7073735 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-16

(45)【発行日】2022-05-24

(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 20060101AFI20220517BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20220517BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20220517BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20220517BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20220517BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02F1/13 505

G02F1/1335 510

G02F1/1333

B60K35/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018007235

(22)【出願日】2018-01-19

(65)【公開番号】P2019124888

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2020-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【氏名又は名称】鵜飼 健

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(72)【発明者】

【氏名】山口 稔

【審査官】山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２２６９６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１１８２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２２２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４７２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１０９７５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２６８４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００５１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２２４９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｇ０２Ｆ １／１３３５

Ｇ０２Ｆ １／１３３３

Ｂ６０Ｋ ３５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１光源部と、
前記第１光源部からの光を透過する第１液晶層と、前記第１液晶層を透過した光を偏光させる第１偏光板とを含む第１液晶パネルと、
前記第１光源部の光軸上に配置され、前記第１液晶パネルを透過した光を受ける第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有し、透過軸及び反射軸を有する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板の前記第２面に向けて光を出射する第２光源部と、
前記第２光源部からの光を透過する第２液晶層と、前記第２液晶層を透過した光を偏光させる第２偏光板とを含む第２液晶パネルと
を具備し、
前記第１光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めであり、
前記第２光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めであり、
前記第１偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の透過軸と平行であり、
前記第２偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の反射軸と平行であり、
前記第１液晶パネルの垂線は、前記反射型偏光板の垂線に平行である
ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項2】

前記第１光源部の光軸と前記第１液晶パネルの垂線とが斜めになるように、前記第１光源部と前記第１液晶パネルとを固定する支持部材をさらに具備する
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】

前記反射型偏光板は、前記第１液晶パネルに貼り付けられる
請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項4】

第１光源部と、
前記第１光源部からの光を透過する第１液晶層と、前記第１液晶層を透過した光を偏光させる第１偏光板とを含む第１液晶パネルと、
前記第１光源部の光軸上に配置され、前記第１液晶パネルを透過した光を受ける第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有し、透過軸及び反射軸を有する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板の前記第２面に向けて光を出射する第２光源部と、
前記第２光源部からの光を透過する第２液晶層と、前記第２液晶層を透過した光を偏光させる第２偏光板とを含む第２液晶パネルと
を具備し、
前記第１光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めであり、
前記第２光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めであり、
前記第１偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の透過軸と平行であり、
前記第２偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の反射軸と平行であり、
前記第１液晶パネルの垂線は、前記第１光源部の光軸と平行であり、
前記第１液晶パネルの垂線と前記反射型偏光板の垂線とのなす角度は、５度より大きく３５度より小さく、
前記反射型偏光板の垂線と前記第２光源部の光軸とのなす角度は、５度より大きく３５度より小さく、
前記第１液晶パネルと前記反射型偏光板とが一体で構成される
ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項5】

前記反射型偏光板の垂線と前記第１液晶パネルの垂線とが斜めになるように、前記反射型偏光板と前記第１液晶パネルとを固定する支持部材をさらに具備する
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】

前記第１液晶パネルから出射されかつ前記反射型偏光板を透過した光と、前記第２液晶パネルから出射されかつ前記反射型偏光板で反射された光とを透過し、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換する位相差板をさらに具備する
請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項7】

前記第１液晶パネルから出射されかつ前記反射型偏光板を透過した光と、前記第２液晶パネルから出射されかつ前記反射型偏光板で反射された光とを表示部材に向けて反射する反射部材をさらに具備する
請求項１乃至６のいずれか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】

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に係り、例えば、液晶表示装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用の情報提供手段として、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている。ヘッドアップディスプレイは、車両のウインドシールド越しに、前方視野の前景に重畳して、運転情報（例えば、速度表示、及び経路案内表示等）を虚像として表示することが可能である。

【0003】

例えば、ヘッドアップディスプレイは、運転席から前方に約３ｍの距離の一箇所に虚像を結像させる。一方、虚像の結像位置を複数有する技術が報告されている（特許文献１及び特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４９４１０７０号公報

【文献】特開２０１５－１１２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、結像位置の異なる複数の虚像を表示することが可能であり、かつ信頼性を向上できるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１光源部と、前記第１光源部からの光を透過する第１液晶層と、前記第１液晶層を透過した光を偏光させる第１偏光板とを含む第１液晶パネルと、前記第１光源部の光軸上に配置され、前記第１液晶パネルを透過した光を受ける第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有し、透過軸及び反射軸を有する反射型偏光板と、前記反射型偏光板の前記第２面に向けて光を出射する第２光源部と、前記第２光源部からの光を透過する第２液晶層と、前記第２液晶層を透過した光を偏光させる第２偏光板とを含む第２液晶パネルとを具備する。前記第１光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めである。前記第２光源部の光軸は、前記反射型偏光板の垂線に対して斜めである。前記第１偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の透過軸と平行である。前記第２偏光板の透過軸は、前記反射型偏光板の反射軸と平行である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、結像位置の異なる複数の虚像を表示することが可能であり、かつ信頼性を向上できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図。

【図2】第１光源部の断面図。

【図3】第１液晶パネルの断面図。

【図4】ヘッドアップディスプレイ装置の動作を説明する模式図。

【図5】第１液晶パネルの画像を運転者が視認する様子を具体的に説明する模式図。

【図6】本発明の第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

【0010】

［第１実施形態］
［１］ ヘッドアップディスプレイ装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１液晶表示装置１１、反射型偏光板１７、第２液晶表示装置１８、反射部材２３、及び位相差板２４を備える。第１液晶表示装置１１、反射型偏光板１７、第２液晶表示装置１８、反射部材２３、及び位相差板２４は、ヘッドアップディスプレイ装置１０のほぼ全体を囲むケース（図示せず）にそれぞれ取り付けられた複数の固定部材（図示せず）によって所定の位置（図１に示した位置）に固定される。

【0011】

第１液晶表示装置１１は、第１光源部（バックライト）１２、支持部材１３、及び第１液晶パネル１４を備える。第１液晶パネル１４は、第１光源部１２側に配置された偏光板１５と、第１光源部１２の反対側に配置された偏光板１６とを備える。

【0012】

第１光源部１２は、例えば面形状を持つ光源（面光源）から構成され、第１液晶パネル１４に向けて照明光を出射する。図１に示した第１光源部１２を起点とした破線矢印は、第１光源部１２から出射される光の光路（光軸）を示している。

【0013】

支持部材１３は、第１光源部１２と第１液晶パネル１４とに接し、第１光源部１２と第１液晶パネル１４とを固定する。また、支持部材１３は、第１光源部１２の光軸と第１液晶パネル１４の垂線とが斜めになるように、第１光源部１２と第１液晶パネル１４とを固定する。支持部材１３は、例えば、第１光源部１２の縁に沿って形成され、平面形状が矩形の枠で構成される。支持部材１３は、例えば樹脂から構成される。

【0014】

第１液晶パネル１４の垂線は、第１光源部１２の光軸に対して下方かつ斜めに設定される。すなわち、第１液晶パネル１４の垂線と第１光源部１２の光軸とのなす角度θ_１は、０度より大きく９０度より小さい。より好ましくは、第１液晶パネル１４の垂線と第１光源部１２の光軸とのなす角度θ_１は、５度より大きく３５度より小さい。

【0015】

第１液晶パネル１４は、第１光源部１２からの照明光を透過して光変調を行う。そして、第１液晶パネル１４は、車速等の運転情報を示す画像を表示する。第１液晶パネル１４の駆動モードについては特に限定されず、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、又はホモジニアスモードなどを用いることができる。また、第１液晶パネル１４は、ノーマリーブラックモード（オフ状態での光透過率又は輝度がオン状態でのそれよりも低いモード）であってもよいし、ノーマリーホワイトモード（オフ状態での光透過率又は輝度がオン状態でのそれよりも高いモード）であってもよい。

【0016】

偏光板１５、１６の各々は、面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有する。偏光板１５、１６は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光を透過する、すなわち直線偏光（直線偏光した光成分）を透過する。偏光板１５、１６は、例えば、互いの透過軸が直交するように、クロスニコル状態で配置される。偏光板１５、１６の透過軸の関係は、液晶モードに応じて適宜設定される。

【0017】

反射型偏光板１７は、第１液晶パネル１４と平行に配置される。すなわち、反射型偏光板１７の垂線は、第１液晶パネル１４の垂線と平行である。例えば、反射型偏光板１７は、第１液晶パネル１４に貼り付けられる。反射型偏光板１７は、面内において、互いに直交する透過軸及び反射軸を有する。反射型偏光板１７は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光（直線偏光した光成分）を透過し、反射軸に平行な振動面を有する直線偏光（直線偏光した光成分）を反射する。反射型偏光板１７の透過軸は、第１液晶パネル１４に含まれる偏光板１６の透過軸と平行に設定される。これにより、反射型偏光板１７は、第１液晶パネル１４から出射される光（表示光）を透過する。

【0018】

第２液晶表示装置１８は、第２光源部（バックライト）１９、及び第２液晶パネル２０を備える。第２液晶パネル２０は、第２光源部１９側に配置された偏光板２１と、第２光源部１９の反対側に配置された偏光板２２とを備える。

【0019】

第２光源部１９は、例えば面形状を持つ光源（面光源）から構成され、第２液晶パネル２０に向けて照明光を出射する。図１に示した第２光源部１９を起点とした破線矢印は、第２光源部１９から出射される光の光路（光軸）を示している。

【0020】

第２液晶パネル２０は、第２光源部１９からの照明光を透過して光変調を行う。第２光源部１９の光軸は、第２液晶パネル２０の垂線と平行である。第２液晶パネル２０は、車速等の運転情報を示す画像を表示する。第１液晶パネル１４と同様に、第２液晶パネル２０の駆動モードについても特に限定されず、ＴＮモード、ＶＡモード、又はホモジニアスモードなどを用いることができる。また、第２液晶パネル２０は、ノーマリーブラックモードであってもよいし、ノーマリーホワイトモードであってもよい。

【0021】

偏光板２１、２２は、例えば、互いの透過軸が直交するように、クロスニコル状態で配置される。偏光板２１、２２の透過軸の関係は、液晶モードに応じて適宜設定される。第２液晶パネル２０に含まれる偏光板２２の透過軸は、反射型偏光板１７の反射軸と平行に設定される。換言すると、第２液晶パネル２０に含まれる偏光板２２の透過軸は、第１液晶パネル１４に含まれる偏光板１６の透過軸と直交するように設定される。

【0022】

第２液晶パネル２０は、反射型偏光板１７（又は、第１液晶パネル１４）に向き合うとともに、反射型偏光板１７の垂線に対して斜め下方に配置される。また、第２液晶パネル２０は、第２液晶パネル２０から出射された光（表示光）が反射型偏光板１７に斜めに入射するように配置される。すなわち、反射型偏光板１７の垂線と第２光源部１９の光軸とのなす角度θ_２は、０度より大きく９０度より小さい。より好ましくは、反射型偏光板１７の垂線と第２光源部１９の光軸とのなす角度θ_２は、５度より大きく３５度より小さい。反射型偏光板１７の垂線と第２光源部１９の光軸とのなす角度θ_２は、前述した第１液晶パネル１４の垂線と第１光源部１２の光軸とのなす角度θ_１と同じである。これにより、反射型偏光板１７は、第２液晶パネル２０から出射される光（表示光）を反射する。

【0023】

反射部材（反射鏡）２３は、第１光源部１２の光軸上に配置される。反射部材２３は、凹面鏡、又は平面鏡などから構成される。反射部材２３は、第１液晶表示装置１１及び第２液晶表示装置１８からの表示光を表示部材２５に向けて反射する。反射部材２３として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、液晶表示装置からの表示光を所定の拡大率で拡大することが可能である。

【0024】

位相差板２４は、反射部材２３によって反射された光の光軸上に配置される。位相差板２４は、入射光を円偏光又は楕円偏光に変換する。位相差板２４は、例えばλ／４板から構成される。反射部材２３によって反射された表示光は、位相差板２４を透過する。なお、位相差板２４は、反射部材２３と反射型偏光板１７との間に配置してもよい。

【0025】

表示部材２５は、第１液晶表示装置１１及び第２液晶表示装置１８からの表示光を投射するために使用される。表示部材２５によって反射された表示光を運転者（観察者）２６が視認することで、運転者２６は、表示部材２５越しに虚像２７、２８を視認することができる。虚像２７、２８として運転者２６に視認される情報としては、車速、エンジン回転数、走行距離、ナビゲーション情報、及び外気温などが挙げられる。

【0026】

表示部材２５は、車両のウインドシールドである。また、表示部材２５は、ヘッドアップディスプレイ装置１０専用に設けられた半透明（又は透明）なスクリーン（コンバイナー）であってもよい。コンバイナーは、例えば、車両のインストルメントパネル（フロントパネル、ダッシュボードともいう）上に配置されたり、運転者２６の前方に配置されたルームミラーに装着されたり、ウインドシールドの上部に設置されたサンバイザーに装着されて使用される。コンバイナーは、例えば、曲面を有する板状の合成樹脂製の基材からなり、その基材の表面には酸化チタン、酸化シリコンなどからなる蒸着膜が施され、この蒸着膜によって半透過の機能を備える。

【0027】

［１－１］ 第１光源部１２及び第２光源部１９の構成
次に、第１光源部１２及び第２光源部１９の構成について説明する。図２は、第１光源部１２の断面図である。第２光源部１９の構成は、第１光源部１２の構成と同じである。

【0028】

第１光源部１２は、基板３０、発光素子３１、ヒートシンク（熱吸収板）３２、支持部材３３、光源光学系３４、及び支持部材（レンズホルダー）３５を備える。基板３０上には、１個又は複数個の発光素子３１が設けられる。発光素子３１としては、例えば白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられる。基板３０は、発光素子３１に電源を供給するための配線が設けられた回路基板から構成される。基板３０の底面には、第１光源部１２の熱を吸収又は放射するためのヒートシンク３２が設けられる。

【0029】

発光素子３１の上方には、光源光学系３４が設けられる。光源光学系３４は、例えば、平凸レンズＬ１、及び凸レンズ（両凸レンズ）Ｌ２から構成される。平凸レンズＬ１は、基板３０上に設けられた支持部材３３によって支持され、凸レンズＬ２は、ヒートシンク３２上に設けられた支持部材３５によって支持される。光源光学系３４は、発光素子３１からの照明光を集光して一定方向に出射する。光源光学系３４から液晶パネル側へ出射された照明光は、面光源となる。

【0030】

［１－２］ 第１液晶パネル１４及び第２液晶パネル２０の構成
次に、第１液晶パネル１４及び第２液晶パネル２０の構成について説明する。図３は、第１液晶パネル１４の断面図である。第２液晶パネル２０の構成は、第１液晶パネル１４の構成と同じである。

【0031】

第１液晶パネル１４は、ＴＦＴ及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板４０と、カラーフィルター及び共通電極等が形成されかつＴＦＴ基板４０に対向配置されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）４１とを備える。ＴＦＴ基板４０及びＣＦ基板４１の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板）から構成される。ＴＦＴ基板４０は、バックライトに対向配置され、バックライトからの照明光は、ＴＦＴ基板４０側から第１液晶パネル１４に入射する。第１液晶パネル１４の２つの主面のうちバックライトと反対側の主面が、第１液晶パネル１４の表示面である。

【0032】

液晶層４２は、ＴＦＴ基板４０及びＣＦ基板４１間に充填される。具体的には、液晶層４２は、ＴＦＴ基板４０及びＣＦ基板４１と、シール材（図示せず）とによって包囲された領域内に封入される。液晶層４２を構成する液晶材料は、ＴＦＴ基板４０及びＣＦ基板４１間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。

【0033】

シール材は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴ基板４０及びＣＦ基板４１に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。シール材の中には、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間隔（ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布される。なお、シール材にギャップ材を混入させることに加えて若しくは代えて、画像表示領域の周辺に位置する周辺領域にギャップ材を配置するようにしてもよい。

【0034】

ＴＦＴ基板４０の液晶層４２側には、複数のスイッチング素子（アクティブ素子）４３が設けられる。スイッチング素子４３としては、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）が用いられ、またｎチャネルＴＦＴが用いられる。ＴＦＴ４３は、走査線ＧＬとして機能するゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン層）と、半導体層に部分的に接しかつ互いに離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線ＳＬに電気的に接続される。

【0035】

ＴＦＴ４３上には、絶縁層４４が設けられる。絶縁層４４上には、複数の画素に対応する複数の画素電極４５が設けられる。絶縁層４４内かつＴＦＴ４３のドレイン電極上には、画素電極４５に電気的に接続されたコンタクトプラグ（コンタクトホール）４６が設けられる。

【0036】

ＣＦ基板４１の液晶層４２側には、カラーフィルター４７が設けられる。カラーフィルター４７は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター４７－Ｒ、複数の緑フィルター４７－Ｇ、及び複数の青フィルター４７－Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（画素）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。ＴＦＴ４３及び画素電極４５は、サブピクセルごとに設けられる。以下の説明では、画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。

【0037】

赤フィルター４７－Ｒ、緑フィルター４７－Ｇ、及び青フィルター４７－Ｂの境界部分、及び画素（サブピクセル）の境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）４８が設けられる。すなわち、ブラックマトリクス４８は、網目状に形成される。ブラックマトリクス４８は、例えば、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。

【0038】

カラーフィルター４７及びブラックマトリクス４８上には、共通電極４９が設けられる。共通電極４９は、第１液晶パネル１４の表示領域全体に平面状に形成される。

【0039】

ＴＦＴ基板４０の液晶層４２と反対側には、位相差板５０、及び偏光板１５が設けられる。ＣＦ基板４１の液晶層４２と反対側には、位相差板５１、及び偏光板１６が設けられる。なお、第２液晶パネル２０の場合、図３の偏光板１５、１６がそれぞれ偏光板２１、２２に置き換わる。

【0040】

位相差板５０、５１は、屈折率異方性を有しており、面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有する。位相差板５０、５１は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション（λを透過する光の波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有する。すなわち、位相差板５０、５１は、λ／４板から構成される。位相差板５０、５１の遅相軸はそれぞれ、偏光板１５、１６の透過軸に対して概略４５°に設定される。

【0041】

なお、前述した偏光板及び位相差板を規定する角度は、所望の動作を実現可能な誤差、及び製造工程に起因する誤差を含むものとする。例えば、前述した概略４５°は、４５°±５°の範囲を含むものとする。例えば、前述した直交は、９０°±５°の範囲を含むものとする。

【0042】

画素電極４５、コンタクトプラグ４６、及び共通電極４９は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層４４としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

【0043】

［２］ ヘッドアップディスプレイ装置１０の動作
上記のように構成されたヘッドアップディスプレイ装置１０の動作について説明する。図４は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の動作を説明する模式図である。図４では、画像１４Ａ、２０Ａ、及び虚像２７、２８を矢印で例示している。図４の“ｆ”は、凹面鏡（反射部材）２３の焦点であり、図４の“ｏ”は、凹面鏡２３の曲率中心である。凹面鏡の曲率中心は、光軸と凹面鏡とが交差する極（又は極の近辺）に接する球面（曲率円）の中心である。

【0044】

反射部材として凹面鏡２３を用いた場合、第１液晶パネル１４及び第２液晶パネル２０は、凹面鏡２３の焦点ｆ内に配置される。

【0045】

第１液晶パネル１４は、画像１４Ａを表示する。第１液晶パネル１４の偏光板１６の透過軸は、反射型偏光板１７の透過軸と平行である。よって、第１液晶パネル１４からの表示光は、反射型偏光板１７を透過し、運転者２６に届く。運転者２６は、第１液晶パネル１４からの表示光を、虚像２７として視認する。

【0046】

図５は、第１液晶パネル１４の画像１４Ａを運転者２６が視認する様子を具体的に説明する模式図である。運転者２６は、凹面鏡２３に写る画像１４Ａを、ウインドシールド２５越しに虚像２７として視認する。

【0047】

第２液晶パネル２０は、画像２０Ａを表示する。第２液晶パネル２０の偏光板２２の透過軸は、反射型偏光板１７の反射軸と平行である。よって、第２液晶パネル２０からの表示光は、反射型偏光板１７で反射され、運転者２６に届く。運転者２６は、第２液晶パネル２０からの表示光を、虚像２８として視認する。運転者２６が虚像２８を視認する様子は、図５と同じである。

【0048】

ここで、第２液晶パネル２０から凹面鏡２３までの光路長は、第１液晶パネル１４から凹面鏡２３までの光路長より長い。よって、第２液晶パネル２０の虚像２８は、第１液晶パネル１４の虚像２７よりウインドシールド２５から遠い位置で結像する。運転者２６は、結像位置が異なる２つの虚像２７、２８を視認することができる。

【0049】

図４に示すように、凹面鏡２３から虚像２７までの距離は、曲率中心ｏと画像１４Ａとを通る直線Ｌ１と、焦点ｆと画像１４Ａとを通る直線が凹面鏡２３に達する点から水平方向に延長した直線Ｌ２とが交わる点と凹面鏡２３との水平距離である。同様に、凹面鏡２３から虚像２８までの距離は、曲率中心ｏと画像２０Ａとを通る直線Ｌ３と、焦点ｆと画像２０Ａとを通る直線が凹面鏡２３に達する点から水平方向に延長した直線Ｌ４とが交わる点と凹面鏡２３との水平距離である。

【0050】

また、図１に示すように、第１液晶パネル１４及び第２液晶パネル２０からの表示光は、位相差板２４を透過した後、ウインドシールド２５に照射される。第１液晶パネル１４及び第２液晶パネル２０からの表示光には、互いに偏光面が直交する２つの偏光成分、すなわちＰ波（Ｐ偏光）及びＳ波（Ｓ偏光）が含まれる。Ｐ偏光とＳ偏光とでは、反射面での反射率が異なる。位相差板２４によって直線偏光を円偏光（又は楕円偏光）に変換することで、第１液晶パネル１４から出射された直線偏光と、第２液晶パネル２０から出射された直線偏光との間で、ウインドシールド２５で反射される際の反射率の差を低減できる。

【0051】

［３］ 第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１光源部１２と、第１光源部１２からの光を透過する第１液晶パネル１４と、第１光源部１２の光軸上に配置され、第１液晶パネル１４を透過した光を受ける第１面と、第１面と反対側の第２面とを有する反射型偏光板１７と、反射型偏光板１７の第２面に向けて光を出射する第２光源部１９と、第２光源部１９からの光を透過する第２液晶パネル２０とを備える。第１液晶パネル１４は、液晶層を透過した光を偏光させる偏光板１６を含む。第２液晶パネル２０は、液晶層を透過した光を偏光させる偏光板２２を含む。第１光源部１２の光軸は、反射型偏光板１７の垂線に対して斜めに設定される。第１液晶パネル１４の垂線は、反射型偏光板１７の垂線に平行に設定される。第２光源部１９の光軸は、反射型偏光板１７の垂線に対して斜めに設定される。偏光板１６の透過軸は、反射型偏光板１７の透過軸と平行に設定される。偏光板２２の透過軸は、反射型偏光板１７の反射軸と平行に設定される。

【0052】

従って第１実施形態によれば、第１液晶パネル１４が画像１４Ａを表示し、第２液晶パネル２０が画像２０Ａを表示した場合、結像位置が異なる２つの虚像２７、２８を表示させることができる。例えば、運転者２６に近い虚像２７には通常の運転に必要な速度情報を表示し、運転者２６から遠い虚像２８には一時的な情報（危険回避情報や道案内情報など）を表示させることが可能となる。

【0053】

また、レンズなどで光学系の焦点距離を変えることなく、結像位置が異なる複数の虚像を表示することが可能である。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１０が可動機構を有さないため、信頼性を向上できる。また、高価な光学部材を使用しないため、製造コストを低減できる。

【0054】

また、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１液晶パネル１４から出射されかつ反射型偏光板１７を透過した光と、第２液晶パネル２０から出射されかつ反射型偏光板１７で反射された光とを透過し、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換する位相差板２４を備えている。これにより、第１液晶パネル１４から出射された直線偏光と、第２液晶パネル２０から出射された直線偏光との間で、ウインドシールド２５で反射される際の反射率の差を低減できる。この結果、第１液晶パネル１４による虚像２７と、第２液晶パネル２０による虚像２８との輝度の差を低減できる。

【0055】

［第２実施形態］
第２実施形態は、第１光源部１２と第１液晶パネル１４とを平行に配置し、第１液晶パネル１４と反射型偏光板１７とを斜めに配置するようにしている。図６は、本発明の第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の断面図である。

【0056】

第１液晶表示装置１１は、第１光源部１２、及び第１液晶パネル１４を備える。第１液晶パネル１４の垂線は、第１光源部１２の光路（光軸）と平行に設定される。

【0057】

支持部材１３は、第１液晶パネル１４と反射型偏光板１７とに接し、第１液晶パネル１４と反射型偏光板１７とを固定する。また、支持部材１３は、第１液晶パネル１４の垂線と反射型偏光板１７の垂線とが斜めになるように、第１液晶パネル１４と反射型偏光板１７とを固定する。第１液晶パネル１４の垂線と反射型偏光板１７の垂線とのなす角度は、第１実施形態で説明した角度θ_１と同じである。支持部材１３は、例えば、第１液晶パネル１４の縁に沿って形成され、平面形状が矩形の枠で構成される。

【0058】

図６に示すようにヘッドアップディスプレイ装置１０を構成した場合でも、第１実施形態と同じ動作を実現できる。

【0059】

第２実施形態では、第１光源部１２からの照明光は、第１液晶パネル１４に垂直に入射する。これにより、第１液晶パネル１４の画像が劣化するのを抑制できる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。

【0060】

なお、上記実施形態では、２つの虚像を結像させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置１０について説明しているが、第３の液晶表示装置又はそれ以上の液晶表示装置を用意し、３個以上の虚像を結像させるようにしてもよい。なお、３つの液晶表示装置は、反射部材としての凹面鏡の焦点内に配置される。

【0061】

上記実施形態では、第２液晶パネル２０が反射型偏光板１７の斜め下方に配置されている。反射型偏光板１７を傾ける方向と第２液晶パネル２０の位置とが揃っていれば、第２液晶パネル２０は、反射型偏光板１７の斜め下方、斜め上方、斜め左側、及び斜め右側などのいずれに配置してもよい。

【0062】

本明細書において、板やフィルムなどは、その部材を例示した表現であり、その構成に限定されるものではない。例えば、位相差板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であってもよい。偏光板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であってもよい。

【0063】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

【符号の説明】

【0064】

１０…ヘッドアップディスプレイ装置、１１…第１液晶表示装置、１２…第１光源部、１３…支持部材、１４…第１液晶パネル、１５，１６…偏光板、１７…反射型偏光板、１８…第２液晶表示装置、１９…第２光源部、２０…第２液晶パネル、２１，２２…偏光板、２３…反射部材、２４…位相差板、２５…ウインドシールド、２７，２８…虚像、３０…基板、３１…発光素子、３２…ヒートシンク、３３，３５…支持部材、３４…光源光学系、４０…ＴＦＴ基板、４１…ＣＦ基板、４２…液晶層、４３…スイッチング素子、４４…絶縁層、４５…画素電極、４６…コンタクトプラグ、４７…カラーフィルター、４８…ブラックマトリクス、４９…共通電極、５０，５１…位相差板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】