JP2006310367A - 照明装置及びその照明装置を備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色ムラが発生する虞が少ない照明装置を提供する。
【解決手段】 第一の発光素子２３は、第一の照明光を発する。第二の発光素子２４は、第一の発光素子２３に並設され、第二の照明光Ｌ２を発する。光学部材２６は、第一の照明光の一部と第二の照明光の一部が重なるように第一の照明光を屈折させる第一の傾斜面２６ａ及び第二の照明光Ｌ２を屈折させる第二の傾斜面２６ｂを備えた透光性材料からなる。第一の発光素子２３及び第二の発光素子２４は、夫々、発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃと、発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃが発した光を波長変換させる蛍光体２３ｄ，２４ｄと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を有する照明装置並びに液晶表示パネル及びその液晶表示パネルを透過照明する照明手段を備えた液晶表示装置に関するものである。

従来より、液晶表示装置を用いた車両用ヘッドアップディスプレイが種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。斯かる車両用ヘッドアップディスプレイ１は、表示光Ｌを車両のフロントガラス或いはコンバイナと称される半透過板に投影し、虚像を表示させるものである。車両用ヘッドアップディスプレイ１は、透光性の窓部２を備えたハウジング３に液晶表示装置４及び反射鏡５を収容したものであり、液晶表示装置４が発した表示光Ｌは、反射鏡５で反射されてフロントガラス或いは半透過板に投影される（図７参照）。
特開２００３−２９５１０５号公報

液晶表示装置４は、液晶表示パネル６及びこの液晶表示パネル６を透過照明する発光ダイオード等の発光素子７，８を有するものである。発光素子７，８は、夫々、基部７ａ，８ａと、この基部７ａ，８ａに形成された凹部７ｂ，８ｂに設けられた発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃと、この発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃが発した光を波長変換させるＹＡＧ（Yttrium
Aluminum Garnet）等の蛍光体７ｄ，８ｄと、略半球形状の透光性樹脂からなるレンズ部７ｅ，８ｅとを有するものである（図９参照）。発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃは青色発光するものであり、蛍光体７ｄ，８ｄは発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃが発した光の一部を青色の補色である黄色に変換するものである。発光素子７，８が出す照明光Ｌ１，Ｌ２は、発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃが発した青色と、蛍光体７ｄ，８ｄにて変換された黄色とが混色され、略白色になる。

しかしながら、発光ダイオード７，８が発した照明光Ｌ１，Ｌ２の中央部の光Ｌｗは白色であるが、発光ダイオード７，８が斜めに発した光Ｌｙはやや黄色を帯びた光になり、照明光Ｌ１，Ｌ２によって透過照明される液晶表示パネル６に色ムラが発生するという問題を有していた。この問題は、発光ダイオードチップ７ｃ，８ｃが発した光が、蛍光体７ｄ，８ｄを通過する長さが照射方向によって違うためであると考えられる。つまり、発光ダイオードチップ７ｃ，８ｄから斜めに照射された光が蛍光体７ｄ，８ｄを通過する長さＤ１は、光軸と略平行に照射された光が蛍光体７ｄを通過する長さＤ２よりも長いため、斜めに照射される照明光は、やや黄色を帯びた色になる。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、色ムラが発生する虞が少ない照明装置を提供するものである。

本発明は、請求項１に記載したように、第一の照明光Ｌ１を発する第一の発光素子２３と、前記第一の発光素子２３に並設され第二の照明光Ｌ２を発する第二の発光素子２４と、前記第一の照明光Ｌ１の一部と前記第二の照明光Ｌ２の一部が重なるように前記第一の照明光Ｌ１を屈折させる第一の傾斜面２６ａ，５６ａ及び前記第二の照明光Ｌ２を屈折させる第二の傾斜面２６ｂ，５６ｂを備えた透光性材料からなる光学部材２６，５６と、を有するものである。

また、本発明は、請求項２に記載したように、前記第一の発光素子２３及び前記第二の発光素子２４は、夫々、発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃと、前記発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃが発した光を波長変換させる蛍光体２３ｄ，２４ｄと、を有するものである。

また、本発明は、請求項３に記載したように、前記光学部材２６，５６は、前記第一の照明光Ｌ１が入射する前記第一の傾斜面からなる第一の入射面２６ａ，２６ｂと、前記第一の照明光Ｌ１が出射する凸レンズ面からなる第一の出射面２６ｃ，５５ｃと、前記第二の照明光Ｌ２が入射する前記第二の傾斜面からなる第二の入射面２６ｂ，５６ｂと、前記第二の照明光Ｌ２が出射する凸レンズ面からなる第二の出射面２６ｄ，５５ｄと、を有するものである。

また、本発明は、請求項４に記載したように、複数の前記第一の発光素子２３及び複数の前記第二の発光素子２４を搭載する回路基板２５を設けたものである。

また、本発明は、請求項５に記載したように、液晶表示パネル１９及び前記液晶表示パネル１９を照明する照明手段２１を備えた液晶表示装置１５であって、
前記照明手段２１は、第一の照明光Ｌ１を発する第一の発光素子２３と、前記第一の発光素子２３に並設され第二の照明光Ｌ２を発する第二の発光素子２４と、前記第一の照明光Ｌ１の一部と前記第二の照明光Ｌ２の一部が重なるように前記第一の照明光Ｌ１を屈折させる第一の傾斜面２６ａ，５６ａ及び前記第二の照明光Ｌ２を屈折させる第二の傾斜面２６ｂ，５６ｂを備えた透光性材料からなる光学部材２６，５６と、を有するものである。

第一の発光素子から発せられた第一の照明光の一部と、第二の発光素子から発せられた第二の照明光の一部とが重なることにより、色ムラが発生する虞を少なくすることができる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明をヘッドアップディスプレイに応用した一実施形態について説明する。図１乃至図５は第一実施形態を示すものである。

ヘッドアップディスプレイ１１は車両のダッシュボード１２内に配設されている（図２参照）。ヘッドアップディスプレイ１１が投射する表示光Ｌはフロントガラス１３により観察者１４に反射される。観察者１４は虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる。

ヘッドアップディスプレイ１１は、液晶表示装置１５及び反射器１６をハウジング１７に収容したものである。液晶表示装置１５は、液晶表示パネル１９，光拡散板２０，照明手段２１，ケース体２２を有している。
液晶表示パネル１９は、透明電極が形成された一対のガラス基板に液晶を封入した液晶セルの前後両面に偏光膜を貼着したものであり、ケース体２２に固定されている。光拡散板２０は、液晶表示パネル１９の後面に配置され、ケース体２２に固定されている。

照明手段２１は、発光ダイオード２３（第一の発光素子）と、発光ダイオード２４（第二の発光素子）と、回路基板２５と、光学部材２６とを有している。照明手段２１は、液晶表示パネル１９の後方に配置され、液晶表示パネル１９を透過照明する。
ケース体２２は略角筒形状になっており、ケース体２１の前端部に液晶表示パネル１９及び光拡散板２０が保持されている。ケース体２１の後端部は、後述する放熱部材に固定されている。

反射器１６は、凹面鏡３０，保持部材３１及びステッピングモータ３２を有している。凹面鏡３０は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面３０ａを形成したものである。反射面３０ａは凹面となっており、液晶表示装置１５が発した表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡３０は保持部材３１に両面粘着テープにより接着されている。保持部材３１は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部３４及び軸部３５が一体に形成されている。保持部材３１の軸部３５はハウジング１７に軸支されている。

ステッピングモータ３２の回動軸には歯車３７が取付けられており、この歯車３７は、保持部材３１の歯車部３４と噛合されている。凹面鏡３０は保持部材３１と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ３２により凹面鏡３０を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整することができる。観察者１４は、押ボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡３０の角度を調整する。

４０は放熱部材であり、この放熱部材４０は、ハウジング１７の開口部１７ａに配設されている。放熱部材４０は、図示しないビスによってフランジ部４０ａでハウジング１７に固定されている。放熱部材４０は、シリコーンゴム等の弾性体からなる熱伝導シート４１を介して、発光ダイオード２３，３４の熱をハウジング１７の外に放出する。放熱部材４０は、平板形状の多数の放熱フィン４０ｂを有している。放熱部材４０には、直方体形状の凸部４０ｃが形成されている。熱伝導シート４１は、放熱部材４０の凸部４０ｃに対応する凹部４１ａを有しており、熱伝導シート４１と放熱部材４０の接触面積が大きくなっている。４２は長方形環状のパッキング部材であり、このパッキング部材４２は、放熱部材４０と、ハウジング１７の開口部１７ａの間を塞ぐことによって、ハウジング１７の中に塵埃が入ることを防いでいる。

ハウジング１７には液晶表示装置１５及び反射器１６が収容される。ハウジング１７には表示光Ｌが出射する窓部４４が設けられている。この窓部４４は透光性樹脂（例えばアクリル）からなるものであり、湾曲形状になっている。ハウジング１７には遮光壁１７ｃが設けられており、太陽光等の外光が液晶表示装置１５に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁１７ｃは平板形状になっており、ハウジング１７の上部から斜めに垂下するように形成されている。

次に、発光ダイオード２３，２４，回路基板２５，光学部材２６を有する照明手段２１について更に詳述する。
図３に示すように、発光ダイオード２３，２４は、夫々、基部２３ａ，２４ａと、発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃと、この発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃが発した光を波長変換する黄色の蛍光体２３ｄ，２４ｄと、透光性樹脂からなるレンズ部２３ｅ，２４ｅとを有する。発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃは青色発光するものであり、蛍光体２３ｄ，２４ｄは発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃが発した光の一部を黄色に変換するものである。発光ダイオード２３，２４が出す照明光Ｌ１，Ｌ２は、発光ダイオードチップ２３ｃ，２４ｃが発した青色と、蛍光体２３ｄ，２４ｄにて変換された黄色とが混色され、略白色になる。発光ダイオード２３，２４は、上下に各４個（合計８個）、回路基板２４に並設されている（図４参照）。回路基板２４には、発光ダイオード２３，２４に電力を供給するための配線パターン（図示しない）が設けられている。

光学部材２６は、ポリカーボネート等の透光性樹脂からなるものであり、発光ダイオード２３が発した第一の照明光Ｌ１が入射する第一の傾斜面２６ａと、発光ダイオード２４が発した第二の照明光Ｌ２が入射する第二の傾斜面２６ｂと、第一の照明光Ｌ１が出射する凸レンズ面２６ｃと、第二の照明光Ｌ２が出射する凸レンズ面２６ｄと、を有する。光学部材２６の第一の傾斜面２６ａ及び第二の傾斜面２６ｂは平面、凸レンズ面２６ｃ，２６ｄは球面になっている。

発光ダイオード２３が発した第一の照明光Ｌ１は、第一の傾斜面２６ａで屈折して光学部材２６に入射し、凸レンズ部２６ｃで更に屈折して光学部材２６から出射し、液晶表示パネル１９に照射される。
発光ダイオード２４が発した第二の照明光Ｌ２は、第二の傾斜面２６ｂで屈折して光学部材２６に入射し、凸レンズ部２６ｄで更に屈折して光学部材２６から出射し、液晶表示パネル１９に照射される。

図６は第二実施形態を示すものである。第二実施形態は、光学部材５５，５６が相違するだけであり、他の構成は第一実施形態と同様である。
光学部材５５は、ポリカーボネート等の透光性樹脂からなるものであり、発光ダイオード２３，２４が発した第一の照明光Ｌ１及び第二の照明光Ｌ２が入射する入射面５５ａと、第一の照明光Ｌ１が出射する凸レンズ面５５ｃと、第二の照明光Ｌ２が出射する凸レンズ面５５ｄと、を有する。

光学部材５６は、ポリカーボネート等の透光性樹脂からなるものであり、凸レンズ面５５ｃから出射した第一の照明光Ｌ１が入射する第一の傾斜面５６ａと、凸レンズ面５ｄから出射した第二の照明光Ｌ２が入射する第二の傾斜面２６ｂと、第一の照明光Ｌ１及び第二の照明光Ｌ２が出射する出射面５６ｃと、を有する。

発光ダイオード２３が発した第一の照明光Ｌ１は、入射面５５ａ，凸レンズ面５５ｃ，第一の傾斜面５６ａで夫々屈折し、出射面５６ｃから出射して、液晶表示パネル１９に照射される。
発光ダイオード２４が発した第二の照明光Ｌ２は、入射面５５ａ，凸レンズ面５５ｄ，第一の傾斜面５６ｂで夫々屈折し、出射面５６ｃから出射して、液晶表示パネル１９に照射される。

第一，第二実施形態によれば、発光ダイオード２３，２４が斜めに照射した第一の照明光Ｌ１及び第二の照明光Ｌ２の一部は、やや黄色を帯びた色になるが、発光ダイオード２４，２３が光軸と略平行に照射した白色の第二の照明光Ｌ２及び第一の照明光Ｌ１に重なるため、色ムラが少ない。

本発明の第一実施形態を示す断面図。 同上実施形態を示すヘッドアップディスプレイの概観図。 同上実施形態を示す照明手段の拡大断面図。 同上実施形態を示す回路基板の正面図。 同上実施形態を示す照明手段の断面図。 本発明の第二実施形態を示す断面図。 従来例を示す断面図。 同上従来例を示す発光ダイオードの拡大断面図。 同上従来例を示す断面図。

符号の説明

１９ 液晶表示パネル
２１ 照明手段
２３ 発光ダイオード（第一の発光素子）
２３ｃ 発光ダイオードチップ
２３ｄ 蛍光体
２４ｃ 発光ダイオードチップ
２４ｄ 蛍光体
２５ 回路基板
２６ 光学部材
２６ａ 第一の傾斜面（第一の入射面）
２６ｂ 第二の傾斜面（第二の入射面）
２６ｃ 凸レンズ面（第一の出射面）
２６ｄ 凸レンズ面（第二の出射面）
５５ｃ 凸レンズ面（第一の出射面）
５５ｄ 凸レンズ面（第二の出射面）
５６ 光学部材
５６ａ 第一の傾斜面（第一の入射面）
５６ｂ 第二の傾斜面（第二の入射面）
Ｌ１ 第一の照明光
Ｌ２ 第二の照明光

Claims (5)

1. 第一の照明光を発する第一の発光素子と、前記第一の発光素子に並設され第二の照明光を発する第二の発光素子と、前記第一の照明光の一部と前記第二の照明光の一部が重なるように前記第一の照明光を屈折させる第一の傾斜面及び前記第二の照明光を屈折させる第二の傾斜面を備えた透光性材料からなる光学部材と、を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記第一の発光素子及び前記第二の発光素子は、夫々、発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップが発した光を波長変換させる蛍光体と、を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部材は、前記第一の照明光が入射する前記第一の傾斜面からなる第一の入射面と、前記第一の照明光が出射する凸レンズ面からなる第一の出射面と、前記第二の照明光が入射する前記第二の傾斜面からなる第二の入射面と、前記第二の照明光が出射する凸レンズ面からなる第二の出射面と、を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 複数の前記第一の発光素子及び複数の前記第二の発光素子を搭載する回路基板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 液晶表示パネル及び前記液晶表示パネルを照明する照明手段を備えた液晶表示装置であって、
   前記照明手段は、第一の照明光を発する第一の発光素子と、前記第一の発光素子に並設され第二の照明光を発する第二の発光素子と、前記第一の照明光の一部と前記第二の照明光の一部が重なるように前記第一の照明光を屈折させる第一の傾斜面及び前記第二の照明光を屈折させる第二の傾斜面を備えた透光性材料からなる光学部材と、を有することを特徴とする液晶表示装置。

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