JP5515712B2

JP5515712B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5515712B2
Application number: JP2009283609A
Authority: JP
Inventors: 達也田部井
Original assignee: Colcoat Co Ltd
Current assignee: Colcoat Co Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: JP2011129251A

Description

本発明は、導光体を発光させる遊技機用電飾、インジケータ、電飾看板、標識、案内板、装飾照明、イルミネーション、に関するものである。

アクリル樹脂などの高い透明性を有する導光体の裏面に、光を反射させる反射機能処理を施し、導光体端面に光源を配置して光を導光体内部に入射させると、反射機能処理を施した領域から外部に出射された光が光って見える。こうした原理を利用した発光装置は、遊技機の電飾装置を初めとして、車内装飾照明、看板、案内板、標識、などとしてすでに多方面で利用されている。

このような導光体の基本原理を図１に示した。光源1から発せられた光は入射端面３より導光体２の内部へと入射される。入射された光は空気界面との内面反射を繰り返し伝達して行く。ここで反射する導光体表裏面とも平滑で光散乱が起こらず表裏面が平行であれば、光は全反射するため外部には出射されない。すなわち光って見えない。一方で導光体内を伝達する光が発光領域６に到達すると、発光領域内に形成された反射機能処理４によって光の進行方向が変化し外部へと出射される。このため光って見えることになる。発光領域の形状を発光させたい図柄や文字に形成することによって、図柄や文字の形が発光する発光装置を作製することができる。反射機能処理としては大きく分けると導光体面の凹凸形状によって光の進行方向を変化させる方法と、フィラーを含有した光拡散層を印刷などで形成して拡散層内の多重反射で拡散反射させて光の進行方向を変化させる方法がある。

発光領域内では、導光体内の光束密度は外部へと出射されながら伝達するため徐々に減少していくことになる。しかしながら反射機能処理が光を反射する強度を反比例させて徐々に高くなるように適正に変化させて形成させることによって、発光領域全体を均一な明るさで光らせることも可能である。あるいはそのような構造を採らない場合には、発光領域の明るさは光源から離れるに従い徐々に暗くなるような発光となる。

こうした導光体の製造方法としては、導光体面に白色のインクを印刷する方法、溝を切削加工する方法、レーザーで凹凸を形成する方法、凹凸形状をインジェクション成形によって同時成形する方法、光拡散層を透明導光体と同時に押し出し成形によって形成する方法、などが知られている。

こうして作製された導光体の端面に光源を配置して発光させることにより、導光体を発光させるわけであるが、光源としては小型で高速点滅性に優れるＬＥＤが特に好適である。例として赤、青、緑のダイオードチップを一つのパッケージ内に収めた多色発光のＬＥＤを用いれば、全体の色を種々変化させることができる。長尺状の導光体の短手両端部にＬＥＤを配置し別々の色で発光させれば、両端からの色が中央に向かってグラデーションして変化するような発光も可能となる。また、図２のように導光体が全反射を破壊しないような緩やかに湾曲した棒状となっている場合には、光は湾曲に添って内面反射を繰り返して伝達していくため、長手側面に発光エリアが形成されていれば、湾曲した棒状導光体が光る装置を作ることも可能である。このように導光体を利用した発光装置は、様々な形状に応用可能で、様々な演出発光ができる特徴を持ち、様々な用途で利用されている。しかしながら、従来の導光体を利用した発光装置では、一個の導光体ごとに一つの固定した形状の発光であり、その色変化や点滅による演出しかできなかった。特に遊技機の電飾装置用途では動的な演出が望まれている。

動的な演出を行う例として、特許文献１には複数の導光体とＬＥＤとを積層して動的な演出発光を行わせる発光装置が提案されている。この装置では複数の導光体を配置し、個々の導光体ごとにＬＥＤを配置する複雑な構造とする必要がある。このためコストがかかるという欠点があり、また、個々の導光体の境界は観察者に認識でき、発光の原理も単純であるために、意外性や斬新さに乏しいという欠点があった。

特開２００７−１０９５５４号公報

本発明はこのような事情を鑑みなされたものであって、動的で多彩で斬新な演出が行える低コストな発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、導光体と、その二端部ＡＢに各々配置された光源とを有する発光装置であって、該導光体の裏面には少なくとも二種類の微細プリズムが反射機能処理して配列形成されており、第１の微細プリズムは端部Ａから入射した光を観察者方向へ出射し端部Ｂから入射した光を観察者方向へは出射しないようになっており、第２の微細プリズムは端部Ｂから入射した光を観察者方向へ出射し端部Ａから入射した光を観察者方向へは出射しないようになっており、二種類の微細プリズムはその形成される領域や密度や高さが位置により別々に変化しており、両端部ＡＢに配置された光源の発光色や発光強度のコントロールによって導光体発光の領域や色や明るさのパターンを変化させることができることを特徴する発光装置である。

請求項２の発明は、前記の二種類の微細プリズムが共に二つの反射面を有する非対称の三角形断面となっており、第一の反射面が法線方向と成す角度は７０度〜８７度の範囲であり、第二の反射面が法線方向と成す角度は３５度〜５０度の範囲であり、二種類の微細プリズムは鏡像の関係にあることを特徴とする発光装置が特に好ましい。

また、請求項３の発明は、前記の二種類の微細プリズムに加えて、端部Ａ、端部Ｂどちらから入射した光も観察者方向へ出射する第３の微細プリズムが形成されていることを特徴とする発光装置である。

本発明の発光装置によれば、観察者に対して動的で多彩で斬新な照明演出を行うことが出来る。

図１は導光体を利用した発光装置の基本原理を説明する側面図図２は湾曲した棒状の導光体内を光が伝達する原理を説明する図図３は実施例１の構成を説明する側面図図４は実施例１の発光状態を説明する側面図図５は微細プリズムでの光の挙動を説明する側面図図６は実施例２の発光状態を説明する側面図図７は微細プリズムでの光の挙動を説明する側面図図８は実施例３の発光状態を説明する側面図図９は実施例４の構成を説明する正面図図１０は図柄の発光状態を説明する正面図図１１は図柄の発光状態を説明する正面図図１２は湾曲した棒状の導光体を用いた実施例を示す正面図図１３は棒状導光体の断面形状を示す図

図３は本発明に関わる発光装置の基本的な実施例の特徴を説明する側面図である。導光体の上端面ＡにはＬＥＤ光源１ａが下端面Ｂには１ｂが近接して配置されている。導光体の裏面には、入射辺に平行な直線状の稜線を持つ二種類の微細プリズム５ａ、及び５ｂが形成されている。微細プリズムの断面形状は非対称な三角形であり、微細プリズム５ａと５ｂとでは鏡像の関係となっている。微細プリズム表面は平滑性が高く共に鏡面反射性を有する。この実施例においては、微細プリズム５ａは発光領域６ａに、微細プリズム５ｂは発光領域６ｂにそれぞれ形成されている。

実施例１において、上方のＬＥＤ光源１ａが発光した状態の光の挙動を図４（ａ）に、下方のＬＥＤ光源１ｂが発光した状態の光の挙動を図４（ｂ）にて示している。上方より入射された光は発光領域６ａに形成された微細プリズム５ａに到達したとき法線近傍方向へと方向を変え出射されるが、発光領域６ｂに形成された微細プリズム５ｂに到達したときには斜め下方向へと出射される。観察者が法線付近にいるとき、発光領域６ａだけが光って見える。（図４（ａ））。一方で下方より入射された光は発光領域６ｂに形成された微細プリズム５ｂに到達したとき法線近傍方向へと出射されるが、発光領域６ａに形成された微細プリズム５ａに到達したときには斜め上方向へと出射される。観察者が法線方向付近にいるとき、発光領域６ｂだけが光って見える。（図４（ｂ））。

ここで個々の微細プリズムは肉眼での観察ではその立体形状が認識できない小ささであり、５ａと５ｂとの違いがほとんど区別できない。このため、領域間で発光が変化する原理を観察者は想像することができず、意外性や斬新さを印象付ける発光装置となる。

発光領域内では、導光体内の光束密度は外部へと出射されながら伝達するため徐々に減少していくことになる。しかしながら微細プリズムのピッチを徐々に小さくする、微細プリズムの高さを徐々に高くする、あるいは両者を同時に徐変させることによって、発光領域全体を均一な明るさで光らせることも可能である。あるいはそのような構造を採らない場合には、発光領域の明るさは光源から離れるに従い徐々に暗くなるような発光となる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、一つの微細プリズムの詳細な働きを説明するために、さらに拡大した側面図を示した。微細プリズム５ａは反射面７及び反射面８の二つの反射面を有している。上方からの光は図５（ａ）に示すように、反射面７で反射した後反射面８で反射して表側（観察者側）法線近傍の角度へと出射される。また一部の光は反射面７に到達せずに直接に反射面８に到達するが、この光は反射面８で反射されずに裏面へと出射される。
一方、下方からの光は図５（ｂ）に示すように、反射面７に直接到達する。このうち一部の光は裏面へと出射され、また一部の光は反射面７で反射されるものの外部にはほとんど出射されない。一部の光は反射面７で反射されて表面より出射されることになるが、このときの出射角度は法線方向から大きく上方へと傾いている。

このような光の挙動とするためには反射面７と反射面８の角度が重要であり、反射面８の法線方向となす角度αは７０度〜８７度の範囲が好適である。αが７０度より小さいと下方からの光を法線方向に近い角度で出射することになるため好ましくなく、一方で、αが８７度より大きいとプリズムのピッチ間隔が広くなり、反射面８の間隔が広くなりすぎるため、上方からの光を法線方向に出射させる割合が小さくなり表示が暗くなるため好ましくない。また、反射面８の法線方向となす角度βは、上方からの光を表側法線方向へと出射させるために３５度〜５０度の範囲が好ましい。
なお、ここで示したα、βの適正範囲は、観察方向が法線方向である場合についてであり、観察方向が法線方向から傾くようなケースでは、適正値が変動する。具体的には、観察方向が下方に傾く場合にはαを小さく、βを大きくする。観察方向が上方に傾く場合にはαを大きく、βを小さくする。
なお、微細プリズム５ｂについては、５ａと上下に反転させる以外は同様な説明が可能であり、省略する。

図６は本発明に関わる発光装置の別の実施例の特徴を説明する側面図である。実施例１では導光板の裏面に二種類の微細プリズムが形成されているのに対して、実施例２では、これらを含めて三種類の微細プリズムが形成されている。すなわち、微細プリズム５ａが発光領域６ａに、微細プリズム５ｂが発光領域６ｂに、そして第３の微細プリズム５ｃが発光領域６ｃにそれぞれ形成されている。微細プリズム５ｃは対称な台形形状となっており、上方からの光も下方からの光も法線近傍方向へと光を出射するようになっている。このため、観察者が法線方向付近にいるとき、上方のＬＥＤ１ａが発光したときには発光領域６ａと６ｃが光って見え、下方のＬＥＤ１ｂが発光したときには発光領域６ｂと６ｃが光って見える。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、一つの微細プリズム５ｃの詳細な働きを説明するために、さらに拡大した側面図を示した。微細プリズム５ｃは反射面９ａ及び反射面９ｂ及び平面１０を有している。上方からの光は図７（ａ）に示すように、平面１０で反射した後反射面９ｂで反射して表側（観察者側）法線近傍の角度へと出射される。一方、下方からの光も図７（ｂ）に示すように、平面１０で反射した後反射面９ａで反射して表側（観察者側）法線近傍の角度へと出射される。法線方向に光を反射させるためにγの角度は２０度〜３５度の範囲が好適である。

本発明の発光装置では、導光体の両端部に赤、青、緑のダイオードチップを一つのパッケージ内に収めた多色発光のＬＥＤを用い、ＬＥＤの発光色を個別に変化させることによって、多彩な色彩の演出が行える。一例として実施例２でとりあげた構造の導光体の上下より異なる色の光が入射された状況で説明する。上方より赤の光が入射され、下方より青の光が同時に入射された時、観察者からは領域６ａが赤く光って見え、領域６ｂが青く光って見え、領域６ｃは赤と青の光が混色されたマゼンタ色に光って見える。同様の原理により上方より赤の光が入射され、下方より緑の光が同時に入射された時、観察者からは領域６ａが赤く光って見え、領域６ｂが緑に光って見え、領域６ｃは赤と緑の光が混色された黄色に光って見える。同様の原理により上方より青の光が入射され、下方より緑の光が同時に入射された時、観察者からは領域６ａが青く光って見え、領域６ｂが緑に光って見え、領域６ｃは青と緑の光が混色されたシアンに光って見える。このように本発明の発光装置では多色発光のＬＥＤを用い、これまでには不可能だった多彩で斬新な演出が可能となる。

図８は本発明に関わる発光装置の別の態様を説明する側面図である。この実施例３においては２種類の微細プリズム５ａと５ｂは分かれた領域にそれぞれ形成されているのではなく、両者が入り混じって形成され、それぞれの微細プリズムの形成密度が変化している。このような導光体の上部または下部から光が入射されると、実施例１と同様な原理により微細プリズム５ａと微細プリズム５ｂからの観察方向への光の選択的反射が起こる。上下のＬＥＤの発光強度を変化させることによって発光領域内の明るさの分布が変化するような演出が行える。

図９は、実施例２の基本構造、すなわち３種類の微細プリズムを形成する導光体を用いる発光装置であって、３種類の微細プリズムを適用して特定の図柄を表示させる発光装置の観察者側から見た態様を正面図で示したものである。導光体は一定厚さの板状であって、二つの円形図柄の裏面図柄領域のみに微細プリズムが形成されており、それ以外の領域は表裏面とも鏡面となっている。そして領域６ａに微細プリズム５ａが、領域６ｂには微細プリズム５ｂが、領域６ｃには微細プリズム５ｃが、いずれも入射面に平行の稜線となるよう形成されている。（領域内の線は領域を識別するハッチングであり、微細プリズム稜線の方向を示すものではない。）また、ＬＥＤ入光部の両サイドには傾斜反射面１１が形成されていることが好ましい。

図１０はこの発光装置の発光状態を説明する正面図である。左側のＬＥＤが発光した時には図１０（ａ）で示すように、領域６ａと６ｃが発光して見える。これにより左側の円形が光って見える。ここで傾斜反射面１１は、導光体に入射され放射状に広がる光線のうち入射面との成す角度が大きい光線を反射させて図柄方向へと向ける働きを持つ。右側のＬＥＤが発光した時には図１０（ｂ）で示すように、領域６ｂと６ｃが発光して見える。これにより右側の円形が光って見える。左右両側のＬＥＤが発光した時には図１０（ｃ）で示すように、領域６ａ、６ｂ、６ｃ全てが光って見える。これにより二つの円形図柄が光って見える。

図１１では応用例として実施例４の発光装置を並列して繋げた形状の発光装置での、発光状態を示した。この場合には４個のＬＥＤからの光が、それぞれに対応する一個の円形図柄のみを発光させることで種々な演出を行うことが可能となる。

図１２では緩やかに湾曲した棒状の導光体の二端部にＬＥＤ１を配置した実施例であり、実施例２の基本構造を変形させた例である。（領域内の線は領域を識別するハッチングであり、微細プリズム稜線の方向を示すものではない。）微細プリズムの稜線方向は導光体の湾曲した外形線と直行するよう形成されている。この実施例では光の進行方向が図２で説明したように湾曲に添って伝達していくために、左側のＬＥＤが発光した時には領域６ａと６ｃが発光して見え、右側のＬＥＤが発光した時には領域６ｂと６ｃが発光して見え、左右両側のＬＥＤが発光した時には領域６ａ、６ｂ、６ｃ全てが発光して見える。このように棒状の導光体を望む形に湾曲させることで、導光体の形状自体で絵柄や文字を発光させることが可能となる。

棒状導光体の断面形状は、図１３（ａ）のように四角形でも良いが、図１３（ｂ）のように微細プリズムを形成した面の両側に反射曲面１２が形成されている断面形状や、図１３（ｃ）のように観察者側に凸レンズ出射面１３が形成された断面形状も適用できる。図１３（ａ）のような四角形の断面形状の場合には出射光が断面方向に広がって出射されるのに対して、図１３（ｂ）では反射曲面１２の反射作用により、また図１３（ｃ）では出射面１３の屈折作用によって、微細プリズムからの反射光が法線方向へと集光されて出射される。このため、より高い法線輝度が実現されることになる。観察方向が限定されるような用途においては、観察方向へと出射光を集める断面形状とすることが好適である。

本発明の発光装置を利用する上では、発光演出部となる導光体は透明で背後が透けて見えることから、電子ディスプレイ装置や印刷絵柄やその他、種々の機構の前方に配置できる自由度を有する。また、複数の導光体を重層的に配置し、それぞれの導光体の端面にＬＥＤを配置する構成とすることも可能である。この場合、各層のＬＥＤを個々にオンオフさせたり発光色を変化させることによって、異なる図柄を動的に表示したり、多色の発光を重層的に演出したりすることが可能となる。

導光体の裏面に拡散反射性の部材が密接して配置されていると、微細プリズムより裏面へと出射された光が反射性部材によって拡散反射する。この拡散反射光は意図する演出発光とは無関係に観察されてしまい発光コントラストを弱めることになる。このため、導光体の裏面に拡散反射性の部材が密接して配置することはできるだけ避けることが望ましい。

一般的な用途において、ＬＥＤや導光体入射部が観察者から直接的に見えてしまう構造では、光源部が眩しく光って見えるため望ましくなく、また美観的にも望ましくない。このため、ＬＥＤと、ＬＥＤを配置する基板と、導光体入射部の表側には、光遮光性の覆いを配置することが望ましい。

本発明で用いる導光体は、金型を用意してインジェクション成形することにより安価に量産することができる。微細プリズム形状は、対応する先端形状の刃物（バイト）を使用して引き切り加工することで高い平滑性で金型上に高精度に加工でき、成形時に金型上の凹凸の反転した形状が導光体に転写形成される。

微細プリズムの配列ピッチが大きすぎると一本一本の微細プリズムがラインとして視認されてしまうため、高精細感を創出するためにはできるだけ細ピッチであることが望ましいが、小さすぎる場合には成形時に正確な形状が転写されないため、概ね０．１mmから１mmの範囲が好適である。導光体の材質としては、用いるＬＥＤの発光波長において高い透過率を持つものが望ましく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂、などが好適に用いられる。

本発明の発光装置は、各種の遊技機において多彩且つ動的な演出効果を発揮する電飾装置として好ましく用いられる。また、インジケータ、電飾看板、標識、案内板、装飾照明、イルミネーションなどにも適用が可能である。

１光源（ＬＥＤ）
２導光板
３入射端面
４反射パターン
５微細プリズム
６発光領域
７微細プリズムの反射面
８微細プリズムの反射面
９微細プリズムの反射面
１０微細プリズムの平面
１１傾斜反射面
１２反射曲面
１３凸レンズ出射面

Claims

導光体と、その対向する二端部Ａ、Ｂに配置された光源とを有する発光装置であって、該導光体の裏面には少なくとも三種類の微細プリズムが配列形成されており、第１の微細プリズムは端部Ａから入射した光を観察者方向へ反射出射し、端部Ｂから入射した光を観察者方向へは出射しないようになっており、第２の微細プリズムは端部Ｂから入射した光を観察者方向へ反射出射し、端部Ａから入射した光を観察者方向へは出射しないようになっており、二種類の微細プリズムはその形成される領域や密度や高さが位置により別々に変化しており、前記二種類の微細プリズムに加えて、端部Ａ端部Ｂどちらかから入射した光も観察者方向へ出射する第３のプリズムが形成されており、対向する両端部ＡＢに配置された光源の発光色や発光強度のコントロールによって導光体発光の領域や色や明るさのパターンを変化させることができることを特徴とする発光装置。
請求項１記載の第１の微細プリズム及び第２の微細プリズムが共に二つの反射面を有する非対称の三角形断面となっており、第一の反射面が法線方向と成す角度は７０度〜８７度の範囲であり、第二の反射面が法線方向と成す角度は３５度〜５０度の範囲であり、二種類の微細プリズムは鏡像の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。