JP2018146833A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】 第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸と交差する第２直線偏光を反射する光学素子と、前記第２直線偏光の表示光を前記光学素子に向けて出射する表示部と、前記光学素子で反射された反射光を再帰反射する再帰反射部と、非再帰反射部とを備えた再帰反射素子と、前記再帰反射部と重なる位置に配置された変調部と、前記非再帰反射部と重なる位置に配置された無変調部とを備えた変調素子と、を備えた表示装置。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

例えば、偏光フィルタと、再帰反射プリズムとを備えた結像装置が提案されている。この結像装置では、表示画像を表す像である実像は、表示画像を表す表示光の出射点と、偏光フィルタについて面対称の位置に結像される。ところで、再帰反射プリズムは、平坦な表面と、凹凸を有する裏面とを有している。再帰反射プリズムに入射した光のうち、裏面に到達した光は再帰反射される。このとき、裏面において非再帰反射領域で散乱された光が、いわゆるゴーストとして視認され、表示品位の劣化を招く恐れがある。

特開２０１１−２５３１２８号公報

本実施形態の目的は、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸と交差する第２直線偏光を反射する光学素子と、前記第２直線偏光の表示光を前記光学素子に向けて出射する表示部と、前記光学素子で反射された反射光を再帰反射する再帰反射部と、非再帰反射部とを備えた再帰反射素子と、前記再帰反射部と重なる位置に配置された変調部と、前記非再帰反射部と重なる位置に配置された無変調部とを備えた変調素子と、を備えた表示装置が提供される。

図１は、本実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。 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、再帰反射素子における再帰反射部及び非再帰反射部を説明するための平面図である。 図７は、図１に示した変調素子の一構成例を示す平面図である。 図８は、図６及び図７に示したＡ−Ｂ線で切断した再帰反射素子及び変調素子の構造を示す断面図である。 図９は、表示装置を構成する各構成の機能を説明するための図である。 図１０は、本実施形態に係る変調素子の実施例を示す図である。 図１１は、本実施形態に係る再帰反射素子及び変調素子の実施例を示す図である。 図１２は、本実施形態の変形例を示す図である。 図１３は、図１２に示した再帰反射素子及び変調層を用いた場合の表示装置を構成する各構成の機能を説明するための図である。

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、本実施形態の表示装置１の一構成例を示す図である。すなわち、表示装置１は、光学素子１０、表示部ＤＳＰ、再帰反射素子２０、変調素子ＭＥなどを備えている。

光学素子１０は、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、透過軸に交差する第２直線偏光を反射する。例えば、第１直線偏光は入射面に平行なＰ波であり、第２直線偏光は入射面に垂直なＳ波である。このような光学素子１０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直線偏光板とを重ねた多層体などによって構成されている。光学素子１０が上記の多層体によって構成される場合、直線偏光板は、反射型偏光フィルムの上に配置され、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。

表示部ＤＳＰは、直線偏光である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。本実施形態においては、表示部ＤＳＰは、第２直線偏光の表示光を光学素子１０に向けて出射する。図示した例では、表示部ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬを備えている。すなわち、表示パネルＰＮＬは、表示画像Ｉ０を表す表示光を出射し、このとき、表示光は第２直線偏光である。

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り、液晶表示パネルの出射側に第２直線偏光を透過する透過軸を有した偏光板を備えている。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良い。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良いし、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良いし、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良い。

なお、表示部ＤＳＰは、表示パネルに代えて、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良いし、照明装置によって照明される表示媒体（ポスターなど）を備えていても良い。

再帰反射素子２０は、光学素子１０と対向する表面２０Ａと、表面２０Ａの反対側の裏面２０Ｂと、を有している。図示した例では、表面２０Ａは、平坦面である。裏面２０Ｂは、凹部ＣＣ及び凸部ＣＶを有する凹凸面である。凸部ＣＶは、光学素子１０とは反対側に向かって突出している。再帰反射素子２０は、裏面２０Ｂにおいて、光学素子１０で反射された反射光を再帰反射する再帰反射部２１と、光学素子１０で反射された反射光を再帰反射せずに散乱させる非再帰反射部２２と、を備えている。

再帰反射素子２０は、例えば、樹脂材料によって形成されている。樹脂材料と空気との界面において、再帰反射部２１及び非再帰反射部２２が形成されている。再帰反射素子２０に入射した入射光のほとんどは、裏面２０Ｂを透過することなく、裏面２０Ｂにおいて再帰反射もしくは散乱される。

なお、裏面２０Ｂを覆う反射膜が形成されていても良い。このとき、反射膜は、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、略均一の膜厚で形成される。また、反射膜は、その腐食を防止するための表面処理が施されても良いし、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良い。

変調素子ＭＥは、再帰反射素子２０の表面２０Ａ側に配置されている。変調素子ＭＥは、透過光に位相差を付与する変調部ＭＵと、透過光に位相差を付与しない無変調部ＮＭＵと、を備えている。変調部ＭＵは、表面２０Ａの法線方向Ｎにおいて再帰反射部２１と重なる位置に配置されている。また、無変調部ＮＭＵは、表面２０Ａの法線方向Ｎにおいて非再帰反射部２２と重なる位置に配置されている。変調部ＭＵは、例えば、透過光に約λ／４の位相差を付与する。ここでλは透過光の波長である。

なお、図示した例では、変調素子ＭＥは、再帰反射素子２０に接しているが、表面２０Ａから離れて配置されていても良い。

なお、図中において、空中像（aerial image）Ｉ１は、表示画像Ｉ０の実像に相当し、光学素子１０について面対称の位置に結像される。空中像Ｉ１を構成する光は、光学素子１０を透過した第１直線偏光である。

次に、各構成の具体例について以下に説明する。
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。すなわち、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）を有していても良い。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良いし、第２基板ＳＵＢ２に形成されていても良い。

第１基板ＳＵＢ１は、第１方向Ｄ１に沿って延出した複数のゲート配線Ｇ、及び、第２方向Ｄ２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良い。なお、基板主面とは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２によって規定される平面に相当する。

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良い。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に形成されたが、第１基板ＳＵＢ１に形成されても良い。

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。ここでは、互いに直交する第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４によって規定される平面での平面図を図示している。また、図４は、図１に示した再帰反射素子２０を裏面２０Ｂ側から見た平面図を示している。

再帰反射素子２０は、複数の再帰反射体２３によって構成されている。図示した平面図においては、再帰反射体２３は、正三角形状の外形を有する。また、再帰反射体２３は、その中心Ｏが紙面の手前に向かって突出し、図１に示した裏面２０Ａの凸部ＣＶを形成している。また、隣接する再帰反射体２３の境界は、図４に点線で示し、図１に示した裏面２０Ｂの凹部ＣＣに相当する。このような再帰反射体２３は、第３方向Ｄ３に配列されている。また、再帰反射体２３は、第４方向Ｄ４にピッチＰ２で配列されている。但し、第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４にそれぞれ隣り合う再帰反射体２３は、互いに１８０度反転した形状を有している。

図中の再帰反射体２３１は、互いに直交する３つの反射面Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を備えている。再帰反射体２３１は、反射面Ａ１，Ｂ１，Ｃ１によって囲まれた凸部ＣＶ１を備えている。再帰反射体２３１及び再帰反射体２３２は、第４方向Ｄ４に並んでいる。再帰反射体２３２は、互いに直交する３つの反射面Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を備えている。再帰反射体２３２は、反射面Ａ２，Ｂ２，Ｃ２によって囲まれた凸部ＣＶ２を備えている。再帰反射体２３１の反射面Ａ１と再帰反射体２３２の反射面Ａ２との交差部は、裏面２０Ｂの凹部ＣＣＡを形成している。凹部ＣＣＡは、第３方向Ｄ３と平行な方向に延出している。再帰反射体２３１及び再帰反射体２３２は、凹部ＣＣＡに対して線対称の位置関係にある。同様に、隣接する再帰反射体２３の境界部分は、凹部に相当する。つまり、再帰反射体２３の各々の外形（三角形）は、凹部によって規定される。再帰反射体２３１の外形は、凹部ＣＣＡ、ＣＣＢ、ＣＣＣによって規定される。凹部ＣＣＢ及びＣＣＣは、いずれも第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４とそれぞれ交差する方向に延出している。例えば、凹部ＣＣＢの延出方向は、第３方向Ｄ３とのなす角度θＢ３が６０度であり、第４方向Ｄ４とのなす角度θＢ４が３０度である。凹部ＣＣＣの延出方向は、第３方向Ｄ３とのなす角度θＣ３が６０度であり、第４方向Ｄ４とのなす角度θＣ４が３０度である。

空中像Ｉ１の解像度は、再帰反射体２３のピッチＰ２に依存する。解像度の劣化を抑制するためには、ピッチＰ２は、図３に示した表示パネルＰＮＬにおける画素のピッチＰ１よりも小さいことが望ましい。

図５は、図４に示した再帰反射体２３の一構成例を示す斜視図である。ここでは、互いに直交するｘｙｚ座標系を適用して、再帰反射体２３の形状について説明する。
すなわち、再帰反射体２３は、ｘｙｚ座標系において、３つの反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを有している。これらの反射面２３Ａ乃至２３Ｃ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２３Ａ乃至２３Ｃは、互いに直交している。このような形状の反射面２３Ａ乃至２３Ｃを有する再帰反射体２３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。

ｘ軸上の点Ａ（α，０，０）、ｙ軸上の点Ｂ（０，α，０）、ｚ軸上の点Ｃ（０，０，α）としたとき、反射面２３Ａは、ｘ−ｙ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２３Ｂは、ｙ−ｚ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２３Ｃは、ｘ−ｚ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。点Ａ及び点Ｂを結ぶ線分ＡＢ、点Ｂ及び点Ｃを結ぶ線分ＢＣ、及び、点Ａ及び点Ｃを結ぶ線分ＡＣは、上記の凹部に相当する。

再帰反射体２３では、入射光が３つの反射面２３Ａ乃至２３Ｃでそれぞれ反射されることによって入射光とほぼ同一の光路に反射する再帰反射を実現している。原点Ｏの近傍において３つの反射面が直交する部分は、再帰反射部に相当する。また、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃの近傍において２つの反射面が直交する部分は、再帰反射しない（３つの反射面で反射されない）非再帰反射部となりうる。

図６は、再帰反射素子２０における再帰反射部２１及び非再帰反射部２２を説明するための平面図である。一例では、図中の点線で囲んだ１個の再帰反射体２３に着目すると、再帰反射部２１は、原点Ｏの近傍に形成された六角形の領域に相当し、非再帰反射部２２は、再帰反射体２３の３つの角部Ａ、Ｂ、Ｃの近傍にそれぞれ形成された三角形の領域に相当する。図中に斜線で示した１個の非再帰反射部２２に着目すると、６個の再帰反射体２３と隣接し、それぞれの再帰反射体２３の非再帰反射部が集合し、第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４によって規定される平面において、六角形状に形成されている。なお、図６に示したような正六角形の再帰反射部２１及び非再帰反射部２２は、例えば、再帰反射体２３が図示したような正三角形状である場合に見られ、再帰反射素子２０を図１に示した表面２０Ａの法線方向から平面視した場合の形状である。

非再帰反射部においては、表示光は１回反射、２回反射もしくは４回以上反射する。このように、非再帰反射部２２においては、表示光が３回反射しないため、表示光は再帰反射せずに散乱する。

このような非再帰反射部２２での反射光が光学素子１０を透過すると、空中像Ｉ１の表示品位に悪影響を及ぼす恐れがある。すなわち、非再帰反射部２１に入射した光は散乱されるため、空中像Ｉ１の形成に寄与することはなく、表示品位を低下させてしまう恐れがある。

図７は、図１に示した変調素子ＭＥの一構成例を示す平面図である。
変調素子ＭＥは、変調部ＭＵ及び無変調部ＮＭＵを備えている。無変調部ＮＭＵは、第３方向Ｄ３及び第４方向Ｄ４によって規定される平面において、六角形状に形成されている。また、図７に示す領域ＡＲの位置は、図６に示した領域ＡＲの位置と等しく、図６に示した非再帰反射部２２ａと図７に示す無変調部ＮＭＵａは、同じ領域ＡＲに位置している。すなわち、本実施形態においては、非再帰反射部２２ａは、無変調部ＮＭＵａと重なっている。他の非再帰反射部２２についても同様に、それぞれ無変調部ＮＭＵと重なっている。また、同様に、再帰反射部２１は、変調部ＭＵと重なっている。無変調部ＮＭＵの形状は、非再帰反射部２２の形状と一致していることが望ましい。例えば、非再帰反射部２２が正六角形の場合には、無変調部ＮＭＵは非再帰反射部２２と同一サイズの正六角形に形成される。

図８は、図６及び図７に示したＩ−ＩＩ線で切断した再帰反射素子２０及び変調素子ＭＥの構造を示す断面図である。
再帰反射素子２０は、変調素子ＭＥと対向する表面２０Ａを有し、表面２０Ａは平坦面である。また、表面２０Ａとは反対側に再帰反射部２１及び非再帰反射部２２を備えている。図示した例では、変調素子ＭＥは、表面２０Ａに固定されている。

裏面２０Ｂは、凸部ＣＶ１１乃至ＣＶ１４と、隣り合う凸部の間の凹部ＣＣ１１乃至ＣＣ１３と、を有している。凸部ＣＶ１１乃至ＣＶ１４は、表面２０Ａの法線方向Ｎにおいて変調部ＭＵと重なっている。凹部ＣＣ１１及びＣＣ１３は、表面２０Ａの法線方向Ｎにおいて無変調部ＮＭＵと重なっている。凹部ＣＣ１２は、表面２０Ａの法線方向Ｎにおいて変調部ＭＵと重なっている。図示した例では、凸部ＣＶ１２及びＣＶ１３と、凹部ＣＣ１２とを含む領域が再帰反射部２１に相当し、凸部ＣＶ１３と凸部ＣＶ１４との間において凹部ＣＣ１３を含む領域が非再帰反射部２２に相当する。１つの凸部ＣＶ１１に着目すると、水平面Ｈと裏面２０Ｂとで形成される断面は、直角三角形であり、水平面Ｈが斜辺に相当する。水平面Ｈと裏面２０Ｂとのなす角度θα及びθβは、いずれも鋭角であり、なす角度θβは、なす角度θαよりも小さい。

なお、このような変調素子ＭＥとしては、例えば、位相差フィルムや、２つの電極の間に液晶層が配置された液晶パネル等が適用可能である。変調素子ＭＥがその全域で所定の位相差を付与する位相差フィルムである場合、後述するが、無変調部ＮＭＵは、位相差フィルムを貫通した開口部に相当する。変調素子ＭＥは、液晶分子を含んだ位相差フィルムであってもよい。このような位相差フィルムは、液晶分子の配向状態が異なる領域を局所的に形成することができ、所定の位相差を付与する領域（変調部）及び位相差を付与しない領域（無変調部）を備えることができる。この場合、無変調部は開口部でなくてもよい。また、変調素子ＭＥが液晶パネルであった場合、液晶層に印加する電圧が異なる領域を局所的に形成することにより、液晶分子の配向状態が異なる領域を形成することができ、液晶分子の配向状態に応じて位相差を付与する変調部ＭＵ及び位相差を付与しない無変調部ＮＭＵを備えることができる。

また、変調素子ＭＥが位相差フィルムである場合には、位相差フィルムが表面２０Ａに接着されても良いし、位相差フィルムが表面２０Ａに直接成膜されても良い。

図９は、表示装置１を構成する各構成の機能を説明するための図である。ここでは、図１及び図８を参照して、表示部ＤＳＰから出射された表示光の光路について説明する。
表示部ＤＳＰは、表示画像Ｉ０の表示光に相当する第２直線偏光を出射する。ここでの第２直線偏光は、光学素子１０の透過軸と交差する偏光面を有するものであって、光学素子１０で反射される直線偏光に相当する。

まず、光路Ｐ１について説明する。光路Ｐ１は、表示部ＤＳＰにおいて表示された表示画像Ｉ０が空中像Ｉ１として結像される際の光路を示している。
光学素子１０において反射された第２直線偏光は、変調部ＭＵを透過し円偏光に変換される。本実施形態における円偏光とは楕円偏光も含む。円偏光は、再帰反射素子２０に入射し、図５に示したような反射面２３Ａ乃至２３Ｃにおいて３回反射される。すなわち、光路Ｐ１においては、再帰反射素子２０に入射した円偏光は、再帰反射部２１によって再帰反射される。再帰反射された反射光は、円偏光である。そして、この円偏光は、再び、変調部ＭＵを透過し、第１直線偏光に変換される。この第１直線偏光は、光学素子１０を透過し、表示画像Ｉ０を表す空中像Ｉ１として結像される。観察者は、光学素子１０を透過した第１直線偏光の進行方向と対向する方向から空中に浮かぶ空中像Ｉ１を観察することができる。

次に、光路Ｐ２について説明する。光路Ｐ２は、表示部ＤＳＰから出射された表示光が非再帰反射部２２に到達して散乱される光路を示している。

光学素子１０において反射された第２直線偏光は、無変調部ＮＭＵにおいて変調されることなく透過する。無変調部ＮＭＵを透過した第２直線偏光は、再帰反射素子２０に入射し、非再帰反射部２２において反射される。このとき、第２直線偏光は非再帰反射部２２において散乱され、再帰反射されない。その後、第２直線偏光が変調部ＭＵを透過した場合には、円偏光に変換される。この円偏光のうち、第１直線偏光に相当する成分が光学素子１０を透過し、第２直線偏光に相当する成分は光学素子１０によって反射される。

なお、光路Ｐ２のように、無変調部ＮＭＵに入射された光は、非再帰反射部２２で反射された後に、図示したように、変調部ＭＵを透過しても良いし、無変調部ＮＭＵを透過しても良い。非再帰反射部２２で散乱されて無変調部ＮＭＵを透過した光は、第２直線偏光のまま変換されていないので、光学素子１０を透過することはできない。

本実施形態によれば、表示装置１は、再帰反射素子２０の表面２０Ａ側に配置された変調素子ＭＥを備えている。また、変調素子ＭＥは、再帰反射部２１と重なる変調部ＭＵと、非再帰反射部２２と重なる無変調部ＮＭＵと、を備えている。このため、光学素子１０で反射された表示光のうち変調部ＭＵを透過した第２直線偏光は、再帰反射部２１で再帰反射され、第１直線偏光となって光学素子１０を透過する。一方で、光学素子１０で反射された表示光のうち無変調部ＮＭＵを透過した第２直線偏光は、そのすべてが第１直線偏光に変換されず、光学素子１０において非再帰反射部２２で散乱された光が透過するのを部分的に抑制することができる。よって、空中像とは異なる位置に迷光が到達することによる空中像Ｉ１表示品位の劣化を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態においては、再帰反射体２３が平面視において正三角形であり、非再帰反射部２２が正六角形である場合について説明したが、再帰反射体の形状はこれに限らない。再帰反射体が他の形状である場合にも、変調部が再帰反射部と重なるように配置され且つ無変調部が非再帰反射部と重なるように配置されていれば本実施形態と同様の効果が得られる。

次に、本実施形態の実施例について説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る変調素子ＭＥの実施例を示す図である。
図示した例では、変調素子ＭＥは、位相差フィルムである。変調素子ＭＥは、開口部ＯＰを有している。無変調部ＮＭＵは、開口部ＯＰに相当する。開口部ＯＰは、非再帰反射部２２と重なる位置に形成されている。
このような実施例においても上記したのと同様の効果を得ることができる。

図１１は、本実施形態に係る再帰反射素子２０及び変調素子ＭＥの実施例を示す図である。
図１１の実施例は、図８に示した構成と比較して、再帰反射素子２０の表面２０Ａが再帰反射部２１及び非再帰反射部２２を有している点で相違している。また、裏面２０Ｂは、平坦面である。なお、図１１に示したような構成の再帰反射素子２０の表面２０Ａには反射膜が形成されていても良い。
このような実施例においても上記したのと同様の効果を得ることができる。

図１２は、本実施形態の変形例を示す図である。図１２の変形例は、図１１に示した実施例と比較して、変調素子ＭＥの代わりに変調層ＭＬが表面２０Ａに形成されている点で相違している。
変調層ＭＬは、再帰反射部２１及び非再帰反射部２２と重なって配置されている。再帰反射部２１及び非再帰反射部２２は、図４乃至図６を参照して説明したように、互いに直交する３つの反射面を備えた再帰反射体２３に含まれる。変調層ＭＬは、再帰反射体２３を覆うものであり、３つの反射面の全面に配置されている。このような変調層ＭＬは、例えば、透過光に約λ／４の位相差を付与する。詳細については省略するが、変調層ＭＬ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。

例えば、このような変調層ＭＬは、表面２０Ａにスピンコートすることによって形成可能である。このとき、例えば、変調層ＭＬの位相差がその膜厚に依存する場合、再帰反射部２１と重なる部分の膜厚がほぼ一定でありその位相差がλ／４であることが望ましい。再帰反射部２１の凹部ＣＣ１１の上に配置された変調層ＭＬが膜厚Ｔ１を有する場合、非再帰反射部２２の凸部ＣＶ１１の上に配置された変調層ＭＬは、膜厚Ｔ１とは異なる膜厚Ｔ２を有することが望ましく、一例では、膜厚Ｔ２は膜厚Ｔ１よりも薄い。また、変調層ＭＬは、所望の形状にパターニング可能である場合には、非再帰反射部２２と重なる領域のみ除去しても良い。

図１３は、図１２に示した再帰反射素子２０及び変調層ＭＬを用いた場合の表示装置１を構成する各構成の機能を説明するための図である。ここでは、図１及び図１２を参照して、表示部ＤＳＰから出射された表示光の光路について説明する。
表示部ＤＳＰは、表示画像Ｉ０の表示光に相当する第２直線偏光を出射する。ここでの第２直線偏光は、光学素子１０の透過軸と交差する偏光面を有するものであって、光学素子１０で反射される直線偏光に相当する。

まず、光路Ｐ１について説明する。光路Ｐ１は、表示部ＤＳＰにおいて表示された表示画像Ｉ０が空中像Ｉ１として結像される際の光路を示している。
光学素子１０において反射された第２直線偏光は、変調層ＭＬを透過し円偏光に変換される。円偏光は、再帰反射素子２０で反射され、再び変調層ＭＬを透過し第１直線偏光に変換される。第１直線偏光は、変調層ＭＬを透過し円偏光に変換され、再帰反射素子２０で反射され、変調層ＭＬを透過して第２直線偏光に変換される。第２直線偏光は、変調層ＭＬを透過し円偏光に変換され、再帰反射素子２０で反射され、変調層ＭＬを透過して第１直線偏光に変換される。このように、表示光は、再帰反射素子２０において、図５に示したような反射面２３Ａ乃至２３Ｃにおいて３回反射される。すなわち、光路Ｐ１においては、再帰反射素子２０に入射した円偏光は、再帰反射部２１によって再帰反射される。この第１直線偏光は、光学素子１０を透過し、表示画像Ｉ０を表す空中像Ｉ１として結像される。観察者は、光学素子１０を透過した第１直線偏光の進行方向と対向する方向から空中に浮かぶ空中像Ｉ１を観察することができる。

次に、光路Ｐ２について説明する。光路Ｐ２は、表示部ＤＳＰから出射された表示光が非再帰反射部２２に到達して散乱される光路を示している。

光学素子１０において反射された第２直線偏光は、変調層ＭＬを透過し円偏光に変換される。円偏光は、再帰反射素子２０で反射され、再び変調層ＭＬを透過し第１直線偏光に変換される。第１直線偏光は、変調層ＭＬを透過し円偏光に変換され、再帰反射素子２０で反射され、変調層ＭＬを透過して第２直線偏光に変換される。第２直線偏光は、光学素子１０を透過しない。すなわち、図示した例においては、非再帰反射部２１に入射した光は２回反射し、光学素子１０を透過できない。

なお、図示した例では、非再帰反射部２１に入射した光が２回反射する場合を示したが、非再帰反射部２１に入射した光は、１回反射、２回反射、もしくは４回以上反射する。図１３に示すように、非再帰反射部２１に入射し偶数回反射された光は、変調層ＭＬによって第２直線偏光に変換されるため、光学素子１０を透過するのを抑制することができる。
よって、このような実施例においても上記したのと同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を得ることができる。

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…表示装置、１０…光学素子、ＤＳＰ…表示部、
２１…再帰反射部、２２…非再帰反射部、２０…再帰反射素子,
ＭＵ…変調部、ＮＭＵ…無変調部、ＯＰ…開口部、ＭＬ…変調層、
２３…再帰反射体、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１…反射面。

Claims (9)

1. 第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸と交差する第２直線偏光を反射する光学素子と、
   前記第２直線偏光の表示光を前記光学素子に向けて出射する表示部と、
   前記光学素子で反射された反射光を再帰反射する再帰反射部と、非再帰反射部とを備えた再帰反射素子と、
   前記再帰反射部と重なる位置に配置された変調部と、前記非再帰反射部と重なる位置に配置された無変調部とを備えた変調素子と、を備えた表示装置。
2. 前記変調素子は位相差フィルムである、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記無変調部は開口部である、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記再帰反射素子は、前記変調素子と対向する平坦面を備え、
   前記再帰反射部及び前記非再帰反射部は、前記平坦面とは反対側に位置し、
   前記変調素子は、前記平坦面に固定されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の表示装置。
5. 前記再帰反射素子は、複数の再帰反射体を備え、
   前記再帰反射体は、互いに直交する３つの反射面を備える、請求項１乃至４の何れか１項に記載の表示装置。
6. 前記無変調部は、平面視で、六角形である、請求項１乃至５の何れか１項に記載の表示装置。
7. 前記変調部は、透過光に１／４波長の位相差を与える、請求項１乃至６の何れか１項に記載の表示装置。
8. 第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸と交差する第２直線偏光を反射する光学素子と、
   前記第２直線偏光の表示光を前記光学素子に向けて出射する表示部と、
   複数の再帰反射体を備え、前記再帰反射体の各々は互いに直交する３つの反射面を備えた再帰反射素子と、
   前記反射面の全面に配置された変調層と、を備えた表示装置。
9. 前記変調層は、透過光に１／４波長の位相差を与える、請求項８に記載の表示装置。

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