WO2021095764A1 - 表示装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a display device.
- a head-up display (HUD) that projects an image onto an object to be projected such as a front window of a vehicle or a combiner is known (for example, Patent Document 1).
- the conventional HUD projects one image at a predetermined location. Therefore, when it is desired to project a plurality of images, it is necessary to provide a plurality of HUDs.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a display device capable of projecting a plurality of images.
- the display device includes a display panel, a first optical component which is a switching optical component capable of switching between a light reflection state and a transmission state by the reflecting surface, and a second optical component.
- the reflective surface of the first optical component facing the side is arranged on an optical path from the display panel, the second optical component has a reflective surface, and the reflective surface of the second optical component is the first. 1 It is on the reflected light path of the optical component.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration and principle of a display device.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the difference between the first position and the second position on which the display device projects an image and the difference in the position of the virtual image.
- FIG. 3 is a schematic view showing an example of a rotating mirror.
- FIG. 4 is a schematic view showing an example of a rotating mirror.
- FIG. 5 is a schematic view showing an example of a rotating mirror.
- FIG. 6 is a schematic view showing a main configuration example of the liquid crystal mirror.
- FIG. 7 is a schematic view showing a main configuration example of the liquid crystal mirror.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing the main configuration and principle of the display device.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a main configuration and principle of a display device.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the difference between the first position and the second position on which the display device projects an image and the difference in the position of the virtual image.
- FIG. 3 is a
- FIG. 9A is a schematic diagram showing the difference between the image projected at the first position, the image projected at the second position, and the image projected at the third position.
- FIG. 9B is a schematic diagram showing the difference between the image projected at the first position, the image projected at the second position, and the image projected at the third position.
- FIG. 10 is a timing chart showing an example of synchronization control between the display output content and the switching optical component.
- FIG. 11 is a timing chart showing an example of synchronization control between the display output content and the switching optical component.
- FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration example of the display panel.
- FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration example of the display panel.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the main configuration and principle of the display device 1.
- the display device 1 projects an image on a projected portion such as the front window FW of the vehicle.
- the projected image is visually recognized by the user H as a virtual image V.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the difference between the first position P1 and the second position P2 on which the display device 1 projects an image and the difference in the positions of the virtual images V (virtual image V1, virtual image V2).
- the display device 1 includes a display panel 10, a light source unit 20, a first optical component 30, a second optical component 40, a control unit 50, and the like.
- the display panel 10 and the control unit 50 are connected to each other via the wiring 15.
- the light source unit 20 and the control unit 50 are connected via the wiring 25.
- the display panel 10 is, for example, a transmissive liquid crystal display panel (see FIG. 12).
- the light source unit 20 has a light source such as a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode), and is provided on the back side of the display panel 10 to irradiate the display panel 10 with light.
- the back side of the display panel 10 is the opposite side of the front window FW with respect to the position of the display panel 10.
- the light from the light source unit 20 is projected onto the front window FW via the display panel 10.
- the light projected in this way is visually recognized by the user H as a virtual image V. Since the image projected directly from the display panel 10 onto P1 is not corrected by the concave mirror, it may become a distorted image. When it is necessary to correct this distortion, P1 may be projected onto a flat combiner, or reflection may be corrected once with a concave mirror.
- the flat combiner is a transparent resin having a reflectance that can sufficiently reflect the light of the image from the display panel 10.
- the first optical component 30 is a switching optical component capable of switching between a light reflecting state and a transmitting state by the reflecting surface.
- the first optical component 30 is in the transmitted state, the light emitted from the display panel 10 is projected onto the first position P1 of the front window FW without changing the optical path by the first optical component 30.
- the user H can visually recognize the virtual image V1 according to the light projected on the first position P1.
- the reflective surface of the first optical component 30 is arranged on the optical path from the display panel 10.
- the second optical component 40 is a reflecting mirror.
- a reflecting mirror having a curved surface such as a concave mirror is used for the second optical component 40.
- the reflective surface of the second optical component 40 is on the reflected light path of the first optical component 30.
- the reflecting surface of the second optical component 40 and the reflecting surface of the first optical component 30 in the reflected state are facing inward with each other with the optical path of the light reflected by the first optical component 30 as the inside.
- the light from the display panel 10 is reflected by the reflecting surface of the first optical component 30 in the reflecting state, the light is further reflected by the second optical component 40.
- the light reflected by the second optical component 40 in this way is projected onto the second position P2 of the front window FW. Therefore, when the first optical component 30 is in the reflected state, the light emitted from the display panel 10 is projected onto the second position P2 of the projected portion.
- the second position P2 is a position different from the first position P1.
- the user H can visually recognize the virtual image V2 according to the light projected on the second position P2.
- the height of the light projection position for making the virtual image V including the virtual images V1 and V2 visible may be the same, and in FIG. 2 and FIG. 9A described later. It may be different as schematically shown.
- the first position P1 and the second position P2 may be determined so that the virtual image V1 and the virtual image V2 are visually recognized as being in different places.
- the switching optical component is, for example, a rotating mirror.
- rotary mirror rotary mirrors 30A and 30B
- FIG. 3 is a schematic view showing an example of the rotary mirror 30A.
- the rotating mirror 30A schematically shown in FIG. 3 has a reflecting portion M, a transmitting portion D, and a rotating shaft portion C1.
- the reflecting portion M is a mirror as a so-called optical member.
- the reflective portion M has, for example, a structure in which aluminum, silver, or a material exhibiting equivalent light reflectivity is vapor-deposited, coated, or attached to one surface of colorless transparent glass or synthetic resin.
- the reflecting portion M may be a film (reflecting multilayer film) capable of reflecting light such as ESR (Enhanced Specular Reflector).
- ESR Enhanced Specular Reflector
- the light emitting region AA emitted from the light source unit 20 and directed to the rotating mirror 30A through the display panel 10 is sufficiently contained in one reflecting unit M.
- the transmitting portion D has a structure that transmits light, and is, for example, colorless and transparent glass or synthetic resin, but the present invention is not limited to this, and even an empty portion provided adjacent to the reflecting portion M is not limited to this. Good (see Figure 4).
- the transmission state may be a transmission state in which light is transmitted through a member having light transmission such as colorless transparent glass or synthetic resin, or light is transmitted in a space without an optical member such as the first optical member 30. It may be in a transparent state.
- the size and shape of the transmission region of the transmission portion D are also provided so that the emission region AA can be included as in the reflection portion M.
- the rotating shaft C1 is provided on the circumferential central axis of the reflecting portions M and the transmitting portions D that are alternately arranged in the circumferential direction.
- the rotation mirror 30A rotates about the rotation axis C1
- the reflection unit M and the transmission unit D alternate with respect to the rotation angle at the position corresponding to the emission region AA. Therefore, by controlling the rotation angle of the rotation axis C1, the rotation mirror 30A emits light from the light source unit 20 and travels in the direction toward the front window FW through the display panel 10 to be irradiated or transmitted to the reflection unit M. It is possible to control whether or not the portion D is irradiated.
- FIG. 3 four fan-shaped reflecting portions M and four transmitting portions D having an arcuate outer peripheral shape are provided around the rotation axis C1, and the reflecting portions M and the transmitting portions D are alternately arranged along the circumferential direction.
- the rotating mirror 30A is illustrated, this is merely a specific configuration example of the rotating mirror, and the shapes and numbers of the reflecting portion M and the transmitting portion D are not limited to this, and can be changed as appropriate. ..
- FIG. 4 is a schematic view showing an example of the rotary mirror 30B.
- the rotary mirror 30B is similar to the rotary mirror 30A in that the reflecting portion M is rotatably provided with the rotary shaft C1 as the rotation center axis. Further, the rotary mirror 30B is the same as the rotary mirror 30A in that one reflective portion M located on the outer peripheral side with the rotary axis C1 as the center has a reflective surface capable of covering the emission region AA. On the other hand, the rotating mirror 30B is different from the rotating mirror 30A in that the shape of the reflecting portion M is rectangular.
- the rotation axis C1 is provided, for example, at a position where the diagonal lines of the rectangle intersect, but may be one end side in the long side direction of the rectangle.
- the rotation angle of the rotation mirror 30B is controlled so that the reflection portion M is at the position of the broken line shown in FIG. 4, so that there is nothing at the position of the emission region AA.
- the light emitted to the emission region AA passes through the rotating mirror 30B without being blocked and heads toward the front window FW.
- the rotating mirror 30B is emitted from the light source unit 20 by controlling the rotation angle of the rotating shaft C1 to rotate the reflecting unit M, and is emitted from the light source unit 20 through the display panel 10 to the front window FW in the same manner as the rotating mirror 30A. You can control whether the light traveling in the direction is reflected or passed through.
- FIG. 5 is a schematic view showing an example of the rotating mirror 30C.
- the rotating mirrors 30A and 30B for rotating the reflecting portion M have been described with reference to FIGS. 3 and 4, but the movement of the mirror as a so-called optical member is not limited to rotation. ..
- the light is transmitted by rotating the reflecting portion M about the rotation axis C2 with respect to the traveling direction L of the light traveling in the direction toward the front window FW through the display panel 10.
- a rotating mirror 30C provided so as to be able to switch between reflecting and passing through may be adopted as the first optical component 30.
- the specific configuration of the first optical component 30 is not limited to a configuration in which the position of the mirror as a so-called optical member is physically changed.
- the first optical component 30 may be a liquid crystal mirror.
- a specific configuration example of the liquid crystal mirror liquid crystal mirror 30D will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
- the liquid crystal mirror 30D has a first substrate 31, a second substrate 32, and a liquid crystal layer 33.
- the two directions along the plate surfaces of the first substrate 31 and the second substrate 32 are the X direction and the Y direction, and the directions orthogonal to the X direction and the Y direction are the Z direction.
- the first substrate 31 is a translucent substrate or polarized light having a polarizing property that transmits a component vibrating in the X direction among the light traveling along the Z direction having a plurality of vibration directions including the X direction and the Y direction. It is a substrate on which plates are superimposed. Further, the first substrate 31 does not transmit a component of the light that vibrates in a direction other than the X direction (for example, the Y direction). Further, like the first substrate 31, the second substrate 32 has a plurality of vibration directions including the X direction and the Y direction, and among the light traveling along the Z direction, the polarized light that transmits the component vibrating in the X direction is transmitted. Has sex.
- the second substrate 32 reflects a component of the light that vibrates in the Y direction.
- the second substrate 32 is a substrate provided with a reflective polarizing film such as DBEF (Dual Brightness Enhancement Film).
- the liquid crystal layer 33 is sealed between the first substrate 31 and the second substrate 32.
- An electrode (not shown) is provided on at least one of the first substrate 31 and the second substrate 32, and a voltage applied to the liquid crystal layer 33 via the electrode is provided in a controllable manner.
- the liquid crystal layer 33 changes the influence of the light passing between the first substrate 31 and the second substrate 32 on the vibration direction according to the applied voltage.
- the liquid crystal layer 33A shown in FIG. 6 changes the vibration direction from the X direction to the Y direction by the time the polarized light ML that vibrates in the X direction transmitted through the first substrate 31 of the incident light IL reaches the second substrate 32.
- the liquid crystal layer 33 in the affected state is shown.
- the polarized ML is reflected by the second substrate 32 by the liquid crystal layer 33A and heads toward the first substrate 31 side.
- the vibration direction of the polarized ML changes from the Y direction to the X direction to reach the first substrate 31 due to the influence of the liquid crystal layer 33 while going from the second substrate 32 to the first substrate 31, and the first substrate 31 is moved. It is transmitted and emitted as emitted light OL. That is, in the example shown in FIG. 6, the incident light IL is reflected by the liquid crystal mirror 30D and emitted as the emitted light OL.
- the liquid crystal layer 33B shown in FIG. 7 shows the liquid crystal layer 33 in a state in which the vibration direction of the polarized light ML that vibrates in the X direction transmitted through the first substrate 31 of the incident light IL is not changed.
- the incident light IL passes through the second substrate 32 and becomes the emitted light OL. That is, in the example shown in FIG. 7, the incident light IL passes through the liquid crystal mirror 30D and is emitted as the emitted light OL.
- the liquid crystal mirror 30D changes the transmission state and the transmission state (transmission state) without changing the physical positions and angles of the first substrate 31 and the second substrate 32. Can be switched.
- the control unit 50 has a circuit in which various functions related to switching between the reflection state and the transmission state of the switching optical component are mounted.
- the control unit 50 includes a configuration corresponding to a specific configuration of the switching optical component such as the first optical component 30.
- the first optical component 30 provided to switch between the reflection state and the transmission state by controlling the operation of the angle, such as the rotation mirrors 30A and 30B or the rotation mirror 30C, the rotation axis (rotation axis C1 or rotation axis).
- the control unit 50 is provided as a configuration including a motor driver that controls the operation of the electric motor connected to C2).
- the control unit 50 operates the electric motor according to the switching timing of a plurality of predetermined light projection positions (first position P1, second position P2, etc.). Further, the control unit 50 links the switching of the image projected on the first position P1 and the second position P2 with the switching of the state of the first optical component 30. Further, in the case of the first optical component 30 provided to switch between the reflection state and the transmission state by controlling the liquid crystal layer 33 like the liquid crystal mirror 30D, the control unit 50 has a function as a so-called DDIC (Display Driver Integrated Circuit). , Switching timing of a plurality of predetermined light projection positions (first position P1, second position P2, etc.) by controlling the voltage of the electrodes provided on the liquid crystal mirror 30D to control the state of the liquid crystal layer 33. The reflection state and the transmission state are switched according to.
- DDIC Display Driver Integrated Circuit
- the light projection position is not limited to two (for example, the first position P1 and the second position P2). There may be three or more.
- the projection position of light is three (for example, the first position P1, the second position P2, and the third position P3) will be described with reference to FIGS. 8 and 9A.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing the main configuration and principle of the display device 1A. Similar to the display device 1, the display device 1A projects an image onto a projected portion such as the front window FW.
- the display device 1A further includes a third optical component 60 and a fourth optical component 70 in addition to the same configuration as the display device 1.
- the third optical component 60 and the control unit 50 are connected via wiring 65.
- the third optical component 60 is a switching optical component similar to the first optical component 30.
- the reflective surface of the third optical component 60 facing the reflective surface side of the second optical component 40 is arranged on the reflected light path of the second optical component 40.
- the fourth optical component 70 is a reflector.
- a curved reflecting mirror that matches the shape of the projection surface, such as the front window FW can be used. Further, when the curvature of both the second position P2 and the third position P3, which will be described later, can be corrected by the second optical component 40, a plane mirror can be used for the fourth optical component 70.
- the reflective surface of the fourth optical component 70 is on the reflected light path of the third optical component 60.
- the first optical component 30 when the first optical component 30 is in a transmitted state, the light emitted from the display panel 10 is projected onto the first position P1 of the projected portion of the light.
- the first optical component 30 is in the reflection state and the third optical component 60 is in the transmission state, the light emitted from the display panel 10 is reflected by the second optical component 40 and is reflected by the second optical component 40, and the first position P1 of the projected portion is formed. It is projected at the second position P2 different from the above.
- the first optical component 30 and the third optical component 60 are in the reflected state, the light reflected by the second optical component 40 and the fourth optical component 70 is different from the first position P1 and the second position P2 of the projected portion. It is projected at a different third position P3.
- FIG. 9A is a schematic diagram showing the difference between the image A projected at the first position P1, the image B projected at the second position P2, and the image C projected at the third position P3.
- FIG. 9B is a schematic diagram showing the difference between the image D projected at the first position P4, the image E projected at the second position P5, and the image F projected at the third position P6.
- the display device 1A displays the contents of the virtual image V (virtual image V1, virtual image V2, virtual image V3) according to the projection position of the light (first position P1, second position P2, third position P3). Can be different.
- the display device 1 can also make the contents of the virtual image V (virtual image V1, virtual image V2) different depending on the projection position of the light (first position P1, second position P2).
- the third optical component 60, the fourth optical component 70, the third position P3, and the virtual image V3 in FIG. 9A are omitted.
- the display device 1A has a virtual image V (virtual image V4, virtual image V5, virtual image V6) according to the projection position of light (first position P4, second position P5, third position P6).
- the content can be different.
- images are displayed so as to be arranged vertically, and a collar controlled so that an image having a depth is positioned upward is shown.
- the position and size of the virtual image V to be visually recognized can be changed as appropriate.
- the image V4 is used as an automobile speedometer
- the image V5 is used as an automobile (engine) rotator
- the image V6 is used as an automobile fuel gauge. It is not limited to, and can be changed as appropriate.
- the display panel 10 switches the output image in synchronization with the switching timing of the reflection state and the transmission state of the switching optical component.
- the control unit 50 controls the display output content of the display panel 10.
- the control unit 50 has a function as a DDIC for controlling the display output content of the display panel 10.
- the control unit 50 synchronizes the control timing of the display panel 10 with the control timing of the first optical component 30. Details will be described later, but for example, when displaying the image A, the control unit 50 puts the first optical component 30 in a transparent state. Further, when displaying the image B described later, the control unit 50 puts the first optical component 30 in the reflection state and the third optical component 60 in the transmission state.
- the control unit 50 When displaying the image C, the control unit 50 reflects both the first optical component 30 and the third optical component 60.
- a circuit for controlling the display panel 10 and a circuit for controlling the first optical component 30 may be provided separately to synchronize the individual circuits, or an independent circuit for the synchronization may be further provided. You may do so.
- synchronous control between the projected position of light and the content of the virtual image V will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
- FIG. 10 and 11 are timing charts showing an example of synchronization control between the display output content and the switching optical component.
- FIG. 10 shows the case of the display device 1
- FIG. 11 shows the case of the display device 1A.
- the high (H) / low (L) pulses of the images A and B shown in FIG. 10 output an image when it is high (H), and do not output an image when it is low (L). Show that.
- the high (H) / low (L) pulse of the “first optical component” (first optical component 30) shown in FIG. 10 is in a reflected state when it is high (H), and is in a low (L) state. When is, it indicates that it becomes a transparent state.
- images A and B are alternately output on the display panel 10 in units of F for one frame period. Further, in the display device 1, the reflection state and the transmission state of the first optical component 30 are switched in units of F for one frame period in synchronization with the switching timing between the image A and the image B. As a result, the first optical component 30 is in a transparent state during the period when the display panel 10 outputs the image A, and the image A is projected on the first position P1. Further, during the period when the display panel 10 outputs the image B, the first optical component 30 is in the reflection state and the image B is projected on the second position P2.
- the first optical component 30 and the third optical component 60 are set to be in a transparent state during the output period of the image A.
- the first optical component 30 is switched from the transmission state to the reflection state in synchronization with the timing of switching from the image A to the image B.
- the third optical component 60 is switched from the transmission state to the reflection state in synchronization with the timing of switching from the image B to the image C, and the reflection state of the first optical component 30 is maintained. Therefore, the first optical component 30 is in a continuous two-frame period (2F) reflection state.
- the first optical component 30 and the third optical component 60 are switched from the reflection state to the transmission state in synchronization with the timing of switching from the image C to the image A.
- the first optical component 30 is in a transparent state during the period when the display panel 10 outputs the image A, and the image A is projected on the first position P1.
- the first optical component 30 is in the reflection state, and the third optical component 60 is in the transmission state, and the image B is projected on the second position P2.
- the first optical component 30 and the third optical component 60 are in a reflective state, and the image C is projected on the third position P3.
- the unit period for switching the image and switching the state of the switching optical component coincides with the updating period (1 frame period F) of the frame image drawn on the display panel 10.
- the unit period may be a period of two frames or more.
- the 1-frame period F is, for example, 1/60 second, but is not limited to this, and may be an arbitrary time corresponding to the frame rate applicable to the display panel 10, such as 1/120 second. Can be done.
- the display order of the images A, B, and C is not limited to the above-mentioned description order, and can be changed as appropriate.
- the images D, E, and F described with reference to FIG. 9B the images A, B, and C in the description with reference to FIGS. 10 and 11 are replaced with the images D, E, and F in the same manner. It is possible.
- the display panel 10 is, for example, a transmissive liquid crystal display panel.
- a specific configuration example of the display panel 10 will be described with reference to FIG.
- FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration example of the display panel 10.
- the display panel 10 includes an array substrate 12, a counter substrate 13, and a liquid crystal layer 106 as a display function layer.
- the facing substrate 13 is arranged so as to face the surface of the array substrate 12 in a direction perpendicular to the surface.
- the liquid crystal layer 106 is provided between the array substrate 12 and the facing substrate 13.
- the array substrate 12 has a first substrate 121, a pixel electrode 122, a common electrode 123, an insulating layer 124, a polarizing plate 125, and an alignment film 128.
- the first substrate 121 is provided with various circuits, switching element Trs such as TFTs (Thin Film Transistors), and various wirings (omitted in FIG. 12) such as gate line GCL and signal line SGL.
- the common electrode 123 is provided on the upper side of the first substrate 121.
- the pixel electrode 122 is provided on the upper side of the common electrode 123 via the insulating layer 124.
- the pixel electrode 122 is provided on a layer different from that of the common electrode 123, and is arranged so as to overlap the common electrode 123 in a plan view.
- a plurality of pixel electrodes 122 are arranged in a matrix in a plan view.
- the alignment film 128 is provided on the upper side of the pixel electrode 122.
- the polarizing plate 125 is provided on the lower side of the first substrate 121.
- a conductive material having translucency such as ITO (Indium Tin Oxide) is used for the pixel electrode 122 and the common electrode 123.
- ITO Indium Tin Oxide
- the direction from the first substrate 121 to the second substrate 131 in the direction perpendicular to the surface of the first substrate 121 is referred to as "upper side".
- the direction from the second substrate 131 to the first substrate 121 is defined as the “lower side”.
- the “planar view” indicates a case where the first substrate 121 is viewed from a direction perpendicular to the surface of the first substrate 121.
- a light source unit 20 is provided on the lower side of the array substrate 12.
- the facing substrate 13 has a second substrate 131, a color filter 132, an alignment film 138, and a polarizing plate 135.
- the color filter 132 is formed on one surface of the second substrate 131. Further, the alignment film 138 is provided below the color filter 132.
- the polarizing plate 135 is provided on the other surface of the second substrate 131.
- the first substrate 121 and the second substrate 131 are arranged so as to face each other with a predetermined interval provided by the seal portion 133.
- the liquid crystal layer 106 is provided in the space surrounded by the first substrate 121, the second substrate 131, and the seal portion 133.
- the liquid crystal layer 106 modulates the passing light according to the state of the electric field.
- a transverse electric field such as IPS (In-Plane Switching) including FFS (Fringe Field Switching). Mode liquid crystal is used.
- the liquid crystal layer 106 is driven by the transverse electric field generated between the pixel electrode 122 and the common electrode 123.
- the display panel 10 shown in FIG. 12 shows a horizontal electric field type liquid crystal display device, but the present invention is not limited to this mode, and a vertical electric field type liquid crystal display device may be used.
- the common electrode 123 is provided on the facing substrate 13.
- the liquid crystal layer 106 is driven by a so-called vertical electric field generated between the pixel electrode 122 and the common electrode 123.
- Examples of the vertical electric field type liquid crystal layer 106 include TN (Twisted Nematic), VA (Vertical Alignment), ECB (Electrically Controlled Birefringence), and the like.
- the display panel 10 is not limited to the liquid crystal display panel. Instead of the configuration of the display panel 10 and the light source unit 20, a self-luminous display panel such as an OLED (Organic Light Emitting Diode) panel may be provided.
- OLED Organic Light Emitting Diode
- display panel 10A a specific configuration example of the OLED panel will be described with reference to FIG.
- FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration example of the display panel 10A.
- the display panel 10A includes the substrate 151, the insulating layers 152 and 153, the reflective layer 154, the lower electrode 155, the self-luminous layer 156, the upper electrode 157, and the insulating layers 158 and 159.
- a color filter 161 as a color conversion layer, a black matrix 162 as a light-shielding layer, and a substrate 150 are provided.
- the substrate 151 is a semiconductor substrate such as silicon, a glass substrate, a resin substrate, or the like, and forms or holds the above-mentioned lighting drive circuit or the like.
- the insulating layer 152 is a protective film that protects the above-mentioned lighting drive circuit and the like, and silicon oxide, silicon nitride and the like can be used.
- the lower electrode 155 is a conductor that serves as an anode (anode) of the OLED.
- the lower electrode 155 is a translucent electrode formed of a translucent conductive material (translucent conductive oxide) such as indium tin oxide (ITO).
- the insulating layer 153 is called a bank and is an insulating layer for partitioning pixels.
- the reflective layer 154 is made of a metallic luster material that reflects light from the self-luminous layer 156, such as silver, aluminum, and gold.
- the self-luminous layer 156 contains an organic material, and includes a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer (not shown).
- the upper electrode 157 is a translucent electrode formed of a translucent conductive material (translucent conductive oxide) such as indium tin oxide (ITO).
- a translucent conductive material such as indium tin oxide (ITO).
- ITO indium tin oxide
- a conductive material having another composition such as Indium Zinc Oxide (IZO) may be used.
- the upper electrode 157 serves as the cathode of the OLED.
- the insulating layer 158 is a sealing layer that seals the above-mentioned upper electrode 157, and silicon oxide, silicon nitride, or the like can be used.
- the insulating layer 159 is a flattening layer that suppresses a step caused by a bank, and silicon oxide, silicon nitride, or the like can be used.
- the substrate 150 is a translucent substrate that protects the entire display panel 10A, and for example, a glass substrate can be used.
- FIG. 13 shows an example in which the lower electrode 155 is an anode (anode) and the upper electrode 157 is a cathode (cathode), but the present invention is not limited to this.
- the lower electrode 155 may be the cathode and the upper electrode 157 may be the anode.
- the polarity of the driving transistor Tr2 electrically connected to the lower electrode 155 can be appropriately changed, and the carrier can be changed as appropriate. It is also possible to appropriately change the stacking order of the injection layer (hole injection layer and electron injection layer), the carrier transport layer (hole transport layer and electron transport layer), and the light emitting layer.
- FIG. 13 illustrates a configuration in which the color of each pixel is determined by using the color filter 161.
- the color display is possible by differentiating the color of the light emitted by the OLED provided for each pixel. Good. Also, the color display function is not essential. In the case of single color display, configurations such as color filters 132 and 161 can be omitted.
- the display device 1 and the display device 1A have a display panel (display panel 10 or display panel 10A) and switching optics capable of switching between a light reflection state and a transmission state by the reflecting surface.
- the first optical component 30 and the second optical component 40 which are components, are provided, and the reflective surface of the first optical component 30 facing the display panel side is arranged on the optical path from the display panel, and the second optical component 40 is provided.
- the reflecting surface of the first optical component 30 is on the reflected light path of the first optical component 30.
- the display device 1 can project two images onto a projected portion such as the front window FW by switching between the reflection state and the transmission state of the first optical component 30.
- the first optical component 30 When the first optical component 30 is in a transmitted state, the light emitted from the display panel (display panel 10 or display panel 10A) is projected onto the first position P1 of the projected portion (front window FW) of the light. When the first optical component 30 is in the reflected state, the light emitted from the display panel is projected to the second position P2 different from the first position P1 of the projected portion. As a result, the display device 1 switches between the reflection state and the transmission state of the first optical component 30, so that the image corresponding to the virtual image V1 projected onto the first position P1 of the projected portion and visible to the user H and the first It is possible to project an image corresponding to the virtual image V2 that is projected onto the two positions P2 and is visible to the user H.
- the display device 1A includes a third optical component 60 and a fourth optical component 70, which are switching optical components, and the reflective surface of the third optical component 60 facing the reflective surface side of the second optical component 40 is It is arranged on the reflected light path of the second optical component 40, and the reflecting surface of the fourth optical component 70 is on the reflected light path of the third optical component 60.
- the display device 1A can project three images onto a projected portion such as the front window FW by switching between the reflection state and the transmission state of the first optical component 30 and the third optical component 60.
- the first optical component 30 When the first optical component 30 is in a transmitted state, the light emitted from the display panel (display panel 10 or display panel 10A) is projected onto the first position P1 of the projected portion (front window FW) of the light.
- the first optical component 30 When the first optical component 30 is in the reflected state and the third optical component 60 is in the transmitted state, the light emitted from the display panel is reflected by the second optical component 40 and is different from the first position P1 of the projected portion.
- the light projected on the second position P2 and reflected by the first optical component 30 and the third optical component 60 the light reflected by the second optical component 40 and the fourth optical component 70 is projected on the first position P1 and the projected portion. It is projected on the third position P3, which is different from the second position P2.
- the display device 1A switches between the reflection state and the transmission state of the first optical component 30 and the third optical component 60, so that the virtual image V1 is projected onto the first position P1 of the projected portion and is visible to the user H.
- the image corresponding to the image corresponding to the image, the image corresponding to the virtual image V2 projected to the second position P2 and visible to the user H, and the image corresponding to the virtual image V3 projected to the third position P3 and visible to the user H can be projected. ..
- the second optical component 40 may be a concave mirror.
- the projection range of the light on the front window FW is limited, the light is focused, and the brightness of the virtual image V can be easily increased.
- the fourth optical component 70 may be a plane mirror. Thereby, the configuration of the fourth optical component 70 can be further simplified. Even if the projected portion has a curvature like the front window FW, the second optical component 40 can cope with the actualization of the distortion due to the curvature.
- the display device 1 and the display device 1A include a control unit 50 that switches between the reflection state and the transmission state of the switching optical component. Thereby, the reflection state and the transmission state of the switching optical component can be controlled.
- the display panel switches the output image in synchronization with the switching timing of the reflection state and the transmission state of the switching optical component. This makes it possible to project a different image for each projection position.
- the switching timing is in frame units. As a result, it is not necessary to set a special timing for synchronization control for projecting a different image for each projection position, and easier synchronization control can be realized.
- the switching optical component is a rotating mirror or a rotating mirror, it is possible to switch between the reflection state and the transmission state of the switching optical component by physical operation. Further, since the switching optical component is a liquid crystal mirror, it is possible to switch between the reflection state and the transmission state of the switching optical component by controlling the voltage applied to the liquid crystal layer 33 included in the liquid crystal mirror.
- the display panel 10 is a liquid crystal panel, a cheaper configuration can be made. Further, since the display panel 10A is an OLED panel, the light source unit 20 can be omitted, and a more compact configuration can be obtained.
- the case where the first optical component 30 and the third optical component 60 are rotating mirrors such as the rotating mirror 30C is taken as an example, but the first optical component 30 has another configuration (for example, the first optical component 30).
- 1 Optical component 30A, B or liquid crystal mirror 30D may be used.
- a common image may be projected at different projection positions.
- the projected portion is not limited to the front window FW, and any configuration capable of projecting the light of the image is sufficient.
- the display panel is not limited to the display panel 10 and the display panel 10A, and any configuration capable of emitting the light of the projected image is sufficient.
- the HUD that projects an image onto a projected object such as the front window FW of a vehicle or a combiner is used as an example of the embodiment, but the embodiment is not limited to this. It is also possible to install the display device of the present invention near the driver's seat or passenger seat of industrial machines such as aircraft, ships, construction machines, and other vehicles. In addition to vehicles, the display device of the present invention can be installed indoors such as tourist information on an observation deck or an aquarium.
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Abstract
表示装置は、表示パネルと、反射面による光の反射状態と透過状態を切り替え可能な切り替え光学部品である第1光学部品と、第2光学部品とを備え、表示パネル側に面する第1光学部品の反射面は、表示パネルからの光路上に配置され、第2光学部品は、反射面を有し、第2光学部品の反射面は、第1光学部品の反射光路上にある。
Description
本発明は、表示装置に関する。
画像を車両のフロントウインドウやコンバイナのような被投射対象に投影するヘッドアップディスプレイ(HUD)が知られている(例えば特許文献1)。
従来のHUDは予め定められた場所に1つの画像を投影する。従って、複数の画像を投影したい場合、複数のHUDを設ける必要があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、複数の画像を投影できる表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による表示装置は、表示パネルと、反射面による光の反射状態と透過状態を切り替え可能な切り替え光学部品である第1光学部品と、第2光学部品とを備え、前記表示パネル側に面する前記第1光学部品の反射面は、前記表示パネルからの光路上に配置され、前記第2光学部品は、反射面を有し、前記第2光学部品の反射面は、前記第1光学部品の反射光路上にある。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、表示装置1の主要構成及び原理を示す模式図である。表示装置1は、車両のフロントウインドウFWのような被投射部に画像を投影する。投影された画像は、虚像VとしてユーザHに視認される。
図2は、表示装置1が画像を投影する第1位置P1と第2位置P2の相違及び虚像V(虚像V1、虚像V2)の位置の相違を示す模式図である。表示装置1は、表示パネル10、光源部20、第1光学部品30、第2光学部品40、制御部50等を備える。表示パネル10と制御部50とは、配線15を介して接続される。光源部20と制御部50とは、配線25を介して接続される。
表示パネル10は、例えば透過型の液晶ディスプレイパネルである(図12参照)。光源部20は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の光源を有し、表示パネル10の背面側に設けられて表示パネル10に光を照射する。表示パネル10の背面側とは、表示パネル10の位置を基準としてフロントウインドウFWの反対側である。光源部20からの光は表示パネル10を介してフロントウインドウFWに投影される。このように投影された光が虚像VとしてユーザHに視認される。なお、表示パネル10から直接P1に投影された画像は凹面鏡で補正されていないため、歪んだ画像になる場合がある。この歪みを補正する必要があるとき、P1をフラットコンバイナーに投影させてもよいし、一旦凹面鏡で反射補正させてもよい。フラットコンバイナーとは、表示パネル10からの画像の光を十分に反射可能なこう反射率を有する透明樹脂である。
第1光学部品30は、反射面による光の反射状態と透過状態を切り替え可能な、切り替え光学部品である。第1光学部品30が透過状態の場合、表示パネル10から出射された光は、第1光学部品30による光路の変更を経ず、フロントウインドウFWの第1位置P1に投影される。第1位置P1に投射された光に応じて、ユーザHが虚像V1を視認可能になる。
反射状態である場合に光を反射する第1光学部品30の反射面は、表示パネル10側に面する。第1光学部品30の反射面は、表示パネル10からの光路上に配置される。第2光学部品40は、反射鏡である。フロントガラスの曲面による投影画像のゆがみを補正する場合、第2光学部品40には凹面鏡等の曲面を有する反射鏡が用いられる。第2光学部品40の反射面は、第1光学部品30の反射光路上にある。第2光学部品40の反射面と、反射状態である場合の第1光学部品30の反射面とは、第1光学部品30による反射光の光路を内側として互いに内向きである。すなわち、表示パネル10からの光が反射状態である第1光学部品30の反射面によって反射された場合、当該光は、第2光学部品40によってさらに反射される。このようにして第2光学部品40で反射された光は、フロントウインドウFWの第2位置P2に投影される。従って、第1光学部品30が反射状態の場合、表示パネル10から出射された光は被投影部の第2位置P2に投影される。第2位置P2は、第1位置P1とは異なる位置である。第2位置P2に投射された光に応じて、ユーザHが虚像V2を視認可能になる。
なお、図1で模式的に示すように、虚像V1,V2を含む虚像Vを視認可能にするための光の投射位置高さは同じであってもよいし、図2及び後述する図9Aで模式的に示すように異なってもよい。虚像V1と虚像V2とが異なる場所にあるよう視認されるよう第1位置P1と第2位置P2が決定されればよい。
切り替え光学部品は、例えば回転ミラーである。以下、回転ミラーの具体的構成例(回転ミラー30A,30B)について、図3から図5を参照して説明する。
図3は、回転ミラー30Aの一例を示す模式図である。図3で模式的に示す回転ミラー30Aは、反射部Mと、透過部Dと、回転軸部C1とを有する。反射部Mは、所謂光学部材としての鏡である。具体的には、反射部Mは、例えば無色透明のガラス又は合成樹脂の一面にアルミニウム、銀又は同等の光反射性を示す素材が蒸着、塗布又は添付された構成である。反射部Mは、ESR(Enhanced Specular Reflector)のような光を反射可能なフィルム(反射多層膜)であってもよい。回転軸部C1は、反射部M及び透過部Dを回転可能に軸支する。光源部20から出射され、表示パネル10を経て回転ミラー30Aに向かう光の出射領域AAは、1つの反射部Mに十分収まる。言い換えれば、反射部Mの反射面の大きさ及び形状は、出射領域AAをカバー可能に設けられる。透過部Dは光を透過する構成であり、例えば無色透明のガラス又は合成樹脂であるが、これに限られるものでなく、反射部Mに隣接するよう設けられた何もない部分であってもよい(図4参照)。透過状態とは、無色透明のガラス又は合成樹脂のように光の透過性を有する部材を透過する透過状態であってもよいし、第1光学部材30のような光学部材がない空間を光が透過する透過状態であってもよい。図示しないが、透過部Dの透過領域の大きさ及び形状についても反射部Mと同様、出射領域AAを内包可能に設けられる。回転軸C1は、円周方向に交互に並ぶ反射部Mと透過部Dの当該円周中心軸に設けられる。回転軸C1を中心として回転ミラー30Aが回転することで、出射領域AAに対応する位置の回転角度に対して反射部Mと透過部Dとが交互に入れ替わる。従って、回転ミラー30Aは、回転軸C1の回転角度を制御することで、光源部20から出射され、表示パネル10を経てフロントウインドウFWに向かう方向に進む光が反射部Mに照射されるか透過部Dに照射されるかを制御できる。
なお、図3では外周形状が円弧を描く扇状の反射部Mと透過部Dが4つずつ回転軸C1を中心に設けられ、円周方向に沿って反射部Mと透過部Dが交互に並んでいる回転ミラー30Aを例示しているが、これは回転ミラーの具体的構成例に過ぎず、反射部M及び透過部Dの形状及び数はこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。
図4は、回転ミラー30Bの一例を示す模式図である。回転ミラー30Bは、回転軸C1を回転中心軸として反射部Mが回転可能に設けられている点で回転ミラー30Aと同様である。また、回転ミラー30Bは、回転軸C1を中心として外周側に位置する1つの反射部Mが出射領域AAをカバー可能な反射面を有する点についても、回転ミラー30Aと同様である。一方、回転ミラー30Bは、反射部Mの形状が矩形状である点で回転ミラー30Aと異なる。回転軸C1は、例えば当該矩形の対角線が交差する位置に設けられるが、矩形の長辺方向の一端側であってもよい。
回転ミラー30Bは、反射部Mが図4に示す破線の位置になるよう回転角度が制御されることで、出射領域AAの位置には何もなくなる。この場合、出射領域AAに照射された光は回転ミラー30Bに遮られることなく通過してフロントウインドウFWに向かう。このように、回転ミラー30Bは、回転軸C1の回転角度を制御して反射部Mを回転させることで、回転ミラー30Aと同様、光源部20から出射され、表示パネル10を経てフロントウインドウFWに向かう方向に進む光が反射されるか通り抜けるかを制御できる。
図5は、回動ミラー30Cの一例を示す模式図である。第1光学部品30の具体的構成例として反射部Mを回転させる回転ミラー30A,30Bについて図3及び図4を参照して説明したが、所謂光学部材としての鏡の運動は回転に限られない。例えば、図5に示すように、表示パネル10を経てフロントウインドウFWに向かう方向に進む光の進行方向Lに対して、回動軸C2を中心として反射部Mを回動させることで当該光を反射するか通り抜けさせるかを切り替え可能に設けられた回動ミラー30Cを第1光学部品30として採用してもよい。無論、回動軸C2を中心として回動ミラー30Cを回転させることでも、光を反射するか通り抜けさせるかを切り替えられる。
また、第1光学部品30の具体的構成は、所謂光学部材としての鏡の位置を物理的に変更させる構成に限られない。第1光学部品30は、液晶ミラーであってもよい。以下、液晶ミラーの具体的構成例(液晶ミラー30D)について、図6及び図7を参照して説明する。
図6及び図7は、液晶ミラー30Dの主要構成例を示す模式図である。液晶ミラー30Dは、第1基板31と、第2基板32と、液晶層33とを有する。第1基板31及び第2基板32の板面に沿う2方向をX方向及びY方向とし、X方向及びY方向に直交する方向をZ方向とする。
第1基板31は、X方向及びY方向を含む複数の振動方向を持ってZ方向に沿って進行する光のうち、X方向に振動する成分を透過させる偏光性を有する透光性基板又は偏光板が重畳された基板である。また、第1基板31は、当該光のうちX方向以外(例えば、Y方向等)に振動する成分を透過させない。また、第2基板32は、第1基板31と同様、X方向及びY方向を含む複数の振動方向を持ってZ方向に沿って進行する光のうち、X方向に振動する成分を透過させる偏光性を有する。一方、第2基板32は、第1基板31と異なり、当該光のうちY方向に振動する成分を反射する。係る第2基板32は、例えばDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)のような反射型偏光性フィルムが設けられた基板である。液晶層33は、第1基板31と第2基板32の間に封止される。第1基板31及び第2基板32の少なくとも一方には、図示しない電極が設けられ、当該電極を介して液晶層33に対して印加される電圧を制御可能に設けられる。液晶層33は、印加される電圧に応じて第1基板31と第2基板32の間を通過する光の振動方向に対する影響を変化させる。
図6に示す液晶層33Aは、入射光ILのうち第1基板31を透過したX方向に振動する偏光MLが第2基板32に到達するまでに振動方向をX方向からY方向に変ずるように影響する状態の液晶層33を示している。係る液晶層33Aによって、偏光MLは第2基板32で反射されて第1基板31側に向かう。ここで、第2基板32から第1基板31に向かう間に液晶層33が与える影響によって偏光MLの振動方向がY方向からX方向に代わって第1基板31に到達し、第1基板31を透過して出射光OLとして出射される。すなわち、図6に示す例では、入射光ILが液晶ミラー30Dによって反射され、出射光OLとして出射される。
図7に示す液晶層33Bは、入射光ILのうち第1基板31を透過したX方向に振動する偏光MLの振動方向を変化させない状態の液晶層33を示している。係る液晶層33Bによって、入射光ILは第2基板32を透過して出射光OLになる。すなわち、図7に示す例では、入射光ILが液晶ミラー30Dを透過し、出射光OLとして出射される。図6及び図7を参照して説明したように、液晶ミラー30Dは、第1基板31及び第2基板32の物理的な位置及び角度を変ずることなく透過状態と透過状態(透過状態)とを切り替えられる。
制御部50は、切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えに関する各種の機能が実装された回路を有する。具体的には、制御部50は、第1光学部品30のような切り替え光学部品の具体的構成に対応した構成を含む。例えば、回転ミラー30A,30B又は回動ミラー30Cのように角度の動作制御で反射状態と透過状態とを切り替えるよう設けられた第1光学部品30の場合、回転軸(回転軸C1又は回動軸C2)と連結された電動機の動作を制御するモータドライバを含む構成として制御部50が設けられる。制御部50は、予め定められた光の複数の投影位置(第1位置P1、第2位置P2等)の切り替えタイミングに応じて当該電動機を動作させる。また、制御部50は、第1位置P1と第2位置P2に投影する画像の切り替えと、第1光学部品30の状態の切り替えとを連動させる。また、液晶ミラー30Dのように液晶層33の制御で反射状態と透過状態とを切り替えるよう設けられた第1光学部品30の場合、制御部50は所謂DDIC(Display Driver Integrated Circuit)として機能を備え、液晶ミラー30Dに設けられた電極の電圧を制御して液晶層33の状態を制御することで予め定められた光の複数の投影位置(第1位置P1、第2位置P2等)の切り替えタイミングに応じて反射状態と透過状態とを切り替える。
なお、光の投影位置は2つ(例えば、第1位置P1、第2位置P2)に限られない。3つ以上であってもよい。以下、光の投影位置が3つ(例えば、第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3)である場合の例を図8及び図9Aを参照して説明する。
図8は、表示装置1Aの主要構成及び原理を示す模式図である。表示装置1Aは、表示装置1と同様、フロントウインドウFWのような被投射部に画像を投影する。表示装置1Aは、表示装置1と同様の構成に加えて、さらに、第3光学部品60と、第4光学部品70とを備える。第3光学部品60と制御部50とは、配線65を介して接続される。
第3光学部品60は、第1光学部品30と同様の切り替え光学部品である。第2光学部品40の反射面側に面する第3光学部品60の反射面は、第2光学部品40の反射光路上に配置される。第4光学部品70は、反射鏡である。第4光学部品70には、フロントウインドウFWのような投射面の形状に合わせた曲面の反射鏡を用いることができる。また、第2光学部品40で後述する第2位置P2、第3位置P3の両方の曲率の補正が可能な場合、第4光学部品70には平面鏡を用いることができる。第4光学部品70の反射面は、第3光学部品60の反射光路上にある。表示装置1Aでは、第1光学部品30が透過状態の場合、表示パネル10から出射された光は当該光の被投影部の第1位置P1に投影される。また、第1光学部品30が反射状態であって第3光学部品60が透過状態の場合、表示パネル10から出射された光は第2光学部品40で反射されて被投影部の第1位置P1とは異なる第2位置P2に投影される。また、第1光学部品30及び第3光学部品60が反射状態の場合、第2光学部品40及び第4光学部品70が反射した光は被投影部の第1位置P1及び第2位置P2とは異なる第3位置P3に投影される。
図9Aは、第1位置P1に投影される画像Aと、第2位置P2に投影される画像Bと、第3位置P3に投影される画像Cとの相違を示す模式図である。図9Bは、第1位置P4に投影される画像Dと、第2位置P5に投影される画像Eと、第3位置P6に投影される画像Fとの相違を示す模式図である。図9Aに示すように、表示装置1Aは、光の投影位置(第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3)に応じて虚像V(虚像V1、虚像V2、虚像V3)の内容を異ならせることができる。なお、表示装置1も、光の投影位置(第1位置P1、第2位置P2)に応じて虚像V(虚像V1、虚像V2)の内容を異ならせることができる。表示装置1の場合、図9Aにおける第3光学部品60、第4光学部品70、第3位置P3及び虚像V3が省略される。また、図9Bに示すように、表示装置1Aは、光の投影位置(第1位置P4、第2位置P5、第3位置P6)に応じて虚像V(虚像V4、虚像V5、虚像V6)の内容を異ならせることができる。図9Bでは、画像(虚像V4,V5,V6)を縦に並ぶよう表示させ、奥行があるものほど上方に位置するよう視認させるよう制御された襟を示している。図9Aと図9Bで例示するように、どの位置にどのようなサイズで虚像Vを視認させるかについては、適宜変更可能である。虚像V4,V5,V6の組み合わせの一例として、画像V4を自動車の速度計とし、画像V5を自動車の(エンジンの)回転計とし、画像V6を自動車の燃料計とすることが考えられるが、これに限られるものでなく、適宜変更可能である。
表示パネル10は、切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えタイミングと同期して出力画像を切り替える。実施形態では、制御部50が表示パネル10の表示出力内容を制御する。係る制御部50は、表示パネル10の表示出力内容を制御するDDICとして機能を備える。制御部50は、表示パネル10の制御タイミングと第1光学部品30の制御タイミングとを同期させる。詳細は後述するが、例えば、画像Aを表示する場合、制御部50は、第1光学部品30を透過状態とする。また、後述する画像Bを表示する場合、制御部50は、第1光学部品30を反射状態として第3光学部品60を透過状態とする。また、画像Cを表示する場合、制御部50は、第1光学部品30及び第3光学部品60を共に反射とする。なお、表示パネル10を制御する回路と第1光学部品30を制御する回路とを個別に設け、係る個別の回路を同期させるようにしてもよいし、係る同期のための独立した回路をさらに設けるようにしてもよい。以下、光の投影位置と虚像Vの内容との同期制御について、図10及び図11を参照して説明する。
図10及び図11は、表示出力内容と切り替え光学部品との同期制御例を示すタイミングチャートである。なお、図10は表示装置1の場合を示し、図11は表示装置1Aの場合を示す。また、図10に示す画像A及び画像Bのハイ(H)/ロー(L)のパルスは、ハイ(H)である場合に画像が出力され、ロー(L)である場合に画像が出力されないことを示す。図11に示す画像A、画像B及び画像Cのハイ(H)/ロー(L)のパルスについても同様である。また、図10に示す「第1光学部品」(第1光学部品30)のハイ(H)/ロー(L)のパルスは、ハイ(H)である場合に反射状態になり、ロー(L)である場合に透過状態になることを示す。図11に示す「第1光学部品」(第1光学部品30)及び「第2光学部品」(第3光学部品60)のハイ(H)/ロー(L)のパルスについても同様である。
図10に示すように、表示装置1では、画像Aと画像Bが1フレーム期間F単位で交互に表示パネル10で画像が出力される。また、表示装置1では、画像Aと画像Bとの切り替わりタイミングと同期して、1フレーム期間F単位で第1光学部品30の反射状態と透過状態とが切り替わる。これによって、表示パネル10が画像Aを出力する期間に第1光学部品30が透過状態になって第1位置P1に画像Aが投影される。また、表示パネル10が画像Bを出力する期間に第1光学部品30が反射状態になって第2位置P2に画像Bが投影される。
図11に示すように、表示装置1Aでは、画像A、画像B、画像Cの順番で1フレーム期間F単位で周期的に表示パネル10で画像が出力される。また、表示装置1Aでは、画像Aの出力期間において第1光学部品30及び第3光学部品60が透過状態とされる。画像Aから画像Bに切り替わるタイミングと同期して、第1光学部品30が透過状態から反射状態に切り替えられる。画像Bから画像Cに切り替わるタイミングと同期して、第3光学部品60が透過状態から反射状態に切り替えられ、第1光学部品30の反射状態が維持される。従って、第1光学部品30は連続する2フレーム期間(2F)反射状態である。画像Cから画像Aに切り替わるタイミングと同期して、第1光学部品30及び第3光学部品60が反射状態から透過状態に切り替えられる。これによって、表示パネル10が画像Aを出力する期間に第1光学部品30が透過状態になって第1位置P1に画像Aが投影される。また、表示パネル10が画像Bを出力する期間に第1光学部品30が反射状態になり、かつ、第3光学部品60が透過状態になって第2位置P2に画像Bが投影される。また、表示パネル10が画像Cを出力する期間に第1光学部品30及び第3光学部品60が反射状態になって第3位置P3に画像Cが投影される。
なお、図10及び図11を参照した説明では、画像の切り替え及び切り替え光学部品の状態の切り替えの単位期間が、表示パネル10で描画されるフレーム画像の更新期間(1フレーム期間F)と一致しているが、これは単位期間の一例であってこれに限られるものでない。単位期間は、2フレーム期間以上の期間であってもよい。また、1フレーム期間Fは、例えば60分の1秒であるがこれに限られるものでなく、120分の1秒等、表示パネル10に適用可能なフレームレートに対応した任意の時間とすることができる。また、画像A,B,Cの表示順序は上記の説明順に限定されるものでなく、適宜変更可能である。また、図9Bを参照して説明した画像D,E,Fについても、図10及び図11を参照した説明における画像A,B,Cを画像D,E,Fに置換することで、同様に対応可能である。
上述のように、表示パネル10は、例えば透過型の液晶ディスプレイパネルである。係る表示パネル10の具体的構成例について、図12を参照して説明する。
図12は、表示パネル10の具体的構成例を示す図である。表示パネル10は、アレイ基板12と、対向基板13と、表示機能層としての液晶層106とを備える。対向基板13は、アレイ基板12の表面に垂直な方向に対向して配置される。液晶層106はアレイ基板12と対向基板13との間に設けられる。
アレイ基板12は、第1基板121と、画素電極122と、共通電極123と、絶縁層124と、偏光板125と、配向膜128とを有する。第1基板121には、各種回路や、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子Trや、ゲート線GCL、信号線SGL等の各種配線(図12では省略して示す)が設けられる。
共通電極123は、第1基板121の上側に設けられる。画素電極122は、絶縁層124を介して共通電極123の上側に設けられる。画素電極122は、共通電極123とは異なる層に設けられ、平面視で、共通電極123と重畳して配置される。画素電極122は、平面視でマトリクス状に複数配置される。画素電極122の上側に配向膜128が設けられる。偏光板125は、第1基板121の下側に設けられる。画素電極122及び共通電極123は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料が用いられる。なお、本実施形態では、画素電極122が共通電極123の上側に設けられる例について説明したが、共通電極123が画素電極122の上側に設けられていてもよい。
なお、表示パネル10の説明において、第1基板121の表面に垂直な方向において、第1基板121から第2基板131に向かう方向を「上側」とする。第2基板131から第1基板121に向かう方向を「下側」とする。また、「平面視」とは、第1基板121の表面に垂直な方向から見た場合を示す。アレイ基板12の下側に光源部20が設けられる。
対向基板13は、第2基板131と、カラーフィルタ132と、配向膜138と、偏光板135とを有する。カラーフィルタ132は、第2基板131の一方の面に形成される。また、配向膜138はカラーフィルタ132の下側に設けられる。偏光板135は第2基板131の他方の面に設けられる。
第1基板121と第2基板131とは、シール部133により所定の間隔を設けて対向して配置される。第1基板121、第2基板131及びシール部133によって囲まれた空間に液晶層106が設けられる。液晶層106は、通過する光を電界の状態に応じて変調するものであり、例えば、FFS(Fringe Field Switching:フリンジフィールドスイッチング)を含むIPS(In-Plane Switching:インプレーンスイッチング)等の横電界モードの液晶が用いられる。本実施形態では、画素電極122と共通電極123との間に発生する横電界により、液晶層106が駆動される。
図12に示す表示パネル10は、横電界型の液晶表示装置を示しているが、この態様に限られず、縦電界型の液晶表示装置であってもよい。この場合、共通電極123は、対向基板13に設けられる。縦電界型の液晶表示装置では、画素電極122と共通電極123との間に発生するいわゆる縦電界により液晶層106が駆動される。縦電界型の液晶層106として、TN(Twisted Nematic:ツイステッドネマティック)、VA(Vertical Alignment:垂直配向)及びECB(Electrically Controlled Birefringence:電界制御複屈折)等がある。
表示パネル10は、液晶ディスプレイパネルに限られない。表示パネル10と光源部20の構成に代えて、OLED(Organic Light Emitting Diode)パネルのような自発光型の表示パネルを設けてもよい。以下、係るOLEDパネルの具体的構成例(表示パネル10A)について、図13を参照して説明する。
図13は、表示パネル10Aの具体的構成例を示す図である。表示パネル10Aは、図13に示すように、基板151と、絶縁層152,153と、反射層154と、下部電極155と、自発光層156と、上部電極157と、絶縁層158,159と、色変換層としてのカラーフィルタ161と、遮光層としてのブラックマトリクス162と、基板150とを備えている。基板151は、シリコンなどの半導体基板、ガラス基板、樹脂基板などであって、上述した点灯駆動回路などを形成又は保持している。絶縁層152は、上述した点灯駆動回路などを保護する保護膜であり、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを用いることができる。下部電極155は、OLEDのアノード(陽極)となる導電体である。下部電極155は、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。絶縁層153は、バンクと呼ばれ、画素を区画する絶縁層である。反射層154は、自発光層156からの光を反射する金属光沢のある材料、例えば銀、アルミニウム、金などで形成されている。自発光層156は、有機材料を含み、不図示のホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を含む。
上部電極157は、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。なお本実施形態では、透光性導電材料の例としてITOを挙げたが、これに限定されない。透光性導電材料として、インジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:IZO)等の別の組成を有する導電材料を用いてもよい。上部電極157は、OLEDのカソード(陰極)になる。絶縁層158は、上述した上部電極157を封止する封止層であり、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを用いることができる。絶縁層159は、バンクにより生じる段差を抑制する平坦化層であり、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを用いることができる。基板150は、表示パネル10A全体を保護する透光性の基板であり、例えば、ガラス基板を用いることができる。なお、図13においては、下部電極155がアノード(陽極)、上部電極157がカソード(陰極)の例を示しているが、これに限定されない。下部電極155がカソード及び上部電極157がアノードであってもよく、その場合は、下部電極155に電気的に接続されている駆動用トランジスタTr2の極性を適宜変えることも可能であり、また、キャリア注入層(ホール注入層及び電子注入層)、キャリア輸送層(ホール輸送層及び電子輸送層)、発光層の積層順を適宜変えることも可能である。
なお、図13では、カラーフィルタ161を利用して各画素の色を決定する構成を例示しているが、画素毎に設けられるOLEDが発する光の色を異ならせることでカラー表示を可能としてもよい。また、カラー表示機能は必須でない。単色表示の場合、カラーフィルタ132,161のような構成は省略可能である。
以上説明したように、実施形態によれば、表示装置1及び表示装置1Aは、表示パネル(表示パネル10又は表示パネル10A)と、反射面による光の反射状態と透過状態を切り替え可能な切り替え光学部品である第1光学部品30と、第2光学部品40とを備え、表示パネル側に面する第1光学部品30の反射面は、表示パネルからの光路上に配置され、第2光学部品40の反射面は、第1光学部品30の反射光路上にある。これによって、表示装置1は、第1光学部品30の反射状態と透過状態とを切り替えることでフロントウインドウFWのような被投射部に2つの画像を投影できる。
また、第1光学部品30が透過状態の場合、表示パネル(表示パネル10又は表示パネル10A)から出射された光は当該光の被投影部(フロントウインドウFW)の第1位置P1に投影され、第1光学部品30が反射状態の場合、表示パネルから出射された光は被投影部の第1位置P1とは異なる第2位置P2に投影される。これによって、表示装置1は、第1光学部品30の反射状態と透過状態とを切り替えることで被投射部の第1位置P1に投影されてユーザHに視認可能な虚像V1に対応する画像と第2位置P2に投影されてユーザHに視認可能な虚像V2に対応する画像とを投影できる。
また、表示装置1Aは、切り替え光学部品である第3光学部品60と、第4光学部品70とを備え、第2光学部品40の反射面側に面する第3光学部品60の反射面は、第2光学部品40の反射光路上に配置され、第4光学部品70の反射面は、第3光学部品60の反射光路上にある。これによって、表示装置1Aは、第1光学部品30及び第3光学部品60の反射状態と透過状態とを切り替えることでフロントウインドウFWのような被投射部に3つの画像を投影できる。
また、第1光学部品30が透過状態の場合、表示パネル(表示パネル10又は表示パネル10A)から出射された光は当該光の被投影部(フロントウインドウFW)の第1位置P1に投影され、第1光学部品30が反射状態であって第3光学部品60が透過状態の場合、表示パネルから出射された光は第2光学部品40で反射されて被投影部の第1位置P1とは異なる第2位置P2に投影され、第1光学部品30及び第3光学部品60が反射状態の場合、第2光学部品40及び第4光学部品70が反射した光は被投影部の第1位置P1及び第2位置P2とは異なる第3位置P3に投影される。これによって、表示装置1Aは、第1光学部品30及び第3光学部品60の反射状態と透過状態とを切り替えることで被投射部の第1位置P1に投影されてユーザHに視認可能な虚像V1に対応する画像と第2位置P2に投影されてユーザHに視認可能な虚像V2に対応する画像と第3位置P3に投影されてユーザHに視認可能な虚像V3に対応する画像とを投影できる。
また、第2光学部品40を、凹面鏡としてもよい。これによって、フロントウインドウFWに対する光の投影範囲を限定して光を集光させ虚像Vの明度をより高めやすくなる。また、凹面の曲率をフロントウインドウFWのように湾曲を有する被投影部の曲率に対応させることで、虚像Vにおける歪みの顕在化を抑制できる。また、第4光学部品70は、平面鏡にしてもよい。これによって、第4光学部品70の構成をより単純化できる。なお、フロントウインドウFWのように湾曲を有する被投影部であっても、第2光学部品40で当該湾曲による歪みの顕在化に対応可能である。
また、表示装置1及び表示装置1Aは、切り替え光学部品の反射状態と透過状態を切り替える制御部50を備える。これによって、切り替え光学部品の反射状態と透過状態を制御できる。
また、表示パネル(表示パネル10、表示パネル10A)は、切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えタイミングと同期して出力画像を切り替える。これによって、投影位置毎に異なる画像を投影できる。また、切り替えタイミングは、フレーム単位である。これによって、投影位置毎に異なる画像を投影するための同期制御のための特別のタイミングを設定する必要がなくなり、より容易な同期制御を実現できる。
また、切り替え光学部品が回転ミラー又は回動ミラーであることで、物理的な動作で切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えを実現できる。また、切り替え光学部品が液晶ミラーであることで、液晶ミラーに含まれる液晶層33に印加される電圧の制御で切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えを実現できる。
また、表示パネル10が液晶パネルであることで、より安価な構成とすることができる。また、表示パネル10AがOLEDパネルであることで、光源部20を省略でき、よりコンパクトな構成とすることができる。
なお、図9Aでは、第1光学部品30及び第3光学部品60が回動ミラー30Cのような回動ミラーである場合を例としているが、第1光学部品30は他の構成(例えば、第1光学部品30A,B又は液晶ミラー30D)であってもよい。また、異なる投影位置で共通の画像を投影するようにしてもよい。また、被投影部はフロントウインドウFWに限られるものでなく、画像の光を投影可能な構成であれば足りる。また、表示パネルは、表示パネル10、表示パネル10Aに限られるものでなく、投影画像の光を出射可能な構成であれば足りる。
以上の説明では画像を車両のフロントウィンドウFWやコンバイナのような被投射対象に投影するHUDを実施形態の一例としたが、実施形態はこれに限られない。本発明の表示装置を航空機、船舶、建設機械などの産業機械、その他の乗り物の運転席や助手席付近に設置することも可能である。また乗り物に限らず、本発明の表示装置を展望デッキの観光案内や水族館などの屋内に設置することも可能である。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1,1A 表示装置
10,10A 表示パネル
30 第1光学部品
40 第2光学部品
50 制御部
60 第3光学部品
70 第4光学部品
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
10,10A 表示パネル
30 第1光学部品
40 第2光学部品
50 制御部
60 第3光学部品
70 第4光学部品
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
Claims (13)
- 表示パネルと、
反射面による光の反射状態と透過状態を切り替え可能な切り替え光学部品である第1光学部品と、
第2光学部品とを備え、
前記表示パネル側に面する前記第1光学部品の反射面は、前記表示パネルからの光路上に配置され、
前記第2光学部品は、反射面を有し、
前記第2光学部品の反射面は、前記第1光学部品の反射光路上にある
表示装置。 - 前記第1光学部品が透過状態の場合、前記表示パネルから出射された光は当該光の被投影部の第1位置に投影され、
前記第1光学部品が反射状態の場合、前記表示パネルから出射された光は前記被投影部の前記第1位置とは異なる第2位置に投影される
請求項1に記載の表示装置。 - 前記切り替え光学部品である第3光学部品と、
第4光学部品とを備え、
前記第2光学部品の反射面側に面する前記第3光学部品の反射面は、前記第2光学部品の反射光路上に配置され、
前記第4光学部品は、反射面を有し、
前記第4光学部品の反射面は、前記第3光学部品の反射光路上にある
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1光学部品が透過状態の場合、前記表示パネルから出射された光は当該光の被投影部の第1位置に投影され、
前記第1光学部品が反射状態であって前記第3光学部品が透過状態の場合、前記表示パネルから出射された光は前記第2光学部品で反射されて前記被投影部の前記第1位置とは異なる第2位置に投影され、
前記第1光学部品及び前記第3光学部品が反射状態の場合、前記第2光学部品及び前記第4光学部品が反射した光は前記被投影部の前記第1位置及び前記第2位置とは異なる第3位置に投影される
請求項3に記載の表示装置。 - 前記第4光学部品は、平面鏡である
請求項3又は4に記載の表示装置。 - 前記切り替え光学部品の反射状態と透過状態を切り替える制御部を備える
請求項1から5のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、前記切り替え光学部品の反射状態と透過状態の切り替えタイミングと同期して出力画像を切り替える
請求項1から6のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記切り替えタイミングは、フレーム単位である
請求項7に記載の表示装置。 - 前記第2光学部品は、凹面鏡である
請求項1から8のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記切り替え光学部品は、回転ミラー又は回動ミラーである
請求項1から9のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記切り替え光学部品は、液晶ミラーである
請求項1から9のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、液晶パネルである
請求項1から11のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記表示パネルは、OLEDパネルである
請求項1から11のいずれか一項に記載の表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/739,722 US12360365B2 (en) | 2019-11-12 | 2022-05-09 | Display device |
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