JP2010152248A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化及び解像度の高いフルカラー表示が可能な、例えば車載用に適した表示装置を提供する
【解決手段】 １枚のパネルにおいて複数画面（例えば３画面）の表示が行われる液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２の各画像表示領域２ａ〜２ｃに対応して設置される背面光源（例えば赤色背面光源５、緑色背面光源６、青色背面光源７）と、３画面の投影画像を重ねて１画面に合成する合成光学系（例えばダイクロイックミラー８〜１０）と、拡大投射光学系（例えば拡大レンズ１１）とを備えた表示装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種情報を投影表示させる表示装置に関するものであり、特に車載用のヘッドアップ表示装置として好適な表示装置に関する。

例えば自動車のフロントウィンドシールドをスクリーンにしてメーター等の情報を投影表示させるヘッドアップ表示装置が広く用いられるようになってきており、車載用のヘッドアップ表示装置の開発が進められている。

車載用のヘッドアップ表示装置において、カラー表示を実現しようとした場合、カラー液晶パネルに白色の背面光源を組み合わせ、液晶パネルに内蔵したカラーフィルターでカラー表示を実現し、光学系で拡大投射する構成を採用するのが一般的である。

一方で、モノクロ液晶を用いて表示色を任意に変更可能な表示装置も提案されており、例えば特許文献１には、装置の大型化を極力防止しつつ表示体の表示色を多色化した表示装置が開示されている。

具体的には、特許文献１には、表示体の表示像を照明する照明手段を有する表示装置において、照明手段が、第１，第２の発光色を発光する第１，第２の発光部材と、第１の発光色を透過すると共に、第２の発光色を反射する光学部材とを備え、第１，第２の発光部材は、光学部材を介して表示体を照明することにより、第１の発光色と第２の発光色とを混色させて表示体を照明する表示装置が開示されている。

特許文献１記載の表示装置では、モノクロ液晶セルの表示色を例えば紫色にする場合には、赤色輝線スペクトルランプ及び青色輝線スペクトルランプを点灯する。すると、各ランプより出射された光がそれぞれ所定の光路を辿ってモノクロ液晶セルに到達し、これにより、モノクロ液晶セルの所定部位を透過する光は赤色光と青色光との混色となるため、モノクロ液晶セルの表示色を紫色とすることができる。
特開平６−１３０３８３号公報

しかしながら、例えば用途が自動車用である場合等においては、表示装置を小型化する必要があり、カラー液晶パネルに白色の背面光源を組み合わせ、液晶パネルに内蔵したカラーフィルターでカラー表示を実現し、光学系で拡大投射する構成を採用した場合には、使用する液晶表示パネルの画面サイズを小さくする必要があり、表示解像度を上げることが困難になるという課題がある。車載用の表示装置を考えた場合、前記小型化の要求から、使用する液晶表示パネルは画面対角３０ｍｍ程度に抑える必要がある。フルカラー等の多色表示を行う場合、３色のカラーフィルターを使用する必要があり、このサイズ内で表示解像度を上げることは難しい。

このような不都合を解消するためには、それぞれＲＧＢのカラーフィルターを形成した３枚の液晶パネルを用い、これら３枚の液晶パネルの画像を１画像に合成することも考えられる。しかしながら、この場合には装置構造が複雑になり、３枚の液晶パネルの画像を１画像に合成する時の位置合わせに高い精度が要求され、車載用途での振動に対する位置ズレの影響も大きい。

一方、特許文献１記載の表示装置では、ランプ制御による混色による多色化は可能であるが、単色表示であることには変わらず、フルカラー表示を実現することはできない。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、装置を大型化する必要がなく、解像度の高いフルカラー表示が可能で、例えば車載用に用いた際にも振動による合わせズレの影響も受けることのない表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、１枚のパネルにおいて複数の画面の表示が行われる複数の画像表示領域を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの各画像表示領域に対応して設置される複数の背面光源と、前記複数画面の投影画像を重ねて１画面に合成する合成光学系と、前記合成光学系の画像を拡大投射する拡大投射光学系とを備えたことを特徴とする。

前記構成を採用することにより、１画面のパネル解像度を抑えることが可能となり、画面サイズを小さくして複数画面分の表示を可能としてもパネル全体のサイズが抑えられる。したがって、表示装置全体の小型化が実現される。また、複数画面の表示が１枚の液晶表示パネルで行われるので、複数画面を１画面に合成する際の合わせ精度が良好なものとなり、例えば車載用途等においては、振動による合わせズレの影響が大幅に軽減される。

本発明によれば、解像度の高いフルカラー表示が可能な小型の表示装置を実現することが可能である。また、複数画面を１画面に合成する際の合わせ精度が良好で、車載用途等において振動による合わせズレの影響を回避することが可能な表示装置を提供することが可能である。

以下、本発明を適用した表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の表示装置１は、図１に示すように、３原色の背面光源を備えた複数画面（ここでは３画面）分の表示ができる単一の液晶表示パネル２と、３画面の投影画像を重ねて１画面に合成する合成光学系、合成された投影画像を拡大投射する拡大投射光学系とから構成されている。

図２は、前記表示装置に使用される液晶表示パネル２の概略構成を示すものであり、図２（ａ）は従来の液晶表示パネル、図２（ｂ）は本実施形態の表示装置に使用される液晶表示パネル２を示す。

従来の液晶表示パネル１０１において、フルカラー表示を実現するためには、図２（ａ）に示すように、ＲＧＢカラーフィルターを使用する必要がある。すなわち、一画素領域に３つ（ＲＧＢ）のカラーフィルターを形成する必要がある。図２（ａ）に示す液晶表示パネルでは、画像表示領域１０２内の各画素にＲＧＢのカラーフィルター１０３が形成され、画素表示領域１０２の外側の額縁領域にソースドライバ１０４やゲートドライバ１０５が設置されている。

このような構成の液晶表示パネル１０１の場合、液晶表示パネル１０１のサイズを小さくしようとすると、各画素の面積も小さくせざるを得ず、ＲＧＢカラーフィルターの形成は非常に困難なものとなる。換言すれば、図２（ａ）に示すような液晶表示パネル１０１を使用した場合、表示解像度を上げることが困難になるという課題がある。

また、３枚のモノクロ液晶パネルを用い、ＲＧＢ光源（例えば白色光源を分光光学系で３原色に分けてＲＧＢ光源としたもの等）を使って拡大投射する表示装置も知られているが、３枚のモノクロ液晶パネルを光学系と組み合わせる必要があり、外部振動に対して合成光学系がズレ易いという問題がある。勿論、強固なキャスティングフレームにアライメント機構を付けたマウンターを作製すれば、合成光学系のずれを抑えることが可能であるが、コスト増が大きな課題となる。

そこで、本実施形態で使用する液晶表示パネル２においては、カラーフィルターは使用せず、図２（ｂ）に示すように、３画面を同時に表示できる単一構成の液晶表示パネルを使用している。図２（ｂ）は、一般的なＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶表示パネルの例を示している。

図２（ｂ）に示す液晶表示パネル２は、１枚の液晶表示パネル２に横方向に３画面分、即ち、夫々独立した３つの画像表示領域２ａ〜２ｃを並置して３画面の表示ができるようにした構成であり、各画像表示領域（表示画面）２ａ〜２ｃに同一内容の画像を表示するとともに、各色に対応した画像を表示させる。液晶表示パネル２の１辺に沿って各画像表示領域２ａ〜２ｃに対応してそれぞれ独立したソースドライバ３ａ〜３ｃが設けられるともに、これとは直交する辺に３つの画像表示領域２ａ〜２ｃに共通のゲートドライバ４が設置されている。

前述のように、１枚の液晶表示パネル２に並置される３つの画像表示領域２a〜２ｃに３画面単色表示を行うようにすることで、高精細の３画面表示を実現することが可能である。例えば、液晶表示パネル２を前記構成とすることにより、各画像表示領域２ａ〜２ｃのパネル解像度は１／３で済み、１画面分の画面サイズは１／３にすることが可能である。さらに、パネルサイズを同等とした場合でも、カラーフィルターによる透過率ロスが無くなるため、光源の輝度（光度）も低減することができ、低消費電力化により光源の放熱構造も簡略化することができ、表示装置全体サイズの小型化とコスト削減を同時に実現することが可能である。

なお、前記液晶表示パネル２をポリシリコンＴＦＴ液晶とすれば、高開口率の特徴を活かしてさらに高解像度にすることができ、３画面を内蔵した表示パネルのさらなる小型化を実現することも可能である。

液晶表示パネル２をポリシリコンＴＦＴ液晶とした場合、ゲートドライバ４やソースドライバ３ａ〜３ｃを、画素を構成するスイッチング用ＴＦＴの形成と同時に形成することができ、ドライバＩＣの一部、あるいは全部を不要とすることも可能である。例えばアナログ構成であれば、ソースドライバを省略することが可能である。デジタルインターフェース構成の場合は、ソースドライバは必要であるが、この場合でもポリシリコンの高電子移動度を活用し、３選択駆動構成とすることで、３画面分を１個のソースドライバで駆動することが可能となり、コスト削減や接続信頼性向上といったメリットも得ることができる。なお、この場合、当然ゲートドライバは全く不要である。

一方、前記液晶表示パネル２の３画面の投影画像を重ねて１画面に合成する合成光学系としては、本実施形態の場合、背面光源とダイクロイックミラーを使用している。背面光源は、本実施形態の場合、赤色背面光源５、緑色背面光源６、青色背面光源７が前記液晶表示パネル２の各画像表示領域２ａ〜２ｃに対応して、各画像表示領域２ａ〜２ｃの背面側に設置されている。したがって、液晶表示パネル２の各画像表示領域２ａ〜２ｃのモノクロ画像は、各背面光源５〜７からの背面光（赤色光、緑色光、青色光）の照射によって、赤色画像、緑色画像、青色画像に変換される。

背面光源には、例えば赤、緑、青の単色発光のＬＥＤ等を用いることができる。単色発光のＬＥＤは、ＲＧＢの各波長の光を直接発光するＬＥＤであってもよいし、ＵＶ発光ＬＥＤにＲＧＢそれぞれの蛍光体を組み合わせた単色発光のＬＥＤであってもよい。

変換された赤色画像、緑色画像、青色画像は、合成光学系であるダイクロイックミラーで合成されて１画面とされる。そのため、液晶表示パネル２の各画像表示領域２ａ〜２ｃに対応して、前記背面光源５〜７とは反対側に、それぞれダイクロイックミラー８〜１０が設置されている。これらダイクロイックミラーのうち、画像表示領域２ａに対応して設置されるダイクロイックミラー８は、赤色背面光源５の照射による赤色画像を直角に反射する。画像表示領域２ｂに対応して設置されるダイクロイックミラー９は、緑色背面光源６の照射による緑色画像を直角に反射するとともに、前記ダイクロイックミラー８で反射された赤色画像を透過する。画像表示領域２ｃに対応して設置されるダイクロイックミラー１０は、青色背面光源７の照射による青色画像を直角に反射するとともに、前記ダイクロイックミラー８で反射された赤色画像及びダイクロイックミラー９で反射された緑色画像を透過する。これにより赤色画像、緑色画像、青色画像が１画面に合成され、フルカラー画像が表示される。

合成されたフルカラー画像は、拡大投射系によりスクリーン等に投影表示される。例えば、車載用の表示装置では、自動車のフロントウィンドシールド１２をスクリーンにして、メータ等の情報が投影表示される。拡大投射光学系としては、例えば拡大レンズ１１等を使用することが可能である。

以上のような構成を有する表示装置においては、液晶表示パネル２を単一構成として、この液晶表示パネル２に３画面分の画像表示領域２ａ〜２ｃを形成して３画面分表示を行う構成としてもパネルサイズを拡大する必要がなく、表示装置全体のサイズを抑え、小型化することが可能である。また、３画面分を１枚の液晶表示パネル２で構成しているので、３画面の画像を１画像に合成する時の位置合わせ精度が非常に良好なものとなり、車載用途での振動に対する合わせズレの影響も大幅に軽減することができる。

以上、本発明を適用した表示装置の実施形態について説明したが、本発明が前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、前述の実施形態の表示装置では３画面分を内蔵した単一の液晶表示パネルと３原色背面光源を用いる構成としたが、表示色によっては２画面分の画像表示領域を内蔵した単一の液晶表示パネルと２色の背面光源を用いる構成としても良い。また、合成光学系としては、前述のダイクロイックミラーの他、各種ミラー系、プリズム系、あるいはそれらを組み合わせたもの等を使用することができ、拡大投射光学系も、前記拡大レンズの他、各種投射レンズ、凹面鏡等、非球面系光学系も含めて容易に実現が可能である。

なお、前述の実施形態は、車載用途を前提としたヘッドアップ表示装置を例にして説明したが、これに限らず、小型高性能の投射型表示装置として各種用途に応用できることは言うまでもない。

本発明を適用した表示装置の概略構成を示す図である。 液晶表示パネルの構成例を示すものであり、（ａ）は従来の表示装置で使用されているカラーフィルターを用いた液晶表示パネルの一例を示す概略平面図であり、（ｂ）は本発明の表示装置で使用される液晶表示パネルの一例を示す概略平面図である。

符号の説明

１ 表示装置、２ 液晶表示パネル、２ａ〜２ｃ 画像表示領域（表示画面）、３ａ〜３ｃ ソースドライバ、４ ゲートドライバ、５ 赤色背面光源、６ 緑色背面光源、７ 青色背面光源、８〜１０ ダイクロイックミラー、１１ 拡大レンズ、１２ フロントウィンドシールド（スクリーン）

Claims (3)

1. １枚のパネルにおいて複数の画面の表示が行われる複数の画像表示領域を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの各画像表示領域に対応して設置される複数の背面光源と、前記複数画面の投影画像を重ねて１画面に合成する合成光学系と、前記合成光学系の画像を拡大投射する拡大投射光学系とを備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記液晶表示パネルは１枚のパネルにおいて３画面の表示が行われる液晶表示パネルであり、
   前記背面光源として、赤、緑、青にそれぞれ発光する単色発光ＬＥＤが各画像表示領域に対応して設置されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記拡大投射光学系を通過した画像を自動車のフロントウィンドシールドに表示することを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。

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