JP6939727B2

JP6939727B2 - 画像表示モジュールおよび画像表示装置

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Publication number: JP6939727B2
Application number: JP2018135018A
Authority: JP
Inventors: 英利山本
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Priority date: 2018-07-18
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Description

本発明は、画像表示モジュールおよび画像表示装置に関する。

ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクター等の画像表示装置において、青色光と緑色光と赤色光とを合成し、合成光を射出させる色合成素子が従来から知られている。下記の特許文献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、を備えた投射型表示装置が開示されている。この投射型表示装置において、各表示ユニットは、同色の波長域内で互いに異なる発光ピーク波長を示す２つの有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルを備えており、２つの有機ＥＬパネルから射出された色光をダイクロイックミラーにより合成する。

特開２０１２−２３０１５１号公報

従来、液晶パネルからの光を合成するための色合成素子として、偏光分離特性を有するダイクロイックミラーを備えたダイクロイックプリズムが用いられてきた。液晶パネル用のダイクロイックプリズムは、Ｐ偏光、Ｓ偏光のいずれか一方で波長分離特性を満足するように設計されている。一方、特許文献１で用いられる有機ＥＬパネルから射出される光は、液晶パネルの場合とは異なり、Ｐ偏光、Ｓ偏光の双方が含まれ、偏光特性を有していない。そのため、有機ＥＬパネルから射出された光を液晶パネル用のダイクロイックプリズムで合成すると、有機ＥＬパネルからの光に含まれるＳ偏光、Ｐ偏光のいずれか一方しか利用できない。すなわち、この組み合わせでは、最大で５０％の光利用効率しか得られない、という課題がある。

上記の課題を解決するため、有機ＥＬパネルのように、偏光特性を有していない光を合成するためのダイクロイックミラーが検討されている。ところが、この種のダイクロイックミラーを実際に作製し、青色光、緑色光および赤色光を合成すると、３つの色光の中で特に赤色光の利用効率が低いという課題があった。さらに、ダイクロイックプリズムにおいて迷光が発生するという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の画像表示モジュールは、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青色波長域の第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緑色波長域の第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、前記色合成プリズムは、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と、を有し、前記赤色波長域のピーク波長は、６３０ｎｍ以上、かつ６８０ｎｍ以下であり、前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルのそれぞれは、有機エレクトロルミネッセンス素子からなる発光素子を有している。

本発明の一つの態様の画像表示モジュールにおいて、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにおける前記第１画像光の利用効率は、５０％以上であってもよい。

本発明の一つの態様の画像表示モジュールにおいて、前記第１ダイクロイックミラーは、前記第３画像光を透過し、前記第１画像光を反射する特性を有し、前記第２ダイクロイックミラーは、前記第３画像光を透過し、前記第２画像光を反射する特性を有し、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにおける前記第３画像光の透過帯域幅が１３０ｎｍ以上であってもよい。

本発明の一つの態様の画像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パネルのそれぞれは、有機エレクトロルミネッセンス素子からなる発光素子を有していてもよい。

本発明の一つの態様の画像表示モジュールにおいて、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、光共振器を有していてもよい。

本発明の一つの態様の画像表示装置は、本発明の一つの態様の画像表示モジュールを備える。

第１実施形態の画像表示モジュールの概略構成図である。表示パネルの構成を示す断面図である。ダイクロイックプリズムにおけるダイクロイックミラーの波長分離特性、および発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。赤色光のピーク波長と光利用効率との関係を示すグラフである。第２実施形態の頭部装着型表示装置の概略構成図である。図４に示す表示部の光学系を模式的に示す斜視図である。図５に示す光学系の光路を示す図である。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、本発明の第１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実施形態の画像表示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実施形態の画像表示モジュールは、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画像表示パネルからの複数の色光が合成された画像光を射出する。

図１に示すように、画像表示モジュール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、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、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、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の表示領域１１１に設けられた複数の発光素子１５は、赤色光または白色光を射出する。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発光素子２５は、青色光または白色光を射出する。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発光素子３５は、緑色光または白色光を射出する。本実施形態において、発光素子１５、発光素子２５および発光素子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。

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が、パネルの基本構成は同一である。したがって、以下では第３パネル３０で代表して、パネルの構成を説明する。

図２は、第３パネル３０の一つの発光素子３５の構成を示す断面図である。
図２に示すように、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、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、赤色、緑色、青色の各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。

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３パネル３０において、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。同様に、第１パネル１０においては、カラーフィルターは、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。第２パネル１０においては、カラーフィルターは、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。

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、青色波長域の第２画像光ＬＢ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、青色波長域の第２画像光ＬＢ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、緑色波長域の第３画像光ＬＧ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、緑色波長域の第３画像光ＬＧ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、６３０ｎｍ以上、かつ６８０ｎｍ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。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。第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＢ、および第３画像光ＬＧ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ＬＢ、および第３画像光ＬＧ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２入射面５２と、第１入射面５１および第２入射面５２と垂直に接する第３入射面５３と、第３入射面５３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ＬＢおよび第３画像光ＬＧ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２画像光ＬＢを反射し、第１画像光ＬＲおよび第３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。

図３は、ダイクロイックプリズム５０における各ダイクロイックミラー５６，５７の波長分離特性、および赤色波長域の第１画像光ＬＲを射出する第１発光素子１５の発光スペクトルを示すグラフである。
グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、左側の縦軸はダイクロイックミラー５６，５７の透過率（％）を示し、右側の縦軸は第１発光素子１５の相対発光強度（ａ．ｕ．）を示している。なお、相対発光強度は、ピーク波長における発光強度を１としたときの各波長における発光強度と定義する。

図１に示すように、第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＢおよび第３画像光ＬＧのそれぞれは、基本的には第１ダイクロイックミラー５６および第２ダイクロイックミラー５７のそれぞれに４５°の入射角で入射するように設計されている。ただし、実際の画像表示モジュールでは、各パネルから射出される各画像光は平行光とはならないため、各ダイクロイックミラーには４５°以外の入射角で入射する光線が存在する。本発明者は、各ダイクロイックミラーに対する各画像光の入射角の範囲を４５°±７°と想定し、ダイクロイックミラーの波長分離特性のシミュレーションを行った。

したがって、図３においては、各ダイクロイックミラーについて入射角が異なる３つのグラフを示している。
符号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で示すグラフは、第１ダイクロイックミラー５６に対する第１画像光ＬＲ（赤色光）の透過率曲線を示している。
符号Ｒ１で示すグラフは、入射角３８°における透過率曲線を示す。符号Ｒ２で示すグラフは、入射角４５°における透過率曲線を示す。符号Ｒ３で示すグラフは、入射角５２°における透過率曲線を示す。

符号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３で示すグラフは、第２ダイクロイックミラー５７に対する第２画像光ＬＢ（青色光）の透過率曲線を示している。
符号Ｂ１で示すグラフは、入射角３８°における透過率曲線を示す。符号Ｂ２で示すグラフは、入射角４５°における透過率曲線を示す。符号Ｂ３で示すグラフは、入射角５２°における透過率曲線を示す。

また、符号Ｅ１，Ｅ２で示すグラフは、第１発光素子１５の発光スペクトルを示している。
符号Ｅ１で示すグラフは、ピーク波長が６１０ｎｍの発光特性を有する第１発光素子１５の発光スペクトルを示す。符号Ｅ２で示すグラフは、ピーク波長が６４０ｎｍの発光特性を有する第１発光素子１５の発光スペクトルを示す。

符号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のグラフから判るように、第１画像光ＬＲ（赤色光）の透過率は、いずれの入射角においても、波長が５５０ｎｍよりも短い領域では９５％を超える値を取る。ところが、波長が５５０ｎｍよりも長くなると、いずれの入射角においても、透過率は低下する傾向を示し、入射角が５２°の場合はカットオフ波長が約６１０ｎｍを示し、入射角が４５°の場合はカットオフ波長が約６２０ｎｍを示し、入射角が３８°の場合はカットオフ波長が約６４０ｎｍを示す。
なお、本明細書においては、ダイクロイックミラーの透過率が１０％になる波長をカットオフ波長と定義する。

例えば液晶パネルからの射出光を合成するダイクロイックミラーの場合、偏光分離特性を有するダイクロイックミラーが用いられている。すなわち、赤色波長域および青色波長域のＳ偏光を反射し、緑色波長域のＰ偏光を透過する特性を有するダイクロイックミラーが用いられている。この種のダイクロイックミラーの透過率曲線は、図３に示していないが、図３に示した偏光特性を有していないダイクロイックミラーの透過率曲線よりも短波長寄りにシフトしている。したがって、液晶パネルから射出される赤色光のピーク波長が例えば６１０ｎｍであったとしても、所望の利用効率が得られ、実用上特に問題とならない。なお、液晶パネル等の表示パネルにおいて、赤色光のピーク波長としての６１０〜６２０ｎｍの値は、色度図にて所定の色域を示す三角形を形成する際に標準的な値である。

ところが、この種のダイクロイックミラーを有機ＥＬパネル用途に用いた場合、有機ＥＬパネルからの赤色光の発光スペクトルとダイクロイックミラーの赤色光の透過率曲線とが大きく重なり、本来反射すべき赤色光の多くがダイクロイックミラーを透過する。その結果、赤色光の利用効率が低下するとともに、迷光が発生するという問題があった。例えば図３の符号Ｅ１で示すピーク波長が６１０ｎｍの発光スペクトルと、符号Ｒ１で示す入射角が３８°での透過率曲線と、に着目すると、この組合せにおいては、発光スペクトルと透過率曲線とが大きく重なっており、本来反射すべき赤色光の多くがダイクロイックミラーを透過する。この場合、第１画像光（赤色光）の利用効率は著しく低下する。

これに対し、符号Ｅ２で示すピーク波長が６４０ｎｍの発光スペクトルと、符号Ｒ１で示す入射角が３８°での透過率曲線と、に着目すると、この組合せにおいては、発光スペクトルと透過率曲線との重なりが小さくなり、本来反射すべき赤色光の多くがダイクロイックミラーで反射する。すなわち、第１画像光（赤色光）の利用効率は向上する。

本明細書において、利用効率は、発光スペクトルの山の部分の全面積に対する発光スペクトルの山と透過率曲線とが重なっていない部分の面積の比である。したがって、発光スペクトルの山と透過率曲線との重なり部分の面積が大きい程、利用効率は低く、発光スペクトルの山と透過率曲線との重なり部分の面積が小さい程、利用効率は高い。

本発明者は、第１発光素子１５から射出される第１画像光ＬＲ（赤色光）のピーク波長を種々変えたときの利用効率を計算した。
図４は、その計算結果を示しており、第１画像光ＬＲのピーク波長と利用効率との関係を示すグラフである。図４において、横軸はピーク波長（ｎｍ）であり、縦軸は利用効率（％）である。

図４に示すように、利用効率は、第１画像光ＬＲのピーク波長が長くなる程、大きくなる。具体的には、ピーク波長が６１０ｎｍのときの利用効率が２６％であり、ピーク波長が６２０ｎｍのときの利用効率が４５％であり、ピーク波長が６３０ｎｍのときの利用効率が６６％であり、ピーク波長が６４０ｎｍのときの利用効率が８３％であり、ピーク波長が６５０ｎｍのときの利用効率が８９％であった。

仮に偏光特性を有するダイクロイックプリズムを用いて有機ＥＬ素子からの光を合成したとすると、このダイクロイックプリズムでは有機ＥＬ素子からの光に含まれるＳ偏光、Ｐ偏光のいずれか一方は利用できないため、利用効率は最大で５０％である。したがって、偏光特性を有していないダイクロイックプリズムを用いて有機ＥＬ素子からの光を合成する場合には、利用効率は少なくとも５０％を超えなければ、このダイクロイックプリズムを用いる意味がない。

この観点からすると、図４から、ピーク波長が６３０ｎｍを超えた場合に利用効率が５０％を超える。本実施形態の画像表示モジュール１においては、６３０ｎｍ以上、かつ６８０ｎｍ以下のピーク波長を有する第１画像光ＬＲを射出する第１パネル１０と偏光分離特性を有していないダイクロイックミラー５６，５７を備えたダイクロイックプリズム５０とを用いているため、第１画像光ＬＲ（赤色光）の利用効率が５０％以上であり、偏光特性を有するダイクロイックプリズムを用いた場合と比べて第１画像光ＬＲ（赤色光）の利用効率を高められるとともに、迷光を抑制することができる。

なお、第１画像光ＬＲのピーク波長が６８０ｎｍを超えると、視感度が低く、十分な輝度が得られないため、好ましくない。

図４において、入射角が４５°の場合の第１ダイクロイックミラー５６における第１画像光ＬＲ（赤色光）のカットオフ波長が約６２０ｎｍであり、入射角が４５°の場合の第２ダイクロイックミラー５７における第２画像光ＬＢ（青色光）のカットオフ波長が約４９０ｎｍである。したがって、第１画像光ＬＲ（赤色光）のカットオフ波長である６２０ｎｍと第２画像光ＬＢ（青色光）のカットオフ波長である４９０ｎｍとの間の波長域において、第３画像光ＬＧ（緑色光）は、第１ダイクロイックミラー５６および第２ダイクロイックミラー５７を透過する。

第１画像光ＬＲのカットオフ波長と第２画像光ＬＢのカットオフ波長との差を第３画像光ＬＧの透過帯域幅と定義すると、本実施形態の画像表示モジュール１における第３画像光ＬＧ（緑色光）の透過帯域幅は、約１３０ｎｍである。第３画像光ＬＧ（緑色光）の透過帯域幅が１３０ｎｍ以上であれば、第３画像光ＬＧの利用効率が十分に得られ、画像の視感度を確保することができる。

さらに本実施形態の場合、第１パネル１０が有機ＥＬ素子からなる第１発光素子１５と赤色光共振器８１（Ｒ）とを備えているため、赤色光共振器８１（Ｒ）を備えていない場合に比べて、第１パネル１０から射出される第１画像光ＬＲの発光スペクトルの半値幅を狭めやすい。図３から判るように、第１画像光ＬＲの発光スペクトルの半値幅を狭めることによって、第１画像光ＬＲの利用効率を高めやすくなる。

［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表示モジュール１は、以下に説明する画像表示装置に用いられる。
図５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６は、図５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７は、図６に示す光学系の光路を示す説明図である。

図５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については説明を省略する。
図６および図７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、画像表示モジュール１と、画像表示モジュール１から射出された合成光Ｌｂを射出部１０５８に導く導光系１０３０と、を有している。画像表示モジュール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、画像表示モジュール１から射出された合成光Ｌｂ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。

画像表示モジュール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ＬＢ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ＬＧ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ＬＢと第３画像光ＬＧとが合成された合成光Ｌｂが射出される。

本実施形態において、第１波長域は例えば６３０ｎｍ〜６８０ｎｍであり、第１パネル１０は赤色の第１画像光ＬＲを射出する。第２波長域は例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍであり、第２パネル２０は青色の第２画像光ＬＢを射出する。第３波長域は例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍであり、第３パネル３０は緑色の第３画像光ＬＧを射出する。本実施形態において、第１画像光ＬＲ、第２画像光ＬＢ、および第３画像光ＬＧは、偏光特性を有していない光である。

導光系１０３０は、合成光Ｌｂ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、画像表示モジュール１から射出された合成光Ｌｂが入射する入射面１０４１と、入射面１０４１から入射した合成光Ｌｂ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を介して画像表示モジュール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光Ｌｂは、入射面１０４１で屈折し、反射面１０４２に向かう。次に、合成光Ｌｂは、反射面１０４２で反射されて再び入射面１０４１に向かう。その際、合成光Ｌｂ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、平行光である合成光Ｌｂ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光Ｌｂ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、合成光Ｌｂ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に入射した合成光Ｌｂ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に入射した合成光Ｌｂ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光Ｌｂ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、画像表示モジュール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４実施形態の頭部装着型表示装置１０００は、第１実施形態の画像表示モジュール１を備えているため、第１画像光ＬＲの利用効率が高いとともに、迷光の発生が少なく、表示品位に優れる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
上記第１実施形態で説明した画像表示モジュール１は、以下に説明する表示装置に用いられる。
図８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８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表示モジュール１と、画像表示モジュール１から射出された合成光Ｌｂ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。

画像表示モジュール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５実施形態の投射型表示装置２０００は、第１実施形態の画像表示モジュール１を備えているため、第１画像光ＬＲの利用効率が高いとともに、迷光の発生が少なく、表示品位に優れる。

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表示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、画像表示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、上記実施形態で説明した画像表示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…画像表示モジュール、１０…第１パネル、１５…第１発光素子、２０…第２パネル、２５…第２発光素子、３０…第３パネル、３５…第３発光素子、５０…ダイクロイックプリズム（色合成プリズム）、５６…第１ダイクロイックミラー、５７…第２ダイクロイックミラー、８１（Ｒ）…赤色光共振器、８１（Ｂ）…青色光共振器、８１（Ｇ）…緑色光共振器、１０００…頭部装着型表示装置（画像表示装置）、２０００…投射型表示装置（画像表示装置）、ＬＲ…第１画像光、ＬＢ…第２画像光、ＬＧ…第３画像光。

Claims

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青色波長域の第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緑色波長域の第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、
前記色合成プリズムは、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と、を有し、
前記赤色波長域のピーク波長は、６３０ｎｍ以上、かつ６８０ｎｍ以下であり、
前記第１パネル、前記第２パネル、および前記第３パネルのそれぞれは、有機エレクトロルミネッセンス素子からなる発光素子を有している、画像表示モジュール。
前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにおける前記第１画像光の利用効率が５０％以上である、請求項１に記載の画像表示モジュール。
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第３画像光を透過し、前記第１画像光を反射する特性を有し、
前記第２ダイクロイックミラーは、前記第３画像光を透過し、前記第２画像光を反射する特性を有し、
前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにおける前記第３画像光の透過帯域幅が１３０ｎｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の画像表示モジュール。
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、光共振器を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の画像表示モジュール。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の画像表示モジュールを備えた、画像表示装置。