JP3217121U - 鏡面型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鏡面型表示装置においてハーフミラー中の鏡像の視認性と液晶ディスプレイ上の表示像の視認性とを同時に向上させる。【解決手段】ハーフミラー（１０）とハーフミラー（１０）の背面に対向配置された液晶ディスプレイ（２０）とを備え、ハーフミラー（１０）の正面に映る鏡像に重畳するように液晶ディスプレイ（２０）上の画像を表示する鏡面型表示装置（１９）。液晶ディスプレイ（２０）は液晶表示パネル（２６）と、格子状に配置された発光素子（２４ａ−ｃ）からなる直下型のバックライト（２１）とを備え、バックライト（２１）は、発光素子（２４ａ−ｃ）のそれぞれに対向する液晶表示パネル（２６）中の画素群が黒に近づくほど、発光素子（２４ａ−ｃ）のそれぞれが暗くなるようにローカルディミング方式により制御される。【選択図】図１

Description

本考案はハーフミラーと液晶ディスプレイとを組み合わせてなる鏡面型表示装置に関する。

特許文献１には鏡面型表示装置が開示されている。かかる表示装置ではハーフミラーの背面に液晶ディスプレイが配されている。液晶ディスプレイ上に画像を映しつつ、当該画像中の背景像の色を実質的に黒とする、又は暗い色とする。画像中の表示像は所望の色で発光させる。これによりハーフミラーの鏡面に鏡像と液晶ディスプレイの表示像との重ね合わせ像を表示することができる。

かかる方式により表示された重ね合わせ像に対して、表示装置の前にいる観察者は立体感を感じることができる。これは鏡像と表示像との間の焦点距離の差に基づく。さらに、かかる方式は現実の鏡像に対して虚構の表示像を光学的に合成することで、一種の拡張現実効果をもたらす。

国際公開第２０１７／１２６６２４号

鏡面型表示装置ではその鏡面形成にハーフミラーを用いている。ハーフミラーの透過率は反射率と相反する関係にある。すなわちハーフミラーの透過率を高くすれば反射率が低くなるから鏡像が薄くなる。反射率を高くすれば透過率が低くなるから表示像が暗くなる。したがって鏡像の視認性と表示像の視認性とを同時に向上させることは難しい。

本考案はハーフミラーに映る鏡像に重畳するように液晶ディスプレイ上の画像を表示する鏡面型表示装置であって、ハーフミラー中の鏡像の視認性と液晶ディスプレイ上の表示像の視認性とを同時に向上させるのに適したものを提供することを目的とする。

ハーフミラーと前記ハーフミラーの背面に対向配置された液晶ディスプレイとを備え、
前記ハーフミラーの正面に映る鏡像に重畳するように前記液晶ディスプレイ上の画像を表示する鏡面型表示装置であって、
前記液晶ディスプレイは液晶表示パネルと、格子状に配置された発光素子からなる直下型のバックライトとを備え、
前記バックライトは、前記発光素子のそれぞれに対向する液晶表示パネル中の画素群が黒に近づくほど、前記発光素子のそれぞれが暗くなるようにローカルディミング方式により制御される、
鏡面型表示装置。

前記ハーフミラーは前記液晶ディスプレイの表示領域よりも大きいことから、前記ハーフミラー上には前記画像を表示できる領域と前記画像を表示できない領域とが存在する、
［１］に記載の鏡面型表示装置。

前記ハーフミラーと前記液晶ディスプレイとの間に選択反射フィルムをさらに備え、
前記選択反射フィルムと前記液晶ディスプレイとの間にλ／４板をさらに備え、
前記ハーフミラーは支持体と支持体の背面に形成されるとともに前記選択反射フィルムに対向する半透過性の反射膜とを有し、
前記液晶ディスプレイから出た光は、前記λ／４板で左円偏光及び右円偏光のいずれかに変換されるとともに、前記選択反射フィルムを透過して、前記反射膜に至り、
前記選択反射フィルムは、コレステリック規則性を有することで左円偏光及び右円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるとともに、他方を選択的に反射し、
前記反射膜は左円偏光及び右円偏光のいずれであるかによらず、光の一部を透過し、一部を反射する、
［１］又は［２］に記載の鏡面型表示装置。

本考案により、ハーフミラーと液晶ディスプレイとを組み合わせてなる鏡面型表示装置であって、鏡像の視認性と表示像の視認性とを同時に向上させるのに適したものを提供することができる。

表示装置の斜視分解図。 表示装置の側面分解図。 表示装置の正面図。 ローカルディミングの模式図。

以下の説明ではまず図１〜３を用いて本考案に係る鏡面型表示装置及び像の重ね合わせを説明する。さらに図１〜４を用いて本考案にかかるバックライト及びローカルディミング方式の特徴を説明する。

［鏡面型表示装置］

図１に斜め方向から見た表示装置１９の分解図を示す。表示装置１９は鏡面型表示装置である。表示装置１９はハーフミラー１０と液晶ディスプレイ２０とを備える。説明の便宜上図中の上方向を正面方向とし、下方向を背面方向とする。図１に示すように液晶ディスプレイ２０はハーフミラー１０の背面に対向配置されている。

図１に示すように液晶ディスプレイ２０は表示領域２７を有する。ハーフミラー１０は表示領域２７よりも大きい。図中ではさらに、液晶ディスプレイ２０の非表示領域も含めた液晶ディスプレイ２０の全体よりもハーフミラー１０は大きい。

図１に示すようにハーフミラー１０は支持体１２と反射膜１３を有する。支持体１２は透明である。支持体１２の正面は鏡面となっている。反射膜１３は支持体１２の背面に形成される。反射膜１３は可視光（４００〜７５０ｎｍ）全域に対して半透過性を有する。

図１に示すように表示装置１９は選択反射フィルム１５をさらに備える。選択反射フィルム１５はハーフミラー１０と液晶ディスプレイ２０との間に位置する。反射膜１３は選択反射フィルム１５に対向する。表示装置１９はλ／４板１７をさらに備える。λ／４板１７は選択反射フィルム１５と液晶ディスプレイ２０との間に位置する。

図２に側方から見た表示装置１９の分解図を示す。図中の左方向が表示装置１９の正面方向である。液晶ディスプレイ２０から出た光線３０は直線偏光である。光線３０は、λ／４板１７で左円偏光及び右円偏光のいずれかに変換される。図中のλ／４板１７は光線３０を左円偏光に変換する。光線３０は、さらに選択反射フィルム１５を透過して、反射膜１３に至る。

図２に示す円偏光の向きの呼び方について明確にする。光学では、光の進行方向、すなわち光を受ける方向から見た回転方向で左及び右円偏光を定義する。これに対して電気工学では光の進行方向を基準とするため、左右が逆に定義される。本明細書では便宜的に光学の定義に沿って説明するが、なんら考案を限定的に解釈するものではない。左円偏光（光線３０）は、電気工学に基づいて説明すれば光の進行方向に対して右回り螺旋となる右回り円偏光である。

図２に示す選択反射フィルム１５はコレステリック規則性を有する。コレステリック規則性とは、一方向に揃って配向した分子が層を形成し、フィルムの厚み方向で隣り合う分子層ごとに配向方向が僅かずつずれ、分子層が螺旋構造をなしている状態のことをいう。コレステリック規則性を固定するためには、通常、コレステリック液晶相を固定することにより得られる。コレステリック液晶組成物の膜を硬化した高分子フィルムが好適である。コレステリック規則性を有する選択反射フィルムは左円偏光及び右円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるとともに他方を選択的に反射する。

図２に例示されるように選択反射フィルム１５は左円偏光を透過させるとともに右円偏光を反射させる。コレステリック規則性がこのように円偏光の向きに対して選択的に作用する原理は特許文献１に詳細に説明されている。上記選択反射性又は選択透過性は可視光（４００〜７５０ｎｍ）全域に及ぶことが好ましく、選択反射フィルム１５としては、コレステリック規則性やその規則性の方位に分布を持たせるなどした広帯域選択反射フィルム等が用いられる。

図２において、反射膜１３は左円偏光及び右円偏光のいずれであるかによらず、光の一部を透過し、一部を反射する。反射膜１３で反射する円偏光の旋光方向は反射膜１３に入射する円偏光の旋光方向と同じである。ここで反射により円偏光の進行方向が逆転するために、選択反射フィルム１５の有する光学軸（ヘリカル軸）の軸方位を基準に見ると、光の進行方向における円偏光の偏向方位が逆転する。左円偏光であった光線３０から右円偏光である光成分３２ａが生成される。

図２において、反射膜１３と選択反射フィルム１５との間には、反射膜１３の平均屈折率よりも低い屈折率を有する透明樹脂、あるいは空気の層が形成されている。光成分３２ａはかかる層を通過する。

図２において選択反射フィルム１５は反射膜１３側から入射する右円偏光の光成分３２ａを反射する。反射膜１３での反射と同様に光線方向の反転に伴い選択反射フィルム１５を透過するのに適した偏光方位を有する円偏光となる。このようにして右円偏光であった光成分３２ａから左円偏光の光成分３３ａが生成される。

図２において、光成分３３ａの一部が反射膜１３で光成分３２ｂとして反射する。光成分３２ｂが選択反射フィルム１５で光成分３３ｂとして反射する。光成分３３ｂの一部が反射膜１３で光成分３２ｃとして反射する。以降、反射膜１３と選択反射フィルム１５との間で光は反射を繰り返す。結果として光線３０は反射膜１３と選択反射フィルム１５との間で多重反射する。

図２に示すように、光線３０の一部が反射膜１３の透過率に応じて光成分３１ａとして透過する。光成分３３ａの一部が同様に反射膜１３で光成分３１ｂとして透過する。光成分３３ｂの一部が同様に反射膜１３で光成分３１ｃとして透過する。以降、反射膜１３を光線が次々と透過する。観察者２９はこれらの光線を受け取ることでハーフミラー１０越しに液晶ディスプレイ２０の表示像を良好に認識できる。このようにしてハーフミラー１０は液晶ディスプレイ２０の生成した画像の照度を過度に低下させることなく正面側に表示することができる。

さらに図２に示すように、さらにハーフミラー１０の正面側の周囲からハーフミラー１０に対して光線３５が照射される。光線３５は環境光である。光線３５は支持体１２を透過するとともに反射膜１３で反射する。観察者２９は光線３５を受け取ることでハーフミラー１０に映った周囲の物体の鏡像を認識できる。

通常のハーフミラーにおいては反射率と透過率とは排他的な関係にある。しかしながら図２に示すハーフミラー１０では、その反射率を低下させることなくその透過率を高めることができる。

図３に表示装置１９を実際に使用して正面から観察した様子を示す。ハーフミラー１０の正面には鏡像３９が映っている。鏡像３９として映っているものは表示装置１９の正面側に配置された実体物である。ハーフミラー１０にはさらに表示像４０と背景像４１が映っている。ただし本実施形態では背景像４１は黒いため又は暗いため、以下に説明する通り観察者にはよく視認できない。本実施形態において液晶ディスプレイの表示領域２７全体に表示される画像は表示像４０と背景像４１との組み合わせによって構成されている。

図３に示すように表示像４０の部分はよく発光しており、この部分ではハーフミラー１０は鏡面としては実質的に機能しない。一方、表示像４０の周りの背景像４１の部分はほとんど発光していないので、鏡面として機能する。背景像４１の部分ではハーフミラー１０が映し出す鏡像３９が呈示される。背景像４１が黒いこと又は暗いことは、観察者には視覚的には認識できない。鏡像３９をもたらす環境光が十分に弱い時には観察者にも背景像４１が黒いこと又は暗いことが認識できると考えられる。

図３に示すように表示装置１９は鏡像３９に重畳するように液晶ディスプレイ上の表示像４０を表示する。かかる方式により表示された鏡像３９と表示像４０との重ね合わせ像に対して、表示装置１９の前にいる観察者は立体感を感じることができる。これは鏡像３９と表示像４０との間の焦点距離の差に基づく。さらに、かかる方式では現実の鏡像３９に対して虚構の表示像４０を光学的に合成することで、一種の拡張現実効果をもたらす。

［バックライト］

図１に戻る。液晶ディスプレイ２０はバックライト２１及び液晶表示パネル２６を備える。バックライト２１及び液晶表示パネル２６との間には光を散乱させるための光学素子やその他の光学素子を設けてもよい。図中ではそれらの光学素子は省略されている。

図２を用いて説明した通りハーフミラー１０は表示像を作る光線を効率的に透過する。しかしながら、図３に示すように表示像４０と重ね合わせられる鏡像３９は環境光に由来するため非常に明るい場合がある。このため、表示像４０もより明るい方が、その視認性が高まる。

図１に戻る。バックライト２１は直下型の照明である。バックライト２１は例えばエッジライト型のバックライトよりも高輝度の表示像を得るのに適する。バックライト２１は発光面２３を備える。発光面２３には発光素子２４ａ、２４ｂ及び２４ｃ並びにその他発光素子が格子状に配置されている。これらの発光素子は白色ＬＥＤ（発光ダイオード）であることが好ましい。

［ローカルディミング方式］

本実施形態において図１に示すバックライト２１はローカルディミング方式、いわゆる部分駆動方式により制御される。ローカルディミング方式では発光素子２４ａ、２４ｂ及び２４ｃ並びにその他発光素子の輝度が不図示の制御装置により各々独立に制御される。

図４にローカルディミング方式による制御を模式的に表す。まず液晶表示パネル上の表示像４０は発光素子２４ｂ及びその他の発光素子によって照らされている。一方、液晶表示パネル上の画像において背景像４１は黒色の部分又は暗い部分となっている。発光素子２４ａ及び発光素子２４ｃ並びにその他の発光素子はこの黒色の部分又は暗い部分に対応する。発光素子２４ａ及び発光素子２４ｃ並びにその他の発光素子は発光しないように又は暗くなるように制御されている。すなわち液晶表示パネル中の各格子に対向する画素群が黒に近づくほど、発光素子が暗くなるように制御される。背景像４１の黒色の部分において発光素子が発光しないように制御してもよい。

仮にローカルディミング方式を使用せず、全ての発光素子を等しく明るくした場合、図３においてハーフミラー１０の全面が明るくなる可能性がある。これは次のように説明される。すなわち背景像４１の部分のバックライトの光線は、本来は液晶表示パネル上の各画素によって個別に遮られる。しかしながら画素すなわち液晶による遮蔽は完全ではないので、バックライトの光線の一部が漏れてハーフミラー１０に到達する。したがって背景像４１の部分では鏡像３９がいわゆる白潰れする。なんらの制御も受けない直下型のバックライトは表示像４０の視認性を向上させるものの、鏡像３９の視認性を低下させる可能性がある。結果として今度は、ハーフミラー１０の鏡面としての機能が損なわれる可能性がある。

これに対して本実施形態では図４に示すように背景像４１の部分のバックライトが暗くなるように又は発光しないように制御されているのでハーフミラー１０越しに見た液晶表示パネルのコントラストを高めることができる。結果として図３に示す背景像４１の部分の鏡面としての機能が保たれる。本実施形態では、上述の通りハーフミラー１０の反射率を低下させることなく透過率を高めることで表示像４０の視認性を高めつつ、ローカルディミング方式により鏡像３９の視認性を同時に向上させることができる。

また図３に示すように本実施形態のハーフミラー１０の鏡面は、背面に位置する液晶ディスプレイの表示領域２７よりも大きい。したがってハーフミラー１０の鏡面には表示像を表示できる領域と表示像を表示できない領域とが存在する。ここで表示像を表示できない領域はハーフミラー１０の外縁部である。このハーフミラー１０の外縁部のうち液晶表示パネルの表示領域２７を囲む部分に着目する。この部分には、背面からの入射光を遮断して正面からの鏡像を形成するために黒色または暗色の遮光層が設けられることが好ましい。前記遮光層は、図２に示したλ／４板１７の背面側に設けられることが好ましい。このとき、液晶表示パネルが透明樹脂を介してλ／４板１７に光学接合されている場合は、遮光層も同様に透明樹脂を介してλ／４板１７に光学接合されていることが好ましい。あるいは液晶表示パネルが空気層を介してλ／４板１７に接合されている場合は、遮光層も同様に空気層を介してλ／４板１７に接合されることが好ましい。ここでローカルディミング方式を使用しない場合に、明るい表示像を得るためにバックライトの輝度を高めると、ハーフミラーの鏡像品位の低下するおそれがある。具体的にはバックライトの光線の前記漏れによって、前記遮光層の被せられた非表示領域と液晶表示パネルの表示表域２７との境界が視認されやすくなる。しかしながら図４に示すようにローカルディミング方式を利用して背景像４１の部分を暗くすることで、表示領域２７と非表示領域との間の境界は観察者から視認しにくくなる。

なお、本考案は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施形態ではハーフミラーが選択反射フィルム及びλ／４板と組み合わされるものとした。他の態様では選択反射フィルム及びλ／４板を用いずにハーフミラーだけを用いてもよい。

上記実施形態では図１に示すようにハーフミラー１０は液晶表示パネル２６の表示領域２７よりも大きい。他の態様においてはハーフミラー１０と表示領域２７との間で大きさ及び平面形状を同一としてもよい。

１０ ハーフミラー， １２ 支持体， １３ 反射膜， １５ 選択反射フィルム， １７ λ／４板， １９ 表示装置， ２０ 液晶ディスプレイ， ２１ バックライト， ２３ 発光面， ２４ａ−ｃ 発光素子， ２６ 液晶表示パネル， ２７ 表示領域， ２９ 観察者， ３０ 光線， ３１ａ−ｃ 光成分， ３２ａ−ｃ 光成分， ３３ａ−ｂ 光成分， ３５ 光線， ３９ 鏡像， ４０ 表示像， ４１ 背景像

Claims (3)

1. ハーフミラーと前記ハーフミラーの背面に対向配置された液晶ディスプレイとを備え、
   前記ハーフミラーの正面に映る鏡像に重畳するように前記液晶ディスプレイ上の画像を表示する鏡面型表示装置であって、
   前記液晶ディスプレイは液晶表示パネルと、格子状に配置された発光素子からなる直下型のバックライトとを備え、
   前記バックライトは、前記発光素子のそれぞれに対向する液晶表示パネル中の画素群が黒に近づくほど、前記発光素子のそれぞれが暗くなるようにローカルディミング方式により制御される、
   鏡面型表示装置。
2. 前記ハーフミラーは前記液晶ディスプレイの表示領域よりも大きいことから、前記ハーフミラー上には前記画像を表示できる領域と前記画像を表示できない領域とが存在する、
   請求項１に記載の鏡面型表示装置。
3. 前記ハーフミラーと前記液晶ディスプレイとの間に選択反射フィルムをさらに備え、
   前記選択反射フィルムと前記液晶ディスプレイとの間にλ／４板をさらに備え、
   前記ハーフミラーは支持体と支持体の背面に形成されるとともに前記選択反射フィルムに対向する半透過性の反射膜とを有し、
   前記液晶ディスプレイから出た光は、前記λ／４板で左円偏光及び右円偏光のいずれかに変換されるとともに、前記選択反射フィルムを透過して、前記反射膜に至り、
   前記選択反射フィルムは、コレステリック規則性を有することで左円偏光及び右円偏光のいずれか一方を選択的に透過させるとともに、他方を選択的に反射し、
   前記反射膜は左円偏光及び右円偏光のいずれであるかによらず、光の一部を透過し、一部を反射する、
   請求項１又は２に記載の鏡面型表示装置。

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