DE102018131804B4

DE102018131804B4 - Head-up-Display

Info

Publication number: DE102018131804B4
Application number: DE102018131804.9A
Authority: DE
Inventors: Minoru Yamaguchi
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: JP7073735B2; US20190227307A1; DE102018131804A1; JP2019124888A; US10620433B2

Abstract

Head-up-Display (10) mit:einer ersten Lichtquelleneinheit (12); einem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14), das eine erste Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen eines Lichts von der ersten Lichtquelleneinheit (12) eingerichtet ist, und einen ersten Polarisator (16), der zum Polarisieren des durch die erste Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, umfasst; einem auf einer optischen Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) angeordneten reflektierenden Polarisator (17), der sowohl eine erste Fläche, die das Licht empfängt, das durch das erste Flüssigkristallanzeigefeld (14) übertragen wird, als auch eine zweite Fläche auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite umfasst und sowohl eine Transmissionsachse als auch eine Reflexionsachse umfasst; einer zweiten Lichtquelleneinheit (19), die eingerichtet ist, um ein Licht zu der zweiten Fläche des reflektierenden Polarisators (17) zu emittieren; und einem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld (20), das eine zweite Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen des Lichts von der zweiten Lichtquelleneinheit eingerichtet ist, und einen zweiten Polarisator (22), der zum Polarisieren des durch die zweite Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, umfasst, wobei die optische Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) schräg zu einer Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, eine optische Achse (OA2) der zweiten Lichtquelleneinheit (19) schräg zu der Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, eine Transmissionsachse des ersten Polarisators parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist, und eine Transmissionsachse des zweiten Polarisators parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Polarisator (17) an dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14) haftet, eine Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes (14) parallel zu der Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, und die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes(14) schräg unterhalb der optischen Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-up-Display, wie beispielsweise ein Head-up-Display, das eine Flüssigkristallanzeige verwendet.
Head-up-Displays (HUDs) sind allgemein bekannt dafür, dass sie in Fahrzeugen als Informationsbereitstellungsmittel verwendet werden. Solche Head-up-Displays können den Vordergrund eines Frontsichtfeldes über die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs legen, um verschiedene Arten von Fahrinformationen als virtuelle Bilder anzuzeigen (zum Beispiel Geschwindigkeitsanzeige, Navigationsanzeige, etc.). Head-up-Displays bewirken, dass virtuelle Bilder zum Beispiel an einem Ort etwa 3 m vor dem Fahrersitz erscheinen. Es wurden Techniken veröffentlicht, wie man solche virtuellen Bilder an verschiedenen Orten erscheinen lässt (Japanisches Patent JP 4 941 070 B2 Japanische Patentanmeldung JP 2015-11 212 A ).
Aus der US 2013/0188259 A1 ist ein Head-up-Display (10) bekannt, das aufweist:

eine erste Lichtquelleneinheit (12);
ein erstes Flüssigkristallanzeigefeld (14), das eine erste Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen eines Lichts von der ersten Lichtquelleneinheit (12) eingerichtet ist, und einen ersten Polarisator (16), der zum Polarisieren des durch die erste Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, beinhaltet;
einen auf einer optischen Achse der ersten Lichtquelleneinheit (12) angeordneten reflektierenden Polarisator (17), der sowohl eine erste Fläche, die das Licht empfängt, das durch das erste Flüssigkristallanzeigefeld (14) übertragen wird, als auch eine zweite Fläche auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite beinhaltet und sowohl eine Transmissionsachse als auch eine Reflexionsachse beinhaltet;
eine zweite Lichtquelleneinheit (19), die eingerichtet ist, um ein Licht zu der zweiten Fläche des reflektierenden Polarisators (17) zu emittieren; und
ein zweites Flüssigkristallanzeigefeld (20), das eine zweite Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen des Lichts von der zweiten Lichtquelleneinheit eingerichtet ist, und einen zweiten Polarisator (22), der zum Polarisieren des durch die zweite Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, beinhaltet,
wobei die optische Achse der ersten Lichtquelleneinheit (12) schräg zu einer Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist,
eine optische Achse der zweiten Lichtquelleneinheit (19) schräg zu der Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist,
eine Transmissionsachse des ersten Polarisators parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist, und
eine Transmissionsachse des zweiten Polarisators parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist.

Die US 2016/0109714 A1 offenbart ein Head-up-Display mit einer ersten und einer zweiten Bildquelle zwischen denen ein Strahlteiler angeordnet ist. Zwei virtuelle Bilder, die sich gleichzeitig an verschiedenen Positionen befinden, weisen jeweils eine lineare Polarisation auf, sind aber zueinander orthogonal oder weisen eine entgegengesetzte Zirkularpolarisation auf, die einem entsprechenden Strahlteiler zugeordnet ist.
Die WO 2016/181796 A1 offenbart eine Flüssigkristallanzeige bei der ein erstes und ein zweites Substrat einander zugewandt angeordnet sind und aus einer diagonalen Richtung Licht von einer Lichtquelle empfangen. Zwischen den beiden Substraten ist eine Flüssigkristallschicht angeordnet. Ein mit einer Gateelektrode versehenes Schaltelement ist auf dem ersten Substrat vorgesehen, das mit einem lichtabschirmenden Film abgedeckt ist. Auf dem zweiten Substrat ist ein zweiter lichtabschirmender Film in einem Grenzbereich zwischen benachbarten Pixeln vorgesehen. Mit diesem Aufbau soll die Bildqualität durch Unterdrücken des Lichtleckstromes des Schaltelements verbessert werden.
Die US 2016/0216553 A1 offenbart eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die ein gegenüber einer Lichtquelle angeordnetes erstes Substrat und ein gegenüber dem ersten Substrat angeordnetes zweites Substrat aufweist. Zwischen dem ersten und zweiten Substrat ist eine Flüssigkristallschicht vorgesehen. Außerdem weist die Vorrichtung einen Farbfilter auf, der Farbelemente aufweist und auf dem ersten Susbtrat vorgesehen ist. Die Schwarzmatrix ist gegenüber der Mitte eines Schalttransistors verschoben. Dieser Aufbau führt zu einer verringerten Durchlässigkeit der Anzeigevorrichtung.
Um bei einem Head-up-Display die Sonneneinstrahlung in die Bilderzeugungseinrichtung wesentlich zu reduzieren wird in der US 2013/0279016 A1 vorgeschlagen, im Strahlengang des Strahlenbündels zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und der Windschutzscheibe ein reflektierenden Linear-Polarisator anzurodnen, dessen Polarisationsrichtung der Polarisationsrichtung des von der Bilderzeugungseinrichtung ausgestrahlten Strahlenbündels entspricht und der auf dem Strahlengang von der Windschutzscheibe zur Bilderzeugungseinrichtung strahlendes Licht anderer Polarisation reflektiert.
Aus der WO 2015/122491 A1 ist ein Head-up-Display bekannt, bei dem eine Anzeigenfläche des Flüssigkeitskristallanzeigeelementes im Wesentlichen parallel zu einer Lichtemissionsfläche der Lichtquelleneinheit angeordnet ist und die Reflektionspolarisationsplatte zur Anzeigefläche der Flüssigkeitskristallanzeige geneigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der US 2013/0188259 A1 bekannte Head-up-Display zu verbessern.
Die Problemlösung erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche wieder.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Head-up-Displays gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Lichtquelleneinheit.
3 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Flüssigkristallanzeige.
4 ist ein Musterdiagramm, das die Funktionsweise einer Head-up- Anzeigevorrichtung beschreibt.
5 ist ein Musterdiagramm, das detailliert beschreibt, wie der Fahrer das Bild der ersten Flüssigkristallanzeige visuell erkennt.
6 ist eine Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Head-up-Displays.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun werden die Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen schematisch oder konzeptionell sind und die Abmessungen und Skalen der Zeichnungen nicht unbedingt mit den tatsächlichen Produkten übereinstimmen. Dort wo der gleiche Abschnitt in verschiedenen Zeichnungen dargestellt ist, können sich die Abmessungen und der Maßstab einer Zeichnung von denen einer anderen unterscheiden. Einige der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen zeigen lediglich exemplarische Apparate und Verfahren, die die technischen Ideen der vorliegenden Erfindung umsetzen. Die technischen Ideen sind nicht durch die nachfolgend beschriebenen Elementformen, Strukturen, Anordnungen usw. begrenzt. In der folgenden Beschreibung werden Strukturelemente mit im Wesentlichen gleichen Funktionen und Konfigurationen durch die gleichen Referenzsymbole gekennzeichnet, und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird nur bei Bedarf gegeben.
[Erste Ausführungsform]
[1] Struktur der Head-up-Displayvorrichtung
1 ist eine Querschnittsansicht einer Head-up-Displayvorrichtung 10 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Head-up-Displayvorrichtung 10 umfasst eine erste Flüssigkristallanzeige 11, einen reflektierenden Polarisator 17, eine zweite Flüssigkristallanzeige 18, ein reflektierendes Element 23 und eine Verzögerungsplatte 24. Die erste Flüssigkristallanzeige 11, der reflektierende Polarisator 17, die zweite Flüssigkristallanzeige 18, das reflektierende Element 23 und die Verzögerungsplatte 24 werden an bestimmten Orten (den in 1 dargestellten Orten) durch Befestigungselemente (nicht dargestellt) befestigt, die an einem Gehäuse (nicht dargestellt) montiert sind, das nahezu die gesamte Head-up-Displayvorrichtung 10 umschließt.
Die erste Flüssigkristallanzeige 11 umfasst eine erste Lichtquelleneinheit (Gegenlicht) 12, ein Tragelement 13 und ein erstes Flüssigkristallanzeigefeld 14. Das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 weist einen Polarisator 15, der auf der Seite der ersten Lichtquelleneinheit 12 angeordnet ist, und einen Polarisator 16, der auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Lichtquelleneinheit 12 angeordnet ist, auf.
Die erste Lichtquelleneinheit 12 beinhaltet eine Lichtquelle, die beispielsweise die Form einer flachen Ebene (Oberflächenlichtquelle) aufweist, und emittiert ein Beleuchtungslicht in Richtung des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14. Der in 1 gezeigte gestrichelte Pfeil OA1, der von der ersten Lichtquelleneinheit 12 stammt, zeigt den Weg des Lichts (optische Achse) an, das von der ersten Lichtquelleneinheit 12 abgegeben wird.
Das Tragelement 13 ist sowohl mit der ersten Lichtquelleneinheit 12 als auch mit dem erstem Flüssigkristallanzeigefeld 14 in Kontakt und fixiert die erste Lichtquelleneinheit 12 und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14. Das Tragelement 13 fixiert die erste Lichtquelleneinheit 12 und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 so, dass die optische Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 und die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 schräg zu einander stehen. Die in 1 dargestellte strich-punktierte Linie stellt die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und die Normale des reflektierenden Polarisators 17 dar. Das Tragelement 13 ist beispielsweise entlang der umgebenden Kante der ersten Lichtquelleneinheit 12 ausgebildet und besteht aus einem rechteckigen Rahmen in ebener Form (wenn in der Draufsicht betrachtet). Die Tragelemente 13 bestehen beispielsweise aus einem Harz.
Die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ist schräg unterhalb der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12. Mit anderen Worten, ist der Winkel Θ₁ zwischen der Normalen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 größer als 0° und kleiner als 90°. Vorzugsweise ist der Winkel Θ₁ zwischen der Normalen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 größer als 5° und kleiner als 35°. Die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 beschreibt die Normale zu der Anzeigefläche des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14. Die optische Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 ist parallel zu der Normalen zu der Lichtaustrittsfläche der ersten Lichtquelleneinheit 12.
Das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 wird durchlaufen von dem Beleuchtungslicht der ersten Lichtquelleneinheit 12 und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 moduliert es und zeigt die Bilder an, die die Fahrinformationen wie die Fahrzeuggeschwindigkeit usw. anzeigen. Die Betriebsmodi des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 sind nicht auf bestimmte beschränkt. Es ist sinnvoll, einen TN-Modus (nematische Drehzelle), einen VA-Modus (vertikale Orientierung) oder einen homogenen Modus usw. zu verwenden. Ein Modus des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 kann auch ein normaler schwarzer Modus (Modus, in dem die Lichtdurchlässigkeit oder Leuchtdichte beim Ausschalten geringer ist als beim Einschalten) oder ein normaler weißer Modus (Modus, in dem die Lichtdurchlässigkeit oder Leuchtdichte beim Ausschalten größer ist als beim Einschalten) sein.
Jeder der Polarisatoren 15, 16 weist eine Transmissionsachse und eine Absorptionsachse auf, die in der Ebene orthogonal zueinander sind. Unter dem Licht mit einer Schwingungsebene in einer zufälligen Richtung werden die Polarisatoren 15, 16 mit dem Licht mit einer unidirektionalen Schwingungsebene parallel zu der Transmissionsachse durchlaufen, also einem linear polarisierten Licht (linear polarisiertes Lichtelement). So werden beispielsweise die Polarisatoren 15, 16 so in die Nicolsche Kreuzstellung gebracht, dass ihre Transmissionsachsen orthogonal zueinander sind. Die Beziehung zwischen den Transmissionsachsen der Polarisatoren 15, 16 kann entsprechend ihren Flüssigkristallmodi diskret eingestellt werden.
Der reflektierende Polarisator 17 ist parallel zu dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 angeordnet. Die Normale des reflektierenden Polarisators 17 ist parallel zu der Normalen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14. Mit anderen Worten sind die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und die Normale des reflektierenden Polarisators 17 synonym. So wird beispielsweise der reflektierende Polarisator 17 an das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 gehaftet. Der reflektierende Polarisator 17 weist eine Übertragungssachse und eine Reflexionsachse auf, die in der Ebene orthogonal zueinander sind. Unter dem Licht mit einer Schwingungsebene in einer zufälligen Richtung wird der reflektierende Polarisator 17 mit dem Licht mit einer unidirektionalen Schwingungsebene parallel zu der Transmissionsachse durchlaufen und reflektiert das linear polarisierte Licht (linear polarisiertes Lichtelement), das eine Schwingungsebene parallel zu der Reflexionsachse aufweist. Die Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators 17 ist parallel zu der Transmissionsachse des Polarisators 16 in dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 eingestellt. Auf diese Weise leitet der reflektierende Polarisator 17 das von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 abgegebene Licht (Displaylicht) weiter.
Die zweite Flüssigkristallanzeige 18 umfasst eine zweite Lichtquelleneinheit (Gegenlicht) 19 und ein zweites Flüssigkristallanzeigefeld 20. Das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 umfasst einen Polarisator 21, der auf der Seite der zweiten Lichtquelleneinheit 19 angeordnet ist, und einen Polarisator 22, der auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Lichtquelleneinheit 19 angeordnet ist.
Die zweite Lichtquelleneinheit 19 beinhaltet beispielsweise eine Lichtquelle in Form einer flachen Ebene (Oberflächenlichtquelle) und emittiert ein Beleuchtungslicht zu dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20. Der in 1 dargestellte gestrichelte Pfeil OA2, der von der zweiten Lichtquelleneinheit 19 stammt, zeigt den Weg des von der zweiten Lichtquelleneinheit 19 emittierten Lichts (optische Achse) an.
Das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 durchläuft und moduliert das Beleuchtungslicht der zweiten Lichtquelleneinheit 19. Die optische Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist parallel zu der Normalen des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20. Die Normale des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 beschreibt die Normale zu der Anzeigefläche des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20. Die optische Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist parallel zu der Normalen zu der Lichtaustrittsfläche der zweiten Lichtquelleneinheit 19. Das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 zeigt die Bilder an, die die Fahrinformationen wie die Fahrzeuggeschwindigkeit usw. anzeigen. Ähnlich wie bei dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 sind die Betriebsmodi des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 nicht auf bestimmte beschränkt, und es ist sinnvoll, einen TN-Modus, einen VA-Modus oder einen homogenen Modus zu verwenden. Ein Modus des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 kann auch ein normaler schwarzer Modus oder ein normaler weißer Modus sein.
So werden beispielsweise die Polarisatoren 21, 22 derart in die Nicolsche Kreuzstellung gebracht, dass ihre Transmissionsachsen orthogonal zueinander sind. Die Beziehung zwischen den Transmissionsachsen der Polarisatoren 21, 22 kann entsprechend ihren Flüssigkristallmodi beliebig eingestellt werden. Die Transmissionsachse des Polarisators 22 in dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 ist parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Transmissionsachse des Polarisators 22 in dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 orthogonal zu der Transmissionsachse des Polarisators 16 in dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 eingestellt.
Das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 liegt dem reflektierenden Polarisator 17 (oder dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14) gegenüber und ist schräg unterhalb der Normale des reflektierenden Polarisators 17 angeordnet. Das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 ist so angeordnet, dass das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 abgegebene Licht (Anzeigelicht) schräg in den reflektierenden Polarisator 17 eintritt. Mit anderen Worten, ist der Winkel Θ₂ zwischen der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 und der optischen Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 größer als 0° und kleiner als 90°. Vorzugsweise ist der Winkel Θ₂ zwischen der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 und der optischen Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 größer als 5° und kleiner als 35°. Der Winkel Θ₂ zwischen der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 und der optischen Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist gleich dem vorgenannten Winkel Θ₁ zwischen der Normalen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12. Auf diese Weise ist der reflektierende Polarisator 17 in der Lage, das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 emittierte Licht (Anzeigelicht) in eine andere Richtung als die optische Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 zu reflektieren.
Das reflektierende Element (Reflexionsspiegel) 23 ist auf der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 angeordnet. Das reflektierende Element 23 beinhaltet einen konkaven Spiegel, einen flachen Spiegel oder dergleichen. Das reflektierende Element 23 reflektiert das Anzeigelicht von der ersten Flüssigkristallanzeige 11 und der zweiten Flüssigkristallanzeige 18 zu einem Anzeigeelement 25. Durch die Verwendung des konkaven Spiegels als reflektierendes Element 23 ist es möglich, das Anzeigelicht der Flüssigkristallanzeige um einen vorgegebenen Vergrö-ßerungsfaktor zu vergrößern.
Die Verzögerungsplatte 24 ist auf der Achse des von dem reflektierenden Element 23 reflektierten Lichts angeordnet. Die Verzögerungsplatte 24 wandelt das einfallende Licht in ein zirkular polarisiertes Licht oder ein elliptisch polarisiertes Licht um. Die Verzögerungsplatte 24 weist eine Brechungsindexanisotropie auf und weist eine langsame Achse und eine schnelle Achse auf, die in der Ebene orthogonal zueinander sind. So hat beispielsweise die Verzögerungsplatte 24 die Funktion, eine vorbestimmte Verzögerung (wobei λ als die Wellenlänge des durchgehenden Lichts definiert ist, die Phasendifferenz ist λ/4) zwischen dem Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das durch die langsame Achse gegangen ist, und dem Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das durch die schnelle Achse gegangen ist, bereitzustellen. Die Verzögerungsplatte 24 besteht beispielsweise aus einer λ/4-Platte (λ/4-Wellenlängenplatte). Das vom reflektierenden Element 23 reflektierte Anzeigelicht passiert die Verzögerungsplatte 24. Zu beachten ist, dass die Verzögerungsplatte 24 zwischen dem reflektierenden Element 23 und dem reflektierenden Polarisator 17 angeordnet sein kann.
Das Anzeigeelement 25 wird zum Projizieren des Anzeigelichts von der ersten Flüssigkristallanzeige 11 und der zweiten Flüssigkristallanzeige 18 verwendet. Während der Fahrer (Betrachter) 26 das am Anzeigeelement 25 reflektierte Anzeigelicht betrachtet, kann er virtuelle Bilder 27, 28 auf dem Anzeigeelement 25 visuell erkennen. Diese Informationen, die der Fahrer 26 als virtuelle Bilder 27, 28 betrachten kann, können beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Motors, die Fahrstrecke, etwaige Navigationsinformationen, die Außentemperatur usw. sein.
Das Anzeigeelement 25 ist die Windschutzscheibe des Fahrzeugs und kann ein spezieller lichtdurchlässiger (oder transparenter) Bildschirm (Kombinator) für das Head-up-Display 10 sein. Der Kombinator ist beispielsweise auf der Instrumententafel des Fahrzeugs (auch Bedienfeld oder Armaturenbrett genannt) angeordnet, an dem vor dem Fahrer 26 angeordneten Raumspiegel befestigt oder an der im oberen Teil der Windschutzscheibe vorgesehenen Sonnenblende befestigt. Der Kombinator beinhaltet beispielsweise eine plattenförmige Basis, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist und aus einem Verbundharz besteht. Auf der Oberfläche der Basis bildet sich ein verdampfter Film aus Titanoxid, Siliziumoxid oder dergleichen. Der Verdampfungsfilm verleiht dem Kombinator seine Lichtdurchlässigkeitsfunktion.
[1-1] Strukturen der ersten Lichtquelleneinheit 12 und der zweiten Lichtquelleneinheit 19
Im Folgenden werden die Strukturen der ersten Lichtquelleneinheit 12 und der zweiten Lichtquelleneinheit 19 beschrieben. 2 ist eine Querschnittsansicht der ersten Lichtquelleneinheit 12. Die Struktur der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist identisch mit der der ersten Lichtquelleneinheit 12.
Die erste Lichtquelleneinheit 12 umfasst ein Substrat 30, ein lichtemittierendes Element 31, einen Kühlkörper (Wärmeabsorptionsplatte) 32, ein Trägerelement 33, ein optisches System 34 und ein Trägerelement (Linsenhalter) 35. Auf dem Substrat 30 sind ein oder mehrere lichtemittierende Elemente 31 angeordnet. Ein solches lichtemittierendes Element 31 kann beispielsweise eine weiße lichtemittierende Diode (LED) sein. Das Substrat 30 beinhaltet eine Leiterplatte mit Verbindungen zur Stromversorgung des lichtemittierenden Elements 31. Auf der Unterseite des Substrats 30 ist ein Kühlkörper 32 zum Absorbieren oder Freisetzen der Wärme aus der ersten Lichtquelleneinheit 12 vorgesehen.
Das optische System der Lichtquelle 34 ist oberhalb des lichtemittierenden Elements 31 angeordnet. Das optische System der Lichtquelle 34 beinhaltet beispielsweise eine plankonvexe Linse LN1 und eine konvexe Linse (bikonvexe Linse) LN2. Die plankonvexe Linse LN1 wird durch das auf dem Substrat 30 vorgesehene Trägerelement 33 und die konvexe Linse LN2 durch das auf dem Kühlkörper 32 vorgesehene Trägerelement 35 getragen. Das optische System 34 der Lichtquelle verdichtet das Beleuchtungslicht des lichtemittierenden Elements 31 und emittiert es unidirektional. Das Beleuchtungslicht, das von der optischen Lichtquelle 34 zu der Seite der Flüssigkristallanzeigefeld abgegeben wird, ist eine Oberflächenlichtquelle.
[1-2] Strukturen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20
Im Folgenden werden die Strukturen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14. Die Struktur des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 ist identisch zu der des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14.
Das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 umfasst: ein TFT-Substrat 40, auf dem ein TFT, eine Pixelelektrode usw. gebildet sind; und ein Farbfiltersubstrat (CF-Substrat) 41, auf dem ein Farbfilter, eine gemeinsame Elektrode usw. gebildet sind und das dem TFT-Substrat 40 zugewandt ist. Jedes der TFT-Substrate 40 und CF-Substrate 41 besteht aus einem transparenten Substrat (z.B. einem Glassubstrat oder einem Kunststoffsubstrat). Das TFT-Substrat 40 ist dem Gegenlicht zugewandt und das Beleuchtungslicht des Gegenlichts tritt von der Seite des TFT-Substrats 40 in das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 ein. Unter den beiden Hauptflächen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ist die eine Hauptfläche auf der dem Gegenlicht gegenüberliegenden Seite die Anzeigefläche des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14.
Die Flüssigkristallschicht 42 ist zwischen dem TFT-Substrat 40 und dem CF-Substrat 41 gefüllt. Genauer gesagt ist die Flüssigkristallschicht 42 in einem Bereich eingeschlossen, der von dem TFT-Substrat 40, dem CF-Substrat 41 und einem Dichtungsmaterial (nicht dargestellt) umgeben ist. Immer wenn die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle gemäß einem zwischen dem TFT-Substrat 40 und dem CF- Substrat 41 angelegten elektrischen Feld verändert wird, ändert das die Flüssigkristallschicht 42 bildende Flüssigkristallmaterial seine optische Eigenschaft.
Das Dichtungsmaterial beinhaltet beispielsweise ein ultraviolett härtbares Harz, ein thermisch gehärtetes Harz, ein sowohl ultraviolett härtbares als auch thermisch gehärtetes Harz usw. Nachdem das Dichtungsmaterial während des Herstellungsprozesses auf das TFT-Substrat 40 und das CF-Substrat 41 aufgebracht wurde, wird es durch UV-Bestrahlung oder Erwärmung ausgehärtet. Um einen Abstand (Spalt) eines vorgegebenen Wertes zwischen dem TFT-Substrat und dem CF-Substrat zu erzeugen, wird ein Spaltmaterial wie Glasfaser oder Glasperlen in dem Dichtungsmaterial dispergiert. Es ist zu beachten, dass neben oder anstelle des Einmischens des Spaltmaterials in das Dichtungsmaterial das Spaltmaterial im umgebenden Bereich am Umfang des Bilddarstellbereichs angeordnet sein kann.
Eine Vielzahl von Schaltelementen (aktive Elemente) 43 sind auf der Seite der Flüssigkristallschicht 42 des TFT-Substrats 40 angeordnet. Als Schaltelemente 43 kommen zum Beispiel TFTS (Dünnschichttransistoren) oder n-Kanal-TFTS zum Einsatz. Ein TFT 43 umfasst eine als Abtastlinie GL funktionierende Gate-Elektrode, einen auf der Gate-Elektrode angeordneten Gate-Isolatorfilm, eine auf dem Gate-Isolatorfilm angeordnete Halbleiterschicht (zum Beispiel eine amorphe Siliziumschicht) und eine Source- und Drain-Elektrode, die teilweise in Kontakt mit der Halbleiterschicht stehen und voneinander getrennt sind. Die Source-Elektrode ist elektrisch mit der Signalleitung SL verbunden.
Auf dem TFTS 43 ist eine Isolierschicht 44 angeordnet. Pixel-Elektroden 45 entsprechend den Pixeln sind auf der Isolationsschicht 44 angeordnet. In der Isolationsschicht 44 und an den Drain-Elektroden der TFTs 43 sind mit den Pixelelektroden 45 elektrisch verbundene Kontaktstecker (Kontaktlöcher) 46 angeordnet.
Auf der Seite der Flüssigkristallschicht 42 des CF-Substrats 41 ist ein Farbfilter 47 angeordnet. Der Farbfilter 47 beinhaltet Farbfilter (Farbelemente), insbesondere Rotfilter 47-R, Grünfilter 47-G und Blaufilter 47-B. Gängige Farbfilter bestehen aus den drei Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Ein angrenzender Satz von Filtern der Farben R, G und B fungiert als Anzeigeeinheit (ein Pixel). Jeder der einfarbigen Abschnitte eines Pixels ist eine minimale Betriebseinheit, die als Subpixel (Subbildelement) bezeichnet wird. Für jedes Subpixel sind ein TFT 43 und eine Pixelelektrode 45 angeordnet. In der folgenden Beschreibung werden Subpixel als Pixel bezeichnet, außer in den Fällen, in denen eine Unterscheidung zwischen Subpixel und Pixel erforderlich ist.
Eine schwarze Matrix (Lichtschutzfolie) 48 zur Lichtschirmung ist an den Grenzen der Rotfilter 47-R, des Grünfilters 47-G und der Blaufilter 47-B sowie an den Grenzen der Pixel (Subpixel) angeordnet. Mit anderen Worten, die schwarze Matrix 48 wird in einem Gittermuster gebildet. Die schwarze Matrix 48 ist vorgesehen, um beispielsweise unnötiges Licht zwischen den Farbelementen abzuschirmen und den Kontrast zu verbessern.
Eine gemeinsame Elektrode 49 ist auf dem Farbfilter 47 und der schwarzen Matrix 48 angeordnet. Die gemeinsame Elektrode 49 hat eine flache Form in dem gesamten Anzeigebereich des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14.
Eine Verzögerungsplatte 50 und der Polarisator 15 sind auf der der Flüssigkristallschicht 42 des TFT-Substrats 40 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Eine Verzögerungsplatte 51 und der Polarisator 16 sind auf der der Flüssigkristallschicht 42 des CF-Substrats 41 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Zu beachten ist, dass im Falle der zweiten Flüssigkristallplatte 20 die in 3 dargestellten Polarisatoren 15, 16 jeweils durch die Polarisatoren 21, 22 ersetzt sind.
Die Verzögerungsplatten 50, 51 weisen eine Brechungsindexanisotropie auf und beinhalten eine langsame Achse und eine schnelle Achse, die in der Ebene orthogonal zueinander sind. Die Verzögerungsplatten 50, 51 haben die Funktion, eine vorbestimmte Verzögerung (wobei λ definiert ist als die Wellenlänge des durchgehenden Lichts, die Phasendifferenz ist λ/4) zwischen dem Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das durch die langsame Achse gegangen ist, und dem Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das durch die schnelle Achse gegangen ist, bereitzustellen. Mit anderen Worten bestehen die Verzögerungsplatten 50, 51 aus λ/4-Platten. Die langsamen Achsen der Verzögerungsplatten 50, 51 sind in etwa in 45° zu den Transmissionsachsen der Polarisatoren 15, 16 angeordnet.
Zu beachten ist, dass die vorgenannten Winkel, die den Polarisator und die Verzögerungsplatte definieren, Fehler beinhalten, die die gewünschten Operationen ermöglichen, und Fehler, die während des Herstellungsprozesses auftreten. So beinhaltet beispielsweise der vorgenannte Winkel von etwa 45° einen Bereich von 45° ± 5° und der vorgenannte orthogonale Winkel einen Bereich von 90° ± 5°.
Die Pixelelektroden 45, der Kontaktstecker 46 und die gemeinsame Elektrode 49 bestehen aus transparenten Elektroden und können beispielsweise aus einem Indiumzinnoxid (ITO) bestehen. Als Isolationsschicht 44 kann ein transparenter Dämmstoff verwendet werden, der beispielsweise aus einem Siliziumnitrid (SiN) besteht.
[2] Funktionsweisen des Head-up-Displays 10
Die Funktionsweise des Head-up-Displays 10 mit der oben beschriebenen Struktur wird beschrieben. 4 ist ein Musterdiagramm, das die Funktionsweise des Head-up-Displays 10 beschreibt. In 4 werden die Bilder 14A, 20A und die virtuellen Bilder 27, 28 durch die Pfeile dargestellt. Das „f“ in 4 ist der Brennpunkt des konkaven Spiegels (reflektierendes Element) 23, und das „o“ in 4 ist der Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels 23. Der Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels ist der Mittelpunkt der kugelförmigen Fläche (Krümmungskreis), die mit dem Pol (oder der Nähe des Pols) in Kontakt steht, an dem sich die optische Achse und der konkave Spiegel schneiden.
Für den Fall, dass der konkave Spiegel 23 als reflektierendes Element verwendet wird, sind das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 und das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 zwischen dem konkaven Spiegel 23 und dem Fokuspunkt f des konkaven Spiegel 23 angeordnet.
Das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 zeigt das Bild 14A an. Die Transmissionsachse des Polarisators 16 des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ist parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators 17. Auf diese Weise durchläuft das Anzeigelicht des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 den reflektierenden Polarisator 17 und erreicht den Fahrer 26. Der Fahrer 26 erkennt die Anzeigebeleuchtung des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 visuell als virtuelles Bild 27.
5 ist ein Musterdiagramm, das im Detail beschreibt, wie der Fahrer 26 das Bild 14A des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 visuell erkennt. Der Fahrer 26 erkennt visuell das auf den konkaven Spiegel 23 projizierte Bild 14A als virtuelles Bild 27 auf der Windschutzscheibe 25.
Wie in 4 dargestellt, zeigt das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 das Bild 20A an. Die Transmissionsachse des Polarisators 22 des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 ist parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17. Auf diese Weise wird das Anzeigelicht des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 an dem reflektierenden Polarisator 17 reflektiert und erreicht den Fahrer 26. Der Fahrer 26 erkennt die Anzeigebeleuchtung der zweiten Flüssigkristallanzeige 20 visuell als virtuelles Bild 28. Die Art und Weise, wie der Fahrer 26 das virtuelle Bild 28 visuell erkennt, ist die gleiche wie in 5.
Die Lichtweglänge von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 zu dem konkaven Spiegel 23 ist größer als die Lichtweglänge von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 zu dem konkaven Spiegel 23. Daher erscheint das virtuelle Bild 28 des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 an einer Stelle, die weiter von der Windschutzscheibe 25 entfernt ist als das virtuelle Bild 27 des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14. Der Fahrer 26 kann die beiden virtuellen Bilder 27, 28 an verschiedenen Stellen sehen.
Wie in 4 dargestellt ist, ist der Abstand von dem konkaven Spiegel 23 zu dem virtuellen Bild 27 der horizontale Abstand von dem konkaven Spiegel 23 bis zu dem Punkt, an dem die gerade Linie L1, die sowohl durch den Krümmungsmittelpunkt als auch das Bild 14A verläuft, sich mit der Linie L2 kreuzt, die sich in horizontaler Richtung von dem Punkt aus erstreckt, an dem die gerade Linie, die sowohl durch den Fokuspunkt f als auch durch das Bild 14A verläuft, den konkaven Spiegel 23 erreicht. Ebenso ist der Abstand von dem konkaven Spiegel 23 zu dem virtuellen Bild 28 der horizontale Abstand von dem konkaven Spiegel 23 zu dem Punkt, an dem sich die gerade Linie L3, die sowohl durch den Krümmungsmittelpunkt o als auch durch das Bild 20A verläuft, mit der geraden Linie 14 kreuzt, die sich in horizontaler Richtung von dem Punkt aus erstreckt, an dem die gerade Linie, die sowohl durch den Fokuspunkt f als auch das Bild 20A verläuft, den konkaven Spiegel 23 erreicht.
Wie in 1 dargestellt ist, wird das Licht, nachdem das Anzeigelicht des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 die Verzögerungsplatte 24 durchlaufen hat, auf die Windschutzscheibe 25 gestrahlt. Das Anzeigelicht des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 beinhaltet zwei polarisierte Lichtelemente, das heißt eine P-Welle (polarisiertes Licht P) und eine S-Welle (polarisiertes Licht S), die polarisierte Lichtebenen aufweisen, die orthogonal zueinander sind. Die Reflexionsverhältnisse in den Reflexionsebenen des polarisierten Lichtes P und des polarisierten Lichtes S sind unterschiedlich. Da das linear polarisierte Licht durch die Verzögerungsplatte 24 in das zirkular polarisierte Licht (oder das elliptisch polarisierte Licht) umgewandelt wird, ist es möglich, den Unterschied im Reflexionsverhältnis zwischen dem linear polarisierten Licht, das von der ersten Flüssigkristallplatte 14 emittiert wird, und dem linear polarisierten Licht, das von der zweiten Flüssigkristallplatte 20 emittiert wird, zu verringern, wenn die Lichter an der Windschutzscheibe 25 reflektiert werden.
[3] Auswirkungen der ersten Ausführungsform
Wie vorstehend in der ersten Ausführungsform beschrieben, umfasst das Head-up-Display 10 die erste Lichtquelleneinheit 12; das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14, das eingerichtet ist, um das Licht von der ersten Lichtquelleneinheit 12 zu leiten; den reflektierenden Polarisator 17, der auf der optischen Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 angeordnet ist, und sowohl die erste Fläche, die das Licht empfängt, das das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 durchlässt, als auch die zweite Fläche auf der der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite beinhaltet; die zweite Lichtquelleneinheit 19 eingerichtet ist, um das Licht auf die zweite Fläche des reflektierenden Polarisators 17 zu emittieren; und das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 eingerichtet ist, um das Licht von der zweiten Lichtquelleneinheit 19 zu leiten. Das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 beinhaltet den Polarisator 16, der das die Flüssigkristallschicht durchlaufende Licht polarisiert, und das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 beinhaltet den Polarisator 22, der das die Flüssigkristallschicht durchlaufende Licht polarisiert. Die optische Achse OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 ist schräg zu der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt. Die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ist parallel zu der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt. Die optische Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist schräg zu der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt. Die Transmissionsachse des Polarisators 16 ist parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt. Die Transmissionsachse des Polarisators 22 ist parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt.
Wenn also in der ersten Ausführungsform das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 das Bild 14A und das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 das Bild 20A anzeigt, ist es möglich, die beiden virtuellen Bilder 27, 28 an verschiedenen Stellen anzuzeigen. Es ist beispielsweise möglich, Geschwindigkeitsinformationen, die für den Normalbetrieb benötigt werden, im virtuellen Bild 27, das sich in der Nähe des Fahrers 26 befindet, und temporäre Informationen (risikobegrenzende Informationen, Navigationsinformationen usw.) im virtuellen Bild 28, das weit entfernt vom Fahrer 26 liegt, anzuzeigen.
Darüber hinaus ist es möglich, die beiden virtuellen Bilder 27, 28 an verschiedenen Stellen darzustellen, ohne die Fokuspunktdistanz des optischen Systems über die Linse etc. ändern zu müssen. Auf diese Weise ist das Head-up-Display 10 zuverlässiger, da es keinen beweglichen Mechanismus besitzt. Darüber hinaus hat die Head-up-Displayvorrichtung 10, da sie keine teuren optischen Elemente benötigt, geringere Herstellungskosten.
Die Head-up-Displayvorrichtung 10 umfasst ferner die Verzögerungsplatte 24, die eingerichtet ist, um das von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 emittierte Licht und den reflektierenden Polarisator 17 und das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 emittierte und an den reflektierenden Polarisator 17 reflektierte Licht zu leiten und das linear polarisierte Licht in das zirkular polarisierte Licht oder das elliptisch polarisierte Licht zu transformieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Unterschied in dem Reflexionsverhältnis zwischen dem linear polarisierten Licht, das von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 emittiert wird, und dem linear polarisierten Licht, das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 emittiert wird, zu verringern, wenn die Lichter an der Windschutzscheibe 25 reflektiert werden. Dadurch ist es möglich, die unterschiedliche Leuchtdichte zwischen dem virtuellen Bild 27 des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und dem virtuellen Bild 28 des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 zu verringern.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die erste Lichtquelleneinheit 12 und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 parallel angeordnet, und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 und der reflektierende Polarisator 17 sind schräg zueinander angeordnet. 6 ist eine Querschnittsansicht der Head-up-Displayvorrichtung 10 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die erste Flüssigkristallanzeige 11 umfasst die erste Lichtquelleneinheit 12 und das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14. Die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ist parallel zu dem Lichtweg (optische Achse) OA1 der ersten Lichtquelleneinheit 12 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Anzeigefläche des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 parallel zu der lichtemittierenden Fläche der ersten Lichtquelleneinheit 12. Die optische Achse der in 6 dargestellten ersten Lichtquelleneinheit 12 zeigt auch die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 an.
Das Tragelement 13 ist in Kontakt mit dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 und dem reflektierenden Polarisator 17 und fixiert das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 und den reflektierenden Polarisator 17. Das Tragelement 13 fixiert das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 und den reflektierenden Polarisator 17 derart, dass die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und die Normale des reflektierenden Polarisators 17 schräg zueinanderstehen. Der Winkel zwischen der Normalen des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 und der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 ist derselbe wie der in der ersten Ausführungsform genannte Winkel Θ₁. Die in 6 dargestellte gestrichelt-punktierte Linie stellt auch die Normale des reflektierenden Polarisators 17 dar. Das Tragrelement 13 ist beispielsweise entlang der umgebenden Kante des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes 14 ausgebildet und besteht aus einem rechteckigen Rahmen in ebener Form (in der Draufsicht).
Der Winkel Θ₂ zwischen der Normalen des reflektierenden Polarisators 17 und der optischen Achse OA2 der zweiten Lichtquelleneinheit 19 ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Beziehungen zwischen den Transmissionsachsen der Polarisatoren 15, 16 in dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 und der Transmissionsachse und Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17 sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Ebenso sind die Beziehungen zwischen den Transmissionsachsen der Polarisatoren 21, 22 in dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 und der Transmissionsachse und Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17 die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. Mit anderen Worten, die Transmissionsachse des Polarisators 16 in dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 ist parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators 17 und die Transmissionsachse des Polarisators 22 in dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld 20 ist parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators 17 eingestellt.
Selbst wenn die Struktur der Head-up-Displayvorrichtung 10 wie in 6 dargestellt ist, können die gleichen Vorgänge wie bei der ersten Ausführungsform realisiert werden.
In der zweiten Ausführungsform tritt das Beleuchtungslicht der ersten Lichtquelleneinheit 12 im rechten Winkel in das erste Flüssigkristallanzeigefeld 14 ein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich die Bilder an dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld 14 verschlechtern. Die restlichen Effekte sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Zu beachten ist, dass die Head-up-Displayvorrichtung 10 in den obigen Ausführungsformen in der Lage war, zwei virtuelle Bilder zu erzeugen. Es kann jedoch eine dritte Flüssigkristallanzeige oder noch mehr bereitgestellt werden, und es können drei oder mehr virtuelle Bilder erscheinen. Außerdem wurden die drei Flüssigkristallanzeigen innerhalb des Brennpunkts des konkaven Spiegels als reflektierendes Element angeordnet.
Weiterhin zu beachten ist, dass in den obigen Ausführungsformen das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 schräg angeordnet war und unterhalb des reflektierenden Polarisators 17 angeordnet war. Solange jedoch die Richtung, in der der reflektierende Polarisator 17 geneigt ist und die Position des zweiten Flüssigkristallanzeigefeldes 20 angepasst sind, kann das zweite Flüssigkristallanzeigefeld 20 beliebig sein: eine Neigung nach unten, eine Neigung nach oben, eine Neigung nach links, eine Neigung nach rechts usw. gegenüber dem reflektierenden Polarisator 17 haben.
Zu beachten ist zudem, dass die Begriffe „Platte“, „Film“ usw. in der vorliegenden Beschreibung verwendet wurden, um die Teile zu veranschaulichen. Diese Teile sind jedoch nicht auf die oben genannten Strukturen beschränkt. So ist beispielsweise die Verzögerungsplatte nicht auf ein plattenförmiges Element beschränkt und kann ein beliebiger Film oder ein anderes Element sein, das die in der vorliegenden Beschreibung genannten Fähigkeiten besitzt. Ebenso ist der Polarisator nicht auf das plattenförmige Element beschränkt und kann jeder Film oder jedes andere Element sein, das über die in der vorliegenden Beschreibung genannten Fähigkeiten verfügt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und kann durch Änderung der einzelnen Elemente auf die Praxis zurückgeführt werden, ohne von dem Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus beinhalten die oben beschriebenen Ausführungsformen Erfindungen verschiedener Stufen und eine Vielzahl von Erfindungen kann durch die richtige Kombination von Strukturelementen einer Ausführungsform oder durch die richtige Kombination von Strukturelementen verschiedener Ausführungsformen abgeleitet werden. Wird beispielsweise der Gegenstand der Erfindung erreicht und werden die Vorteile der Erfindung auch nach dem Löschen einiger der im Zusammenhang mit den Ausführungsformen offenbarten Strukturelemente erreicht, kann die aus den resultierenden Strukturelementen bestehende Struktur als Erfindung entnommen werden.

Claims

Head-up-Display (10) mit: einer ersten Lichtquelleneinheit (12); einem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14), das eine erste Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen eines Lichts von der ersten Lichtquelleneinheit (12) eingerichtet ist, und einen ersten Polarisator (16), der zum Polarisieren des durch die erste Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, umfasst; einem auf einer optischen Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) angeordneten reflektierenden Polarisator (17), der sowohl eine erste Fläche, die das Licht empfängt, das durch das erste Flüssigkristallanzeigefeld (14) übertragen wird, als auch eine zweite Fläche auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite umfasst und sowohl eine Transmissionsachse als auch eine Reflexionsachse umfasst; einer zweiten Lichtquelleneinheit (19), die eingerichtet ist, um ein Licht zu der zweiten Fläche des reflektierenden Polarisators (17) zu emittieren; und einem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld (20), das eine zweite Flüssigkristallschicht, die zum Übertragen des Lichts von der zweiten Lichtquelleneinheit eingerichtet ist, und einen zweiten Polarisator (22), der zum Polarisieren des durch die zweite Flüssigkristallschicht übertragenen Lichts eingerichtet ist, umfasst, wobei die optische Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) schräg zu einer Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, eine optische Achse (OA2) der zweiten Lichtquelleneinheit (19) schräg zu der Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, eine Transmissionsachse des ersten Polarisators parallel zu der Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist, und eine Transmissionsachse des zweiten Polarisators parallel zu der Reflexionsachse des reflektierenden Polarisators (17) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Polarisator (17) an dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14) haftet, eine Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes (14) parallel zu der Normalen des reflektierenden Polarisators (17) ist, und die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes(14) schräg unterhalb der optischen Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) ist.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Trägerelement (13), das eingerichtet ist, um die erste Lichtquelleneinheit (12) und die erste Flüssigkristallanzeigefeld (14) so zu fixieren, dass die optische Achse (OA1) der ersten Lichtquelleneinheit (12) und die Normale des ersten Flüssigkristallanzeigefeldes (14) schräg zueinander stehen.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Verzögerungsplatte (24), die eingerichtet ist, um das von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14) emittierte und den reflektierenden Polarisator (17) durchlaufende Licht und das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld (20) emittierte und an dem reflektierenden Polarisator (17) reflektierte Licht zu übertragen, und ein linear polarisiertes Licht in ein zirkular polarisiertes Licht oder ein elliptisch polarisiertes Licht umwandelt.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 3, wobei die Verzögerungsplatte (24) eine 1/4-Wellenlängenplatte umfasst.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein reflektierendes Element (23), das eingerichtet ist, um das von dem ersten Flüssigkristallanzeigefeld (14) emittierte und den reflektierenden Polarisator (17) durchlaufende Licht und das von dem zweiten Flüssigkristallanzeigefeld (20) emittierte und an den reflektierenden Polarisator (17) reflektierte Licht auf ein Anzeigeelement (25) zu reflektieren.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 1, wobei die optische Achse der ersten Lichtquelleneinheit (12) und die Normale des reflektierenden Polarisators (17) einen Winkel bilden, der größer als 5° und kleiner als 35° ist, und die optische Achse der zweiten Lichtquelleneinheit (19) und die Normale des reflektierenden Polarisators (17) einen Winkel bilden, der größer als 5° und kleiner als 35° ist.
Head-up-Display (10) nach Anspruch 1, wobei das erste Flüssigkristallanzeigefeld (14) ferner einen dritten Polarisator (15) beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber von dem ersten Polarisator (16) der ersten Flüssigkristallschicht angeordnet ist, und das zweite Flüssigkristallanzeigefeld (20) ferner einen vierten Polarisator (21) beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber dem zweiten Polarisator (22) der zweiten Flüssigkristallschicht angeordnet ist.