JP4918399B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイなどに用いられる表示装置に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）は、高効率、長寿命の光源として、様々な用途に使われる機会が多くなっている。例えば、２枚の透明ガラス板の間に、ＬＥＤ素子を所定の配置で設けた表示部を有する表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＬＥＤは指向性を持つ点状光源であり、単独ではスポット照明としての使用に制限されるため、透明な樹脂板等の導光体と組み合わせて線状や面状の光源として使用される場合も多い。例として液晶バックライト、広告用ライトパネル等が挙げられる。

また、透明性があり意匠性に優れた表示装置として、レーザ加工やエッチングによって導光板の表面を粗面化し、図形やロゴ等をなす表示部を形成したものがある。

この表示装置は、導光板の端面に設けた光源から光を照射して表示部を浮かび上がらせるものであり、ディスプレイ等に用いられている。
欧州特許第０９９５１９９号明細書

上記粗面化された表示部を有する表示装置では、光は表示部で散乱してしまうため、表示部の単位面積あたりの輝度は低くなり、視認性が不十分になってしまう。視認性を良くするためには表示部の面積を広くする必要がある。

しかしながら、不透明部分である表示部の面積が大きいと、背景を透かし見ることができなくなり、この表示装置の特徴である透明性が損なわれ、その価値を減殺することになってしまう。

また、この表示装置では、導光板を保護するための保護板が設けられることがあるが、導光板と保護板との隙間にゴミが混入したり、混入したゴミが導光板を傷つけたりすることがある。このように導光板にゴミが付着したり、導光板に傷がついたりすると、そこから導光板内の光が漏れ、不要な光が視認されてしまうことがあった。

このような不要な光の発生を抑制するためには、ゴミのない環境で製造し、また、きわめて密閉性に優れた構造とすることが要求されていた。併せて、表示装置の構成部材として、端面のバリや傷等のないものを使用する必要があった。また、表示装置を完全防水構造としない限りは、空気中の水分の影響で結露して表示部の光強度が低下していた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、透明性に優れ、表示部が視認しやすく、簡単な構造で導光板に付着したゴミ等による不要な光の発生を抑えることができる表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、透明な導光板と、この導光板の少なくとも一方の端面側に設けられ、前記導光板に向けて光を出射する少なくとも１つの光源とを備え、前記導光板の一方面側には、入射される光を他方面側に反射する反射面を有する複数の凹部が形成され、前記導光板の前記一方面および前記他方面の両方の面上には、前記導光板よりも屈折率の低い材料からなる透明な低屈折率層が設けられ、前記一方面側に形成された前記複数の凹部のそれぞれの内部にも、前記低屈折率層がコーティングされ、前記凹部は、文字、記号、図形、模様のうちのいずれか１つ以上の組み合わせを表示するように配列されていることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記導光板は、アクリル樹脂からなり、前記低屈折率層は、シリコン系樹脂またはフッ素系樹脂からなることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記凹部の前記反射面は、前記導光板の前記一方面に対する角度が、４５度以上６０度以下であることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記凹部は、平面視略矩形状とされ、その縦横比は１０：１から１：１までの範囲であることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記複数の凹部のうち、少なくとも一部の凹部の反射面は一部が平面状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記光源は、前記導光板の延在方向に沿って延在して形成されていることを特徴とする。

また、本発明の表示装置に係る前記光源は、複数の発光ダイオードが所定方向に配列されたものであることを特徴とする。

本発明の表示装置では、導光板の一方面に、反射面を有する凹部が形成され、光源からの光を凹部の反射面に反射させる。光源からの光は、大部分が反射面に反射し、ほぼ一定の方向に出射するため、輝度は十分に大きくなる。このため、距離をおいて観察する場合でも優れた視認性が得られる。また、凹部の面積を小さく抑えることができるので、表示装置の透明性は損なわれない。

また、導光板よりも屈折率の低い材料からなる低屈折率層を設けることで、導光板にゴミ等が付着することにより導光板内の光が漏れて不要な光が視認されることを抑制できる。

以下、本発明の表示装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る表示装置を模式的に示す斜視図、図２は図１に示す表示装置の断面図、図３は図１に示す表示装置の要部拡大断面図、図４は図１に示す表示装置の凹部の平面図である。

図１、図２に示すように本実施の形態に係る表示装置１０は、透明な導光板１と、導光板１の端面１ａに設けられ、導光板１に向けて光を出射する光源４とを備える。

光源４としては、ＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）などを用いることができる。光源４は、導光板１の延在方向に沿って延在して形成するのが好ましい。図１、図２に示す例では、略矩形状の導光板１の一辺の端面１ａに沿って延在して形成されている。

光源４は、例えば、複数のＬＥＤが端面１ａに沿う方向に配列されたものが使用できる。また、光源４が発する光の色は、白、赤、緑、青などを例示でき、凹部２が構成するパターンに応じて適宜選択できる。なお、光源４は、導光板１の一方および他方の端面に設けることもできる。

導光板１は、透明な材料であればよく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコン樹脂、シクロポリオレフィン樹脂等などの合成樹脂からなる板や、ガラス板などが用いられ、その中でも透明性、加工の容易さなどの点からアクリル板が好ましい。

導光板１の厚さは、例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。また、導光板１は、背景を透かし見ることができる程度の光透過性を有することが好ましい。

なお、本発明において、透明であるとは、凹部２からの反射光が視認できる程度の光透過性をもつことをいう。この定義は本発明において共通に用いられる。

導光板１の表面１ｂ上および裏面１ｃ上には、導光板１よりも屈折率の低い透明な樹脂がコーティングされて透明な低屈折率層５，６がそれぞれ形成されている。例えば、導光板１の材料がアクリル樹脂である場合、低屈折率層５，６の材料としては、アクリル樹脂よりも屈折率の低いシリコン系樹脂、フッ素系樹脂等を用いることができる。低屈折率層５，６は、スクリーン印刷法、ディッピング法等により形成することができる。なお、低屈折率層５，６の両方ではなく一方のみを設けてもよい。

低屈折率層５，６は、導光板１の表面１ｂ、裏面１ｃにゴミが付着したり傷がついたりすることを防ぐとともに、導光板１内の光を導光板１との界面で反射して、導光板１の表面１ｂ、裏面１ｃにおける凹部２以外の位置から光が外部に漏れるのを防止する。低屈折率層５，６の厚さは、導光板１の表面１ｂ、裏面１ｃに直接傷がつくのを抑えるため、１μｍ以上であることが好ましい。

また、導光板１の屈折率と低屈折率層５，６の屈折率との差が所定の値以上であることが好ましい。例えば、導光板１が屈折率ｎ_１＝１．４９のアクリル樹脂である場合、低屈折率層５，６の屈折率ｎ_２は１．４２以下であることが好ましい。これにより、導光板１と低屈折率層５，６との界面で全反射しない光が外に漏れることを防止することができる。

導光板１の裏面１ｃには、複数の凹部２からなる表示部３が形成されている。凹部２は、図２に示すように、光源４から出射されて端面１ａから入射した光を表面１ｂ側に反射する反射面２ａを有する。凹部２は、光源４からの光が反射面２ａに当たるような形状とされる。本実施の形態では、凹部２は、平面視形状が略矩形とされ（図４を参照）、反射面２ａを斜辺とする三角形となる断面を有する（図３を参照）。

凹部２は、導光板１内に形成されて光源４からの光を表面１ｂ側に反射する構造であればよく、その構成は図示例に限定されない。例えば、反射面が四角形以上の多角形（例えば台形）や扇形などであってもよい。

平面視したときの凹部２の縦横比（アスペクト比）（平均値）は、１０：１から１：１の範囲であることが好ましく、５：１から１：１の範囲であることがさらに好ましい。

図４に示すように、縦横比とは、β１：β２をいう。β１とは、図３および図４に示す凹部２の斜辺２ｂの平面視長さ（光の入射方向の長さ）であり、β２とは、光の入射方向と直交する上辺２ｃおよび下辺２ｄの長さである。

長さβ２に対する長さβ１が大きすぎると、凹部２からの光の形状が線状に近くなるため、表示装置１０の特徴である透明性が損なわれるので好ましくない。長さβ２に対する長さβ１が小さすぎると、凹部２の輝度が低くなりすぎる。なお、β２：β１を縦横比と考えることもできる。

縦横比とは、平面視で凹部２が内接する最小面積の長方形の長辺と短辺の比（長辺：短辺）をいう。

なお、凹部２の平面視形状は、図示例に限らず、三角形、五角形などの多角形、円形、楕円形などであってもよい。

導光板１の裏面１ｃに対する反射面２ａの傾斜角度（図３に示す角度α）は、小さすぎれば出射光の傾斜角度も大きくなり、表示装置１０を正面から見たときの凹部２の視認性が低下する。傾斜角度αが大きすぎれば、光の入射角度が臨界角を超え、反射面２ａを透過する光の割合が増加するため、光の反射効率が低下し、光の利用効率が低くなる。

このため、反射面２ａの傾斜角度αは、４５度以上６０度以下が好ましく、５０度以上５５度以下がさらに好ましい。傾斜角度αを上記範囲とすることによって、光の反射効率を高くするとともに、反射光を表面１ｂに対し垂直に近い角度で出射させ、凹部２の視認性を高めることができる。

なお、図示例では、反射面２ａは平面状であるが反射面は少なくとも一部が平面状であればよく、一部を曲面により構成してもよい。また、反射面の形状を各反射面で異ならせてもよい。反射面が曲面であると、反射光の出射角度が広い範囲にわたる場合があるが、この場合には、凹部２が広い範囲から視認できるようになる。

また、反射面２ａにおける光の反射効率を高めるために、反射面２ａの表面は平滑な平面が望ましい。

凹部２の高さ（図３に示す高さγ）は、小さすぎれば凹部２の視認性が低くなり、大きすぎれば表示装置１０の透明性の点で好ましくないため、凹部２の高さγの平均値は、０．１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜３ｍｍがさらに好ましい。

導光板１の厚さに対する凹部２の高さγの比（平均値）は、１／１０〜１／１が好ましく、１／５〜２／３がさらに好ましい。

すべての凹部２の平面視面積（β１×β２）を同一とすると、光源４に近い凹部２における反射光に比べ、光源４から遠い位置にある凹部２における反射光の輝度が低くなる傾向がある。このため、凹部２の平面視面積を光源４からの距離に応じて大きくすることによって、凹部２の反射光の輝度を均一化するのが好ましい。

また、凹部２は、文字、記号、図形、模様、またはこれらのうち２以上の組み合わせをなすように配列させるのが好ましい。

なお、図示例では凹部２内はコーティングされていないが、凹部２内も導光板１の表面１ｂおよび裏面１ｃと同様に、低屈折率樹脂によりコーティングされていてもよい。

図３に示すように、表示装置１０では、光源４からの光を端面１ａから導光板１に入射させ、凹部２の反射面２ａに反射させ、表面１ｂ側から出射させることができる。表面１ｂ側から見ると、凹部２はドット状の輝点として観察される。また、文字、記号、図形、模様、またはこれらのうち２以上の組み合わせをなすように凹部２を配列することで、表面１ｂ側から観察することによって、凹部２の配列からなるデザインが視認される。

光源４からの光は、大部分が反射面２ａに反射し、ほぼ一定の方向（図示例では表面１ｂに垂直な方向）に向かうため、反射光の単位面積あたりの輝度は十分に大きくなる。このため、距離をおいて観察する場合でも優れた視認性が得られる。また、凹部２の面積を小さく抑えることができるので、表示装置１０の透明性は損なわれない。

光源４からの光は、導光板１内において導光板１と低屈折率層５，６との界面で反射し遮蔽される。このため、空気層側の低屈折率層５，６にゴミが付着したり、傷がついたりしても、ゴミ付着した部分や傷がついた部分から導光板１内の光が外部に漏れることがなく、導光板１の表面１ｂ、裏面１ｃにおける凹部２以外の位置から光が外に漏れるのを防止することができる。

また、構造が単純であるため、製造が容易でコスト面でも有利である。さらに、導光板１と光源４とが別体であるため、導光板１を、異なる表示部を有する導光板に交換するのが容易であるという利点がある。

また、凹部２の数を多くし、かつ光源４の光量を高くすれば、表示装置としての機能だけでなく、面状の照明装置としての機能を与えることができる。

次に、表示装置１０の凹部２を形成する方法の一例について、図５〜図７を参照して説明する。

図５に示すように、基部１１の下面に刃部１２が突出形成された加工具１３を使用する。刃部１２は、凹部２に応じた形状とされ、刃部１２の頂角（図５に示す頂角δ）は、１０〜４０度が好ましい。

反射面２ａを平滑に形成するには、反射面２ａを形成する面である刃部１２の斜面１２ａも平滑に形成するのが好ましい。

図６および図７に示すように、加工具１３を、刃部１２の形成方向に沿って下降させて刃部１２を導光板１の裏面１ｃに押し込み、加工具１３を上昇させて刃部１２を引き抜く。

この際、刃部１２と導光板１のうち一方または両方を導光板１の材料の軟化点以上の温度に加熱しておくと、凹部２の形成が容易となる。

これによって、導光板１の裏面１ｃに、刃部１２に沿う形状の凹部２が形成される。

加工具１３を水平移動させて、同様の操作を繰り返すことによって、複数の凹部２からなる表示部３を形成する。

加工具１３を使用する製造方法によれば、正確な形状の凹部２を形成できる。また、反射面２ａを平滑に形成することができる。

なお、図５〜図７においては、低屈折率層５，６が形成されていない導光板１に凹部２を形成する状態を示したが、導光板１に低屈折率層５，６を形成した後に上記と同様の方法で凹部２を形成してもよい。

他の製造方法として、切削加工、プレス成型、射出成型等が挙げられる。これらのなかでは、切削加工、プレス成型、射出成型は、反射面２ａを比較的平滑に形成できるという利点がある。また、プレス成型、射出成型は、小さな凹部２でも精度よく形成することができる。また、切削加工は、金型が不要であるため、製造コストが低減でき、特に大きな面積の導光板に対する加工や、少量生産の場合に有利である。

以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
導光板１として１ｍ×１ｍ×ｔ１ｍｍのアクリル樹脂板を用い、この導光板１の表面に、屈折率１．４１の熱硬化型シリコン材料（信越化学製OF-127）をスクリーン印刷して約５０μｍの膜厚を付与し、これを５０℃×３Ｈｒの条件で硬化させて低屈折率層５を形成した。導光板１の裏面についても同様の処理を行い低屈折率層６を形成した。その後、この低屈折率層５，６が形成された導光板１の所望の位置に、図５〜図７に示した方法で、反射面２ａを有する凹部２を形成した。

そして、導光板１の端面１ａから白色ＬＥＤ光を入射させたところ、凹部２の反射面２ａ以外の場所からの漏れ光は確認できなかった。次に、意図的に低屈折率層５の表面にゴミを付着させてみたが、このゴミが付着した部分が光ることはなかった。また、低屈折率層５に深さ約３０μｍの傷をつけたが、この傷部分も光ることはなかった。

また、長時間経過後も導光板１と低屈折率層５，６との界面にゴミや水分が浸入することはなく、長期において、ゴミ等により導光板１内の光が漏れて不要な光が発生するという問題は起こらなかった。

（実施例２）
スクリーン印刷法の代わりにディッピング法により低屈折率層５，６を形成した以外は実施例１と同様の条件で、白色ＬＥＤ光を入射した導光板１の観察を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。

（実施例３）
１ｍ×１ｍ×ｔ１ｍｍのアクリル樹脂製の導光板１に凹部２を形成した後、実施例１と同様の条件でスクリーン印刷により導光板１の両面に低屈折率層５，６を形成した。そして、導光板１の端面１ａから白色ＬＥＤ光を入射させたところ、実施例１と同様の結果が得られた。

（実施例４）
シリコン樹脂の代わりに屈折率１．４０のフッ化アクリレートを用いて低屈折率層５，６を形成した以外は実施例１と同様の条件で、白色ＬＥＤ光を入射した導光板１の観察を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。

（比較例）
１ｍ×１ｍ×ｔ１ｍｍのアクリル樹脂製の導光板１に低屈折率層５，６を形成せずに凹部２を形成した。この導光板１の表面にゴミを意図的に付着させて端面１ａから白色ＬＥＤ光を入射させた結果、凹部２の反射面２ａと同様にゴミが付着した部分が光ることが確認された。また、導光板１の表面に深さ約３０μｍの傷をつけたところ、傷部分が光ることが観察された。

本発明の実施の形態に係る表示装置を模式的に示す斜視図である。 図１に示す表示装置の断面図である。 図１に示す表示装置の要部拡大断面図である。 図１に示す表示装置の凹部の平面図である。 図１に示す表示装置の凹部を形成する方法を示す工程図である。 前図に続く工程図である。 前図に続く工程図である。

符号の説明

１ 導光板
２ 凹部
２ａ 反射面
３ 表示部
４ 光源
５，６ 低屈折率層
１０ 表示装置

Claims (7)

1. 透明な導光板と、
   この導光板の少なくとも一方の端面側に設けられ、前記導光板に向けて光を出射する少なくとも１つの光源とを備え、
   前記導光板の一方面側には、入射される光を他方面側に反射する反射面を有する複数の凹部が形成され、
   前記導光板の前記一方面および前記他方面の両方の面上には、前記導光板よりも屈折率の低い材料からなる透明な低屈折率層が設けられ、
   前記一方面側に形成された前記複数の凹部のそれぞれの内部にも、前記低屈折率層がコーティングされ、
   前記凹部は、文字、記号、図形、模様のうちのいずれか１つ以上の組み合わせを表示するように配列されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記導光板は、アクリル樹脂からなり、前記低屈折率層は、シリコン系樹脂またはフッ素系樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記凹部の前記反射面は、前記導光板の前記一方面に対する角度が、４５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記凹部は、平面視略矩形状とされ、その縦横比は１０：１から１：１までの範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記複数の凹部のうち、少なくとも一部の凹部の反射面は一部が平面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記光源は、前記導光板の延在方向に沿って延在して形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記光源は、複数の発光ダイオードが所定方向に配列されたものであることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。

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