JP4227592B2 - 画像発生のための装置 - Google Patents

Description

本発明はライトバルブを含む画像再生装置を有する画像発生のための装置に関する。

情報が乗り物の運転者の視線を走行すべき道路又は飛行すべき大気圏から逸らす必要なしに、運転者にこれらの情報を伝達するためには、いわゆるヘッドアップディスプレイが公知であり、これらのヘッドアップディスプレイによって情報を表示する画像が乗り物のフロントガラスに挿入される。明るい周囲光においても見えるように、このために画像の高い輝度が必要である。

本発明の課題は、従って、乗り物における動作に適しており、すなわちとりわけ僅かな組み込みサイズ及び僅かな重量を有し、できるだけ小さい損失電力を有し乃至は熱として放出する装置によって、高い輝度の画像を発生することである。

上記課題は、本発明によれば、画像再生装置のバックライトのために発光ダイオードマトリクスから成る光源が設けられ、この光源と画像再生装置との間に発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置が設けられており、集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタを有し、この格子状リフレクタはそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、この光チャネルの壁面は反射性を持ち、画像再生装置は画像発生のための装置の一つの側面において他の側面よりも光源までの大きな間隔を有し、格子状リフレクタの間にフレーム状の更に別のリフレクタを設けることによって解決される。

本発明は、画面全体に亘って高い輝度及び一様な輝度分布を有する高解像度の画像を発生するためのコンパクトな装置を可能にする。この場合、集束及び拡散のための装置は、個々の発光ダイオードの障害的な結像が行われることなしに発光ダイオードにより発生される光が画像再生装置の面に集束されるようにする。本発明の装置の有利な適用領域はビークルアプリケーションのためのグラフィックなヘッドアップディスプレイである。

本発明の装置ではそれぞれマトリクス点が複数の発光ダイオードによって形成されていると有利であることが判明した。

本発明の装置は原理的にモノクロームディスプレイにも適しているが、有利な適用領域はカラー表示にあり、とりわけそれぞれマトリクス点の発光ダイオードは異なる色の光を送信し、とりわけ４つの発光ダイオードが１つのマトリクス点を形成する。

人間の目の感度曲線においてとりわけ明るい画像印象は、２つの緑に発光する発光ダイオード、１つの青に発光する発光ダイオード及び１つの赤に発光する発光ダイオードがマトリクス点毎に設けられることによって達成される。この場合、色空間は白色を含めて十分に表示される。

これが必要ではない場合又は選択された色の比較的明るい表示のために表示すべき色の制限が望ましい場合には、発光ダイオードは別なふうに選択される。シグナル色、例えば赤、オレンジ及びグリーンを表示するためには、２つの緑に発光する発光ダイオード及び２つの赤に発光する発光ダイオードがマトリクス点毎に設けられる。

本発明の装置の有利な実施形態は、輝度の更なる上昇をマトリクス点がそれぞれリフレクタによって囲まれることによって可能にする。

本発明の装置の実施形態は、カラー画像の表示を、ライトバルブに異なるスペクトル通過領域のカラーフィルタが割り当てられることによって可能にし、このカラーフィルタの通過領域は発光ダイオードのスペクトル光分布に適合されている。

この実施形態は、少なくとも１つのグリーンフィルタがさらに赤及び緑に発光する発光ダイオードのスペクトル領域の部分を検出する通過領域を有するように構成される。これによって輝度の更なる上昇が得られるが、もちろん最大表示可能彩度は犠牲にする。これは適用事例の大部分では障害とならない。

本発明の装置の他の実施形態は、集束及び拡散のための装置が格子状リフレクタを有し、この格子状リフレクタがそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、この光チャネルの壁面が反射性を持つことによって、一様な光分布に寄与する。この場合有利には、それぞれ光チャネルの断面は画像再生装置の方向に拡がっている。この実施形態は、リフレクタの間にフレーム状の更に別のリフレクタが設けられているように構成される。

一様な輝度分布の更なる改善のために、本発明の装置では、集束及び拡散のための装置はさらに格子状リフレクタと画像再生装置との間に設けられた拡散板を有し、格子状リフレクタと拡散板との間には間隔が設けられている。

集積された拡散粒子を有する拡散板は光束の望ましくない減衰を惹起するが、この望ましくない減衰は、拡散板が表面構造化されたディフューザであることによって低下される。有利には、この場合、拡散角が他の方向よりも１つの方向においてより大きく、この結果、楕円拡散が生じるように表面が構造化されている。縦長のディスプレイではディスプレイの比較的大きな広がりの方向において拡散角の比較的大きな軸が設けられる。

ヘッドアップディスプレイとしての本発明の装置の適用事例において、本発明の装置から放射される光に向かって光が画像再生装置に入射し、そこで反射されることは排除されない。この反射された光が画像を表示する光と共に観察者の方向に反射されないように、本発明の装置の実施形態では、画像再生装置は画像発生のための装置の一つの側面において他の側面よりも光源までのより大きな間隔を有する。画像再生装置のこの傾斜状態によって、妨害的な反射が回避され、同時に観察者の方向への光源の光の直線パスが保証される。

本発明の装置のコスト的に有利な製造は、適当なプラスチックの使用によって可能である。例えば、格子状リフレクタはプラスチックから射出成形されている。

別の有利な実施形態は、発光ダイオードから発生される光の比較的良好な利用に次のことによって寄与する。すなわち、集束及び拡散のための装置と光源との間には偏光フィルタが設けられており、この偏光フィルタは予め設定された偏光方向の光を通過させ、他の偏光方向の光を反射する。

コンパクトでかつ光学的に効果的な本発明の装置は、再生装置、光源及び集束及び拡散のための装置は基本的に同じ面積を持つことによって得られる。

本発明の別の実施形態では、画像再生装置は低温ポリシリコンＴＦＴディスプレイである。これによってスタンダードＴＦＴディスプレイよりも大きなアパーチャ、つまりより大きな透過及びディスプレイ輝度が得られる。

以下において本発明の装置のさらにいくつかの利点を説明する。ＲＧＢ光源とカラーディスプレイとの間の同調によってヘッドアップディスプレイにおけるグラフィックなカラー画像の表示が十分な輝度において可能となる。リフレクタとレンズとの協調によって、液晶ディスプレイの面におけるバックライトの一様な色及び輝度分布が達成される。液晶ディスプレイのコントラスト最大値は光源に対するディスプレイのわずかな傾斜によって観察方向へと向けられる。

液晶カラーディスプレイでは構成可能な画像内容はカラーで表示されうる。従って、画像内容は色状況に適合されうる。画像発生装置全体の組み込みスペースは実際の実施例ではほんの数立方センチメートルである。発光ダイオード及びこれに所属するディスプレイの色の選択によってそれぞれ表示しうる色空間が制御される。例えば、ＲＧＢ発光ダイオードアレイの代わりに赤色・緑色発光ダイオードアレイが選択され、相応のやり方で液晶においてブルーのフィルタエレメントがグリーンのフィルタエレメントによって代替されうる。この場合、はるかに高い輝度を有する制限された色空間が生じる。

本発明は多数の実施形態を許容する。これらのうちのいくつかを概略的に複数の図面に基づいて図示し、以下において記述する。
図１は実施例の断面図であり、
図２は図１の実施例における格子状リフレクタの平面図であり、
図３は異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示であり、
図４は別の実施例の一部分の拡大表示であり、
図５はレンズアレイの一部分である。

図１及び図２の実施例では光源としてそれぞれ４つの発光ダイオード１の４×８グループのアレイが設けられており、これらの発光ダイオードは担体２に載置されている。これらのグループの間にはウェブ３があり、これらのウェブ３の傾斜した表面はリフレクタとして使用される。

光源１、２、３の上にレンズアレイ４があり、このレンズアレイ４には格子状リフレクタ５が接合されている。

ウェブ３、レンズアレイ４ならびに格子状リフレクタ５の斜めに延在する表面６は一様な光分布を惹起する。リフレクタ５のウェブ７によるシェーディングを回避するために、フレーム８が設けられており、このフレーム８はリフレクタ５と液晶ディスプレイ９との間の間隔を惹起する。液晶ディスプレイ９の下には拡散板１０が存在し、この結果、液晶ディスプレイ９のバックライトの一様性がさらに改善される。

フレーム８は液晶ディスプレイの傾斜状態を惹起し、この結果、上から入射する光は液晶ディスプレイから出て観察者に到達する光と同じ方向には反射されない。

図２は液晶ディスプレイ９及び拡散板１０を取り去った場合の図１の装置を示す。発光ダイオード１が図２の図示によればそれ自体レンズアレイ４を通して見える。しかし、簡略化のために、発光ダイオード１の相応の歪みは図示されていない。

図３は基本的に図１の部分拡大図を図示しており、液晶ディスプレイ及び光源の詳細の説明のために使用される。液晶ディスプレイ９は２つのガラスプレート１１、１２との間に液晶１３ならびにカラーフィルタ１４を有す。後者は３つの異なる色の色点のアレイから成り、これは図３では異なるハッチングによって示されている。カラーフィルタのアレイと関連してここには図示されていない制御電極が設けられており、これらの制御電極はそれぞれ液晶とともにライトバルブを形成する。ガラスプレート１１、１２の外側には互いに直交する偏光面を有する偏光子１５、１６が存在する。

図１との関連において短く記述された光源は図３ではより詳しく図示されている。

４つの発光ダイオード１はウェブ３によって形成される穴の中心部に高くサブマウント２０の上に配置されている。これらの発光ダイオードはボンディングワイヤ２１を介して線路２５に接続されており、これらの線路２５は単に概略的にハッチングによってそれによって占められる面積が図示されている。有利な実施形態ではこれらの発光ダイオードのうちの１つが赤に発光し、２つが緑に発光し、第４の発光ダイオードが青に発光する。この配置では光が混合して白くなる。サブマウント２０とウェブ３との間のスペースは白い注封材料２２によって充填されており、この白い注封材料２２の表面２４は発光ダイオード１から側面に放射される光に対するリフレクタとして使用される。透明な注封材料２３は中空スペースの形成を阻止する。

光源１、２、３とレンズアレイ４との間の結合は図３に図示された実施例ではシリコーンゲルから成る層２６、ＰＣＦ層２７及び適当な接着剤２８を介して行われる。

ＰＣＦ層２７によって、発光ダイオードにより発生される光から下部偏光子１５の方向に偏光されている光だけが通過され、この結果、ＰＣＦ層２７での偏光によって光が失われない。これとは異なって偏光されている光はＰＣＦ層２７によって反射され、次いで表面２４によって拡散反射される。これからまた相応の偏光を有する成分がさらにＰＣＦ層２７を通過し、この結果、ＰＣＦ層は全体として輝度の上昇に寄与する。

図４はＰＣＦ層なしの実施例を示す。さらに図４において図示された部分は装置の縁部に存在する。

図５は８つのレンズを有するレンズアレイ３１を示し、これらの８つのレンズはウェブ３２によって一体になっている。図５に図示されたレンズアレイのうちの４つは図３及び４の実施例において並んで配置されている。

実施例の断面図である。 図１の実施例における格子状リフレクタの平面図である。 異なる詳細を説明するための図１の一部分の拡大表示である。 別の実施例の一部分の拡大表示である。 レンズアレイの一部分である

符号の説明

１ 発光ダイオード
２ 担体
３ ウェブ
４ レンズアレイ
５ 格子状リフレクタ
６ 格子状リフレクタの表面
７ ウェブ
８ フレーム
９ 液晶ディスプレイ
１０ 拡散板
１１ ガラスプレート
１２ ガラスプレート
１３ 液晶
１４ カラーフィルタ
１５ 偏光子
１６ 偏光子
２０ サブマウント
２１ ボンディングワイヤ
２２ 白い注封材料
２３ 透明注封材料
２４ 白い注封材料の表面、リフレクタ
２５ 線路
２６ シリコーンゲルの層
２７ ＰＣＦ層
２８ 接着剤
３１ レンズアレイ
３２ ウェブ

Claims (17)

1. ライトバルブを含む画像再生装置（９）を有する画像発生のための装置において、
   前記画像再生装置（９）のバックライトのために発光ダイオードマトリクス（１、２、３）から成る光源が設けられ、さらに、該光源と前記画像再生装置との間に発光ダイオードから発生される光の集束及び拡散のための光学装置が設けられており、
   集束及び拡散のための装置は格子状リフレクタ（５）を有し、該格子状リフレクタ（５）はそれぞれマトリクス点に対して光チャネルを形成し、該光チャネルの壁面（６）は反射性を持ち、
   前記画像再生装置（９）は画像発生のための装置の一つの側面において他の側面よりも光源（１、２、３）までの大きな間隔を有し、
   前記格子状リフレクタ（５）の間にフレーム状の更に別のリフレクタ（８）が設けられている、
   ことを特徴とする、ライトバルブを含む画像再生装置（９）を有する画像発生のための装置。
2. それぞれマトリクス点は複数の発光ダイオード（１）から形成されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. それぞれマトリクス点の発光ダイオード（１）は異なる色の光を送信することを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. ４つの発光ダイオード（１）が１つのマトリクス点を形成することを特徴とする、請求項２又は３記載の装置。
5. ２つの緑に発光する発光ダイオード（１）、１つの青に発光する発光ダイオード及び１つの赤に発光する発光ダイオード（１）がマトリクス点毎に設けられていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. ２つの緑色に発光する発光ダイオード（１）及び２つの赤色に発光する発光ダイオード（１）がマトリクス点毎に設けられていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
7. マトリクス点はそれぞれリフレクタ（３、２４）によって囲まれていることを特徴とする、請求項１〜６のうちの１項記載の装置。
8. ライトバルブには異なるスペクトル通過領域のカラーフィルタ（１４）が割り当てられており、該カラーフィルタ（１４）の通過領域は発光ダイオード（１）のスペクトル光分布に適合されていることを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の装置。
9. 少なくとも１つのグリーンフィルタは、さらに赤及び緑に発光する発光ダイオード（１）のスペクトル領域の部分を検出する通過領域を有することを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. それぞれ光チャネルの断面は画像再生装置（９）の方向に拡がっていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
11. 集束及び拡散のための装置はさらに格子状リフレクタ（５）と画像再生装置（９）との間に設けられた拡散板（１０）を有し、格子状リフレクタ（５）とこの拡散板（１０）との間には間隔が設けられていることを特徴とする、請求項１項記載の装置。
12. 拡散板（１０）は表面構造化されたディフューザであることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
13. 拡散角が他の方向よりも１つの方向においてより大きく、この結果、楕円拡散が生じるように表面が構造化されていることを特徴とする、請求項１２記載の装置。
14. 格子状リフレクタ（５）はプラスチックから射出成形されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
15. 集束及び拡散のための装置（４、５、１０）と光源（１、２、３）との 間には偏光フィルタ（２７）が設けられており、該偏光フィルタ（２７）は予め設定された偏光方向の光を通過させ、他の偏光方向の光を反射することを特徴とする、請求項１〜１４のうちの１項記載の装置。
16. 再生装置、光源（１、２、３）及び集束及び拡散のための装置（４、５、１０）は基本的に同じ面積を持つことを特徴とする、請求項１〜１５のうちの１項記載の装置。
17. 画像再生装置（９）は低温ポリシリコンＴＦＴディスプレイであることを特徴とする、請求項１〜１６のうちの１項記載の装置。

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