JP7475751B1 - Collimating contact lenses and XR glasses - Google Patents
Collimating contact lenses and XR glasses Download PDFInfo
- Publication number
- JP7475751B1 JP7475751B1 JP2023195574A JP2023195574A JP7475751B1 JP 7475751 B1 JP7475751 B1 JP 7475751B1 JP 2023195574 A JP2023195574 A JP 2023195574A JP 2023195574 A JP2023195574 A JP 2023195574A JP 7475751 B1 JP7475751 B1 JP 7475751B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- glasses
- transparent
- pixel
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 203
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 claims description 107
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 claims description 22
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 43
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 35
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 35
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 16
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 10
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000004305 hyperopia Effects 0.000 description 3
- 201000006318 hyperopia Diseases 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004379 myopia Effects 0.000 description 2
- 208000001491 myopia Diseases 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 206010020675 Hypermetropia Diseases 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
【課題】XRグラス本体部と組み合わせることで十分な解像度で映像を認識することができるコリメート機能付きコンタクトレンズおよびこれを用いたXRグラスを提供する。【解決手段】XRグラスは、少なくとも3つ以上の副画素により1つの画素が構成された画素アレイと、それぞれの副画素に含まれる1つまたは複数のマイクロ発光ダイオード(31~33)とを有し、画素の開口率は10%以上である半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイからなる左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部を有するXRグラス本体部と、左目用ディスプレイ部および上記右目用ディスプレイ部の任意の点から発せられた光に対して、透過率50%以上の放射角度が5度以下である、コリメーターとなる透明柱(1100)が複数配列された透明柱集合体を有し、各透明柱を透過した光が収束点に収束するコリメート機能付きコンタクトレンズ(1000)とを有する。【選択図】図31[Problem] To provide a contact lens with a collimating function that can recognize images with sufficient resolution when combined with an XR glasses main body, and XR glasses using the same. [Solution] The XR glasses have an XR glasses main body having a left-eye display section and a right-eye display section each of which has a pixel array in which one pixel is composed of at least three or more sub-pixels, and one or more micro light-emitting diodes (31-33) included in each sub-pixel, and the pixel aperture ratio is 10% or more, and a contact lens (1000) with a collimating function that has a transparent column assembly in which a plurality of transparent columns (1100) are arranged as collimators, and which have a transmittance of 50% or more and a radiation angle of 5 degrees or less for light emitted from any point on the left-eye display section and the right-eye display section, and in which the light transmitted through each transparent column converges to a convergence point. [Selected Figure] Fig. 31
Description
この発明は、XR(Cross Reality)グラス用半透明マイクロ発光ダイオード(LED)ディスプレイ、XRグラス、VR(Virtual Reality)グラス用ディスプレイ、VRグラスおよびコリメート機能付きコンタクトレンズに関する。 This invention relates to a translucent micro light-emitting diode (LED) display for XR (Cross Reality) glasses, a display for XR glasses, VR (Virtual Reality) glasses, VR glasses, and contact lenses with a collimating function.
ライトエンジン(画像の光源)に有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子(OLED)を用いたXRグラスは市販されている(非特許文献1参照)。しかし、これらのXRグラスは、有機EL素子の光量が不足しているため、明るい外界ではXRグラスに表示される映像を認識しづらい。光量を大きくするために有機EL素子の駆動電流密度を上げることが考えられるが、駆動電流密度は一般に数10mA/cm2 と小さく、駆動電流密度を上げると効率の低下や劣化が早まるといった問題がある。 XR glasses using organic electroluminescence (EL) elements (OLED) as the light engine (light source for images) are commercially available (see Non-Patent Document 1). However, these XR glasses have a low light output from the organic EL elements, making it difficult to recognize images displayed on the XR glasses in bright environments. In order to increase the light output, it is possible to increase the drive current density of the organic EL elements, but the drive current density is generally small at several tens of mA/ cm2 , and there are problems such as a decrease in efficiency and accelerated deterioration when the drive current density is increased.
一方、光学系に関しては光導波路や投影光学系を使ったXRグラスが提案されている(特許文献1、2、3参照)。光導波路や投影光学系を使う光学系は、XRグラスを薄くできるという利点はあるが、部品点数の増大、光学設計の複雑さ、光学部品の製造難易度が高い等の問題がある。特に広い視野角を確保することは難しく、現状の視野角は最大で60度程度であるが、光学設計上更なる拡大は容易ではない(非特許文献2参照)。 On the other hand, with regard to the optical system, XR glasses using optical waveguides and projection optical systems have been proposed (see Patent Documents 1, 2, and 3). Optical systems using optical waveguides and projection optical systems have the advantage of being able to make the XR glasses thinner, but they have problems such as an increased number of parts, complex optical design, and high manufacturing difficulty of optical parts. It is particularly difficult to ensure a wide viewing angle, and while the current viewing angle is a maximum of about 60 degrees, it is not easy to further expand it in terms of optical design (see Non-Patent Document 2).
外界の視認に必要な周囲光透過率と、明るい日中の環境下において画像認識に必要十分な輝度と、広い視野角と広いアイボックス(=眼球の動きによる画像を見失わない範囲)を持ち、軽量で薄く嵩張らず、メガネのように常時装着可能なXRグラスの実現には至っていない。 We have yet to realize XR glasses that have the ambient light transmittance required for visibility of the outside world, sufficient brightness for image recognition in bright daytime environments, a wide viewing angle and a wide eyebox (the range in which the image is not lost due to eye movement), are lightweight, thin, and compact, and can be worn all the time like eyeglasses.
ディスプレイを半透明(シースルー)にすることができれば、光導波路を使わずに済むため、XRグラスの光学部品を簡略化することができる。特許文献4では、シースルーの有機EL素子を使ったARグラスが提案されている。しかし、上述のように有機EL素子では輝度が不足している。輝度を高めるために発光面積を広げることはディスプレイの半透明化の妨げとなる。また、たとえ発光面積を画素全体に広げても有機EL素子ではXRグラスとしての十分な輝度は得られない。 If the display could be made semi-transparent (see-through), it would be possible to simplify the optical components of the XR glasses since there would be no need to use an optical waveguide. Patent Document 4 proposes AR glasses that use see-through organic EL elements. However, as mentioned above, organic EL elements lack brightness. Increasing the light-emitting area to increase brightness would prevent the display from being made semi-transparent. Furthermore, even if the light-emitting area were expanded to cover the entire pixel, organic EL elements would not provide sufficient brightness for XR glasses.
光量を確保するためには、光源としてマイクロLEDを使用することが望ましい。LEDは有機EL素子に比べて1000倍以上の高い電流密度(数10A~数100A/cm2 )で駆動できるためである。XRグラスとして十分な輝度を確保することができるだけでなく、非常に小さな面積で高輝度を実現できるため、ディスプレイ自体の半透明化も容易である。マイクロLEDを光源とした半透明ディスプレイで光導波路を用いずにXRグラスを構成することができれば、軽量で薄く、メガネのように常時装着可能なXRグラスを実現することができる。 To ensure sufficient light output, it is desirable to use micro LEDs as the light source. This is because LEDs can be driven at a current density (several tens of A to several hundreds of A/cm 2 ) that is more than 1000 times higher than organic EL elements. Not only can sufficient brightness be ensured for XR glasses, but high brightness can be achieved in a very small area, making it easy to make the display itself semi-transparent. If XR glasses can be constructed with a semi-transparent display using micro LEDs as a light source without using an optical waveguide, it will be possible to realize XR glasses that are lightweight and thin and can be worn at all times like glasses.
マイクロLEDを光源として目のすぐ近くに設置された半透明ディスプレイの前にレンズ(マイクロレンズ)を設置して虚像を生成する方法が提案されている(特許文献5参照)。この方法では、一定の画素の集まりに対して1つのマイクロレンズを使用し、画素の集まりを一定の間隔で配置して開口率を確保する方法であるため、連続した状態で虚像が映し出されるわけではない。また、レンズによる虚像領域の形状は円形であるために、虚像領域の円の中に入る外界の視界はレンズによる歪の影響を受ける。原理的には、画素1つ1つにマイクロレンズを設置して1画素ずつ虚像を生成し、1画素毎の虚像の集合体として虚像を生成できれば虚像周辺の外界の視界を歪めることのない完璧な虚像を現実空間に映し出すことができるのであるが、数μmサイズの画素それぞれにマイクロレンズを設置して虚像を生成する方法は、画素とマイクロレンズとの間の距離をÅ単位で制御する必要があるため、位置精度を確保することは非常に困難である。 A method has been proposed in which a lens (microlens) is placed in front of a translucent display placed close to the eye using a micro LED as a light source to generate a virtual image (see Patent Document 5). In this method, one microlens is used for a certain group of pixels, and the pixel groups are arranged at a certain interval to ensure the aperture ratio, so the virtual image is not projected in a continuous state. In addition, since the shape of the virtual image area created by the lens is circular, the field of view of the outside world that enters the circle of the virtual image area is affected by distortion by the lens. In principle, if a microlens is placed on each pixel to generate a virtual image pixel by pixel, and the virtual image can be generated as a collection of virtual images for each pixel, a perfect virtual image that does not distort the field of view of the outside world around the virtual image can be projected in real space. However, the method of generating a virtual image by placing a microlens on each pixel of a few μm in size requires controlling the distance between the pixel and the microlens in Å units, making it very difficult to ensure positional accuracy.
この発明が解決しようとする課題は、外界を明瞭に見ることができ、明るい外界でも表示された映像を明瞭に認識することができ、十分な解像度で映像を表示することができ、厚さも薄くて済むXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイおよびこのXRグラス半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイを用いたXRグラスを提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a translucent micro light-emitting diode display for XR glasses that allows the outside world to be clearly seen, allows the displayed image to be clearly recognized even in a bright outside world, displays images with sufficient resolution, and is thin, and to provide XR glasses that use this translucent micro light-emitting diode display for XR glasses.
この発明が解決しようとする他の課題は、十分な解像度で映像を表示することができ、厚さも薄くて済むVRグラス用ディスプレイおよびこのVRグラス用ディスプレイを用いたVRグラスを提供することである。 Another problem that this invention aims to solve is to provide a VR glasses display that can display images with sufficient resolution and is thin, and VR glasses that use this VR glasses display.
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、XRグラス本体部と組み合わせて用いることにより十分な解像度で映像を認識することができるコリメート機能付きコンタクトレンズおよびこのコリメート機能付きコンタクトレンズを用いたXRグラスを提供することである。 Yet another problem that this invention aims to solve is to provide a contact lens with a collimating function that can be used in combination with the XR glasses main body to recognize images with sufficient resolution, and XR glasses that use this contact lens with a collimating function.
上記課題を解決するために、この発明は、
少なくとも3つ以上の副画素により1つの画素が構成された画素アレイと、
それぞれの上記副画素に含まれる1つまたは複数のマイクロ発光ダイオードと、
上記画素毎または上記副画素毎に設けられた、上記マイクロ発光ダイオードからの光の放射角度を5度以下に狭めるコリメーターと、
を有し、
上記画素の開口率は10%以上であるXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイである。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
a pixel array in which one pixel is formed by at least three or more sub-pixels;
One or more micro light emitting diodes included in each of said sub-pixels;
A collimator provided for each pixel or each subpixel, which narrows the radiation angle of light from the micro light-emitting diode to 5 degrees or less;
having
The pixel aperture ratio of the semi-transparent micro light-emitting diode display for XR glasses is 10% or more.
ここで、光の放射角度とは、光の強度が最大となる出射方向から、その強度が2分の1になるまでの角度範囲を表し、光の放射角度が5度以下とは、光の強度が最大となる出射方向を基準(0度)として、光の強度が2分の1になるまでの角度範囲が±2.5度以下、レンジで5度以下であることを意味する。 Here, the light emission angle refers to the angle range from the emission direction where the light intensity is at its maximum to where that intensity is reduced to half, and a light emission angle of 5 degrees or less means that, with the emission direction where the light intensity is at its maximum as the reference (0 degrees), the angle range where the light intensity is reduced to half is ±2.5 degrees or less, or a range of 5 degrees or less.
コリメーターは、マイクロレンズおよびマイクロ発光ダイオードからの光の出射範囲をマイクロレンズの焦点付近に制限する開口部(アパーチャーまたはピンホール)によって構成される場合と、マイクロ発光ダイオードからの光の放射領域に含まれる大きさの柱状体により構成され、当該柱状体は中心軸方向に延在する互いに分離した複数の光透過部を有するもの、あるいは、複数の当該柱状体が中心軸方向に複数積層された構造を有し、互いに隣接する一対の当該柱状体の光透過部は中心軸方向と垂直な方向に互いにずれているものにより構成される場合とがある。前者のコリメーターでは、開口部で制限されたマイクロ発光ダイオードからの光がマイクロレンズを通ることで平行光線束が得られる。開口部は、典型的には筒型、取り分け円筒型の形状を有する。画素毎にコリメーターが設けられる場合は、1つの画素内に含まれる全てのマイクロ発光ダイオードからの光が1つの開口部を通った後、1つのマイクロレンズを通ることで平行光線束が得られる。副画素毎にコリメーターが設けられる場合は、1つの副画素内に含まれる全てのマイクロ発光ダイオードからの光が1つの開口部を通った後、1つのマイクロレンズを通ることで平行光線束が得られる。後者のコリメーターでは、マイクロ発光ダイオードからの光が複数の光透過部を通ることで平行光線束が得られる。典型的には、光透過部の外周面は光吸収膜により覆われる。こうすることで、光透過部に入射した光のうち外周面に入射した光は吸収され、最終的に光透過部の中心軸方向に進行する光のみとなり、この光が光透過部の末端から平行光線束として出射される。 The collimator may be composed of a microlens and an aperture (aperture or pinhole) that limits the emission range of light from the microlight-emitting diode to the vicinity of the focal point of the microlens, or may be composed of a columnar body of a size that is included in the emission area of the light from the microlight-emitting diode, and the columnar body has a plurality of light-transmitting parts that are separated from each other and extend in the direction of the central axis, or may be composed of a structure in which a plurality of such columns are stacked in the direction of the central axis, and the light-transmitting parts of a pair of adjacent columns are shifted from each other in a direction perpendicular to the central axis. In the former collimator, the light from the microlight-emitting diode limited by the aperture passes through the microlens to obtain a parallel light beam. The aperture is typically tubular, particularly cylindrical. When a collimator is provided for each pixel, the light from all the microlight-emitting diodes included in one pixel passes through one aperture and then passes through one microlens to obtain a parallel light beam. When a collimator is provided for each subpixel, the light from all the microlight-emitting diodes included in one subpixel passes through one aperture and then passes through one microlens to obtain a parallel light beam. In the latter collimator, the light from the micro light-emitting diode passes through multiple light-transmitting sections to obtain a parallel beam of light. Typically, the outer surface of the light-transmitting section is covered with a light-absorbing film. In this way, the light that enters the light-transmitting section and enters the outer surface is absorbed, and ultimately only the light that travels in the direction of the central axis of the light-transmitting section is left, and this light is emitted as a parallel beam of light from the end of the light-transmitting section.
コリメーターの設計により、マイクロ発光ダイオードからの光の放射角度を容易に5度以下に狭めることができる。コリメーターは、好適には、マイクロ発光ダイオードからの光の放射角度を0.1度以上2.0度以下に狭めるように構成される。こうすることで、表示される画像を十分に高い解像度で認識することができる。 The collimator design can easily narrow the radiation angle of the light from the micro light-emitting diode to 5 degrees or less. The collimator is preferably configured to narrow the radiation angle of the light from the micro light-emitting diode to 0.1 degrees or more and 2.0 degrees or less. This allows the displayed image to be recognized with a sufficiently high resolution.
このXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイは、好適には、明るい外界でもはっきりと映像を認識できるようにするために外光に比べて十分な輝度(最大輝度5000~10000nit程度)を有する。 This translucent micro light-emitting diode display for XR glasses preferably has sufficient brightness (maximum brightness of approximately 5,000 to 10,000 nits) compared to external light so that images can be clearly recognized even in a bright outside environment.
画素の開口率(画素の面積に占める、外部からの可視光が透過できる面積の割合)は半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイを構成するためには最低でも10%以上とする必要があるが、好適には、40%以上とされる。こうすることで、半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイを通して外界を十分に明瞭に認識することができる。 The aperture ratio of a pixel (the ratio of the area of the pixel through which visible light from the outside can pass) must be at least 10% to form a translucent micro light-emitting diode display, but is preferably 40% or more. This allows the outside world to be recognized clearly enough through the translucent micro light-emitting diode display.
1つの画素は、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)の3原色を実現するため、1つの例では、赤色発光のマイクロ発光ダイオード、緑色発光のマイクロ発光ダイオードおよび青色発光のマイクロ発光ダイオードを有する。1つの例では、これらのマイクロ発光ダイオードはそれぞれ可視光を透過する透明樹脂により覆われ、当該透明樹脂の表面は上記の開口部の内部に向かって光を反射するように構成された光反射膜により覆われる。他の例では、1つの画素は複数の青色発光または紫外発光のマイクロ発光ダイオードだけで構成される。典型的には、これらのマイクロ発光ダイオードはそれぞれ赤色蛍光体、緑色蛍光体または青色蛍光体により覆われ、当該赤色蛍光体、当該緑色蛍光体または当該青色蛍光体の表面は上記の開口部の内部に向かって光を反射するように構成された光反射膜により覆われる。この場合、青色発光または紫外発光のマイクロ発光ダイオードからの光が赤色蛍光体、緑色蛍光体または青色蛍光体を透過することにより波長変換が行われ、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)の3原色が実現される。 In one example, one pixel has a red-emitting micro light-emitting diode, a green-emitting micro light-emitting diode, and a blue-emitting micro light-emitting diode to realize the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B). In one example, these micro light-emitting diodes are each covered with a transparent resin that transmits visible light, and the surface of the transparent resin is covered with a light-reflecting film configured to reflect light toward the inside of the opening. In another example, one pixel is composed of only a plurality of blue-emitting or ultraviolet-emitting micro light-emitting diodes. Typically, these micro light-emitting diodes are each covered with a red phosphor, a green phosphor, or a blue phosphor, and the surface of the red phosphor, the green phosphor, or the blue phosphor is covered with a light-reflecting film configured to reflect light toward the inside of the opening. In this case, the light from the blue-emitting or ultraviolet-emitting micro light-emitting diode is wavelength-converted by passing through the red phosphor, the green phosphor, or the blue phosphor, and the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) are realized.
典型的には、1つの副画素に含まれるマイクロ発光ダイオードの数は3以上、または、1つのマイクロ発光ダイオードは少なくとも1つのn側電極および少なくとも3つ以上のp側電極を有する。典型的には、1つの副画素にはn側電極用幹線部配線およびp側電極用幹線部配線が存在し、当該p側電極用幹線部配線には少なくとも3つ以上の支線部配線が存在する。 Typically, the number of micro light-emitting diodes included in one subpixel is three or more, or one micro light-emitting diode has at least one n-side electrode and at least three or more p-side electrodes. Typically, one subpixel has a trunk wiring for the n-side electrode and a trunk wiring for the p-side electrode, and the trunk wiring for the p-side electrode has at least three or more branch wirings.
赤色発光のマイクロ発光ダイオード、緑色発光のマイクロ発光ダイオードおよび青色発光のマイクロ発光ダイオードとしては、いずれもAlGaInN系マイクロ発光ダイオードを用いてもよいし、緑色発光のマイクロ発光ダイオードおよび青色発光のマイクロ発光ダイオードとしてはAlGaInN系マイクロ発光ダイオードを用い、赤色発光のマイクロ発光ダイオードとしてはAlGaInP系マイクロ発光ダイオードを用いてもよい。これらのマイクロ発光ダイオードは横型であっても縦型であってもよい。 The red light emitting micro light emitting diode, the green light emitting micro light emitting diode, and the blue light emitting micro light emitting diode may all be AlGaInN micro light emitting diodes, or the green light emitting micro light emitting diode and the blue light emitting micro light emitting diode may be AlGaInN micro light emitting diodes, and the red light emitting micro light emitting diode may be AlGaInP micro light emitting diode. These micro light emitting diodes may be either horizontal or vertical.
このXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイは、典型的には、フレキシブルに構成される。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネートなどの透明プラスチックからなる基板上に配線を形成した配線基板を用い、その上に画素アレイを形成することにより、フレキシブルなXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイを得ることができる。 This semi-transparent micro light-emitting diode display for XR glasses is typically constructed to be flexible. Specifically, a wiring board in which wiring is formed on a substrate made of transparent plastic such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, or polycarbonate is used, and a pixel array is formed on the wiring board, thereby obtaining a flexible semi-transparent micro light-emitting diode display for XR glasses.
XRグラスは、AR(Augmented Reality)、MR(Mixed Reality)、SR(Substitutional Reality) などの技術、これらの技術の中間的な技術(例えば、ARとMRとの間に位置付けられる技術)などを用いたグラスの総称であり、現実と仮想の世界とを融合して疑似体験を提供する空間を創り出す映像表示装置である。ARは現実空間に仮想世界を重ねて投影して見せる技術、MRは現実空間と仮想空間とを融合させて見せる技術、SRは過去の映像を現実空間に重ね合わせて見せることで、過去にあった出来事があたかも今目の前で行っているかのように見せる技術である。 XR glasses are a general term for glasses that use technologies such as AR (Augmented Reality), MR (Mixed Reality), and SR (Substitutional Reality), as well as intermediate technologies between these technologies (for example, technologies positioned between AR and MR), and are image display devices that create a space that provides a simulated experience by blending the real and virtual worlds. AR is a technology that projects a virtual world onto real space, MR is a technology that blends real space and virtual space, and SR is a technology that overlays past images onto real space, making it appear as if a past event is happening right in front of your eyes.
また、この発明は、
左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部を有し、
上記左目用ディスプレイ部および上記右目用ディスプレイ部は
少なくとも3つ以上の副画素により1つの画素が構成された画素アレイと、
それぞれの上記副画素に含まれる1つまたは複数のマイクロ発光ダイオードと、
上記画素毎または上記副画素毎に設けられた、上記マイクロ発光ダイオードからの光の放射角度を5度以下に狭めるコリメーターと、
を有し、
上記画素の開口率は10%以上である半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイ
により構成されているXRグラスである。
The present invention also provides
A left-eye display unit and a right-eye display unit are provided.
The left-eye display unit and the right-eye display unit each include a pixel array in which one pixel is formed by at least three sub-pixels;
One or more micro light emitting diodes included in each of said sub-pixels;
A collimator provided for each pixel or each subpixel, which narrows the radiation angle of light from the micro light-emitting diode to 5 degrees or less;
having
The XR glasses are made of a semi-transparent micro light-emitting diode display with an aperture ratio of the pixel of 10% or more.
このXRグラスの発明においては、上記のXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイの発明に関連して説明したことが成立する。 In this XR glasses invention, what has been described in relation to the invention of the translucent micro light-emitting diode display for XR glasses above is valid.
また、この発明は、
画素アレイと、
上記画素アレイの画素毎に設けられた、上記画素からの光の放射角度を5度以下に狭めるコリメーターと、
を有する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイまたは液晶ディスプレイからなるVRグラス用ディスプレイである。
The present invention also provides
A pixel array;
a collimator provided for each pixel of the pixel array, the collimator narrowing the radiation angle of light from the pixel to 5 degrees or less;
The display for VR glasses is an organic electroluminescence display or a liquid crystal display having the above structure.
VRは仮想世界を現実世界のように体験することができる技術である。VRグラスは、ゴーグルタイプのものやヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display: HMD)タイプのものも含む。このVRグラス用ディスプレイの発明においては、特にその性質に反しない限り、上記のXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイの発明に関連して説明したことが成立する。 VR is a technology that allows you to experience a virtual world as if it were the real world. VR glasses include goggle-type and head mounted display (HMD) types. In this invention of a display for VR glasses, the above explanation in relation to the invention of the translucent micro light-emitting diode display for XR glasses is valid, unless it is contrary to the nature of the invention.
また、この発明は、
左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部を有し、
上記左目用ディスプレイ部および上記右目用ディスプレイ部は
画素アレイと、
上記画素アレイの画素毎に設けられた、上記画素からの光の放射角度を5度以下に狭めるコリメーターと、
を有する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイまたは液晶ディスプレイ
により構成されているVRグラスである。
The present invention also provides
A left-eye display unit and a right-eye display unit are provided.
The left-eye display portion and the right-eye display portion each include a pixel array;
a collimator provided for each pixel of the pixel array, the collimator narrowing the radiation angle of light from the pixel to 5 degrees or less;
The VR glasses are configured with an organic electroluminescence display or a liquid crystal display having a
ここで、このVRグラスは、ゴーグルタイプのものやヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display: HMD)タイプのものも含む。 Here, VR glasses include goggles and head mounted displays (HMDs).
また、この発明は、
少なくとも3つ以上の副画素により1つの画素が構成された画素アレイと、それぞれの上記副画素に含まれる1つまたは複数のマイクロ発光ダイオードとを有し、上記画素の開口率は10%以上である半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイからなる左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部を有するXRグラス本体部と、
上記左目用ディスプレイ部および上記右目用ディスプレイ部の任意の点から発せられた光に対して、透過率50%以上の放射角度が5度以下であるコリメート機能付きコンタクトレンズと、
を有するXRグラスである。
The present invention also provides
an XR glasses main body having a left-eye display section and a right-eye display section each of which is made up of a translucent micro light-emitting diode display having a pixel array in which one pixel is formed by at least three or more sub-pixels and one or more micro light-emitting diodes included in each of the sub-pixels, the aperture ratio of the pixel being 10% or more;
a contact lens with a collimating function, which has a transmittance of 50% or more and a radiation angle of 5 degrees or less for light emitted from any point on the left-eye display unit and the right-eye display unit;
These are XR glasses that have the following features.
コリメート機能付きコンタクトレンズは、左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部の任意の点から発せられた光に対して、透過率50%以上の放射角度を5度以下にすることができる限り、基本的にはどのように構成されてもよい。典型的には、コリメート機能付きコンタクトレンズの外周部を除く部分(中央部)は、例えば、正六角錐台状の透明柱を多数、互いに側面同士が密着するように蜂の巣状に、角膜の表面に対応した湾曲面上に配列させた透明柱集合体により構成することができる。各透明柱の側面には光吸収膜が設けられる。この場合、好適には、このコリメート機能付きコンタクトレンズを角膜に装着したとき、このコリメート機能付きコンタクトレンズの各透明柱を透過する光の収束点が水晶体の中心付近に位置するようにする。収束点を眼球中心側にするほど視界は狭くなるが、透過した光の収束点が水晶体中心付近に来るように設計、製造すれば十分広い視界を確保できる。 The collimating contact lens may be basically configured in any way as long as it can make the radiation angle of 50% or more for light emitted from any point on the left eye display unit and the right eye display unit 5 degrees or less. Typically, the part (center part) of the collimating contact lens excluding the outer periphery can be configured by a transparent column assembly in which a large number of transparent columns in the shape of a regular hexagonal pyramid are arranged on a curved surface corresponding to the surface of the cornea in a honeycomb shape so that the sides are in close contact with each other. A light absorbing film is provided on the side of each transparent column. In this case, preferably, when the collimating contact lens is attached to the cornea, the convergence point of the light passing through each transparent column of the collimating contact lens is located near the center of the crystalline lens. The closer the convergence point is to the center of the eyeball, the narrower the field of view becomes, but if the lens is designed and manufactured so that the convergence point of the transmitted light is near the center of the crystalline lens, a sufficiently wide field of view can be ensured.
このコリメート機能付きコンタクトレンズを角膜に装着し、XRグラス本体部を眼前に装着した場合、マイクロ発光ダイオードからの光がこのコリメート機能付きコンタクトレンズの透明柱の一端に入射して他端から出射されることにより、放射角度が5度以下の光が水晶体に入射するようにすることができる。 When this contact lens with collimating function is placed on the cornea and the XR glasses main body is placed in front of the eye, light from the micro light-emitting diode enters one end of the transparent column of this contact lens with collimating function and exits from the other end, allowing light with a radiation angle of 5 degrees or less to enter the crystalline lens.
光は、波の性質を持ち、回折現象等が存在することや、光吸収膜を透過するものもあり、幾何学的に設計された角度を超えて透過するものがある程度存在する。そのため、放射角度が5度以下とはディスプレイの任意の点から発せられた光のうち、上記のコリメート機能付きコンタクトレンズの各透明柱を透過する光の収束点に向かう光の方向を基準として、透過率が50%以上である放射角度範囲が5度以下(±2.5度以下)であることを意味する。 Light has wave properties, and there are diffraction phenomena, some light passes through light absorbing films, and some light passes beyond the geometrically designed angle. Therefore, a radiation angle of 5 degrees or less means that, based on the direction of light emitted from any point on the display toward the convergence point of light passing through each transparent column of the collimating contact lens, the radiation angle range with a transmittance of 50% or more is 5 degrees or less (±2.5 degrees or less).
このXRグラスの発明においては、その性質に反しない限り、上記以外のことは、既に説明したXRグラスの発明に関連して説明したことが成立する。 In this XR glasses invention, everything other than the above applies as described in relation to the XR glasses invention already described, unless it is contrary to the nature of the invention.
また、この発明は、
任意の点から発せられた光に対して、透過率50%以上の放射角度が5度以下であるコリメート機能付きコンタクトレンズである。
The present invention also provides
This contact lens has a collimating function that provides a transmittance of 50% or more and a radiation angle of 5 degrees or less for light emitted from an arbitrary point.
このコリメート機能付きコンタクトレンズを装着すれば、目に入る光量は低下するが、遠くから非常に近距離まではっきりと見えるようになる。遠視も近視も同時に視力矯正ができるため、通常生活におけるコンタクトレンズとしても使用可能である。 When wearing these collimating contact lenses, the amount of light entering the eye is reduced, but you can see clearly from far away to very close. Because they can simultaneously correct both farsightedness and nearsightedness, they can also be used as contact lenses in everyday life.
また、ピントの合う範囲が拡大されており、虚像を生成するレンズの有無に依らず近接ディスプレイの画像を認識できるようになる。VRグラスに対しても使用可能であり、VRグラスから虚像を生成するための大型のレンズを省くことでVRグラスの薄型化を可能にする。 In addition, the range of focus has been expanded, making it possible to recognize images on a nearby display regardless of the presence or absence of a lens that generates a virtual image. It can also be used with VR glasses, and by eliminating the need for a large lens to generate a virtual image from the VR glasses, it is possible to make the VR glasses thinner.
このコリメート機能付きコンタクトレンズの発明においては、その性質に反しない限り、上記以外のことは、既に説明したXRグラスの発明に関連して説明したことが成立する。 In this invention of a contact lens with collimating function, everything other than the above applies as described in relation to the invention of the XR glasses already explained, unless it is contrary to the nature of the invention.
この発明によるXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイによれば、半透明、すなわちシースルーであることにより外界を明瞭に見ることができ、マイクロ発光ダイオードディスプレイは高輝度であることにより明るい外界でも表示された映像を明瞭に認識することができ、画素毎または副画素毎に設けられたコリメーターによりマイクロ発光ダイオードからの光の放射角度を5度以下に狭めることができることにより十分な解像度で映像を表示することができ、光導波路や投影光学系が不要であるため部品点数も少なく、光学系も簡単に設計でき、薄く構成することもできる。そして、このXRグラス用半透明マイクロ発光ダイオードディスプレイを用いてXRグラスを構成することにより、使用者の目の網膜に1画素単位で映像を結像することができる優れたXRグラスを実現することができる。また、この発明によるVRグラス用ディスプレイによれば、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイまたは液晶ディスプレイを用いた場合において、画素アレイの画素毎に設けられたコリメーターにより画素からの光の放射角度を5度以下に狭めることができることにより十分な解像度で映像を表示することができる。そして、このVRグラス用ディスプレイを用いてVRグラスを構成することにより、使用者の目の網膜に1画素単位で映像を結像することができる優れたVRグラスを実現することができる。また、この発明によるコリメート機能付きコンタクトレンズによれば、空間内の任意の点から反射または放出された光に対して、コンタクトレンズの各透明柱を透過する光の収束点に向かう方向から少なくとも5度(±2.5度)を超える放射角度を有する光の透過率を50%以下に減衰させることにより、角膜に装着した場合、遠距離から近接距離まで網膜上に任意の点の明瞭な映像を結像することができる。そして、このコリメート機能付きコンタクトレンズをXRグラス本体部と組み合わせることにより、XRグラス本体部にコリメーターを用いないでも、十分な解像度で映像を表示することができるXRグラスを実現することができる。 According to the semi-transparent micro light-emitting diode display for XR glasses of the present invention, the outside world can be clearly seen because it is semi-transparent, i.e., see-through, and the micro light-emitting diode display has high brightness, so the displayed image can be clearly recognized even in a bright outside world, and the collimator provided for each pixel or each subpixel can narrow the radiation angle of light from the micro light-emitting diode to 5 degrees or less, so that an image can be displayed with sufficient resolution, and since no optical waveguide or projection optical system is required, the number of parts is small, the optical system can be easily designed, and it can be constructed thin. And by constructing XR glasses using this semi-transparent micro light-emitting diode display for XR glasses, it is possible to realize excellent XR glasses that can form an image on the retina of the user's eye in units of one pixel. Also, according to the display for VR glasses of the present invention, when an organic electroluminescence display or a liquid crystal display is used, the collimator provided for each pixel of the pixel array can narrow the radiation angle of light from the pixel to 5 degrees or less, so that an image can be displayed with sufficient resolution. And by constructing VR glasses using this display for VR glasses, it is possible to realize excellent VR glasses that can form an image on the retina of the user's eye in units of one pixel. In addition, the contact lens with collimating function according to the present invention attenuates the transmittance of light having an emission angle of at least 5 degrees (±2.5 degrees) from the direction toward the convergence point of light passing through each transparent column of the contact lens to 50% or less, so that when the contact lens is placed on the cornea, a clear image of any point can be formed on the retina from long distances to close distances. By combining this contact lens with collimating function with the XR glasses main body, it is possible to realize XR glasses that can display images with sufficient resolution without using a collimator in the XR glasses main body.
以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」という)について説明する。 The following describes the form for implementing the invention (hereinafter referred to as "embodiment").
〈第1の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
図1は第1の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。図2および図3はそれぞれこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの1画素を示す平面図および斜視図である。図4はこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの1画素の1副画素の部分の断面図である。
First Embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
Fig. 1 shows a translucent micro LED display for XR glasses according to a first embodiment, and is a cross-sectional view showing a pixel arrangement. Fig. 2 and Fig. 3 are a plan view and a perspective view showing one pixel of the translucent micro LED display for XR glasses, respectively. Fig. 4 is a cross-sectional view of one sub-pixel of one pixel of the translucent micro LED display for XR glasses.
図1~図4に示すように、フレキシブルで透明な配線基板10上に二次元マトリクス状に画素20が配列されて画素アレイが設けられている。1つの画素20は3つの副画素を有し、これらの副画素はそれぞれ1つの赤色発光のマイクロLED31、緑色発光のマイクロLED32および青色発光のマイクロLED33を有する。これらのマイクロLED31~33は画素20の1つの対角線上に等間隔に設けられている。これらのマイクロLED31~33はいずれも横型であり、互いに同一の構造、形状およびサイズを有する。マイクロLED31はAlGaInN系LEDまたはAlGaInP系LED、マイクロLED32、33はAlGaInN系LEDである。画素20のサイズは例えば4~6μm□(4000~6000PPIに相当)であるが、これに限定されるものではない。
As shown in Figs. 1 to 4, a pixel array is provided in which
マイクロLED31~33を図5に示す。図5に示すように、マイクロLED31~33においては、n型半導体層34上に一部を除いて発光層35およびp型半導体層36が順次積層され、p型半導体層36上に一列に、四つの金属からなるp側電極37が設けられ、発光層35およびp型半導体層36に隣接した部分のn型半導体層34上に金属からなるn側電極38が設けられている。マイクロLED31~33は、必要に応じて、これらのn型半導体層34、発光層35およびp型半導体層36以外の半導体層を有してもよい。マイクロLED32、33においては、n型半導体層34はn型GaN層、p型半導体層36はp型GaN層であり、発光層35は障壁層としてのInx Ga1-x N層と井戸層としてのIny Ga1-y N層とが交互に積層されたInx Ga1-x N/Iny Ga1-y N多重量子井戸(MQW)構造(x<y、0≦x<1、0≦y<1)を有し、In組成比x、yは緑色または青色の発光波長に応じて選ばれる。マイクロLED31がAlGaInN系LEDである場合、そのn型半導体層34、発光層35およびp型半導体層36はマイクロLED32、33と同様な構造を有する。マイクロLED31がAlGaInP系LEDである場合は、n型半導体層34はn型AlGaInP層、p型半導体層36はp型AlGaInP層であり、発光層35はInx Ga1-x P/Iny Ga1-y P MQW構造を有し、In組成比x、yは赤色の発光波長に応じて選ばれる。p側電極37とn側電極38とは互いに同じ高さになっている。図示は省略するが、p側電極37およびn側電極38上には、マイクロLEDチップ31~33を配線基板10上に実装する際に用いるSn膜が設けられている。
The micro-LEDs 31 to 33 are shown in Fig. 5. As shown in Fig. 5, in the micro-LEDs 31 to 33, a light-emitting
図1~図4に示すように、配線基板10上には、画素20の1つの辺の近傍にこの辺に平行に延在してn側電極用幹線部配線41が設けられている。n側電極用幹線部配線41はこのn側電極用幹線部配線41に垂直な方向にそれぞれマイクロLED31~33に対して分岐し、さらにこのn側電極用幹線部配線41に平行な方向に折れ曲がってマイクロLED31~33のn側電極38と電気的に接続されている。また、配線基板10上にはn側電極用幹線部配線41に垂直な方向にp側電極用幹線部配線42が設けられている。このp側電極用幹線部配線42からマイクロLED31~33のそれぞれに対して4本のp側電極用支線部配線43が分岐しており、それぞれ4個のp側電極37と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1 to FIG. 4, on the
図1、図3および図4に示すように、マイクロLED31~33は透明樹脂層50により覆われている。透明樹脂層50は半球体の頂部を大円に平行に切除した形状を有し、側面は湾曲している。透明樹脂層50の中央部を除いた上面および側面を覆うように光反射膜60が設けられている。光反射膜60は上面の中央部に円形の開口部61を有する。開口部61はマイクロLED31~33の上方に位置する。光反射膜50の横方向の外側には、マイクロLED31~33を覆う透明樹脂層50と同じ透明樹脂層50が光反射膜60の上面と同じ高さに設けられている。光反射膜60の開口部61の周囲には内径が開口部61の内径と等しいかそれ以上の円筒70が設けられ、この円筒70の内部の側壁および開口部61がアパーチャー71となっている。開口部61の直径は例えば100~500nmである。開口部61の直径は透過した光が点光源として機能するように十分に小さく選ばれるが、開口部61の直径が小さすぎると光の回折の増大や、光の透過率の極端な低下をもたらすため100nm以上が望ましい。放射角度(θ)は、開口部61の直径(d)を後述のマイクロレンズ90の焦点距離(f)で割った値(d/f)に依存する(θ=~d/f)。そのため、マイクロレンズ90の焦点距離(f)や光の利用効率等を考慮して開口部61の直径(d)は決定されるが、開口部61の直径(d)は500nm以下が適切と考えられる。透明樹脂層50および光反射膜60上には円筒70を覆うように透明樹脂層80が設けられている。アパーチャー71にもこの透明樹脂層80が埋め込まれている。透明樹脂層80上には、この透明樹脂層80と一体に、円筒70と同軸に半球体状のマイクロレンズ90が設けられている。マイクロレンズ90の焦点は開口部61の中心またはその付近にある。円筒70の内部の側壁は光吸収膜で構成され、開口部61を透過した光のうち、マイクロレンズ90以外の領域に到達する光を遮断する役割を担う。光吸収膜としては、例えば、カラーフィルター用のブラックレジスト等を用いることができる。マイクロレンズ90と円筒70の内部の側壁および開口部61からなるアパーチャー71とによりコリメーターが構成される。副画素毎に設けられたこのコリメーターにより、マイクロLED31~33からの光の放射角度が5度以下、好適には0.1度以上2.0度以下に狭められるようになっている。マイクロレンズ90の直径は例えば1~2μmである。透明樹脂層50、透明樹脂層80およびマイクロレンズ90の屈折率は例えば1.3~1.8である。通常、透明樹脂層50には、PDMS(ポリジメチルシロキサン)等のシリコン系樹脂やアクリル系樹脂等が使われ、マイクロレンズ90が形成される透明樹脂層80には光硬化樹脂等が使われるが、これに限定されるものではない。
As shown in Figures 1, 3 and 4, the
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
図6に画素20の1つの副画素における発光の様子を示す。一例として、副画素がマイクロLED31を有する場合について説明する。図6に示すように、マイクロLED31のp側電極37とn側電極38との間に順方向電圧が印加されて通電されると、マイクロLED31が発光してn型半導体層34を透過して光が外部に放出される。放出された光は様々な方向に進行するが、アパーチャー71に向かう光はそのままアパーチャー71の内部の透明樹脂層80を透過し、さらにその上の透明樹脂層80を透過してマイクロレンズ90に入射する。マイクロレンズ90の焦点はアパーチャー71の内部にあるため、マイクロレンズ90に入射した光はマイクロレンズ90の中心軸に平行な平行光としてマイクロレンズ90から放出される。円筒70のアパーチャー71に向かわない光は光反射膜60によって反射されることにより、大半は最終的にアパーチャー71に向かい、平行光として外部に放出される。
[Operation of
FIG. 6 shows the light emission state of one subpixel of the
以上のように、第1の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイによれば、シースルーであることにより外界を明瞭に見ることができ、マイクロLEDイオードディスプレイは高輝度であることにより明るい外界でも表示された映像を明瞭に認識することができ、画素20の副画素毎に設けられた、マイクロレンズ90とアパーチャー71とにより形成されたコリメーターによりマイクロLED31~33からの光の放射角度を5度以下に狭めることができることにより十分な解像度で(近接ディスプレイの)映像を網膜上に結像することができる。
As described above, the translucent micro LED display for XR glasses according to the first embodiment is see-through, allowing the outside world to be clearly seen, and the high brightness of the micro LED diode display allows the displayed image to be clearly recognized even in a bright outside world, and the collimator formed by the
〈第2の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
図7は第1の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。図8および図9はそれぞれこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの1画素を示す平面図および斜視図である。
Second Embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
Fig. 7 is a cross-sectional view showing a pixel arrangement of a semi-transparent micro LED display for XR glasses according to a first embodiment of the present invention, Fig. 8 is a plan view showing one pixel of the semi-transparent micro LED display for XR glasses according to a first embodiment of the present invention, and Fig. 9 is a perspective view showing one pixel of the semi-transparent micro LED display for XR glasses according to a first embodiment of the present invention.
図7~図9に示すように、このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、第1の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおける赤色発光のマイクロLED31、緑色発光のマイクロLED32および青色発光のマイクロLED33の代わりに、青色発光または紫外発光のマイクロLED39が用いられる。マイクロLED39はマイクロLED31~33と同様な構成を有する。そして、赤色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように赤色蛍光体95が設けられ、緑色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように緑色蛍光体96が設けられ、青色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように青色蛍光体97が設けられている。これらの赤色蛍光体95、緑色蛍光体96および青色蛍光体97を覆うように光反射膜60が設けられている。透明樹脂層50、80、円筒70およびマイクロレンズ90については第1の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイと同様である。
As shown in Figures 7 to 9, in this translucent micro LED display for XR glasses, instead of the red-emitting
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
図7に示すように、マイクロLED39に通電されると、青色光または紫外光が外部に放出される。放出された青色光または紫外光により赤色蛍光体95、緑色蛍光体96および青色蛍光体97が励起されることにより、それぞれ赤色光、緑色光および青色光が生じる。こうして生じた赤色光、緑色光および青色光のうちアパーチャー71に向かう光はアパーチャー71の内部の透明樹脂層80を通り、さらにその上の透明樹脂層80を通ってマイクロレンズ90に入射する。マイクロレンズ90に入射した光はマイクロレンズ90の中心軸に平行な平行光としてマイクロレンズ90から放出される。アパーチャー71に向かわない光は光反射膜60によって反射されることにより、大半は最終的にアパーチャー71に向かい、最終的に平行光として外部に放出される。
[Operation of
As shown in FIG. 7, when the
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The second embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第3の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
図10は第3の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。図11はこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいて用いられるコリメーターを示す。図12はこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの1画素を示す斜視図である。
Third embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
Fig. 10 shows a cross-sectional view of a pixel arrangement of a translucent micro LED display for XR glasses according to a third embodiment. Fig. 11 shows a collimator used in the translucent micro LED display for XR glasses. Fig. 12 shows a perspective view of one pixel of the translucent micro LED display for XR glasses.
図10~図12に示すように、このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、赤色発光のマイクロLED31、緑色発光のマイクロLED32および青色発光のマイクロLED33のそれぞれの上方に図11に示すようなコリメーター100が設けられており、光反射膜60は透明樹脂層50の側面にのみ設けられ、第1の実施の形態における円筒70およびマイクロレンズ90は設けられていないことが第1の実施の形態と異なる。その他のことは第1の実施の形態と同様である。
As shown in Figures 10 to 12, in this translucent micro LED display for XR glasses, a
図11に示すように、コリメーター100は細長い正四角柱状の透明柱101を側面同士が密着するように複数束ねたものであり、全体として正四角柱状の形状を有する。各透明柱101の側面は光吸収膜102により覆われている。透明柱101の材質は例えばシリコン系樹脂やアクリル系樹脂等であり、光吸収膜はブラックカラーレジスト等であるが、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 11, the
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
図10に示すように、マイクロLED31~33に通電されると、マイクロLED31~33から放出された光は様々な方向に進行するが、コリメーター100のいずれかの透明柱101の下端面に入射した光のうちこの透明柱101の中心軸に平行な方向に進行する光は透明柱101の内部を進行して上端面から外部に出射される。コリメーター100のいずれかの透明柱101の下端面に入射した光のうちこの透明柱101の中心軸に平行な方向と異なる方向に進行する光は透明柱101の側面の光吸収膜102に入射して吸収される。マイクロLED31~33から放出された光のうちコリメーター100に向かわない光は光反射膜60によって反射され、最終的にコリメーター100のいずれかの透明柱101の下端面に入射した光のうちこの透明柱101の中心軸に平行な方向に進行する光は透明柱101の内部を進行して上端面から外部に出射される。こうして、コリメーター100から外部に平行光が放出される。
[Operation of
As shown in FIG. 10, when the
第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The third embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第4の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
第4の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、第3の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおけるコリメーター100の代わりに、図13に示すコリメーター100が用いられることが異なり、その他のことは第3の実施の形態と同様である。
Fourth embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
The translucent micro LED display for XR glasses according to the fourth embodiment is different from the translucent micro LED display for XR glasses according to the third embodiment in that a
図13に示すように、コリメーター100は細長い円柱状の透明柱101を側面同士が密着するように複数束ねたものであ、全体として正四角柱状の形状を有する。各柱101の側面は光吸収膜102により覆われている。このコリメーター100においては、いずれかの透明柱101の下端面に入射した光のうちこの透明柱101の中心軸に平行な方向に進行する光は透明柱101の内部を進行して上端面から外部に出射され、コリメーター100のいずれかの透明柱101の下端面に入射した光のうちこの透明柱101の中心軸に平行な方向と異なる方向に進行する光は透明柱101の側面の光吸収膜102に入射して吸収される。
As shown in FIG. 13, the
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作は、図11に示すコリメーター100の代わりに図13に示すコリメーター100が用いられていることを除いて、第3の実施の形態と同様である。
[Operation of
The operation of the
第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The fourth embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第5の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
第5の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、第3の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおけるコリメーター100の代わりに、図14に示すコリメーター100が用いられることが異なり、その他のことは第3の実施の形態と同様である。
Fifth embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
The fifth embodiment of the translucent micro LED display for XR glasses is different from the third embodiment in that the
図14に示すように、コリメーター100は円柱状の透明柱101の周りに同軸に複数(図14では3つ)の円筒状の透明層103が互いに密着して設けられている。透明柱101および透明層103の側面は光吸収膜102により覆われている。このコリメーター100においては、透明柱101および透明層103のいずれかの一端面に入射した光のうちコリメーター100の中心軸に平行な方向に進行する光はその内部を進行して他端面から外部に出射され、コリメーター100の透明柱101および透明層103のいずれかの一端面に入射した光のうちコリメーター100の中心軸に平行な方向と異なる方向に進行する光は透明柱101および透明層103の側面の光吸収膜102に入射して吸収される。
As shown in FIG. 14, the
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作は、図11に示すコリメーター100の代わりに図14に示すコリメーター100用いられていることを除いて、第3の実施の形態と同様である。
[Operation of
The operation of the
第5の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The fifth embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第6の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
図15は第6の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。
Sixth embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a semi-transparent micro LED display for XR glasses according to the sixth embodiment, and is a schematic diagram showing an arrangement of pixels.
図15に示すように、このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、第2の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイと同様に、マイクロLED31~33の代わりに青色発光または紫外発光のマイクロLED39が用いられ、赤色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように赤色蛍光体95が設けられ、緑色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように緑色蛍光体96が設けられ、青色発光領域におけるマイクロLED39を覆うように青色蛍光体97が設けられている。これらの赤色蛍光体95、緑色蛍光体96および青色蛍光体97の側面を覆うように光反射膜60が設けられている。これらの赤色蛍光体95、緑色蛍光体96、青色蛍光体97および透明樹脂層50上に第1コリメーター層110、第2コリメーター層120および第3コリメーター層130が設けられている。第1コリメーター層110はマイクロLED39の上方の部分に透明樹脂層111を貫通するように二次元格子状に光吸収膜112を埋め込むことにより形成され、光吸収膜102を埋め込んだ部分がコリメーターとして機能する。第2コリメーター層120はマイクロLED39の上方の部分に透明樹脂層121を貫通するように二次元格子状に光吸収膜122を埋め込むことにより形成され、光吸収膜102を埋め込んだ部分がコリメーターとして機能する。第2コリメーター層120の光吸収膜122は第1コリメーター層110の光吸収膜112に対して光吸収膜112の間隔の約半分の距離だけ横方向にずれている。第3コリメーター層130はマイクロLED39の上方の部分に透明樹脂層131を貫通するように二次元格子状に光吸収膜132を埋め込むことにより形成され、光吸収膜132を埋め込んだ部分がコリメーターとして機能する。第3コリメーター層130の光吸収膜132は第1コリメーター層110の光吸収膜112と第2コリメーター層120の光吸収膜122との間の真ん中に位置している。図16Aは第1コリメーター層110の光吸収膜112の様子を示す。図16Bは第1コリメーター層110の光吸収膜112と第2コリメーター層120の光吸収膜122との位置関係を示す。図16Cは第1コリメーター層110の光吸収膜112と第2コリメーター層120の光吸収膜122と第3コリメーター層130の光吸収膜132との位置関係を示す。
As shown in FIG. 15, in this translucent micro LED display for XR glasses, similar to the translucent micro LED display for XR glasses according to the second embodiment, blue or ultraviolet emitting
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
図15に示すように、マイクロLED39が通電されると、青色光または紫外光が外部に放出される。放出された青色光または紫外光により赤色蛍光体95、緑色蛍光体96および青色蛍光体97がそれぞれ励起されることにより、それぞれ赤色光、緑色光および青色光が生じる。こうして生じた赤色光、緑色光および青色光のうちの第1コリメーター層110の下端面に入射した光のうちコリメーター部の中心軸に平行な方向に進行する光は光吸収膜112で囲まれた正四角柱状の透明柱の内部を進行して他端面から出射され、第2コリメーター層120の下端面に入射する。第2コリメーター層120の下端面に入射した光は、光吸収膜122の位置が光吸収膜112と少し横方向にずれていることによる開口率の低下とコリメーター層の厚さの増加とにより、より狭い角度範囲にコリメートされて第2コリメーター層120の上端面から出射され、第3コリメーター層130の下端面に入射する。第3コリメーター層130の下端面に入射した光は、光吸収膜132の位置が光吸収膜122と少し横方向にずれていることによる開口率の低下とコリメーター層の厚さの増加とにより、さらに狭い角度範囲にコリメートされて第3コリメーター層130の上端面から出射される。こうして、第3コリメーター層130の上端面から出射される光は狭い角度範囲に制限された平行光として外部に放出される。このようにコリメーター層を多層にして重ねることで、アスペクト比(開口部の径と層厚の比)を低下させる効果を有し、製造上の難易度を低下させることができる。
[Operation of
As shown in FIG. 15, when the
第6の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The sixth embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第7の実施の形態〉
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ]
図17は第7の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。図18はこのXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの1画素を示す斜視図である。
Seventh embodiment
[Semi-transparent micro LED display for XR glasses]
Fig. 17 is a cross-sectional view showing a pixel arrangement of a semi-transparent micro LED display for XR glasses according to a seventh embodiment, and Fig. 18 is a perspective view showing one pixel of the semi-transparent micro LED display for XR glasses according to the seventh embodiment.
図17および図18に示すように、このXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイにおいては、1画素毎に1つのマイクロレンズ90が設けられていること、および、円筒70はマイクロLED31、32、33のそれぞれから放出される光のうち特定の方向に進行する光を集めるように設けられていることが第1の実施の形態と異なる。その他のことは第1の実施の形態と同様である。円筒70の内部のアパーチャー71とマイクロレンズ90とにより1つのコリメーターが構成されている。
As shown in Figures 17 and 18, this translucent micro LED display for XR glasses differs from the first embodiment in that one
[XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイの画素20の動作]
図17に示すように、マイクロLED31、32、33に通電されると、マイクロLED31、32、33のそれぞれが発光してn型半導体層34を透過して光が外部に放出される。放出された光は様々な方向に進行するが、円筒70の内部に向かう光はそのまま円筒70の内部の透明樹脂層80を通り、さらにその上の透明樹脂層80を通ってマイクロレンズ90に入射する。マイクロレンズ90の焦点は円筒70の内部にあるため、マイクロレンズ90に入射した光はマイクロレンズ90の中心軸の平行光となってマイクロレンズ90から放出される。円筒70の内部に向かわない光は光反射膜60によって反射されることにより、大半は最終的に円筒70の内部に向かい、平行光として外部に放出される。
[Operation of
As shown in Fig. 17, when the
第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 The seventh embodiment provides the same advantages as the first embodiment.
〈第8の実施の形態〉
[XRグラス]
図19は第8の実施の形態によるXRグラスを示し、右側面図である。このXRグラスは左右対称に構成されているため、以下においては、左目側の構成について説明する。
Eighth embodiment
[XR Glasses]
19 is a right side view showing the XR glasses according to the eighth embodiment. Since the XR glasses are configured symmetrically, the configuration of the left eye side will be described below.
図19に示すように、このXRグラスにおいては、フレーム200に一体化された透明な左目側の風防部(図示せず)の後方に左目用ディスプレイ部として第1の実施の形態と同様な構成の半透明マイクロLEDディスプレイ300が風防部と一体に設けられている。ただし、半透明マイクロLEDディスプレイ300は、各画素からの光の放射角度が5度以下、好適には0.1~2.0度と小さいため、各画素からの光が瞳に入るように、配線基板10のフレキシブル性を利用してディスプレイ面を湾曲させている。ここで、半透明マイクロLEDディスプレイ300では、配線基板10のマイクロLED31~33を単なる四角で表し、その上のコリメーターも円筒70だけ表示し、マイクロレンズ90などの図示は省略するなど、図示を大幅に簡略化している。フレーム200の左側の耳掛け部200aには、半透明マイクロLEDディスプレイ300の動作を制御するための制御回路部210が耳掛け部200aの外周を取り囲むように設けられている。耳掛け部200aの側面にはフレキシブル配線220が設けられている。フレキシブル配線220は制御回路部211と半透明マイクロLEDディスプレイ300との間を配線している。半透明マイクロLEDディスプレイ300に対応する部分を除く風防部は配線領域として用いることができる。電源として用いられるバッテリー(リチウムイオン電池など)はフレーム200の何れかの部位(例えば耳掛け部200aなど)に取り付けられる。フレーム200の鼻側の部分には鼻パッド230が設けられている。必要に応じて、フレーム200のうちの例えば風防部の真上の部分などに左目用センサーが設けられる。左目用センサーは、例えば、左目用撮像素子(CMOSイメージセンサーやCCDなど)、LiDAR、照度センサー、加速度センサー、ジャイロセンサー、地磁気センサー、アイトラッキング用の近赤外線カメラなどのいずれか1つ以上を含む。
As shown in FIG. 19, in the XR glasses, a translucent
図20にこのXRグラスを使用者が眼前に装着したときの左目400に対する相対的位置関係を示す。左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部をそれぞれ構成する半透明マイクロLEDディスプレイ300は使用者の視界全体をほぼ覆う面積を有している。左目400は眼球410、水晶体420、角膜430、網膜440を有する。眼球410を球体と仮定した場合の直径は~24mmである。水晶体420の直径は~9mm、厚さは~4mmである。網膜440は30~40mmの長さに亘って広がっている。
Figure 20 shows the relative positional relationship with the
各画素から出射されたコリメート光は、ディスプレイ面の湾曲等により、1点に収束するように設計され、収束点は水晶体420の中心と眼球410の中心の間に設定される。収束点の位置により、画像の視野角( =ディスプレイ画像が見える角度範囲) とアイボックスは変動する。視野角とアイボックスは相反する関係にあり、光の収束点を眼球410の中心側にするほどアイボックスは広くなり、視野角は狭まる。ディスプレイ面と角膜430の距離を12mmとし、光の収束点を眼球410の中心付近(=角膜430から~12mm) に設定した場合、瞳孔( 図示せず) の開き具合によるが、瞳孔径が2mmのときの視野角は~19度、瞳孔径が8mmの時の視野角は~67度程度となる。光の収束点を水晶体420の中心側にすれば視野角は広がり、アイボックスは狭まる。光の収束点を調整することで実用的な視野角とアイボックスを実現できるが、例えば、デバイスにアイトラッキング機能を付加し、ディスプレイの角度や位置を瞳孔の動きに追随させることで、より一層広いアイボックスと広い視野角を両立できる。
The collimated light emitted from each pixel is designed to converge to one point due to the curvature of the display surface, etc., and the convergence point is set between the center of the
[XRグラスの動作]
図20に示すように、このXRグラスでは、遠方から到達した外界の光は半透明マイクロLEDディスプレイ300を透過して眼球410に到達し、水晶体420を通って網膜440上に結像する。瞳孔が大きく開いた8mmを基準として、23cm~5mまでの距離で焦点を合わせることが可能と仮定すると、瞳孔に入る光の放射角度は23cmのときで~2.0度、5mでは~0.1度である。放射角度5度は、瞳孔の直径を8mmとしたときに約9.2cm先から目に入る光の放射角度であり、人によってはピントを合わせることが可能な範囲である。そのため、画素からの光の放射角度が5度以下、好適には0.1~2.0度の範囲であれば、通常の視力の使用者が、半透明マイクロLEDディスプレイ300に表示された画像を認識することができると考えられる。図20中、半透明マイクロLEDディスプレイ300の1つの画素からの光と、隣接する画素からの光とは両者ともコリメーターにより放射角度が5度以下、好適には0.1~2.0度に狭められているため、遠方から到達した外界の光と同等であり、互いに混合することなく網膜440上に結像する。このため、通常の視力の人間が、半透明マイクロLEDディスプレイ300に表示された画像を認識することができると考えられる。一方、図21に示すように、画素にコリメーターを設けない半透明マイクロLEDディスプレイでは、画素からの光の広がり(放射角度)が大きいため、隣接画素からの光を分離することができず、光は混合した状態で網膜440上に到達することから、半透明マイクロLEDディスプレイに表示される画像は不鮮明でぼやけた状態になる。
[Operation of XR Glasses]
As shown in FIG. 20, in the XR glasses, light from the outside world arriving from a distance passes through the translucent
第8の実施の形態によれば、左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部として第1の実施の形態と同様な構成の半透明マイクロLEDディスプレイ300を用いていることにより、使用者の目の網膜に1画素単位で映像を結像することができる優れたXRグラスを実現することができる。
According to the eighth embodiment, by using a translucent
〈第9の実施の形態〉
[XRグラス]
図22は第9の実施の形態によるXRグラスを示し、右側面図である。このXRグラスは左右対称に構成されているため、以下においては、左目側の構成について説明する。
Ninth embodiment
[XR Glasses]
22 is a right side view showing the XR glasses according to the ninth embodiment. Since the XR glasses are configured symmetrically, the configuration of the left eye side will be described below.
図22に示すように、このXRグラスにおいては、半透明マイクロLEDディスプレイ300の内側に視力矯正用レンズ500が設けられていることが第8の実施の形態によるXRグラスと異なり、その他のことは第8の実施の形態と同様である。視力矯正用レンズ500は、遠視(老眼)矯正の場合は凸レンズ、近視矯正の場合は凹レンズであるが、図22では一例として凹レンズである場合が示されている。視力矯正用レンズ500は半透明マイクロLEDディスプレイ300の外側に設けられてもよい。
As shown in FIG. 22, these XR glasses differ from the XR glasses according to the eighth embodiment in that a
図23にこのXRグラスを使用者が眼前に装着したときの左目400に対する相対的位置関係を示す。
Figure 23 shows the relative position of the XR glasses to the
[XRグラスの動作]
図23に示すように、このXRグラスの動作は、水晶体420と視力矯正用レンズ500との組み合わせで焦点を合わせることを除いて、第8の実施の形態によるXRグラスと同様である。
[Operation of XR Glasses]
As shown in FIG. 23, the operation of the XR glasses is similar to that of the XR glasses according to the eighth embodiment, except that focusing is achieved by a combination of a
第9の実施の形態によれば、視力矯正用レンズ500を用いた場合においても、第8の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
According to the ninth embodiment, even when a
〈第10の実施の形態〉
[VRグラス用ディスプレイ]
図24は第10の実施の形態によるVRグラス用ディスプレイを示し、画素の配列を模式的に示す断面図である。このVRグラス用ディスプレイは有機ELディスプレイまたは液晶ディスプレイ(LCD)により構成される。
Tenth embodiment
[Display for VR glasses]
24 is a cross-sectional view showing a schematic arrangement of pixels of a display for VR glasses according to a tenth embodiment. The display for VR glasses is composed of an organic EL display or a liquid crystal display (LCD).
図24に示すように、このVRグラス用ディスプレイにおいては、フレキシブルで透明な配線基板10上に二次元マトリクス状に画素20が配列されて画素アレイが設けられている。配線基板10の裏面(画素20と反対側の面)には外光遮断膜600が設けられている。
As shown in FIG. 24, in this display for VR glasses, a pixel array is provided in which
図24には、1画素を構成する3つの副画素の赤色発光の発光部位701、緑色発光の発光部位702および青色発光の発光部位703が示されている。発光部位701、702、703は、有機ELディスプレイでは有機EL素子、液晶ディスプレイではフレキシブル透明基板上に形成された透明導電膜、配向膜、液晶、カラーフィルターなどの積層構造体である。発光部位701、702、703上にはそれぞれコリメーター710が設けられている。コリメーター710は発光部位701、702、703から放出される光の放射角度を5度以下、好適には0.1~2.0度に狭めるためのものである。コリメーター710は、第1の実施の形態などで用いられた、円筒70のアパーチャー71とマイクロレンズ90とからなるものであっても、第3の実施の形態で用いられたコリメーター100などであってもよい。
Figure 24 shows a red
[VRグラス用ディスプレイの画素20の動作]
図24に示すように、発光部位701、702、703からそれぞれ放出された光はコリメーター710により放射角度が5度以下、好適には0.1~2.0度に狭められ、最終的にほぼ平行光として外部に放出される。
[Operation of
As shown in FIG. 24, the light emitted from each of the
第10の実施の形態によるVRグラス用ディスプレイによれば、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイまたは液晶ディスプレイを用いた場合において、画素アレイの画素20毎に設けられたコリメーターにより画素からの光の放射角度を5度以下に狭めることができることにより十分な解像度で映像を表示することができる。
According to the display for VR glasses according to the tenth embodiment, when an organic electroluminescence display or a liquid crystal display is used, the collimator provided for each
〈第11の実施の形態〉
[VRグラス]
図25は第11の実施の形態によるVRグラスを示し、右側面図である。このVRグラスは左右対称に構成されているため、以下においては、左目側の構成について説明する。
Eleventh embodiment
[VR Glasses]
25 is a right side view showing the VR glasses according to the 11th embodiment. Since the VR glasses are configured symmetrically, the configuration of the left eye side will be described below.
図25に示すように、このVRグラスにおいては、フレーム200に一体化された透明な左目側の風防部(図示せず)の後方に左目用ディスプレイ部として第10の実施の形態と同様な構成のディスプレイ800が風防部と一体に設けられている。ただし、ディスプレイ800は、各画素からの光の放射角度が5度以下、好適には0.1~2.0度と小さいため、各画素からの光が瞳に入るようにディスプレイ面を湾曲させている。このVRグラスのその他のことは第10の実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 25, in these VR glasses, a
図26にこのVRグラスを使用者が眼前に装着したときの左目400に対する相対的位置関係を示す。
Figure 26 shows the relative position of the VR glasses to the
[VRグラスの動作]
図26に示すように、このVRグラスの動作は、外光遮断膜600により外界からの光がディスプレイ800を透過しないことを除いて、第8の実施の形態によるXRグラスと同様である。
[VR Glasses Operation]
As shown in FIG. 26, the operation of the VR glasses is similar to that of the XR glasses according to the eighth embodiment, except that the external
第11の実施の形態によれば、左目用ディスプレイ部および右目用ディスプレイ部として第10の実施の形態と同様な構成のディスプレイ800を用いていることにより、使用者の目の網膜に1画素単位で映像を結像することができる優れたVRグラスを実現することができる。
According to the eleventh embodiment, by using a
〈第12の実施の形態〉
[XRグラス]
第12の実施の形態によるXRは、XRグラス本体部と目の角膜に装着されるコリメート機能付きコンタクトレンズとを組み合わせたものである。
Twelfth embodiment
[XR Glasses]
The XR according to the twelfth embodiment is a combination of an XR glass body and a contact lens with a collimating function that is attached to the cornea of the eye.
図27はXRグラス本体部900を示し、右側面図である。このXRグラス本体部900は左右対称に構成されているため、以下においては、左目側の構成について説明する。
Figure 27 shows the XR glasses
図27に示すように、このXRグラス本体部900は、第8の実施の形態によるXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ300におけるコリメーターをなくしたXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ910を有する。すなわち、XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ910においては、円筒70、透明樹脂層70およびマイクロLED90は設けられていない。このXRグラス本体部900のその他の構成は第8の実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 27, this XR glasses
図28A、図28B、図28Cおよび図28Dはコリメート機能付きコンタクトレンズ1000を示し、図28Aおよび図28Bはそれぞれコリメート機能付きコンタクトレンズ1000の平面図および断面図、図28Cおよび図28Dはそれぞれコリメート機能付きコンタクトレンズ1000を構成する透明柱集合体の透明柱1100を示す平面図および側面図である。
Figures 28A, 28B, 28C, and 28D show a
図28Aおよび図28Bに示すように、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000は全体として角膜の表面の湾曲に応じて椀状に湾曲した形状を有する。
As shown in Figures 28A and 28B, the
コリメート機能付きコンタクトレンズ1000の中央部には、図28Cおよび図28Dに示すような正六角錐台状の透明柱1100が多数、互いに側面を密着させて蜂の巣状に配列されていて透明柱集合体が形成されている。コリメート機能付きコンタクトレンズ1000の湾曲した外面および内面は滑らかに形成されている。透明柱1100の外面における対角長をDOuter 、内面における対角長をDInner とすると、DOuter >DInner である。
In the center of the
図28Bに示すように、この透明柱集合体を構成する各透明柱1100を通り抜ける光は一点(収束点)に収束するように構成されている。各透明柱1100を透過した光が収束する収束点は、このコリメート機能付きコンタクトレンズ1000が角膜430に装着された場合、水晶体420の中心付近に来るようにする。
As shown in FIG. 28B, the light passing through each
コリメート機能付きコンタクトレンズ1000は各透明柱1100からの光の放射角度が5度以内になるように構成されている。図28Cおよび図28Dに示すように、透明柱1100の対角長をD、長さをL、放射角度の半分をθ/2とすると、例えばD=4μm、L=92μmとすれば、放射角度θが5度以内(±2.5度)の光がこのコリメート機能付きコンタクトレンズ1000を透過する。
The
コリメート機能付きコンタクトレンズ1000の透明材料は例えば、熱可塑性のアクリル樹脂(PMMA)やポリカーボネート(PC)樹脂であり、透明柱1100の側面の光吸収膜にはブラックカラーレジストや熱可塑性樹脂にカーボンブラックを混合した材料などを用いることができる。
The transparent material of the
放射角度5度以内を実現するには、コリメーターとなる透明柱1100のアスペクト比を約23以上に大きくする必要があり、一括形成は困難である。そのため、例えば、図29Aに示すように、側壁が光吸収膜(図示せず)で形成された正六角柱状の透明柱1100からなる透明柱集合体を有する平坦で伸縮性を有する透明層1200を形成し、これを図29Bに示すように複数層(この例では3層)重ねて、放射角度を5度以内にできる十分な厚さのコリメート機能を持った透明柱集合体の厚膜を形成する。その厚膜をコンタクトレンズとして適切な大きさの円盤型に切断し、加熱成型して湾曲させる。この状態を図29Cに示す。この工程により、透明柱集合体の開口面積は湾曲面の外側が広く、内側が狭い形状となる。この時の湾曲の曲率半径によって、透明柱集合体を透過する光の収束点を調整できる。収束点を水晶体中心付近にする場合は、曲率半径をおおよそ角膜430の表面と水晶体420の中心との間の距離にする。厚膜の湾曲形状と角膜430の形状が異なる場合は、図29Dに示すように、角膜430の形状に合うように厚膜の内側湾曲面の余分な部分の研削を行う。外側湾曲面の研削は曲率が角膜430と同等の場合は不要であるが、図29Dには外側湾曲面の研削を行った場合が示されている。こうして、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000が製造される。必要に応じて、図29Eに示すように、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000の外周部の面取りを行う。図29Eに示すコリメート機能付きコンタクトレンズ1000を角膜430に装着した状態を図30に示す。
To achieve a radiation angle of 5 degrees or less, the aspect ratio of the
図31にXRグラス本体部900を使用者が眼前に装着し、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000を角膜430に装着してXRグラスを構成した時の様子を示す。
Figure 31 shows the appearance when the user wears the XR glasses
[XRグラスの動作]
図31に示すように、XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ910の画素からの光は、コリメーターがないため大きな放射角度を有するが、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000に入射すると放射角度が実質的に5度以内に狭められるため、隣接画素からの光が互いに大きく混じり合うことなく網膜上で結像する。図32に示すように、視線が下向きになって眼球410が回転しても、XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ910の画素からの光は大きな放射角度を有し、瞳孔に入射できる角度を持った光が広範囲に存在するため、広いアイボックスを維持できる。
[Operation of XR Glasses]
As shown in Fig. 31, the light from the pixels of the translucent
第12の実施の形態によるXRグラスによれば、コリメーターのないXRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ910を用いても、コリメート機能付きコンタクトレンズ1000により画素からの光の放射角度を実質的に5度以下に狭めることができることにより、十分な解像度で映像を表示することができる。
According to the XR glasses of the twelfth embodiment, even if a collimator-free translucent
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The above describes the embodiment of the present invention in detail, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構成、形状、材料、方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、形状、材料、方法などを用いてもよい。 For example, the numerical values, configurations, shapes, materials, methods, etc. described in the above embodiments are merely examples, and different numerical values, configurations, shapes, materials, methods, etc. may be used as necessary.
10…配線基板、20…画素、31…赤色発光のマイクロLED、32…緑色発光のマイクロLED、33…青色発光のマイクロLED、62…左目、200…フレーム、200a…耳掛け部、210…制御回路部、220…フレキシブル配線、300…半透明マイクロLEDディスプレイ、500…視力矯正用レンズ、600…外光遮断膜、701、702、703…発光部位、710…コリメーター、800…ディスプレイ、900…XRグラス本体部、910…XRグラス用半透明マイクロLEDディスプレイ、1000…コリメート機能付きコンタクトレンズ、1100…透明柱 10...wiring board, 20...pixel, 31...red light emitting micro LED, 32...green light emitting micro LED, 33...blue light emitting micro LED, 62...left eye, 200...frame, 200a...ear hook, 210...control circuit, 220...flexible wiring, 300...semi-transparent micro LED display, 500...vision correction lens, 600...external light blocking film, 701, 702, 703...light emitting part, 710...collimator, 800...display, 900...XR glasses main body, 910...semi-transparent micro LED display for XR glasses, 1000...contact lens with collimation function, 1100...transparent column
Claims (3)
上記左目用ディスプレイ部および上記右目用ディスプレイ部の画素から発せられて入射する光に対して、透過率50%以上の放射角度が5度以下である、コリメーターとなる透明柱が複数配列された透明柱集合体を有し、各透明柱を透過した光が収束点に収束し、角膜に装着された場合、上記収束点が水晶体の中心付近に来るように構成され、全体として角膜の表面の湾曲に応じて椀状に湾曲した形状を有するコリメート機能付きコンタクトレンズと、a contact lens with a collimating function, the contact lens having a transparent column assembly in which a plurality of transparent columns are arranged as collimators, the transparent columns having a transmittance of 50% or more and a radiation angle of 5 degrees or less for light emitted from and incident on pixels of the left-eye display section and the right-eye display section, the light transmitted through each transparent column being converged to a convergence point, the contact lens being configured so that the convergence point is located near the center of the crystalline lens when the contact lens is attached to the cornea, and the contact lens having a shape curved into a bowl shape in accordance with the curvature of the surface of the cornea as a whole;
を有するXRグラス。XR glasses having
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023195574A JP7475751B1 (en) | 2023-10-11 | 2023-11-17 | Collimating contact lenses and XR glasses |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023175680 | 2023-10-11 | ||
JP2023195574A JP7475751B1 (en) | 2023-10-11 | 2023-11-17 | Collimating contact lenses and XR glasses |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023175680 Division | 2023-10-11 | 2023-10-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP7475751B1 true JP7475751B1 (en) | 2024-04-30 |
Family
ID=90827541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023195574A Active JP7475751B1 (en) | 2023-10-11 | 2023-11-17 | Collimating contact lenses and XR glasses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7475751B1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018032050A (en) | 2013-11-27 | 2018-03-01 | マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. | Virtual and augmented reality system and method |
US20200393678A1 (en) | 2017-11-24 | 2020-12-17 | Optotune Ag | Near-eye display |
JP2021515280A (en) | 2018-03-05 | 2021-06-17 | ニューサイト リアリティ,インコーポレイテッド | See-through near eye optical module |
CN113504650A (en) | 2021-07-14 | 2021-10-15 | 东南大学 | Optical modulation layer structure for contact lens display |
JP2022046404A (en) | 2020-09-10 | 2022-03-23 | キヤノン株式会社 | Angle selection type transmission element and display device |
US20220146854A1 (en) | 2013-03-15 | 2022-05-12 | John Castle Simmons | Light Management for Image and Data Control |
JP2022144598A (en) | 2021-03-19 | 2022-10-03 | キヤノン株式会社 | Optical device and display device |
JP2022170640A (en) | 2020-11-01 | 2022-11-10 | 正典 伊原 | Display device having transmittance control unit |
-
2023
- 2023-11-17 JP JP2023195574A patent/JP7475751B1/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220146854A1 (en) | 2013-03-15 | 2022-05-12 | John Castle Simmons | Light Management for Image and Data Control |
JP2018032050A (en) | 2013-11-27 | 2018-03-01 | マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. | Virtual and augmented reality system and method |
US20200393678A1 (en) | 2017-11-24 | 2020-12-17 | Optotune Ag | Near-eye display |
JP2021515280A (en) | 2018-03-05 | 2021-06-17 | ニューサイト リアリティ,インコーポレイテッド | See-through near eye optical module |
JP2022046404A (en) | 2020-09-10 | 2022-03-23 | キヤノン株式会社 | Angle selection type transmission element and display device |
JP2022170640A (en) | 2020-11-01 | 2022-11-10 | 正典 伊原 | Display device having transmittance control unit |
JP2022144598A (en) | 2021-03-19 | 2022-10-03 | キヤノン株式会社 | Optical device and display device |
CN113504650A (en) | 2021-07-14 | 2021-10-15 | 东南大学 | Optical modulation layer structure for contact lens display |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10983350B2 (en) | Augmented/virtual reality near-eye displays with edge imaging lens comprising a plurality of display devices | |
US10585290B2 (en) | Systems and methods for augmented near-eye wearable displays | |
US11726325B2 (en) | Near-eye optical imaging system, near-eye display device and head-mounted display device | |
US9684174B2 (en) | Imaging structure with embedded light sources | |
US8582209B1 (en) | Curved near-to-eye display | |
US8503087B1 (en) | Structured optical surface | |
US8508830B1 (en) | Quantum dot near-to-eye display | |
JP6479954B2 (en) | Display device | |
US9726887B2 (en) | Imaging structure color conversion | |
CN108375840B (en) | Light field display unit based on small array image source and three-dimensional near-to-eye display device using light field display unit | |
US20130234935A1 (en) | Display assembly | |
JP2021520523A (en) | Display assembly and display equipment | |
US20200393678A1 (en) | Near-eye display | |
US11604354B2 (en) | Wearable display systems with nanowire LED micro-displays | |
US20200089004A1 (en) | Augmented Reality (AR) Eyewear with at Least One Quasi Fresnel Reflector (QFR) | |
US20230125258A1 (en) | Augmented Reality (AR) Eyewear with a Section of a Fresnel Reflector Comprising Individually-Adjustable Transmissive-Reflective Optical Elements | |
US20230044063A1 (en) | Ar headset with an improved displa | |
TW201945791A (en) | See-through near eye optical module | |
JP7475751B1 (en) | Collimating contact lenses and XR glasses | |
TWI691739B (en) | Near-eye display method with multiple depth of field imaging | |
JP2021515280A (en) | See-through near eye optical module | |
US11841512B2 (en) | Display device | |
US20240053514A1 (en) | Near-to-eye display device and wearable apparatus | |
WO2023130129A2 (en) | Device having optical see-through 3d display and methods for adapting the same | |
KR20210050840A (en) | Projector and head mounted display device having thereoft |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231120 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20231120 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240122 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240315 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7475751 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |