(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示光線の出射装置と、
その画像表示光線を観察者の視野に導くために光路変更すると共に、その観察者の前方視野からの光線を透過するコンバイナとを備える表示装置において、
その画像表示光線の出射装置は、
液晶動作モードがＢＴＮモードである透過型のモノクロ単純マトリクス液晶ディスプレイと、
その液晶ディスプレイの照射光の発光波長ピークを変更可能なバックライト装置と、
その液晶ディスプレイの画像表示タイミングとバックライト装置の所望の発光波長ピークによる発光タイミングとを同期可能な手段とを有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の陸上走行用の車両、船舶、航空機等の乗物に用いられるヘッドアップディスプレイ装置に適した表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用のヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）は、カーナビゲーション情報の表示用端末として用いられることで、走行中に前方を見ながらでも経路情報を入手できる。
【０００３】
そのようなヘッドアップディスプレイ装置は、画像表示光線の出射装置と、その画像表示光線を観察者の視野に導くために光路変更すると共に、その観察者の前方視野からの光線を透過するコンバイナとを備える。
【０００４】
従来、その画像表示光線の出射装置としては、充分な表示輝度を得られるＶＦＤ（蛍光表示管）を用いて固定パターンの画像表示光線を出射するものが中心であったが、近年、透過形のドットマトリクス液晶ディスプレイとバックライトとを用いて種々のパターンの画像表示光線を出射するものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そのドットマトリクス液晶ディスプレイとしては、走査電極から各画素の液晶を直接駆動する単純マトリクス型と、各画素に対応するＴＦＴ等のスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型とがある。
【０００６】
単純マトリクス型の液晶ディスプレイでは、液晶動作モードとしてＳＴＮモードが一般に用いられている。しかし、ＳＴＮモードにおいてカラー表示を行なう場合、光学位相補償用の逆ねじれＳＴＮ等を積層したＤ‐ＳＴＮ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒｅｄ‐ＳＴＮ）モードにする必要があり、構造が複雑化するという問題がある。また、単純マトリクス型の液晶ディスプレイは、表示画像を切り換える際の応答速度が遅いため、情報画像の明瞭な表示を即座に行なうことができない。
【０００７】
アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイでは、表示パネルにＴＦＴ等のスイッチング素子を設ける必要があるため開口率が低い。そのため、カラー表示を行なうためにカラーフィルタを表示パネルに積層すると、カラーフィルタの透過率の低さと相まって、全体として光の透過率が約５％程度と非常に低くなる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置としての十分な表示輝度を確保するためには、発熱量の小さなＬＥＤ光源等は光量不足で使用できず、ハイパワーの光源が必要になって発熱量が巨大になるため実用性には乏しい。また、ＴＦＴ等のスイッチング素子を各画素に対応して設けるためにコストが増大してしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決することのできる表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像表示光線の出射装置と、その画像表示光線の光路を変更して観察者の視野に導くと共に、その観察者の前方視野からの光線を透過するコンバイナとを備える表示装置において、その画像表示光線の出射装置は、液晶動作モードがＢＴＮ（双安定ねじれネマティック）モードである透過型のモノクロ単純マトリクス液晶ディスプレイと、その液晶ディスプレイの照射光の発光波長ピークを変更可能なバックライト装置と、その液晶ディスプレイの画像表示タイミングとバックライト装置の所望の発光波長ピークによる発光タイミングとを同期可能な手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の構成によれば、一つの情報を構成する複数の画像を液晶ディスプレイにより時分割に繰り返し表示し、その表示画像の表示タイミングとバックライト装置の所望の発光波長ピークによる発光タイミングとを同期させることで、その一つの情報をカラーフィルターを用いることなく多色画像として観察者に認識させることができる。また、その液晶ディスプレイの液晶動作モードは、液晶分子が二つのねじれ角において一定の配列を数秒間維持することを利用するＢＴＮモードであるので、ＴＦＴ等のスイッチング素子を用いることなく画像の切り換えを高速に行ない、Ｄ‐ＳＴＮモードでは不可能な複数画像の時分割表示が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置を構成する表示装置１を示し、車両のダッシュボード等の筐体２に内蔵される画像表示光線Ｌ１の出射装置３と、その筐体２上に設けられるコンバイナ４とを備え、カーナビゲーション情報の表示用端末として用いられる。
【００１３】
そのコンバイナ４は、その画像表示光線Ｌ１の光路を観察者Ａの視野に導くために変更すると共に、車両のフロントガラス５を透過する観察者Ａの前方視野からの光線Ｌ２を透過する。これにより、その画像表示光線Ｌ１により前遠方に形成される虚像と実際の景色とを観察者Ａは視認することができる。
そのコンバイナ４としては、画像表示光線Ｌ１の光路を変更前後において同軸上にないものとし、観察者Ａの前方視野からの光線Ｌ２を透過することができるものであればよく、例えば、その画像表示光線Ｌ１を反射するハーフミラーや回折するホログラム素子により構成できる。なお、その出射装置３とコンバイナ４との間に、ミラー等の別の光学系を介在させてもよい。
【００１４】
図２に示すように、その出射装置３は、透過型のモノクロ単純マトリクス液晶ディスプレイ１１と、この液晶ディスプレイ１１の照射光の波長を変更可能なバックライト装置１２と、その液晶ディスプレイ１１とバックライト装置１２の制御装置１３とを有する。
【００１５】
その液晶ディスプレイ１１の液晶動作モードは、液晶分子が二つのねじれ角において一定の配列を数秒間維持することを利用するＢＴＮモードであり、各走査電極から各画素の液晶を直接駆動することで、各画素を光の透過状態と非透過状態とに切り換えることができるものである。
【００１６】
そのバックライト装置１２は、光源として基板２１上に形成されたＬＥＤアレイ２２と、そのＬＥＤアレイ２２の発光光線を液晶ディスプレイ１１の表示面全体に均一に照射できるように散乱させる散乱板２３とを有する。そのＬＥＤアレイ２２は、発光波長ピークが互いに異なる３種類のＬＥＤ２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを、基板２１上に均一に分布するように形成することで構成されている。本実施形態では、各種類のＬＥＤ２２ｒ、２２ｇ、２２ｂの発光波長ピークに対応する色は赤、緑、青の三原色とされている。
【００１７】
その制御装置１３は、その液晶ディスプレイ１１の画像表示タイミングとバックライト装置１２の所望の発光波長ピークによる発光タイミングとを同期可能なものであり、液晶ドライバ３１と、バックライトドライバ３２と、両ドライバ３１、３２の制御用コンピュータ３３と、このドライバ制御用コンピュータ３３に接続されるメモリ３４と、そのコンピュータ２２とメモリ３４とに接続されるナビゲーション情報決定用コンピュータ３５と、このコンピュータ３５に接続されるＧＰＳセンサ３６とを有する。
【００１８】
そのＧＰＳセンサ３６は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を構成する人工衛星からの信号をナビゲーション情報決定用コンピュータ３５に送る。
【００１９】
そのナビゲーション情報決定用コンピュータ３５は、その人工衛星からの信号と記憶したプログラムとに基づき、ナビゲーション情報を構成する赤、緑、青の各画像の特定データを決定してメモリ３４に記憶させると共に、各データの表示順序、表示時間等に基づき表示指示信号を生成してドライバ制御用コンピュータ３３に送る。
【００２０】
そのメモリ３４は、赤色画像データの記憶領域３４ｒと、緑色画像データの記憶領域３４ｇと、青色画像データの記憶領域３４ｂとを有する。
【００２１】
そのドライバ制御用コンピュータ３３は、その表示指示信号によりメモリ３４の各記憶領域３４ｒ、３４ｇ、３４ｂから画像特定データを読み出し、液晶ドライバ３１に画像特定データにより特定される画像の形状に対応する制御信号を送ると共に、その制御信号に同期してバックライトドライバ３２に画像特定データにより特定される画像の色に対応する制御信号を送る。
【００２２】
その液晶ドライバ３１は、液晶ディスプレイ１１の各画素の液晶駆動信号を送る。
【００２３】
そのバックライトドライバ３２は、バックライト装置１２にＬＥＤ２２ｒ、２２ｇ、２２ｂの発光駆動信号を送る。
【００２４】
図３の（１）、（２）、（３）および図４は、上記表示装置１による右折表示例を示す。
【００２５】
まず、ナビゲーション情報決定用コンピュータ３５が、ＧＰＳセンサ３６からの信号に基づき右折表示を行なうことを決定し、メモリ３４の赤色画像データの記憶領域３４ｒに円形領域に対応する画像データを記憶させ、緑色画像データの記憶領域３４ｇと青色画像データの記憶領域３４ｂとに右折指示矢印に対応する画像データを記憶させる。また、最初に赤色画像データを予め定めた一定の単位時間表示し、次に右折指示矢印を赤色画像データの２倍の時間表示し、その表示を繰り返すことを決定し、その決定に対応する表示指示信号を生成してドライバ制御用コンピュータ３３に送る。
【００２６】
これにより、そのドライバ制御用コンピュータ３３は、先ず、その表示指示信号によりメモリ３４の赤色画像データの記憶領域３４ｒから画像特定データを読み出し、液晶ドライバ３１に円形画像の形状に対応する制御信号を送ると共に、その制御信号に同期してバックライトドライバ３２に赤色に対応する制御信号を送る。
【００２７】
その液晶ドライバ３１は、液晶ディスプレイ１１に円形画像を表示できるように光の透過状態となる画素と非透過状態となる画素ができるように駆動信号を送る。これにより、図３の（１）に示すように、液晶ディスプレイ１１において円形画像１１ａを構成する画素が光の透過状態とされると共に他の部分の画素が光の非透過状態とされる。また、そのバックライトドライバ３２は、バックライト装置１２に赤色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｒを発光させる駆動信号を送る。これにより、その液晶ディスプレイ１１の円形画像の表示タイミングに同期して、バックライト装置１２の赤色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｒが点灯状態とされ、緑色と青色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｇ、２２ｂが消灯状態とされる。
【００２８】
次に、ドライバ制御用コンピュータ３３は、その表示指示信号によりメモリ３４の青色画像データの記憶領域３４ｂから画像特定データを読み出し、液晶ドライバ３１に右折矢印画像の形状に対応する制御信号を送ると共に、その制御信号に同期してバックライトドライバ３２に青色に対応する制御信号を送る。その液晶ドライバ３１は、液晶ディスプレイ１１に右折矢印画像を表示できるように光の透過状態となる画素と非透過状態となる画素ができるように駆動信号を送る。これにより、図３の（２）に示すように、液晶ディスプレイ１１において右折指示矢印画像１１ｂを構成する画素が光の透過状態とされると共に他の部分の画素が光の非透過状態とされる。この液晶ディスプレイ１１の右折指示矢印画像の表示タイミングに同期して、バックライト装置１２の青色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｂが点灯状態とされ、赤色と緑色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｒ、２２ｇが消灯状態とされる。
【００２９】
次に、ドライバ制御用コンピュータ３３は、その表示指示信号によりメモリ３４の緑色画像データの記憶領域３４ｇから画像特定データを読み出し、液晶ドライバ３１に右折矢印画像の形状に対応する制御信号を送ると共に、その制御信号に同期してバックライトドライバ３２に緑色に対応する制御信号を送る。その液晶ドライバ３１は、液晶ディスプレイ１１に右折矢印画像を表示できるように光の透過状態となる画素と非透過状態となる画素ができるように駆動信号を送る。これにより、図３の（３）に示すように、液晶ディスプレイ１１において右折指示矢印画像１１ｂを構成する画素が引き続いて光の透過状態とされると共に他の部分の画素が光の非透過状態とされる。この液晶ディスプレイ１１の右折指示矢印画像の表示タイミングに同期して、バックライト装置１２の緑色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｇが点灯状態とされ、赤色と青色に対応する発光波長ピークのＬＥＤ２２ｒ、２２ｂが消灯状態とされる。
【００３０】
上記図３の（１）〜（３）に示された画像が時分割に繰り返し表示され、その表示タイミングにバックライト装置１２のＬＥＤ２２ｒ、２２ｇ、２２ｂの中の所望の色の発光波長ピークのものの発光タイミングが同期される。これにより、図４に示すように、赤色の円形画像Ｒに白色の右折指示矢印画像Ｗがあるように観察者Ａに視認される。
【００３１】
上記構成によれば、一つの情報を構成する複数の画像１１ａ、１１ｂを液晶ディスプレイ１１により時分割に繰り返し表示し、その表示画像１１ａ、１１ｂの表示タイミングとバックライト装置１２の所望の発光波長ピークによる発光タイミングとを同期させることで、その一つの情報をカラーフィルターを用いることなく多色画像Ｒ、Ｗとして観察者Ａに認識させることができる。また、その液晶ディスプレイ１１の液晶動作モードは、液晶分子が二つのねじれ角において一定の配列を数秒間維持することを利用するＢＴＮモードであるので、ＴＦＴ等のスイッチング素子を用いることなく画像の切り換えを高速に行ない、Ｄ‐ＳＴＮモードでは不可能な複数画像の時分割表示が可能になる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、バックライト装置による液晶ディスプレイの照射光の発光波長ピークは三原色に対応するものに限定されず、他の色に対応するものでもよく、また、２色や４色以上に対応するものであってもよく、少なくとも２種類以上の波長ピークで発光できればよい。また、表示画像の内容もナビゲーション情報に対応するものに限定されず、任意の内容にできる。また、本発明の表示装置の用途は自動車搭載用ヘッドアップディスプレイ装置に限定されず、例えば、屋外にて明瞭な情報を必要とする他の車両、オートバイ、船舶、航空機等に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置としても利用できる。また、上記ドライバ制御用コンピュータ３３に代えて、書き込み、消去が可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ）を使用してもよい。また、バックライト装置の光源となる複数種類のＬＥＤは均一に分布配列されるものに限定されず、表示画像に応じて一定のパターンで配列され、各パターンのＬＥＤが互いに独立した回路により制御されてもよい。また、光源としてはＬＥＤに限定されず、発熱量の比較的小さなものであれば使用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の表示装置によれば、カラーフィルターを用いることなくカラー表示できると共に液晶駆動用のスイッチング素子を設ける必要がないため、液晶ディスプレイにおけるバックライト光の透過率を向上し、バックライト装置として発熱量の小さなＬＥＤ光源等を用いても充分な表示輝度を確保できる。また、液晶駆動用のスイッチング素子を各画素に対応して設ける必要がないためコストを低減できる。さらに、画像の切り換えを高速に行なえるため、情報画像の明瞭な表示を即座に行なうことができ、観察者の眼精疲労を防止できる。
【００３４】
【本発明の実施態様】
本発明の表示装置におけるバックライト装置は、発光波長ピークが互いに異なる３種類の発光素子であって、各種類の発光素子の発光波長ピークに対応する色は三原色とされているのが好ましい。これにより、任意の色の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の表示装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の表示装置の要部の構成説明図
【図３】本発明の実施形態の表示装置の作用説明図
【図４】本発明の実施形態の表示装置による表示例を示す図
【符号の説明】
１  表示装置
３  出射装置
４  コンバイナ
１１  液晶ディスプレイ
１２  バックライト装置
１３  制御装置
Ａ  観察者
Ｌ１  画像表示光線
【図１】
0003613867.tif 000002
【図２】
0003613867.tif 000003
【図３】
0003613867.tif 000004
【図４】
0003613867.tif 000005