JPH07179141A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に、フルカラー表示を行なう液晶表示装置
において、光利用効率を向上させるとともに、強力な光
源装置の使用を可能にすること。 【構成】 光源装置７と、光源装置７の光を平行光に変
換するコンデンサレンズ８と、電圧印加の有無によりコ
ンデンサレンズ８の平行光を透過、散乱する白濁液晶パ
ネル９と、ピンホール１１ａを有する絞り１１と、白濁
液晶パネル９の透過光をピンホール１１ａに集光するレ
ンズ１０と、ピンホール１１ａを通過した光を平行光に
戻すレンズ１２と、レンズ１２の平行光を散乱する散乱
板１４とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置、詳しく
は、ヘッドアップディスプレイとしての車両用表示装置
等において、白濁液晶パネル（散乱型液晶パネル）を用
いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行速度等をセグメント表示するヘッド
アップディスプレイとしての車両用表示装置は、通常、
光源装置と、ＴＮ液晶と２枚の偏光板とを有する液晶パ
ネルとからなる液晶表示装置を備えて構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶表示装
置においては、偏光板の吸収により光利用効率が約２５
％以下にまで低下するという問題があり、この問題を解
決し高輝度表示を実現するために、従来は、光源装置と
して強力なものを用いるようにしていた。

【０００４】また、フルカラー表示を行なう場合、光利
用効率の低下は著しいものとなり、ＲＧＢ画素を形成す
ることで輝度が１／３程度にまで低下し、さらに、カラ
ーフィルタ等の吸収により光利用効率が実質的に３％以
下になるという問題があった。この問題を解決するため
に、強力な光源装置を用いることが考えられるが、上記
のように光利用効率がきわめて低いためフルカラー表示
の場合よりも一層強力な光源装置を使用する必要があ
り、このような強力な光源装置を使用すると、偏光板の
吸収、発熱により液晶パネルの熱劣化が生じるという新
たな問題が発生した。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、特に、フルカラー表示を行
なう液晶表示装置において、光利用効率を向上させると
ともに、強力な光源装置の使用を可能にすることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示装
置は、光源装置と、電圧印加の有無により前記光源装置
の光を透過、散乱する白濁液晶パネルと、前記白濁液晶
パネルにより散乱、透過された光を分離する分離手段
と、前記分離手段により分離された透過光を散乱させる
散乱板と、から構成されることを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用効果】光源装置の光は、電圧印加の有無に
基づく白濁液晶パネルの画像パターン（例えば走行速
度）に従って透過光と散乱光となる。この透過光及び散
乱光は分離手段により分離される。分離された透過光
は、散乱板により散乱される。

【０００８】本発明は、偏光板を必要としない白濁液晶
パネルを用いているため、従来装置において生じていた
偏光板の吸収による光利用効率の低下が発生しなくな
り、光利用率の向上を達成することができるようにな
る。また、白濁液晶パネルを用いているため、フルカラ
ー表示を行なう従来装置における上述した問題点、すな
わち、偏光板の吸収、発熱による液晶パネルの熱劣化の
発生防止のために強力な光源装置を用いることができな
いという問題点を解消し、強力な光源装置を使用して高
輝度表示を実現することができるようになる。さらに、
本発明によると、透過光が散乱板で散乱され指向性が弱
められることから、視野角（観測者がウインドシールド
ガラス内面に形成されたハーフミラーを介して虚像を見
ることができる視野の角度）を拡大することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて順
に説明する。

【００１０】(1) 第１実施例（図１〜図４） 図１は、第１実施例の液晶表示装置Ｌを組み込んだ車両
用表示装置（ヘッドアップディスプレイ）ＨＵＤの構成
を示している。

【００１１】この車両用表示装置ＨＵＤは、図１に示す
ように、ダッシュボード１に組み込まれた液晶表示装置
Ｌと、凹面鏡２と、ウインドシールドガラス３の内面に
形成されたハーフミラー４とからなる。

【００１２】液晶表示装置Ｌは、光源５と反射鏡６とか
らなる光源装置７と、コンデンサレンズ８と、白濁液晶
パネル９と、レンズ１０と、絞り１１と、レンズ１２
と、カラーフィルタ１３と、散乱板１４とを所定位置に
固定して構成される。

【００１３】光源５は、本実施例では、１２Ｖ，２０Ｗ
のハロゲンランプで構成されている。光源５は、画像コ
ントラスト向上のためには点光源が望ましく、また、高
輝度発光をするメタルハライドランプが望ましい。

【００１４】反射鏡６は、光源５の光を効率良くコンデ
ンサレンズ８に入射させるためのものであり、本実施例
では、内面にＡｌを蒸着した樹脂で構成されている。

【００１５】コンデンサレンズ８は、本実施例では、ｆ
＝１００ｍｍ，φ＝４０ｍｍの半凸レンズで構成されて
いる。

【００１６】白濁液晶パネル９は、本実施例では、２０
×２０画素からなるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動方
式を採用している。その基本構造は、２枚の透明電極１
５ａ付きガラス１５，１５の間に液晶の混合相１６を形
成してなる（図２参照。なお、図２中、１７は駆動用Ｔ
ＦＴ素子を表わしている。）。ここで、混合相１６の厚
さ（ガラスクリアランス）は、本実施例では１１μｍで
あり、混合相１６は、樹脂１６ａ中に直径０．２〜５μ
ｍの液晶小滴１６ｂが一様に存在する構造である（図３
（Ａ），（Ｂ）参照）。白濁液晶パネル９による光の散
乱、透過のスイッチは、液晶の屈折率異方性（液晶は光
の入射する方向によって屈折率が異なる。）を利用して
おり、通常、液晶小滴１６ｂの方向は無秩序であるが、
図３（Ａ）に示すように、電界を印加すると一定方向に
揃う。この時、樹脂１６ａの屈折率と液晶小滴１６ｂの
一定に揃った方向の屈折率を一致させておくことによ
り、屈折率の不連続が無くなり、光が透過する。一方、
図３（Ｂ）に示すように、無電界時には、液晶小滴１６
ｂが無秩序な方向を向いており、屈折率が不連続とな
り、光は散乱する。また、混合相１６は、液晶小滴１６
ｂと樹脂１６ａが逆転した構造、すなわち、樹脂小滴と
液晶という構造でもよい。白濁液晶パネル９は、従来の
液晶パネルにおける偏光板を使用する必要が無いため光
の透過率が高く、また、原理的には光の散乱、透過を繰
り返すだけなので吸収、発熱がほとんど無く、パネル９
の熱劣化が生じないため、強力な光源５を使用すること
ができるという利点を有する。

【００１７】レンズ１０は、散乱光カット用レンズであ
り、本実施例では、ｆ＝３５ｍｍ，φ＝５０ｍｍの半凸
レンズで構成されている。

【００１８】絞り１１は、φ＝０．５ｍｍ〜５ｍｍの穴
径が可変のピンホール１１ａを有するものである。コン
トラスト、輝度とも良好にすることのできるピンホール
１１ａの穴径はφ＝１ｍｍ〜２ｍｍであった。

【００１９】レンズ１２は、焦点合わせ用レンズであ
り、本実施例では、ｆ＝９８ｍｍ、φ＝６０ｍｍのレン
ズで構成されている。

【００２０】カラーフィルタ１３は、２０×２０画素の
白濁液晶パネル９に合わせてＲＧＢを形成するものであ
る。実施例では、２０×２０画素と通常テレビジョン等
に使用する解像度よりも悪いため、フルカラー用のＲＧ
Ｂ配列はとらずセグメント表示的に予め定めた位置にＲ
ＧＢを配置して構成されている。

【００２１】散乱板１４は、１０００番以上では前方指
向性が強く、また、１００番以下では散乱度が低いため
不適当であり、５００番〜８００番のスリガラスが好適
である。本実施例では、８００番の片スリで構成され、
光源５側にスリ面１４ａを配置して表面反射を抑制して
いる。なお、両スリであっても良い。

【００２２】凹面鏡２は、本実施例では、Ａｌを蒸着し
て構成されている。このほか、ホログラムを用いたもの
であっても良い。

【００２３】次に、上記構成の車両用表示装置ＨＵＤの
動作を説明する。

【００２４】光源５が発した光は、直接又は反射鏡６で
反射されてコンデンサレンズ８に入射され、コンデンサ
レンズ８により平行光に変換される。この時の光は厳密
に平行である必要はなく、±１０°の発散、収束光であ
れば問題はない。

【００２５】コンデンサレンズ８から出射した平行光
は、白濁液晶パネル９に入射され、所定の画像パターン
に従って散乱、透過される。詳しくは、図４に示すよう
に、白濁液晶パネル９の透過状態部分９ａに入射された
光は、該透過状態部分９ａをそのまま透過し、レンズ１
０で集光され、絞り１１のピンホール１１ａを通過し、
レンズ１２で再び平行光に戻され、一方、白濁液晶パネ
ル９の散乱状態部分９ｂに入射した光は、該散乱状態部
分９ｂで散乱され、レンズ１０で集光されるが、平行光
でないためピンホール１１ａを通過することができな
い。

【００２６】ピンホール１１ａを通過した光は、カラー
フィルタ１３に入射され、カラー化される。このカラー
化された光は、散乱板１４により散乱される。観測者Ｏ
は、散乱板１４を凹面鏡２及びハーフミラー４を介して
直視することになり、ハーフミラー４の前方、散乱板１
４から凹面鏡２を経てハーフミラー４に至る光路長だけ
離れた位置に虚像１８を観測する。この時、観測者Ｏ
は、散乱板１４で散乱され指向性が弱められた光を見る
ことになるため、視野角が広くなる。

【００２７】以上説明したことから明らかなように、第
１実施例によると、偏光板を必要としない白濁液晶パネ
ル９を用いているため、従来装置において生じていた偏
光板の吸収による光利用効率の低下が発生しなくなり、
光利用率の向上を達成することができるようになる。ま
た、白濁液晶パネル９を用いているため、フルカラー表
示を行なう従来装置における上述した問題点、すなわ
ち、偏光板の吸収、発熱による液晶パネルの熱劣化の発
生防止のために強力な光源装置７を用いることができな
いという問題点を解消し、強力な光源装置７を使用して
高輝度表示を実現することができるようになる。さら
に、第１実施例によると、ピンホール１１ａを通過した
光が散乱板１４で散乱され指向性が弱められることか
ら、視野角を拡大することができる。

【００２８】(2) 第２実施例（図５） 図５は、第２実施例の液晶表示装置Ｌの構成を示してい
る。

【００２９】第２実施例の液晶表示装置Ｌは、第１実施
例の液晶表示装置Ｌにおいてレンズ１２を変更して散乱
板１４に拡大像を映すよう構成したものであり、その他
の構成は第１実施例と同様である。

【００３０】第２実施例は、第１実施例と同様の効果の
ほか、カラーフィルタ１３の位置合わせが容易になると
いう効果を奏する。

【００３１】(3) 第３実施例（図６） 図６は、第３実施例の液晶表示装置Ｌの構成を示してい
る。

【００３２】第３実施例の液晶表示装置Ｌは、第１実施
例におけるレンズ１２を半凸レンズとし、さらに表面処
理（スリ面処理）を施すことで散乱板１４を省略するよ
う構成したものであり、第１実施例と同様の効果のほ
か、散乱板１４の省略によりコスト低減を図ることがで
きるという効果を奏する。なお、カラーフィルタ１３
は、半凸レンズ１２の処理面に形成されている。

【００３３】(4) 第４実施例（図７） 図７は、第４実施例の液晶表示装置Ｌの構成を示してい
る。

【００３４】第４実施例の液晶表示装置Ｌは、フルカラ
ー表示を行なう液晶表示装置Ｌであり、光源装置７から
の光をダイクロイックミラー１９，…，１９によりＲＧ
Ｂに分光し、ＲＧＢ各々の光路上に白濁液晶パネル９を
配置して構成される。なお、各白濁液晶パネル９による
散乱光は、最後にまとめて除去処理している。

【００３５】第４実施例によっても、第１実施例と同様
の効果を生じることは言うまでもない。

【００３６】図８は、第１実施例〜第４実施例のいずれ
かの液晶表示装置Ｌを組み込んだ車両用表示装置ＨＵＤ
の他の構成を示している。

【００３７】この車両用表示装置ＨＵＤは、通常奥行の
狭いダッシュボード１のスペースを効率良く使用するよ
う、メータケース２０内の液晶表示装置Ｌの出射光を、
２枚のミラー２１，２１と凹面鏡２とを用いてその光軸
を変更させ、ハーフミラー４に入射させるよう構成され
ている。

【００３８】図９は、他の実施例の液晶表示装置Ｌを組
み込んだ車両用表示装置ＨＵＤの構成を示しており、上
述した各実施例の液晶表示装置Ｌが、白濁液晶パネル９
の透過状態部分９ａを透過した光に基づいて走行速度等
を観測できるよう構成したものであるのに対し、本実施
例は、散乱状態部分９ｂで散乱された光のみをハーフミ
ラー４に導くよう光軸をずらし、白濁液晶パネル９を直
接見るようにしたものである。

【００３９】この実施例によると、散乱板１４を省略し
ても視野角を拡大させることができ、また、絞り１１、
レンズ１２等を省略可能なため、省スペース、コスト低
減等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の液晶表示装置を組み込んだ車両用
表示装置（ヘッドアップディスプレイ）の構成図

【図２】白濁液晶パネルの基本構造図

【図３】白濁液晶パネルの動作原理図

【図４】液晶表示装置の構成図

【図５】第２実施例の液晶表示装置の構成図

【図６】第３実施例の液晶表示装置の構成図

【図７】第４実施例の液晶表示装置の構成図

【図８】車両用表示装置の他の構成図

【図９】他の実施例の液晶表示装置を組み込んだ車両用
表示装置の構成図

【符号の説明】

７ 光源装置 ９ 白濁液晶パネル １０ レンズ（分離手段） １１ 絞り（分離手段） １１ａ ピンホール １４ 散乱板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源装置と、 電圧印加の有無により前記光源装置の光を透過、散乱す
   る白濁液晶パネルと、 前記白濁液晶パネルにより散乱、透過された光を分離す
   る分離手段と、 前記分離手段により分離された透過光を散乱させる散乱
   板と、 から構成されることを特徴とする液晶表示装置。