JP6121144B2

JP6121144B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6121144B2
Application number: JP2012251905A
Authority: JP
Inventors: 圭祐松江; 田中　裕二; 裕二田中
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: JP2014098876A

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば自動車に搭載して使用するのに適している車載用ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、インストルメントパネル内に埋め込んだ表示ユニットから、車両のフロントウインドウ又はコンバイナに表示光を投影して、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。

ヘッドアップディスプレイ装置は、インストルメントパネルに設置されているため、太陽光が照射し、温度が上がりやすい。このため、表示素子の損傷やハウジングの劣化が促進されてしまう問題がある。エンジンが可動している時は、エアコンを使い冷却することができるが、エンジンが停止している駐車時にはエアコンを使用することができないので、特に温度が上がりやすい。

このような太陽光によるヘッドアップディスプレイ装置の劣化防止のため、例えば、特許文献１では、ハウジングの窓部に開閉可能なシャッタを設けている。ここで用いられているシャッタは、板部材であるルーバを複数個配列して形成されている。ルーバは、その面沿いに軸を有し、この軸の周りに回転運動可能に支持されている。複数のルーバは、互いの平行関係を維持しつつ各軸の周りに回転駆動される。これらのルーバを回転させることにより、窓部の開口部に対して、ルーバを水平にしてシャッタを閉じ、ルーバを垂直にしてシャッタを開くようになっている。

特開２００８−６８７６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置においては、画像表示時にシャッタを開いた状態、すなわち、複数個のルーバが、窓部の開口部に対して垂直な状態であっても、表示光の光路上に存在していることには変わりがないため、ルーバが画像光を遮り、大きくて良好な画像を表示するのが厳しく、且つ、開口部に対して垂直な状態のルーバが運転者とフロントウインドウの間に存在するため、運転者の視野を妨害する可能性がある。また、ルーバの回動のための空間（クリアランス）が窓部周辺に必要となり、ヘッドアップディスプレイ装置が大型化し、インストルメントパネルへの設置の自由度が制限される弊害がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、大きくて良好な画像を表示でき、使用者の視野を妨害することなく、且つ、小型化が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、窓部を有するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、表示光を発する表示素子と、前記ハウジング内に設置され、前記表示光を反射して前記窓部から外部に出光させる反射部材と、前記表示素子を駆動させる第１の駆動回路と、前記窓部に設けられ、駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には前記入射光を透過しない反射型偏光子を具備する光学シャッタと、前記光学シャッタを駆動させる第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路に電源を供給する電源供給部と、を具備することを特徴とする。

この構成により、まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部から第２駆動回路に電源が供給されないため、窓部から入射しようとする太陽光は光学シャッタを透過できないので、ハウジング内に太陽光が入るのを防止できる。また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部から第２駆動回路に電源が供給されるため、光学シャッタは表示光を透過するので、表示光が窓部から外部に出ることができる。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記光学シャッタが、第１の透過軸を有する前記反射型偏光子と、駆動時には前記第１の透過軸を有し、非駆動時には前記第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材と、を具備することが好ましい。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記偏光変調部材が、前記第１の偏光軸を有する反射型偏光子と、電圧を印加しないときは前記入射光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層と、を具備することが好ましい。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記反射型偏光子が、多層複屈折を利用する反射型偏光子であることが好ましい。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記反射型偏光子が、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であることが好ましい。

本発明によれば、装置非動作時には、ハウジング内に太陽光が入るのを防止し、光学シャッタは開閉する空間を必要とせず、装置動作時に画像表示をする際に、使用者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能であるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す概要図である。第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタの機能を説明する説明図である。第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタを説明する説明図である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す概要図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、窓部１１ａを有するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、例えば樹脂からなるが特に限定されるものではない。ハウジング１１内には、表示素子１２、反射部材１３を備えている。

表示素子１２は、発光素子及び液晶表示素子を有している。発光素子は液晶素子に向けて、光を出光する。液晶表示素子は、光の光路の順に、偏光部材、液晶セル及び偏光部材が配置されて構成されている。

表示素子１２には、表示素子１２を駆動する第１駆動回路１４が電気的に接続されている。第１駆動回路１４には電源供給部１５が電気的に接続されている。

反射部材１３は、表示素子１２から発せられた表示光Ｌを、フロントウインドウ１６に向かって反射する。反射部材１３で反射した光は、窓部１１ａを介して外部に出る。

窓部１１ａには、光学シャッタ１７が設けられている。光学シャッタ１７は、その駆動状態に応じて入射光の透過と非透過を制御し得る。すなわち、光学シャッタ１７は、偏光又は光拡散を利用して駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には入射光を透過しない。光学シャッタ１７には、それを駆動させる第２駆動回路１８が電気的に接続され、第２駆動回路１８には電源供給部１５が電気的に接続され、第２駆動回路１８に電源を供給可能になっている。

図２Ａ及び図２Ｂは、第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタの機能を説明する説明図である。

図２Ａに示すように、光学シャッタ１７は、第１の透過軸を有する第１偏光板２１と、非駆動時には第１の透過軸を有し、非駆動時には第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材２２と、を具備する。

偏光変調部材２２は、第１の偏光軸を有する偏光子２２ａと、電圧を印加しないときは入射した光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層２２ｂと、を具備する。

第１偏光板２１の第１の透過軸は、例えば、Ｐ波成分方向の透過軸を有する。また、第１偏光板２１は、耐熱性に優れていることから、反射型偏光子であることが好ましく、例えば、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子や、多層複屈折を利用する反射型偏光子が用いられるが、これらに限定されるものではない。

偏光変調部材２２の第１の偏光軸を有する偏光子２２ａは、例えば、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であるが、これに限定されるものではない。

偏光変調部材２２の液晶層２２ｂは、例えば、ツイスト角９０°のツイストネマティック型液晶（以下、単に液晶という）を用いる。液晶の裏表には一対の透明電極を備えられている。液晶は、電圧が印加されていない状態では、液晶分子が９０°ツイストしている。このため、偏光子２２ａを透過して偏光した光は、液晶層２２ｂを透過することにより偏光状態が９０°回転する。

一方、ある閾値以上の電圧が印加されると、液晶分子は電界方向に沿って配列するため、偏光子２２ａを透過して偏光した光は、液晶層２２ｂを透過しても偏光状態は変化しない。

光学シャッタ１７は、上述のような構成により、以下のように動作する。まず、図２Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、まず偏光変調部材２２の偏光子２２ａを透過して、Ｐ波成分の偏光の光となる。次に、液晶層２２ｂを透過してＳ波成分の偏光の光となる。さらに、Ｓ波成分の偏光の光は、第１偏光板２１の透過軸がＰ波成分方向であるため、透過できない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ１７を透過できない。

一方、図２Ｂに示すように、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、まず偏光変調部材２２の偏光子２２ａを透過して、Ｐ波成分の偏光の光となる。次に、光は、液晶層２２ｂを透過するが、Ｐ波成分の偏光の光のままである。さらに、第１偏光板２１は、その透過軸がＰ波成分方向になるように配置されているので、Ｐ波成分の偏光の光は透過する。この結果、太陽光ＮのＰ波偏光成分のみが透過する。

第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、上述のような光学シャッタ１７が窓部１１ａに設けられていることにより、以下のような効果を奏する。

まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給されない。このため、光学シャッタ１７は駆動せず、偏光変調部材２２の液晶層２２ｂの液晶には電圧が印加されない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ１７を透過できないので、ハウジング１１内に太陽光Ｎが入るのを防止することができる。

また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給される。これにより、光学シャッタ１７は駆動し、偏光変調部材２２の液晶層２２ｂの液晶に電圧が印加される。この結果、太陽光ＮのＰ波成分のみが光学シャッタ１７を透過するので、ハウジング１１内に入る太陽光Ｎをおおよそ半分に減らすことができる。

このように光学シャッタ１７で太陽光Ｎの透過・非透過を制御する際、従来の機械式シャッタのように、シャッタの開閉のための空間（クリアランス）が不要となり、装置を容易に小型化でき、また、インストルパネルに設置する際の自由度が高くなる。

また、光学シャッタ１７は、表示素子１２から出光する表示光Ｌの偏光方向は、動作時には光学シャッタ１７の偏光変調部材２２を透過するようにすれば、表示光Ｌは窓部１１ａから外部に出て、フロントウインドウ１６に投影することができる。この結果、従来の機械式シャッタのように、画像表示をする際に、運転者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能である。

さらには、装置稼働時に画像を表示する際にも、太陽光Ｎを半分遮光することができるので、表示素子１２を熱から守ることが出来るという利点もある。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。第２の実施の形態では、光学シャッタが、入射された光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調手段である。図１と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図３Ａ及び図３Ｂは、第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタを説明する説明図である。

図３Ａに示すように、第２の実施の形態に係る光学シャッタ３０は、入射された光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調器３１を備えている。さらに、光学シャッタ３０の太陽光Ｎの進行方向で見て後段には、第１偏光板２１が配置されている。

透過拡散変調器３１は、電圧を印加しないときは入射した光を拡散して透過させず、電圧を印加したときは入射した光を透過する液晶層を具備する。この液晶層は、液晶と、その裏表に一対の透明電極を備え、さらに透明電極の液晶と接していない面に一対の樹脂フィルムを備えている。

ここで用いられる液晶は、多数の空孔を有する透明なポリマーフィルムからなり、空孔にネマスティック液晶の棒状分子が封入されていることによって液晶カプセルを形成している。

この液晶は、電圧が印加されていない状態では、液晶分子が液晶カプセルの壁に沿って整列しているため、入射した光を曲折したり、液晶カプセルとポリマーフィルムの界面で入射光を散乱したり、するので、透過しない。一方、ある閾値以上の電圧を液晶に印加すると、液晶分子は電界方向に沿って配列するため、入射した光を透過する。

このような構造からなる透過拡散変調器３１は、まず、図３Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１で拡散され、透過しない。

一方、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１を透過する。第２の実施の形態では、透過した光は第１偏光板２１に入射し、Ｐ波偏光成分のみが透過する。

光学シャッタ３０は、上述のような構成により、以下のように動作する。まず、図３Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１で拡散されて、透過できない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ３０を透過できない。

一方、図３Ｂに示すように、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１をそのまま透過する。次に、光は、第１偏光板２１は、その透過軸がＰ波成分方向になるように配置されているので、Ｐ波成分の偏光の光は透過する。この結果、太陽光ＮのＰ波偏光成分のみが透過する。

このように、第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、上述のような光学シャッタ３０が窓部１１ａに設けられていることにより、以下のような効果を奏する。

まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給されない。このため、光学シャッタ３０は駆動せず、透過拡散変調器３１には電圧が印加されない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ３０を透過できないので、ハウジング１１内に太陽光Ｎが入るのを防止することができる。

また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給される。これにより、光学シャッタ３０は駆動し、透過拡散変調器３１に電圧が印加される。光がそのまま透過拡散変調器３１を通過し、第１偏光板２１に入射し、光のＰ波成分が射出される。この結果、太陽光ＮのＰ波成分のみが光学シャッタ３０を透過するので、ハウジング１１内に入る太陽光Ｎをおおよそ半分に減らすことができる。

このように光学シャッタ３０で太陽光Ｎの透過・非透過を制御する際、従来の機械式シャッタのように、シャッタの開閉のための空間（クリアランス）が不要となり、装置を容易に小型化でき、また、インストルパネルに設置する際の自由度が高くなる。

また、光学シャッタ３０は、表示素子１２から出光する表示光Ｌの偏光方向は、装置動作時にはシャッタ３０の第１偏光板２１を透過するようにすれば、表示光Ｌは窓部１１ａから外部に出て、フロントウインドウ１６に投影することができる。この結果、従来の機械式シャッタのように、画像表示をする際に、運転者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能である。

さらには、エンジン稼働時に画像を表示する際にも、太陽光Ｎを半分遮光することができるので、表示素子１２を熱から守ることが出来るという利点もある。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。

例えば、光の透過と非透過を制御できる光学シャッタ１７、３０の構成で、第１偏光板２１と、偏光変調部材２２又は透過拡散変調器３１との位置が逆でもあってもよい。

また、フロントウインドウ１６に変わって、コンバイナを用いても良い。

本発明は、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ装置に適用でき、例えば、車載用ナビゲーション装置に好適である。

１０ヘッドアップディスプレイ装置
１１ハウジング
１１ａ窓部
１２表示素子
１３反射部材
１４第１駆動回路
１５電源供給部
１６フロントウインドウ
１７、３０光学シャッタ
１８第２駆動回路
２１第１偏光板
２２偏光変調部材
３１透過拡散変調器

Claims

窓部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、表示光を発する表示素子と、
前記ハウジング内に設置され、前記表示光を反射して前記窓部から外部に出光させる反射部材と、
前記表示素子を駆動させる第１の駆動回路と、
前記窓部に設けられ、駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には前記入射光を透過しない反射型偏光子を具備する光学シャッタと、
前記光学シャッタを駆動させる第２の駆動回路と、
前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路に電源を供給する電源供給部と、
を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記光学シャッタが、第１の透過軸を有する前記反射型偏光子と、駆動時には前記第１の透過軸を有し、非駆動時には前記第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材と、を具備することを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記偏光変調部材が、前記第１の偏光軸を有する反射型偏光子と、電圧を印加しないときは前記入射光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層と、を具備することを特徴とする請求項２記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記反射型偏光子が、多層複屈折を利用する反射型偏光子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記反射型偏光子が、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。