投影型液晶表示装置

【課題】曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能であり、装置構成が簡単な投影型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】投影型液晶表示装置は、光源１０と、曲面状の光出射面２０Ｓを有した液晶表示パネル２０と、光出射面および投影面１Ｓとそれぞれ間隔を置いて配置され、光軸１０１を有した凸レンズ４０とを備えている。凸レンズ４０の焦点距離をｆ、光出射面２０Ｓの出射点２０Ｐから凸レンズの中心Ｏを通って投影面１Ｓの入射点１Ｐに入射する全ての光線で、それぞれ光出射面および凸レンズ間の光線の光軸１０１と平行な第１距離をａ、かつ、凸レンズおよび投影面間の光線の光軸と平行な第２距離をｂ、とした場合、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂとなるよう光出射面が湾曲している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示画像を光学的に投影する投影型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、投影型表示装置として、液晶表示パネルを用いて画像を表示させ、その画像を投影してスクリーン等の投影面に映し出す投影型液晶表示装置が使用されている。車両のフロントガラス等に画像を投影する投影型液晶表示装置としては、例えば、光源と、この光源と対向配置された凹面鏡と、これら光源および凹面鏡間に配置された液晶表示パネルおよび凹レンズとを備えた投影型液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。凹面鏡の反射面は、画像をフロントガラスに拡大して表示させるため曲率を有している。凹レンズは、フロントガラスに表示される画像の輝度ムラを抑制するために設けられている。
【特許文献１】特開２００４−１２６０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した投影型液晶表示装置は、車両のフロントガラス等、曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影をさせるように構成されていない。このため、画像の表示品位は低下してしまう。また、投影型液晶表示装置を構成する部材が多くなり、装置構成が複雑になってしまう。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能であり、装置構成が簡単な投影型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る投影型液晶表示装置は、曲面状の投影面に光学画像を表示可能な投影型液晶表示装置において、光源と、曲面状の光出射面を有し、前記光源と対向し、前記光源から入射された光を透過させて前記光出射面から出射させる液晶表示パネルと、前記光出射面と投影面との間に光出射面および投影面とそれぞれ間隔を置いて配置され、光軸を有した光学素子と、を備え、前記光学素子の焦点距離をｆ、前記光出射面の出射点から前記光学素子の中心を通って前記投影面の入射点に入射する全ての光線で、それぞれ光出射面および光学素子間の光線の前記光軸と平行な第１距離をａ、かつ、前記光学素子および投影面間の光線の前記光軸と平行な第２距離をｂ、とした場合、１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂとなるよう前記光出射面が湾曲している。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能であり、装置構成が簡単な投影型液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係る投影型液晶表示装置について詳細に説明する。
図１に示すように、この実施の形態に係る投影型液晶表示装置は、車両のフロントガラス等のスクリーン１の曲面状の投影面１Ｓに光学画像として実像を表示可能であり、投影面全面に渡ってフォーカスの合った表示が可能である。
【０００７】
投影型液晶表示装置は、光源１０と、液晶表示パネル２０と、後述する型部材３０と、光学素子としての凸レンズ４０とを有し、これらは図示しない筐体内部に配設されている。なお、凸レンズ４０は、筐体側面に形成された光通過孔を塞ぐように配設されている。
【０００８】
図１乃至図３に示すように、液晶表示パネル２０は、アレイ基板２１と、対向基板２２と、液晶層２３と、第１偏光板２７と、第２偏光板２８とを有している。アレイ基板２１は、透明で柔軟性がある第１フレキシブル基板２１ａを有している。第１フレキシブル基板２１ａ上には、それぞれ第１方向ｄ１に延びた複数の信号線２１ｂおよびそれぞれ第１方向と直交する第２方向に延びた複数の走査線２１ｃがマトリクス状に配置されている。
【０００９】
隣接する２本の信号線および２本の走査線で囲われた領域には、それぞれ複数の画素電極２１ｄが形成されている。画素電極２１ｄを含み、第１フレキシブル基板２１ａ上には、配向膜２１ｅが成膜されている。画素電極２１ｄの周縁部は、例えば、信号線２１ｂおよび走査線２１ｃに重なっている。信号線２１ｂおよび走査線２１ｃは、ブラックマトリクスとして遮光機能を有している。その他、アレイ基板２１は、信号線２１ｂおよび走査線２１ｃの交差部近傍に形成されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ等を有している。
【００１０】
図４に示すように、各画素２５は、隣接する２本の信号線２１ｂおよび２本の走査線２１ｃで囲まれた領域にそれぞれ形成されている。なお、各画素２５は、駆動配線としての信号線２１ｂおよび走査線２１ｃから供給される駆動信号により駆動されている。この実施の形態において、画素２５は、隣接する２本の信号線２１ｂおよび２本の走査線２１ｃより内側の領域に位置した開口部２６をそれぞれ有している。すなわち、開口部２６の面積は、信号線２１ｂおよび走査線２１ｃによって規定されている。開口部２６は、光源１０から入射される光を透過する個所である。なお、後述するが、複数の開口部２６は、それぞれ面積が異なっている。
【００１１】
対向基板２２は、第２フレキシブル基板２２ａと、この第２フレキシブル基板上に形成された共通電極２２ｂと、この共通電極上に形成された配向膜２２ｃとを有している。画素電極２１ｄおよび共通電極２２ｂは、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜２１ｅおよび配向膜２２ｃには配向処理（ラビング）画施されている。なお、図示しないが、アレイ基板２１または対向基板２２には、赤色、緑色、青色の複数の着色層で形成されたカラーフィルタが配置されている。
【００１２】
アレイ基板２１および対向基板２２は、図示しない複数のスペーサにより所定の間隔を置いて対向配置されている。アレイ基板２１および対向基板２２は、両基板の周縁部に配置されたシール材２４により互いに接合されている。液晶層２３は、アレイ基板２１、対向基板２２およびシール材２４間に狭持されている。第１偏光板２７はアレイ基板２１の外面に配置され、第２偏光板２８は対向基板２２の外面に配置されている。この実施の形態において、第２偏光板２８の外面が光出射面２０Ｓとして機能している。
【００１３】
図５に示すように、上記した柔軟性のある液晶表示パネル２０において、図１では図示を省略したが、第１偏光板２７が透明接着層３１を介し透明な型部材３０の貼合せ面３０Ｓに貼り合わされている。貼合せ面３０Ｓは、凹平面であり、投影面１Ｓと相似の曲面である。このため、光出射面２０Ｓは、型部材３０の貼合せ面３０Ｓと同一の曲面に形作られている。なお、図６に示すように、型部材３０の貼合せ面３０Ｓは、凸平面であっても良く、投影面１Ｓと相似の曲面であれば良い。この場合、第２偏光板２８が透明接着層３１を介し型部材３０の貼合せ面３０Ｓに貼り合わされている。
【００１４】
液晶表示パネル２０の第１偏光板２７の外面は、光源１０と対向している。このため、液晶表示パネル２０は、光源１０から入射された光を透過させて光出射面２０Ｓから出射させている。
【００１５】
図１に示すように、凸レンズ４０は、光軸１０１を有し、光出射面２０Ｓと投影面１Ｓとの間に配置されている。凸レンズ４０は、光出射面２０Ｓおよび投影面１Ｓとそれぞれ間隔を置いて配置されている。凸レンズ４０を用いることにより、投影面１Ｓに実像を表示させることが可能である。
【００１６】
焦点距離ｆとして、凸レンズ４０固有の焦点距離をｆ１、光出射面２０Ｓの出射点２０Ｐから凸レンズ４０の中心Ｏを通って投影面１Ｓの入射点１Ｐに入射する全ての光線で、それぞれ光出射面および凸レンズ間の光線の光軸１０１と平行な第１距離をａ、かつ、凸レンズおよび投影面間の光線の光軸と平行な第２距離をｂ、とした場合、
１／ｆ＝１／ｆ１＝１／ａ＋１／ｂ
の関係式が成立つ。すなわち、液晶表示パネル２０の光出射面２０Ｓは、上記関係式が成立つように湾曲している。
【００１７】
上記関係式の具体例をいくつか挙げると、出射点２０Ｐ１から入射点１Ｐ１に入射する光線で、第１距離をａ１、かつ、第２距離をｂ１とした場合は、
１／ｆ１＝１／ａ１＋１／ｂ１
の関係式が成立つ。また、出射点２０Ｐ２から入射点１Ｐ２に入射する光線で、第１距離をａ２、かつ、第２距離をｂ２とした場合は、
１／ｆ１＝１／ａ２＋１／ｂ２
の関係式が成立つ。
【００１８】
図１、図３および図４に示すように、第１距離ａ２等、第１距離ａの短い光線を出射する出射点２０Ｐ（例えば、２０Ｐ２）に位置した画素２５の開口部２６ほど面積を大きく、すなわち拡大して形成されている。第１距離ａ１等、第１距離ａの長い光線を出射する出射点２０Ｐ（例えば、２０Ｐ１）に位置した画素２５の開口部２６ほど面積を小さく、すなわち縮小して形成されている。このため、第１距離ａの長短に応じ、信号線２１ｂおよび走査線２１ｃが疎密に形成されている。この実施の形態において、信号線２１ｂは等間隔に形成されているが、走査線２１ｃは、出射点２０Ｐ２に位置しているほど疎に形成され、出射点２０Ｐ１に位置しているほど密に形成されている。
【００１９】
信号線２１ｂおよび走査線２１ｃの間隔や、開口部２６の面積は、それぞれ液晶表示パネル２０の光出射面２０Ｓの形状に応じて補正され、設計変更されている。補正する際は、図７に示すように、まず、それぞれ等間隔に並んだ信号線２１ｂおよび走査線２１ｃと、面積の均一な開口部２６と、曲面状の光出射面２０Ｓとを有した液晶表示パネル２０を用意した後、補正装置を用いて上記液晶表示パネルを解析し、補正する。次に、上記信号線２１ｂおよび走査線２１ｃの間隔および開口部２６の面積を補正する方法について説明する。
【００２０】
上記したように第１距離がａ、第２距離がｂである場合、画像はｂ／ａ倍に拡大される。また、１／ｆ１＝１／ａ＋１／ｂであることから、曲面状の投影面１Ｓに画像を投影する場合、第１距離がａ１からａ２に変化すると、第２距離はｂ１からｂ２に変化する。そして、画像の拡大率もｂ１／ａ１からｂ２／ａ２（ｂ１／ａ１≠ｂ２／ａ２）に変化する。
【００２１】
上記したことから、補正する際は、第１距離ａ１の光線を出射する出射点２０Ｐ１に位置した画素２５の開口部２６の面積およびｂ１／ａ１の積と、第２距離ａ２の光線を出射する出射点２０Ｐ２に位置した画素の開口部の面積およびｂ２／ａ２の積とが同一となるように、信号線２１ｂおよび走査線２１ｃの間隔や開口部２６の面積を拡大または縮小する。そして、投影面１Ｓに表示される画素２５毎の画像の大きさを均一にすれば良い。
【００２２】
上記のように構成された第１の実施の形態に係る投影型液晶表示装置によれば、１／ｆ１＝１／ａ＋１／ｂとなるように液晶表示パネル２０の光放出面２０Ｓが湾曲している。光放出面２０Ｓは投影面１Ｓと相似であるため、曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能である。このため、車両のフロントガラス等にフォーカスの合った投影が可能である。投影型液晶表示装置が少なくとも光源１０、液晶表示パネル２０および凸レンズ４０を有していれば上記したように投影することができるため、装置構成が簡単である。
【００２３】
型部材３０は、投影面１Ｓと相似の貼合せ面３０Ｓを有し、液晶表示パネル２０はその貼合せ面３０Ｓに貼り合わされ、光放出面２０Ｓが貼合せ面と同一の曲面に形作られている。このため、液晶表示パネル２０を貼合せ面３０Ｓに貼合せるだけで１／ｆ１＝１／ａ＋１／ｂとなるよう、簡単に光放出面２０Ｓを曲げることができる。
【００２４】
液晶表示パネル２０において、第１距離ａの短い光線を出射する出射点２０Ｐ２に位置した画素２５の走査線２１ｃほど疎に形成されているとともにその画素ほど開口部２６が拡大して形成され、第１距離の長い光線を出射する出射点２０Ｐ１に位置した画素の走査線ほど密に形成されているとともにその画素ほど開口部が縮小して形成されている。これにより、投影面１Ｓに表示される画素２５毎の画像を均一の大きさに表示することができる。
上記したことから、曲面状の投影面１Ｓ全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能であり、装置構成が簡単な投影型液晶表示装置を得ることができる。
【００２５】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る投影型液晶表示装置について説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２６】
図８に示すように、この実施の形態に係る投影型液晶表示装置は、曲面状の投影面１Ｓに光学画像をとして虚像を表示可能であり、投影面全面に渡ってフォーカスのあった表示が可能である。投影型液晶表示装置は、光学素子としての凹面鏡５０を有している。なお、光源１０、投影面１Ｓと相似の光出射面２０Ｓを有した液晶表示パネル２０、図示しない型部材３０および凹面状の反射面５０Ｓを有した凹面鏡５０は、後述する筐体内部に配置されている。
凹面鏡５０は、光軸１０２を有している。凹面鏡５０を用いることにより、投影面１Ｓに虚像を表示させることが可能である。
【００２７】
焦点距離ｆとして、凹面鏡５０固有の焦点距離をｆ２、光出射面２０Ｓの出射点２０Ｐから凹面鏡５０の中心Ｏ、すなわち鏡心Ｏ１を通って投影面１Ｓの入射点１Ｐに入射する全ての光線で、それぞれ光出射面および凹面鏡間の光線の光軸１０１と平行な第１距離をａ、かつ、凹面鏡および投影面間の光線の光軸と平行な第２距離をｂ、とした場合、
１／ｆ＝１／ｆ２＝１／ａ＋１／ｂ
の関係式が成立つ。すなわち、液晶表示パネル２０の光出射面２０Ｓは、上記関係式が成立つように湾曲している。
【００２８】
上記関係式の具体例をいくつか挙げると、出射点２０Ｐ３から入射点１Ｐ３に入射する光線で、第１距離をａ３、かつ、第２距離をｂ３とした場合は、
１／ｆ２＝１／ａ３＋１／ｂ３
の関係式が成立つ。また、出射点２０Ｐ４から入射点１Ｐ４に入射する光線で、第１距離をａ４、かつ、第２距離をｂ４とした場合は、
１／ｆ２＝１／ａ４＋１／ｂ４
の関係式が成立つ。
【００２９】
鏡心Ｏ１に入射した光線は、光軸１０２に対称に反射することから、出射点２０Ｐ４から鏡心に入射した光線は、目線ｌの方向に反射する。そして、あたかも入射点１Ｐ４に画像が表示されているように見える。
【００３０】
以上、光学素子として凹面鏡５０を用いた場合の光学的な原理を説明したが、図９に示すように、実用的な投影型液晶表示装置では、反射面５０Ｓで反射した光が筐体６０の光通過孔６１を通過するように配設されている。これにより、スクリーン１の投影面１Ｓに光学画像として実像の表示が可能となる。
【００３１】
上記のように構成された第２の実施の形態に係る投影型液晶表示装置によれば、１／ｆ１＝１／ａ＋１／ｂとなるように液晶表示パネル２０の光放出面２０Ｓが湾曲している。光放出面２０Ｓは投影面１Ｓと相似であるため、曲面状の投影面全面に渡ってフォーカスの合った投影が可能である。このため、車両のフロントガラス等にフォーカスの合った投影が可能である。投影型液晶表示装置が少なくとも光源１０、液晶表示パネル２０および凹面鏡５０を有していれば上記したように投影することができるため、装置構成が簡単である。
【００３２】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図１０乃至図１４に示すように、光出射面２０Ｓは上述した凹平面型に限らず、いかなる曲面に形成することができ，これにより、光出射面と相似の投影面１Ｓにフォーカスの合った投影が可能となる。この場合、図１０および図１１に示した液晶表示パネル２０では、信号線２１ｂ（または図示しない走査線）が疎密に形成されている。図１２乃至図１４に示した液晶表示パネル２０では、信号線２１ｂおよび図示しない走査線が疎密に形成されている。
【００３３】
液晶表示パネル２０は、駆動配線として、画素２５の補助容量を形成するための複数の補助容量線を有していても良い。これらの補助容量線が走査線２１ｃに平行な場合、隣接する２本の信号線２１ｂおよび２本の補助容量線で囲んだ領域が上記開口部２６であっても良い。また、補助容量線が疎密に形成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投影型液晶表示装置の概略構成図。
【図２】図１に示した液晶表示パネルの断面図。
【図３】図１に示した液晶表示パネルのアレイ基板の平面図。
【図４】図３に示したアレイ基板の一部を拡大して示す平面図。
【図５】型部材に貼合せられた状態の上記液晶表示パネルを示す側面図。
【図６】図５に示した型部材と異なる型部材に貼合せられた状態の上記液晶表示パネルを示す側面図。
【図７】補正前のアレイ基板を示す平面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る投影型液晶表示装置の光学的な原理を説明するための概略構成図。
【図９】図８に示した投影型液晶表示装置の実用的な概略構成図。
【図１０】光出射面が波型に形作られた上記液晶表示パネルの変形例を示す概略斜視図。
【図１１】光放出面が凸平面型に形作られた上記液晶表示パネルの他の変形例を示す概略斜視図。
【図１２】光放出面が凹凸面型に形作られた上記液晶表示パネルの他の変形例を示す概略斜視図。
【図１３】光放出面が凸面型に形作られた上記液晶表示パネルの他の変形例を示す概略斜視図。
【図１４】光放出面が凹面型に形作られた上記液晶表示パネルの他の変形例を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１…スクリーン、１Ｐ，１Ｐ１，１Ｐ２…入射点、１Ｓ…投影面、１０…光源、２０…液晶表示パネル、２０Ｐ，２０Ｐ１，２０Ｐ２…出射点、２０Ｓ…光出射面、２１…アレイ基板、２１ａ…第１フレキシブル基板、２１ｂ…信号線、２１ｃ…走査線、２１ｄ…画素電極、２１ｅ…配向膜、２２…対向基板、２２ａ…第２フレキシブル基板、２２ｂ…共通電極、２２ｃ…配向膜、２３…液晶層、２４…シール材、２５…画素、２６…開口部、２７…第１偏光板、２８…第２偏光板、３０…型部材、３０Ｓ…貼合せ面、３１…透明接着層、４０…凸レンズ、５０…凹面鏡、５０Ｓ…反射面、１０１，１０２…光軸、ａ，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４…第１距離、ｂ，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４…第２距離、ｆ，ｆ１，ｆ２…焦点距離、Ｏ…中心、Ｏ１…鏡心。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の投影面に光学画像を表示可能な投影型液晶表示装置において、
光源と、
曲面状の光出射面を有し、前記光源と対向し、前記光源から入射された光を透過させて前記光出射面から出射させる液晶表示パネルと、
前記光出射面と投影面との間に光出射面および投影面とそれぞれ間隔を置いて配置され、光軸を有した光学素子と、を備え、
前記光学素子の焦点距離をｆ、前記光出射面の出射点から前記光学素子の中心を通って前記投影面の入射点に入射する全ての光線で、それぞれ光出射面および光学素子間の光線の前記光軸と平行な第１距離をａ、かつ、前記光学素子および投影面間の光線の前記光軸と平行な第２距離をｂ、とした場合、
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ
となるよう前記光出射面が湾曲している投影型液晶表示装置。
【請求項２】
前記光学素子は凸レンズであり、前記投影面に実像を表示可能である請求項１に記載の投影型液晶表示装置。
【請求項３】
前記光学素子は凹面鏡であり、前記投影面に虚像を表示可能である請求項１に記載の投影型液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶表示パネルは、前記光源から入射される光を透過させる開口部を有した複数の画素を備え、
前記第１距離の短い光線を出射する出射点に位置した画素の開口部ほど面積が拡大して形成され、前記第１距離の長い光線を出射する出射点に位置した画素の開口部ほど面積が縮小して形成されている請求項１に記載の投影型液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示パネルは、前記画素の開口部の面積をそれぞれ規定しているとともに前記画素にそれぞれ駆動信号を供給するマトリクス状の複数の駆動配線を備え、
前記第１距離の短い光線を出射する出射点に位置した駆動配線ほど疎に形成され、前記第１距離の長い光線を出射する出射点に位置した駆動配線ほど密に形成されている請求項１に記載の投影型液晶表示装置。
【請求項６】
前記投影面と相似の曲面を有した透明な型部材を備え、
前記液晶表示パネルは前記型部材に貼り合わされ、前記光出射面が前記型部材と同一の曲面に形作られている請求項１に記載の投影型液晶表示装置。

【図１】