JP7056007B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイ装置等の表示装置は、表示ユニットからの表示光を拡大投影するための凹面鏡を備える。凹面鏡に太陽光等の外光が入射すると、外光が表示ユニットに集光する。このため、表示ユニットの温度が上昇してしまう。また、表示ユニットが有する液晶パネルの裏面に光源が配置されて構成されるものがある。この構成の場合、液晶パネルは光源により照明されるため、温度が上昇する。このため、好適な表示を維持する観点から、温度上昇を抑制する技術が考えられている。例えば、特許文献１は、外光の強度が閾値を超えた場合に、光源を減光することにより温度上昇を抑える表示装置を開示している。

特開２０１３－２２８４４２号公報

特許文献１に開示されている構成では、制御部が、外光の強度に基づいて光源を制御し、装置の温度上昇を抑制する。このため、制御負担が大きいという問題がある。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、制御負担が小さく、温度上昇を抑制することができる表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のヘッドアップディスプレイは、
車両に搭載される投射部材へ表示光を投射するヘッドアップディスプレイにおいて、
透明で一対の封入基板と前記封入基板に封入される液晶分子層とを含み画像を表示する透過型の液晶部を有する表示ユニットと、
前記表示ユニットに光を照射する光源と、
前記表示ユニットを通過した表示光を投射する光学系と、
前記液晶部に伝熱可能な状態で配置されている透明部材と、
を備え、
前記透明部材は、前記封入基板より光源側である後面側にのみ設けられることを特徴とする。

本発明によれば、表示ユニットと透明部材との総熱容量は、表示ユニット単体の熱容量よりも大きい。このため、温度上昇を抑制することができる。従って、制御負担の増加なく、温度上昇を抑制できる。

本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の模式図である。 実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成図である。 実施形態に係る表示ユニットと光源において、光源の光が、ディフューザ、ワイヤグリッド偏光フィルム、透明部材、液晶部を通過する様子を示す概念図である。 実施形態に係る表示ユニットを斜め上方から見た斜視図である。 （Ａ）は、図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図、（Ｂ）は、実施形態に係る透明部材の被接着領域と周囲領域の範囲を示す概略図、（Ｃ）は、（Ａ）の丸印で囲まれた部分の拡大断面図である。 （Ａ）は、図４のＡ－Ａ線に沿う断面図に相当し、第２当接部が液晶部の側面に当接した箇所を示す断面図、（Ｂ）は、図４のＣ－Ｃ線に沿う断面に相当し、第２当接部が液晶部の側面に当接しない箇所を示す断面図である。 （Ａ）は、実施形態に係る第１支持体を斜め下方から見た斜視図、（Ｂ）は、実施形態に係る第１支持体を斜め上方から見た斜視図である。 （Ａ）は、実施形態に係る第２支持体を斜め下方から見た斜視図、（Ｂ）は、実施形態に係る第２支持体を斜め上方から見た斜視図である。 実施形態に係る表示ユニットを斜め上方から見た分解斜視図である。 変形例に係る液晶部が２枚の偏光板を有する表示ユニットと光源において、光源の光が、ディフューザ、ワイヤグリッド偏光フィルム、透明部材、液晶部を通過する様子を示す概念図である。 （Ａ）は、変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）は、変形例に係るヘッドアップディスプレイ装置に用いられる液晶部と光源の概念図である。

以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２のダッシュボードに搭載されている。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２における投射部材の一例であるウインドシール３に表示光Ｌを投射する。運転者（視認者）５は、ウインドシール３に投射した表示光Ｌを受けて、ウインドシール３を通して見える実景に重畳する虚像Ｖを視認することができる。

（ヘッドアップディスプレイ装置の構成）
図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示ユニット２０と、光源２９と、平面鏡６０と、凹面鏡６９と、筐体１０と、を備える。

筐体１０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂により箱状に形成されている。筐体１０の内部には、表示ユニット２０、光源２９、平面鏡６０及び凹面鏡６９が収納されている。筐体１０は、ウインドシール３に対向する位置に開口部１１を有する。この開口部１１は、透光性カバー１２で覆われている。

光源２９は、例えば、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）により構成され、光を表示ユニット２０に向けて背後から照射する。表示ユニット２０は、光源２９からの光を受けて、表示画像を帯びた表示光Ｌを生成し、表示光Ｌを平面鏡６０に出射する。表示ユニット２０の具体的な構成については後述する。

平面鏡６０は、例えば合成樹脂やガラス材料からなる基材と、基材の表面に、蒸着等の手段により形成された反射膜とから構成される。平面鏡６０は、表示ユニット２０を通過した表示光Ｌを凹面鏡６９に向けて反射する。

凹面鏡６９は、曲面凹状に形成されるとともに、例えば合成樹脂材料からなる基材と、基材の表面に蒸着等の手段により形成された反射膜とから構成される。凹面鏡６９は、平面鏡６０からの表示光Ｌをウインドシール３に向けて反射する。なお、これらの平面鏡６０と凹面鏡６９とにより光学系が構成される。

凹面鏡６９で反射した表示光Ｌは、筐体１０の透光性カバー１２を透過してウインドシール３に投射され、ウインドシール３で反射される。ウインドシール３を反射した表示光Ｌは、図１に示すように、観察者としての運転者５に到達する。運転者５は、表示光Ｌを受けることで、ウインドシール３の前方位置に表示される表示画像の虚像Ｖをウインドシール前方の風景と重ねて視認する。なお、太陽光等の外光Ｌｓは、表示光Ｌの逆の経路を遡って表示ユニット２０に到達し、表示ユニット２０上に集光される。このため、外光Ｌｓが強いと、表示ユニット２０が加熱される。

（表示ユニット）
図３～図５に示されるように、表示ユニット２０は、液晶部５１と、透明部材５３と、保持部５０と、を備える。

液晶部５１は、例えば、透過型ＴＦＴ(Thin Film Transistor)液晶パネルの主要部と同一の構成を有し、画像を表示するために用いられる。透過型の表示ユニット２０が有する液晶部５１は、図３に示すように、板状に形成され、表示画像が表示される表示面５１ａと、表示面５１ａの裏の裏面５１ｂと、側面５１ｃと、を有している。

液晶部５１は、液晶層５１ｆと、液晶層５１ｆの光出射側の光出射面に設けられる偏光板５１ｅと、を有している。透過型の液晶パネルは、通常は、２枚の偏光板を有するものであるが、本実施形態では、光入射側のワイヤグリッド偏光フィルム５４が、透明部材５３上に配置されているため、液晶部５１は偏光板を１枚しか有しない。このため、この説明では、液晶パネルと呼ばずに液晶部５１と呼ぶ。

液晶層５１ｆは、透明電極と配向膜が形成された一対のガラス基板と、ガラス基板間に封入されている液晶分子層と、を有している。透明電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向状態が変化する。この配向により液晶層５１ｆを通過する際の光の回転角度（ねじれ角度）が制御され、表示階調が制御される。

偏光板５１ｅは、透過軸に沿う方向に振動する光成分を透過し、透過軸に直交する吸収軸に沿う方向に振動する光成分を吸収する。

液晶部５１は、後述するワイヤグリッド偏光フィルム５４と共に、光源２９からの光の透過率を変化させることで、図５（Ａ）に示す表示面５１ａ（表面）の表示領域Ｓに画像を表示する。また、液晶部５１には、フレキシブルプリント基板５２(ＦＰＣ(Flexible Printed Circuits))が取り付けられている。

透明部材５３は、液晶部５１の裏面５１ｂに伝熱可能な状態で配置されている。以下の説明では、透明部材５３は、液晶部５１の裏面５１ｂに接着されていることとする。

透明部材５３は、長方形の平板状に形成される。透明部材５３の材料としては、例えば、ガラス、ポリカーボネイト等の樹脂、アクリル、サファイア、合成石英、透明ジルコニア等が用いられる。材質の選択にあたっては、コストの低減や放熱効果を考慮することが望ましい。さらに、透明部材５３は、透明な容器に相変化材料を充填したものであってもよい。

透明部材５３は、液晶部５１の裏面５１ｂに対向する第１主面５３ａと、第１主面５３ａの裏に相当する第２主面５３ｂと、側面５３ｃと、を有している。透明部材５３は、液晶部５１の裏面５１ｂに透明接着剤５６を介して接着されている。接着は、光学弾性樹脂を用いたオプティカルボンディング(Optical Bonding)により行われる。透明接着剤５６には、透明な光学接着層たとえばＯＣＡ（ＯＣＡ機能性フィルム）、ＯＣＲ（粘接着材）等が用いられる。透明部材５３の第１主面５３ａは、液晶部５１の裏面５１ｂに透明接着剤５６により接着されている被接着領域６１と、被接着領域６１の周囲に位置する周囲領域６２とを有する。

透明部材５３は、図３に示すように、透明部材５３の厚さ方向から見て、液晶部５１の裏面５１ｂを含むように、裏面５１ｂよりも大きいサイズで形成されている。

また、透明部材５３は、液晶部５１に対して貼付されることによって、液晶部５１と透明部材５３とを合わせた熱容量が、液晶部５１の熱容量よりも大きい状態に設定される。熱容量が大きいほど、液晶部５１の温度上昇を遅延させることができる。よって、熱容量を大きく設定するために、透明部材５３の体積は、光透過性、搭載性、製品全体の重量等を妨げない範囲で、大きく設定されるとよい。

液晶部５１は、単体では、光源２９からの光の照射により予め定められた上限温度に達する熱容量を有する。そして、透明部材５３は、液晶部５１との合計の熱容量が、光源２９から光が照射されても、その上限温度に達しないだけの熱容量を有する。これらの上限温度は、太陽光の焦点Ｏが液晶部５１を通過する時間内に越えないように設定される。透明部材５３には液晶部５１が固定されている。従って、保持部５０は、透明部材５３を支持することにより、透明部材５３に固定されている液晶部５１を所定位置に保持する。保持部５０は、第１支持体３０と、第２支持体７０と、を有する。

第１支持体３０は、図５（Ｃ）に示すように、透明部材５３の周縁部の第２主面５３ｂに対向する位置に配置され、透明部材５３を下方から支持する。

また、第１支持体３０は、図７（Ａ）、（Ｂ）、及び図９に示すように、液晶部５１の外周縁部に沿った長方形の枠状をなし、開口部３０ｘと第１当接部３０ｚとを備える。第１支持体３０は、金属（例としてアルミニウム、マグネシウム、鉄）、高熱伝導率樹脂又はグラファイト積層材等の熱伝導率が高い材質により形成される。

開口部３０ｘは、第１支持体３０が液晶部５１に装着された状態において、図５（Ａ）に示すように、液晶部５１の表示領域Ｓを含むように設けられる。開口部３０ｘは、光源２９からの光を直接に液晶部５１に導くために形成されている。なお、第１支持体３０は、図７（Ａ）に示すように、係止凸部３４、３５を有する。

第１当接部３０ｚは、開口部３０ｘの周囲の面である。第１当接部３０ｚは、透明部材５３の第２主面５３ｂに当接する。第１当接部３０ｚは、後述の第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ、７６ｂと共に透明部材５３を挟持する。第１当接部３０ｚは、透明部材５３に貼付された液晶部５１を位置決めする。

第１当接部３０ｚは、貫通孔部３１ａと、貫通孔部３２ａと、貫通孔部３３ａと、面直交弾性部３１ｂと、面直交弾性部３２ｂと、面直交弾性部３３ｂと、を有している。

貫通孔部３１ａは第１当接部３０ｚの長辺の一端部（第１角部３１）に設けられ、貫通孔部３２ａは第１当接部３０ｚの長辺の他端部（第２角部３２）に設けられ、貫通孔部３３ａは、第１当接部３０ｚの他の辺の中央（略中央部３３）に設けられている。

面直交弾性部３１ｂは、貫通孔部３１ａ内で表示ユニット２０の長手方向Ｍの外側に向かって突出する。面直交弾性部３１ｂは、第１当接部３０ｚに対して直交する短手方向Ｎに弾性力を有する。

面直交弾性部３２ｂは、貫通孔部３２ａ内で表示ユニット２０の長手方向Ｍの外側に向かって突出する。面直交弾性部３２ｂは、第１当接部３０ｚに対して直交する短手方向Ｎに弾性力を有する。

面直交弾性部３３ｂは、貫通孔部３３ａ内で表示ユニット２０の長手方向Ｍの一方に向かって突出する。面直交弾性部３３ｂは、第１当接部３０ｚに対して直交する短手方向Ｎに弾性力を有する。

前述した面直交弾性部３１ｂ～３３ｂは、透明部材５３が第１当接部３０ｚに載置されて、その上に第２支持体７０が載置されたときに、図８（Ａ）に示す第２支持体７０の突起９１～９３によって押圧されて、下方に撓む。これにより、第１支持体３０と第２支持体７０は、透明部材５３の周縁部を互いに挟み込んで挟持する。また、面直交弾性部３１ｂ～３３ｂと突起９１～９３は、３箇所に設けられていることから、３点で透明部材５３が挟持されるので、透明部材５３の姿勢は安定する。

第２支持体７０は、図５に示すように、液晶部５１の表示面５１ａの端部と側面５１ｃに対向する位置に配置される。

また、第２支持体７０は、図４、図６（Ａ）に示すように、その表面に、開口部７０ｘと、枠状部７０ｚと、第２当接部７１ｂと、を有している。なお、第２支持体７０は、金属（例としてアルミニウム、マグネシウム、鉄）、高熱伝導率樹脂又はグラファイト積層材等の熱伝導率が高い材質により形成される。

開口部７０ｘは、液晶部５１を露出させて光路を成す部分であり、液晶部５１の表示領域Ｓよりも大きい開口を有する。開口部７０ｘは、第２支持体７０が液晶部５１に装着された状態において、図５に示すように、液晶部５１の表示領域Ｓを含むように設けられる。

枠状部７０ｚは、開口部７０ｘの周囲で面を形成する部分であり、液晶部５１の外周縁部に沿った長方形の枠状に形成されている。枠状部７０ｚは、図８に示すように、貫通孔部７１ａ、７２ａ、７３ａと、第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ、７６ｂ、突起９１～９３と、を有している。

貫通孔部７１ａは、枠状部７０ｚの長辺の一端部（第１角部７１）に設けられ、貫通孔部７２ａは、長辺の他端部（第２角部７２）に設けられ、貫通孔部７３ａは、短辺の中央（略中央部７３）に設けられている。

第２当接部７１ｂは、図８（Ｂ）に示すように、貫通孔部７１ａ内で長手方向Ｍの中央に向かって突出し、先端が更に短手方向Ｎに表示ユニット２０の開口部７０ｘに向かって突出し、Ｌ字状に形成されている。図８（Ａ）に示すように、第２当接部７１ｂは、枠状部７０ｚの裏面の方に向かって突出している。第２当接部７１ｂは、図６（Ａ）に示すように、第１主面５３ａに沿う方向に弾性力を有する板バネで形成されている。

第２当接部７１ｂは、当接面７１ｂ１と、規制面７１ｂ２と、を有している。当接面７１ｂ１は、図６（Ａ）に示すように、透明部材５３の第１主面５３ａの周囲領域６２に当接する面である。当接面７１ｂ１は、第１当接部３０ｚと共に透明部材５３を挟持する。規制面７１ｂ２は、液晶部５１の側面５１ｃに当接する面である。規制面７１ｂ２は、液晶部５１が当接すると、矢印Ｋ方向に反力を生じる。規制面７１ｂ２は、液晶部５１が表示面５１ａに沿う方向に移動するのを規制する。なお、図６（Ｂ）には第２当接部７１ｂの基端部が表れているが、この基端部は液晶部５１の側面５１ｃに当接していないので、第２当接部７１ｂと液晶部５１との間に隙間が空いている。

第２当接部７２ｂは、図８（Ｂ）に示すように、貫通孔部７２ａ内で長手方向Ｍの中央に向かって突出し、先端が更に短手方向Ｎに表示ユニット２０の開口部７０ｘに向かって突出し、Ｌ字状に形成されている。図８（Ａ）に示すように、第２当接部７２ｂは、枠状部７０ｚの裏面に向かって突出している。第２当接部７２ｂは、第１主面５３ａに沿う方向に弾性力を有する板バネで形成されている。第２当接部７２ｂは、第２当接部７１ｂと同様に、当接面と、規制面と、を有している。

第２当接部７３ｂは、図８（Ｂ）に示すように、貫通孔部７３ａ内で短手方向Ｎの一方に向かって突出し、先端が更に長手方向Ｍに表示ユニット２０の開口部７０ｘに向かって突出し、Ｌ字状に形成されている。図８（Ａ）に示すように、第２当接部７３ｂは、枠状部７０ｚの裏面に向かって突出している。第２当接部７３ｂは、第１主面５３ａに沿う方向に弾性力を有する板バネで形成されている。第２当接部７３ｂは、第２当接部７１ｂと同様に、当接面と、規制面と、を有している。

第２当接部７４ｂ、７５ｂ、７６ｂは、枠状部７０ｚの裏面に計３つ配置されている。第２当接部７４ｂは、第２当接部７１ｂに平行に延び、第２当接部７１ｂよりも長いフレームの部分である。第２当接部７５ｂは、第２当接部７２ｂに平行に延び、第２当接部７２ｂよりも長いフレームの部分である。第２当接部７６ｂは、第２当接部７３ｂに平行に延び、第２当接部７３ｂよりも長いフレームの部分である。第２当接部７４ｂ、７５ｂは、面方向規制部７４ｄ、７５ｄを有する。また、第２当接部７６ｂは、面方向規制部７６ｄを有する。

突起９１、９２、９３は、枠状部７０ｚの裏面に設けられている。突起９３は、枠状部７０ｚの一の長辺の中央に、突起９１は、枠状部７０ｚの他の長辺の一端部に、突起９２は、枠状部７０ｚの他の長辺の他端部に設けられている。

面方向規制部７４ｄ、７５ｄ、７６ｄは、枠状部７０ｚの裏面に計４つ設けられている半円形の部分である。面方向規制部７４ｄ、７５ｄ、７６ｄは、第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂと開口部７０ｘを挟んで対向する位置に形成されている。面方向規制部７４ｄ、７５ｄ、７６ｄは、半円形の板状を成し、その曲面が開口部７０ｘ側に位置する。

面方向規制部７４ｄ、面方向規制部７５ｄ、面方向規制部７６ｄは、液晶部５１の表示面５１ａに沿う方向で液晶部５１の位置を規制する。すなわち、第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂは、液晶部５１の側面５１ｃを面方向規制部７４ｄ～７６ｄに向けて押す。そして、面方向規制部７４ｄ、７５ｄ、７６ｄは、液晶部５１の他の側面５１ｃを受け止める。これにより、液晶部５１は、表示面５１ａに沿う方向で位置が高精度に定まる。

本実施形態の第２当接部は、第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ、７６ｂというように複数ある。そして、これらの第２当接部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ、７６ｂのうちの３つの第２当接部７１ｂ 、７２ｂ、７３ｂが、第１主面５３ａに沿う方向に弾性力を有する板バネで形成されている。また、その他の第２当接部７４ｂ、７５ｂ、７６ｂが、弾性力を有しない当接部で構成されている。

このように、第２支持体７０は、液晶部５１と透明部材５３を、第１主面５３ａと直交する方向に位置決めすると共に、第１主面５３ａに沿う方向に位置決めするために設けられている。

また、第２支持体７０は、係止凸部３４、３５に係止される環状に形成された被係止部８８、８９を有する。これらの被係止部８８、８９は、枠状部７０ｚが折り曲げられて形成されている。

反射型偏光板としてのワイヤグリッド偏光フィルム５４(Wire Grid Film, (ＷＧＦ))は、図３に示されるように、透明部材５３と光源２９との間に配置される。具体的には、ワイヤグリッド偏光フィルム５４は、透明部材５３の裏面に対して、透明接着剤５６によって貼付されている。

ワイヤグリッド偏光フィルム５４は、偏光板５１ｅと共に、液晶部５１を通過する光源２９からの光の割合を変化させる。

反射型偏光板としてのワイヤグリッド偏光フィルム５４は、樹脂フィルムをベースとし、金属ナノワイヤ・グリッドが配線され、表面に微細な金属のスリットが形成されている。ワイヤグリッド偏光フィルム５４は、光透過軸に沿う方向に振動する光成分（ｐ偏光成分の光成分）を透過し、光透過軸と垂直な光反射軸に沿う方向に振動する光成分（ｓ偏光成分の光成分）を反射する。すなわち、ワイヤグリッド偏光フィルム５４は、スリット（グリッド）と直交に振動する光成分は透過し、スリット（グリッド）と平行に振動する光成分は反射する。ワイヤグリッド偏光フィルム５４は、第１主面５３ａに沿う方向Ｗの幅が透明部材５３よりも狭く形成される。

反射部材としてのディフューザ５５は、図６に示されるように、ワイヤグリッド偏光フィルム５４と光源２９の間に配置されている。具体的には、ディフューザ５５は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４に対して、透明接着剤５６によって貼付されている。ディフューザ５５とワイヤグリッド偏光フィルム５４との間隔は、３ｍｍ以下に設定される。

ディフューザ５５には、白色の薄布、パラフィン紙またはトレーシングペーパー、乳白色や梨地のガラス、樹脂板またはビニールシート等、露光量の低下が少なく、色に影響が無いものが用いられる。ディフューザ５５は、第１主面５３ａに沿う方向Ｗの幅がワイヤグリッド偏光フィルム５４よりも狭く形成される。

ディフューザ５５は、光源２９の指向性を弱め、光の偏光方向を拡散するためのものである。本実施形態では、ディフューザ５５は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４によって反射された光成分（ｓ偏光成分）を反射及び拡散してワイヤグリッド偏光フィルム５４に戻す。拡散された光成分は、光透過軸に沿う方向に振動する光成分（ｐ偏光成分の光成分）であれば、ワイヤグリッド偏光フィルム５４を通過する。

表示ユニット２０は、図９に示すように、第１支持体３０の上に、液晶部５１と透明部材５３（透明部材５３の裏面にワイヤグリッド偏光フィルム５４とディフューザ５５は隠れている）を載置し、その上に第２支持体７０を被せることにより形成される。続いて、第２支持体７０の４つの角に配置される脚部８１～８４の孔８１ａ～８４ａに図示しないネジが通されて筐体１０の図示しないフレームに固定される。

次に、上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置１００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１００は車載されているため、特に夏期においては車室内の温度は上昇しやすい。よって、車室内の温度に対応する液晶部５１の雰囲気温度は上昇し、液晶部５１の耐熱温度に近い状態になる。このような状態にあって、車両２のイグニッションスイッチがオンされることで、光源２９から光が照射される。

光源２９から発せられた光は、ディフューザ５５を通過して、ワイヤグリッド偏光フィルム５４に到達する。到達した光のうち、ワイヤグリッド偏光フィルム５４の光透過軸に沿う方向に振動するｐ偏光成分は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４を通過し、透明部材５３を通過し、液晶部５１に入射する。

一方、ワイヤグリッド偏光フィルム５４の光反射軸に沿う方向に振動するｓ偏光成分は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４で反射し、ディフューザ５５により反射及び拡散される。ディフューザ５５で反射及び拡散された光のうち、偏光板５１ｄの光透過軸に沿う方向に振動する光成分は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４、透明部材５３を通過して、液晶部５１に入射する。

液晶部５１に入射した光の偏光状態は、各画素の液晶のねじれ量に応じて変化し、偏光板５１ｅの透過軸に平行な方向に振動する成分のみが透過する。このようにして、偏光板５１ｅの出射光は、液晶部５１の表示画像を帯びた表示光Ｌとなる。

表示光Ｌは、平面鏡６０と凹面鏡６９で順次反射され、ウインドシール３に投射され、運転者５に向けて反射される。ウインドシール３で反射された光を視認することにより、運転者５は背景に重畳して虚像Ｖを視認できる。

この表示動作は、ヘッドアップディスプレイ装置１００が動作している間、繰り返して実行される。

表示期間中、液晶部５１は、その光の一部を吸収するため、光源２９からの光を受けて発熱する。また、液晶部５１はその電極間に電圧が印加されることで発熱する。さらに、外光Ｌｓの焦点が液晶部５１に位置している場合、液晶部５１の温度は外光Ｌｓにより上昇する。

ただし、上述のように、透明部材５３が液晶部５１に接着され、かつ、透明部材２２の熱容量が、太陽光の入射時でも液晶部５１の温度が、予め設定されている上限温度に達しないと想定されている値に設定されている。従って、液晶部５１の温度は、外光Ｌｓの焦点Ｏ（図２参照）が液晶部５１上に位置している状況下で、表示を継続した場合でも、上限温度未満に維持される。上限温度は、上述のように、液晶部５１にボナンザ（黒点）が発生する温度より基準値だけ低いである。従って、液晶部５１は、このような最悪の温度環境の下でも、適切に表示を継続できる。

以上で説明したように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、液晶部５１の光源２９に対向する一面に接触した状態で配置されている透明部材５３を備える。そのために、外光により液晶部５１が温度上昇したとしても、液晶部５１と接触する透明部材５３の熱容量が高いために、温度上昇が遅くなる。このときに、エアコンによる車内の空気の冷却作用が効いてくることになれば、ボナンザ（液晶上において光学系のレンズの焦点位置が黒点になる現象）の発生自体が抑制される。その結果、制御負担が小さく、温度上昇を抑制することができる。

このことは、ｄＱ＝Ｃ・ｄＴの式から導き出せる。Ｃが熱容量、ｄｔが温度変化量、ｄＱが熱変化量とした場合に、ｄＱ＝Ｃ・ｄＴの式が成り立つ。この式から、熱変化量が一定の場合に、熱容量が増大すると、温度変化量が減少する。これを本実施形態の構成に当てはめると、以下のように言える。液晶部５１の裏面５１ｂに透明部材５３が接触して設けられ、仮に液晶部５１の温度上昇を１／Ｘ倍にしたい場合には、液晶部５１と合わせた熱容量を液晶部５１の熱容量のＸ倍にする。

たとえば、外光により１０℃温度上昇するときで、温度上昇を８°に抑えたい場合には、温度上昇を８／１０倍にするので、液晶部５１と透明部材５３とを合わせた熱容量を１０／８倍＝１．２５倍すればよい。このことを考慮して透明部材５３を設ければ、液晶部５１に熱量が加わった場合に、透明部材５３の熱容量のために、液晶部５１の温度上昇量が小さく抑制することができる。

また、実施形態の構成によれば、第１支持体３０を下方に配置し、第２支持体７０を上方に配置する条件下では、以下のことも言える。すなわち、第１支持体３０と第２支持体７０により支持される透明部材５３の上に液晶部５１が配置されるので、透明部材５３と液晶部５１との接着状態が安定する。仮に、第１支持体３０と第２支持体７０により支持される透明部材５３の下に液晶部５１を接着する構成をとると、液晶部５１が透明部材５３に吊り下げられることになり、液晶部５１が透明部材５３から剥がれやすい。

また、実施形態の構成によれば、保持部５０の第２当接部７１ｂが透明部材５３の第１主面５３ａを押圧し、保持部５０の第１当接部３０ｚが透明部材５３の第２主面５３ｂを支持する。そして、第２当接部７１ｂと第１当接部３０ｚとが透明部材５３を挟持しつつ透明部材５３に貼付された液晶部５１を位置決めする。そのために、液晶部５１に対して液晶部５１を支持するための荷重が負荷されないので、液晶部５１の破損が抑制される。

また、実施形態の構成によれば、第２当接部７１ｂは、液晶部５１の側面５１ｃに当接して液晶部５１が表示面５１ａに沿う方向に移動するのを規制する規制面７１ｂ２を有する。そのために、液晶部５１の表示面５１ａに沿う方向の位置決めがされる。

また、実施形態の構成によれば、光透過軸に沿う方向に振動する光を透過させると共に、光透過軸と垂直な光反射軸に沿う方向に振動する光を反射するワイヤグリッド偏光フィルム５４を備える。また、実施形態の構成によれば、ワイヤグリッド偏光フィルム５４が反射した光を拡散するディフューザ５５を備える。光源２９から照射される光は、ワイヤグリッド偏光フィルム５４で反射されたとしても、ディフューザ５５により振動方向が拡散され、再びワイヤグリッド偏光フィルム５４へと向かう。その結果、ワイヤグリッド偏光フィルム５４による反射光が再活用され、光量がアップする。

また、実施形態の構成によれば、液晶部５１の製造過程では、ガラス基板の上に液晶部５１を作成し、ガラス基板は不要なものとして剥離されて廃棄されることがあるが、そのようなガラス基板を、熱容量を増加させるためにあえて残すことになる。その結果、製造過程において材料を無駄なく使うことができる。

上記各実施形態では、表示ユニット２０を車載用のヘッドアップディスプレイ装置１００に適用したが、車載用に限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用してもよい。また、投射部材はウインドシールに限られず、専用のコンバイナであってもよい。また、表示ユニット２０をヘッドアップディスプレイ装置１００ではなく、屋内または屋外で使用される直視型の表示ユニットに適用してもよい。直視型の表示ユニットでは、平面鏡６０、凹面鏡６９及び筐体１０を省略可能である。

実施形態では、透明部材５３は平板状の構成であったが、この構成に限定されず、透明部材５３にガラスを用いて、そのガラスに凹凸形状を形成する構成であってもよい。凹凸形状を付加することで光源２９の配向を制御することができる。

また、透明部材５３には、光学シート、例えば偏光板を貼付しても良い。光源による温度上昇をさらに抑制するためである（熱源カット）。

液晶部５１と第２支持体７０との間、液晶部５１と第１支持体３０との間には、熱伝導シートを用いても良い。第２支持体７０や第１支持体３０に熱を移動させて、光源２９による温度上昇をさらに抑制するためである。

実施形態では、透明部材５３は平板状の構成であったが、この構成に限定されず、透明部材５３としてのガラスは、周囲領域６２で、表面積を増やす形状（たとえば、凹凸、穴、スリット）の材質で形成されてもよい。この構成によれば、ガラスは、直接に空気へ放熱できる。

実施形態では、液晶部５１は、表示面５１ａに出射側の偏光板５１ｅを有するが裏面５１ｂに入射側の偏光板を有しない構成であった。この構成に限定されず、図１０に示すように、液晶部５１が入射側の偏光板５１ｄと出射側の偏光板５１ｅの両方を有する構成であってもよい。

この場合に、ワイヤグリッド偏光フィルム５４と偏光板５１ｄとは、光透過軸に沿う方向に振動する光成分（ｐ偏光成分の光成分）を透過する偏光板という点で共通している。偏光板５１ｄとワイヤグリッド偏光フィルム５４の透過軸が異なると光が通らないために、スリットの向きが揃えられている。

実施形態では、特に記載しなかったが、減光機能付きのヘッドアップディスプレイに適用しても良い。例えば図１１（Ａ）に示すように、筐体１０内に外光検出ユニット２００を設けて外光の照度を検出する。そして、図示しない制御部により、外光検出ユニット２００が検出する外光が閾値よりも高い場合には、光源２９から照射される光を減少させる。このようなヘッドアップディスプレイ装置にも、本実施形態の構成を適用してもよい。

実施形態では、透明部材５３は、液晶部５１の裏面５１ｂに、透明接着剤５６を介して接着されている構成であった。この構成に限定されず、透明部材５３が液晶部５１に固定されればよいという観点から、接着以外にも、ねじ止め等で固定されてもよい。あるいは、これとは反対の観点から、液晶部５１の裏面５１ｂに透明部材５３を接触した状態で配置する構成にすることもできる。すなわち、液晶部５１と透明部材５３とは接着されていなくても接触されていればよい。

実施形態では、第２支持体７０と第１支持体３０の外周面の色調に関する記載はなかったが、第２支持体７０と第１支持体３０の外周面には、光を反射しにくい色調（例えば、艶消し黒色）又は表面形状（例えばシボ加工）が形成されてもよい。こうした構成により、光源２９による温度上昇が更に抑制される。

実施形態では、透明部材５３は、ガラスで形成される構成であったが、この構成に限定されず、透明であれば十分でありガラスでなくてもよい。

実施形態では、液晶部５１が透過型の表示ユニットとして例示されたが、この構成に限定されず、ディスプレイ上に情報を表示しつつ、ディスプレイの向こう側が透けて見える構造のディスプレイであってもよい。

実施形態では、透明部材５３とワイヤグリッド偏光フィルム５４とは接着剤により接着される構成であったが、この構成に限定されなくてもよい。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、透明部材５３とワイヤグリッド偏光フィルム５４とは離間して配置されていてもよい。なお、このように離間していると、透明部材５３が保有する熱が外部に逃げ易い。

２…車両
３…ウインドシール
５…運転者
１０…筐体
１１…開口部
１２…透光性カバー
２０…表示ユニット
２２…透明部材
２９…光源
３０…第１支持体
３０ｘ…開口部
３０ｚ…第１当接部
３１…角部
３１ａ…貫通孔部
３１ｂ…面直交弾性部
３２…角部
３２ａ…貫通孔部
３２ｂ…面直交弾性部
３３…略中央部
３３ａ…貫通孔部
３３ｂ…面直交弾性部
３４…係止凸部
３５…係止凸部
５０…保持部
５１…液晶部
５１ａ…表示面
５１ｂ…裏面
５１ｃ…側面
５１ｄ…偏光板
５１ｅ…偏光板
５１ｆ…液晶層
５２…フレキシブルプリント基板
５３…透明部材
５３ａ…第１主面
５３ｂ…第２主面
５３ｃ…側面
５４…ワイヤグリッド偏光フィルム
５５…ディフューザ
５６…透明接着剤
６０…平面鏡
６１…被接着領域
６２…周囲領域
６９…凹面鏡
７０…第２支持体
７１ｂ…第２当接部
７１ｂ１…当接面
７１ｂ２…規制面
７０ｘ…開口部
７０ｚ…枠状部
７１…角部
７１ａ…貫通孔部
７１ｂ…第２当接部
７２…角部
７２ａ…貫通孔部
７２ｂ…第２当接部
７３…略中央部
７３ａ…貫通孔部
７３ｂ…第２当接部
７４ｂ…第２当接部
７４ｄ…面方向規制部
７５ｂ…第２当接部
７５ｄ…面方向規制部
７６ｂ…第２当接部
７６ｄ…面方向規制部
８１～８４…脚部
８１ａ～８４ａ…孔
８８…被係止部
８９…被係止部
１００…ヘッドアップディスプレイ装置
２００…外光検出ユニット
Ｌ…表示光
Ｌｓ…外光
Ｍ…長手方向
Ｎ…短手方向
Ｓ…表示領域
Ｖ…虚像

Claims (6)

1. 車両に搭載される投射部材へ表示光を投射するヘッドアップディスプレイにおいて、
   透明で一対の封入基板と前記封入基板に封入される液晶分子層とを含み画像を表示する透過型の液晶部を有する表示ユニットと、
   前記表示ユニットに光を照射する光源と、
   前記表示ユニットを通過した表示光を投射する光学系と、
   前記液晶部に伝熱可能な状態で配置されている透明部材と、
   を備え、
   前記透明部材は、前記封入基板より光源側である後面側にのみ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。
2. 前記透明部材を支持することにより、前記透明部材と該透明部材の一面に接着されることで固定された前記液晶部とを所定位置に保持する保持部を備え、
   前記液晶部は、前記透明部材によってのみ支持される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記表示ユニットは、
   前記透明部材と前記光源の間に配置され、前記透明部材に貼付され、光透過軸に沿う方向に振動する光成分を透過すると共に、前記光透過軸と垂直な光反射軸に沿う方向に振動する光成分を反射する反射型偏光板と、
   前記液晶部の光出射側に配置された偏光板と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記反射型偏光板で反射された光を、前記反射型偏光板に反射する反射部材
   ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記透明部材は、平板状に形成され、空気に接する凹凸形状を形成する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記液晶部は、単体では、前記光源からの光の照射により予め定められた上限温度に達する熱容量を有し、
   前記透明部材は、前記液晶部との合計の熱容量が、前記光源から光が照射されても、前記上限温度に達しないだけの熱容量を有するべく、前記液晶分子層より後面側では厚みが十分に大きい、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
   

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