導光板および導光板を備えた照明装置
【課題】ポインティングデバイスの夜間視認性の改善、高輝度化及びデバイスの薄型化やローコスト化を可能にする。
【解決手段】導光板９は、光源７から出射される光を入射する入射部８と、前記光が出射する発光領域６を有する導光板９において、前記発光領域６を平面視略環状にする。これにより発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加することが可能になるとともに、ナビゲーション用の光源７やイメージセンサーを発光領域６の内部に導光板９と重なることなく配置することが可能になり、デバイス全体の薄型化が実現できる。
【解決手段】導光板９は、光源７から出射される光を入射する入射部８と、前記光が出射する発光領域６を有する導光板９において、前記発光領域６を平面視略環状にする。これにより発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加することが可能になるとともに、ナビゲーション用の光源７やイメージセンサーを発光領域６の内部に導光板９と重なることなく配置することが可能になり、デバイス全体の薄型化が実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非自発光型のポインティングデバイスにおいて、このポインティングデバイス外周領域を発光させるために用いられる導光板、およびこの導光板を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、携帯電話、ノートＰＣ、ゲーム機、デジタルカメラ、キーボードなどの電子機器に使用されるポインティングデバイスとして、オプティカル・フィンガー・ナビゲーションが知られている（例えば特許文献１を参照）。オプティカル・フィンガー・ナビゲーションは光源とイメージセンサーを装置に内蔵しており、装置上面の検出部において指先の2次元方向の動きを検出してポインタやカーソルを制御することができる。オプティカル・フィンガー・ナビゲーションは光学方式であるため装置構成部品に可動部品がないことから信頼性が高いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６８８５２
【特許文献２】特許第３７７６６５８号
【特許文献３】特開２００８−８４８４８
【特許文献４】特開２００９−３２４３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような不具合があった。
【０００５】
特許文献１に開示されたオプティカル・フィンガー・ナビゲーションは内部に位置検出用途の光源は配置されているが、照明用の発光素子を配置していなかった。そのため照度の低い夜間などではポインティングデバイス位置が認識できず、カーソルの制御動作に不具合を生じる場合があった。
【０００６】
一方、照明用途として外部光源を用いて光を導く導光技術に関しては、例えば液晶パネル用バックライトに用いる導光板などが知られている（例えば特許文献２および３）。しかしながら液晶パネル全面が発光エリアであるため、ナビゲーション用光源と波長干渉してノイズ発生の原因となって適用することが困難であった。
【０００７】
また特許文献４に開示された照明装置では、光源からの光を平板の導光板とその上下の反射板によって別途形成された環状の発光領域へと導いている。しかしこの構成ではナビゲーション用の部品を配置することが難しく、導光板を避けて配置する場合には装置の大型化、高コスト化が避けられない。
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ポインティングデバイス位置の夜間視認性を改善するために有用な発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加し、他の導光板と比較しても高い輝度を得ること、およびデバイスの薄型化や低コスト化を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らの鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。
【００１０】
即ち、上記目的を達成する本発明は、外部光源からの光を入射する入射部と、入射した光が出射する発光領域を有する導光板において、前記発光領域が平面視略環状であることを特徴としている。これにより発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加することが可能になるとともに、ナビゲーション用の光源やイメージセンサーを発光領域の内部に導光板と重なることなく配置することが可能になり、デバイス全体の薄型化が実現できる。
【００１１】
また本発明によって提供される導光板は、透明部材で構成され、発光領域を表面として裏面に凹部を有することを特徴としている。凹部によって導光の一部を反射させることにより、必要な部分のみを効率よく発光させることができ、発光領域を十分な輝度になるよう制御することができる。
【００１２】
また本発明によって提供される導光板は、入射部の厚さが、発光領域の厚さよりも薄いことを特徴としている。これにより導光板に入射した光が環状領域全体にわたって低損失で均一に広がりやすくなるとともに、導光板の発光領域部にポインティングデバイスのハウジングの一部としての機能を一体化することが可能となる。
【００１３】
また本発明によって提供される導光板の発光領域は、外角および内角の一部が曲率を有する多角形状で構成されていることを特徴としている。この様な形状とすることで、導光板角部での損失を小さくし、入射した光を効率よく導光させることができる。
【００１４】
また本発明によって提供される導光板は、入射部に最も近い内周角部の形状は、それ以外の内周角部の形状とは異なる形状または曲率を有することを特徴としている。この様な形状とすることで、全反射によって入射光を時計回り及び反時計回りに効率よく分離することが可能となる。
【００１５】
また本発明によって提供される導光板は、最も入射部に近い内周角部が鋭角形状であることを特徴としている。形状が鋭角形状である場合は特に、全反射によって入射光を時計回り及び反時計回りに効率よく分離することが可能となる。
【００１６】
また、導光板の発光領域は、前記入射部と当該入射部から最も離間した点を結ぶ直線における左右が非対称形状であることを特徴としている。発光領域を非対称形状とすることにより、光源から直進する強度の大きい光束を有効に活用し、より一層効率を高めることが可能である。
【００１７】
また、導光板は一体的に構成されている。この様な構成とすることで、別々に作製して接続した場合に接続部で発生する損失をなくすことができるとともに、低コストでの作製が可能となる。
【００１８】
前記導光板と、導光板の入射部に対向するように配置された光源を有する照明装置は、凹部の大きさ、個数、間隔、配置角度、配置位置を適宜調整することで、発光領域全域にわたって均一に発光させることができる。
【００１９】
照明装置における導光板の発光領域の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上となるようにすることで、目視による評価でほぼ均一とみなすことのできる輝度均一性を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、非自発光型のポインティングデバイスなどにおいて、外部光源と本発明の導光板を用いてポインティングデバイスの外周領域に発光機能を付加して、夜間視認性を大幅に改善することが実現できる。また発光領域をデバイス外周領域に集中させることが可能となるため、同一輝度の光源を用いた場合の外周領域における輝度が液晶パネル用バックライト導光板と比較して著しく高くすることが出来るという特長がある。さらにポインティングデバイス用の光源やイメージセンサーを導光板と重なることなく配置することが可能となるため、デバイス全体の薄型化が実現できるとともに、ハウジングと導光板を一体的に形成することにより、さらなる低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】オプティカルフィンガーナビ断面図
【図２】液晶パネル用バックライト導光板例
【図３】実施例１の導光板構造図
【図４】発光領域の輝度測定位置
【図５】実施例２の導光板構造図
【図６】実施例３の導光板構造図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００２３】
図６に導光板９と点状光源であるＬＥＤ光源７とを具備して構成されている本実施形態の一例である照明装置を示す。発光領域６は約１ｍｍの発光幅である。
【００２４】
本実施形態の導光板９は、機械的加工手法や射出成型手法、ナノインプリントリソグラフィーなど樹脂を所望の形状に成型する手法を用いることができ、例えば、板厚が１ｍｍ以下の略平板状の透明部材を機械的加工手法（フライス盤加工およびボール盤加工など）によって環状に形成することによって構成される。透明部材の具体的な材質としては、ポリカーボネート、あるいはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリエチレンテレフタレート、アクリルニトリルスチレン、ポリスチレンが好適に用いられるが、強度や透明度の点からポリカーボネートまたはＰＭＭＡが好ましい。
【００２５】
本実施形態の導光板９は、光源７から出射される光を入射する入射部８と、光が出射する発光領域６を有し、発光領域６が平面視略環状となるように形成する。ここでは一例として、精密フライス盤等を用いて加工した。略平板状の透明部材から発光領域６の外周形状に沿って不要な部分を削った後、発光領域６の内側についても同様に削り取ることによって平面視略環状とした。また部材の厚さについては、必要な量だけ表面または裏面を削ることで厚さを調整した。
【００２６】
導光板９は、透明部材で構成され、発光領域６を表面として裏面１１に凹部１２を有する様に構成する。裏面１１に凹部１２を形成する手法の1つとして、Vカットエンドミルを用いることができる。所望の先端角度を持ったエンドミルを使用して、円錐形状の穴やV溝を作成する。なおここで言う透明とは、光源７から射出され発光領域６を発光させる光の波長において、概ね８０％以上の透過率を持つという状況のことである。光の損失を抑える点から８５％以上の透過率をもつことが好ましく、９０％以上の透過率が特に好ましい。
【００２７】
入射部の厚さ１４が、表裏面間の厚さ１３よりも小さくなる様に構成する。この様な構成とするためには、入射部の削り加工量を表裏面間の削り加工量よりも多くすれば良い。ここで表裏面間の厚さ１３をＴ１、入射部の厚さ１４をＴ２、光源発光面の厚さをＴ３とした場合、１≦Ｔ１／Ｔ２≦５、１≦Ｔ２／Ｔ３≦５を満たすように構成することが、光利用効率の面から好ましい。より好ましくは、１＜Ｔ１／Ｔ２≦３、１＜Ｔ２／Ｔ３≦３を満たすように構成するのが良い。
【００２８】
導光板は、外角１５および内角１６の一部が曲率を有する多角形状で構成する。曲率を有する多角形とは、例えば四角形であれば９０度の角度となる四隅の部分が、ある一定の曲率で内側に曲率中心をもつような状態を表す。この様な構成は、例えばフライス盤で導光板の内外周を削る際に四隅の部分で一定の曲率を持つようサンプルの移動を制御することで形成することができる。多角形は適用される状況に合わせて選択できるが、導光板という機能を満たすためには四角形以上であることが好ましく、円に近い状態まで構成することができる。
【００２９】
曲率を有する多角形状において、最も入射部８に近い内周角部１７の形状は、それ以外の内周角部１６の形状とは異なる形状または曲率を有する様に構成する。これは最も入射部８に近い内周角部１７が、入射光を大きく２つに分岐させる役目を担うためで、反射した光が導光板の方向へと効率よく導光するような形状に構成することが好ましい。
【００３０】
更に好ましくは、入射部８に最も近い内周角部１７が鋭角形状となるように構成する。形状としては入射してきた光が全反射によって方向を変化させるようにすることが好ましく、鋭角の角度としては３０度から８０度が好ましい。鋭角形状は例えば細径のエンドミル等により加工することができる。
【００３１】
導光板９の環状形状は、入射部８と入射部８から最も離間した点１８を結ぶ直線１９において、左右が非対称形状となるように構成する。ここでは、入射部８付近の導光板形状が非対称に形成されており、入射光が左右非対称に分割される構成となっている。この時、光源から正面に向かって出射される光がそのまま直進して導光するような構成とすることが、強度の大きな入射光束を効率よく利用する観点から好ましい。
【００３２】
導光板９は一体的に形成されているのが好ましい。一体的に形成するためには、機械的加工手法や射出成型手法、ナノインプリントリソグラフィー法などを用いることができる。中でも大量に作成する場合には、製作コストの点から射出成型手法を用いることが好ましい。
【００３３】
照明装置２０として構成するためには、導光板９と光源７が必要である。
光源７は、ＬＥＤベアチップが樹脂封止されている白色ＬＥＤ光源が好ましく、略平板状である導光板９の入射部８に効率よく光を入射するためにＬＥＤベアチップ高さが１ｍｍ以下のサイドビュータイプのＬＥＤが特に好ましい。
【００３４】
照明装置２０における導光板９の発光領域６の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点との輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上となるように構成する。輝度の測定方法は、導光板の発光領域６の全体にわたって偏りの無いように輝度計を用いて測定する。導光板９のような形状では８箇所以上の点の輝度を測定して比較確認するのが好ましい。
【００３５】
以上のように、本実施形態の導光板９とＬＥＤ光源７を組み合わせることで、環状の発光領域６を効率よく発光することが出来る照明装置２０が実現できる。
以下に本発明による導光板９、及び導光板を用いた照明装置２０について、実施例により更に具体的に説明する。
【実施例１】
【００３６】
図３に本発明による導光板９とＬＥＤ光源７を備えた照明装置２０の実施例１を示す。ＬＥＤ光源７は導光板９の光入射部８に対向するように配置され、導光板内に光を出射することが出来る。効率よく光を導光板９に入射するために、ＬＥＤ光源７は可能な限り導光板９の光入射部８に対して近づけて配置した。光入射部８での反射を防ぐことを目的として、ＬＥＤ光源７と光入射部８の間に透明樹脂を流し込み接着した。
【００３７】
実施例１において、導光板９は０．３ｍｍ厚の透明ポリカーボネート樹脂を用いて、機械的加工手法（フライス盤加工およびボール盤加工など）を行うことで環状形状及び凹部を作製した。
【００３８】
導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．５ｍｍの領域であり、厚さは０．３ｍｍである。また光入射部８の幅は３．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、導光板９全体の厚さが０．３ｍｍとして形成されている。
【００３９】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２ｍｍで深さがそれぞれ０．１５ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１ｍｍの３種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工した。また発光させる輝度が概ね均一になるように、光源７に近い領域の凹部を小さく、光源から遠い領域の凹部を大きくした。
【００４０】
光源７から遠い発光領域においては、導光板裏面１１に深さ０．２ｍｍおよび０．１５ｍｍであるV字溝（本発明の「凹部」であり、溝内部の角度９０°）を配置した。溝の方向は導光板９を表面１０または裏面１１から見た際に、導光板９の辺に沿って光が進む方向に垂直となるようにした。
【００４１】
光源７として、日亜化学製ＬＥＤ（型番ＮＳＳＷ２０４ＡＴ）を用いた。ＬＥＤの形状は外径幅３．８ｍｍ、奥行き１．０ｍｍ、素子高さ０．４ｍｍである。またＬＥＤ発光領域の形状はおよそ幅２．０ｍｍ、高さ０．３ｍｍである。駆動電圧が５Ｖ、電流値Ｉｆが５ｍＡの時に発光光度は５４０ｍｃｄであった。
【００４２】
発光領域６の輝度測定には、ＴＯＰＣＯＮ社製輝度計ＢＭ−９を用いた。輝度計と測定物との距離は３５０ｍｍ、測定スポットサイズは０．９５ｍｍ（測定角０．２°）である。
測定した導光板９の発光領域６について、図４に示すように光入射部から最も近い点を測定点１として反時計回りに合計８点測定した。
【００４３】
実施例１の導光板において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は３１１ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは４３０ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは２２４ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．５２であった。
【００４４】
発光領域６の輝度均一性に関しては、無作為に抽出した判定員によって目視評価を実施した。最も高い輝度Ｌｍａｘと、最も低い輝度Ｌｍｉｎとの輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上であれば目視評価ではほぼ均一と判定された。
【実施例２】
【００４５】
図５に本発明による導光板９とＬＥＤ光源７を備えた照明装置２０の実施例２を示す。導光板９の原材料、作成手法、ＬＥＤ光源７の設置方法は実施例１と同様である。導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．７５ｍｍの領域であり、厚さは０．７ｍｍである。また光入射部８の幅は２．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍとした。
【００４６】
図５の導光板９はＬＥＤ光源７に近い部分の内周形状１７が６０度の鋭角形状となっており、光源から出射した光はこの部分で時計回り及び反時計回りに分割されて導光する。また図５の導光板９は光入射部の厚さ１４よりも環状発光領域の厚さ１３の方が厚くなっており、この環状部分にハウジングとしての機能を一体化することが可能である。
【００４７】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍで深さがそれぞれ０．１５０ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１００ｍｍの3種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工している。また円錐形凹部は、発光させる輝度が概ね均一になるように光源７に近い領域の凹部を小さく、光源７から遠い領域の凹部を大きくするとともに、光源７に近い領域は密度を低く、光源７から遠い領域は密度が高くなるよう配置した。
【００４８】
実施例２の導光板９において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は３９６ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは５２４ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは３１８ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．６１であった。
【実施例３】
【００４９】
図６に本発明による導光板９の実施例３を示す。導光板９の原材料、作成手法、ＬＥＤ光源７の設置方法は実施例１と同様である。導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．７５ｍｍの領域であり、厚さは０．７ｍｍである。また光入射部８の幅は２．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍとした。
【００５０】
図６の導光板９はＬＥＤ光源７に近い部分の内周形状１７が４０度の鋭角形状となっており、光源７から出射した光はこの部分で時計回り及び反時計回りに分割されて導光される。ここで導光板９の形状を非対称形状としたことにより、光源７からの直進光を有効に活用して効率を向上することができる。また図６の導光板９は光入射部の厚さ１４よりも環状発光領域の厚さ１３の方が厚くなっており、この環状部分にハウジングとしての機能を一体化することが可能である。
【００５１】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍで深さがそれぞれ０．１５０ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１００ｍｍの3種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工している。また円錐形凹部は、発光させる輝度が概ね均一になるように光源７に近い領域の凹部を小さく、光源７から遠い領域の凹部を大きくするとともに、光源７に近い領域は密度を低く、光源７から遠い領域は密度が高くなるよう配置した。
【００５２】
発光領域６の光源７から遠い領域においては、導光板裏面１１に深さ０．２０ｍｍおよび０．１５ｍｍであるV字溝（本発明の「凹部」であり、溝内部の角度９０°）を配置した。溝の方向は導光板９を表面１０または裏面１１から見た際に、導光板９の辺に沿って光が進む方向に垂直となるようにした。
【００５３】
実施例３の導光板９において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は４９８ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは６２３ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは３６６ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．５９であった。
【００５４】
実施例１から実施例３に示したように、本発明の導光板９を用いた照明装置２０においてポインティングデバイス外周部に位置する発光領域６をほぼ均等に発光させることが出来た。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、各部の具体的な構成は適宜変更が可能である。例えば発光領域６は方形に限定されず、多角形や円形や星型など様々な形状に対応することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 光源
２ イメージセンサー
３ ハウジング
４ 入射光
５ 液晶パネル用バックライト導光板
６ 発光領域
７ ＬＥＤ光源
８ 光入射部
９ 導光板
１０ 表面
１１ 裏面
１２ 凹部
１３ 表裏面間厚さ
１４ 入射部厚さ
１５ 外角
１６ 内角
１７ 最も入射部に近い内周角部
１８ 入射部から最も離間した点
１９ 入射部と入射部から最も離間した点を結ぶ直線
２０ 照明装置
２１ 発光領域内の輝度測定位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非自発光型のポインティングデバイスにおいて、このポインティングデバイス外周領域を発光させるために用いられる導光板、およびこの導光板を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、携帯電話、ノートＰＣ、ゲーム機、デジタルカメラ、キーボードなどの電子機器に使用されるポインティングデバイスとして、オプティカル・フィンガー・ナビゲーションが知られている（例えば特許文献１を参照）。オプティカル・フィンガー・ナビゲーションは光源とイメージセンサーを装置に内蔵しており、装置上面の検出部において指先の2次元方向の動きを検出してポインタやカーソルを制御することができる。オプティカル・フィンガー・ナビゲーションは光学方式であるため装置構成部品に可動部品がないことから信頼性が高いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６８８５２
【特許文献２】特許第３７７６６５８号
【特許文献３】特開２００８−８４８４８
【特許文献４】特開２００９−３２４３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような不具合があった。
【０００５】
特許文献１に開示されたオプティカル・フィンガー・ナビゲーションは内部に位置検出用途の光源は配置されているが、照明用の発光素子を配置していなかった。そのため照度の低い夜間などではポインティングデバイス位置が認識できず、カーソルの制御動作に不具合を生じる場合があった。
【０００６】
一方、照明用途として外部光源を用いて光を導く導光技術に関しては、例えば液晶パネル用バックライトに用いる導光板などが知られている（例えば特許文献２および３）。しかしながら液晶パネル全面が発光エリアであるため、ナビゲーション用光源と波長干渉してノイズ発生の原因となって適用することが困難であった。
【０００７】
また特許文献４に開示された照明装置では、光源からの光を平板の導光板とその上下の反射板によって別途形成された環状の発光領域へと導いている。しかしこの構成ではナビゲーション用の部品を配置することが難しく、導光板を避けて配置する場合には装置の大型化、高コスト化が避けられない。
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ポインティングデバイス位置の夜間視認性を改善するために有用な発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加し、他の導光板と比較しても高い輝度を得ること、およびデバイスの薄型化や低コスト化を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らの鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。
【００１０】
即ち、上記目的を達成する本発明は、外部光源からの光を入射する入射部と、入射した光が出射する発光領域を有する導光板において、前記発光領域が平面視略環状であることを特徴としている。これにより発光機能をポインティングデバイスの外周領域に付加することが可能になるとともに、ナビゲーション用の光源やイメージセンサーを発光領域の内部に導光板と重なることなく配置することが可能になり、デバイス全体の薄型化が実現できる。
【００１１】
また本発明によって提供される導光板は、透明部材で構成され、発光領域を表面として裏面に凹部を有することを特徴としている。凹部によって導光の一部を反射させることにより、必要な部分のみを効率よく発光させることができ、発光領域を十分な輝度になるよう制御することができる。
【００１２】
また本発明によって提供される導光板は、入射部の厚さが、発光領域の厚さよりも薄いことを特徴としている。これにより導光板に入射した光が環状領域全体にわたって低損失で均一に広がりやすくなるとともに、導光板の発光領域部にポインティングデバイスのハウジングの一部としての機能を一体化することが可能となる。
【００１３】
また本発明によって提供される導光板の発光領域は、外角および内角の一部が曲率を有する多角形状で構成されていることを特徴としている。この様な形状とすることで、導光板角部での損失を小さくし、入射した光を効率よく導光させることができる。
【００１４】
また本発明によって提供される導光板は、入射部に最も近い内周角部の形状は、それ以外の内周角部の形状とは異なる形状または曲率を有することを特徴としている。この様な形状とすることで、全反射によって入射光を時計回り及び反時計回りに効率よく分離することが可能となる。
【００１５】
また本発明によって提供される導光板は、最も入射部に近い内周角部が鋭角形状であることを特徴としている。形状が鋭角形状である場合は特に、全反射によって入射光を時計回り及び反時計回りに効率よく分離することが可能となる。
【００１６】
また、導光板の発光領域は、前記入射部と当該入射部から最も離間した点を結ぶ直線における左右が非対称形状であることを特徴としている。発光領域を非対称形状とすることにより、光源から直進する強度の大きい光束を有効に活用し、より一層効率を高めることが可能である。
【００１７】
また、導光板は一体的に構成されている。この様な構成とすることで、別々に作製して接続した場合に接続部で発生する損失をなくすことができるとともに、低コストでの作製が可能となる。
【００１８】
前記導光板と、導光板の入射部に対向するように配置された光源を有する照明装置は、凹部の大きさ、個数、間隔、配置角度、配置位置を適宜調整することで、発光領域全域にわたって均一に発光させることができる。
【００１９】
照明装置における導光板の発光領域の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上となるようにすることで、目視による評価でほぼ均一とみなすことのできる輝度均一性を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、非自発光型のポインティングデバイスなどにおいて、外部光源と本発明の導光板を用いてポインティングデバイスの外周領域に発光機能を付加して、夜間視認性を大幅に改善することが実現できる。また発光領域をデバイス外周領域に集中させることが可能となるため、同一輝度の光源を用いた場合の外周領域における輝度が液晶パネル用バックライト導光板と比較して著しく高くすることが出来るという特長がある。さらにポインティングデバイス用の光源やイメージセンサーを導光板と重なることなく配置することが可能となるため、デバイス全体の薄型化が実現できるとともに、ハウジングと導光板を一体的に形成することにより、さらなる低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】オプティカルフィンガーナビ断面図
【図２】液晶パネル用バックライト導光板例
【図３】実施例１の導光板構造図
【図４】発光領域の輝度測定位置
【図５】実施例２の導光板構造図
【図６】実施例３の導光板構造図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００２３】
図６に導光板９と点状光源であるＬＥＤ光源７とを具備して構成されている本実施形態の一例である照明装置を示す。発光領域６は約１ｍｍの発光幅である。
【００２４】
本実施形態の導光板９は、機械的加工手法や射出成型手法、ナノインプリントリソグラフィーなど樹脂を所望の形状に成型する手法を用いることができ、例えば、板厚が１ｍｍ以下の略平板状の透明部材を機械的加工手法（フライス盤加工およびボール盤加工など）によって環状に形成することによって構成される。透明部材の具体的な材質としては、ポリカーボネート、あるいはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリエチレンテレフタレート、アクリルニトリルスチレン、ポリスチレンが好適に用いられるが、強度や透明度の点からポリカーボネートまたはＰＭＭＡが好ましい。
【００２５】
本実施形態の導光板９は、光源７から出射される光を入射する入射部８と、光が出射する発光領域６を有し、発光領域６が平面視略環状となるように形成する。ここでは一例として、精密フライス盤等を用いて加工した。略平板状の透明部材から発光領域６の外周形状に沿って不要な部分を削った後、発光領域６の内側についても同様に削り取ることによって平面視略環状とした。また部材の厚さについては、必要な量だけ表面または裏面を削ることで厚さを調整した。
【００２６】
導光板９は、透明部材で構成され、発光領域６を表面として裏面１１に凹部１２を有する様に構成する。裏面１１に凹部１２を形成する手法の1つとして、Vカットエンドミルを用いることができる。所望の先端角度を持ったエンドミルを使用して、円錐形状の穴やV溝を作成する。なおここで言う透明とは、光源７から射出され発光領域６を発光させる光の波長において、概ね８０％以上の透過率を持つという状況のことである。光の損失を抑える点から８５％以上の透過率をもつことが好ましく、９０％以上の透過率が特に好ましい。
【００２７】
入射部の厚さ１４が、表裏面間の厚さ１３よりも小さくなる様に構成する。この様な構成とするためには、入射部の削り加工量を表裏面間の削り加工量よりも多くすれば良い。ここで表裏面間の厚さ１３をＴ１、入射部の厚さ１４をＴ２、光源発光面の厚さをＴ３とした場合、１≦Ｔ１／Ｔ２≦５、１≦Ｔ２／Ｔ３≦５を満たすように構成することが、光利用効率の面から好ましい。より好ましくは、１＜Ｔ１／Ｔ２≦３、１＜Ｔ２／Ｔ３≦３を満たすように構成するのが良い。
【００２８】
導光板は、外角１５および内角１６の一部が曲率を有する多角形状で構成する。曲率を有する多角形とは、例えば四角形であれば９０度の角度となる四隅の部分が、ある一定の曲率で内側に曲率中心をもつような状態を表す。この様な構成は、例えばフライス盤で導光板の内外周を削る際に四隅の部分で一定の曲率を持つようサンプルの移動を制御することで形成することができる。多角形は適用される状況に合わせて選択できるが、導光板という機能を満たすためには四角形以上であることが好ましく、円に近い状態まで構成することができる。
【００２９】
曲率を有する多角形状において、最も入射部８に近い内周角部１７の形状は、それ以外の内周角部１６の形状とは異なる形状または曲率を有する様に構成する。これは最も入射部８に近い内周角部１７が、入射光を大きく２つに分岐させる役目を担うためで、反射した光が導光板の方向へと効率よく導光するような形状に構成することが好ましい。
【００３０】
更に好ましくは、入射部８に最も近い内周角部１７が鋭角形状となるように構成する。形状としては入射してきた光が全反射によって方向を変化させるようにすることが好ましく、鋭角の角度としては３０度から８０度が好ましい。鋭角形状は例えば細径のエンドミル等により加工することができる。
【００３１】
導光板９の環状形状は、入射部８と入射部８から最も離間した点１８を結ぶ直線１９において、左右が非対称形状となるように構成する。ここでは、入射部８付近の導光板形状が非対称に形成されており、入射光が左右非対称に分割される構成となっている。この時、光源から正面に向かって出射される光がそのまま直進して導光するような構成とすることが、強度の大きな入射光束を効率よく利用する観点から好ましい。
【００３２】
導光板９は一体的に形成されているのが好ましい。一体的に形成するためには、機械的加工手法や射出成型手法、ナノインプリントリソグラフィー法などを用いることができる。中でも大量に作成する場合には、製作コストの点から射出成型手法を用いることが好ましい。
【００３３】
照明装置２０として構成するためには、導光板９と光源７が必要である。
光源７は、ＬＥＤベアチップが樹脂封止されている白色ＬＥＤ光源が好ましく、略平板状である導光板９の入射部８に効率よく光を入射するためにＬＥＤベアチップ高さが１ｍｍ以下のサイドビュータイプのＬＥＤが特に好ましい。
【００３４】
照明装置２０における導光板９の発光領域６の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点との輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上となるように構成する。輝度の測定方法は、導光板の発光領域６の全体にわたって偏りの無いように輝度計を用いて測定する。導光板９のような形状では８箇所以上の点の輝度を測定して比較確認するのが好ましい。
【００３５】
以上のように、本実施形態の導光板９とＬＥＤ光源７を組み合わせることで、環状の発光領域６を効率よく発光することが出来る照明装置２０が実現できる。
以下に本発明による導光板９、及び導光板を用いた照明装置２０について、実施例により更に具体的に説明する。
【実施例１】
【００３６】
図３に本発明による導光板９とＬＥＤ光源７を備えた照明装置２０の実施例１を示す。ＬＥＤ光源７は導光板９の光入射部８に対向するように配置され、導光板内に光を出射することが出来る。効率よく光を導光板９に入射するために、ＬＥＤ光源７は可能な限り導光板９の光入射部８に対して近づけて配置した。光入射部８での反射を防ぐことを目的として、ＬＥＤ光源７と光入射部８の間に透明樹脂を流し込み接着した。
【００３７】
実施例１において、導光板９は０．３ｍｍ厚の透明ポリカーボネート樹脂を用いて、機械的加工手法（フライス盤加工およびボール盤加工など）を行うことで環状形状及び凹部を作製した。
【００３８】
導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．５ｍｍの領域であり、厚さは０．３ｍｍである。また光入射部８の幅は３．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、導光板９全体の厚さが０．３ｍｍとして形成されている。
【００３９】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２ｍｍで深さがそれぞれ０．１５ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１ｍｍの３種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工した。また発光させる輝度が概ね均一になるように、光源７に近い領域の凹部を小さく、光源から遠い領域の凹部を大きくした。
【００４０】
光源７から遠い発光領域においては、導光板裏面１１に深さ０．２ｍｍおよび０．１５ｍｍであるV字溝（本発明の「凹部」であり、溝内部の角度９０°）を配置した。溝の方向は導光板９を表面１０または裏面１１から見た際に、導光板９の辺に沿って光が進む方向に垂直となるようにした。
【００４１】
光源７として、日亜化学製ＬＥＤ（型番ＮＳＳＷ２０４ＡＴ）を用いた。ＬＥＤの形状は外径幅３．８ｍｍ、奥行き１．０ｍｍ、素子高さ０．４ｍｍである。またＬＥＤ発光領域の形状はおよそ幅２．０ｍｍ、高さ０．３ｍｍである。駆動電圧が５Ｖ、電流値Ｉｆが５ｍＡの時に発光光度は５４０ｍｃｄであった。
【００４２】
発光領域６の輝度測定には、ＴＯＰＣＯＮ社製輝度計ＢＭ−９を用いた。輝度計と測定物との距離は３５０ｍｍ、測定スポットサイズは０．９５ｍｍ（測定角０．２°）である。
測定した導光板９の発光領域６について、図４に示すように光入射部から最も近い点を測定点１として反時計回りに合計８点測定した。
【００４３】
実施例１の導光板において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は３１１ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは４３０ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは２２４ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．５２であった。
【００４４】
発光領域６の輝度均一性に関しては、無作為に抽出した判定員によって目視評価を実施した。最も高い輝度Ｌｍａｘと、最も低い輝度Ｌｍｉｎとの輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上であれば目視評価ではほぼ均一と判定された。
【実施例２】
【００４５】
図５に本発明による導光板９とＬＥＤ光源７を備えた照明装置２０の実施例２を示す。導光板９の原材料、作成手法、ＬＥＤ光源７の設置方法は実施例１と同様である。導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．７５ｍｍの領域であり、厚さは０．７ｍｍである。また光入射部８の幅は２．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍとした。
【００４６】
図５の導光板９はＬＥＤ光源７に近い部分の内周形状１７が６０度の鋭角形状となっており、光源から出射した光はこの部分で時計回り及び反時計回りに分割されて導光する。また図５の導光板９は光入射部の厚さ１４よりも環状発光領域の厚さ１３の方が厚くなっており、この環状部分にハウジングとしての機能を一体化することが可能である。
【００４７】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍで深さがそれぞれ０．１５０ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１００ｍｍの3種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工している。また円錐形凹部は、発光させる輝度が概ね均一になるように光源７に近い領域の凹部を小さく、光源７から遠い領域の凹部を大きくするとともに、光源７に近い領域は密度を低く、光源７から遠い領域は密度が高くなるよう配置した。
【００４８】
実施例２の導光板９において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は３９６ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは５２４ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは３１８ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．６１であった。
【実施例３】
【００４９】
図６に本発明による導光板９の実施例３を示す。導光板９の原材料、作成手法、ＬＥＤ光源７の設置方法は実施例１と同様である。導光板９の上面から見た大きさは外形が８．０ｍｍ、発光領域６は導光板外周より０．７５ｍｍの領域であり、厚さは０．７ｍｍである。また光入射部８の幅は２．０ｍｍ、厚さは０．３ｍｍとした。
【００５０】
図６の導光板９はＬＥＤ光源７に近い部分の内周形状１７が４０度の鋭角形状となっており、光源７から出射した光はこの部分で時計回り及び反時計回りに分割されて導光される。ここで導光板９の形状を非対称形状としたことにより、光源７からの直進光を有効に活用して効率を向上することができる。また図６の導光板９は光入射部の厚さ１４よりも環状発光領域の厚さ１３の方が厚くなっており、この環状部分にハウジングとしての機能を一体化することが可能である。
【００５１】
導光板裏面１１の円錐形凹部の形状は直径０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍで深さがそれぞれ０．１５０ｍｍ、０．１２５ｍｍ、０．１００ｍｍの3種類とし、円錐の頂角がほぼ９０度となるよう裏面１１側から加工している。また円錐形凹部は、発光させる輝度が概ね均一になるように光源７に近い領域の凹部を小さく、光源７から遠い領域の凹部を大きくするとともに、光源７に近い領域は密度を低く、光源７から遠い領域は密度が高くなるよう配置した。
【００５２】
発光領域６の光源７から遠い領域においては、導光板裏面１１に深さ０．２０ｍｍおよび０．１５ｍｍであるV字溝（本発明の「凹部」であり、溝内部の角度９０°）を配置した。溝の方向は導光板９を表面１０または裏面１１から見た際に、導光板９の辺に沿って光が進む方向に垂直となるようにした。
【００５３】
実施例３の導光板９において発光領域６内の測定点８点の平均輝度は４９８ｍｃｄ／平方メートル、最大輝度Ｌｍａｘは６２３ｍｃｄ／平方メートル、最低輝度Ｌｍｉｎは３６６ｍｃｄ／平方メートルであり、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘは０．５９であった。
【００５４】
実施例１から実施例３に示したように、本発明の導光板９を用いた照明装置２０においてポインティングデバイス外周部に位置する発光領域６をほぼ均等に発光させることが出来た。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、各部の具体的な構成は適宜変更が可能である。例えば発光領域６は方形に限定されず、多角形や円形や星型など様々な形状に対応することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 光源
２ イメージセンサー
３ ハウジング
４ 入射光
５ 液晶パネル用バックライト導光板
６ 発光領域
７ ＬＥＤ光源
８ 光入射部
９ 導光板
１０ 表面
１１ 裏面
１２ 凹部
１３ 表裏面間厚さ
１４ 入射部厚さ
１５ 外角
１６ 内角
１７ 最も入射部に近い内周角部
１８ 入射部から最も離間した点
１９ 入射部と入射部から最も離間した点を結ぶ直線
２０ 照明装置
２１ 発光領域内の輝度測定位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部光源からの光を入射する入射部と、入射した光が出射する発光領域を有する導光板において、前記発光領域が平面視略環状であることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記導光板は、透明部材で構成され、前記発光領域を表面として裏面に凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記入射部の厚さが、前記発光領域の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の導光板。
【請求項４】
前記発光領域は、外角および内角の一部が曲率を有する多角形状で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の導光板。
【請求項５】
前記曲率を有する多角形状において、入射部に最も近い内周角部の形状は、それ以外の内周角部の形状とは異なる形状または曲率を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板。
【請求項６】
前記入射部に最も近い内周角部が鋭角形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の導光板。
【請求項７】
前記導光板の発光領域は、前記入射部と当該入射部から最も離間した点を結ぶ直線における左右が非対称形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導光板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の入射部に対向するように配置された光源を有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
前記照明装置における前記導光板の発光領域の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点との輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１】
外部光源からの光を入射する入射部と、入射した光が出射する発光領域を有する導光板において、前記発光領域が平面視略環状であることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記導光板は、透明部材で構成され、前記発光領域を表面として裏面に凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記入射部の厚さが、前記発光領域の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の導光板。
【請求項４】
前記発光領域は、外角および内角の一部が曲率を有する多角形状で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の導光板。
【請求項５】
前記曲率を有する多角形状において、入射部に最も近い内周角部の形状は、それ以外の内周角部の形状とは異なる形状または曲率を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板。
【請求項６】
前記入射部に最も近い内周角部が鋭角形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の導光板。
【請求項７】
前記導光板の発光領域は、前記入射部と当該入射部から最も離間した点を結ぶ直線における左右が非対称形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導光板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の入射部に対向するように配置された光源を有することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
前記照明装置における前記導光板の発光領域の任意の点において、最も高い輝度Ｌｍａｘを有する点と、最も低い輝度Ｌｍｉｎを有する点との輝度の比Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘが０．５以上であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５８３１１（Ｐ２０１３−５８３１１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４５２７（Ｐ２０１１−１９４５２７）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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