JP2019163005A

JP2019163005A - ヘッドアップディスプレイ装置の表示装置

Info

Publication number: JP2019163005A
Application number: JP2018053277A
Authority: JP
Inventors: 欣也田村; Kinya Tamura
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26

Abstract

【課題】主に、光源からの熱に対して液晶パネル（や遮熱板など）を有効に保護し得るようにする。【解決手段】光源３１からの光を集光して出射するリフレクタ３３と、リフレクタ３３から出射された光によって透過照明される液晶パネル３４とを備えたヘッドアップディスプレイ装置２の表示装置４に関する。リフレクタ３３と液晶パネル３４とを離して配置する。リフレクタ３３と液晶パネル３４との間に、リフレクタ３３および液晶パネル３４の両方から離した状態で透光性の遮熱板３５が配置される。【選択図】図５

Description

この発明は、ヘッドアップディスプレイ装置の表示装置に関するものである。

近年、自動車などの車両に対してヘッドアップディスプレイ装置を搭載することが促進されている。

ヘッドアップディスプレイ装置には、様々なものが有るが、表示装置からの運転情報（表示画像）を車室の前方へ向けて投影するようにしたものが存在している。

このような構成を有するヘッドアップディスプレイ装置では、表示装置からの運転情報を、車室の前方へ向けて投影することで、車室の前方に運転情報の虚像を生じさせて、正面を向いて運転している乗員に大きな視線移動を起こさせることなく運転情報を視認させることができる。

ヘッドアップディスプレイ装置の表示装置には、光源からの光を集光して出射するリフレクタと、リフレクタから出射された光によって透過照明される液晶パネルとを備えたものが存在している。また、表示装置には、リフレクタに代えてレンズを備えたものなども存在している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−８７４１１号公報

ヘッドアップディスプレイ装置の表示装置に液晶パネルを用いた場合、液晶パネルを透過照明する光源には高輝度光源が使われるため、高輝度光源からの熱に対して液晶パネルを保護する必要がある。

そこで、本発明は、主に、上記した問題点を解決することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、
光源からの光を集光して出射するリフレクタと、該リフレクタから出射された光によって透過照明される液晶パネルとを備えたヘッドアップディスプレイ装置の表示装置において、
前記リフレクタと前記液晶パネルとを離して配置すると共に、
前記リフレクタと前記液晶パネルとの間に、前記リフレクタおよび前記液晶パネルの両方から離した状態で透光性の遮熱板が配置されることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって、光源からの熱に対して液晶パネルなどを有効に保護することなどができる。

ヘッドアップディスプレイ装置の構成図である。図１の表示装置の全体斜視図である。液晶パネルを外した図２と同様の表示装置の斜視図である。表示装置を縦に破断した斜視図である。図４を側方から見た縦断面図である。リフレクタおよび遮熱板の斜視図である。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図６は、この実施の形態を説明するためのものである。

＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。

図１に示すように、自動車などの車両１に対して、ヘッドアップディスプレイ装置２を搭載する。

ヘッドアップディスプレイ装置２には、様々なものが有るが、この実施例では、運転情報３を表示可能な表示装置４と、表示装置４からの運転情報３（表示画像）を車室１ａの前方へ向けて反射可能なミラー６（反射部材）とを備えたものとする。

ここで、方向については、ヘッドアップディスプレイ装置２を車両１に搭載した状態を基準として説明する。車両前後方向がヘッドアップディスプレイ装置２のほぼ前後方向Ｘまたは奥行方向となり、車幅方向がヘッドアップディスプレイ装置２のほぼ幅方向Ｙとなり、車両１の上下方向がヘッドアップディスプレイ装置２のほぼ上下方向Ｚとなる。但し、ヘッドアップディスプレイ装置２は、傾けた状態で車両１に搭載する場合もあるので、これらの方向は、それぞれある程度ズレる場合がある。

ヘッドアップディスプレイ装置２は、正面を向いて運転している乗員７に大きな視線移動を起こさせることなく運転情報３を視認させるものである。このヘッドアップディスプレイ装置２は、ケーシング１１の内部に表示装置４とミラー６とを収容した状態で、ケーシング１１ごと車室１ａの前部に設けられたインストルメントパネル１２の内部に設置する。そして、ケーシング１１の上面やインストルメントパネル１２の上面には、運転情報３を通す開口部１３，１４が設けられる。開口部１３，１４の少なくとも一方には透明または半透明の防塵カバー１５などを固定状態または開閉可能状態で設置する。防塵カバー１５は、平坦なものとしても良いが、フロントウィンドウ１６への防塵カバー１５の映り込みを防止するなどのために、側方から見て下に凹んだ凹形状などにしても良い。

開口部１３，１４を通った運転情報３は、フロントウィンドウ１６に反射されたり、開口部１３，１４の前側に設置したコンバイナーなどと呼ばれる専用の反射板に反射されたりすることで、乗員７に虚像１８として視認される。運転情報３を反射させるために、フロントウィンドウ１６には、少なくとも運転情報３が投影される所要範囲に、例えば、反射膜を設けたり、細かい反射面などを設けたりする。

運転情報３は、運転の支援となる情報全般のことである。運転情報３には、例えば、速度情報や、道路情報（例えば、車線表示や、先行車表示や、対向車表示や、歩行者表示や、障害物表示など）、進路情報（例えば、交差点情報や右左折表示など）や、目的地情報（例えば、到着時刻や目的地までの走行距離など）や、渋滞情報や、サービス情報（例えば、駐車場情報や、ガソリンスタンド情報や、周辺施設案内）や、その他の表示などがある。

表示装置４には、液晶パネルや、有機ＥＬパネルなどの表示器を用いることができる。表示装置４に液晶パネルを用いた場合、液晶パネルの背面側にはバックライトとなる照明装置４ａを設ける。また、表示装置４には、レーザー光をマイクロミラーで反射させるＤＬＰユニットを用いたプロジェクターなどの表示器を用いることもできる。表示装置４の表示画像（運転情報３）は、制御部４ｂによって制御される。

車室１ａは、車両１における乗員７が搭乗する空間である。ミラー６は、反射鏡などの光学部品（反射部材）のことである。ミラー６には、表示装置４からの運転情報３（表示画像）を等倍で反射する平面鏡や、拡大して反射する曲面鏡（凹面鏡）などが、単数または複数枚適宜組み合わせて用いられる（この実施例では、ミラー６は前後に二枚設けられている）。ミラー６は、例えば、図１の右側のもののようにケーシング１１の内部に直接固定（固定ミラー）できる。また、ミラー６は、例えば、図１の左側のもののようにミラー支持構造２０によって可動するように設置できる（可動ミラー）。

上記のようなヘッドアップディスプレイ装置２に対して、この実施例では、以下のような表示装置４を備えている。

（１）図２〜図５（主に、図５参照）に示すように、表示装置４は、光源３１からの光を集光して出射するリフレクタ３３と、リフレクタ３３から出射された光によって透過照明される液晶パネル３４とを有している。
そして、リフレクタ３３と液晶パネル３４とを離して配置する。
更に、リフレクタ３３と液晶パネル３４との間に、リフレクタ３３および液晶パネル３４の両方から離した状態で透光性の遮熱板３５が配置される（図６）。

ここで、表示装置４は、表示器としての液晶パネル３４に、照明装置４ａとしての光源３１（を有するリフレクタ３３）を組み合わせたものとなっている。液晶パネル３４とリフレクタ３３とは、最終的に一体部品とされて、ヘッドアップディスプレイ装置２のケーシング１１に設置される。ケーシング１１に対する表示装置４の設置の向きは、ヘッドアップディスプレイ装置２の構成によって様々であるが、以下、ほぼ上下方向へ向けたものとして説明する。

光源３１には、ＬＥＤ（単色、ＲＧＢフルカラー）などが適宜用いられる。特に、光源３１には、一般的なＬＥＤよりも格段に輝度が高い高輝度光源３１ａ（高輝度ＬＥＤ）が使われる。光源３１は基板３６（光源用基板）の表面に、単数、または、縦横に並べた状態で複数取付けられる。

光は、透光性の遮熱板３５を通して液晶パネル３４へ到達される。リフレクタ３３は、平坦な基板３６の表面（光源３１側の面）に設置される。リフレクタ３３は、基板３６と垂直な光軸を中心として各光源３１を取り囲む複数の反射部３３ａと、複数の反射部３３ａの出射部（上端部）どうしの間を連結する表面板部３３ｃと、表面板部３３ｃの周縁部に沿って複数の反射部３３ａを取り囲むように設けられた周壁部３３ｄとが一体に形成されている。リフレクタ３３の表面（少なくとも反射部３３ａの内面や表面板部３３ｃの表面）には鏡面加工などの反射処理が適宜施される。

各反射部３３ａは、表面板部３３ｃの位置から光源３１（の発光面）の側へ向けて延びる漸縮形状の筒状体（反射筒）とされる。表面板部３３ｃは基板３６とほぼ平行な面（反射面）とされる。周壁部３３ｄは、表面板部３３ｃの周縁部の位置から基板３６の表面へ向けて延びる基板３６とほぼ垂直な面（または基板３６へ向けて僅かに拡がるテーパ面）を有する。表面板部３３ｃはほぼ矩形状とされ、周壁部３３ｄは、４つの壁部を有する矩形筒状とされる。この実施例では、反射部３３ａは光源３１に僅かに達しない程度の長さで光源３１の発光面を取り囲むように延び、周壁部３３ｄは、基板３６の表面に達する長さに延びている。

液晶パネル３４は、所要の縦横比を有する矩形状のものとされる。液晶パネル３４は、リフレクタ３３の出射部（上部）に外嵌可能なホルダー３７の上面３７ａに対して設置される。

ホルダー３７は、液晶パネル３４を設置する上面３７ａと、この上面３７ａの周縁部に沿って設けられた側面３７ｂと、側面３７ｂの下縁部の内側（底面側）に設けられた開口部３７ｃとを有している。上面３７ａは矩形の枠状になっており、枠の内側には液晶パネル３４を取付けるための矩形状をした取付窓３７ｄが設置されている。この実施例では、上面３７ａは、基板３６の表面に対して傾斜する斜面とされている。側面３７ｂは、４つの面を有するほぼ矩形筒状とされている。側面３７ｂには、傾斜した上面３７ａに合った形状となるように、段差部などが適宜設けられている。開口部３７ｃは、リフレクタ３３の上部に対する嵌合部となっている。そのために、開口部３７ｃは、リフレクタ３３の矩形筒状をした周壁部３３ｄ上部の外面と摺接嵌合可能な形状及び大きさとされている。

ホルダー３７の内部には、周方向に間隙３８を有して４つの壁部を有する矩形筒状のガイド壁３９が設けられている。ホルダー３７とガイド壁３９とで二重筒構造を構成している。ガイド壁３９は、リフレクタ３３の表面板部３３ｃよりも小さく、全ての反射部３３ａを取り囲める大きさとされている。

ガイド壁３９は、リフレクタ３３から出射された光を液晶パネル３４へ導くものであり、反射部３３ａと液晶パネル３４との間に位置するようにホルダー３７に取付けられる。ガイド壁３９は、リフレクタ３３やホルダー３７と同様に、基板３６と垂直な方向へ延ばされる。

ガイド壁３９の下端部は、リフレクタ３３の表面板部３３ｃの上方へ離間されている。ガイド壁３９の上端部には、外向きのフランジ部３９ａが、ホルダー３７の傾斜した上面３７ａに沿って斜めに形成されている。このフランジ部３９ａが取付窓３７ｄの周縁部に沿うように取付窓３７ｄのほぼ真下に位置することで、液晶パネル３４を取付けるための取付座を構成している。

遮熱板３５は、透光性や遮熱性や耐熱性を有していれば、どのようなものとしても良い。遮熱板３５は、例えば、透明な樹脂板やガラス板などとすることができる。遮熱板３５は、ガイド壁３９の下端部の位置に、ガイド壁３９の下端部を閉塞するように設置される。

（２）遮熱板３５は、液晶パネル３４よりもリフレクタ３３の近くに配置しても良い。

ここで、遮熱板３５は、（最終的に）遮熱板３５の耐熱温度を越えない範囲内でリフレクタ３３に近い位置に設置するのが好ましい。この際、遮熱板３５は、液晶パネル３４との間の距離Ｌ１が、リフレクタ３３との間の距離Ｌ２よりも大きくなるように配置される（Ｌ１＞Ｌ２）。または、遮熱板３５は、リフレクタ３３との間の距離Ｌ２が、少なくとも液晶パネル３４とリフレクタ３３との間の距離（Ｌ１＋Ｌ２）の１／２よりも小さくなるように配置される（（Ｌ１＋Ｌ２）１／２＞Ｌ２）。

（３）遮熱板３５とリフレクタ３３との間には通気部４１を設けても良い。

ここで、通気部４１は、ホルダー３７の側面３７ｂに設けられる。通気部４１は、ホルダー３７の側面３７ｂの下部に直接スリットや穴などを形成することで設けても良い。

この実施例では、通気部４１は、ホルダー３７の側面３７ｂの下縁部（の遮熱板３５よりも低い位置）を、リフレクタ３３の表面（表面板部３３ｃ）と平行に、表面板部３３ｃよりも僅かに高い位置まで切欠くことで、リフレクタ３３にホルダー３７を嵌合した時にリフレクタ３３の表面と平行な細長いスリットが形成されるようしている。

なお、必要な場合には、上記に加えてホルダー３７の側面３７ｂにおける遮熱板３５と液晶パネル３４との間の位置（二重筒構造となっている位置）に通気部４１を設けても良い。

（４）遮熱板３５は偏光板５１としても良い。そして、偏光板５１は、液晶パネル３４に備えられる液晶用偏光板５２と偏光方向５３，５４（図４参照）を合わせて配置しても良い。

ここで、遮熱板３５として用いる偏光板５１（遮熱用偏光板）は、どのようなでも良いが、一般的な吸収型偏光板よりも耐熱性の高い反射型偏光板を用いるのが好ましい。

これに対し、液晶パネル３４に備えられる液晶用偏光板５２は、液晶パネル３４にとって構造的に必要なものであり、液晶パネル３４と一体となって画像表示のために用いられる。なお、液晶パネル３４に液晶用偏光板５２が複数設けられる場合には、リフレクタ３３に最も近い液晶用偏光板５２に対して、遮熱板３５となる偏光板５１の偏光方向５３，５４を合わせるようにする。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置２は、表示装置４からの運転情報３を、ミラー６で車室１ａの前方へ向けて反射することで、車室１ａの前方に運転情報３の虚像１８を生じさせて、正面を向いて運転している乗員７に大きな視線移動を起こさせることなく運転情報３を視認させることができる。

この際、表示装置４では、光源３１からの光がリフレクタ３３の反射部３３ａで集光され、ガイド壁３９の内部を通って液晶パネル３４へ照射される。ガイド壁３９を通った光は、直接、または、ガイド壁３９で反射されて液晶パネル３４へ到達する。これにより、液晶パネル３４が透過照明され、表示装置４による表示が可能になる。

そして、車両１に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置２は、強い外光が直接当たるような過酷な環境下（例えば、雪の壁に覆われたような極端に明るい場所）であっても明瞭に表示できるように、高い輝度で表示する必要がある（一般的な屋内用の液晶ディスプレイは表示の輝度が３００〜４００ｃｄ／ｍ²であるのに対し、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置２には１万ｃｄ／ｍ²の表示の輝度が必要になる）。

ヘッドアップディスプレイ装置２の表示装置４（の表示器）に液晶パネル３４を用いた場合、液晶パネル３４は照明装置４ａによって透過照明を行うものであるため、照明装置４ａの光源３１には高輝度光源３１ａが使用される（表示の輝度を１万ｃｄ／ｍ²とするためには、その１００倍の１００万ｃｄ／ｍ²の高輝度光源３１ａが必要となる）。高輝度光源３１ａは高い熱を発するので、高輝度光源３１ａの熱から液晶パネル３４を保護するために、高輝度光源３１ａは液晶パネル３４から離して設置する必要がある。

しかし、スペース上の制約などによって、高輝度光源３１ａと液晶パネル３４とを離せる距離には限界があるため、液晶パネル３４を高輝度光源３１ａの熱から十分に保護するのが難しい。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）互いに離して配置されたリフレクタ３３と液晶パネル３４との間に、リフレクタ３３と液晶パネル３４との両方から離して透光性の遮熱板３５を配置した。これにより、リフレクタ３３と液晶パネル３４との間の空間を遮熱板３５で物理的に隔離して、光源３１やリフレクタ３３からの熱（輻射熱）を遮熱板３５で遮断できる。そのため、光源３１やリフレクタ３３の熱に対して液晶パネル３４を保護できる。

この際、遮熱板３５は、光源３１やリフレクタ３３からの熱を吸収して加熱されるが、遮熱板３５をリフレクタ３３から離すことで、遮熱板３５をリフレクタ３３に対して当接配置した場合と比べて、光源３１やリフレクタ３３からの熱による遮熱板３５の温度上昇が抑えられる。よって、光源３１やリフレクタ３３からの熱に対して遮熱板３５自体も保護できる。

また、遮熱板３５を液晶パネル３４に対して当接配置した場合には、上記した空間の隔離による遮断効果が得られない。そのため、光源３１やリフレクタ３３からの熱によって遮熱板３５と液晶パネル３４とがほぼ同じ温度に加熱されるので、液晶パネル３４を保護する効果が十分に得られない。

なお、遮熱板３５は、透光性を有しているので、光については支障なく通すことができる。この際、遮熱板３５は、光の持つ熱を吸収する。

（効果２）遮熱板３５を液晶パネル３４よりもリフレクタ３３の近くに配置しても良い。これにより、光源３１やリフレクタ３３からの熱をリフレクタ３３に近い位置で遮熱板３５に効率的に吸収させることができる。

また、遮熱板３５から液晶パネル３４までの距離Ｌ１をリフレクタ３３までの距離Ｌ２よりも大きくすることで、光源３１やリフレクタ３３からの熱を吸収して温度上昇された遮熱板３５が熱源となって液晶パネル３４に影響を与えるのを抑制できる。

そして、リフレクタ３３から出射された光が液晶パネル３４へ向かって拡散される前の位置に遮熱板３５が設けられることで、遮熱板３５は液晶パネル３４へ向う光から効率的に熱を奪うことができる。

（効果３）遮熱板３５とリフレクタ３３との間に通気部４１を設けても良い。これにより、表示装置４で最も温度が高くなる光源３１やリフレクタ３３およびその周辺の熱を、通気部４１を通して表示装置４の外部へ排出することができ、効果的に排熱できる。また、光源３１やリフレクタ３３からの熱によって加熱された遮熱板３５の熱も通気部４１を通して表示装置４の外部へ排出することができる。よって、（光源３１が取付けられている）リフレクタ３３自体の温度や遮熱板３５自体の温度を下げて、遮熱板３５の温度上昇や、液晶パネル３４の温度上昇を抑制できる。

この際、通気部４１を、ホルダー３７の側面３７ｂ下部におけるリフレクタ３３の出射部のほぼ真横の位置に設けるようにする。これにより、リフレクタ３３から出射される光が液晶パネル３４へ向けて拡がる前の位置に通気部４１が存在することになるので、光の漏れを少なくすることができる。

（効果４）遮熱板３５を偏光板５１（遮熱用偏光板）としても良い。偏光板５１は、リフレクタ３３から出射された光源３１の光の偏光方向５３を整えるものであり、光の偏光方向５３を整える際に、光が持っている熱を吸収することができる。

この際、リフレクタ３３から出射された光が液晶パネル３４へ向けて拡散される前の位置に偏光板５１を設けて光の偏光方向５３を整えるようにしている。これにより、偏光板５１は液晶パネル３４へ向う光の偏光方向５３を早期に且つ効率的に整えると共に、光から効率的に熱を奪うことができる。

そして、この偏光板５１を、液晶パネル３４に備えられる液晶用偏光板５２と偏光方向５３，５４を合わせて配置しても良い。これにより、液晶パネル３４に備えられる液晶用偏光板５２による光の偏光方向５４を整える作用を、リフレクタ３３と液晶パネル３４との間に配置された遮熱板３５（偏光板５１）で先行して肩代わりできる。そのため、偏光板５１が肩代わりした分だけ液晶パネル３４に備えられた液晶用偏光板５２の負担が減り、液晶用偏光板５２が偏光方向５４を整える際に光から吸収する熱の量を少なくできるので、その分、液晶パネル３４の温度上昇を抑制できる。

２ヘッドアップディスプレイ装置
４表示装置
３１光源
３３リフレクタ
３４液晶パネル
３５遮熱板
４１通気部
５１偏光板
５２液晶用偏光板
５３偏光方向
５４偏光方向
Ｌ１距離
Ｌ２距離

Claims

光源からの光を集光して出射するリフレクタと、該リフレクタから出射された光によって透過照明される液晶パネルとを備えたヘッドアップディスプレイ装置の表示装置において、
前記リフレクタと前記液晶パネルとを離して配置すると共に、
前記リフレクタと前記液晶パネルとの間に、前記リフレクタおよび前記液晶パネルの両方から離した状態で透光性の遮熱板が配置されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の表示装置。
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置の表示装置において、
前記遮熱板は、前記液晶パネルよりも前記リフレクタの近くに配置されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の表示装置。
請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置の表示装置において、
前記遮熱板と前記リフレクタとの間に通気部が設けられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の表示装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置の表示装置において、
前記遮熱板は偏光板とされ、前記液晶パネルに備えられる液晶用偏光板と偏光方向を合わせて配置されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の表示装置。