DE102018214868B4

DE102018214868B4 - Hintergrundbeleuchtungseinheit und Head-up-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102018214868B4
Application number: DE102018214868.6A
Authority: DE
Inventors: Noriaki NARUSHIMA
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2038-09-01
Also published as: JP6663891B2; US10712617B2; JP2019045781A; CN109459853A; DE102018214868A1; US20190072799A1

Abstract

Hintergrundbeleuchtungseinheit (20A), die umfasst:wenigstens eine Lichtquelle (21),ein Lichtsammelglied (23), das von der Lichtquelle (21) emittiertes Licht sammelt,ein optisches Glied (25), das eine konkave Reflexionsfläche (26) aufweist und von dem Lichtsammelglied (23) eingehendes Licht zu einem lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeigeelement (10) durch die Reflexionsfläche (26) reflektiert,eine Polarisierungsplatte (29), die an einer Position angeordnet ist, an welcher ein optischer Pfad zwischen dem optischen Glied (25) und dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) zurückgebogen ist, einen Teil des durch das optische Glied (25) reflektierten Lichts durchlässt und den Rest des Lichts zu dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) reflektiert, undeine Streuplatte (30), die an einem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte (29) und dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) angeordnet ist,wobei die Reflexionsfläche (26) des optischen Glieds (25) eine Vielzahl von Mikrospiegeln (27) umfasst,wobei jeder Mikrospiegel (27) eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, undwobei die Polarisierungsplatte (29) in einer ersten Richtung orthogonal zu einer Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallanzeigeelement (10) durchgelassenen Lichts oszillierendes Lichts durchlässt und in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, oszillierendes Licht reflektiert.

Description

1. Erfindungsfeld
Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtungseinheit und eine Head-up-Anzeigevorrichtung.
2. Stand der Technik
Herkömmlicherweise wird eine Hintergrundbeleuchtungseinheit für eine Head-up-Anzeigevorrichtung oder ähnliches verwendet. Zum Beispiel wird in dem offengelegten japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016 - 65 908 A , nachdem Licht einer Lichtquelle zu parallelem Licht durch eine Parallellicht-Erzeugungseinrichtung gewandelt wurde, Licht einer Vielzahl von Lichtquellenbildern aus dem parallelen Licht durch eine Linsenanordnung erzeugt und an einem Flüssigkristallpanel über eine Sammellinse oder ähnliches gesammelt, um eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit des Flüssigkristallpanels zu reduzieren. Weiterhin ist in dem offengelegten japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016 - 65 908 A ein reflektierender Teil an einem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem Flüssigkristallpanel angeordnet, um den optischen Pfad zurückzubiegen und dadurch die Länge der Hintergrundbeleuchtungseinheit in einer Tiefenrichtung zu verkürzen.
In den letzten Jahren wurde der Gesamtleuchtfluss, der für eine Vergrößerung des Bildschirms einer Head-up-Anzeigevorrichtung, eine Vergrößerung einer Augen-Box und eine höhere Leuchtstärke eines Flüssigkristallpanels erforderlich ist, vergrößert, um die Leuchtstärke an einem Flüssigkristallpanel zu vergrößern, was Raum für eine Verbesserung hinsichtlich des durch das Licht einer Hintergrundbeleuchtung verursachten Temperaturanstiegs eines Flüssigkristallpanels lässt.
Aus US 2014 / 0 022 645 A1 ist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit mit einer Lichtquelle, einem Lichtsammelglied, einem optischen Glied und einer Streuplatte bekannt. Die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des optischen Glieds umfasst jeweils eine Vielzahl von Mikrolinsen.
Aus US 2008 / 0 316 392 A1 ist eine Ausgestaltung einer LCD Einheit mit einer weiteren Polarisierungsplatte bekannt.
Aus US 2017 / 0 299 922 A1 ist ein gattungsgemäßes Head-Up Display mit zurückgebogenem optischen Pfad mit Lichtsammelglied, einem optischen Glied, einer Streuplatte und einem LCD Element bekannt.
Aus JP 2015 - 007 717 A ist eine Head-up-Anzeigevorrichtung mit einer Reflexionsfläche als Mikrospiegel-Array bekannt.
Aus US 2006 / 0 187 380 A1 ist eine Vorrichtung aufweisend eine reflektive Polarisierungsplatte in Verbindung mit einem LCD Display gezeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit und eine Head-up-Anzeigevorrichtung vorzusehen, die einen durch das Beleuchtungslicht verursachten Temperaturanstieg eines Flüssigkristallpanels unterdrücken können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, umfasst eine Hintergrundbeleuchtungseinheit: wenigstens eine Lichtquelle; ein Lichtsammelglied, das von der Lichtquelle emittiertes Licht sammelt; ein optisches Glied, das eine konkave Reflexionsfläche aufweist und von dem Lichtsammelglied eingehendes Licht zu einem lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeigeelement durch die Reflexionsfläche reflektiert; eine Polarisierungsplatte, die an einer Position angeordnet ist, an welcher ein optischer Pfad zwischen dem optischen Glied und dem Flüssigkristallanzeigeelement zurückgebogen ist, einen Teil des durch das optische Glied reflektierten Lichts durchlässt und den Rest des Lichts zu dem Flüssigkristallanzeigeelement reflektiert; und eine Streuplatte, die an einem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte und dem Flüssigkristallanzeigeelement angeordnet ist. Die Reflexionsfläche des optischen Glieds umfasst eine Vielzahl von Mikrospiegeln, wobei jeder Mikrospiegel eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist und die Polarisierungsplatte in einer ersten Richtung orthogonal zu einer Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallanzeigeelement durchgelassenen Lichts oszillierendes Lichts durchlässt und in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, oszillierendes Licht reflektiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Head-up-Anzeigevorrichtung: ein lichtdurchlässiges Flüssigkristallanzeigeelement und eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß Anspruch 1.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Vorderansicht einer Mikrospiegelanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Mikrospiegelanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Mikrospiegels gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
7 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrolinsenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Hintergrundbeleuchtungseinheit und einer Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Komponenten der hier beschriebenen Ausführungsformen können auch dem Fachmann bereits bekannte Komponenten umfassen. Außerdem können verschiedene Weglassungen, Ersetzungen oder Änderungen an den Komponenten der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Weiterhin können die hier beschriebenen Konfigurationen auf beliebige Weise kombiniert werden.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Vorderansicht einer Mikrospiegelanordnung gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Mikrospiegelanordnung gemäß der ersten Ausführungsform. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Mikrospiegels gemäß der ersten Ausführungsform. 2 (und 6 und 7) zeigen Positionsbeziehungen zwischen Elementen, wenn die Hintergrundbeleuchtungseinheit von einer Seite betrachtet wird. 3 ist eine Vorderansicht der Mikrospiegelanordnung von einer Reflexionsflächenseite aus gesehen.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Head-up-Anzeigevorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform in einem Armaturenbrett (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) wie etwa eines Autos angeordnet und projiziert ein Anzeigebild auf eine Windschutzscheibe 101. Die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 projiziert ein Anzeigebild auf die Windschutzscheibe 101 und zeigt ein virtuelles Bild 110 vor einem Augenpunkt 201 eines Fahrers 200 an. Der Augenpunkt 201 ist eine vorbestimmte Position und entspricht einer Augenpunktposition des auf einem Fahrersitz (nicht gezeigt) sitzenden Fahrers 200. Der Fahrer 200 erkennt ein durch die Windschutzscheibe 101 reflektiertes Bild als das virtuelle Bild 110. Für den Fahrer 200 ist das virtuelle Bild 110 vor der Windschutzscheibe 101 zu erkennen. Die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 umfasst einen Vergrößerungsspiegel 2 und eine Anzeigeeinheit 3. Der Vergrößerungsspiegel 2 reflektiert von der Anzeigeeinheit 3 zu der Windschutzscheibe 101 emittiertes Anzeigelicht. Der Vergrößerungsspiegel 2 besteht zum Beispiel aus einem asphärischen Spiegel. Die Anzeigeeinheit 3 emittiert Anzeigelicht in Entsprechung zu einem Anzeigebild. Die Anzeigeeinheit 3 umfasst ein Flüssigkristallpanel 10 und eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A.
Das Flüssigkristallpanel 10 ist ein Flüssigkristallanzeigeelement. Das Flüssigkristallpanel 10 besteht zu Beispiel aus einem lichtdurchlässigen oder halbdurchlässigen Dünnfilmtransistor (TFT)-Flüssigkristalldisplay. Wenn das Flüssigkristallpanel 10 von einer Rückseite beleuchtet wird, emittiert eine Anzeigefläche an einer vorderen Seite Licht. Das Flüssigkristallpanel 10 zeigt ein Anzeigebild mit Nummern, Buchstaben und Figuren in Reaktion auf einen Steuerbefehl von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) in einem Fahrzeug an.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A bestrahlt das Flüssigkristallpanel 10 mit Licht von der Rückseite. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A wird mit einer von einer Stromquelle (nicht gezeigt) erhaltenen Gleichstromleistung betrieben. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A eine Lichtquelle 21, ein Lichtsammelglied 23, eine Mikrolinsenanordnung 25, eine Polarisierungsplatte 29 und eine Streuplatte 30.
Die Lichtquelle 21 besteht aus einer Licht emittierenden Diode (LED). Die Lichtquelle 21 wird mit einer von einer Stromquelle in einem Fahrzeug erhaltenen Gleichstromleistung betrieben. Die Lichtquelle 21 wird in Reaktion auf ein EIN/AUS-Signal von der Steuereinheit ein-/ausgeschaltet. Die LED ist zum Beispiel an einem Substrat (nicht gezeigt) fixiert. Eine Wärmesenke (nicht gezeigt) kann an einer Rückseite des Substrats fixiert sein. Die Wärmesenke gibt an dem Substrat akkumulierte Wärme von der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A nach außen ab.
Das Lichtsammelglied 23 sammelt von der Lichtquelle 21 emittiertes Licht. Das Lichtsammelglied 23 ist eine Sammellinse, die zum Beispiel aus Glas oder einem transparenten Kunstharz ausgebildet ist. Das Lichtsammelglied 23 umfasst eine konvex gekrümmte Linsenfläche 23a, einen Linsenhauptkörperteil 23b, der die Linsenfläche 23 aufweist, und einen Flanschteil 23c, der entlang eines Außenumfangs des Linsenhauptkörperteils 23b vorgesehen ist.
Die Mikrolinsenanordnung 25 ist ein optisches Glied. Die Mikrolinsenanordnung 25 besteht zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial. Die Mikrolinsenanordnung 25 weist eine konkave Reflexionsfläche 26 auf und reflektiert von dem Lichtsammelglied 23 eintretendes Licht mittels der Reflexionsfläche 26 zu dem Flüssigkristallpanel 10. In der Mikrolinsenanordnung 25 besteht die Reflexionsfläche 26 aus einer Vielzahl von Mikrospiegeln 27. In der Mikrolinsenanordnung 25 sind die Vielzahl von Mikrospiegeln 27 in einem facettierten Gittermuster angeordnet. Wie in 3 gezeigt, sind die Vielzahl von Mikrospiegeln 27 zum Beispiel in einer X-Richtung und in einer Y-Richtung orthogonal zu der X-Richtung an der Reflexionsfläche 26 angeordnet. Jeder der Mikrospiegel 27 weist zum Beispiel eine von vorne gesehen rechteckige Form auf. Jeder Mikrospiegel 27 weist eine lange Seite mit einer Länge x in der X-Richtung und eine kurze Seite mit einer Länge y in der Y-Richtung auf. Mit anderen Worten weist der Mikrospiegel 27 eine Spiegelbreite mit der Länge x in der X-Richtung und eine Spiegelhöhe mit der Länge y in der Y-Richtung auf. Die Mikrospiegel 27 dieser Ausführungsform weisen Spiegelbreiten mit einer identischen Länge in der X-Richtung und Spiegelhöhen mit einer identischen Länge in der Y-Richtung auf. Jeder Mikrospiegel 27 kann eine Spiegelbreite und eine Spiegelhöhe mit einer identischen Länge aufweisen. Wie in 4 gezeigt, weist der Mikrospiegel 27 eine konvex gekrümmte Fläche auf. Der Mikrospiegel 27 dieser Ausführungsform ist zum Beispiel eine konvexe teilsphärische Fläche. Der Mikrospiegel 27 weist einen identischen Krümmungsradius R in den X- und Y-Richtungen auf. Das heißt, dass die Mikrospiegel 27 jeweils eine identische Krümmung 1/R in den X- und Y-Richtungen aufweisen. Weiterhin weisen die Mikrospiegel 27 jeweils ein identisches Intervall Px in der X-Richtung und ein identisches Intervall Py in der Y-Richtung auf. Dabei entspricht das Intervall P (Px, Py) der Distanz zwischen Mittenpunkten von zwei benachbarten Mikrospiegeln 27. Die Mikrospiegel 27 weisen einen identischen Divergenzwinkel ϕ in den X- und Y-Richtungen auf. Wie in 2 gezeigt, ist der Divergenzwinkel ϕ ein Winkel, mit dem sich das durch die Mikrospiegel 27 reflektierte Licht 11 in Bezug auf eine optische Achse spreizt. Wenn der Divergenzwinkel ϕ größer wird, ist das Auftreten einer ungleichmäßigen Leuchtstärke der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A wahrscheinlich. Deshalb beträgt der Divergenzwinkel ϕ vorzugsweise 50° oder weniger in seiner vollen Breite.
Die Polarisierungsplatte 29 ist an einer Rückbiegungsposition eines optischen Pfads zwischen der Mikrolinsenanordnung 25 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet, lässt einen Teil des durch die Mikrospiegelanordnung 25 reflektierten Lichts durch und reflektiert den Rest zu dem Flüssigkristallpanel 10. Die Polarisierungsplatte 29 ist eine sogenannte reflexive Polarisierungsplatte. Eine reflexive Polarisierungsplatte lässt zum Beispiel linear polarisiertes Licht, das in einer Oszillationsrichtung oszilliert, durch und reflektiert linear polarisiertes Licht, das in der anderen Oszillationsrichtung oszilliert. Die Polarisierungsplatte 29 dieser Ausführungsform lässt das in einer ersten Richtung orthogonal zu einer Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts oszillierende Licht 11 durch und reflektiert das in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, oszillierende Licht. Die Polarisierungsplatte 29 ist zum Beispiel eine Drahtgitter-Polarisierungsplatte. In einer Drahtgitter-Polarisierungsplatte ist ein Metallmaterial auf ein Substrat gedampft und ist ein drahtartiges Gitter durch ein feines Ätzen auf einer Nanometerebene ausgebildet.
Die Streuplatte 30 ist in der Form einer Schicht oder dünnen Platte ausgebildet und an einem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte 29 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet. Die Streuplatte 30 streut das durch die Polarisierungsplatte 29 reflektierte Licht zu dem Flüssigkristallpanel 10.
Im Folgenden wird der Betrieb der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 2 und 5 beschrieben. Zuerst tritt wie in 2 gezeigt das von der Lichtquelle 21 emittierte Licht 11 in das Lichtsammelglied 23 ein. Das in das Lichtsammelglied 23 eintretende Licht 11 wird durch den Linsenhauptkörperteil 23b durchgelassen und von der Linsenfläche 23a emittiert. Das von der Linsenfläche 23a emittierte Licht 11 wird an der Mikrolinsenanordnung 25 gesammelt. Das an der Mikrolinsenanordnung 25 gesammelte Licht 11 kann ein paralleles Licht, ein divergentes Licht oder ein konvergentes Licht sein. Wenn zum Beispiel das von dem Lichtsammelglied 23 in die Mikrolinsenanordnung 25 eintretende Licht 11 ein divergentes Licht ist, kann das Lichtsammelglied 23 kleiner vorgesehen werden als die Mikrolinsenanordnung 25 und kann die Länge des optischen Pfads verkürzt werden.
Das in die Mikrolinsenanordnung 25 eintretende Licht 11 wird durch die Reflexionsfläche 26 zu der Polarisierungsplatte 29 reflektiert. Vorzugsweise kann die Reflexionsfläche 26 dieser Ausführungsform eine konkave Form aufweisen, sodass das in die Mikrolinsenanordnung 25 eintretende Licht 11 an dem Flüssigkristallpanel 10 gesammelt wird. Wie in 5 gezeigt, bilden die Vielzahl von Mikrospiegeln 27 der Reflexionsfläche 26 ein Lichtquellenbild 12 in der Nähe einer Fläche gegenüber der Reflexionsfläche 26 durch das eintretende Licht 11. Vorzugsweise weisen die Mikrospiegel 27 jeweils eine konvex gekrümmte Flächenform auf, sodass das Flüssigkristallpanel 10 mit dem Licht 11 von jedem Lichtquellenbild 12 bestrahlt wird. Von dem in die Polarisierungsplatte 29 eintretenden Licht 11 wird linear polarisiertes Licht in einer Oszillationsrichtung durchgelassen und wird linear polarisiertes Licht in der anderen Oszillationsrichtung reflektiert. Das heißt, dass das in der Richtung (ersten Richtung) orthogonal zu der Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts oszillierende Licht 11 durch die Polarisierungsplatte 29 gelassen wird und das in der Richtung (zweiten Richtung), die die Richtung kreuzt, oszillierende Licht 11 zu dem Flüssigkristallpanel 10 durch die Polarisierungsplatte 29 reflektiert wird. Das durch die Polarisierungsplatte 29 reflektierte Licht 11 wird durch die Streuplatte 30 durchgelassen und tritt in das Flüssigkristallpanel 10 ein. Das in das Flüssigkristallpanel 10 eintretende Licht 11 ist ein in einer Richtung, die mit der Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts zusammenfällt, oszillierendes Licht und ist somit ein geeignetes Licht für das Beleuchten des Flüssigkristallpanels 10. Wenn ein optisches Element an dem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte 29 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet ist, bleibt das durch die Polarisierungsplatte 29 reflektierte linear polarisierte Licht vorzugsweise unverändert, bevor es das Flüssigkristallpanel 10 erreicht, indem ein Kunstharz mit einer niedrigen Doppelbrechung für das optische Element oder ein Material mit einem geringen Einfluss auf das polarisierte Licht wie etwa ein optisches Glas verwendet wird.
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A gemäß dieser Ausführungsform die Lichtquelle 21, das Lichtsammelglied 23, das das von der Lichtquelle 21 emittierte Licht 11 sammelt, die Mikrolinsenanordnung 25, die die konkave Reflexionsfläche 26 aufweist und das von dem Lichtsammelglied 23 eintretende Licht 11 zu dem Flüssigkristallpanel 10 durch die Reflexionsfläche 26 reflektiert, die Polarisierungsplatte 29, die an der Rückbiegungsposition, an welcher der optische Pfad zwischen der Mikrolinsenanordnung 25 und dem Flüssigkristallpanel 10 zurückgebogen ist, angeordnet ist, einen Teil des durch die Mikrolinsenanordnung 25 reflektierten Lichts durchlässt und den Rest desselben zu dem Flüssigkristallpanel 10 reflektiert, und die Streuplatte 30, die an dem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte 29 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet ist. In der Mikrolinsenanordnung 25 besteht die Reflexionsfläche 26 aus der Vielzahl von Mikrospiegeln 27. Jeder Mikrospiegel 27 ist eine konvex gekrümmte Fläche. Die Polarisierungsplatte 29 lässt das in der ersten Richtung orthogonal zu der Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts oszillierende Licht 11 durch und reflektiert das in der zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, oszillierende Licht 11.
Außerdem umfasst die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform den Vergrößerungsspiegel 2, das Flüssigkristallpanel 10 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A.
In der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A und der Head-up-Anzeigevorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist die Polarisierungsplatte 29 an einer von dem Flüssigkristallpanel 10 fernen Position angeordnet, um Wärme aus dem nicht durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Licht zu empfangen. Deshalb kann ein Temperaturanstieg des Flüssigkristallpanels 10 unterdrückt werden. Dank der Unterdrückung des Temperaturanstiegs kann das Flüssigkristallpanel 10 für eine Head-up-Anzeigevorrichtung mit einem größeren Anzeigesichtwinkel verwendet werden.
Wenn weiterhin in der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A und der Head-up-Anzeigevorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration zum Beispiel ein herkömmlicher Reflexionsspiegel für das Zurückbiegen eines optischen Pfads durch die Polarisierungsplatte 29 ersetzt wird, erreicht das durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassene Licht das Flüssigkristallpanel 10. Deshalb ist die Lichtdurchlässigkeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Reflexionsspiegel verdoppelt. Daraus resultiert, dass bei einer Anzeigehelligkeit des Flüssigkristallpanels 10, die derjenigen entspricht, die bei Verwendung eines Reflexionsspiegels mit zum Beispiel einem Reflexionsfilm aus Aluminium erhalten wird, die Leuchtstärke des Flüssigkristallpanels 10 ungefähr halb so groß ist, wodurch ein durch das Beleuchtungslicht verursachter Temperaturanstieg des Flüssigkristallpanels 10 unterdrückt werden kann.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Polarisierungsplatte 29 und das Flüssigkristallpanel 10 derart angeordnet, dass die optischen Pfade zwischen dem Lichtsammelglied 23 und dem Flüssigkristallpanel 10 einander nicht kreuzen, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. 6 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt, sind in einer Hintergrundbeleuchtungseinheit 20B gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform die Polarisierungsplatte 29 und das Flüssigkristallpanel 10 derart angeordnet, dass die von der Polarisierungsplatte 29 zu dem Flüssigkristallpanel 10 zurückgebogenen optischen Pfade die optischen Pfade zwischen dem Lichtsammelglied 23 und der Mikrolinsenanordnung 25 kreuzen. Auf diese Weise können ähnliche Effekte wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhalten werden und kann gleichzeitig die gesamte Einheit verkleinert werden.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden werden eine Hintergrundbeleuchtungseinheit und die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. 7 ist eine schematische Konfigurationsansicht der Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrolinsenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform.
Eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20A der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass ein optischer Pfad zwischen der Lichtquelle 21 und dem Flüssigkristallpanel 10 nicht zurückgebogen ist. In der zweiten Ausführungsform werden identische Bezugszeichen für Komponenten verwendet, die mit denjenigen der ersten Ausführungsform und der Modifikation identisch sind, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird.
Wie in 7 gezeigt, umfasst die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20c die Lichtquelle 21, das Lichtsammelglied 23, eine Mikrolinsenanordnung 35, zwei Sammellinsen 31, die Streuplatte 30 und eine Polarisierungsplatte 32.
Das Lichtsammelglied 23 dieser Ausführungsform ist eine halbkugelförmige Sammellinse, die eine Linsenfläche 23a mit einer Halbkugelform aufweist.
Die Mikrolinsenanordnung 35 ist ein optisches Glied. Die Mikrolinsenanordnung 35 ist zum Beispiel aus Glas oder einem transparenten Kunstharz ausgebildet. Die Mikrolinsenanordnung 35 weist eine Eintrittsfläche 35a, an der durch das Lichtsammelglied 23 gesammeltes Licht eintritt, und eine Austrittsfläche 35b, an der von der Eintrittsfläche 35a eintretendes Licht austritt, auf. Die Mikrolinsenanordnung 35 lässt das von der Eintrittsfläche 35a eintretende Licht 11 von der Austrittsfläche 35b zu dem Flüssigkristallpanel 10 durch. Die Mikrolinsenanordnung 35 besteht aus einer Vielzahl von Mikrolinsen 37. Die Mikrolinsenanordnung 35 weist eine sogenannte facettierte Linsenfläche auf. Die Vielzahl von Mikrolinsen 37 sind in einem Gittermuster an der Eintrittsfläche 35a (oder der Austrittsfläche 35b) angeordnet. Wie in 3 gezeigt, sind die Vielzahl von Mikrolinsen 37 zum Beispiel in den X- und Y-Richtungen an der Eintrittsfläche 35a (oder der Austrittsfläche 35b) angeordnet. Jede Mikrolinse 37 weist eine konvex gekrümmte Fläche auf. Wie in 8 gezeigt, weist die Mikrolinse 37 dieser Ausführungsform eine konvexe teilsphärische Fläche auf. Die teilsphärische Fläche weist zum Beispiel einen identischen Krümmungsradius R in den X- und Y-Richtungen auf. Das heißt, dass die Mikrolinse 37 eine identische Krümmung 1/R in den X- und Y-Richtungen aufweist.
Zwei Sammellinsen 31 sind an einem optischen Pfad zwischen der Mikrolinsenanordnung 35 und der Streuplatte 30 angeordnet. Jede der Sammellinsen 31 ist aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex wie etwa Glas oder einem transparenten Kunstharz ausgebildet und weist zwei Linsenflächen 31a auf. Die Linsenfläche 31a ist eine gekrümmte Fläche, die durch eine halbkugelförmigen Fläche in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der optischen Achse gebildet wird. Linsenflächen 31a sind für jeweils die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des Lichts 11 vorgesehen.
Die Streuplatte 30 dieser Ausführungsform ist an einem optischen Pfad zwischen der Sammellinse 31 und einer späteren Stufe der zwei Sammellinsen 31 und der Polarisierungsplatte 32 angeordnet. Die Streuplatte 30 streut das durch die Sammellinse 31 an der späteren Stufe durchgelassene Licht 11 zu der Polarisierungsplatte 32.
Die Polarisierungsplatte 32 ist an einem optischen Pfad zwischen der Mikrolinsenanordnung 35 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet. Die Polarisierungsplatte 32 ist eine sogenannte durchlässige Polarisierungsplatte. Zum Beispiel lässt die durchlässige Polarisierungsplatte linear polarisiertes Licht in einer Oszillationsrichtung durch und reflektiert (oder absorbiert) linear polarisiertes Licht in der anderen Oszillationsrichtung. Die Polarisierungsplatte 32 dieser Ausführungsform reflektiert (oder absorbiert) in einer Richtung, die eine Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts kreuzt, oszillierendes Licht und lässt in der gleichen Richtung wie die Oszillationsrichtung oszillierendes Licht durch. Die Polarisierungsplatte 32 ist zum Beispiel eine Drahtgitter-Polarisierungsplatte. Eine Drahtgitter-Polarisierungsplatte ist eine nicht-absorbierende Polarisierungsplatte mit einem auf ein Substrat gedampften Metallmaterial und einem drahtartigen Gitter, das durch ein feines Ätzen auf einer Nanometerebene ausgebildet ist.
Im Folgenden wird der Betrieb der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben. Wie in 7 gezeigt, tritt von der Lichtquelle 21 emittiertes Licht in das Lichtsammelglied 23 ein. Das durch das Lichtsammelglied 23 hindurchgegangene Licht wird von der Linsenfläche 23a des Lichtsammelglieds 23 emittiert. Das von der Linsenfläche 23a des Lichtsammelglieds 23 emittierte Licht 11 wird an der Mikrolinsenanordnung 35 gesammelt. Das durch das Lichtsammelglied 23 gesammelte und in die Mikrolinsenanordnung 35 eintretende Licht muss ein paralleles Licht sein.
Das in die Eintrittsfläche 35a der Mikrolinsenanordnung 35 eintretende Licht wird durch das Innere durchgelassen und von der Austrittsfläche 35b zu der Sammellinse 31 an einer früheren Stufe emittiert. Das durch die Sammellinse 31 an der früheren Stufe durchgelassene Licht wird durch die Sammellinse 31 an der späteren Stufe durchgelassen, um an der Streuplatte 30 gesammelt zu werden. Das an der Streuplatte 30 gestreute Licht tritt in die Polarisierungsplatte 32 ein. Von dem in die Polarisierungsplatte 32 eintretenden Licht wird linear polarisiertes Licht in einer Oszillationsrichtung durchgelassen und wird linear polarisiertes Licht in der anderen Oszillationsrichtung reflektiert. Das heißt, dass das in der Richtung, die die Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts kreuzt, oszillierende Licht durch die Polarisierungsplatte 32 reflektiert (oder absorbiert) wird und das in der gleichen Richtung wie die Oszillationsrichtung oszillierende Licht durch die Polarisierungsplatte 32 zu dem Flüssigkristallpanel 10 durchgelassen wird. Das in das Flüssigkristallpanel 10 eintretende Licht 11 ist ein in einer Richtung, die mit der Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts zusammenfällt, oszillierendes Licht und ist somit ein geeignetes Licht für das Beleuchten des Flüssigkristallpanels 10.
Wie weiter oben beschrieben, umfasst die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C gemäß dieser Ausführungsform eine Lichtquelle 21, das Lichtsammelglied 23, das von der Lichtquelle 21 emittiertes Licht sammelt, die Mikrolinsenanordnung 35, die die Eintrittsfläche 35a, an der das durch das Lichtsammelglied 23 gesammelte Licht eintritt, und die Austrittsfläche 35b, an der das von der Eintrittsfläche 35a eintretende Licht austritt, aufweist und das von der Eintrittsfläche 35a eintretende Licht von der Austrittsfläche 35b zu dem Flüssigkristallpanel 10 durchlässt, die Polarisierungsplatte 32, die an dem optischen Pfad zwischen der Mikrolinsenanordnung 35 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet ist, und die Streuplatte 30, die an einem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte 32 und dem Flüssigkristallpanel 10 angeordnet ist. In der Mikrolinsenanordnung 35 bestehen die Eintrittsfläche 35a und die Austrittsfläche 35b jeweils aus einer Vielzahl von Mikrolinsen 37. Jede Mikrolinse 37 weist eine konvex gekrümmte Fläche auf. Die Polarisierungsplatte 32 reflektiert in einer Richtung, die die Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallpanel 10 durchgelassenen Lichts kreuzt, oszillierendes Licht und lässt in der gleichen Richtung wie die Oszillationsrichtung oszillierendes Licht durch.
Außerdem umfasst die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform den Vergrößerungsspiegel 2, das Flüssigkristallpanel 10 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C.
In der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C und der Head-up-Anzeigevorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration reflektiert die Polarisierungsplatte 32 Licht, das nicht durch das Flüssigkristallpanel 10 gelassen wird, und verhindert, dass das Licht das Flüssigkristallpanel 10 erreicht. Deshalb kann wie in der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Leuchtstärke an dem Flüssigkristallpanel 10 auf die Hälfte oder weniger reduziert werden und kann ein durch das Beleuchtungslicht verursachter Temperaturanstieg unterdrückt werden.
Weiterhin wird in der Hintergrundbeleuchtungseinheit 20C und der Head-up-Anzeigevorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration das durch das Flüssigkristallpanel 10 gelassene Licht durch die Polarisierungsplatte 32 gelassen, sodass wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Verminderung der Helligkeit des durchgelassenen Lichts unterdrückt werden kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weisen die Mikrolinsen 27 Spiegelbreiten mit einer identischen Länge in der X-Richtung und Spiegelhöhen mit einer identischen Länge in der Y-Richtung auf, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann jeder Mikrospiegel 27 eine andere Spiegelbreite und eine andere Spiegelhöhe in Abhängigkeit von seiner Position an der Reflexionsfläche 26 aufweisen. Weiterhin weisen die Mikrospiegel 27 ein identisches Intervall Px in der X-Richtung und ein identischen Intervall Py in der Y-Richtung auf, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel können die Intervalle Px und Py jedes Mikrospiegels 27 in Abhängigkeit von seiner Position an der Reflexionsfläche 26 verschieden sein. Weiterhin weisen die Mikrospiegel 27 jeweils einen identischen Divergenzwinkel ϕ in den X- und Y-Richtungen auf, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann der Divergenzwinkel ϕ jedes Mikrospiegels 27 in Abhängigkeit von seiner Position an der Reflexionsfläche 26 verschieden sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und der Modifikation besteht die Lichtquelle 21 zum Beispiel aus einer Licht emittierenden Diode (LED), wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Lichtquelle 21 kann zum Beispiel durch eine Kombination aus einer Vielzahl von LEDs gebildet werden. Außerdem ist die Lichtquelle 21 nicht auf eine LED beschränkt, solange ein Licht mit einer hohen Helligkeit emittiert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und der Modifikation weist der Mikrospiegel 27 eine rechteckige Form von vorne gesehen auf, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und der Mikrospiegel 27 auch eine quadratische Form, eine kreisrunde Form oder eine sechseckige Form aufweisen kann. Der Mikrospiegel 27 ist eine konvex gekrümmte Fläche, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist, und der Mikrospiegel 27 auch eine konkav gekrümmte Fläche sein kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und der Modifikation ist in der Head-up-Anzeigevorrichtung 1 ein Projektionsziel eines Anzeigebilds die Windschutzscheibe 101, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und das Projektionsziel zum Beispiel auch ein Combiner sein kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und der Modifikation wurde eine Head-up-Anzeigevorrichtung 1 beschrieben, die auf ein Auto angewendet ist, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und die Head-up-Anzeigevorrichtung 1 auch auf ein anderes Fahrzeug wie etwa ein Schiff oder ein Flugzeug angewendet werden kann.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit und die Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß der Ausführungsform können vorteilhaft einen durch ein Beleuchtungslicht verursachten Temperaturanstieg eines Flüssigkristallpanels unterdrücken.

Claims

Hintergrundbeleuchtungseinheit (20A), die umfasst: wenigstens eine Lichtquelle (21), ein Lichtsammelglied (23), das von der Lichtquelle (21) emittiertes Licht sammelt, ein optisches Glied (25), das eine konkave Reflexionsfläche (26) aufweist und von dem Lichtsammelglied (23) eingehendes Licht zu einem lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeigeelement (10) durch die Reflexionsfläche (26) reflektiert, eine Polarisierungsplatte (29), die an einer Position angeordnet ist, an welcher ein optischer Pfad zwischen dem optischen Glied (25) und dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) zurückgebogen ist, einen Teil des durch das optische Glied (25) reflektierten Lichts durchlässt und den Rest des Lichts zu dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) reflektiert, und eine Streuplatte (30), die an einem optischen Pfad zwischen der Polarisierungsplatte (29) und dem Flüssigkristallanzeigeelement (10) angeordnet ist, wobei die Reflexionsfläche (26) des optischen Glieds (25) eine Vielzahl von Mikrospiegeln (27) umfasst, wobei jeder Mikrospiegel (27) eine konvex oder konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, und wobei die Polarisierungsplatte (29) in einer ersten Richtung orthogonal zu einer Oszillationsrichtung des durch das Flüssigkristallanzeigeelement (10) durchgelassenen Lichts oszillierendes Lichts durchlässt und in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, oszillierendes Licht reflektiert.
Head-up-Anzeigevorrichtung, die umfasst: ein lichtdurchlässiges Flüssigkristallanzeigeelement (10), und eine Hintergrundbeleuchtungseinheit (20A) gemäß Anspruch 1.