JPS6097315A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野」 この発明は表示装置、とくに液晶表示素子等の偏光制御
素子と透光性ミラーを組み合わせてなるヘッドアップ表
示装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、この種の装置として第１図に示すものがあった。

第１図は従来の液晶表示装置を示す構成図である。

図において、（１）は光源、（２）は偏光子、（３）は
通過する光線の偏光状態が印加される電圧値により変化
する偏光制御素子で、この場合液晶表示素子が用いられ
ておシ、一対の透明板（３ａ）　（３ｅ）とこれら透９
−１板（３ａ）　（３ｅ）の間にねじれ配向させて配設
したネマティック液晶薄膜（３ｃ）と前記透明板（３ａ
）　（３ｅ）の内面にそれぞれ配設された透明導電電極
（３ｂ）　（３ａ）を包合する液晶セルよシなる。（４
）　Ｖｉ検光子、（５）Ｉ″ｉ液晶セル（３）に印加す
る電圧値を制御する制御回路で前記透明導電電極（３ｂ
）　（３ａ）に接続されている。

液晶表示装置としてはこのような透過型のものの他に、
光源（１）の箇所に反射板を置き、検光子（４）側から
外光あるいは光源光などの照明光をあてる構成とした反
射型のもの、あるいは反射板を透光性のあるものとした
透過・反射折衷−のものが提案されている。

さて透過型のもの、あるいは透過・反射岳衷型のものに
おける背面からの照明光利用（透過）モードにおいては
、光源（１）を出た光線は、直接に、あるいは透光性の
反射板を通過してから、偏光子（２）を通過して、直線
偏光となる。次に、液晶セル（：（）を通過して、ネマ
ティック液晶薄膜（３ｃ）に加えられた電圧の大きさに
応じて、上記直線偏光の偏光状態が変わる。次に光線は
その偏光状態に応じて、検光子（４）で許される偏光成
分のみが通過する。

反射型のものあるいけ透過・反射折衷型のものにおける
外光利用（反射）モードにおいては、検光子（４）側か
ら外光などの照明光が入射し、検光子（４）を通過して
光線は直線偏光となる。次に液晶セル（３）を通過して
、ネマティック液晶薄膜（３ｃ）に加えられた電圧の大
きさに応じて上記直線偏光の偏光状態が変わる。次に偏
光子（２）によって光線は、その偏光状態に応じて、そ
の偏光子（２）でｒ［される偏光成分のみが通過する。

次に、偏光子（２）に並置した反射板あるいは透光性反
射板によって反射される。次に光線は再たび偏光子（２
）を通り、液晶セル（３）を通り、検光子（４）を通過
する。他の適当な電圧がネマティック液晶薄膜（３ｃ）
　Ｋ加えられている場合は異った量の光線が通過する。

透過・反射折衷型のものにおいては言うまでもなく透過
型での働きと反射型での働きの両者が一諸に作用する。

このよりなｉｆＪ過型、反射型あるいは折衷型の液晶表
示素子を用い、液晶表示素子からの出射光を透光性ミラ
ーで斜めに反射させ、表示パターンを透光性ミラー越し
の景色に重ねてのえるようにした表示装置、即ち液晶ヘ
ッドアンプ・表示装置が提案されていた。

ところが、照明光が比較＋ｉＪに多くの光減衰層（Ｄｉ
ｄ光子（２）、検光子（４）、透過性ミラー等）を通過
せねばならないため、透過型あるいは透過モー　ドの場
合、ｆｒ望のＦ月るさを得るのに光源のりするさを相当
に大きくする必要があった。光妃をりｊるくするＫは、
投入電力を増大する必要があり、省エネルギーの観点か
ら問題であった。また、投入電力を増すと、光源の発熱
が増大し、系の１の作範囲玉のマージンが減るという問
題があった。反射型あるいは反射モードの場合も同じ理
由で外光が満ちて°いたため、実用されるには至ってい
なかった。

〔発明の概賜〕

この発ＩＪ１．Ｊは、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、通過する光線の偏光状
態が印加される電圧値により変化する偏光制御素子、こ
の偏光制御素子に印加する電圧を制御する制御回路、及
び偏光制御素子を通過した光線を偏光角程度の入射角で
入射させると鎚庇、その反射光をアイレンジに至らしめ
る透光性ミラーにした表示装置を提供することを目的と
している。

〔発りｊの実施例〕

以下、この発！１１４の一実施例を図について説明する
。第２図はこの発明の一実施例による透過型ヘッドアッ
プ液晶表示装置を示す構成図である。図において（２）
はＲ１１）光子で、光源（１）からの光線を図に示すよ
うにＸ方向の直線偏光にする。（６）　Ｉ／ｉ透光性ミ
ラーで、偏光制御素子（この場合液晶表示素子即ち液晶
セル）（３）および透光性ミラー（６）は、光源（１）
を出た光線の一部が偏光子（２）と並置した液晶セル（
３）を通過して透光性ミラー（６）に偏光角θＯ程度の
入射角θで入射すると共に、その反射光がアイレンジ（
７）、即ち目の位置に至るように配設されている。（８
）は表示像である。透光性ミラー（６）は、透明基板例
えばガラス板の表面に適当な屈折率の物質を適当な厚さ
で適当な層数だけコートして任意の反射特性を得たもの
であり、ここではガラス板にアルミニウムを薄く蒸着し
て偏光角θＯ・反射率Ｒを得ている。第３図は、この発
り］の一実施例に係る透光性ミラーの偏光に対する反射
率の入射角依存性を示す曲線図である。図中、ＲｐＦｉ
入射面に平行に電界が振動する偏光（Ｐ成分と称す）に
対する反射率、Ｒｓは同じく垂直のもの（Ｓ成分と称す
）である。θ０は偏光角で１．Ｒｐが０となる入射角、
即ち、透光性ミラー（６）の表面からの反射光が完全な
直線偏光となるような入射角である。

このような構成のものでは、光源（１）を出た光線は、
偏光子（２）を通過してＸ軸方向に振動する直線偏光と
なる。次に液晶セル（３）を通過して、液晶薄膜（３ｃ
）に加えられた電圧いわば液晶セル（３）へ、の印加電
圧の大きさに応じて偏光状悪が変わる。

例えば、液晶セル（３）がねじれ配向（ＴＮ）型のもの
の場合、闇値を越える電圧を印加したとき、Ｘ軸方向に
振動する直線偏光になり、電圧を印加しないとき、Ｙ軸
方向に振動する直線偏光になる。

つまり、電圧によって透光性ミラー（６）へ入射する１
１＋ｉ！光のＳ成分とＰ成分が相互に切換えられる。あ
るいけ、印加電圧の程度によっては、両成分の割合が切
換えられる。ここでは、このようなＴＮ型液晶セルを用
いる場合について例示する。

さて、透光性ミラー（６）ではＸ軸方向に振動する偏光
成分つまりＳ成分は、透光性ミラー（６）１ｆ１１への
入射角θが偏光角θＯ程度に設置されているため、比較
的に大きな反射率Ｒｅで反射されＹ軸方向に振動する偏
光成分のＰ成分は、比較的十分小さな反射率Ｒｐで反射
され、アイレンジ（７）に至る。

ここで、微少な反射や吸収を無視し、光源（１）の明る
さをＢｌ、偏光子（２）の自然光に対する透過率をＴｐ
、液晶セル（３）の透過率をＴｌｃとすると、この上う
な表示の明るさＢｔは、液晶ｔル（３）へ電圧を加えた
とき、つまりＯＮのとき、 Ｂｔ＝ＲｓＸＴ：ＬｃＸＴｐＸＢ１ 無電圧を加えたとき、つまりＯＦＦのとき、Ｂｔ＝Ｒｐ
ＸＴｌｃＸＴｐＸＢ１ であることになる。

ここで、第３図を参照すれば明らかなように、Ｒ８ン〉
Ｒｐであるから、結局、この実施例のものによれば、液
晶セル（３）へ加える電圧の制御によって透過光のスイ
ッチングないしは変調を達成できることになる。そこで
、透りＪ導電電ｔｆｉ（３ｂ）　、（３ａ）の内の少な
くとも一方を複数ｆｌＡ域に分割し、形成される各表示
単位毎に個別の電圧全印加すれば、各表示単位毎に光が
スイッチングされるので、明るい部分と暗い部分の任意
の組合わせで成る表示パターが形成されることとなる。

ここで従来の透過型のものの表示のＩＪ、ＪるさＢｔｊ
を同様にして表現してみれば、このものは検光子を余分
に有するために、検光子（４）の偏光透過軸方向が偏光
子（２）の偏光透過軸方向と平行な場合偏光透過軸方向
およびこれと直交する方向に振動するａｉｉｌ光に対す
る検光子の透過率を、それぞれＴａｐ　１Ｔａｃとして
、上述の式ＢｔｌＣＴａｐあるいはＴａｃを乗じたもの
になるから、 液晶セル（３）がＯＮのとき、 Ｂｔ’ｊ＝ＲａＸ：１’ａｐＸＴ１ｃＸＴｐＸＢ１ある
いけＯＦＦのとき、 Ｂｔ　ｊ＝ＲｐＸＴａａＸＴｌｃＸＴｐｘＢｌとなる。

これらのことは、実験により容易に確かめることができ
た。

つまり、この発明の上記実施例のものは従来の透過型の
ものに比べて、液晶セル（３）がＯＮのとき、１　／　
Ｔａｐ倍の明るい表示を達成できるものであることが１
１らかとなった。

第４図は、この発すＪの他の実施例による反射型ヘッド
アップ液晶表示装置を示す構成図である。図において、
（９）はアルミニウム等よりなる反射板である。この場
合、外光の明るさをＢｅとすると外光Ｂｅは、液晶セル
（３）を通過し、偏光子（２）を通過して直線偏光とな
り、反射板（９）で反射され、再たび、偏光子（２）を
、今度は直線偏光の状態で入射して通過し、再たび液晶
セル（３）を通過し、後は上記実施例の場合と同様にし
て、透光性ミラー（６）で反射されアイレンジ（７）に
至る。そこで、反射４ｆｉ（９）の反射率をＲｒ、偏光
透過軸方向にそって振動する偏光に対する偏光子（２）
の透過率をＴｐｐとすると、このような表示の明るさＢ
ｒＶｉ、ＯＮのときＢｒ＝ＲｓＸＴ　ｐｐＸＲｒＸＴｐ
ＸＴｌｃ２ＸＢｅＯＦＦのとき、 Ｂｒ＝ＲｐＸＴｐｐＸＲｒＸＴｐＸＴ１ｃ　ＸＢｅとな
る。

従来の反射型のものの表示の明るさＢｒｊを、上述と同
様にして表現してみれば、このものが検光子（４）を余
分に有するので、検光子の自然光に対する透過率をＴａ
、偏光子（２）の偏光透過軸方向と直交する方向に振動
する偏光に対する透過率を、Ｔｐｃとして、上記の反射
型のもののＥｉ１４るさＢｒの式にＴａと、Ｔａｐある
いはＴａｃを乗じたものとなる。従って、 ＯＮのとき、 Ｂｒｊ＝ＲｓＸＴａｐＸＲｒＸＴｐｐ２ＸＴ１ｃ２ＸＴ
ａＸＢｅＯＦ　Ｅ’のとき、 Ｂｒ　ｊ＝１１ｐＸＴａｃＸＴｐｐＸＲｒＸＴｐｃＸＴ
１ｃ２ＸＴａＸＢｅとなる。

これらのこ七け、実験にょシ容易に確かめることができ
た。

つまり、この発明のものは従来の反射型のものに比べて
、液晶セル（３）が０ルのとき、１　／　（ＴａＸＴａ
ｐ）倍のりＪるい表示を実現できるものであることが明
らかとなった。

第５図はこの発明の他の蚕施例による透過、反射折衷型
ヘッドアップ液晶表示装置を示す構成図である。（１０
）は、光源（１）と偏光子（２）の間に設置した透光性
反射板である。この透光性反射板（１ｏ）は、例えば表
面が光の波長程度の尺度では凹凸があって、光か反射さ
れる場合、光は拡散されるが偏光状態はできるだけ維持
されるようなものとされる。さらに、光吸収ができるだ
け少なく、光が反射するか透過するかのどちらかとなる
ようなものとされる。このようなものは、例えば表面に
凹凸がある透明ガラス基板にこれのより大きい屈折率の
物質、例えば硫化亜鉛を光の波長程度の厚みだけ蒸着し
たものとされる。あるいけ、偏光子と重ねられて一体と
なった、例えば市販品（日東電工（株）製）のＮＰＦ−
Ｑ−４２のようなものとされる。

このような装置において、光源（１）を出発した光線は
、透光性反射板（１ｏ）を通過した後、上記透過型のも
のと同様にして、アイレンジ（７）に至る。表示の明る
さの中、光源（１）の寄与分Ｂｄｔは、上記透過型の実
施例で得られる表示の明るさＢｔに透光性反射板（ｌＯ
）が加わっているために起こる光反射損失および吸収損
失に基ずく透過率Ｔｒを乗じたもの七なるから、 液晶セル（３）がＯＮのとき、 Ｅｄｔ＝ＲｓＸＴ１ｃＸＴｐＸＴｔｒＸＥ１あるいはＯ
ＦＦのとき、 Ｂｄｔ＝ＲｐＸＴ１ｃＸＴｐＸ’ｆｔｒＸＢ１となる。

一方、外光は、液晶セル（３）を１ｍ居し、偏光子（２
）を通過して直線偏光となり、透光性反射板（ｌＯ）で
反射され、再たび、偏光子（２）を、今度は直＃、偏光
の状態で入射して通過し、再たび液晶セル（３）を通過
し、透光性ミラー（６）で反射され、アイレンジ（７）
に至る。そこで、透光性反射板（１０）の反射率をＲｔ
ｒとし、外光諒のＬＩＩＭさをＢｅ、：すると、外光に
よる寄手分Ｂｄｒは、 液晶セル（３）がＯＮのさき、 Ｂｄｒ＝ＲｓＸＴｌｃ　ＸＴｐｐＸＲｔｒＸＴｐＸＢｅ
あるいｌ−１ｏＦＦ’のとき、 Ｂｃｉｒ＝ＲｐＸＴ１ｃ　ＸＴｐｐＸＲｔｒＸＴｐＸＢ
ｅとなる。

さて、透過・反射折衷型のものであるこの実施例のもの
の明るさＢｄは、光源（１）による寄与分Ｂｄｔと外光
Ｂｅによる寄与分Ｂｄｒの相であるから、液晶セル（３
）が、ＯＮのとき、 Ｂｄ＝ＲｅＸＴ１ｃＸＴｐＸ（Ｔ’ｔｒＸＢ１＋Ｔｐｐ
ＸＲｔｒＸＢｅ　）ＯＦＦのとき、 Ｂｄ：ｚＲｐＸＴｌｃＸＴｐＸ（ＴｔｒＸＢ１＋Ｔｐｐ
ＸＲｔｒＸＴＪ−ｃＸｆ３ｅ　）となる。

従来の透過・反射折衷型のものの表示の明るさＢｄＪ　
Ｉｆｉ、上述のものと同様にして表現してみれば、液晶
セルがＯＮのさき、 Ｂｄｊ＝ＲｓＸＴａｐＸ’ｌ’１ｃＸ（ＴｐＸＴｔｒＸ
Ｂ１＋Ｔｐｐ　ＸＲｔｒ！’ｌ’１ｃＸＴａＸＢｅ　） ＯＦＦのとき、 Ｂｄｊ＝ＲｐＸＴａｃＸＴ１ｃＸ（Ｔｐ（ＴｔｒＸＢｌ
＋ＴｐｐＸＲｔｒＸＴｐｃＸＴ１．ｃＸＴａＸＢｅ　） となる。

これらのことは実験により確認することができた。つま
り、この透過・反射折衷型のものの液晶セルがＯＮのさ
きの表示のり］るさは、従来の透過反射折衷型のものに
比べて、外光がないさき、１　／　’Ｉ’ａｐ倍、外光
の明るさＢｅが光源（１）の明るさ４３１に比べて十分
大きいとき、Ｔｐ／（ＴａｐｘＴｐｐｘＴａ　）倍、明
るいものであることがり］らかとなった。

通常、我達が入手できる偏光板は、自然光に対する透過
率が３０〜４０・ル、偏光軸方向に振動する偏光に対す
る透過率が７０〜８０−程度であるから、結局この発明
によって、４０チから８ｕ程度の明るさの向上を達１戊
できることがりＪらかとなった。

なお、上記各実施例では、ＴＮ型の液晶セルを用いる場
合について述べたが、液晶セル中のネマティック液晶に
二色性色素が混入されてあり電界の印加により液晶が回
転し合せて色素も回転して液晶層を通過する光線の特定
の偏光成分の吸収量がｙるような、ある種のゲスト−ホ
ス）　（（）Ｈ）型液晶セルを用いても、上記実施例と
同様の効果を奏する。

このものの場合、偏光板を透光性ミラーで置換して偏光
板を全たく用いないようなものも実現することができる
。また電界制御複屈折型液晶セルを用いてもよい。さら
に、偏光あるいは吸収の制御が川船なものであれば、液
晶セル以外のものを用いでもよい。

また、いずれの実施例においても、最も単純な構成のも
のを示したが、例えば偏光子（２）を特定の波長域での
み偏光特性を示すようないわゆるカラー偏光板に換える
ことあるいは単なるカラーフィルターを重ねることなど
により、カラー表示を達成することもできる。

そして、透光性ミラー（６）　＆″ｉ、上記実施例で用
いたものに限定されることなく、プラスティック板、プ
ラスティックフィルム、ガラス板などの素材あるいはこ
のような累月の複合体あるいはこのようなものに金、属
薄膜または金属酸化物などの＠電体を設けたものなど、
透光性があってかつ偏光選択反射性がある素材あるいは
構成のものであれば、任意のものとすることができる。

〔発明の効果〕

以上のべたように、この発明によれば、通過する光線の
偏光状態が印加される電圧値により変化する偏光制御素
子、この偏光制御素子に印加する電圧値を制御する制御
回路、及び上記偏光制御素子を通過した光線を偏光角程
度の入射角で入射させると共に、その反射光をアイレン
ジに至らしめる透光性ミラーで表示装置を構成したので
、検光子が不要となるように構成でき、部品点数が減り
、装置が安価に出来る、装置の信頼性が向上するといっ
た効果が得られる。

その」ム検光子による光の吸収がなくなるため、何より
も表示の明るさが大きく向上する効果かある。

要するに、この発明の最大のポイントは、ある４１＋の
透光性ミラーが偏光選択反射性を有することに着目して
、従来の液晶表示素子などのような偏光を用いる偏光制
御素子の検光子をヘッドアップ表示装置の構成要素であ
る透光性ミラーの偏光選択反射性で置換えた点にあり、
表示光の透光性ミラーへの入射角を偏光角程度に設定す
ること罠より高品質の表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液晶表示装置を示す構成図、第２図はこ
の発明の一実施例による透過型ヘッドアップ液晶表示装
置を示す構成図、第３図はこの発明の一実施例に係る透
光性ミラーの偏光忙対する反射率の入射角依存性を示す
曲線図、第４図はこの発明の他の実施例による反射型ヘ
ッドアップ液晶表示装置を示す構成図、第５図はこの発
明の他の実施例による透過・反射折衷型ヘッドアップ液
晶表示装置を示す構成図である。 （３）・・・偏光制御素子、（５）・・・制御回路、（
６）・・・透光性ミラー、（７）・・・アイレンジ なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代　理　人　大　岩　増　却。 手　続　補　正　書（自発ン ｆ、Ｉ；　ａ′＋°ｊ１長宮殿 ］　、　ＩＧ　ｆｌの表示　ｆ−１′願昭５８−２０６
５８９号２、発明の名称 表示装置 ３、補正をするＨ 代表者片山仁へ部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、　補正の内容 （１）明細書第１８頁第１８行の１−１−１”ｐｐ×Ｒ
ｔｒｘＢｅ　Ｊをｌ−＋′ｒ、、　ＸＲｔ　ｒＸＴｅｃ
　ＸＢｅ　Ｊに訂正する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）通過する光線の偏光状態が印加される電圧値によ
   り変化する偏光制御素子、この偏光制御素子に印加する
   電圧値を制御する制御回路、及び上記偏光制御素子を通
   過した光線を偏光角程度の入射角で入射させると共にそ
   の反射光をアイレンジに至らしめる透光性ミラーを備え
   た表示装置。
2. （２）偏光制御素子が液晶表示素子であることを特徴と
   する特ｒＦ−請求の範囲第１項記載の表示装置。