[go: up one dir, main page]

WO2016208378A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2016208378A1
WO2016208378A1 PCT/JP2016/066884 JP2016066884W WO2016208378A1 WO 2016208378 A1 WO2016208378 A1 WO 2016208378A1 JP 2016066884 W JP2016066884 W JP 2016066884W WO 2016208378 A1 WO2016208378 A1 WO 2016208378A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
lens
liquid crystal
crystal display
optical element
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/066884
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕輝 春山
Original Assignee
日本精機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本精機株式会社 filed Critical 日本精機株式会社
Publication of WO2016208378A1 publication Critical patent/WO2016208378A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device mounted on a vehicle such as an automobile.
  • a head-up display device that displays information on a windshield of a vehicle is known.
  • a head-up display device includes a display device (liquid crystal display device) that emits display light, and the display light emitted from the display device is irradiated onto a windshield or the like, whereby display light is transmitted to the user.
  • the displayed image is visually recognized as a virtual image.
  • the display described in Patent Document 1 includes a light source that emits light, a condenser lens that collimates the light from the light source, and a lens that adjusts the diffusion angle of the light that has passed through the condenser lens in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
  • the present invention has an object to provide a liquid crystal display device capable of suppressing an increase in cost while maintaining light irradiation efficiency to an eyebox.
  • the present invention provides a light source that emits a plurality of light rays, a first optical element that substantially parallelizes the plurality of light rays, and the plurality of light rays that are substantially parallelized in a traveling direction of the substantially parallel light rays.
  • a second optical element that diffuses in a first direction orthogonal to the second direction that is orthogonal to the traveling direction and intersects the first direction; and a light beam emitted from the second optical element
  • a liquid crystal display panel that emits display light according to an image based on the plurality of light beams that have passed through the first to third optical elements.
  • the liquid crystal display panel includes an image display area, and first light is emitted from the first optical element when the third optical element is viewed from the liquid crystal display panel side.
  • An emission area, a second light emission area where light is emitted from the second optical element, and a third light emission area where light is emitted from the third optical element are in the first and second directions.
  • the width dimension along is formed wider than the width dimension along the first and second directions of the image display area.
  • the second optical element includes an incident surface on which the plurality of light beams are incident and an exit surface on which the plurality of light beams that have passed through the second optical element are emitted.
  • a plurality of convex lens portions are arranged in an array along the first and second directions on the surface and the exit surface.
  • the present invention further includes a reflecting mirror that reflects the display light toward the projection member, wherein the first direction coincides with the height direction of the vehicle, and the second direction coincides with the width direction of the vehicle. It is characterized by.
  • liquid crystal display device that can achieve the initial purpose and can suppress an increase in cost while maintaining the light irradiation efficiency to the eyebox.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vehicle equipped with a head-up display device according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the head-up display apparatus by the same embodiment.
  • (A) by the same embodiment is a top view of the 2nd lens
  • (b) is a side view of the 2nd lens
  • (c) is a front view of the 2nd lens.
  • (A) by the same embodiment is a top view of a 3rd lens
  • (b) is a side view of a 3rd lens
  • (c) is a front view of a 3rd lens. It is a perspective view of the 1st lens by the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a positional relationship among a liquid crystal display panel, first to third lenses, and a light source according to the embodiment. It is the schematic which shows the path
  • (A) is the schematic which shows the path
  • (b) is the schematic diagram which shows the path
  • the head-up display device 100 is installed, for example, in a dashboard of the vehicle 200 as shown in FIG.
  • the head-up display device 100 emits display light Lo representing an image toward a windshield 201 (an example of a projection member) of the vehicle 200, and displays a virtual image V of the image by the display light Lo reflected by the windshield 201. .
  • the viewer 1 mainly the driver of the vehicle 200
  • the display image has, for example, a rectangular shape extending in the vertical direction and the horizontal direction when viewed from the viewer 1.
  • the X direction is along the vehicle front-rear direction
  • the Y direction is along the vehicle width direction
  • the Z direction is along the vehicle height direction.
  • the directions in which the arrows of the X, Y, and Z coordinate systems are directed are defined as + X, + Y, and + Z
  • the opposite directions are defined as -X, -Y, and -Z.
  • the head-up display device 100 includes a display unit 110, a concave mirror (reflection mirror) 120, a housing 130, and a heat dissipation member 140.
  • the housing 130 is formed of a non-translucent resin material or a metal material and has a hollow, substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the housing 130 includes an upper plate 130a and a lower plate 130b that face each other in the Z direction.
  • An opening 130c penetrating in the thickness direction is formed on the ⁇ X side (the vehicle front side in this example) of the upper plate 130a.
  • a curved plate-like window portion (translucent portion) 131 made of a translucent resin material such as acrylic through which the display light Lo passes is fitted in the opening portion 130c.
  • the housing 130 includes a side plate 130d that connects the upper plate 130a and the lower plate 130b on the + X side (the vehicle rear side in this example). An opening 132 penetrating in the X direction is formed in the side plate 130d.
  • the heat radiating member 140 is fixed in the opening 132 of the housing 130.
  • the heat radiating member 140 is a fin-type structure formed of a metal material such as aluminum or a heat conductive resin material.
  • the heat radiating member 140 is configured to be able to release heat generated by the display unit 110 (specifically, a light source 119 described later) to the outside.
  • a partition wall 130e orthogonal to the surface is formed on the inner surface of the upper plate 130a of the housing 130 (a surface exposed to the internal space of the housing 130), and a partition wall orthogonal to the surface is formed on the inner surface of the lower plate 130b of the housing 130. 130f is formed. Both the partition walls 130e and 130f are located facing each other along the Z direction.
  • the display unit 110 emits display light Lo representing a predetermined image.
  • the display unit 110 includes first to third lenses 111 to 113, a substrate 116, a light source 119, and a first case body. 114, a second case body 115, a light diffusion member 117, and a liquid crystal display panel 118 having an image display area D described later.
  • the substrate 116 is installed on the inner surface of the heat dissipation member 140 (surface exposed to the internal space of the housing 130), and various wirings are printed on the upper surface of the substrate 116 (surface opposite to the surface in contact with the heat dissipation member 140). . As shown in FIG. 7, a plurality (12 in this example) of light sources 119 are mounted on the upper surface of the substrate 116.
  • the light source 119 includes, for example, an LED (Light Emitting Diode).
  • the light sources 119 are arranged in a matrix on the substrate 116. Specifically, when the Z direction is the row direction and the Y direction is the column direction, the LEDs are arranged in a matrix of 2 rows ⁇ 6 columns.
  • the first case body 114 does not leak the light beam from the light source 119 to the outside, and allows the light beam to pass through the first to third lenses 111 to 113 held inside the first case body 114.
  • the first case body 114 is formed in, for example, a rectangular cylindrical shape using a non-translucent resin material, and includes an inner surface of the heat radiating member 140 and both partition walls 130 e and 130 f of the housing 130. It is installed between.
  • 1st case body 114 is provided with the 1st cylinder part 114a, the 2nd cylinder part 114b, and the collar part 114c.
  • One end (the end in the + X direction) of the first cylindrical portion 114a is in contact with the inner surface of the heat dissipation member 140 while surrounding the periphery of the substrate 116, and the other end (the end in the ⁇ X direction) is in contact with the second cylindrical portion 114b. It is connected.
  • the 2nd cylinder part 114b is formed smaller than the 1st cylinder part 114a in the Z direction. Further, the other end (the end in the + X direction) of the second cylindrical portion 114b is connected to the other end (the end in the ⁇ X direction) of the first cylindrical portion 114 with a step.
  • the flange portion 114c extends outward from one end of the first tube portion 114a and is in surface contact with the inner surface of the heat dissipation member 140.
  • Two positioning pins (not shown) are provided in the flange portion 114c, and positioning is performed by inserting these positioning pins into positioning holes (not shown) formed in two places on the heat radiation member 140. In this positioned state, the flange portion 114c is fastened to the heat radiating member 140 using screws (not shown).
  • the first case body 114 is divided into a first housing and a second housing, and the first housing and the second housing are appropriately fixed by hook fixing or the like. You may fix using a fixing means.
  • a pair of concave portions 114d extending in the Y direction for holding the second lens 112 is formed on the inner surface of the second cylindrical portion 114b.
  • the pair of recesses 114d are located opposite to each other in the Z direction.
  • a pair of recesses 114e extending in the Y direction for holding the third lens 113 is formed on the inner surface of the second cylindrical portion 114b.
  • the pair of recesses 114e are located opposite to each other in the Z direction at positions closer to the partition walls 130e and 130f than the pair of recesses 114d.
  • the first to third lenses 111 to 113 are held inside the first case body 114.
  • the first lens 111 and the first lens 111 from the side closer to the light source 119 are arranged so that the light beam from the light source 119 passes through the first lens 111, the second lens 112, and the third lens 113 in the thickness direction in that order.
  • the second lens 112 and the third lens 113 are arranged in this order.
  • the vertical direction (short direction) of the first to third lenses 111 to 113 is It coincides with the Z direction
  • the lateral direction (longitudinal direction) of the first to third lenses 111 to 113 coincides with the Y direction.
  • the first lens 111 corresponds to a first optical element
  • the second lens 112 corresponds to a second optical element
  • the third lens 111 corresponds to a third optical element.
  • the first lens 111 is formed in a rectangular plate shape with a transparent optical resin or optical glass. As shown in FIG. 2, the first lens 111 includes a plurality of convex lens portions 111 a and leg portions 111 b that are fitted into the first cylindrical portion 114 a.
  • the leg portions 111 b are formed in L-shaped columnar shapes on both sides of the first lens 111 in the longitudinal direction of the first lens 111.
  • the leg portion 111b extends from the side portion of the convex lens portion 111a along the vertical direction, and is bent so that the tip thereof is along the thickness direction of the first lens 111 (a direction that coincides with the X direction in this example). Is formed.
  • the first lens 111 is disposed such that the tip end surface of the leg portion 111 b is in contact with the upper surface of the substrate 116. Thereby, the first lens 111 is held in the first tube portion 114a through the leg portion 111b. At this time, the movement of the first lens 111 in the direction away from the substrate 116 in the leg 111b is also restricted by the step between the first cylinder 114a and the second cylinder 114b.
  • the convex lens portion 111a of the first lens 111 is formed in a biconvex lens shape as shown in FIG. 5, and is arranged in a matrix of 2 rows ⁇ 6 columns, similar to the light source 119 described above. In FIG. 5, the legs 111b are omitted. Each convex lens portion 111a is positioned to face each light source 119 in the X direction so as to receive light from each light source 119 as shown in FIG. Each convex lens portion 111a of the first lens 111 has a function of condensing a plurality of light beams emitted from the light source 119 and making the plurality of light beams substantially parallel along the X direction.
  • the first light emission region R1 where the light is emitted from the first lens 111 is The width dimension along the Y direction and the Z direction is wider than the width dimension along the Y direction and the Z direction of the image display region D (see FIG. 6).
  • the width dimension of the first light emission area R1 is wider than the width dimension of the image display area D in the Y direction as well.
  • the second lens 112 is formed in a rectangular plate shape with a transparent optical resin or optical glass as shown in FIG. Specifically, the second lens 112 is held by the first case body 114, the incident surface 112i on which a plurality of light rays are incident, the exit surface 112o from which the plurality of light beams that have passed through the second lens 112 exit.
  • a plurality of substantially collimated light beams emitted from the first lens 111 are described later perpendicular to the traveling direction of the collimated light beams (that is, the X direction). It has a function of diffusing in a first direction and a later-described second direction that is orthogonal to the traveling direction and orthogonal to (intersects with) the first direction.
  • a plurality of convex lens portions 112a are formed on the incident surface 112i of the second lens 112, and a plurality of convex lenses 112a are formed on the exit surface 112o of the second lens 112.
  • the convex lens portion 112b is formed.
  • the entrance surface 112i and the exit surface 112o are along the first direction, which is the short direction of the second lens 112, and the second direction, which is the longitudinal direction of the second lens 112.
  • a plurality of convex lens portions 112a and 112b are arranged in an array.
  • the first direction here coincides with the Z direction, which is the height direction of the vehicle, and the second direction coincides with the Y direction, which is the vehicle width direction.
  • the convex lens part 112a of the entrance surface 112i and the convex lens part 112b of the exit surface 112o are provided at positions facing the second lens 112 in the thickness direction.
  • the holding portions 112 c of the second lens 112 are formed in a rectangular column shape extending in the longitudinal direction of the second lens 112 at both ends of the second lens 112 in the short direction. As shown in FIG. 2, the second lens 112 is held in the second cylindrical portion 114b by fitting the holding portion 112c of the second lens 112 into the concave portion 114d of the second cylindrical portion 114b.
  • the incident surface 112i and the exit surface 112o of the second lens 112 allow light rays to pass through the short direction (that is, the longitudinal direction) of the second lens 112 and the longitudinal direction of the second lens 112 (that is, by the convex lens portions 112a and 112b). It has a function of diffusing horizontally. Based on the pitch and radius of curvature of the convex lens portions 112a and 112b of the second lens 112, the light diffusion angle can be adjusted. Further, the exit surface 112o of the second lens 112 has a function of adjusting the diffusion angle of light rays that are not completely parallelized by the convex lens portion 112b.
  • the second emission region R2 from which light is emitted from the second lens 112 is the Y direction.
  • the width dimension along the Z direction is wider than the width dimension along the Y direction and the Z direction of the image display region D (see FIG. 6).
  • the width dimension of the second emission region R2 is formed wider than the width dimension of the image display region D in the Y direction as well.
  • the third lens 113 is formed in a rectangular plate shape with a transparent optical resin or optical glass.
  • the third lens 113 includes an incident surface 113i on which a plurality of light beams are incident, an exit surface 113o on which a plurality of light beams that have passed through the inside of the third lens 113 in the thickness direction are emitted, and the first lens 113 A holding portion 113b held by the case body 114, and in this case, has a function of adjusting the angle of the light beam emitted from the second lens 112.
  • the entrance surface 113i of the third lens 113 is formed by a flat portion 113a as shown in FIG. 4C, and the exit surface 113o of the third lens 113 diffuses light rays in accordance with the liquid crystal display panel 118.
  • Possible to have a concave toroidal surface That is, on the exit surface 113 o of the third lens 113, a concave curved surface is formed along the longitudinal direction of the third lens 113 and the lateral direction of the third lens 113.
  • the radius of curvature of the curved surface along the short direction of the exit surface 113o is set to be larger than the radius of curvature of the curved surface along the longitudinal direction of the exit surface 113o, and the exit surface 113o is the image display area D of the liquid crystal display panel 118. It has a function of diffusing light so as to illuminate the entire area.
  • the holding portions 113b of the third lens 113 are formed in a rectangular column shape extending in the longitudinal direction of the third lens 113 at both ends of the third lens 113 in the short direction. As shown in FIG. 2, the third lens 113 is held by the second cylindrical portion 114b by fitting the holding portion 113b of the third lens 113 into the concave portion 114e of the second cylindrical portion 114b.
  • the third emission region R3 where light is emitted from the third lens 113 is the Y direction.
  • the width dimension along the Z direction is wider than the width dimension along the Y direction and the Z direction of the image display region D (see FIG. 6).
  • the width dimension of the third emission region R3 is wider than the width dimension of the image display region D in the Y direction as well.
  • the second case body 115 is formed of a non-translucent resin material in a rectangular frame shape as shown in FIG.
  • the 2nd case body 115 is fixed to the surface on the opposite side to the 1st case body 114 in both partition 130e, 130f.
  • the light diffusing member 117 and the liquid crystal display panel 118 are each extended along the YZ plane and held inside the second case body 115 in a state of facing each other.
  • the light diffusing member 117 and the liquid crystal display panel 118 are bonded to the second case body 115 with an adhesive.
  • the light diffusion member 117 is provided at a position close to the first case body 114, and the liquid crystal display panel 118 is provided at a position exposed to the internal space of the housing 130.
  • the liquid crystal display panel 118 is formed, for example, in the shape of a rectangular plate by attaching polarizing plates to both surfaces of a liquid crystal cell in which a liquid crystal layer is sealed in a pair of transparent substrates on which a transparent electrode film is formed. Then, each pixel of the image display area D provided in the liquid crystal display panel 118 is switched between a transmissive state and a non-transmissive state according to the image. Accordingly, the liquid crystal display panel 118 emits display light Lo corresponding to the image based on the plurality of light beams that have passed through the first to third optical elements 111 to 113.
  • the light diffusion member 117 is a film-like or plate-like member using a transparent resin material as a base material.
  • the light diffusing member 117 is configured to be capable of diffusing light reflected from the exit surface 113 o of the third lens 113 by external light that has entered the housing 130.
  • the concave mirror 120 includes a holder made of a resin material such as polycarbonate and a mirror surface obtained by evaporating a metal such as aluminum on the holder.
  • the concave mirror 120 is positioned facing the liquid crystal display panel 118 in the housing 130, and is installed in a direction inclined with respect to the display light Lo from the display unit 110.
  • the concave mirror 120 is configured to magnify the image represented by the display light Lo while reflecting the display light Lo from the display unit 110 toward the windshield 201 and to irradiate the windshield 201 with the magnified image.
  • the action of light rays when the light rays emitted from the respective light sources 119 pass through the first to third lenses 111 to 113 will be described.
  • the light beam in the Y direction corresponds to the horizontal direction of the image (virtual image V)
  • the light beam in the Z direction corresponds to the vertical direction of the image (virtual image V).
  • a plurality of light beams La are irradiated radially from each light source 119 toward each convex lens portion 111a of the first lens 111.
  • the convex lens portion 111a of the first lens 111 refracts the light beam La at the incident surface and the exit surface thereof, so that the light beam La is parallelized along the X direction, and the light beam Lb is emitted from the exit surface of the convex lens portion 111a.
  • Each convex lens portion 112a on the incident surface 112i side of the second lens 112 on which the light beam Lb is incident diffuses the light beam Lb at a predetermined diffusion angle in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the light beam Lb guided into the second lens 112 is collimated with the light beam P parallel to the thickness direction of the second lens 112 and the thickness direction of the second lens 112.
  • the convex lens portion 112b on the exit surface 112o side of the second lens 112 collimates the light that has not been collimated (hereinafter referred to as non-parallel light Q). It adjusts so that it may diffuse like the light ray (hereinafter referred to as parallel light P).
  • the light beam that has passed through the second lens 112 enters the incident surface 113i of the third lens 113 as a light beam Lc, as shown in FIG. Then, the light beam Lc traveling into the third lens 113 is emitted from the exit surface 113o. At this time, the exit surface 113o of the third lens 113 diffuses the light beam that has passed through the third lens 113 at a predetermined diffusion angle, and the diffused light beam is converted into the light beam Ld to the liquid crystal display panel 118 (image display region). Irradiate the entire area of D).
  • the third lens 113 transmits light emitted from each convex lens 112b constituting the second lens 112 to the liquid crystal display panel.
  • the enlarged illumination is not performed on the entire area 118 (image display area D).
  • the light beam emitted from each convex lens 112b illuminates only the corresponding area of the liquid crystal display panel 118 (image display area D).
  • the second lens 112 and the third lens 113 have independent light distribution control functions, the second lens 112 and the third lens 113 are provided between the second lens 112 and the third lens 113.
  • the formed gap can be made as small as possible. In this case, the display unit 110 can be made more compact.
  • the viewer 1 can visually recognize the virtual image V by receiving the display light Lo reflected from the windshield 201 when the position of his / her eyes is in the eye box Ib which is a virtual space.
  • the adjustment of the light beam that is not completely collimated by the second lens 112 is performed as described above. Can be enhanced.
  • a head-up display device 100 as an example of a liquid crystal display device includes a light source 119 that emits a plurality of light rays, a first lens 111 that substantially parallelizes the plurality of light rays 119, and a plurality of substantially parallelized light sources.
  • the third lens 113 that adjusts the angle of the light beam emitted from the second lens 112, and the display light Lo corresponding to the image is emitted based on the plurality of light beams that have passed through the first to third lenses 111 to 113.
  • a liquid crystal display panel 118 is a liquid crystal display panel 118.
  • the second lens 112 includes an incident surface 112i on which a plurality of light rays are incident, and an exit surface 112o on which the plurality of light beams that have passed through the second lens 112 exit, and the incident surface 112i and the exit surface.
  • a plurality of convex lens portions 112a and 112b are arranged in an array in 112o along the first and second directions. As described above, the convex lens portions 112a and 112b are arranged (formed) on the entrance surface 112i and the exit surface 112o, so that the non-parallel light Q is adjusted to pass through the same optical path as the parallel light P. Therefore, since the dispersion of the light diffusion angle is reduced, the luminance in the eye box Ib is efficiently increased.
  • the convex lens portion 112b formed on the emission surface 112o of the second lens 112 in the above embodiment may be omitted, and the emission surface 112o may be formed in a flat shape.
  • the second lens 112 and the third lens 113 are held by the first case body 114 via their own holding portions 112c and holding portions 113b, but these holding portions 112c and 113b are used. May be omitted.
  • the second lens 112 and the third lens 113 may be bonded to the first case body 114 using an adhesive.
  • the exit surface 113o of the third lens 113 has a concave toroidal shape, but the exit surface 113o of the third lens 113 has a convex lens shape, a free-form surface shape, a simple spherical shape, and a cylindrical shape. It may be a surface shape or an aspherical shape.
  • the incident surface 113i of the third lens 113 has a planar shape, but this also has a concave toroidal surface shape, a convex lens shape, a free-form surface shape, a simple spherical shape, a cylindrical surface shape, or the like, like the exit surface 113o.
  • An aspherical shape may be used, and when the shape of the incident surface 113i is a shape other than a planar shape, the shape of the exit surface 113o can be a planar shape as necessary.
  • the light source 119 is an LED, but may be a light source such as an incandescent light bulb.
  • the pitch and size (curvature radius) of the convex lens portions 112a and 112b of the second lens 112 can be changed as appropriate. By changing these, the diffusion angle of the light beam can be adjusted.
  • the convex lens portion 111a of the first lens 111 is formed in a biconvex lens shape, but may be formed in a plano-convex lens shape or a Fresnel lens shape. Further, instead of the first lens 111, a reflector that makes light rays substantially parallel may be provided as the first optical element.
  • the concave mirror 120 in the above embodiment may be omitted.
  • the display light Lo from the display unit 110 is directly applied to the windshield 201 which is a projection member.
  • the Z direction (vertical direction) that is the first direction in which the second lens 112 diffuses light and the Y direction (lateral direction) that is the second direction are orthogonal to each other. It is sufficient that they intersect, and they do not necessarily have to be orthogonal.
  • the first to third lenses 111 to 113 are formed in a rectangular plate shape.
  • the present invention is not limited to this, and may be formed in a square, circle, ellipse, or polygonal plate shape, for example. . It is necessary to change the shape of the first case body 114 in accordance with the shape change of the first to third lenses 111 to 113.
  • the liquid crystal display device according to the present invention is applied to a vehicle-mounted head-up display device.
  • the liquid crystal display device is not limited to a vehicle-mounted device, but may be applied to a head-up display device mounted on a vehicle such as an airplane or a ship. Good.
  • the projection member is not limited to the windshield, and may be a dedicated combiner.
  • the liquid crystal display device according to the present invention may be applied not to a head-up display device but to a liquid crystal display device such as a projector used indoors or outdoors.
  • the projection member is not limited to a light-transmitting member, and may be a reflective screen or the like.
  • the liquid crystal display device according to the present invention may be mounted on a glasses-type wearable terminal.
  • the present invention is suitable for a liquid crystal display device mounted on a head-up display device.
  • Head-up display device 110
  • Display unit 111
  • First lens (first optical element) 111a Convex lens portion 112
  • Second lens (second optical element) 112a, 112b Convex lens portion 112i Entrance surface 112o Exit surface 113
  • Third lens (third optical element) 113i Incident surface 113o Ejection surface 114
  • First case body 115
  • Second case body 117
  • Light diffusion member 118
  • Liquid crystal display panel 118
  • Light source 120
  • Concave mirror (reflection mirror) 201
  • Windshield (projection member) Lo display light V virtual image

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

アイボックスへの光照射効率を維持しながら、コスト上昇を抑制することが可能な液晶表示装置を提供する。　複数の光線を放射する光源１１９と、複数の光線１１９を略平行化する第１のレンズ１１１と、略平行化された複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、進行方向に直交し、且つ、第１の方向と直交する第２の方向とに拡散させる第２のレンズ１１２と、第２のレンズ１１２から射出した光線の角度を調整する第３のレンズ１１３と、第１～第３のレンズ１１１～１１３を通過した複数の光線に基づき画像に応じた表示光Ｌｏを射出する液晶表示パネル１１８とを備えているものである。

Description

液晶表示装置
　本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される液晶表示装置に関するものである。
　従来から、例えば車両のフロントガラス等に情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。
　例えば、特許文献１に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を発する表示器（液晶表示装置）を備え、表示器から発せられた表示光をフロントガラス等に照射することで、ユーザに表示光が表す像を虚像として視認させる。特許文献１に記載の表示器は、光線を放射する光源と、光源からの光線を平行化するコンデンサレンズと、このコンデンサレンズを通過した光線の拡散角度を縦方向および横方向それぞれに調整するレンズアレイと、レンズアレイで生成される中間像を拡大する２枚のフィールドレンズとを備える。
特開２０１２－２０３１７６号公報
　上記特許文献１に係る液晶表示装置では、アイボックスへの光照射効率を向上させるにあたって、４つの光学素子（上述したコンデンサレンズ、レンズアレイ、２枚のフィールドレンズ）を用いる必要があり、これにより液晶表示装置を構成する部品点数が多くなるため、コスト上昇の原因となっていた。
　そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、アイボックスへの光照射効率を維持しながら、コスト上昇を抑制することが可能な液晶表示装置の提供を目的とするものである。
　本発明は、複数の光線を放射する光源と、前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、前記第１～第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする。
　また本発明は、前記液晶表示パネルは、画像表示領域を備え、前記液晶表示パネル側から前記第３の光学素子を見たときに、前記第１の光学素子から光線が射出される第１光射出領域と前記第２の光学素子から光線が射出される第２光線射出領域と前記第３の光学素子から光線が射出される第３光線射出領域は、その前記第１、第２の方向に沿う幅寸法が前記画像表示領域の前記第１、第２の方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されていることを特徴とする。
　また本発明は、前記第２の光学素子は、前記複数の光線が入射する入射面と、前記第２の光学素子の内部を通過した前記複数の光線が射出する射出面とを備え、前記入射面及び前記射出面には、前記第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部が複数個アレイ状に配列されていることを特徴とする。
　また本発明は、前記表示光を投影部材に向けて反射させる反射ミラーを備え、前記第１の方向は車両の高さ方向に一致し、前記第２の方向は車両の幅方向に一致することを特徴とする。
　本発明によれば、初期の目的を達成でき、アイボックスへの光照射効率を維持しながら、コスト上昇を抑制することが可能な液晶表示装置を提供できる。
本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の模式図である。 同実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 同実施形態による（ａ）は第２のレンズの平面図、（ｂ）は第２のレンズの側面図、（ｃ）は第２のレンズの正面図である。 同実施形態による（ａ）は第３のレンズの平面図、（ｂ）は第３のレンズの側面図、（ｃ）は第３のレンズの正面図である。 同実施形態による第１のレンズの斜視図である。 同実施形態による液晶表示パネルと第１～第３のレンズと光源との位置関係を模式的に示す図。 同実施形態による光線の経路を示す概略図である。 （ａ）は同実施形態による第２のレンズを通過する光線の経路を示す概略図であって、（ｂ）は比較例としての第２のレンズを通過する光線の経路を示す概略図である。
　本発明に係る液晶表示装置をヘッドアップディスプレイ装置として具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように、例えば、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のフロントガラス２０１（投影部材の一例）に向けて画像を表す表示光Ｌｏを出射し、フロントガラス２０１で反射した表示光Ｌｏによって前記画像の虚像Ｖを表示する。このように虚像Ｖが表示されることで、視認者１（主に車両２００の運転者）は、フロントガラス２０１を通して虚像Ｖを表示画像として視認可能となる。この表示画像は、例えば、視認者１から見て縦方向および横方向に延びる長方形状をなす。
　以下では、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標系を用いて説明する。本実施形態では、Ｘ方向は車両の前後方向に沿い、Ｙ方向は車両の幅方向に沿い、Ｚ方向は車両の高さ方向に沿う。また、図１等において、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系の矢印が向く方向を＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚと規定し、その反対方向を－Ｘ、－Ｙ、－Ｚと規定する。
（構成）
　ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示すように、表示部１１０と、凹面鏡（反射ミラー）１２０と、ハウジング１３０と、放熱部材１４０と、を備える。
　ハウジング１３０は、非透光性樹脂材料または金属材料で形成されるとともに、中空の略直方体をなす。ハウジング１３０は、Ｚ方向に互いに対面する上板１３０ａおよび下板１３０ｂを備える。上板１３０ａの－Ｘ側（本例では車両前側）には、その厚さ方向に貫通した開口部１３０ｃが形成されている。この開口部１３０ｃには、表示光Ｌｏが通過するアクリルなどの透光性樹脂材料からなる湾曲板状の窓部（透光部）１３１が嵌め込まれている。
　ハウジング１３０は、上板１３０ａおよび下板１３０ｂを＋Ｘ側（本例では車両後側）で連結する側板１３０ｄを備える。側板１３０ｄには、Ｘ方向に貫通した開口部１３２が形成されている。
　放熱部材１４０は、ハウジング１３０の開口部１３２内に固定されている。放熱部材１４０は、例えばアルミニウムなどの金属材料または熱伝導性樹脂材料で形成されるフィン型の構造体である。放熱部材１４０は、表示部１１０（具体的には後述する光源１１９）が発する熱を外部に放出可能に構成されている。
　ハウジング１３０の上板１３０ａの内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）には、その面に直交する隔壁１３０ｅが形成され、ハウジング１３０の下板１３０ｂの内面には、その面に直交する隔壁１３０ｆが形成されている。両隔壁１３０ｅ、１３０ｆは互いにＺ方向に沿って対向して位置する。
　表示部１１０は、所定の画像を表す表示光Ｌｏを出射するものであり、具体的には、第１～第３のレンズ１１１～１１３と、基板１１６と、光源１１９と、第１のケース体１１４と、第２のケース体１１５と、光拡散部材１１７と、後述する画像表示領域Ｄを有する液晶表示パネル１１８とを備えている。
　基板１１６は、放熱部材１４０の内面（ハウジング１３０の内部空間に露出する面）に設置され、基板１１６の上面（放熱部材１４０に接する面と反対側の面）には各種配線がプリントされている。図７に示すように基板１１６の上面には、複数（本例では１２個）の光源１１９が実装されている。
　光源１１９は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる。光源１１９は、基板１１６上に、マトリックス状に配置されている。具体的には、Ｚ方向が行方向であって、Ｙ方向が列方向である場合、ＬＥＤは２行×６列のマトリックス状に配置される。
　第１のケース体１１４は、光源１１９からの光線を外部に漏らさず、その光線を第１のケース体１１４の内部に保持される第１～第３のレンズ１１１～１１３に通過させるものである。詳しくは、第１のケース体１１４は、図２に示すように、例えば非透光性樹脂材料にて長方形の筒状に形成され、放熱部材１４０の内面とハウジング１３０の両隔壁１３０ｅ、１３０ｆとの間に設置されている。
　第１のケース体１１４は、第１筒部１１４ａと、第２筒部１１４ｂと、鍔部１１４ｃとを備える。第１筒部１１４ａは、その一端（＋Ｘ方向の端部）が基板１１６の周囲を囲みつつ放熱部材１４０の内面に接触し、その他端（－Ｘ方向の端部）が第２筒部１１４ｂに連結されている。第２筒部１１４ｂは、Ｚ方向において第１筒部１１４ａより小さく形成されている。また、第２筒部１１４ｂの他端（＋Ｘ方向の端部）が第１筒部１１４の他端（－Ｘ方向の端部）に段差を持って連結されている。
　鍔部１１４ｃは、第１筒部１１４ａの一端から外側に延出するとともに、放熱部材１４０の内面に面接触する。鍔部１１４ｃには、２つの位置決めピン（図示しない）が設けられており、これら位置決めピンを、放熱部材１４０に２個所形成される位置決め孔（図示しない）に挿入することで位置決めされる。この位置決めされた状態で、ねじ（図示しない）を利用して鍔部１１４ｃが放熱部材１４０に締結される。なお、ここでの詳細図示は省略するが、第１のケース体１１４を第１筐体と第２筐体とに分割し、これら第１筐体と第２筐体とをフック固定等の適宜固定手段を用いて固定してもよい。
　また、第２筒部１１４ｂの内面には、図２に示すように第２のレンズ１１２を保持するためのＹ方向に延びる一対の凹部１１４ｄが形成されている。一対の凹部１１４ｄは、Ｚ方向において互いに対向して位置する。同様に、第２筒部１１４ｂの内面には、第３のレンズ１１３を保持するためのＹ方向に延びる一対の凹部１１４ｅが形成されている。一対の凹部１１４ｅは、上記一対の凹部１１４ｄよりも隔壁１３０ｅ、１３０ｆに近い位置において、Ｚ方向に互いに対向して位置する。
　第１のケース体１１４の内部には、第１～第３のレンズ１１１～１１３が保持されている。光源１１９からの光線が第１のレンズ１１１、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３の順でそれらの厚さ方向に通過するように、光源１１９に近い方から第１のレンズ１１１、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３の順で配置されている。
　なお、第１～第３のレンズ１１１～１１３が第１のケース体１１４に保持された状態で、本実施形態では、第１～第３のレンズ１１１～１１３の縦方向（短手方向）はＺ方向に一致し、第１～第３のレンズ１１１～１１３の横方向（長手方向）はＹ方向に一致する。また、第１のレンズ１１１は第１の光学素子に相当し、第２のレンズ１１２は第２の光学素子に相当し、第３のレンズ１１１は第３の光学素子に相当する。
　詳しくは、第１のレンズ１１１は、透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成されている。第１のレンズ１１１は、図２に示すように、複数配置された凸レンズ部１１１ａと、第１筒部１１４ａの内部に嵌め込まれる脚部１１１ｂとを備える。
　脚部１１１ｂは、第１のレンズ１１１の縦方向における第１のレンズ１１１の両側部においてＬ字の柱状に形成される。脚部１１１ｂは、凸レンズ部１１１ａの側部から縦方向に沿って延出し、その先端が第１のレンズ１１１の厚さ方向（本例ではＸ方向に一致する方向）に沿うように屈曲するように形成されている。第１のレンズ１１１は、その脚部１１１ｂの先端面が基板１１６の上面に接触するように配置される。これにより、第１のレンズ１１１は、脚部１１１ｂを通じて第１筒部１１４ａ内に保持されている。このとき、第１筒部１１４ａと第２筒部１１４ｂとの段差によっても、第１のレンズ１１１は、脚部１１１ｂにおける基板１１６と離間する方向への移動が規制されている。
　第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、図５に示すように両凸レンズ状に形成されるとともに、上述した光源１１９と同様に２行×６列のマトリックス状に配置されている。なお、図５においては、脚部１１１ｂは省略して図示されている。各凸レンズ部１１１ａは、図２に示すように各光源１１９からの光線を受けるように、Ｘ方向において各光源１１９に対向して位置する。第１のレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａは、光源１１９から射出される複数の光線を集光するとともに、複数の光線をＸ方向に沿うように略平行化する機能を有する。
　なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第１のレンズ１１１（各凸レンズ部１１１ａ）から光線が射出される第１光射出領域Ｒ１は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第１光射出領域Ｒ１の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
　第２のレンズ１１２は、図２に示すように透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成される。詳しくは、第２のレンズ１１２は、複数の光線が入射する入射面１１２ｉと、第２のレンズ１１２の内部を通過した複数の光線が射出する射出面１１２ｏと、第１のケース体１１４に保持される保持部１１２ｃとを備え、この場合、第１のレンズ１１１から射出される略平行化された複数の光線を、略平行化された光線の進行方向（つまりＸ方向）に直交する後述する第１の方向と、当該進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と直交（交差）する後述する第２の方向とに拡散させる機能を有している。
　第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉには、図３（ａ）～図３（ｃ）に示すように、複数の凸レンズ部１１２ａが形成され、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏには、複数の凸レンズ部１１２ｂが形成されている。
　つまり、この場合、入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏには、第２のレンズ１１２の短手方向である第１の方向、及び第２のレンズ１１２の長手方向である第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが複数個アレイ状に配列されている。なお、ここでの第１の方向は、車両の高さ方向であるＺ方向に一致し、第２の方向は、車幅方向であるＹ方向に一致する。
　入射面１１２ｉの凸レンズ部１１２ａ及び射出面１１２ｏの凸レンズ部１１２ｂは、第２のレンズ１１２の厚さ方向に対向する位置に設けられる。また、第２のレンズ１１２の保持部１１２ｃは、第２のレンズ１１２の短手方向の両端において、第２のレンズ１１２の長手方向に延出する四角柱状に形成される。図２に示すように、この第２のレンズ１１２の保持部１１２ｃが、第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｄに嵌合することで、第２のレンズ１１２は、第２筒部１１４ｂ内に保持される。
　第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏは、その凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂによって、光線を第２のレンズ１１２の短手方向（つまり縦方向）及び第２のレンズ１１２の長手方向（つまり横方向）に拡散する機能を有する。第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂのピッチ及び曲率半径に基づき、光線の拡散角度を調整することができる。また、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏは、その凸レンズ部１１２ｂによって、完全に平行化されていない光線の拡散角度を調整する機能を有する。
　なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第２のレンズ１１２（射出面１１２ｏ）から光線が射出される第２射出領域Ｒ２は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第２射出領域Ｒ２の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
　第３のレンズ１１３は、図４（ａ）～（ｃ）に示すように透明光学樹脂または光学ガラスにより長方形板状に形成される。詳しくは、第３のレンズ１１３は、複数の光線が入射する入射面１１３ｉと、第３のレンズ１１３の内部をその厚さ方向に通過した複数の光線が射出する射出面１１３ｏと、第１のケース体１１４に保持される保持部１１３ｂとを備え、この場合、第２のレンズ１１２から射出した光線の角度を調整する機能を有している。
　第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉは、図４（ｃ）に示すような平面部１１３ａで形成されており、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、液晶表示パネル１１８に合わせて光線を拡散可能に凹トロイダル面で形成されている。すなわち、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏには、第３のレンズ１１３の長手方向及び第３のレンズ１１３の短手方向に沿って凹状の曲面が形成されている。
　例えば、射出面１１３ｏの短手方向に沿う曲面の曲率半径は、射出面１１３ｏの長手方向に沿う曲面の曲率半径より大きく設定されており、射出面１１３ｏは、液晶表示パネル１１８の画像表示領域Ｄ全域を照明するように光線を拡散する機能を有している。
　第３のレンズ１１３の保持部１１３ｂは、第３のレンズ１１３の短手方向の両端に、第３のレンズ１１３の長手方向に延出する四角柱状に形成される。図２に示すように、第３のレンズ１１３の保持部１１３ｂが第２筒部１１４ｂの凹部１１４ｅに嵌合することで、第３のレンズ１１３は第２筒部１１４ｂに保持される。
　なお、本例の場合、液晶表示パネル１１８側から第３のレンズ１１３を見たときに、第３のレンズ１１３（射出面１１３ｏ）から光線が射出される第３射出領域Ｒ３は、そのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法が画像表示領域ＤのＹ方向、Ｚ方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されている（図６参照）。なお、図２ではＺ方向のみ図示されているが、もちろんＹ方向においても、第３射出領域Ｒ３の幅寸法が画像表示領域Ｄの幅寸法よりも幅広く形成されていることは言うまでもない。
　第２のケース体１１５は、図２に示すように非透光性樹脂材料にて長方形の枠状に形成されている。第２のケース体１１５は、両隔壁１３０ｅ，１３０ｆにおける第１のケース体１１４と反対側の面に固定される。
　光拡散部材１１７及び液晶表示パネル１１８は、それぞれＹＺ平面に沿って延出し、互いに対面した状態で、第２のケース体１１５の内部に保持される。例えば、光拡散部材１１７及び液晶表示パネル１１８は、第２のケース体１１５に接着剤によって接着される。光拡散部材１１７は、第１のケース体１１４に近い位置に設けられ、液晶表示パネル１１８は、ハウジング１３０の内部空間に露出する位置に設けられている。
　液晶表示パネル１１８は、例えば透明電極膜が形成された一対の透光性基板に液晶層を封入した液晶セルの両面に偏光板を貼着して長方形板状で形成される。そして、液晶表示パネル１１８に備えられる画像表示領域Ｄの各画素が画像に応じて透過状態と不透過状態との間で切り替えられる。これにより、液晶表示パネル１１８は、第１～第３の光学素子１１１～１１３を通過した複数の光線に基づき当該画像に応じた表示光Ｌｏを射出する。
　光拡散部材１１７は、透明樹脂材料を基材としたフィルム状または板状の部材である。光拡散部材１１７は、ハウジング１３０の内部に進入した外光が第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏに反射した光を拡散可能に構成されている。
　凹面鏡１２０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料からなるホルダと、そのホルダに例えばアルミニウムなどの金属を蒸着させてなる鏡面とを備える。凹面鏡１２０は、ハウジング１３０内の液晶表示パネル１１８に対向して位置し、表示部１１０からの表示光Ｌｏに対して傾斜する向きで設置される。凹面鏡１２０は、表示部１１０からの表示光Ｌｏをフロントガラス２０１に向けて反射させつつ表示光Ｌｏが表す像を拡大し、その拡大した像をフロントガラス２０１に照射するように構成される。
（作用）
　次に、図７を参照しつつ、各光源１１９から発せられる光線が第１～第３のレンズ１１１～１１３を通過する際の光線の作用について説明する。以下では、Ｙ方向（横方向）の光線は、画像（虚像Ｖ）の横方向に対応し、Ｚ方向（縦方向）の光線は、画像（虚像Ｖ）の縦方向に対応する。
　図７に示すように、各光源１１９から第１のレンズ１１１の各凸レンズ部１１１ａに向けて複数の光線Ｌａが放射状に照射される。第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、その入射面及び射出面において光線Ｌａを屈折させることで、光線ＬａはＸ方向に沿うように平行化され、凸レンズ部１１１ａの前記射出面から光線Ｌｂが出てくる。
　光線Ｌｂが入射される第２のレンズ１１２の入射面１１２ｉ側の各凸レンズ部１１２ａは、縦方向及び横方向において、当該光線Ｌｂを所定の拡散角度にて拡散する。ここで、第２のレンズ１１２内に導かれる光線Ｌｂは、第２のレンズ１１２の厚み方向に対して平行化された光線Ｐと、第２のレンズ１１２の厚み方向に対して平行化されていない光線Ｑとで構成されており、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏ側の各凸レンズ部１１２ｂは、平行化されていない光線（以下、当該光線を非平行光Ｑとする）を、平行化された光線（以下、当該光線を平行光Ｐとする）と同様に拡散するように調整する。
　具体的には、図８（ｂ）に示すように、第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ｂが省略されて、第２のレンズの射出面２１２ｏが平面で形成されている比較例において、第２のレンズ１１２の射出面２１２ｏの形状（つまり平面形状）に起因して、スネルの法則により当該射出面２１２ｏから出る非平行光Ｑは、その傾斜状態をほぼ保って第２のレンズ１１２から射出される。よって、図８（ｂ）の構成では、非平行光Ｑは調整されない。
　一方、本実施形態の構成では、図８（ａ）に示すように、第２のレンズ１１２の射出面１１２ｏの形状（つまり凸レンズ部１１２ｂを構成する凸レンズ形状）に起因して、スネルの法則により当該射出面１１２ｏから出る非平行光Ｑは、各凸レンズ部１１２ｂによって屈折することで、平行光Ｐが第２のレンズ１１２を通過した場合（図７参照）と同様の拡散角度になるように角度調整された上で、第２のレンズ１１２から射出される。よって、第２のレンズ１１２を通過する光線Ｌｂが所定のばらつきをもって縦方向及び横方向に拡散することが抑制される。その結果として、第２のレンズ１１２による縦方向及び横方向における光線（後述する光線Ｌｃ）の拡散角度が制限される。
　第２のレンズ１１２を通過した光線は、図７に示すように、第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉに光線Ｌｃとして入射する。そして、第３のレンズ１１３内に進む光線Ｌｃは射出面１１３ｏから射出される。この際、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、第３のレンズ１１３の内部を通過した光線を所定の拡散角度で拡散し、その拡散した光線を光線Ｌｄとして液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の全域に照射する。
　また、第３のレンズ１１３は、上述した先行技術文献（特許文献１）に記載されているフィールドレンズとは異なり、第２のレンズ１１２を構成する各凸レンズ１１２ｂから射出する光線を、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）全域にそれぞれ拡大照明することはない。当該各凸レンズ１１２ｂから射出した光線は、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の対応する領域のみを照明する。なお、本例の場合、第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３とは、それぞれ独立した配光制御機能を有しているので、第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３との間に形成される隙間を可能な限り小さくすることができ、この場合、表示部１１０をよりコンパクトな構成にすることが可能となる。
　ここで、視認者１は、自身の目の位置が仮想的な空間であるアイボックスＩｂ内にあるとき、フロントガラス２０１を反射する表示光Ｌｏを受けて虚像Ｖを視認可能となる。図８（ａ）に示すように、縦方向及び横方向において、上述のように第２のレンズ１１２によって完全に平行化されていない光線の調整が行われるため、アイボックスＩｂ内の輝度を効率的に高めることができる。
（効果）
　以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）液晶表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置１００は、複数の光線を放射する光源１１９と、複数の光線１１９を略平行化する第１のレンズ１１１と、略平行化された複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、進行方向に直交し、且つ、第１の方向と直交する第２の方向とに拡散させる第２のレンズ１１２と、第２のレンズ１１２から射出した光線の角度を調整する第３のレンズ１１３と、第１～第３のレンズ１１１～１１３を通過した複数の光線に基づき画像に応じた表示光Ｌｏを射出する液晶表示パネル１１８とを備えている。
　従って、第１のレンズ１１１と第２のレンズ１１２と第３のレンズ１１３とで構成される３つのレンズを用いて、液晶表示パネル１１８（画像表示領域Ｄ）の全域を照射することが可能であり、従来技術に比べてレンズの使用個数が１個少なくなるため、部品点数が削減され、アイボックスへの光照射効率を維持しながらコスト上昇を抑制することができる。
（２）第２のレンズ１１２は、複数の光線が入射する入射面１１２ｉと、第２のレンズ１１２の内部を通過した複数の光線が射出する射出面１１２ｏとを備え、入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏには、第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが複数個アレイ状に配列される。このように入射面１１２ｉ及び射出面１１２ｏに凸形状のレンズ部１１２ａ、１１２ｂが配列（形成）されることで、非平行光Ｑも平行光Ｐと同様の光路を経るように調整される。よって、光線の拡散角度のばらつきが少なくなるため、アイボックスＩｂ内の輝度が効率的に高められる。
（変形例）
　なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
　上記実施形態における第２のレンズ１１２の出射面１１２ｏに形成される凸レンズ部１１２ｂを省略し、その出射面１１２ｏを平面状に形成してもよい。
　上記実施形態では、第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３は、それぞれ自身の保持部１１２ｃ及び保持部１１３ｂを介して第１のケース体１１４に保持されていたが、これら保持部１１２ｃ、１１３ｂを省略してもよい。この場合、例えば接着剤を用いて第２のレンズ１１２及び第３のレンズ１１３を第１のケース体１１４に接着してもよい。
　上記実施形態では、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、凹トロイダル面形状を有していたが、第３のレンズ１１３の射出面１１３ｏは、凸レンズ形状、自由曲面形状、単純球面形状、シリンドリカル面形状または非球面形状であってもよい。また、第３のレンズ１１３の入射面１１３ｉは、平面形状を有していたが、これも射出面１１３ｏと同様に凹トロイダル面形状、凸レンズ形状、自由曲面形状、単純球面形状、シリンドリカル面形状または非球面形状であってもよく、このように入射面１１３ｉの形状が平面形状以外の形状であるような場合、射出面１１３ｏの形状を必要に応じて平面形状とすることも可能である。
　上記実施形態では、光源１１９はＬＥＤであったが、その他、白熱電球等の光源であってもよい。
　また、第２のレンズ１１２の凸レンズ部１１２ａ、１１２ｂのピッチ及び大きさ（曲率半径）は、適宜変更可能であることは言うまでもない。これらを変更することで、光線の拡散角度を調整することができる。
　上記実施形態では、第１のレンズ１１１の凸レンズ部１１１ａは、両凸レンズ状に形成されていたが、平凸レンズ状、フレネルレンズ状で形成してもよい。また、第１のレンズ１１１に替えて第１の光学素子として光線を略平行化するリフレクタを設けてもよい。
　上記実施形態における凹面鏡１２０を省略してもよい。この場合、表示部１１０からの表示光Ｌｏが直接、投影部材であるフロントガラス２０１に照射される。
　上記実施形態では、第２のレンズ１１２が光を拡散する第１の方向であるＺ方向（縦方向）と、第２の方向であるＹ方向（横方向）とは互いに直交していたが、交わっていればよく、必ずしも直交している必要はない。
　上記実施形態では、第１～第３のレンズ１１１～１１３は長方形板状で形成されていたが、これに限らず、例えば、正方形、円、楕円または多角形の板状で形成されてもよい。第１～第３のレンズ１１１～１１３の形状変更に応じて、第１のケース体１１４の形状も変更する必要がある。
　上記実施形態では、本発明に係る液晶表示装置を車載用のヘッドアップディスプレイ装置に適用したが、車載用に限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用してもよい。また、投影部材はフロントガラスに限られず、専用のコンバイナであってもよい。また、本発明に係る液晶表示装置をヘッドアップディスプレイ装置ではなく、屋内または屋外で使用されるプロジェクタ等の液晶表示装置に適用してもよい。また、投影部材は透光性を有するものに限られず、反射型のスクリーンなどであってもよい。また、例えば、本発明に係る液晶表示装置をメガネ型ウェアラブル端末に搭載してもよい。
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に搭載される液晶表示装置に好適である。
１００　　ヘッドアップディスプレイ装置
１１０　　表示部
１１１　　第１のレンズ（第１の光学素子）
１１１ａ　凸レンズ部
１１２　　第２のレンズ（第２の光学素子）
１１２ａ、１１２ｂ　凸レンズ部
１１２ｉ　　入射面
１１２ｏ　　射出面
１１３　　第３のレンズ（第３の光学素子）
１１３ｉ　入射面
１１３ｏ　射出面
１１４　　第１のケース体
１１５　　第２のケース体
１１７　　光拡散部材
１１８　　液晶表示パネル
１１９　　光源
１２０　　凹面鏡（反射ミラー）
２０１　　フロントガラス（投影部材）
　Ｌｏ　　表示光
　　Ｖ　　虚像

Claims (4)

  1. 複数の光線を放射する光源と、
    前記複数の光線を略平行化する第１の光学素子と、
    略平行化された前記複数の光線を、略平行化された光線の進行方向に直交する第１の方向と、前記進行方向に直交し、且つ、前記第１の方向と交差する第２の方向とに拡散させる第２の光学素子と、
    前記第２の光学素子から射出した光線の角度を調整する第３の光学素子と、
    前記第１～第３の光学素子を通過した前記複数の光線に基づき画像に応じた表示光を射出する液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記液晶表示パネルは、画像表示領域を備え、
    前記液晶表示パネル側から前記第３の光学素子を見たときに、前記第１の光学素子から光線が射出される第１光射出領域と前記第２の光学素子から光線が射出される第２光線射出領域と前記第３の光学素子から光線が射出される第３光線射出領域は、その前記第１、第２の方向に沿う幅寸法が前記画像表示領域の前記第１、第２の方向に沿う幅寸法よりも幅広く形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記第２の光学素子は、前記複数の光線が入射する入射面と、前記第２の光学素子の内部を通過した前記複数の光線が射出する射出面とを備え、
    前記入射面及び前記射出面には、前記第１、第２の方向に沿うように凸形状のレンズ部が複数個アレイ状に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
  4. 前記表示光を投影部材に向けて反射させる反射ミラーを備え、前記第１の方向は車両の高さ方向に一致し、前記第２の方向は車両の幅方向に一致することを特徴とする請求項１から請求項３のうち何れか１つに記載の液晶表示装置。
PCT/JP2016/066884 2015-06-24 2016-06-07 液晶表示装置 WO2016208378A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015126774A JP6544569B2 (ja) 2015-06-24 2015-06-24 液晶表示装置
JP2015-126774 2015-06-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016208378A1 true WO2016208378A1 (ja) 2016-12-29

Family

ID=57585642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/066884 WO2016208378A1 (ja) 2015-06-24 2016-06-07 液晶表示装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6544569B2 (ja)
WO (1) WO2016208378A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018197074A (ja) * 2017-05-24 2018-12-13 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6579126B2 (ja) * 2016-05-25 2019-09-25 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置及び画像投射ユニット
WO2017203871A1 (ja) * 2016-05-25 2017-11-30 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置及び画像投射ユニット
WO2018139157A1 (ja) * 2017-01-27 2018-08-02 林テレンプ株式会社 照明装置およびヘッドアップディスプレイ装置
KR102261454B1 (ko) * 2017-06-08 2021-06-07 현대모비스 주식회사 차량용 헤드업 디스플레이 장치
KR102311183B1 (ko) * 2017-06-22 2021-10-12 현대모비스 주식회사 차량용 헤드업 디스플레이 장치
JP6711337B2 (ja) * 2017-09-07 2020-06-17 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置及び画像投射ユニット
JP7331834B2 (ja) * 2018-03-21 2023-08-23 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ
KR102753313B1 (ko) * 2018-05-04 2025-01-13 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드 다중 평면 헤드업 디스플레이를 위한 재구성 가능한 광학 기기
JP2020020955A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 照明システム、表示システム、及び移動体
JP7225272B2 (ja) 2021-01-12 2023-02-20 矢崎総業株式会社 車両用表示装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09237512A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Casio Comput Co Ltd 光源装置
JPH11202129A (ja) * 1998-01-12 1999-07-30 Sony Corp 偏光変換素子および投射型液晶表示装置
WO2012132579A1 (ja) * 2011-03-25 2012-10-04 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09237512A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Casio Comput Co Ltd 光源装置
JPH11202129A (ja) * 1998-01-12 1999-07-30 Sony Corp 偏光変換素子および投射型液晶表示装置
WO2012132579A1 (ja) * 2011-03-25 2012-10-04 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018197074A (ja) * 2017-05-24 2018-12-13 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6544569B2 (ja) 2019-07-17
JP2017009864A (ja) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6544569B2 (ja) 液晶表示装置
JP6550923B2 (ja) 表示装置
JP5674032B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
EP3447561B1 (en) Head-up display device
JP6078798B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ、照明装置およびそれを備えた移動体
JP6663890B2 (ja) バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置
US10712617B2 (en) Backlight unit and head-up display device
KR20170063647A (ko) 헤드업 디스플레이 장치
JP2018083593A (ja) 表示装置
JP6410094B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ
JP2019086560A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JPWO2019225572A1 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP2016065907A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP2016065908A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP6481298B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP2020160293A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP2018180291A (ja) 車両用表示装置
WO2016194798A1 (ja) 面光源装置および液晶表示装置
JP6362792B2 (ja) 面光源装置および液晶表示装置
EP3279555B1 (en) Lens for light source, illumination device, and display device
JP7634061B2 (ja) 軸外デュアルミラー集光型バックライト表示装置とそのヘッドアップディスプレイ
TWI859535B (zh) 投影顯示裝置
JP2017107768A (ja) 面状照明装置、及びそれを備える光学機器
JP2019082722A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16814149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16814149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1