JPH06230732A - 輝度向上型ｌｅｄ表示器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バーグラフや、７セグメント数字あるいは、
アルファベットを表示するＬＥＤ表示器の輝度を向上す
る。 【構成】 電流通電により、０．３ミリメートル角程度
の輝点として発光するＬＥＤペレット（３）と、透明、
かつ、断面形が円形、または半円形、または三日月形等
で、平面的に一軸方向にのみ凸レンズとして作用する棒
状凸レンズ（２）とを、フレーム（１）により、ＬＥＤ
ペレット（３）の虚像（２１）が線状、または棒状とな
るように配置して保持する。棒状凸レンズ（２）はトー
リックレンズ（２Ｃ）と置き換えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバーグラフＬＥＤ表示器
や、数字あるいはアルファベットを表示するＬＥＤ表示
器の輝度向上型に関する。また、車両におけるデータ表
示装置に利用するのに適する輝度向上型ＬＥＤ表示器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に示されるようなバーグラフＬＥＤ
表示器を用いて、点灯させるバーの数を変えて、例え
ば、電圧の値や音量等をアナログ的に表示することが、
従来から広く行われている。この表示器の構造は、図８
及びそのＤ−Ｄ断面図である図９に示される如くであ
る。ＬＥＤペレット（３）は電流を流すと発光し、その
輝度は略電流値に比例する。このＬＥＤペレット（３）
の直接の光と、反射板（４）によって反射した光とを、
散乱層（５）において散乱させることによって、散乱層
（５）の外表面を一様な明るさで光らせる。散乱層
（５）は半透明なエポキシ樹脂等で作られている。ま
た、図１０のような構造のものもある。図１０はＬＥＤ
ペレット（３）の回りは中空であり、外表面に散乱フィ
ルム（６）が張ってある。機能的には散乱フィルム
（６）で光を散乱させて外表面を一様な明るさとするも
のであり、図９と全く同等である。

【０００３】また、図１１に示されるような７セグメン
ト数字表示器も従来から広く利用されており、点灯させ
るセグメントを変えて０から９の間の任意の数字を表示
するものである。この７セグメント数字表示器の１セグ
メントの構造は、バーグラフと同じである。即ち、図１
１におけるＥ−Ｅ断面図は図９あるいは図１０と同じで
ある。アルファベットの表示を行うアルファベット表示
器も広く利用されているが、７セグメント数字表示器と
セグメントの配置が異るだけで、各セグメントの構造は
全く同じである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図８ないし図１１に示
される従来のＬＥＤ表示器は、散乱層（５）あるいは散
乱フイルム（６）において、光が散乱されるので、散乱
による光の損失が大きく、表示のため外表面に発せられ
る光量は、ＬＥＤペレット（３）の発生する光量のほん
の僅かの量となってしまう。本発明は、表示器内の前記
の光の損失をほとんどなくして、ＬＥＤ表示器の表示輝
度を向上させるためのものである。

【０００５】また、本発明の応用面における課題とし
て、屋外で使用するような場合の表示の輝度不足を解決
するためのものである。例えば、特開平２−２８３５８
４号公報に記載された車両におけるデータ表示装置、即
ち、車速や、エンジン回転数や、燃料残量などのデータ
を、ＬＥＤ表示器によって発光させ、半透明鏡に反射さ
せて、ドライバーの前方視界の中に表示させるような用
途において、屋外の明るい場所で利用する場合に、ＬＥ
Ｄ表示器の表示輝度を高めないと、ドライバーは前方視
界の中に表示データを見ることができない。市販されて
いる汎用のＬＥＤ表示器は、室内使用を前提としたもの
であるので、前記用途においては、規格上限の電流を流
した場合でも、明るい場所においては表示の輝度が不足
であり、数倍の輝度向上を必要とする。

【０００６】この場合のもう一つの課題として、表示デ
ータを人が楽に視るためには表示像が眼から少くとも３
０ｃｍ、適値としては数ｍの距離としなければならな
い。これは光学系による虚像位置の遠隔化によって一般
的に達せられている。光学系は大型の暗箱やレンズ系を
必要とし、大型かつ高コストとなる。本発明は小型化、
低コスト化の本課題をも解決するためのものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ＬＥＤペレット（３）の
発光面の前に、透明、かつ断面形が円形あるいは、半月
形あるいは三日月形等で平面的に一軸方向にのみ凸レン
ズとして作用する棒状凸レンズ（２）を、棒状凸レンズ
（２）の中心面（８）内にＬＥＤペレット（３）の光軸
（７）が存在するよう、フレーム（１）によってＬＥＤ
ペレット（３）と、棒状凸レンズ（２）とを保持する。

【０００８】また、本発明における別の態様では、ＬＥ
Ｄペレット（３）と、トーリックレンズ（２Ｃ）とを、
フレーム（１）によって次のように保持する。即ち、Ｌ
ＥＤペレット（３）のトーリックレンズ（２Ｃ）を通し
て視た虚像（２１）が線状または棒状となるようにＬＥ
Ｄペレット（３）をトーリックレンズ（２Ｃ）の焦点ま
たは焦点近傍に配置する。

【０００９】

【作用】ＬＥＤペレット（３）に電流が流されると、Ｌ
ＥＤペレット（３）の外面は点状に光る。ＬＥＤペレッ
ト（３）の前方に配置された棒状凸レンズ（２）または
トーリックレンズ（２Ｃ）を、棒状凸レンズ（２）また
はトーリックレンズ（２Ｃ）の前方から観測するとき、
ＬＥＤペレット（３）の虚像（２１）は線状または棒状
になって輝いて見える。

【００１０】

【実施例】図によって本発明の実施例を説明する。図１
は本発明のエレメントが１つの場合の斜視図であり、図
２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。これらの図にお
いてＬＥＤペレット（３）は０．３ミリ角程度の小さな
光源であり、これに１０ミリアンペア程度の電流を流し
た時、輝点として輝く。棒状凸レンズ（２）は透明なプ
ラスチックやガラス等の材料で作られ、その断面形が図
２に示される円形、あるいは図３に示される各種の断面
形のいづれかであり、平面的に一軸方向、即ち、図２の
横方向にのみ凸レンズとして作用するものである。な
お、ＬＥＤペレット（３）の光軸（７）は棒状凸レンズ
の中心面（８）の中央にあるよう配置されている。フレ
ーム（１）は光が外部に漏れないような不透明な材料で
作られ、ＬＥＤペレット（３）と、棒状凸レンズ（２）
を固定して保持する。また、フレーム（１）にはＬＥＤ
（３）に電流を流すための配線（図示せず）がほどこさ
れている。

【００１１】ＬＥＤペレット（３）に電流を流して、棒
状凸レンズ（２）の前方から観測する時、棒状凸レンズ
（２）を通して見たＬＥＤペレット（３）の虚像が、棒
の幅と等しい長さの線状ないしは棒状の輝線として観測
される。この場合、棒状凸レンズ（２）においては、従
来例のように散乱による光の損失がないので、観測され
る虚像の輝度は従来のものの輝度に比べて１０倍程度、
明るくすることができる。ＬＥＤペレット（３）の輝度
は電流に略比例するので、従来並みの輝度とする場合に
は、電流を略１／１０に減少させることができる。

【００１２】図４は本発明をバーグラフ表示器に適用し
た場合の斜視図である。これは図１のものを必要なバー
の数だけ並べたものである。図４では短い棒状凸レンズ
（２）がＬＥＤペレット（３）の１つ１つに対応して配
置されている。図５は図４の複数の短い棒状凸レンズ
（２）を隣接するレンズ同志の隙間を同質材料で埋め１
本の長い棒状凸レンズ（２Ａ）に置きかえたものであ
る。内部のＬＥＤペレット（３）の配置は図４と同じで
ある。部品数が図４より減るのでコストが低減できる。
図４や図５のものではＬＥＤペレット（３）の通電する
数を変えることによって、任意の数のバーグラフ表示を
することができ、本発明品では従来より明るい輝度で表
示することができる。

【００１３】図６は本発明を７セグメント数字表示器に
適用した場合の斜視図である。図６のＣ−Ｃ断面図は図
２であり、図６では７セグメントの各セグメントの位置
に図２に示されるＬＥＤペレット（３）と棒状凸レンズ
（２）とが配置されている。図７は図６で示す複数の捧
状凸レンズ（２）を隣接するレンズ同志の隙間を同質材
料で埋め一個の棒状凸レンズ（２Ｂ）に置きかえたもの
である。図６や図７のものでは、各セグメント位置のＬ
ＥＤペレット（３）の点灯数を変えることによって、０
〜９のいづれかの任意の数字を、従来より明るい輝度で
表示することができる。

【００１４】バーグラフ表示器は、輝線が平行に配列さ
れたものを図４と図５の例で説明したが、輝線が横に並
ぶよう配列したものも、棒状凸レンズ（２）の方向を、
長手方向が横に並ぶよう配列を変更するだけで、図４や
図５と同様にできる。また、アルファベット表示器も数
字表示器とセグメントの数と配置を変えるだけで同様に
できる。

【００１５】次に、本発明の輝度向上型ＬＥＤ表示器の
応用例について説明する。例えば、特開平２−２８３５
８４号公報に記載された車両におけるデータ表示装置に
本発明品を利用するならば、非常によい性能を発揮する
ことができるようになる。図１２は車両におけるデータ
表示装置の装着使用中の側面図である。本表示装置は、
自動二輪車などの車両の走行に関するデータ、例えば、
車速や、エンジン回転数や、燃料残量などをドライバー
の前方視界の中に表示するものであり、ドライバーは車
体に装備されている計器をルックダウンすることなく、
必要なデータを前方視界を見たままで見ることができ
る。前記の車速などの走行に関するデータは、車体に装
備された変換器により電気信号に変換され、赤外線送信
器（１０）に入力されて、ドライバーのヘルメットに向
けて赤外線信号として送られる。これらのデータはヘル
メット（１１）にとりつけたデータ表示器（１２）によ
って、ドライバーの前方視界の中に可視データとして堤
供される。

【００１６】図１３はヘルメットにデータ表示器（１
２）をとりつけた斜視図である。データ表示器（１２）
には赤外線受信機（１４）、ＬＥＤ表示器（１５）、光
学系（１６）、及び電池（１７）が内蔵されており、ま
た、外部には半透明鏡（１８）がとりつけられている。
データ表示器（１２）はシールド（１３）にとりつけて
あり、ドライバーが行うシールドの上下には支障ないよ
うになっている。

【００１７】赤外線送信器（１０）から送られた赤外線
信号は赤外線受信機（１４）によって電気信号に戻され
る。ＬＥＤ表示器（１５）は本発明のバーグラフや７セ
グメント数字などの輝度向上型ＬＥＤ表示器であり、受
信器（１４）の電気信号を受けてＬＥＤにより可視光デ
ータに変換する。光学系（１６）は、外光を遮断する暗
箱とフレネル等のレンズ系で構成され、ＬＥＤの可視デ
ータを３０ｃｍ〜無限遠に結像させ、ドライバーが表示
を楽に見ることができるようにする。光学系（１６）か
らの可視データは、半透明鏡（１８）で反射されてドラ
イバーの眼に入る。半透明鏡（１８）は透明なプラスチ
ックに光学コーティング処理をして半透明としたもので
あり、ドライバーは半透明鏡（１８）を通して前方視界
を視ると同時に、前記の可視データをも視ることができ
る。表示の例を図１４と図１５に示す。図１４は車速な
どのデータを７セグメント数字表示した場合であり、図
１５はエンジン回転数などのデータをバーグラフ表示し
た場合の例である。

【００１８】半透明鏡（１８）の反射率は高くすると、
表示を明るくすることができるが、視界が暗くなって、
前方が視にくくなるので、５０％程度が限界である。従
って、ＬＥＤ表示器（１５）の発光による可視データは
半透明鏡（１８）で輝度が低下させられる。また、前方
視界には明るい太陽光がさしこむこともあるので、ＬＥ
Ｄ表示器（１５）の発光輝度は高くないと、明るい環境
下において表示データを視ることができない。現在、市
販されているバーグラフや７セグメント数字の汎用ＬＥ
Ｄ表示器は室内での使用を前提としているので、車両に
おけるデータ表示装置のように屋外利用の場合には汎用
のＬＥＤ表示器をそのまま利用することができない。本
発明を適用したＬＥＤ表示器（１５）を利用することに
よって、昼間の屋外の明るい環境下における車両データ
の前方視界内表示が可能になる。なお、電池（１７）
は、赤外線受信器（１４）とＬＥＤ表示器（１５）のた
めの電源である。

【００１９】次に、本発明における別の態様について説
明する。図１６はトーリックレンズ（２Ｃ）の斜視図で
ある。トーリックレンズは円を任意の軸の回りに回転し
た時生ずる曲面を利用したレンズであり、レーザプリン
タなどの各種光学機器に利用されている。図１７と図１
８はトーリックレンズ（２Ｃ）の光学系の光路図であ
り、図１７は図１６のＦ−Ｆ断面図、図１８は図１６の
Ｇ−Ｇ断面図である。ただし、光路を示すため、図１７
と図１８では断面図を示す斜線は一部省略してある。図
１７において、ＬＥＤペレット（３）はトーリックレン
ズ（２Ｃ）の焦点におかれており、ＬＥＤペレット
（３）からの光線（１９）はトーリックレンズ（２Ｃ）
を通過後、平行光線となる。図１８において、ＬＥＤペ
レット（３）からの光線（１９）はトーリックレンズ
（２Ｃ）を通過後、レンズからある有限距離の集光線
（２０）の位置に集光する。トーリックレンズ（２Ｃ）
の外側、即ち、集光線（２０）の側から観察する時、点
光源であるＬＥＤペレット（３）の像は、線状または幅
をもつ棒状の虚像（２１）として輝いて見える。この虚
像（２１）の位置は、トーリックレンズ（２Ｃ）のレン
ズの曲率と、ＬＥＤペレット（３）とレンズとの相対位
置、即ち、ＬＥＤペレットをレンズ焦点位置からずらす
ことによって変化させることができ、３０ｃｍから無限
遠の任意の距離に設定することができる。

【００２０】棒状レンズ（２）、（２Ａ）、（２Ｂ）を
利用した図１〜図７の表示器を光学系（１６）なしに車
両におけるデータ表示装置に利用する場合には、眼と表
示器との距離は１０ｃｍ程度しかとれないので、表示を
判然と見ることはできない。図１７、図１８の表示器を
使用した場合には、眼と像位置との距離を数ｍとするこ
とができるので、光学系（１６）をなくすことができ
る。また、トーリックレンズ（２Ｃ）は透明な材料であ
るので、輝度向上については棒状凸レンズ（２）の場合
と同様である。図１〜図７のすべての表示器において、
棒状凸レンズ（２）をトーリックレンズ（２Ｃ）におき
かえることができる。一体化した棒状凸レンズ（２
Ａ）、（２Ｂ）を同様に一体化したトーリックレンズ
（２Ｄ）、（２Ｅ）におきかえることもできる。トーリ
ックレンズを利用した場合の斜視図は、図の上では棒状
凸レンズの場合の図と同じであり、図１、図４、図６の
１セグメント用棒状凸レンズ（２）を１セグメント用ト
ーリックレンズ（２Ｃ）に，図５の一体化されたバーグ
ラフ表示用棒状凸レンズ（２Ａ）を一体化されたバーグ
ラフ表示用トーリックレンズ（２Ｄ）に、図７の一体化
された字形表示用棒状凸レンズ（２Ｂ）を一体化された
字形表示用トーリックレンズ（２Ｅ）におきかえる。

【００２１】

【効果】ＬＥＤのバーグラフ表示器、７セグメント数字
表示器、またはアルファベット表示器において、ＬＥＤ
ペレット（３）の前方に、透明な材料で作られた棒状凸
レンズ（２）を置く構造としたので、ＬＥＤペレット
（３）に電流を流した時の輝点を、棒状凸レンズ（２）
の横幅と等しい線状の輝線としての虚像（２１）を観測
することができるようになった。この時、光の損失はほ
とんどないので、従来の散乱層（５）や散乱フイルム
（６）を用いた表示器に比べて、ＬＥＤペレット（３）
の消費電力を従来と同じにした場合、表示の明るさを略
１０倍に向上させることができた。また、従来と同等の
明るさとするならば、ＬＥＤペレット（３）の消費電力
を略１／１０に減少させることができるようになった。

【００２２】本発明の輝度向上型ＬＥＤ表示器を車両に
おけるデータ表示装置の表示器に利用した場合には、従
来の汎用ＬＥＤ表示器では表示データを見ることができ
なかった屋外の明るい場所でも表示データを判然と見る
ことができるようになった。

【００２２】また、本発明の別の態様のトーリックレン
ズ（２Ｃ）、（２Ｄ）、（２Ｅ）をとり入れた輝度向上
型ＬＥＤ表示器を利用した場合には、輝度向上に加え
て、光学系（１６）をなくすことができるので、小型化
することができ、また、部品数減少によるコスト低減が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１エレメントの表示器の斜視図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】棒状凸レンズ（２）の各種の断面図である。

【図４】本発明のバーグラフ表示器の斜視図である。

【図５】本発明のバーグラフ表示器で棒状凸レンズを一
体化した場合の斜視図である。

【図６】本発明の７セグメント数字表示器の斜視図であ
る。

【図７】本発明の７セグメント数字表示器で棒状凸レン
ズを一体化した場合の斜視図である。

【図８】従来の汎用バーグラフ表示器の斜視図である。

【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。

【図１０】図９と別の構成の図８のＤ−Ｄ断面図であ
る。

【図１１】従来の汎用７セグメント数字表示器の斜視図
である。

【図１２】車両におけるデータ表示装置の使用状態を示
す側面図である。

【図１３】ヘルメットにデータ表示器をとりつけた斜視
図である。

【図１４】数字表示の例の図である。

【図１５】バーグラフ表示の例の図である。

【図１６】トーリックレンズ（２Ｃ）の斜視図である。

【図１７】図１６のＦ−Ｆ断面図において光路を示した
図である。

【図１８】図１７のＧ−Ｇ断面図において光路を示した
図である。

【符号の説明】

１：フレーム ２，２Ａ，２Ｂ：棒状凸レンズ ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：トーリックレンズ ３：ＬＥＤペレット ４：反射面 ５：散乱層 ７：光軸 ８：レンズ中心面 ９：自動２輪車 １０：赤外線送信器 １１：ヘルメット １２：データ表示器 １３：シールド １４：赤外線受信器 １５：ＬＥＤ表示器 １６：光学系 １７：電池 １９：光線 ２０：集光線 ２１：虚像 ２２：前方視界 ２３：表示データ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ア）電流通電により、輝点として発光す
   るＬＥＤペレット（３）と、（イ）透明、かつ、断面形
   が円形、または半円形、または三日月形等で、光軸
   （７）に直交する平面の一軸方向にのみ凸レンズとして
   作用する棒状凸レンズ（２）と、（ウ）ＬＥＤペレット
   （３）と、棒状凸レンズ（２）を保持するフレーム
   （１）とを備え、棒状凸レンズ（２）の中心面（８）内
   にＬＥＤペレット（３）の光軸（７）があり、かつ、Ｌ
   ＥＤペレット（３）の前方に棒状凸レンズ（２）がある
   ように配置したことを特徴とする輝度向上型ＬＥＤ表示
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された輝度向上型ＬＥＤ
   表示器、複数個を各ＬＥＤペレット（３）の光軸が平行
   に一平面内にあり、かつ、棒状凸レンズ（２）の中心面
   （８）が前記一平面と一致するように配置して、バーグ
   ラフ表示をする輝度向上型ＬＥＤ表示器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された輝度向上型ＬＥＤ
   表示器、複数個を、棒状凸レンズ（２）の中心面（８）
   内にＬＥＤペレット（３）の光軸（７）があり、また、
   ＬＥＤペレット（３）の前方に棒状凸レンズ（２）があ
   り、かつ、各レンズ中心面（８）が７セグメント数字表
   示器またはアルファベット表示器の各セグメント位置に
   一致するように配置した７セグメント数字またはアルフ
   ァベット表示のための輝度向上型ＬＥＤ表示器。
4. 【請求項４】（ア）電流通電により、輝点として発光す
   るＬＥＤペレット（３）と、（イ）透明なトーリックレ
   ンズ（２Ｃ）と、（ウ）ＬＥＤペレット（３）と、トー
   リックレンズ（２Ｃ）を保持するフレーム（１）とを備
   え、ＬＥＤペレット（３）をトーリックレンズ（２Ｃ）
   の焦点または焦点近傍に配置して、ＬＥＤペレット
   （３）の虚像（２１）が線状、または棒状となるように
   したことを特徴とする輝度向上型ＬＥＤ表示器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された輝度向上型ＬＥＤ
   表示器、複数個を、トーリックレンズ（２Ｃ）の中心面
   （８）内にＬＥＤペレット（３）の光軸（７）があり、
   またトーリックレンズ（２Ｃ）の焦点、または焦点近傍
   にＬＥＤペレット（３）を配置し、かつ、各レンズ中心
   面（８）が、バーグラフ表示器または７セグメント数字
   表示器またはアルファベット表示器の各セグメント位置
   に一致するように配置したバーグラフ、または７セグメ
   ント数字、またはアルファベット表示のための輝度向上
   型ＬＥＤ表示器。
6. 【請求項６】 請求項２、または請求項３、または請求
   項５に記載された輝度向上型ＬＥＤ表示器において、複
   数個の棒状凸レンズ（２）またはトーリックレンズ（２
   Ｃ）を、隣接するレンズ同志をレンズと同質材で埋めて
   接続し、一体化してなる棒状凸レンズ（２Ａ）、一体化
   された字形表示用棒状凸レンズ（２Ｂ）または一体化さ
   れたバーグラフ表示用トーリックレンズ（２Ｄ）、一体
   化された字形表示用トーリックレンズ（２Ｅ）としたバ
   ーグラフ、または７セグメント数字、またはアルファベ
   ット表示のための輝度向上型ＬＥＤ表示器。