JPWO2018143231A1 - Display device, projection device, and moving body - Google Patents
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Abstract
表示装置(10)は、画像光(Li)を射出する画像形成装置(30)と、画像光Liを誘導する誘導手段(55)と、を有する。誘導手段は、コレステリック液晶構造を有した一以上の層を含む偏光選択反射層(70)を含む。偏光選択反射層は、画像光を反射して画像光の光路を変化させる。The display device (10) includes an image forming device (30) that emits image light (Li) and guidance means (55) that guides the image light Li. The guiding means includes a polarization selective reflection layer (70) including one or more layers having a cholesteric liquid crystal structure. The polarization selective reflection layer reflects the image light and changes the optical path of the image light.
Description
本発明は、表示装置、投射装置および表示装置を有する移動体に関する。 The present invention relates to a display device, a projection device, and a moving body having a display device.
車、船、鉄道車両、飛行機等の移動体の多くに、表示装置が搭載されている。特許文献1は、移動体に搭載される表示装置として、例えばヘッドアップディスプレイを開示している。特許文献1(JP2015−155948A)に開示された表示装置では、画像光を射出する画像形成装置が、ダッシュボードの内部等、直接視認されない位置に配置される。そして、画像形成装置によって形成された画像光は、鏡等の誘導手段により、運転者から視認できる位置へ誘導される。 A display device is mounted on many moving objects such as cars, ships, railway vehicles, and airplanes. Patent Literature 1 discloses, for example, a head-up display as a display device mounted on a moving body. In the display device disclosed in Patent Document 1 (JP2015-155948A), an image forming apparatus that emits image light is disposed at a position that is not directly visible, such as inside a dashboard. Then, the image light formed by the image forming apparatus is guided to a position where it can be visually recognized by the driver by a guiding means such as a mirror.
ところで、移動体の内部は、窓ガラス等の光透過性部材で区画されており、温度上昇しやすくなっている。また、移動体内に入射した外光、典型的には太陽光が、表示装置に入射して、表示装置内で画像光の光路を逆向きに画像形成装置まで進むことも想定される。その一方で、画像形成装置は、耐熱性の低い光学フィルム、例えば液晶表示装置における上偏光板を含んでいる。このため、画像形成装置まで到達した外光により、画像形成装置の機能が害される可能性がある。 By the way, the inside of the moving body is partitioned by a light transmissive member such as a window glass, and the temperature is likely to rise. Also, it is assumed that external light, typically sunlight, entering the moving body enters the display device and travels in the reverse direction of the optical path of the image light to the image forming device in the display device. On the other hand, the image forming apparatus includes an optical film having low heat resistance, for example, an upper polarizing plate in a liquid crystal display device. For this reason, the function of the image forming apparatus may be impaired by the external light reaching the image forming apparatus.
特許文献1では、外光から画像形成装置を保護するための構成として、コレステリック液晶層を固定した層を含む反射層で画像形成装置を覆うことを提案している。この反射層は、コレステリック液晶層の偏光選択性および波長選択性を利用して、画像光とは異なる波長域の光および画像光とは異なる円偏光成分の光を反射し、その一方で画像光を透過させる。したがって、外光の大部分が、反射層で反射されて画像形成装置への入射を遮られる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228620 proposes that the image forming apparatus is covered with a reflective layer including a layer to which a cholesteric liquid crystal layer is fixed as a configuration for protecting the image forming apparatus from external light. This reflective layer uses the polarization selectivity and wavelength selectivity of the cholesteric liquid crystal layer to reflect light having a wavelength region different from that of image light and light having a circular polarization component different from that of image light, while image light is reflected. Permeate. Therefore, most of the external light is reflected by the reflective layer and blocked from entering the image forming apparatus.
しかしながら、特許文献1の表示装置では、外光の多くが、反射層で反射されて画像光の誘導経路内で拡散する。つまり、表示装置に入射した不要な光の多くが、反射層で反射され、画像光と同様の経路をたどって表示装置外へと進む。この結果、特許文献1では、反射層で反射した外光に起因し、画像のコントラストが低下するといった別の問題が生じる。 However, in the display device of Patent Document 1, most of the external light is reflected by the reflective layer and diffuses in the image light guiding path. That is, most of the unnecessary light incident on the display device is reflected by the reflective layer and travels outside the display device along the same path as the image light. As a result, in Patent Document 1, another problem arises that the contrast of the image is reduced due to the external light reflected by the reflective layer.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、移動体に搭載される表示装置において、画質の低下を引き起こすことなく、画像形成装置の温度上昇を効果的に抑制することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to effectively suppress an increase in temperature of an image forming apparatus without causing a decrease in image quality in a display device mounted on a moving body. And
本発明による表示装置は、
移動体に搭載される表示装置であって、
画像光を射出する画像形成装置と、
前記画像光を誘導する誘導手段と、を備え、
前記誘導手段は、コレステリック液晶構造を有した一以上の層を含む偏光選択反射層を含み、
前記偏光選択反射層は、前記画像光を反射して前記画像光の光路を変化させる。A display device according to the present invention comprises:
A display device mounted on a moving body,
An image forming apparatus for emitting image light;
Guiding means for guiding the image light,
The guiding means includes a polarization selective reflection layer including one or more layers having a cholesteric liquid crystal structure,
The polarization selective reflection layer reflects the image light and changes an optical path of the image light.
本発明による表示装置が、前記偏光選択反射層で反射された画像光が透光性を有した反射体で更に反射されることで観察されるようになるヘッドアップディスプレイとして機能してもよい。 The display device according to the present invention may function as a head-up display in which the image light reflected by the polarization selective reflection layer is observed by being further reflected by a light-transmitting reflector.
本発明による表示装置が、
前記画像形成装置および前記誘導手段の前記偏光選択反射層を収容する筐体を、さらに備え、
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成されていてもよい。A display device according to the present invention comprises:
A housing for accommodating the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The casing may be formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes.
本発明による表示装置が、前記画層形成装置から前記偏光選択反射層までの前記画像光の光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層を、さらに備えるようにしてもよい。 The display device according to the present invention may further include a ¼ wavelength phase difference layer disposed at a position on the optical path of the image light from the image layer forming device to the polarization selective reflection layer.
本発明による表示装置が、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光の光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層を、さらに備えるようにしてもよい。 The display device according to the present invention may further include a ¼ wavelength phase difference layer disposed at a position on the optical path of the image light reflected by the polarization selective reflection layer.
本発明による表示装置が、前記画層形成装置から前記偏光選択反射層までの前記画像光の光路上となり且つ前記偏光選択反射層で反射された前記画像光の光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層を、さらに備えるようにしてもよい。この表示装置において、前記1/4波長位相差層は、前記偏光選択反射層に積層されていてもよい。 A display device according to the present invention is disposed at a position on the optical path of the image light from the image forming apparatus to the polarization selective reflection layer and on the optical path of the image light reflected by the polarization selective reflection layer. You may make it further provide a quarter wavelength phase difference layer. In this display device, the quarter-wave retardation layer may be laminated on the polarization selective reflection layer.
本発明による表示装置が、前記偏光選択反射層で反射され前記1/4波長位相差層を透過した後における前記画像光の光路上に配置された偏光子を、さらに備えるようにしてもよい。 The display device according to the present invention may further include a polarizer disposed on the optical path of the image light after being reflected by the polarization selective reflection layer and transmitted through the ¼ wavelength phase difference layer.
本発明による表示装置が、
前記画像形成装置および前記誘導手段の前記偏光選択反射層を収容する筐体を、さらに備え、
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記偏光子は、前記筐体の前記開口に設置されていてもよい。A display device according to the present invention comprises:
A housing that houses the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The polarizer may be installed in the opening of the casing.
本発明による表示装置が、
前記画像形成装置及び前記誘導手段の前記偏光選択反射層を収容する筐体を、さらに備え、
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記1/4波長位相差層は、前記筐体内に配置されていてもよい。A display device according to the present invention comprises:
A housing that houses the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The quarter wavelength retardation layer may be disposed in the casing.
本発明による表示装置において、前記画像形成装置は、一方の直線偏光成分の光からなる前記画像光を射出するようにしてもよい。 In the display device according to the present invention, the image forming apparatus may emit the image light composed of one linearly polarized light component.
本発明による表示装置において、前記画像形成装置は、液晶表示装置を含むようにしてもよい。 In the display device according to the present invention, the image forming apparatus may include a liquid crystal display device.
本発明による表示装置において、前記偏光選択反射層が、右円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層と、左円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層と、を含むようにしてもよい。 In the display device according to the present invention, the polarization selective reflection layer may include a cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects light having a right circular polarization component and a cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects light having a left circular polarization component. Good.
本発明による表示装置が、前記偏光選択反射層で反射された後における前記画像光の光路上に配置された偏光子を、さらに備えるようにしてもよい。 The display device according to the present invention may further include a polarizer disposed on the optical path of the image light after being reflected by the polarization selective reflection layer.
本発明による表示装置が、
前記画像形成装置及び前記誘導手段の前記偏光選択反射層を収容する筐体を、さらに備え、
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記偏光子は、前記筐体の前記開口に設置されていてもよい。A display device according to the present invention comprises:
A housing that houses the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The polarizer may be installed in the opening of the casing.
本発明による表示装置において、前記画像形成装置は、光源と、光源からの光の光路を変化させるデジタルマイクロミラーデバイスと、前記デジタルマイクロミラーデバイスで光路を変化させられた前記光が入射するスクリーンと、を含むようにしてもよい。 In the display device according to the present invention, the image forming apparatus includes a light source, a digital micromirror device that changes an optical path of light from the light source, and a screen on which the light whose optical path is changed by the digital micromirror device is incident. , May be included.
本発明による表示装置において、前記画像形成装置は、レーザー光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光の光路を経時的に変化させる走査装置と、前記走査装置で光路を調整された前記レーザー光が入射するスクリーンと、を含むようにしてもよい。 In the display device according to the present invention, the image forming apparatus includes a laser light source that emits laser light, a scanning device that changes an optical path of the laser light with time, and the laser light whose optical path is adjusted by the scanning device. And an incident screen.
本発明による投射装置は、
上述した本発明による表示装置のいずれかと、
前記表示装置から前記画像光を投射される被投射体と、を備える。The projection apparatus according to the present invention
Any of the display devices according to the invention described above;
A projection target on which the image light is projected from the display device.
本発明による移動体は、上述した本発明による表示装置のいずれかを備える。 The moving body according to the present invention includes any of the display devices according to the present invention described above.
本発明によれば、移動体に搭載される表示装置において、画質の低下を引き起こすことなく、表示装置に含まれる画像形成装置の温度上昇を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, in a display device mounted on a moving body, it is possible to effectively suppress an increase in temperature of an image forming apparatus included in the display device without causing deterioration in image quality.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
図1〜16は本発明による一実施の形態およびその変形例を説明するための図である。このうち図1は、表示装置の全体構成を移動体の一部分とともに示す縦断面図であり、図2は、表示装置の要部を示す縦断面図である。図3及び図4は、それぞれ、表示装置に含まれる選択反射板の画像光に対する反射特性、又は、当該選択反射板の外光に対する反射特性を示すグラフである。 1-16 is a figure for demonstrating one Embodiment and its modification by this invention. Among these, FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the display device together with a part of the moving body, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of the display device. 3 and 4 are graphs showing the reflection characteristics of the selective reflection plate included in the display device with respect to image light or the reflection characteristics of the selective reflection plate with respect to outside light.
図1に示すように、移動体1は、移動体本体2と、移動体本体2に搭載された表示装置10と、を有している。移動体本体2として、車、船、鉄道車両、飛行機等を例示することができる。図1に示された例において、移動体本体2は、自動車となっている。この例において、表示装置10は、ダッシュボード4内に配置され、フロントガラス3に画像を投影する。フロントガラス3に向けて投射された画像光は、フロントガラス3で反射して、移動体本体2の運転者によって観察され得るようになる。すなわち、フロントガラス4は、透光性を有した反射体として機能する。運転者は、表示装置10に含まれた画像形成装置30からフロントガラス3までの画像光Liの光路長に対応した距離だけ、フロントガラス3よりも前方となる位置に、虚像を視認するようになる。すなわち、図1に示された例において、表示装置10は、投影型の表示装置、より具体的にはヘッドアップディスプレイとして構成されている。また、フロントガラス4は、画像光を投射される被投射面をなす被投射体として、表示装置10とともに投射装置100を形成する。
As shown in FIG. 1, the moving body 1 includes a moving body
図1に示された例において、ダッシュボード4には、開口4aが形成されている。表示装置10からの画像光Liは、この開口4aを介して、フロントガラス3に向かう。一方、図1に示すように、フロントガラス3を介して移動体本体2の内部に入射してきた外光Lx、とりわけ太陽光は、画像光Liの光路を逆向きに進んで、表示装置10内に入射する。表示装置10に含まれる画像形成装置30は、とりわけ耐熱性の低い光学フィルム類を含んでおり、外光Lxを受けることによって機能が害される可能性がある。以下に説明する一実施の形態では、表示装置10に含まれる画像形成装置の加熱を効果的に抑制するための工夫がなされている。以下、本実施の形態における表示装置10の詳細について説明していく。
In the example shown in FIG. 1, an
なお、自動車に限られることなく、移動体1には、通常、表示装置10が設けられており、移動体1の運転者または操縦者は、表示装置を介して、移動体本体2の状態や移動体本体2の周囲の様子を確認することができるようになっている。移動体1の運転者または操縦者は、通常、透明ガラス等で区画された領域内に位置し、透明ガラスを介して外部の状況を把握する。したがって、移動体本体2に搭載される表示装置10は、外光Lx、とりわけ太陽光を受光しやすい環境に設置される傾向にある。そして、以下に説明する一実施の形態は、自動車に限られることなく、移動体1一般に搭載される表示装置10において広く有用である。
In addition, the
図1に示すように、表示装置10は、筐体20と、筐体20内に配置された画像形成装置30と、画像形成装置30で形成された画像光を筐体20外へと誘導する誘導手段55と、を有している。また、図示された例では、画像形成装置30からの画像光Liは、一方の直線偏光成分の光によって構成されている。このような画像形成装置30に対応して、画像形成装置30と誘導手段55との間に、1/4波長位相差層50が設けられている。以下、各構成要素について説明する。
As illustrated in FIG. 1, the
筐体20は、樹脂または金属によって形成されている。図1に示すように、筐体20には、フロントガラス3に対面する位置に、開口21が形成されている。この開口21には、可視光透過性を有した透明カバー25が設けられている。透明カバー25は、一具体例として、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂からなる透明板とすることができる。また、透明カバー25は、筐体20内への赤外線の入射を抑制する目的から、赤外線(近赤外線を含む概念)を選択的に反射する赤外線反射膜として機能するようにしてもよい。
The
画像形成装置30は、画像を形成する装置であり、画像を形成する画像光Liを射出する。図2に示すように、画像形成装置30として、液晶表示装置31を用いることができる。
The
液晶表示装置31は、液晶表示パネル32と、液晶表示パネル32の背面側に配置され液晶表示パネル32を背面側から面状に照らす面光源装置33と、を有している。面光源装置33は、直下型やエッジライト型等、種々の形式のバックライトにより構成され得る。液晶表示パネル32は、面光源装置33からの光の透過または遮断を画素毎に制御するシャッターとして機能し、表示面に画像を表示することができる。
The liquid crystal display device 31 includes a liquid
図示された液晶表示パネル32は、面光源装置33の側から順に、下偏光板32a、液晶セル32b及び上偏光板32cを有している。下偏光板32a及び上偏光板32cは、吸収型の偏光子であり、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波およびS波)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、P波)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S波)を吸収する機能を有している。
The illustrated liquid
液晶セル32bには、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加の有無によって液晶セル32b中の液晶分子の配向方向が変化するようになる。一例として、入光側に配置された下偏光板32aを透過した特定方向の偏光成分は、電界印加されていない液晶セル32bを通過する際にその偏光方向を90°回転させ、その一方で、電界印加された液晶セル32bを通過する際にその偏光方向を維持する。この場合、液晶セル32bへの電界印加の有無によって、下偏光板32aを透過した特定方向に振動する偏光成分が、下偏光板32aの出光側に配置された上偏光板32cをさらに透過するか、あるいは、上偏光板32cで吸収されて遮断されるか、を制御することができる。
An electric field can be applied to the
このようにして液晶表示パネル32(液晶表示部)では、面光源装置33からの光の透過または遮断を画素毎に制御し得るようになっている。なお、液晶表示装置31の詳細については、種々の公知文献(例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典(内田龍男、内池平樹監修)」2001年工業調査会発行)に記載されており、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
In this way, the liquid crystal display panel 32 (liquid crystal display unit) can control transmission or blocking of light from the surface
液晶表示装置31から射出する画像光Liは、上偏光板32cの透過軸に対応した一方の直線偏光成分の光となる。そして、図示された例では、画像形成装置30から射出した画像光Liは、1/4波長位相差層50に入射する。1/4波長位相差層50は、透過光に対して1/4波長分の位相差を付与する。したがって、一方の直線偏光成分の光からなる画像光Liは、1/4波長位相差層50を透過することで、右円偏光成分または左円偏光成分に変換される。図1及び図2に示された例において、1/4波長位相差層50を透過した画像光Liは、右円偏光成分に変換されている。なお、図1及び図2では、1/4波長位相差層50は、画像形成装置30から離間して配置されているが、これに限られない。1/4波長位相差層50は、画像形成装置30に対して固定されていてもよい。例えば、画像形成装置30の画像形成面に1/4波長位相差層50が積層されていてもよい。
The image light Li emitted from the liquid crystal display device 31 becomes one linearly polarized light component corresponding to the transmission axis of the upper
次に、誘導手段(光路調整光学系)55について説明する。誘導手段55は、画像形成装置30からの画像光Liをフロントガラス3に向けて誘導する。すなわち、誘導手段55は、画像形成装置30からの画像光Liをフロントガラス3に投影する投影光学系(投射光学系)である。誘導手段55は、選択反射板60及び反射手段80を有している。
Next, the guiding means (optical path adjusting optical system) 55 will be described. The guiding means 55 guides the image light Li from the
このうち、選択反射板60は、画像光Liを選択的に反射させて画像光Liの光路を調整する一方で、表示装置10に入射してきた不要な外光Lxの多くを透過させるように構成されている。すなわち、選択反射板60は、画像光の光路と不要な外光Lxの光路とを区分けする機能を期待された部材である。選択反射板60を設けることで、外光Lxが、画像形成装置30に進むことを効果的に防止している。一方、反射手段80は、画像光Li及び外光Lxを分離させる機能を付与されていない。反射手段80は、例えば、反射鏡として構成され得る。とりわけ図示された例において、反射手段80は、凹面鏡81として構成されている。凹面鏡81を用いることで、画像形成装置30で形成される画像を拡大して投影することが可能となる。ただし、誘導手段55は、図示された例に限られず、例えば、反射手段80に代えて又は反射手段80に加えて、プリズム等の光学要素を含んでいてもよい。
Among these, the
以下、誘導手段55の選択反射板60についてさらに詳述する。図2に示すように、選択反射板60は、基材61と、基材61に積層された偏光選択反射層70と、を有している。偏光選択反射層70は、画像光Liを選択的に反射して画像光の光路を変化させる性質を有している。すなわち、偏光選択反射層70は、画像光Liをそれ以外の何らかの光から区別して、画像光をそれ以外の何らかの光よりも高い反射率で反射する。図示された例において、偏光選択反射層70は、画像光Liを外光Lxよりも高い反射率で反射する。また、偏光選択反射層70は、外光Lxを選択的に透過する性質を有している。すなわち、偏光選択反射層70は、外光Lxをそれ以外の何らかの光から区別して、外光Lxをそれ以外の何らかの光よりも高い透過率で透過させる。図示された例において、偏光選択反射層70は、外光Lxを画像光Liよりも高い透過率で透過させる。
Hereinafter, the
偏光選択反射層70は、具体的な構成として、コレステリック液晶構造を有したコレステリック液晶構造層を含んでいる。コレステリック液晶構造層は、コレステリック規則性を示す液晶性組成物からなり、コレステリック液晶構造における液晶分子の物理的な分子配列として、液晶分子のダイレクターが層の厚さ方向に連続的に回転してなる螺旋構造をとなっている。そして、コレステリック液晶構造は、このような液晶分子の物理的な分子配列に基づいて、一方向の円偏光成分と、これと逆回りの円偏光成分とを分離する偏光分離特性を有している。すなわち、コレステリック液晶構造において、螺旋軸に沿って入射した無偏光状態の光は、2つの偏光状態の光(右円偏光及び左円偏光)に分離され、一方は透過され、残りは反射される。この現象は、円偏光二色性として知られ、液晶分子の螺旋構造における螺旋巻き方向を適宜選択すると、この螺旋巻き方向と同一の旋光方向を有する円偏光成分が選択的に反射される。
As a specific configuration, the polarization
この場合の最大旋光光散乱は、次式(1)の波長λ0で生じる。
λ0=nav・p … (1)
ここで、pは液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチ長(液晶分子の分子螺旋の1ピッチ当たりの長さ)、navは螺旋軸に直交する平面内での平均屈折率である。In this case, the maximum optical rotation light scattering occurs at the wavelength λ 0 of the following equation (1).
λ 0 = nav · p (1)
Here, p is the helical pitch length in the helical structure of the liquid crystal molecules (the length per pitch of the molecular helix of the liquid crystal molecules), and nav is the average refractive index in a plane orthogonal to the helical axis.
また、このときの反射光の波長バンド幅△λは次式(2)で表される。ここで、△nは複屈折値である。
△λ=△n・p … (2)Further, the wavelength bandwidth Δλ of the reflected light at this time is expressed by the following equation (2). Here, Δn is a birefringence value.
Δλ = Δn · p (2)
すなわち、コレステリック液晶構造層は、円偏光選択性に加え波長選択性をも有している。したがって、選択反射中心波長λ0を中心とした波長バンド幅△λの範囲(選択反射波長域)に属する一方の円偏光成分(例えば選択反射波長域内の右円偏光)の光が、偏光選択反射層70で選択的に反射され(それ以外の光よりも高反射率で反射され)、それ以外の光が、偏光選択反射層70で選択的に透過される(選択反射波長域内の右円偏光成分の光よりも高い透過率で透過される)。That is, the cholesteric liquid crystal structure layer has wavelength selectivity in addition to circular polarization selectivity. Therefore, the light of one circularly polarized light component (for example, right circularly polarized light in the selective reflection wavelength region) belonging to the range (selective reflection wavelength region) of the wavelength bandwidth Δλ centered on the selective reflection center wavelength λ 0 is polarized light selectively reflected. The light is selectively reflected by the layer 70 (reflected at a higher reflectance than other light), and the other light is selectively transmitted by the polarization selective reflection layer 70 (right circularly polarized light within the selective reflection wavelength region). It is transmitted with a higher transmittance than the component light).
なお、偏光選択反射層70は、可視光域(例えば、380nm〜780nmの波長域)の一部分のみをカバーする特定の波長域の光を選択的に反射することが好ましい。より具体的には、偏光選択反射層70は、画像形成装置30から投射される画像光Liの波長域に対応する波長域の光のみを選択的に反射することが好ましい。また、複数の波長域の光を反射する必要がある場合、すなわち、画像光Liが複数の波長域の可視光で構成されている場合、偏光選択反射層70は、不連続的に異なる螺旋ピッチ長を有する少なくとも2以上のコレステリック液晶構造層を含んでいることが好ましい。例えば、画像形成装置30は一般に、光の三原色である赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の波長域の光によりカラー表示を実現している。したがって、例えば、偏光選択反射層70に対して光が垂直に入射する場合を基準にして、選択反射中心波長が430〜460nm、540〜570nm及び580〜620nmの範囲に存在する光を選択的に反射するように、偏光選択反射層70に含まれる複数のコレステリック液晶構造層について、コレステリック液晶構造の螺旋ピッチ長を決定することが好ましい。
Note that the polarization
なお、コレステリック液晶構造層のコレステリック液晶構造は、光が斜めに入射した際にその選択反射波長域が短波長側へシフト(いわゆる「ブルーシフト」)するという光学特性を有している。したがって、画像形成装置30から選択反射板60に入射する画像光Liの入射角に応じて、適宜、コレステリック液晶構造の螺旋ピッチ長を調節するようにすることが好ましい。
The cholesteric liquid crystal structure of the cholesteric liquid crystal structure layer has an optical characteristic that the selective reflection wavelength region shifts to a short wavelength side (so-called “blue shift”) when light is incident obliquely. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the helical pitch length of the cholesteric liquid crystal structure according to the incident angle of the image light Li incident on the
図2に示された例において、偏光選択反射層70は、赤色(R)の波長域の右円偏光成分の光を選択的に反射する第1コレステリック液晶構造層71と、緑色(G)の波長域の右円偏光成分の光を選択的に反射する第2コレステリック液晶構造層72と、青色(B)の波長域の右円偏光成分の光を選択的に反射する第3コレステリック液晶構造層73と、を有している。
In the example shown in FIG. 2, the polarization
コレステリック液晶構造層71,72,73の厚さは、選択的に反射される特定の円偏光成分の光を略100%反射する程度の大きさ(反射率が飽和する程度の大きさ)とすることが好ましい。コレステリック液晶構造層の反射率は、直接的には螺旋ピッチ数に依存しているが、螺旋ピッチ長が固定であるとすれば間接的にはコレステリック液晶構造層の厚さに依存している。具体的には、100%の反射率を得るためには、4〜8ピッチ程度必要といわれているので、コレステリック液晶構造層を形成するための材料(例えばコレステリック規則性を示す液晶性組成物)の材料の種類や選択反射波長域にもよるが、例えば赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)のいずれかの波長域の光を反射する一層分のコレステリック液晶構造層であれば1〜10μm程度の厚さを有することが好ましい。一方で、コレステリック液晶構造層の厚さは、厚くなればなるほどよいというわけではなく、厚くなりすぎると配向の制御などが困難となったり、ムラが生じたり、また材料自体による光吸収の程度が大きくなるので、上述した範囲が適切である。 The thickness of the cholesteric liquid crystal structure layers 71, 72, 73 is set to a size that reflects approximately 100% of the light of a specific circularly polarized component that is selectively reflected (a size that allows the reflectance to be saturated). It is preferable. The reflectivity of the cholesteric liquid crystal structure layer depends directly on the number of helical pitches, but indirectly depends on the thickness of the cholesteric liquid crystal structure layer if the helical pitch length is fixed. Specifically, since it is said that about 4 to 8 pitches are required to obtain 100% reflectance, a material for forming a cholesteric liquid crystal structure layer (for example, a liquid crystalline composition exhibiting cholesteric regularity). Depending on the type of material and the selective reflection wavelength range, for example, a single layer of cholesteric liquid crystal structure layer that reflects light in one of the red (R), green (G), and blue (B) wavelength ranges It preferably has a thickness of about 1 to 10 μm. On the other hand, the thickness of the cholesteric liquid crystal structure layer is not as good as it is thick. If it is too thick, it becomes difficult to control the orientation, unevenness, and the degree of light absorption by the material itself. The range described above is appropriate because it increases.
一具体例として、第1コレステリック液晶構造層71が、600nm以上700nm以下の波長域の無偏光の光を30%以上の反射率で反射し、第2コレステリック液晶構造層72が、450nm以上550nm以下の波長域の無偏光の光を30%以上の反射率で反射し、第3コレステリック液晶構造層73が、300nm以上400nm以下の波長域の無偏光の光を30%以上の反射率で反射するようにしてもよい。
As a specific example, the first cholesteric liquid
次に、以上の構成からなる表示装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、画像形成装置30から画像光Liが射出する。画像形成装置30は、液晶表示装置31である。したがって、画像光Liは、液晶表示装置31の上偏光板32cの透過軸の向きに対応した直線偏光成分の光によって構成されている。図1及び図2に示すように、画像形成装置30から射出した画像光Liは、次に、1/4波長位相差層50を透過する。1/4波長位相差層50は、1/4波長分の位相変調を画像光Liに対してもたらす。この結果、画像光Liの偏光状態は、一方の直線偏光から一方の円偏光、例えば右円偏光へと変換される。
First, image light Li is emitted from the
1/4波長位相差層50を透過した画像光Liは、選択反射板60に向かう。図2に示すように、選択反射板60は、第1コレステリック液晶構造層71、第2コレステリック液晶構造層72及び第3コレステリック液晶構造層73を有している。コレステリック液晶構造層は、コレステリック液晶構造を有した層であって、波長選択性および円偏光選択性を有しており、画像光Liを選択的に反射させることができる。選択反射板60で反射された画像光Liは、その後、反射手段80で拡大反射される。反射手段80で拡大反射された画像光Liは、透明カバー25を通過して、表示装置10から出射する。画像光Liは、その後フロントガラス3で反射して、観察者である運転者や操縦者に観察されるようになる。
The image light Li transmitted through the ¼ wavelength
ここで、図3のグラフは、550nmに選択反射中心波長を設定したコレステリック液晶構造層の反射特性の一例を示している。図3に示された反射特性は、液晶表示装置31からの画像光Liの入射を想定し、コレステリック液晶構造層への入射光を右円偏光成分の光に設定して、(日本分光)製の(V-670)を用いて測定した。図3に示された結果から、選択反射中心波長の画像光Liを、80%程度の高反射率で反射し得ることが理解される。したがって、コレステリック液晶構造層で画像光Liを反射して誘導する表示装置10によれば、画像形成装置30からの画像光Liを高効率で使用して、画像を明るく表示することが可能となる。
Here, the graph of FIG. 3 shows an example of the reflection characteristic of the cholesteric liquid crystal structure layer in which the selective reflection center wavelength is set to 550 nm. The reflection characteristics shown in FIG. 3 are based on the assumption that the image light Li is incident from the liquid crystal display device 31, and the light incident on the cholesteric liquid crystal structure layer is set to the light of the right circularly polarized light component. (V-670). From the results shown in FIG. 3, it is understood that the image light Li having the selective reflection center wavelength can be reflected with a high reflectance of about 80%. Therefore, according to the
また、図示された例において、最終的に観察されるようになる画像光は、一方の円偏光成分からなっている。したがって、偏光サングラスを装着した観察者によっても、画像が観察され得る。 Further, in the illustrated example, the image light finally observed is composed of one circularly polarized component. Therefore, an image can be observed even by an observer wearing polarized sunglasses.
ところで、従来技術の欄で既に説明したように、表示装置10には、筐体20の開口21を通過して(図示された例では、透明カバー25を透過して)、外光Lxが入射してくる。従来、この外光Lxが、画像光Liの光路を逆向きに進み、耐熱性の低い光学フィルム(例えば、上偏光板32c)を含む画像形成装置30へ入射することが問題となっていた。とりわけ、画像光Liの拡大投影を目的として、凹面鏡81やレンズ等が表示装置10に設けられることもある。このような表示装置では、凹面鏡81やレンズ等の光学要素によって外光Lxが集光されることもあり、この問題がより顕著となる。
By the way, as already described in the section of the related art, the external light Lx is incident on the
この問題に対して、特許文献1(JP2015−155948A)では、コレステリック液晶層を固定した層を含む反射層で画像形成装置を覆うことを提案している。すなわち、特許文献1では、コレステリック液晶層の偏光選択性および波長選択性を利用して、画像光を透過させる一方で、画像光とは異なる波長域の光および画像光とは異なる円偏光成分の光を反射する。したがって、外光の大部分が、反射層で反射されて画像形成装置への入射を遮られる。特許文献1で提案された構成は、外光照射に起因した画像形成装置の温度上昇を防止することには一定の効果を奏するかもしれないが、この解決手段に起因して、表示装置の筐体内において外光が拡散してしまうといった別の問題が生じた。より具体的には、外光の拡散によって、画像のコントラストが低下するという問題が生じた。 With respect to this problem, Patent Document 1 (JP2015-155948A) proposes covering the image forming apparatus with a reflective layer including a layer in which a cholesteric liquid crystal layer is fixed. That is, in Patent Document 1, the polarization selectivity and the wavelength selectivity of the cholesteric liquid crystal layer are used to transmit image light, while the light having a wavelength region different from that of the image light and the circular polarization component different from that of the image light. Reflects light. Therefore, most of the external light is reflected by the reflective layer and blocked from entering the image forming apparatus. The configuration proposed in Patent Document 1 may have a certain effect in preventing the temperature rise of the image forming apparatus due to external light irradiation. However, due to this solution, the housing of the display device is not effective. Another problem was that external light diffused in the body. More specifically, there arises a problem that the contrast of an image is lowered due to diffusion of external light.
以上の問題および従来技術に対し、本実施の形態では、偏光選択反射層70が、画像光Liを選択反射し、画像光Liとは異なる波長域の光および画像光Liとは異なる円偏光成分の光を透過させる。ここで、図4のグラフは、550nmに選択反射中心波長を設定したコレステリック液晶構造層の反射特性の一例を示している。図4に示された反射特性は、外光Lxの入射を想定し、入射光を無偏光として、図3に示された反射特性と同一の測定器を用いて測定した。図4に示すように、コレステリック液晶構造層は、選択反射中心波長の外光Lxを50%程度反射するものの、その波長選択性は極めて鋭く、選択反射中心波長から30nm程度ずれた光の反射率は30%程度にまで低下し、さらに、選択反射中心波長から45nm程度ずれた光の反射率は15%程度にまで低下する。したがって、外光Lxのうち選択反射板60で反射する光は、僅かに過ぎない。つまり、本実施の形態によれば、画像形成装置30が外光照射による加熱で損傷するといった不具合に効果的に対処することができる。
In contrast to the above problems and the prior art, in the present embodiment, the polarization
また、本実施の形態において、画像形成装置30は、外光Lxの偏光選択反射層70への入射方向に沿って、偏光選択反射層70と対面する位置に配置されていない。画像形成装置30は、偏光選択反射層70に正対する位置に配置されていない。つまり、特許文献1では、コレステリック液晶層によって画像形成装置30を外光Lxから遮断することで遮熱していたのに対し、本実施の形態では、コレステリック液晶構造層を用いることで、画像形成装置30を外光Lxから退避させる配置を可能にし、これにより避熱を実現している。このため、本実施の形態では、外光Lxを反射させる必要はなく、外光Lxの反射に起因したコントラスト低下を効果的に回避することができる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、図2に示された例のように、選択反射板60は、基材61と、基材61上に積層された三つのコレステリック液晶構造層71,72,73と、に加え、基材61のコレステリック液晶構造層71,72,73とは反対側に積層された吸収層62を、有していることが好ましい。この吸収層62が、ビームストッパとして機能し、外光Lxを筐体20内で拡散させることなく回収することができる。これにより、外光拡散に起因したコントラスト低下を極めて効果的に防止することができる。なお、吸収層62としては、特に限定されることなく、可視光および赤外線(近赤外線を含む概念)を吸収し得る部材を用いることができる。具体的には、黒色の光吸収性ゴム材料や無機酸化物(一例として、黒アルマイト処理したアルミニウム)等を用いることができる。また、この吸収層の加熱を防止するため、放熱フィンを吸収層62に設置することや、送風ファン等の冷却手段を設けることも有効である。
Further, as in the example shown in FIG. 2, the
外光Lxの処理方法に関する他の例として、図5に示された例では、画像光Liを誘導するための誘導手段55とは別途に、選択反射板60を透過した外光Lxを誘導するための外光誘導手段63が設けられている。外光誘導手段63は、光を誘導する種々の要素、例えば、レンズ、プリズム、反射鏡等を有し得る。図5に示された例において、外光誘導手段63は、外光Lxの光路を曲げる反射鏡から構成されている。この外光誘導手段63は、外光Lxを筐体20に設けられた排出開口22を介して、筐体20の外部へと誘導している。ただし、この例に限られず、画像形成装置30を冷却するために設けられた放熱フィンや、移動体本体2に設置された冷却システムに外光Lxを誘導するようにしてもよい。なお、図5に示す例において、排出開口22は、可視光透過性の蓋材22aによって覆われている。蓋材22aは、外光Lxを透過することができ、且つ、筐体20内へ粉塵等が入ることを防止している。
As another example of the processing method of the external light Lx, in the example shown in FIG. 5, the external light Lx that has passed through the
さらに、コレステリック液晶層の波長選択制は鋭く、選択反射波長域は狭い。その一方で、画像光Liの波長域の範囲は、画像光Liの波長域を除いた外光Lxの波長域の範囲、すなわち、選択透過させるべき波長域の範囲よりも狭い。したがって、特許文献1(JP2015−155948A)で提案されているように、画像光とは異なる波長域の可視光および赤外線を反射するには、選択反射中心波長の異なる多数のコレステリック液晶層を積層する必要が生じる。すなわち、特許文献1で提案された構成では、コレステリック液晶層の多層化、複雑化、高額化といった問題も生じ得る。 Furthermore, the wavelength selection of the cholesteric liquid crystal layer is sharp and the selective reflection wavelength region is narrow. On the other hand, the range of the wavelength range of the image light Li is narrower than the range of the wavelength range of the external light Lx excluding the wavelength range of the image light Li, that is, the range of the wavelength range to be selectively transmitted. Therefore, as proposed in Patent Document 1 (JP2015-155948A), a large number of cholesteric liquid crystal layers having different selective reflection center wavelengths are stacked in order to reflect visible light and infrared light having a wavelength range different from that of image light. Need arises. That is, with the configuration proposed in Patent Document 1, problems such as multilayered, complicated, and expensive cholesteric liquid crystal layers may occur.
一方、本実施の形態によれば、選択反射板60の偏光選択反射層70は、画像光Liを選択反射すればよい。画像光Liの波長域は限られており、その波長域も狭い。したがって、偏光選択反射層70は、多数のコレステリック液晶構造層を含む必要はなく、典型的には、単色表示の表示装置において単一のコレステリック液晶構造層を含めば十分であり、カラー表示の表示装置では選択反射波長域の異なる光の三つのコレステリック液晶構造層を含めば十分である。この点から、特許文献1に開示された構成と比較して、本実施の形態によれば、偏光選択反射層70の多層化、複雑化、高額化を効果的に防止することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the polarization
なお、図3及び図4には、コレステリック液晶構造層の反射特性に加えて、コールドミラーの反射特性も示している。図3におけるコールドミラーの反射特性は、入射光を一方の円偏光とした場合の測定値であり、図4におけるコールドミラーの反射特性は、入射光を無偏光とした場合の測定値である。コールドミラーは、赤外線(近赤外線を含む概念)を透過する一方で、可視光を選択的に反射する部材である。したがって、本実施の形態における偏光選択反射層70に代えてコールドミラーを用いた表示装置では、画像形成装置30から射出した画像光Liはコールドミラーで反射するが、赤外線はコールドミラーを透過して画像形成装置30への入射を規制される。しかしながら、外光のうちの可視光は、コールドミラーで反射して画像形成装置に到達し得る。したがって、移動体が移動する領域の環境や天候によっては、画像形成装置が、太陽光に含まれる可視光を照射されて損傷することも十分にあり得る。この点は、図4に示された、コレステリック液晶構造層とコールドミラーとの間での可視光に対する反射率の相違から理解され得るし、後述する実施例においても実証されている。つまり、コールドミラーを用いた表示装置では、本実施の形態と同程度に、画像形成装置30の外光による温度上昇を防止することは不可能である。
3 and 4 show the reflection characteristics of the cold mirror in addition to the reflection characteristics of the cholesteric liquid crystal structure layer. The reflection characteristics of the cold mirror in FIG. 3 are measured values when the incident light is one circularly polarized light, and the reflection characteristics of the cold mirror in FIG. 4 are measured values when the incident light is non-polarized light. The cold mirror is a member that selectively transmits visible light while transmitting infrared rays (a concept including near infrared rays). Therefore, in the display device using the cold mirror instead of the polarization
以上に説明してきた上述の一実施の形態において、移動体1に搭載される表示装置10は、画像光Liを射出する画像形成装置30と、画像光Liを誘導する誘導手段(投影光学系、投射光学系)55と、を有している。誘導手段55は、コレステリック液晶構造を有した一以上の層を含む偏光選択反射層70を含んでいる。偏光選択反射層70は、画像光Liを反射して画像光Liの光路を変化させる。
In the above-described one embodiment described above, the
すなわち、この表示装置10では、偏光選択反射層70は、画像光Liを反射させる一方で、画像光Liとは異なる円偏光成分の光や画像光Liとは異なる波長域の光を透過させることができる。偏光選択反射層70をなすコレステリック液晶構造層の選択反射波長域は比較的に狭いことから、赤外線(近赤外線を含む概念)及び画像光Liとは異なる波長域の可視光等、画像光Liの光路を逆向きに進むようにして表示装置10に入射した外光Lxの大部分は、偏光選択反射層70を透過するようになる。これにより、画像形成装置30に多くの外光Lxが入射することを効果的に回避することができる。そして、画像形成装置30が外光により加熱され損傷に至ること効果的に防止することができる。
That is, in the
加えて、この表示装置10では、反射ではなく偏光選択反射層70を透過させることによって、表示装置10に入射した不要な光を画像形成装置30から反らしている。したがって、不要な光が、画像光Liと同様の光路に沿って表示装置10から出射することを効果的に防止することができる。そして、この不要な光に起因したコントラスト低下による画像劣化を効果的に回避することができる。さらに、画像形成装置30から反らされた不要な光の多くを、偏光選択反射層70を透過した後に回収することもできる。これにより、表示装置10に入射した外光Lxに起因する画像の劣化を、より効果的に防止することができる。
In addition, in the
また、偏光選択反射層70を作製する際、可視光波長域のうちの画像光Liの波長域に選択反射波長域を有するコレステリック液晶構造層のみを用意すればよい。フルカラーの表示装置10においても、画像光Liの波長域は限られている。したがって、偏光選択反射層70は、多数のコレステリック液晶構造層を含む必要はなく、典型的には、単色表示の表示装置10において単一のコレステリック液晶構造層を含めば十分であり、カラー表示の表示装置10では選択反射波長域の異なる光の三原色である赤・緑・青の少なくとも三つ、多くても画像形成装置の光源波長帯域を包含する選択反射波長域のコレステリック液晶構造層を含めば十分である。したがって、偏光選択反射層の多層化、複雑化、高額化を効果的に防止することができる。
Further, when producing the polarization
さらに、円偏光成分の光によって形成された画像は、偏光サングラスを介しても視認され得る。以上のことから、本実施の形態による表示装置10は、外光が入射し易い環境となる移動体1へ好適である。
Furthermore, the image formed by the light of the circularly polarized component can be visually recognized through polarized sunglasses. From the above, the
また上述した一実施の形態において、表示装置10は、画層形成装置30から偏光選択反射層70までの画像光Liの光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層50を、さらに有している。画像形成装置30が射出する画像光Liが一方の直線偏光成分の光である場合、典型的には、画像形成装置30が液晶表示装置31やレーザープロジェクタ等である場合、偏光選択反射層70迄の光路上に配置された1/4波長位相差層50により、偏光選択反射層70で選択的に反射されるようになる円偏光成分の光に画像光Liを変換することができる。したがって、画像形成装置30を適宜選択しながら、上述した優れた作用効果を享受することができる。
In the embodiment described above, the
さらに上述した一実施の形態において、画像形成装置30は、一方の直線偏光成分の光からなる画像光Liを射出する。一方の直線偏光成分の光からなる画像光Liは、1/4波長位相差層50を用いることにより、円偏光成分に変換することができる。したがって、画像形成装置30から射出する画像光Liを、高い利用効率で使用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。 Note that various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used for parts that can be configured in the same manner as in the above-described embodiment, and overlapping Description to be omitted is omitted.
例えば、図6に示すように、表示装置10が、偏光選択反射層70で反射された画像光の光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層51を、さらに有するようにしてもよい。この1/4波長位相差層51によれば、偏光選択反射層70で反射された画像光Liを、円偏光成分から直線偏光成分の光に変換することができる。直線偏光成分の画像光Liに対しては、種々の光学アプリケーションの適用が容易となる。
For example, as shown in FIG. 6, the
さらに、図6に示すように、表示装置10が、偏光選択反射層70で反射され1/4波長位相差層51を透過した後における画像光Liの光路上に配置された偏光子27を更に有するようにしてもよい。偏光子27は、吸収型偏光子27a及び反射型偏光子27bのいずれとしてもよい。図6に示された例では、上述した一実施の形態における透明カバー25に代えて、筐体20の開口21に、吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27bが設置されている。吸収型偏光子27aは、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波およびS波)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、P波)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S波)を吸収する機能を有している。また、反射型偏光子27bは、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波およびS波)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、P波)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S波)を反射させる機能を有している。
Further, as shown in FIG. 6, the
図6に示された例において、画像光Liは、1/4波長位相差層51を透過することで円偏光成分から直線偏光成分へと変換される。そして、吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27bを、画像光Liをなす直線偏光成分の光が透過し得るように配置すれば、画像光Liの利用効率は低下しない。また、画像光Liが、円偏光である場合よりも直線偏光(例えばS波)である場合の方が、フロントガラス3での反射率が高く画像光Liを有効利用し得ることが確認された。この点においても、偏光選択反射層70で反射された画像光Liの光路上に1/4波長位相差層を設けることは有効である。
In the example shown in FIG. 6, the image light Li is converted from a circularly polarized light component to a linearly polarized light component by passing through the ¼ wavelength
一方、図6に示された例において、外光Lxは、その半分しか、吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27bを透過することができない。したがって、画像光Liの利用効率を維持しながら、表示装置10の筐体20内に入射する外光Lxの量を大幅に低減することができる。これにより、画像の明るさに影響を及ぼすことなく、画像形成装置30の温度上昇および画像のコントラスト低下をさらに効果的に防止することできる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 6, only half of the external light Lx can pass through the absorption polarizer 27a or the reflection polarizer 27b. Therefore, the amount of external light Lx incident on the
なお、上述した透明カバー25と同様に、偏光子27に赤外線反射膜が積層されていてもよい。
Note that, similarly to the
さらに、図7に示すように、表示装置10が、上述した1/4波長位相差層50に代えて、画層形成装置30から偏光選択反射層70までの画像光Liの光路上となり且つ偏光選択反射層70で反射された画像光Liの光路上となる位置に配置された1/4波長位相差層52を、さらに有するようにしてもよい。この例によれば、画像形成装置30が射出する画像光Liが一方の直線偏光成分の光である場合、典型的には、画像形成装置30が液晶表示装置31やレーザープロジェクタ等である場合、偏光選択反射層70迄の光路上に配置された1/4波長位相差層52により、偏光選択反射層70で選択的に反射されるようになる円偏光成分の光に画像光Liを変換することができる。また、偏光選択反射層70で反射された画像光Liを、同一の1/4波長位相差層52によって、直線偏光成分に再変換することが可能となる。この結果、偏光選択反射層70で光路を調整された後における画像光Liの偏光状態を、直線偏光成分に変換することができる。直線偏光成分の画像光Liに対しては、種々の光学アプリケーションの適用が容易となる。
Further, as shown in FIG. 7, the
とりわけ、図7に示された例では、1/4波長位相差層52は、偏光選択反射層70に積層されている。このような1/4波長位相差層52の配置によれば、画像光Liは、偏光選択反射層70に入射する際と偏光選択反射層70で反射された後の二回にわたって、1/4波長位相差層52をより確実に透過することができる。そして、1/4波長位相差層52を偏光選択反射層70に近接して配置することができるので、表示装置10を小型化することができる。
In particular, in the example shown in FIG. 7, the quarter-
なお、図6に示された例と同様に、図7に示された例においても、表示装置10が、偏光選択反射層70で反射され1/4波長位相差層52を透過した後における画像光Liの光路上に配置された偏光子27(吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27b)を、さらに有するようにしてもよい。吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27bを設置することで、図6を参照して既に説明したように、画像の明るさに影響を及ぼすことなく、画像形成装置30の温度上昇および画像のコントラスト低下をさらに効果的に防止することも可能となる。
Similar to the example shown in FIG. 6, in the example shown in FIG. 7, the image after the
さらに、上述した一実施の形態において、一方の直線偏光成分からなる画像光Liを射出する画像形成装置30として、液晶表示装置31を例示したが、この例に限られない。例えば、図8に示すように、レーザープロジェクタ36を、一方の直線偏光成分からなる画像光Liを射出する画像形成装置30として、利用可能である。図8に示されたレーザープロジェクタ36は、レーザー光を射出するレーザー光源37と、レーザー光の光路を経時的に変化させる走査装置38と、走査装置で光路を調整されたレーザー光が入射するスクリーン39と、を含んでいる。走査装置38は、スクリーン上をレーザー光が走査するように、レーザー光の光路を調整する。スクリーン上を画素領域に区分けして、画素領域毎にレーザー光源37からのレーザー光の射出および射出停止を制御することで、レーザー光源37上に画像を形成する。なお、レーザー光源37から発振されるレーザー光の偏光状態を一方の直線偏光成分に整えておくことにより、レーザープロジェクタ36は、一方の直線偏光成分からなる画像光Liを走査装置38から射出することができる。図8に示されたレーザープロジェクタ36は、液晶表示装置と比較して、光源光の利用高効率が非常に高くなる点において有利である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the liquid crystal display device 31 is illustrated as the
さらに、上述した一実施の形態において、一方の直線偏光成分からなる画像光Liを射出する画像形成装置30を用いる例を示したが、これに限られない。無偏光の画像光Liを射出する画像形成装置を使用することも可能である。無偏光の画像光Liが偏光選択反射層70に入射した場合、画像光Liの略半分が、偏光選択反射層70で反射される。すなわち、画像光Liの利用効率が低下するが、外光反射に起因した画像のコントラスト低下を効果的に防止し得るといった上述の作用効果を享受することができる。例えば、図8に示されたレーザープロジェクタ36において、レーザー光源37が偏光状態を調整されていないレーザー光を発振する場合や、図2に示された液晶表示装置31や図8に示されたレーザープロジェクタ36が強い拡散機能を有した部材を含む場合、無偏光の画像光Liが画像形成装置30から射出される。
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the
また、図9に示すようなデジタルマイクロミラーデバイス44を利用した画像形成装置41も、特別な手段を用いなければ、無偏光の画像光Liを射出する。図9に示された画像形成装置41は、無偏光の光を射出する光源42と、プリズム43と、デジタルマイクロミラーデバイス44と、を有している。光源42は、例えば発光ダイオードを含み、無偏光の面状光をプリズム43に照射する。面状光は、プリズム43を透過してデジタルマイクロミラーデバイス44に入射する。デジタルマイクロミラーデバイス44は、多数の微小ミラーを含むMEMS素子であり、反射型の空間光変調器として機能する。デジタルマイクロミラーデバイス44は、画素毎に微小ミラーの反射方向を切り替えることで、画像を形成する。デジタルマイクロミラーデバイス44で形成された画像光Liは、プリズム43で全反射して、誘導手段55の選択反射板60へと向かう。
Further, the image forming apparatus 41 using the
なお、図9に示された画像形成装置41は、液晶表示装置と比較して、光源光の利用高効率が非常に高くなる点において有利である。画像光Liの略半分しか偏光選択反射層70で反射され得なかったとしても、光源光の利用効率は全体として高くなる。
Note that the image forming apparatus 41 shown in FIG. 9 is advantageous in that the use efficiency of the light source light is very high compared to the liquid crystal display device. Even if only about half of the image light Li can be reflected by the polarization
さらに、無偏光の画像光Liを射出する画像形成装置30との組み合わせにおいて、光源光の利用効率を改善する工夫が可能である。図10に示された例では、無偏光の画像光Liを射出する画像形成装置30を用いるとともに、偏光選択反射層70が、右円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層と、左円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層と、の両方を含むようにしてもよい。このような例によれば、コレステリック液晶構造層の選択反射波長域内にある無偏光の画像光Liを、偏光選択反射層70で、高反射率にて反射することができ、光源光に利用効率及び表示装置10全体のエネルギー効率を大幅に改善することができる。
Further, in combination with the
右円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層および左円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層は、液晶分子がなす螺旋構造の巻き方向を互いに逆向きとしている。そして、右円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層および左円偏光成分の光を選択反射するコレステリック液晶構造層は、螺旋構造のピッチを同一とすることで、同一の選択反射中心波長を有するようになる。図11に示された具体例において、偏光選択反射層70は、第1〜第6コレステリック液晶構造層71〜76を有している。第1〜第3のコレステリック液晶構造層71,72,73は、右円偏光成分の光を選択反射し、第4〜第6のコレステリック液晶構造層74,75,76は、左円偏光成分の光を選択反射する。第1コレステリック液晶構造層71及び第4コレステリック液晶構造層74は、同一の選択反射中心波長を有し、赤色(R)の波長域の光を選択反射する。第2コレステリック液晶構造層72及び第5コレステリック液晶構造層75は、同一の選択反射中心波長を有し、緑色(G)の波長域の光を選択反射する。第3コレステリック液晶構造層73及び第6コレステリック液晶構造層76は、同一の選択反射中心波長を有し、青色(B)の波長域の光を選択反射する。
The cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects the light of the right circularly polarized light component and the cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects the light of the left circularly polarized light component are opposite to each other in the winding direction of the spiral structure formed by the liquid crystal molecules. The cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects the light of the right circularly polarized light component and the cholesteric liquid crystal structure layer that selectively reflects the light of the left circularly polarized light component have the same selective reflection center wavelength by making the pitch of the spiral structure the same. Will have. In the specific example shown in FIG. 11, the polarization
ここで、図12のグラフは、550nmに選択反射中心波長を設定した二枚のコレステリック液晶構造層を重ねてなる偏光選択反射層の反射特性の一例を示している。この偏光選択反射層に含まれる二枚のコレステリック液晶構造層は、液晶分子がなす螺旋構造の巻き方向が互いに対して逆向きとした。図12に示された反射特性は、入射光を無偏光として、図3に示された反射特性と同一の測定器を用いて測定した。図12に示すように、偏光選択反射層は、選択反射中心波長の画像光を80%近くの高反射率で反射することができ、しかもその波長選択性は鋭い。したがって、無偏光の画像光を用いた例においても、画像を高トラストで明るく表示しながら、画像形成装置30が外光照射により加熱されて損傷するといった不具合に効果的に対処することができる。
Here, the graph of FIG. 12 shows an example of the reflection characteristic of the polarization selective reflection layer formed by superposing two cholesteric liquid crystal structure layers having a selective reflection center wavelength set to 550 nm. In the two cholesteric liquid crystal structure layers included in the polarization selective reflection layer, the winding directions of the spiral structure formed by the liquid crystal molecules are opposite to each other. The reflection characteristics shown in FIG. 12 were measured using the same measuring device as the reflection characteristics shown in FIG. As shown in FIG. 12, the polarization selective reflection layer can reflect image light having a selective reflection center wavelength with a high reflectance of nearly 80%, and the wavelength selectivity is sharp. Therefore, even in an example using non-polarized image light, it is possible to effectively cope with the problem that the
さらに、図10に示された例においても、表示装置10が、偏光選択反射層70で反射された後における画像光Liの光路上に配置された偏光子27を更に有するようにしてもよい。偏光子27は、吸収型偏光子27a及び反射型偏光子27bのいずれとしてもよい。図13に示された例では、図10に示された表示装置10における透明カバー25に代えて、筐体20の開口21に、吸収型偏光子27a又は反射型偏光子27bが設置されている。
Further, in the example shown in FIG. 10, the
この例において、画像光Liは、偏光子27を透過する際に、その光量を略半分落としてしまう。しかしながら、上述したように、無偏光の画像光Liを射出する画像形成装置自体のエネルギー効率が優れているため、表示装置10全体としてのエネルギー効率も依然として高い水準となる。その一方で、図13に示された例において、外光Lxは、その半分しか、偏光子27を透過することができない。したがって、表示装置10の筐体20内に入射する外光Lxの量を大幅に低減することができる。これにより、画像形成装置30の温度上昇および画像のコントラスト低下をさらに効果的に防止することできる。
In this example, when the image light Li passes through the polarizer 27, the light amount is reduced by almost half. However, as described above, since the energy efficiency of the image forming apparatus itself that emits the non-polarized image light Li is excellent, the energy efficiency of the
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to this Example.
<サンプル>
車用のヘッドアップディスプレイとして機能する表示装置10(実施例1〜4及び比較例1〜4)を作製した。この表示装置は、図7に示された構成を有するようにした。具体的には、表示装置10は、液晶表示装置31(画層形成装置30)と、画像光を反射する選択反射板60及び凹面鏡81(反射手段80)と、選択反射板60に積層された1/4波長位相差層52と、を有するようにした。また、図7に示すように、表示装置(実施例1〜4及び比較例1〜4)は、開口21が形成された筐体20と、開口21を覆うように設けられた透明カバー25と、を有するようにした。<Sample>
The display apparatus 10 (Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4) which functions as a head-up display for cars was produced. This display device has the configuration shown in FIG. Specifically, the
実施例1〜4及び比較例1〜4の間で、表1に示すように、選択反射板60および透明カバー25を変更した。
As shown in Table 1, the
実施例1〜4では、図14に示された構成を有する選択反射板60を用いた。実施例1〜4で用いた選択反射板60は、一方の偏光成分を反射する五つのコレステリック液晶構造層を含むようにした。五つのコレステリック液晶構造層が反射する選択中心波長は、互いに異なるようにした。五つのコレステリック液晶構造層の反射光の色は、それぞれ、暗赤色、赤色、緑色、明青色、青色となるようにした。図15のグラフには、一方の直線偏光(S波)が30°の入射角度で入射する場合における、実施例1〜4で用いた選択反射板60の反射特性を示している。また、図16のグラフには、無偏光の光が30°の入射角度で入射する場合における、実施例1〜4で用いた選択反射板60の反射特性を示している。実施例1〜4で用いた選択反射板によれば、可視光域の一方の直線偏光成分からなる画像光を、高効率で反射することができる。併せて、実施例1〜4で用いた選択反射板によれば、可視光域の無偏光外光を、概ね半分、反射させることなく透過させることができる。
In Examples 1 to 4, the
比較例1〜4では、コールドミラーを選択反射板60として用いた。比較例1〜4で使用したコールドミラーは、図3に示されたコールドミラーの反射特性を有していた。
In Comparative Examples 1 to 4, a cold mirror was used as the
実施例1及び比較例1では、透明なポリカーボネート製の板を透明カバーとして用いた。実施例2及び比較例2では、吸収型偏光子(PVA−ヨウ素型)を透明カバーとして用いた。実施例3及び比較例3では、誘電体多層膜型の反射型偏光子(3M社製の「DBEF」)を透明カバーとして用いた。実施例4及び比較例4では、ワイヤーグリッド型の反射型偏光子(旭化成社製の型番HTN)を透明カバーとして用いた。 In Example 1 and Comparative Example 1, a transparent polycarbonate plate was used as the transparent cover. In Example 2 and Comparative Example 2, an absorbing polarizer (PVA-iodine type) was used as a transparent cover. In Example 3 and Comparative Example 3, a dielectric multilayer type reflective polarizer (“DBEF” manufactured by 3M) was used as a transparent cover. In Example 4 and Comparative Example 4, a wire grid type reflective polarizer (model number HTN manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) was used as a transparent cover.
一方、選択反射板60および透明カバー25以外の表示装置の構成は、実施例1〜4及び比較例1〜4の間で共通とした。液晶表示装置31と、凹面鏡81及び筐体20は、市販されている車用のヘッドアップディスプレイの各構成を用いた。液晶表示装置31の画像光は、一方の直線偏光であった。選択反射板に積層された1/4波長位相差層は、液晶表示装置31から射出した一方の直線偏光を、選択反射板で反射され得る円偏光成分に変換した。また、選択反射板に積層された1/4波長位相差層は、選択反射板で反射された円偏光の画像光を、実施例2〜4及び変形例2〜4で用いる偏光子を透過し得る直線偏光に変換した。
On the other hand, the configuration of the display device other than the
<実験1:温度測定>
疑似太陽光光源としてのキセノンランプ(三永電機製作所製の「XES−155S1」)を用いて、筐体の開口に設けられた透明カバーを直接照射した。キセノンランプからの光が、凹面鏡81及び選択反射板で反射された後に液晶表示装置の全面へ入射するように、キセノンランプと表示装置との相対位置を調整した。透明カバー直上での照度が900W/m2となるように、キセノンランプの出力を設定した。キセノンランプが発光している状態で、液晶表示装置の表示面の温度変化を調査した。液晶表示装置の表示面の温度は、表示面上に設置した熱電対によって計測した。この実験中、液晶表示装置での画像表示を停止した。<Experiment 1: Temperature measurement>
Using a xenon lamp (“XES-155S1” manufactured by Mitsunaga Electric Manufacturing Co., Ltd.) as a pseudo-sunlight source, the transparent cover provided at the opening of the housing was directly irradiated. The relative position between the xenon lamp and the display device was adjusted so that the light from the xenon lamp was reflected by the concave mirror 81 and the selective reflector and then incident on the entire surface of the liquid crystal display device. The output of the xenon lamp was set so that the illuminance immediately above the transparent cover would be 900 W / m 2 . The temperature change of the display surface of the liquid crystal display device was investigated while the xenon lamp was emitting light. The temperature of the display surface of the liquid crystal display device was measured by a thermocouple installed on the display surface. During this experiment, image display on the liquid crystal display device was stopped.
温度の測定結果を表1に示す。表1に示すように、コレステリック液晶構造層を選択反射板として用いた実施例1〜4は、コールドミラーを選択反射板として用いた比較例1〜4と比較して、いずれの透明カバーを用いた場合にも液晶表示装置の表示面での温度上昇を大幅に低減することができた。とりわけ、キセノンランプからの光の一部を吸収又は反射し得る偏光子を用いた比較例2〜4の温度上昇よりも、偏光子を用いなかった実施例1での温度上昇が低くなった。 Table 1 shows the temperature measurement results. As shown in Table 1, Examples 1-4 using the cholesteric liquid crystal structure layer as the selective reflection plate use any transparent cover as compared with Comparative Examples 1-4 using the cold mirror as the selective reflection plate. In this case, the temperature rise on the display surface of the liquid crystal display device could be greatly reduced. In particular, the temperature increase in Example 1 in which no polarizer was used was lower than the temperature increase in Comparative Examples 2 to 4 using a polarizer that could absorb or reflect part of the light from the xenon lamp.
<実験2:輝度測定>
図7に示すように表示画像が透明ガラス(図7ではフロントガラス3)に反射するように、表示装置を透明ガラスの近傍に設置した。表示装置が一定の画像を表示した状態で、画像が観察される方向での輝度を透明ガラス上で測定した。測定された輝度を表1に示す。実施例1〜4での輝度は、比較例1〜4よりも若干低くなったが、実施例1〜4での表示画像を実用上問題とならない十分な明るさで観察することができた。<Experiment 2: Brightness measurement>
As shown in FIG. 7, the display device was installed in the vicinity of the transparent glass so that the display image was reflected on the transparent glass (the windshield 3 in FIG. 7). With the display device displaying a certain image, the luminance in the direction in which the image was observed was measured on transparent glass. The measured brightness is shown in Table 1. The luminance in Examples 1 to 4 was slightly lower than that in Comparative Examples 1 to 4, but the display images in Examples 1 to 4 could be observed with sufficient brightness that would not be a practical problem.
Claims (19)
画像光を射出する画像形成装置と、
前記画像光を誘導する誘導手段と、を備え、
前記誘導手段は、コレステリック液晶構造を有した一以上の層を含む偏光選択反射層を含み、
前記偏光選択反射層は、前記画像光を反射して前記画像光の光路を変化させる、表示装置。A display device mounted on a moving body,
An image forming apparatus for emitting image light;
Guiding means for guiding the image light,
The guiding means includes a polarization selective reflection layer including one or more layers having a cholesteric liquid crystal structure,
The polarization selective reflection layer is a display device that reflects the image light and changes an optical path of the image light.
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成されている、請求項1又は2に記載の表示装置。A housing for accommodating the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The display device according to claim 1, wherein an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes is formed in the housing.
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記偏光子は、前記筐体の前記開口に設置されている、請求項8に記載の表示装置。A housing for accommodating the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The display device according to claim 8, wherein the polarizer is installed in the opening of the housing.
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記1/4波長位相差層は、前記筐体内に配置されている、請求項4〜9のいずれか一項に記載の表示装置。A housing that houses the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The display device according to any one of claims 4 to 9, wherein the quarter-wave retardation layer is disposed in the housing.
前記筐体には、前記偏光選択反射層で反射された前記画像光が通過する、開口が形成され、
前記偏光子は、前記筐体の前記開口に設置されている、請求項14に記載の表示装置。A housing that houses the polarization selective reflection layer of the image forming apparatus and the guiding unit;
The housing is formed with an opening through which the image light reflected by the polarization selective reflection layer passes,
The display device according to claim 14, wherein the polarizer is installed in the opening of the housing.
前記表示装置から前記画像光を投射される被投射体と、を備える、投射装置。A display device according to any one of claims 1 to 17,
A projection device that projects the image light from the display device.
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