JPH0811581A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 拡散板による光損失を低減してより明るい表
示を可能にするとともに、装置の小型化を図ること。 【構成】 光源１の光は、凹面鏡２で集光され、コンデ
ンサレンズ３により略平行光とされ、高分子分散型液晶
４に入射される。高分子分散型液晶４は、電圧の印加の
有無に従って入射光を透過、散乱し、電圧印加パターン
に対応した表示画像を生成する。この表示画像は、縮小
投影用レンズ５及び絞り６を順に通過して拡散板７上に
投影される。一方、高分子分散型液晶４の散乱光は、絞
り６によりカットされる。ここで、拡散板７上の投影像
は、所定の条件の下、表示画像を縮小させた投影像とさ
れる。拡散板７上の投影像は、所定の条件の下、拡散板
７の位置から光源１寄りの位置に拡大虚像として結像さ
れ、ホログラム凹面鏡９及びハーフミラー１０を介し
て、看者に視認される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示対象物を虚像とし
て表示する表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先の特許出願（特願平０５
−３２５６４０号）において、光利用効率の向上を図り
高輝度表示を可能にすることを目的として、偏光板が不
要なため本来的に高輝度表示の可能性の高い散乱型液晶
（白濁液晶ともいう。例として、高分子分散型液晶等が
ある。）を用いた液晶表示装置を開示している。

【０００３】図６は、上記先願に係る液晶表示装置の基
本的構成を示している。図６において、１は、光源、２
は、凹面鏡、３は、コンデンサレンズ、４は、散乱型液
晶（表示対象物を表示するもの）、５は、絞り用レン
ズ、６は、絞り、７は、拡散板、９は、ホログラム凹面
鏡、１０は、ハーフミラー、１１は、プロジェクタレン
ズをそれぞれ表わしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先願に係
る液晶表示装置によると、拡散板７の指向性が低いた
め、拡散板７の拡散光によって表示に必要な光束が減少
し、高輝度表示に限界があることが判明した。また、ホ
ログラム凹面鏡９の焦点距離を小さく設定することが困
難なため、拡散板７とホログラム凹面鏡９との間の距離
を大きく設定する必要があり、このため、ＴＮ液晶を使
用した液晶表示装置と比べ、光軸の距離が長くなり、車
載性に問題があることも判明した。

【０００５】本発明は、液晶表示装置のみに限定される
ものではないが、拡散板による光損失を低減してより明
るい表示を可能にするとともに、装置の小型化を図るこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１では、表示対象
物と拡散板とを有する表示装置であって、前記表示対象
物を縮小して前記拡散板上に投影する縮小投影手段と、
前記拡散板上の投影像を拡大虚像に結像する拡大虚像結
像手段と、を備えることを特徴とする表示装置を採用す
る。

【０００７】請求項２では、前記縮小投影手段が、正の
焦点距離を有する第１の光学素子を備え、前記表示対象
物及び前記拡散板の各位置を、前記第１の光学素子の物
空間焦点及び像空間焦点より外側であって、前記表示対
象物から前記第１の光学素子までの距離が前記拡散板か
ら前記第１の光学素子までの距離よりも大きくなる位置
に設定して構成されることを特徴とする請求項１に記載
の表示装置を採用する。

【０００８】請求項３では、前記拡大虚像結像手段が、
正の焦点距離を有する第２の光学素子を備え、前記拡散
板の位置を、前記第２の光学素子の物空間焦点より内側
に設定して構成されることを特徴とする請求項１又は２
に記載の表示装置を採用する。

【０００９】請求項４では、前記表示対象物が液晶の表
示画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の表示装置を採用する。

【００１０】請求項５では、前記液晶が散乱型液晶であ
ることを特徴とする請求項４に記載の表示装置を採用す
る。

【００１１】請求項６では、前記拡大虚像結像手段が、
前記第２の光学素子とホログラム凹面鏡との組合わせか
らなることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載
の表示装置を採用する。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１に係る表示装置によると、
拡散板上の投影像は、拡散板の低指向性により拡散光と
なるが、投影像は縮小されており、しかも、拡大虚像結
像手段として、正の焦点距離を有するレンズを拡散板に
近づけて設置した構成をとることができるため、投影像
の拡散光の多くがレンズに入射され表示用の光束として
利用されるため、明るい表示を行なうことができる。ま
た、上述したような焦点距離を小さく設定することが困
難なホログラム凹面鏡を拡大虚像結像手段の要素とした
場合に、ホログラム凹面鏡と拡散板との間の距離を小さ
く設定しても、ホログラム凹面鏡から光源寄りに遠く離
れた位置に拡大虚像を結像させることが可能になり、光
軸の距離が短くなって装置の小型化を図ることができ
る。

【００１３】請求項２に係る表示装置によると、第１の
光学素子を正の焦点距離を有するものとし、かつ、表示
対象物と拡散板と第１の光学素子との間に所定の位置関
係をもたせることにより、表示対象物が第１の光学素子
を介して拡散板上に縮小して投影されるようになり、明
るい表示及び装置の小型化が可能になる。

【００１４】請求項３に係る表示装置によると、第２の
光学素子を正の焦点距離を有するものとし、かつ、拡散
板と第２の光学素子との間に所定の位置関係をもたせる
ことにより、拡散板上の投影像が拡大虚像に結像される
ようになり、明るい表示及び装置の小型化が可能にな
る。

【００１５】請求項４に係る表示装置によると、表示画
像が固定されておらず制御が必要な場合に用いられる液
晶の表示画像を明るく表示できるようになる。

【００１６】請求項５に係る表示装置によると、高輝度
表示が可能な散乱型液晶の表示画像を明るく表示できる
ようになる。

【００１７】請求項６に係る表示装置によると、焦点距
離を小さく設定することが困難なホログラム凹面鏡を用
いた表示装置において、装置の小型化が可能になる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を説明するに先立ち、まず、
本発明による表示装置の概要を図１を参照して説明す
る。

【００１９】図１において、１は、光源（例えば、メタ
ルハライドランプ）、２は、集光用の凹面鏡、３は、光
源１の光を略平行光にするためのコンデンサレンズ、４
は、高分子分散型液晶、５は、拡散板７上に高分子分散
型液晶４の表示画像（表示対象物）を縮小して投影する
ための縮小投影手段としての縮小投影用レンズ（第１の
光学素子）、６は、高分子分散型液晶４の散乱光をカッ
トし、透過光のみを通過させるための絞り、７は、拡散
板、８は、拡散板７上の投影像を拡大虚像に結像させる
ための拡大虚像結像用レンズ（第２の光学素子）、９
は、拡大虚像結像用レンズ８とともに拡大虚像結像手段
を構成するホログラム凹面鏡、１０は、ハーフミラーを
それぞれ表わしている。

【００２０】図１に図示する表示装置において、光源１
の光は、凹面鏡２で集光され、コンデンサレンズ３によ
り略平行光とされ、高分子分散型液晶４に入射される。
高分子分散型液晶４は、電圧の印加の有無に従って入射
光を透過、散乱し、電圧印加パターンに対応した表示画
像を生成する。この表示画像は、縮小投影用レンズ５及
び絞り６を順に通過して拡散板７上に投影される。一
方、高分子分散型液晶４の散乱光は、絞り６によりカッ
トされる。即ち、縮小投影用レンズ５は、拡散板７上へ
の縮小投影の効果と散乱光除去のための絞り６に光束を
収束させる効果の２つを有することになり、白濁液晶と
しての高分子分散型液晶４が他の表示対象物に比べ本発
明に適したものであるといえる。ここで、拡散板７上の
投影像は、少なくとも次の条件、すなわち、縮小投影
用レンズ５を正の焦点距離を有するレンズとすること、
高分子分散型液晶４と縮小投影用レンズ５との間の距
離を拡散板７と縮小投影用レンズ５との間の距離よりも
大きく設定すること、高分子分散型液晶４及び拡散板
７を縮小投影用レンズ５の物空間焦点及び像空間焦点よ
り外側に配置すること、を満たすことで、表示画像を縮
小させた投影像とされる。拡散板７上の投影像は、少な
くとも次の条件、すなわち、拡大虚像結像用レンズ８
を正の焦点距離を有するレンズとすること、拡散板７
を拡大虚像結像用レンズ８の焦点より内側に配置するこ
と、を満たすことで、虚像に拡大して結像される。この
拡大虚像は、拡散板７の位置から光源１寄りの位置に結
像され、ホログラム凹面鏡９及びハーフミラー１０を介
して、看者に視認される。

【００２１】ここで、拡散板７上の投影像は、拡散板７
の低指向性により拡散光となるが、この拡散光は、次の
理由、すなわち、投影像が縮小された像であること、
拡散板７の後方近くに正の焦点距離を有する拡大虚像
結像用レンズ８が設置されていること、により、その多
くが拡大虚像結像用レンズ８に入射されてホログラム凹
面鏡９に入射され、表示用の光束として有効に利用され
るようになる。従って、明るい表示が可能になる。

【００２２】また、拡散板７上の投影像は、拡大虚像結
像用レンズ８により、光源１寄りの位置に拡大された虚
像として結像されるため、ホログラム凹面鏡９の焦点距
離が大きくても、ホログラム凹面鏡９と拡散板７との間
の距離を小さく設定することが可能になり、光軸の距離
が短くなる。このため、装置の小型化を図ることができ
る。

【００２３】次に、各実施例について説明する。

【００２４】(1) 第１実施例（図２） 図２は、本発明による表示装置を車両用ヘッドアップデ
ィスプレイ（ＨＵＤ）に適用した場合を示している。

【００２５】この車両用ＨＵＤは、ダッシュボード１０
０内に、光源１、凹面鏡２、コンデンサレンズ３、高分
子分散型液晶４、縮小投影用レンズ５、絞り６、拡散板
７、拡大虚像結像用レンズ８及びホログラム凹面鏡９を
組み込み、ウインドシールドガラス２００の内面にハー
フミラー１０を形成して構成される。

【００２６】この車両用ＨＵＤにおいて、各構成要素
は、上述した図１図示の表示装置と同様に構成されてい
る。従って、この車両用ＨＵＤによると、拡散板７の拡
散光を表示用の光束として有効に利用できるため、ウイ
ンドシールドガラス２００の前方に、車速等の明るい虚
像を表示できるようになる。また、ホログラム凹面鏡９
の焦点距離が大きくても、ホログラム凹面鏡９と拡散板
７との間の距離を小さく設定できるため、光軸の距離が
短くなり、装置の小型化（車載性の充足）を図ることが
できる。

【００２７】(2) 第２実施例（図３） 図３は、本発明による表示装置を、第１実施例と同様、
車両用ＨＵＤに適用した場合を示している。

【００２８】この車両用ＨＵＤは、ホログラム凹面鏡９
の焦点距離を、第１実施例における拡大虚像結像用レン
ズ８とホログラム凹面鏡９との合成焦点距離程度に小さ
くすることが可能な場合に、拡大虚像結像用レンズ８を
省略し、部品点数の減少を図るようにしたものである。

【００２９】(3) 第３実施例（図４） 図４は、本発明による表示装置を、第１，第２実施例と
同様、車両用ＨＵＤに適用した場合を示している。

【００３０】この車両用ＨＵＤは、第２実施例における
ホログラム凹面鏡９の代わりに拡大虚像結像用レンズ８
を用いたものであり、第２実施例と同様、部品点数の減
少を図るようにしたものである。

【００３１】(4) 第４実施例（図５） 図５は、本発明による表示装置を、フルカラー表示装置
に適用した場合を示している。

【００３２】このフルカラー表示装置は、光源１の光を
ダイクロイックミラー３００によりＲＧＢに分光し、Ｒ
ＧＢ各々の光路上に高分子分散型液晶４を配置して構成
される。なお、各高分子分散型液晶４の散乱光は、最後
にまとめて除去処理している。

【００３３】なお、本発明による表示装置は、図１図示
の表示装置において光軸の途中にカラーフィルタを配設
してカラー表示を行なうものにも適用できる。また、高
分子分散型液晶以外の他の散乱型液晶やＴＮ液晶等を使
用する場合にも適用でき、さらに、表示画像が固定され
表示制御が不要な場合には、液晶の代わりに、表示画像
が固定化された透明シートを用いてもよい。また、液晶
の散乱光の除去が不要な場合、絞りを省略することがで
きる。また、ホログラム凹面鏡の代わりに、通常の凹面
鏡を用いることは自由である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表示装置の構成図

【図２】本発明による表示装置を適用した第１実施例に
係る車両用ＨＵＤの構成図

【図３】同じく第２実施例に係る車両用ＨＵＤの構成図

【図４】同じく第３実施例に係る車両用ＨＵＤの構成図

【図５】同じく第４実施例に係るフルカラー表示装置の
構成図

【図６】本発明の先願に係る液晶表示装置の構成図

【符号の説明】

４ 高分子分散型液晶 ５ 縮小投影用レンズ（第１の光学素子） ７ 拡散板 ８ 拡大虚像結像用レンズ（第２の光学素子） ９ ホログラム凹面鏡

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示対象物と拡散板とを有する表示装置
   であって、 前記表示対象物を縮小して前記拡散板上に投影する縮小
   投影手段と、 前記拡散板上の投影像を拡大虚像に結像する拡大虚像結
   像手段と、 を備えることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記縮小投影手段が、正の焦点距離を有
   する第１の光学素子を備え、前記表示対象物及び前記拡
   散板の各位置を、前記第１の光学素子の物空間焦点及び
   像空間焦点より外側であって、前記表示対象物から前記
   第１の光学素子までの距離が前記拡散板から前記第１の
   光学素子までの距離よりも大きくなる位置に設定して構
   成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 前記拡大虚像結像手段が、正の焦点距離
   を有する第２の光学素子を備え、前記拡散板の位置を、
   前記第２の光学素子の物空間焦点より内側に設定して構
   成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示
   装置。
4. 【請求項４】 前記表示対象物が液晶の表示画像である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示
   装置。
5. 【請求項５】 前記液晶が散乱型液晶であることを特徴
   とする請求項４に記載の表示装置。
6. 【請求項６】 前記拡大虚像結像手段が、前記第２の光
   学素子とホログラム凹面鏡との組合わせからなることを
   特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の表示装置。