JP2015132583A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示モードの切り替えに伴って明確な表示の変化を生じさせることが可能な表示装置の提供。
【解決手段】表示装置100は、背面52に入射する光を透過させ、前面51に入射する光を反射させるハーフミラー50と、ハーフミラー50の背面側から第二画像13の光を透過させることにより、当該第一画像11の実像12を前面側から視認させる第一表示器30と、ハーフミラー50の前面51にて第二画像13の光を反射させることにより、当該第二画像13の虚像14を第一画像11と共に視認させる第二表示器40とを備えている。さらに、ハーフミラー50及び第一表示器30の間には、液晶シャッタ70が配置されている。液晶シャッタ70は、第一画像11の光を直進透過させる透過状態と、第一画像11の光を散乱透過させる散乱状態とを切り替え可能な光学素子である。
【選択図】図3

Description

本発明は、実像と虚像とが組み合わされた表示を形成する表示装置に関する。
従来、例えば特許文献1には、ハーフミラー層及びエレクトロミック層を有する板状のコンバイナユニットと、光源及び導光板を有する背景部材と、液晶ディスプレイとを備えた車両用の表示装置が開示されている。コンバイナユニットのハーフミラー層は、背景部材によって照射されて背面に入射する光を前面側に透過させると共に、液晶ディスプレイによる表示画像の光を前面にて反射させる。以上により表示装置は、発光する導光板の実像と、画像の虚像とを組み合わせた表示を形成する。
加えて特許文献1のコンバイナユニットでは、エレクトロミック層は、ハーフミラー層の背面側に設けられている。エレクトロミック層は、光の透過率を変化させることができる。故に表示装置は、エレクトロクロミック層における光の透過率の制御により、発光する導光板の実像と画像の虚像との間の輝度差を、適切に調整することができる。
特開2012−106702号公報
さて、特許文献1に開示の構成では、エレクトロクロミック層は、光の透過率を変化させるのみである。故に、導光板による光の透過率を制御することで、輝度を調整することはできるものの、この光は、エレクトロクロミック層を直進透過することに変わりない。そのため導光板の実像は、当該導光板の設置位置にあるように単に視認される。このように、特許文献1の表示装置では、エレクトロクロミック層を制御しても、表示に明確な変化は生じなかった。
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、表示に明確な変化を生じさせることが可能な表示装置を提供することである。
上記目的を達成するために、第1の発明は、前面(51)及び背面(52)を形成する板状であり、背面に入射する光を透過させ、前面に入射する光を反射させる半透過部材(50)と、半透過部材の背面側から第一画像(11)の光を透過させることにより、当該第一画像の実像(12)を前面側から視認させる第一表示手段(30)と、半透過部材の前面にて第二画像(13)の光を反射させることにより、当該第二画像の虚像(14)を第一画像と共に視認させる第二表示手段(40)と、半透過部材及び第一表示手段との間に配置され、第一画像の光を直進透過させる透過状態と、第一画像の光を散乱透過させる散乱状態とを切り替え可能な光学素子(70)と、を備える表示装置とする。
この発明によれば、光学素子が第一画像の光を直進透過させる透過状態である場合、第一画像の実像と第二画像の虚像とが組み合わされた表示がなされる。こうした状態から、光学素子が光を散乱透過させる散乱状態へと切り替えられた場合、第一表示手段よって表示される第一画像の光は、光学素子によって散乱されるようになる。その結果、第一画像は、第一表示手段の実際の位置ではなく、光学素子の位置に発光表示されているかのように視認される。
以上によれば、光学素子における透過状態と散乱状態との切り替えにより、見かけ上にて、虚像としての第二画像に対する第一画像の相対位置を移動させることができる。したがって、表示に明確な変化を生じさせることができるようになる。
尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
本発明の一実施形態による表示装置の正面図であって、簡易ナビゲーションモードにおける表示を示す図である。 通常走行モードにおける表示装置の表示を示す図である。 表示装置の機械的構成を示す図であって、図1のIII−III線断面図である。 液晶シャッタの構成を模式的に示す図であって、(A)は透過状態を示す図であり、(B)は散乱状態を示す図である。 表示装置の電気的構成を示すブロック図である。 システムチェックモードにおける表示装置の表示を示す図である。
図1に示す本発明の一実施形態による表示装置100は、車両の走行速度等の情報を画像によって視認者に報知する。表示装置100は、図1に示す正面側を運転席側に向けた姿勢にて、車両の車室内に設けられたインスツルメントパネル内に収容されている。表示装置100の表示は、例えばスピードメータ画像13a及びナビゲーション画像11a等の複数の画像を組み合わせることによって構成されている。表示装置100は、図2に示す通常走行モード及び図1に示す簡易ナビゲーションモード等を含む複数の表示モードを、視認者の操作に基づいて切り替えて表示することができる。
図3に示すように、表示装置100は、ハーフミラー50、第一表示器30、第二表示器40、加飾部材60、及び液晶シャッタ70等によって構成されている。これらの要素50,30,40,60,70は、筐体65に収容され、当該筐体65によって保持されている。以下の説明では、第一表示器30からハーフミラー50へ向かう方向を正面方向FDとし、正面方向FDとは反対の方向を背面方向BDとする。
ハーフミラー50は、正面方向FDを向く前面51と背面方向BDを向く背面52とを形成する板状である。ハーフミラー50は、正面方向FDに沿った軸線に対して、板厚方向をわずかに傾斜させた姿勢にて、筐体65によって縁部を固定されている。ハーフミラー50は、例えば無色透明のアクリル樹脂等の板材の表面に、アルミニウム等を蒸着させることにより形成されている。ハーフミラー50は、第一表示器30から背面52に入射する光の少なくとも一部を正面方向FDに透過させる。加えてハーフミラー50は、第二表示器40から前面51に入射する光を正面方向FDに反射させる。
第一表示器30は、ハーフミラー50の背面方向BDに配置されている。第一表示器30は、液晶ディスプレイ31及びバックライト32等を組み合わせることにより板状に構成されている。液晶ディスプレイ31は、表示面31aに沿って二次元に配列された複数の画素を有するドットマトリクス方式の表示構成である。液晶ディスプレイ31は、各画素を制御されることにより、多様な画像(以下、「第一画像」)11を表示面31aにカラー表示できる。バックライト32は、液晶ディスプレイ31の背面方向BDに位置し、液晶ディスプレイ31に向けて照明光を照射する。表示面31aに形成される第一画像11は、バックライト32による照明光を透過することによって発光表示される。
以上の第一表示器30は、表示面31aに表示した例えばナビゲーション画像11a等の第一画像11の光を、ハーフミラー50の背面側から照射する。第一画像11の光は、ハーフミラー50を正面方向FDに透過する。以上により、第一画像11の実像12が、ハーフミラー50の前面側に位置する視認者によって視認される。
第二表示器40は、ハーフミラー50の上方に配置され、ハーフミラー50の前面51に表示面41aを対向させている。液晶ディスプレイ41からハーフミラー50の前面51までの距離は、液晶ディスプレイ31の表示面31aからハーフミラー50の前面51までの距離よりも長くされている。
第二表示器40は、液晶ディスプレイ41及びバックライト42等を組み合わせることにより板状に構成されている。液晶ディスプレイ41は、予め形状を規定された複数のセグメントによって画像(以下、「第二画像」)13を形成するセグメント方式の表示構成である。液晶ディスプレイ41は、各セグメントを制御されることにより、数値を第二画像13としてデジタル表示する。バックライト42は、液晶ディスプレイ41を挟んでハーフミラー50の反対側に位置し、液晶ディスプレイ41に向けて光を照射する。液晶ディスプレイ41に形成される第二画像13は、バックライト42による照明光を透過することによって発光表示される。
以上の第二表示器40は、表示面41aに表示した例えばスピードメータ画像13a等の第二画像13の光を、ハーフミラー50の上方側から照射する。第二画像13の光は、ハーフミラー50の前面51にて、正面方向FDに反射される。これにより、第二画像13の虚像14が、ハーフミラー50の前面側に位置する視認者により、実像12よりも背面方向BDに当該実像12と共に視認される。
加飾部材60は、樹脂材料等によって拡大円筒状に形成されている。加飾部材60は、ハーフミラー50及び第一表示器30の間に配置されている。加飾部材60は、正面方向FDに沿った軸線に対し、軸方向を僅かに傾斜させた姿勢にて、筐体65に固定されている。加飾部材60の周壁61は、正面方向FDに向かうに従って内径の拡大するテーパ状に形成されている。周壁61の内周側には、第一表示器30を正面側から視認可能にするための真円状の開口62が形成されている。
ここで、第一表示器30の表示面31aのうちで開口62を通して視認される範囲を中央領域35とする。また。表示面31aのうちで中央領域35の外周側に位置する範囲を外周領域36とする。外周領域36は、周壁61の背面方向BDに位置しており、周壁61に向けて光を照射する。
加飾部材60の周壁61には、図1に示すように、遮光部63及び透光部64が形成されている。遮光部63は、背面方向BDに位置する外周領域36(図3参照)からの光を遮る。透光部64は、周壁61の周方向に等間隔で複数形成されている。各透光部64は、加飾部材60の径方向に沿って帯状に延伸している。透光部64は、外周領域36(図3参照)から照射された光を透過させることにより、個々に発光表示される。
図3に示す液晶シャッタ70は、薄板状に形成され、ハーフミラー50及び第一表示器30の間に配置されている。液晶シャッタ70は、ハーフミラー50と重ねられており、背面52及び加飾部材60に接触している。液晶シャッタ70及びハーフミラー50は、各板面方向を表示面31aに対して傾斜させた姿勢にて、筐体65に保持されている。液晶シャッタ70は、実質無色透明な透過状態と、白濁した曇りガラス状となる散乱状態との切り替えが可能である。透過状態においては、液晶シャッタ70は、表示面31aからの光を直進透過させる。一方で、散乱状態においては、液晶シャッタ70は、表示面31aからの光を散乱透過させる。
液晶シャッタ70は、図4に示すように、二枚の透明基材71及び中間層73を有している。二枚の透明基材71のそれぞれには、透明電極72が形成されている。中間層73は、無数の液晶カプセル74を分散させたマトリックスポリマー75(図4のドット領域を参照)によって形成されており、二枚の透明電極72によって挟まれた空間に充填されている。液晶カプセル74には、液晶分子が内包されている。液晶分子は、分子の向きにより屈折率の変化する光学的異方性を示す。マトリックスポリマー75は、光学的な等方性を示す化合物により形成されている。マトリックスポリマー75の屈折率は、液晶分子の長軸方向における屈折率に揃えられている。
以上の構成による液晶シャッタ70は、当該液晶シャッタ70に印加される電圧の制御により、透過状態と散乱状態とを切り替えることができる。液晶シャッタ70は、印加電圧に応じてヘイズ値を増減させる。ヘイズ値とは、全透過光に対する拡散透過光の割合を指す値であって、ヘイズメータを用いて計測可能である。ヘイズ値が大きくなるほど、液晶シャッタ70の濁度(曇度)は高くなる。
詳記すると、図4(A)に示すように各透明電極72間に電圧が印加された場合、液晶カプセル74に内包された液晶分子の長軸方向が、電界の方向を向く。マトリックスポリマー75の屈折率が液晶分子における長軸方向の屈折率と揃えられているため、液晶シャッタ70に入射した光は、液晶カプセル74によって屈折及び反射させられることなく直進可能となる。その結果、液晶シャッタ70は、電圧オンの場合にて低いヘイズ値を示し、透過状態となる。
一方、図4(B)に示すように各透明電極72間に電圧が印加されていない場合、液晶分子は、液晶カプセル74の界面に沿って配向した状態となる。加えて、無数の液晶カプセル74は、個々に異なる方向を向くようになる。故に、液晶分子とマトリックスポリマー75との間において、屈折率の不整合が生じる。これにより、液晶シャッタ70に入射した光は、液晶カプセル74の表面及び内部にて反射及び屈折を繰り返し、直進不可能となる。その結果、液晶シャッタ70は、電圧オフの場合に高いヘイズ値を示し、透過しようとする光を拡散させる散乱状態となる。
次に、表示装置100の電気的な構成を図5に基づいて、図3を参照しつつ説明する。表示装置100は、上述の第一表示器30、第二表示器40、及び液晶シャッタ70に加えて、これらを制御する制御部80を備えている。制御部80は、プログラムによって作動するマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御部80は、車内Local Area Network(LAN)86に出力された車両の走行速度を示す情報等を取得する。制御部80は、取得した情報に基づいて、各液晶ディスプレイ31,41における画像表示を制御する。加えて制御部80は、各バックライト32,42の光源に印加する電流の制御により、各バックライト32,42の発光を制御する。さらに制御部80は、液晶シャッタ70に印加する電圧の制御により、透過状態と散乱状態とを切り替える。
ここまで説明した構成による表示装置100において、図1に示す簡易ナビゲーションモードから図2に示す通常走行モードへの表示モードの切り替えに伴う見かけ上の変化を、図3を参照しつつ、以下詳しく説明する。
図1に示す簡易ナビゲーションモードにおいて、液晶シャッタ70への電圧の印加は、オン状態とされている。これにより液晶シャッタ70は、第一表示器30からの光を直進透過させる透過状態となる。よって表示装置100の表示は、実際の表示面31aに位置に知覚されるナビゲーション画像11aの実像12と、当該実像12から背面方向BDにずれた位置に結像されるスピードメータ画像13aの虚像14とを組み合わせたものとなる。
以上の簡易ナビゲーションモードから図2に示す通常走行モードへの表示モードが切り替えにより、液晶シャッタ70への電圧の印加が停止される。これにより液晶シャッタ70は、第一表示器30からの光を散乱透過させる散乱状態へと切り替わる。加えてこの表示モードの切り替えにより、第一画像11は、ナビゲーション画像11aから背景画像11bへと変更される。背景画像11bは、例えば単一色の画像であり、スピードメータ画像13aの背景となる画像である。背景画像11bの光は、散乱状態とされた液晶シャッタ70によって散乱される。その結果、背景画像11bは、霞状のぼやけた画像となり、且つ、表示面31aの実際の位置ではなく、液晶シャッタ70の位置に発光表示されているかのように視認される。よって表示装置100の表示は、霞がかった背景画像11bの投影像の背面方向BD(奥側)に、スピードメータ画像13aを浮遊させたようなものとなる。
ここまで説明した本実施形態では、液晶シャッタ70の透過状態と散乱状態との切り替えにより、視認者からの見かけ上にて、虚像14としての第二画像13に対する第一画像11の相対位置を移動させることができる。したがって、表示モードを切り替えることにより、表示装置100による表示に明確な変化を生じさせることができる。
加えて本実施形態のように、液晶シャッタ70をハーフミラー50の背面52と接触させる配置によれば、第一表示器30の表示面31aから液晶シャッタ70までの距離が長く確保され得る。故に、液晶シャッタ70を直進透過から散乱透過へと切り替えた際の第一画像11の見かけ上の移動量も、確保可能となる。以上によれば、表示モードの切り替えに伴う表示装置100の表示の変化は、いっそう明確となる。
また本実施形態では、液晶シャッタ70の板面方向が第一表示器30の表示面31aに対して傾斜している。故に、ハーフミラー50の前面51に入射した外光が液晶シャッタ70によって反射されたとしても、この反射光は、表示面31aの向く視認者の方向からずれた方向に進む。故に、液晶シャッタ70による反射光が視認者に視認されてしまい、表示装置100の表示を見難くしてしまう事態は、回避され得る。
さらに本実施形態では、液晶シャッタ70が透過状態から散乱状態へと切り替えられると、視認者からの見かけ上において、虚像14の正面方向FDに位置していた実像12は、虚像14から離れるようにしてさらに正面方向FDに移動する。このように、実像12及び虚像14の前後関係を入れ替えることなく、これらの間の距離を拡大させる変化を生じさせることによれば、視認者からの見かけ上にて、実像12及び虚像14を組み合わせてなる表示の奥行き感がいっそう強調される。
また加えて本実施形態では、透過状態及び散乱状態が互いに切り替えられた場合でも、第二画像13の虚像14の結像位置は、実質移動しない。こうした第二画像13として、走行速度を示す数値をデジタル表示するスピードメータ画像13aが描画される構成であれば、第一画像11の位置移動によって表示に変化を生じさせる表示装置100であっても、視認者への情報の提供は、分かり易く継続される。
そして本実施形態では、直進透過と拡散透過とを切り替える構成として液晶シャッタ70が用いられている。この液晶シャッタ70は、印加電圧の制御によって透過状態と散乱状態とを切り替えることができる。故に、液晶シャッタ70を採用することで、透過状態と散乱状態との円滑な切り替えが実現される。その結果、上述した表示の変化をいっそう鮮烈に生じさせることが可能となる。
尚、本実施形態において、第一表示器30が特許請求の範囲に記載の「第一表示手段」に相当し、第二表示器40が特許請求の範囲に記載の「第二表示手段」に相当する。また、ハーフミラー50が特許請求の範囲に記載の「半透過部材」に相当し、液晶シャッタ70が特許請求の範囲に記載の「光学素子」に相当する。
(他の実施形態)
以上、本発明による一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
上記実施形態において、ハーフミラーの背面に接触するよう設けられていた液晶シャッタの位置は、ハーフミラー及び第一表示器の間において適宜変更可能である。液晶シャッタは、例えばハーフミラーから離れた位置に固定可能である。また、液晶シャッタの姿勢も、適宜変更可能である。例えば液晶シャッタは、第一表示器の表示面に沿った姿勢にて筐体に固定されていてもよい。或いは液晶シャッタの板面方向は、ハーフミラーの板面方向と平行でなくてもよく、交差していてもよい。
上記実施形態において、第二画像の虚像は、第一画像の表示される表示面よりも、背面方向BDに結像されていた。しかし、第二画像の結像位置は、適宜変更可能である。例えば、第二画像の虚像の結像位置は、第一画像の表示される表示面よりも正面方向FDに規定できる。こうした構成であれば、液晶シャッタを透過状態から散乱状態へと切り替えた場合に、第一画像の実像と第二画像の虚像との前後関係が、視認者からの見かけ上にて入れ替わる。故に、表示モードの切り替えに伴う表示の変化が、視認者にとって分かり易いものとなる。
上記実施形態では、複数設定される表示モードの例として、通常走行モード及び簡易ナビゲーションモードを説明した。しかし、これら以外の複数の表示モードが表示装置に設定されてよい。加えて、各表示モードにおいて第一画像及び第二画像に含まれる画像は、適宜変更可能である。
例えば、車両のアクセサリー電源がオン状態とされたことに基づいて、図6に示すようなシステムチェックモードの表示を、表示装置100は行うことができる。システムチェックモードでは、液晶シャッタ70が透過状態とされると共に、車両の状態を示すステータス画像11cが第一画像11として第一表示器30の表示面31aに表示される。一方、システムチェックモードでは第二表示器による第二画像の虚像表示は、行われない。以上のように、第一画像及び第二画像のうちで、第一画像のみが表示される表示モードも設定可能である。
また、虚像表示される第二画像は、数値のデジタル表示でなくてもよい。具体的には、セグメント方式の液晶ディスプレイに替えて、ドットマトリクス方式の液晶ディスプレイを設けることで、種々の画像の虚像表示が実現される。また、第一表示器及び第二表示器の備える各表示構成は、適宜変更可能であり、液晶ディスプレイに限定されず、プラズマディスプレイ及び有機ELディスプレイ等が採用可能である。
上記実施形態にて説明した通常走行モードのように、液晶シャッタを散乱状態とする表示モードにおいて、第一表示器は、車両情報に応じて背景画像の色を変化させることが可能である。具体的には、車両の瞬間燃費に応じて背景画像の発光色を変化させることによれば、周辺視野を通じて視認者に情報提供可能な瞬間燃費のアンビエント表示が実現される。このように、霞調に表示される背景画像の変化は、浮遊感のある第二画像の虚像と組わされることにより、表示装置の見栄えをいっそう斬新なものにできる。
また、図6に示す加飾部材60にて環状に並べられた複数の透光部64による発光表示が、第一画像11と組み合わされて、視認者への情報提供に用いられてよい。例えばシステムチェックモードでは、システムチェックの経過に合わせて、ステータス画像11cのバー表示部11dが下方から上方へと円弧状に伸びていく。こうしたバー表示部11dの変化に対応させて、発光状態とされる透光部64が、下方から上方へと次第に増やされる(発光状態にある透光部64はドットにて図示する)。さらに、図1に示す簡易ナビゲーションモードでは、ナビゲーション画像11aが案内する進行方向に対応させて、進行方向に位置する透光部64が発光状態とされる。
上記実施形態による表示装置では、車両のイグニッションがオフ状態とされることにより、液晶シャッタへの電圧の印加もオフ状態とされる。故に、イグニッションがオフの状態では、液晶シャッタは、ヘイズ値の高い散乱状態となる。その結果、車両の駐車時等においては、加飾部材及び第一表示器等が視認者から霞調に隠蔽されるため、表示装置の外観が、非常にシンプルなものとなる。
上記実施形態では、光学素子として液晶シャッタが採用されていたが、光学素子は、白濁した霞調をつくりだすことができれば、液晶シャッタに限定されない。例えば、曇りガラス状の光学素子が、第一表示器の正面方向FDに物理的に挿入及び退避される構成であってもよい。
上述した簡易ナビゲーションモードから通常走行モードへと切り替える処理において、第一画像の切り替えを開始するタイミングと、液晶シャッタの状態の切り替えを開始するタイミングとを、時間的に前後させることが可能である。例えば、液晶シャッタを透過状態から散乱状態へと切り替える前に、第一画像をナビゲーション画像から背景画像に切り替えておくことができる。こうした処理によれば、液晶シャッタの霞調への変化により、見かけ上にて背景画像が正面方向FDに移動する過程が、視認者に知覚され易くなる。一方で、第一画像がナビゲーション画像から背景画像に切り替えられる前に、液晶シャッタを透過状態から散乱状態へと切り替えておくことができる。こうした処理によれば、見かけ上での第一画像の位置変化が、強調され易くなる。
以上、車両に搭載される表示装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、車両用に限らず、各種民生用機器、各種輸送機器等に用いられる表示装置全般に適用可能である。
11 第一画像、12 実像、13 第二画像、14 虚像、30 第一表示器(第一表示手段)、31a 表示面、40 第二表示器(第二表示手段)、50 ハーフミラー(半透過部材)、51 前面、52 背面、70 液晶シャッタ(光学素子)、100 表示装置

Claims (6)

  1. 前面(51)及び背面(52)を形成する板状であり、前記背面に入射する光を透過させ、前記前面に入射する光を反射させる半透過部材(50)と、
    前記半透過部材の前記背面側から第一画像(11)の光を透過させることにより、当該第一画像の実像(12)を前記前面側から視認させる第一表示手段(30)と、
    前記半透過部材の前記前面にて第二画像(13)の光を反射させることにより、当該第二画像の虚像(14)を前記第一画像と共に視認させる第二表示手段(40)と、
    前記半透過部材及び前記第一表示手段との間に配置され、前記第一画像の光を直進透過させる透過状態と、前記第一画像の光を散乱透過させる散乱状態とを切り替え可能な光学素子(70)と、を備えることを特徴とする表示装置。
  2. 前記光学素子は、前記背面に接触していることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記光学素子は、板状に形成され、前記第一表示手段において前記第一画像の表示される表示面(31a)に対して板面方向を傾斜させた姿勢にて配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
  4. 前記第二画像の虚像が結像される位置は、前記第一表示手段において前記第一画像の表示される位置よりも、前記背面から遠いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表示装置。
  5. 前記第二表示手段は、前記第二画像として数値をデジタル表示することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 前記光学素子は、当該光学素子に印加される電圧の制御によって透過状態と散乱状態とを切り替え可能な液晶シャッタであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示装置。
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