JP2018136453A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空中で結像した表示画像の解像度の低下を抑制することを可能とする。【解決手段】表示光を出射する表示部と、前記表示部側の第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有し、入射光を透過及び反射する光学素子と、前記第１面、又は前記第２面に配置された再帰反射素子と、を備え、前記再帰反射素子は、前記光学素子を介して入射した入射光を再帰反射する第１再帰反射体及び第２再帰反射体と、前記第１再帰反射体及び前記第２再帰反射体の間に位置する透過部とを有する、表示装置。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

表示画像を空中で結像する表示装置が提案されている。一例として、表示装置は、表示光を出射する表示部と、表示光を透過及び反射する光学素子と、表示光を再帰反射する再帰反射素子とを備えている。このような表示装置では、再帰反射素子での再帰反射性能が空中で結像する表示画像の解像度に影響し得る。再帰反射性能は、例えば、再帰反射素子への入射光の光路に対する再帰反射光の光路の角度で示される。

特開２０１１−２５３１２８号公報

本実施形態の目的は、空中で結像した表示画像の解像度の低下を抑制できる表示装置を提供することにある。

一実施形態によれば、表示光を出射する表示部と、前記表示部側の第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有し、入射光を透過及び反射する光学素子と、前記第１面、又は前記第２面に配置された再帰反射素子と、を備え、前記再帰反射素子は、前記光学素子を介して入射した入射光を再帰反射する第１再帰反射体及び第２再帰反射体と、前記第１再帰反射体及び前記第２再帰反射体の間に位置する透過部とを有する、表示装置が提供される。

図１は、第１実施形態に係る表示装置の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。 図２は、図１に示した表示パネルの一構成例を示す図である。 図３は、図２に示した表示パネルの一構成例を示す断面図である。 図４は、図１に示した再帰反射素子の一構成例を示す平面図である。 図５は、図４に示した再帰反射体の一構成例を示す斜視図である。 図６は、変形例１に係る表示装置の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。 図７は、変形例２に係る表示装置の一構成例を示す図である。 図８は、変形例３に係る表示装置の一構成例を示す図である。 図９は、変形例４に係る表示装置の一構成例を示す図である。 図１０は、変形例５に係る表示装置の一構成例を示す図である。 図１１は、変形例６に係る表示装置の一構成例を示す図である。 図１２は、第２実施形態に係る表示装置の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。 図１３は、変形例７に係る表示装置の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、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、実際の態様に比べて、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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、第１実施形態に係る表示装置１の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。
表示装置１は、表示部ＤＳＰ、光学素子１０、再帰反射素子２０などを備えている。表示部ＤＳＰは、第１方向Ｘで光学素子１０と対向している。光学素子１０は、第２方向Ｙで再帰反射素子２０と対向している。光学素子１０と再帰反射素子２０とは、近接していることが望ましい。例えば、光学素子１０は、表示部ＤＳＰよりも再帰反射素子２０に近接している。図示した例では、表示部ＤＳＰは、光学素子１０の法線方向に沿って配置されている。また、再帰反射素子２０は、光学素子１０に対して略平行に配置されている。図示した例では、再帰反射素子２０は、光学素子１０の延出する第１方向Ｘに沿って延出している。なお、第２方向Ｙは、第１方向Ｘと交差する方向であり、図示した例では第１方向Ｘと直交しているが、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは９０度以外の角度で交差していてもよい。また、第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと交差する方向であり、図示した例では第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。図示した例では、表示部ＤＳＰは、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ−Ｚ平面と略平行に配置されているが、これに限定されるものではない。また、図示した例では、光学素子１０及び再帰反射素子２０は、第３方向Ｚ及び第１方向Ｘによって規定されるＺ−Ｘ平面と略平行に配置されているが、これに限定されるものではない。表示部ＤＳＰは、光学素子１０の法線方向から傾いて配置されていてもよく、例えば光学素子１０との成す角度が鋭角となる様に配置されていてもよい。また、再帰反射素子２０は、光学素子１０に対して傾斜して配置されていてもよい。なお、光学素子１０と再帰反射素子２０との間には、空気層があってもよいし、他の部材や層があってもよい。また、光学素子１０と再帰反射素子２０とは、接触していてもよい。

表示部ＤＳＰは、表示光を出射するものであれば、その構成は特に限定されるものではない。図示した例では、表示部ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬを備えている。表示パネルＰＮＬは、一例としては、一対の基板間に液晶層を保持した液晶表示パネルである。液晶表示パネルは、光源装置からの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過型であってもよいし、外光あるいは光源装置からの光を選択的に反射させることで画像を表示させる反射型であってもよいし、透過型及び反射型の双方の表示機能を備えた半透過型であってもよい。但し、表示パネルＰＮＬは、有機エレクトロルミネッセンス素子（ＯＬＥＤ）等を有する自発光型の表示パネル、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型の表示パネル、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）を適用した表示パネル、或いはエレクトロクロミズムを適用した表示パネルなどであってもよい。

表示部ＤＳＰは、表示パネルを備えた構成に限定されるものではなく、プロジェクタから出射された出射光が投影されるスクリーンを備えていてもよいし、照明装置によって照明される表示媒体（ポスターなど）を備えていてもよい。
表示パネルＰＮＬは、表示画像Ｉ０を表す表示光を出射する。表示光は、例えば、表示パネルＰＮＬから出射された直後に直線偏光である。説明の便宜上、図１には、表示光Ｌの光路の一例を示している。表示光Ｌは、第１光Ｌ１と、第２光Ｌ２とを含む。なお、表示部ＤＳＰは、表示光に位相差を付与する位相差板を備えていてもよい。

光学素子１０は、入射光を透過及び反射する。光学素子１０は、入射光を透過及び反射するものであれば、その構成は特に限定されるものではない。光学素子１０は、面１０Ａと、面１０Ｂとを有している。図示した例では、面１０Ａは、表示部ＤＳＰに対向している。面１０Ｂは、再帰反射素子２０に対向している。面１０Ｂは、面１０Ａの反対側に位置し、面１０Ａに略平行である。面１０Ａ及び面１０Ｂは、Ｚ−Ｘ平面上で延出している。光学素子１０は、例えば、半透過（ハーフ）ミラーである。なお、光学素子は、特定の偏光を透過する偏光板や入射光に位相差を付与する位相差板を備えていてもよい。

再帰反射素子２０は、入射光を透過及び再帰反射する。再帰反射素子２０は、入射光を透過及び再帰反射するものであれば、その構成は特に限定されるものではない。図示した例では、再帰反射素子２０は、面２０Ａと、面２０Ｂとを有している。図示した例では、面２０Ａは、光学素子１０に対向している。面２０Ｂは、面２０Ａの反対側に位置し、凸凹状に形成されている。このような凸凹状の面２０Ｂは、光の正反射を軽減し得る。なお、面２０Ｂには、光の反射を防止する反射防止膜が接触していてもよい。

再帰反射素子２０は、入射光を透過する基材２１と、入射光を再帰反射する再帰反射体２２と、金属薄膜（金属膜）Ｍとを備えている。
基材２１は、入射光を透過する材料、例えば、透明な樹脂材料で形成されている。図示した例では、基材２１は、面２１Ａと、面２１Ａと反対側の面２１Ｂとを有している。面２１Ａは、面２０Ａに対応し、面２１Ｂは、面２０Ｂに対応する。面２１Ｂには、凸部２１Ｐが設けられている。図示した例では、面２１Ｂにおいて、凸部２１Ｐ以外の領域は、平坦面である。凸部２１Ｐは、第２方向Ｙにおいて、面２１Ｂの平坦面よりも光学素子１０の方向と反対方向に突出している。凸部２１Ｐは、例えば、三角形状に形成されている。なお、凸部２１Ｐは、基材２１と一体に形成されていてもよいし、基材２１と別体で形成されていてもよい。

再帰反射体２２は、入射光を再帰反射する構造を有している。第１実施形態では、再帰反射体２２は、基材２１の一部、例えば、凸部２１Ｐを備えている。再帰反射体２２は、面２０Ｂに１つ以上設けられている。再帰反射体２２は、例えば、入射光を境界面（凸部２１Ｐの面２１Ｂ）で再帰反射する。また、再帰反射体２２は、入射光を効率的に再帰反射可能な部材を含んでいてもよい。なお、再帰反射体２２は、基材２１の一部としたが、基材２１以外の他の部材で形成されていてもよい。また、再帰反射体２２は、基材２１と一体で形成されていてもよいし、基材２１と別体で形成されていてもよい。

金属薄膜Ｍは、凸部２１Ｐの面２１Ｂを覆っている。金属薄膜Ｍは、ほぼ均一の膜厚を有している。金属薄膜Ｍは、例えば、蒸着などよって凸部２１Ｐの面２１Ｂに形成される。金属薄膜Ｍは、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金などの光反射性を呈する材料によって形成されている。図示した例では、金属薄膜Ｍは、面ＭＡと、面ＭＡと反対側の面ＭＢとを有している。面ＭＡは、凸部２１Ｐの面２１Ｂに接触している。面ＭＢは、面２０Ｂに対応する。なお、金属薄膜Ｍは、その腐食を防止するための表面処理が施されてもよいし、シリコン窒化物（ＳｉＮ）などの無機系材料によってコーティングされてもよい。金属薄膜Ｍの面ＭＢは、樹脂製のオーバーコート層によって覆われていてもよい。金属薄膜Ｍにおける光の透過率はほぼゼロであり、金属薄膜Ｍの面ＭＡに入射した光のほとんどは、反対側の面ＭＢに到達しない。このように再帰反射体２２の面２１Ｂに金属薄膜Ｍが設けられることで、再帰反射体２２は、効率的に入射光を再帰反射できる。なお、金属薄膜Ｍは、基材２１で覆われていてもよい。

再帰反射素子２０は、入射光を透過する透過部ＴＲを有している。透過部ＴＲは、基材２１に対応する。図示した例では、透過部ＴＲは、隣接する２つの再帰反射体２２の間に位置している。透過部ＴＲは、入射光を面２０Ａ（２１Ａ）から面２０Ｂ（２１Ｂ）に透過する。透過部ＴＲの面は、入射光を散乱及び屈折等しないことが望ましい。そのため、例えば、透過部ＴＲの面２０Ａ（２１Ａ）及び２０Ｂ（２１Ｂ）は、平坦面である。なお、透過部ＴＲの面２１Ａ（２０Ａ）及び２１Ｂ（２０Ｂ）は、ほぼ平坦な面であればよい。

表示部ＤＳＰから出射された表示光の挙動の一例として、表示光Ｌの光路について説明する。一例として、複数の再帰反射体２２の内の２つの第１再帰反射体２２Ｎ１と、第２再帰反射体２２Ｎ２との間に位置する複数の透過部ＴＲの内の透過部ＴＲ１を用いて説明する。第１再帰反射体２２Ｎ１は、表示部ＤＳＰから距離ＤＳ１の位置に位置している。第２再帰反射体２２Ｎ２は、表示部ＤＳＰから距離ＤＳ１よりも長い距離ＤＳ２の位置に位置している。なお、表示画像Ｉ１は、表示画像Ｉ０の実像に相当し、光学素子１０を対称面として表示画像Ｉ０と面対称となる位置に結像される。また、第１再帰反射体２２Ｎ１及び第２再帰反射体２２Ｎ２以外の他の再帰反射体２２でも同様の表示光の挙動となる。

始めに、表示画像Ｉ０を表示する第１光Ｌ１は、表示部ＤＳＰから出射され、光学素子１０に入射し、光学素子１０を透過する。次に、第１光Ｌ１は、再帰反射素子２０の基材２１に入射し、第２再帰反射体２２Ｎ２に入射する。第１光Ｌ１は、第２再帰反射体２２Ｎ２で再帰反射される。ここで、再帰反射光した第１光Ｌ１を第２光Ｌ２とする。第２光Ｌ２は、基材２１を通って光学素子１０の面１０Ｂに入射し、面１０Ｂで反射する。面１０Ｂで反射した第２光Ｌ２は、再帰反射素子２０に入射する。その後、第２光Ｌ２は、透過部ＴＲ１を透過し、表示画像Ｉ１を結像する。

このとき、表示画像Ｉ１の解像度は、再帰反射素子２０での再帰反射性能に影響を受ける。再帰反射性能は、第１光の入射方向に対する第２光の反射方向の角度で示される。例えば、第１光Ｌ１とほぼ同一の方向に第２光Ｌ２が反射した場合、再帰反射性能が良い。例えば、再帰反射性能が低い場合、第２光Ｌ２が再帰反射した位置から結像位置までの光路が長いと、目標とする結像位置から大きくずれてしまう可能性がある。そのため、図示した表示装置１の構成にすることで、表示光Ｌの光路を小さくすることができる。例えば、光学素子１０と再帰反射素子２０との間の距離を調整することで、少なくとも第２光Ｌ２の光路を短くすることができる。すなわち、第２光Ｌ２が反射した位置から結像位置までの光路を小さくすることができる。

図２は、図１に示した表示パネルＰＮＬの一構成例を示す図である。ここでは、表示パネルＰＮＬの一例として、アクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶表示パネルについて説明する。
表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向した第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持された液晶層ＬＱと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とは、これらの間に所定のセルギャップを形成した状態で貼り合わせられている。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示エリアＤＡを備えている。表示エリアＤＡは、マトリクス状に配置された複数のサブピクセルＰＸを有している。

表示エリアＤＡは、サブピクセルＰＸとして、例えば赤色を表示する赤画素ＰＸＲ、緑色を表示する緑画素ＰＸＧ、及び青色を表示する青画素ＰＸＢを有している。なお、表示エリアＤＡは、さらに、赤、緑、青とは異なる色のサブピクセル（例えば白色を表示する白画素）を有していてもよい。カラー表示を実現するための画素は、これらの複数の異なる色のサブピクセルＰＸによって構成されている。すなわち、ここでの画素とは、カラー画像を構成する最小単位である。図示した例では、画素は、赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢによって構成されている。

赤画素ＰＸＲは、赤色カラーフィルタを備え、光源装置からの白色光のうち主として赤色光を透過可能に構成されている。緑画素ＰＸＧは、緑色カラーフィルタを備え、光源装置からの白色光のうち主として緑色光を透過可能に構成されている。青画素ＰＸＢは、青色カラーフィルタを備え、光源装置からの白色光のうち主として青色光を透過可能に構成されている。なお、詳述しないが、カラーフィルタは、第１基板ＳＵＢ１に形成されていてもよいし、第２基板ＳＵＢ２に形成されていてもよい。

第１基板ＳＵＢ１は、第３方向Ｚに沿って延出した複数のゲート配線Ｇ、及び、第２方向Ｙに沿って延出しゲート配線Ｇと交差する複数のソース配線Ｓを備えている。各ゲート配線Ｇは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、ゲートドライバＧＤに接続されている。各ソース配線Ｓは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、ソースドライバＳＤに接続されている。これらのゲートドライバＧＤ及びソースドライバＳＤは、コントローラＣＮＴに接続されている。コントローラＣＮＴは、映像信号に基づいて制御信号を生成して、ゲートドライバＧＤ及びソースドライバＳＤを制御する。

各サブピクセルＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥなどを備えている。スイッチング素子ＳＷは、ゲート配線Ｇ及びソース配線Ｓに電気的に接続されている。このようなスイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタによって構成されている。画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥとそれぞれ対向している。

なお、表示パネルＰＮＬの詳細な構成については説明を省略するが、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、あるいは、基板主面の法線に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モードでは、画素電極ＰＥが第１基板ＳＵＢ１に備えられる一方で、共通電極ＣＥが第２基板ＳＵＢ２に備えられる。また、基板主面に沿った横電界を利用する表示モードでは、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥの双方が第１基板ＳＵＢ１に備えられている。さらには、表示パネルＰＮＬは、上記の縦電界、横電界、及び、傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応した構成を有していてもよい。なお、図示した例では、基板主面とは、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定される平面に相当し、基板主面の法線方向とは、第１方向Ｘと平行な方向に相当する。

図３は、図２に示した表示パネルＰＮＬの一構成例を示す断面図である。
ここでは、横電界を利用する表示モードの一つであるＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを適用した表示パネルＰＮＬの断面構造について簡単に説明する。

第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板１００、第１絶縁膜１１０、共通電極ＣＥ、第２絶縁膜１２０、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。共通電極ＣＥは、赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢに亘って延在している。赤画素ＰＸＲの画素電極ＰＥ１、緑画素ＰＸＧの画素電極ＰＥ２、青画素ＰＸＢの画素電極ＰＥ３のそれぞれは、共通電極ＣＥと対向し、それぞれスリットＳＬＡを有している。図示した例では、共通電極ＣＥは第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置している。なお、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３が第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、共通電極ＣＥが第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置していてもよい。この場合、スリットＳＬＡは、共通電極ＣＥに形成される。

第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２００、遮光層ＢＭ、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢ、オーバーコート層ＯＣ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、それぞれ液晶層ＬＱを挟んで画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３と対向している。カラーフィルタＣＦＲは赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＧは緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＢは青色のカラーフィルタである。なお、図示した例では、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、第２基板ＳＵＢ２に形成されているが、第１基板ＳＵＢ１に形成されてもよい。

液晶層ＬＱは、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に封入されている。光源装置ＬＳは、第１基板ＳＵＢ１と対向している。光源装置ＬＳとしては、種々の形態が適用可能であるが、詳細な構造については説明を省略する。
第１偏光板ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁基板１００の外面に配置されている。第２偏光板ＰＬ２を含む第２光学素子ＯＤ２は、第２絶縁基板２００の外面に配置されている。例えば、第１偏光板ＰＬ１の第１吸収軸及び第２偏光板ＰＬ２の第２吸収軸は、直交している。
赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢによって構成された画素は、ピッチＰ１で配列されている。

図４は、図１に示した再帰反射素子２０の一構成例を示す平面図である。図４は、第２方向Ｙから観察した再帰反射素子２０の一例を示している。ここでは、Ｚ−Ｘ平面を第２方向Ｙから観察することを平面視と称する。
平面視した場合、再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、例えば、三角形状に形成されている。再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、同じ面積である。また、再帰反射体２２は、その中心Ｏが紙面の手前に向かって突出している。図示した例では、再帰反射素子２０において、再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、交互に配列されている。例えば、再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、第１方向Ｘに沿って交互に配列され、第３方向Ｚに沿って交互に配列されている。例えば、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚにおいて、隣接する再帰反射体２２と透過部ＴＲとは、互いに１８０度反転した形状で配置されている。なお、再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、交互に配列されているとしたが、交互に配列されていなくともよい。また、平面視した場合に、再帰反射体２２及び透過部ＴＲの割合が均等でなくともよく、再帰反射体２２の面積が透過部ＴＲの面積よりも大きくてもよいし、透過部ＴＲの面積よりも小さくてもよい。再帰反射体２２及び透過部ＴＲは、平面視した場合、三角形状に形成されているとしたが、三角形状以外の形状に形成されていてもよい。

図５は、図４に示した再帰反射体２２の一構成例を示す斜視図である。図５には、第１軸Ｄ１、第２軸Ｄ２、及び第３軸Ｄ３から成る直交座標系を示している。第１軸Ｄ１、第２軸Ｄ２、及び第３軸Ｄ３は、互いに直交している。ここでは、この直交座標系を用いて、再帰反射体２２の形状について説明する。この直交座標系において、図４に示した再帰反射体２２の中心Ｏは、原点（０，０，０）に位置しているものとする。

再帰反射体２２は、例えば、三角錐状に形成されている。再帰反射体２２は、反射面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を含んでいる。例えば、反射面Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３は、再帰反射体２２の面２１Ｂを構成する。これらの反射面Ｓ１乃至Ｓは、いずれも同一形状であり、直角二等辺三角形である。また、これらの反射面Ｓ１乃至Ｓ３は、互いに直交している。このような形状の反射面Ｓ１乃至Ｓ３を有する再帰反射体２２は、コーナーキューブ、あるいは、コーナーリフレクタなどと称される。

第１軸Ｄ１上の点Ａ（α，０，０）、第２軸Ｄ２上の点Ｂ（０，α，０）、第３軸Ｄ３上の点Ｃ（０，０，α）としたとき、反射面Ｓ１は、Ｄ１−Ｄ２平面に形成され、原点Ｏ、点Ａ、及び、点Ｂによって規定される。反射面Ｓ２は、Ｄ２−Ｄ３平面に形成され、原点Ｏ、点Ｂ、及び、点Ｃによって規定される。反射面Ｓ３は、Ｄ１−Ｄ３平面に形成され、原点Ｏ、点Ａ、及び、点Ｃによって規定される。３つの反射面Ｓ１乃至Ｓ３によって囲まれた内側には、基材２１が位置していてもよいし、基材２１以外の他の部材が位置していてもよいし、空気層であってもよい。入射面ＩＰは、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃによって規定される。再帰反射体２２では、入射光が３つの反射面Ｓ１乃至Ｓ３でそれぞれ反射されることによって再帰反射を実現する。なお、再帰反射体２２の形状は、図示した例に限られるものではない。例えば、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃの近傍は再帰反射率が低下するため、点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃの近傍をカットした形状であってもよい。なお、再帰反射体２２は、入射光を再帰反射することができれば三角錐以外の他の形状であってもよい。

本実施形態によれば、再帰反射素子２０は、光学素子１０に対して略平行に配置されている。再帰反射素子２０は、複数の再帰反射体２２を備え、隣接する２つの再帰反射体２２の間に透過部ＴＲを備えている。光学素子１０及び再帰反射素子２０は、表示部ＤＳＰから入射した表示光を結像する方向に出射する。光学素子１０と再帰反射素子２０との間の距離を調整することで、表示光Ｌの光路を小さくすることができる。そのため、空中で結像した表示画像の解像度の低下を抑制できる表示装置１を提供できる。

次に、変形例および他の実施形態に係る表示装置について説明する。以下に説明する変形例および他の実施形態において、前述した第１実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、第１実施形態と異なる部分を中心に詳細に説明する。

図６は、変形例１に係る表示装置１の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。変形例１に係る表示装置１は、図１に示した表示装置１と比較して、光学素子１０が複数の層を備えている点が相違する。
光学素子１０は、第１層１１と、第２層１２とを備えている。光学素子１０において、第２層１２は、第１層１１の上（例えば、面１０Ｂ側）に位置している。本変形例１において、第１層１１は、偏光素子であり、第２層１２は、位相差板である。
偏光素子は、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、透過軸に直交する第２直線偏光を反射する反射型偏光板である。例えば、第１直線偏光は入射する面に平行なＰ波であり、第２直線偏光は入射する面に垂直なＳ波である。このような偏光素子は、例えばワイヤグリッド偏光フィルタや、輝度上昇フィルムを適用した反射型偏光フィルムや、この反射型偏光フィルムと吸収型偏光板とを重ねた多層体などによって構成されている。吸収型偏光板とは、透過軸と平行な直線偏光を透過し、透過軸に直交する直線偏光を吸収する偏光板であり、例えば反射型偏光板よりも偏光度が高い。偏光素子が上記の多層体によって構成される場合、吸収型偏光板は、反射型偏光フィルムの上（例えば、面１０Ｂ側）に配置され、しかも、反射型偏光フィルムの透過軸と平行な透過軸を有する。

位相差板は、透過光に位相差を付与する。例えば、位相差板は、透過光に約λ／４の位相差を付与するλ／４板である。ここで、λは、透過光の波長である。位相差板は、位相差値や波長分散性が異なる複数の位相差フィルムの積層体であってもよい。例えば、位相差板は、波長依存性を緩和するなどの目的で、λ／２板及びλ／４板を組み合わせて構成してもよい。詳細については省略するが、位相差板ＲＡは、その遅相軸が直線偏光の偏光面に対して４５°の角度で交差するように配置される。

表示部ＤＳＰから出射された表示光の挙動の一例として、表示光Ｌの光路について説明する。一例として、複数の再帰反射体２２の内の第１再帰反射体２２Ｎ１と第２再帰反射体２２Ｎ２との間に位置する複数の透過部ＴＲの内の透過部ＴＲ１を用いて説明する。なお、第１再帰反射体２２Ｎ１及び第２再帰反射体２２Ｎ２以外の他の再帰反射体２２でも同様の表示光の挙動となる。また、表示パネルＰＮＬから出射された直後の表示光は、例えば、第１直線偏光であるものとする。

始めに、表示画像Ｉ０を表示する第１光Ｌ１は、表示部ＤＳＰから出射され、光学素子１０の第１層１１に入射し、第１層１１を透過する。次に、第１直線偏光である第１光Ｌ１は、第２層１２に入射し、第２層１２で位相差を付与され第１円偏光に変換される。ここで、第１円偏光とは、光の進行方向と対向する方向から観察して右回りに回転する軌跡を描くものである。第１円偏光である第１光Ｌ１は、光学素子１０を介して、再帰反射素子２０の基材２１に入射し、第２再帰反射体２２Ｎ２に入射する。第１光Ｌ１は、第２再帰反射体２２Ｎ２で再帰反射される。ここで、再帰反射光した第１光Ｌ１を第２光Ｌ２とする。第１円偏光である第２光Ｌ２は、光学素子１０の第２層１２に入射し、第２層１２で位相差を付与され第２直線偏光に変換される。第２直線偏光である第２光Ｌ２は、第１層１１に入射し、第１層１１で反射する。第１層１１で反射した第２光Ｌ２は、第２層１２で位相差を付与され第２円偏光に変換される。ここで、第２円偏光は、第１円偏光と逆回りの円偏光である。第２円偏光である第２光Ｌ２は、再帰反射素子２０の基材２１に入射する。その後、第２光Ｌ２は、透過部ＴＲ１を透過し、表示画像Ｉ１を結像する。
変形例１によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。加えて、表示部ＤＳＰから出射された表示光を効率良く利用することができる。

図７は、変形例２に係る表示装置１の一構成例を示す図である。変形例２に係る表示装置１は、図１に示した表示装置１と比較して、再帰反射素子２０の構成が異なる点が相違している。
再帰反射素子２０は、入射光を透過する基材２３と、再帰反射体２２と、金属薄膜Ｍとを備えている。なお、再帰反射素子２０の面２０Ｂには、光の反射を防止する反射防止膜が接触していてもよい。

基材２３は、入射光を透過する材料、例えば、透明な樹脂材料で形成されている。なお、基材２３は、基材２１と同等の材料で形成されていてもよい。図示した例では、基材２３は、面２３Ａと、面２３Ａと反対側の面２３Ｂとを有している。面２３Ａは、面２０Ａに対応し、面２３Ｂは、面２０Ｂに対応する。面２３Ａには、凹部２３Ｄが設けられている。図示した例では、面２３Ａにおいて、凹部２１Ｄ以外の領域は、平坦面である。凹部２３Ｄは、第２方向Ｙにおいて、面２３Ａの平坦面よりも光学素子１０の方向と反対方向に窪んでいる。凹部２３Ｄは、例えば、三角形状に窪んでいる。

変形例２では、再帰反射体２２は、基材２３の一部、例えば、凹部２３Ｄを備えている。再帰反射体２２は、面２３Ａに１つ以上設けられている。再帰反射体２２は、入射光を境界面（凹部２３Ｄの面２３Ａ）で再帰反射できる。また、再帰反射体２２は、入射光を効率的に再帰反射可能な部材を含んでいてもよい。なお、再帰反射体２２は、基材２３の一部としたが、基材２３以外の他の部材で形成されていてもよい。

金属薄膜Ｍは、凹部２３Ｄの面２３Ａを覆っている。図示した例では、金属薄膜Ｍの面ＭＢは、凹部２３Ｄの面２３Ａに接触している。また、金属薄膜Ｍの面ＭＡ側が空気層となっている。変形例２では、再帰反射体２２に入射した入射光は、金属薄膜Ｍの面ＭＡで再帰反射する。
透過部ＴＲは、基材２３に対応する。透過部ＴＲの面２３Ａ（２０Ａ）及び面２３Ｂ（２０Ｂ）は、平坦面である。なお、透過部ＴＲの面２３Ａ（２０Ａ）及び２３Ｂ（２０Ｂ）は、ほぼ平坦な面であればよい。
変形例２によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、変形例３に係る表示装置１の一構成例を示す図である。変形例３に係る表示装置１は、図７に示した表示装置１と比較して、再帰反射素子２０の構成が異なる点が相違している。
再帰反射素子２０は、基材２１と、再帰反射体２２と、基材２３と、金属薄膜Ｍとを備えている。基材２３は、基材２１の面２１Ｂ側に位置している。再帰反射体２２は、基材２１と、基材２３との間に位置している。金属薄膜Ｍは、基材２１の凸部２１Ｐの面２１Ｂを覆っている。透過部ＴＲは、基材２１及び基材２３に対応する。図示した例では、透過部ＴＲでは、基材２１の面２１Ｂと基材２３の面２３Ａとが接触している。また、透過部ＴＲの面２１Ａ（２０Ａ）、及び面２３Ｂ（２０Ｂ）は、平坦面である。面２０Ｂには、光の反射を防止する反射防止膜が接触していてもよい。なお、透過部ＴＲの面２１Ａ（２０Ａ）及び２３Ｂ（２０Ｂ）は、ほぼ平坦な面であればよい。
変形例３によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、変形例４に係る表示装置１の一構成例を示す図である。変形例４に係る表示装置１は、図８に示した表示装置１と比較して、再帰反射体２２の構成が異なる点が相違している。
再帰反射素子２０は、基材２１と、再帰反射体２２と、基材２３と、金属薄膜Ｍとを備えている。基材２３は、基材２１の面２１Ｂ側に位置している。再帰反射体２２は、基材２１と、基材２３との間に位置している。再帰反射体２２は、面２１Ｂ（２０Ｂ）の平坦面に対して角度β１で傾いている。例えば、再帰反射体２２は、再帰反射する面が表示部ＤＳＰ側に向くように傾いている。
変形例４によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、表示部ＤＳＰから出射される表示光を効率良く再帰反射体２２に入射させることができる。なお、変形例４において、再帰反射体２０は、基材２１及び基材２３を備えているとしたが、基材２１及び基材２３の少なくとも一方を備えていればよい。

図１０は、変形例５に係る表示装置１の一構成例を示す図である。変形例５に係る表示装置１は、図１に示した表示装置１と比較して、再帰反射素子２０の構成が異なる点が相違している。
再帰反射素子２０は、基材２１と、再帰反射体２２と、金属薄膜Ｍとを備えている。
基材２１は、面２１Ａと、面２１Ａと反対側の面２１Ｂとを有している。変形例５では、面２１Ｂには、球状の再帰反射体２２が設けられている。図示した例では、面２１Ｂにおいて、再帰反射体２２が設けられている領域以外の領域は、平坦面である。

再帰反射体２２は、球状部材ＢＳを備えている。再帰反射体２２は、面２１Ｂに埋め込まれている。再帰反射体２２は、面２１Ｂ上に複数個配置されている。球状部材ＢＳは、例えば、透明な材料で形成されている。一例として、球状部材ＢＳは、ガラスビーズである。球状部材ＢＳは、面ＢＡと、面ＢＡ以外の面ＢＢとを有している。面ＢＡは、基材２１と接触している部分である。

金属薄膜Ｍは、球状部材ＢＳの面ＢＢを覆っている。図示した例では、金属薄膜Ｍの面ＭＢは、球状部材ＢＳの面ＢＢに接触している。変形例５では、再帰反射体２２に入射した入射光は、金属薄膜Ｍの面ＭＡで再帰反射する。
透過部ＴＲは、基材２１に対応する。透過部ＴＲの面２１Ａ（２０Ａ）及び面２１Ｂ（２０Ｂ）は、平坦面である。また、面２０Ｂには、光の反射を防止する反射防止膜が接触していてもよい。なお、透過部ＴＲの面２１Ａ（２０Ａ）及び２１Ｂ（２０Ｂ）は、ほぼ平坦な面であればよい。
変形例５によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

図１１は、変形例６に係る表示装置１の一構成例を示す図である。変形例６に係る表示装置１は、前述した表示装置１と比較して、光学素子１０と再帰反射素子２０とが接触している点が相違している。
図示した例では、再帰反射素子２０の面２０Ａ（２１Ａ）は、光学素子１０の面１０Ｂに接触している。変形例６では、光学素子１０と再帰反射素子２０との間には、他の部材等が介在していない。
変形例６によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、表示光Ｌの光路を小さくすることができる。

図１２は、第２実施形態に係る表示装置１の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。第１実施形態に係る表示装置１は、前述した表示装置１と比較して、光学素子１０と再帰反射素子２０との位置が異なる点が相違する。第２実施形態の再帰反射素子２０は、第１実施形態の再帰反射素子２０と光学素子１０を軸として対称の位置に配置されている。

表示部ＤＳＰは、第１方向Ｘで再帰反射素子２０と対向している。再帰反射素子２０は、第２方向Ｙで光学素子１０と対向している。図示した例では、再帰反射素子２０の面２０Ｂは、表示部ＤＳＰに対向している。面２０Ｂの凸部２１Ｐは、第２方向Ｙにおいて、光学素子１０の方向と反対方向、すなわち、表示部ＤＳＰの方向に突出している。面２０Ａは、光学素子１０の面１０Ａに対向している。

表示部ＤＳＰから出射された表示光の挙動の一例として、表示光Ｌの光路について説明する。一例として、複数の再帰反射体２２の内の２つの第１再帰反射体２２Ｎ１と、第２再帰反射体２２Ｎ２との間に位置する複数の透過部ＴＲの内の透過部ＴＲ１を用いて説明する。第１再帰反射体２２Ｎ１は、表示部ＤＳＰから距離ＤＳ３の位置に位置している。第２再帰反射体２２Ｎ２は、表示部ＤＳＰから距離ＤＳ３よりも長い距離ＤＳ４の位置に位置している。なお、第１再帰反射体２２Ｎ１及び第２再帰反射体２２Ｎ２以外の他の再帰反射体２２でも同様の表示光の挙動となる。

始めに、表示画像Ｉ０を表示する第１光Ｌ１は、表示部ＤＳＰから出射され、再帰反射素子２０に入射し、透過部ＴＲ１を透過する。次に、第１光Ｌ１は、光学素子１０の面１０Ａに入射し、面１０Ａで反射する。面１０Ａで反射した第１光Ｌ１は、第２再帰反射体２２Ｎ２に入射する。第１光Ｌ１は、第２再帰反射体２２Ｎ２で再帰反射される。ここで、再帰反射光した第１光Ｌ１を第２光Ｌ２とする。第２光Ｌ２は、基材２１を通って光学素子１０に入射する。その後、第２光Ｌ２は、光学素子１０に透過し、表示画像Ｉ１を結像する。
第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

図１３は、変形例７に係る表示装置１の一構成例、及び表示光の光路を示す図である。第１実施形態に係る表示装置１は、図１２に示した表示装置１と比較して、光学素子１０が複数の層を備えている点が相違する。
本変形例７において、第１層１１は、例えば、位相差板であり、第２層１２は、偏光素子である。
表示部ＤＳＰから出射された表示光の挙動の一例として、表示光Ｌの光路について説明する。一例として、複数の再帰反射体２２の内の第１再帰反射体２２Ｎ１と第２再帰反射体２２Ｎ２との間に位置する複数の透過部ＴＲの内の透過部ＴＲ１を用いて説明する。なお、第１再帰反射体２２Ｎ１及び第２再帰反射体２２Ｎ２以外の他の再帰反射体２２でも同様の表示光の挙動となる。また、表示パネルＰＮＬから出射された直後の表示光は、例えば、第１円偏光であるものとする。なお、表示部ＤＳＰは、再帰反射素子２０側に、位相差板、例えば、λ／４板を備えていてもよい。この場合、表示パネルＰＮＬから出射された直後の表示光は第１直線偏光である。

始めに、表示画像Ｉ０を表示する第１光Ｌ１は、表示部ＤＳＰから出射され、再帰反射素子２０の透過部ＴＲ１に入射し、透過部ＴＲ１を透過する。次に、第１円偏光である第１光Ｌ１は、光学素子１０の第１層１１に入射し、第１層１１で位相差を付与され第２直線偏光に変換される。第２直線偏光である第１光Ｌ１は、第２層１２に入射し、第２層１２で反射する。第２直線偏光である第１光Ｌ１は、第１層１１で位相差を付与され第２円偏光に変換される。第２円偏光である第１光Ｌ１は、再帰反射素子２０の基材２１へ入射し、第２再帰反射体２２Ｎ２に入射する。第１光Ｌ１は、第２再帰反射体２２Ｎ２で再帰反射される。ここで、再帰反射光した第１光Ｌ１を第２光Ｌ２とする。第２円偏光である第２光Ｌ２は、基材２１を通って光学素子１０の第１層１１に入射し、第１層１１で位相差を付与され第１直線偏光に変換される。その後、第１直線偏光である第２光Ｌ２は、第２層１１を透過し、表示画像Ｉ１を結像する。
本変形例によれば、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＤＳＰ…表示部 ＰＮＬ…表示パネル １０…光学素子
２０…再帰反射素子 ２１…基材 ２２…再帰反射体
Ｍ…金属薄膜

Claims (8)

1. 表示光を出射する表示部と、
   前記表示部側の第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有し、入射光を透過及び反射する光学素子と、
   前記第１面、又は前記第２面に配置された再帰反射素子と、を備え、
   前記再帰反射素子は、前記光学素子を介して入射した入射光を再帰反射する第１再帰反射体及び第２再帰反射体と、前記第１再帰反射体及び前記第２再帰反射体の間に位置する透過部とを有する、表示装置。
2. 前記再帰反射素子は、前記第２面側に配置され、
   前記第１再帰反射体は、前記表示部から第１距離に位置し、
   前記第２再帰反射体は、前記表示部から前記第１距離よりも長い第２距離に位置し、
   前記透過部は、前記第２再帰反射体で再帰反射した後に前記光学素子で反射した反射光を透過する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記再帰反射素子は、前記第１面側に配置され、
   前記第１再帰反射体は、前記表示部から第１距離に位置し、
   前記第２再帰反射体は、前記表示部から前記第１距離よりも長い第２距離に位置し、
   前記透過部は、前記表示光を透過し、
   前記光学素子は、前記透過部を透過した透過光を前記第２再帰反射体に向けて反射する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記光学素子は、透過光に位相差を付与する位相差層と、第１直線偏光を透過する透過軸を有し前記透過軸に交差する第２直線偏光を反射する偏光層とを有し、
   前記位相差層は、前記偏光層と前記再帰反射素子との間に位置している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記第１再帰反射体及び前記第２再帰反射体は、金属膜によって覆われている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記第１再帰反射体及び前記第２再帰反射体は、三角錐状、又は球状である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記第１再帰反射体、前記透過部、及び、前記第２再帰反射体は、平面視で、三角形である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記再帰反射素子は、前記第１面又は、前記第２面に接触している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示装置。

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