KR20160088397A - 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20160088397A
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crystal display
light
light source
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데츠시 요시다
미노루 야마구치
가즈히코 오오사와
데츠야 구스노
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가부시키가이샤 오루투스 테크놀로지
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Abstract

헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치(10)는, 기판(40)상에 마련된 반사막(42)과, 발광 소자(41)를 갖는 광원부(12)와, 광원부(12)측에 마련된 편광판(30)과, 편광판(30)과 액정층(22)을 사이에 두고 대향 배치된 편광판(31)을 갖는 액정 표시 소자(11)와, 반사막(42)과 편광판(30)의 사이에 마련된 위상차판(34)과, 위상차판(34)과 편광판(30)의 사이에 마련된 반사형 편광판(33)과, 반사형 편광판(33)과 편광판(30)의 사이에 마련된 확산 부재(32)를 포함한다.

Description

헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치{LIQUID-CRYSTAL DISPLAY FOR HEADS-UP DISPLAY, AND HEADS-UP DISPLAY}
본 발명은, 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치와 관련되고, 특히 액정 표시 장치를 이용한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량의 프런트 글라스 등에 액정 표시 장치로부터의 표시광을 투사하여 허상(표시상)의 표시를 행하는 헤드업 디스플레이(HUD) 장치가 알려져 있다. 이 헤드업 디스플레이 장치에서는, 예컨대, 백라이트로부터의 조명광이 액정 표시 장치를 투과한 표시광을 반사경(또는 요면경)으로 반사시키고, 이 반사광을 프런트 글라스 또는 컴바이너 등의 표시 부재에 투사하는 것에 의해, 운전자가 표시 부재에 표시된 허상을 시인하도록 되어 있다. 이것에 의해, 운전자가 운전 상태로부터 거의 시야를 움직이는 일 없이 정보를 읽어낼 수 있다.
헤드업 디스플레이 장치에서는, 그 구조상, 태양광 등의 외부로부터의 광(외광)의 일부(특히 백라이트의 광로에 평행하고 역방향인 광성분)가, 헤드업 디스플레이 장치에 이용되는 액정 표시 장치에 조사되는 일이 있다. 이 경우, 액정 표시 장치의 표시면에서 반사한 외광에 기인하여, 표시되지 않아야 하는 불필요한 상이 프런트 글라스에 비추어진다. 이것에 의해, 액정 표시 장치의 표시 특성이 열화하여 버린다.
또한, 액정 표시 장치를 투과하는 광의 강도(휘도)가 작으면, 프런트 글라스에 투사되는 허상이 어두워져, 외광에 기인하는 불필요한 상이 보다 눈에 띄게 된다. 이 결과, 액정 표시 장치의 표시 특성이 열화하여 버린다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평 10-221691호 공보
본 발명은, 액정 표시 소자를 투과하는 광의 강도를 크게 하는 것에 의해, 표시 특성을 향상시키는 것이 가능한 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치는, 기판상에 마련된 반사막과, 발광 소자를 갖는 광원부와, 상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와, 상기 반사막과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광에 λ/4의 위상차를 주는 위상차판과, 상기 위상차판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과, 상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산하는 확산 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치는, 기판상에 마련된 발광 소자를 갖는 광원부와, 상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와, 상기 광원부와 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광에 λ/4의 위상차를 주는 위상차판과, 상기 위상차판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과, 상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산하는 확산 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치는, 기판상에 마련된 반사막과, 발광 소자를 갖는 광원부와, 상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와, 상기 반사막과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과, 상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산하는 확산 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치는, 기판상에 마련된 발광 소자를 갖는 광원부와, 상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와, 상기 광원부와 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과, 상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산하는 확산 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 액정 표시 소자를 투과하는 광의 강도를 크게 하는 것에 의해, 표시 특성을 향상시키는 것이 가능한 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 3은 액정 표시 소자의 보다 구체적인 구성예를 나타내는 단면도.
도 4는 광원부의 평면도.
도 5는 제 1 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 6은 비교예 1과 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 7은 비교예 2와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 8은 비교예 1, 비교예 2, 및 실시예에 있어서의 백휘도(白輝度)를 설명하는 도면.
도 9는 제 2 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 10은 제 2 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 11은 제 3 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 12는 제 3 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 13은 제 4 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
도 14는 제 4 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자 및 광원부의 단면도.
이하, 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 도면은 모식적 또는 개념적인 것이고, 각 도면의 치수 및 비율 등은 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도면의 상호간에 동일한 부분을 나타내는 경우에 있어서도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이하게 나타내어지는 경우도 있다. 특히, 이하에 나타내는 몇 가지의 실시 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 장치 및 방법을 예시한 것으로서, 구성 부품의 형상, 구조, 배치 등에 의해, 본 발명의 기술 사상이 특정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어서, 동일한 기능 및 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
[제 1 실시 형태]
[1. 헤드업 디스플레이 장치(100)의 구성]
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련되는 헤드업 디스플레이 장치(100)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 액정 표시 장치(10), 반사 부재(13), 및 표시 부재(14)를 구비한다. 액정 표시 장치(10)는, 액정 표시 소자(11), 및 광원부(12)를 구비한다.
광원부(12)는, 예컨대 면 형상을 갖는 광원(면광원)으로 구성되고, 액정 표시 소자(11)에 조명광을 공급한다. 광원부(12)에 포함되는 발광 소자로서는, 예컨대 백색의 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)가 이용된다. 액정 표시 소자(11)는, 광원부(12)로부터의 조명광을 투과시켜 광변조를 행한다. 그리고, 액정 표시 소자(11)는, 차속 등의 운전 정보를 나타내는 화상을 표시한다.
반사 부재(13)는, 예컨대 반사경으로 구성되고, 구체적으로는, 평면경, 또는 요면경 등으로 구성된다. 반사경(13)은, 액정 표시 소자(11)로부터의 표시광을 표시 부재(14)를 향해 반사한다. 반사경(13)으로서 요면경을 이용한 경우, 요면경은, 예컨대, 액정 표시 소자(11)로부터의 표시광을 소정의 확대율로 확대한다.
연직선(중력 방향)에 대한 표시 부재(14)의 기울기를 β로 하면, 반사경(예컨대 평면경)(13)에 있어서의 반사각은 (90°-2β), 즉 평면경(13)에 있어서의 입사광과 반사광이 이루는 각도는 (180°-4β)이다. 또한, 표시 부재(14)에 있어서의 반사각은 β, 즉 표시 부재(14)에 있어서의 입사광과 반사광이 이루는 각도는 2β이다.
표시 부재(14)는, 액정 표시 소자(11)로부터 출사되는 표시광을 투사하기 위해 사용되고, 표시광을 운전자에게 반사하는 것에 의해, 표시광을 허상(16)으로서 표시시킨다. 표시 부재(14)는, 예컨대 차량의 프런트 글라스이다. 또한, 표시 부재(14)는, 헤드업 디스플레이 장치(100) 전용으로 마련된 반투명한 스크린(컴바이너)이더라도 좋다. 컴바이너는, 예컨대, 차량의 대시보드상에 배치되거나, 운전자(15)의 전방에 배치된 룸미러에 장착되거나, 프런트 글라스의 상부에 설치된 선바이저에 장착되어 사용된다. 컴바이너는, 예컨대, 곡면을 갖는 투명한 기재(예컨대 합성수지)와, 이 기재의 표면에 형성된 산화티탄, 산화실리콘 등으로 이루어지는 증착막으로 구성되고, 이 증착막에 의해 반투과의 기능을 구비한다.
도 1의 실선으로 나타내는 바와 같이, 광원부(12)로부터 출사된 조명광은, 액정 표시 소자(11)를 투과함과 아울러 광변조된다. 액정 표시 소자(11)를 투과한 표시광은, 반사경(13)에 의해 반사되고, 표시 부재(14)에 투사된다. 이 표시 부재(14)로의 표시광의 투사에 의해 얻어지는 허상(표시상)(16)이 운전자(15)에게 시인된다. 이것에 의해, 운전자(15)는, 운전석의 정면 전방에 표시되는 허상(16)을 풍경과 중첩시켜 관찰할 수 있다.
한편, 도 1의 파선으로 나타내는 바와 같이, 외광의 일부는, 표시 부재(14)를 투과하여 반사경(13)에 의해 반사되고, 액정 표시 소자(11)에 조사된다. 외광이란, 표시 부재(14)의 외측(액정 표시 소자(11)가 배치되는 쪽과 반대쪽)으로부터 입사하는 다양한 광이고, 예컨대 태양광 등의 외부로부터의 광이다. 이때, 액정 표시 소자(11)의 표시면과 광원부(12)의 출사면(조명광이 출사하는 면)이 거의 평행인 경우, 액정 표시 소자(11)에 의해 반사된 광은, 외광과 반대의 광로를 따라서, 표시 부재(14)에 투사된다. 이 때문에, 본래, 표시되지 않아야 하는 불필요한 상이 발생하고, 운전자(15)가 시인하는 표시상의 표시 품질이 저하한다. 또, 액정 표시 소자(11)의 표시면(기판면)이란, 액정 표시 소자(11)에 의해 광변조된 화상이 표시되는 면이다.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 액정 표시 소자(11)는, 한 쌍의 기판(20, 21)과, 액정층(22)과, 기판(20) 및 기판(21) 사이에 액정층(22)을 봉지하기 위한 밀봉재(29)와, 한 쌍의 편광판(30, 31)과, 확산 부재(32)와, 반사형 편광판(33)과, 위상차판(λ/4판)(34)을 구비한다.
도 3은 액정 표시 소자(11)의 보다 구체적인 구성예를 나타내는 단면도이다. 또, 도 3에는, 편광판(30, 31) 사이의 부재를 추출하여 나타내고 있다.
액정 표시 소자(11)는, 스위칭 트랜지스터 및 화소 전극 등이 형성되는 TFT 기판(20)과, 컬러 필터 및 공통 전극이 형성되고 또한 TFT 기판(20)에 대향 배치되는 컬러 필터 기판(CF 기판)(21)과, TFT 기판(20) 및 CF 기판(21) 사이에 있는 액정층(22)을 구비한다. TFT 기판(20) 및 CF 기판(21)의 각각은, 투명 기판(예컨대, 유리 기판)으로 구성된다. CF 기판(21)은, 광원부(12)에 대향 배치되고, 광원부(12)로부터의 조명광은, CF 기판(21)측으로부터 액정 표시 소자(11)에 입사한다. TFT 기판(20)의 광원부(12)와는 반대쪽의 면이 액정 표시 소자(11)의 표시면이다.
액정층(22)은, TFT 기판(20) 및 CF 기판(21) 사이를 붙이는 밀봉재(29)에 의해 봉입된 액정 재료에 의해 구성된다. 액정 재료는, TFT 기판(20) 및 CF 기판(21) 사이에 인가된 전계에 따라 액정 분자의 배향이 조작되어 광학 특성이 변화한다. 액정 모드로서는, 예컨대 VA(Vertical Alignment) 모드가 이용되지만, 물론, TN(Twisted Nematic) 모드나 호모지니어스 모드 등 다른 액정 모드이더라도 좋다.
액정층(22)측의 TFT 기판(20)상에는, 복수의 스위칭 트랜지스터(23)가 마련된다. 스위칭 트랜지스터(23)로서는, 예컨대 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 이용된다. 스위칭 트랜지스터(23)는, 주사선(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되는 게이트 전극과, 게이트 전극상에 마련된 게이트 절연막과, 게이트 절연막상에 마련된 반도체층(예컨대 어모퍼스 실리콘층)과, 반도체층상에 이간하여 마련된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비한다. 소스 전극은, 신호선(도시하지 않음)에 전기적으로 접속된다.
스위칭 트랜지스터(23)상에는, 절연층(24)이 마련된다. 절연층(24)상에는, 복수의 화소 전극(25)이 마련된다. 절연층(24) 내, 또한 스위칭 트랜지스터(23)의 드레인 전극상에는, 화소 전극(25)에 전기적으로 접속된 콘택트 플러그(26)가 마련된다.
액정층(22)측의 CF 기판(21)상에는, 컬러 필터(27)가 마련된다. 컬러 필터(27)는, 복수의 착색 필터(착색 부재)를 구비하고, 구체적으로는, 복수의 적색 필터(27-R), 복수의 녹색 필터(27-G), 및 복수의 청색 필터(27-B)를 구비한다. 일반적인 컬러 필터는 빛의 삼원색인 적(R), 녹(G), 청(B)으로 구성된다. 인접한 R, G, B의 삼색의 세트가 표시의 단위(픽셀, 또는 화소라고 부른다)로 되어 있고, 1개의 화소 중의 R, G, B의 어느 하나의 단색의 부분은 서브픽셀(서브화소)로 불리는 최소 구동 단위이다. 스위칭 트랜지스터(23) 및 화소 전극(25)은, 서브픽셀마다 마련된다.
적색 필터(27-R), 녹색 필터(27-G), 및 청색 필터(27-B)의 경계 부분, 및 화소(서브픽셀)의 경계 부분에는, 차광용의 블랙 매트릭스(차광막) BM이 마련된다. 즉, 블랙 매트릭스 BM은, 그물코 형상으로 형성된다. 블랙 매트릭스 BM은, 예컨대, 착색 부재 사이의 불필요한 광을 차단하고, 콘트라스트를 향상시키기 위해 마련된다.
컬러 필터(27) 및 블랙 매트릭스 BM상에는, 공통 전극(28)이 마련된다. 공통 전극(28)은, 액정 표시 소자(11)의 표시 영역 전체에 평면 형상으로 형성된다.
편광판(30, 31)은, TFT 기판(20) 및 CF 기판(21)을 사이에 두도록 마련된다. 편광판(30, 31)은, 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 투과축 및 흡수축을 갖는다. 편광판(30, 31)은, 랜덤한 방향의 진동면을 갖는 광 중, 투과축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광성분)을 투과시키고, 흡수축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광성분)을 흡수한다. 편광판(30, 31)은, 서로의 투과축이 직교하도록, 즉 직교 니콜 상태로 배치된다.
화소 전극(25), 콘택트 플러그(26), 및 공통 전극(28)은, 투명 전극으로 구성되고, 예컨대 ITO(인듐 주석 산화물)가 이용된다. 절연층(24)으로서는, 투명한 절연 재료가 이용되고, 예컨대, 실리콘 질화물(SiN)이 이용된다.
도 2로 돌아와, 액정 표시 소자(11)에 있어서, 편광판(30)의 TFT 기판(20)과 반대면에는, 확산 부재(32)가 마련된다. 확산 부재(32)는, 투과광을 랜덤한 방향으로 확산(산란)시키는 것에 의해, 투과광을 균일화하는 기능을 갖는다. 확산 부재(32)는, 확산 점착재, 확산 필름, 또는 확산판 등으로 구성된다. 확산 부재(32)로서 확산 점착재를 이용한 경우, 확산 점착재는, 입사광을 확산시키는 기능 외에, 편광판(30) 및 반사형 편광판(33)을 붙이는 기능을 갖는다. 투과광의 균일성을 향상시키기 위해서는, 확산 부재(32)의 헤이즈 값(haze value)은, 예컨대, 60% 이상 또한 95% 이하의 범위로 설정된다.
확산 부재(32)의 편광판(30)과 반대면에는, 반사형 편광판(33)이 마련된다. 반사형 편광판(33)은, 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 투과축 및 반사축을 갖는다. 반사형 편광판(33)은, 랜덤한 방향의 진동면을 갖는 광 중, 투과축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광성분)을 투과시키고, 반사축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광성분)을 반사한다. 반사형 편광판(33)의 투과축은, 편광판(30)의 투과축과 평행하게 설정된다. 반사형 편광판(33)으로서는, 예컨대, 3M사의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 또는 아사히화성의 와이어 그리드 편광판 등이 있다.
반사형 편광판(33)의 확산 부재(32)와 반대면에는, 위상차판(λ/4판)(34)이 마련된다. 위상차판(34)은, 굴절률 이방성을 갖고 있고, 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 지상축 및 진상축을 갖는다. 위상차판(34)은, 지상축과 진상축을 각각 투과하는 소정 파장의 광의 사이에 소정의 위상차(retardation)(λ를 투과하는 광의 파장으로 했을 때, λ/4의 위상차)를 주는 기능을 갖고 있다. 즉, 위상차판(34)은, λ/4판으로 구성된다. 위상차판(34)의 지상축은, 반사형 편광판(33)의 투과축에 대하여 45°의 각도를 이루도록 설정된다.
또, 도 2의 편광판, 반사형 편광판, 및 위상차판의 평면도는, 광원부(12)측에서 본 평면을 나타내고 있다. 또한, 도 2의 평면도에 있어서, 수평 방향에 대한 편광판(30)의 투과축의 각도를 θ로 표기하고 있다. 각도 θ는, 임의로 설정 가능하다.
다음으로, 도 2 및 도 4를 이용하여 광원부(12)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 액정 표시 소자(11)측에서 본 광원부(12)의 평면도이다.
광원부(12)는, 기판(40), 복수의 발광 소자(41), 반사막(반사판)(42), 및 케이스(43)를 구비한다. 기판(40)상에는, 복수의 발광 소자(41)가 마련된다. 각 발광 소자(41)는, 예컨대 백색의 LED로 구성된다. 도 4에서는, 4개의 발광 소자(41)를 일례로서 나타내고 있지만, 발광 소자(41)의 수는 임의로 설계할 수 있고, 발광 소자(41)의 수는 1개이더라도 좋고, 4개 이외의 복수 개이더라도 좋다. 기판(40)은, 발광 소자(41)에 전원을 공급하기 위한 배선이 마련된 회로 기판으로 구성된다. 기판(40)의 표면은, 액정 표시 소자(11)의 TFT 기판(20) 또는 CF 기판(21)의 표면과 평행하게 배치된다.
기판(40)상의 발광 소자(41)가 마련되어 있지 않은 영역에는, 반사막(42)이 마련된다. 즉, 반사막(42)은, 복수의 발광 소자(41)와 각각 거의 동일한 평면 형상을 갖는 복수의 개구부를 갖는다. 반사막(42)은, 액정 표시 소자(11)측으로부터 입사하는 광을, 다시, 액정 표시 소자(11)측으로 반사한다. 또한, 기판(40)상에는, 복수의 발광 소자(41) 및 반사막(42)을 둘러싸는 케이스(43)가 마련된다. 기판(40) 및 케이스(43)의 외형은, 예컨대 직사각형이다.
[2. 동작]
다음으로, 상기와 같이 구성된 헤드업 디스플레이 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.
발광 소자(41)로부터 출사된 조명광은, 위상차판(34)을 투과하고, 반사형 편광판(33)에 입사한다. 반사형 편광판(33)은, 투과축과 평행한 광성분을 투과시키고, 반사축과 평행한 광성분을 반사한다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 입사한다.
한편, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광은, 위상차판(34)을 투과함과 아울러 원 편광이 된다. 계속하여, 위상차판(34)을 투과한 원 편광은, 주로 반사막(42)에서 반사되어 역방향의 원 편광이 되고, 다시, 위상차판(34)을 투과한다. 즉, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광은, 위상차판(34)을 2회 투과하기 때문에, 90° 선광(旋光)한다. 이 결과, 위상차판(34)을 2회 투과한 직선 편광은, 반사형 편광판(33)의 투과축과 평행하게 되기 때문에, 반사형 편광판(33)을 투과한다.
이것에 의해, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 대부분(거의 100%)을, 반사형 편광판(33)을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 의해 확산되고, 균일성(면 내 균일성)이 향상된다.
계속하여, 확산 부재(32)를 투과하여 어느 정도 균일하게 된 광이 편광판(30)에 입사하고, 편광판(30)은, 투과축과 평행한 직선 편광을 투과시킨다. 계속하여, 편광판(30)을 투과한 직선 편광은, 액정층(22)에 입사한다.
이와 같이, 본래, 편광판(30)에서 흡수되어야 할 광을, 표시광으로서 재이용할 수 있다. 이것에 의해, 액정 표시 소자(11)를 투과하는 광의 강도를 크게 할 수 있고, 또한, 발광 소자(41)로부터의 조명광의 대부분을 표시하여 이용할 수 있다. 그 후, 액정 표시 소자(11)를 투과한 표시광은, 표시 부재(14)를 통해서 운전자(15)에게 허상(16)으로서 시인된다.
[3. 변형예]
도 5는 제 1 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 변형예에서는, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)으로 이루어지는 적층 구조는, 광원부(12)에 마련된다.
발광 소자(41)의 위쪽, 또한 케이스(43)상에는, 위상차판(34), 반사형 편광판(33), 및 확산 부재(32)가 차례로 적층된다. 즉, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)은, 광원부(12)에 포함된다. 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)의 사이즈는, 예컨대 케이스(43)의 사이즈와 동일하다.
그 외의 구성은, 전술한 제 1 실시 형태와 동일하다. 변형예에 있어서도, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 광로 및 편광 상태는, 전술한 제 1 실시 형태의 경우와 동일하다.
[4. 효과]
이상 상술한 바와 같이 제 1 실시 형태에서는, 액정 표시 소자(11)와 광원부(12)의 사이에, 액정 표시 소자(11)로부터 차례로, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)이 적층된 적층 구조를 삽입한다. 그리고, 광원부(12)에는, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 광을, 다시, 액정 표시 소자(11)측으로 반사하는 반사막(42)을 마련하도록 하고 있다.
따라서 제 1 실시 형태에 의하면, 광원부(12)로부터 출사된 조명광의 대부분을 액정층(22)에 입사시킬 수 있다. 이것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광원부(12)의 광강도를 낮춘 경우에도, 액정 표시 소자(11)의 표시 특성이 열화하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 편광판(30)과 반사형 편광판(33)의 사이에, 광을 균일화하기 위한 확산 부재(32)를 마련하고 있다. 이것에 의해, 균일성이 향상된 광을 액정층(22)에 입사시킬 수 있기 때문에, 액정 표시 소자(11)의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 비교예 1과 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 비교예 1에서는, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 면 내 균일성을 향상시키기 위해, 광원부(12)가 확산 부재(32)를 구비하고, 이 확산 부재(32)는, 발광 소자(41)의 위쪽, 또한 케이스(43)상에 마련된다. 비교예 1의 확산 부재(32)의 헤이즈 값은, 예컨대 93%이다. 또한, 액정 표시 소자(11)는, 편광판(30)의 TFT 기판(20)과 반대면에 마련된 반사형 편광판(33)을 구비한다.
비교예 1에서는, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광은, 확산 부재(32)에 의해 균일화된 후에 반사형 편광판(33)에 입사한다. 그리고, 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광(반사형 편광판(33)의 투과축에 평행한 직선 편광)은, 편광판(30)을 투과하여 액정층(22)에 입사한다.
한편, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광(반사형 편광판(33)의 반사축에 평행한 직선 편광)은, 확산 부재(32)에 의해 확산된다. 확산 부재(32)에 의해 확산된 광의 일부는, 액정 표시 소자(11)측으로 반사되고, 반사형 편광판(33)을 투과한다. 이와 같이, 광원부(12)에 확산 부재(32)를 마련하는 것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시키도록 하고 있다.
도 7은 비교예 2와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 광원부(12)는, 기판(40)상에 마련된 반사막(42)을 구비한다. 그 외의 구성은, 도 6의 비교예 1과 동일하다.
비교예 2에서는, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광은, 광원부(12)의 반사막(42)에서 반사되고, 이 반사광은, 확산 부재(32)에 의해 확산된다. 계속하여, 확산 부재(32)를 투과한 광의 일부는, 반사형 편광판(33)을 투과한다. 이와 같이, 광원부(12)에 반사막(42) 및 확산 부재(32)를 마련하는 것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시키도록 하고 있다.
도 8은 비교예 1(도 6), 비교예 2(도 7), 및 실시예(도 2의 제 1 실시 형태)에 있어서의 백휘도를 설명하는 도면이다. 또, 도 8의 백휘도는, 액정 표시 소자(11)의 표시광에 의한 수치이다. 비교예 1의 백휘도를 100으로 하면, 비교예 2의 백휘도가 109이고, 광원부(12)에 반사막(42)을 마련하는 것에 의해, 백휘도가 다소 향상되고 있다. 또한, 실시예(도 2의 제 1 실시 형태)의 구성을 이용하는 것에 의해, 비교예 1과 비교하여, 백휘도를 70% 향상시킬 수 있다.
[제 2 실시 형태]
제 2 실시 형태는, 위상차판(λ/4판)(34)이 제외되고, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 반사막(42)을 이용하여 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시키도록 하고 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 제 2 실시 형태의 액정 표시 소자(11)는, 제 1 실시 형태의 도 2와 비교하여, 위상차판(λ/4판)(34)이 제외되어 있다. 도 9의 그 외의 구성은, 도 2와 동일하다.
발광 소자(41)로부터 출사된 조명광은, 반사형 편광판(33)에 입사한다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 입사하고, 한편, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광은, 주로 광원부(12)의 반사막(42)에 의해 반사된다. 반사막(42)에 의해 반사된 반사광에는, 편광 상태가 흐트러진 광성분이 포함되고, 또 반사형 편광판(33)의 투과축에 평행한 광성분도 생성된다. 이 광성분은, 반사형 편광판(33)을 투과한다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 의해 확산되고, 균일성이 향상된다.
이상 상술한 바와 같이 제 2 실시 형태에서는, 액정 표시 소자(11)에 반사형 편광판(33) 및 확산 부재(32)를 마련하고, 또한, 광원부(12)에 반사막(42)을 마련하도록 하고 있다. 이것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 실시 형태의 구성은, 제 1 실시 형태에 비하여 부재의 수를 삭감할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
(변형예)
도 10은 제 2 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 변형예에서는, 확산 부재(32), 및 반사형 편광판(33)으로 이루어지는 적층 구조는, 광원부(12)에 마련된다.
발광 소자(41)의 위쪽, 또한 케이스(43)상에는, 반사형 편광판(33), 및 확산 부재(32)가 차례로 적층된다. 즉, 확산 부재(32), 및 반사형 편광판(33)은, 광원부(12)에 포함된다. 그 외의 구성은, 전술한 제 2 실시 형태와 동일하다. 변형예에 있어서도, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 광로 및 편광 상태는, 전술한 제 2 실시 형태의 경우와 동일하다.
[제 3 실시 형태]
제 3 실시 형태는, 광원부(12)에 마련되어 있던 반사막(42)이 제외되고, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(λ/4판)(34)을 이용하여 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시키도록 하고 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 제 3 실시 형태의 액정 표시 소자(11)는, 제 1 실시 형태의 도 2에 나타낸 액정 표시 소자(11)와 동일한 구성이다. 제 3 실시 형태의 광원부(12)는, 제 1 실시 형태의 도 2와 비교하여, 반사막(42)이 제외되어 있다.
광원부(12)의 기판(40)은, 광반사성을 갖는 평면을 갖고, 즉, 광을 반사하는 반사면을 갖는다. 기판(40)은, 그 반사면이 액정 표시 소자(11)에 대향하도록 배치된다. 기판(40)은, 예컨대, 유리 에폭시 기판으로 구성된다. 반사막(42)에 비하여 기판(40)의 반사율은 낮아지지만, 기판(40)은, 위상차판(34)측으로부터의 광을 반사한다.
반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광은, 위상차판(34)을 투과함과 아울러 원 편광이 된다. 계속하여, 위상차판(34)을 투과한 원 편광은, 주로 기판(40)에서 반사되어 역방향의 원 편광이 되고, 다시, 위상차판(34)을 투과한다. 이 결과, 위상차판(34)을 2회 투과한 직선 편광은, 반사형 편광판(33)의 투과축과 평행하게 되기 때문에, 반사형 편광판(33)을 투과한다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 의해 확산되고, 균일성이 향상된다.
이상 상술한 바와 같이 제 3 실시 형태에서는, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 반사광을 광원부(12)의 기판(40)에 의해 반사시키도록 하고 있다. 이것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 3 실시 형태의 구성은, 제 1 실시 형태에 비하여 부재의 수를 삭감할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
(변형예)
도 12는 제 3 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 변형예에서는, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)으로 이루어지는 적층 구조는, 광원부(12)에 마련된다.
발광 소자(41)의 위쪽, 또한 케이스(43)상에는, 위상차판(34), 반사형 편광판(33), 및 확산 부재(32)가 차례로 적층된다. 즉, 확산 부재(32), 반사형 편광판(33), 및 위상차판(34)은, 광원부(12)에 포함된다. 그 외의 구성은, 전술한 제 3 실시 형태와 동일하다. 변형예에 있어서도, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 광로 및 편광 상태는, 전술한 제 3 실시 형태의 경우와 동일하다.
[제 4 실시 형태]
제 4 실시 형태는, 위상차판(λ/4판)(34)과, 광원부(12)에 마련되어 있던 반사막(42)이 제외되고, 확산 부재(32), 및 반사형 편광판(33)을 이용하여 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시키도록 하고 있다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시 형태와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 제 4 실시 형태의 액정 표시 소자(11)는, 제 2 실시 형태의 도 9에 나타낸 액정 표시 소자(11)와 동일한 구성이다. 제 4 실시 형태의 광원부(12)는, 제 2 실시 형태의 도 9와 비교하여, 반사막(42)이 제외되어 있다.
광원부(12)의 기판(40)은, 예컨대, 유리 에폭시 기판으로 구성된다. 반사막(42)에 비하여 기판(40)의 반사율은 낮아지지만, 기판(40)은, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광을 반사한다. 기판(40)에 의해 반사된 반사광에는, 편광 상태가 흐트러진 광성분이 생성되고, 또 반사형 편광판(33)의 투과축에 평행한 광성분도 생성된다. 이 광성분은, 반사형 편광판(33)을 투과한다. 반사형 편광판(33)을 투과한 직선 편광은, 확산 부재(32)에 의해 확산되고, 균일성이 향상된다.
이상 상술한 바와 같이 제 4 실시 형태에서는, 액정 표시 소자(11)에 반사형 편광판(33) 및 확산 부재(32)를 마련하고, 반사형 편광판(33)에 의해 반사된 직선 편광을 광원부(12)의 기판(40)에 의해 반사시키도록 하고 있다. 이것에 의해, 액정 표시 소자(11)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 4 실시 형태의 구성은, 제 2 실시 형태에 비하여 부재의 수를 삭감할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
(변형예)
도 14는 제 4 실시 형태의 변형예와 관련되는 액정 표시 소자(11) 및 광원부(12)의 단면도이다. 변형예에서는, 확산 부재(32), 및 반사형 편광판(33)으로 이루어지는 적층 구조는, 광원부(12)에 마련된다.
발광 소자(41)의 위쪽, 또한 케이스(43)상에는, 반사형 편광판(33), 및 확산 부재(32)가 차례로 적층된다. 즉, 확산 부재(32), 및 반사형 편광판(33)은, 광원부(12)에 포함된다. 그 외의 구성은, 전술한 제 4 실시 형태와 동일하다. 변형예에 있어서도, 발광 소자(41)로부터 출사된 조명광의 광로 및 편광 상태는, 전술한 제 4 실시 형태의 경우와 동일하다.
본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성 요소를 변형하여 구체화하는 것이 가능하다. 또한, 상기 실시 형태에는 다양한 단계의 발명이 포함되어 있고, 1개의 실시 형태에 개시되는 복수의 구성 요소의 적당한 조합, 또는 상이한 실시 형태에 개시되는 구성 요소의 적당한 조합에 의해 다양한 발명을 구성할 수 있다. 예컨대, 실시 형태에 개시되는 모든 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소가 삭제되더라도, 발명이 해결하려는 과제를 해결할 수 있고, 발명의 효과가 얻어지는 경우에는, 이들 구성 요소가 삭제된 실시 형태가 발명으로서 추출될 수 있다.
100 : 헤드업 디스플레이 장치
10 : 액정 표시 장치
11 : 액정 표시 소자
12 : 광원부
13 : 반사경
14 : 표시 부재
15 : 운전자
16 : 허상
20 : TFT 기판
21 : CF 기판
22 : 액정층
23 : 스위칭 트랜지스터
24 : 절연층
25 : 화소 전극
26 : 콘택트 플러그
27 : 컬러 필터
28 : 공통 전극
29 : 밀봉재
30, 31 : 편광판
32 : 확산 부재
33 : 반사형 편광판
34 : 위상차판
40 : 기판
41 : 발광 소자
42 : 반사막
43 : 케이스

Claims (18)

  1. 기판상에 마련된 반사막과, 발광 소자를 가지는 광원부와,
    상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와,
    상기 반사막과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광에 λ/4의 위상차를 주는 위상차판과,
    상기 위상차판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과,
    상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산시키는 확산 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차판, 상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 액정 표시 소자에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차판, 상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 광원부에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판의 투과축은, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행한 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차판의 지상축은, 상기 반사형 편광판의 투과축과 45°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 부재는, 확산 점착재, 확산 필름, 또는 확산판으로 이루어지고,
    상기 확산 부재의 헤이즈 값은, 60% 이상 또한 95% 이하인
    것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  7. 기판상에 마련된 발광 소자를 갖는 광원부와,
    상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와,
    상기 광원부와 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광에 λ/4의 위상차를 주는 위상차판과,
    상기 위상차판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과,
    상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산시키는 확산 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상차판, 상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 액정 표시 소자에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상차판, 상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 광원부에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판의 투과축은, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행한 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상차판의 지상축은, 상기 반사형 편광판의 투과축과 45°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산 부재는, 확산 점착재, 확산 필름, 또는 확산판으로 이루어지고,
    상기 확산 부재의 헤이즈 값은, 60% 이상 또한 95% 이하인
    것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  13. 기판상에 마련된 반사막과, 발광 소자를 갖는 광원부와,
    상기 광원부측에 마련된 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판과 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 제 2 편광판을 갖는 액정 표시 소자와,
    상기 반사막과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 반사축과 평행한 광성분을 반사하는 반사형 편광판과,
    상기 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판의 사이에 마련되고, 광을 확산시키는 확산 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 액정 표시 소자에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판, 및 상기 확산 부재로 이루어지는 적층 구조는, 상기 광원부에 접하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판의 투과축은, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행한 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 확산 부재는, 확산 점착재, 확산 필름, 또는 확산판으로 이루어지고,
    상기 확산 부재의 헤이즈 값은, 60% 이상 또한 95% 이하인
    것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치용 액정 표시 장치.
  18. 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치와,
    상기 액정 표시 장치에 의해 광변조된 표시광을 반사하는 반사 부재와,
    상기 반사 부재에 의해 반사된 반사광이 투사되는 표시 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
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