JP2012038431A - 車両用表示装置のバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とを一対一で一致させることのできる車両用表示装置のバックライトを提供する。
【解決手段】液晶素子１３を、基板１７上に配列した複数個の発光ダイオード１９の発光により異なる色で背面側より照らす車両用表示装置のバックライト２５であって、発光ダイオード１９は等ピッチで配列されるとともに、レンズアレイ２３及び拡散板２１が発光ダイオード１９上に順次積層して配置され、基板１７と、レンズアレイ２３と、レンズアレイ２３、拡散板２１、及び液晶素子１３を一体化させた光学系３１と、のいずれかを基板１７の面に沿う方向に移動することにより各色のうち選択された発光ダイオード１９の発光中心２９とレンズ中心２７とを一致させて表示色を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードの異なる発光色で液晶素子を照らす車両用表示装置のバックライトに関する。

車両用表示装置の一つに車速表示、ウォーニング等の各種情報を運転者の視野内へ重ね表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、車両のウインドシールド５０３の投射エリア５０５に表示デバイス５０７から虚像を投射し、運転者のアイポイント５０９からウインドシールド５０３を透して現認される車両の前景と投射した虚像とを重畳現認させる。

図１１に示す表示デバイス５０７に液晶素子５１１を用いる場合、バックライトが必要である。表示デバイス５０７は、図１２に示すように、基板５１５に実装された発光ダイオード５１７と、発光ダイオード５１７の光を集光して効率よく拡散板５１９に向かわせるレンズ５２１と、液晶素子５１１と、を備える。放熱が必要な場合、基板５１５の裏に伝熱シートを貼り付け、ヒートシンクを設ける場合もある。

この例による発光ダイオード５１７は、図１３に示すように、ハウジング５２３の小室５２５にそれぞれ配置され、それぞれの発光ダイオード５１７が、液晶素子５１１の対応する部分をバックライト照明する。発光ダイオード５１７は、複数色を発光自在であり、発光ダイオード５１７を赤色、緑色及び青色の３原色の発光ダイオード５１７より構成し、任意の色をフルカラーで発光するようになっている。かかるフルカラー発光可能な発光ダイオード５１７としては、赤色、緑色及び青色のチップを一体的にモールドレンズ内に内装した単独でフルカラー発光自在なタイプ、又は単色の発光ダイオード５１７を最適配列して合成色を作るタイプとすることができる。

特開平１０−３５３２４号公報

しかしながら、レンズと発光ダイオードの位置関係は、発光ダイオードに複数個の発光部（Ｒ発光部、Ｇ発光部、Ｂ発光部）を持つ発光ダイオードの場合、各発光色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）中、一色を単独で発光（例えば緑）しているため、他の色（例えば赤）に変えると、発光中心とレンズ中心とに軸ズレが発生し、必要な性能（輝度、輝度ムラ）を確保できなくなることがある。また、単色発光ダイオードを合成して、例えば白色を得るときには、合成比率が不均一となり色味が変わることがあった。また、このような不具合を低減させたいことから、従来ではレンズと発光ダイオードのアライメントに労力を費やすため、組付け性を低下させていた。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とを一対一で一致させることのできる車両用表示装置のバックライトを提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 液晶素子を、基板上に配列した複数個の発光ダイオードの発光により異なる色で背面側より照らす車両用表示装置のバックライトであって、前記発光ダイオードは等ピッチで配列されるとともに、レンズアレイ及び拡散板が前記発光ダイオード上に順次積層して配置され、前記基板と、前記レンズアレイと、前記レンズアレイ、前記拡散板、及び前記液晶素子を一体化させた光学系と、のいずれかを前記基板の面に沿う方向に移動することにより各色のうち選択された前記発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とを一致させて表示色を変更することを特徴とする車両用表示装置のバックライト。

この車両用表示装置のバックライトによれば、異なる色で発光する複数の発光ダイオードが等ピッチで配列され、基板と、レンズアレイと、レンズアレイ、拡散板、及び液晶素子を一体化させた光学系と、のいずれかが移動されることで、各色のうち選択された発光ダイオードの発光中心に、レンズ中心が一対一で一致するようになる。また、発光ダイオードの発光中心に対して、レンズ中心が移動調整できるので、移動距離を設定するのみの容易な位置調整が可能となる。

（２） （１）の車両用表示装置のバックライトであって、前記基板の面に沿う方向に移動させる移動手段として、ソレノイドと、ラックピニオンと、又は回転ギア軸と、のいずれかを用いることを特徴とする車両用表示装置のバックライト。

この車両用表示装置のバックライトによれば、ソレノイドが用いられた場合、ソレノイドのプランジャー軸の進退距離で移動が可能となる。移動距離は、プランジャー軸の長さとソレノイドの設置位置とによって調整可能となる。また、ストッパ等を変えて移動距離を調整することも可能となる。ラックピニオンが用いられた場合、ピニオンモーターの駆動によりピニオンを介してラックが直線移動される。移動距離は、ピニオンモーターの正逆回転と、回転量で調整可能となる。回転ギア軸が用いられた場合、駆動モーターでギア軸が回動されると、ギア軸に噛合する固定ナットがギア軸上を移動し、固定ナットが固定された枠体などの移動が可能となる。移動距離は、駆動モーターの正逆回転と、回転量とで調整可能となる。

（３） 液晶素子を、基板上に配列した発光ダイオードの発光により異なる色で背面側より照らす車両用表示装置のバックライトであって、第一の色を発光する発光ダイオードを実装した第一基板と、第二の色を発光する発光ダイオードを実装した第二基板と、レンズアレイと、拡散板と、ハーフミラー又は波長選択ミラーと、を備え、前記第一基板及び第二基板の発光ダイオードの光を、前記ハーフミラー又は波長選択ミラーにより、反射又は透過させて表示色を変更することを特徴とする車両用表示装置のバックライト。

この車両用表示装置のバックライトによれば、液晶素子の光入射面に垂直な入射方向軸上に４５°に傾斜させたハーフミラー又は波長選択ミラーが設置され、ハーフミラー又は波長選択ミラーを挟んで液晶素子の反対側の後方ポジションと、入射方向軸の通るミラー入射面上の点を通り且つ入射方向軸に直交する直交軸上の側方ポジションとのいずかに、第一基板又は第二基板が配置され、入射方向軸上を進みハーフミラー又は波長選択ミラーを透過する光と、直交軸上を進みミラー入射面にて反射された光とが混じり合って液晶素子に照射され、双方の発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とが同時に一対一で一致する。

本発明に係る車両用表示装置のバックライトによれば、発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とを一対一で一致させることができるので、各表示色での輝度、輝度ムラなどの要求仕様を満足でき、しかも、組付け性も向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る車両用表示装置の表示デバイスの斜視図である。 図１の断面図である。 図２の基板が移動された断面図である。 図２の光学系が移動された断面図である。 図４の外観斜視図である。 図２のレンズアレイが移動された断面図である。 移動手段がソレノイドである構成図である。 （ａ）は移動手段がラックピニオンである構成図、（ｂ）は移動手段が回転ギア軸である構成図である。 ハーフミラー又は波長選択ミラーを用いた他の実施の形態に係る表示デバイスの側面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の概念図である。 従来の表示デバイスの斜視図である。 図１１に示した表示デバイスの断面図である。 図１２の構造を模式的に表した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る車両用表示装置の表示デバイスの斜視図、図２は図１の断面図である。
本実施の形態では、車両用表示装置がヘッドアップディスプレイ装置である場合を例に説明するが、車両用表示装置はこの他、カーナビゲーション装置等の表示装置であってもよい。ヘッドアップディスプレイ装置は、ウインドシールドの下方のインストルメントパネル、あるいはインストルメントパネル上に設置され、ウインドシールドの投射エリアに表示光を投射し、投射エリアに表示情報の虚像を形成するもので、運転者のアイポイントからウインドシールドを透して車両の前景と虚像とを運転者に重畳視認させる。

ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のウインドシールドの下方に位置するインストルメントパネル内に表示デバイス１１が設けられ、表示デバイス１１には表示光を照射するバックライト付き液晶素子１３が用いられる。
表示デバイス１１は、筐体１５と、基板１７に実装された発光ダイオード１９と、発光ダイオード１９の光を集光して効率よく拡散板２１に向かわせるレンズアレイ２３と、液晶素子１３と、を備える。放熱が必要な場合、基板１７の裏に伝熱シートを貼り付け、ヒートシンクを設けてもよい。このうち基板１７、発光ダイオード１９、レンズアレイ２３がバックライト２５を構成する。

本実施の形態において、液晶素子１３は、白黒表示となる。基板１７に設けられた図示しない液晶駆動回路に、画像信号が入力されることによって表示が制御される。また、基板１７には、発光ダイオード１９を駆動制御する図示しない発光ダイオード駆動回路が設けられている。これら液晶駆動回路と発光ダイオード駆動回路は、図示しない表示制御装置によって同期して駆動制御される。ＴＦＴ液晶素子のように液晶素子側に色フィルタがある表示装置での色変えは容易であるが、色フィルタ透過率が悪く、高輝度な発光ダイオードが必要となる。また、ＴＦＴ液晶素子はコストが高いなどの問題がある。これに対し本構成例によれば、ＴＦＴ液晶素子を使用しないので、部材コストを安価にできる。

バックライト２５は、液晶素子１３を、基板上に配列した複数個の発光ダイオード１９の発光により異なる色で背面側より照らす。図２に示すように、レンズアレイ２３のレンズ中心２７に発光中心２９を一致させた発光ダイオード１９が点灯されると、光は、レンズアレイ２３を屈折、透過、屈折して拡散板２１に向かう。発光ダイオード１９は等ピッチで配列されている。例えば表示色で緑、アンバー等の２種類を用意し、交互に配列する。バックライト２５では、レンズアレイ２３及び拡散板２１が発光ダイオード上に順次積層して配置される。

図３は図２の基板１７が移動された断面図、図４は図２の光学系３１が移動された断面図、図５は図４の外観斜視図、図６は図２のレンズアレイ２３が移動された断面図である。
本実施の形態によるバックライト２５は、基板１７と、レンズアレイ２３と、レンズアレイ２３、拡散板２１、及び液晶素子１３を一体化させた光学系３１と、のいずれかを基板１７の面に沿う方向に移動可能とされている。図３に示すように、基板１７が移動される構成では、液晶素子１３、拡散板２１が筐体１５に固定され、筐体１５の内部に設けられた基板１７が後述の移動手段３３によって移動される。この移動は、表示色変えの際に行われる。図２ではレンズ中心２７から発光中心２９が外れていた発光ダイオード１９が、移動により、図３に示すように、レンズ中心２７の直下に配置される。

図４、図５に示すように、レンズアレイ２３、拡散板２１、及び液晶素子１３を一体化させた光学系３１が移動される構成では、基板１７に枠体３５がスライド自在に取り付けられ、その枠体３５にレンズアレイ２３と拡散板２１を貼着した液晶素子１３が固定される。光学系３１の移動は筐体１５の内部に設けられる後述の移動手段によって行われる。図６に示すように、レンズアレイ２３が移動される構成では、液晶素子１３、基板１７が筐体１５に固定され、筐体１５の内部で後述の移動手段によってレンズアレイ２３が移動される。これらの各構成により、各色のうち選択された発光ダイオード１９の発光中心２９とレンズ中心２７とを一致させて表示色を変更可能としている。

図７は移動手段３３がソレノイド３７である構成図である。
基板１７の面に沿う方向に移動させる移動手段３３としては、例えばソレノイド３７、ラックピニオン３９（図８参照）、又は回転ギア軸４１（図８参照）のいずれかを用いることができる。なお、本発明において移動手段３３はこれに限定されるものではなく、上記の移動対象を円滑に移動できるものであれば例えばリニアモータなどその他のいかなる手段であってもよい。

移動手段３３としてソレノイド３７が用いられる構成では、ソレノイド３７のプランジャー軸４３の進退距離で移動が可能となる。移動距離は、プランジャー軸４３の長さとソレノイド３７の設置位置とによって調整可能となる。また、図示しないスペーサー状のストッパの厚みを変えて移動距離を調整することも可能となる。
この構成によれば、簡素な構造で信頼性の高い移動を可能にできる。

図８（ａ）は移動手段３３がラックピニオン３９である構成図、（ｂ）は移動手段３３が回転ギア軸４１である構成図である。
移動手段３３としてラックピニオン３９が用いられる構成では、図８（ａ）に示すように、ピニオンモーター４５の駆動によりピニオン４７を介してラック４９が直線移動される。移動距離は、ピニオンモーター４５の正逆回転と、回転量で調整可能となる。回転ギア軸４１が用いられた場合、図８（ｂ）に示すように、駆動モーター５１でギア軸５３が回動されると、ギア軸５３に噛合する固定ナット５５がギア軸上を移動し、固定ナット５５が固定された枠体３５などの移動が可能となる。移動距離は、駆動モーター５１の正逆回転と、回転量とで調整可能となる。

上記実施の形態に係る構成では、異なる色で発光する複数の発光ダイオード１９が等ピッチで配列され、基板１７と、レンズアレイ２３と、レンズアレイ２３、拡散板２１、及び液晶素子１３を一体化させた光学系３１と、のいずれかが移動されることで、各色のうち選択された発光ダイオード１９の発光中心２９に、レンズ中心２７が一対一で一致するようになる。また、発光ダイオード１９の発光中心２９に対して、レンズ中心２７が移動調整できるので、移動距離を設定するのみの容易な位置調整が可能となる。

次に、本発明に係るバックライトの他の実施の形態を説明する。
図９はハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７を用いた他の実施の形態に係る表示デバイス１１の側面図である。
この実施の形態による構成は、上記の実施の形態の単一の基板１７が、第一の色を発光する発光ダイオード１９を実装した第一基板５９と、第二の色を発光する発光ダイオード１９を実装した第二基板６１と、に分割される。レンズアレイ２３、拡散板２１、及び液晶素子１３は上記実施の形態と同様に構成されるが、これらいずれかの要素も移動可能にはなされていない。レンズアレイ２３を挟み、液晶素子１３の反対側には、ハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７が配置される。本実施の形態によるバックライト２５は、第一基板５９及び第二基板６１の発光ダイオード１９の光を、ハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７により、反射又は透過させて表示色を変更する。

すなわち、液晶素子１３の光入射面に垂直な入射方向軸上には４５°に傾斜させてハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７が設置される。ハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７を挟んで液晶素子１３の反対側の後方ポジション６３と、入射方向軸６５の通るミラー入射面上の点を通り且つ入射方向軸６５に直交する直交軸６９上の側方ポジション７１とのいずかには、第一基板５９又は第二基板６１が配置される。ハーフミラー６７は、ガラス板に金属薄膜または誘電体多層膜を蒸着し、透過光強度と反射光強度が等しくなるようにしている。波長選択ミラー５７は、波長選択性を有し、入射光を波長ごとに反射と透過に分けるようにしている。

このような構成では、入射方向軸６５上を進みハーフミラー６７又は波長選択ミラー５７を透過する光と、直交軸６９上を進みミラー入射面にて反射された光とが択一的、又は混じり合って液晶素子１３に照射される。これにより、双方の発光ダイオード１９の発光中心２９とレンズ中心２７とが同時に一対一で一致させることができる。双方の発光ダイオード１９を同時に点灯すれば合成色を得ることができる。

したがって、本実施の形態に係る車両用表示装置のバックライト２５によれば、発光ダイオード１９の発光中心２９とレンズ中心２７とを一対一で一致させることができるので、各表示色での輝度、輝度ムラなどの要求仕様を満足でき、しかも、組付け性も向上させることができる。また、発光ダイオード１９とレンズアレイ２３を対で照明設計できるので、要求性能（輝度、輝度ムラ）を確保しやすく、且つ製造、組付け時の精度も確保しやすくなる。さらに、移動部を備えていないので、車両用表示装置の小型化を可能にする。

１３ 液晶素子
１７ 基板
１９ 発光ダイオード
２１ 拡散板
２３ レンズアレイ
２５ バックライト
２７ レンズ中心
２９ 発光中心
３１ 光学系
３３ 移動手段
３７ ソレノイド
３９ ラックピニオン
４１ 回転ギア軸
５７ 波長選択ミラー
５９ 第一基板
６１ 第二基板
６７ ハーフミラー

Claims (3)

1. 液晶素子を、基板上に配列した複数個の発光ダイオードの発光により異なる色で背面側より照らす車両用表示装置のバックライトであって、
   前記発光ダイオードは等ピッチで配列されるとともに、レンズアレイ及び拡散板が前記発光ダイオード上に順次積層して配置され、
   前記基板と、前記レンズアレイと、前記レンズアレイ、前記拡散板、及び前記液晶素子を一体化させた光学系と、のいずれかを前記基板の面に沿う方向に移動することにより各色のうち選択された前記発光ダイオードの発光中心とレンズ中心とを一致させて表示色を変更することを特徴とする車両用表示装置のバックライト。
2. 請求項１記載の車両用表示装置のバックライトであって、
   前記基板の面に沿う方向に移動させる移動手段として、ソレノイドと、ラックピニオンと、又は回転ギア軸と、のいずれかを用いることを特徴とする車両用表示装置のバックライト。
3. 液晶素子を、基板上に配列した発光ダイオードの発光により異なる色で背面側より照らす車両用表示装置のバックライトであって、
   第一の色を発光する発光ダイオードを実装した第一基板と、第二の色を発光する発光ダイオードを実装した第二基板と、レンズアレイと、拡散板と、ハーフミラー又は波長選択ミラーと、を備え、
   前記第一基板及び第二基板の発光ダイオードの光を、前記ハーフミラー又は波長選択ミラーにより、反射又は透過させて表示色を変更することを特徴とする車両用表示装置のバックライト。