるので、拡散が過度にならず、一定以上の強い輝度を
保って放射される。因みに、拡散層２ａを１．０ｍｍ以
上とすると、輝度が失われ、全体的に暗い感じとなって
表示機能が不十分となる。

【００２１】ところで、円錐形頭部３ａは、穿孔の際ド
リル等で研削すると合成樹脂の端面が粗面となり、曇ガ
ラス状になり光の透過率が大きく落込む。しかし、透明
性の接着剤層４を挿添すると、液状樹脂が粗面に流れ込
んで凹凸を埋めて界面をきれいな平滑面としてしまい、
接着剤層４と円錐形頭部３ａとが空隙のない連続体とな
り、光の透過性が格段に向上する。この効果は、反対側
の光ファイバ−７の先端７ｃにも同様に作用する。

【００２２】又、拡散層２ａに入射した光の多くは、上
述の通り拡散層２ａから外側に放射されるが、その一部
は内側に屈折し、反対側に戻ってくる。その光が反射層
５に当ると、反射作用によって戻され、表示板２から外
側に放射されるので、洩溢する光の無駄が省かれ、光の
利用効率が向上する。

【００２３】更に、裏板６は、表示板２及び反射板４と
は異なる、色彩、明度等の着色を施したので、表示板２
に描いた表示図形を対比的に浮き立たせることができ、
表示機能を一層向上させる。

【００２４】更に、その製造方法は、合成樹脂製の表示
板２にボ−ル盤等でドリル穿孔して簡単にファイバ−孔
３を形成でき、その孔の先端に脱泡した透明性接着剤を
挿添し、その接着剤層４に光ファイバ−の先端７ｃを装
着して一体的に硬化させれば良いので、量産が容易とな
る。

【００２５】

【発明の効果】以上の構成及び作用に基づく本発明は、
従来の光ファイバ−の狭い配光特性を改善して、真正面
から±８０度附近まで極めて広角的で、且つ、その左右
及び上下方向に３６０度に放射でき、道路標識、誘導標
識等の標識及びサイン灯や広告灯等に広く応用が可能と
なる極めて有益な効果を奏する。又、光ファイバ−を利
用して、単一光源で多数個の発光表示ができるので、簡
潔で経済的な装置となる。更に、その製造も量産が簡単
に図れる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体斜視図。

【図２】本発明装置の側面図。

【図３】本発明装置の要部を示す一部切欠縦断面図。

【図４】本発明表示部及びファイバ−孔を示す一部従断
面図。

【図５】本発明装置の作用を示す模式的縦断面図。

【図６】本発明装置の製造方法を示す断面図で、（Ａ）
はファイバ−孔の穿孔工程、（Ｂ）は穿孔後の状態を示
す。

【図７】本発明装置の製造方法を示す断面図で、（Ｃ）
は接着剤層と光ファイバ−とを結合させる工程、（Ｄ）
は完成した状態を示す。

【図８】本発明装置による配光曲線図。

【符号の説明】

１ 表示部 ２ 表示板 ２ａ 円錐形頭部 ２ｂ 拡散層 ３ ファイバ−孔 ３ａ 空隙部 ４ 接着剤層 ５ 反射板 ６ 裏板 ７ 光ファイバ− ８ 光源部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年２月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】次ぎに、表示板２は、図３及び図４に示す
如く、その裏側に光ファイバー７を挿入する為のファイ
バー孔３を穿設し、そのファイバー孔３の先端に円錐形
頭部３ａを形成し、該円錐形頭部３ａの中心角を１００
〜１３０度、最も望ましくは１１０度に形成する。該表
示板２に利用する透明性の合成樹脂は、その屈折率が、
例えばアクリル樹脂でｎＤ＝１．４９２で、ポリスチレ
ンがｎＤ＝１．５９〜１．６０であり、だいたいが１．
４０〜１．６０の範囲に入り、これを円錐形に形成する
と、光ファイバー７からの光を広く分散させる広角の配
光特性を獲得する。即ち、光ファイバー７からの光が表
示板２に入射すると、表示板を構成する素材の屈折率に
従って、ｎ＝ｓｉｎθ_１／ｓｉｎθ_２ （θ_１：入射角
θ_２：屈折角）の法則で屈折し、その入射に際し、フ
ァイバー孔３の先端を円錐形頭部３ａとすると入射角の
変換により分散方向に変更し、且つ、その放射方向が対
向側の上下左右に３６０度の範囲で偏向なく広がる構造
となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】次ぎに、該ファイバー孔３に装着する光フ
ァイバー７は、上記屈折率の大きなコア７ａと屈折率の
小さなクラッド７ｂとを組合せたものの外、屈折率が中
心が高く外へいくにつれて放物線的に小さくなるものと
の２態様があり、そのいずれを用いても良い。又、その
素材にはガラス製のファイバーと合成樹脂製のファイバ
ーとがあり、ガラス製は透過性に優れ、合成樹脂製は柔
軟性に富む等の特性があり目的に合わせて選択する。
又、その太さも各種あり、目的に合わせて、細いものか
ら太いものまで自由に採択できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】更に、上記ファイバー孔３の円錐形頭部３
ａと光ファイバー７との間の空隙部３ｂには、透明性の
接着剤を無気泡状態に充填して接着剤層４を形成し、光
ファイバー７と表示板の円錐形頭部３ａとを空隙のない
連続体に形成する。これは、円錐形頭部３ａを穿孔する
際、ドリルで研削する合成樹脂の端面は、粗面となり、
その結果光の透過率が落ちた曇ガラス状になるからで、
これに液状接着剤を粗面に沿わせて充填することで、粗
面の凹凸が平滑化し、光の透過性を向上させる為であ
る。かかる接着剤層４は、透明性で、且つ、溶剤飛散型
の硬化によらず、主剤と硬化剤との混合による反応性型
の接着剤を用いるのが望ましく、例えば、常温硬化型エ
ポキシ樹脂系接着剤（商品名セメダインＥＰ−３３０）
を用いることができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】その製造方法を説明すると、先ず、透明又
は半透明性合成樹脂の表示板２を所望の寸法に裁断し、
その表示板の裏側から先端角を１００〜１３０度とした
ドリルで、０．１〜１．０ｍｍの肉厚で拡散層２ａを残
してファイバー孔３を穿孔する（図６Ａ，Ｂ参照）。該
ドリルの歯先は可及的に精度の高い平滑面とするのが良
く、、又、拡散層２ａを一定厚みで残す為に、高さ調整
自在なボール盤等で穿孔する。次いで、反応型の透明性
液状接着剤の主剤と硬化剤とを混合し、脱泡して無気泡
状態とし、これを上記ファイバー孔３の先端部に挿添す
る（図７Ｃ参照）。脱泡は、泡の混入が光の進行を妨げ
る為で、硬化の進行する前の液状の内に、加熱又は真空
吸引すれば容易に脱泡される。更に、未だ接着剤の硬化
する前に、光ファイバー７の先端７ｃをファイバー孔３
に装着し、そのまま固定して表示板と光ファイバーとを
接着剤層４で一体的に形成する（図７Ｄ参照）。最後
に、斯かる光ファイバー７を一本に束ねて、光ファイバ
ー７の終端部を光源部８の光源に臨ませて製作を完了す
る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】本実施例の作用を説明すると、例えば、避
難誘導用の矢印を表示する標識を作製する場合、先ず、
光源部８のスイッチをｏｎすると、該光源部８を出た光
は、クラッド７ｂに反射されつつコア７ａ内を進行し、
屈折を繰返しつつファイバー７内を透過する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】又、拡散層２ａに入射した光の多くは、上
述の通り拡散層２ａから外側に放射されるが、その一部
は内側に屈折し、反対側に戻ってくる。その光が反射板
５に当ると、反射作用によって戻され、表示板２から外
側に放射されるので、洩溢する光の無駄が省かれ、光の
利用効率が向上する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】更に、裏板６は、表示板２及び反射板５と
は異なる、色彩、明度等の着色を施したので、表示板２
に描いた表示図形を対比的に浮き立たせることができ、
表示機能を一層向上させる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】 １ 表示部 ２ 表示板２ａ 拡散層 ３ ファイバー孔３ａ 円錐形頭部 ３ｂ 空隙部 ４ 接着剤層 ５ 反射板 ６ 裏板 ７ 光ファイバー７ａ コア ７ｂ クラッド ７ｃ 先端 ８ 光源部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面から０．１〜１．０ｍｍの肉厚を有
   する拡散層を保って、該拡散層の下に、頭部を中心角度
   が１００〜１３０度の範囲の円錐形に形成したファイバ
   −孔を穿設し、裏面に反射層を設けた透明又は半透明性
   の合成樹脂板で表示板を配し、 該表示板のファイバ−孔に光ファイバ−を挿入すると共
   に、該円錐形のファイバ−孔先端と光ファイバ−とで形
   成される空隙部に透明性の接着剤を無気泡状態に充填し
   て接着剤層を形成し、 該光ファイバ−に光源を連結して成ることを特徴とする
   表示装置。
2. 【請求項２】 （ａ）透明又は半透明性合成樹脂の表示
   板に頭部を中心角１００〜１３０度の円錐形としたドリ
   ルで、０．１〜１．０ｍｍの肉厚で拡散層を残してファ
   イバ−孔を穿孔し、（ｂ）該ファイバ−孔の頭部に反応
   型の透明性接着剤を無気泡状態に装填し、（ｃ）光ファ
   イバ−の先端をファイバ−孔に装着し、接着剤の硬化反
   応で表示板と光ファイバ−とを一体的に形成し、（ｄ）
   該光ファイバ−と光源とを連結することを特徴とする表
   示装置の製造方法。