JP4841815B2

JP4841815B2 - 表示装置

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Publication number: JP4841815B2
Application number: JP2004215746A
Authority: JP
Inventors: 智彦杉川; 恵一永野; 祐一高橋; 輝子横尾
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd; Murakami Corp
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd; Murakami Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: EP1619533B1; JP2006039029A; EP1619533A1; US7320534B2; US20060018119A1

Description

本発明は、表示装置に関する。特に、本発明は、車両のフロントウインドに画像を投影する表示装置に関する。

従来、車両のフロントウインド（フロントガラス）に画像を投影するヘッドアップディスプレイにおいて、表示セグメント等による表示光の色のみを効率よく表示させるために、ダイクロイックミラーを設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このダイクロイックミラーは、蛍光表示管のヒータ線から発せられる赤色光に対して選択性を有する。

また、高輝度な表示を行うために、特定の色の光に対する選択性を有する反射透過部材を用いる構成が知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、外光入射による表示部（表示器）の劣化や表示のウォッシュアウトをなくすために、特定の色の光を選択的に反射するコーティング層を用いる構成が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
実開昭６４−３５１４３号公報特開２００３−１６１９０６号公報実開平４−１０１５８１号公報

画像を投影する表示装置においては、鮮明な表示を行うために、表示光の色純度を高めることが望まれている。また、表示装置においては、外部から入射する外光によって生じる劣化が問題になる場合がある。例えば、表示装置の内部に液晶部が設けられている場合、外光に含まれる赤外線や可視光がこの液晶部に到達すると、液晶部が熱劣化してしまう場合がある。
そこで、本発明は、上記の課題を解決できる表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。

（構成１）投影により画像を表示する表示装置であって、光を発生する発光ダイオードと、所定の下限波長よりも長波長側の光を、入射光から選択的に出射する光学部品であって、発光ダイオードの発光ピークのピーク波長よりも小さく、かつ発光ピークの半値幅の中にある下限波長を有する光学部品と、所定の上限波長よりも短波長側の光を、入射光から選択的に反射するミラーであって、ピーク波長よりも大きく、かつ半値幅の中にある上限波長を有するミラーとを備え、光学部品及びミラーの一方は、発光ダイオードから入射光を受け取り、光学部品及びミラーの他方は、光学部品及びミラーの一方から入射する入射光に応じて、画像を投影する。

発光ダイオードは、例えばバルブ光源等と比べ、色純度の高い光を発生する。そのため、このように構成すれば、表示光の色純度を高めることができる。色純度の高い光とは、例えば、ピーク波長から離れた波長成分の強度がより小さな光である。例えば、発光ピークの半値幅の小さな光は、半値幅の大きな光よりも、色純度が高い。また、表示光とは、画像を表示するために表示装置から照射される光である。

また、この構成において、光学部品は、発光ダイオードが発生する光のうち、下限波長以下の成分を遮断する。また、ミラーは、発光ダイオードが発生する光のうち、上限波長以上の成分を遮断する。そのため、このように構成すれば、表示光の色純度を、発光ダイオードが発生する光の色純度よりも高めることができる。

また、ミラーは、外部から入射する赤外線や、可視光の上限波長以上の成分を、反射せずに透過する。この赤外線は、例えば近赤外線領域の赤外線である。フィルタは、外光の下限波長以下の成分を反射する。このように構成すれば、表示光付近の狭いバンド幅の可視光以外の外光を遮断し、過剰な外光が表示装置内部の液晶部等に到達するのを防ぐことができる。そのため、外光による表示装置の劣化を防ぐことができる。

（構成２）投影により画像を表示する表示装置であって、光を発生する発光ダイオードと、発光ダイオードの発光ピークのピーク波長よりも小さな下限波長よりも長波長側の光を、入射光から選択的に出射する光学部品と、ピーク波長よりも大きな上限波長よりも短波長側の光を、入射光から選択的に反射するミラーとを備え、下限波長及び上限波長のそれぞれにおける発光ダイオードの発光強度は、ピーク波長における発光ダイオードの発光強度の１０％以上であり、光学部品及びミラーの一方は、発光ダイオードから入射光を受け取り、光学部品及びミラーの他方は、光学部品及びミラーの一方から入射する入射光に応じて、画像を投影する。このように構成すれば、構成１と同様に、外光による表示装置の劣化を防ぐことができる。また、表示光の色純度を高めることができる。

（構成３）ミラーは、少なくとも、発光ダイオードが発生する光における上限波長よりも短波長側の光を反射する。このように構成すれば、ミラーに、必要な波長範囲の光を、適切に反射させることができる。

（構成４）光学部品は、下限波長よりも長波長側の光を選択的に透過するフィルタである。このように構成すれば、例えばこの光学部品としてもミラーを用いた場合と比べ、光学系の設計が簡素化する。

（構成５）フィルタは、少なくとも、発光ダイオードが発生する光における下限波長よりも短波長側の光を、透過せずに反射する。このように構成すれば、フィルタに、遮断すべき波長範囲の光を、適切に反射させることができる。

（構成６）表示装置は、車両用のヘッドアップディスプレイであり、光学部品及びミラーの他方は、画像を、車両のフロントウインドに投影する。

車両用のヘッドアップディスプレイは、白昼のフロントウインドに対しても鮮明な画像を投影する必要がある。しかし、色純度が低い場合、表示色は、発光ピークの波長の色と比べて白っぽくなってしまう。そのため、表示光の色純度が低いとすれば、表示された画像が不鮮明になり、運転者から視認しにくくなってしまう。これに対し、本発明のように構成すれば、表示光の色純度が高いため、車両用のヘッドアップディスプレイにおいても、鮮明な画像を投影することができる。

また、車両用のヘッドアップディスプレイにおいては、外光として、強い直射日光が入射しやすい。しかし、このように構成すれば、不要な外光を適切に遮断することにより、外光による劣化を抑えることができる。

本発明によれば、投影により画像を表示する表示装置において、表示光の色純度を高め、かつ外光による劣化を抑えることができる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置１０の構成の一例を、車両のフロントウインド２０とともに示す。本実施形態は、表示光の色純度を高め、かつ外光による劣化を抑えることを目的とする。

表示装置１０は、車両用のヘッドアップディスプレイであり、投影により、フロントウインド２０に画像を表示する。また、表示装置１０は、表示部１２、フィルタ１４、及びミラー１６を備える。表示部１２は、発光ダイオード２２及び液晶部２４を有する。発光ダイオード２２は、液晶部２４のバックライト用光源であり、例えば、オレンジ、又はアンバー色等の、可視光領域（可視光の波長域）の単色光を発生する。液晶部２４は、投影型液晶パネルであり、フロントウインド２０に投影すべき画像を表示することにより、発光ダイオード２２からの光を、その画像に従って透過する。

フィルタ１４は、本発明に係る光学部品の一例である。フィルタ１４は、液晶部２４を介して発光ダイオード２２から入射光を受け取り、所定の下限波長よりも長波長側の光を、入射光から選択的に透過して出射する。この下限波長は、発光ダイオード２２の発光ピークのピーク波長よりも小さく、かつこの発光ピークの半値幅の中にある波長である。このようにして、フィルタ１４は、発光ダイオード２２から入射する光のうちの、下限波長以下の成分を遮断する。フィルタ１４は、下限波長よりも長波長側の光に対して、９０％以上の透過率を有するのが好ましい。また、フィルタ１４は、下限波長以下の成分に対して、１０％以下の透過率を有するのが好ましい。

ミラー１６は、フィルタ１４を透過した光を入射光として受け、この入射光から、所定の上限波長よりも短波長側の光を選択的に反射する。この上限波長は、発光ダイオード２２の発光ピークのピーク波長よりも大きく、かつこの発光ピークの半値幅の中にある波長である。ミラー１６は、上限波長よりも短波長側の光に対して、９０％以上の反射率を有するのが好ましい。また、フィルタ１４は、上限波長以上の成分に対して、１０％以下の反射率を有するのが好ましい。このようにして、ミラー１６は、フィルタ１４を介して発光ダイオード２２から入射する光のうちの、上限波長以上の成分を遮断する。ミラー１６は、この上限波長以上の成分を、矢印１０４に示すように、反射せずに透過する。

そして、ミラー１６は、反射光を、画像を表示するための表示光として、矢印１００に示すように、フロントウインド２０に照射する。このようにして、ミラー１６は、フィルタ１４から入射する入射光に応じて、フロントウインド２０に画像を投影する。

以上に説明した構成により、フィルタ１４及びミラー１６は、発光ダイオード２２が発生する光から、下限波長より大きく、かつ上限波長より小さな成分を、表示光として取り出す。そのため、表示装置１０は、発光ダイオード２２が発生する光よりも色純度が高い表示光により、画像を投影する。このように、本実施形態によれば、表示光の色純度を高めることができる。また、表示光の色純度が高いことにより、フロントウインド２０に特別な加工等を行わない場合であっても、画像を鮮明に投影することができる。

また、ミラー１６は、フロントウインド２０を介して表示装置１０に入射する太陽光（外光）のうち、上限波長以上の成分を、矢印１０２のように、反射せずに透過する。このように構成すれば、ミラー１６は、外光に含まれる赤外線や、可視光の上限波長以上の成分を、表示部１２に到達させることなく遮断する。また、フィルタ１４は、外光の下限波長以下の成分を遮断する。このように、ミラー１６及びフィルタ１４は、表示色付近に絞られた狭いバンド幅外の外光を遮断することにより、過剰な外光が液晶部２４に到達するのを防ぐ。そのため、例えば液晶部２４の熱劣化等の、外光による劣化を抑えることができる。このように、本実施形態によれば、表示光の色純度を高め、かつ外光による劣化を抑えることができる。

ここで、表示光の色純度を高めるためには、例えば、特定の色の光を選択的に透過するフィルタ等を用いることも考えられる。しかし、例えばバルブ光源等と異なり発光ダイオード２２は、単色の光を発生するため、このようなフィルタを用いたとしても、更に色純度が高まることはない。

一方、本実施形態において、フィルタ１４及びミラー１６は、発光ダイオード２２の発光ピークのピーク波長及び半値幅を基準にして設定された上限波長及び下限波長を有している。そのため、発光ダイオード２２を用いた場合であっても、表示光の色純度を更に高めることができる。

また、表示光の色純度を高めるためには、フィルタ１４及びミラー１６に代えて、例えばバンドパスフィルタを用いることも考えられる。バンドパスフィルタは、複数のフィルタの組み合わせにより狭帯域の光を透過させる。複数のフィルタのそれぞれは、表面に形成された多層膜により、それぞれ所定の波長範囲（スペクトル帯域）の光を反射により遮断し、それ以外の波長範囲の光を透過する。

しかし、本実施形態の表示装置１０と同様に、外光に含まれる赤外線をバンドパスフィルタによって遮断しようとすれば、可視光から赤外線まで含む広い波長範囲を遮断するフィルタを用いる必要があるため、フィルタの多層膜の層数が増大し、コストが増大してしまう。

一方、本実施形態において、外光に含まれる赤外線は、ミラー１６により遮断される。この場合、フィルタ１４及びミラー１６のいずれも、可視光領域における所定の波長範囲の光を反射すればよい。そのため、表示光の色純度を高め、かつ赤外線等の外光による劣化を抑えた表示装置１０を、低いコストで提供することができる。

更には、ミラー１６は、上限波長よりも小さな波長の全範囲を必ずしも反射する必要はなく、少なくとも、発光ダイオード２２が発生する光における上限波長よりも短波長側の光を反射すれば十分である。また、フィルタ１４は、少なくとも、発光ダイオード２２が発生する光における下限波長よりも短波長側の光を透過せずに反射すれば十分である。このように構成すれば、表示装置１０のコストを更に低減することができる。

尚、フィルタ１４とミラー１６との配置は、図１に示した構成に限られず、例えばミラー１６とフロントウインド２０との間に、フィルタ１４を設けてもよい。この場合、ミラー１６は、液晶部２４を介して発光ダイオード２２から入射する光を反射する。フィルタ１４は、ミラー１６から入射する光を透過して、フロントウインド２０に照射する。この場合も、表示光の色純度を高め、かつ外光による劣化を抑える表示装置１０を、低コストで提供することができる。

また、表示装置１０は、本発明に係る光学部品として、フィルタ１４に代えて、第２のミラーを備えてもよい。この第２のミラーは、下限波長よりも長波長側の光を、選択的に反射する。このように構成しても、表示光の色純度を高め、かつ外光による劣化を抑えることができる。

また、表示装置１０は、車両用のヘッドアップディスプレイ以外の表示装置であってもよい。表示装置１０は、例えば窓ガラス等の、透光性のスクリーンに画像を表示する表示装置であってよい。

また、フィルタ１４及びミラー１６は、下限波長及び上限波長を、発光ダイオード２２の発光ピークの半値幅の外に有してもよい。この場合、上限波長及び下限波長は、発光ダイオード２２の発光ピークのピーク波長及びピーク波長における発光強度を基準にして設定されるのが好ましい。例えば、下限波長及び上限波長のそれぞれにおける発光ダイオード２２の発光強度は、ピーク波長における発光ダイオード２２の発光強度の１０％以上であるのが好ましい。このように構成した場合も、ピーク波長から離れた波長成分の強度を低減させることにより、発光ダイオード２２が発生する光の色純度を高めることができる。尚、色純度がもともと高い単色の発光ダイオード２２に対しては、下限波長及び上限波長における発光ダイオード２２の発光強度が、ピーク波長の発光強度の１０％よりも小さい場合、目視で識別できるレベルで色純度を向上させることはできない。

図２は、フィルタ１４及びミラー１６の機能の一例を示す概念図である。本実施形態において、フィルタ１４は、発光ダイオード２２から受け取る入射光のうちの所定の成分を、ミラー１６に向かって出射する。また、ミラー１６は、フィルタ１４から受け取る入射光のうちの所定の成分を、フロントウインド２０に向かって出射する。そして、この構成により、フィルタ１４及びミラー１６は、一つのフィルタユニットとして機能し、図２に示す透過率で、光を透過する。

このフィルタユニットは、所定の波長範囲（スペクトル帯域）に対して、９０％以上の透過率（ピーク透過率）を有し、その他の波長範囲に対して、１０％以下の透過率を有する。フィルタユニットの透過率とは、フィルタ１４を透過し、かつミラー１６により反射される光の入射光に対する割合である。また、このフィルタユニットは、可視光領域（３８０〜７６０ｎｍ；帯域幅３８０ｎｍ）よりも幅の広い、帯域幅５００ｎｍ以上の広い波長範囲の中から半値幅２５〜１００ｎｍの狭帯域の光を透過する。このように構成すれば、可視光領域の中で、特定の狭い波長範囲の光だけを取り出して色純度を高め、かつ近赤外線を含む不要な波長域の光を遮断することができる。

また、このフィルタユニットは、ピーク透過率を、帯域幅３０ｎｍ程度以下の波長範囲に対して有するのが好ましい。そして、このフィルタユニットの透過率は、特定の偏光成分の光に対しては３０ｎｍ以下の急峻度を有し、自然光に対しては６０ｎｍ以下の急峻度を有するのが好ましい。透過率の急峻度とは、透過率が１０％から９０％に増加する区間の波長範囲、及び透過率が９０％から１０％に減少する区間の波長範囲のうちの大きな方である。また、この特定の偏光成分は、液晶部２４を透過した光の偏向成分（Ｐ偏光）である。このように構成すれば、表示光の色純度を、発光ダイオード２２が発生する光よりも十分に高めることができる。

尚、フィルタ１４及びミラー１６のそれぞれは、２種類の誘電体薄膜を交互に積層することにより形成される。フィルタ１４は、ダイクロイックフィルタ又はエッジフィルタであってよい。ミラー１６は、ダイクロイックミラー、又はエッジフィルタを用いたミラーであってよい。

（実施例）
以下、実施例にもとづき本発明を更に具体的に説明する。
図１に示した構成において、発光ダイオード２２として、濃いオレンジ色の単色光を発生する発光ダイオードを用いた。発光ダイオード２２の発光ピークにおけるピーク波長は６１２ｎｍ、半値幅は５０ｎｍである。また、フィルタ１４は、表示部１２からの光の入射角が０°になるように設置される。ミラー１６は、フィルタ１４からの光の入射角が４２．１°になるように設置される。

尚、フィルタ１４及びミラー１６は、上記と異なる角度で設置されてもよい。この場合、フィルタ１４及びミラー１６は、フィルタ１４に対する光の入射角ａ°、ミラー１６に対する光の入射角ｂ°について、｜ａ−ｂ｜≠０となるように設置される。

表１は、フィルタ１４の構成を示す。フィルタ１４は、ガラス基板の上に、ＴｉＯ_２膜（Ｈ層）とＳｉＯ_２膜（Ｌ層）を、第１層から第３４層まで交互に積層することにより形成される。フィルタ１４の光学膜厚は、設計波長を５１５ｎｍ、ＴｉＯ_２膜の屈折率を２．３７２３、ＳｉＯ_２膜の屈折率を１．４５６５として算出している。それぞれの層の物理膜厚は、表中の光学膜厚と、その膜の材質の屈折率と、設計波長との積である。

表２は、ミラー１６の構成を示す。ミラー１６は、ガラス基板の上に、ＴｉＯ_２膜（Ｈ層）とＳｉＯ_２膜（Ｌ層）を、第１層から第２０層まで交互に積層することにより形成される。ミラー１６の光学膜厚は、設計波長を５９０ｎｍ、ＴｉＯ_２膜の屈折率を２．３２２３、ＳｉＯ_２膜の屈折率を１．４５２８として算出している。

図３は、本実施例におけるフィルタ１４及びミラー１６の分光特性を示すグラフである。図３（ａ）は、フィルタ１４及びミラー１６それぞれ単体の分光特性を示す。フィルタ１４の分光特性とは、透過率の波長依存性である。また、ミラー１６の分光特性とは、反射率の波長依存性である。

ここで、ミラー１６に液晶部２４を透過して入射する光は、Ｐ偏光の光である。そのため、ミラー１６のＰ偏光反射率は、液晶部２４を透過して入射する光に対する反射率を示す。また、ミラー１６にフロントウインド２０を透過して入射する光（外光）は、Ｐ偏光とＳ偏光とが混ざった自然光である。また、Ｎ偏光の光は、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とが同じ割合で混ざった光である。そのため、Ｎ偏光反射率は、フロントウインド２０から入射する外光に対する反射率を示す。

図３（ｂ）は、フィルタ１４及びミラー１６が構成するフィルタユニットの分光特性（合成特性）を示す。この合成特性は、フィルタ１４及びミラー１６それぞれ単体の分光特性を合成した分光特性である。また、フロントウインドに到達するＰ偏光特性は、表示部１２の位置からフィルタ１４に入射するＰ偏光の光のうち、フィルタ１４を透過し、かつミラー１６で反射されてフロントウインド２０に到達する光の割合を示す。表示部に到達するＮ偏光特性は、フロントウインド２０の位置からミラー１６に入射するＮ偏光の光のうち、ミラー１６で反射され、かつフィルタ１４を透過して表示部１２に到達する光の割合を示す。

この合成特性が示すように、フィルタ１４及びミラー１６は、表示部１２から入射する光のうち、波長６１７±１５ｎｍ（６０２〜６３２ｎｍ、帯域幅３０ｎｍ）の濃いオレンジ色の光のみを急峻に取り出し、その他の可視光を遮断する。そのため、本実施例によれば、可視光領域の中から狭帯域の光を取り出し、かつその他を極めて低く抑えることにより、表示光の色純度を高めることができる。本実施例により、鮮明な色を持った画像を投影できることを確認した。

また、本実施例において、フィルタ１４及びミラー１６の合成特性は、可視光〜近赤外線領域（４２０〜３０００ｎｍ程度）の広い波長域で必要とされる分光特性を有している。そのため、フロントウインド２０から入射する外光に対して、赤外線等の不要な光が表示部１２に到達することを防ぐことができる。本実施例によれば、表示装置１０の熱劣化を抑えることができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明は、例えば車両用のヘッドアップディスプレイに好適に利用することができる。

、本発明の一実施形態に係る表示装置１０の構成の一例を示す図である。フィルタ１４及びミラー１６の機能の一例を示す概念図である。フィルタ１４及びミラー１６の分光特性を示すグラフである。図３（ａ）は、フィルタ１４及びミラー１６それぞれ単体の分光特性を示す。図３（ｂ）は、フィルタ１４及びミラー１６が構成するフィルタユニットの分光特性（合成特性）を示す。

符号の説明

１０・・・表示装置、１２・・・表示部、１４・・・フィルタ（光学部品）、１６・・・ミラー、２０・・・フロントウインド、２２・・・発光ダイオード、２４・・・液晶部、１００・・・矢印、１０２・・・矢印、１０４・・・矢印

Claims

投影により画像を表示する表示装置であって、
単色光を発生する発光ダイオードと、
所定の下限波長よりも長波長側の光を、入射光から選択的に出射する光学部品であって、前記発光ダイオードの発光ピークのピーク波長よりも小さく、かつ前記発光ピークの半値幅の中にある前記下限波長を有する光学部品と、
所定の上限波長よりも短波長側の光を、入射光から選択的に反射するミラーであって、前記ピーク波長よりも大きく、かつ前記半値幅の中にある前記上限波長を有するミラーと
を備え、
前記光学部品及び前記ミラーの一方は、前記発光ダイオードから前記入射光を受け取り、
前記光学部品及び前記ミラーの他方は、前記光学部品及びミラーの一方から入射する前記入射光に応じて、前記画像を投影するとともに、
前記ミラーは、外光のうち赤外線及び可視光の前記上限波長以上の成分を透過し、前記光学部品は、前記外光のうち前記下限波長以下の成分を反射する
ことを特徴とする表示装置。
投影により画像を表示する表示装置であって、
単色光を発生する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光ピークのピーク波長よりも小さな下限波長よりも長波長側の光を、入射光から選択的に出射する光学部品と、
前記ピーク波長よりも大きな上限波長よりも短波長側の光を、入射光から選択的に反射するミラーと
を備え、
前記下限波長及び前記上限波長のそれぞれにおける前記発光ダイオードの発光強度は、前記ピーク波長における前記発光ダイオードの発光強度の１０％以上であり、
前記光学部品及び前記ミラーの一方は、前記発光ダイオードから前記入射光を受け取り、
前記光学部品及び前記ミラーの他方は、前記光学部品及びミラーの一方から入射する前記入射光に応じて、前記画像を投影するとともに、
前記ミラーは、外光のうち赤外線及び可視光の前記上限波長以上の成分を透過し、前記光学部品は、前記外光のうち前記下限波長以下の成分を反射する
ことを特徴とする表示装置。
前記ミラーは、少なくとも、前記発光ダイオードが発生する光における前記上限波長よりも短波長側の光を反射することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記光学部品は、前記下限波長よりも長波長側の光を選択的に透過するフィルタであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
前記フィルタは、少なくとも、前記発光ダイオードが発生する光における前記下限波長よりも短波長側の光を、透過せずに反射することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
前記表示装置は、車両用のヘッドアップディスプレイであり、
前記光学部品及びミラーの前記他方は、前記画像を、車両のフロントウインドに投影することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。