JP2009258418A - 配光制御パネルおよび移動体搭載用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体におけるガラス面への映り込みを抑制することが可能な配光制御パネルおよび当該配光制御パネルを用いた移動体搭載用表示装置を提供する。
【解決手段】配光制御パネル１は、ベース体７を備え、当該ベース体７は、ベース体７のバックライト１１側の面に配光制御用の凸部２を複数有する。複数の凸部２は、互いに平行に配置されるとともに、凸部２の延びる方向と垂直な方向の断面が三角様形状である。ベース体７の屈折率は１．４以上１．６以下である。配光制御パネル１の光透過率は７０％以上である。凸部２において、上記断面でのベース体７の表面との境界部に位置する２つの角部のうち角部３の角度αは５°以上４０°以下であり、角部４の角度βは６０°以上９０°以下である。凸部２の表面のうち、一方角部３に連なる一方側面５の粗度Ａと、他方角部４に連なる他方側面６の粗度Ｂとの比率（Ｂ／Ａ）は３以上３０００以下である。
【選択図】図１

Description

この発明は、配光制御パネルおよび移動体搭載用表示装置に関し、より特定的には、光の配光分布を制御することが可能な配光制御パネルおよび移動体搭載用表示装置に関する。

従来、光の配光方向を制御する配光制御パネルが知られている（たとえば、特開２０００−１９３８０９号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）参照）。特許文献１では、光の和らぎ感を損なうことなく、特定方向に光を効率よく向けることを目的として、透光性材料からなるシート状の配光制御パネルであって、光源側の一面に微細形状による配光制御用の光制御手段（たとえば断面形状が三角形状の線状突起であるプリズム）を形成し、当該プリズムの１面にさらに微細な形状による第２光制御手段（たとえば微細なプリズムや回折格子、あるいは拡散面）を形成したものが開示されている。特許文献１では、当該配光制御パネルを主に屋外照明器具に用いることを想定している。
特開２０００−１９３８０９号公報

ここで、自動車に代表される移動体には、近年様々な情報の表示を行なうため、表示装置が搭載されてきている。たとえば、自動車のカーナビゲーションシステムの表示装置や運転者に自動車の運転に関する情報を提示するための表示装置などが挙げられる。これらの表示装置は、たとえば自動車のフロント側のダッシュボードに配置される。このとき、ダッシュボード上に隣接するフロントガラスに、表示装置の表示内容が映り込む場合がある。このような映り込みは、自動車の運転者の視界を遮ることにもなり、好ましくない。そこで、このような映り込みを抑制するために、上述した配光制御パネルを用いることが考えられるが、特許文献１では主に屋外照明器具に用いることを想定した配光制御パネルの例が開示されており、上記のような移動体に搭載される表示装置のガラス面への映り込みを抑制するための配光制御パネルの最適な条件は明らかにされていない。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、移動体に搭載される表示装置に適用した場合に、当該移動体におけるガラス面への映り込みを抑制することが可能な配光制御パネルおよび当該配光制御パネルを用いた移動体搭載用表示装置を提供することである。

この発明に従った配光制御パネルは、透光材料からなる板状あるいはシート状の基材を備える配光制御パネルであり、当該基材は、基材の光源側の一面に形成された、配光制御用の凸形状部を複数有する。複数の凸形状部は、互いに平行に延びるように配置されるとともに、凸形状部の延びる方向と垂直な方向における断面が三角様形状である。基材の屈折率は１．４以上１．６以下である。配光制御パネルの光透過率は７０％以上である。なお、ここで光透過率とは、波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光についての透過率を言う。凸形状部において、上記断面での基材の表面との境界部に位置する２つの角部のうちの一方の角部の角度αは５°以上４０°以下であり、他方の角部の角度βは６０°以上９０°以下である。凸形状部の表面のうち、一方の角部に連なる一方側面の粗度Ａと、他方の角部に連なる他方側面の粗度Ｂとの比率（Ｂ／Ａ）は３以上３０００以下である。

このようにすれば、配光制御パネルにおける凸形状部の延在方向と垂直な方向において、配光制御パネルを透過して出射する光の配光分布を左右で異なる分布となるように制御することができる。たとえば、凸形状部の他方の角部側の領域では、光の輝度（強度）が低減された低輝度領域となる視野角度を相対的に大きくし、一方、凸形状部の一方の角部側の領域では、光の輝度（強度）が低減された低輝度領域となる視野角度を相対的に小さくする、といったことが可能になる。この場合、単純に低輝度領域となるべき領域に向かう光を遮光するといった構成より配光制御パネルを透過する光の強度を維持することができる。

なお、基材の屈折率を１．４以上１．６以下としたのは、通常安価に入手できる材料の屈折率が上述した範囲となる、という理由による。なお、基材の屈折率としては１．４５以上１．５５以下としてもよい。

また、配光制御パネルの光透過率を７０％以上とした理由は、バックライトなどの光源から出射された光を有効に活用できることにより、搭載する光源の輝度を小さくして省電力化を図ることが可能となるためである。なお、当該光透過率は８０％以上としてもよい。

また、角度αの角度範囲を上記のように決定したのは、移動体に搭載される表示装置に本発明に従った配光制御パネルが適用されたときに、フロントガラスに画像が映り込まず、配光制御パネルの正面側における輝度（正面輝度）が劣化しないように配光できる角度範囲だからである。なお、角度αは１０°以上３０°以下とすることが好ましい。

また、角度βの角度範囲を上記のように決定したのは、フロントガラスへの光漏れが十分に抑制できる角度範囲だからである。なお、角度βは７０°以上９０°以下とすることが好ましい。

また、一方側面の面粗度Ａと他方側面の粗度Ｂの比率（Ｂ／Ａ）の数値範囲の決定理由は、フロントガラス側への光漏れが十分抑制できる範囲だから、というものである。なお、比率（Ｂ／Ａ）は５０以上１０００以下とすることが好ましい。

上記配光制御パネルにおいて、凸形状部の伸びる方向と垂直な方向における凸形状部の幅は２０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。また、当該幅を１００μｍ以下とすることが好ましい。この場合、たとえば移動体に搭載される表示装置などに適用する場合を想定すれば、凸形状部の幅（ピッチ）を人間の目の分解能以下にすることができるので、配光制御パネルを透過した光について、当該凸形状部の存在を人間が認識し、当該光を用いて表示される表示内容に違和感を覚えることを抑制できる。また、上記幅を１００μｍ以下にしておけば、人間が凸形状部の存在を認識することはほぼ無くなるため、確実に上述した効果を得ることができる。

なお、ピッチの下限を２０μｍとしたのは、ピッチを２０μｍ未満とすると金型の製造コストと製作時間がかかりすぎ、現実的な製造コストでの製造が困難になるためである。

上記配光制御パネルは、自動車などの移動体に搭載される表示装置光源用の配光制御パネルである。このように、本発明の配光制御パネルを移動体に搭載される表示装置の光源に用いたときに、特に本発明の効果が顕著である。

この発明に従った移動体搭載用表示装置は、光源と、上記配光制御パネルと、表示ユニットとを備える。配光制御パネルは、光源上に配置される。表示ユニットは、配光制御パネル上に搭載される。このようにすれば、移動体に搭載されたときに、配光制御パネルの配置（凸形状部の延在方向）を調整しておくことで、表示装置から出射する光を到達させたくない方向を低輝度領域とすることができる。このため、表示装置から出射する光による不具合（たとえばフロントガラスへの表示画像の映り込みなど）を軽減することができる。

上記移動体搭載用表示装置は、移動体においてガラス面に隣接した部位に配置されるものであってもよく、凸形状部の延びる方向と垂直な方向が、ガラス面に向かう方向となるように配置されてもよい。この場合、ガラス面に向かう方向を低輝度領域とすることができるので、ガラス面への表示装置の画像の映り込みを抑制することができる。

本発明によれば、光の強度の低下を抑制しつつ、特定の視野角の方向について低輝度領域を形成することができるので、特に移動体搭載用表示装置に適用したときに隣接するガラス面などへの画像の映り込みを効果的に抑制することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明に従った配光制御パネルを示す部分断面模式図である。図１を参照して、本発明による配光制御パネルを説明する。

図１に示すように、本発明による配光制御パネル１は、透光性の樹脂からなるベース体７と、当該ベース体７の表面に形成された複数の凸部２とを備える。複数の凸部２は、互いに平行に延びるように形成されている。なお、凸部２は図１の紙面に垂直な方向に、線状に延びるように形成されていてもよい。また、ベース体７の表面における凸部２の平面形状は、直線状、途中に屈曲部を有する形状など、任意の形状とすることができる。そして、凸部２の延びる方向に対して垂直な方向における断面は、図１に示すように三角形状の外形を有している。１つの凸部２の一方角部３における角度を角度αとする。また、凸部２の上記一方角部３と反対側に位置する他方角部４の角度を角度βとする。一方角部３と頂角との間に位置する凸部２の側面を一方側面５とする。また、他方角部４と頂角との間に位置する凸部２の他の側面を他方側面６とする。１つの凸部２において一方角部３と他方角部４との間の距離をピッチＰとする。また、ベース体７の厚みを厚みＴとする。

ここで、上述した配光制御パネル１の特徴的な構成を要約すれば、配光制御パネル１は、透光材料からなる板状あるいはシート状の基材であるベース体７を備える配光制御パネル１であり、当該ベース体７は、ベース体７の光源（バックライト１１）側の一面に形成された、配光制御用の線状の凸形状部としての凸部２を複数有する。複数の凸部２は、互いに平行に延びるように配置されるとともに、凸部２の延びる方向と垂直な方向における断面が三角様形状である。ここで、凸部２の断面形状は図１に示すような三角形状であってもよいが、一方側面５や他方側面６の少なくともいずれかが曲面部を有していてもよい。このような場合も、一方角部３、他方角部４、頂角と３つの角部を有することから、三角様形状と呼ぶ。なお、ここで三角様形状とは、凸部２の断面において上述のように３つの角部が存在するような断面形状を言い、一方側面５や他方側面６のいずれかに曲面部、凹部、凸部などを含んでいてもかまわない。ベース体７の屈折率は１．４以上１．６以下である。配光制御パネル１の光透過率は７０％以上である。凸部２において、上記断面でのベース体７の表面との境界部に位置する２つの角部のうちの一方の角部である一方角部３の角度αは５°以上４０°以下であり、他方の角部である他方角部４の角度βは６０°以上９０°以下である。凸部２の表面のうち、一方角部３に連なる一方側面５の粗度Ａと、他方角部４に連なる他方側面６の粗度Ｂとの比率（Ｂ／Ａ）は３以上３０００以下である。

このようにすれば、配光制御パネル１における凸部２の延在方向と垂直な方向において、配光制御パネル１を透過して出射する光の配光分布（輝度分布）を、後述する図２に示すように左右で異なる分布となるように制御することができる。また、単純に低輝度領域となるべき領域に向かう光を遮光するといった構成より配光制御パネル１を透過する光の強度の低下を抑制できる。

上記配光制御パネル１において、凸部２の伸びる方向と垂直な方向における凸部２の幅であるピッチＰは２０μｍ以上５００μｍ以下である。また、当該ピッチＰを１００μｍ以下とすることが好ましい。この場合、たとえば後述するように移動体搭載用の表示装置１０に配光制御パネル１を適用する場合を想定すれば、凸部２の幅（ピッチＰ）を人間の目の分解能以下にすることができるので、配光制御パネル１を透過した光について、当該凸部２の存在を人間が認識し、表示される表示内容に違和感を覚えることを抑制できる。また、上記ピッチＰを１００μｍ以下にしておけば、人間が凸部２の存在を認識することはほぼ無くなるため、確実に上述した効果を得ることができる。

図１に示した配光制御パネル１は、凸部２が形成された側を表示装置の光源部としてのバックライト１１側に配置して用いられる。より具体的には、図２に示すように表示装置１０において配光制御パネル１が用いられる。図２は、図１に示した配光制御パネルを用いた表示装置の構成を示す断面模式図である。図２を参照して、表示装置１０の構造を説明する。

図２に示すように、表示装置１０は、光源としてのバックライト１１と、表示ユニット１２と、このバックライト１１と表示ユニット１２との間に配置された配光制御パネル１とを備える。配光制御パネル１は、その凸部２がバックライト１１側に面するように配置される。つまり、配光制御パネル１は、バックライト１１上に配置され、表示ユニット１２は、配光制御パネル１上に搭載される。ここで、バックライト１１は、配光制御パネル１側に拡散板および輝度補助フィルムが配置された構成となっていてもよい。また、表示ユニット１２は、たとえばＬＣＤユニットを用いることができる。ＬＣＤユニットは、たとえば液晶セルと、当該液晶セルの表面および裏面のそれぞれの上に配置された位相差板と、それぞれの位相差板の外周表面上に配置された偏光板とを備える。液晶セルは、スペーサを介して対向するように配置された２枚のガラス製基板の間に液晶駆動用の薄膜トランジスタや液晶が配置された構造となっている。なお、表示ユニット１２としては、バックライト１１からの光を透過して利用するものであれば他の構成のユニットを用いてもよい。また、配光制御パネル１の配置としては、他の配置（たとえば表示ユニット１２上（表示ユニット１２においてバックライト１１に面する側と反対側の表面上）に配光制御パネル１を配置する構成）を採用してもよい。

このような構成とすれば、配光制御パネル１の凸部２（図１参照）の形状（具体的には角度α、角度β、ピッチＰ、一方側面５および他方側面６の表面粗度など）を適宜調整することにより、凸部２の延在方向に交差する方向における光の強度分布を制御することができる。このため、たとえば表示装置１０の正面における輝度に対する相対的な輝度の割合が所定の値（たとえば０．３以下）となる低輝度領域２６、２７の範囲（角度θ１、θ２の値）を、凸部２の延在方向に対して交差する方向での両端側において異ならせることができる。具体的には、図２に示すように低輝度領域２６の分布範囲を示す角度θ２を、もう一方の低輝度領域２７の分布範囲を示す角度θ１よりも大きくすることができる。なお、図２では、上述した所定の相対輝度値よりも大きな輝度を示す領域を輝度確保領域２５として示している。

図２に示した表示装置１０は、たとえば図３および図４に示すように移動体の一例である自動車３０に搭載される移動体搭載用表示装置である。図３は、図２に示した表示装置が搭載された自動車を示す模式図である。図４は、図３に示した自動車のダッシュボードを示す模式図である。図３および図４を参照して、図２に示した本発明による表示装置１０を搭載した自動車３０を説明する。

図３および図４を参照して、自動車３０は、運転者が前方を確認するためのフロントガラス３１が、客室の前方に配置されている。そして、フロントガラス３１下にはダッシュボード３３が配置されている。ダッシュボード３３のシート３２に対向する部分には、表示装置１０が配置されている。表示装置１０としては、たとえばカーナビゲーションシステムの表示部やスピードメータなどの自動車の運転関連情報を表示する表示部などが挙げられる。そして、自動車３０に搭載した表示装置１０においては、水平方向に配光制御パネル１の凸部２が延在するように配置した上で、当該凸部２の形状が制御されることで、フロントガラス３１への表示装置１０の表示内容の映り込みを抑制することができる。すなわち、図２に示すように、移動体としての自動車３０においてガラス面としてのフロントガラス３１に隣接した部位に表示装置１０が配置され、表示装置１０を構成する配光制御パネル１の凸部２の延びる方向と垂直な方向が、フロントガラス３１に向かう方向となるように、表示装置１０が配置されている。このようにして、表示装置１０から出射される光の輝度が低減されている低輝度領域２６が図４に示した表示装置１０のフロントガラス３１側に位置するようにすれば、フロントガラス３１側へと表示装置１０から出射される光の輝度を低減することができる。この結果、フロントガラス３１における表示装置１０の表示内容の映り込みを軽減できる。

（実施例）
本発明による配光制御パネルの効果を確認するため、以下のようなシミュレーション実験を行なった。

（実験系について）
シミュレーション実験において想定した系としては、図５に示すようにバックライト１１の正面（光出射側）に凸部２が向くように本発明による配光制御パネル１を配置した光学系を用いた。図５は、シミュレーションに用いた光学系を示す模式図である。そして、配光制御パネル１における凸部２の一方角部角度αと他方角部の角度βとをそれぞれ異ならせた上で、配光制御パネル１を介して矢印１３に示す方向に出射される光の視野角度毎の相対輝度を算出した。なお、図５に示すように、矢印１３から右側の方向における視野角度を＋とし、矢印１３から左側の方向における視野角度を−と定義した。

具体的には、一方角部の角度αを１５°、２０°、２５°、３０°とし、またそれぞれの一方角部の角度αを固定した状態で、他方角部の角度βを３０°、７５°、８０°、８５°、９０°と変化させた。

なお、配光制御パネルを構成する材料の屈折率を１．５３とした。また、配光制御パネルのベース体７（図１参照）の厚みＴを２００μｍとした。また、凸部２（図１参照）の幅であるピッチＰを１００μｍとした。また、一方側面５の粗度をＲａで５ｎｍとし、他方側面６の粗度をＲａで１５００ｎｍとした。

（シミュレーション内容）
このような異なる凸部２を有する配光制御パネル１を用いた光学系について、相対輝度の視野角度分布を算出した。

（結果）
図６〜図９は、上述したシミュレーション結果を示すグラフである。具体的には、図６は一方角部の角度αが１５°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図７は一方角部の角度αが２０°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図８は一方角部の角度αが２５°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図９は一方角部の角度αが３０°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図６〜図９において、横軸は配光制御パネル１の中央部から見た視野角度（単位：°）を示している。たとえば、横軸での視野角度が０°とは、図５に示した矢印１３側から見る方位（配光制御パネル１の正面）を示している。また、図６〜図９において縦軸は相対輝度の値を示している。

図６〜図９において、凡例のうち黒丸はバックライト１１から直接出射する光の輝度分布を示し、他の凡例は他方角部の角度βを示している。図６に示すように、角度αが１５°の場合には、視野角度が約４５°よりも大きな領域について相対輝度を極めて小さくすることができることがわかる。また、図７に示すように、一方角部の角度αが２０°の場合には、視野角度が＋３５°よりも大きな領域について相対輝度を十分低くできていることがわかる。また、図８に示すように、一方角部の角度αが２５°である場合には、視野角度が＋３０°よりも大きな領域について相対輝度を低くすることができる。そして、図９に示すように、一方角部の角度αが３０°である場合には、視野角度が＋２０°よりも大きな領域について相対輝度を低くすることができる。このように、角度αを大きくするにつれて、相対輝度を低く抑制できる視野角度の範囲が広がっていることがわかる。また、角度βを小さくするにつれて、相対輝度のピークの位置が徐々に視野角度のマイナス側へと移動する傾向があることもわかる。

このように、一方角部の角度αと他方角部の角度βとを制御することで、低輝度領域の範囲を変更することができる。そして、この結果から、本発明による配光制御パネルによれば、移動体搭載用表示装置においてガラス面への映り込みを抑制するために十分な範囲の低輝度領域を得られるとともに、他の領域（輝度確保領域）では輝度の低下を抑制できることがわかる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、移動体に搭載される表示装置、特にガラス面に隣接して配置されるような表示装置および当該表示装置に用いられる配光制御パネルに有利に適用される。

本発明に従った配光制御パネルを示す部分断面模式図である。 図１に示した配光制御パネルを用いた表示装置の構成を示す断面模式図である。 図２に示した表示装置が搭載された自動車を示す模式図である。 図３に示した自動車のダッシュボードを示す模式図である。 シミュレーションに用いた光学系を示す模式図である。 一方角部の角度αが１５°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 一方角部の角度αが２０°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 一方角部の角度αが２５°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 一方角部の角度αが３０°の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 配光制御パネル、２ 凸部、３ 一方角部、４ 他方角部、５ 一方側面、６ 他方側面、７ ベース体、１０ 表示装置、１１ バックライト、１２ 表示ユニット、１３ 矢印、２５ 輝度確保領域、２６，２７ 低輝度領域、３０ 自動車、３１ フロントガラス、３２ シート、３３ ダッシュボード。

Claims (4)

1. 透光材料からなる板状あるいはシート状の基材を備える配光制御パネルであり、
   前記基材は、前記基材の光源側の一面に形成された、配光制御用の凸形状部を複数有し、
   前記複数の凸形状部は、互いに平行に延びるように配置されるとともに、前記凸形状部の延びる方向と垂直な方向における断面が三角様形状であり、
   前記基材の屈折率は１．４以上１．６以下であり、
   前記配光制御パネルの光透過率は７０％以上であり、
   前記凸形状部において、前記断面での前記基材の表面との境界部に位置する２つの角部のうちの一方の角部の角度αは５°以上４０°以下であり、他方の角部の角度βは６０°以上９０°以下であり、
   前記凸形状部の表面のうち、前記一方の角部に連なる一方側面の粗度Ａと、前記他方の角部に連なる他方側面の粗度Ｂとの比率（Ｂ／Ａ）は３以上３０００以下である、配光制御パネル。
2. 前記凸形状部の伸びる方向と垂直な方向における前記凸形状部の幅は２０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１に記載の配光制御パネル。
3. 光源と、
   前記光源上に配置された、請求項１または２に記載の配光制御パネルと、
   前記配光制御パネル上に搭載された表示ユニットとを備える、移動体搭載用表示装置。
4. 前記移動体搭載用表示装置は、移動体においてガラス面に隣接した部位に配置されるものであり、
   前記凸形状部の延びる方向と垂直な方向が、前記ガラス面に向かう方向となるように配置される、請求項３に記載の移動体搭載用表示装置。

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