CN105388650B - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够同时看到立体像和二维映像的显示装置。显示装置(1)具有：显示面板(2、3)，其可将显示二维映像的显示区域(21)在不显示二维映像而变得透明的透明状态和显示二维映像而变得不透明的不透明状态之间进行切换；立体投影装置(5)，其配置在显示面板(2、3)的背面侧，从正面侧观察，将立体投影像投影在与显示面板的显示区域重合的位置。另外，显示装置还具有控制部(6)，其在第一期间，以使显示面板的显示区域为不透明状态的方式控制显示面板，而在第二期间，以使显示面板的显示区域中的至少与立体投影像重合的区域为透明状态的方式控制显示面板，对第一期间和第二期间交替地切换。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及能够显示立体像和二维映像的显示装置。

背景技术

近年来，为了提高观察者的亲临现场感，提出有能够对立体像和二维映像进行切换显示的显示装置(例如参照专利文献1)。

例如，专利文献1公开的立体映像显示装置在立体显示模式下使用在配置有发光元件的多个配置层的至少一部分配置的发光元件形成立体映像，在平面显示模式下仅使用共用层的发光元件形成平面图像。

专利文献1：(日本)特开2013－11691号公报

但是，专利文献1公开的立体映像显示装置并非同时显示立体像和二维映像的装置。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够同时看到立体像和二维映像的显示装置。

本发明的一方面提供一种显示装置。该显示装置具有：显示面板，其可将显示二维映像的显示区域在不显示二维映像而透明的透明状态、和显示二维映像而不透明的不透明状态之间进行切换；立体投影装置，其配置在显示面板的背面侧，从正面侧观察，将立体投影像投影在与显示面板的显示区域重合的位置。

另外，优选的是，该显示装置还具有控制部，其在第一期间，以使显示面板的显示区域成为不透明状态的方式控制显示面板，而在与第一期间不同的第二期间，以使显示面板的所述显示区域中至少与立体投影像重合的区域成为透明状态的方式控制显示面板，交替地切换第一期间和第二期间。在该情况下，优选的是，第一期间比在第二期间投影的立体投影像的残像的持续时间短，且第二期间比在第一期间显示的二维映像的残像的持续时间短。

在该显示装置中，优选的是，控制部使第一期间比第二期间长。

在该情况下，优选的是，由立体投影装置投影的立体投影像的亮度比在显示面板显示的二维映像的亮度高。

或者，在该显示装置中，优选的是，立体投影装置将立体投影像投影在进深方向上与显示面板重合的位置。在该情况下，优选的是，还具有控制部，其将显示面板的显示区域中的包含与立体投影像重合的部分的第一部分区域控制成透明状态，将显示区域中的第一部分区域以外的部分区域控制成不透明状态。

本发明的显示装置起到能够同时看到立体像和二维映像的效果。

附图说明

图1是本发明一实施方式的显示装置的概略构成图；

图2(a)是液晶面板为不透明状态时的显示装置的概略正面图，图2(b)是液晶面板为透明状态时的显示装置的概略正面图；

图3是导光板的侧面剖面图；

图4是表示立体投影装置的一例的图；

图5是表示立体投影装置的另一例的图；

图6(a)是表示立体投影像和液晶面板的位置关系的另一例的图，图6(b)是表示立体投影像和成为不透明状态的区域的位置关系的另一例的图；

图7具有上述实施方式或变形例的显示装置的弹球游戏机的从游戏者侧观察到的概略立体图。

标记说明

1：显示装置

2：液晶面板

21：显示区域

3：导光板

3a：入射面

3b：扩散面

3c：出射面

4：光源

5：立体投影装置

51：半透半反镜

52：凹面镜

61：成像光学系

6：控制部

10：物体

11：立体投影像

12：不透明区域

100：游戏机

101：游戏盘

102：球接受部

103：操作部

104：显示装置

105：固定附件部

106：附件部

107：导轨

108：奖赏装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明实施方式的显示装置进行说明。该显示装置利用具有可对不显示二维映像而透明的透明装置和显示二维映像且不透明的不透明状态进行切换的显示区域的显示面板。而且，该显示装置在短时间内交替地切换使显示面板的显示区域成为透明状态而通过显示面板的显示区域可看到利用比显示面板更靠背面侧配置的立体投影装置投影的立体投影像的期间、和在显示面板上显示映像而看不到该立体投影像的期间，观察者能够同时看到立体投影像和二维映像。

另外，以下，为了便于说明，将与观察者相对的一侧设为正面，将其相反侧设为背面。另外，将横切显示面板而从背面侧朝向正面侧的方向、或者其相反的方向称为进深方向。

图1是本发明一实施方式的显示装置的概略构成图。显示装置1具有液晶面板2、导光板3、光源4、立体投影装置5及控制部6。

液晶面板2及导光板3为能够显示二维映像且可切换透明状态和不透明状态的显示面板的一例。例如，液晶面板2具有：封入有液晶分子的液晶层；以夹着液晶层而相对的方式配置的、由ITO等形成的两块透明电极；以夹着液晶层及透明电极而相对的方式配置的玻璃或透明树脂这样的透明的两块透明基板；以夹着液晶层、透明电极及透明基板而相对的方式配置的两块偏光板。另外，也可以在液晶层与透明电极之间形成有用于规定液晶分子的配向方向的配向膜。另外，透明电极中的一方也可以以可对以像素单位施加的电压进行调整的方式形成为矩阵状。

两块配向膜例如使液晶层内的液晶分子沿规定方向配向。例如，液晶层中含有的液晶分子排列成扭曲向列型的情况下，两块配向膜以配向方向相互正交的方式配置。另外，两块偏光板分别为具有特定方向的偏光面的使偏光成分透过的元件，例如，液晶面板2以普通白色模式动作的方式，使其透过轴相互正交而配置。该情况下，若对夹着液晶层的两块透明电极之间施加电场，则在背面侧配置的偏光板透过的光的偏光方向在液晶层旋转90°，故而该光能够透过在正面侧配置的偏光板。因此，液晶面板变得透明。另一方面，若对夹着液晶层的两块透明电极之间施加电场，则液晶层内的液晶分子朝向与电场的方向平行的方向，故而透过液晶层的光的偏光面不旋转。因此，透过在背面侧配置的偏光板的光不能够透过在正面侧配置的偏光板，故而液晶面板变得不透明。此时，控制部6通过调节以像素单位对透明电极间施加的电压，使透明度以像素单位变化，从而能够在液晶面板2的配置有透明电极的显示区域显示映像。

另外，各偏光板也可以以液晶面板2以普通黑模式动作的方式，使其透过轴相互平行地配置。在该情况下，若对夹着液晶层的两块透明电极之间施加电场，则液晶面板变得透明，相反，若对夹着液晶层的两块透明电极之间施加电场，则液晶面板变得不透明。

另外，液晶面板2不限于上述液晶面板，只要为可根据来自控制部6的控制信号对透明状态和不透明状态进行切换的液晶面板即可。

图2(a)是液晶面板为不透明状态时的显示装置的概略正面图，图2(b)是液晶面板为透明状态时的显示装置的概略正面图。如图2(a)所示，在液晶面板2的显示区域21为不透明状态的情况下，由背后的投影装置5投影的立体投影像11被液晶面板2遮挡而由观察者不能识别。另一方面，如图2(b)所示，在液晶面板2的显示区域21为透明状态的情况下，观察者从正面观察显示装置1，能够在与该显示区域21重合的位置看到立体投影像11。

导光板3在将光源4点亮的情况下，使来自光源4的光在其内部传送的同时使其扩散，向液晶面板2射出，从而将液晶面板2照亮。另外，导光板3使来自立体投影装置5的光从背面侧向液晶面板2侧透过。因此，导光板3是具有比液晶面板2的显示区域大的面积的片状部件，以与液晶面板2的背面相对的方式配置。另外，导光板3例如为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、环烯烃聚合物这样的通过将相对于可见光透明的树脂成型而形成的。

图3是沿着从光源4垂直地射入导光板的入射面的光的传送方向的、导光板3的侧面剖面图。在导光板3侧面的一面形成与光源4相对的入射面3a，来自光源4的光从入射面3a射入导光板3的内部。而且，在导光板3的内部传送的光在由位于背面侧的扩散面3b全反射后，从与液晶面板2的背面相对的出射面3c射出而向液晶面板2射入。

另外，在由观察者可看到立体的投影像的情况下，形成来自立体投影装置5的其立体投影像的光从导光板3的扩散面3b射入导光板3，并且在该状态下透过导光板3而从出射面3c向液晶面板2射出。

在本实施方式中，入射面3a以与扩散面3b及出射面3c正交的方式形成。另外，入射面3a以为了将从光源4射入的光的指向性提高而作为准直透镜动作的方式朝向光源4凸面状地形成。

在扩散面3b以将从入射面3a射入的光反射而从出射面3c整体均匀地射出且相对于液晶面板2大致垂直地射入的方式形成有多个棱镜31。

多个棱镜31沿着从入射面3a射入的入射光的传送方向以规定的间距排列形成。各棱镜31在扩散面3b，作为沿相对于来自入射面3a的入射光的传送方向大致垂直的方向延伸的大致三角形状的槽而形成。而且，各棱镜31具有相对于扩散面3b构成规定角度的反射面32。规定的角度根据入射光的传送方向及从导光板3射出光的方向来决定。在本实施方式中，入射光的传送方向与扩散面3b大致平行，且导光板3相对于出射面3c大致垂直地射出光。因此，各反射面32例如相对于扩散面3b大致成40°～50°地形成。该情况下，入射光相对于各反射面32的入射角比临界角大，故而如箭头标记301所示，入射光在各反射面32全反射。因此，导光板3能够抑制来自光源4的入射光中、不用于液晶面板2的照亮的光量。

另外，优选的是，从出射面3c射出的光的强度不依赖场所而变得均匀地、使邻接的棱镜31间的间距一定而形成。例如，以间距大致为100μm的方式形成各棱镜31。

另外，形成有棱镜31的区域的面积占据扩散面3b的面积的比即图案密度在液晶面板2为透明状态时，为观察者感觉到经由透明部件看到由立体投影装置5投影的立体投影像、或者感觉到该立体投影像存在于什么都没有的空间上的图案密度的上限以下。另一方面，图案密度在液晶面板2为不透明状态时，为观察者可看到由来自光源4的光显示在液晶面板2的显示区域的二维映像的图案密度的下限以上为好。

或者，表示扩散光相对于全透过光的比例的雾度值在液晶面板2为透明状态时，为观察者感觉到经由透明部件看到由立体投影装置5投影的立体投影像、或者看到该立体投影像存在于什么都没有的空间上的雾度值的上限以下为好。

另外，导光板的形状不限于上述形状，只要具有使从背面侧的扩散面射入的光向出射面侧透过且从入射面射入的光也能够从出射面大致均匀地射出的形状即可。

光源4例如具有白色发光二极管或荧光灯这样的发光元件，其发光面以与导光板3的入射面3a相对的方式配置。例如，光源4以其发光强度最强的方向相对于入射面3b正交的方式配置。另外，作为光源4，为了提高光的利用效率，例如使用具有指向性的发光元件为好。或者，为了提高从光源4发出的光的指向性，也可以在入射面3b与光源4之间配置有准直透镜。另外，光源4也可以具有多个发光元件。而且，光源4根据来自控制部6的控制信号点亮或熄灭。

立体投影装置5配置在导光板3的背面侧，从正面观察时，在与液晶面板2的显示区域重合的位置，在观察者可看到的位置投影立体投影像。

图4是表示立体投影装置5的一例的图。在该例中，立体投影装置5具有半透半反镜51和凹面镜52。在该例中，在导光板3的背面侧配置凹面镜52，在凹面镜52与导光板3之间，以与扩散面3b大致成45°的方式配置半透半反镜51。而且，被立体投影的物体10配置在从半透半反镜51和凹面镜52的光轴OA交叉的位置向与光轴OA正交且与朝向半透半反镜51的凹面镜52侧的面相对的方向离开规定距离的位置。因此，该物体10的基于凹面镜52的实像作为立体投影像11，比液晶面板2更靠观察者侧形成。在该立体投影装置5中，根据从凹面镜52到物体10的距离，形成的立体投影像11的位置也发生变化。具体地，物体10越接近凹面镜52，立体投影像被投影在越远离凹面镜52的位置、即液晶面板2前方的更远离的位置。

另外，立体投影装置5也可以具有将物体10照亮的白色LED这样的照明光源。另外，照明光源也可以由控制部6控制点亮或熄灭。该情况下，在液晶面板2为不透明状态的期间，控制部6将照明光源熄灭，相反，在液晶面板2为透明状态的期间，控制部6也可以将照明光源点亮。由此，通过抑制耗电，且液晶面板2成为不透明状态时，从立体投影装置5经由导光板3射入液晶面板2的光消失，从而减轻液晶面板2的照明不均。

另外，物体10自身也可以由一个以上的发光元件形成。该情况下，只要在液晶面板2为透明状态的期间，也可以将物体10点亮而由控制部6控制构成物体10的发光元件。

图5是表示立体投影装置5的另一例的图。在该例中，立体投影装置5具有成像光学系61。在该例中，在被立体投影的物体10与导光板3之间配置成像光学系61，以成像光学系61的光轴OA与液晶面板2的显示区域大致正交的方式设置成像光学系61的朝向。因此，该物体10的基于成像光学系61的实像作为立体投影像11，比液晶面板2更靠观察者侧形成。在该立体投影装置5中，根据成像光学系61到物体10的距离而形成的立体投影像11的位置也发生变化。因此，也可以根据对立体投影像11投影的位置调节从成像光学系61到物体10的距离。

另外，成像光学系61也可以是可根据来自控制部6的控制信号调节焦点距离的变焦透镜。该情况下，通过改变成像光学系61的焦距，控制部6能够使立体投影像11的位置变化。例如，使成像光学系61的焦距越长，控制部6能够将立体投影像11投影在液晶面板2前方的越远离的位置。

另外，也可以在成像光学系61与导光板3之间，以与导光板3的扩散面3b大致成45°的方式配置反射镜。该情况下，成像光学系61及物体10在以导光板3至反射镜的距离分离的位置，沿着与导光板3的扩散面3b大致平行的方向并排配置，故而能够减小显示装置1的进深方向的尺寸。

另外，显示装置1作为支承物体10的支承台，也可以具有XY载物台这样的可动台、用于驱动可动台的促动器。而且，控制部6通过控制促动器来驱动可动台，也可以使物体10的位置移动。由此，控制部6能够根据物体10的位置，使立体投影像11的位置不仅在进深方向上，在与液晶面板2的表面平行的方向上也能够变化。

另外，立体投影装置5不限于上述例，只要是能够将立体投影像投影在从本装置离开的位置的装置即可。例如，立体投影装置5也可以为通过积分照相方式对立体投影像进行投影的装置。

控制部6例如具有处理器、存储电路、液晶面板2的驱动电路。而且，控制部6根据来自上位的控制装置(未图示)的控制信号控制液晶面板2、光源4及立体投影装置5。在本实施方式中，控制部6在第一期间，将液晶面板2的显示区域形成为不透明状态，在其显示区域显示二维映像，以使由位于液晶面板2的正面侧的观察者看不到由立体投影装置5投影的立体投影像11。另外，控制部6将光源4点亮。另一方面，在与第一期间不同的第二期间，控制部6使液晶面板2成为透明状态，以使由位于液晶面板2的正面侧的观察者可看到由立体投影装置5投影的立体投影像11。另外，控制部6将光源4熄灭。

控制部6在短时间内交替地切换第一期间和第二期间。由此，观察者通过残像效果能够同时看到在液晶面板2显示的二维映像和由立体投影装置5投影的立体投影像11。例如，控制部6将第一期间的长度设定为比在第二期间中显示的立体投影像的残像的持续时间短的期间为好。同样地，控制部6将第二期间的长度设定为比在第一期间中显示的映像的残像的持续时间短的期间为好。例如，控制部6在第一期间及第二期间均设定为1秒以下为好。

另外，控制部6优选使可看到立体投影像的第二期间比第一期间短。在第二期间中，由于液晶面板2为透明状态，故而若第二期间长，则观察者不仅能够看到立体投影像，还能够通过液晶面板2而看到立体投影装置5主体。而且，若观察者能够看到立体投影装置5主体，则与立体投影像相比，观察者更容易使焦点与立体投影装置5主体对齐，焦点恐怕不与立体投影像对齐。因此，通过缩短第二期间，观察者不具有使焦点向从液晶面板2的显示区域较大偏移的位置移动的富裕，控制部6能够抑制观察者看到立体投影装置5主体。例如，液晶面板2的帧速率为60帧/秒的情况下，控制部6每次在液晶面板2上以10桢显示映像时，也可以将一帧的液晶面板2形成为透明状态。即，第一期间为1/6秒，第二期间为1/60秒。

该情况下，由于与在液晶面板2上显示有映像的第一期间相比，显示立体投影像的第二期间短，故而该映像的亮度和立体投影像的亮度相同的话，立体投影像的光量比一定期间的映像的光量少，故而观察者可能会感到立体投影像较暗。因此，优选使立体投影像的亮度的平均值比将光源4点亮时的导光板3的亮度的平均值高。例如，以使第二期间的长度相对于第一期间的长度之比和将光源4点亮时的导光板3的亮度的平均值相对于立体投影像的亮度的平均值之比相等的方式，调节光源4的发光亮度及立体投影装置5具有的光源的发光亮度为好。由此，将第一期间和第二期间合计的期间的在液晶面板2上显示的映像的光量和基于立体投影装置5的立体投影像的光量之差变小，故而观察者容易同时看到该映像和立体投影像双方。

另外，控制部6也可以对同时看到上述那样的液晶面板2上显示的二维映像和基于立体投影装置5的立体投影像的显示模式、和观察者能够仅看到在液晶面板2上显示的二维映像和立体投影装置5的立体投影像的任一方的显示模式进行切换。在仅看到二维映像和立体投影像的任一方的模式的情况下，控制部6使第一期间及第二期间分别比映像及立体投影像的残像的持续期间长，例如也可以将第一期间及第二期间分别设定为1秒以上的长度。

如以上说明地，该显示装置通过由控制部切换液晶面板的透明状态和不透明状态，观察者可看到处于液晶面板背后的立体投影装置的立体投影像，或者不能看到。另外，该显示装置通过调节在液晶面板的显示区域显示有二维映像的期间(即，液晶面板为不透明状态的期间)的长度和显示有立体投影像的期间(即，液晶面板为透明状态的期间)的长度，观察者能够同时看到二维映像和立体投影像。由此，该显示装置能够提高亲临现场感。

图6(a)是表示立体投影像11和液晶面板2的位置关系的另一例的图。另外，在图6(a)中，为了简单化，省略了立体投影装置5。在该变形例例中，由立体投影装置5投影的立体投影像11以在进深方向上与液晶面板2重合的方式调节立体投影装置5。由此，通过可连续地看到液晶面板2上的二维映像和立体投影像11，该显示装置能够进行作为立体投影像投影的物体仿佛从液晶面板2的显示画面飞出这样的演示。

另外，控制部6也可以仅将液晶面板2的显示区域中、从正面看包含与立体投影像重合的部分的第一部分区域形成为透明状态，将第一部分区域以外的部分区域12形成为不透明状态而显示二维映像。在该情况下，观察者能够连续地看到在成为不透明状态的区域(以下，简称为不透明区域)12显示的二维映像和立体投影像11，故而焦点容易与立体投影像11对齐。作为其结果，该显示装置能够将立体投影像看作更自然的像。另外，在该变形例中，显示装置通过根据显示区域的位置切换透明状态和不透明状态，同时显示立体投影像和二维映像，故而如上述实施方式那样地，也可以根据时间分割不切换液晶面板2的透明状态和不透明状态。

另外，如图6(b)所示，不透明区域12和立体投影像11也可以在至少一部分搭接。该情况下，即使观察者移动视点而从斜方向观察显示装置，显示装置也能够防止通过成为透明状态的第一部分区域中的未显示立体投影像11的部分而看到液晶面板2的背面侧的情况。

另外，控制部6也可以使液晶面板2的显示区域中的第一部分区域不完全透明，使在第一部分区域显示的二维映像的亮度比其之外的区域的亮度低。此时，控制部6也可以在第一部分区域不成为完全不透明状态的范围，将在第一部分区域显示的二维映像形成为一样的黑色映像。由此，来自液晶面板2的背面的环境光被液晶面板2遮挡，故而显示装置能够容易看到立体投影像。

另外，根据其他变形例，显示面板只要能够切换透明状态和不透明状态即可。例如，作为显示面板，也可以利用透明有机EL面板。在该情况下，由于透明有机EL面板自身发光而成为不透明状态，故而也可以省略导光板及经由导光板照亮显示面板的光源。

上述实施方式或变形例的显示装置也可以搭载在弹球游戏机或旋转式游戏机这样的游戏机上。

图7是具有上述实施方式或变形例的显示装置的弹球游戏机的从游戏者侧观察到的概略立体图。为具备的弹球游戏机100的概略立体图。如图11所示，弹球游戏机100从上部起设置在中央部的大部分区域，具有作为游戏机主体的游戏盘101、配设在游戏盘101的下方的球接受部102、具有把手的操作部103、设于游戏盘101的大致中央的显示装置104。

另外，弹球游戏机100为了表现游戏而具有在游戏盘101的前面配置在游戏盘101的下方的固定附件部105、配置在游戏盘101与固定附件部105之间的可动附件部106。另外，在游戏盘101的侧方配设有导轨107。另外，在游戏盘101上设有多个阻碍钉(未图示)及至少一个奖赏装置108。

操作部103根据游戏者操作的把手的转动量从未图示的发射装置以规定的力发射游戏球。被发射的游戏球沿着导轨107向上方移动，在多个阻碍钉之间落下。而且，若通过未图示的传感器检测游戏球进入到哪个奖赏装置108，则设于游戏盘101的背面的主控制电路(未图示)经由将与游戏球进入的奖赏装置108对应的规定个数的游戏球经由发球装置(未图示)向球接受部102发出。另外，主控制电路经由设于游戏盘101背面的演出用CPU(未图示)驱动显示装置104。

显示装置104为上述实施方式或变形例的显示装置的一例，以液晶模板的正面侧朝向游戏者的方式安装在游戏盘101上。而且，显示装置104以游戏者可同时看到二维映像和立体投影像的方式进行显示。另外，显示装置104的控制部根据对应于游戏状态的来自演出用CPU的控制信号，切换可看到二维映像及立体投影像中的任一方的模式、和可看到二维映像和立体投影像双方的模式。

这样，本领域技术人员在本发明的范围内，对应于实施的方式可进行各种变更。

Claims (4)

1.一种显示装置，其特征在于，具有：

显示面板，其可将显示二维映像的显示区域在不显示所述二维映像而透明的透明状态、和显示所述二维映像而不透明的不透明状态之间进行切换；

立体投影装置，其配置在所述显示面板的背面侧，从正面侧观察，将立体投影像投影在与所述显示面板的所述显示区域重合的位置，

还具有控制部，其在第一期间，以使所述显示面板的所述显示区域成为所述不透明状态的方式控制所述显示面板，而在与所述第一期间不同的第二期间，以使所述显示面板的所述显示区域中至少与所述立体投影像重合的区域成为所述透明状态的方式控制所述显示面板，交替地切换所述第一期间和所述第二期间，

所述控制部使所述第一期间比所述第二期间长。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

所述第一期间比在所述第二期间投影的所述立体投影像的残像的持续时间短，且所述第二期间比在所述第一期间显示的所述二维映像的残像的持续时间短。

3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，

由所述立体投影装置投影的所述立体投影像的亮度比在所述显示面板显示的所述二维映像的亮度高。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

所述立体投影装置将所述立体投影像投影在进深方向上与所述显示面板重合的位置，

还具有控制部，其将所述显示面板的所述显示区域中的包含与所述立体投影像重合的部分的第一部分区域控制成所述透明状态，将所述显示区域中的所述第一部分区域以外的部分区域控制成所述不透明状态。