JP2017094901A - 照明構造 - Google Patents

Abstract

【課題】主に、照明効率を上げられるようにする。【解決手段】表面に光源５が取付けられている回路基板６と、この回路基板６の表面側に、上記光源５を取り囲むように設置されているリフレクター７とを有する照明構造に関する。このリフレクター７が、方錐状の反射壁部１５を有するものとされる。この方錐状の反射壁部１５の４つの内面が、光源５の最大輝度３１を確保しつつ輝度ムラを緩和・抑制可能な角度３２の急斜面部３３とされている。【選択図】図５

Description

この発明は、照明構造に関するものである。

例えば、自動車などの車両には、車室内に各種の表示装置が設けられている。そして、この表示装置には、表示部を照明可能なバックライトなどの照明装置を備えたものが存在している。

例えば、特許文献１に記載されたバックライトは、表面に光源（ＬＥＤ）が取付けられた回路基板と、この回路基板の表面側に、前記光源を取り囲むように配設されたリフレクター（反射部材）とを有している。

特開２００１−２８２１１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたバックライトは、リフレクターの反射面の形状を、長方錐（長方形断面の四角錐）にすると共に、長方錐の各面を、一般的な光源（ＬＥＤ）の照射角（１２０度）とほぼ等しい、光源の光軸に対して片側６０度程度（両側で１２０度）に拡がるような緩い斜面（緩斜面）にしていたので、リフレクターによる光の反射がほとんど利用されておらず、その分だけ照明効率が低くなり、十分な輝度が得られなかった。

そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、
表面に光源が取付けられている回路基板と、
該回路基板の表面側に、前記光源を取り囲むように設置されているリフレクターとを有しており、
該リフレクターが、方錐状の反射壁部を有していると共に、
該方錐状の反射壁部の４つの内面が、光源の最大輝度を確保しつつ輝度ムラを緩和・抑制可能な角度の急斜面部とされている照明構造を特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって、照明効率を上げることができる。

本実施の形態にかかる照明構造を備えた表示装置を使用するヘッドアップディスプレイ装置を側方から見た縦断面図である。 図１の表示装置の全体斜視図である。 図２の表示装置から表示部を取り外した状態を示す照明構造（バックライト）の斜視図である。 図３の正面図である。 図３を横に切断して上方から見た断面図である。 図３を縦に切断して側方から見た断面図である。 反射壁部の角度を様々に変えたシミュレーションの結果をまとめた図である。 延長部を設けると共に、拡散板を設けた場合の輝度ムラの様子を示すシミュレーション図である。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図８は、この実施の形態を説明するためのものである。

＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。

例えば、自動車などの車両には、車室内に各種の表示装置が設けられている。図１（および図２）に示すように、この表示装置１を、表示部２と、この表示部２を背面側から照明するバックライト３（照明装置）とを備えて、バックライト３によって表示部２を照明可能にしたものとする。

そして、上記したバックライト３は、図３〜図６（主に、図５参照）に示すように、表面に光源５が取付けられている回路基板６と、
この回路基板６の表面側に、上記光源５を取り囲むように設置されているリフレクター７とを有するものとされる。

ここで、光源５には、ＬＥＤなどが使用される。ＬＥＤは、例えば、光軸８に対して片側６０度（両側１２０度）程度に拡がる照射角を有するような一般的なものが使用される。この一般的なＬＥＤは、発光部が平面視でほぼ正方形状をしている。

回路基板６の裏面側には、放熱用のフィン１１ａを有するヒートシンク１１が取付けられる（図２参照）。このヒートシンク１１は、例えば、アルミ製などの熱伝導性の良い金属製のものとされる。

リフレクター７は、ほぼ筒状または枠状をした導光部品である。リフレクター７は、その基部側（裏面側）に、回路基板６に当接される基板当接部１２を有している。また、リフレクター７は、その先端側（表面側）に、光源５からの光１４（図５参照）を出射させる出光部１３を有している。

具体的には、リフレクター７は、光源５を直接取り囲んで、光源５からの光１４を出光部１３へ向けて反射させるための反射壁部１５と、この反射壁部１５の外側を囲む外周壁部１６とを有する二重構造の樹脂部品とされている。反射壁部１５は、その内面が反射面となっている。そして、反射壁部１５と外周壁部１６とは、その先端側の部分が枠状の連結面部１８によって一体に連結されている。枠状の連結面部１８の内側部分（開口）は上記出光部１３となっており、この出光部１３は、反射壁部１５の内面と連続されている。

そして、上記した反射壁部１５の内部は光源５を収容するランプ室２１（照明ルーム）になっており、反射壁部１５と外周壁部１６との間にはランプ室２１の外側を取り囲む包囲空間２２が設けられている。

上記出光部１３は、表示部２に対する光源５の照明領域とほぼ同じ大きさとされている。

そして、表示装置１に対し、表示部２の裏面側へ出光部１３が向くようにバックライト３を配置することによって、表示装置１は表示部２が照明可能なものとなる。この表示部２は、例えば、文字板や液晶パネルなどとすることができる。表示部２を文字板とした表示装置１は、計器装置などにすることができる。また、表示部２を液晶パネルとした表示装置１は、液晶表示装置などにすることができる。なお、表示部２は、文字板と液晶パネルとを組み合わせたものなどとすることもできる。

以上のような表示装置１やバックライト３の構成に対し、この実施例の照明構造は、以下のような構成を備えるようにしている。

（１）リフレクター７が、方錐状の反射壁部１５を有するものとされる。
そして、この方錐状の反射壁部１５の４つの内面が、光源５の最大輝度３１（図７参照）を確保しつつ輝度ムラを緩和・抑制可能な角度３２の急斜面部３３とされる。

ここで、方錐状とは、正方形断面の四角錐のことである。このように、反射壁部１５（の内面）を方錐状とすることにより、反射壁部１５は、平面視正方形状をした光源５の発光部と相似形の平面形状を有するものとなる。そして、方錐状の反射壁部１５は、光源５の発光部の中心に対して同心状で各辺が平行となるように設置される。反射壁部１５の基部は、光源５の発光部と干渉しないように、光源５の発光部よりも一回り程度大きな矩形状のものとされる。

光源５の最大輝度３１は、光源５からの光１４を集光して得られる最大の輝度のことである。但し、最大輝度３１は、おおむね５％未満程度までの輝度低下であれば許容することができる。輝度ムラは、明部と暗部との輝度差が大きい状態のことである。輝度ムラは、人間の視覚で認識できるかどうかによって判断される。体感的には、中心部（明部）と周辺部（暗部）との輝度差が２倍以上になると、多くの人によって輝度ムラが認識されるようになる。

急斜面は、光軸８に対して４５度よりも小さくなる角度のことである。これに対し、緩斜面は、光軸８に対して４５度よりも大きくなる角度のことである。

反射壁部１５の４つの内面を急斜面にすると、光源５からの光１４のうち、リフレクター７の反射壁部１５の内面で反射せずに直接通過するもの（直接光）に対する、反射壁部１５の内面で反射されるもの（反射光）の割合が多くなるため、集光効果が高くなって、高い輝度が得られるようになるのに対し、反射壁部１５の４つの内面を緩斜面にすると、直接光に対する反射光の割合が少なくなるため、集光効果が低くなって、低い輝度しか得られなくなる傾向にある。

一方で、反射壁部１５の４つの内面を急斜面にして集光効果を高くした場合などのように、内面の角度３２が小さくなる程、中心部と周辺部との輝度差が大きくなって輝度ムラを感じるようになり（図７の点Ａ１参照）、反対に、反射壁部１５の４つの内面を緩斜面にして集光効果を低くした場合などのように、内面の角度３２が大きくなる程、中心部（明部）と周辺部（暗部）との輝度差が小さくなって輝度ムラが低減されることになる（図７の点Ａ２、Ａ５参照。なお、輝度ムラのデータ画像は、白黒化によってカラーの時とは見え方が異なっている）。

よって、輝度向上と輝度ムラの低減とは、相反する構成によって得られる現象となり、両者のバランスが最も良くなる反射壁部１５の内面の角度３２が分かれば、照明効率が最も高い状態となる。

そこで、反射壁部１５の角度３２を様々に変えてシミュレーションを行った。そして、図７は、シミュレーションの結果をまとめたものである。この図によると、反射壁部１５の角度３２を１５度（光軸８に対して片側７．５度、点Ａ１）、２０度（光軸８に対して片側１０度、点Ａ２）、２５度（光軸８に対して片側１２．５度、点Ａ３）にした時に、最大輝度３１が得られた。そして、反射壁部１５の角度３２を２８度（光軸８に対して片側１４度、点Ａ４）、３０度（光軸８に対して片側１５度、点Ａ５）・・・と大きくして行くに従い、輝度が徐々に低下して行くことが確認された。また、１５度〜２５度（点Ａ１〜Ａ３）で安定した値（最大輝度３１）となっていることから、反射壁部１５の角度３２を１５度以下にしても、これよりも高い輝度は得られないものと推定された。

次に、上記した輝度のシミュレーションの結果に対して、輝度ムラを判定したところ、１５度の時（点Ａ１）には、輝度差が２倍以上となり、目視でも気になる程度の輝度ムラが有ることが確認された。また、２０度（点Ａ２）と３０度（点Ａ５）では、輝度差が２倍以下となり、目視で気になるような輝度ムラは確認されなかった。即ち、１５度の時よりも、輝度ムラは低減された。

よって、上記を総合したところ、輝度と輝度ムラとのバランスが最も良くなる角度３２は、１５度よりも大きく、３０度よりも小さい範囲（点Ａ２〜点Ａ４）であることが導き出された。よって、急斜面部３３（反射壁部１５の内面）を、光軸８に対して両側２０度〜３０度未満の範囲の角度３２に設定すれば、照明効率が最も高い状態が得られることが確認された。なお、２８度の場合（点Ａ４）は、輝度が最大輝度３１よりも若干落ちてはいるが、この程度の輝度の低下であれば許容範囲であることが確認された。

（２）より具体的な構造としては、上記回路基板６に対し、上記光源５が複数並設される。
そして、上記リフレクター７の（方錐状の）反射壁部１５が、上記各光源５ごとに個別に設けられていると共に、（反射壁部１５は）複数連接されて一体の連接反射部４１となっている。
この連接反射部４１が、全体の外形を画成する枠壁部４２と、この枠壁部４２の内側を個別に正方形状に仕切る仕切壁４３とを有している。
更に、上記枠壁部４２が、上記仕切壁４３よりも光源５の光軸方向へ長く延びる延長部４５を有している。

ここで、光源５は、表示部２の形状および大きさや、表示部２の照明に必要な輝度などによって、その設置個数が決められる。そして、回路基板６に対する複数の光源５の配置やリフレクター７の高さは、上記した表示部２の形状および大きさと、反射壁部１５の角度３２などとに基づいて決められる。この場合、光源５は、横に３個並設されている。

この際、連接反射部４１の仕切壁４３の高さは、複数の反射壁部１５の隣接する内面（急斜面部３３）どうしが交差する位置となる。そして、仮に、連接反射部４１の枠壁部４２を仕切壁４３と同じ高さのものにすると、リフレクター７の出光部１３に仕切壁４３の先端部の影が強く出てしまうおそれがあるため、上記したように、枠壁部４２に延長部４５を設けて、光源５からの光１４を延長部４５内で仕切壁４３の先端部よりも外へ拡げるようにする。

出光部１３に、上記した影が強く出ないようにするためには、延長部４５の長さ４５ａは、仕切壁４３の高さ４３ａのおおむね０．５倍程度以上にするのが好ましい。また、延長部４５をあまり長くすると、光源５から出光部１３までの距離が長くなり過ぎてしまうので、延長部４５の長さ４５ａは、仕切壁４３の高さ４３ａのおおむね１．０倍程度までとするのが好ましい。この実施例の場合には、延長部４５の長さ４５ａは、仕切壁４３の高さ４３ａの０．７倍程度としている。

なお、表示部２（または出光部１３）の形状および大きさなどに合うように枠壁部４２の形状を調整する必要がある場合には、延長部４５の内面の少なくとも一部については、急斜面部３３とせずに、部分的に光軸８と垂直になる垂直面部４８などにしても良い。

（３）上記リフレクター７の表面側に、光源５からの光１４を拡散させる拡散板５１を設置可能とする。

ここで、リフレクター７の表面側とは、出光部１３のことである。拡散板５１（または拡散シートや拡散フィルターなど）は、光源５からの光１４を拡散させて均一化を図るための光学部品である。拡散板５１は、輝度を著しく低下させないようなものとされ、必要に応じて、補助的に使用される。拡散板５１を取付けるために、リフレクター７の連結面部１８には、出光部１３の縁部に沿って段差凹部５５や爪部５６などの拡散板取付部５７が設けられる。なお、方錐状の反射壁部１５が複数建設されている場合、リフレクター７は、全体に対して１枚のみ設けられる。

（４）少なくとも、上記リフレクター７の反射壁部１５の内面に、鏡面反射層６１が設けられるようにする。

ここで、鏡面反射層６１は、例えば、アルミ蒸着層などとされる。鏡面反射層６１は、反射壁部１５の内面にのみ設けるようにしても良いが、この場合、リフレクター７のほぼ全体に対して形成されている。

（５）図１に示すように、表示装置１に表示された画像７１を（車両における運転席の）前方へ投影するヘッドアップディスプレイ装置７３が設けられる。
上記表示装置１が、画像７１を照明するバックライト３を備えたものとされる。
そして、このバックライト３が、上記リフレクター７を備えたものとされている。

ここで、ヘッドアップディスプレイ装置７３は、ハウジング７５の内部に、画像形成装置７６と、この画像形成装置７６で形成された画像７１をハウジング７５の外部へと導く光路７７とを設けたものとされる。

そして、ハウジング７５には、光路７７に導かれた画像７１を外部へ取り出すための開口部７８が設けられている。この開口部７８には、画像７１を投影させるためのコンバイナー７９（例えば、半透光性の投影部材）が設けられている。なお、光路７７の途中には、画像７１を反射させてコンバイナー７９へ導くなどのための反射鏡８１が適宜設けられている。

画像形成装置７６は、上記した表示装置１とされ、この表示装置１は、上記したように、表示部２と、表示部２を背面側から照明するバックライト３とを備えている。表示部２は、液晶パネルとされる。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

回路基板６に取付けた光源５を点灯すると、光源５からの光１４は、回路基板６の表面側に設置されているリフレクター７の内部を通ってリフレクター７の先端側に設けられた出光部１３から出光される。これにより、リフレクター７の先端側に設置された表示部２が照明される。

この際、光源５からの光１４は、リフレクター７の内部を反射せずに直接通過したもの（直接光）と、リフレクター７（の反射壁部１５）で反射されたもの（反射光）とが合わさることで集光された状態になる。このように、光源５からの光１４を集光させて照射することにより、輝度を高めて照明を明るくすることができる。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）上記において、リフレクター７が最適化されるように、反射壁部１５の形状を見直すようにした。即ち、リフレクター７の反射壁部１５を、光源５の発光部の平面形状と相似形となる方錐状にした。そして、この方錐状の反射壁部１５の４つの内面を、光源５の最大輝度３１を確保しつつ輝度ムラを緩和・抑制可能な角度３２の急斜面部３３とした。これにより、光源５からの光１４を全周ほぼ均等でしかも効率の良い状態で反射させることが可能となる。その結果、輝度ムラを解消しつつより高い輝度を得ることができるようになり、照明効率を上げることが可能となる。よって、同じ輝度にするのであれば、これまでよりも、光源５の数を減らすことや、あるいは、輝度の低い光源５を用いることなどができるようになり、その分、照明構造に要するコストを低減することも可能となる。

（効果２）光源５が複数並設されている場合に、方錐状の反射壁部１５を複数連接して連接反射部４１とすると共に、この連接反射部４１の枠壁部４２に仕切壁４３よりも光源５の光軸方向へ長く延びる延長部４５を設けるようにした。これにより、延長部４５の長さ４５ａの分だけ各光源５からの光１４が各仕切壁４３の先端部よりもそれぞれ外方へ拡がるようになるので、（図８に示すように）輝度ムラをより少なくすると共に、リフレクター７の出光部１３に仕切壁４３の先端部による影を抑制することができる。

（効果３）リフレクター７の表面側に拡散板５１を設置できるようにした。これにより、必要な場合に、拡散板５１を設置して、光源５からの光１４を拡散板５１で拡散させて、輝度ムラをより一層低減させることが可能となる。

図８は、延長部４５を設けると共に、拡散板５１を設けた場合の輝度ムラの様子を示す図であり、図８によれば、各ランプ室２１（照明ルーム）の部分については、輝度ムラが少なくなっており（なお、輝度ムラのデータ画像は、白黒化によってカラーの時とは見え方が異なっている）、また、仕切壁４３の先端部による影も許容範囲内に収まる程度にまで薄くなっていることが確認された。

（効果４）少なくとも、リフレクター７の反射壁部１５の内面に鏡面反射層６１を設けた。この鏡面反射層６１（による反射率の増加）で、光１４をロスなく反射させて照明効率を更に上げることができる。

（効果５）ヘッドアップディスプレイ装置７３は、正面を向いて運転している運転席乗員の視界に入るように、表示装置１で形成した画像７１をコンバイナー７９に投影させて虚像として表示させるものである。そして、このようなヘッドアップディスプレイ装置７３に対して、上記リフレクター７を備えたバックライト３を適用するようにした。これにより、上記したように、ヘッドアップディスプレイ装置７３におけるバックライト３の照明効率を上げることができる。よって、より明るいヘッドアップディスプレイ装置７３を得ることが可能となる。

以上、実施例を図面により詳述してきたが、実施例は例示にしか過ぎないものである。よって、本発明は、実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例が開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

１ 表示装置
３ バックライト
５ 光源
６ 回路基板
７ リフレクター
１５ 反射壁部
３２ 角度
３３ 急斜面部
４１ 連接反射部
４２ 枠壁部
４３ 仕切壁
４５ 延長部
５１ 拡散板
６１ 鏡面反射層
７１ 画像
７３ ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (5)

1. 表面に光源が取付けられている回路基板と、
   該回路基板の表面側に、前記光源を取り囲むように設置されているリフレクターとを有しており、
   該リフレクターが、方錐状の反射壁部を有していると共に、
   該方錐状の反射壁部の４つの内面が、光源の最大輝度を確保しつつ輝度ムラを緩和・抑制可能な角度の急斜面部とされていることを特徴とする照明構造。
2. 請求項１に記載の照明構造において、
   前記回路基板に対し、前記光源が複数並設されており、
   前記リフレクターの反射壁部が、前記各光源ごとに個別に設けられていると共に、複数連接されて一体の連接反射部となっており、
   該連接反射部が、全体の外形を画成する枠壁部と、該枠壁部の内側を個別に正方形状に仕切る仕切壁とを有しており、
   前記枠壁部が、前記仕切壁よりも光源の光軸方向へ長く延びる延長部を有していることを特徴とする照明構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の照明構造において、
   前記リフレクターの表面側に、光源からの光を拡散させる拡散板が設置可能とされていることを特徴とする照明構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明構造において、
   少なくとも、前記リフレクターの反射壁部の内面に、鏡面反射層が設けられていることを特徴とする照明構造。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明構造において、
   表示装置に表示された画像を前方へ投影するヘッドアップディスプレイ装置が設けられていると共に、
   前記表示装置が、画像を照明するバックライトを備えており、
   該バックライトが、前記リフレクターを備えていることを特徴とする照明構造。