JP2010211065A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光ダイオードを受光型の表示パネルのバックライトとする表示装置において、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑える。
【解決手段】表示装置１は、受光型の表示パネル２と、表示パネル２を透過照明する複数の発光ダイオード５１〜５４と、発光ダイオード５１〜５４と表示パネル２の間に配置され、複数の凸レンズ３１〜３６からなるインテグレータレンズ３、とを備え、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の間に凸レンズ３１〜３６の焦点３００が配置されるように設定し、発光ダイオード５１〜５４が凸レンズ３１〜３６により実像５００として表示パネル２内で結像するように、表示パネル２と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の相対的な配置、および、各焦点３００の焦点距離Ｌｆを設定している。
【選択図】図３

Description

本発明は、受光型の表示パネルと、この表示パネルを透過照明する複数の発光ダイオードとを備える表示装置に関するものである。

従来より、受光型の表示パネルとして液晶パネルと、液晶パネルを透過照明する複数の発光ダイオードとを備える表示装置が実用化されている。複数の発光ダイオードを液晶パネルのバックライトとする表示装置では、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度ムラを抑えるため、光を拡散する拡散板を複数の発光ダイオードと液晶パネルの間に配置している。

また、単一の光源としてハロゲンランプを液晶パネルのバックライトとする表示装置では、複数の凸レンズからなるインテグレータレンズを、ハロゲンランプと液晶パネルの間に配置した表示装置が開示されている（特許文献１を参照）。この表示装置では、ハロゲンランプからの光を、インテグレータレンズに入射させて均一化して、ハロゲンランプからの透過照明光の輝度ムラを抑えるようにしている。

特開平５−１０４９７９号公報

拡散板を複数の発光ダイオードと液晶パネルの間に配置した表示装置では、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度ムラを抑えるため、拡散板による光の拡散性能を高める必要がある。しかし、拡散板による光の拡散性能を高めると、複数の発光ダイオードからの光が拡散板により大きく拡散されて、透過照明光の輝度が低下してしまうという問題が生じる。このため、複数の発光ダイオードを受光型の表示パネルのバックライトとする表示装置においては、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることが求められている。

一方、特許文献１では、複数の発光ダイオードをバックライトとする表示装置に対して、インテグレータレンズをどのように構成すれば、透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができるかについては開示されていない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、複数の発光ダイオードを受光型の表示パネルのバックライトとする表示装置において、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明によれば、受光型の表示パネルと、表示パネルの後方側に配置され、表示パネルを透過照明する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードと表示パネルの間に配置され、複数の凸レンズからなるインテグレータレンズ、とを備え、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの間に複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定し、複数の発光ダイオードが複数の凸レンズにより実像として表示パネル内で結像するように、表示パネルと複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置、および、各凸レンズの焦点距離を設定していることを特徴とする。

この構成によれば、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの間に複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定しているため、複数の発光ダイオードは、複数の凸レンズにより所定の位置に実像として結像する。発光ダイオードからの光が凸レンズにより集光されて実像として結像するため、発光ダイオードの輝度に対して実像の輝度の低下は抑えられている。

この構成によれば、さらに、複数の凸レンズにより複数の発光ダイオードの実像が表示パネル内で結像するように、表示パネルと複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置、および、各凸レンズの焦点距離を設定している。このため、表示パネル内で結像する実像を、複数の発光ダイオードからの透過照明光として、表示パネルは透過照明される。

したがって、表示パネル内で結像する実像の輝度の低下が発光ダイオードの輝度に対して抑えられているため、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えることができる。

また、複数個の発光ダイオードは、１個の凸レンズにより集光されて、原理上、複数個の実像として結像する。このため、複数の発光ダイオードは、複数の凸レンズにより集光されて、原理上、発光ダイオードの複数個と凸レンズの複数個を乗算（掛け算）した個数の実像として結像する。したがって、表示パネル内で結像する実像の個数を、発光ダイオードの複数個よりも増加させることができる。このため、発光ダイオードの複数個よりも増加させた個数の実像として表示パネルに入射させた場合の実像の間隔は、複数の発光ダイオードを表示パネルに直接入射させた場合と比較して狭くなる。したがって、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度ムラを抑えることができる。

これらの結果、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、実像が、発光ダイオードに対して拡大するように、複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置を設定していることを特徴とする。

この構成によれば、凸レンズによる発光ダイオードの実像が、発光ダイオードに対して拡大するため、各発光ダイオードからの透過照明光は拡大して表示パネルを透過照明する。このため、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度ムラをより抑えることができる。また、発光ダイオードからの光が凸レンズにより集光されて実像として結像するため、発光ダイオードの輝度に対して実像の輝度の低下が抑えられている点は、実像が発光ダイオードに対して拡大しても同様である。

これらの結果、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラをより抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、複数の発光ダイオードの一部と表示パネルとの距離が、複数の発光ダイオードの残部と表示パネルとの距離と異なるように配置され、複数の発光ダイオードの一部が複数の凸レンズの一部により実像として表示パネル内で結像するように、複数の凸レンズの一部の焦点距離が、複数の凸レンズの残部の焦点距離と異なるように設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、表示パネルとの距離が異なるように配置された一部の発光ダイオードが一部の凸レンズにより実像として表示パネル内で結像するように、一部の凸レンズの焦点距離が、残部の凸レンズの焦点距離と異なるように設定されている。このため、発光ダイオードと表示パネルとの距離を変えても、発光ダイオードと凸レンズの距離を変えないで、発光ダイオードの実像を表示パネル内で結像させることができる。即ち、複数の発光ダイオードに対して表示パネルの一部の配置を変えても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードを実像として表示パネル内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオードに対して表示パネルの一部の配置を変えても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

請求項４に記載の発明によれば、複数の発光ダイオードと表示パネルとの距離が、それぞれ、互いに異なるように配置され、焦点距離を互いに異なるように設定していることを特徴とする。

この構成によれば、複数の発光ダイオードと表示パネルとの距離が、それぞれ、互いに異なるように配置されても、焦点距離を互いに異なるように設定することにより、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードを実像として表示パネル内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオードと表示パネルとの距離が、それぞれ、互いに異なるように配置されても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、受光型の表示パネルと、表示パネルの後方側に配置され、表示パネルを透過照明する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードと表示パネルの間に配置され、複数の凸レンズからなるインテグレータレンズと、インテグレータレンズと表示パネルの間に配置され、光を拡散する拡散部材、とを備え、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの間に複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定し、複数の発光ダイオードが複数の凸レンズにより実像として拡散部材内で結像するように、拡散部材と複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置、および、各凸レンズの焦点距離を設定していることを特徴とする。

この構成によれば、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの間に複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定し、且つ、複数の凸レンズによる複数の発光ダイオードの実像が拡散部材内で結像するように、拡散部材と複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置、および、各凸レンズの焦点距離を設定している。このため、複数の凸レンズにより集光されて拡散部材内で結像する実像の輝度の低下が、発光ダイオードの輝度に対して抑えられているため、複数の発光ダイオードから拡散部材に到達する光の輝度の低下を抑えることができる。

また、複数の発光ダイオードは、複数の凸レンズにより集光されて、原理上、発光ダイオードの複数個と凸レンズの複数個を乗算した個数の実像として結像するため、拡散部材内で結像する実像の個数を、発光ダイオードの複数個よりも増加させることができる。このため、発光ダイオードの複数個よりも増加させた個数の実像として拡散部材に入射させた場合の実像の間隔は、複数の発光ダイオードを拡散部材に直接入射させた場合と比較して狭くなる。したがって、複数の発光ダイオードから拡散部材に到達する光の輝度ムラを抑えることができる。

したがって、複数の発光ダイオードから拡散部材に到達する光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光は、拡散部材で拡散され、さらに輝度ムラを抑えて透過照明光として表示パネルを透過照明できる。ここで、輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光が拡散部材に到達しているため、拡散部材で過度に輝度ムラを抑える必要がない。このため、拡散部材による光の拡散性能を過度に高める必要がないため、拡散部材による透過照明光の輝度の低下を抑えることができる。

これらの結果、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

請求項６に記載の発明によれば、実像が、発光ダイオードに対して拡大するように、複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置を設定していることを特徴とする。

この構成によれば、凸レンズによる発光ダイオードの実像が、発光ダイオードに対して拡大するため、各発光ダイオードからの光は拡大して拡散部材に到達する。このため、輝度の低下を抑えつつ輝度ムラをより抑えた光は、拡散部材で拡散され、さらに輝度ムラを抑えて透過照明光として表示パネルを透過照明できる。

この結果、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラをより抑えることができる。

請求項７に記載の発明によれば、複数の発光ダイオードの一部と拡散部材との距離が、複数の発光ダイオードの残部と拡散部材との距離と異なるように配置され、複数の発光ダイオードの一部が複数の凸レンズの一部により実像として拡散部材内で結像するように、複数の凸レンズの一部の焦点距離が、複数の凸レンズの残部の焦点距離と異なるように設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、拡散部材との距離が異なるように配置された一部の発光ダイオードが一部の凸レンズにより実像として拡散部材内で結像するように、一部の凸レンズの焦点距離が、残部の凸レンズの焦点距離と異なるように設定されている。このため、発光ダイオードと拡散部材との距離を変えても、発光ダイオードと凸レンズの距離を変えないで、発光ダイオードの実像を拡散部材内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオードに対して拡散部材の一部の配置を変えても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光は、拡散部材で拡散され、さらに輝度ムラを抑えて透過照明光として表示パネルを透過照明できる。

この結果、複数の発光ダイオードに対して拡散部材の一部の配置を変えても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

請求項８に記載の発明によれば、複数の発光ダイオードと拡散部材との距離が、それぞれ、互いに異なるように配置され、焦点距離を互いに異なるように設定していることを特徴とする。

この構成によれば、複数の発光ダイオードと拡散部材との距離が、それぞれ、互いに異なるように配置されても、焦点距離を互いに異なるように設定することにより、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードを実像として拡散部材内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオードにおいて拡散部材との距離が互いに異なるように配置されても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光は、拡散部材で拡散され、さらに輝度ムラを抑えて透過照明光として表示パネルを透過照明できる。この結果、複数の発光ダイオードにおいて拡散部材との距離が互いに異なるように配置されても、複数の発光ダイオードとインテグレータレンズの相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオードからの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

本発明の一実施形態による液晶表示装置を適用した車両用ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成を示す模式図である。 図１に示す液晶表示装置の拡大斜視図である。 図２に示す凸レンズによる発光ダイオードの結像位置と液晶パネルの配置を示す図２のＩＩＩ矢視の模式図である。 図３に示す１個の凸レンズによる４個の発光ダイオードの結像位置と液晶パネルの配置を示す光路図である。 図３に示す凸レンズに対する発光ダイオードの配置を示す光路図である。 図３の第１変形例を示す模式図である。 図３の第２変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、図中の互いに同一若しくは均等である部分には、同一符号を付している。

（構成）
図１に示す車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０は、液晶表示装置１と、フロントウィンドシールド１１の内面に形成されたハーフミラー層１３とを備える。ハーフミラー層１３は、光を反射する機能と光を透過する機能の両機能を有するものである。

液晶表示装置１は、液晶パネル２、インテグレータレンズ３、および、発光ダイオード５１〜５４を備え、インストルメントパネル１２内に配置されている。発光ダイオード５１〜５４は、受光型の表示パネルである液晶パネル２の後方側に配置され、液晶パネル２を透過照明する光源である。発光ダイオード５１〜５４は、プリント基板４に実装されて平面上に配置されている。平面上に配置されている発光ダイオード５１〜５４に対して、液晶パネル２は傾斜して配置されている。インテグレータレンズ３は、発光ダイオード５１〜５４からの光を均一化して液晶パネル２へ導くレンズであり、発光ダイオード５１〜５４と液晶パネル２の間に配置されている。

液晶表示装置１は、例えば、自車両の車速を表す表示画像２１を表示する。具体的には、発光ダイオード５１〜５４からの光がインテグレータレンズ３で均一化され、表示画像２１が描画されている液晶パネル２を透過照明し、これにより、表示画像２１が表示される。表示画像２１の光は、光路Ｐ１にしたがってハーフミラー層１３で視認者Ｍへ向けて反射し、これにより、フロントウィンドシールド１１の前方で表示画像２１の虚像２２として視認者Ｍに視認される。

平面上に配置されている発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネル２が傾斜している理由は、光路Ｐ２１にしたがってハーフミラー層１３を透過した外来光が液晶パネル２の表面で反射し、この反射光が光路Ｐ１にしたがってハーフミラー層１３で視認者Ｍへ向けて反射することを防止するためである。液晶パネル２の表面での反射光が視認者Ｍへ向けて反射すると、視認者Ｍは、上述の表示画像２１の虚像２２に加えて、液晶パネル２の表面での反射光も視認することになり、表示画像２１の虚像２２を視認し難くなる。

図１に示すように液晶パネル２を傾斜させることにより、光路Ｐ２１にしたがってハーフミラー層１３を透過した外来光が液晶パネル２の表面で反射しても、この反射光は、光路Ｐ２２にしたがって視認者Ｍとは異なる方向へ向かう。このため、液晶パネル２の表面での反射光を視認者Ｍが視認してしまうことを防止できる。

一方、液晶パネル２の傾斜に合わせて発光ダイオード５１〜５４（即ち、プリント基板４）も傾斜してしまうと、つまり、傾斜している液晶パネル２と平行にプリント基板４を配置してしまうと、発光ダイオード５１〜５４からの光は、光路Ｐ１からはずれた光路を進行するため、表示画像２１の虚像２２を視認者Ｍは視認できなくなってしまう。

つまり、発光ダイオード５１〜５４からの光が光路Ｐ１を進行するように発光ダイオード５１〜５４を配置し、且つ、液晶パネル２の表面での反射光が光路Ｐ１からはずれた光路Ｐ２２を進行するように液晶パネル２を配置するために、平面上に配置されている発光ダイオード５１〜５４に対して、液晶パネル２を傾斜して配置している。

以上、液晶表示装置１の基本的構成について説明した。以下、液晶表示装置１の特徴的構成について説明する。

（特徴的構成）
インテグレータレンズ３は、図２に示すように、複数の凸レンズ３１〜３６からなり、プリント基板４（発光ダイオード５１〜５４）と平行に配置されている。なお、図２の左右方向が、図１の上下方向となるように図２において液晶表示装置１を示している。インテグレータレンズ３において、凸レンズ３１〜３６は、図２中の矢印ＡＲが示す方向に、それぞれ、６個ずつ１列で配置され、インテグレータレンズ３は、３６個の凸レンズ３１〜３６から構成されている。

発光ダイオード５１〜５４は、図２中の矢印ＡＲが示す方向に、それぞれ、４個ずつ１列で配置された発光ダイオードとして、便宜上区別しているが、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、同様の発光ダイオードである。図３に示すように、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の間に凸レンズ３１〜３６の各焦点３００が配置されるように設定している。即ち、図３において、発光ダイオード５１〜５４を焦点３００よりも左側の位置に配置している。

発光ダイオード５１〜５４が凸レンズ３１〜３６により実像５００として液晶パネル２内で結像するように、液晶パネル２と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６（インテグレータレンズ３）の相対的な配置、および、凸レンズ３１〜３６の焦点距離Ｌｆを設定している。なお、図３では、発光ダイオード５１〜５４を矢印で示し、実像５００は、凸レンズ３１〜３６により反転するため、発光ダイオード５１〜５４の矢印方向と逆方向の矢印で示している。

上述したように、発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネル２が傾斜しているため、発光ダイオード５１〜５４は、液晶パネル２との距離が発光ダイオード５１〜５４の順序で長くなっている。このため、各凸レンズ３１〜３６の焦点距離Ｌｆを凸レンズ３１〜３６の順序で長くなるように設定して、発光ダイオード５１〜５４を実像５００として液晶パネル２内で結像させるようにしている。

図４に示すように、４個の発光ダイオード５１〜５４は、１個の凸レンズ３３により集光されて、原理上、発光ダイオード５１〜５４と平行な結像位置に４個の実像５３１〜５３４として結像する。図４で示す例では、４個の実像５３１〜５３４のうち、２個の実像５３２，５３３が液晶パネル２内で結像するように、液晶パネル２と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３３の相対的な配置、および、凸レンズ３３の焦点３００の焦点距離Ｌｆを設定している。

なお、図４において、凸レンズ３３の焦点距離Ｌｆが長くなるにしたがって、実像５３１〜５３４の結像位置は、凸レンズ３３から離れる方向（図４において右方向）へ移動する。また、凸レンズ３３の焦点距離Ｌｆが短くなるにしたがって、実像５３１〜５３４の結像位置は、凸レンズ３３に近づく方向（図４において左方向）へ移動する。

このようにして、図３に示す平面上では、４個の発光ダイオード５１〜５４が、９個の実像５００（５３２，５３３）に増加して液晶パネル２内で結像するように、液晶パネル２と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の相対的な配置、および、凸レンズ３１〜３６の焦点３００の焦点距離Ｌｆを設定している。

実像５００は、発光ダイオード５１〜５４に対して拡大するように、発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の相対的な配置を設定している。具体的には、図５において、発光ダイオード５２を、凸レンズ３３に対して位置５２０よりも左側に配置する。位置５２０は、発光ダイオード５２を位置５２０に配置した場合に、凸レンズ３３による実像５０１が発光ダイオード５２と同じ大きさとなる位置である。したがって、発光ダイオード５２を焦点３００よりも左側の位置に配置しても、位置５２０と焦点３００に発光ダイオード５２を配置した場合は、実像５０１が発光ダイオード５２よりも小さくなる。

液晶表示装置１は、請求項に記載の表示装置に相当し、液晶パネル２は、請求項に記載の表示パネルに相当する。

（作用効果）
次に、第１実施形態の液晶表示装置１の作用および効果を説明する。

本実施形態による液晶表示装置１では、特徴的構成として、複数の発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を、複数の発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３１〜３６の間に複数の凸レンズ３１〜３６の焦点３００が配置されるように設定しているため、発光ダイオード５１〜５４は、凸レンズ３１〜３６により所定の位置に実像５００として結像する。発光ダイオード５１〜５４からの光が凸レンズ３１〜３６により集光されて実像５００として結像するため、発光ダイオード５１〜５４の輝度に対して実像５００の輝度の低下は抑えられている。

また、複数の凸レンズ３１〜３６により複数の発光ダイオード５１〜５４の実像５００が液晶パネル２内で結像するように、液晶パネル２と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の相対的な配置、および、凸レンズ３１〜３６の各焦点３００の焦点距離Ｌｆを設定している。このため、液晶パネル２内で結像する実像５００を、発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光として、液晶パネル２は透過照明される。

したがって、液晶パネル２内で結像する実像５００の輝度の低下が発光ダイオード５１〜５４の輝度に対して抑えられているため、発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えることができる。

また、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、１個の凸レンズにより集光されて、原理上、１６個の実像として結像する。このため、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、３６個の凸レンズ３１〜３６により集光されて、原理上、１６個と３６個を乗算（掛け算）した５７６個の実像として結像する。したがって、液晶パネル２内で結像する実像の個数を、発光ダイオード５１〜５４の１６個よりも増加させることができる。

具体的には、図３に示す平面上では、４個の発光ダイオード５１〜５４が、９個の実像５００に増加して液晶パネル２内で結像する。このため、図３に示す平面上では、発光ダイオード５１〜５４の４個よりも増加させた９個の実像５００として液晶パネルに入射させた場合の実像５００の間隔は、４個の発光ダイオード５１〜５４を液晶パネル２に直接入射させた場合と比較して狭くなる。したがって、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度ムラを抑えることができる。

これらの結果、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

また、凸レンズ３１〜３６による発光ダイオード５１〜５４の実像５００が、発光ダイオード５１〜５４に対して拡大するため、各発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光は拡大して液晶パネル２を透過照明する。このため、発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度ムラをより抑えることができる。また、発光ダイオード５１〜５４からの光が凸レンズ３１〜３６により集光されて実像５００として結像するため、発光ダイオード５１〜５４の輝度に対して実像５００の輝度の低下が抑えられている点は、実像５００が発光ダイオード５１〜５４に対して拡大しても同様である。

これらの結果、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラをより抑えることができる。

また、発光ダイオード５１〜５４の一部と液晶パネル２との距離が、発光ダイオード５１〜５４の残部と液晶パネル２との距離と異なるように配置され、発光ダイオード５１〜５４の一部が凸レンズ３１〜３６の一部により実像５００として液晶パネル２内で結像するように、凸レンズ３１〜３６の一部の焦点距離Ｌｆが、凸レンズ３１〜３６の残部の焦点距離Ｌｆと異なるように設定されている。このため、発光ダイオード５１〜５４と液晶パネル２との距離を変えても、発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の距離を変えないで、発光ダイオード５１〜５４の実像５００を液晶パネル２内で結像させることができる。即ち、発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネル２の一部の配置を変えても、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を変えないで、発光ダイオード５１〜５４を実像５００として液晶パネル２内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネル２の一部の配置を変えても、複数の発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

また、発光ダイオード５１〜５４と液晶パネル２との距離が、それぞれ、互いに異なるように配置されても、焦点距離Ｌｆを互いに異なるように設定することにより、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を変えないで、発光ダイオード５１〜５４を実像５００として液晶パネル２内で結像させることができる。

したがって、複数の発光ダイオード５１〜５４において液晶パネル２との距離が互いに異なるように配置されても、複数の発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を変えないで、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

図３に示す例では、発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネルを傾斜させても、インテグレータレンズ３を発光ダイオード５１〜５４と平行の配置状態を維持したまま、つまり、発光ダイオード５１〜５４とインテグレータレンズ３の相対的な配置を変えないで、発光ダイオード５１〜５４を実像５００として液晶パネル２内で結像させることができる。したがって、発光ダイオード５１〜５４に対して液晶パネルを傾斜させても、インテグレータレンズ３を複雑な形状で設ける必要がなく、簡易な板状で形成することが可能となる。

（変形例）
上術の例では、凸レンズ３１〜３６による発光ダイオード５１〜５４の実像５００が液晶パネル２内で結像するようにしたが、これに限らない。図６に示す第１変形例による液晶表示装置１０１では、凸レンズ３１〜３６による発光ダイオード５１〜５４の実像５００が拡散板６内で結像するようにしている。拡散板６は、発光ダイオード５１〜５４からの光を拡散させるものであり、インテグレータレンズ３と液晶パネル２の間に配置されている。

液晶表示装置１０１は、請求項に記載の表示装置に相当し、液晶パネル２は、請求項に記載の表示パネルに相当し、拡散板６は、請求項に記載の拡散部材に相当する。

液晶表示装置１０１では、凸レンズ３１〜３６による発光ダイオード５１〜５４の実像５００が拡散板６内で結像するように、拡散板６と発光ダイオード５１〜５４と凸レンズ３１〜３６の相対的な配置、および、凸レンズ３１〜３６の各焦点３００の焦点距離Ｌｆを設定している。このため、複数の凸レンズ３１〜３６により集光されて拡散板６内で結像する実像５００の輝度の低下が、発光ダイオード５１〜５４の輝度に対して抑えられているため、複数の発光ダイオード５１〜５４から拡散板６に到達する光の輝度の低下を抑えることができる。

また、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、１個の凸レンズにより集光されて、原理上、１６個の実像として結像する。このため、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、３６個の凸レンズ３１〜３６により集光されて、原理上、１６個と３６個を乗算した５７６個の実像として結像する。したがって、拡散板６内で結像する実像の個数を、発光ダイオード５１〜５４の１６個よりも増加させることができる。

具体的には、図６に示す平面上では、４個の発光ダイオード５１〜５４が、９個の実像５００に増加して拡散板６内で結像する。このため、図６に示す平面上では、発光ダイオード５１〜５４の４個よりも増加させた９個の実像５００として拡散板６に入射させた場合の実像５００の間隔は、４個の発光ダイオード５１〜５４を拡散板６に直接入射させた場合と比較して狭くなる。即ち、複数の発光ダイオード５１〜５４から拡散板６に到達する光の輝度ムラを抑えることができる。

したがって、複数の発光ダイオード５１〜５４から拡散板６に到達する光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光は、拡散板６で拡散され、さらに輝度ムラを抑えて透過照明光として液晶パネル２を透過照明できる。ここで、輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えた光が拡散板６に到達しているため、拡散板６で過度に輝度ムラを抑える必要がない。このため、拡散板６による光の拡散性能を過度に高める必要がないため、拡散板６による透過照明光の輝度の低下を抑えることができる。

これらの結果、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラを抑えることができる。

また、上術の例と同様に、実像５００が、発光ダイオード５１〜５４に対して拡大するように、複数の発光ダイオードと複数の凸レンズの相対的な配置を設定すれば、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下を抑えつつ輝度ムラをより抑えることができる。

上術の例では、発光ダイオード５１〜５４に対して傾斜している液晶パネル２内で、または、発光ダイオード５１〜５４に対して傾斜している拡散板６内で、実像５００を結像させるようにした。図３に示す液晶表示装置１のインテグレータレンズ３では、傾斜している液晶パネル２内で実像５００を結像させるため、各凸レンズ３１〜３６の焦点距離Ｌｆを凸レンズ３１〜３６の順序で長くなるように設定した。

これに対して、図７に示す第２変形例による液晶表示装置１０２では、発光ダイオード５１〜５４に対して平行に液晶パネル２を配置し、発光ダイオード５１〜５４の実像５０２が液晶パネル２内で結像するように、インテグレータレンズ３０において各凸レンズ３７の焦点３０１の焦点距離Ｌｆを同一に設定している。このため、１６個の発光ダイオード５１〜５４は、３６個の凸レンズ３７により集光されて、原理上、発光ダイオード５１〜５４と平行な結像位置に、１６個と３６個を乗算した５７６個の実像として結像する。

液晶表示装置１０２では、発光ダイオード５１〜５４に対して平行に液晶パネル２を配置しているため、５７６個の実像のうち大部分を実像５０２として液晶パネル２内で結像させることができる。したがって、傾斜している液晶パネル２内や拡散板６内で結像される実像５００の個数と比較して、格段に多くの実像５０２を液晶パネル２内で結像させることができる。このため、液晶表示装置１，１０１の場合と比較して、第２変形例による液晶表示装置１０２では、複数の発光ダイオード５１〜５４からの透過照明光の輝度の低下をより抑えつつ輝度ムラをより抑えることができる。

なお、発光ダイオード５１〜５４に対して平行に配置している拡散板６内で実像を結像させるようにした液晶表示装置でも、第２変形例と同様にして、インテグレータレンズにおいて各凸レンズの焦点距離Ｌｆを同一に設定する。これにより、第２変形例と同様の効果を得ることができる。

上述の例では、１６個の発光ダイオード５１〜５４と、３６個の凸レンズ３１〜３６（３７）としたが、これらの個数に限るものではない。

また、図３に示す平面上では、４個の発光ダイオード５１〜５４が、９個の実像５００に増加して液晶パネル２内で結像するようにしたが、発光ダイオード５１〜５４に対する液晶パネル２の傾斜度合いや液晶パネル２の板厚等によって、液晶パネル２内で結像する実像の個数は変化するものである。

図６に示す平面上では、４個の発光ダイオード５１〜５４が、９個の実像５００に増加して拡散板６内で結像したが、発光ダイオード５１〜５４に対する拡散板６の傾斜度合いや拡散板６の板厚等によって、拡散板６内で結像する実像の個数は変化するものである。

１，１０１〜１０２ 液晶表示装置（表示装置）、２ 液晶パネル（表示パネル）
２１ 表示画像、２２ 虚像、３、３０ インテグレータレンズ
３１〜３６，３７ 凸レンズ、３００，３０１ 焦点、４ プリント基板
５１〜５４ 発光ダイオード、５００，５０１，５０２，５３１〜５３４ 実像
５２０ 位置、６ 拡散板（拡散部材）、１０ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
１１ フロントウィンドシールド、１２ インストルメントパネル
１３ ハーフミラー層、Ｐ１，Ｐ２１，Ｐ２２ 光路、Ｌｆ 焦点距離
ＡＲ 矢印、Ｍ 視認者

Claims (8)

1. 受光型の表示パネルと、
   前記表示パネルの後方側に配置され、前記表示パネルを透過照明する複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードと前記表示パネルの間に配置され、複数の凸レンズからなるインテグレータレンズ、とを備え、
   前記複数の発光ダイオードと前記インテグレータレンズの相対的な配置を、前記複数の発光ダイオードと前記インテグレータレンズの間に前記複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定し、
   前記複数の発光ダイオードが前記複数の凸レンズにより実像として前記表示パネル内で結像するように、前記表示パネルと前記複数の発光ダイオードと前記複数の凸レンズの相対的な配置、および、前記各凸レンズの焦点距離を設定していることを特徴とする表示装置。
2. 前記実像が、前記発光ダイオードに対して拡大するように、前記複数の発光ダイオードと前記複数の凸レンズの前記相対的な配置を設定していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数の発光ダイオードの一部と前記表示パネルとの距離が、前記複数の発光ダイオードの残部と前記表示パネルとの距離と異なるように配置され、
   前記複数の発光ダイオードの前記一部が前記複数の凸レンズの一部により実像として前記表示パネル内で結像するように、前記複数の凸レンズの前記一部の焦点距離が、前記複数の凸レンズの残部の焦点距離と異なるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記複数の発光ダイオードと前記表示パネルとの距離が、それぞれ、互いに異なるように配置され、
   前記焦点距離を互いに異なるように設定していることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 受光型の表示パネルと、
   前記表示パネルの後方側に配置され、前記表示パネルを透過照明する複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードと前記表示パネルの間に配置され、複数の凸レンズからなるインテグレータレンズと、
   前記インテグレータレンズと前記表示パネルの間に配置され、光を拡散する拡散部材、とを備え、
   前記複数の発光ダイオードと前記インテグレータレンズの相対的な配置を、前記複数の発光ダイオードと前記インテグレータレンズの間に前記複数の凸レンズの焦点が配置されるように設定し、
   前記複数の発光ダイオードが前記複数の凸レンズにより実像として前記拡散部材内で結像するように、前記拡散部材と前記複数の発光ダイオードと前記複数の凸レンズの相対的な配置、および、前記各凸レンズの焦点距離を設定していることを特徴とする表示装置。
6. 前記実像が、前記発光ダイオードに対して拡大するように、前記複数の発光ダイオードと前記複数の凸レンズの前記相対的な配置を設定していることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記複数の発光ダイオードの一部と前記拡散部材との距離が、前記複数の発光ダイオードの残部と前記拡散部材との距離と異なるように配置され、
   前記複数の発光ダイオードの前記一部が前記複数の凸レンズの一部により実像として前記拡散部材内で結像するように、前記複数の凸レンズの前記一部の焦点距離が、前記複数の凸レンズの残部の焦点距離と異なるように設定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の表示装置。
8. 前記複数の発光ダイオードと前記拡散部材との距離が、それぞれ、互いに異なるように配置され、
   前記焦点距離を互いに異なるように設定していることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。

Images