(57)【要約】【課題】  投影部材に投影される表示光の輝度低下を極力抑制し、観察者が良好な表示形態を視認し得るヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  表示光Ｌを発する液晶表示素子（表示素子）２３と、表示光Ｌを反射させる凹面鏡４１と、液晶表示素子２３並びに凹面鏡４１を収納する空間部７３と凹面鏡４１で反射された表示光Ｌが通過する透光部７４とを有するハウジング７０とを備え、表示光Ｌの光路中には、表示光Ｌを透過させるとともに空間部７３に照射する赤外線を反射させるホットミラー６３が配設されてなり、ホットミラー６３は、光透過性の基板６３ａと、反射層６３ｂとから構成され、透光部７４から出射される表示光Ｌを投影部材１３に投影して観察者１４に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、液晶表示素子２３と基板６３ａとが、基板６３ａの屈折率と同程度の屈折率を有する透光性部材８０を介して接合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収納する空間部と前記反射部材で反射された前記表示光が通過する透光部とを有するハウジングとを備え、
前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光の光路中には、前記表示光を透過させるとともに前記透光部を通じて前記空間部に照射する赤外線を反射させる透過反射部材が配設されてなり、
前記透過反射部材は、光透過性の基板と、前記赤外線を反射させるべく前記基板の一方の面に設けられる反射層とから構成され、
前記透光部から出射される前記表示光を投影部材に投影して観察者に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、
前記一方の面とは反対側である他方の面側に配設される前記表示素子と前記基板とが、前記基板の屈折率と同程度の屈折率を有する透光性部材を介して接合されてなることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記透光性部材が、透光性の樹脂材料からなることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示器（表示素子）が発した表示光を車両のフロントガラス等の投影部材に投影し、観察者に虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のヘッドアップディスプレイ装置にあっては、例えば下記特許文献１に記載のごとく、車両のフロントガラス（投影部材）に表示器からの表示光を投射して虚像表示を行うものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６５０１１号公報
【０００４】
この特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に取り付けられており、表示光を発する表示器と、この表示器が発する表示光を反射させる凹面鏡（反射部材）と、表示器と凹面鏡とを収容（収納）する空間部と凹面鏡で反射された表示光が通過する透光部とを有するハウジングとを備え、凹面鏡を介して透光部から出射される表示光を投影部材に投影して観察者（運転者）に虚像（表示像）の表示を行うものである。
【０００５】
そして、この場合、表示器は、配線基板と、配線基板上に実装された発光ダイオードからなる光源と、この光源からの照明光を透過して表示光を形成するように光源の前方側に位置する液晶表示素子（表示素子）と、この液晶表示素の前方側に間隔を空けて配置されるホットミラー（透過反射部材）と、配線基板と光源と液晶表示素子とホットミラーとを収容する合成樹脂からなるケース体とを備えてなる。
【０００６】
ホットミラーは、略矩形状のアクリル樹脂からなる光透過性のガラス基板（基板）と、ガラス基板の一方の面（つまり凹面鏡と向かい合う面）に設けられる多層の干渉膜からなる反射層とから構成され、液晶表示素子から凹面鏡へと至る表示光の光路中に配設される。このホットミラーは、液晶表示素子が発する可視光線からなる表示光を効率よく凹面鏡側へと透過させるとともに、ハウジングの透光部を通じて空間部に照射する（例えば透光部、凹面鏡を介して表示器側へと入射する）太陽光のうち赤外線（熱線）を反射させる機能（特性）を有してなる。
【０００７】
またケース体には、ホットミラーの形状に対応するように開口形成され前記反射層を外部に臨ませるための前面開口部と、ホットミラー（ガラス基板）における背面側周縁を載置（保持）すべく、ケース体内壁面から内方に向けて突出形成された鍔部からなる保持部とが形成されている。このことは、ホットミラーは、その前面側である前記反射層側が前記前面開口部に臨むように前記保持部にて保持される構成であることを意味してなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したヘッドアップディスプレイ装置の場合、液晶表示素子から凹面鏡へと至る光路中に位置するホットミラーが、液晶表示素子の前方側に間隔を空けて配置された構成となっている。つまり、液晶表示素子とホットミラー（ガラス基板）との間には、空間領域からなるクリアランスが設けられた構成となっている。
【０００９】
すると、ホットミラーに備えられるアクリル樹脂であるガラス基板の屈折率が約１．５であるのに対し、前記クリアランス（つまり空気）の屈折率が１であることに起因して、液晶表示素子から発せられる表示光が、前記クリアランスを通じてホットミラー（ガラス基板）に入射する際に、表示光の一部がホットミラーと前記クリアランスとの境界面（つまり液晶表示素子側に位置するガラス基板背面）にて反射されるという現象が生じる。
【００１０】
このように液晶表示素子から発せられる表示光の全てがホットミラー（ガラス基板）に入射されずに、前記境界面にて表示光の一部が反射光として反射されるという現象の発生に伴い、前記反射光の分だけ凹面鏡を経て投影部材に投影される表示光の輝度が低下し、これにより観察者に良好な表示形態を視認させることが困難であるという問題があった。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、投影部材に投影される表示光の輝度低下を極力抑制し、観察者が良好な表示形態を視認し得るヘッドアップディスプレイ装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収納する空間部と前記反射部材で反射された前記表示光が通過する透光部とを有するハウジングとを備え、前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光の光路中には、前記表示光を透過させるとともに前記透光部を通じて前記空間部に照射する赤外線を反射させる透過反射部材が配設されてなり、前記透過反射部材は、光透過性の基板と、前記赤外線を反射させるべく前記基板の一方の面に設けられる反射層とから構成され、前記透光部から出射される前記表示光を投影部材に投影して観察者に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、前記一方の面とは反対側である他方の面側に配設される前記表示素子と前記基板とが、前記基板の屈折率と同程度の屈折率を有する透光性部材を介して接合されてなることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記透光性部材が、透光性の樹脂材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、初期の目的を達成でき、投影部材に投影される表示光の輝度低下を極力抑制し、観察者が良好な表示形態を視認し得るヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の概略図。
【図２】同実施形態による表示装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１、図２に基づいて、本発明を車両用のヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。
【００１６】
ヘッドアップディスプレイ装置は、図１に示すように車両１０のインパネ１１に配設された表示ユニットである表示装置１２が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス１３で車両１０の運転者（観察者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行うものである。換言すれば、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示装置１２の後述する液晶表示器から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３（前記投影部材）に照射（投射）し、この照射によって得られた表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させるものである。これにより運転者１４は、虚像Ｖを風景と重畳させて観察することができる。
【００１７】
表示装置１２は、図２に示すように液晶表示器２０と、第１反射器３０と、第２反射器４０と、回路基板５０と、覆い部材６０と、ハウジング７０とから主に構成されている。
【００１８】
液晶表示器２０は、配線基板２１に実装された発光ダイオードからなる光源２２と、この光源２２からの照明光を透過して表示光Ｌを形成するように光源２２の前方側（真上）に位置するＴＦＴ型の液晶表示素子（表示素子）２３とから主に構成される。このことは、液晶表示素子２３の背後（直下）に光源２２が配設され、液晶表示素子２３は、光源２２から発せられる光により、所定情報（後述する表示すべき情報）を表示することを意味している。
【００１９】
このように構成された液晶表示器２０は、表示光Ｌの出射側の面が覆い部材６０に備えられる後述するホットミラーに対向するようにしてハウジング７０内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記ホットミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。
【００２０】
また液晶表示素子２３は、図示しない素子駆動回路によって表示すべき情報（例えば車速）を、数値等で発光表示する。液晶表示器２０は、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力するもので、例えば赤色光（主に発光波長域６１０〜６４０ｎｍ）を発する光源２２を適用することができる。なお、前記表示すべき情報は、車速に限らず、エンジン回転数等のあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。
【００２１】
第１反射器３０は、前記ホットミラーの上方（真上）に位置してなるコールドミラー３１と、このコールドミラー３１を所定の取付手段を用いて取付固定するための取付部材３２とを有している。
【００２２】
コールドミラー３１は、略矩形状のガラス基材３１ａと、このガラス基材３１ａの片面（第２反射器４０の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された第１の反射膜３１ｂとからなり、かかる第１の反射膜３１ｂは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。
【００２３】
また、コールドミラー３１は、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）から発せられ、前記ホットミラーを透過してなる表示光Ｌを、第２反射器４０（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて配設される。
【００２４】
なお、コールドミラー３１は、液晶表示器２０の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率（例えば８０％以上）で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものである。この場合、コールドミラー３１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（太陽光の熱線）を低い反射率（例えば１５％以下）にて反射するものが適用される。なお、第１の反射膜３１ｂにて反射されない光は、コールドミラー３１を透過するように構成される。また、取付部材３２は、例えば黒色の合成樹脂材料からなり、ハウジング７０に固定されてなる。
【００２５】
第２反射器４０は、コールドミラー３１（つまり液晶表示素子２３）からの表示光Ｌを反射させる凹面鏡（反射部材）４１と、この凹面鏡４１を保持するミラーホルダ４２とを備えてなる。
【００２６】
凹面鏡４１は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基材に第２の反射膜４１ａを蒸着形成してなるものである。かかる凹面鏡４１は、その第２の反射膜４１ａがコールドミラー３１並びにハウジング７０の後述する透光性カバーに対向し、前記透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて配設される。
【００２７】
また凹面鏡４１は、コールドミラー３１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させるものである。このことは、凹面鏡４１が、コールドミラー３１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントガラス１３に投射することを意味している。なお、凹面鏡４１は、ミラーホルダ４２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダ４２は、合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなるものであり、ハウジング７０に固定されてなる。
【００２８】
回路基板５０は、例えば所定の配線パターンが施された硬質回路基板からなり、適宜固定手段によりハウジング７０内に固定されてなる。かかる回路基板５０には、後述するフレキシブル配線板の一端側が装着されるコネクタ５１、液晶表示素子２３を駆動する前記素子駆動回路、光源２２を発光制御する図示しない光源駆動回路等が搭載されてなる。
【００２９】
なお、図２中、Ｆはフレキシブル配線板であり、かかるフレキシブル配線板Ｆは、液晶表示素子２３と回路基板５０との電気的な接続を行うためのものであり、電源ライン、信号ライン、グランドラインからなる信号伝送ライン（図示せず）を備えてなる。
【００３０】
かかるフレキシブル配線板Ｆにおいて、回路基板５０側となるフレキシブル配線板Ｆの一端側は、コネクタ５１の内部に装着され、これによりフレキシブル配線板Ｆの一端側に位置する信号伝送ラインがコネクタ５１内部に設けられる複数の電極端子（図示せず）と各々導通接続される構成となっている。ここで、前記電極端子は、コネクタ５１に備えられる樹脂製の外装ケースで保護された構成であるものとする。
【００３１】
覆い部材６０は、例えば黒色の合成樹脂材料からなり、回路基板５０等を覆うように回路基板５０（液晶表示器２０）の上方側に位置してなり、回路基板５０と同様に、適宜固定手段によりハウジング７０に固定されてなる。
【００３２】
かかる覆い部材６０は、液晶表示素子２３の配設位置の上方側において、液晶表示素子２３の外形寸法よりも数ミリ程度大きい寸法を有する略矩形状の開口部６１を有してなる。この開口部６１は、液晶表示素子２３から発せられ、液晶表示素子２３からコールドミラー３１（凹面鏡４１）へと至る表示光Ｌを通過させる開口窓からなる。そして、本実施形態では、液晶表示素子２３や回路基板５０側となる覆い部材６０の背面部６２に開口部６１を塞ぐようにホットミラー（透過反射部材）６３を配設（固定）した構成としている。
【００３３】
ホットミラー６３は、略矩形状のアクリル樹脂からなる光透過性のガラス基板（基板）６３ａと、ガラス基板６３ａの一方の面（つまり図２中、ガラス基板６３ａの前面）に設けられる多層の干渉膜からなる反射層６３ｂとを備え、液晶表示素子２３からコールドミラー３１（凹面鏡４１）へと至る表示光Ｌの光路中に配設され、本例では、反射層６３ｂが、コールドミラー３１に形成された第１の反射膜３１ｂと向かい合うような位置関係となっている。
【００３４】
かかるホットミラー６３は、液晶表示素子２３が発する可視光線からなる表示光Ｌを効率よくコールドミラー３１側へと透過させるとともに、前記透光性カバー、凹面鏡４１、コールドミラー３１を通じてハウジング７０内部となる液晶表示器２０に照射する（もしくは凹面鏡４１、コールドミラー３１を介さずに前記透光性カバーを通じてハウジング７０内部となる液晶表示器２０に直接、照射する）太陽光のうち赤外線（熱線）を反射させる機能（特性）を有してなる。
【００３５】
つまり、ホットミラー６３に形成された反射層６３ｂは、前記熱線を反射させる機能を備えているため、前記熱線が、液晶表示器２０側には到達しないことになる。なお、ホットミラー６３は、両面テープ等の固定手段を用いて背面部６２に固定される。また、背面部６２とは反対側となる覆い部材６０表面には、太陽光による外光反射を低減するために黒色塗装を施すことが望ましい。
【００３６】
また本実施形態では、反射層６３ｂの形成された前記一方の面とは反対側であるガラス基板６３ａの他方の面側（つまり背面側）に配設される液晶表示素子２３とガラス基板６３ａとが、透光性部材８０を介して接合された構成となっている。この透光性部材８０は、透光性の樹脂材料（本例では透光性のシリコン樹脂）からなり、略平板状に形成され、その屈折率はガラス基板６３ａの屈折率と同程度となるように設定されている。本例では、透光性部材８０の屈折率を約１．４、ガラス基板６３ａの屈折率が約１．５としている。
【００３７】
このように本発明では図２中、下から順に液晶表示素子２３、透光性部材８０、ホットミラー６３（ガラス基板６３ａ）が積層配置される構成を採用したことで、従来のようにホットミラーが液晶表示素子の前方側に間隔を空けて配置された場合において、ホットミラー（ガラス基板）と液晶表示素子との間に形成されるクリアランス（つまり空気）の屈折率が１であるのに対しホットミラー（ガラス基板）の屈折率が約１．５と、両者の屈折率の相違に伴うホットミラーと前記クリアランスとの境界面（つまり液晶表示素子側に位置するガラス基板背面）での表示光の反射が極力防止されることになる。
【００３８】
換言すれば、図２中、下から順に液晶表示素子２３、透光性部材８０、ホットミラー６３（ガラス基板６３ａ）が積層配置された場合、液晶表示素子２３が発する表示光Ｌは、透光性部材８０の屈折率がガラス基板６３ａの屈折率と同程度となっていることに伴い、透光性部材８０を透過してガラス基板６３へと至る際に、透光性部材８０とガラス基板６３ａとの境界面Ｐにて反射され透光性部材８０内へと戻る光量は僅かである。
【００３９】
これにより液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌは、その光量がほとんど減衰することなく透光性部材８０とホットミラー６３とを通過した後、コールドミラー３１側へと至ることになる。
【００４０】
ハウジング７０は、例えば黒色の合成樹脂材料にて形成されてなり、ともに断面略凹部形状からなる上側ケース体７１と下側ケース体７２とを備え、上側ケース体７１と下側ケース体７２とで形成される内部空間である空間部７３において、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）や第１反射器３０、第２反射器４０（凹面鏡４１）、回路基板５０、覆い部材６０等を収納してなる。
【００４１】
上側ケース体７１には、凹面鏡４１の配設位置の上部（車両１０のフロントガラス１３側）が開口する開口窓部７１ａが形成されており、この開口窓部７１ａに透光部である透光性カバー７４が配設されてなる。かかる透光性カバー７４は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、凹面鏡４１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、コールドミラー３１並びに凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌは、開口窓部７１ａに配設された透光性カバー７４から出射され、この透光性カバー７４から出射される表示光Ｌがフロントガラス１３に投影されることで運転者１４に対し虚像表示が行われることになる。
【００４２】
このとき、前述したように液晶表示素子２３から発せられる表示光は、透光性部材８０の屈折率がガラス基板６３ａの屈折率と同程度になっていることで、透光性部材８０並びにホットミラー６３を通過する際、その光量がほとんど減衰することなくコールドミラー３１に到達するから、結果的にコールドミラー３１、凹面鏡４１を通じてフロントガラス１３へと投影されることになる表示光Ｌの輝度低下が極力抑制され、これにより運転者１４に対し良好な表示形態（表示像Ｖ）を視認させることが可能となる。
【００４３】
以上のように本実施形態では、表示光Ｌを発する液晶表示素子２３と、表示光Ｌを反射させる凹面鏡４１と、液晶表示素子２３並びに凹面鏡４１を収納する空間部７３と凹面鏡４１で反射された表示光Ｌが通過する透光性カバー７４とを有するハウジング７０とを備え、液晶表示素子２３から凹面鏡４１へと至る表示光Ｌの光路中には、表示光Ｌを透過させるとともに前記赤外線を反射させるホットミラー６３が配設されてなり、透光性カバー７４から出射される表示光Ｌをフロントガラス１３に投影して運転者１４に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、ホットミラー６３は、光透過性のガラス基板６３ａと、前記赤外線を反射させるべくガラス基板６３ａの前面に設けられる反射層６３ｂとを備え、ガラス基板６３ａの背面側に配設される液晶表示素子２３とガラス基板６３ａとが、ガラス基板６３ａの屈折率と同程度の屈折率を有する透光性部材８０を介して接合されてなる。
【００４４】
従って、液晶表示素子２３から発せられる表示光は、透光性部材８０並びにホットミラー６３を通過する際、その光量がほとんど減衰することなくコールドミラー３１に到達するから、フロントガラス１３へと投影されることになる表示光Ｌの輝度低下が極力抑制され、これにより運転者１４に対し良好な表示形態（表示像Ｖ）を視認させることが可能となる。
【００４５】
また本実施形態では、透光性部材８０が、ガラス基板（基板）６３の屈折率と同程度の屈折率を有する透光性のシリコン樹脂材料により形成された例について説明したが、例えばシリコン樹脂に代えてアクリル樹脂やウレタン樹脂を用いてもよい。
【００４６】
なお本実施形態では、液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌが、フロントガラス１３に投射される例について説明したが、例えばフロントガラス１３に表示光Ｌを良好に運転者１４方向に反射させるコンバイナフィルムを設けてもよいし、あるいはフロントガラス１３とは別の専用の反射体に表示光Ｌを投射する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１３    フロントガラス（投影部材）
１４    運転者（観察者）
２３    液晶表示素子（表示素子）
４１    凹面鏡（反射部材）
５０    回路基板
６０    覆い部材
６１    開口部
６３    ホットミラー（透過反射部材）
６３ａ  ガラス基板（基板）
６３ｂ  反射層
７０    ハウジング
７３    空間部
７４    透光性カバー（透光部）
８０    透光性部材
Ｌ    表示光
【図１】
2010243758.tif 000003
【図２】
2010243758.tif 000004