JP3760658B2 - 導光器、表示装置及び光通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した光を発光領域から出射させて発光させる導光器に関する。また、当該導光器を用いた表示装置及び光通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の面光源装置1の構造を図1の分解斜視図により示す。この面光源装置1は、光入射面2から導入された光を閉じ込めるための導光板3と、発光部4と、反射板5とから構成されている。導光板3は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂などの透明で屈折率の大きな樹脂により形成されており、導光板3の光出射面6と対向する面(裏面)には凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散パターン7が形成されている。発光部4は、回路基板8上にに複数の発光ダイオード(LED)等のいわゆる点光源9を実装したものであって、導光板3の光入射面(側面)2に対向している。反射板5は、反射率の高い例えば白色樹脂シートによって形成されており、両面テープ10によって両側部を導光板3の裏面に貼り付けられている。
【0003】
しかして、図2に示すように、発光部4から出射され光入射面2から導光板3内部に入射した光は拡散パターン7に入射すると拡散反射され、光出射面6に向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光が光出射面6から外部へ出射される。また、導光板3下面の拡散パターン7が存在しない箇所を通過した光は、反射板5によって反射されて再び導光板3内部へ戻るので、導光板3下面からの光量損失を防止される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車のコンソール、携帯電話、オーディオ機器、ビデオ機器等のように複数の表示箇所を有するディスプレイにおいて、上記面光源装置をバックライトとして用いようとすると、表示箇所と同じ数の面光源装置が必要となる。その結果、コストが高くつくと共に、複数の面光源装置を納めるスペースも必要になるので、実用に適しなかった。このため、このような箇所では、複数の発光ダイオードや電球が用いられており、配線の煩わしさや断線時のメンテナンス性の悪さなどの問題があった。
【0005】
また、上記のような面光源装置は、柔軟性がなく弾性的に湾曲させて用いることができないので、主として液晶表示パネルのようなフラットパネルディスプレイのバックライトとして用いられている。
【0006】
1個の発光部により複数箇所で同時発光させることができる、柔軟な光源装置としては、図3に示すような光ファイバを用いた光源装置11がある。これは光ファイバ束12の端面に対向させて発光部13を配置し、光ファイバ束12を分岐させて複数箇所へ発光部13の光を導くようにしたものである。
【0007】
しかし、このような光ファイバを用いた光源装置11では、光ファイバを束ね光ファイバの端面の集合によって面光源化しようとしても、微細な光ファイバを束ねて面光源にするためには、高価な光ファイバが非常に多数本必要となり、コストが極めて高くつく問題がある。また、多数の光ファイバからなるので、取り扱いにくい欠点もあった。さらに、このような光源装置11では、発光領域の面積を大きくすることは事実上困難である。
【0008】
本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数箇所において面発光する面光源装置を構成することができる柔軟な導光器を提供することにある。また、この導光板を用いた表示装置及び光通信装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の導光器は、柔軟な透明樹脂材料からなる複数枚の導光シートの端部を重ねて一体化することによって導光体を構成し、前記導光体に入射した光を前記導光シートに設けられた発光領域から出射させるようにした導光器であって、前記導光体は、各導光シートの一体化されていない部分をそれぞれ湾曲可能な分岐部と成し、前記分岐部はそれぞれ1箇所もしくは複数箇所の前記発光領域を有すると共に、各分岐部は互いに分離されていることを特徴としている。
【0012】
請求項2に記載の導光器は、請求項1に記載した導光器において、前記導光シートの一体化されていない部分を切断して分離させることにより、該導光シートに複数の分岐部をさらに形成していることを特徴としている。
【0015】
【作用】
請求項1〜2に記載の導光器にあっては、導光シートによって導光体を構成し、前記導光体に設けられた導光シートからなる複数の湾曲可能な分岐部にそれぞれ発光領域を設けているので、1つの発光部と1つの導光体で複数の各発光領域を発光させることができる。しかも、導光体を構成する各導光シートは柔軟な透明樹脂材料からなっていて分岐部が湾曲可能となり、各分岐部は互いに分離されているので、導光シートないし分岐部を湾曲させることによって比較的任意な場所に発光領域を配置することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図4は本発明に係る導光器22を用いた面光源装置21を示す一部破断した斜視図である。面光源装置21は、導光器22と発光モジュール23とからなる。導光器22は、屈曲可能な導光シート24に複数箇所の発光領域25を形成したものである。導光シート24は、高屈折率で、自由に曲げることができ、ハサミやカッターナイフ等で容易に切断可能な透明樹脂材料によって成形されている。このような導光シート24は、例えばポリカーボネイト、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどのシートである。発光領域25は、微小な凹凸パターンや拡散反射インクの印刷パターンなどからなる拡散パターン26を導光シート24の裏面に設けることによって形成される。さらに、発光領域25においては、導光シート24の裏面に正反射シート27を貼り付けてあり、発光領域25において導光シート24の裏面から漏れた光は正反射シート27によって再度導光シート24内へ入射させられるので、光のロスを低減できる。
【0022】
発光モジュール23は、前面開口したケース内に発光ダイオード等の発光素子を1個もしくは複数個封止したものであって、前方へのみ光を出射できるようになっている。発光モジュール23は、導光器22の端面(光入射面)に対向配置される。
【0023】
しかして、この面光源装置21にあっては、発光モジュール23内の発光素子から出射された光は、導光シート24の端面から導光シート24内に入射する。導光シート24内に入射した光は、導光シート24の表面と裏面の間で全反射を繰り返しながら導光シート24内を伝搬する。導光シート24は、このときの全反射条件を大きく外れないような曲率で曲げることができる。例えば、図5に示すように、導光シート24の厚みをTとするとき、1/(50T)程度までの曲率(曲率半径Rが50T程度)で曲げることができる。導光シート24内を全反射しながら伝搬した光が発光領域25に達すると、発光領域25に達した光は導光シート24の裏面の拡散パターン26によって散乱され、導光シート24の表面に向けて全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光は導光シート24から外部へ出射する。この結果、導光シート24に設けられている各発光領域25が同時に発光する。
【0024】
ところで、例えば図4の場合のように、複数の発光領域25が光源と結ぶ方向(光の伝搬方向)に沿って並んでいる場合、発光モジュール23に近い側の発光領域25から光が出射されることにより、発光モジュール23から遠い側の発光領域25に達する光量は光源に近い側の発光領域25よりも少なくなる。このような場合には、発光モジュール23に近い側の発光領域25の出射効率を、発光モジュール23から遠い側の発光領域25の出射効率よりも小さくすれば、各発光領域25の輝度を均一化することができる。出射効率は、拡散パターン26密度や拡散パターン26の形状、配置などによって調整することができる。
【0025】
従って、このような面光源装置21によれば、全反射により光源(発光モジュール23)から離れた場所まで低損失で光を導いて発光させることができ、しかも1つの光源により複数箇所で発光させることができる。また、1つの光源でよいので、メンテナンス性も向上し、光源の発熱や配線などの設計が1箇所で済む。
【0026】
導光器22は柔軟であるから、比較的自由に導光シート24を変形させることができ、発光領域25を比較的自由に配置することができる。さらに導光器22がシート状をしているので、光ファイバに比べて取り扱いが容易で、かつ安価で、大光量の光を伝搬させて発光領域25から出射させることができる。よって、バックライト用や表示用などの多点発光可能な面光源装置21として使用することができる。
【0027】
また、この導光器22はハサミなどで自由に切ることができるので、図6に示すように発光領域25を含む部分をカットして分岐させることができる。各分岐部28には発光領域25が形成されるので、カットにより発光領域25の数を増加させることができ、しかも各発光領域25が切り離されることでより自由に配置できる。
【0028】
図7は導光シート24を光学的に接続する方法を示している。一方の導光シート24の光出射側端面と他方の導光シート24の光入射側端面とを互いに近接させて対向配置し、なんらかの手段で連結すれば導光シート24どうしを光学的に接続することができる。連結手段としては、両導光シート24の端面間を透明樹脂接着剤で接着してもよく、あるいは両導光シート24の端面どうしを密着させてテープなどで連結してもよく、あるいは両導光シート24の端面間の空隙を囲むようにして白色テープなどで連結してもよい。こうして導光シート24どうしを連結すれば、一方の導光シート24の端面から出射した光が直ちに他方の導光シート24の端面から入射するので、両導光シート24が光結合する。この場合、導光シート24の連結部からの光の漏れを最小にするためには、両導光シート24の表面及び裏面の端部間に正反射シート29を貼っておくのが望ましい。
【0029】
このようにして導光シート24を接続すれば、発光モジュール23の設置位置と発光領域25の設置位置とが離れているような場合には、導光シート24を接続することによって導光器22を長くすることができる。また、図8に示すように、発光領域25を有する導光シート24どうしを接続すれば、発光領域25の数を任意に増加させることができる。また、接続時に発光領域25の方向も選択できる。
【0030】
なお、図4では帯状の導光シート24に全幅にわたって発光領域25を設けているが、導光シート24の形状は特に限定されるものでなく、発光領域25の形状や位置も特に限定されるものではない。また、ここでは導光シート24の表面に発光領域25を形成したが、導光シート24の端面から光が出射されるようにして導光シート24の端面にも略線状の光を出射する発光領域25を形成してよい。
【0031】
(第2の実施形態)
図9は発光領域25の別な構成を示している。この実施形態では、拡散ビーズ等の拡散物質30を含む正反射シート27を導光シート24に接着することによって発光領域25を形成している。拡散物質30は、正反射シート27の内面(接着面)に埋め込んであってもよく、正反射シート27に塗布された接着剤31に分散させられていてもよい。ここで、正反射シート27に塗布される接着剤31は、透明で、屈折率が導光シート24の屈折率よりも大きいか、導光シート24の屈折率に近いものが望ましい。
【0032】
しかして、この正反射シート27を導光シート24の裏面に貼り付けておくと、導光シート24を伝搬してきた光は発光領域25に入ると、導光シート24の裏面から正反射シート27側へ漏れ、拡散物質30で拡散反射されると共に正反射シート27で反射されて導光シート24内へ戻る。このとき全反射の臨界角よりも小さな入射角で導光シート24の表面に入射した光は導光シート24の表面から外部へ出射し、発光する。
【0033】
あるいは、拡散物質30の代わりに、正反射シート27の内面に光を散乱させるための凹凸パターンを形成しておいてもよい。
【0034】
このように導光シート24に正反射シート27を貼ることによって発光領域25を形成できるようにしておけば、導光器22ないし面光源装置21の設置時に、任意の場所に発光領域25を形成することができる。また、発光領域25の位置変更も容易に行なえる。
【0035】
(第3の実施形態)
図10は本発明に係る別な導光器22を用いた面光源装置32を示す斜視図である。この導光器22は、複数枚の導光シート24の基端部を重ね合せ、接着により一体化したものである。こうして積層一体化した導光シート24の端面に1つの発光モジュール23を配置し、1個の発光モジュール23で各導光シート24に光を導入できるようにしている。各導光シート24の接着されていない部分が分岐部28となっており、各分岐部28に1又は複数の発光領域25を設けている。
【0036】
さらに、図10に示した導光器22では、各導光シート24の先端部分をカットして分岐させ、分岐部28の数を増加させている。よって、この面光源装置32によれば、コンパクトな導光器22により多数の発光領域25を形成することができ、発光領域25の集約化を図ることができる。
【0037】
なお、図10のような構造は、厚みのある導光体(あるいは、厚みの大きな導光シート)の基端部を除く部分を水平方向にスライス状にカットして分岐部28とすることによっても得ることができる。この場合には、導光シート24を接着して一体化する必要が無くなる。
【0038】
(自動車用バックライト)
図11は自動車内の運転席の様子であって、上記面光源装置の利用分野として自動車用バックライトを示している。また、図12は図11の自動車用バックライトを車体の裏面側から表わしている。これは、例えば図10に示したような形態の面光源装置33において、各分岐部28に自動車のコンソール34内の表示用の発光領域25、スピードメータ35用の発光領域25、ギアチェンジ用レバー36の表示用の発光領域25などを設けたものである。これらの表示部分は車両内でもすべて同一平面にあるわけではないから、従来はそれぞれ別個の光源を設けていた。
【0039】
これに対し、本発明の面光源装置33によれば、複数の発光領域25を比較的自由に配置することができ、また曲面上や細い隙間などにも発光領域25を配置することができ、自由度が非常に高くなる。
【0040】
(光通信装置)
図13は帯状をした導光器22の一端に信号出力用の発光モジュール23を設け、他端にフォトダイオードのような受光素子からなるフォトディテクタ38を設けた光通信装置37を示している。この光通信装置37によれば、発光モジュール23から出力された光信号は導光器22を伝搬してフォトディテクタ38で受信される。
【0041】
図13の光通信装置37では、1対1通信しか行なえないが、導光シート24は、前記のようにハサミ等でカットして分岐させることができるので、図14に示すように、各分岐部28の先端面にフォトディテクタ38を対向させることにより、受信局を複数にすることができる。また、導光シート24を連結手段を用いて接続することにより、通信距離を長くすることもできる。
【0042】
しかして、この光通信装置37によれば、光ファイバを用いた光通信装置よりも簡単に、かつ安価に光通信を実現することができ、長距離伝送を行なわない室内や装置内の通信に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の面光源装置を示す分解斜視図である。
【図2】図1の面光源装置の作用説明図である。
【図3】光ファイバ束を用いた従来の光源装置を示す斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る面光源装置を示す一部破断した斜視図である。
【図5】図4の面光源装置に用いられている導光シートを湾曲させた状態を示す断面図である。
【図6】図4の面光源装置において、導光シートをカットして分岐部を形成したようすを示す斜視図である。
【図7】導光シートどうしの連結部の構造を示す断面図である。
【図8】連結された複数本の導光シートを示す斜視図である。
【図9】発光領域の別な構造を示す斜視図である。
【図10】本発明の別な実施形態による面光源装置の構造を示す斜視図である。
【図11】自動車の車内を示す概略図である。
【図12】図11の車内に用いられる発光部を提供する表示装置を示す図である。
【図13】光通信装置を示す斜視図である。
【図14】分岐部を形成された光通信装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
22 導光器
23 発光モジュール
24 導光シート
25 発光領域
26 拡散パターン
27 正反射シート
Claims (2)
- 柔軟な透明樹脂材料からなる複数枚の導光シートの端部を重ねて一体化することによって導光体を構成し、前記導光体に入射した光を前記導光シートに設けられた発光領域から出射させるようにした導光器であって、
前記導光体は、各導光シートの一体化されていない部分をそれぞれ湾曲可能な分岐部と成し、
前記分岐部はそれぞれ1箇所もしくは複数箇所の前記発光領域を有すると共に、各分岐部は互いに分離されていることを特徴とする導光器。 - 前記導光シートの一体化されていない部分を切断して分離させることにより、該導光シートに複数の分岐部をさらに形成していることを特徴とする、請求項1に記載の導光器。
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