JP2015219425A - Luminaire and head-up display system - Google Patents

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潤 近藤
Jun Kondo
潤 近藤
宗晴 桑田
Muneharu Kuwata
宗晴 桑田
小島　邦子
Kuniko Kojima
邦子 小島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a luminaire capable of uniformly illuminating a plane of a liquid crystal display panel with high intensity.SOLUTION: A luminaire of the present invention includes: a plurality of light sources for illuminating a liquid crystal display panel; a lens array for illuminating the liquid crystal display panel side with illumination light emitted from the light sources; and a field lens which is located between the lens array and the liquid crystal display panel to adjust directions of illumination light illuminated from the lens array, the field lens having diffusive areas at least in partial areas of an incident surface side thereof.

Description

本発明は、複数の光源を有するヘッドアップディスプレイ用の照明装置に関する。   The present invention relates to an illumination device for a head-up display having a plurality of light sources.

近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源の高寿命化及び高輝度化により、ＬＥＤ光源の普及が進んでいる。また、液晶表示パネルの小型化により、液晶表示パネルの普及も進んでいる。そして、その結果、ＬＥＤ光源又は液晶表示パネルを搭載した車載用ヘッドアップディスプレイの開発が盛んに行われている。
従来のスピードメータ又はカーナビゲーションシステムでは、走行中に運転手がナビゲーション情報を確認する際に、運転手は大きな目の位置移動を必要とした。ここで、「ナビゲーション情報」とは、例えば、車の速度、道路情報、又は目的地までの道順などの情報である。また、「ナビゲーション情報の確認の際の目の位置移動」とは、例えば、走行方向の前方から車内のスピードメータ又はナビゲーションシステムへ視線を移動させることを言う。ヘッドアップディスプレイは、虚像によって、あたかも画像が浮き出ているかのように表示させる。虚像が浮き出ているかのように表示される位置は、車内から見える景色と運転手の目線を結んだ位置であり、ウインドシールドガラスより前方の位置である。虚像を表示することは、運転手の目の位置の移動を非常に小さくすることができる。 2. Description of the Related Art In recent years, LED light sources have been widely used due to the long life and high brightness of LED (Light Emitting Diode) light sources. In addition, liquid crystal display panels are becoming popular due to the miniaturization of liquid crystal display panels. As a result, development of an on-vehicle head-up display equipped with an LED light source or a liquid crystal display panel has been actively conducted.
In the conventional speedometer or car navigation system, when the driver checks the navigation information while traveling, the driver needs to move the position of the big eyes. Here, the “navigation information” is information such as a vehicle speed, road information, or a route to a destination. Further, “movement of eye position when confirming navigation information” means, for example, that the line of sight is moved from the front in the traveling direction to the speedometer or navigation system in the vehicle. The head-up display displays a virtual image as if the image is raised. The position displayed as if the virtual image is raised is a position that connects the scenery seen from the inside of the vehicle and the driver's eyes, and is a position in front of the windshield glass. Displaying the virtual image can greatly reduce the movement of the driver's eyes.

ヘッドアップディスプレイでは、晴天のときなど車外の景色が非常に明るい場合でも、運転手に車の速度など走行に重要な情報を視認させる必要がある。そのために、ヘッドアップディスプレイの高輝度化又は表示画像の面内輝度の均一性の向上を目的に様々な方法が検討されている。   With a head-up display, even when the scenery outside the vehicle is very bright, such as when the weather is clear, it is necessary for the driver to visually recognize important information such as the vehicle speed. Therefore, various methods have been studied for the purpose of increasing the brightness of the head-up display or improving the uniformity of the in-plane brightness of the display image.

ヘッドアップディスプレイにおける高輝度化へ向けた主な取り組みを、以下に説明する。先に述べた速度情報を含むナビゲーション情報は、基本的に運転手にのみに視認されるため、ヘッドアップディスプレイで表示された映像光は、限られた範囲に投写されればよい。「映像光」とは、画像情報を有する光のことである。よって、映像光を限られた範囲に投写することで、ヘッドアップディスプレイの高輝度化は実現される。なお、運転手が最低限必要な映像を視認できる範囲を、一般的に「アイボックス」と呼ぶ。本明細書内においても上記の範囲をアイボックスとして記載する。   The main efforts to increase the brightness of the head-up display are described below. Since the navigation information including the speed information described above is basically visible only to the driver, the image light displayed on the head-up display has only to be projected in a limited range. “Image light” refers to light having image information. Therefore, high brightness of the head-up display is realized by projecting the image light to a limited range. The range in which the driver can visually recognize the minimum necessary image is generally called “eye box”. Within the present specification, the above range is described as an eye box.

また、表示デバイスに透過型液晶表示パネルを採用した際の面内の輝度ムラの主な発生要因について説明する。透過型液晶表示パネルを使用する際には、ＬＥＤ光源は、透過型液晶表示パネルの裏面側に配置されて、透過型液晶表示パネルを照明する。「裏面側」とは、透過型液晶表示パネルに対して運転手側と反対側の位置である。この際、所望の輝度を得るため、複数のＬＥＤ光源を使用する。
ここで、「所望の輝度」とは、例えば、晴天のときなど車外の景色が非常に明るい場合でも、運転手が車の速度など走行に重要な情報を視認できる輝度である。複数のＬＥＤ光源を使用することで、透過型液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。しかし、複数のＬＥＤ光源の配置によっては、ＬＥＤ光源から発した照明光と隣り合うＬＥＤ光源から発せられた照明光とが透過型液晶表示パネル上において重複する。このように、重複した領域が他の領域とくらべて明るくなることで、透過型液晶表示パネル上で輝度ムラが視認される。 In addition, main causes of in-plane luminance unevenness when a transmissive liquid crystal display panel is adopted as a display device will be described. When the transmissive liquid crystal display panel is used, the LED light source is disposed on the back side of the transmissive liquid crystal display panel to illuminate the transmissive liquid crystal display panel. The “back side” is a position opposite to the driver side with respect to the transmissive liquid crystal display panel. At this time, a plurality of LED light sources are used to obtain a desired luminance.
Here, the “desired luminance” is a luminance that allows the driver to visually recognize information important for traveling such as the speed of the vehicle even when the scenery outside the vehicle is very bright such as when the weather is fine. By using a plurality of LED light sources, the luminance of the transmissive liquid crystal display panel can be improved. However, depending on the arrangement of the plurality of LED light sources, the illumination light emitted from the LED light source and the illumination light emitted from the adjacent LED light source overlap on the transmissive liquid crystal display panel. As described above, since the overlapping area becomes brighter than the other areas, luminance unevenness is visually recognized on the transmissive liquid crystal display panel.

特許文献１では、複数の光源からなる光源体と、個々の光源に対応するレンズを複数有するレンズアレイとを備え、レンズアレイの各レンズの境界には凹凸形状が形成されている。これにより、境界線が全体に渡って直線形状で有る場合と比べて境界線の形状が複雑となり、縞として認識される可能性が低輝度領域の形状を不明瞭とし、境界線の輝度を平均化している。   In Patent Document 1, a light source body composed of a plurality of light sources and a lens array having a plurality of lenses corresponding to the individual light sources are provided, and an uneven shape is formed at the boundary of each lens of the lens array. This complicates the shape of the boundary line compared to the case where the boundary line has a linear shape throughout, obscure the shape of the low-brightness area that may be recognized as a stripe, and average the luminance of the boundary line. It has become.

特開２０１１―７６８３２号公報JP 2011-76832 A

しかしながら、レンズ間の境界線を凹凸形状とすることによって、各ＬＥＤ光源が発光する光量のうち、照明光として取り込める光量が減少してしまう。また、レンズアレイの境界線を凹凸形状にすることは、その境界線でのレンズアレイの製作が難しく、レンズの機能を有さない無効領域を発生させてしまう。   However, by making the boundary line between the lenses uneven, the amount of light that can be captured as illumination light among the amount of light emitted by each LED light source is reduced. Also, if the boundary line of the lens array has an uneven shape, it is difficult to manufacture the lens array at the boundary line, and an invalid area that does not have a lens function is generated.

本発明に係る照明装置は、照明光を発する複数の光源と、前記光源から発せられた前記照明光を集光するレンズアレイと、前記レンズアレイから出射された照明光を液晶表示パネルの面内の各場所に応じた出射角度及び出射方向に調整するフィールドレンズとを備え、前記フィールドレンズは、光の入射面側の一部の領域に拡散領域を有することを特徴とする
。 An illuminating device according to the present invention includes a plurality of light sources that emit illumination light, a lens array that collects the illumination light emitted from the light source, and illumination light emitted from the lens array within the surface of the liquid crystal display panel. And a field lens that adjusts to an emission angle and an emission direction according to each location, and the field lens has a diffusion region in a partial region on the light incident surface side.

レンズアレイから投射された複数の照明光を受けるフィールドレンズの入射面上に、隣接する照明光の重複する領域に凹凸構造を設けることにより、簡易な構成で輝度の低下を抑制できる照明装置を実現できる。   Realizes an illuminating device that can suppress a decrease in brightness with a simple structure by providing a concave-convex structure on the area where the adjacent illumination light overlaps on the entrance surface of the field lens that receives multiple illumination lights projected from the lens array it can.

本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイシステムを示した概略図である。It is the schematic which showed the head-up display system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ用照明装置の概略図である。It is the schematic of the illuminating device for head-up displays which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る拡散領域における光学構造を示した概略図である。It is the schematic which showed the optical structure in the diffusion area | region which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る拡散領域を設けない場合の光学的作用を示した概略図である。It is the schematic which showed the optical effect | action when not providing the diffusion area | region which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る光学的作用を示した概略図である。It is the schematic which showed the optical effect | action which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る拡散領域の大きさを示した概略図である。It is the schematic which showed the magnitude | size of the diffusion area | region which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る拡散領域における光学構造を示した概略図である。It is the schematic which showed the optical structure in the diffusion area | region which concerns on Embodiment 1 of this invention.

実施の形態１． Embodiment 1 FIG.

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ用照明装置１を搭載した車載ヘッドアップディスプレイシステム７の概略図である。車載ヘッドアップディスプレイシステム７は、ヘッドアップディスプレイ用照明装置１、コンバイナ３及びアイボックス５を備える。また、車載ヘッドアップディスプレイシステム７は、凹面鏡２を備えることができる。また、図１は、車載ヘッドアップディスプレイシステム７を視認する運転手の目の位置６をさらに示す。ここで、「コンバイナ」とは、ヘッドアップディスプレイにおいて、運転手の前方の風景と映像を重ねて表示するハーフミラーのことである。   FIG. 1 is a schematic diagram of an in-vehicle head-up display system 7 equipped with a head-up display lighting device 1 according to the present invention. The in-vehicle head-up display system 7 includes a head-up display lighting device 1, a combiner 3, and an eye box 5. Moreover, the vehicle-mounted head-up display system 7 can include the concave mirror 2. Moreover, FIG. 1 further shows the eye position 6 of the driver | operator who visually recognizes the vehicle-mounted head-up display system 7. FIG. Here, the “combiner” is a half mirror that displays an image of the scenery in front of the driver in an overlapping manner on the head-up display.

本発明に係る車載ヘッドアップディスプレイシステムは、例えば、ダッシュボード内にヘッドアップディスプレイ用照明装置１及び凹面鏡２を搭載し、ウインドシールドガラスの位置にコンバイナ３を搭載している。なお、車載ヘッドアップディスプレイシステムの設置場所はこれに限定されるものではない。   The vehicle-mounted head-up display system according to the present invention includes, for example, a head-up display illumination device 1 and a concave mirror 2 mounted in a dashboard, and a combiner 3 mounted at a windshield glass position. In addition, the installation location of the vehicle-mounted head-up display system is not limited to this.

本発明に係るヘッドアップディスプレイ用照明装置１は、透過型の液晶表示パネル１４によって映像情報を表示する。透過型の液晶表示パネル１４を透過した照明光線４は、投写光学系によって、鑑賞者である運転手に、液晶表示パネル１４上で表示した映像の虚像として認識される。投写光学系は、例えば、凹面鏡２又はコンバイナ３を含む。映像は、液晶表示パネル１４上に拡大されて表示される。運転手は、この拡大された映像を、運転手の目の位置６からコンバイナ３に至る光軸上の位置に、あたかも車外の風景上に映像が浮き出ているような虚像として視認する。なお、図１では虚像を構築するための凹面鏡２を１つとして表記しているが、数量や表面形状はこれに限定されるものではなく、複数個であってもよい。また、虚像を構築する鏡を凹面鏡２としたが、平面又は凸面であってもよい。   The head-up display lighting device 1 according to the present invention displays video information by a transmissive liquid crystal display panel 14. The illumination light beam 4 transmitted through the transmissive liquid crystal display panel 14 is recognized by the projection optical system as a virtual image of an image displayed on the liquid crystal display panel 14 by a driver who is a viewer. The projection optical system includes, for example, a concave mirror 2 or a combiner 3. The video is enlarged and displayed on the liquid crystal display panel 14. The driver visually recognizes the enlarged image as a virtual image as if the image is projected on the scenery outside the vehicle at a position on the optical axis from the position 6 of the driver's eyes to the combiner 3. In FIG. 1, the concave mirror 2 for constructing a virtual image is shown as one, but the number and the surface shape are not limited to this, and a plurality of concave mirrors may be used. Moreover, although the mirror that constructs the virtual image is the concave mirror 2, it may be a flat surface or a convex surface.

虚像が視認できる目の位置の範囲をアイボックス５と呼ぶ。運転手の目の位置６がそのアイボックス５の範囲内であれば、運転手は表示された映像を視認できる。アイボックス５の大きさは凹面鏡２及びコンバイナ３の形状に加えて、液晶表示パネル１４から出射される光の発散角等によって決定される。このアイボックス５の大きさが大きくなると、液晶表示パネル１４から出射される光の発散角も大きくする必要がある。光の拡散角度が大きくなることにより、液晶表示パネル１４の面内の輝度が低下する。液晶表示パネル１４から出射され光の拡散角度は、液晶表示パネル１４の面内の輝度ムラを防止するために、コンバイナの外形サイズに対して大きく設定される。コンバイナの外形サイズは、凹面鏡２及びコンバイナ３によって決められる。よって、液晶表示パネル１４の面内の輝度ムラを防止することは、輝度の低下を招く。   A range of eye positions where a virtual image can be visually recognized is referred to as an eye box 5. If the position 6 of the driver's eyes is within the range of the eye box 5, the driver can visually recognize the displayed image. The size of the eye box 5 is determined by the divergence angle of light emitted from the liquid crystal display panel 14 in addition to the shapes of the concave mirror 2 and the combiner 3. As the size of the eye box 5 increases, the divergence angle of light emitted from the liquid crystal display panel 14 also needs to be increased. As the light diffusion angle increases, the in-plane luminance of the liquid crystal display panel 14 decreases. The diffusion angle of light emitted from the liquid crystal display panel 14 is set large with respect to the outer size of the combiner in order to prevent uneven brightness in the surface of the liquid crystal display panel 14. The outer size of the combiner is determined by the concave mirror 2 and the combiner 3. Therefore, preventing luminance unevenness in the surface of the liquid crystal display panel 14 causes a decrease in luminance.

図２は、本発明実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ用照明装置１の概略図である。ヘッドアップディスプレイ用照明装置１は、複数のＬＥＤ光源１１、レンズアレイ１２及びフィールドレンズ１３を備える。また、ヘッドアップディスプレイ用照明装置１は、さらに液晶表示パネル１４を備えることができる。以下、説明を容易にするために、図２以下の各図中にＸＹＺ直交座標の座標軸を示す。
以下の説明において、ヘッドアップディスプレイ用照明装置１の前方を＋Ｚ軸方向とし、後方を−Ｚ軸方向とする。前方を向いて右側を＋Ｙ軸方向とし、左側を−Ｙ軸方向とする。ヘッドアップディスプレイ用照明装置１の上方向（空の方向）を＋Ｘ軸方向とし、ヘッドアップディスプレイ用照明装置１の下方向（地面の方向）を−Ｘ軸方向とする。 FIG. 2 is a schematic diagram of the head-up display illumination device 1 according to the first embodiment of the present invention. The head-up display lighting device 1 includes a plurality of LED light sources 11, a lens array 12, and a field lens 13. Moreover, the head-up display lighting device 1 can further include a liquid crystal display panel 14. In the following, for ease of explanation, the coordinate axes of XYZ orthogonal coordinates are shown in each figure of FIG.
In the following description, the front of the head-up display lighting device 1 is defined as the + Z-axis direction, and the rear is defined as the -Z-axis direction. Looking forward, the right side is the + Y axis direction, and the left side is the -Y axis direction. An upward direction (sky direction) of the head-up display lighting device 1 is defined as a + X-axis direction, and a downward direction (ground direction) of the head-up display lighting device 1 is defined as a -X-axis direction.

ＬＥＤ光源１１は、ヘッドアップディスプレイ用照明装置１の光源として使用される。ＬＥＤ光源１１から発せられた光は、ＬＥＤ光源１１上の発光面からほぼ全方向に向けて均一に発せられる。レンズアレイ１２は、ＬＥＤ光源１１から全方向に向けて発せられた光を、液晶表示パネル１４の方向に向けることができる。レンズアレイ１２のレンズ数は、ＬＥＤ光源１１と同じ数である。また、各レンズの光軸は、ＬＥＤ光源１１の発光面の中心における法線と一致する。   The LED light source 11 is used as a light source of the lighting device 1 for head-up display. The light emitted from the LED light source 11 is emitted uniformly in almost all directions from the light emitting surface on the LED light source 11. The lens array 12 can direct light emitted from the LED light source 11 in all directions toward the liquid crystal display panel 14. The lens array 12 has the same number of lenses as the LED light source 11. Further, the optical axis of each lens coincides with the normal line at the center of the light emitting surface of the LED light source 11.

本実施の形態１では、レンズアレイ１２を用いているが、これは小型化、部品点数の削減又は保持部品の削減を目的としている。本発明においてはレンズアレイ１２に限定されるものではなく、各ＬＥＤ光源１１によって全方向に向けられた光束を一方向に向けて照明することを目的としたレンズをそれぞれ設置してもよい。また、図２のヘッドアップディスプレイ用照明装置１は、４個のＬＥＤ光源を搭載しているが、この数量に限定されるものではない。   In the first embodiment, the lens array 12 is used. This is intended to reduce the size, the number of parts, or the number of holding parts. In the present invention, the present invention is not limited to the lens array 12, and lenses for the purpose of illuminating the light beams directed in all directions by the LED light sources 11 in one direction may be installed. In addition, although the head-up display illumination device 1 of FIG. 2 is equipped with four LED light sources, the number is not limited to this.

前記レンズアレイ１２によって集光された照明光は、フィールドレンズ１３に入射する。ここで、「集光」とは、全方向に向けて発せられた光が一方向に集められることである。フィールドレンズ１３は、照明光を液晶表示パネル１４の方向へ集光する。また、フィールドレンズ１３は、液晶表示パネル１４の面内の各場所に応じた出射角度及び出射方向に調整する。液晶表示パネル１４における出射角度及び出射方向の調整は、液晶表示パネル１４から出射された後の虚像を構築するための投写光学系の設計に合わせて行われる。フィールドレンズ１３は、本実施の形態１では例えば平凸形状を持つとしている。しかし、これに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。   The illumination light condensed by the lens array 12 enters the field lens 13. Here, “condensing” means that light emitted in all directions is collected in one direction. The field lens 13 condenses the illumination light toward the liquid crystal display panel 14. Further, the field lens 13 is adjusted to an emission angle and an emission direction according to each place in the surface of the liquid crystal display panel 14. The adjustment of the emission angle and the emission direction in the liquid crystal display panel 14 is performed according to the design of the projection optical system for constructing a virtual image after being emitted from the liquid crystal display panel 14. In the first embodiment, the field lens 13 has, for example, a plano-convex shape. However, the shape is not limited to this, and other shapes may be used.

図２のフィールドレンズ１３の入射面の一部は、拡散領域を備えている。実施の形態１では、この拡散領域に微細光学構造が形成されている。図３は、フィールドレンズ１３の入射面に形成された光学構造１３１の概略図である。図３に示すように実施の形態１における各光学構造１３１の断面形状は、曲率を有する方向にシリンドリカルレンズを並べた構造となっている。実施の形態１における光学構造１３１の形状は、Ｘ方向にのみ曲率を有した凸形状のレンズが形成されたものである。その一方、実施の形態１における各光学構造１３１の形状は、Ｙ方向に曲率を持たないように形成されている。このシリンドリカルレンズ形状がＸ方向に周期的に配列及び形成されたレンチキュラーレンズ構造となる。   A part of the incident surface of the field lens 13 of FIG. 2 includes a diffusion region. In the first embodiment, a fine optical structure is formed in this diffusion region. FIG. 3 is a schematic view of the optical structure 131 formed on the incident surface of the field lens 13. As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of each optical structure 131 in the first embodiment has a structure in which cylindrical lenses are arranged in a direction having a curvature. The shape of the optical structure 131 in the first embodiment is such that a convex lens having a curvature only in the X direction is formed. On the other hand, the shape of each optical structure 131 in the first embodiment is formed so as not to have a curvature in the Y direction. This cylindrical lens shape is a lenticular lens structure in which the cylindrical lens shape is periodically arranged and formed in the X direction.

光学構造１３１は、フィールドレンズ１３と一体に形成される。フィールドレンズ１３と光学構造１３１とは、本実施の形態１ではアクリル又はポリカーボネートなどの一般的な樹脂で形成されることを想定している。なお、これらの材質に限定されるものではない。また、光学構造１３１のピッチは、この光学構造１３１の周期に合わせて液晶表示パネル１４上に輝度ムラを発生することを防止するために、数十マイクロメートルから数百マイクロメートルまでが望ましい。   The optical structure 131 is formed integrally with the field lens 13. In the first embodiment, the field lens 13 and the optical structure 131 are assumed to be formed of a general resin such as acrylic or polycarbonate. The material is not limited to these materials. In addition, the pitch of the optical structures 131 is preferably from several tens of micrometers to several hundreds of micrometers in order to prevent luminance unevenness on the liquid crystal display panel 14 in accordance with the period of the optical structures 131.

光学構造１３１を設けることによる効果について説明する。図４は、拡散領域である光学構造１３１を設けない場合の光学的作用を示した概略図である。図４（ａ）には、光学構造１３１を有さないヘッドアップディスプレイ用照明装置が示されている。図４（ｂ）には、左側に示されたヘッドアップディスプレイ用照明装置に対応する輝度分布を示している。輝度分布は、液晶表示パネル１４上でのＸ方向の輝度変化を示している。各ＬＥＤ光源１１から発せられた照明光は、先に述べたように、レンズアレイ１２によって液晶表示パネル１４の方向へ集光される。なお、液晶表示パネル１４の方向へ集光される照明光は、レンズアレイ１２により平行光とされることが望ましい。しかし、ＬＥＤ光源１１の発光部は面積を有するために、完全に平行化することができず、拡がりを持った照明光となる。この拡がりを持った照明光は、フィールドレンズ１３においても完全に平行化されることなく、液晶表示パネル１４に到達する。そして、この照明光は、図４（ａ）の斜線部で示したように、隣り合うＬＥＤ光源１１から発した照明光と重なり合う領域を発生させる。この照明光が重なり合った領域は、図４の右図に示す照度分布のように輝度が高くなる。鑑賞者である運転手は、この領域がＸＹ平面上のＹ方向に向かった明るい線のように見える輝度ムラとして視認する。   The effect of providing the optical structure 131 will be described. FIG. 4 is a schematic view showing an optical action when the optical structure 131 which is a diffusion region is not provided. FIG. 4A shows an illumination device for a head-up display that does not have the optical structure 131. FIG. 4B shows a luminance distribution corresponding to the head-up display illumination device shown on the left side. The luminance distribution indicates a change in luminance in the X direction on the liquid crystal display panel 14. The illumination light emitted from each LED light source 11 is condensed toward the liquid crystal display panel 14 by the lens array 12 as described above. Note that the illumination light condensed in the direction of the liquid crystal display panel 14 is preferably made into parallel light by the lens array 12. However, since the light-emitting portion of the LED light source 11 has an area, it cannot be made completely parallel, and the illumination light has a spread. The expanded illumination light reaches the liquid crystal display panel 14 without being completely collimated even in the field lens 13. And this illumination light produces | generates the area | region which overlaps with the illumination light emitted from the adjacent LED light source 11, as shown by the shaded part of Fig.4 (a). The area where the illumination light overlaps has a high luminance as shown in the illuminance distribution shown in the right diagram of FIG. The driver who is the viewer visually recognizes this area as luminance unevenness that looks like a bright line in the Y direction on the XY plane.

光学構造１３１は、この輝度ムラを解消する目的で設けている。図５は、拡散領域１３１を設けた場合の光学的作用を示した概略図である。図５（ａ）には、光学構造１３１を有するヘッドアップディスプレイ用照明装置が示されている。図５（ｂ）には、左側に示されたヘッドアップディスプレイ用照明装置に対応する輝度分布を示している。輝度分布は、液晶表示パネル１４上でのＸ方向の輝度変化を示している。光学構造１３１は、フィールドレンズ１３上に発生する隣り合うＬＥＤ光源１１によって発せられる照明光領域の重複部分に設けられる。光学構造１３１は、レンチキュラーレンズ構造によって、Ｘ軸方向に沿って重複している照明光を拡散する。このことにより、光学構造１３１は、図５の右側に示すように輝度分布の均一を向上させることができる。また、レンチキュラーレンズ構造は、このように一方向（Ｘ軸方向）にのみ光を拡散するため、必要なアイボックス５のサイズ以上の領域に照明光が到達することを抑制できる。   The optical structure 131 is provided for the purpose of eliminating this uneven brightness. FIG. 5 is a schematic view showing the optical action when the diffusion region 131 is provided. FIG. 5A shows a head-up display illumination device having an optical structure 131. FIG. 5B shows a luminance distribution corresponding to the head-up display illumination device shown on the left side. The luminance distribution indicates a change in luminance in the X direction on the liquid crystal display panel 14. The optical structure 131 is provided in an overlapping portion of the illumination light region emitted from the adjacent LED light source 11 generated on the field lens 13. The optical structure 131 diffuses the illumination light overlapping along the X-axis direction by the lenticular lens structure. Thereby, the optical structure 131 can improve the uniformity of the luminance distribution as shown on the right side of FIG. Further, since the lenticular lens structure diffuses light only in one direction (X-axis direction) in this way, it is possible to suppress illumination light from reaching an area that is larger than the required size of the eye box 5.

この光学構造１３１におけるレンチキュラーレンズ構造の曲率は、液晶表示パネル１４とフィールドレンズ１３との距離、レンズアレイ後の照明光のもつ面内照度分布又は角度照度分布等により決定される。   The curvature of the lenticular lens structure in the optical structure 131 is determined by the distance between the liquid crystal display panel 14 and the field lens 13, the in-plane illuminance distribution or the angular illuminance distribution of the illumination light after the lens array.

図６は、フィールドレンズ１３上に設けた拡散領域の大きさに関する概略図である。図６は、−Ｚ軸方向から見たフィールドレンズ１３上の入射面を示している。図６において、円１５は入射面における各ＬＥＤ光源１１からの照明領域を示している。図６に示すように、各ＬＥＤ光源１１からの光が重複する領域よりも大きい領域に、光学構造１３１は形成されている。これによって、重複する領域での輝度ムラを抑えることができる。また、これ以外の重複していない領域においても、ＬＥＤ光源単体のもつ液晶表示パネル１４上の面内の緩やかな輝度分布ムラを緩和することができる。液晶表示パネル１４上の輝度は、１つのＬＥＤ光源１１が照明する領域の中心で最も高くなり、中心からの距離が大きくなるに連れて、緩やかに低くなる。この輝度の変化が、ＬＥＤ光源単体のもつ液晶表示パネル１４上の輝度分布ムラである。この光学構造１３１が占める領域については、本実施の形態１では一例として、照明光の重複する領域よりも大きいとしている。しかし、照明光の重複する領域は、レンズアレイ１２からフィールドレンズ１３までの距離、又はレンズアレイ１２のレンズ曲率にも影響される。そのため、本実施の形態１に限定されるものではなく、重複する領域と同等の大きさであってもよい。   FIG. 6 is a schematic diagram relating to the size of the diffusion region provided on the field lens 13. FIG. 6 shows the incident surface on the field lens 13 viewed from the −Z-axis direction. In FIG. 6, a circle 15 indicates an illumination area from each LED light source 11 on the incident surface. As shown in FIG. 6, the optical structure 131 is formed in a region larger than the region where the light from each LED light source 11 overlaps. As a result, luminance unevenness in overlapping regions can be suppressed. In addition, in a non-overlapping region other than the above, it is possible to alleviate the uneven luminance distribution unevenness in the surface on the liquid crystal display panel 14 of the LED light source alone. The luminance on the liquid crystal display panel 14 is highest at the center of the area illuminated by one LED light source 11, and gradually decreases as the distance from the center increases. This change in luminance is uneven luminance distribution on the liquid crystal display panel 14 of the LED light source alone. The area occupied by the optical structure 131 is assumed to be larger than the area where the illumination light overlaps as an example in the first embodiment. However, the overlapping region of the illumination light is also affected by the distance from the lens array 12 to the field lens 13 or the lens curvature of the lens array 12. Therefore, it is not limited to the first embodiment, and may be the same size as the overlapping region.

＜変形例１＞
変形例１は、異なる形状の光学構造１３２を示す。図７は、拡散領域における光学構造１３１の概略図である。上述のレンチキュラーレンズ構造は、Ｘ方向のみに曲率を有していた。これに対し、変形例１のレンチキュラーレンズ構造は、レンズアレイ構造を持つ。つまり、変形例１のレンチキュラーレンズ構造は、Ｘ方向だけではなく、Ｙ方向にもレンズ曲率を持つことを特徴とする。この構造により、Ｘ方向だけでなく、Ｙ方向においても液晶表示パネル１４上での輝度ムラを平均化することができる。 <Modification 1>
Modification 1 shows optical structures 132 having different shapes. FIG. 7 is a schematic view of the optical structure 131 in the diffusion region. The above-mentioned lenticular lens structure has a curvature only in the X direction. On the other hand, the lenticular lens structure of Modification 1 has a lens array structure. That is, the lenticular lens structure of Modification 1 has a lens curvature not only in the X direction but also in the Y direction. With this structure, the luminance unevenness on the liquid crystal display panel 14 can be averaged not only in the X direction but also in the Y direction.

レンズアレイ１２のレンズ部における曲率は、液晶表示パネル１４からフィールドレンズまでの距離によって決定される。また、レンズアレイ１２のレンズ部における曲率は、レンズアレイ１２の−Ｚ軸方向から照射される照明光が持つ面内照度分布及び角度照度分布によって決定される。なお、面内照度分布及び角度照度分布における「照度」は、液晶表示パネル１４上の表示面を照明する照度を示す。   The curvature of the lens portion of the lens array 12 is determined by the distance from the liquid crystal display panel 14 to the field lens. The curvature of the lens portion of the lens array 12 is determined by the in-plane illuminance distribution and the angular illuminance distribution of the illumination light irradiated from the −Z axis direction of the lens array 12. Note that “illuminance” in the in-plane illuminance distribution and the angular illuminance distribution indicates the illuminance that illuminates the display surface on the liquid crystal display panel 14.

＜変形例２＞
変形例２は、フィールドレンズ１３上における拡散領域の表面の形状が異なる。変形例２は、拡散領域を磨りガラス形状に表面を粗くした凹凸形状であることを特徴とする。 <Modification 2>
In the second modification, the shape of the surface of the diffusion region on the field lens 13 is different. The modified example 2 is characterized by an uneven shape in which the diffusion region is polished and the surface is roughened into a glass shape.

拡散領域１３１を磨りガラス形状１３３とすることで、変形例１と同様に照明光の重複領域の照明光を拡散させて、液晶表示パネル上での輝度の均一性を高めることができる。   By setting the diffusion region 131 to the polished glass shape 133, the illumination light in the overlapping region of the illumination light can be diffused similarly to the first modification, and the uniformity of luminance on the liquid crystal display panel can be improved.

また、上述の例では微細な光学構造１３１，１３２を成形等により形成していた。しかし、変形例２では表面を粗くした磨りガラス形状１３３とすることにより、フィールドレンズ１３の作りやすさを向上することができる。   In the above example, the fine optical structures 131 and 132 are formed by molding or the like. However, in the second modification, the ease of making the field lens 13 can be improved by using the polished glass shape 133 having a rough surface.

また、上述のように、フィールドレンズ１３に光学構造１３１，１３２，１３３を設けることにより、特許文献１で別途設けられている拡散シートを省くことができる。特許文献１の照明装置は、別途設けられている拡散シートを使用する必要があり、部品点数を増加させることに加えて、ヘッドアップディスプレイの大型化が危惧される。車載環境では車の走行時の振動などの外部要因によってヘッドアップディスプレイ内の光学系などに与える影響を少なくする必要がある。このため、ヘッドアップディスプレイは部品点数の削減が求められる。また、車載用のヘッドアップディスプレイの設置できるサイズは限定されていることから、ヘッドアップディスプレイの小型化が求められている。   Further, as described above, by providing the optical structure 131, 132, 133 in the field lens 13, the diffusion sheet separately provided in Patent Document 1 can be omitted. The illumination device of Patent Document 1 needs to use a separately provided diffusion sheet, and in addition to increasing the number of parts, there is a concern about an increase in the size of the head-up display. In the in-vehicle environment, it is necessary to reduce the influence on the optical system in the head-up display due to external factors such as vibration during driving of the car. For this reason, the head-up display is required to reduce the number of parts. Moreover, since the size in which a vehicle-mounted head-up display can be installed is limited, downsizing of the head-up display is required.

なお、上述の実施の形態においては、光源をＬＥＤ光源として説明した。しかし、ＬＥＤ光源に限るものではない。光源は、レーザー光源又は蛍光体に励起光を照射して発光させる光源等であっても良い。また、複数のランプ光源を並べて照明するような光源であっても良い。   In the above-described embodiment, the light source is described as the LED light source. However, it is not limited to the LED light source. The light source may be a laser light source or a light source that emits light by irradiating a phosphor with excitation light. Further, a light source that illuminates a plurality of lamp light sources may be used.

また、上述の実施の形態においては、「平行」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。   In the above-described embodiments, there are cases where terms such as “parallel” indicating the positional relationship between components or the shape of the components are used. These represent that a range that takes into account manufacturing tolerances and assembly variations is included. For this reason, when the description showing the positional relationship between the parts or the shape of the part is included in the claims, it indicates that the range including a manufacturing tolerance or an assembly variation is taken into consideration.

また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。   Moreover, although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

１ ヘッドアップディスプレイ用照明装置、２ 凹面鏡、３ コンバイナ、４ 照明光線、５ アイボックス、６ 運転手の目の位置、７ 車載ヘッドアップディスプレイシステム、１１ ＬＥＤ光源、１２ レンズアレイ、１３ フィールドレンズ、 １４ 液晶表示パネル、１３１ 光学構造。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head-up display illumination device, 2 Concave mirror, 3 Combiner, 4 Illumination beam, 5 Eye box, 6 Driver's eye position, 7 Car head-up display system, 11 LED light source, 12 Lens array, 13 Field lens, 14 Liquid crystal display panel, 131 optical structure.

Claims (6)

照明光を発する複数の光源と、
前記光源から発せられた前記照明光を集光するレンズアレイと、
前記レンズアレイから出射された照明光を液晶表示パネルの面内の各場所に応じた出射角度及び出射方向に調整するフィールドレンズとを備え、
前記フィールドレンズは、前記照明光の入射面側の一部の領域に拡散領域を有することを特徴とする照明装置。 A plurality of light sources that emit illumination light;
A lens array for collecting the illumination light emitted from the light source;
A field lens that adjusts the illumination light emitted from the lens array to an emission angle and an emission direction according to each location in the plane of the liquid crystal display panel;
The illumination device according to claim 1, wherein the field lens includes a diffusion region in a partial region on the incident surface side of the illumination light. 前記拡散領域は、隣り合う前記光源から発せられた照明光の重複領域以上の範囲を占めることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the diffusion region occupies a range equal to or greater than an overlapping region of illumination light emitted from the adjacent light sources. 前記拡散領域は、前記重複領域が並ぶ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズ形状を、前記方向に配列した構造を持つことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 2, wherein the diffusion region has a structure in which cylindrical lens shapes having a curvature in a direction in which the overlapping regions are arranged are arranged in the direction. 前記拡散領域は、マイクロレンズ形状を周期的に配列した構造を持つことを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the diffusion region has a structure in which microlens shapes are periodically arranged. 前記拡散領域は、表面を粗くした凹凸形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the diffusion region has an uneven shape with a rough surface. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の照明装置を備えたヘッドアップディスプレイシステム。   A head-up display system comprising the illumination device according to any one of claims 1 to 5.
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