JP2013200467A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が観察する虚像の輝度を高め視認性を向上させることができる虚像表示装置を提供する。
【解決手段】虚像表示装置１００は、少なくとも赤色（Ｒ）波長帯域の光と、緑色（Ｇ）波長帯域の光と、青色（Ｂ）波長帯域の光とを射出する有機ＥＬ装置１と、導光体１２０と、導光体１２０の第１の光学面１２１に設けられるとともに、入射した光のうち所定の波長帯域の光を回折反射する反射型体積ホログラム１３０および反射型体積ホログラム１３２と、を備え、有機ＥＬ装置１は、赤色、緑色、青色の波長帯域の各波長帯域の光を共振させる光共振構造を有していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、虚像表示装置に関する。

液晶（ＬＣ：Liquid Crystal）装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置等の電気光学装置から射出された画像光を、虚像光学系によって導光し観察者に観察させるようにした虚像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。虚像表示装置は、例えば、近年普及している頭部装着型の表示装置であるヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：ＨＭＤ）として利用されている。

特許文献１に記載の虚像表示装置は、虚像光学系に、特定の波長帯域の光を選択的に回折反射する反射型体積ホログラムを備えている。この虚像表示装置では、電気光学装置（画像形成部）から射出された光が第１の反射型体積ホログラムで回折反射されて導光板に入射し、導光板の内部で全反射した光が第２の反射型体積ホログラムで回折反射されて観察者の眼に届く構成となっている。

特開２００９−３００４８０号公報

しかしながら、電気光学装置から射出される赤色，緑色，青色等の各波長帯域の光に対して、反射型体積ホログラムが回折反射する光の波長範囲は狭くなる。したがって、電気光学装置から射出された画像光のうち、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの波長範囲の光は観察者の眼に届くが、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの波長範囲外の光は反射型体積ホログラムを透過してしまい観察者の眼まで届かない。

このように、反射型体積ホログラムを用いた虚像表示装置では、電気光学装置から射出される画像光の一部しか観察者の視認に利用されないため、観察者が観察する画像（虚像）は電気光学装置における元の画像に比べて輝度が低く視認性が低いものとなる。そのため、特に外の風景が透過し背景として見えるシースルー型のＨＭＤのような虚像表示装置の場合、観察者が観察する虚像の視認性が著しく低下してしまうという課題があった。

本発明の態様は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る虚像表示装置は、少なくともＮ種類（Ｎは１以上の整数）の波長帯域の光を射出する有機ＥＬ装置と、導光体と、前記導光体の第１面に設けられるとともに、入射した光のうち所定の波長帯域の光を回折反射する反射型体積ホログラムと、を備え、前記有機ＥＬ装置は、前記Ｎ種類の波長帯域の各波長帯域の光を共振させる光共振構造を有していることを特徴とする。

この構成によれば、虚像表示装置が備える有機ＥＬ装置は、射出する少なくともＮ種類の波長帯域の光のうち、Ｎ種類の各波長帯域の光を共振させる光共振構造を有しているので、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置や液晶装置に比べて、ピーク強度が高く幅が狭いスペクトルを有する光を射出する。そのため、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置や液晶装置を用いる場合に比べて、有機ＥＬ装置から反射型体積ホログラムに入射する光の強度が高くなる。これにより、虚像表示装置において観察者が観察する画像（虚像）の輝度を高め視認性を向上させることができる。

［適用例２］上記適用例に係る虚像表示装置であって、前記有機ＥＬ装置が射出する前記Ｎ種類の波長帯域の光は、カラーフィルターを透過していない光であることが好ましい。

この構成によれば、有機ＥＬ装置が射出する光のうち反射型体積ホログラムが回折反射する所定の波長帯域以外の光は虚像の表示に利用されないので、有機ＥＬ装置がカラーフィルターを備えていなくても虚像の表示に必要な波長帯域の光以外の光を実質的にカットできる。これにより、有機ＥＬ装置が射出する光をカラーフィルターを透過させることなく利用できるので、虚像の輝度をより高めることができる。また、カラーフィルターを不要にできるので有機ＥＬ装置をより薄型化することができる。

［適用例３］上記適用例に係る虚像表示装置であって、前記反射型体積ホログラムは、前記導光体の内部で導光された光が入射するとともに、入射した光のうち前記所定の波長帯域の光を回折反射して前記導光体から射出させる第１の反射型体積ホログラムを有することが好ましい。

この構成によれば、導光体の内部で導光された光のうち所定の波長帯域の光を回折反射して観察者に向けて射出させる第１の反射型体積ホログラムを備えているので、視認性に優れた虚像表示装置を提供できる。

［適用例４］上記適用例に係る虚像表示装置であって、前記反射型体積ホログラムは、前記有機ＥＬ装置から射出された光が入射するとともに、入射した光のうち前記所定の波長帯域の光を回折反射して前記導光体の内部で導光する第２の反射型体積ホログラムを有することが好ましい。

この構成によれば、有機ＥＬ装置から射出された光のうち所定の波長帯域の光を回折反射して導光体の内部で導光する第２の反射型体積ホログラムを備えているので、視認性に優れた虚像表示装置を提供できる。

［適用例５］上記適用例に係る虚像表示装置であって、前記有機ＥＬ装置が射出する前記Ｎ種類の波長帯域の光は、赤色波長帯域の光と、緑色波長帯域の光と、青色波長帯域の光と、を含むことが好ましい。

この構成によれば、虚像表示装置が備える有機ＥＬ装置が射出する光は、赤色波長帯域の光、緑色波長帯域の光、および青色波長帯域の光を含み、これらの各波長帯域の光の利用効率が高められる。これにより、虚像表示装置において輝度の高いフルカラーの虚像を表示することができる。

［適用例６］上記適用例に係る虚像表示装置であって、前記反射型体積ホログラムが回折反射する前記所定の波長帯域の光は、前記光共振構造で共振させる波長帯域に対応することが好ましい。

この構成によれば、反射型体積ホログラムが回折反射する所定の波長帯域の光が光共振構造で共振させる波長帯域に対応しているので、反射型体積ホログラムにより回折反射されて観察者の眼に届く光の量は多くなり、回折反射されずに透過する光の量は少なくなる。つまり、虚像表示装置における光の利用効率が高められる。これにより、虚像表示装置において観察者が観察する画像の輝度をより高め視認性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る虚像表示装置の概略構成を示す模式図。 第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の電気的な構成を示す等価回路図。 第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す模式平面図。 第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構造を示す模式断面図。 反射型体積ホログラムによる光の利用効率を説明する図。 第２の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構造を示す模式断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

（第１の実施形態）
＜虚像表示装置＞
まず、第１の実施形態に係る虚像表示装置の構成について図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る虚像表示装置の概略構成を示す模式図である。第１の実施形態に係る虚像表示装置は、観察者の頭部に装着されて画像（虚像）の表示を行うヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であり、画像を形成するための光である画像光を射出する電気光学装置として有機ＥＬ装置を備えている。

図１に示すように、第１の実施形態に係る虚像表示装置１００は、有機ＥＬ装置１と、コリメーター１１０と、導光体１２０と、第１の反射型体積ホログラムとしての反射型体積ホログラム１３２と、第２の反射型体積ホログラムとしての反射型体積ホログラム１３０とを備えている。

有機ＥＬ装置１は、画像光として、少なくともＮ種類（Ｎは１以上の整数）の波長帯域の光を射出する。Ｎ種類の波長帯域の光は、例えば、赤色（Ｒ）波長帯域の光と、緑色（Ｇ）波長帯域の光と、青色（Ｂ）波長帯域の光とを含む。有機ＥＬ装置１は、これらＲ，Ｇ，Ｂの波長帯域の光によりフルカラーの画像を形成することができる。また、有機ＥＬ装置１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光を共振させる光共振構造を有している。有機ＥＬ装置１の構成については、後で詳述する。

コリメーター１１０は、有機ＥＬ装置１と導光体１２０との間に配置されている。コリメーター１１０は、有機ＥＬ装置１から射出されたＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光を平行光束群に変換する機能を有する。コリメーター１１０は、コリメーターレンズ等で構成される。コリメーター１１０で平行光束群に変換されたＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光は、導光体１２０に入射する。

導光体１２０は、コリメーター１１０を介して入射するＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の平行光束群を内部で全反射して導光する機能を有する。導光体１２０は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の透明性に優れた樹脂またはガラスを所定の形状に加工したもので構成される。

導光体１２０は、コリメーター１１０を介して入射する光の方向と交差する方向に一端１２０ａから他端１２０ｂに向かって延在し、コリメーター１１０側に位置する第１の面としての第１の光学面１２１と、第１の光学面１２１と対向する第２の光学面１２２とを主面とする薄型平板状のものである。導光体１２０の第１の光学面１２１には、一端１２０ａ側に光が入射する光入射口が設けられ、他端１２０ｂ側に光を射出する光射出口が設けられている。

導光体１２０の第２の光学面１２２には、一端１２０ａ側の光入射口に対向する位置に反射型体積ホログラム１３２が設けられ、他端１２０ｂ側の光射出口に対向する位置に反射型体積ホログラム１３０が設けられている。

反射型体積ホログラム１３２は、コリメーター１１０を介して入射するＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の平行光束群が導光体１２０の内部で全反射されるように、各波長帯域のうち所定の波長帯域の平行光束群を回折反射する。反射型体積ホログラム１３０は、導光体１２０の内部で全反射され導光されたＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域のうち所定の波長帯域の平行光束群を観察者の眼２００に向けて回折反射する。これにより、有機ＥＬ装置１から射出された画像光により形成された画像（虚像）を観察者が観察することができる。

反射型体積ホログラム１３０，１３２は、Ｎ種類の波長帯域のそれぞれに対応した干渉縞を含む回折構造を有している。本実施形態に係る反射型体積ホログラム１３０，１３２は、有機ＥＬ装置１の光共振構造で共振させるＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域に対応した回折構造を有しており、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光を選択的に回折反射する。ただし、詳細は後述するが、反射型体積ホログラム１３０，１３２が回折反射する光の半値幅は有機ＥＬ装置１から射出される光の半値幅よりも狭い。

反射型体積ホログラム１３０，１３２としては、公知の構造のものを用いることができる。反射型体積ホログラム１３０，１３２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域に対応する干渉縞が３層に積層された構成を有していてもよいし、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域に対応する干渉縞が同一の層内に多重化して形成された構成を有していてもよい。

＜有機ＥＬ装置＞
次に、第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成について図を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図３は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す模式平面図である。図４は、第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構造を示す模式断面図である。

図２に示すように、有機ＥＬ装置１は、スイッチング素子として薄膜トランジスター（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと呼ぶ）を用いたアクティブマトリクス型の有機ＥＬ装置である。有機ＥＬ装置１は、基板１０と、基板１０上に設けられた走査線１６と、走査線１６に対して交差する方向に延びる信号線１７と、信号線１７に並列に延びる電源線１８とを備えている。

信号線１７には、シフトレジスター、レベルシフター、ビデオライン、およびアナログスイッチを備えたデータ線駆動回路１４が接続されている。また、走査線１６には、シフトレジスターおよびレベルシフターを備えた走査線駆動回路１５が接続されている。

走査線１６と信号線１７とによりサブ画素２の領域が区画されている。サブ画素２は、有機ＥＬ装置１の表示の最小単位であり、例えば、走査線１６の延在方向と信号線１７の延在方向とに沿ってマトリックス状に配列されている。各サブ画素２には、スイッチング用ＴＦＴ１１と、駆動用ＴＦＴ１２と、保持容量１３と、陽極２４と、陰極３２と、有機機能層３０とが設けられている。

有機機能層３０は、例えば、順に積層された正孔輸送層と発光層と電子輸送層とで構成されている。陽極２４と、陰極３２と、有機機能層３０とによって有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）８が構成される。有機ＥＬ素子８では、正孔輸送層から注入される正孔と、電子輸送層から注入される電子とが発光層で再結合することにより発光が得られる。

有機ＥＬ装置１では、走査線１６が駆動されてスイッチング用ＴＦＴ１１がオン状態になると、信号線１７を介して供給される画像信号が保持容量１３に保持され、保持容量１３の状態に応じて駆動用ＴＦＴ１２のソースとドレインとの間の導通状態が決まる。そして、駆動用ＴＦＴ１２を介して電源線１８に電気的に接続したとき、電源線１８から陽極２４に駆動電流が流れ、さらに有機機能層３０を通じて陰極３２に電流が流れる。

この駆動電流は、駆動用ＴＦＴ１２のソースとドレインとの間の導通状態に応じたレベルとなる。有機機能層３０の発光層は、陽極２４と陰極３２との間に流れる電流量に応じた輝度で発光する。言い換えると、有機ＥＬ素子８の発光状態を駆動用ＴＦＴ１２により制御するとき、駆動用ＴＦＴ１２のソースおよびドレインのいずれか一方が電源線１８に電気的に接続され、駆動用ＴＦＴ１２のソースおよびドレインのいずれか他方が有機ＥＬ素子８に電気的に接続される。

図３に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板１０上に、略矩形の平面形状を有する発光領域４を備えている。発光領域４は、有機ＥＬ装置１において、実質的に発光に寄与する領域である。有機ＥＬ装置１は、発光領域４の周囲に、実質的に発光に寄与しないダミー領域を備えていてもよい。発光領域４には、サブ画素２がマトリックス状に配列されている。サブ画素２は、例えば略矩形の平面形状を有している。サブ画素２の矩形形状の４つの角は丸く形成されていてもよい。

本実施形態に係る有機ＥＬ装置１は、赤色（Ｒ）波長帯域の光を射出するサブ画素２Ｒと、緑色（Ｇ）波長帯域の光を射出するサブ画素２Ｇと、青色（Ｂ）波長帯域の光を射出するサブ画素２Ｂとを有している（以下では、対応する色を区別しない場合には単にサブ画素２とも呼ぶ）。サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して、有機ＥＬ素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが設けられている（以下では、サブ画素２と同様に対応する色を区別しない場合には単に有機ＥＬ素子８とも呼ぶ）。

発光領域４の周囲には、２つの走査線駆動回路１５と検査回路１９とが配置されている。検査回路１９は、有機ＥＬ装置１の作動状況を検査するための回路である。基板１０の外周部には、陰極用配線３３が配置されている。また、基板１０の一辺側には、フレキシブル基板２０が設けられている。フレキシブル基板２０は、各配線と接続された駆動用ＩＣ２１を備えている。

本実施形態に係る有機ＥＬ装置１では、画像を形成する際の一つの単位がサブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの画素群により構成され、それぞれの単位においてサブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのそれぞれの輝度を適宜変えることで、種々の色の光を射出することができる。これにより、有機ＥＬ装置１は、フルカラー表示またはフルカラー発光が可能である。

図４に示すように、有機ＥＬ装置１は、基板１０上に、反射層２２と、保護層２６と、陽極２４と、隔壁２８と、有機機能層３０と、陰極３２と、封止層４４と、カラーフィルター基板４０とを備えている。有機ＥＬ装置１は、有機機能層３０から発した光がカラーフィルター基板４０側に射出されるトップエミッション型である。

なお、本明細書では、図４における有機ＥＬ装置１のカラーフィルター基板４０側を上方と呼ぶ。また、本明細書では、有機ＥＬ装置１のカラーフィルター基板４０側表面の法線方向から見ることを「平面視」と呼ぶ。

基板１０は、有機ＥＬ装置１がトップエミッション型であることから、基材に透光性材料および不透光性材料のいずれを用いてもよい。透光性材料としては、例えば、ガラス、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等があげられる。不透光性材料としては、例えば、アルミナ等のセラミックス、ステンレススチール等の金属シートに表面酸化等の絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、およびそのフィルム（プラスチックフィルム）等があげられる。

図４では図示を省略するが、基板１０には、サブ画素２（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）毎に、半導体膜とゲート絶縁層とゲート電極とドレイン電極とソース電極とを備えた駆動用ＴＦＴ１２（図２参照）が設けられている。基板１０は、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等からなる絶縁層や平坦化層等で覆われていてもよい。

基板１０上には、反射層２２が設けられている。反射層２２は、例えば、アルミニウムや銀、またはアルミニウムや銀を主成分とする合金等の光反射性を有する材料によって形成される。

保護層２６は、基板１０と反射層２２とを覆うように設けられている。保護層２６の上面は、平坦化されている。保護層２６は、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）等の無機絶縁膜によって形成されている。保護層２６は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂によって形成されてもよい。

陽極２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ）は、保護層２６上に設けられている。陽極２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して配置されている。陽極２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの層厚は、後述する光共振構造の光学的距離（光路長）を調整するため互いに異なっており、陽極２４Ｂ，２４Ｇ，２４Ｒの順に厚くなっている。陽極２４は、透光性を有する導電材料からなり、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）やＺｎＯ₂で形成される。

隔壁２８は、保護層２６上に設けられている。隔壁２８は、サブ画素２の領域を区画する開口部２８ａを有している。開口部２８ａは、平面視で陽極２４よりも一回り小さく形成されている。隔壁２８は、開口部２８ａの周囲に沿って陽極２４の周縁部に所定幅で乗り上げるように形成されている。隔壁２８は、アクリル樹脂等からなる。

有機機能層３０（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）は、陽極２４上に形成されており、隔壁２８の開口部２８ａ内に配置されている。本実施形態に係る有機ＥＬ装置１は、有機機能層３０として、赤色（Ｒ）波長帯域の光で発光する有機機能層３０Ｒと、緑色（Ｇ）波長帯域の光で発光する有機機能層３０Ｇと、青色（Ｂ）波長帯域の光で発光する有機機能層３０Ｂとを有している。すなわち、有機機能層３０の形成材料としてＲ，Ｇ，Ｂの各色で発光する材料をサブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して塗り分けることにより、有機機能層３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが形成されている。

有機機能層３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、例えば、正孔輸送層と発光層と電子輸送層とで構成される。有機機能層３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂでは、それぞれ正孔輸送層から注入される正孔と電子輸送層から注入される電子とが発光層で再結合することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの異なる波長帯域の発光が得られる。有機機能層３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成するこれらの層は、公知の材料を用いて形成することができる。

陰極３２は、隔壁２８と有機機能層３０とを覆うように設けられている。陰極３２は、複数のサブ画素２（有機ＥＬ素子８）に亘って連続して形成されている。陰極３２は、その表面に達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質（すなわち半透過反射性）を持った半透過反射層として機能する。陰極３２は、マグネシウム（Ｍｇ）や銀（Ａｇ）、またはこれらを主成分とする合金等で形成される。

陽極２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ）と有機機能層３０（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）と陰極３２とで、有機ＥＬ素子８（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）が構成される。有機ＥＬ素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して配置される。

なお、図示を省略するが、陰極３２上には、パッシベーション層が設けられている。パッシベーション層は、酸素や水分の浸入による有機ＥＬ素子８の劣化を防止するための保護膜である。パッシベーション層は、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等のガス透過率が低い無機材料で形成される。

複数の有機ＥＬ素子８（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）が形成された基板１０上には、カラーフィルター基板４０が対向配置される。カラーフィルター基板４０は、ガラス等の透光性材料で構成されている。カラーフィルター基板４０の基板１０側の面には、カラーフィルター４２（４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ）と遮光層４３とが形成されている。

有機ＥＬ装置１は、カラーフィルター４２として、赤色（Ｒ）の波長帯域に対応するカラーフィルター４２Ｒと、緑色（Ｇ）の波長帯域に対応するカラーフィルター４２Ｇと、青色（Ｂ）の波長帯域に対応するカラーフィルター４２Ｂとを有している。カラーフィルター４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して配置され、平面視で有機ＥＬ素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに重なるように設けられている。カラーフィルター４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、有機ＥＬ素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂから射出される光のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光を選択的に透過させるためのものである。

遮光層４３は、有機ＥＬ素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに対応する開口部４３ａを有し、開口部４３ａによりカラーフィルター４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを区画している。

カラーフィルター４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと遮光層４３とが形成されたカラーフィルター基板４０は、封止層４４を介して基板１０と貼り合わされている。封止層４４は、透光性の樹脂材料、例えば、エポキシ樹脂などの硬化性樹脂で形成されている。

＜光共振構造＞
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１が有する光共振構造を説明する。有機ＥＬ装置１では、反射層２２と陰極３２との間に、有機機能層３０（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）で発せられた光を共振させる光共振器が形成されている。

有機機能層３０（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）で発せられた光の少なくとも一部は、光共振器により共振して光共振器の光学的距離（光路長）に対応した共振波長の光が増強される。光共振器による共振は、反射層２２と陰極３２との間で光が往復して行われる。共振器で共振した光は、陰極３２を透過して上方に射出される。このため、有機ＥＬ装置１から射出されるＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの波長帯域の光について、輝度を高めることができるとともに、半値幅が狭いスペクトルを有する光を取り出すことができる。

光共振器における共振波長は、反射層２２と陰極３２との間の光学的距離を変えることによって調整が可能である。反射層２２と陰極３２との間の光学的距離をＬとし、有機機能層３０で発せられた光のうち取り出したい光のスペクトルのピーク波長をλとすると、次のような関係式が成り立つ。Φ（ラジアン）は、有機機能層３０で発せられた光が光共振器の両端（例えば、反射層２２と陰極３２と）で反射する際に生じる位相シフトを表す。
（２Ｌ）／λ＋Φ／（２π）＝ｍ（ｍは整数）

有機ＥＬ装置１では、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが射出するＲ，Ｇ，Ｂの光に対応させて、それぞれにおける光共振器の共振波長が所定の波長λとなるように、陽極２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの層厚を適宜設定することにより、光共振器の光学的距離Ｌを最適化する構成となっている。

次に、虚像表示装置における反射型体積ホログラム１３０，１３２による光の利用効率について図を参照して説明する。図５は、反射型体積ホログラムによる光の利用効率を説明する図である。

詳しくは、図５は、緑色（Ｇ）波長帯域の光について、画像光を射出する電気光学装置の構成を異ならせた場合の反射型体積ホログラムによる光の利用効率を比較して示している。図５（ａ）は電気光学装置として本実施形態に係る有機ＥＬ装置１と同様に光共振構造を有する有機ＥＬ装置を用いた場合を示す。図５（ｂ）は電気光学装置として光共振構造を有していない有機ＥＬ装置を用いた場合を示す。また、図５（ｃ）は電気光学装置として液晶装置を用いた場合を示す。

なお、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）において、横軸は波長（単位：ｎｍ）である。また、縦軸は、反射型体積ホログラムにおいては回折効率であり、有機ＥＬ装置および液晶装置においてはスペクトルの強度である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）において、反射型体積ホログラムは同一であるものとする。

反射型体積ホログラムは、上述した通り、所定の波長帯域に対応した干渉縞を含む回折構造を有しており、該所定の波長帯域の光を選択的に回折反射し、それ以外の波長帯域の光は透過させる。反射型体積ホログラムの回折スペクトルは狭く、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す例では、半値幅は、例えば１５ｎｍ程度である。虚像表示装置では、反射型体積ホログラムにより回折反射される光は観察者の眼に届くが、反射型体積ホログラムを透過する光は観察者の眼に届かず利用されない光となる。

まず、図５（ｃ）に示す液晶装置を用いた場合を説明する。液晶装置の場合、光源から射出された光を液晶層で変調し、カラーフィルターを透過した特定の波長帯域（ここでは、緑色）の光を射出する。図５（ｃ）に示すように、液晶装置から射出される光の半値幅は広く、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの半値幅の５倍程度となっている。この液晶装置から射出される光のうち、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの範囲の光（図５（ｃ）に斜線で示す）は、反射型体積ホログラムにより回折反射されて利用される。一方、液晶装置から射出される光のうち、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの範囲外（図５（ｃ）にドットで示す）の光は、反射型体積ホログラムを透過し利用されない。

このように、液晶装置を虚像表示装置に用いた場合、液晶装置が射出する光のうち、観察者の眼に届く光は少なく、観察者の眼に届かない光が非常に多い。したがって、観察者が観察する画像（虚像）は、液晶装置における元の画像に比べて輝度が低く視認性が著しく低下してしまう。そのため、観察者が観察する虚像の輝度を確保するためには、液晶装置の光源を駆動する電力を大きくしなければならないこととなる。

次に、図５（ｂ）に示すように、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置から射出される光の半値幅は、液晶装置に比べて狭く、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの半値幅の３倍程度となっている。したがって、有機ＥＬ装置では、液晶装置の場合と比べて、反射型体積ホログラムを透過し利用されない光（図５（ｂ）にドットで示す）が少なくなるので、光の利用効率が高くなる。

次に、図５（ａ）に示すように、光共振構造を有する有機ＥＬ装置から射出される光の半値幅は、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置と比べて狭くなり、反射型体積ホログラムの回折スペクトルの半値幅に近くなる。したがって、光共振構造を有する有機ＥＬ装置では、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置と比べて、反射型体積ホログラムを透過し利用されない光（図５（ａ）にドットで示す）がさらに少なくなって光の利用効率がより高くなる。

また、光共振構造を有する有機ＥＬ装置から射出される光のピークは、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置と比べて高くなる。したがって、光共振構造を有する有機ＥＬ装置では、光共振構造を有していない有機ＥＬ装置と比べて、反射型体積ホログラムにより回折反射されて観察者の眼に届く光（図５（ａ）に斜線で示す）が多くなる。

このように、第１の実施形態に係る虚像表示装置１００では、光共振構造を有する有機ＥＬ装置１を備えることで、有機ＥＬ装置１が射出する光の利用効率が高くなるとともに観察者の眼に届く光が多くなるので、観察者が観察する虚像の輝度を高め視認性を向上させることができる。したがって、本実施形態に係る虚像表示装置１００は、外の風景が透過し背景として見えるシースルー型のＨＭＤのような虚像表示装置に好適に用いることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る虚像表示装置の構成を説明する。第２の実施形態に係る虚像表示装置は、第１の実施形態に対して、有機ＥＬ装置の構成が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。したがって、第２の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成について図を参照して説明する。

＜有機ＥＬ装置＞
図６は、第２の実施形態に係る有機ＥＬ装置の構造を示す模式断面図である。第２の実施形態に係る有機ＥＬ装置１Ａは、第１の実施形態に係る有機ＥＬ装置１に対して、カラーフィルターを備えていない点が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。なお、第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図６に示すように、有機ＥＬ装置１Ａは、基板１０上に、反射層２２と、保護層２６と、陽極２４と、隔壁２８と、有機機能層３０と、陰極３２と、封止層４４と、封止基板４５とを備えている。つまり、有機ＥＬ装置１Ａは、有機ＥＬ装置１におけるカラーフィルター基板４０の代わりに、カラーフィルター４２が設けられていない封止基板４５を備えている。したがって、有機ＥＬ装置１Ａは、カラーフィルター４２を透過していない光を射出する。

封止基板４５は、カラーフィルター基板４０と同様に、ガラス等の透光性材料で構成される。封止基板４５は、外部からの衝撃等に対して有機ＥＬ素子８を保護する機能を有している。なお、封止層４４が有機ＥＬ素子８を保護する機能を果たせる場合は、封止基板４５を省くことも可能である。

第２の実施形態に係る有機ＥＬ装置１Ａは、カラーフィルターを備えていない。しかしながら、第２の実施形態に係る虚像表示装置では、第１の実施形態に係る虚像表示装置１００と同様に、有機ＥＬ装置１Ａが射出する画像光のうち、反射型体積ホログラム１３０，１３２（図１参照）の回折スペクトルの波長範囲外の光は回折反射されず虚像の表示に利用されない。すなわち、有機ＥＬ装置１Ａがカラーフィルターを備えていなくても、反射型体積ホログラム１３０，１３２により、虚像の表示に必要な波長帯域の光以外の光が実質的にカットされる。

これにより、第２の実施形態に係る虚像表示装置では、第１の実施形態で得られる効果に加えて、有機ＥＬ装置１Ａが射出する画像光をカラーフィルターを透過させることなく利用できるので、観察者が観察する虚像の輝度をより高め視認性をより向上させることができる。また、カラーフィルターを不要にできるので、第１の実施形態に比べて、有機ＥＬ装置１Ａをより薄型化することや、有機ＥＬ装置１Ａの製造工数を低減することができる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上述の実施形態の虚像表示装置１００は、導光体１２０の光入射口に対向する位置に反射型体積ホログラム１３２を備え、光射出口に対向する位置に反射型体積ホログラム１３０を備える構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。虚像表示装置は、導光体１２０の光入射口に対向する位置、または光射出口に対向する位置のいずれか一方に、反射型体積ホログラムの代わりに反射ミラー等の光路変更手段を備えた構成であってもよい。虚像表示装置が導光体１２０の光入射口に対向する位置、または光射出口に対向する位置の少なくとも一方に反射型体積ホログラムを備えていれば、虚像の表示に必要な波長帯域の光を選択的に利用することができる。

（変形例２）
上述の実施形態の有機ＥＬ装置１，１Ａでは、有機機能層３０（３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ）がＲ，Ｇ，Ｂの各色で発光する材料を塗り分けて形成されていたが、本発明はこのような形態に限定されない。有機機能層３０が白色、すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の波長帯域を含む４種類以上の波長帯域の光で発光する材料で形成された構成としてもよい。換言すれば、有機機能層３０が発光する波長帯域の数は、光共振構造における共振波長の数よりも多くてもよい。

有機ＥＬ装置は光共振構造を有しており、有機機能層３０が白色で発光する構成であっても、各サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのそれぞれにおける共振波長がＲ，Ｇ，Ｂの３種類の波長帯域の光に対応するように光共振器の光学的距離が最適化されている。また、虚像表示装置において、有機ＥＬ装置から射出された光のうち反射型体積ホログラム１３０，１３２の回折スペクトルの波長範囲外の光は回折反射されないので、虚像の表示に必要な波長帯域の光を選択的に利用することができる。なお、有機機能層３０を白色で発光する材料で形成する場合、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに亘って同一の層で有機機能層３０を形成することができる。また、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに亘って同一の層で有機機能層３０を形成することで、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂごとにパターニングする必要がないため、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが２０μｍ以下である場合に適用するのが好ましい。

（変形例３）
上述の実施形態の有機ＥＬ装置１，１Ａでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の波長帯域の光を共振するようにしたが、１種類、２種類、または４種類以上の波長帯域の光を共振してもよい。有機機能層３０が発する光の波長帯域のうち少なくとも一部の波長帯域の光を共振するようにすればよい。例えば、有機機能層３０が発する光の波長帯域が３種類であれば、共振器で共振させる波長帯域は、３種類以下であればよい。有機機能層３０が白色で発光する構成であれば、共振器で共振させる波長帯域は、４種類であってもよいし、３種類であってもよいし、２種類であってもよいし、１種類であってもよい。また、共振器で共振させる波長帯域は、５種類以上であってもよい。

そして、反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２で回折反射する波長帯域およびそのピーク波長は、光共振器で共振する波長帯域およびそのピーク波長に対応するように設けることが好ましい。例えば、光共振器で共振する波長帯域が３種類あれば、光共振器で共振する波長帯域およびピーク波長に対応して、反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２で回折反射する波長帯域およびピーク波長は３種類とすることが好ましい。これによれば、光共振器で増強した光を反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２により効率的に回折反射することができる。また、反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２で回折反射する波長帯域およびそのピーク波長は、光共振器で共振する波長帯域およびそのピーク波長と完全に一致する必要はなく、反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２で回折反射する波長帯域の方が狭くてもよいし、ピーク波長が製造上の都合等でずれていてもよい。反射型体積ホログラム１３０または反射型体積ホログラム１３２で回折反射する波長帯域およびそのピーク波長と、光共振器で共振する波長帯域およびそのピーク波長とは、光の取り出し効率を大きくするように設定すればよい。

（変形例４）
上述の実施形態の有機ＥＬ装置１，１Ａは、Ｎ種類の波長帯域の光として、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の波長帯域の光を射出する構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。有機ＥＬ装置１，１Ａは、Ｎ種類の波長帯域の光として、１種類、２種類、または４種類以上の波長帯域の光を射出する構成を有していてもよい。

（変形例５）
上述の実施形態の有機ＥＬ装置１，１Ａでは、サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して陽極２４の層厚を異ならせることで、光共振器の光学的距離を最適化する構成となっていたが、本発明はこのような形態に限定されない。サブ画素２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対応して、反射層２２と陰極３２との間に配置された絶縁層等の層厚を異ならせることや、複数の絶縁層または導電層を積層することで光共振器の光学的距離を最適化する構成としてもよい。

（変形例６）
上述の実施形態の有機ＥＬ装置１，１Ａでは、基板１０としてガラス、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム、セラミックス等としたが、シリコンなどの半導体基板であってもよい。この場合、スイッチング用ＴＦＴ１１、駆動用ＴＦＴ１２、データ線駆動回路１４、走査線駆動回路１５等を構成するトランジスターは、半導体薄膜層を有する薄膜トランジスターである必要はなく、半導体基板自体にチャネルが形成されるトランジスターであってもよい。また、基板１０は、ＳＯＩ基板であってもよい。

１…有機ＥＬ装置、１２０…導光体、１３０…第２の反射型体積ホログラム、１３２…第１の反射型体積ホログラム、４２Ｂ…カラーフィルター（青色波長帯域用）、４２Ｇ…カラーフィルター（緑色波長帯域用）、４２Ｒ…カラーフィルター（赤色波長帯域用）。

Claims (6)

1. 少なくともＮ種類（Ｎは１以上の整数）の波長帯域の光を射出する有機ＥＬ装置と、
   導光体と、
   前記導光体の第１面に設けられるとともに、入射した光のうち所定の波長帯域の光を回折反射する反射型体積ホログラムと、
   を備え、
   前記有機ＥＬ装置は、前記Ｎ種類の波長帯域の各波長帯域の光を共振させる光共振構造を有していることを特徴とする虚像表示装置。
2. 請求項１に記載の虚像表示装置であって、
   前記有機ＥＬ装置が射出する前記Ｎ種類の波長帯域の光は、カラーフィルターを透過していない光であることを特徴とする虚像表示装置。
3. 請求項１または２に記載の虚像表示装置であって、
   前記反射型体積ホログラムは、前記導光体の内部で導光された光が入射するとともに、入射した光のうち前記所定の波長帯域の光を回折反射して前記導光体から射出させる第１の反射型体積ホログラムを有することを特徴とする虚像表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記反射型体積ホログラムは、前記有機ＥＬ装置から射出された光が入射するとともに、入射した光のうち前記所定の波長帯域の光を回折反射して前記導光体の内部で導光する第２の反射型体積ホログラムを有することを特徴とする虚像表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記有機ＥＬ装置が射出する前記Ｎ種類の波長帯域の光は、赤色波長帯域の光と、緑色波長帯域の光と、青色波長帯域の光と、を含むことを特徴とする虚像表示装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記反射型体積ホログラムが回折反射する前記所定の波長帯域の光は、前記光共振構造で共振させる波長帯域に対応することを特徴とする虚像表示装置。

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