JP6424457B2 - 車載用表示装置 - Google Patents
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また、車載用表示装置のうち、例えば、収納可能なタイプの装置であると、設置位置や角度が変更できないため、フロントガラス反射等を防止することが特に要求されている。
さらに、このような要求を低コストに実現した表示装置を提供したいという要求もある。
前記第1のレンズシートは、前記導光体の前記第2主面と対向する面に、前記導光体の前記入射面と略平行方向に延在し、延在する方向と直交する方向における前記第1のレンズシートからの射出光ピークが、前記第1のレンズシートの射出面の法線方向に対して3°以上10°以下の範囲で傾くように、頂角が50°以上70°以下の範囲で設定されてなるプリズムレンズを備えることにより上記課題を解決した。
本発明は、前記照明装置において、前記導光体の前記第1主面に形成される凹状または凸状の前記光偏向要素は、前記入射面の法線方向断面における略三角形状における前記傾斜面が前記第1主面と為す角が40°以上70°以下の範囲内であることがより好ましい。
本発明は、前記照明装置において、前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素が、前記入射面と平行方向に延在する略三角形状プリズムレンズであることが可能である。
また、本発明は、前記照明装置において、前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素が、各々独立して点在するドット形状である手段を採用することもできる。
また、前記照明装置において、前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素は各々が独立して配置される凹状、または凸状のドット形状であり、前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Dは、前記Y方向において該入射面からの距離が増大するにつれて一度減少した後、増大し、前記入射面と該入射面と対向する面までの距離をLとしたとき、前記光偏向要素密度Dが最小となる位置は、前記入射面からL/10以上4×L/10以下の範囲に設定されてなることができる。
また、前記照明装置において、前記光偏向要素の配置パターンは前記Y方向に複数の領域に分けられており、同一の前記領域内においては、前記X方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、前記Y方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から前記光偏向要素密度Dが最小となる位置までは前記入射面から離れるほど大きくなるよう、該光偏向要素密度Dが最小となる位置から前記入射面と対向する面までは前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、前記複数の領域間においては、前記X方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど、前記光偏向要素密度Dが最小となる位置までの該領域間においては大きく、該光偏向要素密度Dが最小となる位置から前記入射面と対向する面までの該領域間においては小さくなり、前記Y方向における前記光偏向要素の配列ピッチは前記領域間で不連続に変化することができる。
また、前記照明装置において、前記導光体の前記第2主面に形成されるレンズアレイが、アスペクト比2%以上60%以下のレンチキュラーレンズアレイ、プリズムレンズアレイ、またはラウンドプリズムアレイであることができる。
また、前記照明装置において、前記導光体の前記第1主面と対向する位置には反射シートを備えることができる。
本発明は、前記照明装置において、前記反射シートは、鏡面性反射シートであることが望ましい。
前記照明装置において、前記第1のレンズシートと前記拡散性シートとの間に、更に第2のレンズシートを備え、前記第2のレンズシートの前記第1のレンズシートと対向する面には、前記導光体の前記入射面の略法線方向へと延在するラウンドプリズム、またはレンチキュラーレンズが形成されてなることができる。
本発明の車載用表示装置においては、上記のいずれかに記載される照明装置と、画素単位での透過/遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、を具備することが好ましい。
本発明によれば、導光体の第1主面に形成される凹状または凸状の光偏向要素のY方向断面における他方の斜辺の角度が40°以上のため、導光体内部を導光する光のうち、他方の斜面によって散乱される光を大幅に低減することができる。一方で導光体の成形性から70°以下とすることが望ましい。
本発明によれば、光偏向要素がX方向に延在するプリズムレンズであるため、光源から入射面を介して導光体に入射した光をムラ無く偏向することができる。
本発明によれば、光偏向要素が各々独立して点在するドット形状で面内に分散されて配置されるため、光偏向要素が視認されにくくなる。また照明装置の面内輝度において局所的な明暗部などが発生したとき調整が容易なため望ましい。
本発明によれば、光偏向要素密度Dは入射面から離れるにつれ減少した後、増大へと転じることで輝度均一性の高い車載用表示装置を得ることができる。
本発明によれば、光偏向要素の配置パターンをY方向に複数の領域に分割し、領域間においてX方向の配列ピッチを不連続に変化させることによって、光偏向要素が視認しにくい配置パターンを容易に設計することが可能となる。
本発明によれば、導光体の第2主面にアスペクト比が2%以上60%以下のレンズアレイを形成することで、導光体の4つの側端面のうちY方向に延在する2つの側端面から導光体外へと漏れる光を低減することで、高効率な車載用表示装置を得ることができる。
本発明における第9の発明は、上記第8の発明における前記照明装置において、前記反射シートは、鏡面性反射シートであることを特徴とする。
本発明によれば、第1主面と対向する位置に反射シートを備えることによって、光偏向要素を介して第1主面から導光体外へと漏れる光を反射し、高効率な車載用表示装置を得ることができる。特に本発明においては鏡面性反射シートであることが望ましい。
本発明によれば、第2のレンズシートを形成するレンズの延在方向とは直交する方向の視野を拡大することができる。すなわち、第1のレンズシートによって一方の視野を狭くすることでフロントガラスへと映り込む角度の光量を大幅に低減し、他方の視野を広げることで、車の運転席、助手席に座る観察者方向への光量を増大させることができる。
図1は、本実施形態における照明装置を示す模式断面図であり、図において、符号3は、照明装置である。図において、各部位の縮図は実際とは一致しない。
図2は導光体7の光偏向要素18の拡大図である。
従って、光偏向要素18によって導光する光の進路を偏向し、射出面7bにおける導光体7と空気との全反射条件を崩すことで、射出面7bから光が射出されることとなる。
このとき、光偏向要素18の一方の斜辺となる反射面18aと光偏向面7aとのなす角度θ1が小さいほど、射出される光の角度を限定する(射出光の角度分布を狭くする)ことができる。その効果については後述するが、そのため光偏向要素18における反射面18aの傾斜角θ1は10°以下であることが望ましい。また、光偏向要素18における反射面18aの傾斜角θ1が小さすぎると、導光体7の入射面7L近傍において、導光する光のうち射出できる光の量が少な過ぎるために暗くなってしまうという問題が生じる。従って光偏向要素18における反射面18aの一方の傾斜角θ1は1°以上であることが望ましい。
また光偏向要素18の反射面(一方の斜辺)18aと傾斜面(他方の斜辺)18bとで形成される頂角、反射面(一方の斜辺)18aと光偏向面7aとで形成される角、及び傾斜面(他方の斜辺)18bと光偏向面7aとで形成される角は、いずれも丸みを帯びていてもよい。
光偏向要素18が凹状である場合には、図5(a)に示すように、角度が1°以上10°以下である反射面(一方の斜辺)18aが入射面7L側に位置するのに対し、光偏向要素18が凸状である場合には、図5(b)に示すように、角度が40°以上70°以下である傾斜面(他方の斜辺)18bが入射面7L側に位置するよう配置されている。
第1のレンズシート8は、図3に示すように、プリズムレンズ20を有するものとされる。導光体7から射出された光は、第1のレンズシート8のプリズムレンズ20によって射出角度が更に偏向される。プリズムレンズ20の頂角θ3は場所によらず一定であり、第1のレンズシート8への入射角とプリズムレンズ20の頂角θ3によって第1のレンズシート8からの射出角度は決定される。
そして本実施形態においては、第1のレンズシート8からの射出光のピーク角度が第1のレンズシート8の法線方向に対して3°以上10°以下の範囲(図中θL)で傾いていることが望ましい。
表示装置1は、図4に示すように、自動車のダッシュボード31とフロントガラス30との間に配置される。このときドライバーの身長にもよるが、目線は表示装置1の法線方向Zに対してθLだけ傾いている。従って、照明装置3の射出光ピーク角度は、法線方向よりθLだけ傾くことが望ましく、その角度としては3°以上10以下の範囲であることが望ましい。第1のレンズシート8からの射出光のピーク角度が3°以上10°以下の範囲で傾くよう、プリズムレンズ20の頂角は50°以上70°以下の範囲で設定される。
図6は光偏向要素18が導光体7のX方向全長に延在するプリズムレンズである場合の、導光体7を光偏向面7a側から見た図である。
本実施形態においては、図6に示すように、導光体7におけるY方向での光偏向要素密度Dを、入射面7L近傍では高く設定するとともに、L0の位置までは減少させて、さらに、L0を超えると上昇に転じるように設定することにより、入射面7L近傍と入射面7Lから離間した位置での射出光量を好適に制御することが可能となる。
図7は、光偏向要素18がドット形状である導光体7を光偏向面7a側から見た図である。図7においては、簡易のために、光偏向要素18は上記L0からLまでの配置について示し、入射面7LからL0までのドット配置は省略している。
同様に、領域cにおいても、図7に示すように、光偏向要素18のX方向のピッチはどこ場所においてもPxcであり、領域bのPxbと比べて小さくなる。
このように、光偏向要素18のX方向のピッチを領域毎に変化させることで、光偏向要素18の視認性を抑制しつつ、入射面7L近傍と入射面7Lから離間した位置での射出光量を好適に制御し、かつ、高輝度な照明装置3を提供することができる。
具体的には、領域aと領域bとの境界において、Py(an)とPy(b1)とを比べたとき、Py(b1)の方が大きくなるよう設定される。すなわち同一の領域内において光偏向要素18のY方向におけるピッチは連続的に変化するが、2つの領域境界においては不連続に変化する。
本実施形態では、光源6から導光体7へと入射した光が、導光体7内部を導光し、光偏向要素18によってその進路を偏向され、射出面7bより射出する。従って、導光体7をZ方向外側の観察者F側から詳細に観察すると、1つ1つの光偏向要素18が光って視認されることとなる。光偏向要素18の配置によっては光偏向要素18が視認される場合が有りうる。
Py/Pxが0.2を下回る配置の場合、Y方向に延在する線状光として視認されてしまうため好ましくない。一方でPy/Pxが1.0を超える配置である場合、X方向に延在する線状光として視認されてしまうため好ましくない。
光路制御要素であるレンズアレイ19が無い導光体7は、図11(a)に示すように、図に符号Gで示される三角形状の暗部が生じてしまう。これは、図9(a)に示したように、光源6から導光体7に入射した光が扇状に広がって導光することに起因し、複数の光源6による導光の重ね合わせ、そして光源6が配置されない短辺の側端面からの光漏れなどによって発生する者である。従って、レンズアレイ19が無い場合においては、光偏向要素18の配置設計をする際、X方向の光偏向要素密度Dを一定とすることは難しく、Y方向のみならずX方向にも疎密設計をして対処しなければならないという問題があった。
本実施形態のように、レンズアレイ19を設けた場合、光源6から入射した光が扇状に広がらずY方向へと導光するため、図11(a)で示したような暗部Gは生じない。また、図11(b)に示すように、光源6が配置されない短辺側端面からの漏れ光もほとんどなく、高効率な照明装置3を得ることができる。
図12は、本実施形態における照明装置を搭載した表示装置を示す模式断面図であり、図において、符号1は、表示装置である。図において、各部位の縮図は実際とは一致しない。
第2のプリズムレンズアレイ11は、第1実施形態におけるレンズアレイ19のように、照明装置3から水平方向に射出される光のピークを運転席、及び助手席方向へとシフトするように、設定されている。
画像表示素子2は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
図16は表示装置1の実配置を示す模式図である。
表示装置1は、図16に示されるように、自動車のダッシュボード31の中央に通常配置される。運転席からも助手席からも視るためである。従って、画面水平方向において表示装置1を正面から見ることは少なく、斜めから見ることとなる。図13に示す従来の表示装置用の照明装置は正面から視ることを想定した照明設計となっているため、正面方向の輝度が最も高くなるよう設計されている。
第2のプリズムレンズアレイ11が特にラウンドプリズムレンズ11である場合、プリズム頂角は60度以上100度以下の範囲であることが望ましい。また頂部の曲率半径は、プリズムレンズアレイ11のレンズ幅の20%以上50%以下の範囲であることが望ましい。
図13に示すグラフにおいては、正面(0度)方向を100%として正規化されている。 ここで比較例として従来の正面方向に輝度ピークがある照明装置、実施例1として正面方向に輝度ピークがありながら水平視野を従来より広げた第1実施形態における照明装置さらに実施例2として、第2実施形態における運転席、助手席方向へと輝度ピークをシフトさせた例を示している。
図13と同様、実施例1の正面輝度は比較例の正面輝度とほぼ同等であるが、実用視野範囲である3°以上10°以下の範囲で傾いた視野においては約10%輝度が高くなっていることが見て取れる。また上述した通り、特許文献2による黒層ルーバー構造を用いた場合には比較例に対して更に30%近い輝度低下が見込まれる。
本実施形態による照明装置3は吸収によらずレンズによる視野の制御によってフロントガラス30への映り込み光を低減しているため、従来にない高輝度な表示装置1を提供することが出来る。
また本実施形態の表示装置1は画面水平方向において、運転席F1、助手席F2方向に輝度ピークを有する輝度分布のため、図16に示されるように、実用上、運転席、助手席から観察する人間が最も明るく見えるよう設計されている。
すなわち光源6から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置3として例えば照明機器などにも適用できることは想像に難しくない。
2…画像表示素子
3…照明装置
5…反射板(反射シート)
6…光源
7…導光体
7a…光偏向面7a
7b…射出面
7L…入射面
8…第1のレンズシート
9…拡散性シート
10…第2のレンズシート
18…光偏向要素
18a…反射面(一方の斜辺)
18b…傾斜面(他方の斜辺)
19…レンズアレイ
20…プリズムレンズ
Claims (11)
- 照明装置を備えた車載用表示装置であって、
前記照明装置が、
平面視略矩形とされ第1主面および前記第1主面と対向して射出面となる第2主面を有する透光性の導光体と、
前記導光体の入射面に臨むよう配置された光源と、
前記導光体の前記第2主面側に配置される第1のレンズシートと、
拡散性シートと、
を備え、
前記導光体は、前記第1主面と前記第2主面とを接続する側端面のうちX方向に延在する面が前記入射面とされ、
前記導光体の前記第1主面には、前記入射面から入射し前記導光体内を導光する光を前記第2主面側へと偏向する凹状または凸状の光偏向要素が形成され、
前記導光体の前記光偏向要素は、前記X方向と直交する断面形状が略三角形状となるように反射面と傾斜面とで形成され、前記光源から入射した光を直接反射可能な反射面が前記第1主面と為す角が1°以上10°以下の範囲内で設定され、
前記導光体の前記第2主面には、前記導光体の前記入射面の法線方向となるY方向に延在するレンズアレイが設けられ、
前記第1のレンズシートは、前記導光体の前記第2主面と対向する面に、前記導光体の前記入射面と略平行方向に延在し、延在する方向と直交する方向における前記第1のレンズシートからの射出光ピークが、前記第1のレンズシートの射出面の法線方向に対して3°以上10°以下の範囲で傾くように、頂角が50°以上70°以下の範囲で設定されてなるプリズムレンズを備えることを特徴とする車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第1主面に形成される凹状または凸状の前記光偏向要素は、前記入射面の法線方向断面における略三角形状における前記傾斜面が前記第1主面と為す角が40°以上70°以下の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素が、前記入射面と平行方向に延在する略三角形状プリズムレンズであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素が、各々独立して点在するドット形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第1主面に形成される前記光偏向要素は各々が独立して配置される凹状、または凸状のドット形状であり、
前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Dは、前記Y方向において前記入射面からの距離が増大するにつれて一度減少した後、増大し、
前記入射面と該入射面と対向する面までの距離をLとしたとき、前記光偏向要素密度Dが最小となる位置は、前記入射面からL/10以上4×L/10以下の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項4に記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記光偏向要素の配置パターンは前記Y方向に複数の領域に分けられており、
同一の前記領域内においては、前記X方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、
前記Y方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から前記光偏向要素密度Dが最小となる位置までは前記入射面から離れるほど大きくなるよう、該光偏向要素密度Dが最小となる位置から前記入射面と対向する面までは前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、
前記複数の領域間においては、前記X方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど、前記光偏向要素密度Dが最小となる位置までの該領域間においては大きく、該光偏向要素密度Dが最小となる位置から前記入射面と対向する面までの該領域間においては小さくなり、
前記Y方向における前記光偏向要素の配列ピッチは前記領域間で不連続に変化することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第2主面に形成されるレンズアレイが、アスペクト比2%以上60%以下のレンチキュラーレンズアレイ、プリズムレンズアレイ、またはラウンドプリズムアレイであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記導光体の前記第1主面と対向する位置には反射シートを備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記反射シートは、鏡面性反射シートであることを特徴とする請求項8に記載の車載用表示装置。 - 前記照明装置において、
前記第1のレンズシートと前記拡散性シートとの間に、更に第2のレンズシートを備え、
前記第2のレンズシートの前記第1のレンズシートと対向する面には、前記導光体の前記入射面の略法線方向へと延在するラウンドプリズム、またはレンチキュラーレンズが形成されてなることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の車載用表示装置。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載される照明装置と、
画素単位での透過/遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、
を具備することを特徴とする車載用表示装置。
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