JP2018054979A - Virtual image display device and method for manufacturing image element unit - Google Patents
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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及び映像素子ユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a virtual image display device that presents an image formed by an image display element or the like to an observer and a method for manufacturing a video element unit.
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。
2. Description of the Related Art As a virtual image display device such as a head mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) that is mounted on an observer's head, a device that applies a liquid crystal display panel to an image display element (video element) is known (for example, a patent).
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。 On the other hand, in order to meet the demand for further miniaturization, it is conceivable to apply a self-luminous image element that does not require a separate light source.
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。 However, for example, a self-luminous image element such as an organic EL (OLED) panel has a structure in which a light emitting source is provided inside the panel substrate and a driver IC for driving and a power supply element are incorporated. Tends to rise. In particular, in the case of organic EL, it can be considered that the performance deterioration and the shortening of the life due to the increase of the internal temperature become remarkable as the characteristics.
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。 The present invention relates to a virtual image display device and a video element unit that have a self-luminous video element and can reduce the size and weight of the entire apparatus while maintaining the performance of the video element and forming a good image. It aims to provide a method.
本発明に係る第1の虚像表示装置は、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。 A first virtual image display device according to the present invention includes a video device including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video device, and the case unit is a side of the video device that emits video light. A heat dissipation structure that radiates heat by opening the opposite side is provided.
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。 In the virtual image display device, the image element is a self-luminous element including a light emitting unit that generates image light, and does not require a separate light source. The overall weight and size can be reduced. Furthermore, the case part has a heat dissipation structure part that releases a part of the image element to dissipate heat, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element and accompanying an increase in the internal temperature even if the image element is a self-luminous type It is possible to avoid the deterioration of performance and the life shortening and to form a good image.
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。 In a specific aspect of the present invention, the case portion has a one-member configuration that forms an opening that opens a part of the image element in the heat dissipation structure portion. In this case, by providing a one-member configuration in which the opening is provided to ensure heat dissipation of the video device, the configuration of the video device and its surroundings can be made simple and compact while maintaining necessary functions.
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。 In another aspect of the present invention, the video element forms an organic EL element constituting a light emitting part on a silicon substrate, and in the case part, the heat dissipation structure part radiates heat by opening the back surface of the silicon substrate. In this case, efficient heat dissipation is possible from the back surface of the silicon substrate. When opening the back surface of the silicon substrate, for example, when the entire back surface is exposed, a part of the back surface is exposed and the other part is in contact with another member (for example, a case) A part of the portion may be in contact with the back surface to support and fix the silicon substrate).
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。 In still another aspect of the present invention, the video device is positioned in contact with the case portion at an end surface other than the back surface of the silicon substrate. In this case, by using the dicing accuracy in forming the end surface of the silicon substrate, positioning with high accuracy becomes possible, and in the assembly of the image element to other members, the adjustment range can be suppressed, and the overall size of the apparatus can be reduced. Can be achieved.
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。 In still another aspect of the present invention, the case portion has a video element positioning portion that contacts a location other than the location where the video device is opened to determine a storage position of the video device. In this case, highly accurate positioning can be performed while ensuring heat dissipation of the image element.
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。 In still another aspect of the present invention, the image element positioning portion has a planar shape or a protrusion shape. In this case, for example, in the manufacturing process, the position of the image element can be aligned by abutting the image element positioning portion having a planar shape or a protrusion shape.
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。 In still another aspect of the present invention, the image display device further includes a heat radiating portion that radiates heat from an exposed portion opened by the heat radiating structure portion of the video device. In this case, the heat radiation part can further promote the heat radiation of the exposed portion.
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。 In still another aspect of the present invention, the heat radiating portion is a heat conductive tape attached to the exposed portion. In this case, it is possible to dissipate heat from the back surface of the silicon substrate to any location where the heat conductive tape is attached.
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。 In still another aspect of the present invention, the case portion is made of metal. In this case, heat dissipation at the case portion can be enhanced.
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。 In still another aspect of the present invention, the case portion includes a mask portion that covers a part of the image element emitting surface of the image element, and an attachment portion that performs attachment alignment with other optical components. . In this case, the case portion has a mask function for blocking unnecessary light and an alignment function at the time of attachment to other optical components.
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。 In still another aspect of the present invention, it has an adhesive portion that is formed of a high thermal conductive silicone adhesive or a thermal conductive epoxy adhesive and fixes the video device and the case portion. In this case, it is possible to improve heat dissipation at the bonding portion that connects the image element and the case portion.
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。 In yet another aspect of the present invention, a light guide member that guides image light from the image element by total reflection on a plurality of surfaces, and a projection optical system that causes the image light from the image element to enter the light guide member are further provided. Prepare. In this case, the image light from the image element can be guided to the eyes of the observer by the light guide member and the projection optical system.
本発明に係る第1の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。 A first video device unit according to the present invention includes a video device including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video device, and the case unit is a side of the video device that emits video light. A heat dissipating structure portion that releases heat by opening the opposite side, and a video element positioning portion that contacts a location other than the location where the video device is opened to determine a storage position of the video device.
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。 In the above-described image element unit, the image element is a self-luminous element including a light emitting unit that generates image light, and does not require a separate light source. The element unit can be reduced in weight and size, and the case part has a heat radiation structure part that releases heat by releasing a part of the image element, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element. Even if it is a self-luminous type, it is possible to avoid performance deterioration and shortening of the life due to an increase in internal temperature and to form a good image.
本発明に係る第1の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。 A first image element unit manufacturing method according to the present invention includes an image element including a light emitting unit that generates image light, and a case unit that houses the image element, and the case unit receives image light from the image element. Manufacture of an image element unit having a heat dissipating structure part for releasing heat by opening the opposite side of the emitting side, and an image element positioning part for contacting the part other than the part for opening the image element to determine the storage position of the image element The method is to apply an adhesive for fixing the image element in the image element positioning part of the case part, and align the image element and the case part while leaving the image element open in the heat dissipation structure part. And fix with an adhesive.
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。 In the manufacturing method of the image element unit described above, in the manufacture of a self-luminous image element unit capable of forming a good image while avoiding performance deterioration and shortening of the life due to an increase in internal temperature while achieving reduction in weight and size. Simple and reliable assembly can be performed while ensuring high heat dissipation in the heat dissipation structure.
本発明に係る第2の虚像表示装置は、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、映像素子に接して発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有する。 A second virtual image display device according to the present invention includes a video element including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video element, and the case unit is in contact with the video element and heats the light emitting unit. It has a heat conductive member to conduct.
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に接して発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有することで、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。 In the virtual image display device, the image element is a self-luminous element including a light emitting unit that generates image light, and does not require a separate light source. The overall weight and size can be reduced. Furthermore, the case part has a heat conductive member that conducts heat of the light emitting part in contact with the image element, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element, and an increase in the internal temperature even if the image element is a self-luminous type Therefore, it is possible to avoid the performance deterioration and the life shortening accompanying this, and to form a good image.
本発明の具体的な側面では、ケース部において、熱伝導性部材は、金属、フィラー入り樹脂、グラフェン部材またはヒートパイプで構成されている。この場合、熱伝導性部材を熱伝導性の高いもので構成することができるので、放熱効果を高めることができる。 In a specific aspect of the present invention, in the case portion, the heat conductive member is made of a metal, a resin containing filler, a graphene member, or a heat pipe. In this case, since a heat conductive member can be comprised with a thing with high heat conductivity, the heat dissipation effect can be improved.
本発明の別の側面では、ケース部は、アルミニウム、チタン、銅、ステンレス鋼、グラフェン部材またはヒートパイプで構成されている。この場合、ケース部を熱伝導性の高い金属で構成することで、ケース部全体での放熱効果を高くできる。 In another aspect of the present invention, the case portion is made of aluminum, titanium, copper, stainless steel, a graphene member, or a heat pipe. In this case, the case part is made of a metal having high thermal conductivity, so that the heat dissipation effect in the entire case part can be enhanced.
本発明のさらに別の側面では、ケース部において、熱伝導性部材は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側に接している。この場合、典型的には、映像光を射出する光射出面の反対側の面全体を熱伝導性部材によって放熱(冷却)することができる。 In still another aspect of the present invention, in the case portion, the heat conductive member is in contact with the opposite side of the image element to the image light emitting side. In this case, typically, the entire surface opposite to the light emitting surface for emitting the image light can be radiated (cooled) by the heat conductive member.
本発明のさらに別の側面では、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、ケース部は、シリコン基板を当接させ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。 In still another aspect of the present invention, the video device includes an organic EL device that forms a light emitting unit on a silicon substrate, and the case unit determines a storage position of the video device by contacting the silicon substrate. It has a positioning part. In this case, highly accurate positioning can be performed while ensuring heat dissipation of the image element.
本発明のさらに別の側面では、映像素子のうち映像光を射出する側に設けられて映像素子の光射出領域の周囲を覆うマスク部をさらに備え、ケース部は、マスク部を当接させてマスク部の位置を定めるマスク位置決め部を有する。この場合、不要光を遮断するマスク部を高精度に取り付けできる。 In still another aspect of the present invention, the image display device further includes a mask portion that is provided on the image light emitting side of the image device and covers the periphery of the light emission region of the image device, and the case portion is configured to contact the mask portion. A mask positioning part for determining the position of the mask part is provided. In this case, the mask portion that blocks unnecessary light can be attached with high accuracy.
本発明のさらに別の側面では、ケース部において、熱伝導性部材は、他の光学部材との接続部に設けられる。この場合、接続部を介して他の光学部材側へ熱を逃がすことができる。 In still another aspect of the present invention, in the case portion, the heat conductive member is provided at a connection portion with another optical member. In this case, heat can be released to the other optical member side through the connecting portion.
本発明のさらに別の側面では、熱伝導性部材は、映像素子から射出された光を投射する投射光学系を収納する鏡筒部との接続部に設けられる。この場合、鏡筒部へ熱を逃がすことができる。 In still another aspect of the present invention, the heat conductive member is provided at a connection portion with a lens barrel portion that houses a projection optical system that projects light emitted from the image element. In this case, heat can be released to the lens barrel.
本発明のさらに別の側面では、ケース部は、熱伝導性部材として、フィン構造部を有する。この場合、フィン構造部において効率的に放熱を行うことができる。 In still another aspect of the present invention, the case portion has a fin structure portion as a heat conductive member. In this case, heat can be efficiently radiated in the fin structure.
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、発光部を含む本体部分から接続されて延びるFPC部を有し、FPC部は、発光部の熱を伝導させる熱伝導性物質を含む。この場合、FPC部において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。 In still another aspect of the present invention, the video device has an FPC portion connected and extending from a main body portion including a light emitting portion, and the FPC portion includes a heat conductive material that conducts heat of the light emitting portion. In this case, an increase in the internal temperature of the video device is suppressed in the FPC section, and even when the video device is a self-luminous type, performance deterioration and shortening of the life due to the increase in the internal temperature are avoided, and favorable image formation is possible.
本発明のさらに別の側面では、左右一対で構成される映像素子からの映像光をそれぞれ導光させる左右一対の導光部材と、一対の導光部材を支持する金属製のフレーム部と、フレーム部に沿って接触して設けられ、左右一対で構成される映像素子に対して信号送信を行うケーブル部とをさらに備える。この場合、映像素子からの熱を、ケーブル部を介してフレーム部へと伝導させることで、放熱を行うことが可能になる。 In still another aspect of the present invention, a pair of left and right light guide members for guiding image light from a pair of left and right image elements, a metal frame portion supporting the pair of light guide members, and a frame And a cable portion that is provided in contact with each other and that transmits a signal to a pair of left and right video elements. In this case, heat can be radiated by conducting heat from the image element to the frame portion via the cable portion.
本発明のさらに別の側面では、ケース部及び映像素子に対して外気を通すための流路を形成する外気流路形成部をさらに有する。この場合、外気を通すことによっても、放熱を促進できる。 In still another aspect of the present invention, the apparatus further includes an outside air flow path forming portion that forms a flow path for allowing outside air to pass through the case portion and the image element. In this case, heat radiation can also be promoted by passing outside air.
本発明に係る第2の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、映像素子に接して発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有する。 A second video device unit according to the present invention includes a video device including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video device, and the case unit is in contact with the video device and heats the light emitting unit. It has a heat conductive member to conduct.
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に接して発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有することで、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。 In the image element unit, the image element is a self-luminous element including a light emitting unit that generates image light and does not require a separate light source. The overall weight and size can be reduced. Furthermore, the case part has a heat conductive member that conducts heat of the light emitting part in contact with the image element, thereby suppressing an increase in the internal temperature of the image element. Even if the image element is a self-luminous type, the internal temperature rises Therefore, it is possible to avoid the performance deterioration and the life shortening accompanying this, and to form a good image.
本発明に係る第2の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、映像素子に接して発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有する映像素子ユニットの製造方法であって、熱伝導性部材の映像素子との接触箇所において映像素子を固着させるための接着剤を塗布し、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。 A second method for manufacturing a video element unit according to the present invention includes a video element including a light emitting unit that generates video light, and a case unit that houses the video element, and the case unit is in contact with the video element and the light emitting unit. A method of manufacturing an image element unit having a heat conductive member that conducts heat of the image, wherein an adhesive for fixing the image element is applied at a contact portion of the heat conductive member with the image element, and the image element and the case The parts are aligned and fixed with an adhesive.
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、ケース部を構成する熱伝導性部材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。 In the manufacturing method of the image element unit described above, in the manufacture of a self-luminous image element unit capable of forming a good image while avoiding performance deterioration and shortening of the life due to an increase in internal temperature while achieving reduction in weight and size. Simple and reliable assembly can be performed while ensuring high heat dissipation in the heat conductive member constituting the case portion.
〔第1実施形態〕
以下、図1等を参照しつつ、本発明の第1実施形態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。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of a virtual image display device incorporating a display device unit, which is a video element unit according to the first embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to FIG. 1 and the like.
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。
As shown in FIG. 1, the virtual
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。
The
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。
The
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。
The
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。
A
以下、図2等を参照して、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。
Hereinafter, an example of the structure for guiding the image light by the virtual
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。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。
The
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、図3に示すように、鏡筒部39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。
The
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、図2に示すように、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。なお、図3に示すように、鏡筒部39に投射レンズ30と導光装置20とを取り付けて一体のユニット化された部品を光学表示ユニットLUと呼ぶこととする。
As described above, the
図2に戻って、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。
Returning to FIG. 2, the
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。
Hereinafter, the optical path of the image light (here, image light GL) will be schematically described with reference to FIG. The
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。
As described above, the
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。
As described above, the
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。
The above configuration is the same in the
以下、図4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4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4及び図5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。
Hereinafter, with reference to FIG. 4 and the like, the display device unit DU which is a video device unit including the image display device (video device) 80 will be described. FIG. 4 is a perspective view showing how the display unit DU is assembled to the projection lens 30 (lens barrel portion 39). Note that, in the
図4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5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。
As shown in FIG. 4, the display device unit DU is configured by housing an image display device (video element) 80 in a
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。 Here, when the so-called self-luminous image display device (video element) 80 as described above is applied to the HMD to form a high-luminance image, the panel substrate has a light-emitting source and further driven. For example, a built-in driver IC or power supply element. For this reason, a rise in internal temperature tends to be a problem. In particular, when an organic EL (OLED) panel is applied to the panel portion of the image display device (video element) 80 as in the present embodiment, there is a possibility that performance deterioration and shortening of the life due to increase in internal temperature may be significant as its characteristics. is there.
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5参照)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。
In the present embodiment, in order to cope with the above problem, a part of the silicon substrate SS constituting the
以下、図6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。
Hereinafter, with reference to FIG. 6 and the like, details of the structure of the display device unit (video element unit) DU, the
まず、図6(A)、6(B)、7(A)〜7(C)、図8(A)及び8(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8(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。
First, referring to FIGS. 6 (A), 6 (B), 7 (A) to 7 (C), FIGS. 8 (A) and 8 (B), the
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。
Here, in the present embodiment, with respect to the configuration of the
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8(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4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。
Next, the structure of the
例えば図7(C)や図8(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8(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。
For example, as shown in FIG. 7C and FIG. 8B, in the
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9(A)及び9(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。
Further, in the
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。
As described above, the
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4や図5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4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。
Further, the
以下、図10(A)〜10(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。
Hereinafter, with reference to FIGS. 10A to 10E, an example of a manufacturing process of the display device unit DU, which is also a process of manufacturing the virtual
まず、図10(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。
First, as shown in FIG. 10A, in the
次に、図10(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9(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)。
Next, as shown in FIG. 10B, the
次に、図10(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9(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10(B)から10(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。
Next, as shown in FIG. 10C, by pushing the
第1〜第3位置決め工程の後、図10(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10(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。
After the first to third positioning steps, as shown in FIG. 10 (D), the positional relationship between the
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。
As described above, in the virtual
以下、図11(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11(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。 Hereinafter, a virtual image display device according to a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the above embodiment, the first to third reference surfaces SF1 to SF3 constituting the display device positioning portion (video element positioning portion) 88b are all flat, but for example, a part may be a protrusion shape. Good. For example, in the example shown in FIG. 11A, the third reference protrusions TP3 and TP3 are provided at the corresponding place instead of the plane serving as a positioning reference in the y direction. In the example shown in the figure, the third reference plane SF3 is set at two positions on both ends of the plane corresponding to the plane. In this case, an error in positioning in the y direction caused by pressing in the direction of the arrow Y1 with a jig or the like can be made zero or close to zero by the third reference protrusions TP3 and TP3.
さらに、例えば図11(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。 Furthermore, for example, as shown in FIG. 11B, positioning in the x direction may be a protrusion shape. That is, in place of the plane serving as a positioning reference in the x direction, the second reference protrusions TP2 and TP2 are provided at the locations. In the example shown in the figure, the second reference surface SF2 is set by providing it at two locations on both ends of a surface corresponding to a flat surface (one surface). In this case, an error in positioning in the x direction and the y direction caused by pushing the direction including the components in the direction of the arrow X1 and the direction of the arrow Y1 or both of them with a jig or the like is expressed as the second reference protrusions TP2, TP2, and The third reference protrusions TP3 and TP3 can be made zero or close to zero.
以上第1実施形態に即して本発明を説明したが、本実施形態は、上記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。 Although the present invention has been described based on the first embodiment, the present embodiment is not limited to the above, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
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12(A)及び図12(A)のAA矢視断面に相当する図12(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。
For example, in the above example, the entire back surface SSr of the silicon substrate SS is exposed by the opening OP. However, the exposure of the back surface is not necessarily limited to the entire back surface SSr as long as heat dissipation or the like is sufficient. Need not be exposed, and a part thereof may be covered with another member. For example, as conceptually shown in FIG. 12 (B) corresponding to the cross section taken along the line AA in FIGS. 12 (A) and 12 (A), the
〔第2実施形態〕
以下、図13等を参照して、第2実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第2実施形態に係る虚像表示装置は、第1実施形態の虚像表示装置を一部変更したものであり、表示装置ユニットDUの構造を除く、他の構成については、同様であるので、特に全体構成に関しては、例えば第1実施形態における図1〜3を援用するものとする。本実施形態では、シリコン基板SSの裏面SSrを覆う構造となっている点において、第1実施形態とは異なっている。従って、全体構成等の説明については省略し、以下、図13等を参照して、画像表示装置(映像素子)80や画像表示装置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。図13(A)は、表示装置ユニットDUの一の斜視図(正面側を含む斜視図)であり、図13(B)は、別の斜視図(背面側を含む斜視図)であり、図13(C)は、側断面図である。また、図14(A)は、表示装置ユニットDUに組み込まれる画像表示装置(映像素子)80の斜視図であり、図14(B)は、画像表示装置80の側面図である。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。
[Second Embodiment]
The virtual image display device according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. Note that the virtual image display device according to the second embodiment is a partial modification of the virtual image display device of the first embodiment, and the other configurations are the same except for the structure of the display device unit DU. In particular, regarding the overall configuration, for example, FIGS. 1 to 3 in the first embodiment are used. This embodiment is different from the first embodiment in that the structure covers the back surface SSr of the silicon substrate SS. Accordingly, description of the overall configuration and the like will be omitted, and the display device unit DU, which is a video device unit including the image display device (video device) 80 and the
図13(A)から図13(C)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(ケース部材)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、画像表示装置80のうち映像光を射出する側の反対側(背面側)に接して設けられる板状部88p等を熱伝導性部材88hとして有していることにより、画像表示装置80を支持・固定しつつ放熱を促すものとなっている。なお、熱伝導性部材88h(板状部88p)の背面側の部分に、例えばグラファイトシート等で構成される熱伝導テープを直接貼り付けて構成される放熱部(第1実施形態に示した図4や後述する図21等の放熱部DP参照)をさらに設けることで、画像表示装置80の放熱を促進させるものとしてもよい。
As shown in FIGS. 13A to 13C, the display unit DU is configured as a unit (module) by storing an image display device (video element) 80 in a case portion (case member) 88. It is composed. In other words, the
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。 Here, when the so-called self-luminous image display device (video element) 80 as described above is applied to the HMD to form a high-luminance image, the panel substrate has a light-emitting source and further driven. For example, a built-in driver IC or power supply element. For this reason, a rise in internal temperature tends to be a problem. In particular, when an organic EL (OLED) panel is applied to the panel portion of the image display device (video element) 80 as in the present embodiment, there is a possibility that performance deterioration and shortening of the life due to increase in internal temperature may be significant as its characteristics. is there.
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の熱伝導性部材88hを、画像表示装置80に面的に接触させた状態とすることで、効率的な放熱を可能としている。また、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。
In the present embodiment, in order to cope with the above problem, in the structure of the display device unit (video element unit) DU, in particular, the state in which the heat
以下、図13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。
Hereinafter, with reference to FIG. 13 and the like, details of the structure of the display device unit (video element unit) DU, the
まず、図13(A)〜13(C)及び図14(A)、14(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、各図(特に図13(C)の側断面図)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。
First, referring to FIGS. 13 (A) to 13 (C) and FIGS. 14 (A) and 14 (B), the
ここで、本実施形態では、特に、画像表示装置80において、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(第1端面SS1)や側面(第2及び第3端面SS2,SS3)の全体がケース部88の当接面において、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等の高熱伝導接着剤によって形成される高熱伝導性接着部BDによって面全体に密着した状態で固着されている。言い換えると、裏面SSr等が接して固着されるべき部分(固着部分)となっている。
Here, in the present embodiment, in particular, in the
また、本実施形態では、既述のように、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、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、さらには、光学表示ユニットLU)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。
In the present embodiment, as described above, with respect to the configuration of the
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13(A)〜13(C)に示すように、ケース部88は、例えばアルミニウム、チタン、銅、ステンレス鋼、グラフェン部材、ヒートパイプ等で構成されている、あるいはマグネシウム等で構成されている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。特に、ケース部88をアルミニウム、チタン、銅、ステンレス鋼、グラフェン部材、ヒートパイプ等で構成した場合、ケース部88は、熱伝導性の高いものとなる。上記の他、ケース部88は、例えば少なくとも熱伝導性部材88hとなるべき部分を金属やフィラー入り樹脂、グラフェン部材、ヒートパイプ等で構成することで、熱伝導性の高いものとしてもよい。ここでは、上記のように一体的形状のケース部88は、平板状の部分である板状部88pと、枠体構造状の部分である枠状部88fと、突起状の部分である突起部材(嵌合部)88u,88vとで構成されている。
Next, the structure of the
板状部88pは、ケース部88のうち、背面側の面状部分を形成する矩形状の平板状の部分を形成し、画像表示装置80の背面に接着して画像表示装置80を支持固定する。すなわち、板状部88pは、画像表示装置80のシリコン基板SSの裏面SSr(第1端面SS1とも呼ぶ。)を当接させて画像表示装置80の収納位置を定める映像素子位置決め部としても機能する。
The plate-
枠状部88fは、ケース部88のうち、板状部88pの周辺側において、組付け時に画像表示装置80が差し込まれる側(+y側)が開放されたU字形状の縁部分を形成し、画像表示装置80の側面すなわちシリコン基板SSの側面(第2及び第3端面SS2,SS3とも呼ぶ。)に接着して画像表示装置80を支持固定する。すなわち、枠状部88fは、画像表示装置80のシリコン基板SSを当接させて画像表示装置80の収納位置を定める映像素子位置決め部としても機能する。
The frame-shaped
突起部材(嵌合部)88u,88vは、鏡筒部39(図3等参照)に対する取付アライメントを行うための取付部である。 The protruding members (fitting portions) 88u and 88v are attachment portions for performing attachment alignment with the lens barrel portion 39 (see FIG. 3 and the like).
また、ケース部88は、画像表示装置80の一部と接して画像表示装置80において発生する熱を伝導させる熱伝導性部材88h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)88tとを有するものと考えることもできる。上記のように、ケース部88が金属製の一部材構成である場合、板状部88p、枠状部88f及び突起部材(嵌合部)88u,88vの全てにおいて熱伝導性が高いものとなり、これらが熱伝導性部材88hとして機能するものとなり得る。特に、図示の例では、板状部88pや枠状部88fの表面部分が画像表示装置80に直接的に接して発光部の熱を伝導させるため、熱伝導性部材88hの主要部分として機能していると言える。中でも、板状部88pは、画像表示装置80との接触箇所が相対的に最も大きくなっており、画像表示装置80において発生する熱の伝導(放熱)に大きく貢献すると考えられる。なお、突起部材88u,88vは、板状部88pや枠状部88fからの熱をさらに伝導させることで熱伝導性部材88hとして機能し得る。
The
また、ケース部88のうち、板状部88p及び枠状部88fの表面部分の一部は、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)88tとしても機能する。具体的には、図13(A)及び図13(C)に示すように、板状部88p及び枠状部88fの表面部分のうち、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(z方向に垂直な平面)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(x方向に垂直な平面)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(y方向に垂直な平面)とによって、表示装置位置決め部88tが構成される。これらの基準面SF1〜SF3は、矩形の板状であるシリコン基板SSの端面のうち裏面SSrである第1端面SS1のほか、端面SS1の側方に形成される側面である第2及び第3端面SS2,SS3とそれぞれ当接することで、高精度な位置決めがなされるものとなっている。
In addition, part of the surface portions of the plate-
ケース部88は、以上のように、嵌合及び接着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もある。具体的には、ケース部88は、当該アライメント部分として、一対の突起部材(嵌合部)88u,88uと一対の突起部材(嵌合部)88v,88vとを有している。
As described above, the
なお、図13(A)〜13(C)に示すように、これらの突起部材88u,88u,88v,88vについては、画像表示装置80とケース部88との組付け時に画像表示装置80が差し込まれる側(+y側)となる一対の突起部材88v,88vが、画像表示装置80の突き当り側となるもう一方の一対の突起部材88u,88uと比較して縦長(y方向に長くx方向に短い)となる断面形状を有している。これにより、ケース部88をできるだけ小さくさせつつ画像表示装置80の組み付けを可能にしている。
As shown in FIGS. 13A to 13C, the
また、他の光学部材(鏡筒部39)に嵌合するための嵌合部であるこれらの突起部材88u,88vは、例えば投射レンズ(投射光学系)30の鏡筒部39の後端部を挟むように後端部と緩く嵌合し、ケース部88を鏡筒部39に固定する。この場合、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に固定される。これにより、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。
Further, these projecting
ここで、以上に加えて、画像表示装置80そのものにおいても、内部で発生した熱を放熱するための構造を設けることが考えられる。例えば、上述したような構造の画像表示装置80において、FPC部80fについて、発光部80kの熱を伝導させる熱伝導性物質を含むもので構成させることで、FPC部80fを介して放熱を行うことが考えられる。すなわち、画像表示装置80の本体部分80aから延びるFPC部80fが熱伝導部として機能させるものとしてもよい。
Here, in addition to the above, it is conceivable to provide the
以下、図15(A)〜15(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(図15(A)及び15(B))さらには表示装置ユニットDUと鏡筒部39との組付工程の一例(図15(C)〜15(E))について説明する。なお、図15(A)及び15(B)では、説明のため、表示装置ユニットDUを側断面図で示し、図15(C)〜15(E)では、側面図で示している。
Hereinafter, with reference to FIGS. 15A to 15E, an example of a manufacturing process of the display unit DU, which is also a process of manufacturing the virtual image display device 100 (FIGS. 15A and 15B). Furthermore, an example (FIGS. 15C to 15E) of assembling steps of the display unit DU and the
まず、図15(A)に示すように、ケース部88の板状部88p及び枠状部88fのうち、z,y、xの各方向についての位置決めの基準となる第1〜第3基準面SF1〜SF3に高熱伝導性接着部BDとなるべき接着剤88sを塗布する(接着剤塗布工程)。接着剤88sとしては、既述のように、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。
First, as shown in FIG. 15A, the first to third reference planes that serve as positioning references for the z, y, and x directions of the plate-
次に、図15(B)において矢印A1で示すように、ケース部88を構成するU字形状の枠状部88fにおいて開放されている+y側から、画像表示装置80を差し込み、接着剤88sが塗布された基準面SF1〜SF3に画像表示装置80のシリコン基板SSの各端面SS1〜SS3を当接させることで位置決めし(位置決め工程)、接着剤88sを硬化させることで、接着固定させる(接着固定工程)。以上により、表示装置ユニットDUが作製される(表示装置ユニットの作製工程)。
Next, as indicated by an arrow A1 in FIG. 15B, the
次に、図15(C)に示すように、作製された表示装置ユニットDUに加え、表示装置ユニットDUに組み付ける対象たる鏡筒部39を準備する(準備工程)。例えば、鏡筒部39が固定されており、ケース部88が鏡筒部39に対して、6軸方向に位置調整可能であるようにそれぞれ治具(図示略)に取り付けられているものとする。また、鏡筒部39のうちケース部88の突起部材(嵌合部)88u,88vとの接続部である各溝部分39wには接着剤AHを充填しておくものとする。この状態から、図15(D)に示すように、ケース部88を適宜移動させて、接着剤AHが充填された各溝部分39wに対応する各突起部材88u,88vを差し込みつつ、上下左右前後の3方向に加え3方向の回転軸に関するアライメント(6軸アライメント)を行う(アライメント工程)。最後に、必要に応じて他の部品の組付けや接合箇所やその周辺のゴミの除去等を行った上で、図15(E)に示すように、テープ状のシール部材SLでケース部88と鏡筒部39との間の空隙をシールする(シール工程)。以上において、例えばシール部材SLに高い熱伝導性をもたせる(シール部材SLを高熱伝導性の物質で構成する)ことも考えられる。また、以上のようにして作製された場合、ケース部88において他の光学部材(鏡筒部39)との接続部である突起部材88u,88vは、熱伝導性部材88hとしても機能しており、突起部材88u,88vを介して他の光学部材側へ熱を逃がすこともできる(詳しい一例について、図17等を参照して説明する)。
Next, as shown in FIG. 15C, in addition to the manufactured display device unit DU, a
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に接して発光部80kの熱を伝導させる熱伝導性部材88h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。
As described above, in the virtual
〔第3実施形態〕
以下、図16を参照して、第3実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第3実施形態に係る虚像表示装置は、第2実施形態の虚像表示装置を一部変更したものであり、図16は、図13(A)に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置に組み込まれる表示装置ユニットDUの一例を示す図である。また、特に説明しない部分は、第2実施形態と同様であるため、虚像表示装置の全体については、図示や説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the virtual image display device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The virtual image display device according to the third embodiment is a partial modification of the virtual image display device according to the second embodiment. FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. It is a figure which shows an example of the display apparatus unit DU integrated in the virtual image display apparatus which concerns. In addition, since the parts that are not particularly described are the same as those in the second embodiment, the illustration and description of the entire virtual image display device are omitted.
図16に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置に組み込まれる表示装置ユニットDUは、ケース部88を構成する熱伝導性部材88hや表示装置位置決め部88t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188mをさらに備えている。言い換えると、ケース部88に遮光マスクを追加した構成としている。第2実施形態に例示した構成のケース部88の場合、板状部88pによって画像表示装置80の裏面側(背面側)を覆う構造としている。このため、ケース部88において、表示側のマスク構造までを1つの部品で実現することは、製造上、困難となることもあり得る。そこで、本実施形態では、遮光マスクとしてのマスク部188mを別部材としてさらに備えた構成としている。
As shown in FIG. 16, the display device unit DU incorporated in the virtual image display device according to the present embodiment emits image light on the opposite side of the heat
マスク部188mは、例えば金属製の枠体フレーム状である本体部分MK1と、本体部分MK1の一部から突出してケース部88とのアライメント(位置決め)を行うための突起部MK2とを有している。マスク部188mは、突起部MK2でのケース部88に対する位置決めにより、本体部分MK1に形成された開口部OP1が適切な位置に配置され、開口部OP1から映像光を射出させつつ不要光を除去(遮光)する。
The
これに対して、ケース部88は、マスク部188mの位置決めを的確に行うために突起部MK2に対応して設けられる遮光位置決め部(マスク位置決め部)MKaを有している。例えば枠状部88fの表面部分に突起部MK2の形状及び位置に対応した溝を形成することで、マスク部188mをケース部88に当接させてマスク部188mの位置を定める遮光位置決め部MKaとして機能させることが考えられる。突起部MK2及び遮光位置決め部MKaを利用することにより、高精度な取付けが可能になる。
On the other hand, the
また、上記のような構成のマスク部188mのほかに、別の遮光テープや遮光シートをケース部88に位置決めして固定する構成とすることも考えられるに。この場合、遮光シート等については、接着剤での固定や両面テープでの固定なども考えられる。
In addition to the
〔第4実施形態〕
以下、図17を参照して、第4実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第4実施形態に係る虚像表示装置は、第2実施形態等の虚像表示装置を一部変更したものであり、図17(A)等に一例を示す本実施形態に係る虚像表示装置に組み込まれる表示装置ユニットDU及び鏡筒部39(あるいは光学表示ユニットLU)は、第2実施形態の虚像表示装置100を構成する表示装置ユニットDU及び鏡筒部39の一変形例である。また、特に説明しない部分は、第2実施形態等と同様であるため、虚像表示装置の全体については、図示や説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, the virtual image display device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Note that the virtual image display device according to the fourth embodiment is a partial modification of the virtual image display device according to the second embodiment, and the virtual image display device according to the present embodiment shown as an example in FIG. The display device unit DU and the lens barrel unit 39 (or the optical display unit LU) to be incorporated are modifications of the display device unit DU and the
図17(A)〜17(C)に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置に組み込まれる表示装置ユニットDUは、鏡筒部39(あるいは光学表示ユニットLU)に対して、より多くの箇所で接触している。これにより、鏡筒部39への熱伝導を可能にし、放熱の効果をより高めている。
As shown in FIGS. 17A to 17C, the display device unit DU incorporated in the virtual image display device according to the present embodiment has a larger number than the lens barrel portion 39 (or the optical display unit LU). Touching at a point. Thereby, heat conduction to the
特に、図示の例では、突起部材(嵌合部)について、一対の突起部材88u,88u及び一対の突起部材88v,88vに加え、さらにもう一対の突起部材88x,88x一対の突起部材88u,88uと一対の突起部材88v,88vとの間に設け、各位置における接着剤AHとして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等の高熱伝導接着剤を適用することにより、熱伝導を高めた状態で、鏡筒部39に組み付けることができる。
In particular, in the illustrated example, in addition to the pair of projecting
上記した各実施形態の他にも、種々の変形例が考えられる。例えば図18(A)及び18(B)に示す一変形例の表示装置ユニットDUのように、ケース部88のうち熱伝導性部材88hとして機能する板状部88pの裏面(背面)にフィン構造部FSを有するものとしてもよい。ここでは、図示のように、フィン構造部FSには、特に上下方向(y方向)A2に沿って流路を形成するように多数のフィンFNが設けられているものとする。表示装置ユニットDUの周辺において空気が熱せられると膨張して軽くなり、上昇する。すると、下方側から新たな空気が入り込むこととなる。この場合、上記のような形状で多数のフィンFNを設けておけば、対流が生じやすくなり、熱交換効率が上がると考えられる。また、例えば上述のような上下方向(y方向)に沿った流路を設けつつ表示装置ユニットDUを他の構成部品と組み合わせるものとしてもよい。また、上述のようなフィンを有する構造に加えて、別途他の放熱構造を設ける、すなわち放熱構造を組み合わせた構成とすることも考えられる。
In addition to the above-described embodiments, various modifications can be considered. For example, like the display unit DU of one modified example shown in FIGS. 18A and 18B, a fin structure is provided on the back surface (back surface) of the plate-shaped
図19は、虚像表示装置についての別の一変形例を説明するための概念的な図である。図示の虚像表示装置200では、左右一対で構成される画像表示装置80,80を含む表示装置ユニットDU,DUからの映像光をそれぞれ導光させる左右一対の導光装置20,20を支持するフレーム部102に沿って設けられるケーブル部であるハーネス部材HPを有している。なお、図示において、画像表示装置80,80を構成するFPC部80f,80fは、画像表示装置80,80から鏡筒部39,39にかけての部分に例えば折り畳むようにして回路基板や接続部等の各部とともにカバー状の外装部材105d(図1参照)内に収納されているものとする。
FIG. 19 is a conceptual diagram for explaining another modification of the virtual image display device. In the illustrated virtual
ハーネス部材HPは、例えば図1に例示するように、表示装置100A,100Bのうち一方から延びて(図1では、表示装置100Bから延びている)、外部に設けられた制御装置等に接続されており、当該制御装置からの映像信号を左右一対で構成される表示装置100A,100Bに対して送信するためのケーブル部であり、装置内部においては、例えば図19に概念的に示すように、ハーネス部材HPは、第1表示装置100A側と第2表示装置100B側とに分かれるケーブルCA,CBを有し、表示装置100A,100Bをそれぞれ構成する画像表示装置80,80に接続されている。各ケーブルCA,CBは、例えば、各画像表示装置80,80のFPC部80f,80fか、又はこれらの端部に設けられた接続用の回路等と繋がっているものとする。つまり、一対の表示部である表示装置100A,100Bを繋ぐように延びている。このうち第1表示装置100A側に延びるケーブルCAは、金属製のフレーム部102に沿って設けられており、フレーム部102に接している。ハーネス部材HPを構成するケーブルCA,CBについては、種々の材料や形状、さらには配置が想定されるが、ここでは、一例として、ケーブルCA,CBは、フラットな形状を有しており、さらに銅箔テープのようなものでシーリングがなされているものとする。このようなものとすれば、ケーブルCA,CBについても熱伝導性の高いものとすることができる。これにより、例えばFPC部80f,80fからの熱についてハーネス部材HPを介してフレーム部102の全体で放熱するといったことが可能になる。また、例えば図示のように、ケーブルCA,CBを画像表示装置80(表示装置ユニットDU)に直接的に接するように配置することで、放熱を補助するようにしてもよい。また、上記のように、ハーネス部材HPを銅箔テープ等でシーリングすることで構成する場合、ハーネス部材HPの一部のみを銅箔テープ等で構成することが考えられる。具体的には、例えば外部に設けられた制御装置等としてのコントローラー(図示略)側から延びるハーネス部材HPのうち、表示装置100A,100B側の中(内部)か、あるいはその近傍において、上記のような銅箔テープ等でハーネス部材HPを構成することが考えられる。これにより、コントローラー側で発生した熱がハーネス部材HPから伝わってしまう、といったおそれが無いようにできる。また、ハーネス部材HPを、コントローラー側まで含めた箇所まで全体的に銅箔テープ等によるシーリングで構成するといった場合には、ハーネス部材HPのうち、コントローラー側と表示装置100A,100B側との間に断熱フィルム等の熱伝導性の低い部材を配置してコントローラー側からの熱を遮断するものとしてもよい。さらに、例えばハーネス部材HPを構成する各ケーブルCA,CBの配線についても種々の態様が考えられる。具体的には、上記図19での例示では、各ケーブルCA,CBが各表示装置100A,100Bに対応して接続される前の部分から分かれている構成としていたが、このほかにも、例えばケーブルは2本に分かれておらず、左右一対の画像表示装置80,80のうち片方の画像表示装置80の内部まで1本のケーブルが延びてきて、当該片方の画像表示装置80の内部でケーブルが分かれて他方の画像表示装置80に向かって延びている、といった態様とすることも考えられる。
For example, as illustrated in FIG. 1, the harness member HP extends from one of the
図20は、虚像表示装置についてのさらに別の一変形例を説明するための図である。図示の虚像表示装置300では、表示装置ユニットDUに対して外気を通すための流路を形成する外気流路形成部HLを有している。より具体的には、図示のように、外気流路形成部HLは、例えば表示装置ユニットDUを収納する外装部材105dのうち前方側に設けられた通気孔FHと、後方側に設けられた通気孔BHとで構成され、通気孔FHから通気孔BHにかけて外気ARが通るように流路を形成する。なお、外気流路形成部HLについては、迷光発生の抑制やごみの進入等を考慮しつつ、図示の例以外にも種々の態様とすることが考えられる。以上のように、外気流路形成部HLを設けて外気を通すことによっても、放熱を促進できる。また、上記のような外気を通す構造を設けるに際して、必要に応じて防水構造を別途設けるものとしてもよい。例えば、空気は通すが水は通さないフィルター部材(PTFEフィルター等)を、流路の口である通気孔FH,BHにそれぞれ設けたり、例えば光学表示ユニットLUを形成する部材等については、流路とは別の空間内に密閉して防水されているようにしたりすることが考えられる。
FIG. 20 is a diagram for explaining another modification of the virtual image display device. The illustrated virtual
さらに、上記のほか、一変形例として図21(A)及び21(B)に内部構造を概念的に示す虚像表示装置400のように、放熱部DPを設けるに際して、さらに、ノイズ対策シートNPを有するものとしてもよい。図21(A)は、虚像表示装置400の平面図を概念的に示し、図21(B)は、虚像表示装置400の側面図を概念的に示している。虚像表示装置400は、画像表示装置80の背面側(裏面側)からフレーム部102にかけて延びる放熱部DPを有している。すなわち、放熱部DPは、熱を逃がす熱伝導部材として機能している。このような放熱部DPを設けた場合に、画像表示装置80を構成する有機ELパネルの回路基板等において微弱な電力等によって電磁波が発生し、これが放熱部DPを介してノイズとなって他の部材に伝わり、影響を与えるといった事態が生じる可能性がある。このような事態を防ぐため、ここでは図示のように、画像表示装置80と放熱部DPとの間にノイズ対策シートNPを設けた構成としている。ノイズ対策シートNPとしては、例えば、シリコンポリマーと磁性金属粉とセラミックとの混合材で構成される電磁波吸収シート等の部材を適用することが考えられ、この場合、熱伝導性を有するとともに、導電性の低いものにできる。以上のように、ノイズ対策シートNPを設けることで、画像表示装置80においてシリコン基板上に構成された有機ELパネルのノイズがシリコン基板と放熱部DP(例えば熱伝導性シート)とを介してフレーム部102に流れ、例えば各表示装置100A,100Bの回路基板等に乗ってしまうといったことを防止できる。また、例えば放熱部DPを、熱伝導性に優れ、電磁波吸収性を有する部材で構成することも考えられる。また、図12に示した場合のほか、例えば図22に示すように、一対のフレーム部材102を左右の導光部材を保持する部分で分けた第1部分102xと第2部分102yとの2部品構成とし、その間にノイズ対策シートNPを設ける構成とすることで、左右の表示装置のノイズが伝導することを防止するといった構成とすることも考えられる。さらに、回路基板やフレキシブルケーブル等に近い部分をノイズ対策シート(電導性の低い部材)で覆ったりする、といった構成も考えられる。
Furthermore, in addition to the above, when providing the heat radiation portion DP as in a virtual
〔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。
[Others]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
上記において、例えば各基準面SF1〜SF3に塗布する高熱伝導性接着部BDとなるべき接着剤88sを接触箇所について全体的に施すものとしているが、部分的に行うものとしてもよい。これにより、例えば各基準面SF1〜SF3において、高熱伝導性接着部BDを介することなく対応する各端面SS1〜SS3に直接接触する箇所が存在するようにして熱伝導性を図るものとしてもよい。また、シリコン基板SSの高い熱伝導性を利用して、ケース部88の熱伝導性部材88hは、もともとシリコン基板SSの各端面SS1〜SS3の全体ではなく一部と接触する構成としてもよい。
In the above description, for example, the adhesive 88s to be the high thermal conductive adhesive portion BD to be applied to each of the reference surfaces SF1 to SF3 is applied to the contact portion as a whole, but may be performed partially. Accordingly, for example, in each of the reference surfaces SF1 to SF3, the thermal conductivity may be achieved so that there is a portion that directly contacts the corresponding end surfaces SS1 to SS3 without using the high thermal conductive adhesive portion BD. Further, by utilizing the high thermal conductivity of the silicon substrate SS, the heat
上記のうち例えば図18において、フィン構造を設けるものとしているが、これに限らず、他の実施形態においてフィン構造を設けるものとしたり、また、例えば冷却用のファンやペルチェ素子を設ける等種々の構造や手段を適用することが考えられる。 For example, in FIG. 18, the fin structure is provided. However, the present invention is not limited to this, and the fin structure may be provided in other embodiments, or a cooling fan or a Peltier element may be provided. It is conceivable to apply structures and means.
また、鏡筒部39等のように、表示装置ユニットDUに直接的又は間接的に接続され熱伝導を行う他の部材についても、例えば金属材料やフィラー入り樹脂材料、グラフェン部材またはヒートパイプ等で構成するものとしてもよい。
Also, other members that are directly or indirectly connected to the display unit DU and conduct heat, such as the
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。
In the above description, the element substrate of the
また、上記では、ケース部88を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(一部に適用する)ものとしてもよい。
In the above description, the
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。
In the above, various types of
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。 In the above description, the half mirror layer on the second surface S12 is, for example, a metal reflection film or a dielectric multilayer film, but can be replaced with a planar or curved hologram element. Further, the fifth surface S15 can also be configured by a hologram element in addition to the case of using a mirror reflecting surface.
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。
In the above description, the
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。 In the above description, only the mode of superimposing the image light and the external light is described, but for example, it is possible to switch between the mode of only the image light without superimposing and the mode of only the external light. You may apply in a virtual image display apparatus.
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。 The technique of the present invention may be applied to a so-called video see-through product including a display and an imaging device.
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。 In addition, the casing (video element unit structure) having a structure for heat dissipation in the technology of the present invention, that is, the unitization of the image display device (video element) is used in a display device such as a camera finder or a small projector. It is also possible.
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。 In the case of other applications as described above, for example, when high-precision alignment with other optical components is not necessary for the display device unit (video element unit), an attachment portion for the alignment It is good also as a structure which does not have (typically like protrusion members (fitting part) 88u and 88v).
A1…矢印、A2…上下方向、AH…接着剤、AR…外気、AX…入射側光軸、BD…高熱伝導性接着部、BH…通気孔、BP…接着部、CA,CB…ケーブル、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、FH…通気孔、FN…フィン、FS…フィン構造部、GG…保護ガラス、GL…映像光、JG…治具、NS…のりしろ面、HL…外気流路形成部、HP…ハーネス部材(ケーブル部)、LU…光学表示ユニット、MK1…本体部分、MK2…突起部、MKa…遮光位置決め部(マスク位置決め部)、NP…ノイズ対策シート、OP…開口、OP1…開口部、S11-S15…面、S51-S53透過面、SF1-SF3…基準面、SL…シール部材、SS…シリコン基板、SS1-SS3…端面、SSr…裏面(露出部分、固着部分)、TP2,TP2…基準突起部、TP3,TP3…基準突起部、X1…矢印、Y1…矢印、10…導光部材、11…第1導光部分、12…第2導光部分、20…導光装置、30…投射レンズ、39…鏡筒部、39w…溝部分、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)、88f…枠状部、88h…熱伝導性部材、88m,188m…マスク部、88p…板状部、88s…接着剤、88t…表示装置位置決め部(映像素子位置決め部)、88u,88v,88x……突起部材(取付部、嵌合部)、100…虚像表示装置、100A…第1表示装置、100B…第2表示装置、101a,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、200…虚像表示装置、300…虚像表示装置、400…虚像表示装置 A1 ... Arrow, A2 ... Vertical direction, AH ... Adhesive, AR ... Outside air, AX ... Incident side optical axis, BD ... High heat conductive adhesive part, BH ... Vent, BP ... Adhesive part, CA, CB ... Cable, DP ... Heat dissipation unit, DU ... Display unit, EA ... Display area, FG ... Hook jig, FH ... Vent, FN ... Fin, FS ... Fin structure, GG ... Protective glass, GL ... Video light, JG ... Jig NS ... extended surface, HL ... outside air flow path forming part, HP ... harness member (cable part), LU ... optical display unit, MK1 ... main body part, MK2 ... projection part, MKa ... light-shielding positioning part (mask positioning part), NP ... Noise suppression sheet, OP ... Opening, OP1 ... Opening, S11-S15 ... Surface, S51-S53 Transmission surface, SF1-SF3 ... Reference surface, SL ... Sealing member, SS ... Silicon substrate, SS1-SS3 ... End surface, SSr ... back surface (exposed portion, fixed portion), TP2, TP2 ... reference projection, TP3, TP3 ... reference projection, X1 ... arrow, Y1 ... arrow, 10 ... light guide member, 11 ... first light guide portion, 12 ... 2nd light guide part, 20 ... light guide device, 30 ... projection lens, 39 ... lens barrel part, 39w ... groove part, 50 ... light transmission member, 80 ... image display device (video element), 80a ... main body part, 80f ... FPC part, 80k ... light emitting part, 88 ... case part, 88a ... heat radiation structure part, 88b ... display device positioning part (video element positioning part), 88f ... frame-like part, 88h ... thermally conductive member, 88m, 188m ... Mask part, 88p ... Plate-like part, 88s ... Adhesive, 88t ... Display device positioning part (video element positioning part), 88u, 88v, 88x ... Projection member (attachment part, fitting part), 100 ... Virtual image display device , 100A ... first display device, 00B ... second display device, 101a, 101b ... optical member, 102 ... frame portion, 102a ... center portion, 102b ... support, 102c, 102d ... peripheral portion, 102p ... main body portion, 104 ... temple, 105a, 105b ... image Forming body part, 105d ... exterior member, 200 ... virtual image display device, 300 ... virtual image display device, 400 ... virtual image display device
Claims (20)
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。 An image element including a light emitting unit for generating image light;
A case portion for storing the video element;
The said case part is a virtual image display apparatus which has the thermal radiation structure part which open | releases the opposite side to the side which inject | emits image light among the said image elements, and radiates heat.
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。 The image element is formed by forming an organic EL element constituting the light emitting unit on a silicon substrate,
3. The virtual image display device according to claim 1, wherein in the case portion, the heat dissipation structure dissipates heat by opening a back surface of the silicon substrate.
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1〜9のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 A light guide member for guiding the image light from the image element by total reflection on a plurality of surfaces;
The virtual image display device according to claim 1, further comprising: a projection optical system that causes video light from the video element to enter the light guide member.
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。 An image element including a light emitting unit for generating image light and a case unit for housing the image element, wherein the case unit radiates heat by opening an opposite side of the image element to the side emitting the image light. A method for manufacturing an image element unit, comprising: a heat dissipation structure; and an image element positioning portion that contacts a position other than a position where the image element is opened to determine a storage position of the image element,
Applying an adhesive for fixing the video element in the video element positioning part of the case part,
A method of manufacturing an image element unit, wherein the image element and the case portion are aligned and fixed with the adhesive while the image element is opened in the heat dissipation structure.
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、前記映像素子に接して前記発光部の熱を伝導させる熱伝導性部材を有する、虚像表示装置。 An image element including a light emitting unit for generating image light;
A case portion for storing the video element;
The virtual image display device, wherein the case unit includes a heat conductive member that is in contact with the video element and conducts heat of the light emitting unit.
前記ケース部は、前記シリコン基板を当接させ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12〜14のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 The image element is formed by forming an organic EL element constituting the light emitting unit on a silicon substrate,
15. The virtual image display device according to claim 12, wherein the case unit includes a video element positioning unit that contacts the silicon substrate to determine a storage position of the video element.
前記ケース部は、前記マスク部を当接させて前記マスク部の位置を定めるマスク位置決め部を有する、請求項12〜16のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 A mask portion that is provided on the image light emitting side of the image element and covers the periphery of the light emitting area of the image element;
The virtual image display device according to any one of claims 12 to 16, wherein the case unit includes a mask positioning unit that abuts the mask unit to determine a position of the mask unit.
前記FPC部は、前記発光部の熱を伝導させる熱伝導性物質を含む、請求項12〜18のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 The video element has an FPC portion connected and extending from a main body portion including the light emitting portion,
The virtual image display device according to claim 12, wherein the FPC unit includes a heat conductive material that conducts heat of the light emitting unit.
前記一対の導光部材を支持する金属製のフレーム部と、
前記フレーム部に沿って接触して設けられ、左右一対で構成される前記映像素子に対して信号送信を行うケーブル部と
をさらに備える、請求項12〜19のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 A pair of left and right light guide members for guiding image light from the image element composed of a pair of left and right respectively;
A metal frame portion that supports the pair of light guide members;
The virtual image display according to any one of claims 12 to 19, further comprising: a cable portion that is provided in contact with the frame portion and transmits a signal to the video element configured by a pair of left and right. apparatus.
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