JP2003295105A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ

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JP2003295105A
JP2003295105A JP2002098079A JP2002098079A JP2003295105A JP 2003295105 A JP2003295105 A JP 2003295105A JP 2002098079 A JP2002098079 A JP 2002098079A JP 2002098079 A JP2002098079 A JP 2002098079A JP 2003295105 A JP2003295105 A JP 2003295105A
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crystal display
display element
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Masao Ogawara
雅夫 大河原
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Kyocera Display Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】高輝度、高解像度のカラー表示を実現すること
ができ、かつ、利便性を向上することができるヘッドア
ップディスプレイを提供する。 【解決手段】光源を複数色、例えばお互いに補色の関係
を有する2種類の発光ダイオード光源2,3とし、液晶
表示素子を白黒TFT液晶表示素子8とし、フィールド
シーケンシャル方式によって加法混色のカラー表示す
る。TFTはアモルファスシリコンで画素部以外の非表
示部にはパネルの表裏に低反射膜を有するブラックマト
リクスを配置していることが特徴である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップディスプ
レイに係り、特に、液晶表示素子によって形成されたカ
ラー画像の表示光を画像投影面上に投影するヘッドアッ
プディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、車載用におけるスピードメー
タ等の計器の表示手段として、計器の表示画像をミラー
に反射させた後にフロントガラスのウインドシールド上
に投影するヘッドアップディスプレイが採用されてい
た。
【0003】また、このようなヘッドアップディスプレ
イには、VF表示機あるいは液晶表示機がよく用いられ
ている。特に液晶表示機としては、スタティック駆動方
式を用いたツイステッドネマチック型液晶表示素子、低
デューティのマルチプレックス駆動方式のスーパーツイ
ステッドネマチック型液晶表示素子等のパッシブ型の液
晶表示素子が一般的に用いられていた。また、カラー化
の要求により、RGBのマイクロカラーフィルタを備え
た液晶表示素子の採用、高精細表示、高輝度表示の要求
により、近年においては、アクティブ型の内面マイクロ
カラーフィルタ付きのTFT方式の液晶表示素子がヘッ
ドアップディスプレイ用の液晶表示素子として用いられ
ようとしている。
【0004】なお、液晶表示素子を用いた投影型の表示
手段として、いわゆるプロジェクタが知られている。プ
ロジェクタにおいては、複数枚の単色表示パネルによっ
て独自に形成された各カラー画像をミラーによって合成
し、この合成画像が視認されるようになっている。しか
し、ヘッドアップディスプレイにおいては、プロジェク
タほどの高精細が求められない一方で、小型化及び低コ
スト化の要請が強い。従って、ヘッドアップディスプレ
イにおいては、プロジェクタと異なり単一の液晶表示素
子のみでカラー表示を行うことが必要とされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
にカラーフィルタ付きの液晶表示素子を用いる場合、透
過率が悪くなり、この結果、良好な輝度を得ることがで
きないといった問題が生じていた。
【0006】特に、表示画像が投影されるウインドシー
ルドの光反射率が7%と低く、また、真夏の光に耐え得
るような表示が求められること等を考慮すれば、液晶表
示素子によって輝度を十分に得ることができないこと
は、ヘッドアップディスプレイを有効に機能させる上で
重大な問題である。
【0007】また、光源にハロゲンランプを用いるよう
な場合、ランプの寿命は短いため、ランプの交換が簡単
にできるような構造にする必要がある。従って、特に、
車載用等に用いる場合においては、利便性やコストの面
から問題がある。
【0008】このような問題を解消できる発光ダイオー
ド(LED)光源の採用が検討されているが、現状、白
色LED単独では、輝度が低く、実用レベルに達してい
ない。
【0009】また、液晶表示素子のセルを大型化し、投
影時の拡大率を低下させることも考えられるが、この場
合、光学系全体が大きくなり、ヘッドアップディスプレ
イに求められる小型化の要請に反してしまう。
【0010】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、高輝度、高解像度のカラー表示を実現するこ
とができ、かつ、利便性を向上することができるヘッド
アップディスプレイを提供することを目的とするもので
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の請求項1に係るヘッドアップディスプレイの特
徴は、光源と、この光源から入射された光を用いて所定
のカラー画像を形成し、このカラー画像の表示光を出射
する液晶表示素子と、この液晶表示素子によって出射さ
れた前記表示光を画像投影位置に導く光学系とを有する
ヘッドアップディスプレイにおいて、前記光源は、複数
色の発光ダイオード光源であり、前記液晶表示素子は、
複数の光源の光をフィールドシーケンシャル方式によっ
て加法混色させる液晶表示素子である点にある。
【0012】そして、このような構成を採用したことに
より、カラーフィルタによる透過率の減少をなくし、良
好な輝度の表示光を得ることができる。
【0013】請求項2に係るヘッドアップディスプレイ
の特徴は、請求項1において、前記光源が、互いに補色
の関係を有する二種類の発光ダイオード光源であり、両
発光ダイオード光源の光の原色以外の色が表示可能とさ
れている点にある。
【0014】そして、このような構成を採用したことに
より、構成を簡易にしつつ、白黒表示を含み、適切なカ
ラー表示を行うことができる。
【0015】請求項3に係るヘッドアップディスプレイ
の特徴は、請求項1または請求項2において、前記液晶
表示素子がアモルファスシリコン型のTFT液晶表示素
子であり、その画素部分以外の非表示部に、光源側およ
び反光源側からの反射光を低減させる低反射膜を有する
ブラックマトリクスが配設されている点にある。
【0016】そして、このような構成を採用したことに
より、解像度が高く、さらに装置を小型化することがで
きる。また、ブラックマトリクスに低反射膜を備えたこ
とにより、液晶表示素子の反射率を抑えることができ、
光源からの光を有効に利用することができ、一層の輝度
向上を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るヘッドアップ
ディスプレイの実施形態を図1を参照して説明する。
【0018】図1に示すように、本実施形態におけるヘ
ッドアップディスプレイ1は、所定間隔を隔てて配設さ
れた2種類のLED光源2,3を有しており、両LED
光源2,3には、それぞれ複数の発光ダイオード(LE
D)が搭載されている。
【0019】両LED光源2,3は、その光源面が互い
にほぼ直角になるように配置されており、図1において
上側に示す一方のLED光源2は、所定の着色光を図1
における下方へ向かって出射し、右方に示す他方のLE
D光源3は、着色光を図1における左方へ向かって出射
するようになっている。
【0020】両LED光源2,3には、点灯制御部4が
接続されており、この点灯制御部4は、両LED光源
2,3を高速で順次切り替えることによって、時分割に
よる加法混色を利用したフィールドシーケンシャル方式
を行うようになっている。これにより、各LED光源
2,3の原色を含め、両光源2,3の混合色からなる複
数の着色光が視認され得るようになっている。
【0021】前記両LED光源2,3は、それぞれが、
RGBの3色のLEDを備えたものであってもよいが、
特にフルカラー表示を求めない場合は、輝度の方を優先
して単一色のLED群のみを搭載することが望ましい。
【0022】例えば、一方のLED光源2をすべて赤色
のLEDが搭載された光源とし、他方のLED光源3を
すべて青緑色(シアン)のLEDが搭載された光源とす
るようにしてもよい。この場合、両者は補色の関係にあ
り、フィールドシーケンシャル方式によって白、黒を含
めて計4色の表示を行うことができる。
【0023】両LED光源2,3の光の進行方向側であ
って、両光が交差する位置には、二色性ミラー7が配設
されている。この二色性ミラー7によって、前記一方の
LED光源2から出射された光のみが図1における左方
に反射され、前記他方のLED光源3から出射された光
はそのまま図1における左方に透過されるようになって
いる。これにより、両LED光源2,3の光が同一方向
へ進行するようになっている。
【0024】そして、前記二色性ミラー7の光の進行方
向側には、液晶表示素子8が配設されている。
【0025】本実施形態における液晶表示素子8は、マ
ルチカラー表示を目的とするカラーフィルタが搭載され
ていないモノクロの液晶表示素子であり、前記LED光
源2,3から導かれた着色光を透過あるいは遮蔽するこ
とによって所定のカラー画像を形成するようになってい
る。
【0026】従って、従来のカラーフィルタ付きの液晶
表示素子と異なり、透過率を向上することができるた
め、カラー画像の輝度を向上することができる。なお、
調色を目的とする着色層は配設されていてもよい。
【0027】また、前記液晶表示素子8としてアモルフ
ァスシリコン型のTFT液晶表示素子を用いる。このと
き、ブラックマトリクスによって画素部分以外の非表示
部の遮光を十分に行うことが望ましい。遮光膜としての
ブラックマトリクスとしては、樹脂製あるいは金属製の
ものが用いられるが、遮光度と膜厚の観点から金属製の
膜が好ましい。また、金属製、例えば金属クロムの膜の
表面および裏面に酸化クロム等の低反射膜を配設するこ
とで、液晶表示素子の反射光(迷光)を防止することが
できるので、光源からの光を一層有効に利用することが
できる。
【0028】前記液晶表示素子8には、駆動制御部9が
接続されており、この駆動制御部9は、前記点灯制御部
4と同期した液晶駆動電圧のON/OFF制御を行うこ
とができるようになっている。
【0029】図1に示すように、前記二色性ミラー7と
前記液晶表示素子8との間には、ヒータ10が配設され
ており、このヒータ10によって、低温下においても液
晶表示素子8が良好な応答性を発揮することができるよ
うになっている。このヒータ10は、例えば、ガラス等
の透明基板上に酸化インジウムスズ(ITO)等からな
る薄膜を形成し、この薄膜を電圧印加によって発熱させ
るものであってもよい。
【0030】前記液晶表示素子8の光の透過方向側に
は、集光レンズ11や反射ミラー12等の光学系が配設
されており、これら光学系によって前記液晶表示素子8
からの透過光すなわちカラー画像の表示光がウインドシ
ールド13に導かれるようになっている。
【0031】次に、本実施形態の作用について説明す
る。
【0032】本実施形態におけるヘッドアップディスプ
レイ1を用いて画像表示を行う場合は、まず、点灯制御
部4の制御の下、LED光源2,3を点灯させる。LE
D光源2,3から出射された着色光は、二色性ミラー7
の位置へ進行し、この二色性ミラー7によって透過ある
いは反射された後、前記液晶表示素子8に入射する。
【0033】また、前記LED2,3の点灯の際には、
前記駆動制御部9によって前記点灯制御部4と同期した
液晶駆動電圧のON/OFF制御を行う。これにより、
前記LED2,3からの入射光によってカラー画像が形
成され、このカラー画像の表示光が光学系側へ出射され
る。なお、フィールドシーケンシャルによって両光源の
混合色を表示する場合、各LEDの色によるカラー画像
の表示光が時分割的に光学系側へ出射される。これによ
り、各色のカラー画像の表示光が人間の網膜に一体的に
取り込まれることになり、各色の混合色からなる一つの
カラー画像として認識されることになる。
【0034】前記液晶表示素子8から出射された表示光
は、光学系を経た後にウインドシールド13の平面に虚
像として結像される。
【0035】次に、本実施形態におけるヘッドアップデ
ィスプレイに対して行った表示特性試験の試験結果につ
いて説明する。
【0036】本試験においては、液晶表示素子として、
対角1.5インチのQVGAの解像度を有し、アモルフ
ァスシリコン型のTFTが搭載された液晶表示素子を用
いた。また、この液晶表示素子は、画素部分以外の非表
示部に、光源側(裏面側)および反光源側(表面側)に
低反射膜を有するブラックマトリクスが配設されたもの
である。光源には、赤とシアンの2色のLED光源を用
い、これらをフィールドシーケンシャル方式によって順
次切り替えられるようにした。この際に、液晶表示素子
のON/OFFと光源の切り替えによって計4色の表示
ができるようにタイミングを調整した。
【0037】この結果、目視による白色表示の最大輝度
として、1000Cd/m2 が得られた。これは、ヘッ
ドアップディスプレイとして機能させるには十分な値で
ある。また、駆動環境の温度が0℃になるまでは、ヒー
タを用いなくても適正なカラー表示が可能であった。さ
らに、コントラスト比は、100:1が得られ、実用上
問題のない表示を行うことができた。
【0038】従って、本実施形態によれば、透過率の良
好なモノクロの液晶表示素子8を用いることによって、
高輝度、高解像度のカラー表示を実現することができ、
かつ、LED光源2,3を光源とすることによって光源
2,3の交換回数を低減することができる。
【0039】また、従来の液晶表示素子の場合は、高精
細を実現すべく開口率を上げるために低温ポリシリコン
型のTFTを使用する必要があったが、本実施形態にお
いては、モノクロの液晶表示素子でよいため、両面に低
反射膜を配したブラックマトリクスによって画素間を十
分に遮光することができる。これによって、安価なアモ
ルファスシリコン型のTFTでも適用が可能となり、全
体としてコストを低減することができる。
【0040】なお、本発明は前記実施形態のものに限定
されるものではなく、必要に応じて種々変更することが
可能である。
【0041】例えば、さらに高輝度のLEDが得られた
場合は、LED光源を一つに集約してさらに小型化を図
ることも可能である。
【0042】さらに、前記二色性ミラーの代わりに例え
ばプリズム等の他の光学系を適用するようにしてもよ
い。
【0043】
【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項1に係
るヘッドアップディスプレイによれば、コントラストに
優れたカラー表示を行うことができ、かつ、コストの低
廉化や利便性の向上を図ることができる。
【0044】請求項2に係るヘッドアップディスプレイ
によれば、さらに、請求項1に係るヘッドアップディス
プレイの効果に加えて、さらに、装置のコンパクト化や
コストの低廉化を図ることができる。
【0045】請求項3に係るヘッドアップディスプレイ
によれば、解像度が高く、さらに装置を小型化にするこ
とができる。また、ブラックマトリクスに低反射膜を備
えたことにより、液晶表示素子の反射率を抑えることが
でき、光源からの光を有効に利用することができ、一層
の輝度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るヘッドアップディスプレイの実
施形態を示す図
【符号の説明】
1 ヘッドアップディスプレイ 2,3 LED光源 4 点灯制御部 7 二色性ミラー 8 液晶表示素子 9 駆動制御部 10 ヒータ 13 ウインドシールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13357 G02F 1/13357 1/1368 1/1368 Fターム(参考) 2H088 EA23 HA21 HA24 HA28 MA06 MA20 2H091 FA14Z FA35X FA35Z FA37X FA37Z FA41Z LA11 LA16 2H092 JA24 KB21 NA01 NA25 PA13 3D044 BA21 BA22 BA27 BB01 BC25

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、この光源から入射された光を用
    いて所定のカラー画像を形成し、このカラー画像の表示
    光を出射する液晶表示素子と、この液晶表示素子によっ
    て出射された前記表示光を画像投影位置に導く光学系と
    を有するヘッドアップディスプレイにおいて、 前記光源は、複数色の発光ダイオード光源であり、前記
    液晶表示素子は、複数の光源の光をフィールドシーケン
    シャル方式によって加法混色させる液晶表示素子である
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  2. 【請求項2】 前記光源が、互いに補色の関係を有する
    二種類の発光ダイオード光源であり、両発光ダイオード
    光源の光の原色以外の色が表示可能とされている請求項
    1に記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. 【請求項3】 前記液晶表示素子がアモルファスシリコ
    ン型のTFT液晶表示素子であり、その画素部分以外の
    非表示部に、光源側および反光源側からの反射光を低減
    させる低反射膜を有するブラックマトリクスが配設され
    ている請求項1または請求項2に記載のヘッドアップデ
    ィスプレイ。
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