(57)【要約】【課題】迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供する。【解決手段】導光板（１４）の端面から画像光を入射させ、当該導光板が備える複数の出射構造部（プリズム１４１）にて反射または屈折した前記画像光を当該導光板の光出射面（１４ｃ）から出力する表示装置（１）は、前記出射構造部（プリズム１４１）が有する光学面のうち、前記画像光を反射または屈折させる光学面以外の少なくとも１つの光学面に、光反射層または光吸収層が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板の端面から画像光を入射させ、当該導光板が備える複数の出射構造部にて反射または屈折した前記画像光を当該導光板の光出射面から出力する表示装置において、
前記出射構造部が有する光学面のうち、前記画像光を反射または屈折させる光学面以外の少なくとも１つの光学面に、光反射層または光吸収層が形成されている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記導光板の内部を伝搬する画像光は、前記光出射面および前記光出射面に対向する底面の少なくともいずれかにおいて、２回以上反射した後、前記光出射面から出射される
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記導光板の前記底面と嵌合する形状を有し、当該導光板と接合される別の導光板を備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記別の導光板の屈折率は、前記導光板の屈折率と異なる
ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記別の導光板の屈折率は、前記導光板の屈折率より小さい
ことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記出射構造部は、前記導光板の光出射面上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記出射構造部は、前記導光板の底面上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記光反射層は、前記出射構造部が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から近い側の面に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光反射層は、前記出射構造部が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から遠い側の面に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記光反射層は、反射率の高い金属薄膜で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光吸収層は、光を吸収する黒色の塗料で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記別の導光板は、前記導光板と同一の屈折率を備えており、
前記導光板と前記別の導光板との間に、入射した光の一部を透過する半透過層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記別の導光板は、前記導光板と同一の屈折率を備えており、
前記導光板と前記導光板との間に、前記導光板と異なる屈折率を有する光透過層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項１４】
表示領域に画像を表示することによって画像光を出力する画像表示装置と、
前記画像表示装置と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズと、
前記画像表示装置と前記入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と平行な方向に関して所定の位置で結像させる結像レンズとをさらに備え、
前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させる
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中に結像した画像を表示可能な表示装置に関する。特に、再帰性反射を用いて空中に画像を投影する表示可能な表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイが存在しない空中に結像した画像を表示可能な空中ディスプレイが従来技術として知られている。例えば、特許文献１には、表示素子からライトガイドへ出射した画像表示光を、当該ライトガイドの出射面から出力する表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８６３３２号公報（２０１１年９月２２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来技術は、眼鏡型ディスプレイであり、ライトガイドを挟んだ、ユーザの目の反対側の遠方に画像が結像される構成である。よって、例えば据え置き型の一般的な表示装置において立体的な画像表示を行う構成とは異なっている。
【０００５】
また、同様の構成で据え置き型の表示装置を実現することも考えられるが、迷光の問題が考慮されていないため、この迷光によって結像した画像の視野角を狭めてしまうという問題が考えられる。
【０００６】
本発明の一態様は、前記の問題を解決することを目的とし、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る表示装置は、導光板の端面から画像光を入射させ、当該導光板が備える複数の出射構造部にて反射または屈折した前記画像光を当該導光板の光出射面から出力する表示装置において、前記出射構造部が有する光学面のうち、前記画像光を反射または屈折させる光学面以外の少なくとも１つの光学面に、光反射層または光吸収層が形成されている構成である。
【０００８】
前記の構成によれば、出射構造部が有する光学面のうち、光反射層または光吸収層が形成された光学面とは異なる別の光学面に入射した光のみを導光板の光出射面から出力することができる。これにより、光反射層または光吸収層が形成された光学面を経由した光による迷光の発生を抑制し、当該迷光によるゴースト像の形成を抑制することができる。さらに、投影された画像とゴースト像との重畳を抑制し、投影された画像を、より広い視野角から視認することが可能となる。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【０００９】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板の内部を伝搬する画像光は、前記光出射面および前記光出射面に対向する底面の少なくともいずれかにおいて、２回以上反射した後、前記光出射面から出射される構成である。
【００１０】
前記の構成によれば、導光板の内部を伝搬する画像光の光出射面および底面での反射が０回または１回である構成と比較して、画像光を出射構造部に対して入射させる際の、底面に対する角度をより大きくすることができる。よって、導光板の広い範囲において解像度の高い画像光を光出射面から出射させることができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記導光板の前記底面と嵌合する形状を有し、当該導光板と接合される別の導光板を備えている構成である。
【００１２】
前記の構成によれば、導光板および別の導光板の屈折率を調整することにより、境界面における光の反射および屈折の割合を予め設定することができる。これにより、例えば、平面上に結像される画像の光量を制御することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記別の導光板の屈折率は、前記導光板の屈折率と異なる構成である。
【００１４】
前記の構成によれば、本発明の一態様に係る表示装置と同様の作用効果を奏する。
【００１５】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記別の導光板の屈折率は、前記導光板の屈折率より小さい構成である。
【００１６】
前記の構成によれば、別の導光板から導光板に入射する光は、境界面にて反射される。これにより、底面側から導光板へ入射する光による迷光の発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記出射構造部は、前記導光板の光出射面上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている構成である。
【００１８】
前記の構成によれば、画像光は、導光板の光出射面上に形成されている出射構造部に入射したとき、光学面にて屈折した光を当該光出射面から出力することができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記出射構造部は、前記導光板の底面上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている構成である。
【００２０】
前記の構成によれば、画像光は、導光板の底面上に形成されている出射構造部に入射したとき、光学面にて反射した光を当該光出射面から出力することができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記光反射層は、前記出射構造部が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から近い側の面に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている構成である。
【００２２】
前記の構成によれば、導光方向に対して入射面から近い側の光学面において、画像光を含む光が透過することを抑制できる。これにより、画像光が透過して外部へ出射された後、導光板に再度入射し、光出射面から出射されることによって迷光となることを抑制できる。
【００２３】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記光反射層は、前記出射構造部が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から遠い側の面に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている構成である。
【００２４】
前記の構成によれば、導光方向に対して入射面から遠い側の光学面において、画像光を含む光が透過することを抑制できる。これにより、入射面に近い側の光学面にて反射または屈折した画像光を光出射面から出射し、同時に入射面から遠い側の光学面にて反射または屈折した画像光による迷光の発生を抑制できる。
【００２５】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記光反射層は、反射率の高い金属薄膜で形成されている構成である。
【００２６】
前記の構成によれば、光反射層に形成された金属薄膜に入射した光の透過を抑制し、反射させることができる。これにより、光反射層が形成された光学面を透過した光に由来する迷光を抑制することができる。
【００２７】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記光吸収層は、光を吸収する黒色の塗料で形成されている構成である。
【００２８】
前記の構成によれば、光吸収層に入射した光を吸収することができる。これにより、光吸収層が形成された光学面を透過した光に由来する迷光を抑制することができる。
【００２９】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記別の導光板は、前記導光板と同一の屈折率を備えており、前記導光板と前記別の導光板との間に、入射した光の一部を透過する半透過層をさらに備えている構成である。
【００３０】
前記の構成によれば、導光板から半透過層を介して別の導光板へ入射した光は、導光板からの入射角と別の導光板における屈折角が等しくなる。よって、別の導光板と外部との境界面にて反射し、半透過層を再度透過し、光出射面から出射された複数の光は互いに平行となるので、迷光となることがなく、ゴースト像を結像することがない。また、一部の光は半透過層にて反射し、光出射面から出射され、結像点にて結像する。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供できる。
【００３１】
本発明の一態様に係る表示装置において、前記別の導光板は、前記導光板と同一の屈折率を備えており、前記導光板と前記導光板との間に、前記導光板と異なる屈折率を有する光透過層をさらに備えている構成である。
【００３２】
前記の構成によれば、導光板から光透過層を介して別の導光板へ入射した光は、導光板からの入射角と別の導光板における屈折角が等しくなる。よって、別の導光板と外部との境界面にて反射し、別の導光板から光透過層を再度透過して導光板に入射し、光出射面から出射された複数の光は互いに平行となるので、迷光となることがなく、ゴースト像を結像することがない。また、一部の光は光透過層にて反射し、光出射面から出射され、結像点にて結像する。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供できる。
【００３３】
本発明の一態様に係る表示装置は、表示領域に画像を表示することによって画像光を出力する画像表示装置と、前記画像表示装置と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズと、前記画像表示装置と前記入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と平行な方向に関して所定の位置で結像させる結像レンズとをさらに備え、前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させる構成である。
【００３４】
前記の構成によれば、所定の視点において、光出射面から出射された画像光が結像した画像を視認することができる。すなわち、表示装置は、画像表示装置に表示された画像について、当該表示装置の外部で立体的に表示することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の一態様によれば、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態１に係る表示装置の概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る表示装置の概要を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る表示装置の導光板の底面の正面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る表示装置における、導光板の光出射面から出射される光の概要を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る表示装置で用いることができる導光板のバリエーションを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１〜４を用いて詳細に説明する。
【００３８】
（表示装置の構成）
本実施形態に係る表示装置１の要部構成の一例について、図１〜３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る表示装置１の概要を示す模式図である。図２は、本実施形態に係る表示装置１の概要を示す側面図である。図３は、本実施形態に係る表示装置１の導光板１４の底面１４ｂの正面図である。
【００３９】
表示装置１は、画像表示装置１１、結像レンズ１２、コリメートレンズ１３、導光板１４、プリズム１４１、マスク１５、およびスリット１５１を備えている。なお、Ｙ軸方向に対して、画像表示装置１１、結像レンズ１２、コリメートレンズ１３、導光板１４が順番に配置されており、Ｚ軸方向に対して、導光板１４およびマスク１５が、この順番で配置されている。
【００４０】
なお、図示の例において、画像表示装置１１の表示領域、および当該表示領域に対向する、導光板１４の入射面１４ａは、ともにＸＺ平面と平行となるように配置されている。また、導光板１４の、プリズム１４１が配置されている底面１４ｂ、および当該底面１４ｂに対向する、マスク１５に対して光を出射する光出射面１４ｃは、ともにＸＹ平面と平行となるように配置されている。さらに、マスク１５の、スリット１５１が設けられている面も、ＸＹ平面と平行になるように配置されている。なお、画像表示装置１１の表示領域と導光板１４の入射面１４ａとは、対向して配置されてもよいし、表示領域が入射面１４ａに対して傾けて配置されてもよい。
【００４１】
表示装置１は、画像表示装置１１に表示された画像を、当該表示装置１の外部の仮想の平面１０２上に結像させ、投影することができる。具体的には、まず、画像表示装置１１の表示領域から出力された画像光について、結像レンズ１２およびコリメートレンズ１３を通した後、導光板１４の端面である、入射面１４ａへ入射させる。次に、導光板１４へ入射した画像光は、当該導光板１４の内部を伝搬し、導光板１４の底面１４ｂに設けられたプリズム１４１へ入射する。プリズム１４１へ入射した画像光は、当該プリズム１４１にてＺ軸の正方向へ反射または屈折させられ、ＸＹ平面と平行となるように配置された、導光板１４の光出射面１４ｃから出射される。そして、光出射面１４ｃから出射した画像光のうち、マスク１５のスリット１５１を通過した画像光は、平面１０２上の結像点１０１にて結像する。これにより、ユーザは、視点１００から仮想の平面１０２を見たときに、空中に投影された画像を視認することができる。なお、平面１０２は、投影された画像が結像する仮想的な平面であるが、視認性を向上させるためにスクリーンなどを配置してもよい。
【００４２】
画像表示装置１１は、表示領域に画像を表示することによって、画像光を出力することができる、例えば一般的な液晶ディスプレイである。
【００４３】
結像レンズ１２は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置され、画像表示装置１１が表示領域から出力した画像光について、入射面１４ａの長手方向と平行なＸＹ平面において収束光化した後、コリメートレンズ１３へ出射することができる。結像レンズ１２は、画像光を収束光化できるのであれば、どのようなものであってもよい。例えば、バルクレンズ、フレネルレンズ、および回折レンズなどであってもよいし、Ｙ軸方向に沿って配置された複数のレンズの組み合わせであってもよい。
【００４４】
コリメートレンズ１３は、画像表示装置１１と入射面１４ａとの間に配置され、結像レンズ１２にて収束光化された画像光について、入射面１４ａの長手方向と直交するＹＺ平面において平行光化することができる。コリメートレンズ１３は、平行光化した画像光について、導光板１４の入射面１４ａに対して出射することができる。コリメートレンズ１３は、結像レンズ１２と同様に、バルクレンズおよびフレネルレンズであってもよい。なお、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３とは、その配置順が逆であってもよい。また、結像レンズ１２とコリメートレンズ１２の機能について、１つのレンズによって実現してもよいし、多数のレンズの組み合わせによって実現してもよい。すなわち、画像表示装置１１が表示領域から出力した画像光について、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化することができるのであれば、結像レンズ１２とコリメートレンズ１３の組み合わせは、どのようなものであってもよい。
【００４５】
導光板１４は、透明な部材によって構成されており、コリメートレンズ１３によって平行光化された画像光を入射面１４ａにて受光し、光出射面１４ｃから出射することができる。図示の例において、導光板１４は平板状に形成された直方体の外形を備えており、コリメートレンズ１３に対向する、ＸＺ平面と平行な面を入射面１４ａとする。また、ＸＹ平面と平行かつＺ軸の負方向側に存在する面を底面１４ｂとし、ＸＹ平面と平行かつ底面１４ｂに対向する面を光出射面１４ｃとする。さらに、導光板１４は、複数のプリズム１４１を備えている。
【００４６】
複数のプリズム１４１は、導光板１４の入射面１４ａから入射した画像光を反射または屈折させることができる出射構造部として機能する。図示の例において、複数のプリズム１４１は、底面１４ｂ上に、Ｘ軸と平行に設けられている。これにより、Ｙ軸方向に伝搬する入射面１４ａから入射した画像光が、Ｙ軸に直交する、Ｘ軸と平行に設けられた複数のプリズム１４１によって反射または屈折させられる。複数のプリズム１４１のそれぞれは、画像表示装置１１の表示領域で入射面１４ａの長手方向と直交するＺ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点１００へ向けて導光板１４の一方の面である光出射面１４ｃから出射させてもよい。複数のプリズム１４１は、例えば、画像光の伝搬方向がＹ軸方向であるときに、当該Ｙ軸方向に所定の間隔（例えば、１ｍｍ）で配置された、Ｙ軸方向に所定の幅（例えば、１０μｍ）を有する三角形状の溝である。なお、図示の例において、複数のプリズム１４１が有する光学面のうち、画像光の導光方向に対して入射面１４ａから近い側の面を反射面１４１ａとし、入射面１４ａから遠い側の面を予備面１４１ｂとする。本実施形態において、予備面１４１ｂは、当該予備面１４１ｂにて反射または屈折した光が平面１０２上の結像点１０１に到達しないように、光反射層または光吸収層が設けられている。光反射層または光吸収層の詳細については、後述する。
【００４７】
マスク１５は、可視光に対して不透明な材料にて構成され、複数のスリット１５１を備えている。マスク１５は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを、複数のスリット１５１を用いて透過させることができる。
【００４８】
複数のスリット１５１は、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを透過させる。図示の例において、複数のスリット１５１は、Ｘ軸と平行となるように設けられている。また、個々のスリット１５１は、複数のプリズム１４１のうち、いずれかのプリズム１４１と対応している。
【００４９】
前記の構成によって、本実施形態に係る表示装置１は、画像表示装置１１の表示領域の個々の点から発した画像光について、ＸＹ平面においては収束光化し、ＹＺ平面においては平行光化した後、平面１０２上の結像点１０１に投影することができる。表示領域の全ての点に対して前記の処理を行うことにより、表示装置１は、画像表示装置１１の表示領域に出力された画像を、平面１０２上に投影することができる。
【００５０】
なお、Ｚ軸方向について、入射面１４ａの中心と、コリメートレンズ１３の光軸とが一致するようにコリメートレンズ１３が配置されている場合は、平面１０２上に投影された画像について、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、コリメートレンズ１３の光軸と直交するＸＺ平面内で、Ｚ軸方向に対して光軸を挟んだ等距離である２点のそれぞれから発して、入射面１４ａを介して導光板１４内に入射した光は、底面１４ｂに対して同じ角度をなすことになる。そのため、それら２点からの光は、同じプリズム１４１により反射されて平面１０２へ向かう。そのため、視点１００からは、それら２点が重なって見えるという問題がある。
【００５１】
したがって、画像表示装置１１は、Ｚ軸方向について、導光板１４よりも正方向側、または、負方向側に表示領域全体が位置するように配置されることが好ましい。本実施形態では、画像表示装置１１の表示領域全体が、導光板１４よりも負方向側に配置される。この場合、画像表示装置１１からコリメートレンズ１３を経由して導光板１４内に入射する光の量を増やすために、図２において点線で示される位置にミラー２０を配置してもよい。ミラー２０は、Ｚ軸方向について、コリメートレンズ１３の光軸を挟んで画像表示装置１１とは反対側に配置され、かつ、光出射面１４ｃと平行かつ画像表示装置１１へ向けられた反射面を持つことが好ましい。
【００５２】
また、図２の例より、画像表示装置１１の表示領域のうち、Ｚ軸の正方向側にある点から発した画像光よりも、負方向側にある点から発した画像光の方が、より画像表示装置１１に近い位置にあるプリズム１４１に入射する。そして、プリズム１４１にて反射し、当該プリズム１４１に対応するスリット１５１を透過することがわかる。
【００５３】
（予備面の加工によるゴースト像の抑制）
本実施形態において、表示装置１は、複数のスリット１５１を用いて、導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光のうち、平面１０２上の結像点１０１へ向かう光のみを透過させる構成であった。逆に言えば、複数のスリット１５１が無い場合は、結像点１０１以外の点へ向かう別の光が迷光として出射され、結像点１０１以外の別の点にて結像し、ゴースト像として視認されるおそれがある。
【００５４】
しかしながら、複数のスリット１５１を用いる場合であっても、スリット１５１の幅などによっては、結像点１０１とは別の点へ向かう迷光が当該スリット１５１を透過し、ゴースト像を形成するおそれがある。
【００５５】
ゴースト像の原因となる、迷光が発生する原理について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る表示装置１における、導光板１４の光出射面１４ｃから出射される光の概要を示す模式図である。図４の（ａ）は、反射面１４１ａにて反射された光および予備面１４１ｂにて屈折された光の概要を示し、図４の（ｂ）は、反射面１４１ａにて反射された光および予備面１４１ｂにて反射された光の概要を示す。
【００５６】
図４の（ａ）は、Ｙ軸方向に沿って、２つの平行な光が導光板１４内を伝搬し、プリズム１４１の反射面１４１ａにて反射および透過のいずれかを行った場合を示す。図示の例において、反射面１４１ａにて反射した光は、光出射面１４ｃにて屈折後、外部へ出射される。そして、マスク１５が備えるスリット１５１を透過した光は、平面１０２上の結像点１０１にて結像する。一方、反射面１４１ａを透過した光は、一旦、導光板１４の外側を伝搬した後、予備面１４１ｂに入射する。そして、予備面１４１ｂで屈折した光は、光出射面１４ｃにてさらに屈折した後、外部へ出射され、迷光となる。すなわち、図示の例において、反射面１４１ａを透過した光が、予備面１４１ｂから導光板１４内へ再度入射することを抑制することが、迷光の発生を抑制することにつながる。
【００５７】
図４の（ｂ）は、予備面１４１ｂの表面に、光を反射する光反射層を設けた導光板１４について、図４の（ａ）と同様に、２つの平行な光がプリズム１４１の反射面１４１ａにて反射および透過のいずれかを行った場合を示す。図示の例において、反射面１４１ａにて反射した光は、図４の（ａ）と同様に、平面１０２上の結像点１０１にて結像する。一方、反射面１４１ａを透過した光は、一旦、導光板１４の外側を伝搬した後、予備面１４１ｂに入射する。このとき、入射した光は、予備面１４１ｂの表面に設けられた光反射層によって反射され、Ｚ軸の負方向へ出射される。これにより、画像の投影先と同じ方向に、迷光によるゴースト像が形成されることを抑制することができる。
【００５８】
予備面１４１ｂの表面に設けられる光反射層は、光を反射することが可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。例えば、光反射層は、予備面１４１ｂの表面に金属粒子または非金属粒子を蒸着することによって形成されてもよい。なお、光反射層は、反射率の高い金属薄膜で形成されていることが好適である。また、光反射層は、予備面１４１ｂの表面全体に形成されてもよいし、されなくてもよい。例えば、プリズム１４１同士の間隔が所定の間隔（例えば、１ｍｍ）である場合、光反射層は、当該所定の間隔と同じ間隔で設けられていてもよい。
【００５９】
したがって、本実施形態に係る表示装置１は、画像表示装置１１の画像について、導光板１４の底面１４ｂに設けられた複数のプリズム１４１の反射面１４１ａを用いて平面１０２上の結像点１０１で光を結像し、平面１０２上に該画像を投影することができる。さらに、表示装置１は、導光板１４の底面１４ｂに設けられた複数のプリズム１４１の底面１４１ｂに形成された光反射層を用いて、画像の投影先と同じ方向に、迷光によるゴースト像が形成されることを抑制することができる。これにより、光反射層または光吸収層が形成された光学面を経由した光による迷光の発生を抑制し、当該迷光によるゴースト像の形成を抑制することができる。さらに、投影された画像とゴースト像との重畳を抑制し、投影された画像を、より広い視野角から視認することが可能となる。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【００６０】
なお、光反射層は、画像の投影先と同じ方向に、迷光によるゴースト像が形成されることを抑制できるのであれば、どのようなものであってもよい。例えば、予備面１４１ｂの表面に形成される光反射層は、当該予備面１４１ｂに入射した光を吸収する光吸収層として形成されてもよい。このとき、予備面１４１ｂの表面に形成された光吸収層は、反射面１４１ａを透過し、予備面１４１ｂに入射した光を吸収することができる。これにより、予備面１４１ｂを経由した光が光出射面１４ｃから出射することを抑制することができる。光吸収層は、例えば、光を吸収する、インクジェットなどの黒色の塗料の塗布などによって形成されてもよい。
【００６１】
さらに、前記の説明において、導光板１４は直方体の外形を備える構成としたが、導光板１４は、入射面１４ａに入射した光を光出射面１４ｃから出射し、平面１０２上の結像点１０１にて結像させることが可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。例えば、導光板１４は、曲面状に屈曲した形状であってもよい。このとき導光板１４は、結像点１０１にて光を結像させることができるように、複数のプリズム１４１の形状や配置などを適宜設定してもよい。
【００６２】
また、導光板１４の内部を伝搬する画像光は、複数のプリズム１４１へ入射し、プリズム１４１の反射面にて反射または屈折して光出射面１４ｃから出射することが可能であれば、どのように伝搬してもよい。例えば、画像光は、光出射面１４ｃと底面１４ｂの少なくともいずれかにおいて、２回以上反射した後、光出射面１４ｃから出射されるように伝搬してもよい。
【００６３】
本実施形態において、複数のプリズム１４１の数や大きさは特に限定されないが、例えば、各プリズム１４１の予備面１４１ｂに形成される光反射層または光吸収層のトータルの面積は、光出射面１４ｃの面積の３０％以下であることが好適である。
【００６４】
（導光板のバリエーション）
図１および図２に示したように、導光板１４は１枚の部材から構成されており、複数のプリズム１４１は、底面１４ｂ上に、当該導光板１４の内部に向けて凸形状となるように形成されている構成について主に説明してきた。しかしながら、画像光を複数のプリズム１４１にて反射または屈折させ、光出射面１４ｃから出射することが可能な構成であればどのようなものであってもよい。本実施形態に係る表示装置１で用いることができる導光板１４のバリエーションについて、図５の各図を用いて以下に説明する。図５は、本実施形態に係る表示装置１で用いることができる導光板１４のバリエーションを示す概要図である。
【００６５】
図５の（ａ）は、導光板１４が２枚の導光板の組み合わせである場合を示す。図示の例において、１枚目の導光板１４として、光出射面１４ｃが平坦であり、底面１４ｂが複数のプリズム１４１の反射面１４１ａと予備面１４１ｂの組み合わせからのみ構成された導光板１４が示されている。さらに、１枚目の導光板１４とは別の導光板として、底面１６ｂが平坦であり、光出射面１６ｃが１枚目の導光板１４の底面１４ｂと嵌合する形状を有する２枚目の導光板１６が示されている。そして、１枚目の導光板１４と２枚目の導光板１６とは、１枚目の導光板１４の底面１４ｂにて嵌合するように接合されている。このとき、接合された導光板の内部を伝搬する画像光は、２枚の導光板の境界面にて反射または屈折を生じる。図示の例は、２枚の導光板の屈折率が等しい場合を示しており、境界面を透過した画像光は屈折することなく透過することができる。
【００６６】
なお、２枚の導光板の屈折率を調整することにより、境界面における光の反射および屈折の割合を予め設定することができる。これにより、例えば、平面上に結像される画像の光量を制御することができる。例えば、２枚目の導光板１６の屈折率を１枚目の導光板１４の屈折率より小さいものとしたとき、２枚目の導光板から１枚目の導光板に入射する光は、について、境界面にて反射することができる。これにより、１枚目の導光板１４の底面１４ｂ側から導光板１４へ入射する光による迷光の発生を抑制することができる。
【００６７】
図５の（ｂ）は、１枚目の導光板１４と２枚目の導光板１６の屈折率がともにｎ１で等しく、２枚の導光板の間にさらに中間層１７を備えている構成である。中間層１７は、光を透過することが可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば、中間層１７は、入射した光の一部を透過する半透過層であってもよいし、導光板１４と異なる屈折率ｎ２を有する、光を透過する光透過層であってもよい。図示の例において、１枚目の導光板１４から中間層１７への入射角と、２枚目の導光板１６における屈折角は等しくなる。また、２枚目の導光板１６から中間層１７への入射角と、１枚目の導光板１４における屈折角も等しくなる。すなわち、導光板に入射した光の導光角は、２枚の導光板の間で透過と反射を繰り返す間、変わらない。そのため、１枚目の導光板１４の光出射面１４ｃから出射された光が迷光となることがない。
【００６８】
図５の（ｃ）は、図１および図２と同様に、複数のプリズム１４１が導光板１４の底面上に、当該導光板１４の内部に向けて凸形状となるように形成されている図を示す。図示の構成では、上述したように、画像光のうち、導光板１４内部を伝搬し、プリズム１４１の反射面１４１ａにて反射された画像光が光出射面１４ｃから出射される。また、予備面１４１ｂの表面に形成された光反射層または光吸収層に入射した画像光を、底面１４ｂ側へ反射または吸収することができる。
【００６９】
図５の（ｄ）は、複数のプリズム１４１が導光板１４の光出射面１４ｃ上に、当該導光板１４の外部に向けて凸形状となるように形成されている図を示す。図示の構成では、導光板１４の内部を伝搬し、プリズム１４１の反射面１４１ａに入射した画像光は、屈折した後、外部へ出射される。一方、導光板１４の内部を伝搬し、プリズム１４１の予備面１４１ｂに入射した画像光は、当該予備面１４１ｂの表面に形成された光反射層または光吸収層によって、底面１４ｂ側へ反射または吸収される。
【００７０】
図５の（ｅ）は、複数のプリズム１４１が導光板１４の底面１４ｂ上に、当該導光板１４の外部に向けて凸形状となるように形成されている図を示す。図示の構成では、導光板１４の内部を伝搬し、プリズム１４１の反射面１４１ａに入射した画像光は、反射した後、光出射面１４ｃから外部へ出射される。一方、導光板１４の内部を伝搬し、プリズム１４１の予備面１４１ｂに入射した画像光は、当該予備面１４１ｂの表面に形成された光反射層または光吸収層によって、底面１４ｂ側へ屈折または吸収される。
【００７１】
図５の（ｆ）は、基本的な構成は図５の（ｃ）と同一であるが、光反射層が反射面１４１ａの表面に形成されている点が異なる。換言すれば、光反射層は、複数のプリズム１４１が有する光学面のうち、画像光の導光方向に対して入射面１４ａから近い側にある反射面１４１ａに形成されている。図示の例において、導光板１４は、入射面１４ａから入射した画像光の内、プリズム１４１の反射面１４１ａに入射した画像光を反射し、光出射面１４ｃから外部へ出射することができる。これにより、反射面１４１ａにおける画像光の透過を抑制し、反射面１４１ａから外部へ出射された画像光が予備面１４１ｂから再度入射し、光出射面１４ｃから出射されることによるよって迷光となることを抑制できる。
【００７２】
〔変形例〕
前記各実施形態において、表示装置１は、光出射面１４ｃから出射した画像光のうち、マスク１５が備えるスリット１５１を透過した画像光によって画像を結像する構成であった。しかしながら、仮想の平面１０２上の結像点１０１にて画像光を結像させることができるのであれば、マスク１５およびスリット１５１を備えない構成であってもよい。例えば、導光板１４が、底面１４ｂ上に複数のプリズム１４１を備えているとき、光出射面１４ｃは、各プリズム１４１に対応する位置以外に、光吸収層が形成されていてもよい。
【００７３】
前記各実施形態において、プリズム１４１が図５の（ｃ）のように形成されている場合、光出射面１４ｃから出射される画像光は、反射面１４１ａにおいて屈折した光である。表示装置１を構成する各部材における光の屈折率は、一般に、当該部材の温度によって変動するため、反射面１４１ａにおいて屈折した画像光が結像する位置は、プリズム１４１の温度によって変動する。そのため、表示装置１は、例えば、プリズム１４１の温度に応じて、マスク１５のスリット１５１の位置を調整することが可能な構成であってもよい。
【００７４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る表示装置（１）は、導光板（１４）の端面（入射面１４ａ）から画像光を入射させ、当該導光板が備える複数の出射構造部（プリズム１４１）にて反射または屈折した前記画像光を当該導光板の光出射面（１４ｃ）から出力する表示装置において、前記出射構造部が有する光学面のうち、前記画像光を反射または屈折させる光学面以外の少なくとも１つの光学面に、光反射層または光吸収層が形成されている構成である。
【００７５】
前記の構成によれば、出射構造部が有する光学面のうち、光反射層または光吸収層が形成された光学面とは異なる別の光学面に入射した光のみを導光板の光出射面から出力することができる。これにより、光反射層または光吸収層が形成された光学面を経由した光による迷光の発生を抑制し、当該迷光によるゴースト像の形成を抑制することができる。さらに、投影された画像とゴースト像との重畳を抑制し、投影された画像を、より広い視野角から視認することが可能となる。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
【００７６】
本発明の態様２に係る表示装置（１）は、前記態様１において、前記導光板（１４）の内部を伝搬する画像光は、前記光出射面（１４ｃ）および前記光出射面に対向する底面（１４ｂ）の少なくともいずれかにおいて、２回以上反射した後、前記光出射面から出射される構成としてもよい。
【００７７】
前記の構成によれば、導光板の内部を伝搬する画像光の光出射面および底面での反射が０回または１回である構成と比較して、画像光を出射構造部に対して入射させる際の、底面に対する角度をより大きくすることができる。よって、導光板の広い範囲において解像度の高い画像光を光出射面から出射させることができる。
【００７８】
本発明の態様３に係る表示装置（１）は、前記態様２において、前記導光板（１４）の前記底面（１４ｂ）と嵌合する形状を有し、当該導光板と接合される別の導光板（１６）を備えている構成としてもよい。
【００７９】
前記の構成によれば、導光板および別の導光板の屈折率を調整することにより、境界面における光の反射および屈折の割合を予め設定することができる。これにより、例えば、平面上に結像される画像の光量を制御することができる。
【００８０】
本発明の態様４に係る表示装置（１）は、前記態様３において、前記別の導光板（１６）の屈折率は、前記導光板（１４）の屈折率と異なる構成としてもよい。
【００８１】
前記の構成によれば、本発明の一態様に係る表示装置と同様の作用効果を奏する。
【００８２】
本発明の態様５に係る表示装置（１）は、前記態様４において、前記別の導光板（１６）の屈折率は、前記導光板（１４）の屈折率より小さい構成としてもよい。
【００８３】
前記の構成によれば、別の導光板から導光板に入射する光は、境界面にて反射される。これにより、底面側から導光板へ入射する光による迷光の発生を抑制することができる。
【００８４】
本発明の態様６に係る表示装置（１）は、前記態様１〜５のいずれかにおいて、前記出射構造部（プリズム１４１）は、前記導光板（１４）の光出射面（１４ｃ）上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている構成としてもよい。
【００８５】
前記の構成によれば、画像光は、導光板の光出射面上に形成されている出射構造部に入射したとき、光学面にて屈折した光を当該光出射面から出力することができる。
【００８６】
本発明の態様７に係る表示装置（１）は、前記態様１〜６のいずれかにおいて、前記出射構造部（プリズム１４１）は、前記導光板（１４）の底面（１４ｂ）上に、当該導光板の外部に向けて凸形状となるように形成されている構成としてもよい。
【００８７】
前記の構成によれば、画像光は、導光板の底面上に形成されている出射構造部に入射したとき、光学面にて反射した光を当該光出射面から出力することができる。
【００８８】
本発明の態様８に係る表示装置（１）は、前記態様１〜７のいずれかにおいて、前記光反射層は、前記出射構造部（プリズム１４１）が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から近い側の面（反射面１４１ａ）に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている構成としてもよい。
【００８９】
前記の構成によれば、導光方向に対して入射面から近い側の光学面において、画像光を含む光が透過することを抑制できる。これにより、画像光が透過して外部へ出射された後、導光板に再度入射し、光出射面から出射されることによって迷光となることを抑制できる。
【００９０】
本発明の態様９に係る表示装置（１）は、前記態様１〜７のいずれかにおいて、前記光反射層は、前記出射構造部（プリズム１４１）が有する光学面のうち、導光方向に対して入射面から遠い側の面（反射面１４１ａ）に形成され、当該面には、金属粒子または非金属粒子が蒸着されている構成としてもよい。
【００９１】
前記の構成によれば、導光方向に対して入射面から遠い側の光学面において、画像光を含む光が透過することを抑制できる。これにより、入射面に近い側の光学面にて反射または屈折した画像光を光出射面から出射し、同時に入射面から遠い側の光学面にて反射または屈折した画像光による迷光の発生を抑制できる。
【００９２】
本発明の態様１０に係る表示装置（１）は、前記態様１〜９のいずれかにおいて、前記光反射層は、反射率の高い金属薄膜で形成されている構成としてもよい。
【００９３】
前記の構成によれば、光反射層に形成された金属薄膜に入射した光の透過を抑制し、反射させることができる。これにより、光反射層が形成された光学面を透過した光に由来する迷光を抑制することができる。
【００９４】
本発明の態様１１に係る表示装置（１）は、前記態様１〜１０のいずれかにおいて、前記光吸収層は、光を吸収する黒色の塗料で形成されている構成としてもよい。
【００９５】
前記の構成によれば、光吸収層に入射した光を吸収することができる。これにより、光吸収層が形成された光学面を透過した光に由来する迷光を抑制することができる。
【００９６】
本発明の態様１２に係る表示装置（１）は、前記請求項３において、前記別の導光板（１６）は、前記導光板（１４）と同一の屈折率を備えており、前記導光板と前記別の導光板との間に、入射した光の一部を透過する半透過層（中間層１７）をさらに備えている構成としてもよい。
【００９７】
前記の構成によれば、導光板から半透過層を介して別の導光板へ入射した光は、導光板からの入射角と別の導光板における屈折角が等しくなる。よって、別の導光板と外部との境界面にて反射し、半透過層を再度透過し、光出射面から出射された複数の光は互いに平行となるので、迷光となることがなく、ゴースト像を結像することがない。また、一部の光は半透過層にて反射し、光出射面から出射され、結像点にて結像する。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供できる。
【００９８】
本発明の態様１３に係る表示装置（１）は、前記請求項３において、前記別の導光板（１６）は、前記導光板（１４）と同一の屈折率を備えており、前記導光板と前記導光板との間に、前記導光板と異なる屈折率を有する光透過層（中間層１７）をさらに備えている構成としてもよい。
【００９９】
前記の構成によれば、導光板から光透過層を介して別の導光板へ入射した光は、導光板からの入射角と別の導光板における屈折角が等しくなる。よって、別の導光板と外部との境界面にて反射し、別の導光板から光透過層を再度透過して導光板に入射し、光出射面から出射された複数の光は互いに平行となるので、迷光となることがなく、ゴースト像を結像することがない。また、一部の光は光透過層にて反射し、光出射面から出射され、結像点にて結像する。したがって、迷光の発生を抑制し、視認性に優れた表示装置を提供できる。
【０１００】
本発明の態様１４に係る表示装置（１）は、表示領域に画像を表示することによって画像光を出力する画像表示装置（１１）と、前記画像表示装置と前記導光板の入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と直交する方向において平行光化するコリメートレンズ（１３）と、前記画像表示装置と前記入射面との間に配置され、前記画像光を、前記入射面の長手方向と平行な方向に関して所定の位置で結像させる結像レンズ（１２）とをさらに備え、前記複数の出射構造部のそれぞれは、前記表示領域における、前記入射面の長手方向と直交する方向において互いに異なる位置から発した光を所定の視点へ向けて前記導光板の一方の面である光出射面から出射させる構成としてもよい。
【０１０１】
前記の構成によれば、所定の視点において、光出射面から出射された画像光が結像した画像を視認することができる。すなわち、表示装置は、画像表示装置に表示された画像について、当該表示装置の外部で立体的に表示することができる。
【０１０２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  表示装置
１１  画像表示装置
１２  結像レンズ
１３  コリメートレンズ
１４  導光板
１４ａ  入射面
１４ｂ  底面
１４ｃ  光出射面
１４１  プリズム（出射構造部）
１４１ａ  反射面
１４１ｂ  予備面
１５  マスク
１５１  スリット
１６  導光板
１６ｂ  底面
１６ｃ  光出射面
１７  中間層
２０  ミラー
【図１】
2018151568.tif 000003
【図２】
2018151568.tif 000004
【図３】
2018151568.tif 000005
【図４】
2018151568.tif 000006
【図５】
2018151568.tif 000007