JP2015222337A

JP2015222337A - 表示装置

Info

Publication number: JP2015222337A
Application number: JP2014106614A
Authority: JP
Inventors: 小幡　雅人; Masahito Obata; 雅人小幡
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-12-10

Abstract

【課題】透過型光学部材による外光反射を効果的に低減させ、視認性を向上させることを可能とする。【解決手段】表示装置１は、像を表す表示光Ｌを出射する表示器１０と、表示器１０から出射された表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌを透過させて出射する光学レンズ２０と、光学レンズ２０とフロントガラス３との間に配置される外光反射低減部３０と、を備える。外光反射低減部３０は、直線偏光板３１ａとλ／４位相差板３１ｂとを積層してなり、直線偏光板３１ａがフロントガラス３側となるように配置される円偏光板３１と、円偏光板３１のフロントガラス３側に配置され、表示光Ｌを透過し表示光Ｌの波長域以外の光を反射するバンドパスフィルター３２と、を備えてなる。【選択図】図２

Description

本発明は、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置と称される表示装置に関するものである。

従来の自動車等の車両の運転者に情報を表示する表示装置として、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置という）が知られている。ＨＵＤ装置は、液晶表示パネル等の表示手段に表示される表示像をウィンドシールドなどの透明部材に投影し、運転者に表示像の虚像を視認させるものである。

ＨＵＤ装置においては、凹面鏡などの反射型光学部材や凸レンズやプリズムなどの透過型光学部材によって表示像の拡大や表示像を示す表示光の光路変更を行う。しかし、光学部材に入射した外光が光学部材で反射されて透明部材に投影され、表示像の虚像に映り込むことで虚像の視認性を低下させるという問題がある。これに対し、光学部材よりも表示光の光路上の運転者側に円偏光板を配置する技術（例えば特許文献１参照）や、バンドパスフィルターを配置する技術（特許文献２参照）が知られている。

特開２０１３−８８５２１号公報特開２０１１−１８０５４１号公報

特に凸レンズなどの曲面を有する透過型光学部材を用いたＨＵＤ装置の場合、表示光を良好に透明部材に投影させ、かつ、透過型光学部材で反射された外光が透明部材に投影されないように光学部材自身の配置角度を設定することが難しく、上述のような外光反射を低減する部材を配置する方法を採らざるを得ない。しかしながら、円偏光板やバンドパスフィルターを単独で使用する方法では反射光の低減が十分でなく、視認性の向上にはなお改良の余地があった。

そこで本発明は、前記問題点を解消し、透過型光学部材による外光反射を効果的に低減させ、視認性を向上させることが可能な表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の表示装置は、前記課題を解決するために、像を表す表示光を透明部材に向けて出射し、前記透明部材で反射した表示光により前記像の虚像を表示する表示装置であって、
前記像を表す表示光を出射する表示手段と、
前記表示手段から出射された表示光が入射し、入射した表示光を透過させて出射する光学部材と、
前記光学部材と前記透明部材との間に配置される外光反射低減部と、を備え、
前記外光反射低減部は、直線偏光板とλ／４位相差板とを積層してなり、前記直線偏光板が前記透明部材側となるように配置される円偏光板と、前記円偏光板の前記透明部材側に配置され、前記表示光を透過し前記表示光の波長域以外の光を反射するバンドパスフィルターと、を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、透過型光学部材による外光反射を効果的に低減させ、視認性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の表示態様を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。

本実施形態に係る表示装置１は、車両２のダッシュボードに配設されるヘッドアップディスプレイ装置として構成され、所定の画像を表す表示光Ｌをフロントガラス３（ウインドシールド）に向けて出射する。フロントガラス３で反射した表示光Ｌにより、フロントガラス３の前方に画像の虚像Ｖが表示される。このようにして、ヘッドアップディスプレイ装置として構成された表示装置１は、車両２の前方の景色に重ねて、虚像Ｖを視認者であるユーザ４（主に、車両２の運転者）に視認させる。虚像Ｖとして視認される画像は、例えば、車両２に関する情報（エンジン回転数、ナビゲーション情報等）を報知する。

表示装置１は、図２に示すように、表示器（表示手段）１０と、光学レンズ（光学部材）２０と、外光反射低減部３０と、筐体４０とを備える。なお、以下では、表示装置１の構成の理解を容易にするため、虚像Ｖを視認するユーザ４から見ての上下方向を各部材の上下方向として適宜、説明する。

表示器１０は、例えば液晶表示器であり、液晶表示パネル１１と、発光ダイオード１２と、プリント配線板１３と、拡散板１４と、ケース体１５とを有する。

液晶表示パネル１１は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶セルに偏光膜を貼着したものである。発光ダイオード１２は、液晶表示パネル１１を背面側から照明するバックライトとして機能する。発光ダイオード１２は、液晶表示パネル１１の背面側に位置するプリント配線板１３に実装されている。拡散板１４は、微細な凹凸からなる拡散面を有する透光性の板材であり、発光ダイオード１２と液晶表示パネル１１との間に位置する。拡散板１４は、発光ダイオード１２が出射した光を拡散して、液晶表示パネル１１に到達させる。ケース体１５は、液晶表示パネル１１、プリント配線板１３、及び拡散板１４を保持する。

液晶表示パネル１１と発光ダイオード１２とは、図示しない制御部によって駆動される。この制御部は、車両２のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から、車両２に関する情報を取得し、取得した情報に応じて液晶表示パネル１１に画像を表示させる。具体的には、制御部は表示させたい画像に応じて、液晶表示パネル１１が有する各画素を透過／不透過状態に切り替える。そして、発光ダイオード１２に透過照明されることにより、液晶表示パネル１１は、画像を表示する。液晶表示パネル１１に表示された画像を表す光（表示光Ｌ）は、光学レンズ２０に向かう。

光学レンズ２０は、例えばシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂などの光学用透明樹脂を成形した透過型光学部材であり、そのレンズ面は先端が丸められた凸Ｒ形状の曲面となっている凸レンズである。光学レンズ２０は、図示しない保持部材によって筺体４０に対して所定の配置位置及び配置角度に固定される。また、光学レンズ２０は、その表面に例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの複数の誘電体膜を積層した反射防止（ＡＲ）処理が施されている。光学レンズ２０は、入射した表示光Ｌを透過させて出射し、虚像Ｖを拡大表示する機能を有する。光学レンズ２０を透過した表示光Ｌは外光反射低減部３０に向かう。

外光反射低減部３０は、円偏光板３１と、バンドパスフィルター３２と、保持部材３３と、を有する。外光反射低減部３０は、表示光Ｌの光路上であって光学レンズ２０とフロントガラス３との間に位置するように配置される。表示光Ｌは、円偏光板３１とバンドパスフィルター３２を透過して筺体４０の出射口４０ａに向かう。

円偏光板３１は、直線偏光板３１ａとλ／４位相差板３１ｂとを直線偏光板３１ａの透過軸とλ／４位相差板３１ｂの光軸とが略４５度の角度となる位置関係で貼り合わせた（積層した）シート状の部材であって、直線偏光板３１ａがフロントガラス３側（上側）、すなわちユーザ４側となるように保持部材３３に配設される。このとき、円偏光板３１の法線が、表示光Ｌの光軸に対して所定の傾きを有するように（すなわち、円偏光板３１の平面が表示光Ｌの光軸に対して垂直とならないように）円偏光板３１の配置角度が設定される。これは、外光Ｓが円偏光板３１の表面で反射し、フロントガラス３に投影されて虚像Ｖに映り込むことを防止するためである。

バンドパスフィルター３２は、例えば基板となるガラス表面に複数の誘電体膜を積層してなるものであって、特定の波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を反射する特性を有する光学フィルターである。例えば、バンドパスフィルター３２が透過する光の波長域を発光ダイオード１２の発光波長、すなわち表示光Ｌの波長域と一致させる。これにより、バンドパスフィルター３２は、表示光Ｌを高い透過率で透過する一方で、幅広い波長を有する外光Ｓに対してはその大部分を反射し、光学レンズ２０に入射する外光Ｓを低減させる。バンドパスフィルター３２は、円偏光板３１のフロントガラス３側に配置される。バンドパスフィルター３２が円偏光板３１の表示器１０側（下側）に位置すると、バンドパスフィルター３２で反射した外光Ｓが外光反射低減部３０内の迷光となり、また、バンドパスフィルター３２の材料によっては偏光が乱されて円偏光板３１での反射光の低減を阻害するためである。また、このとき、バンドパスフィルター３２の法線が、表示光Ｌの光軸に対して所定の傾きを有するように（すなわち、バンドパスフィルター３２の平面が表示光Ｌの光軸に対して垂直とならないように）バンドパスフィルター３２の配置角度が設定される。円偏光板３１の場合と同様に、外光Ｓがバンドパスフィルター３２の表面で反射し、フロントガラス３に投影されて虚像Ｖに映り込むことを防止するためである。

保持部材３３は、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）等の樹脂からなり、筺体４０に固定される。保持部材３３は、上から見て窓枠状となっており、円偏光板３１及びバンドパスフィルター３２の外縁をそれぞれ囲むようにして、円偏光板３１及びバンドパスフィルター３２を保持する。これにより、円偏光板３１及びバンドパスフィルター３２は筺体４０に対して所定の配置位置及び配置角度に固定される。なお、保持部材３３は、光学レンズ２０の保持を兼ねてもよい。

筐体４０は、表示器１０、光学レンズ２０、及び外光反射低減部３０の各々を、上述した機能を充足する位置に固定し、収納する。筐体４０の上部には、光学レンズ２０、バンドパスフィルター３２及び円偏光板３１を透過した表示光Ｌを通過させる開口部からなる出射口４０ａが設けられている。また、筐体４０には、出射口４０ａを覆う透光性カバー４１が設けられている。透光性カバー４１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、円偏光板３１及びバンドパスフィルター３２を透過して上側に向かう表示光Ｌを透過させる。つまり、表示器１０から出射された表示光Ｌは、透光性カバー４１を透過して、出射口４０ａから表示装置１の外部に出射され、フロントガラス３へ向かう。なお、透光性カバー４１は、到達した外光Ｓを極力、ユーザ４の方向へ反射させないように湾曲形状に形成されている。

ここで、表示装置１が虚像Ｖを表示する機構を簡潔に述べる。
表示器１０から出射された表示光Ｌは、光学レンズ２０を透過し、外光反射低減部３０に向かう。外光反射低減部３０の円偏光板３１とバンドパスフィルター３２とを順に透過した表示光Ｌは、出射口４０ａから出射され、フロントガラス３へ向かう。フロントガラス３でユーザ４に向かって反射した表示光Ｌにより、フロントガラス３の前方に虚像Ｖが表示される。また、光学レンズ２０の機能により、虚像Ｖは所定の拡大率で画像が拡大して表示される。このようにして、表示装置１は、ユーザ４に画像が拡大した虚像Ｖを視認させる。

次に、外光反射低減部３０による外光反射の低減について、虚像Ｖに最も映り込みやすい表示光Ｌの光軸に沿った方向から筐体４０内に入射する外光Ｓを例に説明する。なお、ここでいう外光反射の低減とは、光学レンズ２０での反射によって虚像Ｖに映り込む外光Ｓを低減することを意味している。
外光Ｓは、出射口４０ａから筐体４０内に入射すると、まずバンドパスフィルター３２に向かい、バンドパスフィルター３２で透過する波長域以外の波長域が反射されてバンドパスフィルター３２を透過する透過光強度が低減される。さらに、バンドパスフィルター３２を透過した外光Ｓは、円偏光板３１に向かい、円偏光板３１の直線偏光板３１ａを透過する際に直線偏光に変換され、λ／４位相差板３１ｂを透過する際に直線偏光が円偏光に変換される。円偏光に変換された外光Ｓは、光学レンズ２０に向かい、光学レンズ２０のレンズ面で反射されて再度円偏光板３１に向かう。このとき、光学レンズ２０で反射された外光Ｓ（反射光）は光が進む側から見た向きが光学レンズ２０への入射時と逆回りの円偏光となる。この逆回りの円偏光が円偏光板３１のλ／４位相差板３１ｂで直線偏光に変換されると円偏光板３１への最初の入射時と直交した直線偏光となり、直線偏光板３１ａでその大部分が吸収されて円偏光板３１を透過する外光Ｓの透過光強度が低減される。これに加え、光学レンズ２０のレンズ面に予め反射防止処理を施すことで、光学レンズ２０を反射する外光Ｓの反射光強度が低減される。これにより、光学レンズ２０での反射によって虚像Ｖに映り込む外光Ｓを大幅に低減することができる。

本実施形態における表示装置１は、像を表す表示光Ｌをフロントガラス３に向けて出射し、フロントガラス３で反射した表示光Ｌにより前記像の虚像Ｖを表示する表示装置１であって、
前記像を表す表示光Ｌを出射する表示器１０と、
前記表示器１０から出射された表示光Ｌが入射し、入射した表示光Ｌを透過させて出射する光学レンズ２０と、
光学レンズ２０とフロントガラス３との間に配置される外光反射低減部３０と、を備え、
外光反射低減部３０は、直線偏光板３１ａとλ／４位相差板３１ｂとを積層してなり、直線偏光板３１ａがフロントガラス３側となるように配置される円偏光板３１と、円偏光板３１のフロントガラス３側に配置され、表示光Ｌを透過し表示光Ｌの波長域以外の光を反射するバンドパスフィルター３２と、を備えてなる。

これによれば、円偏光板３１とバンドパスフィルター３２とを併用することで、光学レンズ２０で反射されることで虚像Ｖに映り込む外光Ｓを大幅に低減することができる。また、バンドパスフィルター３２を円偏光板３１のフロントガラス３側に配置することにより、外光反射低減部３０内に迷光を生じさせることがなく、また、円偏光板３１での外光反射の低減を阻害することがない。

また、本実施形態における表示装置１は、光学レンズ２０が、その表面に反射防止処理が施されてなる。
これによれば、光学レンズ２０で反射されることで虚像Ｖに映り込む外光Ｓを更に低減することができる。

また、本実施形態における表示装置１は、円偏光板３１とバンドパスフィルター３２とが、それぞれの法線が表示光Ｌの光軸に対して所定の傾きを有するように配置されてなる。
これによれば、円偏光板３１あるいはバンドパスフィルター３２で外光Ｓが反射され、フロントガラス３に投影されて虚像Ｖに映り込むことを防止することができ、外光Ｓの反射低減効果を損なうことがない。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更（構成要素の削除を含む）が可能であることはもちろんである。表示光Ｌを投射する透明部材はフロントガラス３に限られず、表示装置１に専用の透明部材（いわゆるコンバイナ）であってもよい。また、本実施形態の表示装置１は車両用であったが、本発明を車両用以外の表示装置に適用しても良い。また、光学レンズ２０は虚像Ｖを拡大表示する機能を有する凸レンズであったが、本発明の光学部材は表示光Ｌを透過するものであればよく、凹レンズ、プリズムあるいはマイクロ単位の微細レンズが配列されたマイクロレンズアレイであってもよい。また、光学部材は単数であっても複数であってもよい。光学部材の機能も虚像Ｖの拡大に限定されない。また、円偏光板３１及びバンドパスフィルター３２は、保持部材３３を介さずに筺体４０の透光性カバー４１に直接張り付けてあるいは組み込まれて固定されるものであってもよい。

本発明は、表示装置に利用可能である。

１表示装置
２車両
３フロントガラス（透明部材）
４ユーザ
１０表示器（表示手段）
２０光学レンズ（光学部材）
３０外光反射低減部
３１円偏光板
３１ａ直線偏光板
３１ｂ λ／４位相差板
３２バンドパスフィルター
３３保持部材
４０筐体
４０ａ出射口
４１透光性カバー
Ｌ表示光
Ｓ外光
Ｖ虚像

Claims

像を表す表示光を透明部材に向けて出射し、前記透明部材で反射した表示光により前記像の虚像を表示する表示装置であって、
前記像を表す表示光を出射する表示手段と、
前記表示手段から出射された表示光が入射し、入射した表示光を透過させて出射する光学部材と、
前記光学部材と前記透明部材との間に配置される外光反射低減部と、を備え、
前記外光反射低減部は、直線偏光板とλ／４位相差板とを積層してなり、前記直線偏光板が前記透明部材側となるように配置される円偏光板と、前記円偏光板の前記透明部材側に配置され、前記表示光を透過し前記表示光の波長域以外の光を反射するバンドパスフィルターと、を備えてなることを特徴とする表示装置。
前記光学部材は、その表面に反射防止処理が施されてなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記円偏光板と前記バンドパスフィルターとは、それぞれの法線が前記表示光の光軸に対して所定の傾きを有するように配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。