特許 5856781 バックライト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5856781

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月10日

(54)【発明の名称】バックライト

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20160128BHJP

   F21V 5/00 20150101ALI20160128BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20160128BHJP

   F21V 5/02 20060101ALI20160128BHJP

   G02F 1/13357 20060101ALI20160128BHJP

   G02B 27/02 20060101ALN20160128BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20160128BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 481

   F21V5/00 530

   F21V5/04 200

   F21V5/02 300

   G02F1/13357

   !G02B27/02

   F21Y101:02

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-182993(P2011-182993)

(22)【出願日】2011年8月24日

(65)【公開番号】特開2013-45649(P2013-45649A)

(43)【公開日】2013年3月4日

【審査請求日】2014年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100105474

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 弘徳

(74)【代理人】

【識別番号】100108589

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 利光

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 健良

(72)【発明者】

【氏名】青木 邦光

【審査官】 柿崎 拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２５８６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００６２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１９３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２０２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ５／０２

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｇ０２Ｆ １／１３３５７

Ｆ２１Ｙ １０１／０２

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスプレイに光を照射するバックライトであって、
複数の光源と、
これらの光源からの光をそれぞれ入光する複数の入光面を有し、これらの入光面に入光した前記光源からの光を同一光軸へ導くプリズム部と、
該プリズム部からの光を集光させて前記ディスプレイへ向かって出射させるレンズ部とを備え、
前記プリズム部は、光源からの光が入光面に対して斜めに入射する斜め入射入光面を有し、前記斜め入射入光面から入光して該プリズム部内を進む光源の光と、他の入光面から入光して前記斜め入射入光面の内面で反射されて前記プリズム部内を進む他の光源の光とが同じ光路を通って前記レンズ部に入射する、
ことを特徴とするバックライト。

【請求項2】

複数の前記光源は、一枚の基板に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。

【請求項3】

前記プリズム部と前記レンズ部とが一体成形された状態にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置等に用いられる液晶ディスプレイのバックライトに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、特に、緊急度の高い情報などを車両のウインドシールド上に虚像表示させ、それを透して視認させる車両の前景と重畳視認させる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置が自動車、列車等の車両に搭載されている。

【0003】

このようなヘッドアップディスプレイ装置としては、液晶ディスプレイと、液晶ディスプレイをバックライト照明する複数のＬＥＤからなるバックライト手段とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバックライト手段を構成するＬＥＤは、ハウジングの小室内にそれぞれ配置され、各ＬＥＤが、液晶ディスプレイの対応する部分をバックライト照明して、輝度を向上するようになっている。各ＬＥＤは、複数色を発光自在であり、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの３原色のＬＥＤより構成し、任意の色をフルカラーで発光させたり、赤色、緑色及び青色の各色のＬＥＤを適宜位置に交互に配置してフルカラー発光させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−３５３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ＬＥＤと、このＬＥＤの光を液晶ディスプレイへ導くレンズとの位置関係は、例えば、レンズの中心軸とＬＥＤの光軸との関係から設定されるが、複数個のチップを持つＬＥＤでは、レンズ内でそれぞれの光軸にずれが発生してしまう。このため、各発光色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）中、例えば、緑色等の一色を単独で発光した状態から、例えば、赤色等の他の色の単独発光に替える場合、レンズ内での光軸のずれにより、輝度低下や輝度ムラを招いてしまうという問題があった。

【0006】

また、装置の小型化・薄型化に伴い、液晶ディスプレイのバックライトも小型化・薄型化が要求されているが、例えば、白色を得るために単色ＬＥＤを合成する構造では、合成させるためのスペースが必要となり、小型化・薄型化を図ることが困難であった。

【0007】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、輝度低下や輝度ムラなどの不具合を抑えつつ小型化・薄型化を図ることが可能なバックライトを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前述した目的を達成するために、本発明に係るバックライトは、下記（１）から（３）を特徴としている。
（１） ディスプレイに光を照射するバックライトであって、
複数の光源と、
これらの光源からの光をそれぞれ入光する複数の入光面を有し、これらの入光面に入光した前記光源からの光を同一光軸へ導くプリズム部と、
該プリズム部からの光を集光させて前記ディスプレイへ向かって出射させるレンズ部とを備え、
前記プリズム部は、光源からの光が入光面に対して斜めに入射する斜め入射入光面を有し、前記斜め入射入光面から入光して該プリズム部内を進む光源の光と、他の入光面から入光して前記斜め入射入光面の内面で反射されて前記プリズム部内を進む他の光源の光とが同じ光路を通って前記レンズ部に入射する、
こと。
（２） 上記（１）の構成のバックライトにおいて、複数の前記光源は、一枚の基板に搭載されていること。
（３） 上記（１）または（２）の構成のバックライトにおいて、前記プリズム部と前記レンズ部とが一体成形された状態にあること。

【0009】

上記（１）の構成のバックライトでは、それぞれの光源の発光色を異ならせ、複数の光源を切り替えて発光させることにより、それぞれ異なる発光色の光をレンズ部から出射させることができる。また、これらの光源を同時に発光させることにより、これらの光源からのそれぞれの光を合成させてレンズ部から出射させることができる。
しかも、それぞれの光源からの光をプリズム部が同一光軸へ導くので、光軸のずれによる輝度低下や輝度ムラをなくすことができる。
また、プリズム部によって各光源の光を合成させるので、各光源の光をそれぞれ個別にディスプレイへ出射させるものと比較し、小型化・薄型化を図ることができる。
上記（２）の構成のバックライトでは、複数の光源を一枚の基板に搭載させたことにより、さらなる小型化・薄型化を図ることができ、しかも、組み付け性の向上及びコスト低減を図ることができる。
上記（３）の構成のバックライトでは、プリズム部からレンズ部への光の伝達効率を高めることができ、光を良好に照射させることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、輝度低下や輝度ムラなどの不具合を抑えつつ小型化・薄型化を図ることが可能なバックライトを提供できる。

【0011】

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、ヘッドアップディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係るバックライトの構成を説明する側面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るバックライトを構成する集光レンズの斜視図である。

【図4】図４は、変形例に係るバックライトの構成を説明する側面図である。

【図5】図５は、参考例に係るバックライトの構成を説明する図であって、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ異なる方向から視た側面図である。

【図6】図６は、参考例に係るバックライトを構成する集光レンズの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る実施の形態の例を、図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、ヘッドアップディスプレイ装置の外観を示す斜視図、図２は、実施形態に係るバックライトの構成を説明する側面図、図３は、実施形態に係るバックライトを構成する集光レンズの斜視図である。

【0015】

図１に示すように、車両に設置されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１１は、下ケース１２と上ケース１３とを備えている。このヘッドアップディスプレイ装置１１は、上ケース１３に、液晶ディスプレイ（ディスプレイ）１４が設けられている。

【0016】

図２に示すように、液晶ディスプレイ１４の下方には、下ケース１２内に収容されたバックライト１５が配置されており、このバックライト１５の照明光によって液晶ディスプレイ１４の映像が車両のフロントガラスへ投影される。液晶ディスプレイ１４のバックライト１５側には、バックライト１５の光を拡散させる拡散板１６が設けられている。

【0017】

バックライト１５は、集光レンズ２１と、二つの光源２２，２３とを備えている。

【0018】

集光レンズ２１は、例えば、ガラスまたは樹脂などの高屈折率材料で形成されたもので、レンズ部３１とプリズム部３２とを有している。これらのレンズ部３１とプリズム部３２とは一体成形されている。

【0019】

図３に示すように、レンズ部３１は、半球面からなる曲面を有するレンズ面３３と、このレンズ面３３よりもプリズム部３２側に形成されたフランジ部３４とを有している。

【0020】

レンズ部３１に設けられたフランジ部３４には、取付孔３４ａが形成されており、これらの取付孔３４ａへ固定ボルト（図示略）を挿通し、ヘッドアップディスプレイ装置のフレーム等へ固定して支持することができるようになっている。

【0021】

プリズム部３２は、二つの入光面３７，３８を有した側面視三角形状に形成されている。

【0022】

一方の入光面３７は、レンズ部３１の中心軸Ｘに対して傾き角αで傾斜した傾斜面とされており、他方の入光面３８は、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿う平行面とされている。そして、これらの入光面３７，３８に、光源２２，２３から出射される光Ｌ１，Ｌ２が入射される。中心軸Ｘに対する入光面３７の傾き角αとしては、約４５°とされている。

【0023】

光源２２，２３は、それぞれ異なる発光色の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなるもので、伝熱性に優れたアルミニウム等の基板４１に実装されている。なお、この基板４１には、その裏面側に伝熱シートを介してヒートシンクを取り付けても良く、このようにすると、光源２２，２３で発生した熱を良好に放熱することができる。

【0024】

一方の光源２２は、出射した光Ｌ１がプリズム部３２の入光面３７に入射した後に、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿って進むように配置されている。

【0025】

したがって、一方の入光面３７に入射した一方の光源２２からの光Ｌ１は、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿ってプリズム部３２及びレンズ部３１内を通過し、レンズ部３１のレンズ面３３から出射される。

【0026】

また、他方の光源２２は、出射した光Ｌ２がプリズム部３２の入光面３８に入射した後に、レンズ部３１の中心軸Ｘに対して略垂直に進み、その後、中心軸Ｘに対して約４５°の傾き角αの入光面３７の内面で反射し、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿って進むように配置されている。

【0027】

したがって、他方の入光面３８に入射した他方の光源２３からの光Ｌ２は、プリズム部３２内を、レンズ部３１の中心軸Ｘに略垂直方向に進み、入光面３７の内面で全反射し、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿ってプリズム部３２及びレンズ部３１内を通過し、レンズ部３１のレンズ面３３から出射される。

【0028】

上記のバックライト１５では、異なる発光色で発光する光源２２，２３を切り替えて発光させると、それぞれ異なる発光色の光Ｌ１または光Ｌ２がレンズ部３１のレンズ面３３から出射される。また、これらの光源２２，２３を同時に発光させると、これらの光源２２，２３からの光Ｌ１及び光Ｌ２がプリズム部３２内で合成されてレンズ部３１のレンズ面３３から出射される。

【0029】

このように、上記実施形態に係るバックライト１５によれば、それぞれの光源２２，２３の発光色を異ならせ、複数の光源２２，２３を切り替えて発光させることにより、それぞれ異なる発光色の光Ｌ１，Ｌ２をレンズ部３１から出射させることができ、また、これらの光源２２，２３を同時に発光させることにより、これらの光源２２，２３からのそれぞれの光Ｌ１．Ｌ２を合成させてレンズ部３１から出射させることができる。

【0030】

しかも、それぞれの光源２２，２３からの光Ｌ１，Ｌ２をプリズム部３２がレンズ部３１の中心軸Ｘに沿った同一光軸へ導くので、光軸のずれによる輝度低下や輝度ムラをなくすことができる。

【0031】

また、プリズム部３２によって各光源２２，２３の光Ｌ１，Ｌ２を合成させるので、各光源２２，２３の光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ個別に液晶ディスプレイ１４へ出射させるものと比較し、小型化・薄型化を図ることができる。

【0032】

また、プリズム部３２とレンズ部３１とが一体成形されているので、プリズム部３２からレンズ部３１への光Ｌ１，Ｌ２の伝達効率を高めることができ、光を良好に照射させることができる。

【0033】

なお、集光レンズ２１は、レンズ部３１に別体のプリズム部３２を接着剤等によって接着固定して構成しても良い。レンズ部３１とプリズム部３２とを別体とすると、プリズム部３２からレンズ部３１への光Ｌ１，Ｌ２の伝達効率が低下するおそれがあるが、光源２２，２３の光度を高めることで、伝達効率の低下を補うことができる。

【0034】

次に、変形例に係るバックライトについて説明する。

【0035】

図４は、変形例に係るバックライトの構成を説明する側面図である。

【0036】

図４に示すように、この変形例に係るバックライト１５Ａでは、一枚の基板４１に複数の光源２２，２３が搭載されている。具体的には、光源２３は、光源２２が搭載された基板４１の延長させた部分に搭載されている。

【0037】

また、このバックライト１５Ａでは、集光レンズ２１を構成するプリズム部３２が、二つの入光面３７，３８及び一つの反射面３９を有する側面視略平行四辺形に形成されている。

【0038】

一方の入光面３７は、レンズ部３１の中心軸Ｘに対して傾き角αで傾斜した傾斜面とされており、他方の入光面３８は、レンズ部３１の中心軸Ｘに対して略垂直面とされている。また、反射面３９は、入光面３７と略平行な傾斜面とされている。

【0039】

一方の入光面３７に入射した一方の光源２２からの光Ｌ１は、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿ってプリズム部３２及びレンズ部３１内を通過し、レンズ部３１のレンズ面３３から出射される。また、他方の入光面３８に入射した他方の光源２３からの光Ｌ２は、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿ってプリズム部３２を進み、反射面３９で略直角に全反射され、レンズ部３１の中心軸Ｘに略垂直方向に進み、入光面３７の内面で全反射し、レンズ部３１の中心軸Ｘに沿ってプリズム部３２及びレンズ部３１内を通過し、レンズ部３１のレンズ面３３から出射される。

【0040】

このように、上記実施形態に係るバックライト１５Ａの場合も、それぞれの光源２２，２３の発光色を異ならせ、複数の光源２２，２３を切り替えて発光させることにより、それぞれ異なる発光色の光Ｌ１，Ｌ２をレンズ部３１から出射させることができ、また、これらの光源２２，２３を同時に発光させることにより、これらの光源２２，２３からのそれぞれの光Ｌ１．Ｌ２を合成させてレンズ部３１から出射させることができる。

【0041】

しかも、それぞれの光源２２，２３からの光Ｌ１，Ｌ２をプリズム部３２がレンズ部３１の中心軸Ｘに沿った同一光軸へ導くので、光軸のずれによる輝度低下や輝度ムラをなくすことができる。

【0042】

また、プリズム部３２によって各光源２２，２３の光Ｌ１，Ｌ２を合成させるので、各光源２２，２３の光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ個別に液晶ディスプレイ１４へ出射させるものと比較し、小型化・薄型化を図ることができる。

【0043】

特に、複数の光源２２，２３を一枚の基板４１に搭載させたことにより、さらなる小型化・薄型化を図ることができ、しかも、組み付け性の向上及びコスト低減を図ることができる。

【0044】

なお、このバックライト１５Ａでは、プリズム部３２の反射面３９で光源２３からの光Ｌ２を全反射させても良いが、この反射面３９にアルミ蒸着等を施すことにより、反射処理を行っても良い。

【0045】

ここで、本発明の更なる優位性を説明するため、図５及び図６に参考例を示す。

【0046】

図５は、参考例に係るバックライトの構成を説明する図であって、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ異なる方向から視た側面図、図６は、参考例に係るバックライトを構成する集光レンズの斜視図である。

【0047】

図５に示すように、参考例に係るバックライト１は、基板２に搭載された複数の光源３，４と、集光レンズ５とを備えており、このバックライト１は、拡散板６を備えた液晶ディスプレイ７に光を照射する。図６に示すように、バックライト１を構成する集光レンズ５は、それぞれの光源３，４に対応した複数のレンズ部８，９を有している。

【0048】

このように、このバックライト１は、それぞれの光源３，４に対応したレンズ部８，９を有する集光レンズ５を備えているので、大型化及びコストアップを招いてしまう。

【0049】

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【符号の説明】

【0050】

１４ 液晶ディスプレイ（ディスプレイ）
１５，１５Ａ バックライト
２２，２３ 光源
３１ レンズ部
３２ プリズム部
３７，３８ 入光面
４１ 基板
Ｌ１，Ｌ２ 光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】