JP2000028957A

JP2000028957A - 情報表示装置

Info

Publication number: JP2000028957A
Application number: JP10191993A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】透過率を犠牲にすることなく表示輝度を上げ、
さらに輝度調整範囲を大きく取れる情報表示装置を提供
する。【解決手段】情報表示源３０からの直線偏光を変調し、
ランダム光に対して所定光透過率を有する偏光性反射部
材を含むコンバイナ２０の反射率を変更可能とした偏光
変調部材４２を備える情報表示装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示すべき情報を
光として発生する情報表示源と、この光を観察者に向け
て反射し、虚像として表示するコンバイナとが設けられ
た情報表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年自動車などの運転者に情報を表示す
る方法として、ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ
という）などの表示装置が用いられている。これは、液
晶表示装置などの情報表示源から投射された光学的情報
を、自動車の風防ガラスなどに組み込まれたコンバイナ
に映し、情報を前景に重畳して表示するものである。

【０００３】この情報表示装置によって、運転者はほと
んど視点を動かすことなく情報を読み取ることが可能と
なった。そのため、運転状態のままで素早く情報を獲得
でき、安全性が向上した。車両用の情報表示装置とし
て、情報表示源を備えた本体部にコンバイナが軸支さ
れ、車両のダッシュボード上に載置された小型の別置き
型のＨＵＤも用いられている。図１４は従来のＨＵＤの
一例を示す概念図である。光源６から発した光は、レン
ズ系４と透過型液晶表示素子５を通過し、情報を含む光
３となる。情報を含む光３は反射コーティング膜よりな
るハーフミラー型のコンバイナ２に反射され観察者の視
点１に至り、速度表示の像８や警告表示の像９などとし
て視認される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＨＵＤは表示情報を前
景に重畳するので、視界を遮らずかつ明るく見やすい像
を表示することが望ましく、前景の透視性と高い表示輝
度の両立が求められる。ところが、従来のハーフミラー
型のコンバイナの透過率と反射率はトレードオフの関係
にあり、一方を高くすると他方が低下するという問題点
があった。

【０００５】具体的には、自動車の風防ガラスでは、垂
直測定での可視光線透過率が７０％以上であることが法
規で義務付けられているため、高反射率のコンバイナを
使用できない。例えば、色付き合わせガラスでは、０．
７≦透過率＝（１−表面反射率）×内部透過率×（１−
裏面反射率）であり、裏面反射率＝０．０４（４％）、
内部透過率＝０．９（９０％）とすると、表面反射率は
垂直で約１９％以下でなければならない。よって輝度の
低い情報表示となる。

【０００６】光を斜め入射とすれば垂直の場合より反射
率は増加するが、やはり必要な表示輝度を得るには反射
率が十分でない。このため、高い表示輝度を得るために
は光量の大きな光源が必要となり、消費電力、発熱、サ
イズなどの点で問題があった。

【０００７】図１２は、ブロンズガラスとクリアガラス
からなる合わせガラスに反射コーティングを施した、従
来のコンバイナの可視光線透過率の入射角依存性の測定
値を示す図である。実線はｓ偏光、点線はｐ偏光を表わ
す。垂直での可視光線透過率は７６％である。図１３は
この反射コーティングの反射率の入射角依存性を示す図
である。同じく実線はｓ偏光、点線はｐ偏光を表わす。
この反射率は図１２の可視光線透過率のデータ、ガラス
の透過率および反射率を用いて算出した。

【０００８】ここで、垂直入射での反射率は約１３％
で、風防ガラスを用いるＨＵＤでは、入射角は６０°程
度であるから、ｓ偏光では約３５％の反射率となる。垂
直入射時より大きいが、１−０．３５＝０．６５、つま
り６５％の光は有効活用できていない。ｐ偏光では入射
角６０°がブリュースター角に近いため、反射率が小さ
く表示光として適当でない。

【０００９】また、可視光線透過率の規定がない別置き
型ＨＵＤでも同様の問題がある。別置き式は小型化が必
須なため、光源の大きさや消費電力の制限がより厳し
い。しかも、コンバイナの設置角が垂直に近いため、光
の入射角が２０〜３０°と小さくなる。使用時の角度で
の反射率が垂直入射時の反射率と大差ないため、より大
きな反射率が求められる。例えば、コンバイナの反射率
を５０％に高めると、裏面反射率＝０．０４（４％）、
内部透過率＝１．０（１００％）の場合、透過率は約４
８％となり、透過率が減少する。

【００１０】さらに、情報表示装置は表示像の輝度調整
機能が必要であることも問題である。従来コンバイナの
反射率は調整できないため、情報表示源側で輝度調整し
ていた。つまり、真夏や冬の降雪後の晴天時のように前
景が極めて明るい状況から、夜間やトンネル内のように
暗い状況まで、適切な表示輝度を得るには、情報表示源
の輝度を数百倍あるいは千倍程度変化させる必要があ
る。

【００１１】ハロゲンランプなどでは電流を制御すれば
輝度調整は比較的容易であるが、液晶表示素子と組み合
わせてよく用いられる陰極管などでは、広範囲の輝度調
整が困難であるため適切な表示輝度調整ができなかっ
た。

【００１２】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の課題を解決することにあり、透過率を犠牲にするこ
となく表示輝度を上げ、さらに、輝度調整範囲を大きく
取れる情報表示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、表示すべき情報を光と
して発生する情報表示源と、前記光を観察者に向けて反
射し虚像として表示するコンバイナとを少なくとも備え
た情報表示装置において、情報源とコンバイナとの間に
前記光を直線偏光とする偏光部材と前記直線偏光の偏光
状態を変調できる偏光変調部材を有し、かつ前記コンバ
イナの反射率は前記直線偏光の偏光状態によって異なる
ことを特徴とする情報表示装置を提供する。

【００１４】また、周囲の明るさを測定する受光センサ
を備え、その測定値の大きさに応じて前記偏光変調部材
が調節されることにより、前記コンバイナの光反射率が
調整される情報表示装置を提供する。

【００１５】また、コンバイナが波長選択性を有し、特
定の波長域の光に対する反射率が高く、それ以外の波長
の光に対して反射率が低い情報表示装置を提供する。

【００１６】なお、上記の各情報表示装置において、コ
ンバイナの反射率が入射する光の直線偏光の方向により
異なる形態の場合には、コンバイナの構成として、屈折
率が異なる２種類以上の高分子材料の多層膜からなる偏
光性反射部材、コレステリック液晶層と４分の１位相差
板とからなる偏光性反射部材、および反射型ホログラム
からなる偏光性反射部材のうちの少なくとも１つを含む
ことが好ましい。またコンバイナとしてガラスのような
透明誘電体を用いる場合は、光の入射角をブリュースタ
ー角に近づけることが望ましい。

【００１７】またコンバイナの反射率が、入射する光の
円偏光の電気ベクトルの回転方向により異なる形態の場
合には、コンバイナの構成としては、コレステリック液
晶層からなる偏光性反射部材を含むことが好ましい。

【００１８】また、コンバイナとして高分子多層膜を用
いる場合、２種類以上の高分子材料のうち少なくとも１
種が複屈折性を有することが好ましい。

【００１９】また、偏光変調部材に入射する光が直線偏
光である上記情報表示源においては、情報表示源から発
した光を直線偏光とする偏光部材を設けているが、情報
表示源から発した光そのものが直線偏光である場合も偏
光方向をそろえることで利用できる。

【００２０】また、上記の各情報表示装置は、情報表示
源が本体部に納められ、コンバイナが本体部の上辺近傍
において本体部に対して傾斜角度を変えるように回動自
在に軸支される構成であることが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】図面に基づき本発明を詳細に説明
する。図１は、本発明の第１の実施形態の情報表示装置
を示す概略図である。情報表示源３０からの情報を含む
光は偏光部材４１により直線偏光となり、偏光変調部材
４２により偏光状態が変調され、偏光依存性のある反射
率を有するコンバイナ２０により反射され観察者の視点
１に至る。情報表示源３０と、偏光部材４１と、偏光変
調部材４２とは本体部に収容される構成である。

【００２２】図２はコンバイナ２０の層構成を示す拡大
断面図である。その構成としては、透明な基材４０の光
入射側に偏光性反射部材４３が積層されている。図３は
偏光性反射部材４３の層構成を示す拡大断面図である。
この偏光性反射部材４３は高分子多層膜を使用してい
る。図３の高分子層４５と別の種類の高分子層４６が交
互に複数積層した形態であり、少なくとも一方が複屈折
性を有している。

【００２３】各高分子層４５、４６の屈折率は、少なく
とも一方が複屈折性を有していることで、入射する直線
偏光の偏光方向によって異なる。詳しくは、偏光性反射
部材が高い反射率を示す入射光の偏光方向ではそれぞれ
の層の屈折率が異なり、高い透過率を示す入射光の偏光
方向では屈折率はほぼ等しい。つまり、２つのほぼ直交
する直線偏光方向の一方の方向に対しては反射率が高
く、他方の方向に対しては透過率が高い。こうして高分
子多層膜に反射率の偏光依存性が生じる。

【００２４】図４は偏光変調部材４２の層構成を示す拡
大断面図である。この偏光変調部材４２は電界応答型の
液晶セルであり、透明電極４８がコートされた２枚の透
明絶縁基板４９の間に、電界応答型液晶４７を封入して
液晶セルとする。

【００２５】この電界応答型液晶４７は２枚の透明電極
４８間に電界を印加することにより、液晶セルを通過す
る光の偏光状態を制御できるものが好ましい。例えば、
両透明電極基板間にほぼ９０°ツイスト配向されたＴＮ
型液晶表示素子、または２００〜２７０°ツイスト配向
されたＳＴＮ型液晶表示素子が例示できる。

【００２６】偏光部材４１は、透過した光が直線偏光と
なる透過性の偏光部材でも、反射した光が直線偏光とな
る反射性の偏光部材でもよい。つまり、ほぼ直交する２
つの直線偏光方向の、一方の方向に対する透過率が高く
他方に対する透過率が低いものでも、一方の方向に対す
る反射率が高く他方に対する反射率が低いものでもよ
い。透過性の偏光部材としては、いわゆる偏光子、偏光
フィルムを例示できる。反射性の偏光部材としては、上
記構成の偏光性反射部材４３を例示できる。また、偏光
部材の表面に反射防止コーティングやハードコーティン
グを施してもよい。薄層化のため偏光部材４１と偏光変
調部材４２が積層されていてもよい。

【００２７】上記の構成の情報表示装置において、偏光
変調部材の電界をオン、オフした場合の、情報を含む光
のコンバイナによる反射と外部入射光の透過の様子を、
図１および図５を用いて本発明の原理を説明する。ここ
で図５は、偏光変調部材の印加電界をオン、オフした場
合の、本発明におけるコンバイナの反射と透過の様子を
示す概念図である。反射率、透過率については理想的な
値を使用している。

【００２８】図１では、偏光部材４１としてはｓ偏光を
透過する偏光部材を例に説明しているが、ｐ偏光を透過
する偏光部材でももちろん利用可能である。偏光変調部
材４２の構成は図４に例示している。コンバイナ２０は
ｓ偏光の光に対する反射率が高く、ｐ偏光の光に対する
透過率が高くなるように配置する。その構成は、図２お
よび図３に例示している。情報表示源３０からの光はラ
ンダム偏光（ｒ）またはｓ偏光（ｓ）である。

【００２９】情報表示源３０からの光のうちｓ偏光成分
は、偏光部材４１を透過し偏光変調部材４２に至る。情
報表示源３０からの光がランダム偏光の場合、他方のｐ
偏光成分は、透過性の偏光部材では偏光部材に吸収され
偏光部材を透過できない。一方、反射性の偏光部材では
偏光部材に反射され偏光部材を透過できない。このよう
に、情報表示源３０からの光は偏光部材４１においてひ
とまずｓ偏光に統一される。

【００３０】偏光変調部材４２の印加電界がオフの場
合、偏光部材４１から偏光変調部材４２に到達したｓ偏
光の光はｐ偏光に変換されコンバイナ２０に至る。コン
バイナ２０はｓ偏光を反射しｐ偏光を透過する構成であ
るため、ｐ偏光の光はコンバイナに反射されずに透過す
る。つまり情報表示源３０からの光に対してコンバイナ
の反射率は０％となる。

【００３１】一方、偏光変調部材４２の印加電界がオン
の場合、偏光部材４１から偏光変調部材４２に到達した
ｓ偏光の光は、ｓ偏光のまま透過し、コンバイナ２０に
至る。上記とは逆に、ｓ偏光の光はコンバイナ２０に反
射される。つまり偏光部材からのｓ偏光の光に対して、
コンバイナの反射率はほぼ１００％とすることができ
る。

【００３２】ここで、外部から入射する光はランダム偏
光であるから、そのうち５０％のｓ偏光成分はコンバイ
ナ２０により反射され、残りのｐ偏光成分が透過する。
つまりコンバイナの透過率は５０％である。この透過率
は偏光変調部材４２の印加電界のオン、オフに関係しな
いため、外部からのランダム偏光に対するコンバイナの
透過率は常に５０％である。

【００３３】以上をまとめると図５に示すように、偏光
変調部材４２への印加電界のオン、オフ、および印加電
界の大きさの制御により、コンバイナの反射率を０〜１
００％の間で制御できる。一方、透過率は５０％のまま
一定である。

【００３４】すなわち本発明により、透過率一定のまま
コンバイナの反射率を調整できる。従来のコンバイナで
は５０％の透過率であれば５０％の反射率しか得られな
かったが、本発明では２倍の１００％の反射率が得られ
る。つまり高い反射率と高い透過率を両立でき、しかも
反射率を０〜１００％の範囲で変化させられるため、前
景輝度に応じた表示像の輝度調整が可能になる。従来の
輝度調整方法を併用すればさらに広い範囲の輝度調整が
可能である。このように、本発明により従来の情報表示
装置の課題を解決できる。

【００３５】図６は本発明の第２の実施形態の情報表示
装置を示す概略図である。この図６では、ｓ偏光に対す
る反射配置の偏光部材４１ａを例に説明しているが、ｐ
偏光を反射する部材でももちろん利用可能である。反射
した光が所望の偏光方向となれば、偏光部材４１ａは反
射性でも透過性でもよい。透過性の偏光部材を用いる場
合は、光の入射の反対側に鏡を配置し、透過性偏光部材
を透過した所望の偏光方向の光を反射し、再び透過性偏
光部材を透過させ、偏光変調部材に至るようにするとよ
い。

【００３６】偏光変調部材４２とコンバイナ部２０の構
成は図１に示している実施形態と同様である。情報表示
源３０からの光はランダム偏光またはｓ偏光である。情
報表示源３０からの光のうちｓ偏光成分は偏光部材４１
ａに反射され、偏光変調部材４２に至る。情報表示源３
０からの光がランダム偏光の場合、ｐ偏光成分は、透過
性偏光部材の場合は偏光部材に吸収され反射されない。
反射性偏光部材の場合は、偏光部材を透過し偏光変調部
材４２の方向に反射されない。このように、情報表示源
３０からの光は偏光部材４１ａにおいてひとまずｓ偏光
に統一される。

【００３７】偏光部材４１ａにより反射されたｓ偏光の
振る舞いは、前述の図１〜５に示した情報表示装置と同
様である。つまり、図６のような配置の情報表示装置で
も同様の効果を得ることができる。

【００３８】上記の例では偏光部材４１ａの偏光方向と
コンバイナ２０の偏光方向は一致していたが、直交する
ように配置すれば、偏光変調部材の印加電界のオン、オ
フに対応する反射率の振る舞いが逆のコンバイナを得る
ことができる。つまり印加電界がオフのとき反射率が１
００％となり、オンのとき０％になる。

【００３９】上記の例ではｓ偏光を観察者に導く例を示
したが、偏光部材４１ａ、コンバイナ２０の偏光方向を
変えればｐ偏光を観察者に導く構成が得られる。

【００４０】ここで、本発明における偏光性反射部材
（反射性の偏光部材なども含む）を説明する。まず、屈
折率の異なる２種類以上の高分子材料からなる高分子多
層膜を例示できる。この構成は米国特許第５４８６９４
９号および国際特許公開パンフレットＷＯ９６１９３４
７に述べられている。以下に、偏光性反射部材について
（１）〜（３）の項目に分けて説明を行う。

【００４１】（１）材料複屈折性を容易に発現させるためには、高分子材料を用
いることが好ましい。使用状態において透明なもの、耐
熱性や耐湿性に優れたもの、さらには押し出し成形可能
な材料が好ましい。その例はメタクリル酸エステルの重
合体、ポリカーボネート、スチレン重合体、ポリテレフ
タレート、ポリオレフィン、フッ素樹脂、トリアセチル
セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポ
リアルキレンナフタレートなど、また４−ヒドロキシ安
息香酸やテレフタル酸を出発原料とする主鎖型高分子液
晶、側鎖型高分子液晶、さらにはポリテレフタレートと
ポリアルキレンナフタレートの共重合体などがあげられ
る。各層の厚みは可視光の波長ないしそれ以下が好まし
い。各層の厚みは０．１〜０．５μｍが好ましい。

【００４２】（２）多層押し出し成形偏光性反射部材はこれらの高分子材料から選ばれた２種
以上の材料を多層押し出し成形することによって製造で
きる。その技術は米国特許第３７７３８８２号、および
米国特許第３８８４６０６号に述べられている。

【００４３】（３）延伸多層押し出し成形時に複屈折性を示すものもあるが、さ
らに複屈折性を強めるために少なくとも一軸方向に延伸
することが好ましい。複屈折性を付与しやすい材料は結
晶性や液晶性が大きい材料であり、付与しにくい材料は
アモルファス材料である。

【００４４】また、本発明における偏光性反射部材とし
て、コレステリック液晶層と４分の１位相差板とからな
るものも使用できる。コレステリック液晶層の反射率は
入射する光の円偏光の電気ベクトルの回転方向により異
なる。例えば右円偏光成分は透過し左円偏光は反射す
る。したがって、４分の１位相差板と組み合わせれば、
入射した直線偏光を４分の１位相差板により例えば左円
偏光に変換し、１００％反射させることができる。この
反射光は４分の１位相差板を再度通過して直線偏光とな
る。一方前景からのランダム偏光の光は５０％にあたる
左円偏光成分は反射されるが、右円偏光成分は透過し、
４分の１位相差板を通過して直線偏光となる。つまり前
述の高分子多層膜と同様の効果が得られる。このような
コレステリック液晶層と４分の１位相差板の組み合わせ
としては、メルク社のＴｒａｎｓｍａｘ（ＴＭ）を例示
できる。

【００４５】また、本発明における偏光性反射部材とし
て、反射型ホログラムを例示できる。ホログラムは入出
射角特性によって偏光方向による反射回折効率が異な
る。特に入射光と出射光のなす角が大きい場合に回折効
率の差が大きくなる。例えば、屈折率変調値が０．０３
で膜厚が１５μｍのホログラム材料を用いて５４０ｎｍ
の光を回折するホログラムを作製する場合、入射角＝出
射角＝０°（垂直入射）では、ｓ偏光ｐ偏光ともに約９
８％の回折効率、約１４ｎｍの波長半値幅となり偏光に
よる差はない。入射角＝出射角＝６０°の場合はｓ偏光
では約９３％の回折効率、約２０ｎｍの波長半値幅とな
り、ｐ偏光では約６２％の回折効率、約１０ｎｍの波長
半値幅となる。ホログラムの反射の効率は回折効率と半
値幅の積にほぼ比例するので、ｓ偏光とｐ偏光では約３
倍の違いとなる。このように反射型ホログラムも偏光性
反射部材として使用することができる。

【００４６】また、本発明における偏光性反射部材とし
て、ガラスのような透明誘電体も使用できる。誘電体の
表面に斜めに光を入射すると、ｓ偏光とｐ偏光とに対す
る反射率が異なる。特にブリュースター角近傍ではｐ偏
光の反射率がほぼ０になるため、反射率の偏光依存性が
顕著になる。

【００４７】これまでの説明は、コンバイナの反射率の
偏光依存性が、入射する光の直線偏光の方向に基づく場
合について述べた。次に、コンバイナの反射率の偏光依
存性が、入射する光の円偏光の電気ベクトルの回転方向
に基づく形態の場合について説明する。

【００４８】図７は本発明の第３の実施形態の情報表示
装置を示す概略図である。情報表示源からの情報を含む
光は、偏光部材４１により直線偏光となり、偏光変調部
材５０により右回り（Ｒ）または左回り（Ｌ）の円偏光
になる。そして、反射率が円偏光の方向に応じて異なる
コンバイナ２０ａにより反射され観察者の視点１に至
る。

【００４９】図８は図７に示した情報表示装置に使用さ
れているコンバイナ２０ａの層構成を示す拡大断面図で
ある。透明な基材４０の光入射側に、反射率が円偏光の
方向に依存する偏光性反射部材４４が積層される。偏光
性反射部材４４としてはコレステリック液晶層を例示で
きる。

【００５０】図９は図７に示した情報表示装置に使用さ
れている偏光変調部材５０の層構成を示す拡大断面図で
ある。電界応答型の液晶セルと４分の１位相差板よりな
る構成を例示している。図４と同様の液晶セルの光出射
側に４分の１位相差板５１を積層している。４分の１位
相差板の例として、ポリビニルアルコールやポリカーボ
ネートの延伸フィルムを例示できる。偏光部材４１とし
ては図１と同様のものが使用できる。

【００５１】上記の情報表示装置において、偏光変調部
材の電界をオン、オフした場合の、情報を含む光の反射
と外部から入射する光の透過の様子を図７および図５を
流用して示し、本実施形態の作用を説明する。

【００５２】偏光部材４１により直線偏光となった光
が、偏光変調部材５０に入射する。偏光変調部材５０の
電界応答型の液晶により入射した光の直線偏光の方向が
変えられ、４分の１位相差板により回転方向の異なる円
偏光に変換される。図７では入射したｓ偏光の光が、電
界がオンのとき右回り円偏光（Ｒ）となり、電界がオフ
のとき左回り円偏光（Ｌ）となる状態を示している。

【００５３】本実施形態のコンバイナ２０ａの反射率は
円偏光の電気ベクトルの回転方向により異なるように設
計される。図７は右回り円偏光を反射する例である。偏
光変調部材の電界がオンのときは右回り円偏光となった
光は反射される。つまり反射率１００％である。電界が
オフのときは左回り円偏光となり反射されない。つまり
反射率０％である。

【００５４】外部から入射する光はランダム偏光であ
り、そのうち５０％相当の右回り円偏光成分がコンバイ
ナ２０ａにより反射され、左回り円偏光成分は透過す
る。つまりコンバイナの透過率は５０％である。これ
は、偏光変調部材５０の印加電界のオン、オフに関係し
ないため、コンバイナの透過率は常に５０％である。

【００５５】以上をまとめるとコンバイナの反射率と透
過率の関係は図５に示した状態と同様で、同様に説明さ
れる。このように図７に示した情報表示装置において
も、図１および図６の構成の情報表示装置と同様の効果
を得ることができる。

【００５６】また、図７の情報表示装置において、偏光
部材４１の偏光方向、偏光変調部材５０の４分の１位相
差板５１の方向、またはコンバイナ２０ａの偏光方向を
適宜変更すれば、偏光変調部材の印加電界のオン、オフ
に対応する反射率の振る舞いを逆にできる。つまり、印
加電界がオフのとき反射率が１００％となり、オンのと
き０％になる。また、左回り円偏光を観察者に導く構成
も得られる。

【００５７】また上記いずれの例でも、受光センサ（例
えば図１０の２７に示す）を設け周囲の明るさを測定
し、その測定値の大きさに応じて偏光変調部材の印加電
界の大きさを調整すれば、周囲の明るさに応じた表示輝
度の自動調節ができる。また、観察者の好みに応じて手
動で調節してもよい。

【００５８】また、コンバイナと偏光変調部材とは、観
察者の視野に入る位置と本体部内の位置とに別れて配置
されることが好ましい。そして、このようなコンバイナ
の反射率制御が偏光変調部材への印加電界の調節により
実施されることで、調節機構の配置を偏光変調部材の配
置側である本体内部とすることができる。従って、コン
バイナの反射率制御でありながら、その調節機構を本体
内部に組み込むことができ、観察者の視野に入るコンバ
イナの回りには調整機構に必要な配線などを施すことが
ない。

【００５９】また、コンバイナに入射する光の偏光を効
果的に変調し、コンバイナの反射率を制御するために
は、偏光変調部材に入射する光が直線偏光であることが
好ましい。つまり、直線偏光を利用することで、反射率
の最小値をより小さく最大値をより大きくし、変調幅を
広げることができる。偏光変調部材に入射する光を直線
偏光にするには、本発明では情報表示源の光をランダム
偏光としてこの光を偏光部材を用いて直線偏光としてい
る。しかしながら、直線偏光を発する情報表示源でも偏
光方向を揃えることで使用できる。

【００６０】また、本発明における偏光性反射部材とし
ては波長選択性を有するものも好ましい。波長選択性と
は、特定の波長域の光に対しては偏光機能を有しそれ以
外の波長の光に対しては偏光機能を有しないことをい
う。ここで、特定の波長域の光とは可視光線領域４００
〜７００ｎｍ中、赤、緑、青などに対応する光である。
このような偏光性反射部材としては、特表平９−５０６
８３７に述べられたものや、反射型ホログラムが例示で
きる。表示に用いる波長域の光のみを反射しそれ以外の
光を透過するため、高い反射率とより一層高い透視性を
確保できる。

【００６１】本発明におけるコンバイナの基材４０や液
晶の透明絶縁基板４９は、透明であることが好ましい
が、着色されていてもよい。入射光や反射光が通過しな
い部分は不透明であってもよい。材質は、ガラスのほ
か、アクリル、ポリカーボネート、ポリオレフィンなど
の樹脂材料でもよいし、透明な結晶体などでもよい。基
材の厚さは数ｍｍ程度が好ましい。これらの基材の表面
には必要に応じて、反射防コーティングやハードコーテ
ィングが施されていてもよい。

【００６２】基材と偏光性反射部材を固定する接着剤
は、必要な強度で接着し長期信頼性を確保できるものが
好ましい。材質はアクリル系、エポキシ系、ウレタン
系、酢酸ビニル系、ゴム系などが利用できる。また、粘
着剤も利用できる。その形態は光硬化型、熱硬化型、硬
化剤混合型、ホットメルト型、感圧型などを例示でき
る。透明性が高く散乱性の少ないものが、光の損失が少
ないため特に好ましい。

【００６３】本発明のコンバイナの形態として、図２で
は透明な基材４０の表面に偏光性反射部材４３を貼り付
けた形態を示したが、２枚の透明基材で挟み込んだ形態
も可能である。その場合、必要に応じて表面に反射防止
コーティングやハードコーティングを施すことが好まし
い。

【００６４】本発明の情報表示装置における情報表示源
は光を発して表示する機能を持つものであり、液晶表示
素子などのいわゆる受光型表示素子からなる表示体に熱
陰極管、冷陰極管、蛍光表示管、ハロゲンランプ、発光
ダイオード、半導体レーザなどの光源から発した光を照
射するものが例示できる。液晶表示素子を使用するもの
の場合、本発明に使用される偏光部材を液晶表示素子の
偏光板と考えることができる。

【００６５】また、上記の光源自体をパターン化して配
列し特定の情報を光として発生する自発光型表示素子で
あってもよい。蛍光表示管、フィールドエミッションデ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ素子や、
あるいは発光ダイオードや半導体レーザを配列したもの
を例示できる。

【００６６】また、本発明の情報表示装置をカラー表示
とする場合、液晶表示素子としては、カラーフィルタと
透過型液晶表示素子などからなるカラー液晶表示素子な
どが好ましく使用できる。また、蛍光材料、発光材料、
半導体材料をカラー化した自発光型表示素子であっても
よい。

【００６７】本発明の情報表示装置は、従来例のような
自動車用ＨＵＤにおいて適切に用いられる。その場合は
垂直に測定した場合の可視光線透過率が７０％以上とな
るように偏光性反射部材の反射率を調整することが望ま
しい。また、別置き型ＨＵＤとしても好ましく使用でき
る。

【００６８】本発明の情報表示装置を乗り物に用いる場
合、表示すべき情報としては、車両の速度、エンジン回
転数、シフトレバー位置、種々の警告などの運転情報、
エアコン、オーディオ、ナビゲーション装置など付属機
器の情報が挙げられる。また、道路情報、駐車場空き情
報などの車両外からの情報も表示できる。

【００６９】航空機や船舶などでは緯度、経度、高度、
進行方向などの位置・方位情報や、気象情報、レーダの
障害物情報、魚群探知機の情報など、その運行や業務に
関わる情報を例示できる。また、観察者とは主には乗り
物の運転者であるが、助手席その他の同乗者を含めるこ
とができる。本発明はＨＵＤ以外にも適用できる。例え
ば、車両のコーナを指示する虚像コーナマーカなどが例
示できる。

【００７０】自動車用途以外でも様々な表示装置に応用
が可能である。例えば、店舗のショーウィンドウにコン
バイナを設けた情報表示装置が例示できる。また、美術
館、水族館などにおける展示品の説明表示においても、
本発明の情報表示装置を好ましく使用できる。さらに
は、銀行、公共機関などの相談窓口などに設置される透
明仕切り窓に設置し、業務に必要な情報を提供する情報
表示装置としても有用である。同種の応用として、プロ
ンプタも例示できる。

【００７１】

【実施例】［実施例１］本発明の実施例を図に基づいて
説明する。図１０は別置き型ＨＵＤに応用した例であ
る。情報表示装置の形態としては図１から図５に示した
第１の実施形態を使用している。

【００７２】コンバイナ２０は、保持部材２４を介して
ＨＵＤの本体部２２に回動自在に軸支されている。本体
部２２の底面には傾きや方向が調節可能な脚部２３が設
けられ、この脚部２３がＨＵＤ車両のダッシュボード上
などに設置される。脚部２３は本体部２２から脱着可能
であり、必要に応じて使用される。本体部２２内には、
蛍光表示管からなる情報表示源３０が備えられている。
蛍光表示管からの情報を含む光３は偏光部材４１、偏光
変調部材４２を経て、コンバイナ２０で反射され、観察
者の視点１に至り、表示像１０として視認される。

【００７３】コンバイナ２０はアクリル製の基板４０に
偏光性反射部材４３を透明粘着剤で貼り付けたものであ
る。偏光性反射部材４３として３Ｍ社のＤ−ＢＥＦ板を
用いた。偏光変調部材４２としては２枚のＩＴＯ付き基
板にポリイミド塗布、加熱の後、方向を９０°交差させ
ラビング処理を行いギャップ６μｍのセルとしたもの
に、液晶ＺＬＩ１５６５（メルク社製）を注入して作製
した液晶セルを用いた。薄層化のため蛍光表示管の情報
表示源３０、偏光部材４１、偏光変調部材４２を積層し
た。蛍光表示管からなる情報表示源３０から発せられる
光の偏光はランダム偏光であるため、偏光部材４１を透
過しコンバイナに至るのは、ほぼ５０％である。

【００７４】コンバイナの水平に対する角度θ_w は７５
°であり、光の入出射角θは２０°である。偏光変調部
材の印可電界をオン、オフした場合の、コンバイナの透
過率の測定値を図１１に示す。点線は電界オフ（０Ｖ印
加）、実線は電界オン（５Ｖ印加）を表わす。電界オフ
では８７．９％の透過率を示し、電界オンでは５．０％
の透過率を示した。

【００７５】反射率の絶対値測定は困難なため、透過率
の測定から換算する。吸収、散乱損失を無視すれば、コ
ンバイナの反射率としては１２．１％から９５．０％に
調整できることになる。ランダム偏光に対しては（５．
０＋８７．９）／２＝４６．５％の透過率となる。前述
の従来例に比べ、同じ可視光線透過率でありながら、ほ
ぼ２倍の反射率が得られた。

【００７６】また、前景の明るさを測定する受光センサ
２７からの測定値の大きさに応じて、液晶セルに印加す
る電界を制御することにより、周囲の明るさに応じて反
射率を変調することができ、視認性の良い情報表示装置
を得ることができた。

【００７７】以上のように本発明により、高い透過率と
高い反射率を両立し、かつ外部から反射率を調整できる
情報表示装置が実現できた。

【００７８】［実施例２］本実施例では実施例１の蛍光
表示管を、透過型カラー液晶表示素子と冷陰極管のバッ
クライトの組み合わせに置き換えたものを作製した。そ
の他の構成は実施例１と同様である。

【００７９】液晶表示素子からの偏光の方向を偏光部材
４１およびコンバイナ２０の偏光方向に一致させた。そ
のため、液晶表示素子からの光はほぼ１００％反射され
コンバイナに導かれる。

【００８０】実施例１と同様、高い透過率と高い反射率
の両立および外部から反射率を調整可能な情報表示装置
を実現することができた。これらの実施例における情報
表示装置の構成はあくまでも一例であり、本発明はこの
構成に限定されるものではない。

【００８１】

【発明の効果】本発明によればコンバイナに所定光透過
率を有する偏光性反射部材を使用し、情報表示源からの
直線偏光を変調し、コンバイナの反射率を変更可能とし
た偏光変調部材を備える情報表示装置とすることで、光
透過率を変えることなく表示輝度が高い情報表示装置が
得られる。また、コンバイナの反射率を調整し周囲の明
るさに応じて反射率を調整することができる視認性の良
い情報表示装置を得ることができる。また、コンバイナ
とその反射率制御機構とを分けて配置するので、観察者
の視野に入るコンバイナの回りには制御機構に必要な配
線などを施すことがない。さらに、表示に必要な波長域
の光だけを反射することが可能となり、表示輝度が高く
より透視性の良い情報表示装置が得られる。

【００８２】上記の実施例における情報表示装置の構成
はあくまでも一例であり、本発明はこの構成に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の情報表示装置を示す
概略図。

【図２】図１の情報表示装置に使用されるコンバイナの
層構成を示す拡大断面図。

【図３】図１の情報表示装置に使用される偏光性反射部
材の層構成を示す拡大断面図。

【図４】図１の情報表示装置に使用される偏光変調部材
の層構成を示す拡大断面図。

【図５】偏光変調部材の印加電界をオン、オフした場合
の、本発明におけるコンバイナの反射と透過の様子を示
す概念図。

【図６】本発明の第２の実施形態の情報表示装置を示す
概略図。

【図７】本発明の第３の実施形態の情報表示装置を示す
概略図。

【図８】図７の情報表示装置に使用されるコンバイナの
層構成を示す拡大断面図。

【図９】図７の情報表示装置に使用される偏光変調部材
の層構成を示す拡大断面図。

【図１０】本発明の第１の実施形態の情報表示装置を別
置き型のＨＵＤとした場合の構成を示す断面図。

【図１１】第１の実施例で、偏光変調部材の印加電圧を
オン、オフした場合の、コンバイナの透過率の測定値を
示す図。

【図１２】従来のコンバイナの可視光線透過率の入射角
依存性を示す図。

【図１３】従来のコンバイナの反射率の入射角依存性を
示す図。

【図１４】従来のＨＵＤの一例を示す概念図。

【符号の説明】

１：観察者の視点３：情報を含む光１０：表示像２０、２０ａ：コンバイナ２７：受光センサ３０：情報表示源４０：基材４１、４１ａ：偏光部材４２、５０：偏光変調部材４３：偏光性反射部材４４：偏光性反射部材（コレステリック液晶層）４５：高分子層４６：高分子層４７：電界応答型液晶４８：透明電極４９：透明絶縁基板５１：４分の１位相差板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示すべき情報を光として発生する情報表
示源と、前記光を観察者に向けて反射し虚像として表示
するコンバイナとを少なくとも備えた情報表示装置にお
いて、情報源とコンバイナとの間に前記光を直線偏光と
する偏光部材と前記直線偏光の偏光状態を変調できる偏
光変調部材を有し、かつ前記コンバイナの反射率は前記
直線偏光の偏光状態によって異なることを特徴とする情
報表示装置。
【請求項２】周囲の明るさを測定する受光センサを有
し、その測定値の大きさに応じて前記偏光変調部材が調
節されることにより、前記コンバイナの光反射率が調整
されることを特徴とする請求項１記載の情報表示装置。
【請求項３】前記コンバイナが波長選択性を有し、特定
の波長域の光に対する反射率が高く、それ以外の波長の
光に対して反射率が低いことを特徴とする請求項１また
は２記載の情報表示装置。