JP2019003153A - Light source unit, video generating device, and head-up display - Google Patents

Light source unit, video generating device, and head-up display Download PDF

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Takeshi Kawamura
健 河村
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Abstract

To provide a video generating device and a head-up display that can reproduce a desired hue while preventing a reduction in luminance, and a light source unit that can be suitably used for the video generating device.SOLUTION: A light source unit comprises a light source, and a reflector that has a cylindrical shape with an opening and includes a mirror surface having a color adjustment film laminated on its inner surface, where the light source is arranged inside the reflector.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光源ユニット、映像生成装置、及びヘッドアップディスプレイに関する。   The present invention relates to a light source unit, a video generation device, and a head-up display.

液晶パネル等を含む映像生成装置で生成された映像を、光学系を介して、自動車のフロントウィンドウ等に投影して観察者に画像を提供する、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤということがある）が知られている。
一例として、特許文献１には、特定の液晶表示素子と、前記液晶表示素子に対して傾斜して配置された特定のミラーと、前記液晶表示素子の後方に配置された特定の光源を備える表示装置が開示されている。特許文献１によれば、所定波長域の光を透過し、それ以外の光を反射するミラーを用いることにより、輝度の低下を抑制しながら所望の色味の表示像を出力できるとされている。 A head-up display (hereinafter sometimes referred to as HUD) that projects an image generated by an image generation device including a liquid crystal panel or the like onto an automobile front window or the like via an optical system and provides an image to an observer. It has been known.
As an example, Patent Document 1 discloses a display including a specific liquid crystal display element, a specific mirror arranged to be inclined with respect to the liquid crystal display element, and a specific light source arranged behind the liquid crystal display element. An apparatus is disclosed. According to Patent Document 1, a display image having a desired color can be output while suppressing a decrease in luminance by using a mirror that transmits light in a predetermined wavelength region and reflects other light. .

特開２００５−３３８３２５号公報JP 2005-338325 A

ＨＵＤは、更なる高輝度化が求められている。一方、特に車載用のＨＵＤにおいては、耐熱性など高い信頼性が要求されているため、使用可能な光源や液晶パネル等の種類は制限されている。色再現範囲は、映像生成装置に含まれる光源や液晶パネルの組み合わせで概ね決まるため、現状の車載ＨＵＤの色再現範囲は自由度が低く、所望の色が得られないという課題があった。   HUDs are required to have higher brightness. On the other hand, in particular, in-vehicle HUDs are required to have high reliability such as heat resistance, so that types of usable light sources and liquid crystal panels are limited. Since the color reproduction range is largely determined by the combination of the light source and the liquid crystal panel included in the video generation apparatus, the current color reproduction range of the in-vehicle HUD has a low degree of freedom, and there is a problem that a desired color cannot be obtained.

上記特許文献１の技術は、所望の色味を表示するために、特定のミラーを用いているため、映像光を一度の反射で所望の色に変更する必要がある。そのため、設計難易度が高く、限定的な色調整にとどまり、色の調整自由度が低いという課題があった。   Since the technique of Patent Document 1 uses a specific mirror to display a desired color, it is necessary to change the image light to a desired color by a single reflection. Therefore, there is a problem that the degree of design difficulty is high, the color adjustment is limited, and the degree of freedom in color adjustment is low.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、輝度の低下を抑制しながら所望の色味を再現可能な映像生成装置及びヘッドアップディスプレイ、並びに、当該映像生成装置に好適に使用可能な光源ユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can be suitably used for a video generation device and a head-up display capable of reproducing a desired color while suppressing a decrease in luminance, and the video generation device. An object is to provide a light source unit.

本発明は、光源と、
開口部を有する筒形状で、内面に色調整膜が積層された鏡面を有する反射材と、を備え、
前記光源が前記反射材の内部に配置される、光源ユニットを提供する。 The present invention comprises a light source;
A cylindrical shape having an opening, and a reflective material having a mirror surface with a color adjustment film laminated on the inner surface,
A light source unit is provided in which the light source is disposed inside the reflector.

本発明は、前記本発明に係る光源ユニットと、前記光源ユニットの前記開口部側に、レンズと、液晶パネルとを備える、映像生成装置を提供する。   The present invention provides a video generation device including the light source unit according to the present invention and a lens and a liquid crystal panel on the opening side of the light source unit.

また、本発明は、前記本発明に係る映像生成装置と、前記映像生成装置の映像光出射側に、光学系を備える、ヘッドアップディスプレイを提供する。   The present invention also provides a video generation device according to the present invention and a head-up display including an optical system on the video light output side of the video generation device.

本発明によれば、輝度の低下を抑制しながら所望の色味を再現可能な映像生成装置及びヘッドアップディスプレイ、並びに、当該映像生成装置に好適に使用可能な光源ユニットを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the video production | generation apparatus and head-up display which can reproduce a desired color while suppressing the fall of a brightness | luminance, and the light source unit which can be used conveniently for the said video production | generation apparatus can be provided.

図１は、本発明の光源ユニットの一例を示す、概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a light source unit of the present invention. 図２は、本発明の映像生成装置の一例を示す、概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the video generation apparatus of the present invention. 図３は、本発明のヘッドアップディスプレイに一例を示す、概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the head-up display of the present invention. 図４は、色反射膜が積層した鏡面の分光反射率の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of the spectral reflectance of the mirror surface on which the color reflection films are laminated.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る光源ユニット、映像生成装置、及びヘッドアップディスプレイについて順に説明する。なお、説明のため図面中の各部材は縮尺が大きく異なることがある。また、図面等において、同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略される。   Hereinafter, a light source unit, a video generation device, and a head-up display according to the present invention will be described in order with reference to the drawings. For the sake of explanation, the scale of each member in the drawings may differ greatly. In the drawings and the like, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図１を参照して光源ユニットの一実施形態を説明する。本実施形態の光源ユニット１０は、光源１と、光が出射する開口部６を有し、内面に色調整膜５が積層された鏡面４を有する反射材２とを備え、前記光源１は、前記反射材２の内部に配置されている。   First, an embodiment of a light source unit will be described with reference to FIG. The light source unit 10 of the present embodiment includes a light source 1 and a reflector 2 having a mirror surface 4 having an opening 6 through which light is emitted and having a color adjustment film 5 laminated on the inner surface. The reflector 2 is disposed inside.

光源１は、自ら光を発する発光体である。光源１は、後述する反射材２の内部に配置され、光路９に示されるように、光源１から出射する光の少なくとも一部は反射材２で１回以上反射し、開口部６から出射する。光源１としては、高輝度化や小型化の点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが好ましく、色再現範囲の点から、中でも白色ＬＥＤであることが好ましい。また、ＬＥＤの発光面は、色味の調整の容易性の点から、平面であることが好ましい。光源１は、１個であってもよく、２個以上を用いてもよい。
光源１としてＬＥＤを用いる場合、当該ＬＥＤは基板７上に設けられていてもよい。基板７上に２個以上のＬＥＤを設ける場合は、各ＬＥＤの発光面の共通の平面上に配置されることが好ましい。基板７は、通常、ＬＥＤに電力を供給する回路を有する。基板７の表面は、鏡面であってもよく、鏡面でなくてもよい。 The light source 1 is a light emitter that emits light itself. The light source 1 is disposed inside a reflector 2 to be described later, and as indicated by an optical path 9, at least part of the light emitted from the light source 1 is reflected by the reflector 2 at least once and exits from the opening 6. . The light source 1 is preferably a light emitting diode (LED) from the viewpoint of high luminance and miniaturization, and is preferably a white LED from the viewpoint of the color reproduction range. Moreover, it is preferable that the light emission surface of LED is a plane from the point of the ease of adjustment of a color. One light source 1 may be used, or two or more light sources may be used.
When an LED is used as the light source 1, the LED may be provided on the substrate 7. When providing 2 or more LED on the board | substrate 7, it is preferable to arrange | position on the common plane of the light emission surface of each LED. The substrate 7 usually has a circuit for supplying power to the LEDs. The surface of the substrate 7 may be a mirror surface or may not be a mirror surface.

反射材２は開口部６を有し、内面に色調整膜５が積層された鏡面４を有する。開口部６上には更に拡散板８が配置されていてもよい。拡散板８を用いることにより、液晶パネルに入射する光の輝度の面内均一性が向上する。拡散板８は公知の拡散板の中から適宜選択して用いることができる。   The reflecting material 2 has an opening 6 and has a mirror surface 4 in which a color adjusting film 5 is laminated on the inner surface. A diffusion plate 8 may be further disposed on the opening 6. By using the diffusing plate 8, the in-plane uniformity of the luminance of light incident on the liquid crystal panel is improved. The diffusion plate 8 can be appropriately selected from known diffusion plates.

反射材２の形状は、光源１から出射する光の少なくとも一部を反射する形状であればよい。出射面の光の輝度の面内均一性の点から、反射材２の形状は、断面が一定の筒形状であることが好ましい。筒形状は、円筒型や楕円筒型であってもよく、多角形となる角筒型であってもよい。反射材２の形状は、中でも、出射面が後述する液晶パネルと同型となる四角筒型であることが好ましい。
反射材２が筒形状の場合、筒の一端が開口部６となり、当該開口部６と対向する一端に光源１が配置されることが好ましい。また、反射材２が筒型である場合、鏡面４が光源１の発行面に対して垂直に配置されていることが好ましい。
また、反射材２が筒形状の場合、光源の中心から前記色調整膜表面までの垂直距離をＤとすると、当該筒の長さＬは、色調整膜５の分光反射率の入射角依存性の観点から、Ｄ・ｔａｎ５°＜Ｌ＜Ｄ・ｔａｎ２５°が望ましい。Ｌを上記範囲内とすることにより、鏡面へ入射する光の多くは入射角が５°〜２５°の範囲内となる。色調整膜で反射する際の光の入射角が５°程度であれば、ほぼ垂直入射と同程度の分光反射率となる。一方、入射角が２５°以上では分光反射率のブルーシフトが顕著となり、所望の色味が得られない場合がある。 The shape of the reflecting material 2 may be any shape that reflects at least part of the light emitted from the light source 1. From the viewpoint of in-plane uniformity of the luminance of light on the exit surface, the shape of the reflector 2 is preferably a cylindrical shape with a constant cross section. The cylindrical shape may be a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape, or may be a polygonal rectangular tube shape. It is preferable that the shape of the reflecting material 2 is a square tube type in which the emission surface is the same type as a liquid crystal panel described later.
When the reflecting material 2 has a cylindrical shape, it is preferable that one end of the tube is an opening 6 and the light source 1 is disposed at one end facing the opening 6. Moreover, when the reflecting material 2 is cylindrical, it is preferable that the mirror surface 4 is arrange | positioned perpendicularly | vertically with respect to the issuing surface of the light source 1. FIG.
When the reflecting material 2 has a cylindrical shape, the vertical length from the center of the light source to the color adjustment film surface is D, and the length L of the cylinder is dependent on the incident angle of the spectral reflectance of the color adjustment film 5. In view of the above, it is desirable that D · tan 5 ° <L <D · tan 25 °. By setting L within the above range, most of the light incident on the mirror surface has an incident angle in the range of 5 ° to 25 °. If the incident angle of light when reflected by the color adjustment film is about 5 °, the spectral reflectance is almost the same as that of vertical incidence. On the other hand, when the incident angle is 25 ° or more, the blue shift of the spectral reflectance becomes remarkable, and a desired color may not be obtained.

反射材２の鏡面４の形成方法は、特に限定されず、基材３自体を鏡面加工してもよく、基材３上に金属膜を形成し、当該金属膜表面を鏡面４としてもよい。基材３を鏡面加工する場合、当該基材３の材質は、金属であることが好ましく、中でもアルミニウムであることが好ましい。一方、基材３上に金属膜を形成する場合、基材３の材質は特に限定されず、金属であってもよく、ポリカーボネート等の樹脂やガラス等であってもよい。鏡面４となる金属膜の金属は、可視光の反射率が高い金属が好ましく、例えば、アルミニウム、ニッケル、銀等が好適に挙げられ、耐熱性などの点から、アルミニウムであることが特に好ましい。金属膜の形成方法は、蒸着法、スパッタ法、金属箔の転写等など、公知の方法の中から、適宜選択して用いることができる。   The method for forming the mirror surface 4 of the reflector 2 is not particularly limited, and the substrate 3 itself may be mirror-finished, a metal film may be formed on the substrate 3, and the metal film surface may be used as the mirror surface 4. When the substrate 3 is mirror-finished, the material of the substrate 3 is preferably a metal, and particularly preferably aluminum. On the other hand, when forming a metal film on the base material 3, the material of the base material 3 is not specifically limited, A metal may be sufficient and resin, such as a polycarbonate, glass, etc. may be sufficient. The metal of the metal film used as the mirror surface 4 is preferably a metal having a high visible light reflectivity. For example, aluminum, nickel, silver and the like are preferable, and aluminum is particularly preferable from the viewpoint of heat resistance. The method for forming the metal film can be appropriately selected from known methods such as vapor deposition, sputtering, and transfer of metal foil.

本発明においては、鏡面４上に色調整膜５が積層されている。これにより反射材２の内面の分光反射率が調整され、光源１から出射した光を反射材２の内面で反射させることにより、所望の色味に調整することができる。
色調整膜５の材質としては、可視光の透過率が高く、屈折率が大きい誘電体膜であることが好ましい。誘電体膜としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等が挙げられる。色調整膜５は一層のみからなるものであってもよく、２層以上の組み合わせであってもよいが、本発明においては、１層であることが好ましい。
また、色調整膜の膜厚は、特に限定されないが、色味の調整の観点から、５０ｎｍ以上であることが好ましく、４００ｎｍ以下であることが好ましい。色調整膜の膜厚が５０ｎｍ以下では、色調整膜が基材３や金属膜の鏡面の分光反射率に対してほとんど影響せず、色調整効果が得られない場合がある。色調整膜の膜厚が４００ｎｍを超過すると、可視光域で反射率の高い波長と低い波長が多数混在した分光反射率になり易く、色調整が困難になる場合がある。 In the present invention, the color adjustment film 5 is laminated on the mirror surface 4. Thereby, the spectral reflectance of the inner surface of the reflecting material 2 is adjusted, and the light emitted from the light source 1 is reflected by the inner surface of the reflecting material 2, so that it can be adjusted to a desired color.
The material of the color adjustment film 5 is preferably a dielectric film having a high visible light transmittance and a high refractive index. Examples of the dielectric film include silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). The color adjusting film 5 may be composed of only one layer or a combination of two or more layers, but in the present invention, it is preferably a single layer.
The film thickness of the color adjustment film is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more and preferably 400 nm or less from the viewpoint of color adjustment. When the film thickness of the color adjustment film is 50 nm or less, the color adjustment film hardly affects the spectral reflectance of the mirror surface of the substrate 3 or the metal film, and the color adjustment effect may not be obtained. When the film thickness of the color adjustment film exceeds 400 nm, the spectral reflectance is likely to be a mixture of a number of high and low reflectance wavelengths in the visible light range, and color adjustment may be difficult.

色調整膜５の形成方法は、特に限定されず、蒸着法、スパッタ法、など、公知の方法の中から、適宜選択して用いることができる。   The method for forming the color adjustment film 5 is not particularly limited, and can be appropriately selected from known methods such as vapor deposition and sputtering.

色調整膜５の膜厚と材質を適宜組み合わせることにより、所望の色味の光を出射する光源ユニットを得ることができる。一例について図４を参照して説明する。図４は色反射膜が積層した鏡面の分光反射率の一例を示すグラフである。具体的には、アルミニウムの鏡面上に色調整膜として膜厚５０ｎｍ及び２００ｎｍの酸化ケイ素膜を形成した２つの反射材について、それぞれ白色ＬＥＤを光源とする光を照射し、その反射光を分光光度計を用いて測定した結果を示している。図４に示されるように、酸化ケイ素の膜厚を５０ｎｍとした場合には、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光の反射率の波長依存性が小さく、光源ユニットから出射する光は光源の色を再現しやすい。一方、酸化ケイ素の膜厚を２００ｎｍとした場合には、波長５３０ｎｍ付近の光の反射率を高めることができ、光源ユニットから出射する光として、波長５３０ｎｍ付近の緑色が強調された光を得ることができる。
本発明の光源ユニットの用途は特に限定されるものではないが、中でも、後述する映像生成装置、及びヘッドアップディスプレイの用途に適している。 A light source unit that emits light of a desired color can be obtained by appropriately combining the thickness and material of the color adjustment film 5. An example will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing an example of the spectral reflectance of a mirror surface on which a color reflection film is laminated. Specifically, two reflective materials in which a silicon oxide film having a film thickness of 50 nm and 200 nm as a color adjusting film is formed on a mirror surface of aluminum are each irradiated with light using a white LED as a light source, and the reflected light is spectrophotometrically measured. The result measured using a meter is shown. As shown in FIG. 4, when the thickness of the silicon oxide film is 50 nm, the wavelength dependency of the light reflectance in the visible light region (wavelength 380 nm to 780 nm) is small, and the light emitted from the light source unit is a light source. Easy to reproduce colors. On the other hand, when the thickness of the silicon oxide film is 200 nm, the reflectance of light near the wavelength of 530 nm can be increased, and light with a green color emphasized near the wavelength of 530 nm can be obtained as light emitted from the light source unit. Can do.
Although the use of the light source unit of the present invention is not particularly limited, it is particularly suitable for use as a video generation device and a head-up display described later.

図２を参照して映像生成装置の一実施形態を説明する。本実施形態の映像生成装置２０は、前記光源ユニット１０と、前記光源ユニット１０の開口部６側に、レンズ１１と液晶パネル１２とを備えている。
レンズ１１は光源ユニット１０の開口部６から出射した光の配向を制御して、液晶パネル１２を通して出射する光の角度を制御する目的を有するものであり、公知のレンズの中から適宜選択して用いることができる。また、液晶パネル１２は、特に限定されるものではなく、一般的にＨＵＤに用いられる液晶パネルとして公知の構成を適宜選択して用いることができる。 An embodiment of a video generation device will be described with reference to FIG. The image generation apparatus 20 of the present embodiment includes the light source unit 10 and a lens 11 and a liquid crystal panel 12 on the opening 6 side of the light source unit 10.
The lens 11 has the purpose of controlling the orientation of the light emitted from the opening 6 of the light source unit 10 and controlling the angle of the light emitted through the liquid crystal panel 12, and is appropriately selected from known lenses. Can be used. The liquid crystal panel 12 is not particularly limited, and a publicly known configuration can be appropriately selected and used as a liquid crystal panel generally used for HUD.

次いで、図３を参照してヘッドアップディスプレイの一実施形態を説明する。本実施形態のヘッドアップディスプレイ１００は、前記映像生成装置２０と、前記映像生成装置の映像光出射側に、光学系を備える。図３の例では、光学系として、反射鏡２１と凹面鏡２２を有しているが、特にこの構成に限られるものではない。図３の例で反射鏡２１は、光学系を折り返して装置を小型化するために用いられている。また、凹面鏡２２は、映像生成装置２０から出射した映像光を拡大投影するために用いられている。   Next, an embodiment of a head-up display will be described with reference to FIG. The head-up display 100 according to the present embodiment includes the video generation device 20 and an optical system on the video light emission side of the video generation device. In the example of FIG. 3, the optical system includes the reflecting mirror 21 and the concave mirror 22, but is not particularly limited to this configuration. In the example of FIG. 3, the reflecting mirror 21 is used to fold the optical system and reduce the size of the apparatus. The concave mirror 22 is used for enlarging and projecting the image light emitted from the image generation device 20.

１ 光源
２ 反射材
３ 基材
４ 鏡面
５ 色調整膜
６ 開口部
７ 基板
８ 拡散板
９ 光路
１０ 光源ユニット
１１ レンズ
１２ 液晶パネル
２０ 映像生成装置
２１ 反射鏡
２２ 凹面鏡
１００ ヘッドアップディスプレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Reflective material 3 Base material 4 Mirror surface 5 Color adjustment film | membrane 6 Opening part 7 Board | substrate 8 Diffusion plate 9 Optical path 10 Light source unit 11 Lens 12 Liquid crystal panel 20 Image generation device 21 Reflector 22 Concave mirror 100 Head-up display

Claims (8)

光源と、
開口部を有する筒形状で、内面に色調整膜が積層された鏡面を有する反射材と、を備え、
前記光源が前記反射材の内部に配置された、光源ユニット。 A light source;
A cylindrical shape having an opening, and a reflective material having a mirror surface with a color adjustment film laminated on the inner surface,
A light source unit in which the light source is disposed inside the reflector. 前記光源が、発光面を有する白色発光ダイオードである、請求項１に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the light source is a white light emitting diode having a light emitting surface. 前記鏡面が、前記発光面に対して垂直に配置された、請求項２に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 2, wherein the mirror surface is disposed perpendicular to the light emitting surface. 前記色調整膜が、誘電体膜である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the color adjustment film is a dielectric film. 前記色調整膜の膜厚が、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the color adjustment film has a thickness of 50 nm or more and 400 nm or less. 前記光源の中心から、前記色調整膜表面までの垂直距離Ｄとしたときに、前記筒形状の長さＬが、
Ｄ・ｔａｎ５°＜Ｌ＜Ｄ・ｔａｎ２５°
を満たす、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源ユニット。 When the vertical distance D from the center of the light source to the surface of the color adjustment film is the length L of the cylindrical shape,
D ・ tan5 ° <L <D ・ tan25 °
The light source unit according to claim 1, wherein the light source unit satisfies the following conditions. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源ユニットと、前記光源ユニットの前記開口部側に、レンズと、液晶パネルとを備える、映像生成装置。   An image generation apparatus comprising: the light source unit according to claim 1; and a lens and a liquid crystal panel on the opening side of the light source unit. 請求項７に記載の映像生成装置と、前記映像生成装置の映像光出射側に、光学系を備える、ヘッドアップディスプレイ。   8. A head-up display comprising: the video generation device according to claim 7; and an optical system on a video light emission side of the video generation device.
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