WO2015132983A1

WO2015132983A1 - 画像表示装置

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Publication number: WO2015132983A1
Application number: PCT/JP2014/071614
Authority: WO
Inventors: 健太福岡; 朋幸石原
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2015-09-11
Also published as: US9997122B2; US20170069281A1

Abstract

　背景が透けて見えるシースルーディスプレイの機能を備えた画像表示装置を提供する。　液晶表示装置（１００）は、バックライト光源（１６０）から射出された光源光の入射角がブリュースター角θｂになるように透明板（１７０）が取り付けられているので、光源光に含まれるＳ波は透明板（１７０）によって反射され、背面側から入射する環境光に含まれるＰ波は透明板（１７０）を透過して液晶パネル（１５０）に照射される。このため、バックライト光源（１６０）が点灯されていれば、視聴者は、背景に重ねて表示される画像を視認することができ、バックライト光源（１６０）が消灯されていれば、背景のみを視認することができる。

Description

画像表示装置

　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ディスプレイの機能を備えた画像表示装置に関する。

　近年、外部から入力された画像データに応じた画像を表示するだけではなく、背景が透けて見えるシースルーディスプレイの機能を備えた画像表示装置の開発が進められている。例えば特許文献１には、画像を表示するときに、背景を不透明にして表示画像を見やすくしたシースルーディスプレイの機能を備えた画像表示装置が開示されている。図１２は、特許文献１に開示されたシースルーディスプレイの機能を備えた液晶表示装置８００の構成を示す図である。図１２に示すように、液晶表示装置８００は、液晶パネル８１０と、液晶パネル８１０の背面に設けられたシャッタフィルム８２０と、当該液晶パネル８１０およびシャッタフィルム８２０の駆動を制御する制御部８３０とを備えている。シャッタフィルム８２０は、液晶パネル８１０に照射される入射光を直接透過させ、かつ、シャッタフィルム８２０の後方が透かして見える状態と、液晶パネル８１０に照射される入射光を間接的に透過させ、かつ、シャッタフィルム８２０の後方が識別不能に遮られた状態とを切り替える。これにより、液晶表示装置８００では、液晶パネル８１０に表示された画像が見やすくなったり、液晶パネル８１０を通して後方が透けて見えるようになったりする。

日本の特開２０１０－９１６０９号公報

　液晶パネル８１０は自発光パネルではないので、液晶パネル８１０の背面にバックライト光源を配置し、バックライト光源を点灯して背面側からバックライト光を液晶パネル８１０に照射する必要がある。特許文献１に記載の液晶表示装置８００では、液晶パネル８１０にその背面側からバックライト光を照射するとともに、液晶パネル８１０の後方に展示されている展示物（円柱）８５０にも光を照射するために、それらを収納するケース８４０が設けられ、ケース８４０の内部に光源（図示しない）が配置されている。これにより、ケース８４０の内部は強い光で満たされるので、液晶パネル８１０だけでなく展示物８５０にも光が照射される。しかし、液晶表示装置８００において透けて見える背景はケース８４０の内部に限られ、ケース８４０の背景は透けて見えない。

　そこで、本発明は、背景が透けて見えるシースルーディスプレイの機能を備えた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、シースルーディスプレイの機能を備えた画像表示装置であって、
　外部から与えられる画像情報に基づき光の偏光方向を制御することによりＳ波、Ｐ波、Ｓ波成分またはＰ波成分の少なくともいずれかを含む偏光波を生成して射出する偏光制御画素アレイと、
　前記偏光制御画素アレイに光源光を照射する表示用発光光源と、
　前記画像表示装置の背面側から入射した環境光の偏光方向を制御して生成した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯しているとき前記表示用発光光源から射出された前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分のうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に向けて射出し、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断する光制御手段とを備え、
　前記光制御手段は、前記光源光の入射角がブリュースター角と略等しくなるように取り付けられてい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、
　前記偏光制御画素アレイは、前記光制御手段を透過した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分と、前記光制御手段によって反射された前記光源光に含まれるＳ波が背面側から照射されるように配置され、
　前記光制御手段は、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯されているとき前記光源光に含まれるＳ波を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に含まれるＳ波のうち少なくともいずれかを前記偏光制御画素アレイに背面側から照射し、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断し、
　前記偏光制御画素アレイは、前記光制御手段を透過した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分に基づき生成した第１偏光波から選択した第１選択偏光波と、前記光制御手段によって反射された前記光源光に含まれるＳ波に基づき生成した第２偏光波から選択した、前記第１選択偏光波と同じ偏光方向を有する第２選択偏光波とのうち少なくともいずれかを透過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、
　前記偏光制御画素アレイは、第１液晶パネルと前記第１液晶パネルの前面側の表面に貼られた第１偏光板とを含み、
　前記第１液晶パネルは、複数の画素形成部を含み、前記画像情報に基づき、前記画素形成部毎に前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に含まれるＳ波の偏光方向をそれぞれ回転制御して前記第１偏光波および前記第２偏光波を生成し、
　前記第１偏光板は、画素形成部毎に、前記第１液晶パネルによって生成された前記第１偏光波から選択した前記第１選択偏光波と、前記第２偏光波から選択した前記第２選択偏光波とのうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に透過させ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、
　前記偏光制御画素アレイは、前記表示用発光光源に隣接して配置されており、前記表示用発光光源から射出された前記光源光の偏光方向を制御して生成した第３偏光波を前記光制御手段に向けて射出し、
　前記光制御手段は、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯されているとき、前記光源光に由来する前記第３偏光波から選択したＳ波もしくはＳ波成分を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分のうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に到達させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断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４の局面において、
　前記偏光制御画素アレイは、第２液晶パネルと前記第２液晶パネルの前記表示用発光光源側の表面に貼られた第２偏光板とを含み、
　前記第２偏光板は、前記表示用発光光源から射出された前記光源光に含まれるＰ波もしくはＳ波のうちいずれか一方の偏光波を前記第２液晶パネルに向けて透過させ、
　前記第２液晶パネルは、複数の画素形成部を含み、前記画像情報に基づき、前記画素形成部毎に前記いずれか一方の偏光波の偏光方向を回転制御して前記第３偏光波を生成し、前記光制御手段に向けて射出することを特徴とする。

　本発明の第６の局面は、本発明の第４の局面において、
　前記偏光制御画素アレイを挟んで前記表示用発光光源と反対側に複数枚のレンズからなるレンズ群が設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１、第２または第４のいずれかの局面において、
　前記光制御手段は、第３液晶パネルと、前記第３液晶パネルの両面にそれぞれ貼られ、Ｐ波を透過する２枚の第３偏光板とを含み、前記第３液晶パネルは、前記画像表示装置の背面側から入射する前記環境光の偏光方向を回転制御して第４偏光波を生成し、前記第４偏光波に含まれるＰ波もしくはＰ波成分を選択して透過させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断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１、第２または第４のいずれかの局面において、　前記光制御手段は、透明板と、前記透明板の表面に形成された開閉可能な複数のメカニカルシャッタとを含み、前記メカニカルシャッタを開閉することによって前記環境光に含まれるＰ波を透過させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断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１、第２または第４のいずれかの局面において、
　前記表示用発光光源に供給する電力を制御する発光光源駆動回路をさらに備えることを特徴とする。

　本発明の第１の局面によれば、表示用発光光源から射出された光源光が偏光制御画素アレイに照射されるので、画像表示装置を収納するためのケースを設ける必要がない。また、画像表示装置は、光源光および環境光のいずれも透過させない消灯状態による表示が可能であるので、黒色を表現することができる。このため、表示の自由度を大幅に向上させることができる。さらに、光源光のみを透過させる点灯状態により画像のみを表示したり、表示用発光光源を消灯して環境光のみを透過させる透明状態により背景のみを表示したり、それらの中間状態を表示したりすることができる。また、光源光の入射角がブリュースター角になるように光制御手段を取り付けるだけで、上記各状態により画像や背景を表示することができる。

　本発明の第２の局面によれば、光源光に含まれるＳ波と、環境光に由来するＰ波またはＰ波成分とが偏光制御画素アレイに照射されるように、偏光制御画素アレイと表示用発光光源との間に光制御手段を配置する。これにより、第１の発明と同様の効果が得られる。

　本発明の第３の局面によれば、偏光制御画素アレイは、第１液晶パネルとその前面側の表面に貼られた第１偏光板を含む。これにより、第１液晶パネルによって画像情報に基づき光源光および環境光の偏光方向を容易に回転制御することができ、また第１偏光板によって、第１偏光波から第１選択偏光波を、第２偏光波から第２選択偏光波をそれぞれ容易に選択することができる。

　本発明の第４の局面によれば、環境光は光制御手段のみを透過させる透明度のより高いシースルーディスプレイとして機能する画像表示装置においても、第１の発明と同様の効果が得られる。

　本発明の第５の局面によれば、偏光制御画素アレイは、第２液晶パネルと第２液晶パネルの表示用発光光源側の表面に貼られた第２偏光板とを含む。これにより、光源光に含まれるＰ波およびＳ波のうちいずれか一方だけが第２偏光板を透過して第２液晶パネルに入射するので、画像情報に基づき第２偏光波の偏光方向を容易に回転制御することができる。

　本発明の第６の局面によれば、偏光制御画素アレイを挟んで表示用発光光源と反対側にレンズ群を設ける。レンズ群により光制御手段に画像を投影して表示することができるので、画像表示装置はプロジェクタとして利用される。

　本発明の第７の局面によれば、光制御手段は環境光の偏光方向を回転制御して生成した第４偏光波に含まれるＰ波もしくはＰ波成分を選択して透過させ、または環境光の一部または全部を透過させないように遮断するので、画像表示装置は、点灯状態と、透明状態と、消灯状態の３つの状態、およびそれらの中間の状態を表示することができる。

　本発明の第８の局面によれば、メカニカルシャッタを開閉することによって環境光に含まれるＰ波を透過させ、または環境光の一部または全部を透過させないように遮断するので、画像表示装置は、点灯状態と、透明状態と、消灯状態の３つの状態、およびそれらの中間の状態を表示することができる。

　本発明の第９の局面によれば、画像を表示する際に、光源光の強度を強くすることにより画像の輝度を高くすれば、重なって表示される背景が視認されにくくなる。そこで、表示用発光光源に電力を供給して光源光の光量を多くすることによって、画像の輝度を高くする。これにより、視聴者は、画像に重なって表示される背景を視認しにくくなり、実質的に画像だけを視認するようになるので、画像が見やすくなる。

空気中から屈折率ｎ＝１．４９の材質からなる透明板に光が入射したときに生じるフレネル反射におけるＰ波とＳ波の入射角と反射率との関係を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図３に示す液晶表示装置において、透明板に代えて液体を満たした容器を使用した液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るプロジェクタとして機能する画像表示装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。本発明の第４の実施形態の第３の変形例に係るプロジェクタとして機能する画像表示装置の構成を示す図である。従来のシースルーディスプレイの機能を備えた液晶表示装置の構成を示す図である。

＜０．基礎検討＞
　屈折率の異なる２つの物質の境界面で生じる光の反射（フレネル反射）について、Ｓ波の場合とＰ波の場合に分けて説明する。なお、入射面を、境界面に垂直な平面であって、かつ入射光と反射光を含む平面としたとき、Ｐ波は入射面に平行な方向に電界が振動する直線偏光であり、Ｓ波は入射面に直交する方向に電界が振動する直線偏光である。すなわち、Ｐ波とＳ波は、電界の振動方向が互いに直交する直線偏光である。

　図１は、空気中から屈折率ｎ＝１．４９の材質からなる透明板に光が入射したときに生じるフレネル反射におけるＰ波とＳ波の入射角と反射率との関係を示す図である。図１に示すように、Ｓ波の反射率は入射角が０°のときに略３％であり、２０°付近までは略３％と一定であるが、２０°付近から大きくなり始める。特に入射角が６０°付近から急激に大きくなり、入射角が９０°のときに反射率は１００％になる。

　一方、Ｐ波の反射率は、入射角が０°から２０°付近まではＳ波の場合と同様に略３％程度である。しかし、入射角が２０°よりも大きくなると、反射率はＳ波の場合とは逆に徐々に減少し、６０°付近で略０％になる。さらに、入射角が６０°付近から大きくなると、Ｓ波の場合と同様に反射率は急激に大きくなり、入射角が９０°のときに反射率は１００％になる。なお、入射角が０°から９０°までの全範囲で、Ｓ波の反射率は常にＰ波の反射率よりも大きくなっている。

　このように、Ｐ波は、Ｓ波と異なり、入射角が６０°付近のときに反射率が略０％になる。すなわち、入射角が６０°付近のときに、Ｐ波は反射されることなく透明板を透過し、その透過率は略１００％になる。このような入射角をブリュースター角といい、Ｐ波の入射角がブリュースター角になったときに、Ｐ波は反射されることなく透明板を透過するようになる。この現象を利用すれば、Ｓ波とＰ波を分離し、Ｓ波のみを液晶パネルに照射するための偏光板として透明板を使用することができる。

＜１．第１の実施形態＞
＜１．１　液晶表示装置の回路構成＞
　図２は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１００（「画像表示装置」ともいう）の回路構成を示すブロック図である。この液晶表示装置１００は、表示制御回路１１０、バックライト駆動回路１２０（「発光光源駆動回路」ともいう）、駆動部１３０、表示部としての液晶パネル１５０（「第１液晶パネル」ともいう）、およびバックライト光源１６０（「表示用発光光源」ともいう）を備えている。駆動部１３０は、データ信号線駆動回路としてのソースドライバ１３１と走査信号線駆動回路としてのゲートドライバ１３２とを含んでいる。この液晶表示装置１００では、外部から画像データＤＡＴ（「画像情報」ともいう）が表示制御回路１１０に与えられれば、表示制御回路１１０の内部で当該画像データＤＡＴに基づきソースドライバ１３１やゲートドライバ１３２を制御するための制御信号が生成される。なお、これらの制御信号は、画像データＤＡＴとともに外部から与えられるようにしてもよい。

　液晶パネル１５０の表面には吸収型偏光板（図示しない）が貼られている。また液晶パネル１５０には、複数本のデータ信号線ＳＬと、複数本の走査信号線ＧＬと、当該複数本のデータ信号線ＳＬおよび当該複数本の走査信号線ＧＬの各交点には複数個の画素形成部１０がそれぞれ配置されている。図２には、便宜上、１本のデータ信号線ＳＬおよび１本の走査信号線ＧＬと、それらの交点に配置された１個の画素形成部１０とが示されている。

　各画素形成部１０は、対応する走査信号線ＧＬにゲート端子が接続されるとともに対応するデータ信号線ＳＬにソース端子が接続されたスイッチング素子として動作する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）１１と、当該ＴＦＴ１１のドレイン端子に接続された画素電極１２と、上記複数個の画素形成部１０に共通的に設けられた共通電極１３と、画素電極１２と共通電極１３との間に挟持され、上記複数個の画素形成部１０に共通的に設けられた液晶層（図示しない）とを有している。また、画素電極１２および共通電極１３により形成される液晶容量は画素容量Ｃｐを構成する。なお、典型的には、画素容量Ｃｐに電圧を確実に保持すべく液晶容量に並列に補助容量が設けられている。このため、実際には画素容量Ｃｐは液晶容量と補助容量により構成される。

　またＴＦＴ１１として、例えば酸化物半導体からなるチャネル層を有するＴＦＴが用いられる。より詳細には、ＴＦＴ１１のチャネル層は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、および酸素（Ｏ）からなるＩｎＧａＺｎＯ（酸化インジウムガリウム亜鉛）を含む酸化物半導体により形成されている。ＩｎＧａＺｎＯからなるチャネル層を有するＴＦＴ１１では、アモルファスシリコン等からなるチャネル層を有するシリコン系のＴＦＴ１１に比べてオフリーク電流は大幅に低減され、各画素形成部１０の画素容量Ｃｐに書き込まれた電圧はより長時間保持される。さらに、ＴＦＴ１１を小型化できるので、画素形成部１０の開口率が大きくなり、液晶パネル１５０の透明度を高くすることができる。なお、ＴＦＴ１１のチャネル層として酸化物半導体を用いるのは一例であり、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコン等のシリコン系の半導体を用いてもよい。

　液晶パネル１５０の背面側には、バックライト光源１６０が配置されている。バックライト光源１６０は、複数個のＬＥＤ（Light Emitting Diode）をマトリクス状に配置したり、複数本のＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）を並列に配置したりした光源であり、それらを点灯することにより背面側からバックライト光（「光源光」ともいう）を液晶パネル１５０に照射する。バックライト光源１６０の点灯／消灯はバックライト駆動回路１２０によって制御され、バックライト駆動回路１２０はバックライト光源１６０を構成するすべてのＬＥＤまたはＣＣＦＬを同時に点灯したり消灯したりする。なお、画像のコントラストを向上させるためにローカルデミングによって画像を表示する場合には、バックライト駆動回路１２０は、入力された画像データＤＡＴに基づき、バックライト光源１６０の一部のＬＥＤまたはＣＣＦＬだけを点灯することもできる。また、バックライト光源１６０として、端部に光源を直線状に取り付けた導光板を用いてもよい。これにより、端部に取り付けられた光源からの光は、導光板により面状に広がった光として液晶パネル１５０に照射される。

　表示制御回路１１０は、液晶パネル１５０に表示すべき画像を表す画像データＤＡＴを外部から与えられると、画像データＤＡＴに基づいて、ソースドライバ１３１を制御するためのソースドライバ用制御信号Ｓｓｃ、ゲートドライバ１３２を制御するためのゲートドライバ用制御信号Ｓｇｃ、およびバックライト駆動回路１２０を制御するためのバックライト用制御信号Ｓｂｋと、デジタル画像データＤＶとを生成する。ソースドライバ用制御信号Ｓｓｃおよびデジタル画像データＤＶはソースドライバ１３１に与えられ、ゲートドライバ用制御信号Ｓｇｃはゲートドライバ１３２に与えられ、バックライト用制御信号Ｓｂｋはバックライト駆動回路１２０に与えられる。これにより、ソースドライバ１３１、ゲートドライバ１３２、およびバックライト駆動回路１２０は、同期して駆動される。

　ソースドライバ１３１は、表示すべき画像を表すデジタル画像データＤＶおよびソースドライバ用制御信号Ｓｓｃに基づき、各データ信号線ＳＬに与えるべきデータ信号を生成して出力する。ソースドライバ用制御信号Ｓｓｃには、例えばソーススタートパルス信号、ソースクロック信号、ラッチストローブ信号、および、極性切替制御信号等が含まれる。ソースドライバ１３１は、このようなソースドライバ用制御信号Ｓｓｃに応じて、その内部の図示しないシフトレジスタおよびサンプリングラッチ回路等を動作させ、デジタル画像データＤＶに基づいて得られたデジタル画像信号を図示しないＤＡ変換回路でアナログ信号に変換することにより上記データ信号を生成する。

　ゲートドライバ１３２は、ゲートドライバ用制御信号Ｓｇｃに基づき、アクティブな走査信号を各走査信号線ＧＬに所定周期で順に印加する。ゲートドライバ用制御信号Ｓｇｃには、例えばゲートクロック信号およびゲートスタートパルス信号が含まれる。ゲートドライバ１３２は、ゲートクロック信号およびゲートスタートパルス信号に応じて、その内部の図示しないシフトレジスタ等を動作させることにより上記走査信号を生成する。なお図２には、後述する透明板１７０も記載されている。

＜１．２　液晶表示装置の構成および動作＞
　図３は、本実施形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す図である。図３に示すように、液晶表示装置１００は、バックライト光源１６０と、透明板１７０（「光制御手段」ともいう）と、液晶パネル１５０と、吸収型偏光板１５１（「第１偏光板」ともいう）とを含む。吸収型偏光板１５１は、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させる偏光板であり、液晶パネル１５０の前面側（視聴者側）の表面に貼られている。なお、吸収型偏光板１５１は、Ｐ波を吸収し、Ｓ波を透過させる偏光板であってもよい。

　透明板１７０は、バックライト光源１６０から射出されるバックライト光の入射角がブリュースター角θｂになるように取り付けられている。例えば、バックライト光源１６０から射出されたバックライト光が屈折率ｎ＝１．４９の材質からなる透明板１７０に入射する場合を例に挙げて説明する。図１に示すように、入射光に含まれるＳ波の約１７％が透明板１７０の表面で反射され、Ｓ波の約８３％とＰ波とが透明板１７０内に入射する。透明板１７０に入射した光が透明板１７０から射出される際にさらにＳ波の約１７％が反射されるので、Ｓ波の約６６％とＰ波とが透明板１７０を透過し、液晶表示装置１００の背面側に出ていく。透明板１７０によって反射されたＳ波（入射光に含まれるＳ波の約３４％）は、背面側から液晶パネル１５０に入射する。

　なお、入射角がブリュースター角θｂになるように透明板１７０を正確に取り付けることは難しいので、透明板１７０によって反射されたバックライト光にはＳ波だけでなくＰ波も含まれる。透明板１７０を透過したＰ波およびＳ波は、透明板１７０に入射する際および透明板１７０から射出される際に屈折するが、この屈折は本発明の本質に直接影響を与えない。そこで、図３および後述の各図面では透明板１７０に入射するＰ波およびＳ波は屈折することなく直進するとして描いた。また透明板１７０は、例えばガラス、ＰＭＭＡ（poly methyl methacrylate：ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＰＣ（poly carbonate：ポリカーボネート樹脂）、ＰＳ（polystyrene：ポリスチレン）等の透明な材質からなる基板である。

　また、液晶表示装置１００の背景を表わす光（以下「環境光」という）も背面側から透明板１７０に入射する。透明板１７０に入射した環境光のうち、Ｓ波の一部は透明板１７０によって反射され、Ｐ波と反射されなかったＳ波は透明板１７０を透過する。このため、透明板１７０を透過する環境光にはＳ波よりもＰ波が多く含まれる。透明板１７０を透過した環境光も背面側から液晶パネル１５０に入射する。このように、透明板１７０によって反射され、Ｓ波を多く含むバックライト光と、透明板１７０を透過し、Ｐ波を多く含む環境光とが液晶パネル１５０に背面側から同時に入射する。

　液晶パネル１５０の各画素形成部１０には画像データＤＡＴに基づいてソースドライバ１３１で生成されたデータ信号がそれぞれ印加されている。これらの画素形成部１０にバックライト光のＳ波が入射すれば、画素形成部１０毎にＳ波の偏光方向はデータ信号に応じて回転される。その結果、液晶パネル１５０の各画素形成部１０は、Ｓ波をそのまま射出したり、Ｓ波から変換されたＰ波を射出したり、Ｓ波をＳ波成分とＰ波成分を含む光に変換して射出したりする。液晶パネル１５０の表面に貼られた吸収型偏光板１５１は、Ｐ波またはＰ波成分を透過させ、Ｓ波またはＳ波成分を吸収する偏光板であるので、液晶パネル１５０を透過したバックライト光に由来するＰ波またはＰ波成分のみが液晶表示装置１００の前面側に到達する。このとき、透明板１７０によって反射されたバックライト光にはＰ波も含まれる。このＰ波に基づき液晶パネル１５０において生成された光のうちＰ波またはＰ波成分のみが吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置１００の前面側に到達する。なお、本明細書において、バックライト光に含まれるＳ波の偏光方向が液晶パネル１５０に印加されたデータ信号に応じて回転され、液晶パネル１５０から射出されたＳ波、Ｓ波から変換されたＰ波、および、Ｓ波から変換されたＳ波成分とＰ波成分を含む光をまとめて「第２偏光波」ということがある。また、「第２偏光波」のうち、吸収型偏光板１５１を透過したＰ波またはＰ波成分を「第２選択偏光波」ということがある。吸収型偏光板１５１に代えて、Ｓ波を透過する偏光板を使用した場合には、Ｓ波またはＳ波成分を「第２選択偏光波」という。

　環境光に含まれるＰ波も、液晶パネル１５０の各画素形成部１０に印加されたデータ信号に応じてその偏光方向が回転される。これらの画素形成部１０に環境光のＰ波が入射すれば、画素形成部１０毎にＰ波の偏光方向はデータ信号に応じて回転される。その結果、液晶パネル１５０は、Ｐ波をそのまま射出したり、Ｐ波から変換されたＳ波を射出したり、Ｐ波をＰ波成分とＳ波成分を含む光に変換して射出したりする。液晶パネル１５０から射出されたＳ波またはＳ波成分は吸収型偏光板１５１に吸収され、Ｐ波またはＰ波成分は吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置１００の前面側に到達する。このとき、透明板１７０を透過する環境光にはＳ波も含まれる。このＳ波に基づき液晶パネル１５０において生成された光のうち、Ｐ波またはＰ波成分のみが吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置１００の前面側に到達する。なお、本明細書において、環境光に含まれるＰ波の偏光方向が液晶パネル１５０に印加されたデータ信号に応じて回転され、液晶パネル１５０から射出されたＰ波、Ｐ波から変換されたＳ波、および、Ｐ波から変換されたＰ波成分とＳ波成分を含む光をまとめて「第１偏光波」ということがある。また、「第１偏光波」のうち、吸収型偏光板１５１を透過したＰ波またはＰ波成分を「第１選択偏光波」ということがある。吸収型偏光板１５１に代えて、Ｓ波を透過する偏光板を使用した場合には、Ｓ波またはＳ波成分を「第２選択偏光波」という。

　その結果、液晶表示装置１００では、画素形成部１０を透過したバックライト光に由来するＰ波またはＰ波成分により、画像データＤＡＴに応じた画像が表示され、同じ画素形成部１０を透過した環境光に由来するＰ波またはＰ波成分により液晶パネル１５０が透明になり、液晶表示装置１００の背景が透けて見える。このように、バックライト光と環境光とは同じ画素形成部１０を透過するので、画像が背景に重なって表示される。

　なお、上述のように液晶表示装置１００では、液晶パネル１５０に入射するＳ波の割合は、バックライト光に含まれるＳ波の約３４％と低い。そこで、バックライト光の光量が多くするために、バックライト駆動回路１２０を制御してバックライト光源１６０に供給する電力を増加させる。これにより、液晶パネル１５０に表示される画像の輝度を高くすることができる。その結果、視聴者は実質的に画像だけを視認することができ、画像に重ねて表示される背景は視認されにくくなる。

　また、バックライト駆動回路１２０を制御してバックライト光源１６０を消灯したときには、透明板１７０を透過した環境光のＰ波が液晶パネル１５０に背面側から照射される。液晶パネル１５０の各画素形成部１０では、印加されるデータ信号の電圧値に応じて当該Ｐ波の偏光方向が回転され、Ｐ波、Ｓ波、またはＰ波成分とＳ波成分を含む光が射出される。液晶パネル１５０から射出された環境光に由来するＳ波またはＳ波成分は吸収型偏光板１５１に吸収され、Ｐ波またはＰ波成分のみが吸収型偏光板１５１を透過し液晶表示装置１００の前面側に到達する。

　このとき、透明板１７０を透過する環境光には透明板１７０によって反射されなかったＳ波も含まれる。このＳ波に基づき液晶パネル１５０において生成された光のうちＰ波またはＰ波成分のみが吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置１００の前面側に到達する。このようにバックライト光源１６０を消灯したときには、環境光に由来するＰ波またはＰ波成分が液晶表示装置１００の前面側に透過する。このように、バックライト光源１６０を消灯したときには、液晶表示装置１００はシースルーディスプレイとして機能し、各画素形成部１０は透明になり背景だけを表示する。このため、視聴者は液晶表示装置１００の背景を視認することができる。

　なお、バックライト光源１６０が点灯しているときであっても、液晶パネル１５０に入射した環境光に由来するＰ波およびバックライト光に由来するＳ波を、偏光方向を回転させることなく透過させれば、バックライト光に由来するＳ波は吸収型偏光板１５１に吸収され、環境光に由来するＰ波が液晶表示装置１００の前面側に透過する。このように、バックライト光の反射光に含まれるＰ波が無視できる場合には、液晶パネル１５０を透過する光は環境光に由来するＰ波だけになり、各画素形成部１０は実質的に透明になり背景だけを表示する。

　また、吸収型偏光板１５１として、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させる偏光板を用いれば、バックライト光源１６０を含む液晶表示装置１００の電源をオフしたときでも、透明板１７０を透過した環境光に含まれるＰ波は偏光方向を回転されることなく液晶パネルおよび吸収型偏光板１５１を透過し、液晶表示装置１００の前面側に到達する。このため、液晶表示装置１００の電源をオフしているときにも、視聴者は液晶パネル１５０を通して液晶表示装置１００の背景を視認することができる。

＜１．３　効果＞
　本実施形態によれば、液晶表示装置１００を収納するためのケースを設ける必要がないので、視聴者はケースの内部に限定されることなく液晶表示装置１００の背景を透かして視認することができる。

　また、液晶表示装置１００は、バックライト光源１６０を点灯することにより、背景に重ねて画像データＤＡＴに基づく画像を表示したり、バックライト光源１６０を消灯することにより、液晶パネル１５０を透明にして背景のみを表示したりすることができる。このように、液晶表示装置１００は、画像と背景を重ねて表示した状態（点灯状態）と、背景のみを表示した状態（透明状態）のいずれかを表示することができる。

　また、画像を表示する際に、バックライト光の強度を強くすることにより画像の輝度を高くすれば、重なって表示される背景が視認されにくくなるので、視聴者は画像を見やすくなる。

　さらに、液晶表示装置１００は、液晶パネル１５０とバックライト光源１６０との間に、バックライト光の入射角がブリュースター角θｂになるように透明板１７０を取り付けるだけで、透明度の高いシースルーディスプレイとして機能する。このため、透明度の高いシースルーディスプレイとしての機能を有する液晶表示装置１００を安価なコストで製造することができる。

＜１．４　変形例＞
＜１．４．１　第１の変形例＞
　液晶パネル１５０の前面側の表面に、吸収型偏光板１５１を貼る代わりに、Ｓ波を反射し、Ｐ波を透過させる反射型偏光板を貼ってもよい。この場合も、液晶表示装置１００は、点灯状態と透明状態の２つの状態を表示することができる。なお、反射型偏光板は、液晶パネル１５０から射出されるＳ波だけでなく、液晶表示装置１００の前面側から入射するＳ波も反射する。このため、液晶パネル１５０の前面側に反射型偏光板を貼った場合には、視聴者は画像データＤＡＴに応じた画像を、前面側の景色が映っているハーフミラーの中に視認することになる。なお、上記反射型偏光板に代えて、Ｐ波を反射し、Ｓ波を透過させる偏光板を液晶パネル１５０の表面に貼ってもよい。本明細書では、吸収型偏光板と反射型偏光板をまとめて「偏光板」ということがある。

＜１．４．２　第２の変形例＞
　また、透明板１７０に代えて、水等の液体を満たした容器１７５（「光制御手段」ともいう）を使用することができる。図４は、透明板１７０に代えて、液体を満たした容器１７５を使用した液晶表示装置１００Ａ（「画像表示装置」ともいう）の構成を示す図である。図４に示すように、バックライト光源１６０を室内の天井に取り付け、バックライト光の入射角がブリュースター角θｂになるように、液体を満たした容器１７５をバックライト光源１６０の斜め下方に設置する。液体を満たした容器１７５をこのように設置すれば、バックライト光源１６０から射出されたバックライト光に含まれるＳ波は液体の表面で反射して液晶パネル１５０に背面側から入射する。これにより、液晶表示装置１００Ａは、画像データＤＡＴに基づく画像を表示することができる。

＜２．第２の実施形態＞
　本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２００（「画像表示装置」ともいう）の回路構成は、図２に示す液晶表示装置１００の回路構成と同じであるので、その説明およびブロック図を省略する。

＜２．１　液晶表示装置の構成および動作＞
　図５は、本実施形態に係る液晶表示装置２００の構成を示す図である。液晶表示装置２００において、バックライト光源１６０および透明板１７０の配置は、図２に示す液晶表示装置１００の場合と同じである。しかし、液晶パネル２５０（「第２液晶パネル」ともいう）は、液晶表示装置２００の前面ではなく、バックライト光源１６０に隣接して配置されており、バックライト光源１６０と対向する側の表面に吸収型偏光板２５１（「第２偏光板」ともいう）が貼られている。本実施形態の吸収型偏光板２５１も、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させる偏光板とするが、Ｐ波を吸収し、Ｓ波を透過させる偏光板であってもよい。

　このような液晶表示装置２００において、バックライト光源１６０から射出されたＳ波とＰ波は吸収型偏光板２５１に入射する。吸収型偏光板２５１は、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させるので、液晶パネル２５０にはＰ波のみが入射する。液晶パネル２５０の各画素形成部１０には画像データＤＡＴに応じたデータ信号が印加されているので、液晶パネル２５０に入射したＰ波の偏光方向は当該データ信号に応じて回転される。その結果、液晶パネル２５０は、Ｐ波をそのまま射出したり、Ｐ波から変換されたＳ波を射出したり、Ｐ波をＳ波成分とＰ波成分を含む光に変換して射出したりする。この状態では偏光方向が回転されているだけなので、視聴者が液晶パネル２５０を上方から見ることができたとしても、視聴者には液晶パネル２５０の全面が均一に光っているように見えるだけであり、画像は視認できない。透明板１７０は液晶パネル２５０から射出されたバックライト光の入射角度がブリュースター角θｂになるように取り付けられている。このため、液晶パネル２５０から射出されたバックライト光に含まれるＳ波またはＳ波成分の一部が透明板１７０の表面で反射されて液晶表示装置２００の前面側に到達する。また、バックライト光のうちＰ波またはＰ波成分と、反射されなかったＳ波またはＳ波成分とは透明板１７０を透過して液晶表示装置２００の背面側に出ていく。これにより、液晶表示装置２００の前面側にいる視聴者は画像データＤＡＴに応じた画像を視認することができる。なお、本明細書において、バックライト光に含まれるＳ波の偏光方向が液晶パネル２５０に印加されたデータ信号に応じて回転され、液晶パネル２５０から射出されたＳ波、Ｓ波から変換されたＰ波、および、Ｓ波から変換されたＳ波成分とＰ波成分を含む光をまとめて「第３偏光波」ということがある。

　また、液晶表示装置２００の背面側から透明板１７０に環境光が入射すると、環境光に含まれるＳ波の一部は透明板１７０によって反射されて液晶表示装置２００の背面側に出ていき、Ｐ波と反射されなかったＳ波とは透明板１７０を透過して液晶パネル２５０に入射する。液晶パネル２５０で偏光方向を回転して生成されたＰ波は、吸収型偏光板を透過して液晶表示装置２００の前面側に到達する。このため、液晶表示装置２００の前面側にいる視聴者は、透明板１７０を透過した環境光に由来するＰ波により、液晶表示装置２００の背景を視認することができる。

　このように、バックライト光源１６０を点灯しているときには、視聴者は背景と重なって表示された画像を視認し、バックライト光源１６０を消灯しているときには透明になり背景だけを視認することができる。つまり、液晶表示装置２００は、液晶表示装置１００の場合と同様に、点灯状態と透明状態の２つの状態を表示することができる。なお、液晶表示装置１００の場合と同様に、バックライト光源１６０が点灯している場合にも、各画素形成部１０は実質的に透明になり背景だけを表示する。

　また、吸収型偏光板２５１として、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させる偏光板を用いる場合には、バックライト光源１６０を含む液晶表示装置２００の電源をオフしているときにも、液晶表示装置１００の場合と同様に、視聴者は透明板１７０を通して液晶表示装置２００の背景を視認することができる。

　なお、液晶表示装置２００は、液晶パネル２５０のすべての画素形成部１０を、点灯状態または透明状態のいずれか１つの状態になるように制御するだけでなく、画素形成部１０毎にそれぞれ異なる状態になるように制御することもできる。

　通常、カラー画像を表示するために液晶パネルにはカラーフィルタが貼られている。このカラーフィルタは光の吸収率が高く、また液晶パネルにはＴＦＴ、データ信号線、走査信号線等が形成されているのでその開口率を大きくすることは難しい。このため、第１の実施形態に係る液晶表示装置１００では、入射光は、カラーフィルムが貼られかつ配線が形成された液晶パネル１５０を透過する。このため、液晶表示装置１００をカラーフィルタ方式で駆動すれば、入射光の透過率が低くなる。これに対し、液晶表示装置２００では、環境光は背面側から入射して前面側に到達するまでに透明板１７０だけを透過するので、環境光の透過率は非常に高くなる。そこで、液晶表示装置２００は、非常に高い透明度を有するシースルーディスプレイとして使用され、視聴者は液晶表示装置２００の背景を視認しやすくなる。なお、液晶表示装置１００もフィールドシーケンシャル方式で駆動すれば、視聴者は画像が表示された液晶パネル１５０を直視できるので、画像を視認しやすくなる。

　なお、上記説明では、バックライト光源１６０と対向する液晶パネル２５０の表面に吸収型偏光板２５１が貼られているとして説明した。しかし、吸収型偏光板２５１の代わりに、Ｓ波を反射し、Ｐ波を透過させる反射型偏光板が貼られていてもよい。この場合、Ｐ波のみが反射型偏光板を透過して液晶パネル２５０に入射する。その後の液晶表示装置２００の動作は吸収型偏光板２５１が貼られている場合と同様であるので、その説明を省略する。また、Ｓ波を反射し、Ｐ波を透過させる反射型偏光板に代えて、Ｐ波を反射し、Ｓ波を透過させる偏光板を液晶パネル２５０に貼ってもよい。また、液晶表示装置２００では、バックライト光源１６０を構成する複数のＬＥＤ等の一部を点灯させることによってローカルデミングを行うこともできる。

＜２．２　効果＞
　本実施形態によれば、第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。このため、液晶表示装置２００も、点灯状態と透明状態の２つの状態を表示することができる。

　また、本実施形態によれば、環境光は透明板１７０だけを透過して液晶表示装置２００の前面側に到達するので、環境光の透過率が高くなる。これにより、液晶表示装置２００は、非常に高い透明度を有するシースルーディスプレイとして利用され、視聴者は背景を視認したり、画素形成部１０毎に背景を視認したりしやすくなる。

　さらに、シースルーディスプレイとして高い透明度を実現するために、通常、カラーフィルタが貼られていない液晶パネルを用いてフィールドシーケンシャル方式で駆動する必要がある。しかし、液晶表示装置２００では、環境光の透過率で決まる透明度に影響を与えるのは透明板１７０だけであり、しかも透明板１７０にはカラーフィルタが貼られておらず、また配線も形成されていない。このため、液晶表示装置２００は、高い透明度を得るために、フィールドシーケンシャル方式で駆動する必要はなく、カラーフィルタ方式で駆動できる。そこで、液晶パネル２５０に通常の液晶パネルを用いても、液晶表示装置２００は、非常に高い透明度を有するシースルーディスプレイとして機能する。

＜２．３　変形例＞
＜２．３．１　第１の変形例＞
　図６は、本実施形態の第１の変形例に係る液晶表示装置２００Ａ（「画像表示装置」ともいう）の構成を示す図であり、プロジェクタとして利用される。図６に示すように、液晶パネル２５０の一方の表面側にバックライト光源１６０が設けられ、他方の表面側に複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群２５５が設けられている。液晶表示装置２００Ａは、レンズ群２５５により透明板１７０に画像を投影する。視聴者は透明板１７０を見ることにより、投影された画像を視認したり、背景を視認したりすることができる。なお、図６では、レンズ群２５５を便宜上１枚の凸レンズで表わしている。また、液晶表示装置２００Ａも、液晶表示装置２００の場合と同様に、ローカルデミングを行うこともできる。

＜２．３．２　第２の変形例＞
　図７は、本実施形態の第２の変形例に係る液晶表示装置２００Ｂ（「画像表示装置」ともいう）の構成を示す図である。図７に示すように、バックライト光源１６０が室内の天井に取り付けられ、さらにバックライト光源１６０に液晶パネル２５０が取り付けられている。液晶パネル２５０のバックライト光源１６０と対向する表面には吸収型偏光板２５１が貼られている。バックライト光源１６０の斜め下方の床面にガラス製の天板１９０（「ガラス板」ともいう）を有するテーブルが置かれている。テーブルの天板１９０が置かれている位置は、バックライト光源１６０から射出されるバックライト光の入射角がブリュースター角θｂと等しくなる位置である。この場合、テーブルの天板１９０は透明板としてバックライト光に含まれるＳ波を反射するので、反射されたＳ波の進行方向にいる視聴者は、画像データＤＡＴに応じた画像を視認することができる。なお、吸収型偏光板２５１の代わりに、反射型偏光板を液晶パネル２５０の表面に貼ってもよい。また、液晶表示装置２００Ｂも、液晶表示装置２００の場合と同様に、ローカルデミングを行うこともできる。

＜３．第３の実施形態＞
　図８は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３００（「画像表示装置」ともいう）の回路構成を示すブロック図である。図８に示す液晶表示装置３００の構成要素のうち、図２に示す液晶表示装置１００の構成要素と同じ構成要素については、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。

＜３．１　液晶表示装置の回路構成＞
　本実施形態に係る液晶表示装置３００では、図２に示す液晶表示装置１００の透明板１７０に代えて、シャッタパネル１８０（「シャッタアレイ」または「光制御手段」ともいう）とシャッタパネル駆動回路１４０（「光制御手段駆動回路」ともいう）とが設けられている。シャッタパネル１８０は、図３に示す液晶表示装置１００の透明板１７０と同様に、バックライト光源１６０から射出されるバックライト光に含まれるＳ波を液晶表示装置３００の前面側に反射するだけでなく、環境光に含まれるＰ波を透過させたり遮断したりする。

　また、シャッタパネル駆動回路１４０は、シャッタパネル１８０を駆動するための回路であり、画像データＤＡＴとともに外部から与えられるシャッタ制御信号Ｓｐｃに基づき開閉用信号Ｓｓｖを生成しシャッタパネル１８０に与える。これにより、シャッタパネル１８０は液晶パネル１５０の各画素形成部１０に対応して設けられた各画素形成部（図示しない）が開いたり閉じたりするシャッタとして機能する。なお、シャッタパネル１８０の画素形成部の開閉についての詳細な説明は後述する。

＜３．２　液晶表示装置の構成および動作＞
　図９は、本実施形態に係る液晶表示装置３００の構成を示す図である。図９に示す液晶表示装置３００では、図２に示す液晶表示装置１００に使用されている透明板１７０に代えて、シャッタパネル１８０が設けられている。しかし、その他の構成要素は、液晶表示装置１００の構成要素と同じであるので、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。

　シャッタパネル１８０は液晶パネル１８１（「第３液晶パネル」ともいう）を含み、液晶パネル１８１の両面にそれぞれ吸収型偏光板１８２、１８３（「第３偏光板」ともいう）が貼られている。この吸収型偏光板１８２、１８３はいずれも、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を吸収する偏光板である。また、液晶パネル１８１は入射した環境光の偏光方向を回転させるだけなので、カラーフィルムは貼られていない。このため、シャッタパネル１８０の透過率は高く、シャッタパネル１８０はより多くの環境光を透過させることができる。これにより、シースルーディスプレイとして機能する際には、背景は高い輝度で表示されるので、視聴者は液晶表示装置３００の背景を視認しやすくなる。なお、液晶表示装置３００では、フィールドシーケンシャル駆動のような高速駆動を行う必要がないので、シャッタパネル１８０を構成する液晶パネル１８１には、通常の液晶パネルと同程度の動作速度を有するパネルを用いることができる。

　次に液晶表示装置３００の動作について説明する。まず、バックライト光がシャッタパネル１８０によって反射される場合について説明する。バックライト光源１６０から射出されるバックライト光がシャッタパネル１８０に入射すると、バックライト光はシャッタパネル１８０に貼られた吸収型偏光板１８３の表面でフレネル反射が生じる。シャッタパネル１８０はバックライト光の入射角がブリュースター角θｂになるように取り付けられている。このため、バックライト光に含まれるＳ波の一部は吸収型偏光板１８３によって反射されて液晶パネル１５０に照射され、反射されなかったＳ波はシャッタパネル１８０を透過して液晶表示装置３００の背面側に出ていき、Ｐ波は吸収型偏光板１８３に吸収される。液晶パネル１５０に入射したＳ波は、各画素形成部１０に印加されたデータ信号に基づきＳ波、Ｐ波、またはＳ波成分とＰ波成分を含む光に変換されて射出される。Ｓ波またはＳ波成分は吸収型偏光板１５１に吸収され、Ｐ波またはＰ波成分のみが液晶表示装置３００の前面側に到達する。このため、前面側にいる視聴者は液晶パネル１５０に表示された画像を視認することができる。

　次に、シャッタパネル１８０のシャッタ機能について説明する。環境光が液晶表示装置３００の背面側からシャッタパネル１８０に入射すれば、環境光に含まれるＳ波は吸収型偏光板１８２に吸収されるので、Ｐ波のみが吸収型偏光板１８２を透過して液晶パネル１８１に入射する。これにより、吸収型偏光板１８２を透過する環境光の強度は入射時の５０％になる。液晶パネル１５０の各画素形成部１０に対応する液晶パネル１８１の各位置に形成された画素形成部には、シャッタパネル駆動回路１４０から与えられる開閉用信号Ｓｓｖが印加される。液晶パネル１８１の画素形成部は、開閉用信号Ｓｓｖに応じて、入射したＰ波の偏光方向を回転させる。これにより、液晶パネル１８１は、Ｐ波をそのまま射出したり、Ｐ波から変換されたＳ波を射出したり、Ｐ波をＰ波成分とＳ波成分を含む光に変換して射出したりする。液晶パネル１８１から射出されたＳ波およびＳ波成分は吸収型偏光板１８３によって吸収され、Ｐ波またはＰ波成分はＰ波として吸収型偏光板１８３を透過し、液晶パネル１５０に照射される。つまり、シャッタパネル１８０は、環境光に含まれる偏光波の偏光方向を回転させることにより、環境光を、入射時の強度の０～５０％の範囲で任意の値に制御されたＰ波として透過させるシャッタとして機能する。なお、本明細書において、環境光に含まれるＰ波の偏光方向が液晶パネル１８１に印加された開閉用信号Ｓｓｖに応じて回転され、液晶パネル１８１から射出されたＰ波、Ｐ波から変換されたＳ波、および、Ｐ波から変換されたＰ波成分とＳ波成分を含む光をまとめて「第４偏光波」ということがある。

　次に、シャッタパネル１８０から射出された環境光のＰ波は、液晶パネル１５０に入射する。液晶パネル１５０の画素形成部１０が環境光に由来するＰ波の偏光方向を回転させることなくそのまま透過させた場合には、Ｐ波はさらに吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置３００の前面側に到達する。このため、当該画素形成部１０は透明になり、視聴者は液晶表示装置３００の背景を視認できるようになる。

　また、液晶パネル１５０の画素形成部１０が環境光に由来するＰ波をＳ波に変換して射出した場合には、射出されたＳ波は吸収型偏光板１５１に吸収されるので、環境光は液晶表示装置３００の前面側に到達することができない。このため、当該画素形成部１０は透明にならず、視聴者は液晶表示装置３００の背景を全く視認できなくなる。

　また、液晶パネル１５０の画素形成部１０が環境光に由来するＰ波を、Ｐ波成分とＳ波成分を含む光に変換して射出した場合には、Ｓ波成分は吸収型偏光板１５１に吸収され、Ｐ波成分のみが吸収型偏光板１５１を透過して液晶表示装置３００の前面側に到達する。このため、当該画素形成部１０は透明になり、視聴者は液晶表示装置３００の背景を視認できるようになる。しかし、液晶パネル１５０に入射した環境光に由来するＰ波の一部がＳ波成分に変換されたため、液晶表示装置３００の前面側に到達するＰ波の光量が少なくなる。このため、視認される背景の輝度も低くなる。

　次に、液晶表示装置３００において、シャッタパネル１８０を完全に開いたり閉じたりするとともに、バックライト光源１６０の点灯／消灯を行なったときに、液晶パネル１５０に表示される画像および透けて見える背景について説明する。なお、以下の説明においてシャッタパネル１８０を完全に開くとは、液晶パネル１８１の画素形成部が入射したＰ波の偏光方向を回転させることなくそのまま射出することをいい、シャッタパネル１８０を完全に閉じるとは、液晶パネル１８１の画素形成部がＰ波の偏光方向を回転させてＳ波に変換することによりＰ波およびＳ波のいずれも射出しないことをいう。

　まず、バックライト光源１６０を点灯するとともに、シャッタパネル１８０を完全に閉じた場合について説明する。この場合には、バックライト光に由来するＳ波のみが液晶パネル１５０に背面から入射するので、液晶パネル１５０には、画像データＤＡＴに応じた画像のみが表示され、液晶表示装置３００の背景は全く表示されない。このように、液晶表示装置３００は、液晶表示装置１００と異なり、環境光を完全に遮断することができる。このため、例えば人物の画像を表示する場合に、黒色の髪の毛を表示する画素形成部１０を黒色として表示できるようになり、表現の自由度を大幅に向上させることができる。この状態を「点灯状態」という。

　次に、バックライト光源１６０を消灯するとともに、シャッタパネル１８０を完全に開いた場合について説明する。この場合には、環境光に由来するＰ波のみが液晶パネル１５０に背面から入射するので、液晶パネル１５０は透明なシースルーディスプレイとして機能する。したがって、液晶パネル１５０には液晶表示装置３００の背景のみが表示され、画像データＤＡＴに応じた画像は全く表示されない。この状態を「透明状態」という。

　さらに、バックライト光源１６０を消灯するとともに、シャッタパネル１８０を完全に閉じた場合について説明する。この場合には、バックライト光に由来するＳ波も、環境光に由来するＰ波も液晶パネル１５０に入射しないので、液晶パネル１５０には画像も背景の全く表示されない。この状態を「消灯状態」という。

　このように、液晶表示装置３００の液晶パネル１５０は、点灯状態、透明状態、消灯状態の３つの状態を表示できるディスプレイであり、それらの状態は画素形成部１０毎に自由に制御することができる。なお、バックライト光源１６０を点灯するとともに、シャッタパネル１８０を完全に開いた場合、液晶パネル１５０には画像とともに背景も表示される。このため、液晶表示装置３００の前面側にいる視聴者は、画像と背景を視認することができる。この状態は、点灯状態と透明状態の２つの状態を同時に表示している状態に相当する。

　なお、上記説明では、シャッタパネル１８０を完全に開いたり閉じたりする場合について説明したが、部分的に開くようにしてもよい。具体的には、シャッタパネル１８０に入射したＰ波の偏光方向を液晶パネル１８１において回転させ、Ｐ波をＰ波成分とＳ波成分を含む光に変換することにより実現される。シャッタパネル１８０の透過率は、変換されたＰ波成分とＳ波成分の割合によって決まり、Ｐ波成分の割合が大きいほど透過率も高くなる。この場合にも、液晶表示装置３００は、シャッタパネル１８０の透過率に応じた透明度のシースルーディスプレイとして機能し、画像が背景と重なって表示される。この状態は点灯状態と透明状態と消灯状態の３つの状態の中間の状態に相当する。

　また、吸収型偏光板１５１が、Ｓ波を吸収し、Ｐ波を透過させる偏光板である場合には、バックライト光源１６０を含む液晶表示装置３００の電源をオフしているときにも、液晶表示装置１００の場合と同様に、視聴者は液晶パネル１５０を通して液晶表示装置３００の背景を視認することができる。

　また、液晶表示装置３００は、液晶パネル１５０のすべての画素形成部１０を、点灯状態、透明状態、消灯状態、およびそれらの中間状態のいずれか１つの状態になるように制御するだけでなく、画素形成部１０毎にそれぞれ異なる状態になるように制御してもよい。

＜３．３　効果＞
　本実施形態によれば、第１の実施形態において説明した効果と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、点灯状態と、透明状態と、消灯状態の３つの状態、およびそれらの中間の状態を表示することができる。すなわち、第１および第２の実施形態の場合と異なり、液晶表示装置３００は点灯状態と透明状態による表示だけでなく、消灯状態による表示が可能になる。これにより黒色を表現することが可能になるので、表示の自由度を大幅に向上させることができる。

＜３．４　変形例＞
＜３．４．１　第１の変形例＞
　液晶パネル１８１の両面に、吸収型偏光板１８２、１８３を貼る代わりに、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する反射型偏光板を貼ってもよい。この場合、反射型偏光板は環境光に含まれるＳ波を反射するので、液晶表示装置３００の背面側は背景を映すミラー面になる。また、吸収型偏光板１８２の代わりに、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する反射型偏光板を液晶パネル１８１に貼ってもよい。

＜３．４．２　第２の変形例＞
　また、液晶パネル１８１の両面に吸収型偏光板１８２、１８３をそれぞれ貼ったシャッタパネル１８０に代えて、メカニカルシャッタを形成したシャッタパネルを設けてもよい。シャッタパネルには、透明板１７０の前面側の表面に、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を吸収する吸収型偏光板が貼られている。また、透明板１７０の背面側の表面には、液晶パネル１５０の画素形成部１０と対応するように、開閉状態を制御可能な複数のメカニカルシャッタが設けられている。このようなメカニカルシャッタには、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械素子）等がある。メカニカルシャッタが開いているときにはＰ波とＳ波はいずれもメカニカルシャッタを通過し、メカニカルシャッタが閉じているときにはＰ波とＳ波はいずれも通過できない。シャッタパネルを通過したＳ波は吸収型偏光板に吸収されるので、Ｐ波だけがシャッタパネルを透過して、液晶パネル１５０に入射する。このように、メカニカルシャッタを形成したシャッタパネルは、シャッタパネル１８０の場合と同様の機能を有する。なお、Ｐ波の透過率を高くするために、開口率の大きなメカニカルシャッタを設けることが好ましい。また、透明板１７０は環境光の入射角がブリュースター角θｂになるように取り付けられているので、吸収型偏光板が貼られているか否かに関係なく、透明板１７０を透過する環境光は主にＰ波だけである。このため、透明板１７０には吸収型偏光板が貼られていなくてもよい。

＜４．第４の実施形態＞
　本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４００（「画像表示装置」ともいう）の回路構成は、図８に示す液晶表示装置３００の回路構成と同じであるので、その説明およびブロック図を省略する。

　図１０は、本実施形態に係る液晶表示装置４００の構成を示す図である。図１０に示すように、本実施形態の液晶表示装置４００は、図５に示す液晶表示装置２００において透明板１７０の代わりにシャッタパネル１８０が設けられていることが異なる。このシャッタパネル１８０の構成および機能は第３の実施形態において説明したシャッタパネル１８０の構成および機能と同じである。このため、液晶表示装置４００の構成および動作の詳細な説明は省略する。

＜４．１　効果＞
　本実施形態によれば、第２の実施形態において説明した効果と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、液晶表示装置４００は、第２の実施形態の場合と異なり、点灯状態と透明状態による表示だけでなく、さらに消灯状態による表示が可能になる。このため、第３の実施形態において説明したように、表示の自由度を大幅に向上させることができる。

　また、第２の実施形態の場合と同様に、液晶表示装置４００は、液晶パネル２５０に通常の液晶パネルを用いてカラーフィルタ方式で駆動しても、非常に高い透明度を有するシースルーディスプレイとして機能する。このとき、第３の実施形態の場合と同様に、シャッタパネル１８０を構成する液晶パネル１８１にも、通常の液晶パネルと同程度の動作速度を有するパネルを用いることができる。

＜４．２　変形例＞
＜４．２．１　第１の変形例＞
　吸収型偏光板１８２、１８３に代えて、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する反射型偏光板を液晶パネル１８１の両面に貼ってもよい。この場合、反射型偏光板は環境光に含まれるＳ波を反射するので、液晶表示装置４００の背面は背景を映すミラー面になる。また、吸収型偏光板１８２、１８３のいずれか一方を、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する反射型偏光板に代えてもよい。

＜４．２．２　第２の変形例＞
　図１１は、本実施形態の第２の変形例に係るプロジェクタとして機能する液晶表示装置４００Ａ（「画像表示装置」ともいう）の構成を示す図である。図１１に示すように、液晶表示装置４００Ａは、液晶パネル２５０の一方の表面側にバックライト光源１６０が設けられ、他方の表面側に複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群２５５が設けられている。液晶表示装置２００Ａは、レンズ群２５５により透明板１７０に画像を投影する。視聴者は透明板１７０を見ることにより、投影された画像を視認したり、液晶表示装置４００Ａの背景を視認したりすることができる。なお、図１１では、レンズ群２５５は便宜上１枚の凸レンズで表わされている。また、液晶表示装置４００Ａも、液晶表示装置２００の場合と同様に、ローカルデミングを行うこともできる。

＜４．２．３　第３の変形例＞
　また、液晶パネル１８１の両面に吸収型偏光板１８２、１８３を貼ったシャッタパネル１８０に代えて、第３の実施形態の第２の変形例で説明したメカニカルシャッタを形成したシャッタパネルと同じ構造のシャッタパネルを設けてもよい。この場合も、第３の実施形態の第２の変形例の場合と同様の効果が得られる。なお、透明板は環境光の入射角がブリュースター角θｂになるように取り付けられているので、透明板に吸収型偏光板や反射型偏光板を貼らなくてもよい。

＜５．その他の変形例＞
　本発明の偏光制御画素アレイとして使用可能なディスプレイには、バックライト光源を必要とし、かつ透明になることが求められる。上記各実施形態では、このようなディスプレイとして液晶パネル１５０、２５０を例に挙げて説明した。しかし、本発明において使用可能なディスプレイは液晶パネル１５０、２５０に限定されず、例えば物質を透過した光や物質の表面で反射された光の偏光が物質の磁気的性質の影響を受ける磁気光学効果、光が電界の影響を受けている物質と作用することによって旋光が変化する電気光学効果、複屈折を利用して直線偏光を回転させる１／２波長板等を利用したディスプレイであってもよい。

　本発明は、ディスプレイの前面側から背景が透けて見える透明表示が可能な画像表示装置に適用することができる。

　１００～４００　…　液晶表示装置（画像表示装置）
　１１０　…　表示制御回路
　１２０　…　バックライト制御回路（発光光源駆動回路）
　１３０　…　駆動回路
　１４０　…　シャッタパネル駆動回路
　１５０　…　液晶パネル（第１液晶パネルまたは偏光制御画素アレイ）
　１５１　…　吸収型偏光板（第１偏光板）
　１６０　…　バックライト光源（表示用発光光源）
　１７０　…　透明板（光制御手段）
　１７５　…　液体を満たした容器（光制御手段）
　１８０　…　シャッタパネル（光制御手段）
　１８１　…　液晶パネル（第３液晶パネル）
　１８２、１８３　…　吸収型偏光板（第３偏光板）
　２５０　…　液晶パネル（第２液晶パネルまたは偏光制御画素アレイ）
　２５１　…　吸収型偏光板（第２偏光板）
　２５５　…　レンズ群
　ＤＡＴ　…　画像データ（画像情報）
　θｂ　　…　ブリュースター角

Claims

　シースルーディスプレイの機能を備えた画像表示装置であって、
　外部から与えられる画像情報に基づき光の偏光方向を制御することによりＳ波、Ｐ波、Ｓ波成分またはＰ波成分の少なくともいずれかを含む偏光波を生成して射出する偏光制御画素アレイと、
　前記偏光制御画素アレイに光源光を照射する表示用発光光源と、
　前記画像表示装置の背面側から入射した環境光の偏光方向を制御して生成した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯しているとき前記表示用発光光源から射出された前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分のうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に向けて射出し、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断する光制御手段とを備え、
　前記光制御手段は、前記光源光の入射角がブリュースター角と略等しくなるように取り付けられていることを特徴とする、画像表示装置。
　前記偏光制御画素アレイは、前記光制御手段を透過した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分と、前記光制御手段によって反射された前記光源光に含まれるＳ波が背面側から照射されるように配置され、
　前記光制御手段は、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯されているとき前記光源光に含まれるＳ波を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に含まれるＳ波のうち少なくともいずれかを前記偏光制御画素アレイに背面側から照射し、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断し、
　前記偏光制御画素アレイは、前記光制御手段を透過した前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分に基づき生成した第１偏光波から選択した第１選択偏光波と、前記光制御手段によって反射された前記光源光に含まれるＳ波に基づき生成した第２偏光波から選択した、前記第１選択偏光波と同じ偏光方向を有する第２選択偏光波とのうち少なくともいずれかを透過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。
　前記偏光制御画素アレイは、第１液晶パネルと前記第１液晶パネルの前面側の表面に貼られた第１偏光板とを含み、
　前記第１液晶パネルは、複数の画素形成部を含み、前記画像情報に基づき、前記画素形成部毎に前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に含まれるＳ波の偏光方向をそれぞれ回転制御して前記第１偏光波および前記第２偏光波を生成し、
　前記第１偏光板は、画素形成部毎に、前記第１液晶パネルによって生成された前記第１偏光波から選択した前記第１選択偏光波と、前記第２偏光波から選択した前記第２選択偏光波とのうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に透過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。
　前記偏光制御画素アレイは、前記表示用発光光源に隣接して配置されており、前記表示用発光光源から射出された前記光源光の偏光方向を制御して生成した第３偏光波を前記光制御手段に向けて射出し、
　前記光制御手段は、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分を透過させ、前記表示用発光光源が点灯されているとき、前記光源光に由来する前記第３偏光波から選択したＳ波もしくはＳ波成分を反射することによって、前記環境光に由来するＰ波もしくはＰ波成分および前記光源光に由来するＳ波もしくはＳ波成分のうち少なくともいずれかを前記画像表示装置の前面側に到達させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断することを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
　前記偏光制御画素アレイは、第２液晶パネルと前記第２液晶パネルの前記表示用発光光源側の表面に貼られた第２偏光板とを含み、
　前記第２偏光板は、前記表示用発光光源から射出された前記光源光に含まれるＰ波もしくはＳ波のうちいずれか一方の偏光波を前記第２液晶パネルに向けて透過させ、
　前記第２液晶パネルは、複数の画素形成部を含み、前記画像情報に基づき、前記画素形成部毎に前記いずれか一方の偏光波の偏光方向を回転制御して前記第３偏光波を生成し、前記光制御手段に向けて射出することを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置。
　前記偏光制御画素アレイを挟んで前記表示用発光光源と反対側に複数枚のレンズからなるレンズ群が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置。
　前記光制御手段は、第３液晶パネルと、前記第３液晶パネルの両面にそれぞれ貼られ、Ｐ波を透過する２枚の第３偏光板とを含み、前記第３液晶パネルは、前記画像表示装置の背面側から入射する前記環境光の偏光方向を回転制御して第４偏光波を生成し、前記第４偏光波に含まれるＰ波もしくはＰ波成分を選択して透過させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断することを特徴とする、請求項１、２または４のいずれかに記載の画像表示装置。
　前記光制御手段は、透明板と、前記透明板の表面に形成された開閉可能な複数のメカニカルシャッタとを含み、前記メカニカルシャッタを開閉することによって前記環境光に含まれるＰ波を透過させ、または、前記環境光の一部または全部を透過させないように遮断することを特徴とする、請求項１、２または４のいずれかに記載の画像表示装置。
　前記表示用発光光源に供給する電力を制御する発光光源駆動回路をさらに備えることを特徴とする、請求項１、２または４のいずれかに記載の画像表示装置。