JP2006091489A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スペースを有効に利用しつつ、簡単に表示像を読み取ることができる表示装置を提供する。
【解決手段】 発光ダイオード３からの照明光を透過して所定の直線偏光を表示像Ｌとして出射する液晶表示素子４と、前記所定の直線偏光を透過するとともに、前記所定の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタ５と、偏光ビームスプリッタ５を透過した表示像Ｌを、前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光へ変換するとともに、偏光ビームスプリッタ５に反射させる反射部９と、を備えてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源からの照明光によって透過照明される液晶表示素子を用いた表示装置に関し、例えば、車両用ヘッドアップディスプレイに用いられる表示装置として好適である。

従来より、車両内の運転者に情報を表示するものとして、図３に示すような表示装置１０が知られている。例えば、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前後面に偏光部材を貼着した液晶表示素子１１と、硬質配線板１２に接続され液晶表示素子１１を照明する光源１３を備え、光源１３にて照明された液晶表示素子１１の発する表示像Ｘを凹面鏡１４で反射させ車両のフロントガラス，または半透過板（反射板）等の表示部１５に投影するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような表示装置１０は、ヘッドアップディスプレイと称されている。

また、表示部１５に投影される表示像Ｘは、液晶表示素子１１から凹面鏡１４を介して表示部１５までの光路距離分だけ表示部１５より遠方に虚像Ｙとして視認される。したがって、運転者１６は、運転状態からほとんど視点を動かすことなく、この虚像Ｙを視認することができる。
特開平１０−４８５６５号公報

上述のようなヘッドアップディスプレイからなる表示装置において、運転者にとって視点を移動させる負担が少なく、簡単に表示像を読み取ることができるように、表示部から液晶表示素子までの光路距離（遠方表示距離）を、ある程度用意してなる表示装置が望まれている。しかしながら、かかる表示装置は、ダッシュボード等の限られたスペース内に収納する必要があるため小型化が望まれており、この光路距離を確保することが困難であった。

そこで、本発明の目的とするところは、上述した課題に着目してなされたものであって、スペースを有効に利用しつつ、簡単に表示像を読み取ることができる表示装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、請求項１に記載したように、照明光を出射する光源と、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの両面側に偏光部材を設けてなり、前記光源からの照明光を透過して所定の直線偏光を表示像として出射する液晶表示素子と、前記所定の直線偏光を透過するとともに、前記所定の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを透過した表示像を、前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光へ変換するとともに、前記偏光ビームスプリッタの方向に反射させる反射部と、を備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載したように、請求項１に記載の表示装置において、前記反射部は、前記偏光ビームスプリッタからの前記表示像を再び前記偏光ビームスプリッタの方向に反射させるミラーと、前記ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記偏光ビームスプリッタからの前記所定の直線偏光を入射して円偏光に変換するとともに、前記ミラーによって反射された前記円偏光を入射して前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光に変換する１／４波長板と、を設けてなることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載したように、請求項１に記載の表示装置において、前記反射部から出射され前記偏光ビームスプリッタによって反射された直線偏光は、表示部に投影されてなることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載したように、請求項３に記載の表示装置において、前記偏光ビームスプリッタと前記表示部との間に凹面鏡を備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載したように、請求項１に記載の表示装置において、前記表示像は、前記液晶表示素子の偏光部材によってＰ偏光で出射され、、前記偏光ビームスプリッタを透過した後、前記反射部を介してＳ偏光に変換され、前記偏光ビームスプリッタにて反射されて、コンバイナからなる表示部に投影されることを特徴とするものである。

本発明は、光源からの照明光によって透過照明される液晶表示素子を用いた表示装置に関して、スペースを有効に利用しつつ、簡単に表示像を読み取ることができる表示装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態として、車両の速度，エンジン回転数等を表示する車両用ヘッドアップディスプレイの表示装置に適用したものを例に挙げ添付図面に基づいて説明する。

図１は、車両用ヘッドアップディスプレイが車両Ａに搭載されたものを示し、車両ＡのダッシュボードＢ上部に設けられた表示装置Ｃが投影する表示像が、フロントガラス（表示部）Ｄ面により運転者Ｅの方向に反射される構造となっている。運転者Ｅは、表示像Ｌを虚像Ｖとして風景と重畳させて観察することができる。

また、本発明の実施の形態における表示装置Ｃは、ダッシュボードＢ上部に埋め込まれるようにして設けられ、図２を用いて説明する。なお、表示装置Ｃは、ハウジング１と、このハウジング１内に保持される配線基板２と、発光ダイオード（光源）３と、液晶表示素子４と、偏光ビームスプリッタ５と、１／４波長板（四分の一波長板）６と、ミラー７と、凹面鏡８と、から主に構成される。

ハウジング１は、遮光性の合成樹脂材からなり、凹面鏡７の配設位置の上部（フロントガラス側）を開口する開口部１ａが設けられる。ハウジング１内には、太陽光が後述する液晶表示素子に入射し虚像Ｖが見えにくくなること（ウォッシュアウト）を防止する遮光壁１ｂがハウジング１と一体にして成形されている。また、ハウジング１は、透光性の合成樹脂材（例えばアクリル）からなる透光性カバー１ｃが、開口部１ａを塞ぐようにして設けられている。

配線基板２は、熱伝導性の高いアルミ基板が好適であり、後述する液晶表示素子４に対して所定間隔おいて平行になるようにハウジング１内に設けられる。配線基板２は、少なくとも発光ダイオード３などの電子部品を搭載するものであり、前記電子部品に対して電源を供給するための配線を設けている。

発光ダイオード３は、チップＬＥＤが適用でき、光軸が配線基板２面に略垂直となるように配線基板２面の所定範囲内に搭載される。また、発光ダイオード３は、指向性の狭いもの（本実施の形態では方位角度２０度から３０度）が用いられており、発光ダイオード３と液晶表示素子４との間に設けられる図示しない拡散板によって、むらなく液晶表示素子４を照明することができる。

液晶表示素子４は、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前後面に偏光部材を貼着したものである。液晶表示素子４は、ハウジング１内に設けられ、発光ダイオード３からの照明光が届く位置に配設される。液晶表示素子４を透過した照明光は、表示像Ｌとして出射（投射）される。液晶表示素子４は、車両Ａに設けられる車速センサやエンジン回転センサからの出力信号に基づいて車速，エンジン回転数を計測する演算回路（図示しない）及びこの演算結果に基づいて液晶を駆動する液晶駆動回路（図示しない）によって、車両Ａの速度，エンジン回転数の計測値を数値として表すことができる。なお、この場合、液晶表示素子４は、出射側の偏光部材によって所定の直線偏光（Ｐ偏光）の表示像Ｌが出射されるように構成される。

偏光ビームスプリッタ５は、液晶表示素子４とミラー７との間に設けられ、液晶表示素子４から出射される所定の直線偏光の表示像Ｌに対して、高透過率にて透過し、この所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光の光に対して高反射率にて反射するものが適用される。すなわち、この場合、Ｐ偏光の光を高透過率で透過してＳ偏光の光を高反射率にて反射する特性のものが適用される。

１／４波長板６は、偏光ビームスプリッタ５とミラー７との間であり、液晶表示素子４から出射されて偏光ビームスプリッタ５を透過する所定の直線偏光（Ｐ偏光）の表示像Ｌの光路に設けられる。なお、１／４波長板６は、直線偏光を入射した場合、１／４波長（π／２）の位相差を生じた円偏光に変換して出射し、円偏光を入射した場合、１／４波長（π／２）の位相差を生じた直線偏光に変換して出射するものである。したがって、液晶表示素子４からの所定の直線偏光（Ｐ偏光）の表示像Ｌを入射し、位相差を生じた円偏光に変換してミラー７側へ出射する。

ミラー７は、平面鏡が適用でき、表示像Ｌが、反射前と反射後と同じ光路を通過するように、反射面が表示像Ｌの光路と直交するように設けられる。ミラー７は、１／４波長板６を介して入射する表示像Ｌ（円偏光）を、再び１／４波長板６を介して偏光ビームスプリッタ５の方向へ出射できるように設けられる。

上述の１／４波長板６とミラー７とによって、反射部９が構成され、ミラー７に反射された表示像Ｌ（円偏光）は、再び１／４波長板６を透過して、液晶表示素子４が出射した所定の直線偏光（Ｐ偏光）に直交する振動方向（１／２波長分の位相差を生じた振動）の直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、偏光ビームスプリッタ５を高反射率で反射することになる。

凹面鏡８は、ハウジング１の開口部１ａの下部に設けられ、フロントガラスＤ側から臨むことができる位置に設けられる。凹面鏡８は、液晶表示素子４から各構成部品（５〜７）を介して出射される表示像ＬをフロントガラスＤ側に反射させるものであり、運転者Ｅが表示像Ｌを視認し易いように角度調節可能に設けられている。また、凹面鏡８は、表示像Ｌを、フロントガラスＤ上に拡大して表示させるために、所定の曲率を有する反射面にて形成されている。なお、凹面鏡８を介してフロントガラスＤに投影される表示像Ｌは、この場合、Ｓ偏光からなるものであり、フロントガラスＤ面での透過量よりも反射量を大きくできるため、輝度が高くて視認性の良好な表示像Ｌを効率よく運転者Ｅ側へ届けることができる。

かかる表示装置は、照明光を出射する発光ダイオード３と、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの両面側に偏光部材を設けてなり、発光ダイオード３からの照明光を透過して所定の直線偏光を表示像Ｌとして出射する液晶表示素子４と、前記所定の直線偏光を透過するとともに、前記所定の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタ５と、偏光ビームスプリッタ５を透過した表示像Ｌを、前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光へ変換するとともに、偏光ビームスプリッタ５の方向に反射させる反射部９と、を備えてなる。

したがって、液晶表示素子４から、表示部となるフロントガラスＤまでの光路距離を省スペースにて長くとることができる。そのため、運転者Ｅは表示像ＬをフロントガラスＤよりも遠方の虚像Ｖとして視認することができ、運転状態から視点を移動させる負担が少なく、簡単に表示を読み取ることができる。

また、反射部９は、偏光ビームスプリッタ５からの表示像Ｌを再び偏光ビームスプリッタ５の方向に反射させるミラー７と、ミラー７と偏光ビームスプリッタ５との間に設けられ、偏光ビームスプリッタ５からの前記所定の直線偏光を入射して円偏光に変換するとともに、ミラー７によって反射された前記円偏光を入射して前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光に変換する１／４波長板６と、を設けてなる。

したがって、偏光ビームスプリッタ５からミラー７までの光路において、表示像Ｌが同じ光路を往復する構成となるため、ある程度の光路距離を確保しながらも省スペースで小型な表示装置となる。

なお、本発明の実施の形態では、上述した表示装置Ｃを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その構成は同様の効果が得られるものであればよく、例えば、光源は複数設けられるものであればよく、バルブ等の点状光源でもよいし、冷陰極管等の線状光源でもよいが、指向性が高いものが好適である。

本発明の実施の形態における車両に搭載されたヘッドアップディスプレイの構成を示す図。 同上実施の形態における表示装置の主な構成を示す図。 従来例を示す図。

符号の説明

３ 発光ダイオード（光源）
４ 液晶表示素子
５ 偏光ビームスプリッタ
６ １／４波長板
７ ミラー
９ 反射部
Ｌ 表示像

Claims (5)

1. 照明光を出射する光源と、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの両面側に偏光部材を設けてなり、前記光源からの照明光を透過して所定の直線偏光を表示像として出射する液晶表示素子と、前記所定の直線偏光を透過するとともに、前記所定の直線偏光と直交する振動方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを透過した表示像を、前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光へ変換するとともに、前記偏光ビームスプリッタの方向に反射させる反射部と、を備えてなることを特徴とする表示装置。
2. 前記反射部は、前記偏光ビームスプリッタからの前記表示像を再び前記偏光ビームスプリッタの方向に反射させるミラーと、前記ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記偏光ビームスプリッタからの前記所定の直線偏光を入射して円偏光に変換するとともに、前記ミラーによって反射された前記円偏光を入射して前記所定の直線偏光に直交する振動方向の直線偏光に変換する１／４波長板と、を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記反射部から出射され前記偏光ビームスプリッタによって反射された直線偏光は、表示部に投影されてなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記偏光ビームスプリッタと前記表示部との間に凹面鏡を備えてなることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記表示像は、前記液晶表示素子の偏光部材によってＰ偏光で出射され、、前記偏光ビームスプリッタを透過した後、前記反射部を介してＳ偏光に変換され、前記偏光ビームスプリッタにて反射されて、コンバイナからなる表示部に投影されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
   

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