CN105492958B - 背光单元及显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供可提高所装载的装置的设计自由度的背光单元与具有它的显示装置。背光单元(1)包括：光源(10)，其射出对液晶显示元件(2)进行照明的光；聚光机构，其按照与液晶显示元件(2)的显示区域(A)相对应的方式汇聚光源(10)射出的光；反射部(60)，其具有将光源(10)射出的光朝向液晶显示元件(2)反射的反射面(61)。背光单元(1)按照下述方式构成：通过使反射面(61)相对于光源(10)的光轴(AX)而倾斜，由此，从光源(10)到液晶显示元件(2)的光的光路通过反射部(60)而弯折。

Description

背光单元及显示装置
技术领域
本发明涉及一种背光单元与具有它的显示装置。
背景技术
作为显示规定的图像的显示器，人们知道有通过背光而透射照明液晶显示元件的结构的类型。在专利文献1中，公开有下述的显示装置，该显示装置具有这样的结构的显示器，该显示装置称为所谓的平视显示(HUD)装置。在HUD装置中，将来自显示器的显示光投射于车辆的前挡玻璃上，由此用户(主要是驾驶员)将规定的图像作为虚像而辨认。
在专利文献1的显示器中，从背光用的光源到液晶显示元件的光路形成为一直线，在该光路上调光部件、扩散板以叠置状态而设置，由此，于液晶显示元件的背后构成背光单元。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007—86387号公报
发明内容
发明要解决的课题
像专利文献1的结构那样，如果从背光用的光源到液晶显示元件的光路形成为一直线，则在打算于光源与液晶显示元件之间设置透镜等的光学元件的场合，背光单元呈于液晶显示元件的背后方向而延伸的形状。由此，具有装载背光单元的装置的设计自由度变低的情况。
本发明是针对上述的实际情况而提出的，本发明的目的在于，提供可提高所装载的装置的设计自由度的背光单元与具有它的显示装置。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的第1方案的背光单元的特征在于，该背光单元包括：
光源，该光源射出对液晶显示元件进行照明的光；
聚光机构，该聚光机构按照与上述液晶显示元件的显示区域相对应的方式汇聚该光源射出的光；
反射部，该反射部具有将上述光源射出的光朝向上述液晶显示元件反射的反射面，
该背光单元按照下述方式构成：通过使上述反射面相对于上述光源的光轴而倾斜，由此，从上述光源到上述液晶显示元件的光的光路通过上述反射部而弯折。
为了实现上述目的，本发明的第2方案的显示装置的特征在于，该显示装置包括上述背光单元和上述液晶显示元件，通过以来自上述光源的光来照明上述液晶显示元件，将发出的显示光射出到装置外部，在上述装置外部的规定位置辨认上述显示光所表示的图像。
发明的效果
按照本发明，可提供可提高所装载的装置的设计自由度的背光单元以及具有它的显示装置。
附图说明
图1为用于说明本发明的一个实施方式的HUD装置的装载形态的示意图；
图2为本发明的一个实施方式的HUD装置的外观结构剖视图；
图3为图2所示的HUD装置的显示器附近的放大图；
图4为本发明的一个实施方式的背光单元的外观结构的分解立体图；
图5为用于说明本发明的一个实施方式的背光单元的功能的示意图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的一个实施方式的背光单元进行说明。
本实施方式的背光单元组装于图1所示的HUD装置100上。HUD装置100按照埋入车辆C的仪表盘中的方式设置，像图2所示的那样，包括：由背光单元1和液晶显示元件2构成的显示器3；平面镜4；凹面镜5；外壳6；保护部件7。
HUD装置100通过将从显示器3射出的显示光L投射于车辆C的挡风玻璃S(前挡玻璃)上的方式，显示光L所显示的图像作为虚像V而由用户U(主要是驾驶员)辨认。从显示器3射出的显示光L通过借助来自背光单元1的光，对液晶显示元件2进行透射照明的方式获得，表示规定的图像。
背光单元1像图3所示的那样，包括：光源10；平行光形成机构20；照度均化机构30；透镜阵列40；第1聚焦透镜51；第2聚焦透镜52；反射部60；扩散板70；壳体80；外罩部件90。
平行光形成机构20、照度均化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51、第2聚焦透镜52、反射部60与扩散板70设置于光源10所射出的光的光路上。这些部件从光源10朝向液晶显示元件2，按照平行光形成机构20、照度均化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51、反射部60、第2聚焦透镜52与扩散板70的顺序而设置。
光源10发出对液晶显示元件2进行透射照明的光(在下面也称为照明光I)。光源10由比如2个LED(发光二极管)构成。另外，光源10也可由1个或3个以上的LED构成。光源10安装于固定在壳体80上的电路衬底11(参照图4)上。在电路衬底11中，在由铝、树脂等形成的基材上形成电路布图，通过公知的方法而与后述的控制部(在图中未示出)导通连接。
平行光形成机构20接收来自光源10的照明光I，作为平行光而射出。在这里所说的平行光为与光源10的光轴AX(参照图3)基本平行(还包括正好平行)而行进的光。平行光形成机构20由比如聚光透镜构成。平行光形成机构20也可采用准直透镜等的其它的公知的光学元件。
在照度均化机构30中，射入通过平行光形成机构20而形成平行光的照明光I，谋求射出侧的光的照度分布的均匀化。照度均化机构30由比如光箱构成。该光箱为围绕光轴AX的方筒状的部件，内面(光轴AX侧的面)为镜面。照度均化机构30也可为具有光扩散板、光反射板等的其它的公知的光箱等。
透镜阵列40为多个单个透镜沿纵横而排列的透镜体，称为所谓的复眼透镜。透镜阵列40为比如光源10侧和液晶显示元件2侧的两个面为凸状的所谓的双凸透镜。
在透镜阵列40中射入其照度通过照度均化机构30而进行基本均匀化的照明光I。由于透镜阵列40以构成本身的透镜的数量而产生多个重像，故1个光源10的像为透镜阵列40的透镜的数量的多个重像。由此，即使通过少的光源10，仍可通过均匀的光强度分布，对液晶显示元件2进行照明。
第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52用作聚光机构，该聚光机构按照与液晶显示元件2的显示区域A(参照图5)相对应的方式进行聚光。具体来说，第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52协同地在与显示于液晶显示元件2的前面(图2和图3中的朝向纸面上方向的面)的图像的可显示范围(显示区域A)相对应的背面的整个面，照射来自透镜阵列40的照明光I。由此，将表示由透镜阵列40产生的多重像的照明光I以良好的效率，照射到液晶显示元件2的背面的必要的范围内。
第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52由比如丙烯酸酯透镜构成，两者中的至少一者由曲面(toroidal)透镜构成。即，第1聚焦透镜51的两个面和第2聚焦透镜52的两个面这四个面中的至少一个面构成曲面。由此，由于透过第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52的照明光I呈长方形状而配光，故其对应于一般呈长方形状的多个液晶显示元件2的显示区域A的形状，以良好的效率而照射到液晶显示元件2。
反射部60设置于第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52之间。反射部60由在比如树脂、玻璃等构成的基体上蒸镀铝等的金属，形成反射面61的平面镜构成。反射部60按照反射面61相对光源10的光轴AX而倾斜的方式设置。来自第1聚焦透镜51的照明光I由该反射面61而反射，射入第2聚焦透镜52中。
在本实施方式中，像图3所示的那样，按照从反射部60到液晶显示元件2的照明光I的光路基本与光源10的光轴AX基本相垂直的方式设置反射部60。像这样，反射部60改变照明光I的光路。
扩散板70由比如于至少一个面上进行凹凸加工的合成树脂材料形成，具有透光性。来自第2聚焦透镜52的照明光I借助通过扩散板70的方式，经过扩散而到达液晶显示元件2的背面。像这样，通过设置扩散板70，极力地降低液晶显示元件2的照明的不均匀。
外壳体80由树脂等形成，呈箱状，于其内部接纳有光源10、平行光形成机构20、照度均化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51与反射部60。外壳体80像图4所示的那样，包括上部开口部81和侧部开口部82。上部开口部81朝向液晶显示元件2侧而开口。侧部开口部82朝向光源10侧而开口。上部开口部81和侧部开口部82连通。按照将侧部开口部82封闭的方式设置电路衬底11。电路衬底11通过螺钉等的固定机构(在图中未示出)，固定于外壳体80上。由此，光源10按照将光朝向外壳体80的内部而射出的方式设置。以覆盖上部开口部81中的与光源10相反侧的端部的方式设置第2聚焦透镜52。按照将上部开口部81封闭的方式设置外罩部件90。
外罩部件90像图4所示的那样，由树脂等呈板状而形成，覆盖外壳体80的上部开口部81。外罩部件90通过螺钉90b等的固定机构固定于外壳体80上。在外罩部件90上形成观察第2聚焦透镜52的开口部91。开口部91呈与第2聚焦透镜52的透镜面形状相对应的形状。
通过外壳体80和外罩部件90，构成背光单元1的外壳。
像以上说明的那样，于1个外壳体80的内部设置照度均化机构30、第1聚焦透镜51、反射部60等的光学部件的结构，故背光单元1的组装也容易。另外，由于外罩部件90覆盖必要的部位以外(即，观察第2聚焦透镜52的开口部91以外)的部位，故可防止照明光不必要地泄漏到背光单元1的外部的情况。
液晶显示元件2通过比如于TFT(薄膜晶体管)型的液晶面板的前面和后面上设置偏振片的方式构成。另外，构成液晶显示元件2的液晶面板也可为无源驱动型。另外，液晶面板可采用TN(扭曲向列)型、VA(垂直取向)型、STN(超扭曲向列)型、强感应性型等的各种的类型。
液晶显示元件2根据控制部(在图中未示出)的控制，通过将各像素切换到透射、不透射中的哪个的状态的方式显示规定的图像。比如，控制部从车辆C的ECU(电子控制单元)获得通过通信线路而传送的各种的车辆信息，将表示车辆速度、耗油量等的图像显示于液晶显示元件2中。同时，控制部使光源10发光。由此，液晶显示元件2通过借助背光单元1而形成的照明光I，进行透射照明，表示显示图像的显示光L从液晶显示元件2而射出。
像这样，从由背光单元1和液晶显示元件2构成的显示器3射出显示光L。
返回到图2，平面镜4按照下述方式形成，该方式为：于由树脂、玻璃等构成的基材上蒸镀铝等的金属，形成反射面。平面镜4将显示器3所发出的显示光L朝向凹面镜5反射。
凹面镜5以在由树脂、玻璃等形成的基材上蒸镀铝等的金属的方式形成反射面。凹面镜5的反射面构成凹面，来自显示器3的显示光L经过放大，投射于挡风玻璃S上。由此，由用户U辨认的虚像V为显示于显示器3中的图像被放大的尺寸。
外壳6由树脂等呈箱状而形成，在其内部，接纳平面镜4和凹面镜5。平面镜4和凹面镜5通过公知的方法而固定于外壳6的内部。
外壳6像图2所示的那样，包括上部开口部6a和下部开口部6b。上部开口部6a朝向挡风玻璃S而开口，用作使显示光L通过而到达HUD装置100的外部的射出口。下部开口部6b位于与外壳6的上部开口部6a相反的一侧，在其底端部(图2的纸面下方向的端部)，设置液晶显示元件2。像这样，下部开口部6b按照朝向外壳6的内部而观察液晶显示元件2的显示面的方式形成。
像这样，外壳6按照包围从液晶显示元件2，到用作射出口的上部开口部6a的显示光L的光路的方式形成。
像图2所示的那样，背光单元1位于外壳6的外侧，从下部开口部6b侧而安装于外壳6上。通过比如，借助螺钉8等的固定机构，将外壳体80固定于外壳6上的方式，将背光单元1安装于外壳6上。此时，按照覆盖外壳体80的外罩部件90的开口部91(参照图4)通到外壳6的下部开口部6b(参照图2)的方式安装背光单元1。
保护部件7由树脂等形成，从下侧(图2的纸面下侧)而覆盖安装于外壳6上的背光单元1，通过规定的方法而固定于外壳6上。像这样而设置的保护部件7防止背光单元1受到灰尘、振动等的影响。
如果对用户将HUD装置100的规定的图像以虚像V而辨认的机构进行简单地描述，会得出下述的(1)、(2)的观点。
(1)显示器3显示图像，由此射出显示光L。来自显示器3的显示光L通过平面镜4和凹面镜5而反射，朝向挡风玻璃S。像这样，HUD装置100将显示光L朝向挡风玻璃S而射出。
(2)来自HUD装置100的显示光L通过挡风玻璃S而反射，由此，从用户U而观看，将显示图像的虚像V成像于挡风玻璃S的前方。
像以上说明的背光单元1包括光源10，该光源10射出对液晶显示元件2进行照明的光；聚光机构(第1聚焦透镜51和/或第2聚焦透镜52)，该聚光机构将光源10射出的光按照与液晶显示元件2的显示区域A相对应的方式汇聚；反射部60，该反射部60具有将光源10射出的光朝向液晶显示元件2反射的反射面61，该背光单元1按照下述方式构成，通过使反射面61相对于光源10的光轴AX而倾斜，从光源10到液晶显示元件2的光的光路通过反射部60而弯折。
通过该方案，由于反射部60可将从光源10到液晶显示元件2的光的光路弯折，故不于液晶显示元件2的背面侧呈直线状而设置光学部件也可。
由此，可避免背光单元1以必要以上的程度于液晶显示元件2的背面侧突出的结构。可提高装载背光单元1的装置(显示器3、HUD装置100(显示装置的一个例子))的设置自由度。
另外，在背光单元1中，上述聚光机构由第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52构成，反射部60位于第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52之间。
为了有效地配置对液晶显示元件2进行照明的光，必须要求以某程度确保与聚焦透镜之间的距离。通过像这样，在光学部件之间的距离长的部位设置反射部60，将从光源10到液晶显示元件2的光的光路弯折，可更加良好地避免背光单元1以必要以上的程度向液晶显示元件2的背面侧突出的结构。另外，通过该结构，可使聚光机构接近照度均化机构30，可一边以良好的效率对液晶显示元件2进行照明，一边使构成聚光机构的聚焦透镜小型化。
还有，背光单元1还包括照度均化机构30，来自光源10的光射入该照度均化机构30中，对已射入的光的照度进行基本均匀化处理，将其射出，照度均化机构30位于光源10和上述聚光机构之间，反射部60位于照度均化机构30中的液晶显示元件2一侧。
由此，从结构上，沿光路而延伸的形状的场合多的照度均化机构30(光箱)没有呈一直线地设置于液晶显示元件2的背面上也可，故可更加良好地避免背光单元1以必要以上的程度向液晶显示元件2的背面侧突出的结构。
另外，HUD装置100(显示装置的一个例子)包括背光单元1和液晶显示元件2，将液晶显示元件2通过来自光源10的光(照明光I)而照明，发出的显示光L射出到装置外部，在装置外部的规定位置辨认显示光L所表示的图像。该HUD装置100还包括外壳6，该外壳6具有上部开口部6a，其用作使显示光L通过到装置外部的射出口，该外壳6按照包围从液晶显示元件2到上部开口部6a的显示光L的光路的方式形成，背光单元1设置于外壳6的外侧。
由于在外壳6内部必须确保显示光L的光路，故难以于该内部自由地布置背光单元1。但是，通过像这样，于外壳6的外部设置背光单元1，可提高设计的自由度。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，还可进行各种的变形。在下面给出变形的一个例子。
(变形例)
以上，对聚光机构由2个聚焦透镜构成的例子进行了说明，但是，聚光机构也可由1个或3个以上的聚焦透镜构成。
在聚光机构由1个聚焦透镜构成的场合，从有效地配置向液晶显示元件2的照明光的观点来说，最好反射部60设置于聚焦透镜中的光源10侧。
在聚光机构由3个以上聚焦透镜构成的场合，最好，在它们中的最位于光源10侧的聚焦透镜、与最位于液晶显示元件2侧的聚焦透镜之间设置反射部60。其原因在于：在像前述那样，在光学部件之间的距离长的部位设置反射部60的场合，可更加良好地避免背光单元1以必要以上的程度向液晶显示元件2的背面侧突出的结构。
以上，对反射部60由平面镜构成的例子进行了说明，但是并不限于此。反射部60的反射面61也可由比如，球面、曲面、非球面(コーニック)面、自由曲面形成。
如果像这样而形成，由于可具有反射部60发挥透镜效果，控制液晶显示元件2的配光的功能，故比如即使在聚光机构由1个聚焦透镜构成的情况下，仍可以良好的精度而控制配光。还有，在聚光机构由2个以上的聚焦透镜构成的场合，由于可通过相同的效果削减聚焦透镜的数量，故可谋求空间的节省和成本的降低。
在以上的实施方式中，给出按照从反射部60到液晶显示元件2的照明光I的光路与光源10的光轴AX基本相垂直的方式设置反射部60的例子，但是并不限于此。可对应于所希望的布置，相对光源10的光轴AX以倾斜方式设置反射部60的反射面61。
另外，只要满足液晶显示元件2的照明性能，还可在背光单元1中，适当地追加、删除反射部60以外的反射器等的光学部件。
HUD装置100也可按照不采用平面镜4和凹面镜5中的任意一者的方式构成，还可按照平面镜4和凹面镜5均不采用的方式构成。
还有，在以上的说明中，给出通过车辆C的挡风玻璃S而反射显示光L，由用户U辨认显示图像的例子，但是并不限于此。HUD装置100也可具有专用的装置一体型显示屏，通过借助装置一体型显示屏来反射显示光L的方式，辨认显示图像。
另外，在以上的说明中，将显示装置的一个例子用作HUD装置100而进行了说明，但是并不限于此。如果形成将来自显示器3的显示光L射出到装置外部、在装置外部的规定位置辨认显示光L所表示的图像的显示装置，则也可为HUD装置100以外的显示装置。
还有，在以上的说明中装载HUD装置100的交通工具的一个例子为车辆C，但是并不限于此。HUD装置100也可装载于摩托车等的其它的车辆、建筑机械、农业机械、船舶、航空器等上。
再有，本发明并不限定于以上的实施方式和附图。在不改变本发明的要旨的范围内，可适当地改变(还包括删除组成元件)实施方式和附图。
产业上的利用可能性
本发明可适用于下述背光单元和具有该背光单元的显示装置(平视显示装置)，该背光单元包括：光源，该光源射出对液晶显示元件进行照明的光；聚光机构，该聚光机构按照与液晶显示元件的显示区域相对应的方式汇聚该光源射出的光；反射部，该反射部具有将光源射出的光朝向液晶显示元件反射的反射面。
标号的说明：
标号100 表示HUD装置；
标号1 表示背光单元；
标号10 表示光源；
符号AX 表示光轴；
标号20 表示平行光形成机构；
标号30 表示照度均化机构；
标号40 表示透镜阵列；
标号51 表示第1聚焦透镜；
标号52 表示第2聚焦透镜；
标号60 表示反射部；
标号70 表示扩散板；
标号80 表示外壳体；
标号90 表示外罩部件；
标号I 表示照明光；
标号2 表示液晶显示元件；
标号3 表示显示器；
标号6 表示外壳；
标号6a 表示上部开口部(出射口)；
符号L 表示显示光；
符号V 表示虚像；
符号U 表示用户。

Claims (3)

1.一种平视显示装置，其特征在于，该装置包括：
光源，该光源射出对液晶显示元件进行照明的光；
聚光机构，该聚光机构按照与上述液晶显示元件的显示区域相对应的方式汇聚该光源射出的光；
反射部，该反射部具有将上述光源射出的光朝向上述液晶显示元件反射的反射面；
从该液晶显示元件射出的显示光投射向装置一体型显示屏或车辆的挡风玻璃，由此，该显示光所呈现的图像作为虚像而由用户辨认；
该平视显示装置按照下述方式构成：通过使上述反射面相对于上述光源的光轴而倾斜，由此，从上述光源到上述液晶显示元件的光的光路通过上述反射部而弯折；
该平视显示装置还具有外壳，该外壳具有使上述显示光通过上述装置一体型显示屏或上述挡风玻璃的射出口，该外壳按照包围从上述液晶显示元件到上述射出口的上述显示光的光路的方式形成；
上述光源、上述聚光机构以及上述反射部设置在上述外壳的外部，通过保护部件从下侧覆盖设置在上述外壳外部的上述光源、上述聚光机构以及上述反射部，该保护部件与上述外壳以分体方式构成。
2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于，上述聚光机构由多个聚焦透镜构成；
上述反射部位于上述多个聚焦透镜中的第1聚焦透镜和第2聚焦透镜之间。
3.根据权利要求1或2所述的平视显示装置，其特征在于，还包括照度均化机构，该照度均化机构使来自上述光源的光入射，并使已射入的光的照度基本均匀化，将其射出；
上述照度均化机构位于上述光源与上述聚光机构之间；
上述反射部位于上述照度均化机构中的上述液晶显示元件一侧。
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