WO2018186450A1 - 立体面表示装置および車両用表示装置 - Google Patents

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WO2018186450A1
WO2018186450A1 PCT/JP2018/014465 JP2018014465W WO2018186450A1 WO 2018186450 A1 WO2018186450 A1 WO 2018186450A1 JP 2018014465 W JP2018014465 W JP 2018014465W WO 2018186450 A1 WO2018186450 A1 WO 2018186450A1
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light
display device
dimensional
optical fiber
light emitting
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隆芳 佐藤
松本　昭則
治彦 伊代田
小泉　浩哉
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株式会社小糸製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic display device and a vehicle display device.
  • Patent Document 1 proposes a technique of providing an image display device in a vehicle and displaying various information on the outside of the vehicle.
  • Patent Document 1 it is necessary to separately attach an image display device to the vehicle, and the position where the image display device can be attached and the size of the image display device are limited by the shape of the vehicle. Further, in order to attach an existing image display device, a flat plate is attached to the outer periphery of the vehicle, and the design of the vehicle is significantly impaired.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and can display a three-dimensional surface display that can provide a sense of unity with a vehicle while displaying an image corresponding to a three-dimensional curved surface shape with a simple structure.
  • An object is to provide a device and a display device for a vehicle.
  • a three-dimensional surface display device of the present invention includes a plurality of light emitting elements mounted on a mounting member, a light incident surface on one end side, and a light extraction surface on the other end side,
  • the light incident surface has a plurality of light guide portions arranged to face the light emitting element, the plurality of light guide portions have at least one different length, and the light extraction surfaces are adjacent to each other. It is arranged three-dimensionally.
  • a three-dimensional surface display device of the present invention a plurality of light guide portions having light incident surfaces opposed to the light emitting elements are provided, and the light extraction surfaces are adjacently arranged in a three-dimensional manner with different lengths of the light guide portions. Has been. Therefore, according to the above configuration, it is possible to obtain a sense of unity with the vehicle while displaying an image corresponding to a three-dimensional curved surface shape with a simple structure.
  • the light guide unit includes an optical fiber at least in part.
  • a light expansion unit that expands the diameter of light emitted from the light emission end face of the optical fiber to substantially the entire area of the light extraction surface is provided.
  • the light guide section includes a light-transmitting columnar member, and one end surface of the columnar member is the light extraction surface.
  • a light scattering structure for scattering and extracting light is formed on the light extraction surface.
  • a three-dimensional outer panel formed of a translucent material is further provided, and the light extraction surface is disposed along the inner surface of the outer panel.
  • a vehicle display device of the present invention includes any one of the above-described three-dimensional display devices, and the outer panel is disposed on an exterior portion of the vehicle.
  • a three-dimensional surface display device and a vehicle display device that can obtain a sense of unity with a vehicle while displaying an image corresponding to a three-dimensional curved surface shape with a simple structure.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the shapes of an optical fiber 23, a light expanding portion 25, and a fiber insertion portion 26.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the result of having simulated about expansion of light. It is a schematic diagram which shows the result of having simulated about the visibility in the light extraction surface of the light guide part 20, Comprising: The case where it sees from the position of 10 degrees of viewing angles is shown. It is a schematic diagram which shows the result of having simulated about the visibility in the light extraction surface of the light guide part 20, Comprising: The case where it sees from the position of 20 degrees of viewing angles is shown. It is a model perspective view which shows the three-dimensional surface display apparatus 130 in 5th Embodiment of this invention.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic views showing a stereoscopic display device 100 according to the present embodiment
  • FIG. 1A is a schematic perspective view
  • FIG. 1B is an exploded perspective view.
  • the stereoscopic display device 100 includes a mounting member 10, a plurality of light guides 20, and an outer panel 30.
  • the mounting member 10 is a member on which a plurality of light emitting elements 11 are mounted, and a wiring pattern (not shown) for supplying power to each light emitting element 11 is formed.
  • the mounting member 10 is not limited in material as long as it can hold a plurality of light emitting elements 11 and supply power, and a known printed wiring board, ceramic substrate, composite substrate, or the like can be used.
  • the mounting member 10 is preferably made of a material having good thermal conductivity.
  • FIG. 1A and 1B show an example in which the light emitting elements 11 are mounted in a matrix shape on the mounting member 10 having a substantially rectangular shape and a flat plate shape, but other polygonal shapes or circular shapes may be used, You may comprise by a polyhedral shape.
  • the light emitting element 11 is a member that is mounted on the mounting member 10 and is electrically connected to the wiring pattern, and emits light of a predetermined color and intensity by supplying power.
  • a light emitting diode LED: Light Emitting Diode
  • an organic EL Electro Luminescence
  • a package that emits a single color can be used as the light emitting element 11, but a color image can be displayed on the stereoscopic display device 100 by using a package that can emit RGB colors.
  • the light-emitting element 11 includes a red LED, a green LED, and a blue LED in a single package, and includes an electrode corresponding to each color, and the light intensity of each RGB color is adjusted according to the power supplied to each electrode.
  • a full-color LED package capable of emitting a desired color by mixing colors.
  • the light guide unit 20 is a substantially columnar member made of a material that transmits light from the light emitting element 11, and one end surface is a light incident surface 21 and the other end surface is a light extraction surface 22. Specific examples of the material include glass, acrylic resin, epoxy resin, and polycarbonate.
  • Each light incident surface 21 is disposed to face the light emitting element 11 mounted on the mounting member 10, and light from the light emitting element 11 enters the light incident surface 21. In order to make light incident from the light emitting element 11 to the light incident surface 21 satisfactorily, it is preferable to make the distance between each light emitting element 11 and the light incident surface 21 shorter and uniform. In order to improve the optical coupling efficiency between the light emitting element 11 and the light guide unit 20, it is preferable to form an antireflection film or a lens shape on the light incident surface 21.
  • the light extraction surfaces 22 are three-dimensionally arranged adjacent to each other, and light propagated inside the light guide 20 is extracted from the light extraction surface 22 to the outside.
  • the light propagating through the inside is substantially totally reflected due to the difference in refractive index, so there is no leakage of light from the side surface portion, and almost all of the light amount incident from the light incident surface 21 is light extraction surface 22.
  • a reflective film may be formed on the side surface of the light guide unit 20 so that light propagating inside the light guide unit 20 does not leak from the side surface part.
  • a light scattering structure that scatters and extracts light such as minute unevenness is extracted from the light extraction surface 22. It is preferable to form on the surface.
  • a plurality of adjacent light extraction surfaces 22 are three-dimensionally arranged along the inner surface shape of the outer panel 30, and light from the light emitting element 11 passes through the light extraction surface 22 and the outer panel 30 to form a three-dimensional surface display device. 100 is taken out. Since the light incident surface 21 of the light guide unit 20 faces the light emitting element 11, each of the light extraction surfaces 22 functions as a pixel corresponding to the light emitting element 11. Since each light guide 20 is provided from the light incident surface 21 disposed facing the light emitting element 11 on the mounting member 10 to the light extraction surface 22 disposed along the inner surface shape of the outer panel 30, The length differs according to the inner surface shape of the outer panel 30.
  • the outer panel 30 is a plate-like member that is made of a material that transmits at least part of light and has a three-dimensional curved surface shape. Moreover, the outer panel 30 is a member arrange
  • the material constituting the outer panel 30 include glass, acrylic resin, epoxy resin, and polycarbonate. Since the outer panel 30 is a part of the exterior surface of the vehicle, polycarbonate is most preferable from the viewpoints of weight reduction, impact resistance, weather resistance, translucency, and the like.
  • the outer panel 30 may be made of a transparent material having high translucency, and the light extraction surface 22 may be directly visible from the outside.
  • a light scattering structure may be formed on the inner surface of the outer panel 30 or a light scattering member may be mixed. Thus, as a structure that scatters and transmits light, the light extraction surface 22 may not be directly visible from the outside.
  • control unit (not shown) that supplies power to the mounting member 10 is connected to the stereoscopic display device 100.
  • the control unit is information processing means including various arithmetic devices, an internal storage device, an external storage device, information communication means, and various sensors.
  • the control unit may be a part of the information processing means of the automatic driving technology of the vehicle, or may be configured by information processing means different from the automatic driving technology.
  • the control unit generates information to be presented to the outside of the vehicle, such as a driving situation and a running state, as image information, determines a light emission color and a light emission intensity of each light emitting element 11 corresponding to the pixel of the image information, and each light emitting element 11 is supplied with appropriate power.
  • the plurality of light emitting elements 11 arranged in a matrix on the mounting member 10 emit light with the light emission color and light emission intensity of each pixel according to the image information, and enter the opposing light incident surface 21.
  • the light incident on the light incident surface 21 propagates inside the light guide 20 and is extracted from the light extraction surface 22 to the outside of the stereoscopic display device 100 via the outer panel 30. Since each light extraction surface 22 constitutes a pixel corresponding to the light emitting element 11, the stereoscopic display device 100 can display an image of a stereoscopic plane corresponding to the curved surface shape of the outer panel 30. .
  • the light extraction surfaces 22 are three-dimensionally aligned with each other along the inner surface of the outer panel 30 only by adjusting the length of the light guide unit 20 according to the shape of the outer panel 30. They can be arranged adjacent to each other, and a three-dimensional image can be displayed with a simple structure. Further, since the light emitted from the light emitting element 11 is taken out from the light extraction surface 22, it is possible to secure a light emitting area as compared with the case where the light emitting element 11 is arranged close to the outer panel 30 to emit light in a dot shape.
  • the outer panel 30 a part of the exterior of the vehicle, it is possible to improve visibility from the outside of the vehicle and a novel appearance, and to enhance the sense of unity and design with the vehicle.
  • the light guide 20 has a quadrangular prism with a substantially square cross section, but may have other cross sectional shapes, for example, a triangular prism, a hexagonal prism, or a cylinder.
  • the light extraction surfaces 22 can be arranged in a matrix, which makes it easy to configure pixels for image display.
  • 1A and 1B show an example in which the cross-sectional shape and the light extraction surface 22 are the same in the plurality of light guides 20, but depending on the content displayed on the three-dimensional surface display device 100, The shape can be set.
  • the light guide 20 may include an icon-shaped light extraction surface 22 that displays specific information.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic views showing the stereoscopic display device 110 according to the present embodiment
  • FIG. 2A is a schematic perspective view
  • FIG. 2B is an exploded perspective view.
  • the stereoscopic display device 110 includes the mounting member 10, the light guide unit 20, and the outer panel 30.
  • the point by which the light guide part 20 is comprised with the optical fiber 23 and the columnar member 24 differs from 1st Embodiment.
  • the optical fiber 23 and the columnar member 24 are described one by one for simplification, but the stereoscopic display device 110 has the same number of optical fibers 23 and columnar shapes as the light emitting elements 11 as shown in FIG. 2A.
  • a member 24 is provided.
  • the optical fiber 23 is a substantially linear flexible member made of a translucent material.
  • the optical fiber 23 is disposed so as to face the light emitting element 11 with one end surface being a light incident surface 21, and the other end surface is a light emitting surface and is optically coupled to the columnar member 24.
  • the columnar member 24 is a substantially columnar member made of a material that transmits light from the light emitting element 11.
  • One end surface of the columnar member 24 is optically coupled to the optical fiber 23, and the other end surface is the light extraction surface 22. It is said that.
  • the light extraction surfaces 22 are three-dimensionally arranged adjacent to each other, and light propagated through the light guide 20 is extracted from the light extraction surface 22 to the outside.
  • the plurality of columnar members 24 may have different lengths. However, when the lengths of all the columnar members 24 are uniform as shown in FIG. 2A, the number of components can be reduced by sharing components. it can.
  • the light propagating through the inside is substantially totally reflected due to the difference in refractive index, so there is no leakage of light from the side surface, and almost all of the light amount incident from the light incident surface 21 is light. It is taken out from the take-out surface 22.
  • a light scattering structure that scatters and extracts light such as minute irregularities is provided. It is preferable to form on the surface.
  • the plurality of optical fibers 23 have different lengths from the light incident surface 21 to the light emitting surface, and the length to the light extraction surface 22 of the columnar member 24 is adjusted by adjusting the length of the optical fiber 23.
  • a plurality of adjacent light extraction surfaces 22 are three-dimensionally arranged along the inner surface shape of the outer panel 30, and light from the light emitting element 11 passes through the light extraction surface 22 and the outer panel 30 to form a three-dimensional surface display device. 110 is taken out.
  • the light incident on the light incident surface 21 propagates through the optical fiber 23 and the columnar member 24 and is extracted from the light extraction surface 22 to the outside of the stereoscopic display device 110 via the outer panel 30. Since each light extraction surface 22 constitutes a pixel corresponding to the light emitting element 11, the three-dimensional display device 110 can display a three-dimensional image corresponding to the curved surface shape of the outer panel 30. .
  • the light guide unit 20 since the light guide unit 20 includes the optical fiber 23 and the columnar member 24, the length of the columnar member 24 having a larger cross-sectional area than the optical fiber 23 is shortened. The entire light guide 20 can be reduced in weight. Moreover, since the length of the light guide part 20 whole can be adjusted by adjusting the length of the optical fiber 23, all the columnar members 24 are made the same length, and parts can be made common and reduction of a number of parts can be aimed at. Furthermore, since the optical fiber 23 is a flexible linear member, the distance between the mounting member 10 and the outer panel 30 can be increased, and the degree of layout freedom can be improved.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the stereoscopic display device 120 according to the present embodiment.
  • the three-dimensional surface display device 120 of this embodiment includes a mounting member 10, a light guide unit 20, an outer panel 30, and a fiber holding member 40.
  • maintains the some optical fiber 23 with the fiber holding member 40 differs from 2nd Embodiment.
  • the fiber holding member 40 is a substantially flat plate member in which a plurality of insertion holes 41 are formed, and is a member for inserting and holding the optical fiber 23 in the insertion hole 41.
  • the fiber holding member 40 has substantially the same shape as the mounting member 10, and an insertion hole 41 is formed at a position corresponding to the light emitting element 11.
  • the optical fiber 23 and the columnar member 24 are described one by one for simplification, but the stereoscopic display device 120 includes the same number of optical fibers 23 and columnar members 24 as the light emitting elements 11. .
  • the insertion hole 41 is a hole penetrating from one surface of the fiber holding member 40 to the back surface side, and the diameter thereof is substantially the same as the outer shape of the optical fiber 23.
  • the center of the insertion hole 41 is a position corresponding to the light emission center of the light emitting element 11 on the mounting member 10.
  • the fiber holding member 40 is disposed to face the mounting member 10 in a state where the optical fiber 23 is inserted and held in each insertion hole 41, and the light incident surface 21 of each optical fiber 23 faces each light emitting element 11. Held.
  • the optical axes of the optical fibers 23 and the light emitting elements 11 can be easily aligned.
  • the flexible optical fiber 23 can be easily handled even when the stereoscopic display device 120 is assembled.
  • FIG. 3 shows an example in which one fiber holding member 40 is provided, but a plurality of fiber holding members 40 may be provided to hold the intermediate position of the optical fiber 23.
  • the insertion hole 41 is formed at a position corresponding to the light emitting element 11, but the size of the fiber holding member 40 that holds the intermediate position of the optical fiber 23 is limited.
  • the optical fibers 23 may be bundled by narrowing the interval between the insertion holes 41.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing the light guide unit 20 in the present embodiment.
  • the configuration of the light guide unit 20 is different from that of the second embodiment, and the other configuration is different from that of the second embodiment, so that duplicate description is omitted.
  • the light guide unit 20 includes an optical fiber 23 and a columnar member 24, and light that is reduced in diameter toward the optical fiber 23 on the side of the columnar member 24 that connects the optical fiber 23.
  • An enlarged portion 25 is provided.
  • a fiber insertion portion 26 for inserting and fixing the light emitting side end face of the optical fiber 23 is formed at the tip of the light expanding portion 25.
  • the light magnifying portion 25 has a circular cross section whose one side approximates the outer diameter of the optical fiber 23, and the other side has the same cross sectional shape as the light extraction surface 22, from the optical fiber 23 side toward the light extraction surface 22.
  • the shape expands in diameter.
  • the light expanding portion 25 has a shape in which a part of the columnar member 24 is cut out at the conical side surface.
  • the fiber insertion portion 26 is a substantially cylindrical concave portion provided on one end side of the light expanding portion 25, and the inner diameter thereof is substantially the same as the outer diameter of the light emitting end face of the optical fiber 23.
  • the depth of the concave portion of the fiber insertion portion 26 is preferably about several millimeters in order to insert and fix the light emitting end side of the optical fiber 23. In a state where the light emitting end side of the optical fiber 23 is inserted into the fiber insertion portion 26, the optical fiber 23 and the fiber insertion portion 26 are fixed by applying an adhesive or the like around the connection portion.
  • a conical recess or the like is formed on the light extraction surface 22 side of the fiber insertion portion 26, and a gap is formed between the material constituting the light expansion portion 25 and the light emission end surface of the optical fiber 23.
  • the light magnifying part 25 has a function of magnifying the light diameter in the same manner as the concave lens due to the difference in refractive index between the material constituting the light magnifying part 25 and the gap formed by the concave part. Therefore, the light incident on the light expanding portion 25 from the light emitting end face of the optical fiber 23 propagates through the light expanding portion 25 while the light diameter is expanded to substantially the entire area of the light extracting surface, and the light extracting surface 22 of the columnar member 24. Is taken out from the outside.
  • the light propagating inside is substantially totally reflected by the difference in refractive index, and therefore no light leaks from the side surface portion.
  • a reflection film may be formed on the side surface so that light propagating through the columnar member 24 and the light expanding portion 25 does not leak from the side surface portion.
  • a light scattering structure that scatters and extracts light such as minute irregularities is provided. It is preferable to form on the surface.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the shapes of the optical fiber 23, the light expansion portion 25, and the fiber insertion portion 26, and FIG. 5B is a schematic view showing the result of simulation of light expansion.
  • the shapes of the optical fiber 23 and the light expanding portion 25 are the same, and the height of the conical shape of the gap portion formed at the tip of the fiber insertion portion 26 is changed. ing. From the result of the ray trajectory simulation shown in FIG. 5B, it can be seen that the expansion of the light diameter and the light distribution can be controlled by the conical shape of the gap portion formed at the tip of the fiber insertion portion 26.
  • FIG. 6A and 6B are schematic diagrams showing the results of a simulation of the visibility on the light extraction surface of the light guide unit 20, FIG. 6A shows the case of viewing from a position with a viewing angle of 10 degrees, and FIG. 6B shows the viewing angle. The case is seen from a 20 degree position. 6A and 6B show the visibility from the front position of the light extraction surface 22 and the visibility from the direction inclined 10 to 50 degrees to the left from the front position. From FIG. 6A and FIG. 6B, it can be seen that the light emission from substantially the entire area of the light extraction surface 22 can be satisfactorily visually recognized regardless of the viewing angle and the viewing direction.
  • the light diameter is expanded from the optical fiber 23 to substantially the entire area of the light extraction surface 22, and the light extraction surface 22 is visible. Can be improved.
  • the optical fiber 23 and the light expanding portion 25 can be fixed well and the optical coupling between them can be maintained. it can. Further, by appropriately designing the shape of the gap provided at the tip of the fiber insertion portion 26, the light diameter expansion at the light expansion portion 25 and the columnar member 24 can be set.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the stereoscopic display device 130 according to the present embodiment. Also in the present embodiment, the stereoscopic display device 130 includes the mounting member 10, the light guide unit 20, and the outer panel 30, and the light guide unit 20 includes the optical fiber 23 and the columnar member 24.
  • the size of the mounting member 10 is smaller than the total area of the light extraction surface 22, and the light incident surface 21 side of the optical fiber 23 is bundled to face the light emitting element 11 of the mounting member 10. ing.
  • the diameter of the optical fiber 23 is as small as several tens of ⁇ m to several mm, even if the size of the mounting member 10 is reduced and the interval between the light emitting elements 11 is reduced, the light incident surfaces 21 are made to face the light emitting elements 11 respectively. It is possible. Further, since the optical fiber 23 has flexibility, the light emitting end face side can be connected to the center position of the columnar member 24 with the mutual interval widened. As a result, the mounting member 10 can be reduced in size to save space and weight, and the total area of the light extraction surface 22 can be increased to realize a three-dimensional display on a large screen.

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Abstract

搭載部材（１０）上に搭載された複数の発光素子（１１）と、一端側に光入射面（２１）を備え、他端側に光取出面（２２）を備え、光入射面（２１）が発光素子（１１）に対向して配置された複数の導光部（２０）を有し、複数の導光部（２０）は、少なくとも一つの長さが異なっており、光取出面（２２）は互いに隣接して三次元的に配置される立体面表示装置。

Description

立体面表示装置および車両用表示装置
　本発明は、立体面表示装置および車両用表示装置に関する。
　従来から、運転者が操作する通常の車両では、車両の走行状態を車両周囲の他車両や歩行者等に対して示すために、停止灯や尾灯・方向指示器等を手動で操作していた。近年になって、車両の自動運転技術は著しく発展してきており、車両に備えた情報処理手段によって車両の各種操作を代替する状況が発生しうる環境が整いつつある。自動運転技術では、各種センサの検出結果に基いて情報処理手段が車両を操作するため、複雑な情報を瞬時に処理することが可能である。そのため、画像表示装置を用いて走行状態等を他車両や歩行者等に対して示すことも可能である。特許文献１には、車両に画像表示装置を備えて各種情報を車両外部に対して表示する技術が提案されている。
日本国特開２００１－０４３４９３号公報
　しかし特許文献１の従来技術では、車両に画像表示装置を別途取り付ける必要があり、取付可能な位置や画像表示装置のサイズが車両の形状に制約を受けてしまう。また、既存の画像表示装置を取り付けるために平板状のものを車両外周に取り付けることとなり、車両の意匠性が著しく損なわれる。
　曲面形状の画像表示装置を用いる場合には、車両のデザインと取付位置に応じて形状を個別に設計する必要があるため、汎用性が乏しく製造工程も煩雑化してしまう。また、個別に画像表示装置の曲面形状を設計したとしても、車両外周に取り付けることで車両と画像表示装置の一体感は得られないため意匠性が損なわれる。
　そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、簡便な構造で立体的な曲面形状に対応した画像を表示しつつ、車両との一体感を得ることが可能な立体面表示装置および車両用表示装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の立体面表示装置は、搭載部材上に搭載された複数の発光素子と、一端側に光入射面を備え、他端側に光取出面を備え、前記光入射面が前記発光素子に対向して配置された複数の導光部を有し、前記複数の導光部は、少なくとも一つの長さが異なっており、前記光取出面は互いに隣接して三次元的に配置されることを特徴とする。
　このような本発明の立体面表示装置では、発光素子に光入射面が対向した導光部を複数備え、導光部の長さが異なって光取出面が互いに隣接して三次元的に配置されている。そのため、上記構成によれば、簡便な構造で立体的な曲面形状に対応した画像を表示しつつ、車両との一体感を得ることが可能となる。
　また本発明の一態様では、前記導光部は、少なくとも一部に光ファイバを備える。
　また本発明の一態様では、前記光ファイバの光出射端面から出射する光の径を前記光取出面の略全域まで拡大する光拡大部を備える。
　また本発明の一態様では、前記導光部は、透光性の柱状部材を備え、前記柱状部材の一方の端面が前記光取出面である。
　また本発明の一態様では、前記光取出面には、光を散乱して取り出す光散乱構造が形成されている。
　また本発明の一態様では、透光性材料で形成された三次元的な形状のアウターパネルをさらに備え、前記光取出面は、前記アウターパネルの内面に沿って配置される。
　また本発明の車両用表示装置は、上述した何れか１つに記載の立体面表示装置を備え、前記アウターパネルは車両の外装部に配置されることを特徴とする。
　本発明では、簡便な構造で立体的な曲面形状に対応した画像を表示しつつ、車両との一体感を得ることが可能な立体面表示装置および車両用表示装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態における立体面表示装置１００を示す模式斜視図である。 本発明の第１実施形態における立体面表示装置１００を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態における立体面表示装置１１０を示す模式斜視図である。 本発明の第２実施形態における立体面表示装置１１０を示す分解斜視図である。 本発明の第３実施形態における立体面表示装置１２０を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施形態における導光部２０を示す模式斜視図である。 光ファイバ２３と光拡大部２５およびファイバ挿入部２６の形状を示す模式断面図である。 光の拡大についてシミュレーションした結果を示す模式図である。 導光部２０の光取出面における視認性についてシミュレーションした結果を示す模式図であって、視野角１０度の位置から見た場合を示している。 導光部２０の光取出面における視認性についてシミュレーションした結果を示す模式図であって、視野角２０度の位置から見た場合を示している。 本発明の第５実施形態における立体面表示装置１３０を示す模式斜視図である。
　（第１実施形態）
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態における立体面表示装置１００を示す模式図であり、図１Ａは模式斜視図であり、図１Ｂは分解斜視図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、立体面表示装置１００は、搭載部材１０と複数の導光部２０とアウターパネル３０を備えている。
　搭載部材１０は、複数の発光素子１１が搭載される部材であり、各発光素子１１に対して電力を供給するための図示しない配線パターンが形成されている。搭載部材１０としては、複数の発光素子１１を保持するとともに電力を供給することができれば材料は限定されず、公知のプリント配線基板やセラミック基板、複合基板等を用いることができる。発光素子１１の発光に伴う発熱を良好に放熱するためには、熱伝導性が良好な材質で搭載部材１０を構成することが好ましい。図１Ａ及び図１Ｂでは、略矩形状で平板形状の搭載部材１０にマトリクス状に発光素子１１を搭載した例を示しているが、その他の多角形状や円形状であってもよく、曲面形状や多面形状で構成してもよい。
　発光素子１１は、搭載部材１０上に搭載されて配線パターンに電気的に接続され、電力の供給により所定の色と強度の光を発光する部材である。発光素子１１としては、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等を用いることができる。発光素子１１は単一色を発光するパッケージを用いることもできるが、ＲＧＢ各色の発光が可能なパッケージを用いることで、立体面表示装置１００でのカラー画像表示が可能になる。一例としては、発光素子１１は、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤを単一パッケージ内に備え、各色に対応した電極を備えて各電極に供給される電力に応じてＲＧＢ各色の光強度が調整され、混色により所望の色を発光できるフルカラーのＬＥＤパッケージが挙げられる。
　導光部２０は、発光素子１１からの光を透過する材料で構成された略柱状の部材であり、一方の端面が光入射面２１であり他方の端面が光取出面２２とされている。具体的な材料としては、ガラスやアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。それぞれの光入射面２１は搭載部材１０上に搭載された発光素子１１に対向して配置されており、発光素子１１からの光が光入射面２１に入射する。発光素子１１から光入射面２１に良好に光を入射させるためには、各々の発光素子１１と光入射面２１の距離を短くして均一にすることが好ましい。また、発光素子１１と導光部２０との光結合効率を向上させるために、光入射面２１には反射防止膜を形成することや、レンズ形状を形成することが好ましい。
　光取出面２２は互いに隣接して三次元的に配置されており、導光部２０の内部を伝搬した光が光取出面２２から外部に取り出される。導光部２０の側面部分では、内部を伝搬する光は屈折率差によって略全反射するため側面部分からの光の漏洩は無く、光入射面２１から入射した光量のほぼ全てが光取出面２２から取り出される。また、導光部２０の内部を伝搬する光が側面部分から漏洩しないように、導光部２０の側面には反射膜を形成するとしてもよい。光取出面２２から外部に取り出された光の指向性を低減して、多方向からの視認性を向上させるために、微小な凹凸などの光を散乱して取り出す光散乱構造を光取出面２２の表面に形成することが好ましい。
　隣接する複数の光取出面２２は、アウターパネル３０の内面形状に沿って三次元的に配置されており、発光素子１１からの光は光取出面２２およびアウターパネル３０を介して立体面表示装置１００の外部に取り出される。導光部２０の光入射面２１は発光素子１１に対向しているため、光取出面２２のそれぞれは発光素子１１に対応した画素として機能する。各々の導光部２０は、搭載部材１０上の発光素子１１に対向して配置された光入射面２１から、アウターパネル３０の内面形状に沿って配置された光取出面２２まで設けられるため、アウターパネル３０の内面形状に応じて長さが異なっている。
　アウターパネル３０は、少なくとも光の一部を透過する材料で構成され、三次元的な曲面形状を成す板状部材である。また、アウターパネル３０は車両の外装部に配置される部材であり、その外面が車両の外装面の一部として機能している。上述したように、アウターパネル３０の内面に沿って複数の光取出面２２が三次元的に配置されており、光取出面２２から取り出された光はアウターパネル３０を透過して車両外部から視認可能となっている。
　アウターパネル３０を構成する具体的な材料としては、ガラスやアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。アウターパネル３０は車両の外装面の一部であるため、軽量化や耐衝撃性、耐候性、透光性等の観点からポリカーボネートが最も好ましい。アウターパネル３０を透光性の高い透明材料で構成し、光取出面２２を外部から直接視認可能としてもよく、アウターパネル３０の内面に光散乱構造を形成することや、光散乱部材を混入することで光を散乱透過する構造として、光取出面２２を外部から直接視認できない構成としてもよい。
　さらに立体面表示装置１００には、搭載部材１０に対して電力を供給する図示しない制御部が接続されている。制御部は、各種演算装置や内部記憶装置、外部記憶装置、情報通信手段、各種センサを備えた情報処理手段である。制御部は、車両の自動運転技術の情報処理手段の一部としてもよく、自動運転技術とは別の情報処理手段で構成してもよい。制御部は、運転状況や走行状態等の車両外部に提示する情報を画像情報として生成し、当該画像情報の画素に対応させて各発光素子１１の発光色と発光強度を決定し、各発光素子１１に対して適切な電力を供給する。
　搭載部材１０上にマトリクス状に配置された複数の発光素子１１は、画像情報に応じて各画素の発光色および発光強度で発光し、対向する光入射面２１に入射する。前述したように光入射面２１に入射した光は導光部２０の内部を伝搬し、光取出面２２からアウターパネル３０を介して立体面表示装置１００の外部に取り出される。各光取出面２２は、発光素子１１に対応した画素を構成しているため、立体面表示装置１００ではアウターパネル３０の曲面形状に応じた立体的な面の画像表示をすることが可能である。
　本実施形態の立体面表示装置１００では、アウターパネル３０の形状に応じて導光部２０の長さを調整するだけで、アウターパネル３０の内面に沿って光取出面２２を三次元的に互いに隣接して配置することができ、簡便な構造で立体的な画像表示をすることが可能となる。また、発光素子１１での発光を光取出面２２から取り出すため、アウターパネル３０に発光素子１１を近接配置して点状に発光させるよりも発光面積を確保することができる。そのため、絵や文字等を表示した場合にも、画像の輪郭の識別性を向上させて情報伝達の円滑化を図ることができる。さらに、アウターパネル３０を車両の外装の一部とすることで、車両外部からの被視認性を向上させることや斬新な見栄えを実現し、車両との一体感と意匠性を高めることができる。
　図１Ａ及び図１Ｂでは導光部２０として断面が略正方形の四角柱のものを示したが、他の断面形状であってもよく、例えば三角柱、六角柱、円柱であってもよい。断面が略正方形の四角柱を用いると、光取出面２２をマトリクス状に配置できるため、画像表示の画素を構成しやすく好ましい。また、図１Ａ及び図１Ｂでは複数の導光部２０において断面形状や光取出面２２を同一とした例を示したが、立体面表示装置１００で表示する内容に応じて、光取出面２２の形状を設定することができる。例えば特定の情報を表示するアイコン形状の光取出面２２を導光部２０に備えるとしてもよい。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態における立体面表示装置１１０を示す模式図であり、図２Ａは模式斜視図であり、図２Ｂは分解斜視図である。本実施形態でも、立体面表示装置１１０は搭載部材１０と導光部２０とアウターパネル３０を備えている。本実施形態では、導光部２０が光ファイバ２３と柱状部材２４とで構成される点が第１実施形態と異なっている。図２Ｂでは、簡略化のために光ファイバ２３と柱状部材２４を一つずつ記載して説明するが、立体面表示装置１１０は図２Ａに示すように発光素子１１と同数の光ファイバ２３および柱状部材２４を備えている。
　光ファイバ２３は、透光性の材料で構成された略線状の可撓性を有する部材である。光ファイバ２３は、一方の端面が光入射面２１とされて発光素子１１に対向して配置され、他方の端面が光出射面であり柱状部材２４と光学的に結合されている。発光素子１１と光ファイバ２３との光結合効率を向上させるために、光入射面２１には反射防止膜を形成することや、レンズ形状を形成することが好ましい。
　柱状部材２４は、発光素子１１からの光を透過する材料で構成された略柱状の部材であり、一方の端面が光ファイバ２３と光学的に結合されており、他方の端面が光取出面２２とされている。光取出面２２は互いに隣接して三次元的に配置されており、導光部２０の内部を伝搬した光が光取出面２２から外部に取り出される。複数の柱状部材２４は、それぞれの長さが異なっていてもよいが、図２Ａに示すように全ての柱状部材２４の長さを均一にすると、部品を共通化して部品点数を低減することができる。
　光ファイバ２３および柱状部材２４の側面部分では、内部を伝搬する光は屈折率差によって略全反射するため側面部分からの光の漏洩は無く、光入射面２１から入射した光量のほぼ全てが光取出面２２から取り出される。光取出面２２から外部に取り出された光の指向性を低減して、多方向からの視認性を向上させるために、微小な凹凸などの光を散乱して取り出す光散乱構造を光取出面２２の表面に形成することが好ましい。複数の光ファイバ２３は光入射面２１から光出射面までの長さが異なっており、光ファイバ２３の長さを調整することで、柱状部材２４の光取出面２２までの長さが調整される。
　隣接する複数の光取出面２２は、アウターパネル３０の内面形状に沿って三次元的に配置されており、発光素子１１からの光は光取出面２２およびアウターパネル３０を介して立体面表示装置１１０の外部に取り出される。
　光入射面２１に入射した光は光ファイバ２３および柱状部材２４の内部を伝搬し、光取出面２２からアウターパネル３０を介して立体面表示装置１１０の外部に取り出される。各光取出面２２は、発光素子１１に対応した画素を構成しているため、立体面表示装置１１０ではアウターパネル３０の曲面形状に応じた立体的な面の画像表示をすることが可能である。
　本実施形態の立体面表示装置１１０では、導光部２０を光ファイバ２３と柱状部材２４で構成しているため、光ファイバ２３よりも断面積が大きな柱状部材２４の長さを短縮化して、導光部２０全体を軽量化することができる。また、光ファイバ２３の長さを調整することで導光部２０全体の長さを調整できるため、柱状部材２４を全て同じ長さとして部品を共通化して部品点数の低減を図ることができる。さらに、光ファイバ２３が可撓性を有する線状の部材であるため、搭載部材１０とアウターパネル３０との距離を離すことが可能となり、レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について図３を用いて説明する。第２実施形態と重複する内容は説明を省略する。図３は、本実施形態における立体面表示装置１２０を示す分解斜視図である。本実施形態の立体面表示装置１２０は、搭載部材１０と導光部２０とアウターパネル３０とファイバ保持部材４０を備えている。本実施形態では、ファイバ保持部材４０で複数の光ファイバ２３を保持する点が第２実施形態と異なっている。
　ファイバ保持部材４０は、複数の挿入孔４１が形成された略平板状の部材であり、挿入孔４１に光ファイバ２３を挿入して保持するための部材である。ファイバ保持部材４０は搭載部材１０と略同一形状とされており、発光素子１１に対応する位置に挿入孔４１が形成されている。図３では、簡略化のために光ファイバ２３と柱状部材２４を一つずつ記載して説明するが、立体面表示装置１２０は発光素子１１と同数の光ファイバ２３および柱状部材２４を備えている。
　挿入孔４１は、ファイバ保持部材４０の一面から裏面側に貫通して設けられた孔であり、その直径は光ファイバ２３の外形と略同一とされている。また、挿入孔４１の中心は搭載部材１０上の発光素子１１の発光中心に対応した位置とされている。ファイバ保持部材４０は、各挿入孔４１に光ファイバ２３が挿入されて保持された状態で搭載部材１０に対向して配置され、各光ファイバ２３の光入射面２１が各発光素子１１に対向して保持される。
　本実施形態の立体面表示装置１２０では、ファイバ保持部材４０を用いて複数の光ファイバ２３を保持して発光素子１１に対向させるため、光ファイバ２３と発光素子１１の光軸合わせが容易になる。また、複数の光ファイバ２３をファイバ保持部材４０で一括して保持することで、立体面表示装置１２０の組立作業時にも容易に可撓性を有する光ファイバ２３を取り扱うことができる。
　図３では、ファイバ保持部材４０を一つ備える例を示したが、複数のファイバ保持部材４０を備えて光ファイバ２３の中間位置を保持するとしてもよい。この場合、光入射面２１近傍を保持するファイバ保持部材４０では挿入孔４１を発光素子１１に対応した位置に形成するが、光ファイバ２３の中間位置を保持するファイバ保持部材４０の大きさは限定されず、挿入孔４１同士の間隔を狭くして光ファイバ２３を束ねる構成としてもよい。
　（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態における導光部２０を示す模式斜視図である。本実施形態では導光部２０の構成が第２実施形態と異なっており、他の構成は第２実施形態と異なっているため重複する説明は省略する。
　図４に示すように本実施形態では、導光部２０は光ファイバ２３と柱状部材２４を備え、柱状部材２４の光ファイバ２３を接続する側には、光ファイバ２３に向かって縮径する光拡大部２５が設けられている。また、光拡大部２５の先端には光ファイバ２３の光出射側端面を挿入して固定するファイバ挿入部２６が形成されている。
　光拡大部２５は、一方側が光ファイバ２３の外径と近似した断面円形であり、他方側が光取出面２２と同じ断面形状とされており、光ファイバ２３側から光取出面２２方向に向かって径が拡大する形状となっている。換言すると、光拡大部２５は、柱状部材２４の一部を円錐側面で切り出した形状をなしている。
　ファイバ挿入部２６は、光拡大部２５の一端側に設けられた略円筒状の凹部であり、その内径は光ファイバ２３の光出射端面の外径と略同一とされている。ファイバ挿入部２６の凹部深さは、光ファイバ２３の光出射端側を挿入して固定するために数ｍｍ程度の深さであることが好ましい。光ファイバ２３の光出射端側をファイバ挿入部２６に挿入した状態で、接続部分周囲に接着剤等を塗布することで光ファイバ２３とファイバ挿入部２６を固定する。
　また、ファイバ挿入部２６の光取出面２２側には、円錐形状等の凹部が形成されており、光拡大部２５を構成する材料と光ファイバ２３の光射出端面との間に空隙が形成されている。光拡大部２５を構成する材料と当該凹部による空隙の屈折率差によって、光拡大部２５は凹レンズと同様に光径を拡大する機能を備える。したがって、光ファイバ２３の光出射端面から光拡大部２５に入射した光は、光径が光取出面の略全域まで拡大されながら光拡大部２５内部を伝搬し、柱状部材２４の光取出面２２から外部に取り出される。
　柱状部材２４および光拡大部２５の側面部分では、内部を伝搬する光は屈折率差によって略全反射するため側面部分からの光の漏洩は無い。また、柱状部材２４および光拡大部２５の内部を伝搬する光が側面部分から漏洩しないように、側面に反射膜を形成するとしてもよい。光取出面２２から外部に取り出された光の指向性を低減して、多方向からの視認性を向上させるために、微小な凹凸などの光を散乱して取り出す光散乱構造を光取出面２２の表面に形成することが好ましい。また、図４では光拡大部２５を柱状部材２４の一部として一体に構成した例を示したが、柱状部材２４と光拡大部２５を別体で構成するとしてもよい。
　図５Ａは光ファイバ２３と光拡大部２５およびファイバ挿入部２６の形状を示す模式断面図であり、図５Ｂは光の拡大についてシミュレーションした結果を示す模式図である。図５Ａ及び図５Ｂの（ｉ）～（ｉＶ）では、光ファイバ２３と光拡大部２５の形状を同一として、ファイバ挿入部２６の先端に形成される空隙部分の円錐形状の高さを変化させている。図５Ｂに示す光線軌跡シミュレーションの結果から、ファイバ挿入部２６の先端に形成される空隙部分の円錐形状によって光径の拡大および配光性を制御できることがわかる。
　図６Ａ及び図６Ｂは、導光部２０の光取出面における視認性についてシミュレーションした結果を示す模式図であり、図６Ａは視野角１０度の位置から見た場合を示し、図６Ｂは視野角２０度の位置から見た場合を示している。図６Ａ及び図６Ｂでは光取出面２２の正面位置からの視認性と、正面位置から左方向に角度を１０～５０度傾けた方向からの視認性を示している。図６Ａ及び図６Ｂから、視野角や視認方向に依らず良好に光取出面２２の略全域からの発光を良好に視認可能なことがわかる。
　本実施形態では、光ファイバ２３と柱状部材２４との間に光拡大部２５を備えることで、光ファイバ２３から光取出面２２の略全域まで光径を拡大し、光取出面２２の視認性を向上させることができる。
　また、光ファイバ２３の光出射端側をファイバ挿入部２６に挿入して固定することで、光ファイバ２３と光拡大部２５を良好に固定し、両者間での光学的結合を維持することができる。また、ファイバ挿入部２６先端に設けられる空隙の形状を適切に設計することで、光拡大部２５および柱状部材２４での光径拡大を設定することができる。
　（第５実施形態）
　次に、本発明の第５実施形態について図７を用いて説明する。第２実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態における立体面表示装置１３０を示す模式斜視図である。本実施形態でも、立体面表示装置１３０は搭載部材１０と導光部２０とアウターパネル３０を備え、導光部２０が光ファイバ２３と柱状部材２４とで構成されている。
　本実施形態では、図７に示すように搭載部材１０のサイズは光取出面２２の合計面積よりも小さく、光ファイバ２３の光入射面２１側が束ねられて搭載部材１０の発光素子１１に対向されている。
　光ファイバ２３の径は数十μｍ～数ｍｍ程度と小さいため、搭載部材１０のサイズを小さくして発光素子１１同士の間隔を狭くしても、光入射面２１を発光素子１１にそれぞれ対向させることが可能である。また、光ファイバ２３は可撓性を有しているため、光出射端面側は互いの間隔を拡げて柱状部材２４の中心位置に接続することができる。これにより、搭載部材１０を小型化して省スペース化および軽量化を図りつつ、光取出面２２の合計面積を大きくして大画面の立体面表示を実現することが可能となる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本出願は、２０１７年４月６日に出願された日本国特許出願（特願２０１７－０７５７５３号）に開示された内容を適宜援用する。

Claims (7)

  1. 　搭載部材上に搭載された複数の発光素子と、
    　一端側に光入射面を備え、他端側に光取出面を備え、前記光入射面が前記発光素子に対向して配置された複数の導光部を有し、
    　前記複数の導光部は、少なくとも一つの長さが異なっており、前記光取出面は互いに隣接して三次元的に配置されることを特徴とする立体面表示装置。
  2. 　請求項１に記載の立体面表示装置であって、
    　前記導光部は、少なくとも一部に光ファイバを備えることを特徴とする立体面表示装置。
  3. 　請求項２に記載の立体面表示装置であって、
    　前記光ファイバの光出射端面から出射する光の径を前記光取出面の略全域まで拡大する光拡大部を備えることを特徴とする立体面表示装置。
  4. 　請求項１から３の何れか一つに記載の立体面表示装置であって、
    　前記導光部は、透光性の柱状部材を備え、前記柱状部材の一方の端面が前記光取出面であることを特徴とする立体面表示装置。
  5. 　請求項１から４の何れか一つに記載の立体面表示装置であって、
    　前記光取出面には、光を散乱して取り出す光散乱構造が形成されていることを特徴とする立体面表示装置。
  6. 　請求項１から５の何れか一つに記載の立体面表示装置であって、
    　透光性材料で形成された三次元的な形状のアウターパネルをさらに備え、
    　前記光取出面は、前記アウターパネルの内面に沿って配置されることを特徴とする立体面表示装置。
  7. 　請求項６に記載の立体面表示装置を備え、
    　前記アウターパネルは車両の外装部に配置されることを特徴とする車両用表示装置。
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