JP2019133048A - 車両用の液晶表示ユニット及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用の液晶パネルの温度上昇を抑制すると共に虚像を鮮明にする。【解決手段】液晶表示ユニット１０は、ＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１からの照明光を透過させて表示光３を出射する液晶パネル１５と、液晶パネル１５に対して傾斜した状態に配置され、液晶パネル１５が出射した表示光３を透過させるガラス１８とを備える。このガラス１８の一方の面に赤外線反射膜１８ａが蒸着され、もう一方の面に偏光反射膜１８ｂが蒸着されている。【選択図】図５

Description

この発明は、車両に搭載される液晶表示ユニット及びヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

特許文献１に記載されたヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」と称する。）装置は、光源及び液晶パネルで構成された液晶表示器と、液晶表示器が発した表示光を反射して拡大させる凹面鏡との間に、表示光を透過させ赤外線を反射させる赤外線反射部材と、赤外線反射部材の後面に貼り付けられた偏光反射部材とが設置されている。

特開２００７−６５０１１号公報

車内の温度が上昇すると、液晶パネルの温度も上昇する。また、ＨＵＤ装置内部に太陽光が侵入すると、この太陽光が凹面鏡で反射して液晶パネルに集光し、液晶パネルの温度が上昇する。液晶パネルの温度が耐熱温度よりも上昇すると、液晶パネルが損傷してしまう。特許文献１に記載されたＨＵＤ装置は、太陽光の過熱による液晶パネルの損傷を防ぐために、液晶表示器と凹面鏡との間に、赤外線反射部材と偏光反射部材とを設置していた。しかしながら、赤外線反射部材及び偏光反射部材の２部材を設置したことにより、この２部材における表示光の透過率が低下し、虚像が不鮮明になってしまう。一方、虚像を鮮明にするために光源の電流値を高めて表示光を明るくすると、光源の発熱量が増加して液晶パネルの温度が上昇してしまう。

このように、車両用の液晶パネルは、温度上昇の抑制を優先すると虚像が不鮮明になり、虚像の鮮明さを優先すると温度上昇が助長されるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、車両用の液晶パネルの温度上昇を抑制すると共に虚像を鮮明にすることを目的とする。

この発明に係る車両用の液晶表示ユニットは、光源と、光源からの照明光を透過させて表示光を出射する液晶パネルと、液晶パネルに対して傾斜した状態に配置され、液晶パネルが出射した表示光を透過させるガラスとを備え、ガラスは、一方の面に赤外線反射膜が蒸着され、もう一方の面に偏光反射膜が蒸着されているものである。

この発明によれば、１枚のガラスに赤外線反射膜及び偏光反射膜を蒸着するようにしたので、太陽光による液晶パネルの温度上昇を抑制することができる。また、１枚のガラスに赤外線反射膜及び偏光反射膜を蒸着するようにしたので、従来のように赤外線反射部材及び偏光反射部材の２部材を貼り合わせる場合に比べて、表示光の透過率が上昇する。そのため、表示光を出射するための光源の電流値を下げることが可能となり、虚像の鮮明さを維持しつつ液晶パネルの温度上昇を抑制することができる。

実施の形態１に係るＨＵＤ装置の車両搭載例を示す概要図である。 実施の形態１に係るＨＵＤ装置の外観を示す上斜面図である。 実施の形態１に係るＨＵＤ装置の外観を示す下斜視図である。 実施の形態１に係るＨＵＤ装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態１に係る液晶表示ユニットの構成例を示す断面図である。 図６Ａは、実施の形態１の赤外線反射膜及び偏光反射膜が蒸着されたガラスの断面図であり、図６Ｂは、従来の赤外線反射部材及び偏光反射部材の断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＨＵＤ装置１の車両搭載例を示す概要図である。ＨＵＤ装置１は、車両のダッシュボード内に埋設される。ＨＵＤ装置１は、フロントガラス２へ表示光３を出射することにより、運転者４の視界内であってフロントガラス２よりも遠方に虚像５を視認させる。運転者４は、運転しながら、風景に重畳した虚像５を視認することができるため、虚像５として表示される画像又は文字等の情報を、視線及び焦点移動が無い、又は視線及び焦点移動が少ない状態で視認することができる。なお、図１における運転者４の位置は、運転者４の眼の位置を示す。

次に、ＨＵＤ装置１の詳細を説明する。
図２は、実施の形態１に係るＨＵＤ装置１の外観を示す上斜面図である。図３は、実施の形態１に係るＨＵＤ装置１の外観を示す下斜視図である。図４は、施の形態１に係るＨＵＤ装置１の構成例を示す断面図である。図５は、実施の形態１に係る液晶表示ユニット１０の構成例を示す断面図である。

ＨＵＤ装置１は、主に、液晶表示ユニット１０、凹面鏡２０、ＨＵＤ制御基板２１、放熱部材２２、ハウジング２３、及び防塵シート２４を含む。液晶表示ユニット１０は、主に、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１１、リフレクタ１２、レンズ１３、拡散板１４、液晶パネル１５、鏡筒１６、ＬＥＤ実装基板１７、ガラス１８、及び支持部材１９を含む。

液晶表示ユニット１０、凹面鏡２０、及びＨＵＤ制御基板２１は、ハウジング２３に収容される。ハウジング２３には、放熱部材２２を外部に露出するための開口部が形成される。この開口部は、放熱部材２２によって被覆される。また、ハウジング２３には、表示光３を出射するための開口部が形成される。この開口部は、光透過型の防塵シート２４によって被覆される。

図５に示されるように、鏡筒１６の一端側にＬＥＤ実装基板１７が設置され、鏡筒１６の他端側に液晶パネル１５が設置される。ＬＥＤ実装基板１７にはＬＥＤ１１が実装される。また、ＬＥＤ実装基板１７のＬＥＤ実装面とは反対の面には、放熱部材２２が設置される。放熱部材２２は、放熱フィン等であり、ＬＥＤ１１の熱をハウジング２３の外へ放出する。なお、図示例ではＨＵＤ装置１の光源としてＬＥＤ１１が用いられるが、光源はＬＥＤ１１に限定されない。

鏡筒１６の内部には、ＬＥＤ１１側から液晶パネル１５側の方向に、リフレクタ１２、レンズ１３、及び拡散板１４が並べて設置される。リフレクタ１２は、ＬＥＤ１１が発した光をレンズ１３に向かって集める。レンズ１３は、ＬＥＤ１１が発した光束の径を拡大する。拡散板１４は、レンズ１３から出射される光を拡散させ、均一な照明光にする。この照明光は、透過型の液晶パネル１５のバックライトである。液晶パネル１５は、内部に封止された液晶分子を制御することにより、透過する照明光の形状を画像又は文字等の情報を表す形状に変化させ、表示光３として出射する。

支持部材１９は、液晶パネル１５の出射側に１枚のガラス１８を、この液晶パネル１５に対して傾斜した状態に支持する。そのため、ガラス１８は、表示光３の光軸に対して傾斜している。ガラス１８の一方の面には、赤外線反射膜１８ａが蒸着され、もう一方の面には、偏光反射膜１８ｂが蒸着されている。なお、図５の例では、ガラス１８の液晶パネル１５を向く面に偏光反射膜１８ｂが蒸着され、反対面に赤外線反射膜１８ａが蒸着されているが、この構成に限定されるものではなく、ガラス１８の液晶パネル１５を向く面に赤外線反射膜１８ａが蒸着され、反対面に偏光反射膜１８ｂが蒸着されてもよい。液晶パネル１５から出射された表示光３は、赤外線反射膜１８ａ及び偏光反射膜１８ｂを透過し、凹面鏡２０へ出射する。

光学部材である凹面鏡２０は、ガラス１８を透過した表示光３を拡大し、防塵シート２４を経由してフロントガラス２へ投射する。なお、凹面鏡２０は、図示しない駆動機構による角度の変更が可能であってもよい。図示しない駆動機構が凹面鏡２０の角度を変更することにより、表示光３の投射方向を調整し、フロントガラス２における運転者４の眼に相当する位置に表示光３を反射させて運転者４が虚像５を視認できるようにする。

ＨＵＤ制御基板２１は、液晶パネル１５及びＬＥＤ実装基板１７のＬＥＤ１１に電気的に接続される。ＨＵＤ制御基板２１は、液晶パネル１５に電圧をかけ、虚像５となる画像又は文字等の情報を制御する。また、ＨＵＤ制御基板２１は、ＬＥＤ１１に電流を流し、表示光３の明るさを制御する。

次に、ガラス１８の特性を説明する。
図１及び図４において、表示光３の方向を一点鎖線で示す。また、太陽光６の方向を二点鎖線で示す。ＨＵＤ装置１は、ダッシュボード埋設位置であるフロントガラス２の下からフロントガラス２に向かって表示光３を投射する配置となっている。そのため、太陽光６がこの表示光３とは逆方向からフロントガラス２を透過してＨＵＤ装置１の内部に侵入すると、太陽光６が凹面鏡２０で反射して液晶パネル１５に集光し、液晶パネル１５の温度が上昇する。

赤外線反射膜１８ａは、可視光を透過させ、赤外線を反射させる特性を有する。そのため、ＨＵＤ装置１の内部に太陽光６が侵入した場合、太陽光６のうちの表示光３に含まれない赤外線は、液晶パネル１５に入射しない方向へ反射される。図４の例では、太陽光６の赤外線は、ガラス１８からＨＵＤ制御基板２１の方向へ反射される。これにより、太陽光６の赤外線が液晶パネル１５に入射することを避け、液晶パネル１５の温度上昇を抑制する。

偏光反射膜１８ｂは、液晶パネル１５からの表示光３に含まれる偏光成分の光を透過させ、表示光３に含まれない偏光成分の光を反射させる特性を有する。そのため、ＨＵＤ装置１の内部に太陽光６が侵入した場合、太陽光６のうちの表示光３に含まれない偏光成分の光は、液晶パネル１５に入射しない方向へ反射される。図４の例では、太陽光６のうちの表示光３に含まれない偏光成分の光は、ガラス１８からＨＵＤ制御基板２１の方向へ反射される。これにより、太陽光６のうちの表示光３に含まれない偏光成分の光が液晶パネル１５に入射することを避け、液晶パネル１５の温度上昇を抑制する。

次に、実施の形態１と、先立って説明した特許文献１に係る発明との差異を説明する。
図６Ａは、実施の形態１の赤外線反射膜１８ａ及び偏光反射膜１８ｂが蒸着されたガラス１８の断面図である。図６Ｂは、特許文献１で使用される赤外線反射部材３０及び偏光反射部材３１の断面図である。実施の形態１は、赤外線反射膜１８ａと偏光反射膜１８ｂとが蒸着された１枚のガラス１８を使用するのに対し、特許文献１に係る発明は、赤外線反射部材３０と偏光反射部材３１の２部材を貼り合わせて使用する。

特許文献１に係る従来の発明の場合、図６Ｂに一点鎖線で示されるように、液晶パネル１５からの表示光３の一部は、偏光反射部材３１の一方の面及び赤外線反射部材３０の一方の面に加え、赤外線反射部材３０と偏光反射部材３１との貼り合わせ面でも反射する。これに対して、実施の形態１の場合、図６Ａに一点鎖線で示されるように、液晶パネル１５からの表示光３の一部は、ガラス１８の一方の面及びもう一方の面で反射する。よって、図６Ｂの構成に比べ、図６Ａの構成のほうが表示光３の透過率が上昇する。また、図６Ｂの構成は２部材であるのに対し、図６Ａの構成は１部材であるため、図６Ａの構成のほうが表示光方向の厚みを容易に薄くできる。表示光方向の厚みが薄いことによっても、表示光３の透過率が上昇する。以上より、図６Ａの構成において表示光３を出射するＬＥＤ１１の電流値を下げても、ガラス１８を透過した後の表示光３の明るさを、赤外線反射部材３０及び偏光反射部材３１を透過した後の表示光３の明るさと同じにすることができる。よって、図６Ａの構成は、図６Ｂの構成と同等に虚像５の鮮明さを維持しつつ、図６Ｂの構成に比べて液晶パネル１５の温度上昇を抑制することができる。

また、図６Ａの構成は、ガラス１８の１部材であるため、２部材必要な図６Ｂの構成に比べて材料コストを下げることができ、また貼り合わせ作業のコストを不要とすることができる。さらに、図６Ａの構成は、図６Ｂの構成において貼り合わせ作業時の異物混入対策で発生するコストを不要とすることができる。よって、図６Ａの構成は、図６Ｂの構成に比べてコストを削減することができる。

また、図６Ｂの構成の場合、赤外線反射部材３０と偏光反射部材３１とを貼り合わせる際に、表示光３の偏光方向に対して偏光反射部材３１の偏光反射特性にずれが発生すると、偏光反射部材３１の偏光反射特性が変化し、表示光３の透過率及び太陽光６の偏光反射量が低下する。一方、図６Ａの構成の場合、ガラス１８に偏光反射膜１８ｂを蒸着するため、ずれが発生しにくく、表示光３の透過率及び太陽光６の偏光反射量低下を防ぐことができる。表示光３の透過率低下及び太陽光６の偏光反射量低下の防止により、図６Ａの構成は、図６Ｂの構成に比べて液晶パネル１５の温度上昇を抑制することができる。

以上より、実施の形態１に係るＨＵＤ装置１の液晶表示ユニット１０は、ＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１からの照明光を透過させて表示光３を出射する液晶パネル１５と、液晶パネル１５に対して傾斜した状態に配置され、液晶パネル１５が出射した表示光３を透過させるガラス１８とを備える。このガラス１８の一方の面に赤外線反射膜１８ａが蒸着され、もう一方の面に偏光反射膜１８ｂが蒸着されているので、実施の形態１の液晶表示ユニット１０は、従来のように赤外線反射部材３０及び偏光反射部材３１の２部材を貼り合わせる場合に比べて、表示光３の透過率が上昇する。そのため、液晶表示ユニット１０は、表示光３を出射するためのＬＥＤ１１の電流値を下げることによって、虚像５の鮮明さを維持しつつ太陽光６による液晶パネル１５の温度上昇を抑制することができる。

なお、実施の形態１では、ダッシュボードに埋設されフロントガラス２に表示光３を投射する構造のＨＵＤ装置１を例示したが、ＨＵＤ装置１の構造はこれに限定されるものではない。例えば、ＨＵＤ装置１は、ダッシュボードの上に設置される構造であってもよい。また、例えば、ＨＵＤ装置１は、フロントガラス２に代えてコンバイナに表示光３を投射する構造であってもよい。例えば、ＨＵＤ装置１がコンバイナに表示光３を投射する構造であり、かつダッシュボードの上に設置される構造である場合、太陽光６が液晶パネル１５を直接照射する配置では、液晶パネル１５に太陽光６が直接照射することにより、液晶パネル１５の温度を上昇させる。太陽光６による液晶パネル１５の温度上昇を抑制するために、液晶パネル１５とコンバイナとの間にガラス１８を設置する。
また、例えば、ＨＵＤ装置１は、車内のダッシュボード以外の場所に設置されてもよく、運転者以外の搭乗者がＨＵＤ装置１を使用してもよい。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ ＨＵＤ装置、２ フロントガラス、３ 表示光、４ 運転者、５ 虚像、６ 太陽光、１０ 液晶表示ユニット、１１ ＬＥＤ（光源）、１２ リフレクタ、１３ レンズ、１４ 拡散板、１５ 液晶パネル、１６ 鏡筒、１７ ＬＥＤ実装基板、１８ ガラス、１８ａ 赤外線反射膜、１８ｂ 偏光反射膜、１９ 支持部材、２０ 凹面鏡（光学部材）、２１ ＨＵＤ制御基板、２２ 放熱部材、２３ ハウジング、２４ 防塵シート、３０ 赤外線反射部材、３１ 偏光反射部材。

Claims (2)

1. 光源と、
   前記光源からの照明光を透過させて表示光を出射する液晶パネルと、
   前記液晶パネルに対して傾斜した状態に配置され、前記液晶パネルが出射した前記表示光を透過させるガラスとを備え、
   前記ガラスは、一方の面に赤外線反射膜が蒸着され、もう一方の面に偏光反射膜が蒸着されていることを特徴とする車両用の液晶表示ユニット。
2. 光源と、
   前記光源からの照明光を透過させて表示光を出射する液晶パネルと、
   前記液晶パネルに対して傾斜した状態に配置され、前記液晶パネルが出射した前記表示光を透過させるガラスと、
   前記ガラスを透過した前記表示光を拡大させる光学部材とを備え、
   前記ガラスは、一方の面に赤外線反射膜が蒸着され、もう一方の面に偏光反射膜が蒸着されていることを特徴とする車両用のヘッドアップディスプレイ装置。

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