立体表示装置
【課題】導光部材を用いて意匠性に富んだ立体表示を行うことができる立体表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明の立体表示装置５０は、光源１０と、導光板１と、導光板１の第１の主面１ｃに設けられ、導光板１を通じて導かれる光源１０からの光を第２の主面１ｄ側に向けてのみ光路変換するプリズム５と、導光板１の第１の主面１ｃに設けられ、導光板１を通じて導かれる光源１０からの光を第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散させる光拡散部１７と、第２の主面１ｄと対向して配置され、プリズム５からの反射光を第１の主面１ｃ側に向けて反射する反射鏡体１２とを備えている。
【解決手段】本発明の立体表示装置５０は、光源１０と、導光板１と、導光板１の第１の主面１ｃに設けられ、導光板１を通じて導かれる光源１０からの光を第２の主面１ｄ側に向けてのみ光路変換するプリズム５と、導光板１の第１の主面１ｃに設けられ、導光板１を通じて導かれる光源１０からの光を第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散させる光拡散部１７と、第２の主面１ｄと対向して配置され、プリズム５からの反射光を第１の主面１ｃ側に向けて反射する反射鏡体１２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光部材を用いた立体表示を行える立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導光部材は、従来から様々な用途で幅広く使用されており、例えば液晶表示装置の照明手段として知られるバックライト装置やフロントライト装置にも使用されている。フロントライト装置は、通常、光源と、この光源からの光を液晶表示パネルに出射する導光板（導光部材）と、導光板からの光を効率良く液晶表示パネルに供給するためのプリズムとから主に構成される。前記導光板は、平板形状を有しており、互いに対向する一対の主面及び互いに対向する一対の端面を有している。この場合、一方の主面上に液晶表示パネルが配置され、一方の端面近傍に光源が配置される。また、他方の主面上には、反射板が配置され、光源からの光を反射する。
【０００３】
また、導光板の主面上に凹凸部（プリズム）を様々な形態で形成することにより、導光板に発光表示機能を持たせた応用技術も従来から知られている。例えば特許文献１には、導光板を発光表示装置として用いた車両用表示装置が開示されている。この車両用表示装置では、文字盤を形成する導光板の一方の主面上に、第１の光源からの光を反射して発光する目盛りなどの形態をなす凹凸形状の第１表示意匠部と、第２の光源からの光を反射して発光する数字などの形態をなす凹凸形状の第２表示意匠部とが形成されており、第１の光源の点灯により第１表示意匠部が発光表示され、第２の光源の点灯により第２表示意匠部が発光表示されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３２５１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された表示装置は、プリズムからの光を観察者に向けて直接に出射する構成であるため、表示が平面的であり、意匠性に乏しかった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、導光部材を用いて意匠性に富んだ立体表示を行うことができる立体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】
【０００６】
本発明の立体表示装置は、光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、光源を点灯させると、光源からの光は、導光部材の第２の光路変換手段によって第２の主面側へと光路変換されると同時に、第１の光路変換手段によって第１の主面側へと光路変換される。この場合、第１の光路変換手段によって第１の主面側へと出射される光は、第１の光路変換手段がなす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、第２の光路変換手段によって光路変換された光は、第２の主面側へと進行して反射鏡体により第１の主面側へ反射されることにより、反射鏡体に映る虚像として観察者に視認されることになる。したがって、観察者は、第２の光路変換手段の形態（虚像）に対して第１の光路変換手段の形態（実像）が浮き上がった立体像を見ることができる。これにより、意匠性に富んだ発光表示を実現することができる。
【０００８】
なお、上記構成において、光源及び導光部材は１つに限らない。複数の光源や導光部材を用いた様々な組み合わせにより、多種多様な発光表示形態を実現することもできる。
【０００９】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。
【００１０】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、出射面として外部に晒される第１の主面に光路変換手段としてのプリズムや拡散部が設けられていない（プリズムや拡散部が外部に晒されない第２の主面のみに設けられている）ため、これらの光路変換手段を外部のストレスなどから保護することができる。
【００１１】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、発光位置が異なる４つの階層の光らせ方が可能になるため、意匠性が格段に向上する。
【００１２】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換するプリズムからなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、拡散部を設けないため、導光部材が非発光時に完全に透明となり、意匠性が向上する。
【００１３】
本発明の立体表示装置において、前記プリズムは、前記主面に対して所定の第１の角度で傾斜する第１の傾斜部と、前記主面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度で傾斜する第２の傾斜部とが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を前記第２の傾斜部で受けて光路変換することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、光源からの光を第１の傾斜部によって導光部材内部へと効率的に導くことができるとともに、その導かれた光を第２の傾斜部によって効果的に光路変換させることができる一方で、第１の傾斜部によって略法線方向の光を透過させることも可能になり、プリズムの複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができるようになる。
【００１５】
本発明の立体表示装置においては、前記反射鏡体により反射されて前記第１の主面側から出射される光の前記第１の主面に対する出射角度が、前記第２の傾斜部における前記第２の角度によって制御されることが好ましい。この構成によれば、第２の傾斜部の傾斜角度を変えるだけで光の出射角度を変化させることができるため、立体感や輝度の調整がし易くなる。
【００１６】
本発明の立体表示装置においては、前記出射角度が５°〜４５°に設定されていることが好ましい。この構成によれば、十分な立体感を得ることができるとともに、発光表示の視認性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の立体表示装置においては、前記第２の傾斜部における前記第２の角度が３３°〜４３°に設定されていることが好ましい。この構成によれば、十分な立体感が得られる視認性が高い出射角度を実現することができる。
【００１８】
本発明の立体表示装置においては、前記プリズムの第１の傾斜部が、前記反射鏡体からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されていることが好ましい。この構成によれば、第１の傾斜部によって略法線方向の光を確実に透過させることができるため、プリズムからの光を反射鏡体により再度プリズムへ向けて反射させても、プリズムの発光形態がプリズム自体によって影響を受けるといった事態を回避することができ、プリズムの複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができる。
【００１９】
本発明の立体表示装置においては、前記光拡散部が、前記主面に溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、前記主面の一部を梨地面とすることにより形成されることが好ましい。この構成によれば、導光部材の第１の主面に対して光拡散部を容易に形成できるとともに、光を効果的、かつ、均一に拡散させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の立体表示装置によれば、光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備するので、導光部材を用いて意匠性に富んだ立体表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の基本的な構成及び作用を各構成要素毎に分けて簡単に説明する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係る立体表示装置を構成する導光部材としての導光板１は、透明部材（光透過性材料）で構成され、図示しない光源から光Ｌを受けることができる一対の端面１ａ，１ｂ（図１では第１の端面１ａで光Ｌを受けている）と、端面１ａ，１ｂに対して直交するとともに互いに対向する一対の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄとを有している。
【００２３】
また、導光板１の第１の主面１ｃ上には、所定の形態をなす凹凸部によって形成される光路変換手段としてのプリズム５が形成されている。このプリズム５は、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを第２の主面１ｄ側に向けて光路変換する。具体的に、プリズム５は、図１の（ｂ）に拡大して示されるように、第１の主面１ｃに対して所定の第１の角度θ１で傾斜する第１の傾斜部としての緩斜面部５ａと、第１の主面１ｃに対して第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２で傾斜する第２の傾斜部としての急斜面部５ｂとが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを急斜面部５ｂの受光面８で受けて、第２の主面１ｄ側に向けてのみ光路変換する。この場合、急斜面部５ｂの受光面８は、光源が位置する第１の端面１ａ側へと向けられており、この第１の端面１ａから入射する光源からの光Ｌを効率的に第２の主面１ｄ側に向けて光路変換できるようになっている。また、緩斜面部５ａの傾斜角度θ１は、略法線方向（主面１ｃ，１ｄに対して略垂直な方向）の光を透過することができる角度（例えば０．５°〜５°）に設定されている。なお、プリズム５を有するこのような導光部材１は、例えば射出成形によって形成することができる。
【００２４】
また、導光板１の第１の主面１ｃ上には、プリズム５の形成領域以外の部位に、図２に示されるような光路変換手段としての光拡散部１７が設けられている。この光拡散部１７は、導光板１の第１の主面１ｃ上に所定の形態で図３の（ａ）のような溝１９又は図３の（ｂ）のような突起２１を設けることによって形成され、あるいは、第１の主面の一部を梨地面とすることにより形成されており、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散させる。
【００２５】
図４には、図１〜図３の構成要素を兼ね備えた本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置５０が示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０は、導光板１と、導光板１の第１の端面１ａに対向して配置された光源１０と、第２の主面１ｄと対向して配置され、プリズム５からの光を第１の主面１ｃ側に向けて反射する反射鏡体１２とを備えてなる。この場合、光源１０は、導光板１の第１の端面１ａに沿って配置される線状導光板と、この線状導光板の両端に配置され、少なくとも１色の光を発するＬＥＤとからなっていても良い。また、反射鏡体１２は、その上面を導光板１の第２の主面１ｄに対向させて配置される透明部材１２ａと、透明部材１２ａの下面に設けられた反射膜１２ｂとを有する。
【００２６】
導光板１の第１の主面１ｃの中央には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７が円形の形態をなして形成されている。また、第１の主面１ｃ上には、光拡散部１７の全周を取り囲む環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が同心的に形成されている。この場合、プリズム５の急傾斜部５ｂの受光面８は、第１の端面１ａ側へと向けられ、プリズム５の緩傾斜面部５ａは、反射鏡体１２からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されている。
【００２７】
このような構成の立体表示装置５０では、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、プリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄに向けて進行して反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００２８】
したがって、図５に示されるように、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす円形形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側へと進行して反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像５’（導光板１の虚像１’の一部）として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態（虚像５’）に対して光拡散部１７の円形形態（実像１７’）が浮き上がった立体像（図５の（ａ）参照）を見ることができる。
【００２９】
なお、図５の（ｂ）中、参照符号１７”は、導光板１の虚像１’の一部として、光拡散部１７により第２の主面１ｄ側へ拡散された光が結像して得られる光拡散部１７の虚像である。また、本実施の形態では、プリズム５及び拡散部１７の形態が円状や環状などの幾何学的形状をなしているが、プリズム５及び拡散部１７は、図形に限らず、文字、数字など、用途に応じた所望の形状に形成することができる。
【００３０】
ところで、以上のような立体表示における立体感や輝度などといった光学的特性は、プリズム５や光拡散部１７の形成形態、導光板１や反射鏡体１２の厚さなどによって影響を受ける。図６には、前述した実施の形態における各種構成要素の具体的な寸法例が示されている。すなわち、この例では、プリズム５の不等辺三角形のピッチＰが４１６．７μｍに設定され、緩傾斜面部５ａの傾斜角度（第１の角度）θ１が２．５°に設定されているとともに、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２が３５°に設定されている。また、導光板１の厚さＴ１が０．８ｍｍに設定され、反射鏡体１２の透明部材１２ａの厚さＴ２が２．０ｍｍに設定されている。このような寸法設定でも、十分な立体感及び良好な視認性が得られる。
【００３１】
本発明者らは、導光板１を用いた上記構成の立体表示装置５０において立体感のある表示を得るために好ましい観察角度範囲すなわち光出射角θ（図７参照；第１の主面１ｃから出射される光Ｌと法線Ｏとがなす角度）が５°〜４５°であることを実験などにより知見した。出射角θがこの範囲であると、観察時に立体感が得られ易く、立体表示の視認性が良好である。
【００３２】
プリズム５から反射鏡体１２により反射されて第１の主面１ｃ側から出射される光Ｌの第１の主面１ｃに対する出射角θは、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２によって制御できる。図８及び図９には、出射角θと急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２との関係が表及びグラフでそれぞれ示されている。これらの図から分かるように、出射角θと急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２との関係は、近似式：ｙ＝０．００６６Ｘ２−０．５４Ｘ＋４５（Ｘ：出射角θ、ｙ：傾斜角度θ２）で表わすこともでき、出射角θを５°〜４５°の範囲に収めるためには急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２を３３°〜４３°の範囲内に設定すれば良いことが分かる。無論、前記近似式や設定角度範囲は、設計パラメータによって変動することは言うまでも無い。また、図１０及び図１１にはそれぞれ、急傾斜面部５ｂの所定の傾斜角度θ２（＝４０°，３５°，３３°）における出射角θと出射光の輝度との間の関係が表及びグラフで示されている。これらの図から分かるように、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が４０°の場合、出射角θが１０°付近で最も高い輝度が得られ、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が３５°の場合、出射角θが２５°付近で最も高い輝度が得られ、また、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が３３°の場合、出射角θが３５°付近で最も高い輝度が得られる。すなわち、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が大きければ大きいほど、小さな出射角θで高い輝度が得られる。
【００３３】
図１２には、前述した実施の形態の変形例が示されている。この変形例では、導光板１の第１の主面１ｃの中央に環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が形成され、プリズム５の全周を取り囲むように環状溝１９の形態をなす第１の光路変換手段としての光拡散部１７が形成されている。この場合、一例として、プリズム５の不等辺三角形のピッチＰは４１６．７μｍに設定され、緩傾斜面部５ａの傾斜角度（第１の角度）θ１は２．５°に設定されるとともに、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２は３５°に設定される。また、導光板１の厚さＴ１は０．８ｍｍに設定され、反射鏡体１２の透明部材１２ａの厚さＴ２は２．０ｍｍに設定され、また、光拡散部１７の溝幅Ｗは０．５ｍｍに設定される。
【００３４】
本変形例の場合も、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光は、光拡散部１７がなす環状形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光は、第２の主面１ｄ側へと進行して反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態（虚像）に対して光拡散部１７の環状形態（実像１７’）が浮き上がった立体像（図１２の（ｂ）参照）を見ることができる。
【００３５】
図１３には、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置５０Ａが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ａにおいて、導光板１の第２の主面１ｄの中央には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７が円形の形態をなして形成されている。また、第２の主面１ｄ上には、光拡散部１７の全周を取り囲む環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が同心的に形成されている。この場合、プリズム５は、第１の実施の形態におけるそれと傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００３６】
このような構成の立体表示装置５０Ａでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、プリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００３７】
したがって、図５に示される場合と同様に、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす円形形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態に対して光拡散部１７の円形形態が浮き上がった立体像を見ることができる。このような構成によれば、出射面として外部に晒される第１の主面１ｃに光路変換手段としてのプリズム５や拡散部１７が設けられていない（プリズム５や拡散部１７が外部に晒されない第２の主面１ｄのみに設けられている）ため、これらの光路変換手段を外部のストレスなどから保護することができる。
【００３８】
図１４には、本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置５０Ｂが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ｂにおいて、導光板１の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄの両方には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７，１７が所定の形態をなして互いに対向しないように形成されている。また、第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ上には、光拡散部１７，１７の形成部位以外の部位に所定の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５，５が互いに対向することなく形成されている。この場合、第２の主面１ｃに形成されるプリズム５は、第２の主面１ｄに形成されるプリズム５と傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００３９】
このような構成の立体表示装置５０Ｂでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄの両方に形成されたプリズム５，５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、両方の主面１ｃ，１ｄに形成された両プリズム５，５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、両方の主面１ｃ，１ｄに形成された両光拡散部１７，１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００４０】
したがって、このような構成においても、両光拡散部１７，１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、両プリズム５，５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５，５の形態に対して光拡散部１７，１７の形態が浮き上がった立体像を見ることができる。なお、このような構成によれば、発光位置が異なる４つの階層の光らせ方が可能になるため、意匠性が格段に向上する。
【００４１】
図１５には、本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置５０Ｃが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ｃにおいて、導光板１の第２の主面１ｄには、第１の光路変換手段としてのプリズム５が所定の形態をなして形成されている。また、第１の主面１ｃ上には、第２の主面１ｄ上のプリズム５と対向しないように所定の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が形成されている。この場合、第２の主面１ｃに形成されるプリズム５は、第２の主面１ｄに形成されるプリズム５と傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００４２】
このような構成の立体表示装置５０Ｃでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって第２の主面１ｄに向けて光路変換されると同時に、導光板１の第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって第１の主面１ｃに向けて光路変換される。すなわち、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなくそのまま第１の主面１ｃから出射される。
【００４３】
したがって、このような構成においても、第２の主面１ｄに形成されたプリズム５によって反射されてそのまま第１の主面１ｃから出射される光Ｌ２は、当該プリズム５なす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の形態に対して第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の形態が浮き上がった立体像を見ることができる。なお、このような構成によれば、拡散部１７が設けられていないため、導光部材１が非発光時に完全に透明となり、意匠性が向上する。
【００４４】
以上説明したように、前述した実施の形態及び変形例に係る立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによれば、観察者は、第２の光路変換手段の形態（虚像）に対して第１の光路変換手段の形態（実像）が浮き上がった立体像を見ることができる。そのため、意匠性に富んだ発光表示を実現することができる。
【００４５】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいて、プリズム５は、緩傾斜面部５ａと急斜面部５ｂとが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を急斜面部５ｂで受けて光路変換するようになっている。そのため、光源１０からの光を緩傾斜面部５ａによって導光板１内部へと効率的に導くことができるとともに、その導かれた光を急斜面部５ｂによって効果的に光路変換させることができる一方で、緩傾斜面部５ａによって略法線方向の光を透過させることも可能になり、プリズム５の複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができるようになる。
【００４６】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいては、プリズム５から反射鏡体１２により反射されて第１の主面１ｃ側から出射される光の第１の主面１ｃに対する出射角度θが、急斜面部５ｂの傾斜角度θ２によって制御されるようになっている。したがって、急斜面部５ｂの傾斜角度θ２を変えるだけで光の出射角θを変化させることができ、立体感や輝度の調整がし易くなる。
【００４７】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいて、プリズム５の緩傾斜面部５ａは、反射鏡体１２からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されている。そのため、緩傾斜面部５ａによって略法線方向の光を確実に透過させることができ、プリズム５からの光を反射鏡体１２により再度プリズム５へ向けて反射させても、プリズム５の発光形態がプリズム５自体によって影響を受けるといった事態を回避することができる。したがって、プリズム５の複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができる。
【００４８】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂにおいて、光拡散部１７は、主面１ｃ，１ｄに溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、主面１ｃ，１ｄの一部を梨地面とすることにより形成されている。そのため、導光板１の主面１ｃ，１ｄに対して光拡散部１７を容易に形成できるとともに、光を効果的、かつ、均一に拡散させることができる。
【００４９】
なお、上記構成の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃをタッチパネルなどの入力装置と組み合わせれば、立体感のある平面入力装置を実現することもできる。
【００５０】
上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態で説明した構成についてはこれに限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の立体表示装置の導光板の構成及び作用を示すための図であり、（ａ）は導光板の断面図、（ｂ）は導光板に形成されたプリズムの拡大図である。
【図２】本発明の立体表示装置の導光板の構成及び作用を示すための図であり、導光板に光拡散部を設けた際の光の散乱状態を示す図である。
【図３】光拡散部の各種形態を示し、（ａ）は溝状の光拡散部を示す断面図、（ｂ）は突起状の光拡散部の断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）の立体表示装置の断面図である。
【図５】（ａ）は図４の立体表示装置によって得られる立体像を概略的に示す斜視図、（ｂ）は図４の立体表示装置における光の反射・拡散状態を示す図である。
【図６】（ａ）は具体的な寸法が設定された図４の立体表示装置の一例を示す概略図、（ｂ）は光拡散部の実像がプリズムの虚像に対して浮き上がった立体表示を示す斜視図である。
【図７】導光板の第１の主面から光が出射される状態を示す断面図である。
【図８】出射角θと急傾斜面部の傾斜角度θ２との関係を示す表である。
【図９】出射角θと急傾斜面部の傾斜角度θ２との関係を示すグラフである。
【図１０】急傾斜面部の所定の傾斜角度における出射角θと出射光の輝度との間の関係を示す表である。
【図１１】急傾斜面部の所定の傾斜角度における出射角θと出射光の輝度との間の関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は具体的な寸法が設定された変形例に係る立体表示装置の概略図、（ｂ）は光拡散部の実像がプリズムの虚像に対して浮き上がった立体表示を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 導光板
１ａ，１ｂ 端面
１ｃ 第１の主面
１ｄ 第２の主面
５ プリズム（光路変換手段）
５ａ 緩傾斜面部
５ｂ 急傾斜面部
８ 受光面
１０ 光源
１２ 反射鏡体
１７ 光拡散部（光路変換手段）
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 立体表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光部材を用いた立体表示を行える立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導光部材は、従来から様々な用途で幅広く使用されており、例えば液晶表示装置の照明手段として知られるバックライト装置やフロントライト装置にも使用されている。フロントライト装置は、通常、光源と、この光源からの光を液晶表示パネルに出射する導光板（導光部材）と、導光板からの光を効率良く液晶表示パネルに供給するためのプリズムとから主に構成される。前記導光板は、平板形状を有しており、互いに対向する一対の主面及び互いに対向する一対の端面を有している。この場合、一方の主面上に液晶表示パネルが配置され、一方の端面近傍に光源が配置される。また、他方の主面上には、反射板が配置され、光源からの光を反射する。
【０００３】
また、導光板の主面上に凹凸部（プリズム）を様々な形態で形成することにより、導光板に発光表示機能を持たせた応用技術も従来から知られている。例えば特許文献１には、導光板を発光表示装置として用いた車両用表示装置が開示されている。この車両用表示装置では、文字盤を形成する導光板の一方の主面上に、第１の光源からの光を反射して発光する目盛りなどの形態をなす凹凸形状の第１表示意匠部と、第２の光源からの光を反射して発光する数字などの形態をなす凹凸形状の第２表示意匠部とが形成されており、第１の光源の点灯により第１表示意匠部が発光表示され、第２の光源の点灯により第２表示意匠部が発光表示されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３２５１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された表示装置は、プリズムからの光を観察者に向けて直接に出射する構成であるため、表示が平面的であり、意匠性に乏しかった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、導光部材を用いて意匠性に富んだ立体表示を行うことができる立体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】
【０００６】
本発明の立体表示装置は、光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、光源を点灯させると、光源からの光は、導光部材の第２の光路変換手段によって第２の主面側へと光路変換されると同時に、第１の光路変換手段によって第１の主面側へと光路変換される。この場合、第１の光路変換手段によって第１の主面側へと出射される光は、第１の光路変換手段がなす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、第２の光路変換手段によって光路変換された光は、第２の主面側へと進行して反射鏡体により第１の主面側へ反射されることにより、反射鏡体に映る虚像として観察者に視認されることになる。したがって、観察者は、第２の光路変換手段の形態（虚像）に対して第１の光路変換手段の形態（実像）が浮き上がった立体像を見ることができる。これにより、意匠性に富んだ発光表示を実現することができる。
【０００８】
なお、上記構成において、光源及び導光部材は１つに限らない。複数の光源や導光部材を用いた様々な組み合わせにより、多種多様な発光表示形態を実現することもできる。
【０００９】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。
【００１０】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、出射面として外部に晒される第１の主面に光路変換手段としてのプリズムや拡散部が設けられていない（プリズムや拡散部が外部に晒されない第２の主面のみに設けられている）ため、これらの光路変換手段を外部のストレスなどから保護することができる。
【００１１】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、発光位置が異なる４つの階層の光らせ方が可能になるため、意匠性が格段に向上する。
【００１２】
本発明の立体表示装置においては、前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換するプリズムからなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることが好ましい。この構成によれば、拡散部を設けないため、導光部材が非発光時に完全に透明となり、意匠性が向上する。
【００１３】
本発明の立体表示装置において、前記プリズムは、前記主面に対して所定の第１の角度で傾斜する第１の傾斜部と、前記主面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度で傾斜する第２の傾斜部とが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を前記第２の傾斜部で受けて光路変換することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、光源からの光を第１の傾斜部によって導光部材内部へと効率的に導くことができるとともに、その導かれた光を第２の傾斜部によって効果的に光路変換させることができる一方で、第１の傾斜部によって略法線方向の光を透過させることも可能になり、プリズムの複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができるようになる。
【００１５】
本発明の立体表示装置においては、前記反射鏡体により反射されて前記第１の主面側から出射される光の前記第１の主面に対する出射角度が、前記第２の傾斜部における前記第２の角度によって制御されることが好ましい。この構成によれば、第２の傾斜部の傾斜角度を変えるだけで光の出射角度を変化させることができるため、立体感や輝度の調整がし易くなる。
【００１６】
本発明の立体表示装置においては、前記出射角度が５°〜４５°に設定されていることが好ましい。この構成によれば、十分な立体感を得ることができるとともに、発光表示の視認性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の立体表示装置においては、前記第２の傾斜部における前記第２の角度が３３°〜４３°に設定されていることが好ましい。この構成によれば、十分な立体感が得られる視認性が高い出射角度を実現することができる。
【００１８】
本発明の立体表示装置においては、前記プリズムの第１の傾斜部が、前記反射鏡体からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されていることが好ましい。この構成によれば、第１の傾斜部によって略法線方向の光を確実に透過させることができるため、プリズムからの光を反射鏡体により再度プリズムへ向けて反射させても、プリズムの発光形態がプリズム自体によって影響を受けるといった事態を回避することができ、プリズムの複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができる。
【００１９】
本発明の立体表示装置においては、前記光拡散部が、前記主面に溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、前記主面の一部を梨地面とすることにより形成されることが好ましい。この構成によれば、導光部材の第１の主面に対して光拡散部を容易に形成できるとともに、光を効果的、かつ、均一に拡散させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の立体表示装置によれば、光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備するので、導光部材を用いて意匠性に富んだ立体表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の基本的な構成及び作用を各構成要素毎に分けて簡単に説明する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係る立体表示装置を構成する導光部材としての導光板１は、透明部材（光透過性材料）で構成され、図示しない光源から光Ｌを受けることができる一対の端面１ａ，１ｂ（図１では第１の端面１ａで光Ｌを受けている）と、端面１ａ，１ｂに対して直交するとともに互いに対向する一対の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄとを有している。
【００２３】
また、導光板１の第１の主面１ｃ上には、所定の形態をなす凹凸部によって形成される光路変換手段としてのプリズム５が形成されている。このプリズム５は、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを第２の主面１ｄ側に向けて光路変換する。具体的に、プリズム５は、図１の（ｂ）に拡大して示されるように、第１の主面１ｃに対して所定の第１の角度θ１で傾斜する第１の傾斜部としての緩斜面部５ａと、第１の主面１ｃに対して第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２で傾斜する第２の傾斜部としての急斜面部５ｂとが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを急斜面部５ｂの受光面８で受けて、第２の主面１ｄ側に向けてのみ光路変換する。この場合、急斜面部５ｂの受光面８は、光源が位置する第１の端面１ａ側へと向けられており、この第１の端面１ａから入射する光源からの光Ｌを効率的に第２の主面１ｄ側に向けて光路変換できるようになっている。また、緩斜面部５ａの傾斜角度θ１は、略法線方向（主面１ｃ，１ｄに対して略垂直な方向）の光を透過することができる角度（例えば０．５°〜５°）に設定されている。なお、プリズム５を有するこのような導光部材１は、例えば射出成形によって形成することができる。
【００２４】
また、導光板１の第１の主面１ｃ上には、プリズム５の形成領域以外の部位に、図２に示されるような光路変換手段としての光拡散部１７が設けられている。この光拡散部１７は、導光板１の第１の主面１ｃ上に所定の形態で図３の（ａ）のような溝１９又は図３の（ｂ）のような突起２１を設けることによって形成され、あるいは、第１の主面の一部を梨地面とすることにより形成されており、導光板１を通じて導かれる光源からの光Ｌを第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散させる。
【００２５】
図４には、図１〜図３の構成要素を兼ね備えた本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置５０が示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０は、導光板１と、導光板１の第１の端面１ａに対向して配置された光源１０と、第２の主面１ｄと対向して配置され、プリズム５からの光を第１の主面１ｃ側に向けて反射する反射鏡体１２とを備えてなる。この場合、光源１０は、導光板１の第１の端面１ａに沿って配置される線状導光板と、この線状導光板の両端に配置され、少なくとも１色の光を発するＬＥＤとからなっていても良い。また、反射鏡体１２は、その上面を導光板１の第２の主面１ｄに対向させて配置される透明部材１２ａと、透明部材１２ａの下面に設けられた反射膜１２ｂとを有する。
【００２６】
導光板１の第１の主面１ｃの中央には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７が円形の形態をなして形成されている。また、第１の主面１ｃ上には、光拡散部１７の全周を取り囲む環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が同心的に形成されている。この場合、プリズム５の急傾斜部５ｂの受光面８は、第１の端面１ａ側へと向けられ、プリズム５の緩傾斜面部５ａは、反射鏡体１２からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されている。
【００２７】
このような構成の立体表示装置５０では、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、プリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄに向けて進行して反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００２８】
したがって、図５に示されるように、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす円形形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側へと進行して反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像５’（導光板１の虚像１’の一部）として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態（虚像５’）に対して光拡散部１７の円形形態（実像１７’）が浮き上がった立体像（図５の（ａ）参照）を見ることができる。
【００２９】
なお、図５の（ｂ）中、参照符号１７”は、導光板１の虚像１’の一部として、光拡散部１７により第２の主面１ｄ側へ拡散された光が結像して得られる光拡散部１７の虚像である。また、本実施の形態では、プリズム５及び拡散部１７の形態が円状や環状などの幾何学的形状をなしているが、プリズム５及び拡散部１７は、図形に限らず、文字、数字など、用途に応じた所望の形状に形成することができる。
【００３０】
ところで、以上のような立体表示における立体感や輝度などといった光学的特性は、プリズム５や光拡散部１７の形成形態、導光板１や反射鏡体１２の厚さなどによって影響を受ける。図６には、前述した実施の形態における各種構成要素の具体的な寸法例が示されている。すなわち、この例では、プリズム５の不等辺三角形のピッチＰが４１６．７μｍに設定され、緩傾斜面部５ａの傾斜角度（第１の角度）θ１が２．５°に設定されているとともに、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２が３５°に設定されている。また、導光板１の厚さＴ１が０．８ｍｍに設定され、反射鏡体１２の透明部材１２ａの厚さＴ２が２．０ｍｍに設定されている。このような寸法設定でも、十分な立体感及び良好な視認性が得られる。
【００３１】
本発明者らは、導光板１を用いた上記構成の立体表示装置５０において立体感のある表示を得るために好ましい観察角度範囲すなわち光出射角θ（図７参照；第１の主面１ｃから出射される光Ｌと法線Ｏとがなす角度）が５°〜４５°であることを実験などにより知見した。出射角θがこの範囲であると、観察時に立体感が得られ易く、立体表示の視認性が良好である。
【００３２】
プリズム５から反射鏡体１２により反射されて第１の主面１ｃ側から出射される光Ｌの第１の主面１ｃに対する出射角θは、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２によって制御できる。図８及び図９には、出射角θと急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２との関係が表及びグラフでそれぞれ示されている。これらの図から分かるように、出射角θと急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２との関係は、近似式：ｙ＝０．００６６Ｘ２−０．５４Ｘ＋４５（Ｘ：出射角θ、ｙ：傾斜角度θ２）で表わすこともでき、出射角θを５°〜４５°の範囲に収めるためには急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２を３３°〜４３°の範囲内に設定すれば良いことが分かる。無論、前記近似式や設定角度範囲は、設計パラメータによって変動することは言うまでも無い。また、図１０及び図１１にはそれぞれ、急傾斜面部５ｂの所定の傾斜角度θ２（＝４０°，３５°，３３°）における出射角θと出射光の輝度との間の関係が表及びグラフで示されている。これらの図から分かるように、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が４０°の場合、出射角θが１０°付近で最も高い輝度が得られ、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が３５°の場合、出射角θが２５°付近で最も高い輝度が得られ、また、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が３３°の場合、出射角θが３５°付近で最も高い輝度が得られる。すなわち、急傾斜面部５ｂの傾斜角度θ２が大きければ大きいほど、小さな出射角θで高い輝度が得られる。
【００３３】
図１２には、前述した実施の形態の変形例が示されている。この変形例では、導光板１の第１の主面１ｃの中央に環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が形成され、プリズム５の全周を取り囲むように環状溝１９の形態をなす第１の光路変換手段としての光拡散部１７が形成されている。この場合、一例として、プリズム５の不等辺三角形のピッチＰは４１６．７μｍに設定され、緩傾斜面部５ａの傾斜角度（第１の角度）θ１は２．５°に設定されるとともに、急傾斜面部５ｂの傾斜角度（第２の角度）θ２は３５°に設定される。また、導光板１の厚さＴ１は０．８ｍｍに設定され、反射鏡体１２の透明部材１２ａの厚さＴ２は２．０ｍｍに設定され、また、光拡散部１７の溝幅Ｗは０．５ｍｍに設定される。
【００３４】
本変形例の場合も、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光は、光拡散部１７がなす環状形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光は、第２の主面１ｄ側へと進行して反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態（虚像）に対して光拡散部１７の環状形態（実像１７’）が浮き上がった立体像（図１２の（ｂ）参照）を見ることができる。
【００３５】
図１３には、本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置５０Ａが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ａにおいて、導光板１の第２の主面１ｄの中央には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７が円形の形態をなして形成されている。また、第２の主面１ｄ上には、光拡散部１７の全周を取り囲む環状の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が同心的に形成されている。この場合、プリズム５は、第１の実施の形態におけるそれと傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００３６】
このような構成の立体表示装置５０Ａでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、プリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００３７】
したがって、図５に示される場合と同様に、光拡散部１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす円形形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、プリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５の環状形態に対して光拡散部１７の円形形態が浮き上がった立体像を見ることができる。このような構成によれば、出射面として外部に晒される第１の主面１ｃに光路変換手段としてのプリズム５や拡散部１７が設けられていない（プリズム５や拡散部１７が外部に晒されない第２の主面１ｄのみに設けられている）ため、これらの光路変換手段を外部のストレスなどから保護することができる。
【００３８】
図１４には、本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置５０Ｂが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ｂにおいて、導光板１の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄの両方には、第１の光路変換手段としての光拡散部１７，１７が所定の形態をなして互いに対向しないように形成されている。また、第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ上には、光拡散部１７，１７の形成部位以外の部位に所定の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５，５が互いに対向することなく形成されている。この場合、第２の主面１ｃに形成されるプリズム５は、第２の主面１ｄに形成されるプリズム５と傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００３９】
このような構成の立体表示装置５０Ｂでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１及び第２の主面１ｃ，１ｄの両方に形成されたプリズム５，５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換されると同時に、光拡散部１７によって第１及び第２の主面１ｃ，１ｄ側に向けて拡散される。ここで、両方の主面１ｃ，１ｄに形成された両プリズム５，５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、両方の主面１ｃ，１ｄに形成された両光拡散部１７，１７によって第１の主面１ｃ側に向けて拡散反射された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなく第１の主面１ｃから出射される。
【００４０】
したがって、このような構成においても、両光拡散部１７，１７によって第１の主面１ｃ側へと拡散して出射される光Ｌ２は、光拡散部１７がなす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、両プリズム５，５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、プリズム５，５の形態に対して光拡散部１７，１７の形態が浮き上がった立体像を見ることができる。なお、このような構成によれば、発光位置が異なる４つの階層の光らせ方が可能になるため、意匠性が格段に向上する。
【００４１】
図１５には、本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置５０Ｃが示されている。図示のように、本実施の形態の立体表示装置５０Ｃにおいて、導光板１の第２の主面１ｄには、第１の光路変換手段としてのプリズム５が所定の形態をなして形成されている。また、第１の主面１ｃ上には、第２の主面１ｄ上のプリズム５と対向しないように所定の形態をなして第２の光路変換手段としてのプリズム５が形成されている。この場合、第２の主面１ｃに形成されるプリズム５は、第２の主面１ｄに形成されるプリズム５と傾斜面の向きが逆向きに設定されている。
【００４２】
このような構成の立体表示装置５０Ｃでは、光源１０が点灯されると、光源１０から出射された光Ｌは、導光板１の第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって第２の主面１ｄに向けて光路変換されると同時に、導光板１の第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって第１の主面１ｃに向けて光路変換される。すなわち、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄから出射されて反射鏡体１２の反射膜１２ｂにより反射された後、プリズム５の緩斜面部５ａを透過して第１の主面１ｃから出射される。一方、第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の急斜面部５ｂの受光面８によって光路変換された光Ｌ２は、反射光Ｌ１と干渉することなくそのまま第１の主面１ｃから出射される。
【００４３】
したがって、このような構成においても、第２の主面１ｄに形成されたプリズム５によって反射されてそのまま第１の主面１ｃから出射される光Ｌ２は、当該プリズム５なす形態で発光する実像として観察者に視認され、一方、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５によって光路変換された光Ｌ１は、第２の主面１ｄ側から出射されて反射鏡体１２により第１の主面１ｃ側へ反射されることにより、反射鏡体１２に映る虚像として観察者に視認されることになる。そのため、観察者は、第１の主面１ｃに形成されたプリズム５の形態に対して第２の主面１ｄに形成されたプリズム５の形態が浮き上がった立体像を見ることができる。なお、このような構成によれば、拡散部１７が設けられていないため、導光部材１が非発光時に完全に透明となり、意匠性が向上する。
【００４４】
以上説明したように、前述した実施の形態及び変形例に係る立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによれば、観察者は、第２の光路変換手段の形態（虚像）に対して第１の光路変換手段の形態（実像）が浮き上がった立体像を見ることができる。そのため、意匠性に富んだ発光表示を実現することができる。
【００４５】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいて、プリズム５は、緩傾斜面部５ａと急斜面部５ｂとが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を急斜面部５ｂで受けて光路変換するようになっている。そのため、光源１０からの光を緩傾斜面部５ａによって導光板１内部へと効率的に導くことができるとともに、その導かれた光を急斜面部５ｂによって効果的に光路変換させることができる一方で、緩傾斜面部５ａによって略法線方向の光を透過させることも可能になり、プリズム５の複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができるようになる。
【００４６】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいては、プリズム５から反射鏡体１２により反射されて第１の主面１ｃ側から出射される光の第１の主面１ｃに対する出射角度θが、急斜面部５ｂの傾斜角度θ２によって制御されるようになっている。したがって、急斜面部５ｂの傾斜角度θ２を変えるだけで光の出射角θを変化させることができ、立体感や輝度の調整がし易くなる。
【００４７】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにおいて、プリズム５の緩傾斜面部５ａは、反射鏡体１２からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されている。そのため、緩傾斜面部５ａによって略法線方向の光を確実に透過させることができ、プリズム５からの光を反射鏡体１２により再度プリズム５へ向けて反射させても、プリズム５の発光形態がプリズム５自体によって影響を受けるといった事態を回避することができる。したがって、プリズム５の複雑で細かい形状形態の発光表示を容易、かつ、明確に行うことができる。
【００４８】
また、前述した実施の形態及び変形例の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂにおいて、光拡散部１７は、主面１ｃ，１ｄに溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、主面１ｃ，１ｄの一部を梨地面とすることにより形成されている。そのため、導光板１の主面１ｃ，１ｄに対して光拡散部１７を容易に形成できるとともに、光を効果的、かつ、均一に拡散させることができる。
【００４９】
なお、上記構成の立体表示装置５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃをタッチパネルなどの入力装置と組み合わせれば、立体感のある平面入力装置を実現することもできる。
【００５０】
上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態で説明した構成についてはこれに限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の立体表示装置の導光板の構成及び作用を示すための図であり、（ａ）は導光板の断面図、（ｂ）は導光板に形成されたプリズムの拡大図である。
【図２】本発明の立体表示装置の導光板の構成及び作用を示すための図であり、導光板に光拡散部を設けた際の光の散乱状態を示す図である。
【図３】光拡散部の各種形態を示し、（ａ）は溝状の光拡散部を示す断面図、（ｂ）は突起状の光拡散部の断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）の立体表示装置の断面図である。
【図５】（ａ）は図４の立体表示装置によって得られる立体像を概略的に示す斜視図、（ｂ）は図４の立体表示装置における光の反射・拡散状態を示す図である。
【図６】（ａ）は具体的な寸法が設定された図４の立体表示装置の一例を示す概略図、（ｂ）は光拡散部の実像がプリズムの虚像に対して浮き上がった立体表示を示す斜視図である。
【図７】導光板の第１の主面から光が出射される状態を示す断面図である。
【図８】出射角θと急傾斜面部の傾斜角度θ２との関係を示す表である。
【図９】出射角θと急傾斜面部の傾斜角度θ２との関係を示すグラフである。
【図１０】急傾斜面部の所定の傾斜角度における出射角θと出射光の輝度との間の関係を示す表である。
【図１１】急傾斜面部の所定の傾斜角度における出射角θと出射光の輝度との間の関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は具体的な寸法が設定された変形例に係る立体表示装置の概略図、（ｂ）は光拡散部の実像がプリズムの虚像に対して浮き上がった立体表示を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 導光板
１ａ，１ｂ 端面
１ｃ 第１の主面
１ｄ 第２の主面
５ プリズム（光路変換手段）
５ａ 緩傾斜面部
５ｂ 急傾斜面部
８ 受光面
１０ 光源
１２ 反射鏡体
１７ 光拡散部（光路変換手段）
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 立体表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
前記第１の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記第１の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換するプリズムからなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記プリズムは、前記主面に対して所定の第１の角度で傾斜する第１の傾斜部と、前記主面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度で傾斜する第２の傾斜部とが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を前記第２の傾斜部で受けて光路変換することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記反射鏡体により反射されて前記第１の主面側から出射される光の前記第１の主面に対する出射角度が、前記第２の傾斜部における前記第２の角度によって制御されることを特徴とする請求項６記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記出射角度が５°〜４５°に設定されていることを特徴とする請求項７記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記第２の傾斜部における前記第２の角度が３３°〜４３°に設定されていることを特徴とする請求項８記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記プリズムの第１の傾斜部は、前記反射鏡体からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されていることを特徴とする請求項６記載の面発光装置。
【請求項１１】
前記光拡散部は、前記主面に溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、前記主面の一部を梨地面とすることにより形成されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の立体表示装置。
【請求項１】
光源から光を受ける端面、並びに、互いに対向する一対の第１及び第２の主面を有する導光部材と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換する第１の光路変換手段と、前記導光部材の前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に設けられ、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換する第２の光路変換手段と、前記第２の主面と対向して配置され、前記第２の光路変換手段からの光を前記第１の主面側に向けて反射する反射鏡体と、を具備することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
前記第１の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記第１の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を拡散させる光拡散部からなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１及び第２の主面の両方に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記第１の光路変換手段は、前記第２の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第１の主面側に向けて光路変換するプリズムからなり、前記第２の光路変換手段は、前記第１の主面に設けられるとともに、前記導光部材を通じて導かれる光を前記第２の主面側に向けて光路変換するプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記プリズムは、前記主面に対して所定の第１の角度で傾斜する第１の傾斜部と、前記主面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度で傾斜する第２の傾斜部とが交互に配列されてなる略不等辺三角形状の凹凸部を有し、光源からの光を前記第２の傾斜部で受けて光路変換することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記反射鏡体により反射されて前記第１の主面側から出射される光の前記第１の主面に対する出射角度が、前記第２の傾斜部における前記第２の角度によって制御されることを特徴とする請求項６記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記出射角度が５°〜４５°に設定されていることを特徴とする請求項７記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記第２の傾斜部における前記第２の角度が３３°〜４３°に設定されていることを特徴とする請求項８記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記プリズムの第１の傾斜部は、前記反射鏡体からの反射光を透過することができる傾斜角度に設定されていることを特徴とする請求項６記載の面発光装置。
【請求項１１】
前記光拡散部は、前記主面に溝又は突起を設けることによって形成され、あるいは、前記主面の一部を梨地面とすることにより形成されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１２７８７１（Ｐ２００７−１２７８７１Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２１０６７（Ｐ２００５−３２１０６７）
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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