JP2017146335A - 虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自発光型の映像素子を有して装置全体の軽量化・小型化を図りつつ、映像素子の性能を維持して良好な画像形成が可能な虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法を提供すること。【解決手段】画像表示装置８０が発光部８０ｋを含む自発光型の素子であり、表示装置ユニットＤＵのケース部８８が画像表示装置８０の一部を開放させて放熱する放熱構造部８８ａを有する。また、表示装置ユニットＤＵの作製において、高い放熱性を確保しつつ簡易かつ確実な組付けを行うに際して、例えばシリコン基板ＳＳの特性を利用することで表示装置位置決め部８８ｂにおいて高精度な位置合わせを行う。【選択図】図７

Description

本発明は、画像表示素子等によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置として、画像表示素子（映像素子）等に、液晶表示パネルを適用するものが知られている（例えば特許文献１等）。液晶表示パネルで画像形成を行う場合、バックライトのような光源が別途必要になり、光源を確保するための空間が必要となる。かかる状況下において小型化を実現するべく、２つのケースで液晶表示パネルを挟み込む構造とするもの（特許文献１参照）が知られている。

これに対して、さらなる小型化の要請に応えるべく、別途の光源を要しない自発光型の映像素子を適用することが考えられる。

しかしながら、例えば有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）パネル等のような自発光型の映像素子は、パネル基板内部で発光源を有しさらに駆動用ドライバーＩＣや電源素子などを内蔵するといった構造となるため、内部温度が上昇しやすい。特に、有機ＥＬの場合、その特性として内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮が著しくなると考えらえる。

特開２０１４−１９１０１３号公報

本発明は、自発光型の映像素子を有して装置全体の軽量化・小型化を図りつつ、映像素子の性能を維持して良好な画像形成が可能な虚像表示装置、映像素子ユニット及び映像素子ユニットの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る虚像表示装置は、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部を有する。

上記虚像表示装置では、映像素子が映像光を生じさせる発光部を含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、映像素子の軽量化・小型化延いては装置全体の軽量化・小型化を図ることができる。さらに、ケース部が映像素子の一部を開放させて放熱する放熱構造部を有することで、映像素子の内部温度上昇を抑制し、映像素子が自発光型であっても内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。

本発明の具体的な側面では、ケース部は、放熱構造部において映像素子の一部を開放させる開口を形成する一部材構成である。この場合、開口を設けて映像素子の放熱を確保した一部材構成とすることで、必要な機能を維持させつつ映像素子及びその周辺の構成を簡素小型のものとすることができる。

本発明の別の側面では、映像素子は、発光部を構成する有機ＥＬ素子を、シリコン基板上に形成し、ケース部において、放熱構造部は、シリコン基板の裏面を開放して放熱する。この場合、シリコン基板の裏面から効率的な放熱が可能となる。なお、シリコン基板の裏面を開放するに際しては、例えば裏面の全体を露出した状態とする場合の他、裏面の一部を露出させ、他の一部が別の部材と当接した状態（例えばケース部の一部が裏面に当接してシリコン基板を支持固定している）としてもよい。

本発明のさらに別の側面では、映像素子は、シリコン基板の裏面以外の端面において、ケース部に対して当接して位置決めされている。この場合、シリコン基板の端面形成におけるダイシングの精度を利用することで、精度の高い位置決めが可能になり、映像素子の他部材へのアセンブリにおいて、調整範囲を抑えることができ、装置全体としての小型化を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部は、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部を有する。この場合、映像素子の放熱を確保しつつ高精度な位置決めを行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子位置決め部は、平面形状又は突起形状を有する。この場合、例えば作製工程において、映像素子の当節箇所を平面形状又は突起形状を有する映像素子位置決め部に突き当てることで、位置合わせが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子のうち放熱構造部により開放された露出部分を放熱する放熱部をさらに備える。この場合、放熱部により、露出部分の放熱をさらに促すことができる。

本発明のさらに別の側面では、放熱部は、露出部分に貼り付けられる熱伝導テープである。この場合、シリコン基板の裏面から熱伝導テープを貼り付けた任意の箇所への放熱が可能となる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部は、金属製である。この場合、ケース部での放熱性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の面の一部を覆うマスク部と、他の光学部品に対する取り付けアライメントを行うための取付部とを有する。この場合、ケース部が不要光を遮断するマスク機能と、他の光学部品に対する取り付け時のアライメント機能とを有するものとなる。

本発明のさらに別の側面では、高熱伝導性シリコーン系接着剤又は熱伝導性エポキシ接着剤により形成され、映像素子とケース部とを固着させる接着部を有する。この場合、映像素子とケース部とをつなぐ接着部における放熱性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、複数面での全反射により映像素子からの映像光を導光させる導光部材と、映像素子からの映像光を導光部材に入射させる投射光学系とをさらに備える。この場合、導光部材と投射光学系とにより映像素子からの映像光を観察者の眼前に導くことができる。

本発明に係る映像素子ユニットは、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する。

上記映像素子ユニットでは、映像素子が映像光を生じさせる発光部を含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、映像素子の軽量化・小型化延いては映像素子ユニットの軽量化・小型化を図ることができ、さらに、ケース部が映像素子の一部を開放させて放熱する放熱構造部を有することで、映像素子の内部温度上昇を抑制し、映像素子が自発光型であっても内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。

本発明に係る映像素子ユニットの製造方法は、映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、映像素子を収納するケース部とを備え、ケース部は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する映像素子ユニットの製造方法であって、ケース部の映像素子位置決め部において映像素子を固着させるための接着剤を塗布し、放熱構造部において映像素子を開放させた状態としつつ、映像素子とケース部とを位置合わせして接着剤により固着させる。

上記映像素子ユニットの製造方法では、軽量化・小型化を図りつつ内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避して良好な画像形成が可能な自発光型の映像素子ユニットの製造において、放熱構造部における高い放熱性を確保しつつ簡易かつ確実な組付けを行うことができる。

実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を説明する斜視図である。 映像光の光路について概念的に説明する図である。 表示装置ユニットの投射レンズへの組付けの様子を示す斜視図である。 虚像表示装置の表示部の構造の様子を示す斜視図である。 （Ａ）は、表示装置ユニットの外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の表示装置ユニットを別の角度から見た状態を示す斜視図である。 （Ａ）は、表示装置ユニットの正面図であり、（Ｂ）は、側面図であり、（Ｃ）は、背面図である。 （Ａ）は、表示装置ユニットの側断面図であり、（Ｂ）は、ケース部の側断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、表示装置ユニットの組付けにおける位置決め基準について説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、表示装置ユニットの製造工程の一例を説明するための図である。 （Ａ）は、表示装置ユニットの内部における位置決めの構造の一変形例について説明するための概念的な図であり、（Ｂ）は、表示装置ユニットの内部における位置決めの構造の別の一変形例について説明するための概念的な図である。 （Ａ）は、表示装置ユニットの他の一変形例について説明するための概念図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の矢視断面である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る映像素子ユニットである表示装置ユニットを組み込んだ虚像表示装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂと、フレーム部１０２とを備える。

第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、右眼用と左眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとをそれぞれ備える。第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂについては、後述するが、表示装置（映像素子）や投射レンズ等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納する部材等でそれぞれ構成されている。なお、表示装置（映像素子）や投射レンズ等は、カバー状の外装部材１０５ｄにより覆われることで、支持・収納されている。第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光装置を構成している。以下、第１光学部材１０１ａまたは第２光学部材１０１ｂを導光装置２０ともする。なお、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、単独でも虚像表示装置として機能する。

フレーム部１０２は、平面視でＵ字状に折れ曲がった細長い部材であり、金属製の一体部品である。ここでは一例として、フレーム部１０２は、マグネシウム合金で構成されている、すなわち、フレーム部１０２は、金属製の一体部品であるマグネシウムフレームを本体部分１０２ｐとして構成されている。また、フレーム部１０２は、図示のように、第１光学部材１０１ａと第２光学部材１０１ｂ（一対の導光部である導光装置２０）との双方に接続して設けられる肉厚構造の中央部１０２ａと、中央部１０２ａから第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂに沿って延び、さらに、Ｕ字状に折れ曲がった箇所を形成する支持体１０２ｂとを有している。

中央部１０２ａは、第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂの先端側を挟持することにより、これらの相対的位置を固定している。これに加えて、支持体１０２ｂは、Ｕ字状に折れ曲がる部分である第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄを形成し、第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄにおいて第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂとそれぞれ接続する（組み付けられている）ことで、互いの固定をさらに強固なものとしている。

なお、フレーム部１０２の左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が設けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接させ支持するものにできる。また、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、フレーム部１０２からテンプル１０４の部分に付加されているものとしてもよい。

以下、図２を参照して、虚像表示装置１００による映像光の導光をするための構造等についての一例を概念的に説明する。なお、映像光の導光を行うための装置は、既述のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）であるが、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、第１表示装置１００Ａについてのみ説明し、第２表示装置１００Ｂについては説明を省略する。図２に示すように、第１表示装置１００Ａは、映像光を形成する画像表示装置８０と、鏡筒部に収納される結像用の投射レンズ３０と、画像表示装置８０及び投射レンズ３０を経た映像光を導光する導光装置２０（第１光学部材１０１ａ）と、を備える。導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。

画像表示装置８０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子構成される映像素子（映像表示素子）とすることができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置（不図示）や動作を制御する駆動制御部（不図示）を有する構成としてもよい。詳しくは図３等を参照して後述するが、本実施形態において、映像素子である画像表示装置８０は、ケース部に収納されユニット化（モジュール化）した構成であることで、投射レンズ３０へのアライメントがなされるものとなっている。また、画像表示装置（映像素子）８０がケース部に収納されユニット化（モジュール化）されたものを表示装置ユニット（または映像素子ユニット）と呼ぶものとする。

投射レンズ３０は、構成要素として、例えば入射側光軸ＡＸに沿って並ぶ複数（例えば３つ）の光学素子（レンズ）を備える投射光学系であり、これらの光学素子が、鏡筒部３９（図３等参照）によって収納・支持されている。なお、当該光学素子は、例えば非軸対称な非球面（非軸対称非球面）と軸対称な非球面（軸対称非球面）との双方を含む非球面レンズで構成することで、導光装置２０を構成する導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に表示像に対応する中間像を形成するものとすることができる。投射レンズ３０は、画像表示装置８０で形成された映像光を導光装置２０に向けて投射し入射させる。

導光装置２０は、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０は、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１と光入射側の第２導光部分１２とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。導光装置２０は、例えば鏡筒部３９（図３等参照）にネジ止めされることにより、投射レンズ３０に対して精度よく位置決め固定されている。

導光部材１０は、光学的な機能を有する側面として、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５を有している。これらのうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置されている。第２面Ｓ１２の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）であり、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成され映像光に対する反射率が適宜設定されている。

以下、図２を参照して映像光（ここでは映像光ＧＬとする。）の光路について概略説明する。導光部材１０は、投射レンズ３０から映像光ＧＬを入射させるとともに第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ３０からの映像光ＧＬは、まず、第４面Ｓ１４に入射して第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光により画像を観察することになる。

光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっており、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）である。光透過部材５０は、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。第２透過面Ｓ５２は、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、第２面Ｓ１２に対して接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。

導光装置２０は、上述したように導光部材１０により観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材１０と光透過部材５０との協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。すなわち、視認させるべき外界像を構成する成分光としての外界光のうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、収差等をほとんど生じない。また、外界光のうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等を生じない。さらに、外界光のうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部材５０越しに歪みのない外界像を観察することになる。

上記のような構成は、第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。

以下、図３等を参照して、画像表示装置（映像素子）８０を含む映像素子ユニットである表示装置ユニットＤＵについて説明する。なお、図３は、表示装置ユニットＤＵの投射レンズ３０（鏡筒部３９）への組付けの様子を示す斜視図である。なお、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとにおいて、表示装置ユニットＤＵは、左右対称で同等の構造を有するため、図３及び図４では、左側のみについて図示及び説明をし、右側については説明等を省略する。

図３に示すように、表示装置ユニットＤＵは、画像表示装置（映像素子）８０をケース部８８に収納してユニット化（モジュール化）して構成されるものである。言い換えると、画像表示装置８０は、筐体状のケース部８８の内部に嵌合によって収納され、移動しないように保持されている。特に、本実施形態では、図示のように、ケース部８８は、放熱構造部８８ａを設けていることにより、画像表示装置８０のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて露出させた状態で、画像表示装置８０を支持・固定するものとなっている。さらに、本実施形態では、図４に示すように、画像表示装置８０の裏側部分のうちケース部８８から露出させた部分に、例えば熱伝導テープを直接貼り付けて構成される放熱部ＤＰを設けることで、画像表示装置８０の放熱を促進させるものとしている。なお、図示の例では、熱伝導テープで構成される放熱部ＤＰは、画像表示装置８０から鏡筒部３９更には支持フレームであるフレーム部１０２にかけて延びるように貼り付けられている。

ここで、上記のようないわゆる自発光型の画像表示装置（映像素子）８０を、ＨＭＤに適用して高輝度な画像を形成させようとする場合、パネル基板内部で発光源を有しさらに駆動用ドライバーＩＣや電源素子などを内蔵するといった構造となる。このため、内部温度の上昇が問題となりやすい。特に、本実施形態のように画像表示装置（映像素子）８０のパネル部分に有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）パネルを適用する場合、その特性として内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮が著しくなるおそれがある。

本実施形態では、上記問題に対応すべく、表示装置ユニット（映像素子ユニット）ＤＵの構造において、特に、ケース部８８の放熱構造部８８ａにおいて、画像表示装置８０を構成するシリコン基板ＳＳの一部を露出した状態とすることで、熱伝導テープ等で構成される放熱部ＤＰ（図４参照）による効率的な放熱を可能とし、さらに、画像表示装置８０のシリコン基板ＳＳの端面を利用してケース部８８と画像表示装置８０との組付け位置精度の向上を図る構造を有するものとなっている。

以下、図５等を参照して、表示装置ユニット（映像素子ユニット）ＤＵや、表示装置ユニットＤＵを構成するケース部８８及び画像表示装置８０の構造の詳細について説明する。

まず、図５（Ａ）、５（Ｂ）、６（Ａ）〜６（Ｃ）、図７（Ａ）及び７（Ｂ）を参照して、表示装置ユニットＤＵを構成する画像表示装置８０及びケース部８８のうち、画像表示装置８０の構造について説明する。図示のように、画像表示装置８０は、ケース部８８に収納される矩形の板形状の本体部分８０ａと、本体部分８０ａから接続されて延びるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）部８０ｆとを有する。このうち、本体部分８０ａは、図７（Ａ）に示すように、各種回路等が配置されるとともに本体部分８０ａの外形を形作るシリコン基板ＳＳと、有機ＥＬ材料を含んで構成される有機ＥＬ素子であって映像光となるべきカラーの光を発生させる発光部８０ｋと、シリコン基板ＳＳと協働して発光部８０ｋを密閉する封止用の保護ガラスＧＧとを備える。画像表示装置８０は、ＦＰＣ部８０ｆから受けた駆動信号に従い発光動作を行うことで、保護ガラスＧＧ側すなわち＋ｚ側へ向けて映像光を射出させる。また、画像表示装置８０は、図示のように、また既述のように、本体部分８０ａの一部が露出した状態でケース部８８に収納されている。より具体的には、画像表示装置８０は、映像光を射出する側の反対側に配置されるシリコン基板ＳＳの裏面ＳＳｒの全体を露出した状態で支持・固定されている。

ここで、本実施形態では、画像表示装置８０の構成に関して、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）を搭載させた自発光型の素子基板としてシリコン（Ｓｉ）基板を採用している。これにより、まず、上述した放熱に対して高い熱伝導性をもたせることができ、高効率な放熱が可能となっている。さらに、発光素子を構成するための回路基板作成において精緻な構成のもの、すなわちより微細な構造のもの（例えば数ミクロン単位）の回路形成が可能となる。さらに、シリコン基板が画像表示装置８０の外形を形成するものとなっていることで、シリコンのダイシングにおける精度の高さ（例えば製造誤差数十μ以内）を利用して、シリコン基板の各端面を高精度に切り出して、画像表示装置８０をケース部８８に収納する際の位置決めに利用することで、ケース部８８に対する位置精度を（例えば保護ガラスＧＧの面等と比較してはるかに）、高精度のものとすることができる。また、ケース部８８は、後述するように、画像表示装置８０を内蔵した表示装置ユニット（映像素子ユニット）ＤＵを他の光学部材（本実施形態では投射レンズ３０を収納する鏡筒部３９）とのアライメントさせるための部材でもあるが、ユニット内部において上記精度の高さを維持することで、結果的に投射レンズ３０に対する画像表示装置８０の位置精度を高い状態に保つことができる。

次に、表示装置ユニットＤＵを構成する画像表示装置８０及びケース部８８のうち、ケース部８８の構造について説明する。図示のように（例えば図７（Ｂ）参照）、ケース部８８は、中央部分に貫通孔を有する枠体構造であり、画像表示装置８０の一部を開放させる開口ＯＰを形成する放熱構造部８８ａと、画像表示装置８０の位置決め固定を行う表示装置位置決め部（映像素子位置決め部）８８ｂと、放熱構造部８８ａや表示装置位置決め部８８ｂの反対側である映像光の射出側に設けられて画像表示装置８０から射出される成分光のうち不要光を除去するマスク部８８ｍと、鏡筒部３９（図３等参照）に対する取り付けアライメントを行うための取付部である突起部材（嵌合部）８８ｕ，８８ｖとを有する。ケース部８８は、例えばアルミニウムやマグネシウム等の熱伝導性の高い金属製の部材であり、例えばダイカスト等により成形される一部材構成すなわち１つの部材で構成される構造体である。

例えば図６（Ｃ）や図７（Ｂ）に示すように、ケース部８８のうち、放熱構造部８８ａは、背面側（映像光を射出させる側の反対側）すなわち図中の−ｚ側において＋ｙ側に開いたコの字型（Ｕ字型）の溝部分として形成されており、＋ｙ側から画像表示装置８０の本体部分８０ａが挿入されるものとなっている。また、既述のように、ケース部８８は、中央部分に貫通孔を有する枠体構造であり、放熱構造部８８ａは、コの字型（Ｕ字型）の溝部分とともに開口ＯＰを形成するものとなっている。すなわち、図７（Ｂ）以外の各図に示されるように、シリコン基板ＳＳの裏面ＳＳｒの全体が当該開口ＯＰによって露出した状態となっている。ケース部８８の立場で言うと、ケース部８８は、当該開口ＯＰによって裏面ＳＳｒを開放させて放熱する放熱構造部８８ａを有することで、シリコン基板ＳＳの裏面ＳＳｒを放熱構造部８８ａによる露出部分としている。

さらに、ケース部８８のうち、画像表示装置８０と当接して位置決めを行う表示装置位置決め部（映像素子位置決め部）８８ｂは、図示のように、ｚ方向についての位置決めの基準となる平面部分である第１基準面ＳＦ１と、ｘ方向についての位置決めの基準となる平面部分である第２基準面ＳＦ２と、ｙ方向についての位置決めの基準となる平面部分である第３基準面ＳＦ３とで構成される。これらの基準面ＳＦ１〜ＳＦ３は、例えば図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、いずれも、矩形の板状であるシリコン基板ＳＳの端面のうち裏面ＳＳｒ以外の各端面ＳＳ１〜ＳＳ３と当接することで、高精度な位置決めがなされるものとなっている。

ケース部８８は、既述のように、嵌合によって画像表示装置８０を位置決めしつつ支持固定して画像表示装置８０を収納してユニット化（モジュール化）した表示装置ユニットＤＵを構成するとともに、画像表示装置８０すなわち表示装置ユニットＤＵの鏡筒部３９への組付けを行うためのアライメント部分を形成する部材である。

さらに、ケース部８８には、＋ｚ側（映像光を射出させる側）において、光軸ＡＸに平行に延びる一対の突起部材８８ｕ，８８ｖが形成されている。これらの突起部材８８ｕ，８８ｖは、例えば図３や図４に示すように、投射レンズ（投射光学系）３０の鏡筒部３９の後端部を上下から挟むように後端部と緩く嵌合する嵌合部であり、ケース部８８を鏡筒部３９に固定するために用いられる。つまり、図３等において、突起部材（嵌合部）８８ｕ，８８ｖの内面と鏡筒部３９の側面との間には接着剤が充填され、ケース部８８を鏡筒部３９に対してアライメントした後に接着剤が硬化され、ケース部８８が鏡筒部３９に固定されている。この際、上下左右前後に加え３回転の回転軸に関するアライメントが可能となっている。なお、上記アライメントの前段として、導光装置２０のうち導光部材１０において、根元側が鏡筒部３９にはめ込まれていることで固定されている。この状態において、上記のように画像表示装置８０を収納したケース部８８が、導光部材１０等と組付けられた鏡筒部３９に対してアライメントを行うことで、最終的な画像の位置合わせが可能となっている。特に、本実施形態のように、左右一対の構成の場合右眼側用の画像と左眼側用の画像とがぴったり重なった状態で視認されるように画素単位での調整が必要となり、この位置合わせが非常に重要となる。これに対して、本実施形態では、画像表示装置８０が高精度でケース部８８に組み込まれているため、上記調整用のマージンを最小限に抑えることができ、位置調整を可能としつつも装置の大型化を極力回避することができる。

以下、図９（Ａ）〜９（Ｅ）を参照して、虚像表示装置１００の作製工程の一工程でもある表示装置ユニットＤＵの作製工程の一例について説明する。

まず、図９（Ａ）に示すように、枠体構造であるケース部８８のうち、ｚ方向についての位置決めの基準となる第１基準面ＳＦ１を含む面上あるいは第１基準面ＳＦ１の近傍の面であるのりしろ面ＮＳに接着剤８８ｓを塗布する（接着剤塗布工程）。ここでは、例えば駆動回路等が配置される箇所等も接着のためののりしろ面ＮＳの一部として利用され得るものとする。なお、第１基準面ＳＦ１において、接着剤８８ｓを介さず、画像表示装置８０（シリコン基板ＳＳ）の端面が第１基準面ＳＦ１に直接当接するような構成としてもよい。また、接着剤８８ｓとしては、例えば高熱伝導性シリコーン系接着剤又は熱伝導性エポキシ接着剤を使用することが考えられる。熱伝導性の高い接着剤を用いることで、映像光の射出側においても、放熱性を高めることができる。

次に、図９（Ｂ）に示すように、画像表示装置８０を第１基準面ＳＦ１の面上に落とし込んで、接着剤８８ｓを押し広げつつ、第１基準面ＳＦ１での位置決め、すなわち第１基準面ＳＦ１において画像表示装置８０（シリコン基板ＳＳ）の端面ＳＳ１を当接させ、ｚ方向についての位置決め（図８（Ａ）に対応）を行う（第１位置決め工程）。なお、この際、ｘ方向については、元々ほとんどマージンがない状態（例えばシリコンのダイシングにおける誤差の程度である数十μ以内のマージン）であり、併せて第２基準面ＳＦ２に関する位置決めすなわち第２基準面ＳＦ２において画像表示装置８０（シリコン基板ＳＳ）の端面ＳＳ２が当接し、ｘ方向についての位置決めも行われることになる（第２位置決め工程）。

次に、図９（Ｃ）に示すように棒状の治具ＪＧにより、画像表示装置８０を−ｙ方向（矢印Ｙ１の方向）に押し込むことで、第３基準面ＳＦ３において画像表示装置８０（シリコン基板ＳＳ）の端面ＳＳ３を当接させ（突き当てて）、ｙ方向についての位置決め（図８（Ｂ）に対応）を行う（第３位置決め工程）。以上の第１〜第３位置決め工程により、第１〜第３基準面ＳＦ１〜ＳＦ３は、画像表示装置８０法面ＳＳｒを開放させた状態としつつ、接着剤８８ｓにより固着させることで画像表示装置８０のケース部８８における収納位置を定める表示装置位置決め部（映像素子位置決め部）８８ｂとして機能する。なお、図９（Ｂ）から９（Ｃ）に示す治具ＪＧによる調整すなわちスライド移動に際して、図中破線で示す矩形の表示エリアＥＡ（すなわち有機ＥＬ素子等が形成され映像光が射出される領域）に接着剤８８ｓが付着したりすること等がないようにできる。

第１〜第３位置決め工程の後、図９（Ｄ）に示すように、ｘ方向について挟み込み可能なフック治具ＦＧにより、画像表示装置８０とケース部８８との当該位置関係を動かさないように固定し、接着剤８８ｓを硬化させる。最後に、接着剤８８ｓの硬化後、フック治具ＦＧを取り外すことで、図９（Ｅ）に示すように、ケース部８８に画像表示装置８０を収納してユニット化された表示装置ユニットＤＵが作製される。なお、硬化させた接着剤８８ｓが画像表示装置８０とケース部８８とを固着させる接着部ＢＰとなる。

以上のように、本実施形態に係る表示装置ユニットＤＵを含む虚像表示装置１００では、映像素子である画像表示装置８０が映像光を生じさせる発光部８０ｋを含む自発光型の素子であり、別途の光源を要しないものであることで、軽量化・小型化図ることができ、延いては虚像表示装置１００全体の軽量化・小型化を図ることができるものとなっている。さらに、表示装置ユニットＤＵのケース部８８が画像表示装置８０の一部を開放させて放熱する放熱構造部８８ａを有することで、画像表示装置８０の内部温度上昇を抑制し、画像表示装置８０が自発光型で特に有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）素子を含むものであっても、内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。また、表示装置ユニットＤＵの作製において、高い放熱性を確保しつつ簡易かつ確実な組付けを行うことができる。この際、特にシリコン基板ＳＳの特性を利用することで高精度な位置合わせを行うことができる。

以下、図１０（Ａ）等を参照して、本実施形態の一変形例の虚像表示装置について説明する。上記実施形態では、表示装置位置決め部（映像素子位置決め部）８８ｂを構成する第１〜第３基準面ＳＦ１〜ＳＦ３は、いずれも平面形状であるものとしているが、例えば一部を突起形状としてもよい。例えば図１０（Ａ）に示す例では、ｙ方向についての位置決めの基準となる平面に代えて、当該箇所に第３基準突起部ＴＰ３，ＴＰ３を設けている。図示の例では、平面に相当する面の両端の２箇所に設けて第３基準面ＳＦ３を設定している。この場合、治具等で矢印Ｙ１の方向について押し込むことによるｙ方向についての位置決めにおける誤差を、第３基準突起部ＴＰ３，ＴＰ３によりゼロにするあるいはゼロに近づけることが可能になる。

さらに、例えば図１０（Ｂ）に示すように、ｘ方向についての位置決めについても突起形状としてもよい。すなわち、ｘ方向についての位置決めの基準となる平面に代えて、当該箇所に第２基準突起部ＴＰ２，ＴＰ２を設けている。図示の例では、平面に相当する面（片側の面）の両端の２箇所に設けて第２基準面ＳＦ２を設定している。この場合、治具等で矢印Ｘ１の方向及び矢印Ｙ１の方向あるいはこれら双方の方向の成分を含む方向押し込むことによるｘ方向及びｙ方向についての位置決めにおける誤差を、第２基準突起部ＴＰ２，ＴＰ２及び第３基準突起部ＴＰ３，ＴＰ３によりゼロにするあるいはゼロに近づけることが可能になる。

〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

例えば、上記の例では、シリコン基板ＳＳの裏面ＳＳｒの全体が開口ＯＰによって露出した状態となっているものとしているが、裏面の露出については、放熱等が十分であれば、必ずしも裏面ＳＳｒの全体を露出させている必要はなく一部が他の部材によって覆われているものとしてもよい。例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ａ）のＡＡ矢視断面に相当する図１１（Ｂ）において概念的に示すように、ケース部８８においてシリコン基板ＳＳの裏面ＳＳｒの一部に当接する一対の当接部分ＣＰを設けて当接部分ＣＰによってシリコン基板ＳＳを支持固定させる構造とすることも可能である。

また、上記において、放熱部ＤＰの構成について、一例としてシート状の部材を裏面側に直接貼り付けるものとしているが、これに限らず、例えば冷却用のファンやフィン構造、ペルチェ素子を設ける等種々の構造や手段を放熱部ＤＰとして適用することが考えられる。

また、上記では、画像表示装置８０の素子基板をシリコン基板としているが、必要に足りる放熱や位置精度が確保される場合には、石英ガラス等の他の部材を使用することも可能である。

また、上記では、ケース部８８をアルミニウムやマグネシウム等の熱伝導性の高い金属製のものとしているが、画像表示装置８０の放熱や収納位置精度が確保されれば、これ以外の材料（例えば樹脂材料）を適用するものとしてもよい。

また、上記において、画像表示装置８０としては、種々のものを利用可能であり、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。

上記の説明では、第２面Ｓ１２のハーフミラー層を例えば金属反射膜や誘電体多層膜としたが、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。また、第５面Ｓ１５についても、ミラー反射面とする場合のほか、ホログラム素子で構成することも可能である。

上記の説明では、導光部材１０等が眼の並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

上記の説明では、画像光と外界光とを重畳させる態様についてのみ説明しているが、例えば重畳させずに画像光のみにする態様と外界光のみにする態様とを切り替えて観察することができる虚像表示装置において適用してもよい。

また、本願発明の技術を、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させるものとしてもよい。

また、本願発明の技術、すなわち画像表示装置（映像素子）のユニット化において放熱のための構造を有したケーシング（映像素子ユニット構造）を、カメラのファインダーや小型のプロジェクター等の表示装置において利用することも可能である。

なお、以上のような他への応用等の場合において、例えば、表示装置ユニット（映像素子ユニット）について他の光学部品との高精度なアライメントが必要でない場合には、当該アライメントのための取付部（典型的には突起部材（嵌合部）８８ｕ，８８ｖのようなもの）を有しない構成としてもよい。

１０…導光部材、１１…導光部分、１２…導光部分、２０…導光装置、３０…投射レンズ、３９…鏡筒部、５０…光透過部材、８０…画像表示装置（映像素子）、８０ａ…本体部分、８０ｆ…ＦＰＣ部、８０ｋ…発光部、８８…ケース部、８８ａ…放熱構造部、８８ｂ…表示装置位置決め部（映像素子位置決め部）、８８ｍ…マスク部、８８ｓ…接着剤、８８ｕ，８８ｖ…突起部材（取付部）、１００…虚像表示装置、１００Ａ…表示装置、１００Ｂ…表示装置、１０１ａ…光学部材、１０１ａ，１０１ｂ…光学部材、１０１ｂ…光学部材、１０２…フレーム部、１０２ａ…中央部、１０２ｂ…支持体、１０２ｃ，１０２ｄ…周辺部、１０２ｐ…本体部分、１０４…テンプル、１０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、１０５ｄ…外装部材、Ｓ１１‐Ｓ１５…面、Ｓ５１‐Ｓ５３…透過面、ＳＦ１‐ＳＦ３…基準面、ＳＳ…シリコン基板、ＳＳ１‐ＳＳ３…各端面、ＳＳｒ…裏面（露出部分）、ＴＰ２，ＴＰ２…基準突起部、ＴＰ３，ＴＰ３…基準突起部、Ｘ１…矢印、Ｙ１…矢印、ＡＸ…光軸、ＢＰ…接着部、ＤＰ…放熱部、ＤＵ…表示装置ユニット、ＥＡ…表示エリア、ＦＧ…フック治具、ＧＧ…保護ガラス、ＧＬ…映像光、ＪＧ…治具、ＮＳ…のりしろ面、ＯＰ…開口

Claims (14)

1. 映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、
   前記映像素子を収納するケース部と
   を備え、
   前記ケース部は、前記映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部を有する、虚像表示装置。
2. 前記ケース部は、前記放熱構造部において前記映像素子の一部を開放させる開口を形成する一部材構成である、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記映像素子は、前記発光部を構成する有機ＥＬ素子を、シリコン基板上に形成し、
   前記ケース部において、前記放熱構造部は、前記シリコン基板の裏面を開放して放熱する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記映像素子は、前記シリコン基板の裏面以外の端面において、前記ケース部に対して当接して位置決めされている、請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記ケース部は、前記映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、前記映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記映像素子位置決め部は、平面形状又は突起形状を有する、請求項５に記載の虚像表示装置。
7. 前記映像素子のうち前記放熱構造部により開放された露出部分を放熱する放熱部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記放熱部は、前記露出部分に貼り付けられる熱伝導テープである、請求項７に記載の虚像表示装置。
9. 前記ケース部は、金属製である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記ケース部は、前記映像素子のうち映像光を射出する側の面の一部を覆うマスク部と、他の光学部品に対する取り付けアライメントを行うための取付部とを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 高熱伝導性シリコーン系接着剤又は熱伝導性エポキシ接着剤により形成され、前記映像素子と前記ケース部とを固着させる接着部を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
12. 複数面での全反射により前記映像素子からの映像光を導光させる導光部材と、
    前記映像素子からの映像光を前記導光部材に入射させる投射光学系と
    をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、
    前記映像素子を収納するケース部と
    を備え、
    前記ケース部は、前記映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、前記映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、前記映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する、映像素子ユニット。
14. 映像光を生じさせる発光部を含む映像素子と、前記映像素子を収納するケース部とを備え、前記ケース部は、前記映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて放熱する放熱構造部と、前記映像素子を開放させる箇所以外の箇所に当接して、前記映像素子の収納位置を定める映像素子位置決め部とを有する映像素子ユニットの製造方法であって、
    前記ケース部の前記映像素子位置決め部において前記映像素子を固着させるための接着剤を塗布し、
    前記放熱構造部において前記映像素子を開放させた状態としつつ、前記映像素子と前記ケース部とを位置合わせして前記接着剤により固着させる、映像素子ユニットの製造方法。

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