JP6200798B2 - Liquid crystal display device and head-up display device - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置、及びそれに使用される液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device and a liquid crystal display device used therein.
車両のフロントガラスなどに液晶表示装置からの表示光を投射して虚像(表示像)の表示を行うヘッドアップディスプレイ(HUD)装置が知られている。このヘッドアップディスプレイ装置では、例えば、バックライトからの照明光が液晶表示装置を透過した表示光を反射鏡(又は凹面鏡)で反射させ、この反射光をフロントガラス又はコンバイナーなどの表示部材に投射することで、運転者が表示部材に表示された虚像を視認するようになっている。これにより、運転者が運転状態からほとんど視野を動かすことなく情報を読み取ることができる。 2. Description of the Related Art A head-up display (HUD) device that displays a virtual image (display image) by projecting display light from a liquid crystal display device onto a windshield of a vehicle or the like is known. In this head-up display device, for example, display light transmitted through a liquid crystal display device by illumination light from a backlight is reflected by a reflecting mirror (or concave mirror), and the reflected light is projected onto a display member such as a windshield or a combiner. Thus, the driver visually recognizes the virtual image displayed on the display member. Thereby, the driver can read information without moving the visual field from the driving state.
ヘッドアップディスプレイ装置では、その構造上、太陽光等の外部からの光(外光)の一部(特にバックライトの光路に平行で逆向きの光成分)が、ヘッドアップディスプレイ装置に用いられる液晶表示装置に照射されることがある。この場合、液晶表示装置の表示面で反射した外光により、表示されるべきでない不要な像がフロントガラスに映し出される。これにより、液晶表示装置の表示特性が著しく劣化してしまう。 In the head-up display device, due to its structure, a part of the external light (external light) such as sunlight (particularly the light component parallel to the light path of the backlight and opposite) is used in the liquid crystal used in the head-up display device. The display device may be irradiated. In this case, an unnecessary image that should not be displayed is displayed on the windshield by the external light reflected by the display surface of the liquid crystal display device. As a result, the display characteristics of the liquid crystal display device are significantly deteriorated.
本発明は、外光に起因して表示特性が劣化するのを抑制できるとともに、コントラストが低下するのを抑制できる液晶表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供する。 The present invention provides a liquid crystal display device and a head-up display device that can suppress display characteristics from being deteriorated due to external light and can suppress a decrease in contrast.
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、外光の光路に対して表示面の垂線がチルト角だけ傾いて配置された液晶表示装置であって、光源部に対向配置された第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1及び第2基板間に挟まれた液晶層と、前記第1基板に設けられ、三角柱からなる第1プリズムと、前記第2基板に設けられ、三角柱からなる第2プリズムとを具備する。前記第1プリズムは、前記液晶層を透過する光が前記表示面に対してほぼ垂直になるように、前記光源部からの光を屈折させ、前記第2プリズムは、前記液晶層を透過した光が前記表示面に対して前記チルト角だけ傾くように、前記液晶層を透過した光を屈折させることを特徴とする。 A liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention is a liquid crystal display device in which a normal of a display surface is tilted by a tilt angle with respect to an optical path of external light, and includes a first substrate disposed to face a light source unit, A second substrate disposed opposite to the first substrate, a liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates, a first prism formed on the first substrate and formed of a triangular prism, and the second And a second prism made of a triangular prism. The first prism refracts light from the light source unit so that light transmitted through the liquid crystal layer is substantially perpendicular to the display surface, and the second prism transmits light transmitted through the liquid crystal layer. The light transmitted through the liquid crystal layer is refracted so as to be inclined by the tilt angle with respect to the display surface.
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、外光の光路に対して表示面の垂線がチルト角だけ傾いて配置された液晶表示装置であって、前記表示面と平行に配置された光源部と、前記光源部に対向配置された第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1及び第2基板間に挟まれた液晶層と、前記第2基板に設けられ、三角柱からなるプリズムとを具備する。前記プリズムは、前記液晶層を透過した光が前記表示面に対して前記チルト角だけ傾くように、前記液晶層を透過した光を屈折させることを特徴とする。 A liquid crystal display device according to an aspect of the present invention is a liquid crystal display device in which a normal of a display surface is tilted by a tilt angle with respect to an optical path of external light, and a light source unit disposed in parallel with the display surface A first substrate disposed opposite to the light source unit, a second substrate disposed opposite to the first substrate, a liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates, and the second substrate. And a prism made of a triangular prism. The prism refracts light transmitted through the liquid crystal layer so that the light transmitted through the liquid crystal layer is inclined by the tilt angle with respect to the display surface.
本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記一態様に係る液晶表示装置と、前記液晶表示装置を透過した光を表示部材に向けて反射する反射鏡とを具備することを特徴とする。 A head-up display device according to an aspect of the present invention includes the liquid crystal display device according to the above aspect and a reflecting mirror that reflects light transmitted through the liquid crystal display device toward a display member. .
本発明によれば、外光に起因して表示特性が劣化するのを抑制できるとともに、コントラストが低下するのを抑制できる液晶表示装置及び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。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device and a head-up display device that can suppress display characteristics from being deteriorated due to external light and can suppress a decrease in contrast.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of the drawings are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same portion is represented between the drawings, the dimensional relationship and ratio may be represented differently. In particular, the following embodiments exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention depends on the shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
[比較例]
まず、比較例について説明する。図1は、比較例に係るヘッドアップディスプレイ装置10の断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置10は、液晶表示装置11、光源部12、及び反射鏡13を備える。
[Comparative example]
First, a comparative example will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a head-up
光源部12から出射した照明光は、液晶表示装置11を透過するとともに光変調される。液晶表示装置11を透過した表示光は、反射鏡13によって反射され、表示部材14に照射される。この表示部材14への表示光の照射によって得られる虚像(表示像)16が運転者15に視認される。これにより、運転者15は、運転席の正面前方に表示される虚像16を風景と重畳させて観察することができる。
The illumination light emitted from the
一方で、外光の一部は、表示部材14を透過して反射鏡13によって反射され、液晶表示装置11に照射される。外光とは、表示部材14の外側(液晶表示装置11が配置される側と反対側)から入射する種々の光であり、例えば太陽光等の外部からの光である。この時、図1の比較例に示すように、液晶表示装置11の表示面と光源部12の出射面(照明光が出射する面)とが平行である場合、液晶表示装置11により反射された照射光は、外光と逆の光路を辿り、表示部材14に投射される。このため、本来、表示されるべきでない不要な像が発生し、運転者15が視認する表示像の表示品質が低下する。なお、液晶表示装置11の表示面とは、液晶表示装置11により光変調された画像が表示される面である。
On the other hand, part of the external light is transmitted through the
図2は、他の比較例に係るヘッドアップディスプレイ装置10の断面図である。液晶表示装置11の表示面(基板面)は、光源部12の出射面に対して所定のチルト角θだけ傾いている。換言すると、液晶表示装置11の表示面の垂線は、光源部12の光路(又は外光の光路)に対して所定のチルト角θだけ傾いている。これにより、外光が液晶表示装置11によって反射された反射光は、液晶表示装置11の表示光と同じ方向には反射されず、図2の破線で示す光路のように、光源部12の光路に対して角度2θの方向に反射される。この結果、液晶表示装置11の反射光に起因して表示特性が劣化するのを抑制できる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a head-up
図3は、比較例に係る液晶表示装置11の断面図である。液晶表示装置11は、一対の基板20、21と、液晶層22と、液晶層22を封止するシール材29と、一対の偏光板30、31とを備える。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid
光源部12からの照明光は、入射角θで偏光板30に入射するとともに、屈折角φで屈折する。続いて、液晶層22を透過した光は、角度φで偏光板31に入射すると共に、角度θで屈折する。空気の屈折率は1程度である。例えばガラスから構成される基板20、21の屈折率は1.5程度である。液晶層22、偏光板30、31、及びカラーフィルター(図示せず)の屈折率は、基板20、21とほぼ同じで1.5程度である。よって、偏光板30、31の間を透過する光はほとんど屈折しないものと考え、偏光板30、31の間を透過する光の屈折は、考慮しないものとする。
The illumination light from the
このように、液晶層22には、基板20の面(基板面)の垂線に対して角度φの光が入射する。基板20、21、液晶層22、偏光板30、31、及びカラーフィルターの屈折率を全てnとすると、スネルの法則により、角度φは、以下の式で表される。
Thus, light having an angle φ is incident on the
φ=sin−1(sinθ/n) ・・・式(1)
図4は、液晶表示装置11のコントラスト(コントラスト比)を説明する図である。図4には、偏光板30に入射する光の入射角θと、液晶層22を透過する光における基板面の垂線に対する角度φ(液晶内角度φ)と、液晶表示装置11のコントラストとの関係の一例を示している。図5は、液晶内角度φと液晶表示装置11のコントラストとの関係の一例を示すグラフである。
φ = sin −1 (sin θ / n) (1)
FIG. 4 is a diagram for explaining the contrast (contrast ratio) of the liquid
図4及び図5に示すように、垂直入射(θ=0)の場合、すなわち基板面に垂直方向の光が液晶層22を透過する場合、コントラストは1325程度である。入射角θが大きくなるにつれてコントラストが低下し、例えば入射角θ=22.0°の場合、コントラストは183程度に低下し、垂直入射と比べてコントラストが86%減になってしまう。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the case of normal incidence (θ = 0), that is, when light perpendicular to the substrate surface is transmitted through the
以上の考察に鑑みて、以下に本発明の実施形態について説明する。 In view of the above consideration, embodiments of the present invention will be described below.
[第1実施形態]
図6は、本発明の第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10の断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置10は、液晶表示装置11、光源部12、及び反射鏡13を備える。
[First Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the head-up
光源部12は、例えば面形状を持つ光源(面光源)から構成され、液晶表示装置11に照明光を供給する。光源部12に含まれる発光素子としては、例えば白色の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が用いられる。液晶表示装置11は、光源部12からの照明光を透過するとともに、光変調を行う。そして、液晶表示装置11は、車速等の運転情報を示す画像を表示する。
The
反射鏡13は、平面鏡、又は凹面鏡から構成される。反射鏡13は、液晶表示装置11からの表示光を表示部材14に向けて反射する。反射鏡13として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、液晶表示装置11からの表示光を所定の拡大率で拡大する。
The reflecting
鉛直線(重力方向)に対する表示部材14の傾きをβとすると、反射鏡(例えば平面鏡)13における反射角は(90°−2θ)、すなわち平面鏡13における入射光と反射光とのなす角度は(180°−4θ)である。また、表示部材14における反射角はβ、すなわち表示部材14における入射光と反射光とのなす角度は2βである。
If the inclination of the
表示部材14は、液晶表示装置11から出射される表示光を投射するために使用され、表示光を運転者へ反射することで、表示光を虚像16として表示させる。表示部材14は、例えば車両のフロントガラスである。また、表示部材14は、ヘッドアップディスプレイ装置10専用に設けられた半透明なスクリーン(コンバイナー)であってもよい。コンバイナーは、例えば、車両のダッシュボード上に配置されたり、運転者15の前方に配置されたルームミラーに装着されたり、フロントガラスの上部に設置されたサンバイザーに装着されて使用される。コンバイナーは、例えば、曲面を有する板状の合成樹脂製の基材からなり、その基材の表面には酸化チタン、酸化シリコンなどからなる蒸着膜が施され、この蒸着膜によって半透過の機能を備える。
The
比較例と同様に、液晶表示装置11の表示面(基板面)は、光源部12の出射面(照明光が出射する面)に対して所定のチルト角θだけ傾いている。換言すると、液晶表示装置11の基板面の垂線は、光源部12の光路(又は外光の光路)に対して所定のチルト角θだけ傾いている。これにより、外光が液晶表示装置11により反射された反射光は、図6の破線で示す光路を辿り、液晶表示装置11の表示光と同じ方向には反射されない。この結果、液晶表示装置11の反射光に起因する表示特性の劣化を低減できる。チルト角θの大きさは、表示部材14の角度β、表示部材14と反射鏡13との距離、反射鏡13と液晶表示装置11との距離、及び反射鏡13の拡大率などに応じて適宜設定される。本実施形態では、チルト角θは、例えば、10°以上かつ30°以下である。
Similar to the comparative example, the display surface (substrate surface) of the liquid
図7は、第1実施形態に係る液晶表示装置11の断面図である。液晶表示装置11は、一対の基板20、21と、液晶層22と、液晶層22を封止するシール材29と、一対の偏光板30、31と、一対の三角プリズム40、41とを備える。三角プリズム40、41の構成及び機能については、後述する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid
図8は、液晶表示装置11のより具体的な構成例を示す断面図である。なお、図8には、偏光板30、31間の部材、すなわちプリズム40、41を除く液晶表示装置11の詳細を示している。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a more specific configuration example of the liquid
液晶表示装置11は、スイッチングトランジスタ及び画素電極等が形成されるTFT基板20と、カラーフィルター及び共通電極が形成されかつTFT基板20に対向配置されるカラーフィルター基板(CF基板)21と、TFT基板20及びCF基板21間に挟持された液晶層22とを備える。TFT基板20及びCF基板21はそれぞれ、透明基板(例えば、ガラス基板)から構成される。CF基板21は、光源部12に対向するように配置され、光源部12からの照明光は、CF基板21側から液晶表示装置11に入射する。TFT基板20の光源部12とは反対側の面が液晶表示装置11の表示面である。
The liquid
液晶層22は、TFT基板20及びCF基板21間を貼り合わせるシール材29によって封入された液晶材料により構成される。液晶材料は、TFT基板20及びCF基板21間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えばVA(Vertical Alignment)モードが用いられるが、勿論、TN(Twisted Nematic)モードやホモジニアスモードなど他の液晶モードであってもよい。
The
液晶層22側のTFT基板20上には、複数のスイッチングトランジスタ23が設けられる。スイッチングトランジスタ23としては、例えば薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が用いられる。スイッチングトランジスタ23は、走査線(図示せず)に電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層(例えばアモルファスシリコン層)と、半導体層上に離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線(図示せず)に電気的に接続される。
A plurality of switching
スイッチングトランジスタ23上には、絶縁層24が設けられる。絶縁層24上には、複数の画素電極25が設けられる。絶縁層24内かつスイッチングトランジスタ23のドレイン電極上には、画素電極25に電気的に接続されたコンタクトプラグ26が設けられる。
An insulating
液晶層22側のCF基板21上には、カラーフィルター27が設けられる。カラーフィルター27は、複数の着色フィルター(着色部材)を備え、具体的には、複数の赤フィルター27−R、複数の緑フィルター27−G、及び複数の青フィルター27−Bを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤(R)、緑(G)、青(B)で構成される。隣接したR、G、Bの三色のセットが表示の単位(ピクセル、又は画素と呼ぶ)となっており、1つの画素中のR、G、Bのいずれか単色の部分はサブピクセル(サブ画素)と呼ばれる最小駆動単位である。スイッチングトランジスタ23及び画素電極25は、サブピクセルごとに設けられる。
A
赤フィルター27−R、緑フィルター27−G、及び青フィルター27−Bの境界部分、及び画素(サブピクセル)の境界部分には、遮光用のブラックマトリクス(遮光膜)BMが設けられる。すなわち、ブラックマトリクスBMは、網目状に形成される。ブラックマトリクスBMは、例えば、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。 A black matrix (light shielding film) BM for light shielding is provided at the boundary part of the red filter 27-R, the green filter 27-G, and the blue filter 27-B and the boundary part of the pixel (subpixel). That is, the black matrix BM is formed in a mesh shape. The black matrix BM is provided, for example, to shield unnecessary light between the coloring members and improve contrast.
カラーフィルター27及びブラックマトリクスBM上には、共通電極28が設けられる。共通電極28は、液晶表示装置11の表示領域全体に平面状に形成される。
A
偏光板30、31は、TFT基板20及びCF基板21を挟むように設けられる。偏光板30、31は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有する。偏光板30、31は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、吸収軸に平行な振動面を有する直線偏光を吸収する。偏光板30、31は、互いの透過軸が直交するように、すなわち直交ニコル状態で配置される。
The
画素電極25、コンタクトプラグ26、及び共通電極28は、透明電極から構成され、例えばITO(インジウム錫酸化物)が用いられる。絶縁層24としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物(SiN)が用いられる。
The
ここで、本実施形態では、図7に示すように、液晶表示装置11は、三角プリズム40、41を備える。三角プリズム40は、偏光板30のTFT基板20と反対面に設けられ、三角プリズム41は、偏光板31のCF基板21と反対面に設けられる。三角プリズム40、41は、三角柱からなる。図9は、三角プリズム40の斜視図である。三角プリズム41も三角プリズム40と同じ形状を有する。三角プリズム40、41は、ポリカーボネート、アクリル樹脂、又はガラスなどから構成される。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the liquid
三角プリズム40は、傾き角αを有し、三角プリズム40の傾き角αは、偏光板30に接する面と傾斜面40aとのなす角度である。同様に、三角プリズム41の傾き角αは、偏光板31に接する面と傾斜面41aとのなす角度である。三角プリズム40、41は、それぞれの傾斜面40a、41aが平行になるように、点対称(180°回転対称)に配置される。なお、図7では、三角プリズム40、41は、断面形状が必ずしも直角三角形である必要はなく、偏光板に接する面と傾斜面とのなす角度がαであることを満たしていれば、直角三角形でなくてもよい。
The
また、三角プリズム40のサイズは、その傾斜面40aを偏光板30に投影した領域が液晶表示装置11の有効表示領域以上になるように設定される。同様に、三角プリズム41のサイズは、その傾斜面41aを偏光板31に投影した領域が液晶表示装置11の有効表示領域以上になるように設定される。
Further, the size of the
三角プリズム40、41の傾き角αは、光源部12から液晶表示装置11に入射する光が液晶層22内で基板面に対してほぼ垂直になるように設定される。三角プリズム40、41の屈折率をnpとすると、三角プリズム40、41の傾き角αは、以下の式で表される。
The inclination angle α of the
sin(θ+α)=np・sinα
上式より、
α=tan−1{sinθ/(np−cosθ)} ・・・式(2)
液晶表示装置11が三角プリズム40、41を備えることで、光源部12から出射され基板面の垂線に対して角度θで液晶表示装置11に入射した光は、以下のような光路を辿る。すなわち、光源部12からの光は、三角プリズム40の傾斜面40aに入射角(θ+α)で入射するとともに、屈折角αで屈折する。このため、液晶層22を透過する光は、基板面に対してほぼ垂直になる。続いて、液晶層22を透過した光は、三角プリズム41の傾斜面aにおいて屈折角(θ+α)で屈折するとともに、三角プリズム41から出射される。よって、液晶表示装置11から出射する光は、基板面の垂線に対して角度θで出射される。
sin (θ + α) = n p · sin α
From the above formula,
α = tan −1 {sin θ / (n p −cos θ)} (2)
Since the liquid
また、液晶表示装置11から出射する光と同じ方向で向きが反対の外光は、三角プリズム41の傾斜面41aにおいてその入射方向に対して角度2(θ+α)の方向に反射される。このため、外光が運転者15に届くことはない。
In addition, external light having the same direction as the light emitted from the liquid
上記説明では、液晶層22を透過する光が基板面にほぼ垂直になるようにしている。図5に示すように、液晶層22を透過する光が基板面に垂直である場合に、液晶表示装置11のコントラストが最大になる。しかし、コントラストが800以上であれば、液晶表示装置11を視認するユーザにとって十分に高精細又は高画質な表示が可能である。すなわち、液晶内角度φが±5°の範囲内(両方を含む)で視認性許容範囲であるコントラストが800以上になっている。なお、図5では、正側の液晶内角度φについて示しているが、負側の液晶内角度φについても図5と線対称のグラフが得られる。視認性許容範囲を考慮すると、三角プリズム40、41の傾き角αは、以下の式で表される範囲に設定される。
In the above description, the light transmitted through the
np・sin(α−5°)≦sin(θ+α)≦np・sin(α+5°)
上式より、
tan−1{(sinθ−np・sin5°)/(np・cos5°−cosθ)}≦α≦
tan−1{(sinθ+np・sin5°)/(np・cos5°−cosθ)}
・・・式(3)
図10は、入射角θとプリズムの傾き角αとの一例を示す図である。屈折率np=1.5とする。また、図10に示した傾き角αの最小値及び最大値は、視認性許容範囲を考慮した傾き角αの値である。
n p · sin (α−5 °) ≦ sin (θ + α) ≦ n p · sin (α + 5 °)
From the above formula,
tan −1 {(sin θ−n p ·
tan −1 {(sin θ + n p ·
... Formula (3)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the incident angle θ and the inclination angle α of the prism. Refractive index n p = 1.5. Further, the minimum value and the maximum value of the inclination angle α shown in FIG. 10 are values of the inclination angle α in consideration of the visibility tolerance.
(効果)
以上詳述したように第1実施形態では、液晶表示装置11の表示面(基板面)の垂線は、光源部12の光路(又は外光の光路)に対して所定のチルト角θだけ傾いくように設定される。また、液晶表示装置11が入射側及び出射側にそれぞれ三角プリズム40、41を備え、三角プリズム40は、液晶層22を透過する光が表示面に対してほぼ垂直になるように、光源部12からの光を屈折させ、また、三角プリズム41は、液晶層22を透過した光が表示面に対してチルト角θだけ傾くように、液晶層22を透過した光を屈折させる。
(effect)
As described above in detail, in the first embodiment, the perpendicular of the display surface (substrate surface) of the liquid
従って第1実施形態によれば、液晶表示装置11により反射された外光がこれと逆方向の光路を辿って運転者15に視認されるのを防ぐことができる。これにより、外光に起因して液晶表示装置11の表示特性が劣化するのを抑制できる。
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to prevent the external light reflected by the liquid
また、液晶層22を透過する光は、基板面に対してほぼ垂直方向に進む。これにより、液晶表示装置11のコントラストが低下するのを抑制できる。
Further, the light transmitted through the
[第2実施形態]
第1実施形態の図7に示す三角プリズムを用いた場合、三角プリズムを含む液晶表示装置の厚さが非常に大きくなってしまう。液晶表示装置の厚さ(図7の縦方向の長さ)が2cmで三角プリズムの傾き角が29°であった場合、2.2cm(=2×2×tan29°)の厚さ増加になってしまう。そこで、第2実施形態では、第1実施形態の三角プリズムより厚さの小さい複数の三角プリズムを並べることにより液晶表示装置の厚さを小さくするようにしている。
[Second Embodiment]
When the triangular prism shown in FIG. 7 of the first embodiment is used, the thickness of the liquid crystal display device including the triangular prism becomes very large. When the thickness of the liquid crystal display device (vertical length in FIG. 7) is 2 cm and the inclination angle of the triangular prism is 29 °, the thickness increases by 2.2 cm (= 2 × 2 × tan 29 °). End up. Therefore, in the second embodiment, the thickness of the liquid crystal display device is reduced by arranging a plurality of triangular prisms having a thickness smaller than that of the triangular prism of the first embodiment.
図11は、本発明の第2実施形態に係る液晶表示装置11の断面図である。液晶表示装置11は、プリズムシート40、41を備える。図12は、プリズムシート40の斜視図である。プリズムシート41もプリズムシート40と同じ形状を有する。プリズムシート40、41以外の構成は、第1実施形態と同じである。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the liquid
プリズムシート40は、基部40bと、複数の三角プリズム部分40cとから構成される。複数の三角プリズム部分40cの各々は、第1実施形態の三角プリズムよりサイズ(厚さ)が小さい三角柱からなり、第1実施形態の三角プリズムと相似形である。三角プリズム部分40cは、傾き角αを有し、三角プリズム部分40cの傾き角αは、基部40bに接する面と傾斜面40aとのなす角度である。複数の三角プリズム部分40cは、同じ向き、すなわちそれぞれの傾斜面40aが平行になるように並んで配列される。プリズムシート40と同様に、プリズムシート41は、基部41bと、複数の三角プリズム部分41cとから構成される。プリズムシート40、41は、それぞれの傾斜面40a、41aが平行になるように、点対称(180°回転対称)に配置される。
The
以上のように構成されたプリズムシート40、41を用いた場合でも、第1実施形態と同じ効果が得られる。また、三角プリズム部分40cの数をnとすると、プリズムシート40の厚さは、第1実施形態の三角プリズムと比べて1/n(但し、基部40bを考慮しない)にすることができる。例として、n=100、液晶表示装置の厚さ(図11の縦方向の長さ)が2cm、三角プリズム部分の傾き角が29°とすれば、0.22mmの厚さ増加に抑えることができる。
Even when the
(変形例1)
図13は、第2実施形態の変形例1に係る液晶表示装置11の断面図である。三角プリズム部分40cのうち基板面にほぼ垂直方向の面(垂直面と呼ぶ)には、吸収層42が設けられる。吸収層42は、自身に入射する光を吸収する機能を有する。同様に、三角プリズム部分41cの垂直面には、吸収層42が設けられる。
(Modification 1)
FIG. 13 is a cross-sectional view of the liquid
三角プリズム部分40cの傾斜面40aに入射する有効な光(表示に利用される光)は、三角プリズム部分40cで屈折して液晶層22をほぼ垂直に進む。一方、三角プリズム部分40cの垂直面に入射する不要な光は、液晶表示装置11の表示にほとんど利用されない。吸収層42は、この不要な光を吸収する。これにより、液晶表示装置11の画質が劣化するのを抑制できる。なお、光源部12からの照明光が入射されるプリズムシート40のみに吸収層42を設け、プリズムシート41には吸収層42を設けないようにしてもよい。
Effective light (light used for display) incident on the
(変形例2)
図14は、第2実施形態の変形例2に係る液晶表示装置11の断面図である。三角プリズム部分40cの垂直面と吸収層42との間には、反射層43が設けられる。同様に、三角プリズム部分41cの垂直面と吸収層42との間には、反射層43が設けられる。反射層43は、自身に入射する光を反射する機能を有する。
(Modification 2)
FIG. 14 is a cross-sectional view of a liquid
三角プリズム部分40cに入射した光のうち液晶層22に向かわずに反射層43に向かう光は、図14の破線で示すように、反射層43により反射されて液晶層22を透過する。すなわち、三角プリズム部分40cに入射した光のうち反射層43に向かう光は、液晶表示装置11の表示のために再利用される。この結果、液晶表示装置11のより明るい表示が可能となる。なお、光源部12からの照明光が入射されるプリズムシート40のみに吸収層42及び反射層43を設け、プリズムシート41には吸収層42及び反射層43を設けないようにしてもよい。
Of the light incident on the
[第3実施形態]
図15は、本発明の第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10の断面図である。液晶表示装置11は、反射鏡13によって反射された外光の光路に対して液晶表示装置11の表示面(基板面)の垂線が所定のチルト角θだけ傾くように配置される。同様に、光源部12は、反射鏡13によって反射された外光の光路に対して光源部12の出射面の垂線が所定のチルト角θだけ傾くように配置される。すなわち、液晶表示装置11の基板面と光源部12の出射面とは、平行になるように配置される。
[Third Embodiment]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the head-up
図16は、第3実施形態に係る液晶表示装置11の断面図である。第3実施形態の液晶表示装置11の構成は、プリズムシート40が除かれる以外は、第2実施形態の液晶表示装置と同じである。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the liquid
光源部12からの照明光は、液晶表示装置11の基板面にほぼ垂直に入射する。このため、液晶層22を透過する光は、基板面に対してほぼ垂直になる。これにより、液晶表示装置11のコントラストが低下するのを防ぐことができる。
Illumination light from the
プリズムシート41は、液晶層22を透過した光を、三角プリズム部分41cの傾斜面41aにおいて屈折角αだけ屈折させる。すなわち、液晶表示装置11から出射する光の光路は、第1実施形態と同じである。
The
また、液晶表示装置11からの出射光と同じ方向で向きが反対の外光は、三角プリズム部分41cの傾斜面41aにおいてその入射方向と角度2(θ+α)の方向に反射される。このため、外光が液晶表示装置11からの出射光と同じ光路を辿って運転者15に届くことはない。
In addition, external light having the same direction as the light emitted from the liquid
以上詳述したように第3実施形態では、液晶表示装置11の入射側のプリズムシートをなくし、さらに、光源部12を液晶表示装置11と平行に配置している。これにより、プリズムシートを1つに減らすことができるため、液晶表示装置11を薄くすることができ、さらに、ヘッドアップディスプレイ装置10のコストを低減できる。その他の効果は、第1実施形態と同じである。
As described above in detail, in the third embodiment, the prism sheet on the incident side of the liquid
なお、プリズムシート41は、第1実施形態の三角プリズム41に変えてもよい。また、第2実施形態で説明した吸収層42及び反射層43を第3実施形態のプリズムシート41に適用することも可能である。
The
[第4実施形態]
図17は、本発明の第4実施形態に係る液晶表示装置11及び光源部12の断面図である。液晶表示装置11及び光源部12以外の構成は、第3実施形態と同じである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the liquid
液晶表示装置11において、偏光板30のTFT基板20と反対面には、反射型偏光板50が設けられる。反射型偏光板50の偏光板30と反対面には、位相差板(λ/4板)51が設けられる。なお、図17の偏光板、反射型偏光板、及び位相差板の平面図は、光源部12側から見た平面を示している。また、図17の平面図において、水平方向に対する偏光板30の透過軸の角度をγと表記している。角度γは、任意に設定可能である。
In the liquid
反射型偏光板50は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び反射軸を有する。反射型偏光板50は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する。反射型偏光板50の透過軸は、偏光板30の透過軸と平行に設定される。反射型偏光板50としては、例えば、3M社のDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)、又は旭化成のワイヤグリッド偏光板などがある。
The reflective
位相差板51は、屈折率異方性を有しており、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有する。位相差板51は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション(λを透過する光の波長としたとき、λ/4の位相差)を与える機能を有している。すなわち、位相差板51は、λ/4板から構成される。位相差板51の遅相軸は、反射型偏光板50の透過軸に対して45°の角度をなすように設定される。
The
図18は、液晶表示装置11側から見た光源部12の平面図である。光源部12は、基板12A、複数の発光素子12B、反射層12C、及びケース12Dを備える。基板12A上には、複数の発光素子12Bが設けられる。各発光素子12Bは、例えば白色のLEDから構成される。図18では、4個の発光素子12Bを一例として示しているが、発光素子12Bの数は任意に設計でき、発光素子12Bの数は1個であってもよいし、4個以外の複数個であってもよい。基板12Aは、発光素子12Bに電源を供給するための配線が設けられた回路基板から構成される。基板12Aの表面は、液晶表示装置11のTFT基板20又はCF基板21の表面と平行に配置される。
FIG. 18 is a plan view of the
基板12A上の発光素子12Bが設けられていない領域には、反射層12Cが設けられる。すなわち、反射層12Cは、複数の発光素子12Bとそれぞれほぼ同じ平面形状を有する複数の開口部を有する。反射層12Cは、液晶表示装置11側から入射する光を、再度、液晶表示装置11側へ反射する。また、基板12A上には、複数の発光素子12B及び反射層12Cを囲むケース12Dが設けられる。基板12A及びケース12Dの外形は、例えば矩形である。
A
このように構成されたヘッドアップディスプレイ装置10では、まず、光源部12から出射した照明光は、位相差板51を透過し、反射型偏光板50に到達する。反射型偏光板50は、透過軸と平行な光を透過し、反射軸と平行な光を反射する。反射型偏光板50を透過した光は、偏光板30を透過する。
In the head-up
一方、反射型偏光板50によって反射された直線偏光は、位相差板51を透過し、光源部12の反射層12Cで反射され、再度、位相差板51を透過する。すなわち、反射型偏光板50によって反射された直線偏光は、位相差板51を2回透過するため、90°旋光する。この結果、位相差板51を2回透過した直線偏光は、反射型偏光板50の透過軸と平行になるため、反射型偏光板50及び偏光板30を透過することができる。これにより、本来、偏光板30で吸収されていた光を、表示として再利用することができる。
On the other hand, the linearly polarized light reflected by the reflective
(変形例)
次に、第4実施形態の変形例について説明する。図19は、第4実施形態の変形例に係る液晶表示装置11及び光源部12の断面図である。偏光板30と反射型偏光板50との間には、拡散部材52が設けられる。
(Modification)
Next, a modification of the fourth embodiment will be described. FIG. 19 is a cross-sectional view of the liquid
拡散部材52は、透過光をランダムな方向に拡散(散乱)することで、透過光を均一化する機能を有する。拡散部材52は、拡散粘着材、拡散フィルム、又は拡散板などから構成される。拡散部材52として拡散粘着材を用いた場合、拡散粘着材は、入射光を拡散する機能の他に、偏光板30及び反射型偏光板50を貼り付ける機能を有する。
The diffusing member 52 has a function of making the transmitted light uniform by diffusing (scattering) the transmitted light in a random direction. The diffusion member 52 is composed of a diffusion adhesive material, a diffusion film, a diffusion plate, or the like. When a diffusion adhesive material is used as the diffusion member 52, the diffusion adhesive material has a function of attaching the
拡散部材52は、等方的に光を拡散(散乱)することで、透過光及び反射光を均一化する機能を有する。拡散部材52を用いることで、さらなる光の再利用が可能となる。 The diffusion member 52 has a function of making transmitted light and reflected light uniform by diffusing (scattering) light isotropically. By using the diffusing member 52, it becomes possible to reuse light further.
(効果)
以上詳述したように第4実施形態では、偏光板30の吸収軸と平行の光を、偏光板30に入射する前に、反射型偏光板50によって光源部12側に反射させる。さらに、この反射光が位相差板51を2回透過するように反射層12Cを配置することで、反射型偏光板50による反射光が偏光板30の透過軸と平行になるようにしている。
(effect)
As described above in detail, in the fourth embodiment, the light parallel to the absorption axis of the
従って第4実施形態によれば、本来、偏光板30で吸収されていた光を、表示として再利用することができる。これにより、液晶表示装置11のより明るい表示が実現できる。その他の効果は、第3実施形態と同じである。
Therefore, according to the fourth embodiment, the light originally absorbed by the
本発明は、上記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内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、1つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and are obtained by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in one embodiment or by appropriately combining constituent elements disclosed in different embodiments. Various inventions can be configured. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, the problems to be solved by the invention can be solved and the effects of the invention can be obtained. Embodiments made can be extracted as inventions.
10…ヘッドアップディスプレイ装置、11…液晶表示装置、12…光源部、12A…基板、12B…発光素子、12C…反射層、12D…ケース、13…反射鏡、14…表示部材、15…運転者、16…虚像、20…TFT基板、21…CF基板、22…液晶層、23…スイッチングトランジスタ、24…絶縁層、25…画素電極、26…コンタクトプラグ、27…カラーフィルター、28…共通電極、29…シール材、30,31…偏光板、40,41…プリズムシート、42…吸収層、43…反射層、50…反射型偏光板、51…位相差板、52…拡散部材。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記表示面と平行に配置された光源部と、
前記光源部に対向配置された第1基板と、
前記第1基板に対向配置された第2基板と、
前記第1及び第2基板間に挟まれた液晶層と、
前記第2基板に設けられ、三角柱からなるプリズムと、
を具備し、
前記プリズムは、前記液晶層を透過した光が前記表示面に対して前記チルト角だけ傾くように、前記液晶層を透過した光を屈折させることを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device in which a normal of a display surface is inclined by a tilt angle with respect to an optical path of outside light,
A light source unit arranged in parallel with the display surface;
A first substrate disposed opposite to the light source unit;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
A liquid crystal layer sandwiched between the first and second substrates;
A prism formed on the second substrate and made of a triangular prism;
Comprising
The liquid crystal display device, wherein the prism refracts light transmitted through the liquid crystal layer so that the light transmitted through the liquid crystal layer is inclined by the tilt angle with respect to the display surface.
前記第1偏光板の前記光源部側に設けられ、前記光源部からの光のうち反射軸と平行な成分を反射する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板の前記光源部側に設けられ、光にλ/4の位相差を与える位相差板と、
前記第2基板と前記プリズムとの間に設けられた第2偏光板と、
をさらに具備し、
前記反射型偏光板の透過軸は、前記第1偏光板の透過軸と平行であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 A first polarizing plate provided on the light source side of the first substrate;
A reflective polarizing plate that is provided on the light source unit side of the first polarizing plate and reflects a component parallel to the reflection axis of the light from the light source unit;
A retardation plate that is provided on the light source part side of the reflective polarizing plate and gives a phase difference of λ / 4 to light;
A second polarizing plate provided between the second substrate and the prism;
Further comprising
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a transmission axis of the reflective polarizing plate is parallel to a transmission axis of the first polarizing plate.
α=tan−1{sinθ/(np−cosθ)}
を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液晶表示装置。 When the tilt angle is θ and the refractive index of the prism is n p , the tilt angle α of the prism is
α = tan −1 {sin θ / (n p −cos θ)}
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein:
前記液晶表示装置を透過した光を表示部材に向けて反射する反射鏡と、
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。 A liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 8 ,
A reflecting mirror that reflects light transmitted through the liquid crystal display device toward a display member;
A head-up display device comprising:
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