JP2009258020A - 表示装置及び前記表示装置に用いられる導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の光量を効率よく照明として用いることを可能とする安価な導光体を使用することで、文字盤の発光輝度の斑の発生を抑制し、かつ高輝度発光にて視認性に優れた安価な表示装置を提供する。
【解決手段】文字盤３の裏面側に配置された導光体７における平面視円弧状の導光板５に光源９からの光を入射する。この入射した光は前記導光板５の中心位置から放射状に形成された複数の光反射用溝部２１の反射面２１Ａにより文字盤３側に向けて反射する。このとき、導光板５は、屈折率１．４９以上で、しかも安価なプラスチック材料が用いられることで、安価な材料でありながら照明効率に優れた高輝度発光が生じる。この反射された光は文字盤３の目盛部１５および数字部１７を透過照明する。
【選択図】図１

Description

この発明は、表示装置及び前記表示装置に用いられる導光体に関し、特に速度計や回転計といったメータなどの車両用の表示装置、並びに前記表示装置に照明装置として適用される導光体に関する。

一般に、車両用の速度計などの計器に用いられる表示装置の目盛や数字等は、指針の回動運動に沿って文字盤の外周側に円弧上に配置されている。そして、目盛や数字等の直下に円弧状に配列された複数の光源により目盛や数字等を透過照明している。しかし、このような構成においては、文字盤の発光輝度の斑を小さくするためには多数の光源が必要となり、消費電力およびコストが増大する。

そこで、少数の光源により均一な明るさで透過照明するために、文字盤の裏側に透光性材料からなる導光板を配置し、光源からの光を導光板に入射させて、導光板により文字盤に導いて透過照明する技術が知られている。この場合、導光板の形状を調整することにより、文字盤の発光輝度の斑を小さくすることが可能となる。

例えば、特許文献１には、平面視円弧状の導光体の外周の側面に複数の光伝播用反射面を形成し、この複数の光伝播用反射面で導光体の両端に配置された２つの光源である発光ダイオードからの光を反射することで、導光体内での光の軌跡の通過範囲を拡大して導光体表面のほぼ全域を発光させ、文字盤の発光輝度の斑を低減する表示装置が開示されている。さらに、導光体の裏面（文字盤と反対側の面）に光を文字盤に向けて光の拡散を行うためのシボ面を設けている。
特開２００７−１３９７９１号公報

ところで、従来の特許文献１の表示装置においては、導光体は、透光性材料、例えば透明なアクリル樹脂あるいはポリカーボネート樹脂という記載のみであり、特性値の規定が全く記載していない。すなわち、透光性材料であれば何でも使用可能のように記載されているが、現実にはそうではない。

例えば、プラスチック材料には屈折率という特性値があり、導光体として高輝度発光の機能をするには少なくともある一定以上の屈折率が必要である。また、プラスチック材料は、酸化防止剤、安定剤、着色剤等の種類や配合度によって屈析率が大きく変化することが知られており、単にアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂といっても、どのような化学組成の材料であるかが不明である。

また、特許文献１では、導光体の外周の側面に光伝播用反射面が設けられており、発光ダイオードの光を前記光伝播用反射面で反射させることによって当該導光体を照射するものである。すなわち、導光体に外形加工（機械加工）を施すことによって反射面を作成するものである。従って、加工方法の明示はあるものの、屈折率などの特性値を制限するものではないし、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などのように材料の種類を明示するものでもない。すなわち、特に材料制限があるわけではない。

以上のことから、導光体の屈折率やプラスチック材料の種類によっては、照度が低くなってしまい、導光体表面の発光領域内において輝度の不均一が生じる場合があった。このため、文字盤の発光輝度の斑を低減する効果が十分ではなかった。

この発明は、光源の光量を効率よく照明として用いることを可能とする安価な導光体を提供し、この導光体を使用することで文字盤の発光輝度の斑の発生を抑制し、かつ高輝度発光にて視認性に優れた安価な表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明の表示装置は、透光性材料からなり、複数の目盛が円弧状に配列されてなる目盛部と、複数の数字が円弧状かつ前記目盛部と同心上に配列されてなる数字とを有する文字盤と、
平面視円弧状の形状で、前記文字盤の裏面側に前記目盛部及び前記数字部を覆うように配置され、光を伝播する透光性の導光板と、この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、前記導光板の前記文字盤に対向する表面の反対側である裏面に前記平面視円弧の中心位置から放射状に複数形成されて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部と、からなる導光体と、
前記導光板の前記光入射面に光を入射可能に配置された光源とを備え、
前記導光板は、屈折率が１．４９以上であるプラスチック材料で構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記導光板のプラスチック材料が熱可塑性樹脂であることが好ましい。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることが好ましい。

また、この発明の表示装置は、前記表示装置において、前記導光板の前記文字盤に対向する前記表面上に、前記導光板の前記表面から出射する光を拡散する光拡散部材を配置していることが好ましい。

この発明の導光体は、平面視円弧状の形状で、かつ光を伝播する透光性の導光板と、
この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、
前記導光板の表面の反対側である裏面に前記平面視円弧状の中心位置から放射状に複数設けられて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部とを備え、
前記導光板は、屈折率が１．４９以上であるプラスチック材料で構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明の導光体は、前記導光体において、前記導光板のプラスチック材料が、熱可塑性樹脂であることが好ましい。

また、この発明の導光体は、前記導光体において、前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明の表示装置によれば、簡便な加工で製造することが可能であり、かつ文字盤の目盛部および数字部の発光輝度の斑の発生を抑制し、かつ高輝度発光にて視認性を向上することができる。特に、導光板の材料として屈折率の特性値を制限することで、すなわち屈折率が１．４９以上で、しかも安価なプラスチック材料を用いることで、より一層安価で照明効率に優れた表示装置を提供することができる。

また、この発明の導光体によれば、簡便な加工で製造することが可能であり、かつ導光板の一端の光入射面から光源の光を入射すると、導光板の材料として屈折率が１．４９以上で、しかも安価なプラスチック材料を用いることで、光源の光量を効率よく高輝度発光させることができ、より一層安価で照明効率に優れた導光体を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２を参照するに、この実施の形態に係る表示装置１には、文字盤３と、導光板５を有する導光体７と、光源９と、光拡散部材としての例えば光拡散フィルム１１と、ケース１３とが備えられている。なお、図１では、この実施の形態の表示装置１を自動車のスピードメータに適用した例が示されている。

文字盤３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料の薄板で構成されている。図１に示されているように、文字盤３には、複数の目盛１５Ａが円孤状に配列されてなる目盛部１５が形成され、さらに目盛部１５の内周側には、複数の数字１７Ａが円弧状かつ目盛部１５と同心上に配列されてなる数字部１７が形成されている。

目盛部１５および数字部１７は、文字盤３の表面または裏面に、印刷あるいはホットスタンプ等を施すことにより形成されている。すなわち、目盛部１５および数字部１７以外の部分に不透光性を有する着色層を設けるとともに、目盛部１５および数字部１７が透明なままとされる、あるいは半透明着色層を設ける等の処置が施されている。

導光体７としては、その主要部をなす導光板５が、光を伝播する透光性のプラスチック材料からなり、その厚さｔは、例えば約１ｍｍ〜約３ｍｍの板状に形成されており、図１、図２に示されているように、その平面視形状が円弧状に形成され、文字盤３の裏面側に目盛部１５および数字部１７を覆うように配置されている。

また、導光板５の前記平面視円弧状の円周方向の一端には、光源９が発する光を入射するための光入射面１９が設けられている。

一般に、プラスチック材料に光を照射すると、プラスチック材料を媒質として光が伝播するが、プラスチック材料の表面に傷や欠陥等があると、伝播された光がその箇所で散乱する（もしくは反射する）ことが知られている。これを利用して、プラスチック材料の表面に機械加工を施して、伝播された光を散乱（もしくは反射）させることが可能である。

そこで、図３及び図４に示されているように、導光板５の文字盤３に対向する表面５Ａの反対側の面である裏面５Ｂには、その円周方向のほぼ全域にわたって、複数の光反射用溝部２１が所定の角度間隔で、導光板５の平面視円弧の中心位置から放射状に形成されている。前記光反射用溝部２１は、断面略三角（もしくはＶ字）形状を有し、導光板５を幅方向に横断するように形成されている。光反射用溝部２１の放射状の角度間隔は、例えば２°とすることができる。あるいは、導光板５の平面視円弧の外周側における光反射用溝部２１のピッチＰが４ｍｍとなるような角度間隔とすることができる。

また、前記光反射用溝部２１の一面には、導光板５を幅方向に横断する反射面２１Ａが形成されている。この反射面２１Ａは、導光板５内を進行する光を表面５Ａ側へ反射するためのものであって、図４に示されているように、裏面５Ｂに対して所定の傾斜角度αで傾斜するように構成されている。光反射用溝部２１の反射面２１Ａが導光板５を幅方向に横断するように形成することで、文字盤３の発光輝度の斑の発生を低減することができる。

上記の各反射面２１Ａは、光源９からの光を導光板５の表面５Ａ側へ反射するように形成されている。例えば、各光反射用溝部２１は、図３において左側の光入射面１９に配置される光源９の側を向いて光源９からの光を表面５Ａ側へ反射するように形成されている。

反射面２１Ａの傾斜角度αは、小さすぎれば反射光の傾斜角度も大きくなり、表示装置１を正面から見たときの文字盤３の発光輝度が低下する。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２１Ａ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。この光の利用効率の低下を抑制するためには、光源９への投入電力を大きくして発光輝度を増大させる手法が知られている。しかしながら、この手法は消費電力の増加や光源９の寿命の低下を招くため好ましくない。

このため、反射面２１Ａの傾斜角度αは、４５°以上で、６０°以下が好ましく、５０°以上で、５５°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、文字盤３の発光輝度を高めることができる。なお、この実施の形態では前記反射面２１Ａの傾斜角度αは、例えば４５°である。

なお、各反射面２１Ａの傾斜角度αが同一である場合、すべての光反射用溝部２１の高さγ（図４参照）を同一とすると、光源９に近い光反射用溝部２１における反射光に比べ、光源９から遠い位置にある光反射用溝部２１における反射光の輝度が低くなる傾向がある。

この実施の形態では、図４に示されているように、光源９からの距離が大きい光反射用溝部２１ほど高さγを大きくすることによって、各光反射用溝部２１の反射光量を平準化し、輝度の均一化を図ることが可能である。要するに、光源９からの距離が遠くなると光量が減衰することと、高さγを光源９から遠くなるにしたがって段階的に大きくすることによって反射光の輝度を大きくすることとのバランスを取ることによって、当該の範囲の輝度の均一化を図ることができる。

光源９は、導光板５の光入射面１９に光を入射可能に配置され、１つまたは複数の発光ダイオード、レーザダイオード等を備えることができる。例えば、光源９は、導光板５の光入射面１９に光を入射可能に配置され、１つの発光ダイオード、レーザダイオード等を備えることができる。

光拡散フィルム１１は、光を拡散させる樹脂もしくは当該樹脂がコーティングされたフィルムからなり、平面視環状もしくは平面視円弧状に形成されており、導光板５の表面５Ａ上に配置され、表面５Ａから出射する光を拡散する。

ケース１３は、上述の各部品を収納、保持する。

なお、スピードメータには、文字盤３の目盛１５Ａを指し示す指針や、この指針を回動させるムーブメント等が備えられるが、これらの部分はこの発明に直接関係しないため、図示および説明を省略している。

次に、上記の導光板５のプラスチック材料について詳しく説明する。

照射した光はプラスチック材料を媒質として伝播するが、特に透明度の高い材料、高屈折率の材料ほど、媒質内での光の散乱が少ないので効率よく光が伝播することが知られている。

しかしながら、透光性のプラスチック材料であれば何でも高輝度発光の機能を満たすものではないので、屈折率を用いた特性値による制限や材料の種類による制限を設けることで、安価で照明効率に優れた高輝度発光の機能を満たすように努めた。

すなわち、上述した導光体７において、導光板５としてさまざまな屈析率を有するプラスチック材料を用いて、いくつかの調査試験を行い、安価で照明効率に優れた最適な導光板用のプラスチック材料を選定した。

上記の調査試験について詳細に説明する。試験例Ａ〜Ｈの導光体７の試料を作成し、各試料に対して照度試験を行った。

試験例Ｄの導光体７を代表例として説明すると、試験例Ｄは、図３に示されているように、厚さｔが３ｍｍの市販のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる導光板５を用いた。なお、ポリメタクリル酸メチルは屈析率が１．４９である。

また、前記導光板５の裏面５Ｂには、ダイヤモンドバイト切削法により複数の光反射用溝部２１を形成した。前記各光反射用溝部２１は、前述した図３に示されているものと同様に断面三角形状の溝部であり、傾斜角度αが４５°と角度θが９０°の切削角度である。また、切削深さγが０．１ｍｍで、切削ピッチＰが４ｍｍである。なお、切削深さγについては、光源９の光入射面１９の側（導光板５の受光側）から反対側に向かって少しずつ深くなるように切削バイトの押し込み量を少しずつ大きくして、導光板５の平面視円弧の中心位置から放射状に切削した。

他の試験例Ａ〜Ｃ，Ｅ〜Ｈの導光体７としては、市販されているいくつかのプラスチック材料を用いて、上述した試験例Ｄの導光体７と同様な形状及び寸法の試料を作成した。

すなわち、試料Ａの材料は、ポリテトラフルオロエチレンで、屈析率が１．３５である。試料Ｂの材料は、ポリ３フッ化塩化エチレンで、屈折率が１．４２である。試料Ｃの材料は、酢酸ビニル樹脂で、屈折率が１．４６である。試料Ｅの材料は、ポリ塩化ビニルで、屈折率が１．５３である。試料Ｆの材料は、ポリスチレン＝ブタジエン共重合体で、屈折率が１．５６である。試料Ｇの材料は、ポリカーボネートで、屈折率が１．５９である。試料Ｈの材料は、エピスルフィド系樹脂で、屈折率が１．７０である。

上記の試験例Ａ〜Ｈの試料に対して、光源９としては砲弾型ＬＥＤ（豊田合成株式会社製、型番；Ｅ１Ｌ３３−ＡＷ０Ａ−０３、白色、サイズ；φ３）を用いて、各試料の導光体７の光入射面１９（受光面）から光を入射した。照度計（コニカミノルタ株式会社製、Ｔ−１０Ｍ）により、各試料の導光体７において測定箇所を３０箇所として照度分布を調査した。

試験例Ａ〜Ｈの試料における平均照度の測定結果は、図５のグラフに示されている通りである。このグラフでは、いわゆる右肩上がりになっており、一般に知られている通り、屈折率が高い材料ほど光を伝播する媒質として優れていることが分かる。しかしながら、試験例の試料Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは平均照度が大きく変わっていないのに対し、試料Ａ，Ｂ，Ｃでは相対的に平均照度の低下が見られる。すなわち、今回のような試験例では、屈折率に対する照度が、単純な一定勾配の右肩上がりにはならないこと（つまり、勾配が変化すること）を明示している。

以上のことから、導光板５としては、屈折率１．４９以上のプラスチック材料を用いることが好ましい。これは、屈折率の下限が明確化されたことを意味する。なお、試料Ｄの平均照度は２．７ルクスであり、試料Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの平均照度は２．７ルクスより少し高い程度である。

屈折率の上限については、特に限定しない。その理由は、例えば、Ｈのエピスルフィド系樹脂（屈折率；１．７０）は、プラスチックレンズ（光学用のレンズ）として知られている材料であるが、非常に高価である。よって、エピスルフィド系樹脂は、導光板５の用途にはコストアップとなるので好ましくないと判断することができる。要するに、照明効率に優れた高輝度発光の機能を満たす点では、屈折率が高い材料を適用することは可能であるが、高コスト要因となるデメリットがあるため、表示装置の製造者が適宜決定すればよいだけの設計事項である。

また、上記の導光体７の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、導光板５に対して、金型成形やダイヤモンドバイト切削、さらに加熱刃による切削などにより、光反射用溝部２１の形成することができる。

上記の試料Ａ〜Ｈの光反射用溝部２１は、すべて切削法により形成した。しかしながら、大量生産を想定した場合は、光反射用溝部２１を１つずつ切削して作成するのは高コストである。

そこで、一般的に、プラスチック材料を低コストで成型する手法として金型による「ダイキャスト法」が知られている。この手法は大量生産に向いており、低コストで提供できる。しかし、このダイキャスト法を適用できるのは「熱可塑性樹脂」であり、「熱硬化性樹脂」を適用することは原理的に困難である。

したがって、この実施の形態では、導光板５には熱可塑性樹脂のプラスチック材料を用いることが好ましい。しかも、金型を用いたダイキャスト法にて作成するほうが好ましい。

上記のように構成された表示装置１において、外部から電力が供給されて光源９が発光すると、光入射面１９から導光板５に入射した光は、導光板５の表面５Ａ、裏面５Ｂ、および側面で反射されながら導光板５内を進行する。そして、図４に示されているように、導光板５内を進行する光のうち、複数の各光反射用溝部２１の反射面２１Ａに達した光のほとんどは、反射面２１Ａにより反射されて表面５Ａ側から外部へと出射される。

このとき、導光板５には、屈折率１．４９以上で、しかも安価なプラスチック材料が用いられることで、安価な材料でありながら照明効率に優れた高輝度発光が生じることとなる。

さらに、各光反射用溝部２１の反射面２１Ａにより反射され、導光板５の表面５Ａから出射した光は、光拡散フィルム１１により拡散される。この拡散された光は、当該箇所において均一化された輝度となっており、文字盤３の目盛部１５および数字部１７へ均一な明るさで透過照明されて発光表示される。したがって、文字盤３の目盛部１５および数字部１７の発光輝度の斑の発生を抑制し、かつ高輝度発光にて表示装置１の視認性を向上することができる。

なお、この発明は、上記の実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

この発明の実施の形態に係る表示装置の平面図である。 図１に示す表示装置の分解斜視図である。 図１に示す表示装置の導光体の平面図である。 図３の矢視ＩＶで、導光板の光反射用溝部を示す部分的な拡大図である。 試験例Ａ〜Ｈの試料における平均照度を示すグラフである。

符号の説明

１ 表示装置
３ 文字盤
５ 導光板
５Ａ 表面
５Ｂ 裏面
７ 導光体
９ 光源
１１ 光拡散フィルム（光拡散部材）
１３ ケース
１５ 目盛部
１５Ａ 目盛
１７ 数字部
１７Ａ 数字
１９ 光入射面
２１ 光反射用溝部
２１Ａ 反射面

Claims (7)

1. 透光性材料からなり、複数の目盛が円弧状に配列されてなる目盛部と、複数の数字が円弧状かつ前記目盛部と同心上に配列されてなる数字とを有する文字盤と、
   平面視円弧状の形状で、前記文字盤の裏面側に前記目盛部及び前記数字部を覆うように配置され、光を伝播する透光性の導光板と、この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、前記導光板の前記文字盤に対向する表面の反対側である裏面に前記平面視円弧の中心位置から放射状に複数形成されて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部と、からなる導光体と、
   前記導光板の前記光入射面に光を入射可能に配置された光源とを備え、
   前記導光板は、屈折率が１．４９以上であるプラスチック材料で構成されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記導光板のプラスチック材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
4. 前記導光板の前記文字盤に対向する前記表面上に、前記導光板の前記表面から出射する光を拡散する光拡散部材を配置してなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の表示装置。
5. 平面視円弧状の形状で、かつ光を伝播する透光性の導光板と、
   この導光板の前記平面視円弧状の円周方向の一端に光を入射すべく設けた光入射面と、
   前記導光板の表面の反対側である裏面に前記平面視円弧状の中心位置から放射状に複数設けられて前記伝播する光を前記導光板の前記表面側に反射する反射面を有する断面略三角形の光反射用溝部とを備え、
   前記導光板は、屈折率が１．４９以上であるプラスチック材料で構成されていることを特徴とする導光体。
6. 前記導光板のプラスチック材料が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項５記載の導光体。
7. 前記各光反射用溝部の反射面は、前記導光板を幅方向に横断するように形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の導光体。

Images