(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の透明基板の間に、光を透過する状態と散乱する状態との切換が可能な高分子分散型液晶層を狭持し、画素毎に光の透過と散乱とを切換制御することにより画像又は文字の情報を表示する透過型液晶表示器と、この透過型液晶表示器に表示情報の信号を与える信号発生装置と、前記透過型液晶表示器を照明する照明装置とを備え、画像、文字の表示像を外景に重ねて表示するディスプレイ装置であって、
前記照明装置は、外光を集める集光手段と、所定範囲内の波長の光を透過するカラーフィルタと、このカラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが共役関係となるように配置された照明光学素子と、前記集光手段から前記カラーフィルタおよび前記照明光学素子を通過した光を前記液晶表示器の表示面に導く透明な導光板とを備えているディスプレイ装置。
【請求項２】
前記カラーフィルタが、異なる波長の光を透過する複数のエリアからなるカラーエリア分割手段である請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記カラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが傾斜して配置され、前記照明光学素子は前記カラーフィルタおよび前記液晶表示器の表示面とシャインプルーフの条件を満たすように配置されている請求項１又は２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタから照明光学素子を経て前記導光板の端面に入射する光が前記導光板内を全反射しながら伝播するように、前記導光板の端面に入射する光の入射角が設定されている請求項１、２又は３記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記照明光学素子の主面と前記液晶表示器の表示面とが成す角度が７０度から９０度の範囲内にある請求項１から４のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記カラーフィルタと前記照明光学素子の主面とが成す角度が４０度から９０度の範囲内にある請求項１から５のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記照明光学素子が前記導光板の端面に一体に形成されている請求項１から６のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記照明光学素子は、複数の光学素子を並べて構成したアレイ光学素子である請求項１から７のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記照明光学素子が回折素子で構成されている請求項１から８のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記照明光学素子がフレネルレンズで構成されている請求項１から８のいずれか一項記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
一対の透明基板の間に、光を透過する状態と散乱する状態との切換が可能な高分子分散型液晶層を狭持し、画素毎に光の透過と散乱とを切換制御することにより画像又は文字の情報を表示する透過型液晶表示器と、この透過型液晶表示器に表示情報の信号を与える信号発生装置と、前記透過型液晶表示器を照明する照明装置とを備え、画像、文字の表示像を外景に重ねて表示するディスプレイ装置であって、
前記照明装置は、外光を集める集光手段と、自己発光する光源と、所定範囲内の波長の光を透過するカラーフィルタと、このカラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが共役関係となるように配置された照明光学素子と、前記集光手段から前記カラーフィルタおよび前記照明光学素子を通過した光を前記液晶表示器の表示面に導く透明な導光板とを備えているディスプレイ装置。
【請求項１２】
外光の強度を検出し、その強度が設定値以上の場合は前記光源の発光を停止し、設定値未満の場合は前記光源を発光させる請求項１１記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記カラーフィルタが、異なる波長の光を透過する複数のエリアからなるカラーエリア分割手段である請求項１１又は１２記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項記載のディスプレイ装置を用いた車載用ナビゲーション表示システム。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項記載のディスプレイ装置を用いた携帯情報端末用表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の運転者が速度、警報等の情報を前方の外景に重ねて見ることができるディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のディスプレイ装置はヘッドアップディスプレイと呼ばれ、最近の自動車のなかには、このヘッドアップディスプレイが装備されているものがある。
【０００３】
図８に、従来のヘッドアップディスプレイの構成を示す。図８において、１０１は透過型液晶表示板、１０２はハロゲンランプ、１０３および１０４はミラーである。透過型液晶表示板１０１をハロゲンランプ１０２で照明して形成された表示光束１０５は、ミラー１０３および１０４で反射してホログラム１０６に入射する。ホログラム１０６で表示光束１０５のうちの緑色光のみが反射され、反射した光束はウインドシールド１０７のビームコンバイナー（ハーフミラー）１０８で反射して運転者の目に至る。したがって、運転者から見ると、車両前方に虚像１０９が形成され、各種情報が前方の外景に重畳した形で表示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のディスプレイ装置は、晴天時の昼間のように外光が強い場合に虚像が見づらくなる。このような場合に良好な視認性を確保するためには、照明光の光源として光量の大きいものが必要となる。従来、２０Ｗ以上の光源が用いられており、このため消費電力が大きく、光源の放熱のための空間や冷却機構が不可欠であった。
【０００５】
また、透過型液晶表示器およびハロゲンランプを含む画像形成部がウインドシールドから離れた箇所に配置され、透過型液晶表示器からの表示像を複数のミラーで反射させてウインドシールド近傍まで導いている。従って、装置全体が大型化し、これを収納するための大きい空間が例えばダッシュボード内に必要となる。
【０００６】
本発明は上記のような従来の問題点に鑑み、各種情報を外景に重ねて表示することができ、しかも光量の大きな光源が不要で発熱が小さい省電力、省スペースのディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のディスプレイ装置は、一対の透明基板の間に、光を透過する状態と散乱する状態との切換が可能な高分子分散型液晶層を狭持し、画素毎に光の透過と散乱とを切換制御することにより画像又は文字の情報を表示する透過型液晶表示器と、この透過型液晶表示器に表示情報の信号を与える信号発生装置と、前記透過型液晶表示器を照明する照明装置とを備え、画像、文字の表示像を外景に重ねて表示するディスプレイ装置であって、前記照明装置は、外光を集める集光手段と、所定範囲内の波長の光を透過するカラーフィルタと、このカラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが共役関係となるように配置された照明光学素子と、前記集光手段から前記カラーフィルタおよび前記照明光学素子を通過した光を前記液晶表示器の表示面に導く透明な導光板とを備えている。
【０００８】
このような構成によれば、各種情報を外景に重ねて表示することができ、しかも自己発光型の光源を用いず、外光によって液晶表示器の表示面を照明するので、発熱が小さく省電力、かつ省スペースのディスプレイ装置が提供される。好ましくは、前記カラーフィルタが、異なる波長の光を透過する複数のエリアからなるカラーエリア分割手段であることにより、エリアごとに各種情報を複数の色で表示することができる。
【０００９】
また、前記カラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが傾斜して配置され、前記照明光学素子は前記カラーフィルタおよび前記液晶表示器の表示面とシャインプルーフの条件を満たすように配置されていることが好ましい。これにより、カラーフィルタを透過した光を効率良く液晶表示器の表示面に導くことができる。
さらに前記カラーフィルタから照明光学素子を経て前記導光板の端面に入射する光が前記導光板内を全反射しながら伝播するように、前記導光板の端面に入射する光の入射角が設定されていることが好ましい。これにより、透過モードの液晶エリアに入射した光束が外に漏れて観察者に届くことが防がれ、散乱モードの表示のコントラストが向上する。
【００１０】
また、前記照明光学素子の主面と前記液晶表示器の表示面とが成す角度が７０度から９０度の範囲内にあることが好ましい。前記カラーフィルタと前記照明光学素子の主面とが成す角度は４０度から９０度の範囲内にあることが好ましい。これらの範囲内の角度に設定することにより、カラーフィルタを透過した光束を効率よく液晶表示器の表示面に導くことができる。
【００１１】
前記照明光学素子は前記導光板の端面に一体に形成することが好ましく、これによって低コスト化が可能になる。前記照明光学素子は、複数の光学素子を並べて構成したアレイ光学素子であることが好ましく、回折素子またはフレネルレンズで構成されていることが好ましい。これによって照明光学素子を薄板状に形成することができる。
【００１２】
本発明の別のディスプレイ装置は、一対の透明基板の間に、光を透過する状態と散乱する状態との切換が可能な高分子分散型液晶層を狭持し、画素毎に光の透過と散乱とを切換制御することにより画像又は文字の情報を表示する透過型液晶表示器と、この透過型液晶表示器に表示情報の信号を与える信号発生装置と、前記透過型液晶表示器を照明する照明装置とを備え、画像、文字の表示像を外景に重ねて表示するディスプレイ装置であって、
前記照明装置は、外光を集める集光手段と、自己発光する光源と、所定範囲内の波長の光を透過するカラーフィルタと、このカラーフィルタと前記液晶表示器の表示面とが共役関係となるように配置された照明光学素子と、前記集光手段から前記カラーフィルタおよび前記照明光学素子を通過した光を前記液晶表示器の表示面に導く透明な導光板とを備えているディスプレイ装置。
【００１３】
このような構成によれば、外光の強度が十分でない場合に、自己発光する光源を補助的に用いることができる。光源からの光は外光と同様に、集光手段によってカラーフィルタへ集められる。好ましくは、外光の強度を検出し、その強度が設定値以上の場合は前記光源の発光を停止し、設定値未満の場合は前記光源を発光させることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明のディスプレイ装置の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るディスプレイ装置の構成を示す側面図（断面図）である。図１において、１は透過型の液晶表示器、２は外光を集める集光手段としてのシリンドリカルミラー、３は所定範囲の波長の光のみを透過するカラーフィルタ、４はフレネルレンズで構成された照明光学素子、５は照明光を液晶表示器１に導く透明板状の導光板、６は液晶表示器１の表示面である。このような構成のディスプレイ装置の斜視図を図２に示す。また、側面視での光学配置図を図３に示す。さらに、背面視での光学配置図を図４に示す（破線が光路を示している）。照明光学素子４は、図４に示すように、フレネルレンズを主面方向に並べたアレイ状の光学素子である。
【００１５】
外光はミラー２によってカラーフィルタ３に集光される。カラーフィルタ３は、図２に示されているように、赤色（中心波長６５０ｎｍ）の光を透過するエリアと、緑色（中心波長５５０ｎｍ）の光を透過するエリアとに分かれている。カラーフィルタ３の各エリアを透過した光は、照明光学素子４を経て、導光板５によって液晶表示器１の表示面６に導かれる。液晶表示器１は、高分子分散型液晶とこれを狭持する透明電極が形成された２枚の透明基板とからなり、信号発生装置からの信号に従って画素毎に散乱状態または透明状態に切り換えられることにより、画像や文字を表示する。
【００１６】
このとき、側面から見てカラーフィルタ３、照明光学素子４、および表示面６は、図３に示す如く、シャインプルーフの条件をほぼ満たすように配置されている。照明光学素子４によってカラーフィルタ３と表示面６は光学的に共役となっている。図３に示すように、照明光学素子４の主面と表示面６の交線８と照明光学素子４の主点７との距離をＡ、照明光学素子４の主面とカラーフィルタ３の交線９と照明光学素子４の主点７との距離をＢ、照明光学素子４の主面と表示面６とが成す角をθ（度）、照明光学素子４の主面とカラーフィルタ３とが成す角をΦ（度）、照明光学素子４の焦点距離をｆとし、各数値の具体例を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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なお、本実施形態では、照明光学素子４としてフレネルレンズのアレイを用いたが、長手方向での集光が不要な場合はシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、フレネルレンズではなく通常の凸レンズあるいは回折素子を用いてもよい。
（実施形態２）
次に、図５は、本発明の実施形態２に係るディスプレイ装置の構成を示す側面図（断面図）である。図５において、１０は透過型の液晶表示器、１１は外光を集めるシリンドリカルミラー、１２は光源、１３は所定範囲の波長の光のみを透過するカラーフィルタ、１４はフレネルレンズをアレイ状に並べた照明光学素子、１５は透明板状の導光板、１６は液晶表示器１０の表示面である。
【００１８】
外光はミラー１１によってカラーフィルタ１３に集光される。カラーフィルタ１３は、赤色（中心波長６５０ｎｍ）の光を透過するエリアと、緑色（中心波長５５０ｎｍ）の光を透過するエリアとに分かれている。カラーフィルタ１３の各エリアを透過した光は、照明光学素子１４を経て、導光板１５によって液晶表示器１０の表示面１６に導かれる。液晶表示器１０は、高分子分散型液晶とこれを狭持する透明電極が形成された２枚の透明基板からなり、信号発生装置からの信号に従って画素毎に散乱状態又は透明状態に切り換えられることにより、画像や文字を表示する。
【００１９】
実施形態１で図３を用いて説明したのと同様に、本実施形態でも、側面から見てカラーフィルタ１３、照明光学素子１４、表示面１６はシャインプルーフの条件をほぼ満たす配置であり、照明光学素子１４によってカラーフィルタ１３と表示面１６が光学的に共役となっている。具体的な配置を規定する各定数についても、実施形態１で示した例と同様にすればよい。
【００２０】
本実施形態は、実施形態１の構成に加えて光源１２を備えている。そして、図示しない外光強度検出器の検出情報に基づいて、外光の強度が設定値以上の場合は光源１２の発光を停止し、外光のみによって液晶表示器１０を照明する。しかし、外光の強度が設定値未満のときは光源１２を発光させ、光源１２からの光を主に、又は補助的に用いて、液晶表示器１０を照明する。
【００２１】
次に、上記のような本発明のディスプレイ装置を車載用ナビゲーションシステムの表示システムに適用した例を図６に示す。ナビゲーション表示システム１７は、車の運転席前方のウインドシールド１８に近接させて、ダッシュボード１９の上に配置される。運転者は、前方の外景を見ている状態から余り視線を動かさずに、ナビゲーションシステムの表示を見ることができる。また、本発明のディスプレイ装置を携帯情報端末の表示システムに適用した例を図７に示す。携帯情報端末本体２１のカバー部に表示システム２０が一体化されている。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、各種情報を外景に重ねて表示することができ、しかも自己発光型の光源を用いず、外光によって液晶表示器の表示面を照明することができる省電力、低発熱、かつ省スペースのディスプレイ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るディスプレイ装置の構成を示す側断面図
【図２】図１のディスプレイ装置の斜視図
【図３】図１のディスプレイ装置の側面視での光学配置図
【図４】図１のディスプレイ装置の背面視での光学配置図
【図５】本発明の実施形態２に係るディスプレイ装置の構成を示す側断面図
【図６】本発明のディスプレイ装置を車載用ナビゲーションシステムの表示システムに適用した例を示す図
【図７】本発明のディスプレイ装置を携帯情報端末の表示システムに適用した例を示す図
【図８】従来のヘッドアップディスプレイの構成図
【符号の説明】
１，１０  液晶表示器
２，１１  ミラー
３，１３  カラーフィルタ
４，１４  照明光学素子
５，１５  導光板
６，１６  表示面
７  主点
８，９  交線
１２  光源
１７  ナビゲーションシステム用表示システム
１８  ウインドシールド
１９  ダッシュボード
２０  携帯情報端末用表示システム
２１  携帯情報端末本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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