JP2013218059A - 面状発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】美観に優れ、かつ表示特性が良好である面状発光装置を提供する面状発光装置を提供する。
【解決手段】面状発光装置１０は、光源１１と、光源１１からの光が縁部から導入されて面方向に導かれるシート状のライトガイド１２と、ライトガイド１２の発光面とは反対側の面側に設けられた光透過性基材１５と、を備える。ライトガイド１２には、光を散乱させて発光面側に出射させる光取出部１３が形成され、光取出部１３は、光透過性の光散乱性粒子を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、文字、記号、図形、模様等を表示する表示装置等に好適に用いられる面状発光装置に関する。

面状発光装置としては、シート状のライトガイドの縁部に側面発光型の光源を設けた構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。
図１１は、面状発光装置の一例を示すもので、この面状発光装置１１０は、光源１と、光源１からの光が導入されるシート状のライトガイド２と、シート状の反射体１０３とを備えている。

ライトガイド２の内面２ｃ（下面）には、文字、記号、図形、模様等を表す表示部１０５をなす光取出部１０９が形成されている。
光取出部１０９は、印刷等により内面２ｃに形成された複数のドット状の光反射性材料層１０９ａからなる。光反射性材料層１０９ａは、酸化チタンなどの白色顔料を含む光反射性材料からなり、文字等に即した形状の表示部１０５を構成している。
反射体１０３は、通常、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの白色樹脂からなる。

面状発光装置１１０では、光源１の出射面１ａから出射して導入縁部２ａの端面２ｂからライトガイド２に入射した光は、ライトガイド２の両面で内部反射しながらライトガイド２の面方向に伝搬する。
ライトガイド２内の光の一部は、光取出部１０９で散乱して外部に出射し、これによって、文字等を表す表示部１０５が明るく表示される。
ライトガイド２から下面側に漏出した光は反射体１０３の表面で反射し、その一部はライトガイド２に再び入射する。

特開２０１０−１３５１６０号公報

近年では、面状発光装置に、奥行き感があり美観に優れたデザインが求められているが、面状発光装置１１０はこの点では十分とはいえず、デザイン性に関する要求には応えられなかった。
美観を改善するには白色顔料の使用量を少なくすることが考えられるが、顔料が少なければ表示部１０５の輝度が低くなり、表示特性に問題が生じるおそれがある。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、美観に優れ、かつ表示特性が良好である面状発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、前記光源からの光が縁部から導入されて面方向に導かれるシート状のライトガイドと、前記ライトガイドの発光面とは反対側の面に対向して設けられた光透過性基材と、を備え、前記ライトガイドには、前記光を散乱させて前記発光面側に出射させる光取出部が形成され、前記光取出部は、光透過性の光散乱性粒子を含む面状発光装置を提供する。
前記光透過性基材の前記ライトガイド側の表面の少なくとも一部には、光の反射性を高める反射機能部が形成されていることが好ましい。
前記反射機能部は、前記光透過性基材の表面に形成された凹凸部であることが好ましい。
前記ライトガイドと前記光透過性基材とを接合させる粘着層は、透明であることが好ましい。

本発明によれば、光取出部が光透過性の光散乱性粒子を含むため、光源の非点灯時には光取出部は目立たず、美観は損なわれない。また、光源の点灯時には表示部の輝度は十分に高く、視認性は良好である。また、光透過性基材の採用により、透明感、奥行き感が得られる。
したがって、美観に優れ、かつ表示特性が良好である面状発光装置が得られる。

本発明の一実施形態である面状発光装置を示す断面図である。 前図の面状発光装置のライトガイドおよび光取出部を示す平面図であり、（ａ）は非点灯時を示し、（ｂ）は点灯時を示す。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 本発明の他の例の面状発光装置を示す断面図である。 ライトガイドの輝度分布を示す図である。 ライトガイドの輝度分布を示す図である。 関連する面状発光装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態である面状発光装置について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である面状発光装置を模式的に示す断面図である。図２（ａ）は、面状発光装置を示す平面図であり、（ａ）は非点灯時であり、（ｂ）は点灯時を示す。
図１に示すように、面状発光装置１０は、光源１１と、光源１１からの光が導入されるシート状のライトガイド１２（導光体）と、ライトガイド１２の内面１２ａ（下面）に対向して設けられた光透過性基材１５と、光透過性基材１５の下面側（背面側）に設置された背面側基板１７とを備えている。

光源１１としては、発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）などの発光素子、冷陰極管などの発光体が用いられる。光源１１は、例えばケースの内部に発光素子チップを内蔵し、この発光素子チップからの出射光をケース側面の出射面１１ａから出射させる構成が可能である。図示例では、光源１１は、出射面１１ａが側方に向けられ、ライトガイド１２の導入縁部１２ｄの端面１２ｂに対面している。

ライトガイド１２を構成する材料は、光透過性を有するものであれば特に限定されないが、ウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）のエラストマー、ウレタンアクリレートからなる群から選択されたいずれかが好ましい。

ライトガイド１２の平面視形状は特に限定されず、略矩形でもよいし、その他の形状であってもよい。
ライトガイド１２は、その厚みが特に限定されず、例えば０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．１〜２ｍｍ（例えば０．５〜２ｍｍ）とすることができる。

ライトガイド１２の導入縁部１２ｄの端面１２ｂは、光源１１の出射面１１ａに近接した位置にあることが好ましい。導入縁部１２ｄとは光源１１からの光が導入される縁部である。
ライトガイド１２の外面１２ｃ（図１では上面）は、面状発光装置１０の上面（表面、発光面）である。図１におけるライトガイド１２の下面を内面１２ａという。
ライトガイド１２の内面１２ａは、ほぼ全面が光透過性基材１５の表面１５ａに対向していることが好ましい。

ライトガイド１２の内面１２ａ（下面）には、文字、記号、図形、模様等を表す表示部１４をなす光取出部１３が形成されている。
光取出部１３は、光を散乱させて出射させる機能を有し、複数のドット状の光散乱性材料層（以下、単にドットという）１３ａから構成されている。
ドット１３ａは、光透過性の光散乱性粒子を含む材料（光散乱性材料）からなる。具体的には、樹脂等を含む主剤に、シリカなどからなる光透過性粒子を添加した材料が使用できる。
前記材料としては、例えばポリエステル樹脂、オルソジクロロベンゼン等を含む主剤に、例えば１〜１０質量％の光透過性粒子を添加したインクを例示できる。

光透過性とは、照射された光（具体的には可視光）の少なくとも一部が透過可能であることをいい、その光透過率（可視光透過率）は例えば５０％以上である。光透過性粒子は、屈折率がライトガイド１２とは異なる透明材料からなることが好ましい。
光散乱性とは、照射された光の少なくとも一部を散乱させ、ランダムな方向成分を生じさせることをいう。

ドット１３ａに用いられる光散乱性粒子は、酸化チタンなどの白色顔料（光反射性粒子）とは異なり、光透過性であるため、光源１１からの光が照射されていないときには目立ちにくい。
光透過性粒子としては、シリカが最も好ましいが、これに限らず、タルク、ゼオライト、マイカ、アルミノシリケート、ガラス、樹脂などを使用してもよい。
光透過性粒子は、ここに示したもののうち１つを単独で使用してもよいし、これらのうち２以上を併用してもよい。

光散乱性粒子の平均粒径は、例えば１〜１０μｍである。
平均粒径は、動的光散乱法による粒度分布計を用いて測定することができる。平均粒径としては、例えば５０％累積粒子径（質量基準または体積基準）、最頻粒子径などを採用してもよい。また、球形でない粒子については、最長径と最短径の平均をその粒子の粒径とすることができる。
ドット１３ａを構成する材料中の光散乱性粒子の量は、例えば０．１質量％以上、２０質量％以下である。

複数のドット１３ａの平面視配置については、互いに離間した配置とするのが好ましい。各ドット１３ａの形状は特に限定されることはなく、例えば、平面視で略円形、楕円形、多角形等の任意の形状であってもよい。ドットは、例えばスクリーン印刷法、グラビア印刷法、パッド印刷法、インクジェット印刷法などの印刷法により形成できる。

ドット１３ａは、文字、記号、図形、模様等を表示する表示部１４を構成する。例えば、ドット１３ａは、平面視において文字、記号、図形、模様等を表すような領域に形成される。
図２に示す表示部１４は、文字「ＡＢＣ」をなす形状とされている。

ドット１３ａの外径、ピッチ、厚さなどは、求められる輝度などの条件に応じて設定できる。例えば、外径またはピッチを調整することは、輝度の調整に有効である。
また、ドット１３ａは、光源１１からの距離が大きくなるほど外径が大きく（またはピッチが小さく）なるように形成することによって、ライトガイド１２に対する面積比率を光源１１からの距離に応じて設定できる。これによって、光源１１から離れた位置でも十分な光取出量を確保し、輝度の均一化を図ることができる。

なお、図示例の光取出部１３は、複数のドット１３ａからなるが、光取出部１３は、ドット状に限らず、例えば、平面視において広い範囲（例えば図２の文字領域の全域）にわたる１または複数の層体であってもよい。
光取出部１３は、外面１２ｃに形成してもよいし、ライトガイド１２の両面に形成してもよい。

光透過性基材１５は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリル樹脂などの樹脂材料等からなるシート材（または板材）である。

光透過性基材１５の表面１５ａには、光の反射性を高める凹凸部１５ｂ（反射機能部）を形成することができる。
表面１５ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ：ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）は、例えば０．２μｍ以上（好ましくは０．２〜２０μｍ）とすることができる。
表面粗さＲａは、小さすぎればライトガイド１２から光透過性基材１５を透過して失われる光の量が多くなる。また、表面粗さＲａは、大き過ぎれば光透過性が小さくなって面状発光装置１０の透明感、奥行き感が得られにくくなる。
表面粗さＲａをこの範囲とすることによって、光透過性基材１５を透過する光量を抑制して表示部１４の輝度を高めるとともに、十分な光透過性を得て面状発光装置１０の透明感、奥行き感を良好にすることができる。

凹凸部１５ｂは、ライトガイド１２へのレーザ加工、サンドブラスト加工、シボ加工により形成することができる。
また、マット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、パッド印刷などを用いて、インクからなる凸部を形成することで表面１５ａに凹凸部１５ｂを形成することもできる。
凹凸部１５ｂは、ライトガイド１２側の表面１５ａの全面に形成されていてもよいし、一部領域にのみ形成されていてもよい。

表面１５ａには、凹凸部１５ｂに限らず、マット印刷等によって光散乱性材料を付着させ、これを反射機能部とすることもできる。また、光透過性基材１５内部に、光透過性基材１５の屈折率とは異なる屈折率を有する透明粒子（気泡など）からなる粒子部を形成し、これを反射機能部とすることもできる。

光透過性基材１５の光透過率（可視光透過率）は、低すぎれば透明感、奥行き感が損なわれるため、光透過率は、例えば２０％以上（例えば５０％以上）とすることができる。光透過率をこの範囲とすることによって、透明感、奥行き感がある面状発光装置１０が得られる。
本発明では、光透過性基材１５の光透過率の上限については特に制限はないが、光透過率が例えば８０％以下となる程度の反射特性を光透過性基材１５に付与すれば、光の損失を小さくできる。

図示例の光透過性基材１５は凹凸部１５ｂを有するが、凹凸部１５ｂはなくてもよい。
光透過性基材１５は、ライトガイド１２を支持する支持材としても機能している。また光透過性基材１５は、ライトガイド１２の高さ位置を、光源１１からの光が導入されやすい位置に調整する機能も有する。

光透過性基材１５は、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂（シリコン系樹脂）などからなる粘着層１６（粘着材）を介してライトガイド１２の内面１２ａに接着されている。
粘着層１６は、透明であることが好ましく、ライトガイド１２および光透過性基材１５の周縁部どうしを接着する位置に形成することができる。粘着層１６は、ライトガイド１２および光透過性基材１５の周縁部の全周にわたる枠状に形成してもよいし、周縁部の一部にのみ形成してもよい。

背面側基板１７は、樹脂、金属などからなり、その表面１７ａ（上面）は、任意の色、例えば赤色、青色、黄色、銀色、金色等を呈していてよい。
表面１７ａには、色彩、模様、表面形状などによりデザイン性を付与することができる。例えばめっき膜やミラーインク層の形成により、表面１７ａに光沢感を付与することができる。また、表面１７ａに凹凸部を形成して艶消しを施すことにより高級感を与えることもできる。

次に、面状発光装置１０の作用について説明する。
図２（ａ）に示すように、光源１１が点灯していないときは、表示部１４は発光表示されない。
光取出部１３は光透過性の粒子を含むため、外面１２ｃ側からライトガイド１２に入った外光は、少なくとも一部がドット１３ａを透過する。
ドット１３ａで反射する光の量が少なくなるためドット１３ａは視認しにくくなる。ドット１３ａが目立たなくなることによって、面状発光装置１０には透明感、奥行き感が与えられ、美観の点で良好となる。

ライトガイド１２を通過した光の一部は、光透過性基材１５の表面１５ａ（凹凸部１５ｂ）で反射し、他の一部は光透過性基材１５を厚さ方向に通過し、背面側基板１７に達する。
このため、背景視認性が得られるとともに奥行き感が増し、面状発光装置１０は美観の点でいっそう良好となる。
また、背面側基板１７の表面１７ａにデザイン性（光沢感など）が付与されている場合には、背面側基板１７が視認可能となることによって、さらなる美観向上が可能となる。

図２（ｂ）に示すように、通電により光源１１が点灯すると、光源１１からの光が導入縁部１２ｄの端面１２ｂからライトガイド１２に入射する。ライトガイド１２に入射した光は、ライトガイド１２の内面１２ａと外面１２ｃとの間で内部反射を繰り返しながらライトガイド１２内を伝搬してゆく。
光取出部１３は光散乱性の粒子を含むため、ライトガイド１２内の光の一部は、光取出部１３のドット１３ａで散乱し、散乱光が生成する。この散乱光の一部はライトガイド１２の外面１２ｃから外部に出射する。
これにより、文字、記号、図形、模様等をなす表示部１４は明るく表示される。

ライトガイド１２の内面１２ａから下方に漏出した光は、光透過性基材１５に達し、その一部は光透過性基材１５の表面１５ａ（凹凸部１５ｂ）で反射し、ライトガイド１２に戻される。このため、光の損失は小さくなり、表示部１４における輝度は低下しない。

面状発光装置１０によれば、光取出部１３が光透過性の光散乱性粒子を含むため、光源１１の非点灯時には光取出部１３は目立たず、美観は損なわれない。また、光源１１の点灯時には表示部１４の輝度は十分に高く、視認性は良好である。
また、光透過性基材１５の採用により、透明感、奥行き感および背景視認性が得られる。
したがって、面状発光装置１０は、美観に優れ、かつ表示特性が良好となる。
面状発光装置１０では、表示部１４に十分な輝度が得られるため、高輝度タイプの光源１１を使用する必要はない。また、面状発光装置１０は構造が簡単である。よって、コストや消費電力の問題は生じない。

さらに、面状発光装置１０によれば、光透過性基材１５の表面１５ａに、表面１５ａにおける光の反射性を高める凹凸部１５ｂが形成されているため、光の損失は小さくなり、表示部１４における輝度は低下しない。よって、優れた表示特性が得られる。
また、凹凸部１５ｂの形成によって、背面側基板１７の表面１７ａからの反射に起因する局部的な高輝度部位が生じにくくなる。

次に、本発明の他の例の面状発光装置について説明する。以下の説明では、既出の構成については同一符号を付してその説明を省略する場合がある。
図３に示す面状発光装置２０は、ライトガイド１２の外面１２ｃに、主光取出部２１と周縁光取出部２２とが形成されている。
主光取出部２１は、図１の光取出部１３と同様に、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含む。
主光取出部２１によって光が散乱する領域のうち、遮光板２３の窓部２３ａで区画された領域は光出射領域となる。この光出射領域は、文字、記号、図形、模様等を表示する表示部を構成する。

周縁光取出部２２は、外面１２ｃに形成した溝部に光散乱性材料を充填した構造としてよい。この光散乱性材料は、主光取出部２１と同様に光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含んでいてもよいし、酸化チタンなどの白色顔料を含んでいてもよい。
周縁光取出部２２は、主光取出部２１によって形成される光出射領域の周縁に沿って延在する。具体的には、遮光板２３の窓部２３ａの周縁に沿って形成されている。
本例の面状発光装置２０によれば、周縁光取出部２２によって、光出射領域の周縁における光の出射量を増大させ、この領域を強調して表示できる。したがって、光出射領域の視認性を高めることができる。

図４に示す面状発光装置３０では、主光取出部３１は、図１の光取出部１３と同様に、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含み、ライトガイド１２の内面１２ａに形成されている。
ライトガイド１２の外面１２ｃには、光散乱性材料からなる周縁光取出部３２が遮光板２３の窓部２３ａの周縁に沿って形成されている。周縁光取出部３２を構成する光散乱性材料は、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含んでいてもよいし、酸化チタンなどの白色顔料を含んでいてもよい。

図５に示す面状発光装置４０では、ライトガイド１２の外面１２ｃに、主光取出部４１と、周縁光取出部４２とが形成されている。主光取出部４１は、図１の光取出部１３と同様に、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含む。周縁光取出部４２は、遮光板２３の窓部２３ａの周縁に沿って形成されている。周縁光取出部４２を構成する光散乱性材料は、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含んでいてもよいし、酸化チタンなどの白色顔料を含んでいてもよい。

図６に示す面状発光装置５０は、ライトガイド１２の内面１２ａに、粗面化により主光取出部５１が形成されており、外面１２ｃに、遮光板２３の窓部２３ａの周縁に沿って周縁光取出部５２が形成されている。周縁光取出部５２は、外面１２ｃに形成した溝部に光散乱性材料を充填した構造としてよい。この光散乱性材料は、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含む。

図７に示す面状発光装置６０は、ライトガイド１２の外面１２ｃに、粗面化により主光取出部６１が形成され、遮光板２３の窓部２３ａの周縁に沿って周縁光取出部６２が形成されている。周縁光取出部６２は、外面１２ｃに形成した溝部に光散乱性材料を充填した構造としてよい。この光散乱性材料は、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含む。

図８に示す面状発光装置７０は、ライトガイト１２の外面１２ｃと遮光板２３との間に形成された粘着層７２Ａにより周縁光取出部７２が形成されている。主光取出部７１は、ライトガイド１２の内面１２ａに形成されている。主光取出部７１は、図１の光取出部１３と同様に、光透過性の光散乱性粒子（シリカ等）を含む。

本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示すように、ＬＥＤからなる光源１１と、平面視矩形のウレタン系樹脂製のライトガイド１２と、光透過性基材１５と、背面側基板１７とを備えた面状発光装置１０を作製した。
光透過性基材１５としては、凹凸部１５ｂが形成されていない透明なＰＥＴ製の板材を使用した。
光取出部１３は、光透過性の光散乱性粒子であるシリカ粒子を主剤樹脂に添加した材料からなる複数のドット１３ａからなる。前記材料中のシリカ粒子の含有量は５〜７質量％とした。
図９は、ライトガイド１２の輝度分布を示す平面図である。図９において、光源１１はライトガイド１２の右端にある。

（比較例１）
シリカ粒子を含有しない材料を使用して光取出部１３を形成すること以外は実施例１と同様にして面状発光装置１０を作製した。ライトガイド１２の輝度分布を図９に併せて示す。

（実施例２）
サンドブラスト加工により凹凸部１５ｂを形成した光透過性基材１５を用いること以外は実施例１と同様にして面状発光装置１０を作製した。表面１５ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）が０．３４０μｍであり、最大高さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）が３．５４６μｍである。ライトガイド１２の輝度分布を図９に併せて示す。

（比較例２）
シリカ粒子を含有しない材料を使用して光取出部１３を形成すること以外は実施例２と同様にして面状発光装置を作製した。ライトガイド１２の輝度分布を図９に併せて示す。

図９および図１０に示すように、光透過性の光散乱性粒子であるシリカ粒子を含む光取出部１３を形成した実施例１、２は、シリカ粒子を含まない比較例１、２と比べて、はるかに高い輝度を示した。
また、実施例１、２では、光源１１を点灯していないときには、光取出部１３は目立たなかった。
これらの結果より、実施例１、２の面状発光装置１０は、透明感、奥行き感の点で優れ、かつ良好な表示特性が得られたことが確認された。
光透過性基材１５に凹凸部１５ｂを形成した実施例２は、凹凸部１５ｂが形成されていない比較例２と比べて、高い輝度を示したことが確認された。
また、実施例１では、光源１１に近い位置に、背面側基板１７の表面１７ａからの反射と推測される高輝度部位が見られたが、実施例２ではこのような高輝度部位は見られなかった。

なお、本発明の面状発光装置は、前述した一実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
例えば、図示例の面状発光装置１０は、光源１１とライトガイド１２と光透過性基材１５と背面側基板１７とを備えているが、本発明の面状発光装置は、背面側基板１７がない構成も可能である。

１０・・・面状発光装置、１１・・・光源、１２・・・ライトガイド、１２ａ・・・内面（発光面とは反対の面）、１２ｃ・・・外面（発光面）、１３・・・光取出部、１５・・・光透過性基材、１５ｂ・・・凹凸部（反射機能部）、１６・・・粘着層。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光が縁部から導入されて面方向に導かれるシート状のライトガイドと、
   前記ライトガイドの発光面とは反対側の面に対向して設けられた光透過性基材と、を備え、
   前記ライトガイドには、前記光を散乱させて前記発光面側に出射させる光取出部が形成され、前記光取出部は、光透過性の光散乱性粒子を含むことを特徴とする面状発光装置。
2. 前記光透過性基材の前記ライトガイド側の表面の少なくとも一部には、光の反射性を高める反射機能部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
3. 前記反射機能部は、前記光透過性基材の表面に形成された凹凸部であることを特徴とする請求項２に記載の面状発光装置。
4. 前記ライトガイドと前記光透過性基材とを接合させる粘着層が透明であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の面状発光装置。