JPWO2015053023A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

導光板から射出される光のうち、表示面側に射出される光だけでなく、背面側に射出された光も有効利用することにより、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができるシースルータイプの画像表示装置を提供することを目的とする。シースルータイプの画像表示装置において、第１反射型偏光板（５１）と第２反射型偏光板（５２）は、導光板（２０）を挟むように配置されている。これにより、導光板（２０）から表示面側に射出されたＰ偏光を第１反射型偏光板（５１）によって導光板（２０）に戻して再利用するだけでなく、背面側に射出されたＰ偏光も第２反射型偏光板（５２）によって導光板（２０）に戻して再利用する。このように、導光板（２０）から背面側に射出された光も再利用するので、導光板（２０）から射出される光の利用効率を向上させることができる。

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、背景が透けて見えるシースルータイプの画像表示装置に関する。

近年、画像を表示するだけではなく、背面側に置かれている物体が表示面側から透けて見えるディスプレイ（以下、「透明ディスプレイ」という場合がある）を備えたシースルータイプの画像表示装置の開発が活発に進められている。

例えば、特許文献１には、従来のシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイの構成が記載されている。図２１は、特許文献１に記載されたシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイ６０の構成を示す図である。図２１に示すように、ディスプレイ６０では、表示面側から背面側に向かって、回折光学素子６６、位相差フィルム６５、液晶パネル６４、回折光学素子６３、偏光変換フィルム６２、および端部に光源６７が取り付けられた導光板６１がこの順に配置されている。

図２２は、ディスプレイ６０において、光の透過／吸収を示す図である。液晶パネル６４には、画像信号に応じた信号電圧が印加されているオン状態の画素６４ａと信号電圧が印加されていないオフ状態の画素６４ｂとが含まれている。導光板６１の端部には、蛍光ランプなどからなる光源（図示しない）が取り付けられている。図２２に示すように、導光板６１は光源が発した光をバックライト光として表示面側および背面側に射出する。導光板６１と液晶パネル６４との間に配置された偏光変換フィルム６２は、バックライト光に含まれるＰ偏光およびＳ偏光のうち、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射するフィルムである。反射されたＰ偏光は導光板６１に戻され、直線偏光から変化した楕円偏光として再び射出される。導光板６１から射出された楕円偏光が再び偏光変換フィルム６２に入射すると、楕円偏光に含まれるＳ偏光が偏光変換フィルム６２を透過する。このように、導光板６１から射出されたＳ偏光だけでなく、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返すことにより、Ｐ偏光から変換されたＳ偏光も偏光変換フィルム６２を透過する。

偏光変換フィルム６２を透過したＳ偏光は回折光学素子６３を透過して液晶パネル６４の各画素に入射する。Ｓ偏光は、オン状態の画素６４ａでは、偏光状態を変換されることなく通過し、オフ状態の画素６４ｂではＰ偏光に変換されて通過する。液晶パネル６４を透過したＰ偏光およびＳ偏光は、位相差フィルム６５を透過し、回折光学素子６６に入射する。回折光学素子６６は、Ｓ偏光を回折させることなく直進させ、Ｐ偏光を回折させて紙面の斜め上方に進ませる。このため、表示面側にいる視聴者はＳ偏光のみを視認することができる。

このようなディスプレイ６０では、導光板６１から射出されたＳ偏光だけでなく、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返すことによってＰ偏光から変換されたＳ偏光も利用されるので、光の利用効率が向上する。また、ディスプレイ６０は、背面側から入射した光を表示面側に透過させることができる透明ディスプレイとしても機能するので、表示面側にいる視聴者は、ディスプレイ６０の背面側の物体や風景を液晶パネル６４のオン状態の画素６４ａを通して視認することができる。

日本の特開２００１−８３４５８号公報

特許文献１に記載のディスプレイ６０を備えたシースルータイプの画像表示装置は、導光板６１から表示面側に射出されたバックライト光に含まれるＰ偏光を、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返してＳ偏光に変換することにより、バックライト光の利用効率を向上させている。しかし、この画像表示装置は、導光板６１から射出されたバックライト光のうち、背面側に射出された光を全く利用していない。

そこで、本発明は、導光板から射出される光のうち、表示面側に射出される光だけでなく、背面側に射出された光も有効利用することにより、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができるシースルータイプの画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、画像信号に基づく画像を表示し、または透明ディスプレイとして機能するディスプレイを備えた画像表示装置であって、
前記ディスプレイは、
第１および第２偏光を含む光を射出する光源と、
前記光源が端部に取り付けられ、前記光源からの光を前記ディスプレイの表示面側および背面側に向けて射出する導光板と、
前記導光板を挟むように背面側に配置された第１反射型偏光板および表示面側に配置された第２反射型偏光板と、
外部から与えられた第１画像信号に基づく画像を表示可能であって、前記第２反射型偏光板よりも表示面側に設けられ、複数の画素を含む第１液晶パネルとを備え、
前記第１反射型偏光板と前記第２反射型偏光板は、前記第１偏光を透過する第１位相の偏光板であることを特徴とする。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記ディスプレイは、
前記第１液晶パネルを挟むように背面側および表示面側にそれぞれ配置された第１吸収型偏光板および第２吸収型偏光板とをさらに備え、
前記第１吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、前記第２吸収型偏光板は前記第２偏光を透過する第２位相の偏光板であり、
前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられたとき、前記第１液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第１画像信号に基づく画像を表示し、
前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられないとき、前記第１液晶パネルの画素は偏光変換状態になり、背面側から入射する光を表示面側に到達させることを特徴とする。

本発明の第３の局面は、本発明の第２の局面において、
前記ディスプレイは、前記第１反射型偏光板の背面側に配置された第３吸収型偏光板をさらに備え、前記第３吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であることを特徴とする。

本発明の第４の局面は、本発明の第２の局面において、
前記第１液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする。

本発明の第５の局面は、本発明の第２の局面において、
前記第１液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする。

本発明の第６の局面は、本発明の第２の局面において、
前記第１液晶パネルの表面にカラーフィルタが貼り付けられていることを特徴とする。

本発明の第７の局面は、本発明の第２の局面において、
前記ディスプレイは、
前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を含む第２液晶パネルと、
前記第２液晶パネルを挟むように前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３吸収型偏光板および前記第２液晶パネルの表示面側に配置された第４吸収型偏光板をさらに備え、
前記第３吸収型偏光板および前記第４吸収型偏光板は、前記第１位相の偏光板であり、
前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示することを特徴とする。

本発明の第８の局面は、本発明の第２の局面において、
前記ディスプレイは、
前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を有する第２液晶パネルと、
前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３反射型偏光板とをさらに備え、
前記第３反射型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、
前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示し、
前記第２液晶パネルの画素が偏光非変換状態で、かつ前記第１液晶パネルの画素が偏光変換状態のときに、背面側から入射する光が、前記第２液晶パネルの画素および前記第１液晶パネルの画素を順に通過して表示面側に到達させることを特徴とする。

本発明の第９の局面は、本発明の第７または第８の局面において、
前記第２液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする。

本発明の第１０の局面は、本発明の第７または第８の局面において、
前記第２液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする。

本発明の第１１の局面は、本発明の第１の局面において、
前記光源は複数の色の光を時分割で順に発光することを特徴とする。

本発明の第１２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記導光板は、ヘイズが２〜３％になるように調整されていることを特徴とする。

本発明の第１３の局面は、本発明の第１２の局面において、
前記導光板のヘイズは、前記導光板に大きさが略２０μｍ〜３００μｍの透明な粒子を前記導光板の製造時に混入することによって調整されていることを特徴とする。

本発明の第１の局面によれば、第１反射型偏光板と第２反射型偏光板は、導光板を挟むように配置されている。これにより、導光板から表示面側に射出された第２偏光を第１反射型偏光板によって導光板に戻して再利用するだけでなく、背面側に射出された第２偏光も第２反射型偏光板によって導光板に戻して再利用する。このように、導光板から表示面側に射出された光だけでなく、背面側に射出された光も利用するので、導光板から射出される光の利用効率を向上させることができる。また、導光板は、第１または第２反射型偏光板で反射されて戻された第２偏光から、第１偏光および第２偏光を生成して再び射出するので、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

本発明の第２の局面によれば、第１液晶パネルの偏光非変換状態の画素は、入射した第１偏光の偏光状態を変えることなく通過させる。第１液晶パネルを通過した第１偏光は第２吸収型偏光板に吸収されるので、偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になる。一方、偏光変換状態の画素は、入射した第１偏光を第２偏光に変換する。この第２偏光は第２吸収型偏光板を透過するので、偏光変換状態に対応する画面は第２表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。一方、第１液晶パネルのすべての画素が偏光変換状態のときには、ディスプレイの背面側の光が偏光変換状態の画素を通過して表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して表示面側から背面側の視認を視認できる。

本発明の第３の局面によれば、導光板から第２吸収型偏光板までのディスプレイの構成は、第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じであるので、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。一方、第１液晶パネルのすべての画素が偏光変換状態のときには、ディスプレイの背面側から入射した光が表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して表示面側から背面側の状態を視認できる。同時に、ディスプレイの表示面側から入射した光が背面側に透過するので、背面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して背面側から表示面側の状態を視認できる。

本発明の第４の局面によれば、第１液晶パネルの偏光変換状態の画素は、第１偏光の偏光状態を、第１偏光と第２偏光との間の所定の偏光状態に変化させて射出するので、第１液晶パネルに表示される画像は階調表示される。

本発明の第５の局面によれば、ノーマリホワイト型の第１液晶パネルにおいて、画素を偏光変換状態にすることにより対応する画面を第２表示状態にするためには、画素をオフ状態にすればよいので、第１液晶パネルの制御が容易になる。

本発明の第６の局面によれば、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第１液晶パネルを通して背面側の状態をカラーで表示したりできる。

本発明の第７の局面によれば、第１反射偏光板から表示面側の第２吸収型偏光板までの構成、および、第２反射偏光板から背面側の第３吸収型偏光板までの構成は、それぞれ第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じである。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認することができ、背面側にいる視聴者は、第２画像信号に基づくモノクロの画像を視認することができる。また、導光板から表示面側および背面側に射出された光は、第１液晶パネルおよび第２液晶パネルをそれぞれ透過する光として利用されるので、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

本発明の第８の局面によれば、導光板から第２吸収型偏光板までのディスプレイの構成は、第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じである。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。また、導光板から背面側に射出された光のうち第１偏光が、第２画像信号を与えられた第２液晶パネル、および第３反射型偏光板を透過して背面側に到達する。このとき、第３反射型偏光板は、背面側から入射する光を反射するのでミラー面にもなっている。そこで、背面側にいる視聴者は、背景を映す鏡に表示された第２画像信号に基づく画像を視認できる。一方、第１液晶パネルの画素が偏光変換状態の画素で、かつ第２液晶パネルの画素が偏光非変換状態の画素であるときには、背面側から入射した第１偏光が、第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素、および第１液晶パネルの偏向変換状態の画素を順に通過して表示面側に透過する。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１および第２液晶パネルを通して表示面側から背面側の状態を視認できる。

本発明の第９の局面によれば、第２液晶パネルの偏光変換状態の画素は、第１偏光の偏光状態を、第１偏光と第２偏光との間の所定の偏光状態に変化させて射出するので、第２液晶パネルに表示される画像は階調表示される。

本発明の第１０の局面によれば、ノーマリホワイト型の第２液晶パネルにおいて、画素を偏光変換状態にすることにより対応する画面を第２表示状態にするためには、画素をオフ状態にすればよいので、第２液晶パネルの制御が容易になる。

本発明の第１１の局面によれば、光源が発する光の色を時分割で変えることにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第１液晶パネルを通して背面側の状態をカラー画像として視認したりでき、背面側にいる視聴者は、第２画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第２液晶パネルを通して表示面側の状態をカラー画像として視認したりできるだけでなく、カラーフィルタを使用する場合に比べて、これらの画像を高い輝度で表示できる。

本発明の第１２の局面によれば、導光板のヘイズを調整することにより、導光板内で拡散反射が起こりやすくなる。これにより、導光板は第１および第２反射型偏光板のいずれかで反射された第２偏光から第１および第２偏光を生成しやすくなる。このため、導光板から射出される光の利用効率を向上させることができる。

本発明の第１３の局面によれば、略２０μｍ〜３００μｍの透明な粒子を製造時に混入した導光板を用いたディスプレイは、他の方法で製造された導光板を用いたディスプレイと比較して、より品位の高い画像を表示することができる。

基礎検討で使用したディスプレイの構成を示す図である。 図１に示すディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図１に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。 図１に示すディスプレイを備えた画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。 拡散反射を起こしやすい導光板の断面図であり、より詳しくは、（Ａ）は、ヘイズを制御した導光板の断面図であり、（Ｂ）は両面にドットが印刷された導光板の断面図であり、（Ｃ）は両面にくさび形が形成された導光板の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、ディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときに、背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときに、表示面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図１３に示すディスプレイにおいて、第１および第２液晶パネルに第１および第２画像信号がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図１５に示すディスプレイにおいて、第１および第２液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図１５に示すディスプレイにおいて、第１液晶パネルのすべての画素をオフ状態にし、第２液晶パネルのすべての画素をオン状態にしたときに、ディスプレイの背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイの第１の変形例であるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいて、液晶パネルに与えられた画像信号に基づいて階調表示が行われているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいてノーマリブラック型の液晶パネルを使用したときの光の吸収／透過を示す図である。 特許文献１に記載されたシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイの構成を示す図である。 図２１に示すディスプレイにおいて光の透過／吸収を示す図である。

＜１．基礎検討＞
本発明の各実施形態に係る画像表示装置を説明する前に、上記課題を解決すべく発明者が事前に行った基礎検討について説明する。

＜１．１ ディスプレイの構成＞
図１は、基礎検討で使用したディスプレイ１０の構成を示す図である。図１に示すように、ディスプレイ１０では、表示面側から背面側に向かって、第２吸収型偏光板４２、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１、第１吸収型偏光板４１、および導光板２０がこの順に配置されている。

液晶パネル３１は、ノーマリホワイト型のパネルであるため、液晶パネル３１に含まれる画素は、オフ状態（信号電圧が書き込まれていない状態または０Ｖの信号電圧が書き込まれている状態）のときに透明になり、書き込まれる信号電圧が高くなるのに伴って光の透過率が低下し黒くなる。液晶パネル３１の背面側の表面には第１吸収型偏光板４１が貼り付けられており、表示面側の表面には、第１吸収型偏光板４１とは逆位相の第２吸収型偏光板４２が貼り付けられている。すなわち、第１吸収型偏光板４１はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する偏光板であり、第２吸収型偏光板４２は逆にＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収する偏光板である。なお、本明細書では、Ｐ偏光およびＳ偏光のうちいずれか一方を第１偏光といい、他方を第２偏光ということがある。また、第１偏光を透過し、第２偏光を吸収する偏光板を「第１位相の偏光板」といい、逆に「第２偏光」を透過し、「第１偏光」を吸収する偏光板を「第２位相の偏光板」ということがある。

さらに、第１吸収型偏光板４１の背面側に配置された導光板２０は、例えばアクリル、ポリカーボネートなどの透明な樹脂からなり、導光板２０の端部には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Device）などからなる光源２５が取り付けられている。このため、光源２５が発するＰ偏光とＳ偏光を含む光は、導光板２０の内部を全反射しながら進み、導光板２０の表示面側および背面側の平面からディスプレイ１０の表示面側および背面側に向かって射出される。

＜１．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図２は、基礎検討で使用したディスプレイ１０において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図２の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図２の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。なお、本明細書では、画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が書き込まれた画素をオン状態の画素といい、０Ｖが書き込まれた画素をオフ状態の画素という。

まず、図２の上図を参照して、オン状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。光源２５が点灯することによって導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光が第１吸収型偏光板４１に入射すると、Ｓ偏光は第１吸収型偏光板４１に吸収され、Ｐ偏光は第１吸収型偏光板４１を透過して、液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１のオン状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射したＰ偏光は第２吸収型偏光板４２に吸収される。この場合、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも表示面側に到達できないので、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図２の下図を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。このとき、導光板２０から光が射出され、液晶パネル３１の画素にオフ状態になっている。図２の上図の場合と同様にして、この液晶パネル３１のオフ状態の画素に、導光板２０から射出された光のうちＰ偏光が入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過する。その結果、導光板２０から射出されたＰ偏光はＳ偏光に変換されて表示面側に到達するので、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、画像信号ＤＶ１を液晶パネル３１の画素にそれぞれ与えることにより、液晶パネル３１の複数の画素のうち、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

上記のように、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１では、オン状態の画素は入射する光の偏光状態を変えることなく通過させ、オフ状態の画素は入射する光の偏光状態を変換して通過させる。このため、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１において、オン状態の画素を「偏光非変換状態の画素」といい、オフ状態の画素を「偏光変換状態の画素」ということがある。また、オン状態の画素に対応する画面の黒表示状態を「第１表示状態」といい、オフ状態の画素に対応する画面の白表示状態を「第２表示状態」ということがある。

＜１．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図３は、基礎検討で使用したディスプレイ１０において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。この場合、ディスプレイ１０は透明ディスプレイとして機能する。

図３に示すように、液晶パネル３１に画像信号が与えられないので、液晶パネル３１のすべての画素はオフ状態である。このとき、光源２５を点灯しているので、導光板２０から射出された光だけでなく、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このため、表示面側にいる視聴者は、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光だけでなく、導光板２０から射出された光も視認することになる。このとき、図３に示すように、光源２５が点灯されているので、導光板２０からも光が射出されている。しかし、この光の透過／吸収は図２の下図に示す場合と同様であるので、図３ではその記載を省略する。

図３を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｐ偏光は、導光板２０および第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１に入射する。また、Ｓ偏光は導光板２０でＰ偏光とＳ偏光に変換され、そのうちＰ偏光のみが第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１に入射する。第１吸収型偏光板４１を透過したＰ偏光は、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、画面は白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。

これにより、液晶パネル３１のすべての画素に対応する画面が白表示状態になるので、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。

なお、上記説明では、光源２５を点灯した場合に、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図３において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜１．４ 画像表示装置の構成と動作＞
本明細書では、以下の各実施形態において詳細に説明するディスプレイを備える画像表示装置は公知のものを使用する。ここでは、基礎検討で使用したディスプレイ１０を備える画像表示装置について説明するが、後述の各実施形態において説明するディスプレイを備える画像表示装置の場合も同様である。

図４は、図１に示すディスプレイ１０を備えた画像表示装置１１０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、画像表示装置１１０は、ディスプレイ１０、表示制御回路１１２、走査信号線駆動回路１１３、および、データ信号線駆動回路１１４を備えたアクティブマトリクス型の画像表示装置である。このディスプレイ１０は、液晶パネル３１だけではなく、光源が取り付けられた導光板および各種の偏光板を含むが、導光板などの図示は省略する。

ディスプレイ１０に含まれる液晶パネル３１は、ｎ本の走査信号線Ｇ１〜Ｇｎ、ｍ本のデータ信号線Ｓ１〜Ｓｍ、および、（ｍ×ｎ）個の画素Ｐｉｊを含んでいる（ただし、ｍは２以上の整数、ｊは１以上ｍ以下の整数）。走査信号線Ｇ１〜Ｇｎは互いに平行に配置され、データ信号線Ｓ１〜Ｓｍは走査信号線Ｇ１〜Ｇｎと直交するように互いに平行に配置される。走査信号線Ｇｉとデータ信号線Ｓｊの交点近傍には、画素Ｐｉｊが配置される。このように（ｍ×ｎ）個の画素Ｐｉｊは、行方向にｍ個ずつ、列方向にｎ個ずつ、２次元状に配置される。走査信号線Ｇｉはｉ行目に配置された画素Ｐｉｊに共通して接続され、データ信号線Ｓｊはｊ列目に配置された画素Ｐｉｊに共通して接続される。

画像表示装置１１０の外部からは、水平同期信号ＨＳＹＮＣ、垂直同期信号ＶＳＹＮＣなどの制御信号と画像信号ＤＶ１が供給される。表示制御回路１１２は、これらの信号に基づき、走査信号線駆動回路１１３に対してクロック信号ＣＫとスタートパルスＳＴを出力し、データ信号線駆動回路１１４に対して制御信号ＳＣと画像信号ＤＶ１を出力する。

走査信号線駆動回路１１３は、ハイレベルの出力信号を１つずつ順に走査信号線Ｇ１〜Ｇｎに与える。これにより、走査信号線Ｇ１〜Ｇｎが１本ずつ順に選択され、１行分の画素Ｐｉｊが一括して選択される。データ信号線駆動回路１１４は、制御信号ＳＣと画像信号ＤＶ１に基づき、データ信号線Ｓ１〜Ｓｍに対して画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧を与える。これにより、選択された１行分の画素Ｐｉｊに画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が書き込まれる。このようにして、画像表示装置１１０は液晶パネル３１に画像を表示する。

＜１．５ 基礎検討によりわかったこと＞
基礎検討によれば、液晶パネル３１に与えられた画像信号ＤＶ１に基づく画像をディスプレイ１０に表示したり、ディスプレイ１０を透明ディスプレイとして使用したりすることができる。これにより、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づく画像を視認したり、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認したりすることができる。しかし、導光板２０から背面側に射出された光はディスプレイ１０の外部に抜けてしまうので、画像を表示するために利用できない。このため、基礎検討で使用したディスプレイ１０は、導光板２０から射出される光の利用効率が低いという問題を有する。

そこで、以下の各実施形態において、導光板２０から射出された光の利用効率を向上させることができるシースルータイプの画像表示装置について説明する。

＜２．第１の実施形態＞
＜２．１ ディスプレイの構成＞
図５は、本発明の第１の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１１の構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態のディスプレイ１１には、図１に示すディスプレイ１０において、さらに２枚の反射型偏光板５１、５２が追加して配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１１の構成要素のうち、図１に示すディスプレイ１０の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図５を参照して、導光板２０を挟むようにして、導光板２０の背面側および表示面側に第１および第２反射型偏光板５１、５２がそれぞれ配置されている。これらの第１および第２反射型偏光板５１、５２は、いずれも第１吸収型偏光板４１と同位相の反射板である。すなわち、第１および第２反射型偏光板５１、５２は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光板である。また、導光板２０の端部には、光源２５が取り付けられている。

＜２．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図６は、本実施形態で使用したディスプレイ１１において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図６の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図６の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。

まず、図６の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態のときのＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光は、背面側に配置された第１反射型偏光板５１と、表示面側に配置された第２反射型偏光板５２にそれぞれ入射する。まず、第１反射型偏光板５１に入射するＰ偏光およびＳ偏光について説明する。なお、以下の説明において、導光板２０から最初に射出された光を「第１成分」の光といい、第１または第２反射型偏光板５１、５２によって反射されて導光板２０に戻され、導光板２０で生成された光を「第２成分」の光という場合がある。

第１反射型偏光板５１に入射した第１成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を透過して背面側に抜けていく。これに対し、第１成分のＳ偏光は第１反射型偏光板５１によって反射され、導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第１成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第２反射型偏光板５２に向けて射出する。

第２反射型偏光板５２に入射した第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２を透過し、第１吸収型偏光板４１に向かう。一方、第２成分のＳ偏光は、第２反射型偏光板５２によって反射され、再び導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第２成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第１反射型偏光板５１に向けて射出する。以下、同様にして、第１または第２反射型偏光板５１、５２に入射したＰ偏光とＳ偏光のうち、Ｐ偏光だけが第１または第２反射型偏光板５１、５２を透過し、Ｓ偏光は多重反射されることを繰り返す。

また、導光板２０から第２反射型偏光板５２に入射した第１成分のＰ偏光およびＳ偏光についても、上記の場合と同様に、Ｐ偏光は第２反射型偏光板５２を透過して、第１吸収型偏光板４１に向かう。Ｓ偏光は第２反射型偏光板５２によって反射され、導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第１成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第１反射型偏光板５１に向けて射出する。以下同様にして、Ｐ偏光は、第１または第２反射型偏光板５１、５２を透過し、Ｓ偏光は多重反射されることを繰り返す。

このようにして、第２反射型偏光板５２に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２を透過して第１吸収型偏光板４１に向かう。Ｓ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で繰り返し反射されて導光板２０に戻され、導光板２０で第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成するために使用される。

第１吸収型偏光板４１に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１吸収型偏光板４１を透過し、液晶パネル３１のオン状態の画素に入射する。オン状態の画素は、Ｐ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。しかし、第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射したＰ偏光は吸収され、表示面側に透過できない。これにより、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図６の下図を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。この場合も、図６の上図の場合と同様にして、導光板２０から射出された光のうち、第１成分および第２成分のＰ偏光が液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２は入射したＳ偏光を透過させるので、Ｓ偏光は表示面側に透過する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が向上するので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

このとき、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を背面側にも透過する。これにより、ディスプレイ１１の背面側にいる視聴者には、ディスプレイ１１の背面が発光しているように見える。

＜２．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図７は、本実施形態で使用したディスプレイ１１において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。図７を参照して、背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第１反射型偏光板５１により反射されるが、Ｐ偏光は第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、および第１吸収型偏光板４１を順に透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、入射したＳ偏光は表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、これらの画素に対応する画面が白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。このとき、図７に示すように、光源２５が点灯されているので、導光板２０からも光が射出されている。しかし、この光の透過／吸収は図６の下図に示す場合と同様であるので、図７ではその記載を省略する。

また、ディスプレイ１１の背面側から入射する光のうち、Ｓ偏光は第１反射型偏光板５１によって反射されるので、ディスプレイ１１の背面はミラー面になり、背面側にいる視聴者には、背景を映す鏡のように見える。

なお、上記説明では、光源２５を点灯した場合に、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図７において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜２．４ 導光板＞
導光板２０は、アクリル、ポリカーボネートなどの透明な樹脂からなり、光源が発するＰ偏光およびＳ偏光を含む第１成分の光を、第１および第２反射型偏光板５１、５２に向けて射出するだけではなく、それらによって反射され、入射するＳ偏光を再利用する。ここで、再利用とは、第１反射型偏光板５１または第２反射型偏光板５２で反射されて導光板２０に戻されたＳ偏光から、第２成分のＰ偏光およびＳ偏光を生成して射出することをいう。第２成分のＰ偏光およびＳ偏光は、主に導光板２０内で生じる拡散反射によって生成される。なお、導光板２０を構成する材料は、上記アクリルやポリカーボネートなどの樹脂に限定されず、光を伝搬する透明な材料、例えばガラス等を用いてもよい。

図８は、拡散反射を起こしやすい導光板の断面図であり、より詳しくは、図８（Ａ）は、ヘイズを制御した導光板２１の断面図であり、図８（Ｂ）は両面にドット２７が印刷された導光板２２の断面図であり、図８（Ｃ）は両面にくさび形２８が形成された導光板２３の断面図である。なお、図８（Ｂ）に示す導光板２２では、ドット２７は導光板２２の両面のみに形成されているが、表示面側の平面のみ、または背面側の平面のみに形成されていてもよい。図８（Ｃ）でも同様に、くさび形２８は、導光板２３の表示面側の平面のみに、または背面側の平面のみに形成されていてもよい。

図８（Ａ）を参照して、ヘイズを制御した導光板２１について説明する。導光板２１は拡散反射を生じやすくするために、その製造時に、透明な樹脂にシリカなどからなる透明な粒子２６を混入させる。これにより、導光板２１のヘイズを２〜３％にする。ここで、ヘイズとは、導光板２０の透明性に関する指標で、濁度（曇度）を表し、全透過光に対する拡散透過光の割合を示す数値である。なお、混入させる粒子２６は、その直径が数十μｍから数百μｍ程度のものが好ましく、略２０μｍ〜３００μｍのものがより好ましい。また、粒子２６の形状は、球状のものが好ましいが、円錐状または角錐状のものであってもよい。

ヘイズが高い領域ほど、導光板２０に入射するＳ偏光からより多くの第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成することができる。このため、ヘイズは導光板２０の中央付近で高くし、周辺部に行くほど低くなるようにしたり、導光板２０の中央から所定の範囲内で一定にし、それよりも外側で小さくなるようにしたりしてもよい。これにより、液晶パネル３１の中央付近を透過する光量が多くなるので、画像の品位を向上させることができる。

なお、拡散反射だけでなく、導光板２１内で生じる界面反射でも再利用によってＳ偏光から第２成分のＰ偏光およびＳ偏光が生成される。しかし、界面反射は拡散反射に比べ、再利用により第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成する効率が悪いので、画像の品位の向上に対する寄与が少ない。

図８（Ｂ）に示すように、光を射出する左右の平面に、大きさが数μｍ程度の透明なインクからなるドット２７をインクジェット印刷によって印刷した導光板２２を使用したり、図８（Ｃ）に示すように、大きさが数μｍ程度のくさび形２８を形成した導光板２３を使用したりしてもよい。しかし、ドット２７を印刷した導光板２２を使用した場合には、視聴者は画像と共にドット２７を視認し易くなるという問題や、法線に対して大きな角度で光が導光板２２から射出されるので、画像の輝度が低くなるという問題がある。また、くさび形２８を形成した導光板２３を使用した場合にも同様の問題がある。そこで、ディスプレイ１１の導光板２０には、粒子２６を混入させることによりヘイズを調整した導光板２１を用いることが最も好ましい。

＜２．５ 効果＞
本実施形態によれば、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２が、導光板２０を挟むように配置されている。これにより、導光板２０から表面側に射出されたＳ偏光を第２反射型偏光板５２によって導光板２０に戻すように反射するだけでなく、背面側に射出されたＳ偏光も第１反射型偏光板５１によって導光板２０に戻すように反射する。このように、導光板２０から表示面側に射出された光だけでなく、背面側に射出された光も再利用するので、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができる。

さらに、第１または第２反射型偏光板５１、５２で反射されたＳ偏光が導光板２０に戻されれば、導光板２０は、戻されたＳ偏光からＰ偏光およびＳ偏光を生成し、それらを導光板２０から再び射出する。これにより、導光板２０から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

また、液晶パネル３１の画素のうち、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、黒表示状態の画面と白表示状態の画面からなる画像信号ＤＶ１に基づいたモノクロの画像を視認できる。このとき、導光板２０から背面側に射出された光のうちＰ偏光が第１反射型偏光板５１を背面側に透過するので、ディスプレイ１１の背面は発光しているように見える。

また、液晶パネル３１のすべての画素がオフ状態のときには、ディスプレイ１１の背面側から入射した光がオフ状態の画素を通過して表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、液晶パネル３１を通して背面側に置かれた物体を視認できる。これにより、ディスプレイ１１は透明ディスプレイとしても機能する。このとき、ディスプレイ１１の背面は背景を映すミラー面になっている。

＜３．第２の実施形態＞
＜３．１ ディスプレイの構成＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１２の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態のディスプレイ１２では、図５に示すディスプレイ１１の背面側に、さらに第３吸収型偏光板４３が追加して配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１２の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図９に示すように、第３吸収型偏光板４３は、第１反射型偏光板５１の背面側に配置されている。この第３吸収型偏光板４３は、第１反射型偏光板５１と同位相の偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する。

＜３．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図１０は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図１０の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図１０の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１０の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態のときに、ディスプレイ１２におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。導光板２０から射出された第１成分のＳ偏光、および第１成分のＳ偏光から導光板２０により生成された第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で多重反射を繰り返しながら導光板２０に戻されて再利用される。これにより、導光板２０は第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成して射出する。このようにして射出された第２成分のＰ偏光は、第１成分のＰ偏光と共に、第２反射型偏光板５２、第１吸収型偏光板４１を透過して、液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられてオン状態になっている画素に入射したＰ偏光は偏光状態を変えることなく通過し、第２吸収型偏光板４２に入射する。しかし、第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、いずれも表示面側に到達することができない。これにより、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１０の下図を参照して、液晶パネル３１の画素がオフ状態のときに、ディスプレイ１２におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。この場合に、第１成分のＰ偏光、および導光板２０で生成された第２成分のＰ偏光は、図１０の上図に示す場合と同様にして、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられずオフ状態になっている画素に入射する。オフ状態の画素は入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過するので、第２吸収型偏光板４２に入射した第１成分および第２成分のＳ偏光は表示面側に透過する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が向上するので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

また、第３吸収型偏光板４３は、液晶パネル３１がオン状態であるか否かにかかわらず、光源２５が点灯している場合には、導光板２０から射出された第１成分および第２成分のＰ偏光を背面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１２の背面側にいる視聴者は、ディスプレイ１２の背面が発光しているように見える。

＜３．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
＜３．３．１ 表示面側から見た場合＞
図１１は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときに、背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。図１１を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。ディスプレイ１２の背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第３吸収型偏光板４３によって吸収され、Ｐ偏光は第３吸収型偏光板４３を透過する。第３吸収型偏光板４３を透過したＰ偏光は、第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、第１吸収型偏光板４１の順に透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、これらの画素に対応する画面が白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。

また、背面側から第３吸収型偏光板４３に入射した光のうち、Ｓ偏光は第３吸収型偏光板４３に吸収され、Ｐ偏光は第３吸収型偏光板４３を透過してさらにディスプレイ１２の内部に進む。このため、図７に示す場合と異なり、ディスプレイ１２の背面はミラー面にならない。

＜３．３．２ 背面側から見た場合＞
図１２は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときに、表示面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。図１２に示すように、表示面側に置かれた物体からの光のうち、Ｐ偏光は第２吸収型偏光板４２に吸収される。しかし、Ｓ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＳ偏光の偏光状態をＰ偏光に変換し、第１吸収型偏光板４１に向けて射出する。第１吸収型偏光板４１に入射したＰ偏光は、第２反射型偏光板５２、導光板２０、第１反射型偏光板５１、第３吸収型偏光板４３の順に透過し、背面側に到達する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になり、表示面側から入射した光を背面側に透過させる。この場合も、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能し、背面側にいる視聴者は、表示面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。この場合も光源２５は点灯されているが、図１１に示す場合と同様に、光源２５は消灯されていてもよい。

なお、第２吸収型偏光板４２は、表示面側から入射するＳ偏光をディスプレイ１２の内部に透過させ、Ｐ偏光を吸収するので、ディスプレイ１２の表面が発光しているように見えたり、ミラー面になったりすることはない。

なお、上記のいずれの場合も、光源２５を点灯したときに、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図１１において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１１の背面側に置かれた物体からの光は表示面側に到達する。また、図１２において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１１の表示面側に置かれた物体からの光は背面側に到達する。これらのことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜３．４ 効果＞
本実施形態によれば、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。光源２５が点灯されているときには、画像信号ＤＶ１に基づいて、液晶パネル３１の画素のうちオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。このとき、導光板２０から背面側に射出された光のうち、Ｐ偏光が第２反射型偏光板５２および第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達するので、背面側にいる視聴者にはディスプレイ１２の背面全体が発光しているように見える。

また、液晶パネル３１のすべての画素がオフ状態のときには画面全体が白表示状態になる。これにより、ディスプレイ１２の背面側から入射した光は表示面側に到達するので、表示面側にいる視聴者は、液晶パネル３１の全体を通して背面側におかれた物体を視認できる。同時に、ディスプレイ１２の表示面側から入射した光が背面側に到達するので、背面側にいる視聴者は、液晶パネル３１の全体を通して表示面側に置かれた物体を視認できる。このように、ディスプレイ１２は、表示面側から見た場合も背面側から見た場合も透明ディスプレイとして機能する。

＜４．第３の実施形態＞
＜４．１ ディスプレイの構成＞
図１３は、本発明の第３の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１３の構成を示す図である。図１３に示すように、本実施形態のディスプレイ１３は、導光板２０の左側の第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの各構成要素の配置は、図５に示すディスプレイ１１の各構成要素の配置と同じである。また、第１反射型偏光板５１から背面側に向かって、第４吸収型偏光板４４、液晶パネル３２、第３吸収型偏光板４３が順に配置されている。別の見方をすれば、これらの構成要素の配置は、導光板２０を中心にして、左右に線対象となるように各構成要素が配置されているともいえる。あるいは、導光板２０を挟んで配置された第１および第２反射型偏光板５１、５２を含む表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成、および、導光板２０を挟んで配置された第１および第２反射型偏光板５１、５２を含む背面側の第３吸収型偏光板４３までの構成はいずれも、図５に示すディスプレイ１１の構成と同じであるともいえる。そこで、本実施形態のディスプレイ１３の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、異なる構成要素を中心に説明する。

本実施形態において追加された第３吸収型偏光板４３は、第２吸収型偏光板４２と同位相の吸収型偏光板であり、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収する。第４吸収型偏光板４４は、第１吸収型偏光板４１と同位相の吸収型偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する。また、本実施形態では、液晶パネル３１を第１液晶パネル３１、液晶パネル３２を第２液晶パネル３２という。第１および第２液晶パネル３１、３２はいずれもノーマリホワイト型の液晶パネルであるとする。また、第１液晶パネル３１には、外部から第１画像信号ＤＶ１が与えられ、第２液晶パネル３２には、外部から第２画像信号ＤＶ２が与えられる。これらの第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２は同じ画像信号であってもよく、あるいは異なる画像信号であってもよい。

＜４．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの透過／吸収＞
図１４は、本発明の第３の実施形態で使用したディスプレイ１３において、第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。より詳しくは、図１４の上図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオン状態の場合の光の透過／吸収を示す図であり、図１４の下図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオフ状態の場合の光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１４の上図を参照して、第１液晶パネル３１の画素がオン状態の場合におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。上述のように、第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成が、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１の構成と同じである。そこで、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から表示面側に向かって射出された第１成分のＰ偏光および第２成分のＰ偏光はいずれも、第２吸収型偏光板４２に吸収され、表示面側に透過できない。また、第１成分および第２成分のＳ偏光は、いずれも第２反射型偏光板５２によって反射され、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２の間で多重反射を繰り返すので、第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達できない。このように、導光板２０から射出されたＰ偏光もＳ偏光も表示面側に透過できないので、第１液晶パネル３１のオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

また、第２液晶パネル３２のオン状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。上述のように、第２反射型偏光板５２から背面側の第３吸収型偏光板４３までの構成は、第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成と同じである。この場合も、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達できないので、第２液晶パネル３２のオン状態の画素に対応する画面も黒表示状態になる。

次に、図１４の下図を参照して、第１液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合も、オン状態の場合と同様に、導光板２０から射出された光のうち、第１成分のＰ偏光および導光板２０での再利用により生成された第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は表示面側に到達する。このため、第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

同様に、導光板２０から背面側に向かって射出された光のうち、第１成分のＰ偏光および第２成分のＰ偏光も、第２液晶パネル３２によってＳ偏光に変換され、第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達する。このため、第２液晶パネル３２のオフ状態の画素に対応する画面も白表示状態になる。

このように、第１液晶パネル３１の画素のうち、第１画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第１画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。同様に、第２液晶パネル３２の画素のうち、第２画像信号ＤＶ２を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第２画像信号ＤＶ２を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づき、第１液晶パネル３１に表示されるモノクロの画像を視認することができる。また、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づき、第２液晶パネル３２に表示されるモノクロの画像を視認することができる。

また、表示面側および背面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側および背面側に到達する光の輝度が高くなるので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

＜４．３ 効果＞
本実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２をそれぞれ与えることによって、第１および第２液晶パネル３１、３２の複数の画素のうち、一部の画素をオン状態とし、残りの画素をオフ状態にする。これにより、ディスプレイ１３の表示面側には第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像が表示され、背面側には、第２画像信号ＤＶ２に基づくモノクロの画像が表示される。このとき、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が同じ画像信号である場合には、表示面側の視聴者と背面側の視聴者は同じ画像を視認する。また、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が異なる画像信号である場合には、表示面側の視聴者と背面側の視聴者は異なる画像を視認する。

また、導光板２０から表示面側および背面側に射出された光は、それぞれ第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２に照射されるバックライト光として利用される。これにより、導光板２０から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

＜５．第４の実施形態＞
＜５．１ ディスプレイの構成＞
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１４の構成を示す図である。図１５に示すように、本実施形態のディスプレイ１４では、導光板２０の背面側の第１反射型偏光板５１から表示面側に向かって第２吸収型偏光板４２までの各構成要素の配置は、図５に示すディスプレイ１１の各構成要素の配置と同じである。また、第１反射型偏光板５１の背面側には、第２液晶パネル３２および第３反射型偏光板５３が順に配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１４の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素にそれぞれ同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

本実施形態において追加された第３反射型偏光板５３は、第１および第２反射型偏光板５１、５２と同位相の反射型偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。また、本実施形態では、液晶パネル３１を第１液晶パネル３１、液晶パネル３２を第２液晶パネル３２という。第１および第２液晶パネル３１、３２はいずれもノーマリホワイト型の液晶パネルである。

＜５．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図１６は、本発明の第４の実施形態で使用したディスプレイ１４において、第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。より詳しくは、図１６の上図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオン状態の場合の光の透過／吸収を示す図であり、図１６の下図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオフ状態の場合の光の透過／吸収を示す図である。また、第１液晶パネル３１には、外部から第１画像信号ＤＶ１が与えられ、第２液晶パネル３２には、外部から第２画像信号ＤＶ２が与えられる。これらの第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２は同じ画像信号であってもよく、または異なる画像信号であってもよい。

＜５．２．１ 表示面側からディスプレイを見た場合＞
表示面側からディスプレイ１４を見たときに、ディスプレイ１４の画面の表示状態を説明する。まず、図１６の上図に示すように、第１液晶パネル３１の画素がオン状態の場合について説明する。第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１と同じである。このため、第１の実施形態の場合と同様に、第１成分および第２成分のＰ偏光は、オン状態の第１液晶パネル３１までは透過するが、第２吸収型偏光板４２に吸収され、表示面側に透過することができない。また、第１成分および第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で多重反射を繰り返し、第２反射型偏光板５２よりも表示面側に透過することができない。このように、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも表示面側に透過できないので、第１液晶パネル３１のオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１６の下図に示す場合は、図１４の下図に示す場合と同様に、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１吸収型偏光板４１を透過して第１液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射したＰ偏光はＳ偏光に変換され、第２吸収型偏光板４２に向けて射出される。第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達する。これにより、第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、第１液晶パネル３１の画素のうち、第１画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第１画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、第１液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が高くなるので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

＜５．２．２ 背面側からディスプレイを見た場合＞
背面側からディスプレイ１４を見たときに、ディスプレイ１４の画面の表示状態を説明する。まず、図１６の上図を参照して、第２液晶パネル３２の画素がオン状態の場合について説明する。導光板２０から背面側に向かって射出された光のうち、第１成分および第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で反射を繰り返し、第１反射型偏光板５１よりも背面側に透過することができない。

また、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を透過し、第２液晶パネル３２に入射する。第２液晶パネル３２のオン状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく、第３反射型偏光板５３に向けて射出する。第３反射型偏光板５３はＰ偏光を透過させるので、第３反射型偏光板５３に入射したＰ偏光は背面側に到達する。このとき、第２液晶パネル３２には第２画像信号ＤＶ２が与えられているので、第２画像信号ＤＶ２に基づく画像が第２液晶パネル３２に表示される。これにより、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づく画像を視認することができる。

なお、図１６の下図に示す、第２液晶パネル３２の画素がオフ状態の場合には、第２液晶パネル３２に入射した第１および第２成分のＰ偏光は、第２液晶パネル３２を通過することにより、それぞれ第１および第２成分のＳ偏光に変換され、さらに第３反射型偏光板５３によって反射される。したがって、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも背面側に到達できない。

このとき、第３反射型偏光板５３は、背面側から入射するＳ偏光を反射するので、ディスプレイ１４の背面はミラー面になり、背面側にいる視聴者には、背景を映す鏡のように見える。

＜５．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図１７は、本発明の第４の実施形態で使用したディスプレイ１４において、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にし、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にしたときに、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。

ディスプレイ１４の背面側から第３反射型偏光板５３を透過したＰ偏光が、透過させる第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達するためには、ディスプレイ１４の内部でＰ偏光をＳ偏光に変換する必要がある。このためには、第２液晶パネル３２は入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第１液晶パネル３１はＰ偏光をＳ偏光に変換して通過させる。そこで、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にし、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にする。

図１７に示すように、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第３反射型偏光板５３によって反射される。しかし、Ｐ偏光は第３反射型偏光板５３を透過し、第２液晶パネル３２の画素に入射する。第２液晶パネル３２のすべての画素はオン状態であるので、これらの画素は入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく、第１反射型偏光板５１に向けて射出する。射出されたＰ偏光は、第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、および第１吸収型偏光板４１を透過し、第１液晶パネル３１に入射する。第１液晶パネル３１のすべての画素はオフ状態であるので、これらの画素はＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。

このように、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にし、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にすることにより、ディスプレイ１４の画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は第１および第２液晶パネル３１、３２を通してディスプレイ１４の背面側の置かれた物体を視認することができる。

このとき、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からのＰ偏光は、第２画像信号ＤＶ２によって透過率を調整された第２液晶パネル３２を通過する。これにより、表示面側にいる視聴者は背面側に置かれた物体を階調表示された画像として視認することができる。

このとき、第３反射型偏光板５３は、ディスプレイ１４の背面側から入射する光のうち、Ｓ偏光を反射する。このため、ディスプレイ１４の背面はミラー面になり、背景を映す鏡になる。

なお、上記説明では、光源２５を点灯したときに、ディスプレイ１４の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図１７において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光は表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１４の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜５．４ 効果＞
本実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。導光板２０から第２吸収型偏光板４２までのディスプレイ１４の構成は、図９に示す第２の実施形態のディスプレイ１２の構成と同じである。このため、光源２５が点灯しているとき、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認できる。

このとき、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が同じ信号である場合には、表示面側と背面側の視聴者は同じ画像を視認できる。また、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が異なる信号である場合には、表示面側と背面側の視聴者はそれぞれ異なる画像を視認できる。

また、導光板２０から背面側に射出された光のうちＰ偏光が背面側に到達する。そこで、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づくモノクロの画像を視認できる。このとき、第３反射型偏光板５３は、背面側から入射する光を反射するのでミラー面になっているので、背景を映す鏡にモノクロの画像が表示される。

また、第１液晶パネル３１の画素がオフ状態であり、かつ第２液晶パネル３２の画素がオン状態のときには、背面側から入射したＰ偏光が、第２液晶パネル３２のオン状態の画素、および第１液晶パネル３１のオフ状態の画素を順に通過して表示面側に透過する。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１および第２液晶パネル３１、３２を通して背面側に置かれた物体を視認することができる。このとき、ディスプレイ１４の背面は、背景を映すミラー面になっているので、背面側にいる視聴者には背景を映す鏡のように見える。

＜６．各実施形態に共通の変形例＞
以下では、第１から第４の実施形態に共通の変形例について説明する。なお、説明の便宜上、第１の実施形態のディスプレイ１１について各変形例を説明するが、第２から第４の実施形態の変形例についても同様である。

＜６．１ 第１の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の表示面に表示される画像はモノクロの画像であるとして説明した。しかし、ディスプレイ１１の構成を少し変えるだけでカラー画像を表示することができる。具体的には、カラーフィルタを配置する構成、または光源２５をフィールドシーケンシャル駆動とする構成が考えられる。これらの構成はいずれも公知であるため、簡単に説明する。

図１８は、図５に示すディスプレイ１１の第１の変形例であるディスプレイの構成を示す図である。図１８に示すディスプレイでは、図５に示すディスプレイ１１の液晶パネル３１と第２吸収型偏光板４２との間にカラーフィルタ７０が配置されている。そこで、本変形例のディスプレイの構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図１８に示すように、ディスプレイでは、カラーフィルタ７０は、液晶パネル３１の表示面側の表面に貼り付けられている。カラーフィルタ７０には、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のサブピクセルからなる画素がマトリクス状に複数個配列されている。このカラーフィルタ７０は、液晶パネル３１の表面全体に貼り付けられていてもよく、また液晶パネル３１の一部の表面上のみに貼り付けられていてもよい。カラーフィルタ７０は透過する光の一部を吸収するので、カラーフィルタ７０を液晶パネル３１の一部に貼り付けた場合には、液晶パネル３１を通過した光のうち、カラーフィルタ７０が貼り付けられていない画素を透過した光はカラーフィルタ７０に一部が吸収されることなく透過する。これにより、視聴者は高い輝度のカラー画像を視認することができる。

また、第３の実施形態のディスプレイ１３および第４の実施形態のディスプレイ１４は、第１液晶パネル３１だけでなく、さらに第２液晶パネル３２も含んでいる。このため、第１液晶パネル３１の場合と同様に、第２液晶パネル３２にもカラーフィルタを貼り付ければ、背面側にいる視聴者も第２液晶パネル３２に表示されるカラー画像を視認したり、表示面側に置かれた物体のカラー画像を視認したりすることができる。

また、フィールドシーケンシャル駆動の場合には、光源２５を制御することにより、時分割で例えばＲ、Ｇ、Ｂの光を順に発光させて液晶パネル３１に照射する。これにより、表示面側にいる視聴者はカラー画像を視認することができる。この場合、液晶パネル３１にカラーフィルタ７０を貼り付ける必要がないので、視聴者は高い輝度のカラー画像を視認することができる。また、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用する場合にも、図７に示す場合と同様にして、背面側に置かれた物体をカラー表示させることができる。

なお、光源２５から時分割で発光された光は、導光板２０により表示面側だけでなく、背面側にも射出される。背面側に射出された光は、第３の実施形態のディスプレイ１３および第４の実施形態のディスプレイ１４の第２液晶パネル３２を通過する。このため、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づくカラー画像を視認したり、第２液晶パネル３２を通して表示面側に置かれた物体をカラー画像として視認したりすることができる。

＜６．２ 第２の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の表示面に表示される画像は、それぞれ単一階調の黒色と白色によって表示されるモノクロの画像であるとして説明した。このモノクロの画像は階調表示されない画像である。しかし、ディスプレイは、モノクロの画像を階調表示することもできる。

そこで、ディスプレイ１１の表示面に表示されるモノクロの画像を階調表示する場合について説明する。図１９は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１において、液晶パネル３１に与えられた信号に基づいて階調表示が行われているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図１９の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図１９の下図は、液晶パネル３１の画素に階調表示をするための電圧（階調表示電圧）を与えたときの光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１９の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６の上図の場合と同様にして、導光板２０から射出された光が、液晶パネル３１のオン状態の画素を透過して第２吸収型偏光板４２に入射し、第２吸収型偏光板に吸収される。このため、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１９の下図を参照して、導光板２０から射出された光が、第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１の画素に入射するまでは、図６の下図に示す場合と同じである。液晶パネル３１の画素には、階調表示電圧を与える。階調表示電圧は、Ｐ偏光をＳ偏光に９０度偏光する０Ｖよりも高く、Ｐ偏光の偏光状態を変えないようにする０度偏光の電圧Ｖ（０）よりも低い所定の電圧Ｖ（α）を印加する。ここで、αはＰ偏光を偏光させる角度を表わし、電圧Ｖ（α）はＰ偏光をα度偏光させる電圧を表わす。電圧Ｖ（α）が印加された画素を透過した光は、α度偏光されることにより、Ｐ偏光とＳ偏光を所定の割合で含む光になる。このような光が、第２吸収型偏光板４２に入射すれば、Ｐ偏光は吸収され、Ｓ偏光のみが第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達する。例えば、液晶パネル３１に、角度αが４５度となる電圧Ｖ（４５）を印加すれば、液晶パネル３１の画素は、入射したＰ偏光を５０％のＰ偏光と５０％のＳ偏光とに変換する。このため、表示面側に到達するＳ偏光の輝度は、偏光前のＰ偏光の輝度の半分になる。

このように、角度αを調整することにより、角度αに対応する電圧Ｖ（α）を液晶パネル３１の画素に印加し、表示面側に到達するＳ偏光の輝度を制御することができる。この場合、α度偏光された画素に対応する画面は黒表示状態と白表示状態の中間の状態、すなわち灰色表示状態になる。

その結果、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素に対応する画面は黒表示状態になり、電圧Ｖ（α）を与えられた画素は、角度αによって決まる階調の灰色表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には階調表示されたモノクロの画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づく階調表示されたモノクロの画像を視認することができる。また、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用した場合にも、図７に示す場合と同様にして、背面側に置かれた物体を階調表示させることができる。

＜６．３ 第３の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の液晶パネル３１はノーマリホワイト型であるとした。しかし、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１に代えて、ノーマリブラック型の液晶パネルを使用することもできる。図２０は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいてノーマリブラック型の液晶パネル３３を使用したときの光の吸収／透過を示す図であり、詳しくは、図２０の上図は、ノーマリブラック型の液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図２０の下図は、ノーマリブラック型の液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。なお、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と同様に、オン状態の画素は画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が印加された画素をいい、オフ状態の画素は、画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が印加されていない画素をいう。

まず、図２０の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６に示す場合とは異なり、液晶パネル３３のオン状態の画素は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して入射したＰ偏光をＳ偏光に変換して通過させる。変換されたＳ偏光を第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。Ｓ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。このため、オン状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

次に、図２０の下図を参照して、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６に示す場合と異なり、液晶パネル３３のオフ状態の画素は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して入射したＰ偏光をその偏光状態を変えることなく通過させる。オフ状態の画素を通過したＰ偏光は、第２吸収型偏光板４２に吸収されるので、表示面側に到達できない。このため、オフ状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

このように、ノーマリブラック型の液晶パネル３３では、オン状態の画素は白表示状態になり、オフ状態の画素は黒表示状態になるので、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と白黒が逆になるが、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、図６の場合と白黒を逆にしたモノクロの画像を視認することができる。なお、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用する場合にも、図７に示す場合と同様にして、ブラックノーマリ型の液晶パネル３３を使用することができる。

上記説明からわかるように、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と異なり、ノーマリブラック型の液晶パネル３１では、オン状態の画素は偏光変換状態であり、対応する画面は白表示状態（第２表示状態）になる。一方、オフ状態の画素は偏光非変換状態であり、対応する画面は黒表示状態（第１表示状態）になる。

本発明は、休止駆動を行う表示装置およびその駆動方法に適用することができる。

１０、１１、１２、１３、１４ … ディスプレイ
２０ … 導光板
２５ … 光源
３１ … 液晶パネル（第１液晶パネル）
３２ … 液晶パネル（第２液晶パネル）
３３ … 液晶パネル
４１ … 第１吸収型偏光板
４２ … 第２吸収型偏光板
４３ … 第３吸収型偏光板
５１ … 第１反射型偏光板
５２ … 第２反射型偏光板
５３ … 第３反射型偏光板
ＤＶ１ … 第１画像信号
ＤＶ２ … 第２画像信号

本発明は、画像表示装置に関し、特に、背景が透けて見えるシースルータイプの画像表示装置に関する。

近年、画像を表示するだけではなく、背面側に置かれている物体が表示面側から透けて見えるディスプレイ（以下、「透明ディスプレイ」という場合がある）を備えたシースルータイプの画像表示装置の開発が活発に進められている。

例えば、特許文献１には、従来のシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイの構成が記載されている。図２１は、特許文献１に記載されたシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイ６０の構成を示す図である。図２１に示すように、ディスプレイ６０では、表示面側から背面側に向かって、回折光学素子６６、位相差フィルム６５、液晶パネル６４、回折光学素子６３、偏光変換フィルム６２、および端部に光源６７が取り付けられた導光板６１がこの順に配置されている。

図２２は、ディスプレイ６０において、光の透過／吸収を示す図である。液晶パネル６４には、画像信号に応じた信号電圧が印加されているオン状態の画素６４ａと信号電圧が印加されていないオフ状態の画素６４ｂとが含まれている。導光板６１の端部には、蛍光ランプなどからなる光源（図示しない）が取り付けられている。図２２に示すように、導光板６１は光源が発した光をバックライト光として表示面側および背面側に射出する。導光板６１と液晶パネル６４との間に配置された偏光変換フィルム６２は、バックライト光に含まれるＰ偏光およびＳ偏光のうち、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射するフィルムである。反射されたＰ偏光は導光板６１に戻され、直線偏光から変化した楕円偏光として再び射出される。導光板６１から射出された楕円偏光が再び偏光変換フィルム６２に入射すると、楕円偏光に含まれるＳ偏光が偏光変換フィルム６２を透過する。このように、導光板６１から射出されたＳ偏光だけでなく、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返すことにより、Ｐ偏光から変換されたＳ偏光も偏光変換フィルム６２を透過する。

偏光変換フィルム６２を透過したＳ偏光は回折光学素子６３を透過して液晶パネル６４の各画素に入射する。Ｓ偏光は、オン状態の画素６４ａでは、偏光状態を変換されることなく通過し、オフ状態の画素６４ｂではＰ偏光に変換されて通過する。液晶パネル６４を透過したＰ偏光およびＳ偏光は、位相差フィルム６５を透過し、回折光学素子６６に入射する。回折光学素子６６は、Ｓ偏光を回折させることなく直進させ、Ｐ偏光を回折させて紙面の斜め上方に進ませる。このため、表示面側にいる視聴者はＳ偏光のみを視認することができる。

このようなディスプレイ６０では、導光板６１から射出されたＳ偏光だけでなく、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返すことによってＰ偏光から変換されたＳ偏光も利用されるので、光の利用効率が向上する。また、ディスプレイ６０は、背面側から入射した光を表示面側に透過させることができる透明ディスプレイとしても機能するので、表示面側にいる視聴者は、ディスプレイ６０の背面側の物体や風景を液晶パネル６４のオン状態の画素６４ａを通して視認することができる。

特開２００１−８３４５８号公報

特許文献１に記載のディスプレイ６０を備えたシースルータイプの画像表示装置は、導光板６１から表示面側に射出されたバックライト光に含まれるＰ偏光を、偏光変換フィルム６２と導光板６１との間で多重反射を繰り返してＳ偏光に変換することにより、バックライト光の利用効率を向上させている。しかし、この画像表示装置は、導光板６１から射出されたバックライト光のうち、背面側に射出された光を全く利用していない。

そこで、本発明は、導光板から射出される光のうち、表示面側に射出される光だけでなく、背面側に射出された光も有効利用することにより、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができるシースルータイプの画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、画像信号に基づく画像を表示し、または透明ディスプレイとして機能するディスプレイを備えた画像表示装置であって、
前記ディスプレイは、
第１および第２偏光を含む光を射出する光源と、
前記光源が端部に取り付けられ、前記光源からの光を前記ディスプレイの表示面側および背面側に向けて射出する導光板と、
前記導光板を挟むように背面側に配置された第１反射型偏光板および表示面側に配置された第２反射型偏光板と、
外部から与えられた第１画像信号に基づく画像を表示可能であって、前記第２反射型偏光板よりも表示面側に設けられ、複数の画素を含む第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルを挟むように背面側および表示面側にそれぞれ配置された第１吸収型偏光板および第２吸収型偏光板とを備え、
前記第１反射型偏光板と前記第２反射型偏光板は、前記第１偏光を透過する第１位相の偏光板であり、
前記第１吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、前記第２吸収型偏光板は前記第２偏光を透過する第２位相の偏光板であり、
前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられたとき、前記第１液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第１画像信号に基づく画像を表示し、
前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられないとき、前記第１液晶パネルの画素は偏光変換状態になり、背面側から入射する光を表示面側に到達させることを特徴とする。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記ディスプレイは、前記第１反射型偏光板の背面側に配置された第３吸収型偏光板をさらに備え、前記第３吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であることを特徴とする。

本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする。

本発明の第４の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする。

本発明の第５の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１液晶パネルの表面にカラーフィルタが貼り付けられていることを特徴とする。

本発明の第６の局面は、本発明の第１の局面において、
前記ディスプレイは、
前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を含む第２液晶パネルと、
前記第２液晶パネルを挟むように前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３吸収型偏光板および前記第２液晶パネルの表示面側に配置された第４吸収型偏光板をさらに備え、
前記第３吸収型偏光板は前記第２位相の偏光板であり、前記第４吸収型偏光板は、前記第１位相の偏光板であり、
前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示することを特徴とする。

本発明の第７の局面は、本発明の第１の局面において、
前記ディスプレイは、
前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を有する第２液晶パネルと、
前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３反射型偏光板とをさらに備え、
前記第３反射型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、
前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示し、
前記第２液晶パネルの画素が偏光非変換状態で、かつ前記第１液晶パネルの画素が偏光変換状態のときに、背面側から入射する光が、前記第２液晶パネルの画素および前記第１液晶パネルの画素を順に通過して表示面側に到達させることを特徴とする。

本発明の第８の局面は、本発明の第６または第７の局面において、
前記第２液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする。

本発明の第９の局面は、本発明の第６または第７の局面において、
前記第２液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする。

本発明の第１０の局面は、本発明の第１の局面において、
前記光源は複数の色の光を時分割で順に発光することを特徴とする。

本発明の第１１の局面は、本発明の第１の局面において、
前記導光板は、ヘイズが２〜３％になるように調整されていることを特徴とする。

本発明の第１２の局面は、本発明の第１１の局面において、
前記導光板のヘイズは、前記導光板に大きさが略２０μｍ〜３００μｍの透明な粒子を前記導光板の製造時に混入することによって調整されていることを特徴とする。

本発明の第１の局面によれば、第１反射型偏光板と第２反射型偏光板は、導光板を挟むように配置されている。これにより、導光板から表示面側に射出された第２偏光を第１反射型偏光板によって導光板に戻して再利用するだけでなく、背面側に射出された第２偏光も第２反射型偏光板によって導光板に戻して再利用するので、導光板から射出される光の利用効率を向上させることができる。また、第１液晶パネルの偏光非変換状態の画素は、入射した第１偏光の偏光状態を変えることなく通過させる。第１液晶パネルを通過した第１偏光は第２吸収型偏光板に吸収されるので、偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になる。一方、偏光変換状態の画素は、入射した第１偏光を第２偏光に変換する。この第２偏光は第２吸収型偏光板を透過するので、偏光変換状態に対応する画面は第２表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。一方、第１液晶パネルのすべての画素が偏光変換状態のときには、ディスプレイの背面側の光が偏光変換状態の画素を通過して表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して表示面側から背面側を視認できる。

本発明の第２の局面によれば、導光板から第２吸収型偏光板までのディスプレイの構成は、第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じであるので、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。一方、第１液晶パネルのすべての画素が偏光変換状態のときには、ディスプレイの背面側から入射した光が表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して表示面側から背面側の状態を視認できる。同時に、ディスプレイの表示面側から入射した光が背面側に透過するので、背面側にいる視聴者は、第１液晶パネルを通して背面側から表示面側の状態を視認できる。

本発明の第３の局面によれば、第１液晶パネルの偏光変換状態の画素は、第１偏光の偏光状態を、第１偏光と第２偏光との間の所定の偏光状態に変化させて射出するので、第１液晶パネルに表示される画像は階調表示される。

本発明の第４の局面によれば、ノーマリホワイト型の第１液晶パネルにおいて、画素を偏光変換状態にすることにより対応する画面を第２表示状態にするためには、画素をオフ状態にすればよいので、第１液晶パネルの制御が容易になる。

本発明の第５の局面によれば、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第１液晶パネルを通して背面側の状態をカラーで表示したりできる。

本発明の第６の局面によれば、第１反射偏光板から表示面側の第２吸収型偏光板までの構成、および、第２反射偏光板から背面側の第３吸収型偏光板までの構成は、それぞれ第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じである。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認することができ、背面側にいる視聴者は、第２画像信号に基づくモノクロの画像を視認することができる。また、導光板から表示面側および背面側に射出された光は、第１液晶パネルおよび第２液晶パネルをそれぞれ透過する光として利用されるので、導光板から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

本発明の第７の局面によれば、導光板から第２吸収型偏光板までのディスプレイの構成は、第２の発明に含まれるディスプレイの構成と同じである。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくモノクロの画像を視認できる。また、導光板から背面側に射出された光のうち第１偏光が、第２画像信号を与えられた第２液晶パネル、および第３反射型偏光板を透過して背面側に到達する。このとき、第３反射型偏光板は、背面側から入射する光を反射するのでミラー面にもなっている。そこで、背面側にいる視聴者は、背景を映す鏡に表示された第２画像信号に基づく画像を視認できる。一方、第１液晶パネルの画素が偏光変換状態の画素で、かつ第２液晶パネルの画素が偏光非変換状態の画素であるときには、背面側から入射した第１偏光が、第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素、および第１液晶パネルの偏向変換状態の画素を順に通過して表示面側に透過する。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１および第２液晶パネルを通して表示面側から背面側の状態を視認できる。

本発明の第８の局面によれば、第２液晶パネルの偏光変換状態の画素は、第１偏光の偏光状態を、第１偏光と第２偏光との間の所定の偏光状態に変化させて射出するので、第２液晶パネルに表示される画像は階調表示される。

本発明の第９の局面によれば、ノーマリホワイト型の第２液晶パネルにおいて、画素を偏光変換状態にすることにより対応する画面を第２表示状態にするためには、画素をオフ状態にすればよいので、第２液晶パネルの制御が容易になる。

本発明の第１０の局面によれば、光源が発する光の色を時分割で変えることにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第１液晶パネルを通して背面側の状態をカラー画像として視認したりでき、背面側にいる視聴者は、第２画像信号に基づくカラー画像を視認したり、第２液晶パネルを通して表示面側の状態をカラー画像として視認したりできるだけでなく、カラーフィルタを使用する場合に比べて、これらの画像を高い輝度で表示できる。

本発明の第１１の局面によれば、導光板のヘイズを調整することにより、導光板内で拡散反射が起こりやすくなる。これにより、導光板は第１および第２反射型偏光板のいずれかで反射された第２偏光から第１および第２偏光を生成しやすくなる。このため、導光板から射出される光の利用効率を向上させることができる。

本発明の第１２の局面によれば、略２０μｍ〜３００μｍの透明な粒子を製造時に混入した導光板を用いたディスプレイは、他の方法で製造された導光板を用いたディスプレイと比較して、より品位の高い画像を表示することができる。

基礎検討で使用したディスプレイの構成を示す図である。 図１に示すディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図１に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。 図１に示すディスプレイを備えた画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。 拡散反射を起こしやすい導光板の断面図であり、より詳しくは、（Ａ）は、ヘイズを制御した導光板の断面図であり、（Ｂ）は両面にドットが印刷された導光板の断面図であり、（Ｃ）は両面にくさび形が形成された導光板の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときに、背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイにおいて、液晶パネルのすべての画素をオフ状態にしたときに、表示面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図１３に示すディスプレイにおいて、第１および第２液晶パネルに第１および第２画像信号がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイの構成を示す図である。 図１５に示すディスプレイにおいて、第１および第２液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。 図１５に示すディスプレイにおいて、第１液晶パネルのすべての画素をオフ状態にし、第２液晶パネルのすべての画素をオン状態にしたときに、ディスプレイの背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示すディスプレイの第１の変形例であるディスプレイの構成を示す図である。 図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいて、液晶パネルに与えられた画像信号に基づいて階調表示が行われているときの光の透過／吸収を示す図である。 図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいてノーマリブラック型の液晶パネルを使用したときの光の吸収／透過を示す図である。 特許文献１に記載されたシースルータイプの画像表示装置に用いられているディスプレイの構成を示す図である。 図２１に示すディスプレイにおいて光の透過／吸収を示す図である。

＜１．基礎検討＞
本発明の各実施形態に係る画像表示装置を説明する前に、上記課題を解決すべく発明者が事前に行った基礎検討について説明する。

＜１．１ ディスプレイの構成＞
図１は、基礎検討で使用したディスプレイ１０の構成を示す図である。図１に示すように、ディスプレイ１０では、表示面側から背面側に向かって、第２吸収型偏光板４２、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１、第１吸収型偏光板４１、および導光板２０がこの順に配置されている。

液晶パネル３１は、ノーマリホワイト型のパネルであるため、液晶パネル３１に含まれる画素は、オフ状態（信号電圧が書き込まれていない状態または０Ｖの信号電圧が書き込まれている状態）のときに透明になり、書き込まれる信号電圧が高くなるのに伴って光の透過率が低下し黒くなる。液晶パネル３１の背面側の表面には第１吸収型偏光板４１が貼り付けられており、表示面側の表面には、第１吸収型偏光板４１とは逆位相の第２吸収型偏光板４２が貼り付けられている。すなわち、第１吸収型偏光板４１はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する偏光板であり、第２吸収型偏光板４２は逆にＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収する偏光板である。なお、本明細書では、Ｐ偏光およびＳ偏光のうちいずれか一方を第１偏光といい、他方を第２偏光ということがある。また、第１偏光を透過し、第２偏光を吸収する偏光板を「第１位相の偏光板」といい、逆に「第２偏光」を透過し、「第１偏光」を吸収する偏光板を「第２位相の偏光板」ということがある。

さらに、第１吸収型偏光板４１の背面側に配置された導光板２０は、例えばアクリル、ポリカーボネートなどの透明な樹脂からなり、導光板２０の端部には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Device）などからなる光源２５が取り付けられている。このため、光源２５が発するＰ偏光とＳ偏光を含む光は、導光板２０の内部を全反射しながら進み、導光板２０の表示面側および背面側の平面からディスプレイ１０の表示面側および背面側に向かって射出される。

＜１．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図２は、基礎検討で使用したディスプレイ１０において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図２の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図２の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。なお、本明細書では、画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が書き込まれた画素をオン状態の画素といい、０Ｖが書き込まれた画素をオフ状態の画素という。

まず、図２の上図を参照して、オン状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。光源２５が点灯することによって導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光が第１吸収型偏光板４１に入射すると、Ｓ偏光は第１吸収型偏光板４１に吸収され、Ｐ偏光は第１吸収型偏光板４１を透過して、液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１のオン状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射したＰ偏光は第２吸収型偏光板４２に吸収される。この場合、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも表示面側に到達できないので、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図２の下図を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。このとき、導光板２０から光が射出され、液晶パネル３１の画素はオフ状態になっている。図２の上図の場合と同様にして、この液晶パネル３１のオフ状態の画素に、導光板２０から射出された光のうちＰ偏光が入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過する。その結果、導光板２０から射出されたＰ偏光はＳ偏光に変換されて表示面側に到達するので、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、画像信号ＤＶ１を液晶パネル３１の画素にそれぞれ与えることにより、液晶パネル３１の複数の画素のうち、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

上記のように、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１では、オン状態の画素は入射する光の偏光状態を変えることなく通過させ、オフ状態の画素は入射する光の偏光状態を変換して通過させる。このため、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１において、オン状態の画素を「偏光非変換状態の画素」といい、オフ状態の画素を「偏光変換状態の画素」ということがある。また、オン状態の画素に対応する画面の黒表示状態を「第１表示状態」といい、オフ状態の画素に対応する画面の白表示状態を「第２表示状態」ということがある。

＜１．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図３は、基礎検討で使用したディスプレイ１０において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。この場合、ディスプレイ１０は透明ディスプレイとして機能する。

図３に示すように、液晶パネル３１に画像信号が与えられないので、液晶パネル３１のすべての画素はオフ状態である。このとき、光源２５を点灯しているので、導光板２０から射出された光だけでなく、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このため、表示面側にいる視聴者は、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光だけでなく、導光板２０から射出された光も視認することになる。このとき、図３に示すように、光源２５が点灯されているので、導光板２０からも光が射出されている。しかし、この光の透過／吸収は図２の下図に示す場合と同様であるので、図３ではその記載を省略する。

図３を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｐ偏光は、導光板２０および第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１に入射する。また、Ｓ偏光は導光板２０でＰ偏光とＳ偏光に変換され、そのうちＰ偏光のみが第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１に入射する。第１吸収型偏光板４１を透過したＰ偏光は、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、画面は白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。

これにより、液晶パネル３１のすべての画素に対応する画面が白表示状態になるので、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。

なお、上記説明では、光源２５を点灯した場合に、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図３において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜１．４ 画像表示装置の構成と動作＞
本明細書では、以下の各実施形態において詳細に説明するディスプレイを備える画像表示装置は公知のものを使用する。ここでは、基礎検討で使用したディスプレイ１０を備える画像表示装置について説明するが、後述の各実施形態において説明するディスプレイを備える画像表示装置の場合も同様である。

図４は、図１に示すディスプレイ１０を備えた画像表示装置１１０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、画像表示装置１１０は、ディスプレイ１０、表示制御回路１１２、走査信号線駆動回路１１３、および、データ信号線駆動回路１１４を備えたアクティブマトリクス型の画像表示装置である。このディスプレイ１０は、液晶パネル３１だけではなく、光源が取り付けられた導光板および各種の偏光板を含むが、導光板などの図示は省略する。

ディスプレイ１０に含まれる液晶パネル３１は、ｎ本の走査信号線Ｇ１〜Ｇｎ、ｍ本のデータ信号線Ｓ１〜Ｓｍ、および、（ｍ×ｎ）個の画素Ｐｉｊを含んでいる（ただし、ｍは２以上の整数、ｊは１以上ｍ以下の整数）。走査信号線Ｇ１〜Ｇｎは互いに平行に配置され、データ信号線Ｓ１〜Ｓｍは走査信号線Ｇ１〜Ｇｎと直交するように互いに平行に配置される。走査信号線Ｇｉとデータ信号線Ｓｊの交点近傍には、画素Ｐｉｊが配置される。このように（ｍ×ｎ）個の画素Ｐｉｊは、行方向にｍ個ずつ、列方向にｎ個ずつ、２次元状に配置される。走査信号線Ｇｉはｉ行目に配置された画素Ｐｉｊに共通して接続され、データ信号線Ｓｊはｊ列目に配置された画素Ｐｉｊに共通して接続される。

画像表示装置１１０の外部からは、水平同期信号ＨＳＹＮＣ、垂直同期信号ＶＳＹＮＣなどの制御信号と画像信号ＤＶ１が供給される。表示制御回路１１２は、これらの信号に基づき、走査信号線駆動回路１１３に対してクロック信号ＣＫとスタートパルスＳＴを出力し、データ信号線駆動回路１１４に対して制御信号ＳＣと画像信号ＤＶ１を出力する。

走査信号線駆動回路１１３は、ハイレベルの出力信号を１つずつ順に走査信号線Ｇ１〜Ｇｎに与える。これにより、走査信号線Ｇ１〜Ｇｎが１本ずつ順に選択され、１行分の画素Ｐｉｊが一括して選択される。データ信号線駆動回路１１４は、制御信号ＳＣと画像信号ＤＶ１に基づき、データ信号線Ｓ１〜Ｓｍに対して画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧を与える。これにより、選択された１行分の画素Ｐｉｊに画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が書き込まれる。このようにして、画像表示装置１１０は液晶パネル３１に画像を表示する。

＜１．５ 基礎検討によりわかったこと＞
基礎検討によれば、液晶パネル３１に与えられた画像信号ＤＶ１に基づく画像をディスプレイ１０に表示したり、ディスプレイ１０を透明ディスプレイとして使用したりすることができる。これにより、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づく画像を視認したり、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認したりすることができる。しかし、導光板２０から背面側に射出された光はディスプレイ１０の外部に抜けてしまうので、画像を表示するために利用できない。このため、基礎検討で使用したディスプレイ１０は、導光板２０から射出される光の利用効率が低いという問題を有する。

そこで、以下の各実施形態において、導光板２０から射出された光の利用効率を向上させることができるシースルータイプの画像表示装置について説明する。

＜２．第１の実施形態＞
＜２．１ ディスプレイの構成＞
図５は、本発明の第１の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１１の構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態のディスプレイ１１には、図１に示すディスプレイ１０において、さらに２枚の反射型偏光板５１、５２が追加して配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１１の構成要素のうち、図１に示すディスプレイ１０の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図５を参照して、導光板２０を挟むようにして、導光板２０の背面側および表示面側に第１および第２反射型偏光板５１、５２がそれぞれ配置されている。これらの第１および第２反射型偏光板５１、５２は、いずれも第１吸収型偏光板４１と同位相の反射板である。すなわち、第１および第２反射型偏光板５１、５２は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光板である。また、導光板２０の端部には、光源２５が取り付けられている。

＜２．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図６は、本実施形態で使用したディスプレイ１１において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図６の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図６の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。

まず、図６の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態のときのＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光は、背面側に配置された第１反射型偏光板５１と、表示面側に配置された第２反射型偏光板５２にそれぞれ入射する。まず、第１反射型偏光板５１に入射するＰ偏光およびＳ偏光について説明する。なお、以下の説明において、導光板２０から最初に射出された光を「第１成分」の光といい、第１または第２反射型偏光板５１、５２によって反射されて導光板２０に戻され、導光板２０で生成された光を「第２成分」の光という場合がある。

第１反射型偏光板５１に入射した第１成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を透過して背面側に抜けていく。これに対し、第１成分のＳ偏光は第１反射型偏光板５１によって反射され、導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第１成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第２反射型偏光板５２に向けて射出する。

第２反射型偏光板５２に入射した第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２を透過し、第１吸収型偏光板４１に向かう。一方、第２成分のＳ偏光は、第２反射型偏光板５２によって反射され、再び導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第２成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第１反射型偏光板５１に向けて射出する。以下、同様にして、第１または第２反射型偏光板５１、５２に入射したＰ偏光とＳ偏光のうち、Ｐ偏光だけが第１または第２反射型偏光板５１、５２を透過し、Ｓ偏光は多重反射されることを繰り返す。

また、導光板２０から第２反射型偏光板５２に入射した第１成分のＰ偏光およびＳ偏光についても、上記の場合と同様に、Ｐ偏光は第２反射型偏光板５２を透過して、第１吸収型偏光板４１に向かう。Ｓ偏光は第２反射型偏光板５２によって反射され、導光板２０に戻される。導光板２０は、戻された第１成分のＳ偏光から第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成し、それらを第１反射型偏光板５１に向けて射出する。以下同様にして、Ｐ偏光は、第１または第２反射型偏光板５１、５２を透過し、Ｓ偏光は多重反射されることを繰り返す。

このようにして、第２反射型偏光板５２に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２を透過して第１吸収型偏光板４１に向かう。Ｓ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で繰り返し反射されて導光板２０に戻され、導光板２０で第２成分のＰ偏光とＳ偏光を生成するために使用される。

第１吸収型偏光板４１に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１吸収型偏光板４１を透過し、液晶パネル３１のオン状態の画素に入射する。オン状態の画素は、Ｐ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。しかし、第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射したＰ偏光は吸収され、表示面側に透過できない。これにより、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図６の下図を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。この場合も、図６の上図の場合と同様にして、導光板２０から射出された光のうち、第１成分および第２成分のＰ偏光が液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２は入射したＳ偏光を透過させるので、Ｓ偏光は表示面側に透過する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が向上するので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

このとき、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を背面側にも透過する。これにより、ディスプレイ１１の背面側にいる視聴者には、ディスプレイ１１の背面が発光しているように見える。

＜２．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図７は、本実施形態で使用したディスプレイ１１において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときの光の透過／吸収を示す図である。図７を参照して、背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第１反射型偏光板５１により反射されるが、Ｐ偏光は第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、および第１吸収型偏光板４１を順に透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、入射したＳ偏光は表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、これらの画素に対応する画面が白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。このとき、図７に示すように、光源２５が点灯されているので、導光板２０からも光が射出されている。しかし、この光の透過／吸収は図６の下図に示す場合と同様であるので、図７ではその記載を省略する。

また、ディスプレイ１１の背面側から入射する光のうち、Ｓ偏光は第１反射型偏光板５１によって反射されるので、ディスプレイ１１の背面はミラー面になり、背面側にいる視聴者には、背景を映す鏡のように見える。

なお、上記説明では、光源２５を点灯した場合に、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図７において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１０の背面側に置かれた物体からの光も表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１０の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜２．４ 導光板＞
導光板２０は、アクリル、ポリカーボネートなどの透明な樹脂からなり、光源が発するＰ偏光およびＳ偏光を含む第１成分の光を、第１および第２反射型偏光板５１、５２に向けて射出するだけではなく、それらによって反射され、入射するＳ偏光を再利用する。ここで、再利用とは、第１反射型偏光板５１または第２反射型偏光板５２で反射されて導光板２０に戻されたＳ偏光から、第２成分のＰ偏光およびＳ偏光を生成して射出することをいう。第２成分のＰ偏光およびＳ偏光は、主に導光板２０内で生じる拡散反射によって生成される。なお、導光板２０を構成する材料は、上記アクリルやポリカーボネートなどの樹脂に限定されず、光を伝搬する透明な材料、例えばガラス等を用いてもよい。

図８は、拡散反射を起こしやすい導光板の断面図であり、より詳しくは、図８（Ａ）は、ヘイズを制御した導光板２１の断面図であり、図８（Ｂ）は両面にドット２７が印刷された導光板２２の断面図であり、図８（Ｃ）は両面にくさび形２８が形成された導光板２３の断面図である。なお、図８（Ｂ）に示す導光板２２では、ドット２７は導光板２２の両面のみに形成されているが、表示面側の平面のみ、または背面側の平面のみに形成されていてもよい。図８（Ｃ）でも同様に、くさび形２８は、導光板２３の表示面側の平面のみに、または背面側の平面のみに形成されていてもよい。

図８（Ａ）を参照して、ヘイズを制御した導光板２１について説明する。導光板２１は拡散反射を生じやすくするために、その製造時に、透明な樹脂にシリカなどからなる透明な粒子２６を混入させる。これにより、導光板２１のヘイズを２〜３％にする。ここで、ヘイズとは、導光板２０の透明性に関する指標で、濁度（曇度）を表し、全透過光に対する拡散透過光の割合を示す数値である。なお、混入させる粒子２６は、その直径が数十μｍから数百μｍ程度のものが好ましく、略２０μｍ〜３００μｍのものがより好ましい。また、粒子２６の形状は、球状のものが好ましいが、円錐状または角錐状のものであってもよい。

ヘイズが高い領域ほど、導光板２０に入射するＳ偏光からより多くの第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成することができる。このため、ヘイズは導光板２０の中央付近で高くし、周辺部に行くほど低くなるようにしたり、導光板２０の中央から所定の範囲内で一定にし、それよりも外側で小さくなるようにしたりしてもよい。これにより、液晶パネル３１の中央付近を透過する光量が多くなるので、画像の品位を向上させることができる。

なお、拡散反射だけでなく、導光板２１内で生じる界面反射でも再利用によってＳ偏光から第２成分のＰ偏光およびＳ偏光が生成される。しかし、界面反射は拡散反射に比べ、再利用により第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成する効率が悪いので、画像の品位の向上に対する寄与が少ない。

図８（Ｂ）に示すように、光を射出する左右の平面に、大きさが数μｍ程度の透明なインクからなるドット２７をインクジェット印刷によって印刷した導光板２２を使用したり、図８（Ｃ）に示すように、大きさが数μｍ程度のくさび形２８を形成した導光板２３を使用したりしてもよい。しかし、ドット２７を印刷した導光板２２を使用した場合には、視聴者は画像と共にドット２７を視認し易くなるという問題や、法線に対して大きな角度で光が導光板２２から射出されるので、画像の輝度が低くなるという問題がある。また、くさび形２８を形成した導光板２３を使用した場合にも同様の問題がある。そこで、ディスプレイ１１の導光板２０には、粒子２６を混入させることによりヘイズを調整した導光板２１を用いることが最も好ましい。

＜２．５ 効果＞
本実施形態によれば、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２が、導光板２０を挟むように配置されている。これにより、導光板２０から表面側に射出されたＳ偏光を第２反射型偏光板５２によって導光板２０に戻すように反射するだけでなく、背面側に射出されたＳ偏光も第１反射型偏光板５１によって導光板２０に戻すように反射する。このように、導光板２０から表示面側に射出された光だけでなく、背面側に射出された光も再利用するので、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができる。

さらに、第１または第２反射型偏光板５１、５２で反射されたＳ偏光が導光板２０に戻されれば、導光板２０は、戻されたＳ偏光からＰ偏光およびＳ偏光を生成し、それらを導光板２０から再び射出する。これにより、導光板２０から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

また、液晶パネル３１の画素のうち、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、黒表示状態の画面と白表示状態の画面からなる画像信号ＤＶ１に基づいたモノクロの画像を視認できる。このとき、導光板２０から背面側に射出された光のうちＰ偏光が第１反射型偏光板５１を背面側に透過するので、ディスプレイ１１の背面は発光しているように見える。

また、液晶パネル３１のすべての画素がオフ状態のときには、ディスプレイ１１の背面側から入射した光がオフ状態の画素を通過して表示面側に透過するので、表示面側にいる視聴者は、液晶パネル３１を通して背面側に置かれた物体を視認できる。これにより、ディスプレイ１１は透明ディスプレイとしても機能する。このとき、ディスプレイ１１の背面は背景を映すミラー面になっている。

＜３．第２の実施形態＞
＜３．１ ディスプレイの構成＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１２の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態のディスプレイ１２では、図５に示すディスプレイ１１の背面側に、さらに第３吸収型偏光板４３が追加して配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１２の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図９に示すように、第３吸収型偏光板４３は、第１反射型偏光板５１の背面側に配置されている。この第３吸収型偏光板４３は、第１反射型偏光板５１と同位相の偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する。

＜３．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図１０は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１に画像信号ＤＶ１が与えられているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図１０の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図１０の下図は、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１０の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態のときに、ディスプレイ１２におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。導光板２０から射出された第１成分のＳ偏光、および第１成分のＳ偏光から導光板２０により生成された第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で多重反射を繰り返しながら導光板２０に戻されて再利用される。これにより、導光板２０は第２成分のＳ偏光とＰ偏光を生成して射出する。このようにして射出された第２成分のＰ偏光は、第１成分のＰ偏光と共に、第２反射型偏光板５２、第１吸収型偏光板４１を透過して、液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられてオン状態になっている画素に入射したＰ偏光は偏光状態を変えることなく通過し、第２吸収型偏光板４２に入射する。しかし、第２吸収型偏光板４２はＰ偏光を吸収するので、第２吸収型偏光板４２に入射した第１成分および第２成分のＰ偏光は、いずれも表示面側に到達することができない。これにより、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１０の下図を参照して、液晶パネル３１の画素がオフ状態のときに、ディスプレイ１２におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。この場合に、第１成分のＰ偏光、および導光板２０で生成された第２成分のＰ偏光は、図１０の上図に示す場合と同様にして、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられずオフ状態になっている画素に入射する。オフ状態の画素は入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過するので、第２吸収型偏光板４２に入射した第１成分および第２成分のＳ偏光は表示面側に透過する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が向上するので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

また、第３吸収型偏光板４３は、液晶パネル３１がオン状態であるか否かにかかわらず、光源２５が点灯している場合には、導光板２０から射出された第１成分および第２成分のＰ偏光を背面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１２の背面側にいる視聴者は、ディスプレイ１２の背面が発光しているように見える。

＜３．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
＜３．３．１ 表示面側から見た場合＞
図１１は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときに、背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。図１１を参照して、オフ状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。ディスプレイ１２の背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第３吸収型偏光板４３によって吸収され、Ｐ偏光は第３吸収型偏光板４３を透過する。第３吸収型偏光板４３を透過したＰ偏光は、第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、第１吸収型偏光板４１の順に透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は入射したＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は表示面側に到達する。この場合、液晶パネル３１の画素はすべてオフ状態であるため、これらの画素に対応する画面が白表示状態になり、背面側から入射した光を表示面側に透過させる。これにより、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能し、表示面側にいる視聴者は、背面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。

また、背面側から第３吸収型偏光板４３に入射した光のうち、Ｓ偏光は第３吸収型偏光板４３に吸収され、Ｐ偏光は第３吸収型偏光板４３を透過してさらにディスプレイ１２の内部に進む。このため、図７に示す場合と異なり、ディスプレイ１２の背面はミラー面にならない。

＜３．３．２ 背面側から見た場合＞
図１２は、本発明の第２の実施形態で使用したディスプレイ１２において、液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にしたときに、表示面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。図１２に示すように、表示面側に置かれた物体からの光のうち、Ｐ偏光は第２吸収型偏光板４２に吸収される。しかし、Ｓ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過し、液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＳ偏光の偏光状態をＰ偏光に変換し、第１吸収型偏光板４１に向けて射出する。第１吸収型偏光板４１に入射したＰ偏光は、第２反射型偏光板５２、導光板２０、第１反射型偏光板５１、第３吸収型偏光板４３の順に透過し、背面側に到達する。これにより、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になり、表示面側から入射した光を背面側に透過させる。この場合も、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能し、背面側にいる視聴者は、表示面側に置かれた物体を液晶パネル３１を通して視認することができる。この場合も光源２５は点灯されているが、図１１に示す場合と同様に、光源２５は消灯されていてもよい。

なお、第２吸収型偏光板４２は、表示面側から入射するＳ偏光をディスプレイ１２の内部に透過させ、Ｐ偏光を吸収するので、ディスプレイ１２の表面が発光しているように見えたり、ミラー面になったりすることはない。

なお、上記のいずれの場合も、光源２５を点灯したときに、ディスプレイ１２の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図１１において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１１の背面側に置かれた物体からの光は表示面側に到達する。また、図１２において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１１の表示面側に置かれた物体からの光は背面側に到達する。これらのことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１１の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜３．４ 効果＞
本実施形態によれば、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。光源２５が点灯されているときには、画像信号ＤＶ１に基づいて、液晶パネル３１の画素のうちオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になり、オフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。このとき、導光板２０から背面側に射出された光のうち、Ｐ偏光が第２反射型偏光板５２および第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達するので、背面側にいる視聴者にはディスプレイ１２の背面全体が発光しているように見える。

また、液晶パネル３１のすべての画素がオフ状態のときには画面全体が白表示状態になる。これにより、ディスプレイ１２の背面側から入射した光は表示面側に到達するので、表示面側にいる視聴者は、液晶パネル３１の全体を通して背面側におかれた物体を視認できる。同時に、ディスプレイ１２の表示面側から入射した光が背面側に到達するので、背面側にいる視聴者は、液晶パネル３１の全体を通して表示面側に置かれた物体を視認できる。このように、ディスプレイ１２は、表示面側から見た場合も背面側から見た場合も透明ディスプレイとして機能する。

＜４．第３の実施形態＞
＜４．１ ディスプレイの構成＞
図１３は、本発明の第３の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１３の構成を示す図である。図１３に示すように、本実施形態のディスプレイ１３は、導光板２０の左側の第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの各構成要素の配置は、図５に示すディスプレイ１１の各構成要素の配置と同じである。また、第１反射型偏光板５１から背面側に向かって、第４吸収型偏光板４４、液晶パネル３２、第３吸収型偏光板４３が順に配置されている。別の見方をすれば、これらの構成要素の配置は、導光板２０を中心にして、左右に線対象となるように各構成要素が配置されているともいえる。あるいは、導光板２０を挟んで配置された第１および第２反射型偏光板５１、５２を含む表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成、および、導光板２０を挟んで配置された第１および第２反射型偏光板５１、５２を含む背面側の第３吸収型偏光板４３までの構成はいずれも、図５に示すディスプレイ１１の構成と同じであるともいえる。そこで、本実施形態のディスプレイ１３の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、異なる構成要素を中心に説明する。

本実施形態において追加された第３吸収型偏光板４３は、第２吸収型偏光板４２と同位相の吸収型偏光板であり、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収する。第４吸収型偏光板４４は、第１吸収型偏光板４１と同位相の吸収型偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する。また、本実施形態では、液晶パネル３１を第１液晶パネル３１、液晶パネル３２を第２液晶パネル３２という。第１および第２液晶パネル３１、３２はいずれもノーマリホワイト型の液晶パネルであるとする。また、第１液晶パネル３１には、外部から第１画像信号ＤＶ１が与えられ、第２液晶パネル３２には、外部から第２画像信号ＤＶ２が与えられる。これらの第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２は同じ画像信号であってもよく、あるいは異なる画像信号であってもよい。

＜４．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの透過／吸収＞
図１４は、本発明の第３の実施形態で使用したディスプレイ１３において、第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。より詳しくは、図１４の上図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオン状態の場合の光の透過／吸収を示す図であり、図１４の下図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオフ状態の場合の光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１４の上図を参照して、第１液晶パネル３１の画素がオン状態の場合におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。上述のように、第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成が、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１の構成と同じである。そこで、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から表示面側に向かって射出された第１成分のＰ偏光および第２成分のＰ偏光はいずれも、第２吸収型偏光板４２に吸収され、表示面側に透過できない。また、第１成分および第２成分のＳ偏光は、いずれも第２反射型偏光板５２によって反射され、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２の間で多重反射を繰り返すので、第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達できない。このように、導光板２０から射出されたＰ偏光もＳ偏光も表示面側に透過できないので、第１液晶パネル３１のオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

また、第２液晶パネル３２のオン状態の画素におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。上述のように、第２反射型偏光板５２から背面側の第３吸収型偏光板４３までの構成は、第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成と同じである。この場合も、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達できないので、第２液晶パネル３２のオン状態の画素に対応する画面も黒表示状態になる。

次に、図１４の下図を参照して、第１液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合におけるＰ偏光およびＳ偏光の透過／吸収について説明する。液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合も、オン状態の場合と同様に、導光板２０から射出された光のうち、第１成分のＰ偏光および導光板２０での再利用により生成された第２成分のＰ偏光は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射する。オフ状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２はＳ偏光を透過させるので、第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は表示面側に到達する。このため、第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

同様に、導光板２０から背面側に向かって射出された光のうち、第１成分のＰ偏光および第２成分のＰ偏光も、第２液晶パネル３２によってＳ偏光に変換され、第３吸収型偏光板４３を透過して背面側に到達する。このため、第２液晶パネル３２のオフ状態の画素に対応する画面も白表示状態になる。

このように、第１液晶パネル３１の画素のうち、第１画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第１画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。同様に、第２液晶パネル３２の画素のうち、第２画像信号ＤＶ２を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第２画像信号ＤＶ２を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づき、第１液晶パネル３１に表示されるモノクロの画像を視認することができる。また、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づき、第２液晶パネル３２に表示されるモノクロの画像を視認することができる。

また、表示面側および背面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側および背面側に到達する光の輝度が高くなるので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

＜４．３ 効果＞
本実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２をそれぞれ与えることによって、第１および第２液晶パネル３１、３２の複数の画素のうち、一部の画素をオン状態とし、残りの画素をオフ状態にする。これにより、ディスプレイ１３の表示面側には第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像が表示され、背面側には、第２画像信号ＤＶ２に基づくモノクロの画像が表示される。このとき、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が同じ画像信号である場合には、表示面側の視聴者と背面側の視聴者は同じ画像を視認する。また、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が異なる画像信号である場合には、表示面側の視聴者と背面側の視聴者は異なる画像を視認する。

また、導光板２０から表示面側および背面側に射出された光は、それぞれ第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２に照射されるバックライト光として利用される。これにより、導光板２０から射出される光の利用効率をより一層向上させることができる。

＜５．第４の実施形態＞
＜５．１ ディスプレイの構成＞
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るシースルータイプの画像表示装置に使用されるディスプレイ１４の構成を示す図である。図１５に示すように、本実施形態のディスプレイ１４では、導光板２０の背面側の第１反射型偏光板５１から表示面側に向かって第２吸収型偏光板４２までの各構成要素の配置は、図５に示すディスプレイ１１の各構成要素の配置と同じである。また、第１反射型偏光板５１の背面側には、第２液晶パネル３２および第３反射型偏光板５３が順に配置されている。そこで、本実施形態のディスプレイ１４の構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素にそれぞれ同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

本実施形態において追加された第３反射型偏光板５３は、第１および第２反射型偏光板５１、５２と同位相の反射型偏光板であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。また、本実施形態では、液晶パネル３１を第１液晶パネル３１、液晶パネル３２を第２液晶パネル３２という。第１および第２液晶パネル３１、３２はいずれもノーマリホワイト型の液晶パネルである。

＜５．２ 液晶パネルに画像信号が与えられているときの光の透過／吸収＞
図１６は、本発明の第４の実施形態で使用したディスプレイ１４において、第１および第２液晶パネル３１、３２に第１および第２画像信号ＤＶ１、ＤＶ２がそれぞれ与えられているときの光の透過／吸収を示す図である。より詳しくは、図１６の上図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオン状態の場合の光の透過／吸収を示す図であり、図１６の下図は、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の画素がいずれもオフ状態の場合の光の透過／吸収を示す図である。また、第１液晶パネル３１には、外部から第１画像信号ＤＶ１が与えられ、第２液晶パネル３２には、外部から第２画像信号ＤＶ２が与えられる。これらの第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２は同じ画像信号であってもよく、または異なる画像信号であってもよい。

＜５．２．１ 表示面側からディスプレイを見た場合＞
表示面側からディスプレイ１４を見たときに、ディスプレイ１４の画面の表示状態を説明する。まず、図１６の上図に示すように、第１液晶パネル３１の画素がオン状態の場合について説明する。第１反射型偏光板５１から表示面側の第２吸収型偏光板４２までの構成は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１と同じである。このため、第１の実施形態の場合と同様に、第１成分および第２成分のＰ偏光は、オン状態の第１液晶パネル３１までは透過するが、第２吸収型偏光板４２に吸収され、表示面側に透過することができない。また、第１成分および第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で多重反射を繰り返し、第２反射型偏光板５２よりも表示面側に透過することができない。このように、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも表示面側に透過できないので、第１液晶パネル３１のオン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１６の下図に示す場合は、図１４の下図に示す場合と同様に、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１吸収型偏光板４１を透過して第１液晶パネル３１に入射する。液晶パネル３１のオフ状態の画素に入射したＰ偏光はＳ偏光に変換され、第２吸収型偏光板４２に向けて射出される。第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達する。これにより、第１液晶パネル３１のオフ状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

このように、第１液晶パネル３１の画素のうち、第１画像信号ＤＶ１を与えられた画素はオン状態になり、対応する画面は黒表示状態になる。また、第１画像信号ＤＶ１を与えられない画素はオフ状態になり、対応する画面は白表示状態になる。これにより、第１液晶パネル３１には黒表示状態の画面と白表示状態の画面とからなるモノクロ（白黒）の画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認することができる。

なお、表示面側に到達する光には、第１成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光だけでなく、第２成分のＰ偏光から偏光状態が変換されたＳ偏光も含まれる。これにより、表示面側に到達する光の輝度が高くなるので、表示されるモノクロの画像のコントラストが向上する。

＜５．２．２ 背面側からディスプレイを見た場合＞
背面側からディスプレイ１４を見たときに、ディスプレイ１４の画面の表示状態を説明する。まず、図１６の上図を参照して、第２液晶パネル３２の画素がオン状態の場合について説明する。導光板２０から背面側に向かって射出された光のうち、第１成分および第２成分のＳ偏光は、第１反射型偏光板５１と第２反射型偏光板５２との間で反射を繰り返し、第１反射型偏光板５１よりも背面側に透過することができない。

また、第１成分および第２成分のＰ偏光は、第１反射型偏光板５１を透過し、第２液晶パネル３２に入射する。第２液晶パネル３２のオン状態の画素は、入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく、第３反射型偏光板５３に向けて射出する。第３反射型偏光板５３はＰ偏光を透過させるので、第３反射型偏光板５３に入射したＰ偏光は背面側に到達する。このとき、第２液晶パネル３２には第２画像信号ＤＶ２が与えられているので、第２画像信号ＤＶ２に基づく画像が第２液晶パネル３２に表示される。これにより、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づく画像を視認することができる。

なお、図１６の下図に示す、第２液晶パネル３２の画素がオフ状態の場合には、第２液晶パネル３２に入射した第１および第２成分のＰ偏光は、第２液晶パネル３２を通過することにより、それぞれ第１および第２成分のＳ偏光に変換され、さらに第３反射型偏光板５３によって反射される。したがって、導光板２０から射出されたＰ偏光およびＳ偏光はいずれも背面側に到達できない。

このとき、第３反射型偏光板５３は、背面側から入射するＳ偏光を反射するので、ディスプレイ１４の背面はミラー面になり、背面側にいる視聴者には、背景を映す鏡のように見える。

＜５．３ 液晶パネルに画像信号が与えられていないときの光の透過／吸収＞
図１７は、本発明の第４の実施形態で使用したディスプレイ１４において、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にし、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にしたときに、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光の透過／吸収を示す図である。

ディスプレイ１４の背面側から第３反射型偏光板５３を透過したＰ偏光が、透過させる第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達するためには、ディスプレイ１４の内部でＰ偏光をＳ偏光に変換する必要がある。このためには、第２液晶パネル３２は入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく通過させ、第１液晶パネル３１はＰ偏光をＳ偏光に変換して通過させる。そこで、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にし、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にする。

図１７に示すように、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光のうち、Ｓ偏光は第３反射型偏光板５３によって反射される。しかし、Ｐ偏光は第３反射型偏光板５３を透過し、第２液晶パネル３２の画素に入射する。第２液晶パネル３２のすべての画素はオン状態であるので、これらの画素は入射したＰ偏光の偏光状態を変えることなく、第１反射型偏光板５１に向けて射出する。射出されたＰ偏光は、第１反射型偏光板５１、導光板２０、第２反射型偏光板５２、および第１吸収型偏光板４１を透過し、第１液晶パネル３１に入射する。第１液晶パネル３１のすべての画素はオフ状態であるので、これらの画素はＰ偏光をＳ偏光に変換し、第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。第２吸収型偏光板４２に入射したＳ偏光は第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。

このように、第２液晶パネル３２のすべての画素をオン状態にし、第１液晶パネル３１のすべての画素をオフ状態にすることにより、ディスプレイ１４の画面は白表示状態になる。これにより、表示面側にいる視聴者は第１および第２液晶パネル３１、３２を通してディスプレイ１４の背面側の置かれた物体を視認することができる。

このとき、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からのＰ偏光は、第２画像信号ＤＶ２によって透過率を調整された第２液晶パネル３２を通過する。これにより、表示面側にいる視聴者は背面側に置かれた物体を階調表示された画像として視認することができる。

このとき、第３反射型偏光板５３は、ディスプレイ１４の背面側から入射する光のうち、Ｓ偏光を反射する。このため、ディスプレイ１４の背面はミラー面になり、背景を映す鏡になる。

なお、上記説明では、光源２５を点灯したときに、ディスプレイ１４の全体が透明ディスプレイとして機能すると説明した。しかし、図１７において、光源２５を消灯させた場合にも、ディスプレイ１４の背面側に置かれた物体からの光は表示面側に到達する。このことから、導光板２０から光が射出されない場合にも、ディスプレイ１４の全体が透明ディスプレイとして機能することがわかる。

＜５．４ 効果＞
本実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様に、導光板２０から射出される光の利用効率を向上させることができるだけでなく、さらに次のような効果も奏する。導光板２０から第２吸収型偏光板４２までのディスプレイ１４の構成は、図９に示す第２の実施形態のディスプレイ１２の構成と同じである。このため、光源２５が点灯しているとき、表示面側にいる視聴者は、第１画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像を視認できる。

このとき、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が同じ信号である場合には、表示面側と背面側の視聴者は同じ画像を視認できる。また、第１画像信号ＤＶ１と第２画像信号ＤＶ２が異なる信号である場合には、表示面側と背面側の視聴者はそれぞれ異なる画像を視認できる。

また、導光板２０から背面側に射出された光のうちＰ偏光が背面側に到達する。そこで、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づくモノクロの画像を視認できる。このとき、第３反射型偏光板５３は、背面側から入射する光を反射するのでミラー面になっているので、背景を映す鏡にモノクロの画像が表示される。

また、第１液晶パネル３１の画素がオフ状態であり、かつ第２液晶パネル３２の画素がオン状態のときには、背面側から入射したＰ偏光が、第２液晶パネル３２のオン状態の画素、および第１液晶パネル３１のオフ状態の画素を順に通過して表示面側に透過する。これにより、表示面側にいる視聴者は、第１および第２液晶パネル３１、３２を通して背面側に置かれた物体を視認することができる。このとき、ディスプレイ１４の背面は、背景を映すミラー面になっているので、背面側にいる視聴者には背景を映す鏡のように見える。

＜６．各実施形態に共通の変形例＞
以下では、第１から第４の実施形態に共通の変形例について説明する。なお、説明の便宜上、第１の実施形態のディスプレイ１１について各変形例を説明するが、第２から第４の実施形態の変形例についても同様である。

＜６．１ 第１の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の表示面に表示される画像はモノクロの画像であるとして説明した。しかし、ディスプレイ１１の構成を少し変えるだけでカラー画像を表示することができる。具体的には、カラーフィルタを配置する構成、または光源２５をフィールドシーケンシャル駆動とする構成が考えられる。これらの構成はいずれも公知であるため、簡単に説明する。

図１８は、図５に示すディスプレイ１１の第１の変形例であるディスプレイの構成を示す図である。図１８に示すディスプレイでは、図５に示すディスプレイ１１の液晶パネル３１と第２吸収型偏光板４２との間にカラーフィルタ７０が配置されている。そこで、本変形例のディスプレイの構成要素のうち、図５に示すディスプレイ１１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。

図１８に示すように、ディスプレイでは、カラーフィルタ７０は、液晶パネル３１の表示面側の表面に貼り付けられている。カラーフィルタ７０には、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のサブピクセルからなる画素がマトリクス状に複数個配列されている。このカラーフィルタ７０は、液晶パネル３１の表面全体に貼り付けられていてもよく、また液晶パネル３１の一部の表面上のみに貼り付けられていてもよい。カラーフィルタ７０は透過する光の一部を吸収するので、カラーフィルタ７０を液晶パネル３１の一部に貼り付けた場合には、液晶パネル３１を通過した光のうち、カラーフィルタ７０が貼り付けられていない画素を透過した光はカラーフィルタ７０に一部が吸収されることなく透過する。これにより、視聴者は高い輝度のモノクロの画像を視認することができる。

また、第３の実施形態のディスプレイ１３および第４の実施形態のディスプレイ１４は、第１液晶パネル３１だけでなく、さらに第２液晶パネル３２も含んでいる。このため、第１液晶パネル３１の場合と同様に、第２液晶パネル３２にもカラーフィルタを貼り付ければ、背面側にいる視聴者も第２液晶パネル３２に表示されるカラー画像を視認したり、表示面側に置かれた物体のカラー画像を視認したりすることができる。

また、フィールドシーケンシャル駆動の場合には、光源２５を制御することにより、時分割で例えばＲ、Ｇ、Ｂの光を順に発光させて液晶パネル３１に照射する。これにより、表示面側にいる視聴者はカラー画像を視認することができる。この場合、液晶パネル３１にカラーフィルタ７０を貼り付ける必要がないので、視聴者は高い輝度のカラー画像を視認することができる。また、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用する場合にも、図７に示す場合と同様にして、背面側に置かれた物体をカラー表示させることができる。

なお、光源２５から時分割で発光された光は、導光板２０により表示面側だけでなく、背面側にも射出される。背面側に射出された光は、第３の実施形態のディスプレイ１３および第４の実施形態のディスプレイ１４の第２液晶パネル３２を通過する。このため、背面側にいる視聴者は、第２画像信号ＤＶ２に基づくカラー画像を視認したり、第２液晶パネル３２を通して表示面側に置かれた物体をカラー画像として視認したりすることができる。

＜６．２ 第２の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の表示面に表示される画像は、それぞれ単一階調の黒色と白色によって表示されるモノクロの画像であるとして説明した。このモノクロの画像は階調表示されない画像である。しかし、ディスプレイは、モノクロの画像を階調表示することもできる。

そこで、ディスプレイ１１の表示面に表示されるモノクロの画像を階調表示する場合について説明する。図１９は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイ１１において、液晶パネル３１に与えられた信号に基づいて階調表示が行われているときの光の透過／吸収を示す図であり、より詳しくは、図１９の上図は、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図１９の下図は、液晶パネル３１の画素に階調表示をするための電圧（階調表示電圧）を与えたときの光の透過／吸収を示す図である。

まず、図１９の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６の上図の場合と同様にして、導光板２０から射出された光が、液晶パネル３１のオン状態の画素を透過して第２吸収型偏光板４２に入射し、第２吸収型偏光板に吸収される。このため、オン状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

次に、図１９の下図を参照して、導光板２０から射出された光が、第１吸収型偏光板４１を透過して液晶パネル３１の画素に入射するまでは、図６の下図に示す場合と同じである。液晶パネル３１の画素には、階調表示電圧を与える。階調表示電圧は、Ｐ偏光をＳ偏光に９０度偏光する０Ｖよりも高く、Ｐ偏光の偏光状態を変えないようにする０度偏光の電圧Ｖ（０）よりも低い所定の電圧Ｖ（α）を印加する。ここで、αはＰ偏光を偏光させる角度を表わし、電圧Ｖ（α）はＰ偏光をα度偏光させる電圧を表わす。電圧Ｖ（α）が印加された画素を透過した光は、α度偏光されることにより、Ｐ偏光とＳ偏光を所定の割合で含む光になる。このような光が、第２吸収型偏光板４２に入射すれば、Ｐ偏光は吸収され、Ｓ偏光のみが第２吸収型偏光板４２を透過して表示面側に到達する。例えば、液晶パネル３１に、角度αが４５度となる電圧Ｖ（４５）を印加すれば、液晶パネル３１の画素は、入射したＰ偏光を５０％のＰ偏光と５０％のＳ偏光とに変換する。このため、表示面側に到達するＳ偏光の輝度は、偏光前のＰ偏光の輝度の半分になる。

このように、角度αを調整することにより、角度αに対応する電圧Ｖ（α）を液晶パネル３１の画素に印加し、表示面側に到達するＳ偏光の輝度を制御することができる。この場合、α度偏光された画素に対応する画面は黒表示状態と白表示状態の中間の状態、すなわち灰色表示状態になる。

その結果、液晶パネル３１の画素のうち、画像信号ＤＶ１を与えられた画素に対応する画面は黒表示状態になり、電圧Ｖ（α）を与えられた画素は、角度αによって決まる階調の灰色表示状態になる。これにより、液晶パネル３１には階調表示されたモノクロの画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、画像信号ＤＶ１に基づく階調表示されたモノクロの画像を視認することができる。また、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用した場合にも、図７に示す場合と同様にして、背面側に置かれた物体を階調表示させることができる。

＜６．３ 第３の変形例＞
第１の実施形態では、ディスプレイ１１の液晶パネル３１はノーマリホワイト型であるとした。しかし、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１に代えて、ノーマリブラック型の液晶パネルを使用することもできる。図２０は、図５に示す第１の実施形態のディスプレイにおいてノーマリブラック型の液晶パネル３３を使用したときの光の吸収／透過を示す図であり、詳しくは、図２０の上図は、ノーマリブラック型の液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を示す図であり、図２０の下図は、ノーマリブラック型の液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を示す図である。なお、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と同様に、オン状態の画素は画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が印加された画素をいい、オフ状態の画素は、画像信号ＤＶ１に応じた信号電圧が印加されていない画素をいう。

まず、図２０の上図を参照して、液晶パネル３１の画素がオン状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６に示す場合とは異なり、液晶パネル３３のオン状態の画素は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して入射したＰ偏光をＳ偏光に変換して通過させる。変換されたＳ偏光を第２吸収型偏光板４２に向けて射出する。Ｓ偏光は、第２吸収型偏光板４２を透過し、表示面側に到達する。このため、オン状態の画素に対応する画面は白表示状態になる。

次に、図２０の下図を参照して、液晶パネル３１の画素がオフ状態の場合における光の透過／吸収を説明する。図６に示す場合と異なり、液晶パネル３３のオフ状態の画素は、第２反射型偏光板５２および第１吸収型偏光板４１を透過して入射したＰ偏光をその偏光状態を変えることなく通過させる。オフ状態の画素を通過したＰ偏光は、第２吸収型偏光板４２に吸収されるので、表示面側に到達できない。このため、オフ状態の画素に対応する画面は黒表示状態になる。

このように、ノーマリブラック型の液晶パネル３３では、オン状態の画素は白表示状態になり、オフ状態の画素は黒表示状態になるので、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と白黒が逆になるが、画像信号ＤＶ１に基づくモノクロの画像が表示される。このため、表示面側にいる視聴者は、図６の場合と白黒を逆にしたモノクロの画像を視認することができる。なお、ディスプレイ１１を透明ディスプレイとして使用する場合にも、図７に示す場合と同様にして、ノーマリブラック型の液晶パネル３３を使用することができる。

上記説明からわかるように、ノーマリホワイト型の液晶パネル３１の場合と異なり、ノーマリブラック型の液晶パネル３３では、オン状態の画素は偏光変換状態であり、対応する画面は白表示状態（第２表示状態）になる。一方、オフ状態の画素は偏光非変換状態であり、対応する画面は黒表示状態（第１表示状態）になる。

本発明は、背景が透けて見えるシースルータイプのディスプレイを備えた画像表示装置に適用することができる。

１０、１１、１２、１３、１４ … ディスプレイ
２０ … 導光板
２５ … 光源
３１ … 液晶パネル（第１液晶パネル）
３２ … 液晶パネル（第２液晶パネル）
３３ … 液晶パネル
４１ … 第１吸収型偏光板
４２ … 第２吸収型偏光板
４３ … 第３吸収型偏光板
５１ … 第１反射型偏光板
５２ … 第２反射型偏光板
５３ … 第３反射型偏光板
ＤＶ１ … 第１画像信号
ＤＶ２ … 第２画像信号

Claims (13)

1. 画像信号に基づく画像を表示し、または透明ディスプレイとして機能するディスプレイを備えた画像表示装置であって、
   前記ディスプレイは、
   第１および第２偏光を含む光を射出する光源と、
   前記光源が端部に取り付けられ、前記光源からの光を前記ディスプレイの表示面側および背面側に向けて射出する導光板と、
   前記導光板を挟むように背面側に配置された第１反射型偏光板および表示面側に配置された第２反射型偏光板と、
   外部から与えられた第１画像信号に基づく画像を表示可能であって、前記第２反射型偏光板よりも表示面側に設けられ、複数の画素を含む第１液晶パネルとを備え、
   前記第１反射型偏光板と前記第２反射型偏光板は、前記第１偏光を透過する第１位相の偏光板であることを特徴とする、画像表示装置。
2. 前記ディスプレイは、
   前記第１液晶パネルを挟むように背面側および表示面側にそれぞれ配置された第１吸収型偏光板および第２吸収型偏光板とをさらに備え、
   前記第１吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、前記第２吸収型偏光板は前記第２偏光を透過する第２位相の偏光板であり、
   前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられたとき、前記第１液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第１画像信号に基づく画像を表示し、
   前記第１画像信号が前記第１液晶パネルに与えられないとき、前記第１液晶パネルの画素は偏光変換状態になり、背面側から入射する光を表示面側に到達させることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記ディスプレイは、前記第１反射型偏光板の背面側に配置された第３吸収型偏光板をさらに備え、前記第３吸収型偏光板は前記第１位相の偏光板であることを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記第１液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
5. 前記第１液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
6. 前記第１液晶パネルの表面にカラーフィルタが貼り付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
7. 前記ディスプレイは、
   前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を含む第２液晶パネルと、
   前記第２液晶パネルを挟むように前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３吸収型偏光板および前記第２液晶パネルの表示面側に配置された第４吸収型偏光板をさらに備え、
   前記第３吸収型偏光板および前記第４吸収型偏光板は、前記第１位相の偏光板であり、
   前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示することを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
8. 前記ディスプレイは、
   前記第１反射型偏光板の背面側に配置され、外部から与えられる第２画像信号に基づく画像を表示可能であって、複数の画素を有する第２液晶パネルと、
   前記第２液晶パネルの背面側に配置された第３反射型偏光板とをさらに備え、
   前記第３反射型偏光板は前記第１位相の偏光板であり、
   前記第２画像信号が前記第２液晶パネルに与えられたとき、前記第２液晶パネルの偏光非変換状態の画素に対応する画面は第２表示状態になり、偏光変換状態の画素に対応する画面は第１表示状態になることによって、前記第２画像信号に基づく画像を表示し、
   前記第２液晶パネルの画素が偏光非変換状態で、かつ前記第１液晶パネルの画素が偏光変換状態のときに、背面側から入射する光が、前記第２液晶パネルの画素および前記第１液晶パネルの画素を順に通過して表示面側に到達させることを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
9. 前記第２液晶パネルの前記偏光変換状態の画素は、前記第１偏光の偏光状態を前記第１偏光と前記第２偏光との間の所定の偏光状態にする信号を与えられたとき、前記第１偏光の偏光状態を前記所定の偏光状態に変換して射出することを特徴とする、請求項７または８に記載の画像表示装置。
10. 前記第２液晶パネルは、ノーマリホワイト型の液晶パネルであることを特徴とする、請求項７または８に記載の画像表示装置。
11. 前記光源は複数の色の光を時分割で順に発光することを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
12. 前記導光板は、ヘイズが２〜３％になるように調整されていることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
13. 前記導光板のヘイズは、前記導光板に大きさが略２０μｍ〜３００μｍの透明な粒子を前記導光板の製造時に混入することによって調整されていることを特徴とする、請求項１２記載の画像表示装置。

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