JP2009080321A - 表示装置、偏光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のフロントガラス等において発生する映り込みを防ぐ。
【解決手段】表示装置１において表示された画面は、符号４に示すような光路を通る光として、車両の運転者である観察者３に視認される以外にも、フロントガラス２によって反射され、観察者３の視界に入ることがある。このときの光路５および６における入射面に対して平行な方向と略一致するように、表示装置１からの光の偏光方向を設定することで、映り込みを防ぐようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の情報を表示する表示装置と、その表示装置における偏光制御方法とに関する。

液晶ディスプレイからの入射光をコンバイナガラスにより反射することで、液晶ディスプレイの表示内容をユーザに視認させる車両用ヘッドアップディスプレイがある。このような車両用ヘッドアップディスプレイにおいて、入射光の角度をブリュースター角（偏光角）で反射するようにコンバイナガラスを設けることで、液晶ディスプレイ側の偏光板をコンバイナガラスにより代用し、高輝度な表示を行うものが知られている（特許文献１参照）。

特開平５−１３１８６６号公報

特許文献１に開示される車両用ヘッドアップディスプレイは、コンバイナガラスの反射を利用して高輝度な表示を行うことを目的とするものである。その一方で、たとえばナビゲーション装置の液晶ディスプレイのような表示装置を車両に搭載した場合に、車両のフロントガラス等によって表示装置からの光が反射され、運転者の視界に入って運転の妨げとなることがある。このような現象は映り込みと呼ばれており、車両の外が暗い夜間などにおいて特に顕著となる。

請求項１の発明による表示装置は、反射面における映り込みを防止する表示装置において、光を発する光源と、光源より発せられた光に対して、特定の偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する偏光手段とを備え、偏光手段を透過して反射面で反射された光が観察者に視認される際の光路における入射面に対して平行な方向と略一致するように、偏光手段の偏光方向が設定されるものである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の表示装置において、偏光手段に対して偏光方向を変化させる偏光方向変化手段をさらに備えるものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の表示装置において、偏光手段として、第１の偏光方向を有する第１の偏光部材および第２の偏光方向を有する第２の偏光部材と、第１の偏光部材と第２の偏光部材の間に挟まれた液晶パネルとをさらに備え、光源より発せられた光に対して、第１の偏光部材により第１の偏光方向の振幅成分を透過させ、液晶パネルにより画素単位で偏光状態を制御した後に、第２の偏光部材により第２の偏光方向の振幅成分を透過させることで、情報を表示するものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の表示装置において、第１の偏光部材と第２の偏光部材に対して、第１の偏光方向と第２の偏光方向との方向差を維持した状態で、第１の偏光方向と第２の偏光方向をそれぞれ変化させる偏光方向変化手段をさらに備えるものである。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置において、上記の光路における反射面への入射角は、反射面の屈折率に応じたブリュースター角と略一致することとするものである。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置において、反射面は車両のフロントガラスであり、車両に搭載されて用いられるものである。
請求項７の発明による偏光制御方法は、表示装置から出力され、情報として視認すべき光に対して、特定の偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する表示装置の偏光制御方法であって、偏光方向の振幅成分の光が反射面で反射されて観察者に視認される際の光路における入射面に対して平行な方向と略一致するように、偏光方向を設定するものである。

本発明によれば、車両のフロントガラス等において発生する映り込みを防ぐことができる。

本発明の一実施形態による表示装置を車両に搭載した様子を図１に示す。図１の表示装置１は、たとえばナビゲーション装置の地図画面などのように、様々な情報の画面表示を行う液晶ディスプレイ装置である。表示装置１は、車室内の見やすい位置、たとえばフロントガラス２の下のダッシュボード付近などに設置されている。表示装置１において表示された画面は、符号４に示すような光路を通る光として、車両の運転者である観察者３に視認される。

ここで、映り込みについて説明する。表示装置１から発せられた光は、光路４を通って観察者３に直接視認される以外にも、車両のフロントガラス２によって反射され、観察者３の視界に入ることがある。このとき表示装置１からの光は、たとえばフロントガラス２に対して符号５に示すような光路で入射し、フロントガラス２において反射された後、符号６に示すような光路で観察者３の目に入る。すると、観察者３にとっては表示装置１の画面がフロントガラス２の向こう側に見えることとなり、運転の妨げとなる。このような現象は映り込みと呼ばれており、たとえば夜間などのように車両の外が暗い場合に、特に顕著となる。

そこで本発明では、表示装置１からの光の偏光方向を、フロントガラス２において反射されにくい方向とすることで、上記のような映り込みを防ぐようにする。具体的には、映り込みが起こるときの光路５および６における入射面に対して平行な方向と略一致するように、表示装置１からの光の偏光方向を設定する。なお、このようにすることで映り込みを防ぐことができる理由については、後で詳しく説明する。

次に、表示装置１の構成について説明する。図２は、表示装置１の構成を示す図である。図２に示すように、表示装置１は、バックライト１１、偏光板１２、液晶パネル１３、偏光板１４、制御部１５および駆動部１６を備えている。

バックライト１１は、表示装置１が画面表示を行う際の光源として働く部分であり、液晶パネル１３を照明するための光を発する。このバックライト１１には、液晶パネル１３を均一に照明するために、たとえば冷陰極管や発光ダイオードなどの発光部材に加えて、発光部材からの光を面状に拡散するための導光板または拡散板が備えられている。なお、導光板を用いる方式はエッジライト方式と呼ばれ、拡散板を用いる方式は直下型方式と呼ばれている。

偏光板１２は、特定の偏光方向を有している。バックライト１１より発せられた光は、様々な方向の振幅成分を含んでいる。この光に対して、偏光板１２は、その偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する。これにより、偏光板１２を透過した光は、特定の振幅成分のみを有する直線偏光となる。

液晶パネル１３は、多数の透明電極が形成された２枚の透明基板の間に液晶材料を挟み込んだ構造を有しており、偏光板１２と偏光板１４の間に挟まれて設けられている。この透明電極を用いて、予め設定された画素単位で液晶材料に印加する電圧を制御することで、偏光板１２を透過して液晶パネル１３に入射された光の偏光状態が画素単位で制御される。液晶パネル１３における印加電圧は、制御部１５の制御によって決定される。なお、液晶パネル１３にカラーフィルターを設け、カラー表示を行うようにしてもよい。

偏光板１４は、偏光板１２と同様に特定の偏光方向を有しており、入射された光のうちその偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する。偏光板１２を透過した後に液晶パネル１３を透過した光は、その偏光状態が上記のように画素単位で制御されている。この光を偏光板１４に対して入射すると、偏光板１４を透過する光の強度が画素単位で変化する。この光強度の変化を利用して、表示装置１に様々な情報を表示することができる。

制御部１５は、前述のように液晶パネル１３において液晶材料に印加する電圧を制御することにより、表示装置１が表示する画面の内容を制御する。たとえば、ナビゲーション装置から出力される地図画像情報などを入力し、その地図画像情報に基づいて、地図画面を表示するための印加電圧制御を行う。

駆動部１６は、観察者３の操作に応じて、偏光板１２および１４を光軸回りの方向に任意の回転量だけ回転駆動させることにより、偏光板１２および１４に対してそれぞれの偏光方向を任意の変化量だけ変化させる。このとき駆動部１６は、偏光板１２の偏光方向と偏光板１４の偏光方向との方向差を維持した状態で、これらの偏光方向をそれぞれ変化させる。これにより、表示装置１における画面表示状態を維持しつつ、表示装置１からの光の偏光方向を変化させることができる。

以上説明したように、表示装置１は、バックライト１１より発せられた光に対して、偏光板１２によりその偏光方向の振幅成分を透過させ、制御部１５の制御に基づいて、液晶パネル１３により画素単位で偏光状態を制御する。その後に、偏光板１４によりその偏光方向の振幅成分を透過させることで、様々な情報を画面表示する。

また、表示装置１は、観察者３の操作に応じて、駆動部１６により、偏光板１２および１４の偏光方向を任意の変化量だけ変化させる。これにより、観察者３は、表示装置１からの光の偏光方向を適切に調節して、前述のように映り込みを防ぐことができる偏光方向に設定することができる。すなわち、表示装置１からの光の偏光方向を図１の光路５および６における入射面に対して平行な方向と略一致するように設定することで、映り込みを防ぐことができる。

次に、表示装置１からの光の偏光方向を光路５および６における入射面に対して平行な方向と略一致するように設定することで映り込みを防ぐことができる理由について、図３により説明する。図３は、フロントガラス２を反射面として、表示装置１からの光がその反射面において反射されるときの様子を示している。

図３において、表示装置１から出力された光は、光路５を通って入射角θ_ｉで反射面に入射される入射光として表されている。また、この入射光が反射面において反射された光は、光路６を通る反射光として表されている。この反射光が観察者３によって視認されることにより、前述のような映り込みが発生する。

入射光の光路５および反射光の光路６を含む符号２１に示す平面は、入射面と呼ばれる。この入射面２１に対して平行な方向、すなわち符号２２に示す方向の偏光成分は、ｐ波と呼ばれる。一方、入射面２１に対して垂直な方向、すなわち符号２３に示す方向の偏光成分は、ｓ波と呼ばれる。

ここで、入射光である表示装置１からの光は、前述のように偏光板１２および１４を透過した直線偏光である。この入射光のｐ波が反射面において反射されるときの反射率は、入射角θ_ｉが所定の角度に達するまでの範囲では入射角θ_ｉに応じて徐々に減少し、当該角度において０になる。この角度は、ブリュースター角または偏光角と呼ばれる。そして、ブリュースター角（偏光角）よりも入射角θ_ｉが大きくなると、入射角θ_ｉに応じて反射率が増加する。一方、入射光のｓ波が反射面において反射されるときの反射率は、入射角θ_ｉに応じて単調に増加する。

上記のような反射率の性質を利用して、入射光の偏光成分がｐ波のみとなるように偏光板１２および１４の偏光方向を設定すると共に、入射角θ_ｉがブリュースター角付近となるように表示装置１の設置位置を調節することで、反射光の強度を抑えることができる。すなわち、反射光の強度を抑えるために、偏光板１２および１４を透過して反射面（フロントガラス２）で反射された光が観察者３に視認される際の光路５および６における入射面２１に対して平行な方向と略一致するように、偏光板１２および１４の偏光方向が設定される。このようにして、映り込みを防ぐことができる。

以上説明した映り込みの防止方法においては、入射角θ_ｉをなるべくブリュースター角と略一致させることが好ましいが、入射角θ_ｉがブリュースター角に近ければ、略一致していなくても十分に効果を得ることができる。なお、ブリュースター角の大きさは、反射面の屈折率に応じて決定される。たとえば、反射面のフロントガラス２の屈折率をｎとすると、ブリュースター角θ_Ｂは下記の式（１）で表される。ここで、ｎ_０は空気の屈折率であり、１とほぼ等しい。式（１）において、屈折率ｎをたとえば１．５とすると、θ_Ｂは約５６度と計算される。
θ_Ｂ＝ｔａｎ^−１（ｎ／ｎ_０） （１）

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）表示装置１は、バックライト１１より発せられた光に対して、偏光板１２および１４により、特定の偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する。このとき、偏光板１２および１４を透過して、フロントガラス２を反射面として反射された光が観察者３に視認される際の光路５および６における入射面２１に対して平行な方向と略一致するように、偏光板１２および１４の偏光方向が設定されることとした。このようにしたので、車両のフロントガラスにおいて発生する映り込みを防ぐことができる。

（２）表示装置１は、駆動部１６により、偏光板１２および１４に対してその偏光方向を変化させることとした。このようにしたので、表示装置１からの光の偏光方向を適切に調節して、映り込みを防ぐことができる偏光方向に設定することができる。

（３）表示装置１は、バックライト１１より発せられた光に対して、偏光板１２によりその偏光方向の振幅成分を透過させ、液晶パネル１３により画素単位で偏光状態を制御した後に、偏光板１４によりその偏光方向の振幅成分を透過させることで、情報を表示することとした。このようにしたので、既存の液晶ディスプレイの技術を用いて、様々な情報を表示可能な表示装置１を構成することができる。

（４）駆動部１６は、偏光板１２と偏光板１４に対して、偏光板１２の偏光方向と偏光板１４の偏光方向との方向差を維持した状態で、これらの偏光方向をそれぞれ変化させることとした。このようにしたので、表示装置１における画面表示の状態を維持しつつ、表示装置１からの光の偏光方向を変化させることができる。

（５）光路５および６におけるフロントガラス２への入射角は、フロントガラス２の屈折率に応じたブリュースター角と略一致することが好ましい。このようにすれば、入射光の偏光成分をｐ波のみとした場合に、反射をほぼ０として映り込みを防ぐことができる。

なお、以上説明した実施の形態では、車両に搭載されて用いられる表示装置１において、反射面が車両のフロントガラス２である例を説明した。しかし、反射面は車両のフロントガラスに限らず、サイドガラスなどであってもよい。また、車両に搭載されない表示装置であっても、映り込みが生じるような場所に設置される表示装置であれば、上記実施の形態と同様にして本発明を適用可能である。

また、液晶ディスプレイのような表示装置でなく、発光ダイオードや電球などの光源と偏光板とを組み合わせて、上記実施の形態と同様の映り込み防止方法を実現することとしてもよい。その例を図４に示す。図４の変形例において、光源７の上側には偏光板８が設置されている。光源７から発せられた光は、観察者３に直接届く場合と、偏光板８を通過した後にフロントガラス２で反射されて観察者３に到達する場合とがある。

図４では、偏光板８を透過してフロントガラス２で反射された光源７からの光が観察者３に視認される際の光路における入射面に対して平行な方向と略一致するように、偏光板８の偏光方向が設定される。このようにすれば、光源７からの光がフロントガラス２に映りこむのを防止することができる。なお、光源７としては、たとえばメーターパネルやフロントパネルに設置された様々な発光部材を対象とすることができる。あるいは、光源７の代わりに、光を反射しやすい光沢部分などを対象としてもよい。

以上説明した実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。

本発明の一実施形態による表示装置を車両に搭載した様子を示す図である。 本発明の一実施形態による表示装置の構成を示す図である。 表示装置からの光が反射面において反射されるときの様子を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。

符号の説明

１：表示装置、２：フロントガラス、３：観察者、４〜６：光路、１１：バックライト、１２：偏光板、１３：液晶パネル、１４：偏光板、１５：制御部、１６：駆動部

Claims (7)

1. 反射面における映り込みを防止する表示装置において、
   光を発する光源と、
   前記光源より発せられた光に対して、特定の偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する偏光手段とを備え、
   前記偏光手段を透過して前記反射面で反射された光が観察者に視認される際の光路における入射面に対して平行な方向と略一致するように、前記偏光手段の偏光方向が設定されることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記偏光手段に対して前記偏光方向を変化させる偏光方向変化手段をさらに備えることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記偏光手段として、第１の偏光方向を有する第１の偏光部材および第２の偏光方向を有する第２の偏光部材と、
   前記第１の偏光部材と前記第２の偏光部材の間に挟まれた液晶パネルとをさらに備え、
   前記光源より発せられた光に対して、前記第１の偏光部材により前記第１の偏光方向の振幅成分を透過させ、前記液晶パネルにより画素単位で偏光状態を制御した後に、前記第２の偏光部材により前記第２の偏光方向の振幅成分を透過させることで、情報を表示することを特徴とする表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置において、
   前記第１の偏光部材と前記第２の偏光部材に対して、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向との方向差を維持した状態で、前記第１の偏光方向と前記第２の偏光方向をそれぞれ変化させる偏光方向変化手段をさらに備えることを特徴とする表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記光路における前記反射面への入射角は、前記反射面の屈折率に応じたブリュースター角と略一致することを特徴とする表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記反射面は車両のフロントガラスであり、前記車両に搭載されて用いられることを特徴とする表示装置。
7. 表示装置から出力され、情報として視認すべき光に対して、特定の偏光方向の振幅成分を透過させ、他の方向の振幅成分を遮断する表示装置の偏光制御方法であって、
   前記偏光方向の振幅成分の光が反射面で反射されて観察者に視認される際の光路における入射面に対して平行な方向と略一致するように、前記偏光方向を設定することを特徴とする偏光制御方法。

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