JP2018116111A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像の視認性を向上させた表示装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１は、合成レーザー光Ｃを出射するレーザー光源部１０と、レーザー光源部１０からの合成レーザー光Ｃを走査する走査部３０と、走査部３０を通じて合成レーザー光Ｃを走査する際、合成レーザー光Ｃを照射させるオン状態と合成レーザー光Ｃの照射を停止させるオフ状態との間で切り替える制御部１００と、走査部３０により走査される合成レーザー光Ｃを受けて表示画像Ｍを表す表示光Ｌを出射する液晶パネル２０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置に関する。

従来から光源からの光を受けて表示画像を表す表示光を発する液晶パネルと、この表示光をウインドシールド等の投射部材に導くことで虚像を表示する光学系と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、光源からの光を平行化した後に液晶パネルのサイズに合わせて調整するコンデンサレンズ、フィールドレンズ等の光学部材を備える。この液晶パネルは、光源からの光を透過させることで白色を表示し、光源からの光を遮断させることで黒色を表示する。

特開２０１２−２０３１７６号公報

液晶パネルの構造上、光源からの光を遮断した場合であっても、光源からの光の一部が漏れる。このため、液晶パネルにおいて完全な黒色の表示を行うことが困難となり、表示画像の視認性が低下するおそれがある。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、表示画像の視認性を向上させた表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、レーザー光を出射するレーザー光源部と、前記レーザー光源部からの前記レーザー光を走査する走査部と、前記走査部を通じて前記レーザー光を走査する際、前記レーザー光を照射させるオン状態と前記レーザー光の照射を停止させるオフ状態との間で切り替える制御部と、前記走査部により走査される前記レーザー光を受けて表示画像を表す表示光を出射する液晶パネルと、を備える。

本発明によれば、表示画像の視認性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の模式図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー光源部の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る走査軌跡を示す液晶パネルの正面図である。 本発明の一実施形態に係る走査中における制御部の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る液晶パネルの画素を示す概略図である。 比較例に係る走査中の合成レーザー光が透過するマイクロレンズアレイを示す概略図である。

以下、本発明に係る表示装置を車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態について説明する。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のダッシュボード７内に設けられ、表示画像を表す表示光Ｌをウインドシールド２に向けて照射する。視認者３（主に運転者）は、ウインドシールド２に反射した表示光Ｌを受けて、表示画像を表す虚像Ｖを視認することができる。

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザー光源部１０と、走査部３０と、光学部材４１と、拡散部材４２と、液晶パネル２０と、光学リレー７３と、ハウジング８０と、制御部１００と、を備える。

ハウジング８０は、例えば、遮光性を有する樹脂によって箱状に形成される。ハウジング８０には、ウインドシールド２に対向する面に開口部８０ａが形成され、その開口部８０ａは、アクリル等の透光性樹脂により湾曲形状に形成される窓部８１によって塞がれている。表示光Ｌは、窓部８１を透過してハウジング８０内からウインドシールド２に向かう。ハウジング８０内には、制御部１００を除くヘッドアップディスプレイ装置１の各構成が内蔵されている。なお、制御部１００は、ハウジング８０内に設けられていてもよい。

図３に示すように、レーザー光源部１０は、照明部１１と、反射透過光学部１３と、輝度ムラ低減光学部１４と、を備える。
照明部１１は、赤色光Ｒを発する赤色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１１ｒと、緑色光Ｇを発する緑色ＬＥＤ１１ｇと、青色光Ｂを発する青色ＬＥＤ１１ｂと、を備える。制御部１００は、表示期間においては、３つのＬＥＤ１１ｒ,１１ｇ,１１ｂのうち何れか一つを発光させ、発光するＬＥＤ１１ｒ,１１ｇ,１１ｂを所定時間毎に切り替えるフィールドシーケンシャル方式にて照明部１１の制御を行う。

反射透過光学部１３は、光Ｒ,Ｇ,Ｂに基づき合成レーザー光Ｃを生成するものであって、光を反射する反射ミラー１３ａと、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、光の透過と反射を行うダイクロイックミラー１３ｂ、１３ｃと、を備える。

反射ミラー１３ａは、赤色ＬＥＤ１１ｒからの赤色光Ｒを輝度ムラ低減光学部１４に向かって反射する位置に設けられている。ダイクロイックミラー１３ｂは、緑色ＬＥＤ１１ｇからの緑色光Ｇを輝度ムラ低減光学部１４に向かって反射し、反射ミラー１３ａからの赤色光Ｒを透過する位置に設けられている。ダイクロイックミラー１３ｃは、青色ＬＥＤ１１ｂからの青色光Ｂを輝度ムラ低減光学部１４に向かって反射し、反射ミラー１３ａ及びダイクロイックミラー１３ｂからの赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを輝度ムラ低減光学部１４に向かって透過する位置に設けられている。

輝度ムラ低減光学部１４は、ミラーボックスやアレイレンズなどからなるもので、上述の合成レーザー光Ｃを乱反射、散乱、屈折させることで光のムラを低減する。

図２に示すように、走査部３０は、ミラー面３０ａを備え、そのミラー面３０ａを振動可能に構成される。走査部３０は、ピエゾ型、電磁型及び静電型の何れが採用されてもよい。走査部３０は、ミラー面３０ａを振動させることで、レーザー光源部１０が出射した合成レーザー光Ｃを液晶パネル２０に向けて反射させつつ走査する。これにより、液晶パネル２０の上面に表示画像Ｍが生成される。具体的な走査部３０の走査態様については後述する。

光学部材４１は、例えば、光学樹脂又は光学ガラスにより形成される凸レンズである。光学部材４１は、例えばフィールドレンズとして機能する。詳しくは、光学部材４１は、走査部３０からの合成レーザー光Ｃを合成レーザー光Ｃの入射角を調整したうえで拡散部材４２に入射させる。これにより、走査された合成レーザー光Ｃを光学リレー７３を介して視認者３のアイボックスに導くことができる。

拡散部材４２は、例えば、拡散板であり、光学部材４１を経た合成レーザー光Ｃを液晶パネル２０の表示領域２２に合わせて拡散する。拡散部材４２を経た合成レーザー光Ｃの拡散状態は等方性、異方性の何れであってもよい。この拡散部材４２により表示画像Ｍにスペックルノイズが生じることを抑制することができる。これにより、表示画像Ｍ及び虚像Ｖにおいて局所的に輝度が高くなることで表示画像Ｍ及び虚像Ｖが局所的にぎらつくことが抑制される。

図２に示すように、液晶パネル２０は、例えば、赤色、緑色、青色の３色のカラーフィルターを有するＴＦＴ液晶を備える。液晶パネル２０は走査された合成レーザー光Ｃに基づき表示画像Ｍを表示する。液晶パネル２０は、その中央部分に位置し、表示画像Ｍを表示する領域である表示領域２２を有する。

図６に示すように、液晶パネル２０は、マトリクス状に配置された複数の画素２１を有する。液晶パネル２０は、制御部１００による制御のもと、液晶分子の制御により画素２１毎に透過状態及び不透過状態の何れかに設定する。全ての画素２１は、透過状態及び不透過状態の何れかに設定される。透過状態にある画素２１ａは合成レーザー光Ｃを透過させる。これにより、画素２１ａは白色で表示される。不透過状態にある画素２１ｂは合成レーザー光Ｃを遮断する。これにより、画素２１ｂは黒色で表示される。

図２に示すように、光学リレー７３は、液晶パネル２０からの表示画像Ｍを表す表示光Ｌをウインドシールド２に導く。光学リレー７３は、例えば、平面ミラー７０と、凹面ミラー７１と、を備える。平面ミラー７０は、表示画像Ｍを表す表示光Ｌを凹面ミラー７１に向かって反射させる。凹面ミラー７１は、平面ミラー７０からの表示光Ｌをウインドシールド２に向かって反射させる。

制御部１００は、マイクロコンピュータにより構成され、レーザー光源部１０、液晶パネル２０及び走査部３０を制御する。
制御部１００は、走査部３０を駆動させることで、図４に示すように、合成レーザー光Ｃを主走査方向Ｈに沿って往復運動させつつ、副走査方向Ｖに沿って移動させる。主走査方向Ｈは、長方形板状の液晶パネル２０の長手方向に延びる。副走査方向Ｖは、液晶パネル２０の短手方向に延びる。これにより、走査軌跡５００は、走査開始位置Ｙａから走査終了位置Ｙｂまで副走査方向Ｖに沿って略正弦波をなす。走査開始位置Ｙａ及び走査終了位置Ｙｂは、対角線上に位置する液晶パネル２０の２つの角部にそれぞれ位置する。制御部１００は、合成レーザー光Ｃが走査終了位置Ｙｂに達した後に、合成レーザー光Ｃをその走査終了位置Ｙｂから走査開始位置Ｙａまで戻す。制御部１００は、走査中において、合成レーザー光Ｃが照射されるオン状態と合成レーザー光Ｃの照射が停止されるオフ状態との間で切り替える。

制御部１００は、図示しない車載制御部からの映像信号に基づき液晶パネル２０の全ての画素２１について透過状態及び不透過状態の何れかに設定する。制御部１００は、図６に示すように、レーザー光源部１０を通じて走査位置Ｐ１が透過状態の画素２１ａに位置するとき合成レーザー光Ｃをオンし、走査位置Ｐ２が不透過状態の画素２１ｂに位置するとき合成レーザー光Ｃをオフする。

図５のフローチャートに沿って、走査中における制御部１００の処理手順について説明する。
制御部１００は、合成レーザー光Ｃを走査するにあたって、走査する画素２１が透過状態、不透過状態の何れであるかを判別する（ステップＳ１０１）。そして、制御部１００は、走査する画素２１が透過状態にあるとき（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、合成レーザー光Ｃをオン状態とする（ステップＳ１０２）。一方、制御部１００は、走査する画素２１が不透過状態にあるとき（ステップＳ１０１；ＮＯ）、合成レーザー光Ｃをオフ状態とする（ステップＳ１０３）。制御部１００は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の後、走査が終了したか否かを判別する（ステップＳ１０４）。制御部１００は、走査が終了していない旨判別したとき（ステップＳ１０４；ＮＯ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。すなわち、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は、走査が終了するまで繰り返し行われる。制御部１００は、走査が終了した旨判別したとき（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、当該フローチャートに係る処理を終了する。

上記フローチャートによれば、図６に示すように、走査位置Ｐ１が透過状態の画素２１ａに位置するとき、合成レーザー光Ｃがその画素２１ａに出射される。走査位置Ｐ１が主走査方向Ｈに沿って移動することで、走査位置Ｐ２は不透過状態の画素２１ｂに進入する。走査位置Ｐ２が不透過状態の画素２１ｂに位置するとき合成レーザー光Ｃの出射が停止される。このため、合成レーザー光Ｃが不透過状態の画素２１ｂを透過することが抑制されるため、画素２１ｂをより確実に黒色で表示させることができる。このため、虚像Ｖにおいて黒色表示部分が視認者３によって視認されることが抑制されるため、虚像Ｖの視認性を向上させることができる。

本実施形態では拡散部材４２は拡散板であるが、この拡散板に代えてマイクロレンズアレイを採用した場合の比較例について説明する。図７に模式的に示すように、合成レーザー光Ｃが主走査方向Ｈに沿って移動した場合には、これら合成レーザー光Ｃがマイクロレンズアレイ１４２により一部Ａに集光する。本実施形態では拡散部材４２は拡散板であるため、このような集光が生じない。このため、拡散部材４２として拡散板が採用されることで、拡散部材４２としてマイクロレンズアレイ１４２が採用される場合に比べて、よりも高い表示品位の表示画像Ｍ、ひいては虚像Ｖを実現することができる。

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）ヘッドアップディスプレイ装置１は、合成レーザー光Ｃを出射するレーザー光源部１０と、レーザー光源部１０からの合成レーザー光Ｃを走査する走査部３０と、走査部３０を通じて合成レーザー光Ｃを走査する際、合成レーザー光Ｃを照射させるオン状態と合成レーザー光Ｃの照射を停止させるオフ状態との間で切り替える制御部１００と、走査部３０により走査される合成レーザー光Ｃを受けて表示画像Ｍを表す表示光Ｌを出射する液晶パネル２０と、を備える。
この構成によれば、走査中にオン及びオフ間で切り替わる合成レーザー光Ｃにより液晶パネル２０が照明される。このため、液晶パネル２０の黒表示部分（不透過状態の画素２１ｂ）において合成レーザー光Ｃをより確実に遮断することができるため、その黒色表示部において合成レーザー光Ｃが漏れることが抑制される。よって、表示画像Ｍ、ひいては虚像Ｖにおける黒表示部分と白表示部分とを高いコントラストで表示することができ、表示画像Ｍ及び虚像Ｖの視認性を向上させることができる。

（２）液晶パネル２０は、合成レーザー光Ｃが透過する透過状態及び合成レーザー光Ｃが遮断される不透過状態の何れかに設定される複数の画素２１を備える。制御部１００は、合成レーザー光Ｃを走査する際、走査位置Ｐ１が透過状態の画素２１ａに位置する場合には合成レーザー光Ｃをオン状態とし、走査位置Ｐ２が不透過状態の画素２１ｂに位置する場合には合成レーザー光Ｃをオフ状態とする。
この構成によれば、不透過状態の画素２１ｂには合成レーザー光Ｃが出射されないため、不透過状態の画素２１ｂから合成レーザー光Ｃが漏れることが抑制される。このため、表示画像Ｍ、ひいては虚像Ｖの視認性を向上させることができる。

（３）ヘッドアップディスプレイ装置１は、走査部３０からの合成レーザー光Ｃを液晶パネル２０の表示領域２２に合わせて拡散する拡散部材４２を備える。
この構成によれば、液晶パネル２０の表示領域２２に表示画像Ｍを表示させることができる。

（４）ヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザー光源部１０からの合成レーザー光Ｃを視認者３のアイボックスに合わせて調整する光学部材４１を備える。
この構成によれば、視認者３のアイボックスに表示光Ｌを照射することで、視認者３の視点がアイボックス内に位置するときに虚像Ｖを視認者３に視認させることができる。

（５）ヘッドアップディスプレイ装置１は、液晶パネル２０からの表示光Ｌを投射部材の一例であるウインドシールド２に導くことで表示画像Ｍに対応する虚像Ｖを表示する光学リレー７３を備える。
この構成によれば、虚像Ｖにおける黒色表示部分が視認者３に視認可能に光ることが抑制される。このため、虚像Ｖの視認性を向上させることができる。

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

上記実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１は車載用であったが、車載用に限らず、飛行機、船等の乗り物に搭載されてもよい。また、ヘッドアップディスプレイ装置１はメガネ型ウェアラブル端末に搭載されてもよい。また、上記実施形態においては、本発明に係る表示装置はヘッドアップディスプレイ装置１に具体化されていたが、直視型のディスプレイ表示装置であってもよい。

上記実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１は表示光Ｌを投射部材の一例であるウインドシールド２に投射していたが、投射部材はこれに限らず、専用のコンバイナであってもよい。

上記実施形態においては、拡散部材４２として拡散板が採用されていたが、これに限らず、拡散部材４２としてホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイが採用されてもよい。例えば、マイクロレンズアレイが採用されることで、スペックルノイズを抑制することができる。マイクロレンズアレイはその凸部が合成レーザー光Ｃの入射側であってもよいし、出射側であってもよい。拡散部材４２としてマイクロレンズアレイが採用された場合であっても少なくとも上記（１）に係る効果を奏することができる。

上記実施形態においては、レーザー光源部１０は、赤色ＬＥＤ１１ｒ、緑色ＬＥＤ１１ｇ及び青色ＬＥＤ１１ｂを１つずつ有していたが、複数個ずつ有していてもよい。また、レーザー光源部１０は、各ＬＥＤ１１ｒ,１１ｇ,１１ｂに代えて白色ＬＥＤを有していてもよい。この場合、反射透過光学部１３は省略されてもよい。

上記実施形態においては、光学部材４１は凸レンズであったが、これに限らず、凹面鏡であってもよい。

上記実施形態においては、レーザー光源部１０は、合成レーザー光Ｃにおける赤色、緑色、青色それぞれの光強度を検出するカラーセンサを備えてもよい。このカラーセンサは、例えば光学部材４１に設けられる。制御部１００は、このカラーセンサの検出結果に基づき、各ＬＥＤ１１ｒ,１１ｇ,１１ｂの出力を変化させてもよい。

１…ヘッドアップディスプレイ装置
２…ウインドシールド
１０…レーザー光源部
１１ｒ…赤色ＬＥＤ
１１ｂ…青色ＬＥＤ
１１ｇ…緑色ＬＥＤ
１３…反射透過光学部
２０…液晶パネル
２１，２１ａ，２１ｂ…画素
２２…表示領域
３０…走査部
４１…光学部材
４２…拡散部材
７０…平面ミラー
７１…凹面ミラー
７３…光学リレー
１００…制御部

Claims (5)

1. レーザー光を出射するレーザー光源部と、
   前記レーザー光源部からの前記レーザー光を走査する走査部と、
   前記走査部を通じて前記レーザー光を走査する際、前記レーザー光を照射させるオン状態と前記レーザー光の照射を停止させるオフ状態との間で切り替える制御部と、
   前記走査部により走査される前記レーザー光を受けて表示画像を表す表示光を出射する液晶パネルと、を備える、
   表示装置。
2. 前記液晶パネルは、前記レーザー光が透過する透過状態及び前記レーザー光が遮断される不透過状態の何れかに設定される複数の画素を備え、
   前記制御部は、前記レーザー光を走査する際、走査位置が前記透過状態の前記画素に位置する場合には前記レーザー光を前記オン状態とし、走査位置が前記不透過状態の前記画素に位置する場合には前記レーザー光を前記オフ状態とする、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記走査部からの前記レーザー光を前記液晶パネルの表示領域に合わせて拡散する拡散部材を備える、
   請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記レーザー光源部からの前記レーザー光を視認者のアイボックスに合わせて調整する光学部材を備える、
   請求項１から３の何れか１項に記載の表示装置。
5. 前記液晶パネルからの前記表示光を投射部材に導くことで前記表示画像に対応する虚像を表示する光学リレーを備える、
   請求項１から４の何れか１項に記載の表示装置。

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