JPH1097805A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】像の周辺部においても視認性の高いディスプレ
イ装置を提供する。 【解決手段】車両用ヘッドアップディスプレイ装置にお
いて、ランプ（光源）１と導光体２とＬＣＤ３とコンバ
イナ（フロントガラス）４とを備えている。ＬＣＤは
Ｘ，Ｙマトリクスの交点の画素ごとに素子（ＴＦＴ）を
備えており、この素子に対しドライバから電気信号を入
力して表示像を形成する。ランプ１から出た光は導光体
２に入り、導光体２の反射面６で光路を変更して、ＬＣ
Ｄの方向へ出射させる。このＬＣＤを通過した光がコン
バイナ（フロントガラス）において表示像を乗員に対し
コンバイナの前方に結像する。導光体２の反射面６を介
してランプ１からの光をＬＣＤに向かわせるが、この
際、ランプ１から出た光を用いて各点がＬＣＤの全面を
照射する仮想的な点光源の集まりである多点虚光源が、
ＬＣＤの後方に作り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はディスプレイ装置
に関し、例えばヘッドアップディスプレイ装置に適用す
ると好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を用いて車
速等を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が
特開平８−１１５８０号公報等に開示されている。ヘッ
ドアップディスプレイ装置の構成例を図１５に示す。図
１５において、ランプ（バックライト）４０から出た光
は、ＬＣＤ４１に投光される。ＬＣＤ４１には、車速等
の車両情報、道路情報などが描画される。ＬＣＤ４１か
ら出た光はミラー４２にて反射され、ホログラムレンズ
４３に入射する。ホログラムレンズ４３ではＬＣＤ４１
で描画された表示画を表示像として拡大表示する。ホロ
グラムレンズ４３で反射回折された光は、運転者の目に
入り表示内容が認識される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、運転者がホ
ログラムレンズ４３を正面から見る場合は問題ないが、
ホログラムレンズ４３を斜め横から見る場合、即ち、視
認範囲での端部からホログラムレンズ４３を斜めに見た
場合、ランプ４０から出た光束が運転者の方向に飛んで
いかず、そのため、表示像の周辺部が暗くなってしまい
視認性が低下してしまう。

【０００４】そこで、この発明の目的は、像の周辺部に
おいても視認性の高いディスプレイ装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光源からの光を用いて、各点がＬＣＤの全面を照射
する仮想的な点光源の集まりである多点虚光源を、ＬＣ
Ｄの後方に作り出すようにしたことを特徴とする。これ
により、人が表示像を正面のみならず斜め横から見た場
合でも、ＬＣＤで形成された表示像全域が明るく見え
る。

【０００６】つまり、視認範囲の端部、即ち、斜め横か
ら表示像を見ると表示像の周辺部が暗く見えるのは、光
源（ランプ）からの光が目の方向に飛んでいないことが
原因であるから、多点虚光源を用いることにより斜め横
から見たときも表示像の全範囲でランプからの直接光が
目の方向に飛んでくるよう光が制御できる。

【０００７】請求項２に記載のように、反射面を有する
導光体を介して光源からの光をＬＣＤに向かわせるエッ
ジライト型であって、前記反射面は光源からの光を第１
の仮想点光源に対し反対方向に向かわせる第１の反射面
と、光源からの光を第２の仮想点光源に対し反対方向に
向かわせる第２の反射面とを有するものとすることによ
り、多点虚光源を作ることができる。

【０００８】又、導光体の中に光を閉じ込めることがで
きるので、光源の光利用効率が向上する。請求項３に記
載のように、導光体の反射面をノコギリの歯形状として
もよい。

【０００９】請求項４に記載のように、導光体の反射面
は曲面形状をなすようにすると、導光体から出射する光
を絞ることができる。請求項５に記載のように、導光体
は、光源からの光の入射方向において光源側ほど幅狭な
台形形状をなすものすると、導光体のサイド面（台形に
おける斜面）に光源からの光を全反射させて反射面に向
かわせることが可能となり、光源からの光を有効利用す
ることができる。

【００１０】請求項６に記載のように、導光体の出射面
に散乱体を配置すると、影を無くすことが可能となる。
請求項７に記載のように、光源の周囲に光源の光を導光
体に向かわせる反射体を設けることにより、光を有効利
用することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】 （第１の実施の形態）以下、この発明の第１の実施の形
態を図面に従って説明する。本実施形態においては、車
両用ヘッドアップディスプレイ装置に具体化している。
又、薄型でバックライト部が構成できるエッジライト型
を採用している。

【００１２】本装置は、図１に示すように、ランプ（光
源）１と、導光体２と、ＬＣＤ３と、結像手段としての
コンバイナ（フロントガラス）４とを備えている。ＬＣ
Ｄ３はＸ，Ｙマトリクスの交点の画素ごとに素子（ＴＦ
Ｔ）を備えており、この素子（ＴＦＴ）に対しドライバ
（駆動回路）１０から電気信号を入力して表示像を形成
する。ここで、表示像としては車速等の車両情報、道路
情報等である。そして、ランプ（光源）１から出た光は
導光体２に入り、導光体２の反射面６で光路を変更して
ＬＣＤ３の方向へ出射する。このＬＣＤ３を通過した光
がコンバイナ（フロントガラス）４において表示像を乗
員に対しコンバイナ４の前方に結像する。つまり、コン
バイナ４においては表示像を乗員の目方向に反射して入
射させて表示像を乗員の前方に結像させる。この反射面
６を有する導光体２を具備したエッジライト型ディスプ
レイ装置は、ランプ１をＬＣＤ３での光通過方向から外
れたところ、即ち、ＬＣＤ３の面方向と平行なる方向に
おいてＬＣＤ３から所定間隔をおいた箇所に配置できる
ため、ランプ１の熱がＬＣＤ３に伝わりにくくＬＣＤ３
の性能（透過率、コントラスト等）の劣化が防止でき
る。

【００１３】尚、ＬＣＤ３はＡＦＬＣ等を用いてもよ
い。以下、詳細に説明する。図２には、導光体２の斜視
図を示す。又、図３には、導光体２を介したランプ１か
らの光の進路状態を示す。

【００１４】図２において、ランプ１の周囲（詳しくは
周囲での上下）には反射体としてのリフレクタ７，８，
９が配置され、このリフレクタ７〜９によりランプ１の
光を導光体２に向かわせる。ランプ１は導光体２の横に
配置されている。

【００１５】今、図４に示すように、運転者が見る範囲
（視認範囲）の端にいて斜め横から像を見る時を考える
と、表示像の全域（ＬＣＤ３の全域）が明るく見えるた
めには、ランプ１から出た光の一部が導光体２で制御さ
れ、ＬＣＤ３全域から運転者の方向へ飛んでくることが
必要である。

【００１６】これを満足するためにランプ１の光を使っ
て、図４に示す仮想的な点光源（以下、仮想点光源とい
う）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の集まりである多点虚光源を運転
者から見て導光体２の後方に配置した構成をとってい
る。この多点虚光源は、その数（仮想点光源Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の数）が多いほど３次元的になるが、本実施形
態では仮想点光源の数を「３」としている。つまり、二
次元における両端及び中心の３点に配置している。

【００１７】ここで、Ｐ１〜Ｐ３は点光源といっても任
意の立体角・指向性を持ったべクトル光源である（図４
参照）。よって、各仮想点光源Ｐ１〜Ｐ３は各点Ｐ１〜
Ｐ３からＬＣＤ３全域に、しかも均一に光が出射し、さ
らにランプ１の光を効率よく使用するためにＬＣＤ３の
範囲以外には光が広がらないようにしている。

【００１８】図２において、座標として直交するｘ、
ｙ、ｚの３つの軸を有するものとする。ｘ軸方向にラン
プ１と導光体２とが所定の間隔をおいて配置されてお
り、導光体２の反射面６にてランプ１からの光が反射さ
れＬＣＤ３に向かって（ｙ軸方向に）出射される。この
ように、ランプ１はＬＣＤ３への出射光軸（ｙ軸）から
横方向（ｘ軸方向）に外れて置かれている。

【００１９】ランプ１はハロゲンランプ、キセノンラン
プ、冷熱陰極管、放電管等が用いられる。導光体２はア
クリルやポリカーボネイト等の光学的性能が優れた樹脂
の成型体よりなる。この導光体２は、右側面がランプ１
からの光の入射面となり、上面が出射面となり、下面
（底面）が反射面６となる。さらに、導光体２は図２の
ｙ軸方向において、ランプ１に近くなるほど幅Ｗが狭く
なる台形形状をなしている（Ｗ２＜Ｗ１）。このよう
に、導光体２はランプ１からの光の入射方向においてラ
ンプ１側ほど幅狭な台形形状をなしている。

【００２０】又、ランプ１と導光体２との間には熱線カ
ットフィルタ５が配置され、ランプ１からの赤外線成分
をカットする。このように、熱線カットフィルタ５にて
熱線がカットされるのでランプ１の熱にてＬＣＤ３が悪
影響を受けることが抑制される。

【００２１】導光体２の底面部分に形成された反射面６
にはアルミ薄膜等が蒸着されている。この反射面６はそ
の断面形状がノコギリの歯形状となっており、反射面６
は、任意の角度に設定された多数の微少反射面（細長い
ミラー）の集合体になっている。そして、ランプ１から
直接、反射面６に入射する光に着目すると、図５におい
て光路領域１４を通してランプ１から直接この微少反射
面に入射する。この直接入射光は、微少反射面で任意の
方向へ制御され上記の多点虚光源を構成する。このよう
に、反射面６はランプ１からの光を第１の仮想点光源Ｐ
１に対し反対方向に向ける第１の反射面と、ランプ１か
らの光を第２の仮想点光源Ｐ２に対し反対方向に向ける
第２の反射面と、ランプ１からの光を第３の仮想点光源
Ｐ３に対し反対方向に向ける第３の反射面とを有する。

【００２２】又、導光体２の反射面６での各微少反射面
は球面形状をなし、より詳しくは例えば図２での中心
Ｏ、半径Ｒにより形成される面のようにその法線方向か
ら見て凹状となっている。よって、反射面６を球面形状
とすることにより図３に示すように、絞られた光（拡が
りのない光）３１を得ることができる。

【００２３】さらに、図５に示すように、導光体２の出
射面（上面）１７に当たった光は、全反射して反射面６
に戻るような位置に設定されているとともに、その光が
戻る位置の反射面６は、その光が多点虚光源を構成する
に最も適した角度に設定され、ランプ１の光の利用効率
を高めるようになっている。

【００２４】一方、図２に示すように、ランプ１の周囲
に配置されたリフレクタ７，８，９は、その向きがラン
プ１から出た光を効率よく導光体２に入射させる方向に
設定されている。このとき、図５に示すように、球面よ
りなる反射面を有するリフレクタ７，８によりランプ１
の光が導光体２の中に入射する。つまり、リフレクタ７
による光路領域１３が形成されるとともに、リフレクタ
８による光路領域１２が形成される。このリフレクタ
７，８の位置、角度、焦点距離を調節して導光体２の反
射面６に対し任意の角度、拡がりで入射するように設定
される。又、図５においてフラットなる出射面１７を用
いて導光体２と空気との界面での全反射を利用して光路
領域１２が形成される。

【００２５】このように、ランプ１の全光束のうち導光
体２に直接入らない光を有効利用してランプ１の光の利
用率を上げて表示輝度を高くすることができる。又、導
光体２は前述したように図２のｘ軸方向においてランプ
１に近くなるほど幅Ｗが狭くなる台形形状をしている。
これにより、ランプ１から出た光が導光体２のサイドの
面２ａ，２ｂに当たった場合、全反射して反射面６に至
る。これによりｚ方向にも光制御が可能になり、しかも
ランプ１の光の利用効率を十分高めることができる。つ
まり、図３に示すように、台形形状にすることにより、
メイン光３１に対し斜めに進むサイド光（サイド面２
ａ，２ｂで全反射した後、反射面６で反射した光）３
２，３３を利用することができる。本発明者らによる概
略計算では、台形形状にすることにより３倍の利用効率
の向上が図られるという結果を得ている。

【００２６】以下に、導光体２の反射面６の設計思想を
説明する。まず、導光体２の反射面６の傾きについて
は、図６に示すように、ランプ１からの光線が仮想点光
源Ｐ１〜Ｐ３からの理想光線と同じ光路となるように反
射面６ａ，６ｂ，６ｃの傾きθ１，θ２，θ３を決定す
る。これを３つの仮想点光源Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の全てに
ついて行う。

【００２７】このとき、図６に示すように、θ１＝θ２
＝θ３となるように反射面６ａ，６ｂ，６ｃを均一に並
べただけでは各反射面６ａ，６ｂ，６ｃでの光線数が異
なり輝度ムラの原因となる。そこで、図７に示すよう
に、反射面６ａ，６ｂ，６ｃの大きさを調整してθ１
１，θ１２，θ１３の角度を等しくして（θ１１＝θ１
２＝θ１３）、各反射面６ａ，６ｂ，６ｃへの光線数、
即ち、単位立体角当たりの光量を等しくして光が均一に
出射するようにしている。よって、表示像での輝度ムラ
を無くすことができる。

【００２８】尚、図７では反射面が３つの場合（６ａ，
６ｂ，６ｃ）、即ち、ＬＣＤを３つの領域に分けた場合
について説明したが、この数を増やすことにより光線の
均一性の向上を図ることができる。

【００２９】さらに、図８に示すように多点虚光源構造
を採用すると干渉領域１５，１６が形成されてしまう。
そこで、図９に示すように、１つの角度の反射面６を二
つの仮想点光源Ｐ１，Ｐ２で共用できるように反射面６
の角度と、出射面（全反射面）１７の角度を決定してい
る。

【００３０】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 （イ）多点虚光源をＬＣＤ３の後方に作り出すようにし
たので、乗員が表示像を視認範囲の端部（斜め横）から
見た場合でも、ＬＣＤ３で形成された表示像全域が明る
く見える。つまり、斜め横から表示像を見ると表示像の
周辺部が暗く見えるのは、ランプ１からの光が目の方向
に飛んでいないことが原因であるから、多点虚光源を用
いることにより斜め横から見たときも表示像の全範囲で
ランプ１からの直接光が目の方向に飛んでくるよう光が
制御できる。 （ロ）導光体２（エッジライト型）にて多点虚光源構造
をとるようにしたので、導光体２の中に光を閉じ込める
ことができ、ランプ１の光利用効率が向上する。

【００３１】又、図１に示すようにランプ１をＬＣＤ３
の横（ＬＣＤ３の面方向と平行なる方向での所定距離離
間した箇所）に配置することにより、ランプ１をＬＣＤ
３の真後ろに配置した場合に比べ、ランプ１からの熱が
ＬＣＤ３に伝わりにくくＬＣＤ３の性能（透過率、コン
トラスト等）の劣化を抑制できる。

【００３２】又、ＬＣＤ３の範囲内のみを照射するので
無駄な光が無く光源の光利用効率が向上する。 （ハ）導光体２は図２，３に示すようにランプ１からの
光の入射方向においてランプ１側ほど幅狭な台形形状を
なすものとしているので、導光体２のサイド面２ａ，２
ｂにランプ１からの光が全反射して反射面６に至り、光
の有効利用を図ることができる。 （ニ）ランプ１の周囲にランプ１の光を導光体２に向か
わせるリフレクタ７，８，９を設けたので、光を有効利
用できる。

【００３３】尚、特開平６−３５２６号公報や特開平７
−１２０７５２号公報では、導光体の表面形状を工夫し
て、中心への光の指向性を上げることが提案されてい
る。しかし、これら公報においては導光体底面形状の例
でも見られるように、斜め横から見たときの輝度分布ま
では考慮されておらず、斜め横から見たときには像の周
辺部は暗くなることが予想される。これに対し、本実施
形態ではそのようなことが回避される。つまり、光を広
げる方法として散乱体を用いた場合には光の方向が安定
しないが、本実施形態においては散乱体を用いておらず
光の方向を安定させることができる。 （第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態を、第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３４】第１の実施の形態においては図９に示す構
成にて多点虚光源構造による干渉（図８での領域１５，
１６での干渉）を抑制したが、本実施の形態において
は、図１０に示すように、導光体２の反射面６におい
て、図１１に示すように、積層構造にして各層に各仮想
点光源に対応した反射面６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈ
を形成する。即ち、第１の仮想点光源Ｐ１に対応する反
射面６ｄと、第２の仮想点光源Ｐ２に対応する反射面６
ｅと、第３の仮想点光源Ｐ３に対応する反射面６ｆと、
第４の仮想点光源Ｐ４に対応する反射面６ｇと、第５の
仮想点光源Ｐ５に対応する反射面６ｈとを積層した構造
にしている。このとき、積層体の各層の厚さｔは輝度ム
ラに影響を与えるため１ｍｍ以下とするのが望ましい。

【００３５】このように各仮想点光源に対応した反射面
６を立体的に作れば多点虚光源構造による干渉を無くす
ことができる。 （第３の実施の形態）次に、第３の実施の形態を、第２
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３６】本実施の形態においては、多点虚光源構造
による干渉を抑制すべく、図１２に示すように、導光体
２における光の出射面２０を球面形状にしている。その
結果、フラット面で出射面を形成した場合における仮想
点光源Ｐ１がＰ１’にて示すように外側にズラされて干
渉が起きない。つまり、仮想点光源Ｐ１に隣接する仮想
点光源Ｐ２から離れるように仮想点光源Ｐ１’に位置を
変える。

【００３７】このように仮想点光源の間隔を広くするこ
とにより干渉を防止することができる。尚、出射面２０
の形状は球面形状に限るものではなく、フラット面以外
の連続的に折れ曲がった屈曲面であってもよい。 （第４の実施の形態）次に、第４の実施の形態を、第２
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３８】本実施の形態においては、多点虚光源構造
による干渉を抑制すべく、図１３に示すように、導光体
２における反射面６を細かく形成し、干渉する部分の反
射面６ｐ，６ｑ，６ｒを交互に配置する。

【００３９】このようにしても図８での部分１５，１６
での干渉を防止することができる。 （第５の実施の形態）次に、第５の実施の形態を、第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００４０】本実施の形態においては、図１４に示すよ
うに、導光体２の出射面１７に散乱体２１が配置されて
いる。この散乱体２１としてはスリガラス等を用いる。
要は、散乱係数が「１」のものであればよい。そして、
散乱体２１により出射面を不連続面にすることにより影
を消すことができる。

【００４１】これまで説明してきた実施形態においては
ヘッドアップディスプレイ装置に具体化したが、ヘッド
アップディスプレイ装置以外のディスプレイ装置に適用
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置
の構成図。

【図２】 導光体およびその周辺を示す斜視図。

【図３】 導光体による光路を示す斜視図。

【図４】 ディスプレイ装置の説明図。

【図５】 ディスプレイ装置の説明図。

【図６】 ディスプレイ装置の説明図。

【図７】 ディスプレイ装置の説明図。

【図８】 ディスプレイ装置の説明図。

【図９】 ディスプレイ装置の説明図。

【図１０】 第２の実施の形態におけるディスプレイ装
置の説明図。

【図１１】 第２の実施の形態におけるディスプレイ装
置の説明図。

【図１２】 第３の実施の形態におけるディスプレイ装
置の説明図。

【図１３】 第４の実施の形態におけるディスプレイ装
置の説明図。

【図１４】 第５の実施の形態におけるディスプレイ装
置の説明図。

【図１５】 ディスプレイ装置の説明図。

【符号の説明】

１…ランプ、２…導光体、３…ＬＣＤ、４…コンバイ
ナ、６…反射面、７，８，９…リフレクタ、２０…出射
面、２１…散乱体。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される電気信号により表示像を形成
   するＬＣＤと、 前記ＬＣＤを照明して表示像を外部に投影するための光
   源と、 前記表示像を人の目方向に反射し入射させることによっ
   て前記表示像を人の前方に結像させる結像手段とを備え
   るディスプレイ装置において、 光源からの光を用いて、各点が前記ＬＣＤの全面を照射
   する仮想的な点光源の集まりである多点虚光源を、ＬＣ
   Ｄの後方に作り出すようにしたことを特徴とするディス
   プレイ装置。
2. 【請求項２】 反射面を有する導光体を介して光源から
   の光をＬＣＤに向かわせるエッジライト型であって、前
   記反射面は光源からの光を第１の仮想点光源に対し反対
   方向に向かわせる第１の反射面と、光源からの光を第２
   の仮想点光源に対し反対方向に向かわせる第２の反射面
   とを有するものである請求項１に記載のディスプレイ装
   置。
3. 【請求項３】 前記反射面は、ノコギリの歯形状をなす
   請求項２に記載のディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 前記反射面は、曲面形状をなす請求項２
   に記載のディスプレイ装置。
5. 【請求項５】 前記導光体は、光源からの光の入射方向
   において光源側ほど幅狭な台形形状をなす請求項２に記
   載のディスプレイ装置。
6. 【請求項６】 前記導光体の出射面に散乱体を配置した
   請求項２に記載のディスプレイ装置。
7. 【請求項７】 前記光源の周囲に光源の光を導光体に向
   かわせる反射体を設けた請求項２に記載のディスプレイ
   装置。