WO2020121488A1

WO2020121488A1 - 照明構造

Info

Publication number: WO2020121488A1
Application number: PCT/JP2018/045914
Authority: WO
Inventors: 俊行荒木; 大平　力
Original assignee: 本田技研工業株式会社; 俊行荒木
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20210286122A1; JPWO2020121488A1

Abstract

表示構造の表示面側に取り付けられる照明構造は、導光板と、導光板と表示面との間に配置され、導光板に結合された結合部材と、導光板の側面を照らすように配置された光源と、を備える。導光板は、結合部材に接する第１面と、第１面とは反対にある第２面とを有する。導光板の第２面は平坦である。導光板の第１面は、表示面に略平行な第１部分と、第１部分に対して第２面側に凹んだ第２部分と、を含む。

Description

照明構造

　本発明は、照明構造に関する。

　照明構造を備える表示装置（例えば、液晶ディスプレイ）として、フロントライト式のものとバックライト式のものとが知られている。フロントライト式表示装置は、外光がある場合に電力を消費しないため、バックライト式表示装置と比較して消費電力が少ない。特許文献１は、液晶パネルと導光板とが接着層によって貼り合わされた液晶表示装置を提案する。

特開２００２－３６５６２０号公報

　特許文献１に記載された表示装置は、光源からの光を表示面側に導くために、導光板の外面にプリズムを有する。しかし、導光面の外面にプリズムを配置すると、外光の散乱によって表示内容のコントラストが劣化する。また、プリズムの干渉色により、表示装置の見た目も悪くなる。本発明の一部の側面は、従来のフロントライト式表示装置の問題点の少なくとも１つを解決するための照明構造を提供することを目的とする。

　上記課題に鑑みて、表示構造の表示面側に取り付けられる照明構造であって、導光板と、前記導光板と前記表示面との間に配置され、前記導光板に結合された結合部材と、前記導光板の側面を照らすように配置された光源と、を備え、前記導光板は、前記結合部材に接する第１面と、前記第１面とは反対にある第２面とを有し、前記導光板の前記第２面は平坦であり、前記導光板の前記第１面は、前記表示面に略平行な第１部分と、前記第１部分に対して前記第２面側に凹んだ第２部分と、を含むことを特徴とする照明構造が提供される。

　上記手段により、従来のフロントライト式表示装置の問題点の少なくとも１つが解決する。

　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の実施形態に係る照明構造の構造例を説明する図。本発明の実施形態に係る照明構造の原理を説明する図。比較例に係る照明構造の構造を説明する図。

　図１及び図２を参照して、本発明の一部の実施形態に係る表示装置１０の構造例について説明する。図１の上側に表示装置１０の断面図を示し、図１の下側に表示装置１０の平面図を示す。表示装置１０は、照明構造１００及び表示構造１１０を備える。表示構造１１０は、反射型液晶ディスプレイなどの表示構造である。表示構造１１０は、表示内容が表示される表示面１１０ａと、その反対側の背面１１０ｂとを有する。照明構造１００は、表示構造１１０の表示面１１０ａ側に取り付けられる。このように、表示装置１０は、フロントライト式表示装置（例えば、フロントライト照明式反射型液晶ディスプレイ）である。

　照明構造１００は、結合部材１０１と、導光板１０２と、光源１０３とを有する。そのほか、照明構造１００は、光源１０３のオンオフを切り替えるためのスイッチや、光源１０３に電力を供給するためのバッテリを有してもよい。これに代えて、光源１０３のオンオフは表示構造１１０からの信号によって制御されてもよいし、光源１０３へ表示構造１１０から電力が供給されてもよい。

　光源１０３は、導光板１０２の側面１０２ｅを照らすように配置される。具体的に、光源１０３は、導光板１０２の１つの側面１０２ｅに沿って配置されており、この側面を全体的に照らす。表示構造１１０に到達する外光が強い場合に、表示構造１１０の表示内容は、外光によって読み取り可能である。一方、表示構造１１０に到達する外光が弱い場合に、表示構造１１０の表示内容は、光源１０３からの光によって読み取り可能である。このように、フロントライト式表示装置では、バックライト式表示装置とは異なり、光源１０３が常に光を照射する必要がないため、消費電力が少ない。消費電力が少ない表示装置１０は、自転車、二輪車、自動車、列車、船舶、飛行機、登山用具などで用いられる。

　結合部材１０１は、表示構造１１０と導光板１０２との両方に結合する。結合部材１０１は、例えば表示構造１１０と導光板１０２とを貼り合わせるために用いられた接着剤が硬化したものである。導光板１０２は例えばポリカーボネイトで形成され、その屈折率は例えば１．５８５である。結合部材１０１は例えばシリコーンで形成され、その屈折率は例えば１．４１である。このように、結合部材１０１の屈折率は導光板１０２の屈折率よりも低い。結合部材１０１及び導光板１０２の屈折率は他の値であってもよい。例えば、結合部材１０１は、１．４１よりも小さい屈折率を有する材料で形成されてもよい。また、導光板１０２は、１．５８５よりも大きい屈折率を有する材料で形成されてもよい。結合部材１０１の屈折率と導光板１０２の屈折率との差が大きいほど、照明の利用効率が高くなる。

　結合部材１０１は、導光板１０２側にある上面１０１ａと、表示構造１１０側にある下面１０１ｂとを有する。上面１０１ａと、下面１０１ｂとは互いに反対側にある。導光板１０２は、結合部材１０１側にある下面１０２ｂと、下面１０２ｂとは反対側にある上面１０１ａとを有する。表示構造１１０の表示面１１０ａと結合部材１０１の下面１０１ｂとは互いに接している。結合部材１０１の上面１０１ａと導光板１０２の下面１０２ｂとは互いに接している。導光板１０２の上面１０２ａは外界（大気）に面している。

　導光板１０２の上面１０２ａは平坦である。そのため、外光の散乱による表示内容のコントラストの劣化が抑制される。また、プリズムの干渉色による表示装置１０の見た目の低下も抑制される。導光板１０２の下面１０２ｂは凹凸を有する。この下面１０２ｂに接する結合部材１０１の上面１０１ａも対応する凹凸を有する。

　導光板１０２の下面１０２ｂは、平坦部分１０２ｃと、凹部分１０２ｄとを有する。平坦部分１０２ｃは、表示構造１１０の表示面１１０ａと略平行である。略平行とは、例えば２つの面のなす角が１０°以下であることを意味する。凹部分１０２ｄは、平坦部分１０２ｃに対して導光板１０２の上面１０２ａ側に凹んでいる。凹部分１０２ｄの平坦部１０２ｃからの深さは例えば１０μｍ程度である。図１に示すように、平坦部分１０２ｃ及び凹部分１０２ｄはそれぞれ、光源１０３に面した側面１０２ｅに略平行な方向（直交座標系１４０のＹ軸方向）に延びている。上面１０１ａには、光源１０３に面した側面１０２ｅに直交する方向（直交座標系１４０のＸ軸方向）に平坦部分１０２ｃ及び凹部分１０２ｄが交互に配置されている。凹部分１０２ｄは、プリズムとして機能する。

　光源１０３から照射された光１３０の進路（光路）について説明する。光１３０は導光板１０２に入射し、導光板１０２内を進む。その後、光１３０は、導光板１０２の下面１０２ｂに最初に到達した際に、凹部分１０２ｄで全反射され、導光板１０２の上面１０２ａに向かって進む。光は凹部分１０２ｄで全反射するため、導光板１０２ａの法線に近づくように向きを変える。

　その後、光１３０は、導光板１０２の上面１０２ａに最初に到達した際に、上面１０２ａで全反射され、導光板１０２の下面１０２ｂに向かって進む。その後、導光板１０２の下面１０２ｂに２度目に到達した際に、結合部材１０１に入射する。その後、光１３０は、表示構造１１０に入射し、表示内容を含む光として矢印１３１に示す範囲で導光板１０２の上面１０２ａから出射し、目１２０によって観測される。光１３０がこのような進路を取ることによって、光源１０３からの光で表示構造１１０を照らした場合に画像コントラストが向上する。また、光１３０が２回全反射することによって、光が導光板１０２の上面１０２ａから出射することなく、表示構造１１０へ入射する。導光板１０２への入射光がこのような経路をたどるため、光源１０３の光の利用効率が向上する。

　図２を参照して、導光板１０２の凹部分１０２ｄの詳細に説明する。図２は、図１の上側の断面図の一部分に着目した図である。説明を簡単にするために、導光板１０２の下面１０２ｂの平坦部分１０２ｃが表示面１１０ａと平行であるとする。また、導光板１０２の上面１０２ａも表示面１１０ａと平行であるとする。

　光源１０３から導光板１０２に入射した光を光１３０ａと呼ぶ。光１３０ａと表示面１１０ａとのなす角度が０°であるとする。光１３０ａは、凹部分１０２ｄのうち光源１０３側の斜面１０２ｄ１で全反射する。全反射後の光を光１３０ｂと呼ぶ。斜面１０２ｄ１と表示面１１０ａとのなす角２０１をθ１と表す。導光板１０２の屈折率をｎ１、結合部材１０１の屈折率をｎ２と表す。このとき、光１３０ａが斜面１０２ｄ１で全反射するためのθ１の条件は、
　　θ１≦９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）　　…式（１）
となる。すなわち、θ１が式（１）を満たすように凹部分１０２ｄが構成される。

　光１３０ｂと表示面１１０ａとのなす角２０２は、２×θ１となる。光１３０ｂは、反射板１０２の上面１０２ａで全反射する。全反射後の光を光１３０ｃと呼ぶ。上面１０２ａへの光１３０ｂの入射角２０３は、９０°－２×θ１である。そのため、光１３０ｂが上面１０２ａで全反射するためのθ１の条件は、大気（空気）の屈折率をｎ３として、
　　θ１≦｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ３／ｎ１）｝／２　　…式（２）
となる。

　導光板１０２の下面１０２ｂの平坦部分１０２ｃへの光１３０ｃの入射角２０４は、９０°－２×θ１である。そのため、光１３０ｂが平坦部分１０２ｃで全反射せず、結合部材１０１へ入射するためのθ１の条件は、
　　θ１＞｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）｝／２　　…式（３）
となる。結合部材１０１に入射した光を光１３０ｄと呼ぶ。光１３０ｄの屈折角２０５をθ２で表すと、
　　θ２＝ａｒｃｓｉｎ（｛ｎ１×ｓｉｎ（９０°－２×θ１）｝／ｎ２）　　…式（４）
となる。

　上述の実施形態では、結合部材１０１が表示面１１０ａに結合している。これに代えて、結合部材１０１と表示面１１０ａとの間に、光利用効率を向上するためのフィルムが配置されてもよい。

　図３を参照して、比較例である照明構造３００の構成について説明する。照明構造３００は、結合部材３０１と、導光板３０２と、光源１０３と、を備える。導光板３０２の下面３０２ｂが、平坦部分３０２ｃと、凸部分３０２ｄとを有する点で、照明構造３００は照明構造１００と異なる。凸部分３０２ｄは、平坦部分３０２ｃに対して導光板３０２の上面３０２ａから遠ざかる方に突出している。

　導光板３０２へ入射した光１３０は、導光板３０２の下面３０２ｂに最初に到達した際に、凸部分３０２ｄから結合部材３０１に入射する。そのため、その後に表示構造１１０に入射し、表示内容を含む光として矢印３１０に示す範囲で導光板１０２の上面１０２ａから出射する。図３に示すように、出射される光は目１２０に届かない。

　＜実施形態のまとめ＞
＜構成１＞
　表示構造（１１０）の表示面（１１０ａ）側に取り付けられる照明構造（１００）であって、
　導光板（１０２）と、
　前記導光板と前記表示面との間に配置され、前記導光板に結合された結合部材（１０１）と、
　前記導光板の側面（１０２ｅ）を照らすように配置された光源（１０３）と、を備え、
　前記導光板は、前記結合部材に接する第１面（１０２ｂ）と、前記第１面とは反対にある第２面（１０２ａ）とを有し、
　前記導光板の前記第２面は平坦であり、
　前記導光板の前記第１面は、前記表示面に略平行な第１部分（１０２ｃ）と、前記第１部分に対して前記第２面側に凹んだ第２部分（１０２ｄ）と、を含むことを特徴とする照明構造。
　この構成によれば、外光の散乱による表示内容のコントラストの劣化が抑制される。また、プリズムの干渉色による表示装置１０の見た目の低下も抑制される。
＜構成２＞
　前記第２部分は、前記光源から最初に前記第１面に到達した光を全反射し、前記第１面で全反射した光が前記第２面で全反射するように構成されることを特徴とする構成１に記載の照明構造。
　この構成によれば、光源からの光の利用効率が向上する。
＜構成３＞
　前記第２部分は、前記導光板の前記第２面で全反射した光が、前記導光板の前記第１面を透過するように構成されることを特徴とする構成２に記載の照明構造。
　この構成によれば、光源からの光の利用効率が更に向上する。
＜構成４＞
　前記導光板の屈折率をｎ１、前記結合部材の屈折率をｎ２、空気の屈折率をｎ３、前記第２部分のうち前記光源側の斜面と前記表示面とのなす角をθ１とした場合に、
　　θ１≦９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）、
　　θ１≦｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ３／ｎ１）｝／２、且つ
　　θ１＞｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）｝／２
を満たすことを特徴とする構成１乃至３の何れか１項に記載の照明構造。
　この構成によれば、光源からの光の利用効率が向上する。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

１００　照明構造、１０１　結合部材、１０２　反射板、１０３　光源、１１０　表示構造

Claims

　表示構造の表示面側に取り付けられる照明構造であって、
　導光板と、
　前記導光板と前記表示面との間に配置され、前記導光板に結合された結合部材と、
　前記導光板の側面を照らすように配置された光源と、を備え、
　前記導光板は、前記結合部材に接する第１面と、前記第１面とは反対にある第２面とを有し、
　前記導光板の前記第２面は平坦であり、
　前記導光板の前記第１面は、前記表示面に略平行な第１部分と、前記第１部分に対して前記第２面側に凹んだ第２部分と、を含むことを特徴とする照明構造。
　前記第２部分は、前記光源から最初に前記第１面に到達した光（１３０ａ）を全反射し、前記第１面で全反射した光（１３０ｂ）が前記第２面で全反射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明構造。
　前記第２部分は、前記導光板の前記第２面で全反射した光（１３０ｃ）が、前記導光板の前記第１面を透過するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の照明構造。
　前記導光板の屈折率をｎ１、前記結合部材の屈折率をｎ２、空気の屈折率をｎ３、前記第２部分のうち前記光源側の斜面（１０２ｄ１）と前記表示面とのなす角をθ１とした場合に、
　　θ１≦９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）、
　　θ１≦｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ３／ｎ１）｝／２、且つ
　　θ１＞｛９０°－ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）｝／２
を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明構造。