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1. WO2020121488 - 照明構造

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明 細 書

発明の名称 照明構造

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005  

発明の効果

0006   0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026  

符号の説明

0027  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 照明構造

技術分野

[0001]
 本発明は、照明構造に関する。

背景技術

[0002]
 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。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2002-365620号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 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。

課題を解決するための手段

[0005]
 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。

発明の効果

[0006]
 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。
[0007]
 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。

図面の簡単な説明

[0008]
 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。
[図1] 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。
[図2] 本発明の実施形態に係る照明構造の原理を説明する図。
[図3] 比較例に係る照明構造の構造を説明する図。

発明を実施するための形態

[0009]
 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。
[0010]
 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。
[0011]
 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。
[0012]
 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。
[0013]
 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。
[0014]
 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。
[0015]
 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。
[0016]
 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。
[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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。
[0021]
 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。
[0022]
 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。
[0023]
 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。
[0024]
 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。
[0025]
 <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。
[0026]
 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。

符号の説明

[0027]
100 照明構造、101 結合部材、102 反射板、103 光源、110 表示構造

請求の範囲

[請求項1]
 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。
[請求項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(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。
[請求項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(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。
[請求項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(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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]