JP6663890B2 - バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、ヘッドアップディスプレイ装置等に用いられるバックライトユニットがある。例えば、特許文献１では、光源の光を平行光生成手段により平行光にした後、平行光からレンズアレイにより複数の光源像の光を生成し、集光レンズ等を介して液晶パネル上に集光することで、液晶パネルの輝度ムラの低減を図っている。また、特許文献１では、光源と液晶パネルとの間の光路上に反射部を配置し、光路を折り返すことでバックライトユニットの奥行き方向の長さを短くしている。

特開２０１６−６５９０８号公報

しかしながら、液晶パネルの全面を照明するために、平行光生成手段により発散光を平行光にしたり、レンズアレイに対して複数の光源を用意したりしなければならず、部品点数の増加および大型化の点で改善の余地がある。

本発明は、部品点数を削減し小型化を図ることができるバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るバックライトユニットは、少なくとも一つの光源と、前記光源から出射された光を集光する集光部材と、凹状の反射面を有し、前記集光部材から入射する光を前記反射面により光透過型の液晶表示素子に向けて反射する光学部材と、前記光学部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置された拡散板と、を備え、前記光学部材は、前記反射面が複数の微小ミラーで構成され、複数の前記微小ミラーは、前記反射面における第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に複数配列され、各前記微小ミラーは、凸状または凹状の曲面であることを特徴とする。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、同一の前記曲率を有する方向における長さが、互いに異なるように形成されることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、同一の曲率を有する方向における長さが、前記反射面を同一の前記曲率を有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成されることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、同一の曲率を有する方向における長さが、連続して異なるように形成されることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、前記曲面の曲率が、同一の長さを有する方向において、互いに異なるように形成されることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、同一の長さを有する方向における前記曲面の曲率が、前記反射面を同一の長さを有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成されることが好ましい。

上記バックライトユニットにおいて、各前記微小ミラーは、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、前記曲面が複数の曲率を有する自由曲面であり、複数の曲率が、同一の長さを有する方向において、前記集光部材からの入射光に対する前記液晶表示素子への反射光の偏角量に応じて、異なるように形成されることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光透過型の液晶表示素子と、バックライトユニットと、を少なくとも備え、前記バックライトユニットは、少なくとも一つの光源と、前記光源から出射された光を集光する集光部材と、凹状の反射面を有し、前記集光部材から入射する光を前記反射面により前記液晶表示素子に向けて反射する光学部材と、前記光学部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置された拡散板と、を有し、前記光学部材は、前記反射面が複数の微小ミラーで構成され、複数の前記微小ミラーは、前記反射面における第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に複数配列され、各前記微小ミラーは、凸状または凹状の曲面であることを特徴とする。

本発明に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置によれば、部品点数を削減し小型化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図３は、第１実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。 図４は、第１実施形態に係るマイクロミラーアレイの部分拡大図である。 図５は、第１実施形態に係る微小ミラーの斜視図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第１実施形態に係る微小ミラーの曲率、発散角を説明するための図である。 図７は、第１実施形態の変形例１に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図８は、第１実施形態の変形例２に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図９は、第１実施形態の変形例３に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図１０は、第１実施形態の変形例４に係るバックライトユニットの概略構成図である。 図１１は、第２実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。 図１２は、第２実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。 図１３は、第２実施形態の変形例に係るマイクロミラーアレイの正面図である。 図１４は、第３実施形態に係る微小ミラーの斜視図である。 図１５は、第３実施形態に係るマイクロミラーアレイの発散角の差を説明するための模式図である。

以下に、本発明に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。

［第１実施形態］
第１実施形態に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１は、第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。図２は、第１実施形態に係るバックライトユニットの概略構成図である。図３は、第１実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。図４は、第１実施形態に係るマイクロミラーアレイの部分拡大図である。図５は、第１実施形態に係る微小ミラーの斜視図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第１実施形態に係る微小ミラーの曲率、発散角を説明するための図である。図７は、第１実施形態の変形例１に係るバックライトユニットの概略構成図である。図８は、第１実施形態の変形例２に係るバックライトユニットの概略構成図である。図９は、第１実施形態の変形例３に係るバックライトユニットの概略構成図である。図１０は、第１実施形態の変形例４に係るバックライトユニットの概略構成図である。なお、図２（図７〜図１０も同様）は、バックライトユニットを側方側から視た場合の各要素の位置関係を示す。図３（図１１〜図１３も同様）は、マイクロミラーアレイを反射面側から正面視したものである。

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、例えば自動車等の車両（不図示）のダッシュボード（不図示）の内側に配置され、ウインドシールド１０１に表示画像を投影するものである。ヘッドアップディスプレイ装置１は、ウインドシールド１０１に表示画像を投影して、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０を表示する。アイポイント２０１は、運転席（不図示）に着座したドライバ２００の視点位置として予め定められた位置である。ドライバ２００は、ウインドシールド１０１によって反射された画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、ドライバ２００にとって、ウインドシールド１０１よりも前方に認識される。ヘッドアップディスプレイ装置１は、拡大ミラー２と、表示ユニット３とを含んで構成される。拡大ミラー２は、表示ユニット３から出射される表示光をウインドシールド１０１に向けて反射する。拡大ミラー２は、例えば非球面ミラーで構成される。表示ユニット３は、表示画像に対応する表示光を出射する。表示ユニット３は、液晶パネル１０と、バックライトユニット２０とを含んで構成される。

液晶パネル１０は、液晶表示素子である。液晶パネル１０は、例えば光透過型または光半透過型のＴＦＴ液晶（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）等から成る。液晶パネル１０は、車両に搭載された制御部（不図示）からの制御指示に応じて数字や文字、図形等を含む表示画像を表示する。

バックライトユニット２０は、液晶パネル１０に対して背面側から光を照射する。バックライトユニット２０は、車両内の電源（不図示）から得られる直流電力により駆動する。バックライトユニット２０は、図２に示すように、光源２１と、集光部材２３と、マイクロミラーアレイ２５と、拡散板３０とを含んで構成される。

光源２１は、一つの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）で構成される。ＬＥＤは、例えば車両内の電源から得られる直流電力により駆動する。ＬＥＤは、制御部からのＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、点灯／消灯する。ＬＥＤは、例えば不図示の基板等に固定されている。基板は、裏側にヒートシンク（不図示）が固定されていてもよい。ヒートシンクは、基板に蓄積された熱をバックライトユニット２０の外部に放出するものである。

集光部材２３は、光源２１から出射された光を集光するものである。集光部材２３は、例えば集光レンズである。半球面のレンズ面２３ａを備えた半球状のレンズ本体部２３ｂと、レンズ本体部２３ｂの外周に沿って設けられたフランジ部２３ｃとで構成される。

マイクロミラーアレイ２５は、光学部材である。マイクロミラーアレイ２５は、例えばガラスや透明樹脂で構成されている。マイクロミラーアレイ２５は、凹状の反射面２６Ａを有し、集光部材２３から入射する光を反射面２６Ａにより液晶パネル１０に向けて反射する。マイクロミラーアレイ２５は、反射面２６Ａが複数の微小ミラー２７で構成される。マイクロミラーアレイ２５は、いわゆるフライアイレンズと同様の形状を有する。ここでフライアイレンズとは、複数のレンズを格子状に配列したレンズ体である。複数の微小ミラー２７は、反射面２６Ａに格子状に配列されている。複数の微小ミラー２７は、図３に示すように、例えば反射面２６ＡにおけるＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向に複数配列されている。各微小ミラー２７は凸状の曲面である。

拡散板３０は、シート状または薄板状に形成されており、マイクロミラーアレイ２５と液晶パネル１０との間の光路上に配置される。拡散板３０は、マイクロミラーアレイ２５により反射した光１１を液晶パネル１０に向けて拡散させるものである。

次に、バックライトユニット２０の作用について図２〜図５，図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して説明する。図２に示すように、光源２１から出射した光は、入射側から集光部材２３に入射する。集光部材２３内を通過した光は、集光部材２３のレンズ面２３ａから出射する。集光部材２３のレンズ面２３ａから出射した光１１は、マイクロミラーアレイ２５上に集光される。集光部材２３により集光されマイクロミラーアレイ２５に入射する光１１は、平行光であってもよいし、発散光や収束光であってもよい。例えば、集光部材２３からマイクロミラーアレイ２５に入射する光１１を発散光にした場合、集光部材２３をマイクロミラーアレイ２５よりも小さくすることでき、かつ光路長を短くすることができる。

マイクロミラーアレイ２５に入射した光は、反射面２６Ａにより液晶パネル１０側に向けて偏光する。マイクロミラーアレイ２５は、図２に示すように、集光部材２３から入射する光（入射光）１１に対する液晶パネル１０への反射光の偏角量がαとなる位置に配置される。本実施形態における偏角量αは、偏角量αが大きい場合、輝度ムラが生じ易くなることから、４０°以下となることが好ましい。本実施形態における反射面２６Ａは、マイクロミラーアレイ２５に入射する光１１が液晶パネル１０上に集光するように、凹状の形状が決定されることが好ましい。反射面２６Ａにより照明される範囲の大きさは、ヘッドアップディスプレイ装置１の光学系により作られるアイボックス（不図示）の像の大きさより大きいことが好ましい。アイボックスは、アイポイント２０１を含み、ドライバ２００が虚像１１０を視認することができる空間領域である。反射面２６Ａを構成する複数の微小ミラー２７は、図４に示すように、入射する光１１により、反射面２６Ａと反対側の面の近傍に光源像１２を形成する。微小ミラー２７は、各光源像１２からの光が液晶パネル１０全面を照射するように、凸状の曲面の形状が決定されることが好ましい。また、微小ミラー２７は、各光源像１２からの光が液晶パネル１０の全面を照射し、かつ液晶パネル１０を照射しない光が小さくなるように、後述する曲面の曲率、ピッチ、ミラー幅、およびミラー高さ等が決定されることが好ましい。例えば、液晶パネル１０が長方形の形状を有する場合、微小ミラー２７の正面視の形状が長方形となる。

本実施形態における微小ミラー２７は、正面視において長方形状をしている。微小ミラー２７は、Ｘ方向に長さｘの長辺を有し、Ｙ方向に長さｙの短辺を有する。言い換えると、微小ミラー２７は、Ｘ方向に長さｘのミラー幅を有し、Ｙ方向に長さｙのミラー高さを有する。本実施形態における微小ミラー２７は、Ｘ方向において同一の長さのミラー幅を有し、かつＹ方向において同一の長さのミラー高さを有する。なお、微小ミラー２７は、ミラー幅ｘとミラー高さｙとが同一の長さであってもよい。

本実施形態における微小ミラー２７は、Ｘ方向において同一のピッチＰｘを有し、かつＹ方向において同一のピッチＰｙを有する。ここでピッチＰ（Ｐｘ，Ｐｙ）は、２つの隣接する微小ミラー２７の中心点間の距離である。図３に示す縦軸をピッチとし、横軸をＸ方向とするグラフにおいて、複数の微小ミラー２７のうち、Ｘ方向に配列された微小ミラー２７のピッチＰｘは一定となる。さらに、図３に示す縦軸をＹ方向とし、横軸をピッチとするグラフでは、複数の微小ミラー２７のうち、Ｙ方向に配列された微小ミラー２７のピッチＰｙは一定となる。

本実施形態における微小ミラー２７は、図５に示すように、凸状の部分球面である。微小ミラー２７は、Ｘ方向およびＹ方向において、同一の曲率半径Ｒを有する。曲率は、曲率半径Ｒの逆数であることから、微小ミラー２７は、Ｘ方向において同一の曲率１／Ｒを有し、かつＹ方向において同一の曲率１／Ｒを有する。例えば、図６（Ａ）に示す曲率半径Ｒ１の微小ミラー２７は、曲率が１／Ｒ１である。

本実施形態における微小ミラー２７は、Ｘ方向において同一の発散角φを有し、Ｙ方向において同一の発散角φを有する。発散角φは、図２に示すように、微小ミラー２７が反射する光の光軸に対する拡がる角度である。微小ミラー２７の発散角φは、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、同一のピッチＰ１を有する場合、曲率半径ＲがＲ１＜Ｒ２の関係にあるときには、φ１＞φ２となる。すなわち、発散角φは、また、発散角φは、図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、同一の曲率半径Ｒ１を有する場合、ピッチＰがＰ１＜Ｐ２のときには、φ１＜φ３となる。このように、微小ミラー２７の発散角φは、ピッチＰが大きくなると大きくなり、ピッチＰが小さくなると小さくなる。発散角φは、大きくなるとバックライトユニット２０の輝度ムラが生じ易くなることから、全角で５０°以下となることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態に係るバックライトユニット２０は、光源２１と、光源２１から出射された光を集光する集光部材２３と、凹状の反射面２６Ａを有し、集光部材２３から入射する光１１を反射面２６Ａにより液晶パネル１０に向けて反射するマイクロミラーアレイ２５と、マイクロミラーアレイ２５と液晶パネル１０との間の光路上に配置された拡散板３０とを備える。マイクロミラーアレイ２５は、反射面２６Ａが複数の微小ミラー２７で構成される。複数の微小ミラー２７は、反射面２６ＡにおけるＸ方向およびＹ方向に複数配列される。各微小ミラー２７は凸状の曲面である。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、光透過型の液晶パネル１０と、バックライトユニット２０とを少なくとも備える。バックライトユニット２０は、光源２１と、光源２１から出射された光１１を集光する集光部材２３と、凹状の反射面２６Ａを有し、集光部材２３から入射する光１１を反射面２６Ａにより液晶パネル１０に向けて反射するマイクロミラーアレイ２５と、マイクロミラーアレイ２５と液晶パネル１０との間の光路上に配置された拡散板３０とを有する。マイクロミラーアレイ２５は、反射面２６Ａが複数の微小ミラー２７で構成される。複数の微小ミラー２７は、反射面２６ＡにおけるＸ方向およびＹ方向に複数配列される。各微小ミラー２７は凸状の曲面である。

上記構成を有するバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１によれば、マイクロミラーアレイ２５を用いて、少ない部品構成で液晶パネル１０の全面を照明することができるので、部品点数を削減し低コスト化を図ることができる。さらに、レンズアレイの後に集光レンズ等が不要となり、部品点数を削減することができる。また、光源からの光を平行にする平行光生成手段が不要となるので、部品点数を削減し、かつユニット全体を小型化することができる。また、マイクロミラーアレイ２５を用いて複数の光源像１２を形成し、各光源像１２が液晶パネル１０の全面を照明するので、光の利用効率が上がり、バックライトユニット２０の輝度ムラを低減することができる。また、従来は、液晶パネル１０の全面を照明するために、レンズアレイの大きさと複数の光源とが必要であったが、マイクロミラーアレイ２５により複数の光源像１２を形成することができるので、光源の削減および光学系の小型化を図ることができる。さらに、複数の光源を使用する場合、光が重なる部分で輝度ムラが生じていたが、一つの光源２１での照明が可能となるので、消費電力を低減すると共に、輝度ムラを低減することが可能となる。

なお、本実施形態に係るマイクロミラーアレイ２５は、微小ミラー２７が凸状の曲面であるが、これに限定されるものではない。例えば、マイクロミラーアレイ２５は、図７に示すように、微小ミラー３７が凹状の曲面であってもよい。複数の微小ミラー３７は、反射面２６ＢにおけるＸ方向およびＹ方向に複数に配列される。

また、本実施形態に係るバックライトユニット２０は、マイクロミラーアレイ２５と液晶パネル１０との間の光路上に拡散板３０が配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、バックライトユニット２０は、上記構成に加えて、収差補正レンズ３１を含んで構成してもよい。収差補正レンズ３１は、図８に示すように、マイクロミラーアレイ２５と拡散板３０との間の光路上に配置される。収差補正レンズ３１は、バックライトユニット２０内の光学系の収差を補正するものである。なお、収差補正レンズ３１は、デフォーカス補正を行うためのレンズやミラー等であってもよい。

また、本実施形態に係るバックライトユニット２０は、マイクロミラーアレイ２５と拡散板３０との間の光路上に配置され、マイクロミラーアレイ２５から反射された光を液晶パネル１０に向けて偏光する反射ミラー３２を含んで構成してもよい。反射ミラー３２は、例えば平面ミラーである。上記構成により、光源２１から液晶パネル１０までの光路をより短くすることが可能となり、ユニット自体を小型化することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１１は、第２実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。図１２は、第２実施形態に係るマイクロミラーアレイの正面図である。図１３は、第２実施形態の変形例に係るマイクロミラーアレイの正面図である。

第２実施形態に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、微小ミラー２７が同一の曲率１／Ｒを有し、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが異なる点で上記第１実施形態と異なる。なお、以下の実施形態では、上記第１実施形態と同様の構成要素には共通の符号を付すと共に、共通する構成、作用、効果について重複した説明はできるだけ省略する。

本実施形態におけるマイクロミラーアレイ２５は、反射面２６Ｃが複数の微小ミラー２７で構成される。各微小ミラー２７は、凸状の曲面が、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率１／Ｒを有し、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが、異なるように形成される。微小ミラー２７は、例えば、図１１に示すように、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向における長さ（ミラー幅）ｘａ，ｘｂ，ｘｃが、異なるように形成される。すなわち、微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向におけるピッチＰｘが、異なるように形成される。一方、同一の曲率１／Ｒを有するＹ方向における長さ（ミラー高さ）ｙが、同一になるように形成される。言い換えると、微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有するＹ方向におけるピッチＰｙが、同一になるように形成される。一方、微小ミラー２７は、例えば、図１２に示すように、同一の曲率１／Ｒを有するＹ方向における長さ（ミラー高さ）ｙａ，ｙｂ，ｙｃが、異なるように形成される。すなわち、微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有するＹ方向におけるピッチＰｙが、異なるように形成される。一方、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向における長さ（ミラー幅）ｘが、同一になるように形成される。言い換えると、微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向におけるピッチＰｘが、同一になるように形成される。

以上説明したように、本実施形態に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、微小ミラー２７の曲面が、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率１／Ｒを有し、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが、異なるように形成される。これにより、上記第１実施形態におけるバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１と同様の効果を得ることが可能となる。微小ミラー２７は液晶パネル１０の全面を照らすように設計される。しかしながら、微小ミラー２７と液晶パネル１０との距離は、例えば反射面２６Ｃの一端と他端とでは異なることから、微小ミラー２７を同じような光の広げ方にすると距離が遠い方が暗くなり、距離が近い方が明るくなり、バックライトユニット２０に輝度ムラが生じる。そこで、微小ミラー２７の曲面の曲率１／Ｒを一定にした場合、距離が短い位置の微小ミラー２７に対して、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さまたはピッチＰを大きくする一方、距離が長い位置の微小ミラー２７に対して、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さまたはピッチＰを小さくする。長さまたはピッチＰが大きい微小ミラー２７の発散角φが大きくなることで、照明範囲が広くなり、ピッチＰが小さい微小ミラー２７の発散角φが小さくなることで、照明範囲が狭くなるので、液晶パネル１０の全面をバランスよく照明することができ、輝度ムラを低減することができる。

なお、本実施形態に係る微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さまたはピッチＰが、反射面２６Ｃを同一の曲率１／Ｒを有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成されていてもよい。微小ミラー２７は、例えば、図１１に示すように、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向における長さまたはピッチＰが、反射面２６ＣをＸ方向において分割した領域Ａｘ，Ｂｘ，Ｃｘごとに異なるように形成される。すなわち、領域Ａｘにおける微小ミラー２７は、同一の長さｘａまたは同一のピッチＰｘａを有する。領域Ｂｘにおける微小ミラー２７は、同一の長さｘｂまたは同一のピッチＰｘｂを有する。領域Ｃｘにおける微小ミラー２７は、同一の長さｘｃまたは同一のピッチＰｘｃを有する。本実施形態における長さｘａ，ｘｂ，ｘｃは、例えばｘａ＜ｘｂ＝ｘｃの関係がある。本実施形態におけるＰｘａ，Ｐｘｂ，Ｐｘｃは、例えばＰｘａ＜Ｐｘｂ＝Ｐｘｃの関係がある。一方、微小ミラー２７は、例えば、図１２に示すように、同一の曲率１／Ｒを有するＹ方向における長さまたはピッチＰが、反射面２６ＤをＹ方向において分割した領域Ａｙ，Ｂｙ，Ｃｙごとに異なるように形成される。領域Ａｙにおける微小ミラー２７は、同一の長さｙａまたは同一のピッチＰｙａを有する。領域Ｂｙにおける微小ミラー２７は、同一の長さｙｂまたは同一のピッチＰｙｂを有する。領域Ｃｙにおける微小ミラー２７は、同一の長さｙｃまたは同一のピッチＰｙｃを有する。本実施形態におけるｙａ，ｙｂ，ｙｃは、例えばｙａ＞ｙｂ＞ｙｃの関係がある。本実施形態におけるＰｙａ，Ｐｙｂ，Ｐｙｃは、Ｐｙａ＞Ｐｙｂ＞Ｐｙｃの関係がある。

上記構成を有する本実施形態の変形例に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、各微小ミラー２７において、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが、反射面２６Ｃ，２６Ｄを同一の曲率１／Ｒを有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成される。これにより、上記と同様の効果を得ることができると共に、微小ミラー２７の長さまたはピッチを個別に設計する必要がなくなり、設計工数を簡略化することができる。

また、本実施形態に係る各微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが、連続して異なるように形成されていてもよい。微小ミラー２７は、例えば、図１３に示すように、反射面２６Ｅにおける同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向、Ｙ方向における長さｘａ，ｘｂ，・・・、長さｙａ，ｙｂ，・・・が、異なるように形成される。言い換えると、微小ミラー２７は、同一の曲率１／Ｒを有するＸ方向、Ｙ方向におけるピッチＰｘａ，Ｐｘｂ，・・・、ピッチＰｙａ，Ｐｙｂ，・・・が、異なるように形成される。なお、微小ミラー２７は、ミラー幅ｘ、ミラー高さｙ、ピッチＰは、連続して異なるように形成される場合、線形に異なるように設定されてもよいし、非線形に異なるように設定されてもよい。

上記構成を有する本実施形態の変形例に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、各微小ミラー２７において、同一の曲率１／Ｒを有する方向における長さが、連続して異なるように形成されるので、上記と同様の効果を得ることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係るバックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１４は、第３実施形態に係る微小ミラーの斜視図である。図１５は、第３実施形態に係るマイクロミラーアレイの発散角の差を説明するための模式図である。

第３実施形態に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、微小ミラー２７がＸ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、同一の長さを有する方向における曲面の曲率１／Ｒが異なる点で上記第１実施形態と異なる。

本実施形態におけるマイクロミラーアレイ２５は、反射面２６Ｆが複数の微小ミラー２７で構成される。各微小ミラー２７は、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、凸状の曲面が、同一の長さを有する方向において、異なるように形成される。各微小ミラー２７間には、段差２８が設けられている。

以上説明したように、本実施形態に係るバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１は、各微小ミラー２７のＸ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、曲面の曲率１／Ｒが、同一の長さを有する方向において、異なるように形成される。これにより、上記第１実施形態におけるバックライトユニット２０およびヘッドアップディスプレイ装置１と同様の効果を得ることができる。微小ミラー２７のＸ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向における長さまたはピッチＰを同一にした場合、距離が短い位置の微小ミラー２７に対して、曲率１／Ｒを小さくする一方、距離が長い位置の微小ミラー２７に対して、曲率１／Ｒを大きくする。曲率１／Ｒが大きい（すなわち、曲率半径Ｒが小さい）微小ミラー２７の発散角φが大きくなることで、照明範囲が広くなり、曲率１／Ｒが小さい（すなわち、曲率半径Ｒが大きい）微小ミラー２７の発散角φが小さくなることで、照明範囲が狭くなるので、液晶パネル１０の全面をバランスよく照明することができ、輝度ムラを低減することができる。

なお、本実施形態に係る微小ミラー２７は、同一の長さを有する方向における曲面の曲率１／Ｒが、反射面２６Ｆを同一の長さを有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成されていてもよい。微小ミラー２７は、例えば、図１５に示すように、同一の長さまたはピッチＰを有するＸ方向における曲率１／Ｒが、反射面２６ＦをＸ方向において分割した領域Ａｘ，Ｂｘ，Ｃｘごとに異なるように形成される。微小ミラー２７は、領域Ａｘにおいて、同一の曲率１／Ｒａを有する。微小ミラー２７は、領域Ｂｘにおいて、同一の曲率１／Ｒｂを有する。微小ミラー２７は、領域Ｃｘにおいて、同一の曲率１／Ｒｃを有する。領域Ｂｘ（または領域Ｃｘ）における微小ミラー２７は、図１５に示すように、例えば液晶パネル１０の一方の端部までの距離が遠いので発散角φｂ１が小さくなるが、液晶パネル１０の他方の端部までの距離が近いので発散角φｂ２が大きくなる。一方、領域Ａｘにおける微小ミラー２７は、φｂ１≒φｂ２となる。そこで、例えば、領域Ａｘにおける微小ミラー２７の曲率１／Ｒａを一定にし、領域Ｂｘ，Ｃｘにおける微小ミラー２７の曲率１／Ｒｂ，１／Ｒｃを、曲率１／Ｒａに対して小さくするように形成することが好ましい。また、領域Ｂｘ，Ｃｘにおける微小ミラー２７は、Ｘ方向において、領域Ａｘとは反対側の端部に向けて、曲率１／Ｒｂ，１／Ｒｃが連続して小さくなるように形成してもよい。なお、微小ミラー２７は、同一の長さまたはピッチＰを有するＹ方向における曲率１／Ｒが、反射面２６ＦをＹ方向において分割した領域ごとに異なるように形成されていてもよいし、Ｘ方向およびＹ方向に分割した領域ごとに形成されていてもよい。上記構成により、上記と同様の効果を得ることができると共に、液晶パネル１０に向かう光の量を増やすことができ、光の利用効率を上げることができる。さらに、微小ミラー２７の曲率１／Ｒを個別に設計する必要がなくなり、設計工数を簡略化することができる。

また、本実施形態に係る微小ミラー２７は、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、曲面が複数の曲率１／Ｒを有する自由曲面であってもよい。この複数の曲率１／Ｒが、同一の長さを有する方向において、集光部材２３からの入射光に対する液晶パネル１０への反射光の偏角量αに応じて、異なるように形成されてもよい。微小ミラー２７は、例えば、偏角量αが大きい場合には、曲率１／Ｒが大きくなる一方、偏角量αが小さい場合には、曲率１／Ｒが小さくする。上記構成により、上記と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第１〜第３実施形態および変形例では、微小ミラー２７は、長方形状をしているが、これに限定されず、正方形状、円形状、六角形状であってもよい。微小ミラー２７の形状は、上述したように、液晶パネル１０の形状に合わせて決定されることが好ましい。

また、上記第１〜第３実施形態および変形例では、ヘッドアップディスプレイ装置１において、表示画像の投影対象がウインドシールド１０１であったが、これに限定されず、例えばコンバイナ等であってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態および変形例では、ヘッドアップディスプレイ装置１を車両に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、車両以外の乗り物、例えば船舶や航空機等に適用してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態および変形例では、光源２１は、一つの発光ダイオードで構成されるが、これに限定されるものではなく、例えば複数の発光ダイオードが一つにまとめられたものであってもよい。また、光源２１は、高輝度の光を発光するものであればよく、発光ダイオードに限定されるものではない。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 拡大ミラー
３ 表示ユニット
１０ 液晶パネル
１１ 光
１２ 光源像
２０ バックライトユニット
２１ 光源
２３ 集光部材
２５ マイクロミラーアレイ
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ 反射面
２７，３７ 微小ミラー
２８ 段差
３０ 拡散板
３１ 収差補正レンズ
３２ 反射ミラー
１０１ ウインドシールド
１１０ 虚像
２００ ドライバ
２０１ アイポイント

Claims (8)

1. 少なくとも一つの光源と、
   前記光源から出射された光を集光する集光部材と、
   凹状の反射面を有し、前記集光部材から入射する光を前記反射面により光透過型の液晶表示素子に向けて反射する光学部材と、
   前記光学部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置された拡散板と、
   を備え、
   前記光学部材は、
   前記反射面が複数の微小ミラーで構成され、
   複数の前記微小ミラーは、
   前記反射面における第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に複数配列され、
   各前記微小ミラーは、
   凸状または凹状の曲面である、
   ことを特徴とするバックライトユニット。
2. 各前記微小ミラーは、
   前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、
   同一の前記曲率を有する方向における長さが、互いに異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 各前記微小ミラーは、
   前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、
   同一の曲率を有する方向における長さが、前記反射面を同一の前記曲率を有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
4. 各前記微小ミラーは、
   前記曲面が、前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向において、同一の曲率を有し、
   同一の曲率を有する方向における長さが、連続して異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
5. 各前記微小ミラーは、
   前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、
   前記曲面の曲率が、同一の長さを有する方向において、互いに異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
6. 各前記微小ミラーは、
   前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、
   同一の長さを有する方向における前記曲面の曲率が、前記反射面を同一の長さを有する方向において分割した領域ごとに異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
7. 各前記微小ミラーは、
   前記第１方向および前記第２方向の少なくとも一つの方向における長さが同一であり、
   前記曲面が複数の曲率を有する自由曲面であり、
   複数の曲率が、同一の長さを有する方向において、前記集光部材からの入射光に対する前記液晶表示素子への反射光の偏角量に応じて、異なるように形成される、
   請求項１に記載のバックライトユニット。
8. 光透過型の液晶表示素子と、
   バックライトユニットと、
   を少なくとも備え、
   前記バックライトユニットは、
   少なくとも一つの光源と、
   前記光源から出射された光を集光する集光部材と、
   凹状の反射面を有し、前記集光部材から入射する光を前記反射面により前記液晶表示素子に向けて反射する光学部材と、
   前記光学部材と前記液晶表示素子との間の光路上に配置された拡散板と、
   を有し、
   前記光学部材は、
   前記反射面が複数の微小ミラーで構成され、
   複数の前記微小ミラーは、
   前記反射面における第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に複数配列され、
   各前記微小ミラーは、
   凸状または凹状の曲面である、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

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