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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-205549(P2018-205549A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
   G09F 13/18 20060101AFI20181130BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20181130BHJP
   F21V 5/04 20060101ALI20181130BHJP
   G02B 6/00 20060101ALI20181130BHJP
   A63F 7/02 20060101ALI20181130BHJP
   F21Y 101/00 20160101ALN20181130BHJP
   F21Y 103/10 20160101ALN20181130BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20181130BHJP
   F21Y 115/15 20160101ALN20181130BHJP
   F21Y 115/20 20160101ALN20181130BHJP
【FI】
   G09F13/18 Z
   F21S2/00 434
   F21S2/00 441
   F21V5/04 600
   G02B6/00 331
   A63F7/02 320
   F21Y101:00 300
   F21Y103:10
   F21Y115:10
   F21Y115:15
   F21Y115:20
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2017-111178(P2017-111178)
(22)【出願日】2017年6月5日
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】光田 朋民
(72)【発明者】
【氏名】佐伯 勇輔
【テーマコード(参考)】
2C333
2H038
3K244
5C096
【Fターム(参考)】
2C333AA01
2C333AA11
2H038AA55
2H038BA06
3K244AA04
3K244BA08
3K244BA12
3K244BA15
3K244BA16
3K244BA18
3K244BA48
3K244DA01
3K244DA03
3K244DA04
3K244DA19
3K244EA02
3K244EA12
3K244EA34
3K244FA03
5C096AA11
5C096BA02
5C096CB01
5C096CB02
5C096CC06
5C096CD02
5C096CD23
5C096CD31
5C096CE01
5C096CG01
5C096CG12
5C096FA13
(57)【要約】
【課題】視野角が広く、明瞭な表示が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置1は、入射した光が全反射を繰り返して内部を進む導光板4と、導光板4の端面に設けられた複数の光源2とで構成され、導光板4には、所定の表示パターンの各画素を生成する画素生成部4aが設けられている。画素生成部4aの反射面は、導光板4の中央の領域Cでは、入射面と平行に整列され、その両脇の領域L及び領域Rでは、反射面での反射光が導光板4の中心線Mの方向に出射されるように、入射面に対して傾斜して整列されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射した光が全反射を繰り返して内部を進む導光板と、該導光板の端面に設けられた複数の光源とからなり、
前記導光板に、前記光源から出射され入射した光を該導光板の出光面側に反射して、所定の表示パターンの各画素を生成する画素生成部が設けられた表示装置であって、
前記導光板には、少なくとも、前記光源の光が入射する入射面を2等分する中心線を含む第1領域と、該第1領域の両脇に配置された第2領域及び第3領域とがあり、
前記画素生成部の反射面は、
前記第1領域では、前記入射面と平行に整列され、
前記第2領域及び前記第3領域では、前記反射面での反射光が前記中心線の方向に出射されるように、前記入射面に対して傾斜して整列されていることを特徴とする表示装置。
【請求項2】
請求項1に記載の表示装置において、
前記第2領域及び前記第3領域における前記反射面の前記入射面に対する傾斜角度は、5°〜30°の範囲であることを特徴とする表示装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の表示装置において、
前記第2領域及び前記第3領域における前記反射面の前記入射面に対する傾斜角度は、前記中心線から離れるにつれて徐々に大きくなることを特徴とする表示装置。
【請求項4】
請求項1〜3の何れか1項に記載の表示装置において、
前記光源の光を集光する集光レンズを、前記入射面に設けていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導光板の出光面側に所定の表示パターンを表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、遊技機製品等に用いられる表示装置として、アクリル樹脂の透明な導光板の端面から光を入射して、文字や数字、画像等を前面側に表示することができる表示装置が知られている。
【0003】
例えば、特許文献1の照明装置は、光透過材性のパネル(導光板)を備え、パネル端面に配置された光源からの光が全反射を繰り返しながらパネルの内部を伝播する。また、このパネルは、光出射窓及びその光出射窓に対向して配置された背面窓を有する。
【0004】
特許文献1の図1Aは、3つの光源から出射した光を線図的に示し、その光は背面窓の変形部に入射し、その表面で反射される。これにより、照明装置に“text”の文字がライトアップされる(段落0017,0024,0025、図1A,1B)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4741142号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1の照明装置は、正面側に表示パターンを出光させる設計であるため、表示領域が拡大するとパネルからの出光配光角(視野角)を超えたエリアでの視認性が悪化するという問題があった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、視野角が広く、明瞭な表示が可能な表示装置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】
【0008】
本発明は、入射した光が全反射を繰り返して内部を進む導光板と、該導光板の端面に設けられた複数の光源とからなり、前記導光板に、前記光源から出射され入射した光を該導光板の出光面側に反射して、所定の表示パターンの各画素を生成する画素生成部が設けられた表示装置であって、前記導光板には、少なくとも、前記光源の光が入射する入射面を2等分する中心線を含む第1領域と、該第1領域の両脇に配置された第2領域及び第3領域とがあり、前記画素生成部の反射面は、前記第1領域では、前記入射面と平行に整列され、前記第2領域及び前記第3領域では、前記反射面での反射光が前記中心線の方向に出射されるように、前記入射面に対して傾斜して整列されていることを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、表示装置の導光板は、その中心線を含む第1領域と、その両脇に配置された第2領域及び第3領域とに分けられている。そして、各領域の画素生成部の反射面は、導光板の光の入射面に対して傾斜角度が異なっている。第1領域では、反射面と導光板の入射面とが平行になるので、反射光は、出光面から垂直に出射される。一方、第2領域及び第3領域では、反射光が入射面の中心線の方向(導光板の中央)に出射されるように、反射面が入射面に対して傾斜している。
【0010】
例えば、第2領域が導光板の出光面の左側、第3領域が導光板の出光面の右側である場合、第2領域から出射した光は表示装置を観察する観察者の右目に入り、第3領域から出射した光は観察者の左目に入る。これにより、視野角が広く、明瞭な表示が行える表示装置とすることができる。
【0011】
本発明の表示装置において、前記第2領域及び前記第3領域における前記反射面の前記入射面に対する傾斜角度は、5°〜30°の範囲であることが好ましい。
【0012】
この構成によれば、画素生成部の反射面の傾斜角度を5°〜30°の範囲内で傾斜角度を調整することで、反射光の方向が導光板の中心に傾くように制御することができる。
【0013】
また、本発明の表示装置において、前記第2領域及び前記第3領域における前記反射面の前記入射面に対する傾斜角度は、前記中心線から離れるにつれて徐々に大きくなることが好ましい。
【0014】
反射面の傾斜角度を、導光板の中心線からの距離に応じて徐々に大きくすると、導光板の両端部に近い部分から出射された出射光も中心線の方向(導光板の中央)に徐々に大きく傾く。これにより、導光板が大型化しても視野角を大きく保つことができる。
【0015】
また、本発明の表示装置において、前記光源の光を集光する集光レンズを、前記入射面に設けていることが好ましい。
【0016】
この構成によれば、集光レンズを入射面に設けることで、光源から出射された光が拡散せずに、導光板の画素生成部に導光される。これにより、導光板が大型されても発光強度が均一になり、より明瞭な表示パターンを表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】本実施形態の表示装置の基本構成を示す全体斜視図。
図2図1の導光板の表面を拡大した拡大図。
図3A】導光板で行われる配光制御の原理について説明する図(xy平面)。
図3B】導光板で行われる配光制御の原理について説明する図(xz平面)。
図4】反射面バイアス角を変化させたときの反射光のベクトル、反射角度及び出射角度の関係を説明する図。
図5】本実施形態の導光板の採用事例を説明する図。
図6A】2方向から光を入射することが可能な導光板の画素生成部の例(1)。
図6B】2方向から光を入射することが可能な導光板の画素生成部の例(2)。
図6C】2方向から光を入射することが可能な導光板の画素生成部の例(3)。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の表示装置の実施形態について説明する。
【0019】
図1は、表示装置1の基本構成を示す全体斜視図である。表示装置1は、光源2と、光源2から出射された光を集光する集光レンズ3と、入射した光を出光面側(z軸方向)に出射し、所定の表示パターンを表示する導光板4とで構成されている。
【0020】
光源2は、複数の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を一列に並べたものであり、導光板4の端面に配設されている。光源2から出射された光は、主に端面(入射面)に垂直な光軸を有する。なお、発光ダイオードはモノカラーのものに限られず、マルチカラーであってもよい。また、光源として、電界発光素子や放電管等を用いてもよい。
【0021】
集光レンズ3は、光源2の発光ダイオードに対応させてレンズを一列に並べたものであり、光源2と導光板4との間に配設されている。光源2から出射された光は、集光レンズ3で集光された後、導光板4の端面からその内部に入射する。なお、集光レンズ3を使用せず、光源2から出射された光が直接、導光板4の端面に入射する態様としてもよい。
【0022】
導光板4は、例えば、透明なアクリル樹脂性の薄板であり、その端面から入射した光が全反射を繰り返して内部を進んでいく。導光板4を湾曲可能な材料で製造することもできる。また、導光板は、図示するような矩形のものが一般的であるが、五角形や六角形等の多角形であってもよい。
【0023】
導光板4の内部には、微小なプリズム状の画素生成部4aが多数設けられている。また、画素生成部4aは、導光板4の内部を進む光を反射する反射面を有している。導光板4の内部を進む光は反射面で反射され、導光板4の出光面側に出射される。
【0024】
従って、表示する文字や数字、画像等に合わせて画素生成部4aを配列するようにすれば、画素生成部4aの反射面で反射された光が表示する文字等の1つの画素を構成し、観測者が画素の組み合わせによる文字等を視認できるようになる。
【0025】
図示するように、導光板4には、光源2が配設された長軸方向の中心線Mを含む文字「B」の領域C(本発明の「第1領域」)と、領域Cの左側の文字「A」の領域L(本発明の「第2領域」又は「第3領域」)と、領域Cの右側の文字「C」の領域R(本発明の「第2領域」又は「第3領域」)とがある。そして、各領域では、画素生成部4aの反射面の、入射面に対する傾斜が異なっている。
【0026】
次に、図2に、図1の導光板4の表面を拡大した拡大図を示す。
【0027】
図示するように、中央の領域Cでは、画素生成部4aの反射面(黒色部)が入射面と平行な状態で整列されている。1つの画素生成部4aのサイズは約1μm×10μmであり、実際は、表示パターンに対応して画素生成部4aが配置されている。
【0028】
次に、領域Lでは、画素生成部4aの反射面(黒色部)が光の入射面に対して反時計回りに傾斜した状態で整列されている。詳細は後述するが、反射面を傾斜させることで、領域Lから出射される出射光が中心線Mの方向に傾くようになり、導光板4の視野角を拡大することができる。
【0029】
また、導光板4では、中心線Mから離れるにつれて、すなわち、導光板4の左端になるにつれて、画像生成部4aの反射面の、入射面に対する傾斜を大きくしている。これにより、領域Lの左端側から出射される出射光に関しても中心線Mの方向に徐々に大きく傾くようになる。
【0030】
一方、領域Rでは、画素生成部4aの反射面(黒色部)が光の入射面に対して時計回りに傾斜した状態で整列されている。さらに、中心線Mから離れるにつれて、すなわち、導光板4の右端になるにつれて、画像生成部4aの反射面の、入射面に対する傾斜を大きくしている。これにより、領域Rの右端側から出射される出射光に関しても中心線Mの方向に徐々に大きく傾くようになる。
【0031】
実際は、領域Cには3列以上の画素生成部4aが配列されている。また、領域Lの画素生成部4aと領域Rの画素生成部4aとは、例えば、5°刻み、かつ入射面に対して5°〜30°の範囲の傾斜角度が付けられている。画像生成部4aと領域Rの画素生成部4aの各反射面の傾斜は、x座標に応じて入射面からの角度が同じ(回転方向は逆)になるように変化させてもよい。なお、画素生成部4a及び画素生成部4aのサイズは、画素生成部4aと同じである。
【0032】
画素生成部は、どのような形状であってもよい。例えば、光の入射面が2以上ある導光板では、第1の入射面から光を入射した場合と、第2の入射面から光を入射した場合とで表示パターンが異なるものがある。このような場合、画素生成部は、左右非対称の形状となる。
【0033】
また、領域L、領域C、領域Rのうち2つ以上の領域に跨る長軸方向に長い画素生成部があってもよい。このような場合、領域Cでは、画素生成部の反射面が入射面と平行になっているが、導光板の長軸方向の端部になるにつれて、反射面の傾斜を大きくすることで、視野角を拡大することができる。
【0034】
次に、図3A図3Bを参照して、導光板4で行われる配光制御の原理について説明する。
【0035】
図3Aは、図2の領域Rをさらに拡大した領域R’の拡大図である。画素生成部4aはプリズムの形状をしており、導光板4の端面から入射した入射光iを3次元方向に反射する。
【0036】
領域R’の画素生成部4aはxy平面上に配置され、反射光は、導光板4の出光面側(z軸方向)に出射される。また、xy平面上で画素生成部4aを傾斜させることにより、出射光jのx軸方向の角度(出射角度θout)を制御することができる。
【0037】
例えば、入射光iの光軸のベクトルを(0,1,0)とし、傾斜のない画素生成部(画素生成部4a)の反射面の法線ベクトルを(0,sin45°,cos45°)とする。
【0038】
このとき、xy平面上で画素生成部4aの反射面を任意の角度(反射面バイアス角)θだけ回転させると、反射面の法線ベクトルは、z軸周りの3次元回転行列により、
(−sin45°・sinθ,−sin45°・cosθ,cos45°)…(1)
に変換される。
【0039】
また、反射光jのベクトルは、
(−2sinθ・cosθ・sin45°,1−2(sin45°・cosθ,2sin45°・cosθ・cos45°)…(2)
で与えられる。
【0040】
次に、図3Bは、図3Aの画素生成部4aをxz平面上で示した図である。
【0041】
入射光iは、導光板4中のy軸方向を進み、画素生成部4aの反射面で反射される。このとき、反射光jは、z軸に対して角度θrefだけ傾斜する。ここで、反射角度θrefは、(2)のベクトルのx成分、z成分により、
θref=tan−1{−2sinθ・cosθ・sin45°/2sin45°cosθ・cos45°}…(3)
で与えられる。
【0042】
また、反射光jは、導光板4から出射するとき屈折するが、z軸に対する角度が反射光jの出射角度θoutである。出射角度θoutは、導光板4の屈折率をnとしたとき、
θout=sin−1(n・sinθref)…(4)
で与えられる。
【0043】
次に、図4に、反射面バイアス角θを変化させたときの反射光jの反射角度θrefと、x軸方向の出射角度θoutの関係を示す。なお、導光板4の屈折率nは、アクリル樹脂の屈折率である1.49を用いた。
【0044】
例えば、反射面バイアス角θが0°の場合、sin0°=0、cos0°=1、sin45°=cos45°=1/√2を利用して(2)を計算すると、反射光jのベクトルは、(0,0,1)となる。また、反射角度θref、出射角度θoutは、それぞれ(3)式、(4)式により、共に0°となる。
【0045】
また、反射面バイアス角θが30°の場合、sin30°=1/2、cos30°=√3/2、sin45°=cos45°=1/√2を利用して(2)を計算すると、反射光jのベクトルは、(−0.433,0.250,0.866)となる。
【0046】
反射角度θrefは(3)式により−26.6°となり、出射角度θoutは(4)式により−41.8°となる。なお、図中の反射面バイアス角θは5°刻みであるが、実際は、もう少し小刻みにすることが多い。
【0047】
次に、図5を参照して、上記の結果に基づいた導光板の採用事例を説明する。
【0048】
図5は、導光板4を光の入射面側(y軸方向)から見た側面図である。導光板4は、長軸方向が700mmあり、中央のエリア(100mm)が図1の領域Cである。領域Cの画素生成部4aは、反射面バイアス角θが0°であるので、反射光は、z軸方向に直進する。
【0049】
中央のエリアの左側が図1の領域Lで、その幅は300mmである。また、中央のエリアの右側が図1の領域Rで、その幅は300mmである。この左右のエリアでは、反射面バイアス角θを5°以上とし、出光効率を考慮して、上限の反射面バイアスθを30°としている。
【0050】
反射面バイアス角θを5°≦θ≦30°の範囲に設定することで、導光板4から400mm離れた観測者に対して、表示パターンの視認性がよく、視野角も大きいという結果が確認された。なお、約400mm×400mmの導光板では、導光板から440mm離れた観測者にとって十分な視認性を確保するため、反射面バイアス角θを2°≦θ≦20°の範囲で設定するとよい。
【0051】
最後に、図6A図6Cを参照して、画素生成部の様々な形状について説明する。
【0052】
まず、図6A(a)に、対向する2方向から光を入射することができる導光板用の画素生成部の例を示す。画素生成部4bは高さが0.058mmであり、側面に所定の曲率(R=0.338mm)が形成されている。
【0053】
図6A(b)に示されるように、画素生成部4bは、1の画素生成部の下辺(0.034mm)と、その下側の画素生成部の上辺(0.01mm)とが接触する形で1列に整列され、各列は0.15mmの間隔を空けて配列されている。
【0054】
そして、画素生成部4bの曲率のある面側から光を入射すると(図6A(b)の矢印方向)、光が出光面側に反射される。反対側から光を入射させた場合にも、観測者は所定の表示パターンを視認することができる。また、両方向から光を入射させた場合には反射光がより多く出射され、明瞭な表示パターンを表示することができる。
【0055】
また、画素生成部4bについても、図1の領域L及び領域Rにおいて、導光板4のx軸方向の端部になるにつれて、画素生成部4bの下辺の、光軸に対する傾斜角度を大きくしていく。これにより、導光板4の左右の端部から出射される出射光が中心線Mの方向に傾くようになるので、表示装置1の視野角を拡大することができる。
【0056】
次に、図6B(a)に、対向する2方向から光を入射することができる他の画素生成部の例を示す。
【0057】
画素生成部4cは高さが0.147mmであり、側面に所定の曲率(R=0.858mm)が形成されている。また、図6B(b)に示されるように、画素生成部4cは、1の画素生成部の中心と、その下側の画素生成部の中心とが0.20mmの間隔を空けて1列に整列され、各列も0.20mmの間隔を空けて配列されている。
【0058】
そして、画素生成部4cの曲率のある面側から光を入射すると(図6B(b)の矢印方向)、光が出光面側に反射される。画素生成部4cについても、導光板4の左右の端部になるにつれて、画素生成部4cの下辺の、光軸に対する傾斜角度を大きくしていく。これにより、導光板4の左右の端部から出射される出射光が中心線Mの方向に傾くようになる。
【0059】
最後に、図6C(a)に、対向する2方向から光を入射することができ、かつ光の入射方向により異なる表示パターンを表示することができる導光板用の画素生成部の例を示す。
【0060】
画素生成部4dは高さが0.10mmであり、一方の側面に所定の曲率(R=0.572mm)が形成され、他方の側面は100°の角度で開いた2つの壁部となっている。
【0061】
図6C(b)に示されるように、画素生成部4dは、入射光の光軸(図6C(b)の矢印方向)に対して約10°傾斜している。また、1の画素生成部の中心と、その下側の画素生成部の中心とが0.20mmの間隔を空けて1列に整列され、各列も0.20mmの間隔を空けて配列されている。そして、画素生成部4dの曲率のある面側、及びその反対側から光を入射すると、光が出光面側に反射される。
【0062】
画素生成部4dは、曲率のある側面側から光を入射した場合と、画素生成部4dの壁面側から光を入射した場合とで、反射面の違いにより異なる表示パターンを表示することができる。何れかの方向から光を入射するように入射のオン、オフを切替えてもよいし、両方向から光を入射して、合成した表示パターンを表示してもよい。
【0063】
画素生成部4dについても、導光板4の左右の端部になるにつれて、画素生成部4dの光軸に対する傾斜角度を大きくしていく。これにより、導光板4の左右の端部から出射される出射光が中心線Mの方向に傾くようになるので、表示装置1の視野角を拡大することができる。
【0064】
以上で説明したように、表示装置1では、導光板4の画素生成部4aが有する反射面が、導光板4の領域C(中央)では入射面と平行に整列されている。また、領域Cの両脇に配置された領域Lと領域Rとでは、反射面での反射された光が導光板4の中心線Mの方向に出射されるように、入射面に対して傾斜して整列されている。これにより、視野角が広く、明瞭な表示が可能な表示装置とすることができる。
【0065】
上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、これ以外にも様々な変形例が考えられる。例えば、図1では、,文字「A」、「B」、「C」毎に領域C、領域L、領域Rを定めていたが、これに限られるものではない。1つの文字や画像の中で画素生成部の反射面の、入射面に対する傾斜が変化する態様であってもよい。
【0066】
図6A図6Bに示した画素生成部4b,4cは、その側面に曲率がない形状や、左右で斜辺の角度が異なる形状であってもよい。また、例えば、画素生成部4bを分割して、導光板4の左右の端部から光を入射したとき、異なる表示パターンが表示できるようにしてもよい。これにより、ホログラムのような立体的な画像を表示することもできる。
【0067】
本実施形態の表示装置1は、例えば、遊技機製品に用いられる。具体的には、通常時には、導光板4が透明であるため遊技者はその存在に気付かないが、所定のタイミングで導光板4に光を入射して、演出を実行することができる。また、表示装置1は、広告や案内用の表示装置としても利用することができる。
【符号の説明】
【0068】
1…表示装置、2…光源、3…集光レンズ、4…導光板、4a〜4d…画素生成部。
図1
図2
図3A
図3B
図4
図5
図6A
図6B
図6C