JP6881535B2 - 画像光生成モジュール及び画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像光生成モジュール及び画像表示装置に関する。
下記特許文献１に、青色光を射出する第１表示ユニットと、緑色光を射出する第２表示ユニットと、赤色光を射出する第３表示ユニットと、各表示ユニットから射出される光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、を備えた画像光生成モジュールが開示されている。この画像光生成モジュールにおいて、各表示ユニットは、液晶パネルと、各色光のバックライトとしての有機ＥＬパネルとを有している。
特開２０００−２７５７３２号公報
近年、上記表示ユニットを有機ＥＬパネルのみで構成することも考えられる。すなわち、各色光を射出する３つの有機ＥＬパネルとダイクロイックプリズムとを用いて白色の合成光を射出する画像光生成モジュールを構成することが考えられる。
しかしながら、一般的に有機ＥＬ素子の寿命特性は、発光材料や素子構成に大きく依存するため、３色の有機ＥＬパネルを使用すると、パネル毎に寿命特性が異なることが想定される。このようにパネル毎に寿命差が生じると色毎の劣化速度に差が出てしまう。すると、画像光生成モジュールから射出される白色光に経時的な劣化に伴う色ズレが生じ、表示画像の品質が低下してしまうという問題がある。
上記の課題を解決するために、本発明の第１態様の画像光生成モジュールは、偏光特性を有していない赤色波長域の第１画像光を射出する第１パネルと、偏光特性を有していない緑色波長域の第２画像光を射出する第２パネルと、偏光特性を有していない青色波長域の第３画像光を射出する第３パネルと、前記第１画像光、前記第２画像光、および前記第３画像光が合成された合成光を射出する色合成プリズムと、を備え、前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルは、複数の画素が設けられた表示領域をそれぞれ有しており、前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルの画素開口率はそれぞれ異なることを特徴とする。
上記画像光表示モジュールにおいて、前記色合成プリズムは前記合成光を射出する射出面を有し、前記射出面を平面視した状態において、前記第１パネルの第１画素から射出された第１画素光と、前記第２パネルの第２画素から射出された第２画素光と、前記第３パネルの第３画素から射出された第３画素光とは、各々の少なくとも一部が重なる構成としてもよい。
上記画像光表示モジュールにおいて、前記色合成プリズムは前記合成光を射出する射出面を有し、前記射出面を平面視した状態において、前記第１パネルの第１画素から射出された第１画素光の前記第１画素の中心を通る第１中心軸と、前記第２パネルの第２画素から射出された第２画素光の前記第２画素の中心を通る第２中心軸と、前記第３パネルの第３画素から射出された第３画素光の前記第３画素の中心を通る第３中心軸とは、互いに一致する構成としてもよい。
上記画像光表示モジュールにおいて、前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルにおける画素ピッチは同一である構成としてもよい。
上記画像光表示モジュールにおいて、前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルは有機ＥＬパネルである構成としてもよい。
本発明の第２態様の画像表示装置は、上記第１態様の画像光生成モジュールを備えることを特徴とする。
第１実施形態の画像光生成モジュールの概略構成図である。 第１発光素子の構成を示す断面図である。 各パネルの画素構造の要部を比較して示した拡大図である。 比較例の画像光生成モジュールに関する特性を示す表である。 本実施形態の画像光生成モジュールに関する特性を示す表である。 ダイクロイックプリズムの射出面を平面視した図である。 画素光における重ね方の変形例を示す図である。 画素光における重ね方の変形例を示す図である。 画素光における重ね方の変形例を示す図である。 画素光における重ね方の変形例を示す図である。 第２実施形態の頭部装着型表示装置の説明図である。 虚像表示部の光学系の構成を模式的に示す斜視図である。 光学系の光路を示す説明図である。 第３実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の画像光生成モジュールの概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
第１実施形態の画像光生成モジュールは、例えば、有機ＥＬパネル等の偏光特性を有していない画像光を射出する複数のパネルからの複数の色光を合成して射出するモジュールである。
図１に示すように、画像光生成モジュール１は、第１パネル１０と、第２パネル２０と、第３パネル３０と、ダイクロイックプリズム５０（色合成プリズム）と、を備えている。第１パネル１０は、複数の画素がマトリクス状に設けられた第１表示領域１１１と、非表示領域１１２と、を備えている。複数の画素の各々には、第１発光素子１５が設けられている。第２パネル２０は、複数の画素がマトリクス状に設けられた第２表示領域２１１と、非表示領域２１２と、を備えている。複数の画素の各々には、第２発光素子２５が設けられている。第３パネル３０は、複数の画素がマトリクス状に設けられた第３表示領域３１１と、非表示領域３１２と、を備えている。複数の画素の各々には、第３発光素子３５が設けられている。
本実施形態において、第１パネル１０の第１表示領域１１１に設けられた複数の第１発光素子１５は、赤色光を射出する。同様に、第２パネル２０の第２表示領域２１１に設けられた複数の第２発光素子２５は、緑色光を射出する。同様に、第３パネル３０の第３表示領域３１１に設けられた複数の第３発光素子３５は、青色光を射出する。本実施形態において、第１発光素子１５、第２発光素子２５、および第３発光素子３５の各々は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子から構成されている。すなわち、第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０は有機ＥＬパネルで構成されている。
以下、第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０の構成について説明する。第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０のそれぞれは、有機ＥＬ材料からなる発光層および輸送層の材料は異なるものの、パネルの基本構成は同一である。したがって、以下では第１パネル１０を代表して、パネルの基本構成について説明する。
図２は、第１パネル１０の一つの第１発光素子１５の構成を示す断面図である。
図２に示すように、第１パネル１０は、反射電極７２、陽極７３、発光機能層７４、陰極７５、封止膜７６、カラーフィルター７７およびカバーガラス７８を有している。具体的に基板７１の一面には、基板７１側から順に、反射電極７２、陽極７３、発光機能層７４および陰極７５が設けられている。基板７１は、例えばシリコン等の半導体材料で構成されている。反射電極７２は、例えばアルミニウムや銀等を含有する光反射性の導電材料で構成されている。より具体的には、反射電極７２は、例えばアルミニウムや銀などの単体材料で構成されていてもよいし、チタン（Ｔｉ）／ＡｌＣｕ（アルミニウム・銅合金）の積層膜などで構成されていてもよい。
陽極７３は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の光透過性を有する導電性材料で構成されている。発光機能層７４は、図示を省略するが、有機ＥＬ材料を含む発光層、正孔注入層、電子注入層等を含む複数の層で構成されている。発光層は、発光色に応じた周知の有機ＥＬ材料により構成されている。なお、発光層が発光する光は蛍光或いはりん光のいずれでもよい。
陰極７５は、一部の光を透過し、残りの光を反射する性質（半透過反射性）を有する半透過反射層として機能する。半透過反射性を有する陰極７５は、例えば銀やマグネシウムを含有する合金などの光反射性の導電材料を充分に薄い膜厚に形成することで実現できる。発光機能層７４からの射出光は、反射電極７２と陰極７５との間で往復する間に特定の共振波長の成分が選択的に増幅され、陰極７５を透過して観察側（基板７１とは反対側）に射出される。すなわち、反射電極７２から陰極７５までの複数の層によって光共振器８０が構成される。
反射電極７２から陰極７５までの複数の層は、封止膜７６によって覆われている。封止膜７６は、外気や水分の侵入を防止するための膜であって、光透過性を有する無機材料や有機材料の単層または複数層で構成されている。封止膜７６の一面に、カラーフィルター７７が設けられている。
第１パネル１０において、カラーフィルター７７は、赤色波長域以外の波長域の光を吸収し、赤色波長域の光を透過する光吸収型のフィルター層で構成されている。同様に、第２パネル２０におけるカラーフィルター７７は、緑色波長域以外の波長域の光を吸収し、緑色波長域の光を透過する光吸収型のフィルター層で構成されている。第３パネル１０におけるカラーフィルター７７は、青色波長域以外の波長域の光を吸収し、青色波長域の光を透過する光吸収型のフィルター層で構成されている。
本実施形態では、第１パネル１０、第２パネル２０および第３パネル３０のそれぞれが光共振器８０を備えているため、共振波長での光の共振によって各色に対応した光が射出される。さらに、光共振器８０の光射出側にカラーフィルター７７が設けられているため、各パネル１０，２０，３０から射出される光の色純度がより高められる。なお、カラーフィルター７７は、発光機能層７４から射出される光の波長域によっては省略してもよい。
カラーフィルター７７の一面に、各パネル１０，２０，３０を保護するためのカバーガラス７８が設けられている。
図１に示すように、第１パネル１０は、赤色波長域の第１画像光ＬＲを射出する。したがって、第１パネル１０から射出された画像光は、赤色波長域の第１画像光ＬＲとしてダイクロイックプリズム５０に入射する。第２パネル２０は、緑色波長域の第２画像光ＬＧを射出する。したがって、第２パネル２０から射出された画像光は、緑色波長域の第２画像光ＬＧとしてダイクロイックプリズム５０に入射する。第３パネル３０は、青色波長域の第３画像光ＬＢを射出する。したがって、第３パネル３０から射出された画像光は、青色波長域の第３画像光ＬＢとしてダイクロイックプリズム５０に入射する。
赤色波長域のピーク波長は、例えば６３０ｎｍ以上、かつ６８０ｎｍ以下である。緑色波長域のピーク波長は、例えば４９５ｎｍ以上、かつ５７０ｎｍ以下である。青色波長域のピーク波長は、例えば４５０ｎｍ以上、かつ４９０ｎｍ以下である。第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＧ、および第３画像光ＬＢのそれぞれは、偏光特性を有していない。すなわち、第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＧ、および第３画像光ＬＢのそれぞれは、特定の振動方向を有していない無偏光の光である。なお、無偏向の光、すなわち偏光特性を有していない光は、完全に無偏光の状態ではなく、ある程度の偏光成分は含まれているが、例えばダイクロイックミラー等の光学部品に対して光学性能には積極的に影響を及ぼさないとみなされる範囲の偏光度、例えば２０％以下の偏光度を有する光のことである。
ダイクロイックプリズム５０は、四角柱状の形状をなす透光性部材から構成されている。ダイクロイックプリズム５０は、第１入射面５１と、第１入射面５１に対向する第３入射面５３と、第１入射面５１および第３入射面５３と垂直に接する第２入射面５２と、第２入射面５２に対向する射出面５４と、を有する。
ダイクロイックプリズム５０は、偏光分離特性を有していない第１ダイクロイックミラー５６と、偏光分離特性を有していない第２ダイクロイックミラー５７と、を有する。第１ダイクロイックミラー５６と第２ダイクロイックミラー５７とは、互いに９０°の角度で交差している。第１ダイクロイックミラー５６は、第１画像光ＬＲを反射し、第２画像光ＬＧおよび第３画像光ＬＢを透過する特性を有する。第２ダイクロイックミラー５７は、第３画像光ＬＢを反射し、第１画像光ＬＲおよび第２画像光ＬＧを透過する特性を有する。
第１パネル１０は、第１入射面５１に対向して配置されている。第２パネル２０は、第２入射面５２に対向して配置されている。第３パネル３０は、第３入射面５３に対向して配置されている。本実施形態では、第１パネル１０は、第１入射面５１に透光性を有する接着剤層１７により固定されている。第２パネル２０は、第２入射面５２に透光性を有する接着剤層１７により固定されている。第３パネル３０は、第３入射面５３に透光性を有する接着剤層１７により固定されている。
本実施形態の画像光生成モジュール１は、第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＧおよび第３画像光ＬＢを合成した合成画像光ＬＬをダイクロイックプリズム５０の射出面５４から射出する。
続いて、各パネル１０，２０，３０の画素構造について説明する。
図３は各パネル１０，２０，３０の画素構造の要部を比較して並べて示した拡大図である。なお、図３では、図を見易くするため、各パネル１０，２０，３０の画素構造を構成する複数の画素のうちの一部を拡大した図を上下方向に沿って並べている。
図３に示すように、第１パネル１０の第１表示領域１１１には矩形状を有する複数の画素１１１ａがマトリクス状に設けられている。各画素１１１ａは同じ大きさを有しており、各々が所定の画素ピッチＰ１で配置されている。ここで、画素ピッチＰ１とは、例えば、画素１１１ａ毎にカラーフィルター７７（図２参照）が分割して形成される場合、隣り合う２つの画素１１１ａの一方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心と、他方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心との距離で規定される。
あるいは、カラーフィルター７７が複数の画素１１１ａ間に共通に設けられることで分割して形成されない場合、画素ピッチＰ１は、隣り合う２つの画素１１１ａの一方の画素に設けられた光共振器８０（図２参照）の中心と、他方の画素に設けられた光共振器８０の中心との距離で規定される。
各画素１１１ａは第１画像光ＬＲの一部を構成する第１画素光ＬＲ１を発光する。各画素１１１ａは第１画素光ＬＲ１を射出する開口１１３を含む。以下、画素１１１ａ全体に占める開口１１３の割合を画素１１１ａにおける画素開口率と称す。第１発光素子１５は画素開口率に応じた面積を有している。
また、第２パネル２０の第２表示領域２１１には矩形状を有する複数の画素２１１ａがマトリクス状に設けられている。各画素２１１ａは同じ大きさを有しており、各々が所定の画素ピッチＰ２で配置されている。ここで、画素ピッチＰ２とは、例えば、画素２１１ａ毎にカラーフィルター７７（図２参照）が分割して形成される場合、隣り合う２つの画素２１１ａの一方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心と、他方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心との距離で規定される。
あるいは、カラーフィルター７７が複数の画素２１１ａ間に共通に設けられることで分割して形成されない場合、画素ピッチＰ２は、隣り合う２つの画素２１１ａの一方の画素に設けられた光共振器８０（図２参照）の中心と、他方の画素に設けられた光共振器８０の中心との距離で規定される。
各画素２１１ａは第２画像光ＬＧの一部を構成する第２画素光ＬＧ１を発光する。各画素２１１ａは第２画素光ＬＧ１を射出する開口２１３を含む。以下、各画素２１１ａ全体に占める開口２１３の割合を画素２１１ａにおける画素開口率と称す。第２発光素子２５は画素開口率に応じた面積を有している。
また、第３パネル３０の第３表示領域３１１には矩形状を有する複数の画素３１１ａがマトリクス状に設けられている。各画素３１１ａは同じ大きさを有しており、各々が所定の画素ピッチＰ３で配置されている。ここで、画素ピッチＰ３とは、例えば、画素３１１ａ毎にカラーフィルター７７（図２参照）が分割して形成される場合、隣り合う２つの画素３１１ａの一方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心と、他方の画素に設けられたカラーフィルター７７の中心との距離で規定される。
あるいは、カラーフィルター７７が複数の画素３１１ａ間に共通に設けられることで分割して形成されない場合、画素ピッチＰ３は、隣り合う２つの画素３１１ａの一方の画素に設けられた光共振器８０（図２参照）の中心と、他方の画素に設けられた光共振器８０の中心との距離で規定される。
各画素３１１ａは第３画像光ＬＢの一部を構成する第３画素光ＬＢ１を発光する。各画素３１１ａは第３画素光ＬＢ１を射出する開口３１３を含む。以下、各画素３１１ａ全体に占める開口３１３の割合を画素３１１ａにおける画素開口率と称す。第３発光素子３５は画素開口率に応じた面積を有している。
本実施形態において、第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０における画素ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３は同一である。すなわち、第１表示領域１１１、第２表示領域２１１、および第３表示領域３１１における画素数は等しい。また、第１表示領域１１１、第２表示領域２１１、および第３表示領域３１１における画素サイズＳ１，Ｓ２，Ｓ３は等しい。
ところで、一般に有機ＥＬ素子の寿命は発光材料や素子構成に依存する。そのため、異なる色を射出する第１発光素子１５、第２発光素子２５、および第３発光素子３５の寿命には差が生じてしまう。
ここで、比較例として、第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０における画素開口率を等しくした場合の画像光生成モジュールについて考える。
本発明者は、各パネルの画素開口率を等しくした画像光生成モジュールの特性をシミュレーションで求め、その結果を表にまとめた。図４は比較例の画像光生成モジュールに関する特性を示す表である。図４は、各パネル１０，２０，３０の開口率、寿命、白色点の座標、劣化による色ずれ（Δｕ´ｖ´）を示している。なお、寿命とはＬＴ５０基準の寿命に相当し、パネルから射出される画像光の輝度が５０％以下になるまでの時間（ｈ）を意味する。
図４の表に示されるように、各パネル１０，２０，３０の画素開口率を、例えば６０％で等しく設定した画像光生成モジュールにおいては、赤色波長域の第１画像光ＬＲを射出する第１パネル１０の寿命が８０００ｈと最も長く、青色波長域の第３画像光ＬＢを射出する第３パネル３０の寿命が５０００ｈと最も短く、緑色波長域の第２画像光ＬＧを射出する第２パネル２０の寿命が６５００ｈとなることが確認できた。このように各パネル１０，２０，３０の画素開口率を等しくした場合、各パネル１０，２０，３０の寿命に差が生じてしまう。
具体的に比較例の画像光生成モジュールでは、時間の経過に伴って第１パネル１０および第２パネル２０に比べると第３パネル３０の劣化が早く進行する。そのため、比較例の画像光生成モジュールから射出される合成画像光ＬＬは、時間の経過に伴って第３パネル３０から射出される青色波長域の第３画像光ＬＢの光量が減少していく。よって、合成画像光ＬＬは経時的に青み成分が不足していくことで、色味が黄色から赤色にシフトする色ずれが生じる。すなわち、比較例の画像光生成モジュールから射出される合成画像光ＬＬは、図４に示されるようにＬＴ５０基準の白色点の色ずれを「０．０３３５」となる。
これに対して、本実施形態の画像光生成モジュール１では、第１パネル１０、第２パネル２０、および第３パネル３０の画素開口率をそれぞれ異ならせ、第１発光素子１５、第２発光素子２５、および第３発光素子３５の面積を異ならせることで上記の寿命差を低減可能である。
以下、本実施形態の画像光生成モジュール１によって得られる作用について説明する。本発明者は、各パネルの画素開口率を異ならせた本実施形態の画像光生成モジュール１の特性をシミュレーションで求め、その結果を表にまとめた。図５は本実施形態の画像光生成モジュール１に関する特性を示す表である。図５は、図４の表と同様、各パネル１０，２０，３０の開口率、寿命、白色点の座標、劣化による色ずれ（Δｕ´ｖ´）を示している。
ここで、画素を構成する発光素子に供給する電流を一定とし、画素開口率を小さくした場合について考える。発光素子に一定の電流を供給した状態で画素開口率が小さくなると、発光素子に供給される単位面積辺りの電流、以下、電流密度が高くなる。発光素子の電流密度が高くなると、発光素子の劣化速度が増加することで発光素子の寿命が短くなる。すなわち、画素開口率を調整することで発光素子の寿命を制御できる。
本実施形態の画像光生成モジュール１では、上記比較例で示したように、相対的に寿命の長い第１パネル１０および第２パネル２０の画素開口率を第３パネル３０の画素開口率よりも小さくすることで、最も寿命の短い第３パネル３０に対して第１パネル１０および第２パネル２０の寿命を合わせるようにした。
具体的に本実施形態の画像光生成モジュール１では、図５の表に示されるように、比較例において最も寿命の長い第１パネル１０の画素開口率を最も小さい４５．５％に設定し、比較例において最も寿命の短い第３パネル３０の画素開口率を最も大きい６０．０％に設定し、中間の寿命を有する第２パネル２０の画素開口率を第１パネル１０より大きく第３パネル３０よりも小さい５１．４％に設定した。
ここで、各パネル１０，２０，３０の画素開口率は下式により算出される。なお、下記式において、寿命［最短色］は、３色のうち最も寿命が短い色、すなわち青色光を射出する発光素子の寿命に相当する。また、［対象色］は、上記の最短の寿命色以外の２色、本実施形態においては緑色及び赤色に相当する。また、最大開口率は、パネル設計上取りうる最も大きい開口率、本実施形態においては、例えば６０％に相当する。また、「加速係数」は、対象色の光を発光する発光素子に供給する電流密度から規定される係数であり、一般的には１．４〜１．９程度、本実施形態では１．７に設定した。
開口率［対象色］＝（寿命［最短色］／寿命［対象色］）＾（１／加速係数［対象色］）*最大開口率
本実施形態の画像光生成モジュール１は、第１パネル１０の画素開口率を最小値（４５．５％）に設定することで、各画素１１１ａを構成する第１発光素子１５の電流密度を大きく増加させて第１パネル１０の劣化速度を上げて比較例の寿命８０００ｈよりも大幅に短くなる。具体的に赤色波長域の第１画像光ＬＲを射出する第１パネル１０の寿命は４９９８ｈとなり、第３パネル３０の寿命（５０００ｈ）と略等しくなる。
また、本実施形態の画像光生成モジュール１は、第２パネル２０の画素開口率を中間値（５１．４％）に設定することで、各画素２１１ａを構成する第２発光素子２５の電流密度を少し増加させて第２パネル２０の劣化速度を上げて比較例の寿命６５００ｈよりも短くなる。具体的に緑色波長域の第２画像光ＬＧを射出する第２パネル２０の寿命は４９９５ｈとなり、第３パネル３０の寿命（５０００ｈ）と略等しくなる。
以上のように本実施形態の画像光生成モジュール１によれば、各パネル１０，２０，３０の画素開口率を異ならせることで、各パネル１０，２０，３０の寿命差を小さくできる。このように各パネル１０，２０，３０の寿命差が小さくなると、時間の経過に伴って各パネル１０，２０，３０が略同じ速度で劣化していく。そのため、本実施形態の画像光生成モジュール１から射出される合成画像光ＬＬに含まれる第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＧ及び第３画像光ＬＢの光量は時間の経過に伴って略同じ割合で減少する。よって、合成画像光ＬＬは経時的な色味の変化が低減された状態で光量が減少するようになる。
したがって、本実施形態の画像光生成モジュール１によれば、図５に示されるようにＬＴ５０基準の白色点の色ずれを０．００１未満に抑えた合成画像光ＬＬを射出することができる。
また、本実施形態の画像光生成モジュール１において、射出面５４から射出される合成画像光ＬＬは複数の画素光ＬＬ１で構成される。各画素光ＬＬ１は、第１表示領域１１１における１つの画素１１１ａから射出された第１画素光ＬＲ１と、第２表示領域２１１における１つの画素２１１ａから射出された第２画素光ＬＧ１と、第３表示領域３１１における１つの画素３１１ａから射出された第３画素光ＬＢ１とを合成した光である。
以下、図３に示される第１パネル１０の複数の画素１１１ａの１つを第１画素１１４と称す。また、図３に示される第２パネル２０の複数の画素２１１ａの１つを第２画素２１４と称す。また、図３に示される第３パネル３０の複数の画素３１１ａの１つを第３画素３１４と称す。
第１パネル１０における第１画素１１４と、第２パネル２０における第２画素２１４と、第３パネル３０における第３画素３１４とは互いに対応している。すなわち、第１画素１１４から射出された第１画素光ＬＲ１は、第２画素２１４から射出された第２画素光ＬＧ１および第３画素３１４から射出された第３画素光ＬＢ１と合成されることで合成画像光ＬＬにおける１画素をなす画素光ＬＬ１を生成する。
なお、各パネル１０，２０，３０における他の画素１１１ａ，２１１ａ，３１１ａについても同様の対応関係を有している。そのため、各パネル１０，２０，３０の各画素１１１ａ，２１１ａ，３１１ａから射出された画素光はそれぞれ合成されることで画素光ＬＬ１を生成する。
以上のように本実施形態の画像光生成モジュール１では、各パネル１０，２０，３０における対応する画素１１１ａ，２１１ａ，３１１ａから射出した画素光ＬＬ１同士をそれぞれ合成することで複数の画素光ＬＬ１からなる合成画像光ＬＬを生成する。
図６はダイクロイックプリズム５０の射出面５４を平面視した図である。図６は、各パネル１０，２０，３０における複数の画素１１１ａ，２１１ａ，３１１ａのうち、第１画素１１４、第２画素２１４および第３画素３１４から射出された光のみを示している。第１画素１１４、第２画素２１４および第３画素３１４は、例えば、各パネル１０，２０，３０の複数の画素の中で中心部分に位置する。なお、第１画素１１４、第２画素２１４および第３画素３１４以外の他の画素１１１ａ，２１１ａ，３１１ａから射出された画素光についても同様のことが言える。
図６に示されるように、射出面５４を平面視した状態において、第１画素１１４から射出された第１画素光ＬＲ１の第１中心軸Ｃ１と、第２画素２１４から射出された第２画素光ＬＧ１の第２中心軸Ｃ２と、第３画素３１４から射出された第３画素光ＬＢ１の第３中心軸Ｃ３とは、互いに一致する。第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１における射出面５４に沿う断面形状は矩形状である。
ここで、第１画素光ＬＲ１の第１中心軸Ｃ１とは、第１画素１１４の中心、すなわち、第１画素１１４におけるカラーフィルター７７（図２参照）の中心を通る軸である。また、第２画素光ＬＧ１の第２中心軸Ｃ２とは、第２画素２１４の中心、すなわち、第２画素２１４におけるカラーフィルター７７（図２参照）の中心を通る軸である。また、第３画素光ＬＢ１の第３中心軸Ｃ３とは、第３画素３１４の中心、すなわち、第３画素３１４におけるカラーフィルター７７（図２参照）の中心を通る軸である。
すなわち、本実施形態の画像光生成モジュール１では、各中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が一致した状態で第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１が重なることで合成画像光ＬＬの１つの画素光ＬＬ１を生成する。このように各中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を一致させた状態とすることで、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１を重ねる際の位置ずれに対して公差を大きくとることができる。これにより、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１を良好に重ねた画素光ＬＬ１が生成される。
なお、上述のように第１画素１１４、第２画素２１４および第３画素３１４が各パネル１０，２０，３０の中心画素であるとする。この場合、本実施形態の画像光生成モジュール１は、観察者の眼に視認され易い画像光の中心に位置する画素を少なくとも良好に重ねることができる。そのため、仮に画像光の周辺側で画素の重なりにずれが発生したとしても観察者に視認される画像に影響が生じ難くなる。
以上のように本実施形態の画像光生成モジュール１から射出された合成画像光ＬＬは、各色の画素光を精度良く重ねた複数の画素光ＬＬ１で構成されるので、ＬＴ５０基準の白色点の色ずれを０．００１以内に抑えることができる。この合成画像光ＬＬによれば、例えば、ＡＲ（拡張現実）やＶＲ（仮想現実）用途等で拡大表示した場合でも、色ムラの出にくい高品質の画像を提供できる。
図６では、各中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を一致させた状態で第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１を重ねる場合を例に挙げたが、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１の重ね方はこれに限定されない。以下、図面を参照にしつつ、各画像光における異なる重なり方について説明する。
図７Ａから図７Ｄは３色の画素光における重ね方の変形例を示す図である。
図７Ａに示すように、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１は一辺を一致させるように各々が重なることで画素光ＬＬ１を生成してもよい。また、図７Ｂに示すように、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１は１つの角部を揃えるように各々が重なることで画素光ＬＬ１を生成してもよい。また、図７Ｃに示すように、第１画素光ＬＲ１および第３画素光ＬＢ１は一辺を一致させるように各々が重なり、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１は異なる一辺を一致させるように各々が重なることで画素光ＬＬ１を生成してもよい。すなわち、図７Ｃに示される態様において、第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１の光束形状は他の態様と異なり相似関係を有していない。
図７Ａから図７Ｃに示したように第１画素光ＬＲ１、第２画素光ＬＧ１および第３画素光ＬＢ１を重ねることで、ＬＴ５０基準の白色点の色ずれを０．０２以内に抑えることができる。
また、上記実施形態及び図７ＡからＣに示した形態では、第１画素光ＬＲ１および第２画素光ＬＧ１は全体が第３画素光ＬＢ１上に重なる場合を例に挙げたが、図７Ｄに示すように、第３画素光ＬＢ１に対して第１画素光ＬＲ１および第２画素光ＬＧ１の一部をそれぞれ重ねるようにしてもよい。
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
上記第１実施形態で説明した画像光生成モジュール１は、以下に説明する画像表示装置に用いられる。
図８は、第２実施形態の頭部装着型表示装置１０００の説明図である。図９は、図８に示す虚像表示部１０１０の光学系の構成を模式的に示す斜視図である。図１０は、図９に示す光学系の光路を示す説明図である。
図８に示すように、頭部装着型表示装置１０００（画像表示装置）は、シースルー型のアイグラスディスプレイとして構成されており、テンプル１１１１，１１１２を左右に備えたフレーム１１１０を有している。頭部装着型表示装置１０００において、虚像表示部１０１０は、フレーム１１１０に支持されており、虚像表示部１０１０から射出された画像を使用者に虚像として認識させる。本実施形態において、頭部装着型表示装置１０００は、虚像表示部１０１０として、左眼用表示部１１０１と、右眼用表示部１１０２とを備えている。左眼用表示部１１０１と右眼用表示部１１０２とは同一の構成をもって左右対称に配置されている。
以下の説明では、左眼用表示部１１０１を中心に説明し、右眼用表示部１１０２についての説明は省略する。
図９および図１０に示すように、頭部装着型表示装置１０００において、左眼用表示部１１０１は、画像光生成モジュール１と、画像光生成モジュール１から射出された合成画像光ＬＬを射出部１０５８に導く導光系１０３０と、を有している。画像光生成モジュール１と導光系１０３０との間には、投射レンズ系１０７０が配置されており、画像光生成モジュール１から射出された合成画像光ＬＬは、投射レンズ系１０７０を介して導光系１０３０に入射する。投射レンズ系１０７０は、正のパワーを有する１つのコリメートレンズによって構成されている。
画像光生成モジュール１は、ダイクロイックプリズム５０と、ダイクロイックプリズム５０の４つの面（三角柱プリズムの第３面）のうち、３つの面に対向して設けられた３つのパネル１０，２０，３０と、を備えている。パネル１０，２０，３０は、例えば有機ＥＬパネルから構成されている。
第１パネル１０から射出された画像光は、ダイクロイックプリズム５０に第１波長域の第１画像光ＬＲとして入射する。第２パネル２０から射出された画像光は、ダイクロイックプリズム５０に第２波長域の第２画像光ＬＧとして入射する。第３パネル３０から射出された画像光は、ダイクロイックプリズム５０に第３波長域の第３画像光ＬＢとして入射する。ダイクロイックプリズム５０から、第１画像光ＬＲと第２画像光ＬＧと第３画像光ＬＢとが合成された合成画像光ＬＬが射出される。
導光系１０３０は、合成画像光ＬＬが入射する透光性の入射部１０４０と、一方端１０５１側が入射部１０４０に接続された透光性の導光部１０５０と、を備えている。本実施形態において、入射部１０４０と導光部１０５０とは、一体の透光性部材で構成されている。
入射部１０４０は、画像光生成モジュール１から射出された合成画像光ＬＬが入射する入射面１０４１と、入射面１０４１から入射した合成画像光ＬＬを入射面１０４１との間で反射する反射面１０４２と、を備えている。入射面１０４１は、平面、非球面、または自由曲面等からなり、投射レンズ系１０７０を介して画像光生成モジュール１と対向している。投射レンズ系１０７０は、入射面１０４１の端部１４１２との間隔が入射面１０４１の端部１４１１との間隔より広くなるように斜めに配置されている。
入射面１０４１には反射膜が形成されていないが、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。したがって、入射面１０４１は、光透過性および光反射性を備えている。反射面１０４２は、入射面１０４１と対向する面からなり、端部１４２２が入射面１０４１の端部１４２１よりも入射面１０４１から離間するように斜めに配置されている。したがって、入射部１０４０は、略三角形状の形状を有している。反射面１０４２は、平面、非球面、または自由曲面等からなる。反射面１０４２は、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等を主成分とする反射性の金属層が形成された構成を有する。
導光部１０５０は、一方端１０５１から他方端１０５２側に向けて延在する第１面１０５６（第１反射面）と、第１面１０５６に平行に対向して一方端１０５１側から他方端１０５２側に向けて延在する第２面１０５７（第２反射面）と、第２面１０５７の入射部１０４０から離間する部分に設けられた射出部１０５８と、を備えている。第１面１０５６と入射部１０４０の反射面１０４２とは、斜面１０４３を介して繋がっている。第１面１０５６と第２面１０５７との厚さは、入射部１０４０より薄い。第１面１０５６および第２面１０５７は、導光部１０５０と外界（空気）との屈折率差に基づいて、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。このため、第１面１０５６および第２面１０５７には反射膜が形成されていない。
射出部１０５８は、導光部１０５０の厚さ方向の第２面１０５７側の一部に構成されている。射出部１０５８では、第２面１０５７に対する法線方向に対して斜めに傾いた複数の部分反射面１０５５が互いに平行に配置されている。射出部１０５８は、第２面１０５７のうち、複数の部分反射面１０５５に重なる部分であり、導光部１０５０の延在方向において所定の幅を有する領域である。複数の部分反射面１０５５はそれぞれ誘電体多層膜から構成されている。また、複数の部分反射面１０５５のうちの少なくとも１つは、誘電体多層膜と、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等主成分とする反射性の金属層（薄膜）との複合層であってもよい。部分反射面１０５５が金属層を含んでいる場合、部分反射面１０５５の反射率を高める効果、もしくは、部分反射面１０５５の透過率および反射率の入射角依存性や偏光依存性を適正化できるという効果がある。なお、射出部１０５８については、回折格子やホログラム等の光学素子が設けられた態様であってもよい。
上記構成の頭部装着型表示装置１０００において、入射部１０４０から入射した平行光からなる合成画像光ＬＬは、入射面１０４１で屈折し、反射面１０４２に向かう。次に、合成画像光ＬＬは、反射面１０４２で反射されて再び入射面１０４１に向かう。その際、合成画像光ＬＬは、入射面１０４１に臨界角以上の入射角で入射するため、入射面１０４１で導光部１０５０に向けて反射され、導光部１０５０に向かう。なお、入射部１０４０では、平行光である合成画像光ＬＬが入射面１０４１に入射する構成になっているが、入射面１０４１および反射面１０４２を自由曲面等によって構成し、非平行光である合成画像光ＬＬが入射面１０４１に入射した後、反射面１０４２と入射面１０４１との間で反射する間に平行光に変換される構成を採用してもよい。
導光部１０５０においては、合成画像光ＬＬが第１面１０５６と第２面１０５７との間で反射して進行する。部分反射面１０５５に入射した合成画像光ＬＬの一部は、部分反射面１０５５で反射して射出部１０５８から観察者の眼Ｅに向けて射出される。また、部分反射面１０５５に入射した合成画像光ＬＬの残りは、部分反射面１０５５を透過し、隣り合う次の部分反射面１０５５に入射する。このため、複数の部分反射面１０５５の各々において反射した合成画像光ＬＬは、射出部１０５８から観察者の眼Ｅに向けて射出される。これにより、観察者は、虚像を認識することができる。
その際、外界から導光部１０５０に入射した光は、導光部１０５０に入射した後、部分反射面１０５５を透過して観察者の眼Ｅに到達する。このため、観察者は、画像光生成モジュール１から射出されたカラー画像をみることができるとともに、外界の景色等をシースルーでみることができる。
第２実施形態の頭部装着型表示装置１０００は、第１実施形態の画像光生成モジュール１を備えているため、色ムラの発生を低減した高品質の画像を表示することができる。
なお、第２実施形態の頭部装着型表示装置１０００では導光系１０３０として導光部１０５０を用いる場合を例に挙げたが、導光部を用いない光学系に第１実施形態の画像光生成モジュール１を適用することで頭部装着型表示装置を構成してもよい。
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、図１１を用いて説明する。
上記第１実施形態で説明した画像光生成モジュール１は、以下に説明する表示装置に用いられる。
図１１は、第３実施形態の投射型表示装置２０００の概略構成図である。
図１１に示すように、投射型表示装置２０００（画像表示装置）は、上記実施形態に係る画像光生成モジュール１と、画像光生成モジュール１から射出された合成画像光ＬＬをスクリーン等の被投射部材２２００に拡大して投射する投射光学系２１００と、を備えている。
画像光生成モジュール１は、ダイクロイックプリズム５０と、ダイクロイックプリズム５０の４つの面（三角柱プリズムの第３面）のうち、３つの面に対向して設けられた３つのパネル１０，２０，３０と、を備えている。パネル１０，２０，３０は、例えば有機ＥＬパネル等の偏光特性を有していない画像光を射出するパネルから構成されている。
第３実施形態の投射型表示装置２０００は、第１実施形態の画像光生成モジュール１を備えているため、色ムラの発生を低減した高品質の画像を表示することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態で例示した画像光生成モジュールおよび画像表示装置の各構成要素の材料、数、配置、形状等の具体的構成は、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では、青色波長域の光を射出する発光材料の寿命が最短として説明したが、発光材料や構成などに応じて寿命が最短となる色を青色以外の色として本願発明の構成を適用することもできる。
また、上記実施形態では、画像光生成モジュールを構成する第１パネル、第２パネルおよび第３パネルとして偏光特性を有していない有機ＥＬパネルの例を挙げたが、画像表示パネルは有機ＥＬパネルに限ることなく、無機ＥＬパネル、マイクロＬＥＤパネル等の偏光特性を有していない自発光型パネルを用いてもよい。また、第１パネル、第２パネルおよび第３パネルとして偏光特性を持たせた有機ＥＬパネルを用いてもよい。
また、有機ＥＬパネルとして、パネル内における画素の位置に応じて光共振器８０（図２参照）に対するカラーフィルター７７（図２参照）の位置をずらすことで画素光をカラーフィルター７７で集光したり、発散させる構成を採用してもよい。この場合、第１パネル、第２パネルおよび第３パネルにおいて画素ピッチが場所毎に変化することになるが、画素ピッチの変化の仕方は第１パネル、第２パネルおよび第３パネル間で共通となる。
また、本発明の開口率を画素毎に異ならせる構成、および各画素からの画像光を一部または中心軸を重ねる構成は、２枚のパネルとダイクロイックプリズムとを組み合わせた画像光生成モジュールに適用してもよい。この場合、２枚のパネルの一方は２色の画素光を射出し、２枚のパネルの他方は残り１色の画素光を射出する。一方のパネルから射出された２色の画素光と他方のパネルから射出された１色の画素光との重なり方は、図７Ｄに示した状態のようになる。
また、上記実施形態で説明した画像光生成モジュールを備えた画像表示装置の例として、ビデオカメラやスチルカメラ等の撮像装置に利用される電子式ビューファインダー（ＥＶＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ）等を挙げることができる。
１…画像光生成モジュール、１０…パネル、１０…第１パネル、１０，３０…第３パネル、２０…第２パネル、５４…射出面、１１１ａ，２１１ａ，３１１ａ…画素、１１１ｂ，２１１ｂ…開口、１１１ａ１…第１画素、２１１ａ１…第２画素、３１１ａ１…第３画素、Ｃ１…第１中心軸、Ｃ２…第２中心軸、Ｃ３…第３中心軸、ＬＢ…第３画像光、ＬＢ１，ＬＧ３，ＬＲ３…第３画素光、ＬＢ２，ＬＧ１，ＬＲ２…第２画素光、ＬＧ…第２画像光、ＬＬ１…画素光、ＬＲ…第１画像光、ＬＲ１…第１画素光、Ｐ１…画素ピッチ。

Claims (6)

  1. 偏光特性を有していない赤色波長域の第１画像光を射出する第１パネルと、
    偏光特性を有していない緑色波長域の第２画像光を射出する第２パネルと、
    偏光特性を有していない青色波長域の第３画像光を射出する第３パネルと、
    前記第１画像光、前記第２画像光、および前記第３画像光が合成された合成光を射出する色合成プリズムと、を備え、
    前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルは、複数の画素が設けられた表示領域をそれぞれ有しており、
    前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルの画素開口率はそれぞれ異なる
    ことを特徴とする画像光生成モジュール。
  2. 前記色合成プリズムは前記合成光を射出する射出面を有し、
    前記射出面を平面視した状態において、
    前記第１パネルの第１画素から射出された第１画素光と、
    前記第２パネルの第２画素から射出された第２画素光と、
    前記第３パネルの第３画素から射出された第３画素光とは、各々の少なくとも一部が重なる
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像光生成モジュール。
  3. 前記色合成プリズムは前記合成光を射出する射出面を有し、
    前記射出面を平面視した状態において、
    前記第１パネルの第１画素から射出された第１画素光の前記第１画素の中心を通る第１中心軸と、
    前記第２パネルの第２画素から射出された第２画素光の前記第２画素の中心を通る第２中心軸と、
    前記第３パネルの第３画素から射出された第３画素光の前記第３画素の中心を通る第３中心軸とは、互いに一致する
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像光生成モジュール。
  4. 前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルにおける画素ピッチは同一である
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像光生成モジュール。
  5. 前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルは有機ＥＬパネルである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像光生成モジュール。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像光生成モジュールを備える
    ことを特徴とする画像表示装置。
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