JP7476073B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

近年では、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを用いて、例えば仮想現実（ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）を提供する技術が注目されている。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの眼前に設けられたディスプレイに画像が表示されるように構成されている。これにより、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザは、臨場感のある仮想現実空間を体験することができる。
このようなヘッドマウントディスプレイでは、薄型化及び軽量化の要望が高まっている。

特表２００３－５０４６６３号公報 特表２００３－５２９７９５号公報 特開２０１８－１０６１６０号公報 特開２０１９－５３１５２号公報 特開２０１９－１４８６２６号公報 特開２０１９－１４８６２７号公報

本実施形態の目的は、薄型化及び軽量化が可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態の表示装置は、
直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、半透過層と、前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、第１直線偏光を透過し、前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射する反射偏光板と、前記半透過層と前記反射偏光板との間に配置された第２位相差板と、前記反射偏光板から離間した素子と、前記反射偏光板と前記素子との間に配置された第３位相差板と、を備え、前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記第３位相差板は、１／４波長板であり、前記素子は、第１円偏光を集光するレンズ作用を有している。

本実施形態の表示装置は、
直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、半透過層と、前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、前記半透過層から離間した素子と、前記半透過層と前記素子との間に配置され、前記半透過層から離間し、第１コレステリック液晶を有し、第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１光学素子と、を備え、前記第１位相差板は、１／４波長板であり、前記素子は、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有している。

図１は、本実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。 図３は、表示装置ＤＳＰの第１構成例を示す断面図である。 図４は、図３に示した液晶素子１０の一例を示す断面図である。 図５は、図４に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を示す平面図である。 図６は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図７は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一構成例を示す平面図である。 図８は、ヘッドマウントディスプレイ１の第１構成例を示す断面図である。 図９は、表示装置ＤＳＰの第２構成例を示す断面図である。 図１０は、図９に示した光学素子２０の一例を示す断面図である。 図１１は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図１２は、ヘッドマウントディスプレイ１の第２構成例を示す断面図である。 図１３は、図１２に示した第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒを説明するための図である。 図１４は、表示装置ＤＳＰの第３構成例を示す断面図である。 図１５は、図１４に示した第１光学素子２０１Ｂ及び２０２Ｂ、第２光学素子２０１Ｇ及び２０２Ｇ、及び、第３光学素子２０１Ｒ及び２０２Ｒを説明するための図である。 図１６は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図１７は、表示装置ＤＳＰの第４構成例を示す断面図である。 図１８は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向を第１方向Ｘと称し、Ｙ軸に沿った方向を第２方向Ｙと称し、Ｚ軸に沿った方向を第３方向Ｚと称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

図１は、本実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、例えば、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、を備えている。ユーザがヘッドマウントディスプレイ１を頭部に装着した状態では、表示装置ＤＳＰＲは当該ユーザの右眼の眼前に位置するように配置され、また、表示装置ＤＳＰＬは当該ユーザの左眼の眼前に位置するように配置されている。

図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。表示装置ＤＳＰＲは、表示装置ＤＳＰＬと実質的に同様に構成されている。

表示装置ＤＳＰＲは、表示パネル２Ｒと、照明装置３Ｒと、点線で示した光学システム４Ｒと、を備えている。照明装置３Ｒは、表示パネル２Ｒの背面に配置され、表示パネル２Ｒを照明するように構成されている。光学システム４Ｒは、表示パネル２Ｒの前面（あるいはユーザの右眼ＥＲと表示パネル２Ｒとの間）に配置され、表示パネル２Ｒからの表示光を右眼ＥＲに導くように構成されている。

表示パネル２Ｒは、例えば、液晶パネルである。表示パネル２Ｒは、照明装置３Ｒと光学システム４Ｒとの間に配置されている。表示パネル２Ｒには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｒ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｒが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｒは、表示パネル２Ｒの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｒの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＬは、表示パネル２Ｌと、照明装置３Ｌと、点線で示した光学システム４Ｌと、を備えている。照明装置３Ｌは、表示パネル２Ｌの背面に配置され、表示パネル２Ｌを照明するように構成されている。光学システム４Ｌは、表示パネル２Ｌの前面（あるいはユーザの左眼ＥＬと表示パネル２Ｌとの間）に配置され、表示パネル２Ｌからの表示光を左眼ＥＬに導くように構成されている。

表示パネル２Ｌは、例えば、液晶パネルである。表示パネル２Ｌは、照明装置３Ｌと光学システム４Ｌとの間に配置されている。表示パネル２Ｌには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｌ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｌが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｌは、表示パネル２Ｌの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｌの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＲを構成する表示パネル２Ｒ、照明装置３Ｒ、及び、光学システム４Ｒは、それぞれ表示装置ＤＳＰＬを構成する表示パネル２Ｌ、照明装置３Ｌ、及び、光学システム４Ｌと同様に構成されている。

本実施形態に係る表示装置ＤＳＰにおいては、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、液晶パネルに限らず、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤなどの自発光型の発光素子を備えた表示パネルであってもよい。表示パネルが発光素子を備えた表示パネルである場合、照明装置３Ｒ及び３Ｌは省略される。

外部に設けられたホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒとそれぞれ接続されている。ホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒに表示される画像に対応した画像データを出力する。表示パネル２Ｌに表示される画像は、左眼用の画像（あるいはユーザの左眼ＥＬで視認される画像）である。また、表示パネル２Ｒに表示される画像は、右眼用の画像（あるいはユーザの右眼ＥＲで視認される画像）である。

例えば、ヘッドマウントディスプレイ１がＶＲ用として利用される場合、左眼用の画像及び右眼用の画像は、両目の視差を再現した互いに類似する画像である。表示パネル２Ｌに表示された左眼用の画像がユーザの左眼ＥＬで視認され、また、表示パネル２Ｒに表示された右眼用の画像がユーザの右眼ＥＲで視認された場合には、ユーザは仮想現実空間として立体的な空間（３次元空間）を把握することができる。

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの第１構成例について説明する。

《第１構成例》
図３は、表示装置ＤＳＰの第１構成例を示す断面図である。
表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、光学システム４と、を備えている。なお、ここでは、表示パネル２の詳細の図示を省略するとともに、照明装置の図示を省略している。ここで説明する表示装置ＤＳＰは、上記の表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬの各々に適用することができる。また、表示パネル２は、上記の表示パネル２Ｒ及び２Ｌの各々に適用することができる。また、光学システム４は、上記の光学システム４Ｒ及び４Ｌの各々に適用することができる。

表示パネル２は、Ｘ－Ｙ平面に亘って延在した平板状に形成されている。表示パネル２の詳細については後述するが、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成されている。例えば、表示パネル２は偏光板を備え、直線偏光の表示光ＤＬは偏光板を介して出射される。

ここで説明する第１構成例に限らず、他の構成例においても同様に、表示パネル２は、液晶パネルに限らない。表示パネル２が自発光型の発光素子を備えた表示パネルである場合、上記の通り照明装置３は省略される。また、この場合、発光素子から出射された表示光ＤＬは、偏光板を透過して直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

光学システム４は、第１構造体４Ａ及び第２構造体４Ｂを備えている。第１構造体４Ａは、第２構造体４Ｂから離間している。図３に示す例では、第１構造体４Ａと第２構造体４Ｂとの間には、空気層４Ｃが設けられている。第１構造体４Ａは、表示パネル２と第２構造体４Ｂとの間（あるいは表示パネル２と空気層４Ｃとの間）に配置されている。

第１構造体４Ａは、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、第２位相差板Ｒ２と、を備えている。第１位相差板Ｒ１及び第２位相差板Ｒ２は、１／４波長板であり、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。半透過層ＨＭは、入射光のうちの一部の光を透過し、その他の光を反射するものである。一例として、半透過層ＨＭは、アルミニウムや銀などの金属材料で形成された薄膜である。また、半透過層ＨＭの透過率は、約５０％である。

第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。また、第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１位相差板Ｒ１は表示パネル２に接し、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１に接し、第２位相差板Ｒ２は半透過層ＨＭに接し、第１位相差板Ｒ１は表示パネル２と半透過層ＨＭとの間に配置され、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に配置されている。

第２構造体４Ｂは、反射偏光板ＰＲと、第３位相差板Ｒ３と、液晶素子１０と、を備えている。反射偏光板ＰＲは、入射光のうち、第１直線偏光を透過し、第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射するものである。一例として、反射偏光板ＰＲは、多層薄膜型のものや、ワイヤグリッド型のものなどである。第３位相差板Ｒ３は、１／４波長板であり、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。

液晶素子１０は、特定波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第１円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。なお、ここでは、円偏光を集光するレンズ作用を有する素子の一例として、液晶素子１０を挙げたが、同等のレンズ作用を有するものであれば、液晶を利用した素子に限定されるものではない。

反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、液晶素子１０は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。また、反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、液晶素子１０は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第３位相差板Ｒ３は反射偏光板ＰＲに接し、液晶素子１０は第３位相差板Ｒ３に接し、第２位相差板Ｒ２は半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間に配置され、第３位相差板Ｒ３は反射偏光板ＰＲと液晶素子１０との間に配置されている。反射偏光板ＰＲは、第２位相差板Ｒ２から離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して第２位相差板Ｒ２と対向している。

表示パネル２及び第１位相差板Ｒ１は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。また、第１構造体４Ａを構成する第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。さらに、第２構造体４Ｂを構成する反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、液晶素子１０は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。これにより、部材間の界面での不所望な反射あるいは屈折を抑制することができる。

第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３は、例えば、少なくとも緑波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものであるが、これに限らない。例えば、第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３としては、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光に対しても略１／４波長の位相差を付与する広帯域型の位相差板を適用することができる。このような広帯域型の位相差板としては、例えば、１／４波長板の遅相軸と１／２波長板の遅相軸とが所定の角度をなす状態で、１／４波長板と１／２波長板とを貼り合わせたものなどを適用することができる。これにより、第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３における波長依存性を緩和することができる。

図４は、図３に示した液晶素子１０の一例を示す断面図である。液晶素子１０は、基板１１と、配向膜ＡＬ１１と、液晶層（第１液晶層）ＬＣ１と、配向膜ＡＬ１２と、基板１２と、を備えている。

基板１１及び１２は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。基板１１は、例えば、図３に示した第３位相差板Ｒ３と接着されるが、第３位相差板Ｒ３と置換してもよい。

配向膜ＡＬ１１は、基板１１の内面１１Ａに配置されている。図４に示す例では、配向膜ＡＬ１１は、基板１１に接しているが、配向膜ＡＬ１１と基板１１との間に他の薄膜が介在していてもよい。
配向膜ＡＬ１２は、基板１２の内面１２Ａに配置されている。図４に示す例では、配向膜ＡＬ１２は、基板１２に接しているが、配向膜ＡＬ１２と基板１２との間に他の薄膜が介在していてもよい。配向膜ＡＬ１２は、第３方向Ｚにおいて、配向膜ＡＬ１１と対向している。
配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

液晶層ＬＣ１は、配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２の間に配置され、配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２に接している。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿った厚さｄ１を有している。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿った配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。

すなわち、液晶層ＬＣ１は、複数の液晶構造体ＬＭＳ１を有している。１つの液晶構造体ＬＭＳ１に着目すると、液晶構造体ＬＭＳ１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１は配向膜ＡＬ１１に近接し、液晶分子ＬＭ１２は配向膜ＡＬ１２に近接している。液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。また、液晶分子ＬＭ１１と液晶分子ＬＭ１２との間の他の液晶分子ＬＭ１の配向方向も、液晶分子ＬＭ１１の配向方向とほぼ一致している。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸の方向に相当する。

また、液晶層ＬＣ１において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１は、互いに配向方向が異なっている。同様に、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１についても、互いに配向方向が異なっている。配向膜ＡＬ１１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、配向膜ＡＬ１２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、連続的（あるいは線形）に変化している。

このような液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ１の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、液晶素子１０は、配向制御のための電極を備えていない。

液晶層ＬＣ１の屈折率異方性あるいは複屈折性（液晶層ＬＣ１の異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）をΔｎとしたとき、液晶層ＬＣ１のリタデーション（位相差）Δｎ・ｄ１は、特定波長λの１／２に設定されている。

図５は、図４に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を示す平面図である。図５には、液晶層ＬＣ１のＸ－Ｙ平面における空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、液晶構造体ＬＭＳ１に含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、配向膜ＡＬ１１に近接する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。

図中の点線で示した同心円では、空間位相が揃っている。あるいは、隣接する２つの同心円で囲まれた環状領域では、液晶分子ＬＭ１１の配向方向が揃っている。但し、隣接する環状領域の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なっている。

例えば、液晶層ＬＣ１は、平面視において、第１環状領域Ｃ１と、第２環状領域Ｃ２と、を有している。第２環状領域Ｃ２は、第１環状領域Ｃ１の外側に位置している。第１環状領域Ｃ１は、同一方向に配向した複数の第１液晶分子ＬＭ１１１によって構成されている。また、第２環状領域Ｃ２は、同一方向に配向した複数の第２液晶分子ＬＭ１１２によって構成されている。第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向は、第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向とは異なっている。

同様に、同心円の中心の領域から、径方向に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なり、連続的に変化している。つまり、図示したＸ－Ｙ平面内において、液晶層ＬＣ１の空間位相は、径方向に沿って異なり、連続的に変化している。

このような構成の液晶素子１０に第１円偏光が入射した場合、第１円偏光は、同心円の中心に向かって集光され、しかも、液晶素子１０の透過光は、第１円偏光とは逆回りの第２円偏光に変換される。

図６は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。ここでの第１直線偏光ＬＰ１とは、例えば紙面に垂直な方向に振動する直線偏光である。また、ここでの表示光ＤＬとは、特定波長λの光である。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、１／４波長の位相差が付与される。これにより、表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過した後に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。ここでの第１円偏光ＣＰ１とは、例えば左回りの円偏光である。

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を透過する際に、１／４波長の位相差が付与され、第２直線偏光ＬＰ２に変換される。ここでの第２直線偏光ＬＰ２とは、第１直線偏光ＬＰ１とは直交する方向、つまり紙面に平行な方向に振動する直線偏光である。

なお、第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの第２円偏光ＣＰ２に変換される。ここでの第２円偏光ＣＰ２とは、例えば右回りの円偏光である。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第１位相差板Ｒ１を透過して第２直線偏光ＬＰ２に変換され、表示パネル２において吸収される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第２直線偏光ＬＰ２は、反射偏光板ＰＲで反射される。反射偏光板ＰＲで反射された第２直線偏光ＬＰ２は、第２位相差板Ｒ２を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射され、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過する。第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第２位相差板Ｒ２を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。
なお、半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１位相差板Ｒ１を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第１直線偏光ＬＰ１は、反射偏光板ＰＲを透過し、さらに、第３位相差板Ｒ３を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。第３位相差板Ｒ３を透過した第１円偏光ＣＰ１は、液晶素子１０において、第２円偏光ＣＰ２に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

このような表示装置ＤＳＰによれば、光学システム４は、半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間を３回通る光路を有している。つまり、光学システム４において、半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間の光学的な距離は、実際の半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間隔（あるいは空気層４Ｃの厚さ）の約３倍となる。表示パネル２は、レンズ作用を有する液晶素子１０の焦点よりも内側に設置されている。これにより、ユーザは、拡大された虚像を観察することができる。

このような第１構成例によれば、ガラスや樹脂などで形成された光学部品を備える光学システムと比較して、第３方向Ｚに沿った厚さを薄くすることができ、しかも、軽量化を実現することができる。

なお、図６を参照して説明した第１直線偏光ＬＰ１を第２直線偏光ＬＰ２に置換してもよいし、第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

図７は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一構成例を示す平面図である。なお、図７では、照明装置３の主要部のみを示している。

照明装置３は、導光板ＬＧと、複数の発光素子ＬＤと、を備えている。複数の発光素子ＬＤは、それぞれ導光板ＬＧの側面ＬＧＳと対向している。発光素子ＬＤは、青波長（第１波長）の光を出射する第１発光素子ＬＤＢと、緑波長（第２波長）の光を出射する第２発光素子ＬＤＧと、赤波長（第３波長）の光を出射する第３発光素子ＬＤＲと、を含んでいる。第１発光素子ＬＤＢ、第２発光素子ＬＤＧ、及び、第３発光素子ＬＤＲは、間隔をおいて並んでいる。

発光素子ＬＤからの出射光は、スペクトル幅が狭い（あるいは、色純度が高い）ことが望ましい。このため、発光素子ＬＤとしては、レーザー光源を適用することが望ましい。第１発光素子（第１レーザー素子）ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長をλｂとし、第２発光素子（第２レーザー素子）ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長をλｇとし、第３発光素子（第３レーザー素子）ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長をλｒとする。

なお、照明装置３は、図７に示した構成に限らず、表示パネルの直下に発光素子ＬＤが配置される直下型の照明装置であってもよい。

図８は、ヘッドマウントディスプレイ１の第１構成例を示す断面図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＬを保持するフレームＦＲと、を備えている。

表示装置ＤＳＰＬにおける照明装置３Ｌは、図７を参照して説明した照明装置３に相当し、中心波長λｂの青レーザー光を出射する第１発光素子ＬＤＢと、中心波長λｇの緑レーザー光を出射する第２発光素子ＬＤＧと、中心波長λｒの赤レーザー光を出射する第３発光素子ＬＤＲと、を備えている。

表示装置ＤＳＰＬにおける表示パネル２Ｌは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、第１偏光板ＰＬ１と、第２偏光板ＰＬ２と、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。第１偏光板ＰＬ１は、照明装置３Ｌと第１基板ＳＵＢ１との間に配置されている。第２偏光板ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２と光学システム４Ｌの第１位相差板Ｒ１との間に配置されている。

表示パネル２Ｌの表示領域ＤＡは、照明装置３Ｌからの照明光を選択的に変調するように構成されている。照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、左眼用の直線偏光の表示光ＤＬＬに変換される。

表示装置ＤＳＰＬにおける光学システム４Ｌは、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、第２位相差板Ｒ２と、反射偏光板ＰＲと、第３位相差板Ｒ３と、液晶素子１０と、を備えている。第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、第２位相差板Ｒ２、反射偏光板ＰＲ、及び、第３位相差板Ｒ３に関しては、図３等を参照して説明した通りである。

液晶素子１０は、例えば、緑波長（第２波長）λｇの光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、少なくとも緑波長λｇの第１円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。つまり、液晶素子１０のリタデーションは、照明装置３Ｌの第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。なお、本実施形態で適用される液晶素子１０は、緑波長λｇのみならず、青波長λｂ及び赤波長λｒの第１円偏光を集光するレンズ作用も有している。

表示装置ＤＳＰＲにおける照明装置３Ｒは、図７を参照して説明した照明装置３に相当する。

表示装置ＤＳＰＲにおける表示パネル２Ｒは、表示パネル２Ｌと同様に構成され、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、第１偏光板ＰＬ１と、第２偏光板ＰＬ２と、を備えている。表示パネル２Ｒの表示領域ＤＡは、照明装置３Ｒからの照明光を選択的に変調するように構成されている。照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、右眼用の直線偏光の表示光ＤＬＲに変換される。

表示装置ＤＳＰＲにおける光学システム４Ｒは、光学システム４Ｌと同様に構成され、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、第２位相差板Ｒ２と、反射偏光板ＰＲと、第３位相差板Ｒ３と、液晶素子１０と、を備えている。

このようなヘッドマウントディスプレイ１においては、表示装置ＤＳＰＬの表示光ＤＬＬは、ユーザの左眼に集光され、表示装置ＤＳＰＲの表示光ＤＬＲは、ユーザの右眼に集光される。

このような第１構成例によれば、照明装置３はスペクトル幅が狭い光を出射するレーザー光源を備え、また、液晶素子１０はレーザー光源から出射される光の中心波長に合わせて最適化されている。これにより、特定波長の光を効率よく集光することができ、また、色収差を低減することができ、鮮明な画像をユーザに視認させることができる。

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの他の構成例について説明する。なお、以下の説明では、第１構成例と同一の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する場合がある。

《第２構成例》
図９は、表示装置ＤＳＰの第２構成例を示す断面図である。図９に示す第２構成例は、図３に示した第１構成例と比較して、第２位相差板Ｒ２、反射偏光板ＰＲ、及び、第３位相差板Ｒ３を光学素子２０に置換した点で相違している。

すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、光学システム４と、を備えている。表示パネル２の詳細については省略するが、表示パネル２は、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成されている。

光学システム４の第１構造体４Ａは、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、を備えている。第１位相差板Ｒ１は、１／４波長板である。半透過層ＨＭは、入射光のうちの一部の光を透過し、その他の光を反射するものである。
第１位相差板Ｒ１及び半透過層ＨＭは、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１位相差板Ｒ１は表示パネル２に接し、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１に接し、第１位相差板Ｒ１は表示パネル２と半透過層ＨＭとの間に配置されている。

光学システム４の第２構造体４Ｂは、光学素子（第１光学素子）２０と、液晶素子１０と、を備えている。光学素子２０は、後に詳述するが、コレステリック液晶（第１コレステリック液晶）を有している。光学素子２０は、第１波長の光のうち、第１円偏光を半透過層ＨＭに向けて反射し、第２円偏光を透過するものである。液晶素子１０は、特定波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第２円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。
光学素子２０及び液晶素子１０は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。液晶素子１０は、光学素子２０に接している。光学素子２０は、半透過層ＨＭから離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して半透過層ＨＭと対向している。また、光学素子２０は、半透過層ＨＭと液晶素子１０との間に配置されている。

図１０は、図９に示した光学素子２０の一例を示す断面図である。光学素子２０は、基板２１と、配向膜ＡＬ２１と、液晶層（第２液晶層）ＬＣ２と、配向膜ＡＬ２２と、基板２２と、を備えている。

基板２１及び２２は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。基板２２は、例えば、図９に示した液晶素子１０と接着されるが、液晶素子１０の基板１１と置換してもよい。

配向膜ＡＬ２１は、基板２１の内面２１Ａに配置されている。図１０に示す例では、配向膜ＡＬ２１は、基板２１に接しているが、配向膜ＡＬ２１と基板２１との間に他の薄膜が介在していてもよい。
配向膜ＡＬ２２は、基板２２の内面２２Ａに配置されている。図１０に示す例では、配向膜ＡＬ２２は、基板２２に接しているが、配向膜ＡＬ２２と基板２２との間に他の薄膜が介在していてもよい。配向膜ＡＬ２２は、第３方向Ｚにおいて、配向膜ＡＬ２１と対向している。
配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

液晶層ＬＣ２は、配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２の間に配置され、配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２に接している。液晶層ＬＣ２は、第３方向Ｚに沿った厚さｄ２を有している。液晶層ＬＣ２は、コレステリック液晶を有している。なお、図１０では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭ２は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。

すなわち、液晶層ＬＣ２は、複数の液晶構造体ＬＭＳ２を有している。１つの液晶構造体ＬＭＳ２に着目すると、液晶構造体ＬＭＳ２は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ２１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２と、を有している。液晶分子ＬＭ２１は配向膜ＡＬ２１に近接し、液晶分子ＬＭ２２は配向膜ＡＬ２２に近接している。液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む複数の液晶分子ＬＭ２は、旋回しながら第３方向Ｚに沿って螺旋状に積み重ねられ、コレステリック液晶を構成している。液晶分子ＬＭ２１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、ほぼ一致している。液晶構造体ＬＭＳ２は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（３６０度）を示す。例えば、液晶層ＬＣ２の厚さｄ２は、螺旋ピッチＰの数倍以上である。

また、液晶層ＬＣ２において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ２は、互いに配向方向が揃っている。同様に、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ２についても、互いに配向方向が揃っている。つまり、配向膜ＡＬ２１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、ほぼ一致し、また、配向膜ＡＬ２２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、ほぼ一致している。

液晶層ＬＣ２は、配向膜ＡＬ２１と配向膜ＡＬ２２との間に、一点鎖線で示すような複数の反射面ＬＭＲを有している。複数の反射面ＬＭＲは、Ｘ－Ｙ平面に沿って形成され、互いに略平行である。反射面ＬＭＲは、Ｘ－Ｙ平面に沿って形成されている。反射面ＬＭＲは、ブラッグの法則に従って、入射光のうち、一部の円偏光を反射し、他の円偏光を透過する。ここでの反射面ＬＭＲは、液晶分子ＬＭ２の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。

液晶構造体ＬＭＳ２は、第１波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、第１波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、第１波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

このような液晶層ＬＣ２は、液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む液晶分子ＬＭ２の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ２の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、光学素子２０は、配向制御のための電極を備えていない。

コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶分子の異常光に対する屈折率をｎｅ、液晶分子の常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。このため、反射面ＬＭＲにおいて第１波長λの円偏光を効率よく反射するためには、第１波長λが選択反射波長帯Δλに含まれるように、螺旋ピッチＰ、屈折率ｎｅ及びｎｏが設定される。

図１１は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。ここでの表示光ＤＬとは、第１波長λの光である。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、光学素子２０において反射される。

なお、第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第１位相差板Ｒ１を透過して第２直線偏光ＬＰ２に変換され、表示パネル２において吸収される。

光学素子２０で反射された第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。
なお、半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１位相差板Ｒ１を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。

半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、光学素子２０を透過する。光学素子２０を透過した第２円偏光ＣＰ２は、液晶素子１０において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

このような第２構成例においても、上記の第１構成例と同様の効果が得られる。加えて、光学システム４を構成する部品点数を削減することができる。

なお、図１１を参照して説明した第１直線偏光ＬＰ１を第２直線偏光ＬＰ２に置換してもよいし、第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

図１２は、ヘッドマウントディスプレイ１の第２構成例を示す断面図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＬを保持するフレームＦＲと、を備えている。図１２に示す第２構成例は、図８に示した第１構成例と比較して、第２位相差板Ｒ２、反射偏光板ＰＲ、及び、第３位相差板Ｒ３を省略し、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、第３光学素子２０Ｒを備えた点で相違している。

表示装置ＤＳＰＬにおける照明装置３Ｌ、及び、表示装置ＤＳＰＲにおける照明装置３Ｒは、図７を参照して説明した照明装置３に相当する。

表示装置ＤＳＰＬにおける表示パネル２Ｌ、及び、表示装置ＤＳＰＲにおける表示パネル２Ｒは、図８に示した第１構成例と同一であり、説明を省略する。

表示装置ＤＳＰＬにおける光学システム４Ｌ、及び、表示装置ＤＳＰＲにおける光学システム４Ｒは、それぞれ、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、第１光学素子２０Ｂと、第２光学素子２０Ｇと、第３光学素子２０Ｒと、液晶素子１０と、を備えている。第１位相差板Ｒ１及び半透過層ＨＭに関しては、図３等を参照して説明した通りである。液晶素子１０に関しては、図８を参照して説明した通りである。

表示装置ＤＳＰＬ及び表示装置ＤＳＰＲの各々における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第３方向Ｚに沿って積層されている。なお、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの積層順に関しては、図示した例に限らない。第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、図１０を参照して説明した光学素子２０と同等のものである。

但し、第１光学素子２０Ｂは、青波長（第１波長）λｂの第１円偏光を反射し、青波長λｂの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第１光学素子２０Ｂに含まれる液晶構造体（第１コレステリック液晶）ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１は、図１３に示すように、照明装置３の第１発光素子ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長λｂに対応するように最適化されている。

また、第２光学素子２０Ｇは、緑波長（第２波長）λｇの第１円偏光を反射し、緑波長λｇの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第２光学素子２０Ｇに含まれる液晶構造体（第２コレステリック液晶）ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２は、図１３に示すように、照明装置３の第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。このため、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２は、第１光学素子２０Ｂにおける第１螺旋ピッチＰ１より大きい。

さらに、第３光学素子２０Ｒは、赤波長（第３波長）λｒの第１円偏光を反射し、赤波長λｒの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第３光学素子２０Ｒに含まれる液晶構造体（第３コレステリック液晶）ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３は、図１３に示すように、照明装置３の第３発光素子ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長λｒに対応するように最適化されている。このため、第３光学素子２０Ｒにおける第３螺旋ピッチＰ３は、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２より大きい。

なお、図１３では、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶を拡大して模式的に示している。第１コレステリック液晶ＬＭＳ２１、第２コレステリック液晶ＬＭＳ２２、及び、第３コレステリック液晶ＬＭＳ２３は、すべて同一方向に旋回し、いずれも左回りの第１円偏光を反射するように構成されている。

このように、第１光学素子２０Ｂが反射する円偏光の波長λｂを第１波長とすると、第２光学素子２０Ｇは第１波長λｂよりも長波長の第２波長λｇの円偏光を反射するように構成され、第３光学素子２０Ｒは第２波長λｇよりも長波長の第３波長λｒの円偏光を反射するように構成されている。

このようなヘッドマウントディスプレイ１においては、表示装置ＤＳＰＬの表示光ＤＬＬは、ユーザの左眼に集光され、表示装置ＤＳＰＲの表示光ＤＬＲは、ユーザの右眼に集光される。

このような第２構成例においても、上記の第１構成例と同様の効果が得られる。

《第３構成例》
図１４は、表示装置ＤＳＰの第３構成例を示す断面図である。図１４に示す第３構成例は、図９に示した第２構成例と比較して、液晶素子１０を挟む一対の第１素子２０１及び第２素子２０２を備えた点で相違している。第１素子２０１及び第２素子２０２は、図１０を参照して説明した光学素子２０と同等のものである。
第１素子２０１は第１旋回方向に旋回した液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳを含む一方で、第２素子２０２は第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳを含んでいる。なお、第１素子２０１における螺旋ピッチＰは、第２素子２０２における螺旋ピッチＰと同一である。
これにより、第１素子２０１は、例えば第１円偏光を反射し、第２円偏光を透過する。また、第２素子２０２は、第２円偏光を反射し、第１円偏光を透過する。

第１素子２０１、液晶素子１０、及び、第２素子２０２は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。液晶素子１０は第１素子２０１に接し、第２素子２０２は液晶素子１０に接している。第１素子２０１は、半透過層ＨＭから離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して半透過層ＨＭと対向している。また、第１素子２０１は半透過層ＨＭと液晶素子１０との間に配置され、液晶素子１０は第１素子２０１と第２素子２０２との間に配置されている。

図１４に示した表示装置ＤＳＰがヘッドマウントディスプレイ１に適用される場合、第１素子２０１及び第２素子２０２は、それぞれ青波長（第１波長）λｂ、緑波長（第２波長）λｇ、及び、赤波長（第３波長）λｒに対応するように最適化される。

例えば、図１５に示すように、第１素子２０１においては、第１光学素子２０１Ｂ、第２光学素子２０１Ｇ、及び、第３光学素子２０１Ｒが積層されている。また、第２素子２０２においては、第１光学素子２０２Ｂ、第２光学素子２０２Ｇ、及び、第３光学素子２０２Ｒが積層されている。

第１光学素子２０１Ｂ及び２０２Ｂは、青波長（第１波長）λｂの一部の円偏光を反射し、青波長λｂの他の円偏光を透過するように構成されている。つまり、第１光学素子２０１Ｂ及び２０２Ｂに含まれる液晶構造体（第１コレステリック液晶）ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１は、図１５に示すように、照明装置３の第１発光素子ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長λｂに対応するように最適化されている。

第２光学素子２０１Ｇ及び２０２Ｇは、緑波長（第２波長）λｇの一部の円偏光を反射し、緑波長λｇの他の円偏光を透過するように構成されている。つまり、第２光学素子２０１Ｇ及び２０２Ｇに含まれる液晶構造体（第２コレステリック液晶）ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２は、図１５に示すように、照明装置３の第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。このため、第２螺旋ピッチＰ２は、第１螺旋ピッチＰ１より大きい。

第３光学素子２０１Ｒ及び２０２Ｒは、赤波長（第３波長）λｒの一部の円偏光を反射し、赤波長λｒの他の円偏光を透過するように構成されている。つまり、第３光学素子２０１Ｒ及び２０２Ｒに含まれる液晶構造体（第３コレステリック液晶）ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３は、図１５に示すように、照明装置３の第３発光素子ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長λｒに対応するように最適化されている。このため、第３螺旋ピッチＰ３は、第２螺旋ピッチＰ２より大きい。

なお、図１５では、第１光学素子２０１Ｂの第１コレステリック液晶ＬＭＳ２１、第２光学素子２０１Ｇの第２コレステリック液晶ＬＭＳ２２、及び、第３光学素子２０１Ｒの第３コレステリック液晶ＬＭＳ２３は、すべて同一方向である第１旋回方向に旋回し、いずれも左回りの第１円偏光を反射し、右回りの第２円偏光を透過するように構成されている。

一方で、第１光学素子２０２Ｂの第１コレステリック液晶ＬＭＳ２１、第２光学素子２０２Ｇの第２コレステリック液晶ＬＭＳ２２、及び、第３光学素子２０２Ｒの第３コレステリック液晶ＬＭＳ２３は、すべて同一方向である第２旋回方向に旋回し、いずれも右回りの第２円偏光を反射し、左回りの第１円偏光を透過するように構成されている。

図１６は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。図中の２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）は、図１５に示した第１光学素子２０１Ｂ、第２光学素子２０１Ｇ、及び、第３光学素子２０１Ｒの積層体を示し、図中の２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）は図１５に示した第１光学素子２０２Ｂ、第２光学素子２０２Ｇ、及び、第３光学素子２０２Ｒの積層体を示している。

なお、図１６において、光学素子２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過するまでの光学作用については、図１１を参照して説明したのと同様であり、説明を省略する。また、液晶素子１０は、例えば緑波長（第２波長）λｇの光に対して最適化されているものとする。

この場合、光学素子２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過した第２円偏光ＣＰ２のうち、第２波長の第２円偏光ＣＰ２は、液晶素子１０において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受ける。液晶素子１０を透過した第１円偏光ＣＰ１は、光学素子２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過した後、液晶素子１０のレンズ作用により、ユーザの瞳Ｅに集光される。

光学素子２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過した第２円偏光ＣＰ２のうち、第１波長の第２円偏光ＣＰ２、及び、第３波長の第２円偏光ＣＰ２は、いずれも、液晶素子１０において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けて集光されるが、それぞれの一部の第２円偏光ＣＰ２が第１円偏光に変換されることなく液晶素子１０を透過する。このような第２円偏光ＣＰ２は、液晶素子１０においてレンズ作用を受けず、不要光となる。

不要光である第２円偏光ＣＰ２は、光学素子２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）において反射され、液晶素子１０を透過した際に第１円偏光ＣＰ１に変換される。この第１円偏光ＣＰ１は、光学素子２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）において反射され、再び、液晶素子１０を透過した際に第２円偏光ＣＰ２に変換されるが、微弱な第１円偏光ＣＰ１が第２円偏光に変換されることなく液晶素子１０を透過する。

液晶素子１０を透過した第２円偏光ＣＰ２は、再び光学素子２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）において反射される。また、液晶素子１０を透過した微弱な第１円偏光ＣＰ１は、光学素子２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過するが、ユーザの瞳Ｅに到達する光のうちの不要光の割合は僅かであり、表示品位に与える影響は軽微である。

このような第３構成例によれば、上記の第１構成例と同様に効果が得られる。加えて、液晶素子１０においてレンズ作用を受けない不要光は、光学素子２０１（Ｂ、Ｇ、Ｒ）と光学素子２０２（Ｂ、Ｇ、Ｒ）との間で繰り返し反射されて減衰する。不要光は、多重画像（いわゆるゴースト）の原因となるが、上記の第３構成例によれば、ユーザの瞳Ｅに到達する不要光の割合が低減され、表示品位の低下を抑制することができる。

《第４構成例》
図１７は、表示装置ＤＳＰの第４構成例を示す断面図である。図１７に示す第４構成例は、図９に示した第２構成例と比較して、広帯域型の第４位相差板Ｒ４及び偏光板ＰＬを備えた点で相違している。

第４位相差板Ｒ４は、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光に対しても略１／４波長の位相差を付与する広帯域型の位相差板である。このような広帯域型の位相差板は、上記したように、例えば、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせることで実現される。偏光板ＰＬは、第１直線偏光を透過し、第２直線偏光を吸収するものである。これらの第４位相差板Ｒ４及び偏光板ＰＬは、広帯域型の円偏光板として機能する。

光学素子２０、液晶素子１０、第４位相差板Ｒ４、及び、偏光板ＰＬは、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。液晶素子１０は光学素子２０に接し、第４位相差板Ｒ４は液晶素子１０に接し、偏光板ＰＬは第４位相差板Ｒ４に接している。光学素子２０は、半透過層ＨＭから離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して半透過層ＨＭと対向している。また、光学素子２０は半透過層ＨＭと液晶素子１０との間に配置され、液晶素子１０は光学素子２０と第４位相差板Ｒ４との間に配置され、第４位相差板Ｒ４は液晶素子１０と偏光板ＰＬとの間に配置されている。

図１７に示した表示装置ＤＳＰがヘッドマウントディスプレイ１に適用される場合、光学素子２０は、第３構成例で説明したのと同様に、青波長（第１波長）λｂ、緑波長（第２波長）λｇ、及び、赤波長（第３波長）λｒに対応するように最適化される。

図１８は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。図中の２０（Ｂ、Ｇ、Ｒ）は、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの積層体を示している。

第１光学素子２０Ｂは、青波長（第１波長）λｂの第１円偏光を反射し、第２円偏光を透過するように構成されている。第２光学素子２０Ｇは、緑波長（第２波長）λｇの第１円偏光を反射し、第２円偏光を透過するように構成されている。第３光学素子２０Ｒは、赤波長（第３波長）λｒの第１円偏光を反射し、第２円偏光を透過するように構成されている。

なお、図１８において、光学素子２０（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過するまでの光学作用については、図１１を参照して説明したのと同様であり、説明を省略する。また、液晶素子１０は、例えば緑波長（第２波長）λｇの光に対して最適化されているものとする。

この場合、光学素子２０（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過した第２円偏光ＣＰ２のうち、第２波長の第２円偏光ＣＰ２は、液晶素子１０において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受ける。液晶素子１０を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第４位相差板Ｒ４を透過した際に第１直線偏光ＬＰ１に変換される。この第１直線偏光ＬＰ１は、偏光板ＰＬを透過し、液晶素子１０のレンズ作用により、ユーザの瞳Ｅに集光される。

光学素子２０（Ｂ、Ｇ、Ｒ）を透過した第２円偏光ＣＰ２のうち、第１波長の第２円偏光ＣＰ２、及び、第３波長の第２円偏光ＣＰ２は、いずれも、液晶素子１０において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けて集光されるが、それぞれの一部の第２円偏光ＣＰ２が第１円偏光に変換されることなく液晶素子１０を透過する。このような第２円偏光ＣＰ２は、液晶素子１０においてレンズ作用を受けず、不要光となる。

不要光である第２円偏光ＣＰ２は、広帯域型の第４位相差板Ｒ４において、第２直線偏光ＬＰ２に変換され、偏光板ＰＬにおいて吸収される。

このような第４構成例によれば、上記の第１構成例と同様に効果が得られる。加えて、液晶素子１０においてレンズ作用を受けない不要光は、第４位相差板Ｒ４及び偏光板ＰＬによって構成された広帯域型の円偏光板によって吸収され、ユーザの瞳Ｅにほとんど到達しない。したがって、表示品位の低下を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、薄型化及び軽量化が可能な表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ヘッドマウントディスプレイ ２…表示パネル ３…照明装置 ４…光学システム
ＤＳＰ…表示装置
Ｒ１…第１位相差板 Ｒ２…第２位相差板 Ｒ３…第３位相差板
ＨＭ…半透過層 ＰＲ…反射偏光板
１０…液晶素子 ２０…光学素子
ＬＤ…発光素子

Claims (14)

1. 直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、
   半透過層と、
   前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
   第１直線偏光を透過し、前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射する反射偏光板と、
   前記半透過層と前記反射偏光板との間に配置された第２位相差板と、
   前記反射偏光板から離間した素子と、
   前記反射偏光板と前記素子との間に配置された第３位相差板と、を備え、
   前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記第３位相差板は、１／４波長板であり、
   前記素子は、第１円偏光を集光するレンズ作用を有している、表示装置。
2. 直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、
   半透過層と、
   前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
   前記半透過層から離間した素子と、
   前記半透過層と前記素子との間に配置され、前記半透過層から離間し、第１コレステリック液晶を有し、第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１光学素子と、を備え、
   前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
   前記素子は、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有している、表示装置。
3. 前記素子は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
   前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
   前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なる、請求項１または２に記載の表示装置。
4. さらに、前記表示パネルの背面に配置された照明装置を備え、
   前記照明装置は、第１波長の光を出射する第１発光素子と、前記第１波長よりも長波長の第２波長の光を出射する第２発光素子と、前記第２波長よりも長波長の第３波長の光を出射する第３発光素子と、を備えている、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第１発光素子、前記第２発光素子、及び、前記第３発光素子は、レーザー光源である、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記第１光学素子は、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
   前記液晶層は、前記第１コレステリック液晶を含み、第１波長の円偏光を反射する反射面を有している、請求項２に記載の表示装置。
7. さらに、第２コレステリック液晶を有し、前記第１波長よりも長波長の第２波長の円偏光を反射する第２光学素子と、
   第３コレステリック液晶を有し、前記第２波長よりも長波長の第３波長の円偏光を反射する第３光学素子と、を備え、
   前記第１光学素子、前記第２光学素子、及び、前記第３光学素子は積層され、
   前記第２コレステリック液晶の第２螺旋ピッチは、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋ピッチより大きく、
   前記第３コレステリック液晶の第３螺旋ピッチは、前記第２コレステリック液晶の第２螺旋ピッチより大きい、請求項６に記載の表示装置。
8. さらに、前記表示パネルの背面に配置された照明装置を備え、
   前記照明装置は、前記第１波長の光を出射する第１発光素子と、前記第２波長の光を出射する第２発光素子と、前記第３波長の光を出射する第３発光素子と、を備えている、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記第１発光素子、前記第２発光素子、及び、前記第３発光素子は、レーザー光源である、請求項８に記載の表示装置。
10. 直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、
    半透過層と、
    前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
    前記半透過層から離間し、コレステリック液晶を有し、第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１素子と、
    コレステリック液晶を有し、前記第２円偏光を反射し、前記第１円偏光を透過する第２素子と、
    前記半透過層から離間し、前記第１素子と前記第２素子との間に配置された素子と、を備え、
    前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
    前記素子は、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有している、表示装置。
11. 前記第１素子及び前記第２素子の各々は、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有している、請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記第１素子及び前記第２素子の各々は、
    第１コレステリック液晶を有し、第１波長の円偏光を反射する第１光学素子と、
    第２コレステリック液晶を有し、前記第１波長よりも長波長の第２波長の円偏光を反射する第２光学素子と、
    第３コレステリック液晶を有し、前記第２波長よりも長波長の第３波長の円偏光を反射する第３光学素子と、を備え、
    前記第１光学素子、前記第２光学素子、及び、前記第３光学素子は積層され、
    前記第２コレステリック液晶の第２螺旋ピッチは、前記第１コレステリック液晶の第１螺旋ピッチより大きく、
    前記第３コレステリック液晶の第３螺旋ピッチは、前記第２コレステリック液晶の第２螺旋ピッチより大きい、請求項１１に記載の表示装置。
13. 直線偏光の表示光を出射する表示パネルと、
    半透過層と、
    前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
    前記半透過層から離間した素子と、
    前記半透過層と前記素子との間に配置され、第１コレステリック液晶を有し、第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１光学素子と、
    偏光板と、
    前記素子と前記偏光板との間に配置された第４位相差板と、を備え、
    前記第１位相差板及び前記第４位相差板は、１／４波長板であり、
    前記素子は、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有している、表示装置。
14. さらに、前記表示パネルの背面に配置された照明装置を備え、
    前記照明装置は、第１波長の光を出射する第１発光素子と、前記第１波長よりも長波長の第２波長の光を出射する第２発光素子と、前記第２波長よりも長波長の第３波長の光を出射する第３発光素子と、を備え、
    前記第４位相差板は、前記第１波長、前記第２波長、及び、前記第３波長の各々の光に対して１／４波長の位相差を付与する広帯域型位相差板である、請求項１３に記載の表示装置。

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