JP6634328B2 - 表示装置 - Google Patents

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、位相差板と、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。ディスプレイから反射されハーフミラーで反射し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が、表面で反射された光は、再帰反射された光とは異なる位置に結像する。また、位相差板の表面においても、再帰反射された光とは異なる位置に結像する。このため、再帰反射された光による実像とは別に、いわゆるゴーストが視認され、表示品位の劣化を招く恐れがある。加えて、ディスプレイから出射されハーフミラーを介さず、直接反射プリズムの表面で反射される光も、実像の表示に寄与しないため、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、
表示光を出射する表示部と、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸に直交する第２直線偏光を反射する偏光素子と、前記偏光素子で反射された反射光を再帰反射する再帰反射体を備えた光学素子と、を備え、前記光学素子は、湾曲形状であって、凹状の第１部分と、前記第１部分に接続された凸状の第２部分と、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１の一構成例を示す図である。 図２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。 図３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。 図４は、図３に示した表示パネルＰＮＬの一構成例を示す断面図である。 図５は、図１に示した光学素子２０の一構成例を示す平面図である。 図６は、図５に示した再帰反射体２３の一構成例を示す斜視図である。 図７は、図５に示したＡ−Ｂ線で切断した光学素子２０の構造を示す断面図である。 図８は、本実施形態に適用可能な光学素子２０の構成例を示す断面図である。 図９は、本実施形態に適用可能な光学素子２０の構成例を示す断面図である。 図１０は、本実施形態に適用可能な光学素子２０の構成例を示す断面図である。 図１１は、光学素子２０と、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０との相対的な位置関係を説明するための断面図である。 図１２は、光学素子２０と、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０との相対的な位置関係を説明するための斜視図である。 図１３は、ゴーストの一種である２次像の発生メカニズムを説明するための図である。 図１４は、ゴーストの一種である鏡像の発生メカニズムを説明するための図である。 図１５は、本実施形態の光学素子２０によるゴーストを改善するメカニズムを説明するための図である。 図１６は、光学素子２０の一実施例を示す図である。 図１７は、本実施形態の表示装置１の他の構成例を示す斜視図である。

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。なお、図中の第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び、第３方向Ｄ３は、互いに直交しているが、これらの方向は互いに９０度以外の角度で交差していても良い。
表示装置１は、表示部ＤＳＰ、偏光素子１０、位相差板ＲＡ、光学素子２０などを備えている。

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。一例では、表示部ＤＳＰは、円偏光である表示光を出射するように構成され、表示パネルＰＮＬ及び位相差板ＲＢ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。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。表示パネルＰＮＬの表示面ＤＰは、図示した例では、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３によって規定される平面と平行である。
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、例えば直線偏光である。位相差板ＲＢは、表示パネルＰＮＬの表示面ＤＰと略平行に対向している。位相差板ＲＢは、表示パネルＰＮＬの表示面ＤＰに接着されていても良い。このような位相差板ＲＢは、例えば、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。詳細については省略するが、位相差板ＲＢ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。このような表示部ＤＳＰにおいては、表示パネルＰＮＬから出射された表示光（直線偏光）は、位相差板ＲＢを透過することで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。
なお、表示部ＤＳＰにおいて、表示パネルＰＮＬからの出射光が円偏光である場合には、位相差板ＲＢは省略される。また、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。また、表示部ＤＳＰは、直線偏光である表示光を出射するように構成されても良く、表示パネルＰＮＬからの出射光が直線偏光である場合には、位相差板ＲＢは省略される。

偏光素子１０は、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、透過軸に直交する第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。このような偏光素子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る。偏光素子１０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（すなわち位相差板ＲＡと対向する側とは反対側）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。
偏光素子１０は、光学素子２０と対向する内面１０Ａを有している。内面１０Ａは、図示した例では、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３によって規定される平面と平行であり、表示面ＤＰと直交する。

位相差板ＲＡは、偏光素子１０と光学素子２０との間に位置し、偏光素子１０の内面１０Ａに沿って配置され、内面１０Ａと略平行に延在している。位相差板ＲＡは、偏光素子１０の内面１０Ａに接着されていても良い。このような位相差板ＲＡは、例えば、透過光に約λ／４の位相差を付与するλ／４板である。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。なお、上記の位相差板ＲＡ及びＲＢ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良い。例えば、位相差板ＲＡ及びＲＢ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良い。

光学素子２０は、表示部ＤＳＰ及び位相差板ＲＡと対向している。本実施形態における光学素子２０は、入射光を再帰反射する再帰反射体を備えた再帰反射素子である。再帰反射体の詳細については後述するが、光学素子２０は、複数の再帰反射体によって構成される再帰反射面２０Ａを備えている。光学素子２０は、湾曲形状であり、第１方向Ｄ１に沿って、第１部分ＣＣ及び第２部分ＣＶを備えている。第１部分ＣＣは凹状に形成され、第２部分ＣＶは凸状に形成されている。光学素子２０において、第１方向Ｄ１に沿った位置関係に着目すると、第１部分ＣＣは、第２部分ＣＶよりも表示部ＤＳＰと近接する側に位置している。また、光学素子２０において、第２方向Ｄ２に沿った位置関係に着目すると、第１部分ＣＣは、第２部分ＣＶよりも偏光素子１０及び位相差板ＲＡから離間する側に位置している。図示したように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２で規定される断面においては、光学素子２０は、略Ｓ字状の断面を有している。本実施形態における「凹状」及び「凸状」の定義は、後述する。

図中において、Ｉ１は、表示部ＤＳＰに表示される表示画像Ｉ０の実像に相当し、偏光素子１０について表示画像Ｉ０と面対称の位置に結像される。実像Ｉ１を構成する光は、光学素子２０によって再帰反射された後に偏光素子１０を透過した直線偏光である。

次に、図１及び図２を参照して、表示部ＤＳＰにおける表示画像Ｉ０を実像Ｉ１として結像させるための各構成の機能について説明する。

まず、表示部ＤＳＰにおいて、表示パネルＰＮＬは、表示画像Ｉ０の表示光に相当する第１直線偏光を出射する。ここでの第１直線偏光は、偏光素子１０の透過軸と平行な偏光面を有するものであって、偏光素子１０を透過する直線偏光に相当する。この第１直線偏光は、位相差板ＲＢを透過し、第１円偏光に変換される。ここでの第１円偏光とは、光の進行方向と対向する方向から見て右回りに回転する軌跡を描くものである。これにより、表示部ＤＳＰは、第１円偏光である表示光を出射する。
続いて、第１円偏光である表示光は、位相差板ＲＡを透過し、第２直線偏光に変換される。ここでの第２直線偏光は、偏光素子１０の透過軸に垂直な偏光面を有するものである。この第２直線偏光は、偏光素子１０によって反射された後、再び、位相差板ＲＡを透過し、第２円偏光に変換される。ここでの第２円偏光とは、光の進行方向と対向する方向から見て左回りに回転する軌跡を描くものである。つまり、第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。
続いて、第２円偏光は、光学素子２０に入射する。光学素子２０の入射光は、再帰反射面２０Ａによって再帰反射される。このとき、再帰反射された反射光は、第２円偏光である。そして、この第２円偏光は、再び、位相差板ＲＡ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、偏光素子１０を透過し、表示画像Ｉ０を表す実像Ｉ１として結像される。観察者は、偏光素子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実像Ｉ１を観察することができる。

次に、各構成の具体例について以下に説明する。

図３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ＬＣ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主画素は、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、ここでの主画素とは、カラー画像を構成する最小単位である。図示した例では、主画素は、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、複数の走査線Ｇ、及び、走査線Ｇと交差する複数の信号線Ｓを備えている。各走査線Ｇは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、走査線駆動部ＧＤに接続されている。各信号線Ｓは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、信号線駆動部ＳＤに接続されている。走査線駆動部ＧＤ及び信号線駆動部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、走査線駆動部ＧＤ及び信号線駆動部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、走査線Ｇ及び信号線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。

図４は、図３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ＬＣ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ＬＣ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。なお、図示した例では、第２光学素子ＯＤ２の表面が表示パネルＰＮＬの表示面ＤＰに相当する。
赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢによって構成された主画素は、ピッチＰ１で配列されている。

図５は、図１に示した光学素子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１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３によって規定される平面での平面図を図示している。なお、光学素子２０は、図１に示したように、Ｓ字状に湾曲させて設置されるものであるが、ここでは、光学素子２０が第１方向Ｄ１に延伸された平板状の状態を図示している。

光学素子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、正三角形状のエッジＥＧを備えている。エッジＥＧは、第３方向Ｄ３に平行な辺ＥＡ、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３とそれぞれ交差する方向に延出した辺ＥＢ及びＥＣを備えている。再帰反射体２３は、一例では、互いに直交する３つの反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを備えている。辺ＥＡ、ＥＢ、ＥＣの各々は、反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃに含まれる。３つの反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの交点は、再帰反射体２３の中心Ｏに相当する。一例では、再帰反射体２３は、その中心Ｏが紙面の奥に向かって窪んでいる。再帰反射体２３が３つの反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃによって囲まれた凹部を備えている場合、エッジＥＧは再帰反射体２３の頂部に相当し、中心Ｏは再帰反射体２３の底部に相当する。但し、再帰反射体２３が３つの反射面２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃによって囲まれた凸部を備えていても良く、この場合、エッジＥＧは再帰反射体２３の底部に相当し、中心Ｏは再帰反射体２３の頂部に相当する。

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１方向Ｄ１にピッチＰ２で配列されている。但し、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３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及び再帰反射体２３２は、第１方向Ｄ１に並んでいる。再帰反射体２３１及び再帰反射体２３２は、エッジＥ１２に対して線対称の位置関係にある。

実像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４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６は、図５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。

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、点Ｂ及び点Ｃを結ぶ線分、及び、点Ａ及び点Ｃを結ぶ線分は、それぞれ図５に示したエッジＥＧの辺ＥＡ、ＥＢ、ＥＣに相当する。なお、ここでの原点Ｏとは、図５に示した中心Ｏに相当する。

原点Ｏが再帰反射体２３の底部に相当する場合、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃによって規定される面は存在せず、３つの反射面２３Ａ乃至２３Ｃによって囲まれた内側は、空気層である。原点Ｏが再帰反射体２３の頂部に相当する場合、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃによって規定される面が存在し、再帰反射体２３は正四面体となる。

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。但し、３つの点Ａ、点Ｂ、及び、点Ｃの近傍は、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。なお、再帰反射体２３の形状は、図示した例に限られるものではなく、非再帰反射部をカットした形状であっても良い。

図７は、図５に示したＡ−Ｂ線で切断した光学素子２０の構造を示す断面図である。ここでは、再帰反射体２３１及び２３２のそれぞれの中心Ｏ１及びＯ２が底部に相当する光学素子２０の断面図を示している。光学素子２０は、入射光を再帰反射する再帰反射面２０Ａを有している。再帰反射面２０Ａは、図示したような凹凸面であり、図１に示した表示装置１においては、位相差板ＲＡ及び表示部ＤＳＰを向く側に位置する凹部及び凸部を有している。図示した例では、光学素子２０は、ベース２１、及び、金属薄膜２２を備えている。ベース２１は、例えば樹脂材料によって形成されている。ベース２１の表面２１Ａは、再帰反射面２０Ａを象った凹凸面であり、光学素子２０の裏面２０Ｂ（図示した例ではベース２１の裏面）は、平坦面である。金属薄膜２２は、ベース２１の表面２１Ａを覆っている。金属薄膜２２は、ほぼ均一の膜厚を有している。金属薄膜２２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。このような金属薄膜２２は、再帰反射面２０Ａを形成している。なお、金属薄膜２２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。また、ベース２１が光反射性を呈する材料によって形成されている場合には、金属薄膜２２を省略し、ベース２１の表面２１Ａが再帰反射面２０Ａを形成していても良い。再帰反射面２０Ａにおける透過率はほぼゼロであり、再帰反射面２０Ａに入射した入射光のほとんどは、光学素子２０の裏面２０Ｂに到達することはない。つまり、光学素子２０に入射した入射光のほとんどは、ベース２１を透過することなく、再帰反射面２０Ａで再帰反射される。

図中の点線で示した水平面Ｈは、エッジＥ１２と交差し、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３によって規定される平面と平行な面である。再帰反射体２３１及び２３２のそれぞれの中心Ｏ１及びＯ２は、水平面Ｈよりも裏面２０Ｂに近接する側に位置している。水平面Ｈと再帰反射面２０Ａ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と反射面Ａ１のなす角度θαは、水平面Ｈと反射面Ａ２とのなす角度θαと等しく、一例では、角度θαは約５４．７°である。

一例では、表示パネルＰＮＬにおける画素のピッチＰ１が２００μｍである場合、光学素子２０における再帰反射体のピッチＰ２は１８０μｍであり、ピッチＰ２はピッチＰ１よりも小さい。また、再帰反射面２０Ａは、水平面Ｈの法線方向に相当する第２方向Ｄ２に沿って深さｄを有している。一例では、深さｄは７３．５μｍである。なお、金属薄膜２２の膜厚ｔは１５０ｎｍであり、深さｄと比べて十分に小さい。このため、金属薄膜２２が形成された際に、再帰反射面２０Ａを象ったベース２１の表面２１Ａが金属薄膜２２によって埋まる、あるいは、再帰反射面２０Ａを崩すことはない。

図８乃至図１０は、本実施形態に適用可能な光学素子２０の構成例を示す断面図である。

図８の（ａ）は、ベース２１の表面が再帰反射面２０Ａを形成する構成例に相当する。再帰反射面２０Ａは、ベース２１と空気層との界面に相当する。光学素子２０に入射する入射光は、図中に矢印で示したように、ベース２１を透過することなく再帰反射面２０Ａにて反射される。図８の（ｂ）に示した構成例は、（ａ）に示した構成例と比較して、ベース２１の表面２１Ａを覆う金属薄膜２２が再帰反射面２０Ａを形成する点で相違している。

図９の（ａ）は、ベース２１の裏面が再帰反射面２０Ａを形成する構成例に相当する。ベース２１の表面２１Ａは、平坦面である。再帰反射面２０Ａは、ベース２１と空気層との界面に相当する。光学素子２０に入射する入射光は、図中に矢印で示したように、ベース２１を透過した後に再帰反射面２０Ａにて反射される。図９の（ｂ）に示した構成例は、（ａ）に示した構成例と比較して、ベース２１の裏面２１Ｂを覆う金属薄膜２２が再帰反射面２０Ａを形成する点で相違している。

図１０の（ａ）は、ベース２１とカバー部材２４との間の界面が再帰反射面２０Ａを形成する構成例に相当する。ベース２１及びカバー部材２４は、屈折率の異なる材料によって形成され、少なくともカバー部材２４は、光透過性を有している。光学素子２０に入射する入射光は、図中に矢印で示したように、カバー部材２４を透過した後に再帰反射面２０Ａにて反射される。図１０の（ｂ）に示した構成例は、（ａ）に示した構成例と比較して、ベース２１とカバー部材２４との間に位置する金属薄膜２２が再帰反射面２０Ａを形成する点で相違している。

次に、本実施形態で適用される光学素子２０の第１部分ＣＣ及び第２部分ＣＶと、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０との相対的な位置関係について説明する。

図１１は、光学素子２０と、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０との相対的な位置関係を説明するための断面図である。なお、図中においては、位相差板などの図示を省略している。

光学素子２０は、第１方向Ｄ１に沿って第１端部２０１及び第２端部２０２を備えている。第１端部２０１は、第２端部２０２よりも表示部ＤＳＰと近接する側に位置している。光学素子２０において、第１部分ＣＣと第２部分ＣＶとの接続部ＣＮは、第１端部２０１と第２端部２０２との間に位置している。あるいは、第１部分ＣＣは第１端部２０１と接続部ＣＮとの間に位置し、第２部分ＣＶは接続部ＣＮと第２端部２０２との間に位置している。第１端部２０１から第２端部２０２までの第１方向Ｄ１に沿った長さをＬとしたとき、第１端部２０１から接続部ＣＮまでの第１方向Ｄ１に沿った長さＬ１は、Ｌ／２より長い。また、接続部ＣＮから第２端部２０２までの第１方向Ｄ１に沿った長さＬ２は、Ｌ／２より短い。なお、光学素子２０が第１方向Ｄ１に延伸された平板状の状態では、光学素子２０の第１方向Ｄ１に沿った全長は、長さＬよりも長い。

また、光学素子２０において、第１端部２０１から偏光素子１０までの第２方向Ｄ２に沿った距離ＤＴ１は、第２端部２０２から偏光素子１０までの第２方向Ｄ２に沿った距離ＤＴ２よりも長い。接続部ＣＮから偏光素子１０までの第２方向Ｄ２に沿った距離ＤＴ３は、距離ＤＴ１より短く、距離ＤＴ２よりも長い。第１部分ＣＣと偏光素子１０との間の第２方向Ｄ２に沿った距離は、第１方向Ｄ１に沿って第１端部２０１から接続部ＣＮに向かうしたがって短くなる。第１端部２０１の近傍においては距離の変化は小さく、第１端部２０１から離れるにしたがって、徐々に距離ＤＴ１よりも短くなる。一方で、接続部ＣＮの近傍においては距離の変化は大きく、接続部ＣＮに近づくにしたがって、急激に距離ＤＴ３に近づく。第２部分ＣＶと偏光素子１０との間の第２方向Ｄ２に沿った距離は、第１方向Ｄ１に沿って接続部ＣＮから第２端部２０２に向かうしたがって短くなる。接続部ＣＮの近傍においては距離の変化は大きく、接続部ＣＮから離れるにしたがって、急激に距離ＤＴ３よりも短くなる。一方で、第２端部２０２の近傍においては距離の変化は小さく、第２端部２０２に近づくにしたがって、徐々に距離ＤＴ２に近づく。

本実施形態における一観点では、凹状の第１部分ＣＣとは、第１端部２０１と接続部ＣＮとを繋ぐ仮想の面Ｖ１よりも表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０から離間する側に窪んだ形状を意味する。また、凸状の第２部分ＣＶとは、第２端部２０２と接続部ＣＮとを繋ぐ仮想の面Ｖ２よりも表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０に近接する側に突出した形状を意味する。

図１２は、光学素子２０と、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０との相対的な位置関係を説明するための斜視図である。なお、図中においては、位相差板などの図示を省略し、表示部ＤＳＰ及び偏光素子１０を点線で示している。

光学素子２０において、第１端部２０１、第２端部２０２、及び、接続部ＣＮは、それぞれ第３方向Ｄ３に沿って延出している。接続部ＣＮは、図５を参照して説明した再帰反射体２３のエッジＥＧのうちの一辺ＥＡと平行な方向（つまり、第３方向Ｄ３）に延出している。
第１部分ＣＣ及び第２部分ＣＶは、例えば、楕円面、放物面、球面、非球面などの曲面である。本実施形態における他の観点では、凹状の第１部分ＣＣとは、接続部ＣＮを通り第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３と平行な仮想の面Ｖ３よりも偏光素子１０から離間する側に窪んだ形状を意味する。また、凸状の第２部分ＣＶとは、面Ｖ３よりも偏光素子１０に近接する側に突出した形状を意味する。

ここで、平板状の光学素子２０が適用された表示装置におけるゴーストのメカニズムについて説明する。

図１３は、ゴーストの一種である２次像の発生メカニズムを説明するための図である。ここでは、平板状の光学素子２０が、表示部ＤＳＰの表示面ＤＰ及び偏光素子１０の主面の双方に対して交差する方向に配置された場合を例に説明する。
まず、本来表示すべき実像（１次像）Ｉ１について簡単に説明する。表示部ＤＳＰの表示光は、図中に太線の矢印で示した通り、偏光素子１０で反射された後に、光学素子２０に入射する。光学素子２０は、入射光を再帰反射するため、入射光と略同一の光路を通る反射光が偏光素子１０を透過する。実像Ｉ１は、このような光路を通った偏光素子１０の透過光が空中に結像することによって観察可能となる。
続いて、２次像Ｉ２について以下に説明する。表示部ＤＳＰの表示光のうち、一部の光は、図中の細線の矢印で示した通り、偏光素子１０に向かうことなく、直接光学素子２０に入射する。このような入射光の一部は、光学素子２０の法線に対する入射角が比較的大きいため、光学素子２０に含まれる平坦面（例えば図９に示したベース２１の表面２１Ａや図１０に示したカバー部材２４の表面など）等において正反射される。光学素子２０にて正反射された反射光は、偏光素子１０で反射された後に、再び光学素子２０に入射する。光学素子２０は、このような入射光を再帰反射し、入射光と略同一の光路を通る反射光が偏光素子１０を透過する。２次像Ｉ２は、このような光路を通った偏光素子１０の透過光が空中に結像することによって発生する。このため、実像Ｉ１を観察する際、その観察位置に応じて、実像Ｉ１の他に２次像Ｉ２も同時に観察される場合があり、表示品位の低下を招くおそれがある。

図１４は、ゴーストの一種である鏡映像の発生メカニズムを説明するための図である。ここでは、平板状の光学素子２０が表示部ＤＳＰの表示面ＤＰと略平行に配置され、偏光素子１０の代わりにハーフミラーＨＭを設置した場合を例に説明する。ここでは、実像Ｉ１の説明については省略する。
以下、鏡像Ｉ３について説明する。表示部ＤＳＰの表示光のうち、一部の光は、図中の矢印で示した通り、ハーフミラーＨＭに向かうことなく、直接光学素子２０に入射する。このような入射光の一部は、光学素子２０において正反射される。光学素子２０にて正反射された反射光は、ハーフミラーＨＭを透過する。そのため、観察者から観察した場合、表示部ＤＳＰから出射された光が、光学素子２０に対して面対象の位置Ｉ３から出射されたように見える。位置Ｉ３に見える像と空中像が観察者から見て重なると、表示品位を低下させる恐れがある。

図１５は、本実施形態の光学素子２０によるゴーストを改善するメカニズムを説明するための図である。なお、ここでは、位相差板等の図示を省略している。

図中の（Ａ）は、光学素子２０のうち表示部ＤＳＰに近接した側に位置する第１部分ＣＣを示している。表示部ＤＳＰの表示光のうち、一部の光は、図中の矢印で示した通り、偏光素子１０に向かうことなく、直接第１部分ＣＣに入射する。このような入射光の一部は、第１部分ＣＣにおいて正反射される。第１部分ＣＣのうち、表示部ＤＳＰに近接した領域で正反射された反射光は、表示部ＤＳＰから離間した領域に再び入射する。このように、表示光が第１部分ＣＣに直接入射した場合、第１部分ＣＣが凹状に形成されているため、入射光は第１部分ＣＣにおいて複数回正反射される。光学素子２０において、正反射される反射光の反射率は、１０％未満である。このため、光学素子２０において２回にわたって正反射された場合の反射光の反射率は１％未満となり、ほとんど表示に寄与しなくなる。なお、仮に、２回目の反射光が偏光素子１０に到達しても、偏光素子１０において反射され、反射光は、表示部ＤＳＰ、偏光素子１０、及び、光学素子２０で囲まれた内部に閉じ込められ、偏光素子１０を透過しない。このため、実像Ｉ１を観察する際、光学素子２０で正反射された反射光によるゴーストの発生を抑制することができ、表示品位の劣化を抑制することができる。

図中の（Ｂ）は、光学素子２０のうち表示部ＤＳＰから離間した側に位置する第２部分ＣＶを示している。表示部ＤＳＰの表示光のうち、一部の光は、図中の矢印で示した通り、偏光素子１０に向かうことなく、直接第２部分ＣＶに入射する。第２部分ＣＶにて正反射された反射光は、偏光素子１０で反射された後に、再び第２部分ＣＶに入射する。第２部分ＣＶがこのような入射光を再び正反射した場合には、（Ａ）を参照して説明したのと同様に、光学素子２０における２回目の反射となり、その反射率は極めて低く、ほとんど表示に寄与しない。また、第２部分ＣＶは、図中に点線で示したように、偏光素子１０で反射された反射光を再帰反射する場合もあり得る。この場合、再帰反射された反射光は、偏光素子１０を透過して結像するが、第２部分ＣＶが凸状に形成されているため、像が歪み、その視認性を低下させることができる。このため、実像Ｉ１を観察する際、ゴーストの発生を抑制することができ、表示品位の劣化を抑制することができる。

上記の通り、本実施形態によれば、光学素子２０は、表示部ＤＳＰの表示光のうち、偏光素子１０にて反射された反射光を再帰反射し、偏光素子１０について表示部ＤＳＰと面対称の位置に結像することができる。また、光学素子２０において、表示部ＤＳＰと近接する側に位置する凹状の第１部分ＣＣ及び表示部ＤＳＰから離間した側に位置する凸状の第２部分ＣＶが設けられたことにより、光学素子２０における不所望な反射に起因したゴーストの発生を抑制することができる。したがって、再帰反射された光が結像することで観察される実像Ｉ１の表示品位の劣化を抑制することが可能となる。

また、偏光素子１０を介して光学素子２０に向かう外光は、第１直線偏光に変換された後に、再帰反射面２０Ａで反射される前後で、それぞれλ／４板である位相差板ＲＡを透過する。このため、外光は、第２直線偏光に変換され、偏光素子１０を透過することができない。つまり、外光によるゴーストの発生を抑制することが可能となる。

また、光学素子２０における第１部分ＣＣと第２部分ＣＶとの接続部ＣＮは、再帰反射体２３のエッジＥＧのうちの一辺と平行な方向に延出している。このため、単一シート状の光学素子２０を湾曲させた際、曲面の母線がエッジＥＧの一辺と平行となり、接続部ＣＮの近傍に位置する再帰反射体２３の不所望な変形を抑制することができ、光の利用効率の低下や不所望な反射に起因したゴーストの発生を抑制することができる。

また、偏光素子１０は、第１直線偏光を透過し、第２直線偏光を反射する反射型であり、表示部ＤＳＰと偏光素子１０との間、及び、偏光素子１０と光学素子２０との間には、位相差板ＲＡが配置されている。このため、偏光素子１０及び位相差板ＲＡをハーフミラーに置換した場合と比較して、表示部ＤＳＰから出射された表示光を効率よく光学素子２０に向けて反射することができる。したがって、表示に寄与する表示光の利用効率を向上させることができる。また、表示部ＤＳＰの輝度を低減することができ、消費電力を低減することが可能となる。

なお、再帰反射面２０Ａで反射される前後で、それぞれλ／４板である位相差板ＲＡは、光学素子２０に接着されても良いが、湾曲した光学素子２０の影響を受けないように、偏光素子１０の内面１０Ａに沿って配置されることが望ましい。

光学素子２０の表面における不所望な反射は、上記の通り、ゴーストの原因となり得る。このため、光学素子２０の表面には、モスアイシートや誘電体多層膜などの反射防止膜を配置することが望ましい。

本実施形態の偏光素子１０及び位相差板ＲＡは、ビームスプリッターに置換することができる。ビームスプリッターは、入射光の一部を反射させるとともに、入射光の他の一部を透過する機能を有している。一例では、ビームスプリッターは、入射光に対する反射率及び透過率がほぼ同等のハーフミラーであっても良いし、偏光ビームスプリッターなどであっても良い。ビームスプリッターにおける反射率及び透過率は、任意に設定可能である。

次に、本実施形態に係る光学素子２０の一実施例について説明する。
図１６は、光学素子２０の一実施例を示す図である。ここでは、光学素子２０の第１部分ＣＣ及び第２部分ＣＶがそれぞれ楕円面ＥＬ１及びＥＬ２である場合について、互いに直交するＸＹ座標系を適用して、光学素子２０の形状を楕円曲線でモデル化した例を説明する。
光学素子２０の第１端部２０１を原点とする。すなわち、第１端部２０１の位置は、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）と表される。接続部ＣＮの位置は、（Ｘ，Ｙ）＝（ａ１，ｂ１）と表される。第２端部２０２の位置は、（Ｘ，Ｙ）＝（（ａ１＋ａ２），（ｂ１＋ｂ２））と表される。第１部分ＣＣにおいて、楕円面ＥＬ１は、図中の式（１）で表すことができる。第２部分ＣＶにおいて、楕円面ＥＬ２は、図中の式（２）で表すことができる。
一例では、（ａ１＋ａ２）に相当する光学素子２０のＸ軸に沿った長さＬは、２００ｍｍであり、ａ１に相当する長さは１５０ｍｍであり、ａ２に相当する長さは５０ｍｍである。
（ｂ１＋ｂ２）に相当する光学素子２０のＹ軸に沿った高さＨは、１００ｍｍであり、ｂ１に相当する長さは６０ｍｍであり、ｂ２に相当する長さは４０ｍｍである。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。なお、上記の構成例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１７は、本実施形態の表示装置１の他の構成例を示す斜視図である。図示した構成例は、上記の構成例と比較して、表示部ＤＳＰの正面のみならず、側面側にも再帰反射体を備えた光学素子３１及び３２を備えた点で相違している。すなわち、光学素子２０は、上記の構成例で説明したように、表示部ＤＳＰと向かう位置に配置されている。光学素子３１は、光学素子２０の第１端部２０１及び第２端部２０２を繋ぐＳ字状の第３端部２０３に沿って配置されている。光学素子３２は、光学素子２０の第１端部２０１及び第２端部２０２を繋ぐＳ字状の第４端部２０４に沿って配置されている。
このような構成例によれば、表示部ＤＳＰから出射された表示光のうち、偏光素子１０で反射された反射光が光学素子２０から逸れた側方に到達しても、光学素子３１及び３２によって再帰反射されるため、偏光素子１０を透過した後に表示に寄与する。このため、表示に寄与する表示光の利用効率を向上させることができ、実像Ｉ１を高輝度化することができる。

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提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…表示装置 ＤＳＰ…表示部 ＰＮＬ…表示パネル ＲＢ…位相差板
１０…偏光素子 ＲＡ…位相差板
２０…光学素子 ２０Ａ…再帰反射面 ＣＣ…第１部分（凹部） ＣＶ…第２部分（凸部） ＣＮ…接続部 ２１…ベース、２２…金属薄膜 ２３…再帰反射体 ２４…カバー部材

Claims (7)

1. 表示光を出射する表示部と、
   前記表示部から出射された前記表示光が入射され、第１直線偏光を透過する透過軸を有し、前記透過軸に直交する第２直線偏光を反射する偏光素子と、
   前記偏光素子で反射された反射光を再帰反射する再帰反射体を備えた光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、湾曲形状であって、前記偏光素子の内面に対向し、前記偏光素子の内面に対して凹状の第１部分と、前記第１部分に接続され前記偏光素子の内面に対して凸状の第２部分と、を備えた、表示装置。
2. 前記第１部分は、前記第２部分よりも前記表示部と近接する側に位置している、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記光学素子は、前記偏光素子の内面と平行な第１方向に沿って第１端部及び第２端部を備え、
   前記第１端部は、前記第２端部よりも前記表示部と近接する側に位置し、
   前記第１端部から前記第２端部までの第１方向に沿った長さをＬとしたとき、前記第１端部から前記第１部分と前記第２部分との接続部までの第１方向に沿った長さは、Ｌ／２より長い、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記偏光素子の内面に垂直な方向を第２方向とし、前記第１端部から前記偏光素子までの第２方向に沿った第１距離は、前記第２端部から前記偏光素子までの第２方向に沿った第２距離よりも長く、
   前記接続部から前記偏光素子までの第２方向に沿った第３距離は、前記第１距離より短く、前記第２距離よりも長い、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記再帰反射体は、平面視で三角形状のエッジを備え、
   前記接続部は、前記エッジの一辺と平行な方向に延出している、請求項３または４に記載の表示装置。
6. 前記第１部分及び前記第２部分は、楕円面である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. さらに、透過光に位相差を付与する位相差板を備え、
   前記位相差板は、前記偏光素子の内面に沿って配置されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
   

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