2023-27816 ヘッドアップディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023027816

(43)【公開日】2023-03-03

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20230224BHJP

   B60J 1/02 20060101ALI20230224BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20230224BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60J1/02 M

B60K35/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021133107

(22)【出願日】2021-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】萩原 充紀

【テーマコード（参考）】

2H199

3D344

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA18

2H199DA19

2H199DA20

2H199DA29

2H199DA43

3D344AA19

3D344AA21

3D344AA26

3D344AA27

3D344AC24

3D344AC25

(57)【要約】

【課題】偏光サングラスを着用しても視認者が表示光を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１は、ヘッドアップディスプレイ装置１が出射した意匠を表す表示光２を反射部３で反射させ、反射部３で反射した表示光２を視認者４の前方に虚像Ｖとして視認させるヘッドアップディスプレイ装置１であって、ヘッドアップディスプレイ装置１は、光源４０と、光源４０からの光を反射部３の方へ屈折させる屈折部６２と、屈折した光を透過する意匠を有する意匠部７４と、意匠部７４を透過した表示光２をＰ偏光として出射する偏光部８０と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドアップディスプレイ装置が出射した意匠を表す表示光を反射部で反射させ、前記反射部で反射した前記表示光を視認者の前方に虚像として視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、光源と、前記光源からの光を前記反射部の方へ屈折させる屈折部と、屈折した光を透過する前記意匠を有する意匠部と、前記意匠部を透過した前記表示光をＰ偏光として出射する偏光部と、を有す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】

前記屈折部は、透光性を有するシート基材の前記光源側に形成されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項3】

前記偏光部は、前記視認者と前記反射部とを結ぶ方向に沿って透過軸を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項4】

前記意匠部は、前記偏光部に印刷形成されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項5】

前記屈折部は前記偏光部に形成されることを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項6】

前記反射部は不透光性の遮光部を有し、前記表示光は前記遮光部で反射されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に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】

本開示は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、ヘッドアップディスプレイ装置から発せられる画像を表す表示光を凹面鏡で拡大し、この拡大した表示光をフロントガラス（ウインドシールド）に照射する。運転席に着座した視認者（運転者）は、フロントガラスに反射した表示光を受けることで、フロントガラスを通じて見える背景に、その表示光による虚像を重ねて視認することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－９１４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、ヘッドアップディスプレイ装置として液晶表示素子を２枚の偏光板で挟みこんだ液晶ヘッドアップディスプレイ装置を備える。この液晶ヘッドアップディスプレイ装置からの表示光は、通常、偏光板によって直線偏光のＳ偏光成分として出射されるように設定される（Ｓ偏向成分は、Ｐ偏向成分よりもフロントガラスとの反射率が高いため）。一方、偏光サングラスは、その機能から一般的に、直線偏光のＰ偏光成分を視認し、Ｓ偏光成分はカットするように構成される。そのため、視認者が偏光サングラスを着用した場合には、ヘッドアップディスプレイ装置における表示光が偏光サングラスを透過せず、その表示光による虚像を視認することができなくなってしまう。

【0005】

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、偏光サングラスを着用しても視認者が表示光を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のヘッドアップディスプレイ装置１は、ヘッドアップディスプレイ装置１が出射した意匠を表す表示光２を反射部３で反射させ、前記反射部３で反射した前記表示光２を視認者４の前方に虚像Ｖとして視認させるヘッドアップディスプレイ装置１であって、前記ヘッドアップディスプレイ装置１は、光源４０と、前記光源４０からの光を前記反射部３の方へ屈折させる屈折部６２と、屈折した光を透過する前記意匠を有する意匠部７４と、前記意匠部７４を透過した前記表示光２をＰ偏光として出射する偏光部８０と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態であって、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置を示す説明図。

【図2】図１のヘッドアップディスプレイ装置を説明するための断面図。

【図3】（ａ）本開示の表示例を示す図。（ｂ）本開示の文字板の意匠を示す図。

【図4】本開示の第２の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明するための断面図。

【図5】本開示の第３の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置を説明するための断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本開示のヘッドアップディスプレイ装置は、例えば自動車や二輪車等の車両や、船舶、農業機械、建設機械に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用することができる。本実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置が搭載先としての自動車のインストルメントパネル内に配置される例を用いて説明する。

【0009】

以下の説明において、「前」、「後」、「上」、「下」、「右」及び「左」は、図１乃至３における定義「Ｆｒ．」、「Ｒｅ．」、「Ｔｏ．」、「Ｂｏ．」、「Ｒ」、及び「Ｌ」に従う。

【0010】

（第１の実施形態）
ヘッドアップディスプレイ装置１は、所謂ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）であり、投影部材である車両のフロントガラス（反射部）３に搭載先のインストルメントパネル５内に配置されたヘッドアップディスプレイ装置１の意匠を表す表示光２を投影し、自動車の運転席に着座した運転者（視認者）４方向に反射させる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、特に、フロントガラス３の周囲に形成される遮光部３ａに表示光２を投影、反射し、虚像Ｖとして運転者４に視認させる。

【0011】

遮光部３ａは、黒セラミックス等からなる黒色等の遮光色からなる不透光性の部分である。遮光部３ａは、フロントガラス３を車両に固定する接着剤の太陽光による劣化の防止や、接着剤の隠蔽、意匠性の向上等を目的に形成される。

【0012】

図２に示すようにヘッドアップディスプレイ装置１は、上ケース１０と、下ケース２０と、回路基板３０と、光源４０と、中ケース５０と、プリズム６０と、文字板７０と、偏光板（偏光部）８０と、を有する。

【0013】

上ケース１０は、透過性の例えばＰＭＭＡ（アクリル）等の合成樹脂材料からなり、下方が開口した略箱状に形成される。上ケース１０は、文字板７０，偏光板８０を視認することが可能にこれらの上方を覆う。上ケース１０は、偏光板８０の上方で偏光板８０と離間して配置される。

【0014】

下ケース２０は、黒色の遮光性の例えばＡＢＳ（アクリロニトリル ブタジエン スチレン）等の合成樹脂材料からなり、上方が開口した略箱状に形成される。下ケース２０は、上ケース１０と嵌合し箱状の筐体を形成し、回路基板３０，光源４０，中ケース５０，プリズム６０，文字板７０，偏光板８０を内部に収容する。

【0015】

回路基板３０は、平板状のガラスエポキシ系基材等の硬質プリント基板からなる。回路基板３０は、光源４０，制御チップ，抵抗，コンデンサ等の各種回路部品を実装し、各種回路部品を配線パターンにより接続して回路を構成する。

【0016】

光源４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からなり、回路基板３０の上面に複数個が実装される。光源４０は、制御チップから供給される制御信号に基づいて、発光回路（図示せず）により発光される。光源４０は、非偏光光を発する。つまり、光源４０から発せられる光は、横波成分（Ｓ偏向成分）と、横波成分と直交する縦波成分（Ｐ偏光成分）の混在した光を発する。光源４０は、後述する中ケース５０の照明室毎に配置される。

【0017】

中ケース５０は、白色の例えばＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂からなり、直方体に形成される。中ケース５０は、上方に積層配置されたプリズム６０，文字板７０，偏光板８０が固定され、下方に回路基板３０が固定される。中ケース５０は、後述する文字板７０の複数の意匠毎に各意匠を区画した照明室を有する。各照明室は、図２に示すように、内部に光源４０を収容し、光源４０の光をプリズム６０に導くことができるように中空状に形成される。

【0018】

プリズム６０は、文字板７０の光源４０側に配置され、基材６１と、屈折部６２と、からなる。基材６１は、透光性の平板形状の例えばＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂シートからなる。屈折部６２は、基材６１の光源４０側に透光性の透明樹脂がポッティングなどにより凹凸形状に形成されたものからなる。屈折部６２は、図２に示すように、断面が光源４０側が細くなる三角形の連続した形状（ノコギリ歯状）に形成され、三角形は非対称形状により光学的な異方性を持つ。この異方性により光源４０からの光をフロントガラス３の方へ屈折させ、所定の角度で文字板７０側へ照射する。プリズム６０は、ヘッドアップディスプレイ装置１から出射される表示光２の出射方向に応じて設計される。具体的には、表示光２が遮光部３ａに向って出射されるよう、屈折部６２の形状や光学特性等が決定される。

【0019】

文字板７０は、プリズム６０と偏光板８０の間に配置され、基材７１と、印刷層７２と、糊印刷層７３と、からなる。基材７１は、透光性の平板形状の例えばＰＣ等の樹脂シート基材からなる。印刷層７２は、黒色の遮光性のインクを基材７１の下面に印刷されて形成される。印刷層７２は、黒色のインキが抜き印刷された意匠部７４を有する。意匠部７４は、プリズム６０で屈折した光を透過する。意匠部７４は、図３（ｂ）に示すように、車両速度表示７４ａと、ギアポジショニング表示７４ｂと、残燃料表示７４ｃと、インジケータ表示７４ｄと、を少なくとも有する。

【0020】

車両速度表示７４ａは、単位と複数のセグメントの意匠により自動車の速度値を表示する。ギアポジショニング表示７４ｂは、ＰとＲとＮとＤの意匠によりギアポジションを表示する。残燃料表示７４ｃは、ＦとＥと複数の矩形の目盛りの意匠とにより燃料残量を表示する。インジケータ表示７４ｄは、ターン等の様々な意匠からなる作動灯や警告灯を表示する。

【0021】

意匠部７４は、図３（ｂ）に示すように、光源４０の点灯により発光する意匠部７４を実線で示し、光源４０が非点灯の意匠部７４を破線で示す。意匠部７４は、光源４０の点灯によりプリズム発光すると、フロントガラス３の遮光部３ａで運転者４に虚像Ｖとして視認される。この時、虚像Ｖの背景は、遮光部３ａの色である黒色となる。

【0022】

糊印刷層７３は、無色透明の粘着物質が基材７１の上面及び印刷層７２の下面に印刷されて形成される。プリズム６０と偏光板８０は、糊印刷層７３により文字板７０に接着される。

【0023】

偏光板８０は、偏光特性を有するＰＶＡ（ポリビニルアルコール）をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等で保護した周知の偏光フィルタ部材である。偏光板８０は、一軸に延伸されたＰＶＡフィルムに色素（ポリヨウ素、有機染料）等を吸着配向させ、黒色の偏光軸をもたせたものが使用される。色素は細長い分子形状をしており、分子長軸方向に振動する光は吸収し（吸収軸）、これと直交する方向の可視光は透過する性質を有する（透過軸）。この色素をＰＶＡフィルムの延伸方向に吸着配向させて、一方向に均一に配向させることで偏光性能を発現させている。このように、偏光板８０は、照明光の光を一定の方向だけに振動する光に整える。

【0024】

偏光板８０の透過軸Ｚは、図３に示すように、自動車の前後方向（運転席に着座した運転者４とフロントガラス３とを結ぶ方向）に沿って配置される。偏光板８０は、文字板７０の意匠部７４を透過した光のＳ偏光成分に相当する成分を吸収し、Ｐ偏光成分に相当する成分だけを透過し出射する。

【0025】

図１に示すように、運転者４は、偏光サングラスＧを用いる場合がある。偏光サングラスＧは、Ｓ偏光成分の直線偏光をカットし、Ｐ偏光成分の直線偏光を透過する。

【0026】

このように形成されることにより、偏光板８０が表示光２のＰ偏光成分だけを透過するので、運転者４が偏光サングラスＧを用いた場合の表示の視認性に優れる。また、光源４０より出射された光の方向をプリズム６０で変更し効率よく運転者の方向へ反射することで、フロントガラス３での反射に伴う表示光２の輝度の低下を低減することができるので、表示の視認性において優れる。

【0027】

また、プリズム６０はフロントガラス３やインストルメントパネル５の設定に合わせて出射方向を任意に設定できるので、インストルメントパネル５内の配置箇所や姿勢の制限されない設計の自由度を向上することができる。また、偏光板８０は、外観上、黒色に形成されるので、ヘッドアップディスプレイ装置１の非発光時に遮光部３ａに映らないので、シークレット性（不要時の非視認性）が優れる。

【0028】

(第２の実施形態)
本開示に係る表示装置の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。前述した第１の実施形態と同一部分、均等部箇所については同一符号を付して説明する。

【0029】

本実施形態では、文字板７０を有さない。本実施形態では、意匠部７４に相当する意匠部８２は、印刷層８１に形成される。印刷層８１は、黒色の遮光性のインクを偏光板８０の下面に印刷されて形成される。また、糊印刷層７３に相当する糊印刷層８３は、印刷層８１の下面に印刷されて形成される。プリズム６０は、糊印刷層８３により偏光板８０に接着される。

【0030】

このように形成されることで、文字板７０を有する場合に比べ、回路基板３０から偏光板８０までの距離を薄くすることができるので、ヘッドアップディスプレイ装置１を薄型化することができる。

【0031】

(第３の実施形態)
本開示に係る表示装置の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。前述した第２の実施形態と同一部分、均等部箇所については同一符号を付して説明する。

【0032】

本実施形態では、プリズム６０の基材７１を有さない。本実施形態では、屈折部６２は、偏光板８０の印刷層８１の光源４０側に透光性の透明樹脂がポッティングなどにより凹凸形状に形成される。

【0033】

このように形成されることで、プリズム６０の基材７１を有する場合に比べ、回路基板３０から偏光板８０までの距離を薄くすることができるので、ヘッドアップディスプレイ装置１をより薄型化することができる。

【0034】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0035】

例えば、本開示のヘッドアップディスプレイ装置が、表示光２をフロントガラス３の遮光部３ａに投影するヘッドアップディスプレイ装置１の例を説明したが、フロントガラス３の透明箇所に投影し、視認者に実像、虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 表示光
３ フロントガラス（反射部）
３ａ 遮光部
４ 運転者（視認者）
５ インストルメントパネル
１０ 上ケース
２０ 下ケース
３０ 回路基板
４０ 光源
５０ 中ケース
６０ プリズム
６１ 基材
６２ 屈折部
７０ 文字板
７１ 基材
７２ 印刷層
７３ 糊印刷層
７４ 意匠部
７４ａ 車両速度表示
７４ｂ ギアポジショニング表示
７４ｃ 残燃料表示
７４ｄ インジケータ表示
８０ 偏光板（偏光部）
８１ 印刷層
８２ 意匠部
８３ 糊印刷層
Ｖ 虚像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】