JP6657852B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示物体に映像を重畳して表示可能な表示装置に関する。
近年、背面に位置する表示物体を透過して見ることが可能な透明液晶パネルを利用した表示装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
例えば、特許文献1に開示された展示装置は、観察側に透明液晶パネル、背面側に調光パネルを備え、調光パネルの任意の領域をセル単位で透過あるいは不透過とすることにより、展示物と透明液晶パネルの像情報を同時に観察する際に多彩な見せ方を可能としている。
特開2013−198563号公報
しかしながら、特許文献1に開示された展示装置では、展示物と透明液晶パネルの像情報を同時に見せたい場合に、展示物を照明する光源からの光で透明液晶パネルの像情報も照明することになる。そのため、その展示装置は、像情報を照明する光の明るさが不足し、展示物と透明液晶パネルの像情報を同時に明りょうに表示できないことがある。
そこで、本発明は、透明液晶パネルの背面に位置する表示物体と透明液晶パネル上に表示される映像の両方を同時に且つ明りょうに表示できる表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの形態として、表示装置が提供される。この表示装置は、背面側に配置された物体を正面側から視認可能であり、かつ、映像を表示可能な透明液晶パネルと、透明液晶パネルの正面側及び背面側の何れか一方に配置される第1の偏光子と、第1の光源と、透明液晶パネルの正面側及び背面側の他方に配置され、かつ、透明な部材で形成され、第1の光源からの光を透明液晶パネルへ向ける導光素子と、導光素子と透明液晶パネルの間、または導光素子と第1の光源の間に、物体を経由して導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される第2の偏光子と、透明液晶パネル上で映像が表示されている領域について、第1の光源から発して第2の偏光子を介して入射した光の少なくとも一部が第1の偏光子を透過できるように透明液晶パネルを制御する制御部とを有する。
この表示装置において、導光素子は透明液晶パネルの背面と物体の間に配置され、かつ、第1の光源からの光を透明液晶パネルへ向けて反射する複数のプリズムを有し、第2の偏光子は、導光素子と透明液晶パネルの間において、第1の光源から発し、複数のプリズムの何れかで反射された光が透過し、かつ、物体を経由して導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置されることが好ましい。
この場合において、複数のプリズムのそれぞれは、第1の光源に対して凹面状に形成される反射面を有することが好ましい。
あるいは、第1の光源は、複数の発光素子を有し、複数のプリズムのそれぞれは、複数の発光素子のそれぞれから発した光を、第2の偏光子の異なる位置へ向けて反射することが好ましい。
あるいはまた、この表示装置は、第2の偏光子と導光素子の間において、第1の光源から発し、複数のプリズムの何れかで反射された光を拡散させ、かつ、物体を経由して導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される拡散部材をさらに有することが好ましい。
この場合において、制御部は、第1の光源から発して導光素子を通った後に拡散部材により拡散された光のうち、第2の偏光子を透過した第1の方向への第1の光が透過する、透明液晶パネルの第1の画素群に、所定の被写体を第1の方向から見た像が表示されるよう、第1の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、一方、第1の光源から発して導光素子を通った後に拡散部材により拡散された光のうち、第2の偏光子を透過した第2の方向への第2の光が透過する、透明液晶パネルの第2の画素群に、所定の被写体を第2の方向から見た像が表示されるよう、第2の光の偏光面を回転させる電圧を印加することが好ましい。
あるいはまた、この表示装置において、第1の光源は、複数の発光素子を有し、かつ、導光素子は、第1の光源からの光を透明液晶パネルへ向けて反射する複数のプリズムを有し、制御部は、複数の発光素子のそれぞれから発し、複数のプリズムにより第1の方向へ向けて反射され、かつ、第2の偏光子を透過した第1の光が透過する、透明液晶パネルの第1の画素群に、所定の被写体を第1の方向から見た像が表示されるよう、第1の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、一方、複数の発光素子のそれぞれから発し、複数のプリズムにより第2の方向へ向けて反射され、かつ、第2の偏光子を透過した第2の光が透過する、透明液晶パネルの第2の画素群に、所定の被写体を第2の方向から見た像が表示されるよう、第2の光の偏光面を回転させる電圧を印加することが好ましい。
また、この表示装置において、第2の偏光子は導光素子と第1の光源の間に配置されることが好ましい。
さらにまた、この表示装置は、物体と導光素子の間に配置される第3の偏光子をさらに有することが好ましい。この場合において、第1の光源から発し、第2の偏光子を透過して透明液晶パネルに入射した光の偏光面と、物体を経由して第3の偏光子及び導光素子を透過して透明液晶パネルに入射した光の偏光面とが互いに直交するように、第2の偏光子の透過軸の方向と第3の偏光子の透過軸の方向が設定されることが好ましい。
本発明に係る表示装置は、透明液晶パネルの背面に位置する表示物体と透明液晶パネル上に表示される映像の両方を同時に且つ明りょうに表示できるという効果を奏する。
本発明の一つの実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 (a)は、正面側から見た、拡散面の部分拡大図である。(b)は、拡散面に形成される一つのプリズムの概略斜視図である。 (a)は、表示物体と透明液晶パネル上の映像を同時に見せる場合に、表示装置を正面から見た図であり、(b)は、対応する光の透過状態を示す図である。 変形例による、表示装置の概略側面図である。 (a)は、変形例による、プリズムの配置の一例を示す、導光板の拡散面の概略正面図であり、(b)は、一つのプリズムの概略斜視図であり、(c)は、一つのプリズムの概略正面図である。 変形例による、入射面側から見た、第1の光源からの光の経路を示す模式図である。 他の変形例による表示装置の概略側面図である。 さらに他の変形例による表示装置の側面断面図である。 さらに他の変形例による表示装置の概略側面図である。 (a)〜(c)は、それぞれ、偏光子が離散的に形成される変形例による表示装置の概略側面図である。 (a)及び(b)は、それぞれ、フロントライト型の導光板が使用される表示装置の概略側面図である。 上記の実施形態または変形例による表示装置を有する弾球遊技機を遊技者側から見た、その弾球遊技機の概略斜視図である。
以下、本発明の実施形態による表示装置を、図を参照しつつ説明する。この表示装置は、背面に位置する表示物体を透過して視認可能な透明液晶パネルを利用する。そしてこの表示装置は、表示物体を経由して導光板を透過する光と重ならないように配置された偏光子により、透明液晶パネル上に表示された映像を表示するためのバックライトの偏光方向と、表示物体を照明する光源からの光の偏光方向とを互いに直交させることで、透明液晶パネル上で画素ごとにバックライトからの光及び光源からの光の何れを透過させるかを制御して、映像と表示物体とを、同時に、かつ、明りょうに表示することを可能とする。
なお、以下では、説明の便宜上、観察者と対向する側を正面とし、その反対側を背面とする。
図1は、本発明の一つの実施形態に係る表示装置の概略構成図である。表示装置1は、透明液晶パネル2と、導光板3と、第1の光源4と、第2の光源5と、第1の偏光子6と、第2の偏光子7と、第3の偏光子8と、制御部9とを有する。
透明液晶パネル2の正面側には、第1の偏光子6が配置され、一方、透明液晶パネル2の背面側には導光板3が配置される。また、導光板3の入射面3aと対向するように第1の光源4が配置される。導光板3の背面側には、観察者に視認させる表示物体10が配置される。そして表示物体10を照明し、表示物体10で反射または散乱された光が導光板3及び透明液晶パネル2を透過するように、第2の光源5が配置される。また、第1の光源4と導光板3の間に第2の偏光子7が配置され、一方、表示物体10と導光板3の間に第3の偏光子8が配置される。
透明液晶パネル2は、映像を表示可能な表示領域を有し、第1の光源4から発して第の偏光子及び導光板3を通って入射する光の偏光面を制御部9からの映像信号に従って画素単位で制御することで、その映像信号に応じた映像を表示領域に表示する。例えば、透明液晶パネル2は、液晶分子が封入された液晶層と、液晶層を挟んで対向するように配置される、ITOなどで形成された2枚の透明電極と、液晶層及び透明電極を挟んで対向するように配置される、ガラスまたは透明樹脂といった透明な2枚の透明基板とを有する。さらに、液晶層と透明電極の間に、液晶分子の配向方向を規定するための配向膜が形成されてもよい。また透明電極のうちの一方は、映像信号に応じて画素単位で印加する電圧を調整可能なように、マトリクス状に形成される。さらに、透明液晶パネル2がカラーの映像を表示できるようにするために、一方の透明電極と透明基板との間に、画素単位の所定のパターンで配置されたカラーフィルタが設けられてもよい。
2枚の配向膜は、例えば、液晶層内の液晶分子を所定方向に配向させる。例えば、液晶層に含まれる液晶分子がツイストネマティック型に配列される場合、2枚の配向膜は、配向方向が互いに直交するように配置される。
導光板3は、導光素子の一例である。そして導光板3は、透明液晶パネル2の表示領域よりも大きい面積を持つシート状の部材であり、透明液晶パネル2の背面と対向するように配置される。
導光板3の側面の一面に、第1の光源4と対向する入射面3aが形成され、第1の光源4からの光は、第2の偏光子7を通った後、入射面3aから導光板3の内部に入射する。そして導光板3の内部を伝搬した光は、背面側に位置する拡散面3bにて全反射された後、透明液晶パネル2の背面と対向する出射面3cから出射して、透明液晶パネル2に入射する。なお、入射面3aは、第1の光源4から入射する光の指向性を高めるようコリメートレンズとして動作するように、第1の光源4へ向けて凸面状に形成されてもよい。
また、第2の光源5が点灯している場合、第2の光源5からの光は、表示物体10で反射または散乱され、第3の偏光子8を通った後、導光板3の拡散面3bから導光板3に入射し、そのまま導光板3を透過して、出射面3cから透明液晶パネル2へ向けて出射する。
本実施形態では、導光板3は、例えば、平板状のガラスの背面側に、拡散面3bを有する拡散シートを貼り付けることで作成される。そしてこの拡散シートは、例えば、可視光に対して透明な紫外線硬化樹脂により形成され、後述するように、導光板3内を伝搬する光を反射するための複数のプリズムを有するパターンが転写される。あるいは、導光板3は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーといった、可視光に対して透明な樹脂を成型することで形成される。その際、樹脂には、熱転写により、拡散面3bにおいて導光板3内を伝搬する光を反射するための複数のプリズムを有するパターンが形成され、その樹脂が、内部応力が生じないようにゆっくりと冷却することで導光板3は形成される。
このように導光板3を形成することで、導光板3自身が複屈折性を有することを防止できる。これにより、導光板3に入射した光の偏光面が導光板3内を伝搬又は透過する際に回転したり、直線偏光から楕円偏光に変わることを抑制できる。
図2(a)は、正面側から見た、拡散面3bの部分拡大図である。拡散面3bには、入射面3aから入射した光を反射して、出射面3c全体から均一に出射させ、かつ、透明液晶パネル2に対して略垂直に入射するように、複数のプリズム11が所定のピッチで千鳥足状に配置されている。なお、複数のプリズム11は、所定のピッチは格子状に配置されてもよい。なお、所定のピッチは、例えば、100μm程度に設定される。
図2(b)は、プリズム11の概略斜視図である。複数のプリズム11のそれぞれは、例えば、拡散面3bにおいて所定の長さを持つ略三角形状の溝として形成される。そして複数のプリズム11のそれぞれは、拡散面3bに対して所定の角度αをなし、かつ、第1の光源4と対向するように向けられた反射面11aを有する。なお、所定の角度αは、導光板3へ入射した第1の光源4からの光を全反射させて、出射面3cへ向ける角度、例えば、拡散面3bに対して37〜45°をなすように設定される。また所定の長さは、例えば、55μm程度であり、溝の幅は、例えば、27.5μm程度である。
なお、拡散面3bの面積に占める、プリズム11が形成された領域の面積の比である配置密度は、観察者が、導光板3の背後にある表示物体10を、透明な部材を介して、あるいは、何もない空間を介して視認していると感じられる配置密度の上限以下となることが好ましい。そこで、例えば、配置密度が30.0%以下となるように各プリズム11は配置されることが好ましい。
あるいは、導光板3について、全透過光に対する拡散光の割合を表すヘイズ値が、観察者が、導光板3の背後にある表示物体10を、透明な部材を介して、あるいは、何もない空間を介して視認していると感じられるヘイズ値の上限以下となることが好ましい。例えば、ヘイズ値が28%以下となるように各プリズム11は配置されることが好ましい。
第1の光源4は、例えば、白色発光ダイオードまたは蛍光灯といった発光素子を有し、その発光面が導光板3の入射面3aと対向するように配置される。例えば、第1の光源4は、その発光強度が最も強い方向が入射面3aに対して直交するように配置される。なお、第1の光源4は、複数の発光素子を有してもよい。この場合、複数の発光素子は、例えば、入射面3aの長手方向に沿って、透明液晶パネル2の表示領域の幅と略等しい範囲にわたって一列に並べて配置される。そして第1の光源4は、制御部9からの制御信号に応じて点灯または消灯する。例えば、透明液晶パネル2に映像を表示する場合には、第1の光源4は点灯される。一方、透明液晶パネル2に映像を表示しない場合には、第1の光源4は消灯されてもよい。また、第1の光源4が複数の発光素子を有し、かつ、透明液晶パネル2の一部に映像を表示させる場合には、その複数の発光素子のうち、その一部の照明に利用される発光素子のみが点灯されてもよい。あるいは、複数の発光素子は、互いに異なる発光色を有し、透明液晶パネル2に表示する映像の色に応じて、点灯する発光素子が制御されてもよい。
第2の光源5は、例えば、白色発光ダイオードまたは蛍光灯といった発光素子を有し、導光板3の背面側に配置された表示物体10を照明するように配置される。なお、表示物体10を特定の色の光源で照明したい場合には、その特定の色で発光するダイオードなどの発光素子が第2の光源5として利用されてもよい。なお、表示物体10が不透明な物体である場合、表示物体10で反射または散乱された光が導光板3へ入射するように、第2の光源5は、表示物体10よりも導光板3に近い位置に配置されることが好ましい。また、第2の光源5は、複数の発光素子を有してもよい。例えば、第2の光源5は、表示物体10の周囲を取り囲むように配置された複数の発光素子を有してもよい。さらに、第2の光源5自体が、透明液晶パネル2の表示領域を介して観察される表示物体10であってもよい。さらに、第2の光源5からの光が導光板3の入射面3aに直接入射しないように第2の光源5は配置されることが好ましい。そして第2の光源5は、第1の光源4と同様に、制御部9からの制御信号に応じて点灯または消灯する。例えば、観察者に表示物体10を視認させたくない場合には、第2の光源5は消灯される。一方、観察者に表示物体10を視認させる場合には、第2の光源5は点灯される。
また、変形例によれば、第2の光源5は省略されてもよい。この場合には、表示物体10は、太陽光など、表示装置1の外部からの環境光によって照明されてもよい。
第1の偏光子6〜第3の偏光子8は、それぞれ、特定方向の偏光面を持つ偏光成分を透過させる素子である。そして第1の偏光子6は、第1の偏光子6を通る光の偏光面と第1の偏光子6の透過軸とがなす角が小さくなるほど高くなる透過率でその光を透過させる。本実施形態では、第1の偏光子6は、透明液晶パネル2の正面側に、透明液晶パネル2の表示領域を覆うように配置される。したがって、制御部9からの映像信号に応じて、透明液晶パネル2は、画素単位で、第1の光源4からの光、または第2の光源5により照明された、表示物体10からの光のそれぞれの第1の偏光子6における透過率を調整できる。すなわち、第1の光源4から発し、第2の偏光子7及び導光板3を経由して透明液晶パネル2に入射した光の偏光面が、透明液晶パネル2の液晶層を透過する際に、その液晶層に印加された電圧に応じて回転することで、その光のうち、第1の偏光子6を透過する光量が変化する。同様に、第2の光源5から発し、表示物体10で反射または散乱された後、第3の偏光子8及び導光板3を経由して透明液晶パネル2に入射した光の偏光面が、透明液晶パネル2の液晶層を透過する際に、その液晶層に印加された電圧に応じて回転することで、その光のうち、第1の偏光子6を透過する光量が変化する。
第2の偏光子7は、第1の光源4と導光板3の入射面3aとの間に、入射面3aと略平行に配置される。また第2の偏光子7は、第1の光源4からの光が第2の偏光子7を経由せずに入射面3aに達することがない程度のサイズを有する。これにより、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過して導光板3に入射する光は直線偏光となる。また、第1の光源4と導光板3の入射面3aとの間に配置されることで、第2の偏光子7は小型化できる。
第3の偏光子8は、透明液晶パネル2の表示領域と同程度のサイズを持つシート状の部材であり、表示物体10と導光板3の背面(すなわち、拡散面3b)との間に、背面と略平行に配置される。これにより、第2の光源5から発し、表示物体10にて反射または散乱されてから第3の偏光子8を透過して導光板3に入射する光は直線偏光となる。
ただし、第2の偏光子7の透過軸と、第3の偏光子8の透過軸とは、第1の光源4から発し、第2の偏光子7及び導光板3を介して透明液晶パネル2に入射する直線偏光の偏光面と、第2の光源5から発し、表示物体10にて反射または散乱されてから第3の偏光子8及び導光板3を介して透明液晶パネル2に入射する直線偏光の偏光面とが互いに直交するように向けられる。例えば、第2の偏光子7の透過軸が拡散面3b及び出射面3cと略平行(図1における、紙面の法線方向)となるように、第2の偏光子7が配置され、一方、第3の偏光子8の透過軸が入射面3aと直交する方向(図1における、紙面と平行方向)となるように、第3の偏光子8は配置される。これにより、透明液晶パネル2は、第1の光源4からの光に対する透過率と、第2の光源5からの光に対する透過率を異ならせることができる。
制御部9は、例えば、プロセッサと、メモリ回路と、透明液晶パネル2の駆動回路と、各光源の駆動回路とを有する。そして制御部9は、上位の制御装置(図示せず)からの制御信号に応じて、透明液晶パネル2、第1の光源4及び第2の光源5を制御する。透明液晶パネル2の正面側に位置する観察者から表示物体10を見えなくする場合には、制御部9は、第2の光源5を消灯する。一方、観察者から表示物体10を見えるようにする場合には、制御部9は、第2の光源5を点灯する。また、透明液晶パネル2に映像を表示する場合には、制御部9は、第1の光源4を点灯する。一方、透明液晶パネル2に映像を表示しない場合には、制御部9は、第1の光源4を消灯してもよい。
また、制御部9は、透明液晶パネル2に表示させる映像と表示物体10とを観察者に同時に見せる場合には、第1の光源4及び第2の光源5を共に点灯させるとともに、透明液晶パネル2に印加する電圧を画素単位で調整する。そして制御部9は、映像が表示される領域に含まれる画素については、第1の光源4から発して第2の偏光子7及び導光板3を介して透明液晶パネル2に入射した光の少なくとも一部が、透明液晶パネル2を透過することで第1の偏光子6を透過できるように、印加する電圧を調整する。これにより、観察者は、透明液晶パネル2に表示された映像を見ることができる。なお、上述したように、第1の光源4からの光の偏光面と、第2の光源5からの光の偏光面とは、第2の偏光子7及び第3の偏光子8により、透明液晶パネル2に入射する際、互いに直交している。したがって、映像が表示される領域では、第1の光源4からの光に対する第1の偏光子6の透過率が高くなるほど、第2の光源5からの光に対する第1の偏光子6の透過率は低くなる。
一方、映像が表示される領域外の画素については、制御部9は、表示物体10から第2の偏光子及び導光板3を介して透明液晶パネル2に入射した光の偏光面が、透明液晶パネル2を透過することで、透明液晶パネル2の第1の偏光子6の透過軸と平行になるように、すなわち、その光が第1の偏光子6を透過するように、印加する電圧を調整する。これにより、第1の光源4から発して第2の偏光子7及び導光板3を介して透明液晶パネル2に入射した光の偏光面は、透明液晶パネル2を透過することで透明液晶パネル2の第1の偏光子6の透過軸と直交するので、その光は第1の偏光子6を透過しない。そのため、その画素については、第1の光源4からの光は、表示物体10の見え方に影響を与えない。そのため、第1の光源4が点灯していても、映像が表示される領域外では、表示物体10が見え難くなることはない。
図3(a)は、表示物体10と透明液晶パネル2上の映像を同時に見せる場合に、表示装置1を正面から見た図であり、図3(b)は、対応する光の透過状態を示す図である。図3(a)及び図3(b)に示されるように、透明液晶パネル2上の映像表示領域300では、第1の光源4からの光の少なくとも一部が第1の偏光子6を透過するように、各画素において印加される電圧が調節される。一方、映像表示領域300以外では、第2の光源5から発し、表示物体10で反射または散乱された光が第1の偏光子6を透過し、かつ、第1の光源4からの光が第1の偏光子6を透過しないように、各画素において印加される電圧が調節される。そのため、観察者は、透明液晶パネル2上の映像と表示物体10とを同時に、かつ、はっきりと視認することができる。
なお、透明液晶パネル2がカラー表示可能なパネルである場合、透明液晶パネル2上の映像表示領域では、第1の光源4からの光が透明液晶パネル2を透過することで、その映像の色となるように、映像表示領域内の各画素の電圧が調節される。この場合、透明液晶パネル2に映像を表示した状態で、第1の光源4を消灯すると、映像表示領域では、第2の光源5からの光によって、本来の映像の色に対する補色でその映像が表示されることになる。したがって、第1の光源4を消灯した状態で、透明液晶パネル2に映像も表示させる場合には、制御部9は、その映像の本来の色の補色となるように、映像表示領域に含まれる各画素に印加する電圧を調節すればよい。
以上に説明してきたように、この表示装置は、透明液晶パネル上に表示される映像を照明するための第1の光源からの光の偏光面と、透明液晶パネルの背面側に配置された表示物体からの光の偏光面とを直交させる。これにより、この表示装置は、透明液晶パネルにおいて、映像が表示される領域では、映像照明用の光を主として透過させ、一方、映像が表示される領域以外では、表示物体からの光を主として透過させることができる。そのため、この表示装置は、透明液晶パネルの正面側に位置する観察者に対して、透明液晶パネル上に表示される映像と、透明液晶パネルの背面側に配置された表示物体とを同時に、かつ、明りょうに見せることができる。
変形例によれば、導光板3の拡散面3bに設けられる各プリズムは、第1の光源4から発して導光板3内に入射した光を、導光板3と透明液晶パネル2の間の特定の小領域を通るように反射させるべく、形成されてもよい。この場合には、第1の光源4からの光の偏光方向を規定する第2の偏光子7は、導光板3と透明液晶パネル2の間において、第1の光源4からの光が透過し、かつ、第2の光源5から発して表示物体10により反射または散乱された光の少なくとも一部が重ならないように配置されてもよい。
図4は、この変形例による、表示装置41の概略側面図である。この変形例では、複数の第2の偏光子7が、導光板3の出射面3cと透明液晶パネル2の背面との間において、離散的に配置される。すなわち、導光板3の出射面3cと透明液晶パネル2の背面との間には、第2の偏光子7が設けられた小領域と、第2の偏光子7が設けられていないその他の領域とが、交互に位置する。また、第2の偏光子7のそれぞれの透過軸と、第3の偏光子8の透過軸とは、互いに直交するように、第2の偏光子7及び第3の偏光子8は配置される。また、第1の光源4からの光は、コリメートレンズ12を介して導光板3に入射する。以下では、上記の実施形態と異なる点について説明する。
第2の偏光子7が設けられた小領域の面積の合計は、透明液晶パネル2の表示領域の面積の半分以下となることが好ましい。これにより、第2の光源5から発し、表示物体10で反射または散乱された後に第3の偏光子8及び導光板3を透過した光が過度に第2の偏光子7に遮られることが防止され、正面側から見て表示物体10の明るさが不十分となることを抑制できる。
図5(a)は、この変形例による、プリズムの配置の一例を示す、導光板3の拡散面3bの概略正面図であり、図5(b)は、一つのプリズムの概略斜視図であり、図5(c)は、一つのプリズムの概略正面図である。
この例では、第1の光源4は複数の発光素子を有し、各発光素子からの光は、入射面3aと発光素子との間に設けられたコリメートレンズ12により、略平行光となって導光板3内に入射する。なお、コリメートレンズ12は、例えば、可視光に対して透明な樹脂を射出成型することにより形成される。また、コリメートレンズ12は、収差補正のために、コリメートレンズ12の光軸から離れるにつれて球面よりも曲率が弱くなる、非球面レンズとして形成されてもよい。
拡散面3bに形成される各プリズム13は、第1の光源4側に対して凹状の反射面13aを持つ、円弧状のプリズムとして形成される。そして各プリズム13は、例えば、拡散面3bと平行な面において、中心角が60°〜90°を持ち、第1の光源4からの光の入射方向に対して線対称となるように配置される。また、第1の光源4からの光の入射方向と直交する方向における幅は、例えば、600μmであり、拡散面3bからの高さは、例えば、20μmである。そして反射面13aの傾斜角αは、例えば、35°である。
各プリズム13が上記のように形成されることで、第1の光源4から発して導光板3内に入射した光は、何れかのプリズム13で反射されることで、プリズムごとに、導光板3と透明液晶パネル2の間で略一点に集光することとなる。そのため、プリズム13のそれぞれごとに、その集光点をカバーするように第2の偏光子7が配置される。
この変形例においても、透明液晶パネル2は、第1の光源4からの光と第2の光源5から発して表示物体10により反射または散乱された光とにより照明される。そのため、制御部9が、上記の実施形態と同様に、透明液晶パネル2上の映像表示領域内では、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過した光の少なくとも一部が第1の偏光子6を透過するよう、各画素に印加する電圧を調節し、一方、透明液晶パネル2上の映像表示領域外では、第2の光源5から発し、第3の偏光子8を透過した光の偏光面が第1の偏光子6の透過軸と略平行となるよう、各画素に印加する電圧を調節すればよい。これにより、この変形例による表示装置も、透明液晶パネル上の映像と表示物体とを同時に、かつ、明りょうに見せることができる。また、この変形例では、第1の光源4からの光は、導光板3を通った後に第2の偏光子7に入射するので、導光板3の複屈折性に関する条件が緩和されるので、導光板3の製造が容易となる。
また、上記の変形例において、各プリズム13に、第1の光源4が有する複数の発光素子からの光が入射するようにしてもよい。この場合には、各発光素子から導光板3に入射した光が拡がるように、コリメートレンズ12は省略されてもよい。さらに、拡散面3bには、プリズム13の代わりに、図2(b)に示されるような三角柱状のプリズム11が形成されてもよい。
図6は、この変形例による、入射面3a側から見た、第1の光源4からの光の経路を示す模式図である。この変形例では、各プリズム11と正対する発光素子からの光線601は、プリズム11にて、拡散面3bの法線方向へ向けて反射される。一方、各プリズム11よりも左側に位置する発光素子からの光線602は、プリズム11に対して左側から斜め入射するため、プリズム11にて、法線方向よりも右斜め方向へ向けて反射される。また、各プリズム11よりも右側に位置する発光素子からの光線603は、プリズム11に対して右側から斜め入射するため、プリズム11にて、法線方向よりも左斜め方向へ向けて反射される。その結果、一つの第2の偏光子7について、複数のプリズム11からの互いに異なる方向を向いた光が透過する。すなわち、第2の偏光子7を通り、かつ、透明液晶パネル2を照明する光の拡がり角を広くすることができる。そのため、透明液晶パネル2に表示される映像を視認できる角度を広くすることができる。
さらに他の変形例によれば、複数の第2の偏光子7のそれぞれについて、その第2の偏光子7と導光板3の出射面3cとの間に拡散シートが配置されてもよい。
図7は、この変形例による表示装置51の概略側面図である。この変形例では、図4に示された表示装置41と比較して、複数の第2の偏光子7のそれぞれについて、その第2の偏光子7と導光板3の出射面3cとの間に拡散シート14が配置されている点で異なる。
この変形例では、第1の光源4から発し、導光板3を経由した光は、拡散シート14で拡散された後に第2の偏光子7を透過する。そのため、この変形例による表示装置51は、第2の偏光子7を通り、かつ、透明液晶パネル2を照明する光の拡がり角を広くすることができる。そのため、表示装置51は、透明液晶パネル2に表示される映像を視認できる角度を広くすることができる。なお、この変形例では、それぞれの拡散シート14に入射する光は平行光でもよいので、導光板3の拡散面3bに形成されるプリズムは、図2(b)に示されるような三角柱状のプリズム11でもよい。なお、第2の光源5から発し、表示物体10で反射または散乱されて第3の偏光子8及び導光板3を透過した光が、その偏光面を維持したまま透明液晶パネル2に入射できるように、第2の偏光子7が設けられていないところには、拡散シート14は設けられない。
さらに他の変形例によれば、第1の光源4からの光を透明液晶パネル2へ向けるために、導光板の代わりにプリズムシートが用いられてもよい。
図8は、この変形例による表示装置61の概略側面図である。この変形例では、図1に示された表示装置1と比較して、透明液晶パネル2と第3の偏光子8との間に、導光板の代わりにプリズムシート31が設けられている点で異なる。そこで以下では、プリズムシート31及びその関連部分について説明する。
プリズムシート31は、導光素子の他の一例である。プリズムシート31は、透明液晶パネル2の表示領域と同程度のサイズを持つシート状の部材であり、例えば、可視光に対して透明な樹脂で形成される。そしてプリズムシート31の背面側には、第1の光源4からの光を透明液晶パネル2の方へ向ける複数のプリズム15が形成される。なお、上記の実施形態と同様に、プリズムシート31の面積に占める、プリズム15が形成された領域の面積の比である配置密度が30.0%以下となるか、あるいはヘイズ値が28%以下となるように各プリズム15は配置されることが好ましい。
この変形例では、第1の光源4からの光は、第2の偏光子7を透過した後、各プリズム15の第1の光源4と対向する側の面からプリズムシート31に入射する。そしてその光は、各プリズム15の第1の光源4と反対側の面にて、透明液晶パネル2の方へ向けて全反射される。また、第2の光源5から発し、表示物体10にて反射または散乱された光は、プリズムシート31のプリズム15が形成されていない部分を透過して、透明液晶パネル2に達する。そのため、この変形例による表示装置61も、上記の実施形態と同様に、表示物体10と透明液晶パネル2上に表示される映像とを、同時に、かつ、明りょうに観察者に見せることができる。
図9は、さらに他の変形例による表示装置71の概略側面図である。この変形例による表示装置71は、図8に示された表示装置61と比較して、第2の偏光子7が、プリズムシート31と透明液晶パネル2の背面との間において、プリズム15で反射された第1の光源4からの光の経路上に離散的に設けられる点で相違する。この場合も、第2の偏光子7の透過軸は、第3の偏光子8の透過軸とたがいに直交するように、第2の偏光子7及び第3の偏光子8は配置される。そのため、この変形例でも、制御部9は、透明液晶パネル2上に映像が表示される領域に含まれる各画素については第1の光源4からの光の少なくとも一部が第1の偏光子6を透過するように印加する電圧を調節し、一方、その領域以外では、第2の光源5からの光の偏光面が第1の偏光子6の透過軸と略平行となるように印加する電圧を調節する。これにより、この変形例による表示装置71も、表示物体10と透明液晶パネル2上の映像とを同時に、かつ、明りょうに、観察者に視認させることができる。
さらに、上記の実施形態または変形例のそれぞれにおいて、第3の偏光子8は省略されてもよい。この場合には、第2の光源5から発し、表示物体10にて反射または散乱された光の少なくとも一部は、第1の偏光子6しか通らず、透明液晶パネル2に印加する電圧を調節しても、その光に対する第1の偏光子6の透過率は変化しない。そのため、第2の光源5が点灯している間、表示物体10は常に観察者から視認可能となっている。一方、第1の光源4からの光は、透明液晶パネル2を挟んで配置される二つの偏光子(第2の偏光子7、第1の偏光子6)を透過するので、透明液晶パネル2に印加する電圧を調節することで、その光に対する第1の偏光子6の透過率は変化する。そこで、上記の実施形態または変形例と同様に、制御部9は、透明液晶パネル2上に映像を表示する領域に含まれる各画素については、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過した光の少なくとも一部が第1の偏光子6を透過するように印加する電圧を調節する。一方、制御部9は、映像を表示する領域外の各画素については、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過した光の偏光面が第1の偏光子6の透過軸と直交するように印加する電圧を調節する。これにより、この表示装置も、表示物体10と透明液晶パネル2上の映像とを同時に、かつ、明りょうに、観察者に視認させることができる。
さらに、第3の偏光子8が省略される変形例では、第1の光源4から発した光のみが第1の偏光子6を透過すればよい。そのため、第1の偏光子6も、透明液晶パネル2全体を覆う代わりに、離散的に形成されてもよい。
図10(a)〜図10(c)は、それぞれ、第1の偏光子6が離散的に形成される変形例による表示装置の概略側面図である。なお、図10(a)〜図10(c)では、簡単化のため、表示物体、制御部及び第2の光源の図示は省略されている。
図10(a)に示される例では、第2の偏光子7は、導光板3の出射面3cと透明液晶パネル2の背面との間に、透明液晶パネル2の表示領域全体を覆うように配置される。一方、第1の偏光子6は、第1の光源4から発し、導光板3の拡散面3bにて反射された光が通る領域だけに、離散的に形成される。
図10(b)に示される例では、図10(a)に示される例と比較して、第2の偏光子7が、第1の光源4と導光板3の入射面3aとの間に設けられる点で異なる。また、図10(c)に示される例では、図10(a)に示される例と比較して、第1の偏光子6だけでなく、第2の偏光子7も、第1の光源4から発し、導光板3の拡散面3bにて反射された光が通る領域だけに、離散的に形成される。
図10(a)〜図10(c)の何れに示される例による表示装置も、上記の実施形態または変形例による表示装置と同様に、透明液晶パネル2上に映像を表示する領域に含まれる各画素に印加される電圧と、その領域外の各画素に印加される電圧とを調節することで、表示物体と透明液晶パネル2上の映像とを同時に、かつ、明りょうに、観察者に視認させることができる。
さらに、図10(a)〜図10(c)のそれぞれに示される変形例において、導光板3の代わりに、図8に示されるプリズムシート31が用いられてもよい。
第3の偏光子8が省略される、さらに他の変形例によれば、上記の実施形態または変形例で用いられたバックライト型の導光板及びプリズムシートの代わりに、フロントライト型の導光板が用いられてもよい。
図11(a)及び図11(b)は、それぞれ、フロントライト型の導光板が使用される表示装置の概略側面図である。なお、図11(a)及び図11(b)では、簡単化のため、表示物体10、制御部9及び第2の光源5の図示は省略されている。
図11(a)に示される表示装置81では、フロントライト型の導光板32は、透明液晶パネル2の正面側に配置される。そして導光板32の側面には、第1の光源4と対向するように入射面32aが形成される。そして入射面32aから導光板32内に入射した、第1の光源4からの光は、導光板32内を伝搬し、導光板32の正面側に設けられた拡散面32bにて透明液晶パネル2へ向けて反射される。そのために、拡散面32bには、例えば、図2(a)及び図2(b)に示されるプリズム11と同様に、複数のプリズム16が格子状、あるいは千鳥足状に配置される。
また、導光板32の背面側には、複数のプリズム16の何れかで反射された、第1の光源4からの光が通る領域のそれぞれに、第2の偏光子7が離散的に配置される。また、透明液晶パネル2の背面側に、第1の光源4から発し、導光板32及び第2の偏光子7を経由した光が到達する位置に、第1の偏光子6が離散的に配置される。この例では、第1の偏光子6は、反射型の偏光子として動作するように、例えば、ワイヤーグリッドタイプまたは多層膜タイプの偏光子とすることができる。
この変形例では、制御部9は、透明液晶パネル2上に映像を表示する領域に含まれる各画素については、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過した光の少なくとも一部が第1の偏光子6で反射されるように印加する電圧を調節する。一方、制御部9は、映像を表示する領域外の各画素については、第1の光源4から発し、第2の偏光子7を透過した光の偏光面が第1の偏光子6の透過軸と平行となるように印加する電圧を調節する。これにより、映像が表示された領域では、第1の光源4から発した光の少なくとも一部が、第2の偏光子7及び透明液晶パネル2を経由することで、第1の偏光子6により反射される。そのため、その光は、透明液晶パネル2及び導光板32を通って導光板32の正面側から出射するので、観察者は、その映像を視認できる。また、映像が表示される領域外では、第1の光源4からの光は、第1の偏光子6で反射されないので、表示物体10を視認する際に影響を与えない。一方、第2の光源5から発し、透明液晶パネル2の背面側に配置される表示物体10にて反射または散乱された光は、透明液晶パネル2に印加される電圧にかかわらず、透明液晶パネル2及び導光板32を通って導光板32の正面側から出射するので、観察者は、表示物体を視認できる。したがって、この表示装置81も、表示物体と透明液晶パネル2上の映像とを同時に、かつ、明りょうに、観察者に視認させることができる。
図11(b)に示される表示装置82では、図11(a)に示される表示装置81と比較して、第2の偏光子7が、入射面32aと第1の光源4との間に配置される点で異なる。しかし、この表示装置82も、第1の光源4からの光は、第2の偏光子7及び第1の偏光子6を経由するので、上記と同様に透明液晶パネル2に印加する電圧を調節することで、表示物体と透明液晶パネル2上の映像とを同時に、かつ、明りょうに、観察者に視認させることができる。
さらに、図4または図6に示されるように、第1の光源4から発した光を、複数の互いに異なる方向へ向けて透明液晶パネル2を透過させる表示装置では、透明液晶パネル2の画素ごとに、その画素を通る第1の光源4から発した光の方向に応じて、同一の被写体を異なる方向から見た映像を表示させてもよい。例えば、観察者が所定の位置にいると想定される場合において、制御部は、第1の方向の光が通る画素群について、被写体を第1の方向から見た映像を表示させるよう、第1の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、第2の方向の光が通る画素群について、被写体を第2の方向から見た映像を表示させるよう、第2の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加する。これにより、表示装置は、立体的に見える映像を、表示物体に重畳させることができる。
さらに、図1〜図3(b)に示される実施形態、あるいは、図10(a)及び図10(b)に示される変形例についても、図6に示される変形例と同様に、各プリズム11に対して、第1の光源4が有する複数の発光素子からの光が入射するように、各発光素子からの光が拡がりながら導光板3に入射するように各発光素子が配置されてもよい。この場合も、表示装置1は、第1の光源4から発した光を、複数の互いに異なる方向へ向けて透明液晶パネル2を透過させることができる。そのため、制御部9が、第1の方向の光が通る画素群について、被写体を第1の方向から見た映像を表示させるよう、第1の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、第2の方向の光が通る画素群について、被写体を第2の方向から見た映像を表示させるよう、第2の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加することで、表示装置1は、立体的に見える映像を、表示物体10に重畳させることができる。
さらにまた、図7に示される変形例についても、個々の拡散シート14及び第2の偏光子7の組み合わせごとに、液晶パネル2上で、その組み合わせを通って拡散される第1の光源4からの光のうちの第1の方向の光が通る画素と第2の方向の光が通る画素が設けられればよい。この場合も、制御部9が、第1の方向の光が通る画素群について、被写体を第1の方向から見た映像を表示させるよう、第1の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、第2の方向の光が通る画素群について、被写体を第2の方向から見た映像を表示させるよう、第2の方向の光の偏光面を回転させる電圧を印加することで、表示装置51は、立体的に見える映像を、表示物体10に重畳させることができる。
上記の実施形態または変形例による表示装置は、弾球遊技機または回胴遊技機といった遊技機に搭載されてもよい。
図12は、上記の実施形態または変形例による表示装置を有する弾球遊技機を遊技者側から見た、その弾球遊技機の概略斜視図である。備えた弾球遊技機100の概略斜視図である。図12に示すように、弾球遊技機100は、上部から中央部の大部分の領域に設けられ、遊技機本体である遊技盤101と、遊技盤101の下方に配設された球受け部102と、ハンドルを備えた操作部103と、遊技盤101の略中央に設けられた表示装置104とを有する。
また弾球遊技機100は、遊技の演出のために、遊技盤101の前面において遊技盤101の下方に配置された固定役物部105と、遊技盤101と固定役物部105との間に配置された可動役物部106とを有する。また遊技盤101の側方にはレール107が配設されている。また遊技盤101上には多数の障害釘(図示せず)及び少なくとも一つの入賞装置108が設けられている。
操作部103は、遊技者の操作によるハンドルの回動量に応じて図示しない発射装置より所定の力で遊技球を発射する。発射された遊技球は、レール107に沿って上方へ移動し、多数の障害釘の間を落下する。そして遊技球が何れかの入賞装置108に入ったことを、図示しないセンサにより検知すると、遊技盤101の背面に設けられた主制御回路(図示せず)は、遊技球が入った入賞装置108に応じた所定個の遊技球を玉払い出し装置(図示せず)を介して球受け部102へ払い出す。さらに主制御回路は、遊技盤101の背面に設けられた演出用CPU(図示せず)を介して表示装置104を駆動する。
表示装置104は、上記の実施形態または変形例による表示装置の一例であり、透明液晶パネルの正面側が遊技者へ向くように遊技盤101に取り付けられる。そして表示装置104の制御部は、遊技の状態に応じた、演出用CPUからの制御信号に応じて、表示装置104の背後に配置された表示物体(図示せず)を遊技者が視認できるようにしたり、あるいは、表示物体とともに、透明液晶パネル上に遊技状態に応じた映像を表示させる。
このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
1、41、51、61、71、81、82 表示装置
2 液晶パネル
3、32 導光板
31 プリズムシート
3a、32a 入射面
3b、32b 拡散面
3c 出射面
4 第1の光源
5 第2の光源
6 第1の偏光子
7 第2の偏光子
8 第3の偏光子
9 制御部
11、13、15、16 プリズム
12 コリメートレンズ
14 拡散シート
10 表示物体
100 弾球遊技機
101 遊技盤
102 球受け部
103 操作部
104 表示装置
105 固定役物部
106 可動役物部
107 レール
108 入賞装置

Claims (8)

  1. 背面側に配置された物体を正面側から視認可能であり、かつ、映像を表示可能な透明液晶パネルと、
    前記透明液晶パネルの正面側に配置される第1の偏光子と、
    第1の光源と、
    前記透明液晶パネルの背側かつ前記第1の光源よりも正面側に配置され、かつ、透明な部材で形成され、背面側から入射する前記第1の光源からの光を屈折して前記透明液晶パネルへ向ける複数のプリズムを有するプリズムシートと、
    プリズムシートと前記第1の光源の間に、前記物体を経由して前記プリズムシートを透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される第2の偏光子と、
    前記プリズムシートの背面側において前記プリズムシートと前記物体との間に配置される第3の偏光子と、
    前記透明液晶パネル上で映像が表示されている領域について、前記第1の光源から発して前記第2の偏光子を介して入射した光の少なくとも一部が前記第1の偏光子を透過できるように前記透明液晶パネルを制御する制御部と、
    を有し、
    前記第1の光源から発して前記第2の偏光子及び前記プリズムシートを透過して前記透明液晶パネルへ入射する光の偏光面と、前記物体を経由して前記第3の偏光子及び前記プリズムシートを透過して前記透明液晶パネルへ入射する光の偏光面とが互いに直交するように前記第2の偏光子の透過軸の方向及び前記第3の偏光子の透過軸の方向が設定されることを特徴とする表示装置。
  2. 背面側に配置された物体を正面側から視認可能であり、かつ、映像を表示可能な透明液晶パネルと、
    前記透明液晶パネルの正面側に配置される第1の偏光子と、
    第1の光源と、
    前記透明液晶パネルの背面と前記物体の間に配置され、かつ、透明な部材で形成され、前記第1の光源からの光を前記透明液晶パネルへ向けて反射する複数のプリズムを有する導光素子と、
    前記導光素子と前記透明液晶パネルの間において、前記第1の光源から発し、前記複数のプリズムの何れかで反射された光が透過し、かつ、前記物体を経由して前記導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される第2の偏光子と、
    前記透明液晶パネル上で映像が表示されている領域について、前記第1の光源から発して前記第2の偏光子を介して入射した光の少なくとも一部が前記第1の偏光子を透過できるように前記透明液晶パネルを制御する制御部と、
    を有することを特徴とする表示装置。
  3. 前記複数のプリズムのそれぞれは、前記第1の光源に対して凹面状に形成される反射面を有する、請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第1の光源は、複数の発光素子を有し、
    前記複数のプリズムのそれぞれは、前記複数の発光素子のそれぞれから発した光を、前記第2の偏光子の互いに異なる位置へ向けて反射する、請求項2に記載の表示装置。
  5. 前記第2の偏光子と前記導光素子の間において、前記第1の光源から発し、前記複数のプリズムの何れかで反射された光を拡散させ、かつ、前記物体を経由して前記導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される拡散部材をさらに有する、請求項2に記載の表示装置。
  6. 前記制御部は、前記第1の光源から発して前記導光素子を通った後に前記拡散部材により拡散された光のうち、前記第2の偏光子を透過した第1の方向への第1の光が透過する、前記透明液晶パネルの第1の画素群に、所定の被写体を前記第1の方向から見た像が表示されるよう、当該第1の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、一方、前記第1の光源から発して前記導光素子を通った後に前記拡散部材により拡散された光のうち、前記第2の偏光子を透過した第2の方向への第2の光が透過する、前記透明液晶パネルの第2の画素群に、前記所定の被写体を前記第2の方向から見た像が表示されるよう、当該第2の光の偏光面を回転させる電圧を印加する、請求項5に記載の表示装置。
  7. 背面側に配置された物体を正面側から視認可能であり、かつ、映像を表示可能な透明液晶パネルと、
    前記透明液晶パネルの正面側及び背面側の何れか一方に配置される第1の偏光子と、
    第1の光源と、
    前記透明液晶パネルの正面側及び背面側の他方に配置され、かつ、透明な部材で形成され、前記第1の光源からの光を前記透明液晶パネルへ向ける導光素子と、
    前記導光素子と前記透明液晶パネルの間、または前記導光素子と前記第1の光源の間に、前記物体を経由して前記導光素子を透過した光の少なくとも一部と重ならないように配置される第2の偏光子と、
    前記透明液晶パネル上で映像が表示されている領域について、前記第1の光源から発して前記第2の偏光子を介して入射した光の少なくとも一部が前記第1の偏光子を透過できるように前記透明液晶パネルを制御する制御部と、
    を有し、
    前記第1の光源は、複数の発光素子を有し、かつ、前記導光素子は、前記第1の光源からの光を前記透明液晶パネルへ向けて反射する複数のプリズムを有し、
    前記制御部は、前記複数の発光素子のそれぞれから発し、前記複数のプリズムにより第1の方向へ向けて反射され、かつ、前記第2の偏光子を透過した第1の光が透過する、前記透明液晶パネルの第1の画素群に、所定の被写体を前記第1の方向から見た像が表示されるよう、当該第1の光の偏光面を回転させる電圧を印加し、一方、前記複数の発光素子のそれぞれから発し、前記複数のプリズムにより第2の方向へ向けて反射され、かつ、前記第2の偏光子を透過した第2の光が透過する、前記透明液晶パネルの第2の画素群に、前記所定の被写体を前記第2の方向から見た像が表示されるよう、当該第2の光の偏光面を回転させる電圧を印加することを特徴とする表示装置。
  8. 前記物体と前記導光素子の間に配置される第3の偏光子をさらに有し、
    前記第1の光源から発し、前記第2の偏光子を透過して前記透明液晶パネルに入射した光の偏光面と、前記物体を経由して前記第3の偏光子及び前記導光素子を透過して前記透明液晶パネルに入射した光の偏光面とが互いに直交するように、前記第2の偏光子の透過軸の方向と前記第3の偏光子の透過軸の方向が設定される、請求項2〜の何れか一項に記載の表示装置。
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