JPWO2020026586A1 - 表示装置及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

表示装置本体（１０Ａ）では、第１偏光板（３１）、第１波長板（３２）、反射層（３３）、第２波長板（３５）、及び第２偏光板（３６）は、表示素子（Ｄｅ）とレンズ（Ｓ）との間に配置され、且つ、この順番で表示素子（Ｄｅ）からレンズ（Ｓ）に向けて並んでいる。そして、反射層（３３）は、表示素子（Ｄｅ）の非光出射領域（Ｒ２）の位置に対応し且つ光を反射する反射領域（Ｅ１）と、複数の光出射領域（Ｒ１）の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域（Ｅ２）とを有している。これによると、表示素子から出る光の利用効率を向上できる表示装置が得られる。

Description

本発明は表示装置及び撮像装置に関する。
液晶パネルや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルなどの表示素子に表示される映像を、レンズを通してユーザに提供する表示装置が利用されている。このような表示装置の一例として、特開２０１７−２２３８２５号公報には、ヘッドマウントディスプレイが開示されている。
表示装置の小型化のためには、表示素子とレンズとの距離が小さいのが望ましい。そこで、表示素子とレンズとの間に、偏光板や、波長板、ハーフミラーなどが配置され、表示素子から出た映像光が表示素子とレンズとの間で複数回反射した後に、ユーザの目に到達するように構成された表示装置が検討されている。この構造によれば、レンズの焦点距離に応じた光学的な距離を表示素子とレンズとの確保しながら、表示素子とレンズとの実際の距離を縮めることが可能となる。
ところが、ハーフミラーは半分の光を透過し、残りの光を反射する。そのため、不要な反射や不要な透過がハーフミラーで発生し、表示素子から出た光の一部はユーザの目に到達せず、表示素子から出た光の利用効率が低いという問題がある。
同様の問題は、携帯電話などの携帯機器に搭載される撮像装置においても起こりえる。すなわち、撮像素子（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ）とレンズとの間に、偏光板や、波長板、ハーフミラーなどを配置すれば、撮像装置の薄型化と光路長の確保とが両立できる。ところが、ハーフミラーは半分の光を透過し、残りの光を反射するので、不要な反射や不要な透過がハーフミラーで発生してしまう。
本開示で提案する表示装置の一例は、レンズと、複数の画素を有し、光が透過する領域である又は光を発する領域である光出射領域を複数の画素のそれぞれが有し、隣り合う光出射領域の間に非光出射領域が形成されている表示素子とを有している。また、本開示で提案する表示装置の一例は、第１偏光板と、第１波長板と、反射層と、第２波長板と、第２偏光板とを有している。前記第１偏光板、前記第１波長板、前記反射層、前記第２波長板、及び前記第２偏光板は前記表示素子と前記レンズとの間に配置され、且つ、この順番で前記表示素子から前記レンズに向けて並んでいる。前記反射層は、前記非光出射領域の位置に対応し且つ光を反射する反射領域と、前記複数の光出射領域の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域とを有している。この表示装置によれば、表示素子から出る光の利用効率を向上できる。
本開示で提案する撮像装置の一例は、レンズと、複数の画素を有し、外光が透過する領域である受光領域を複数の画素のそれぞれが有し、隣り合う受光領域の間に非受光領域を有している撮像素子と、第１偏光板と、第１波長板と、反射層と、第２波長板と、第２偏光板と、を有している。前記第１偏光板、前記第１波長板、前記反射層、前記第２波長板、及び前記第２偏光板は前記撮像素子と前記レンズとの間に配置され、且つ、この順番で前記撮像素子から前記レンズに向けて並んでいる。前記反射層は、前記非受光領域の位置に対応し且つ光を反射する反射領域と、前記受光領域の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域とを有している。この撮像装置によれば、不要な反射や不要な透過を発生させるハーフミラーを利用することなく、撮像素子とレンズとの距離を小さくでき、撮像装置の薄型化を実現できる。
本開示で提案する表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。 表示素子が有している画素配置の例を示す平面図である。 表示素子が有している画素配置の他の例を示す平面図である。 表示装置本体の一例を示す概略断面図であり、その切断位置は図２Ａに示すＩＩＩ−ＩＩＩ線である。 本開示で提案する表示装置との比較のために、ハーフミラーを有している表示装置の光路を示す断面図である。 表示装置本体の他の例を示す概略断面図である。 表示装置本体のさらに別の例を示す概略断面図である。 図６Ａに示す表示装置本体のさらに別の例を示す概略断面図である。 表示装置本体のさらに別の例を示す概略断面図である。 図７Ａに示す表示装置本体のさらに別の例を示す概略断面図である。 本開示で提案する撮像装置の一例を示す断面図である。
以下、本開示で提案する表示装置の実施形態について説明する。図１は、表示装置の一例である、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００を示す斜視図である。以下の説明では、図１のＸ１−Ｘ２で示す方向を左右方向と称し、図１のＹ１及びＹ２が示す方向をそれぞれ前方及び後方と称し、図２のＺ１及びＺ２の示す方向をそれぞれ上方及び下方と称する。
ＨＭＤ１００は、ユーザの眼前に配置される本体ハウジング３を有している。本体ハウジング３には、後述する表示素子Ｄｅ（図３参照）と、レンズＳ（図３参照）を含む光学系とによって構成される表示装置本体１０Ａが配置されている。ＨＭＤ１００は、本体ハウジング３から伸びていてユーザの頭部に固定されるバンド機構２を有している。本開示で提案する表示装置は、ＨＭＤとは異なる表示装置（例えば、車載表示装置）に適用されてもよい。
［表示装置本体の基本構成］
表示素子Ｄｅは、外部装置から供給された動画像データに応じた動画像を形成するパネルであり、その一例は液晶パネルである。表示素子Ｄｅは、有機ＥＬパネルや、マイクロＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）パネルであってもよい。図２Ａは表示素子Ｄｅが有している画素配置の例を示す平面図である。この図に示すように、表示素子Ｄｅは複数の画素Ｐｘ（ｒ）、Ｐｘ（ｇ）、Ｐｘ（ｂ）を有している。画素Ｐｘ（ｒ）、Ｐｘ（ｇ）、Ｐｘ（ｂ）は複数色で構成される。例えば、画素Ｐｘ（ｒ）、Ｐｘ（ｇ）、Ｐｘ（ｂ）はそれぞれ赤画素、緑画素、青画素である。画素の種類は３色に限られず、４色でもよい。以下では、３色又は４色の画素に共通する説明においては、画素に符号Ｐｘを用いる。図２Ａの例では、画素Ｐｘは左右方向と上下方向で並んでいる。画素配置は図２Ａの例に限られず、例えば図２Ｂに示すように、画素Ｐｘは斜めに並んでもよい。
［光出射領域・非光出射領域］
図２Ａに示すように、各画素Ｐｘは、光出射領域Ｒ１を有している。本明細書において、光出射領域Ｒ１とは、レンズＳに向けて光を発する領域、又はレンズＳに向けて光が透過する領域である。表示素子Ｄｅが自発光素子である場合、すなわち、表示素子Ｄｅが有機ＥＬパネルやマイクロＯＬＥＤパネルである場合、光出射領域Ｒ１は、発光層が電流を受けて発光する領域である。表示素子Ｄｅが液晶パネルである場合、光出射領域Ｒ１はバックライトの光がレンズＳに向けて透過する領域である。図３に示すように、表示素子Ｄｅは、隣り合う光出射領域Ｒ１の間に非光出射領域Ｒ２を有している。非光出射領域Ｒ２は、光を発したり、光が透過したりしない領域である。すなわち、非光出射領域Ｒ２は、複数の光出射領域Ｒ１以外の領域である。表示素子Ｄｅは、この領域Ｒ２に、例えば不透明な材料で形成されている電線（例えば、各画素Ｐｘの階調値に応じた信号や、電流が流れる電線）や、半導体で形成される素子（例えば、トランジスタ）を有する。
［表示素子］
表示装置本体１０Ａは、表示素子Ｄｅの例として、液晶パネルを有している。したがって、図３に示すように、表示素子Ｄｅは、ガラスや樹脂である基板１１と、基板１１に形成されている回路層１２と、液晶層１４と、液晶を配向する配向膜１３とを有している。回路層１２には、各光出射領域Ｒ１に位置し液晶を駆動する画素電極１２ａと、画素電極１２ａの電位を階調値に応じた値に設定するＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、不図示）が形成されている。また、表示素子Ｄｅは、複数の光出射領域Ｒ１に亘って形成される、図示されていない共通電極を有している。共通電極と画素電極１２ａとの電位差が形成され、その電位差に起因する電界により液晶層１４の液晶が駆動される。また、表示装置本体１０Ａは、表示素子Ｄｅに光を照射するバックライト１６と、表示素子Ｄｅとバックライト１６との間に形成される偏光板１５とを有している。
また、表示装置本体１０Ａは、対向基板２１と、対向基板２１に形成されているカラーフィルター層２２と、カラーフィルター層２２と液晶層１４との間に形成され、液晶を配向する配向膜２３とを有している。カラーフィルター層２２は、各画素Ｐｘの色に応じた着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを有している。また、カラーフィルター層２２は、隣り合う光出射領域Ｒ１の間に形成され、着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを区画するブラックマトリクス２２ａを有している。対向基板２１は、液晶層１４とは反対側に偏光板３１を有している。
［レンズ］
レンズＳは、表示素子Ｄｅから出た光を光軸に向けて屈折させる正の屈折力を有するレンズである。レンズＳは１つのレンズ素子で構成されてもよいし、複数のレンズ素子によって構成されてもよい。また、各レンズ素子は、球面レンズでもよいし、非球面レンズでもよい。また、各レンズ素子は、フレネル構造を有するレンズであってもよい。
［偏光板と波長板］
表示装置本体１０Ａは、表示素子ＤｅとレンズＳとの間に、レンズＳの焦点距離に応じた光路長を光の反射を利用して確保する構造を有している。具体的には、図３に示すように、表示装置本体１０Ａは、表示素子ＤｅとレンズＳとの間に、偏光板３１と、波長板３２と、反射層３３と、波長板３５と、偏光板３６とを有している。偏光板３１、波長板３２、反射層３３、波長板３５、及び偏光板３６は、表示素子ＤｅからレンズＳに向かって、この順番で並んでいる。以下の説明では、偏光板３１を「第１偏光板」と称し、波長板３２を「第１波長板」と称し、波長板３５を「第２波長板」と称し、偏光板３６を「第２偏光板」と称する。
第１偏光板３１と第２偏光板３６は、直交する偏光成分からなる光から、一方のみを直線偏光として通過させ、他方の通過を阻止する光学素子である。表示装置本体１０Ａの例では、第１偏光板３１が通過を許容する直線偏光の方向（透過軸）と、第２偏光板３６が通過を許容する直線偏光の方向は同じである。表示装置本体１０Ａの例では、第１偏光板３１と第２偏光板３６は、それらの透過軸が縦方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に沿うように配置される。表示装置本体１０Ａの例とは異なり、第１偏光板３１と第２偏光板３６は、それらの透過軸が、例えば横方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿うように配置されてもよい。
第１波長板３２と第２波長板３５は、これらに入射する直線偏光を円偏光に変えて出射し、これらに入射する円偏光を直線偏光に変えて出射する光学素子である。波長板３２、３５は、例えばλ／４の位相差を有する波長板である。波長板３２、３５は３λ／４の位相差を有する波長板であってもよい。第１波長板３２と第２波長板３５は、これらに入射する光の進行方向によって、異なる偏光変換を生じる。表示装置本体１０Ａの例において、波長板３２、３５は、次の偏光変換を生じる。
波長板３２、３５は、これらに縦方向の直線偏光が前側から（図２において右側から）入射した場合、この直線偏光を、光の進行方向に見て右回りの円偏光に変換する。また、波長板３２、３５は、光の進行方向に見て右回りの円偏光が前側から入射した場合、この円偏光を横方向の直線偏光に変換する。また、波長板３２、３５は、横方向の直線偏光が前側から入射した場合、この直線偏光を光の進行方向に見て左回りの円偏光に変換する。また、波長板３２、３５は、光の進行方向に見て左回りの円偏光が前側から入射した場合、この円偏光を縦方向の直線偏光に変換する。
また、波長板３２、３５は、これらに縦方向の直線偏光の光が後側から（図２において左側から）入射した場合、この直線偏光を光の進行方向に見て左回りの円偏光に変換する。波長板３２、３５は、光の進行方向に見て左回りの円偏光が後側から入射した場合、この円偏光を横方向の直線偏光に変換する。また、波長板３２、３５は、横方向の直線偏光が後側から入射した場合、この直線偏光を光の進行方向に見て右回りの円偏光に変換する。波長板３２、３５は、光の進行方向に見て右回りの円偏光が後側から入射した場合、この円偏光を縦方向の直線偏光に変換する。
波長板３２、３５が生じる偏光変換、言い換えれば、波長板３２、３５の光学軸（遅相軸及び進相軸）の向きは、偏光板３１、３６の透過軸の向きに応じて変更されてよい。
一例では、第１偏光板３１と第１波長板３２は互いに接触するように配置され、第２偏光板３６と第２波長板３５は互いに接触するように配置される。こうすれば、第１偏光板３１の透過軸に対する第１波長板３２の光学軸の角度の設定が容易となり、第２偏光板３６の透過軸に対する第２波長板３５の光学軸の角度の設定が容易となる。他の例では、第１偏光板３１と第１波長板３２との間に隙間が確保され、第２偏光板３６と第２波長板３５との間に隙間が確保されてもよい。
［反射層］
図３に示すように、反射層３３は、表示素子Ｄｅの非光出射領域Ｒ２の位置に対応し且つ光を反射する反射領域Ｅ１を有している。また、反射層３３は、複数の光出射領域Ｒ１の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域Ｅ２を有している。表示装置本体１０Ａの例では、複数の光透過領域Ｅ２が複数の光出射領域Ｒ１にそれぞれ対応している。すなわち、光透過領域Ｅ２と光出射領域Ｒ１は一対一で対応している。反射領域Ｅ１は、カラーフィルター層２２のブラックマトリクス２２ａの位置に対応している。
反射領域Ｅ１には、光を反射する材料である反射材料が形成されている。例えば、反射領域Ｅ１は、光の反射率が高い金属（例えば、アルミニウム）によって形成される。一方、光透過領域Ｅ２はそのような反射材料が形成されていない領域である。表示装置本体１０Ａは、ガラスや樹脂で形成されている透明基板３４を有している。反射材料は透明基板３４の前側の面に形成され、反射領域Ｅ１を形成している。表示装置本体１０Ａの例では、反射層３３は第１波長板３２と接している。これによって、表示装置本体１０Ａの小型化を図ることができる。表示装置本体１０Ａの例とは異なり、反射層３３と第１波長板３２との間に隙間が形成されてもよい。光透過領域Ｅ２は、透明基板３４上において、そのような反射領域Ｅ１が形成されていない領域（開口）である。そのため、光透過領域Ｅ２は、実質的に全周波数の可視光の透過を許容する。一方、反射領域Ｅ１は、実質的に全周波数の可視光を反射する。
なお、反射領域Ｅ１を構成する反射材料は、例えば蒸着によって、透明基板３４上に形成される。この場合、反射領域Ｅ１に対応する領域が開口したマスクが利用される。表示装置本体１０Ａの例とは異なり、反射領域Ｅ１は第１波長板３２に形成されてもよい。この場合、表示装置本体１０Ａは透明基板３４を有していなくてもよい。反射材料の種類によっては、反射材料は、例えば印刷によって透明基板３４に形成されてもよい。
［光路］
図３を参照しながら、表示素子Ｄｅから出た光の光路Ｌ１の例について説明する。画素電極１２ａにオン電圧が作用しているとき、バックライト１６の光Ｃ１は、偏光板１５、液晶層１４、カラーフィルター層２２の着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂ及び第１偏光板３１を通過する。その結果、表示装置本体１０Ａの例においては、第１波長板３２に縦方向の直線偏光が入射する。第１波長板３２は、この直線偏光を光の進行方向に見て右回りの円偏光Ｃ２に変換する。円偏光Ｃ２は、反射層３３の光透過領域Ｅ２を通過し、第２波長板３５に入射する。第２波長板３５は、右回りの円偏光Ｃ２を横方向の直線偏光Ｃ３に変換する。上述したように、第２偏光板３６は、第１偏光板３１と同様、縦方向の直線偏光の透過を許容し、横方向の直線偏光の透過を阻止するので、横方向の直線偏光Ｃ３は第２偏光板３６で反射し、再び第２波長板３５を透過する。第２波長板３５は、横方向の直線偏光Ｃ３を、光の進行方向に見て右回りの円偏光Ｃ４に変換する。この右回りの円偏光Ｃ４が反射層３３の反射領域Ｅ１で反射すると、光の進行方向に見て左周りの円偏光Ｃ５となり、この円偏光Ｃ５は第２波長板３５に入射する。第２波長板３５はこの左回りの円偏光Ｃ５を縦方向の直線偏光Ｃ６に変換する。縦方向の直線偏光Ｃ６は第２偏光板３６とレンズＳとを透過し、ユーザの瞳に到達する。
このように、表示装置本体１０Ａでは、第２偏光板３６と反射層３３とで光が反射するので、レンズＳと表示素子Ｄｅとの実際の距離を縮めながら、それらの間に必要な光路長を確保することが可能となる。光路長は前後方向での反射層３３の位置に応じて変わるので、反射層３３の位置はレンズＳの焦点距離に応じて設定される。表示装置本体１０Ａの例では、反射層３３が形成されている透明基板３４と、第２波長板３５との間に空気層Ｇ１が形成されている。例えば、この空気層Ｇ１の厚さが、レンズＳの焦点距離に応じて設定される。表示装置本体１０Ａの例では、反射領域Ｅ１は、透明基板３４の表示素子Ｄｅ側の面に形成されているので、第２偏光板３６と反射層３３との距離の確保が容易となっている。
この反射層３３を有している表示装置本体１０Ａによると、ハーフミラーを有している表示装置に比して、光出射領域Ｒ１から出る光の利用効率を向上できる。また、レンズＳの焦点距離からずれた長さの光路を経由してユーザの瞳に達する光（ゴースト光）を低減できる。
図４は、表示装置本体１０Ａとの比較のために、ハーフミラー９１を有している表示装置本体９０が有する光路を説明するための断面図である。表示装置本体９０は、反射層３３に替えて、ハーフミラー９１を有している点を除いて、表示装置本体１０Ａと同じである。この図では、３つの光路Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５が示されている。光路Ｌ３は、表示装置本体１０Ａの光路Ｌ１と同様である。
ところが、光路Ｌ４で示すように、第２偏光板３６で反射して、第２波長板３５を透過した右回りの円偏光Ｃ４の一部（半分）は、ハーフミラー９１を透過してしまう。そして、この円偏光Ｃ４の一部は、第１波長板３２で縦方向の直線偏光Ｃ８に変換されて、第１偏光板３１を透過する。
また、光路Ｌ５に示すように、光出射領域Ｒ１を出て、第１偏光板３１及び第１波長板３２を透過した右回りの円偏光Ｃ２の一部（半分）は、ハーフミラー９１で反射し、光の進行方向に見て左回りの円偏光となる。この左回りの円偏光は、第１波長板３２の透過により、横方向の直線偏光Ｃ１０に変換される。横方向の直線偏光Ｃ１０は第１偏光板３１で反射し、再び第１波長板３２を透過する。そして、直線偏光Ｃ１０は第１波長板３２の透過により、左回りの円偏光Ｃ１１となり、第２波長板３５に入射する。左回りの円偏光Ｃ１１は、第２波長板３５の透過により縦方向の直線偏光Ｃ１２に変換され、第２偏光板３６を透過して、ユーザの瞳に達する。このような光路Ｌ５は光路Ｌ３よりも短いので、光路Ｌ５を通る光（ゴースト光）はレンズＳの焦点からずれる。このような光路Ｌ４、Ｌ５の存在により、表示装置本体９０では、光出射領域Ｒ１から出る光のうち、光路Ｌ３を通る光は２５％となる。
これに対して、表示装置本体１０Ａでは、図３に示すように、反射層３３の反射領域Ｅ１に当たった光Ｃ５は、図４で示した光路Ｌ４にある透過光Ｃ８を生じることなく、レンズＳに向けて反射する。そのため、表示装置本体１０Ａは、表示装置本体９０に比して、光出射領域Ｒ１から出る光の利用効率を向上できる。また、表示装置本体１０Ａでは、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１から出た光は、光路Ｌ５にある反射光Ｃ１０を生じることなく、反射層３３の光透過領域Ｅ２を透過できる。そのため、表示装置本体１０Ａでは、ゴースト光（図３で示す光路Ｌ５）の発生も抑えることができる。
なお、図２の光路Ｌ２で示すように、第２偏光板３６で反射し、第２波長板３５を透過した円偏光Ｃ４の一部（光Ｃ７）は、反射層３３の光透過領域Ｅ２を透過する。この光Ｃ７は、第１波長板３２及び第１偏光板３１を透過できるので、ユーザの瞳には達せず、無駄となる。しかしながら、この光Ｃ７の量は多くないので、光Ｃ７が生じていたとしても、表示装置本体１０Ａでは光出射領域Ｒ１から出る光を有効に利用できる。
［フィルタ］
なお、反射層３３は、光透過領域Ｅ２に、これに対応する光出射領域Ｒ１から出る光（画素Ｐｘの色の光）を透過し、他の色の光を反射するフィルタを有してもよい。こうすれば、このような光Ｃ７を低減できる。例えば、赤画素Ｐｘ（ｒ）の光透過領域Ｅ２に、後側から（レンズＳ側から）光があたったとき、この光のうち赤色光は光透過領域Ｅ２を透過してしまうものの、他の色の光は光透過領域Ｅ２で反射する。そのため、光出射領域Ｒ１から出た光の利用効率をさらに向上できる。このフィルタは、図３に示す表示装置本体１０Ａだけでなく、以降で説明する他の表示装置本体に適用されてもよい。
［光透過領域の位置及びサイズ］
なお、一例では、反射層３３の光透過領域Ｅ２のサイズと表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１のサイズは同じであり、且つ、光透過領域Ｅ２の中心と光出射領域Ｒ１の中心は、光軸に沿った同一直線上に位置している。
他の例では、反射層３３の光透過領域Ｅ２のサイズと表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１のサイズは互いに異なっていてもよい。例えば、反射層３３の光透過領域Ｅ２のサイズは、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１のサイズより大きくてもよい。こうすれば、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１から出た光が、反射領域Ｅ１の表示素子Ｄｅ側の面にあたる可能性を低減できる。この場合、光透過領域Ｅ２の中心と光出射領域Ｒ１の中心は、例えば、表示素子Ｄｅに垂直な同一直線上に位置している。
さらに他の例として、光透過領域Ｅ２の中心の位置と光出射領域Ｒ１の中心の位置は、表示素子Ｄｅと平行な方向において異なっていてもよい。例えば、光透過領域Ｅ２の中心の位置は、光出射領域Ｒ１の中心よりもレンズＳの光軸寄りにずれていてもよい。この場合、反射層３３の光透過領域Ｅ２のサイズは、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１のサイズより大きくてもよい。こうすれば、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１から光軸に向けて斜めに出た光が、反射領域Ｅ１の表示素子Ｄｅ側の面にあたる可能性を低減できる。このような、光透過領域Ｅ２と光出射領域Ｒ１との間のサイズ関係及び位置関係は、図３に示す表示装置本体１０Ａだけでなく、以降で説明する他の表示装置本体に適用されてもよい。
［他の表示装置本体］
図５は、表示装置本体の他の例を示す断面図である。この図では、これまで説明した表示装置本体１０Ａにある要素と同一の要素には同一符号を付している。
この図で示す表示装置本体１０Ｂは、カラーフィルター層２２Ｂを有している。カラーフィルター層２２Ｂは、カラーフィルター層２２と同様に、各画素Ｐｘの色に応じた着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを有している。また、カラーフィルター層２２Ｂは、着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを区画するブラックマトリクス２２ｃを有している。ブラックマトリクス２２ｃは、上述した反射層３３の反射領域Ｅ１と同様に、反射率の高い金属（例えば、アルミニウム）で形成されている。すなわち、この図で示す表示装置本体１０Ｂは、反射層として、カラーフィルター層２２Ｂを有している。着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂは、バックライト１６の光の透過を許容する光透過領域として機能している。表示装置本体１０Ｂの構造によれば、表示装置本体の部品数の低減や、製造工程の数の低減を図ることができる。
表示装置本体１０Ｂにおいて、第１偏光板３１と第１波長板３２は、カラーフィルター層２２Ｂと表示素子Ｄｅとの間に配置されている。より詳細には、第１偏光板３１と第１波長板３２は、カラーフィルター層２２Ｂと液晶層１４との間に位置している。表示装置本体１０Ｂのその他の構造や光路は、表示装置本体１０Ａの例と同様である。
なお、図５の構造において、ブラックマトリクス２２ｃは多層構造を有してもよい。例えば、ブラックマトリクス２２ｃにおいてレンズＳ側の表面は、上述した反射層３３の反射領域Ｅ１と同様に、反射率の高い金属（例えば、アルミニウム）で形成されてもよい。そして、ブラックマトリクス２２ｃにおいて表示素子Ｄｅ側の表面は、ブラックマトリクス２２ａと同様に、高い遮光性を有する材料（例えば、クロムや、ニッケル、それらの合金など）で形成されてもよい。
図６Ａは、表示装置本体のさらに他の例を示す断面図である。この図では、これまで説明した要素と同一の要素には同一符号を付している。
この図で示す表示装置本体１０Ｃの表示素子Ｄｅは、有機ＥＬパネルである。表示素子Ｄｅは、基板１１と、基板１１に形成されている回路層１２Ｃと、回路層１２Ｃに形成されている有機層１４Ｃとを有している。有機層１４Ｃは、例えば白色光で発光する有機層である。すなわち、有機層１４Ｃは、例えば、相互に異なる色で発光する積層された複数の発光層（赤色光で発光する層と、緑色光で発光する層と、青色光で発光する層）を有している。有機層１４Ｃは、例えば、複数の画素Ｐｘに亘って設けられている。回路層１２Ｃは、有機層１４Ｃに接する画素電極１２ａを各画素Ｐｘに有している。画素電極１２ａから供給される電流によって有機層１４Ｃは発光する。そのため、画素電極１２ａと有機層１４Ｃとが接している領域が、光出射領域Ｒ１となっている。表示装置本体１０Ｃは、表示装置本体１０Ａと同様、着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを含むカラーフィルター層２２を有している。
また、表示装置本体１０Ｃは、表示装置本体１０Ａと同様、反射層３３を有している。反射層３３は、表示素子Ｄｅの非光出射領域Ｒ２の位置に対応し且つ光を反射する反射領域Ｅ１を有している。また、反射層３３は、複数の光出射領域Ｒ１の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域Ｅ２を有している。表示装置本体１０Ｃの例においても、透明基板３４に反射領域Ｅ１を構成する反射材料が形成されている。光透過領域Ｅ２は、例えば、反射領域Ｅ１を構成する材料が形成されていない領域である。
なお、有機層１４Ｃは、白色光で発光する有機層ではなく、各画素Ｐｘの色で発光する発光層を含む有機層であってもよい。図６Ｂは、このような形態の有機層を含む表示装置本体１０Ｄを示す断面図である。この図では、図６Ａで説明した要素と同一の要素には同一符号を付している。
表示装置本体１０Ｄは、有機層１４Ｄを有している。有機層１４Ｄは、各画素Ｐｘの色で発光する発光層１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを有している。表示装置本体１０Ｄはカラーフィルター層２２を有していない。表示装置本体１０Ｄは、図６Ａに示す表示装置本体１０Ｃと同様、反射層３３と、反射層３３が形成されている透明基板３４とを有している。反射層３３と表示素子Ｄｅとの間に、第１偏光板３１と第１偏光板３２とが配置されている。
図７Ａは、表示装置本体のさらに他の例を示す断面図である。この図では、これまで説明した要素と同一の要素には同一符号を付している。
この図で示す表示装置本体１０Ｅは、カラーフィルター層２２Ｅを有している。カラーフィルター層２２Ｅは、カラーフィルター層２２と同様に、各画素Ｐｘの色に応じた着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを有している。また、カラーフィルター層２２Ｅは、着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂを区画するブラックマトリクス２２ｅを有している。ブラックマトリクス２２ｅは、上述した反射層３３の反射領域Ｅ１と同様に、反射率の高い金属（例えば、アルミニウム）で形成されている。すなわち、この図で示す表示装置本体１０Ｅは、反射層として、カラーフィルター層２２Ｅを有している。着色部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂは、有機層１４Ｃから出た光の透過を許容する光透過領域として機能している。表示装置本体１０Ｅの構造によれば、表示装置本体の部品数の低減や、製造工程の数の低減を図ることができる。
図７Ａの構造において、ブラックマトリクス２２ｅは多層構造を有してもよい。例えば、ブラックマトリクス２２ｅにおいてレンズＳ側の表面は、上述した反射層３３の反射領域Ｅ１と同様、反射率の高い金属（例えば、アルミニウム）で形成されてもよい。そして、ブラックマトリクス２２ｅにおいて表示素子Ｄｅ側の表面は、ブラックマトリクス２２ｅと同様に、高い遮光性を有する材料（例えば、例えば、クロムや、ニッケル、それらの合金など）で形成されてもよい。
表示装置本体１０Ｅにおいて、第１偏光板３１と第１波長板３２は、カラーフィルター層２２Ｅと表示素子Ｄｅとの間に配置されている。より詳細には、第１偏光板３１と第１波長板３２は、カラーフィルター層２２Ｅと有機層１４Ｃとの間に位置している。第１偏光板３１は、例えば、表示素子Ｄｅに対して貼り付けられるフィルムであるが、それに限られない。例えば、フォトニック結晶を有する光学素子が、第１偏光板３１として表示素子Ｄｅに形成されてもよい。第１波長板３２は、第１偏光板３１と同様に、第１偏光板３１に対して貼り付けられるフィルムである。それとは異なり、第１波長板３２として機能するフォトニック結晶光学素子が、第１偏光板３１上に形成されてもよい。
表示装置本体１０Ｅのその他の構造や光路は、表示装置本体１０Ｃ、１０Ｄの例と同様である。
なお、図７Ａの表示装置の表示装置本体１０Ｅにおいても、図６Ｂと同様に、有機層１４Ｃは、白色光で発光する有機層ではなく、各画素Ｐｘの色で発光する有機層であってもよい。図７Ｂは、このような形態の有機層を含む表示装置本体１０Ｆを示す断面図である。この図では、図７Ａで説明した要素と同一の要素には同一符号を付している。
表示装置本体１０Ｆは、有機層１４Ｄを有している。有機層１４Ｄは、各画素Ｐｘの色で発光する発光層１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを有している。表示装置本体１０Ｆはカラーフィルター層２２を有していない。表示装置本体１０Ｆは、図７Ａに示す表示装置本体１０Ｅと同様、反射層３３と、反射層３３が形成されている透明基板３４とを有している。反射層３３と表示素子Ｄｅとの間に、第１偏光板３１と第１偏光板３２とが配置されている。
表示装置本体１０Ｆでは、透明基板３４に反射層３３が形成され、反射層３３上に第１波長板３２と第１偏光板３１とが貼り付けられる。その後に、表示素子Ｄｅが透明基板３４と向き合うように配置され、相互に固定される。こうすることで、透明基板３４は表示素子Ｄｅを封止する封止基板として機能しえる。
［まとめ］
以上説明したように、表示装置であるヘッドマウントディスプレイ１００の表示装置本体１０Ａ〜１０Ｆでは、第１偏光板３１、第１波長板３２、反射層（反射層３３、及び反射層として機能するカラーフィルター層２２Ｂ、２２Ｅを含む）、第２波長板３５、及び第２偏光板３６は表示素子ＤｅとレンズＳとの間に配置され、且つ、この順番で表示素子ＤｅからレンズＳに向けて並んでいる。そして、反射層３３は、表示素子Ｄｅの非光出射領域Ｒ２の位置に対応し且つ光を反射する反射領域Ｅ１と、複数の光出射領域Ｒ１の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域Ｅ２とを有している。この表示装置によれば、表示素子Ｄｅから出る光の利用効率を向上できる。
［変形例］
なお、本発明は、以上説明した例に限られず、種々の変更が可能である。
表示装置本体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｆの例では、表示素子Ｄｅの光出射領域Ｒ１と反射層３３の光透過領域Ｅ２とが一対一で対応している。これとは異なり、複数の光出射領域Ｒ１（例えば、２つ、３つ、又は４つの光出射領域Ｒ１）に跨がる１つの光透過領域Ｅ２が形成されてもよい。そして、隣り合う２つの光透過領域Ｅ２の間の領域、言い換えれば、光透過領域Ｅ２以外の領域が反射領域Ｅ１であってもよい。この場合でも、光の利用効率の向上を図ることができる。
また、表示装置本体１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｆの例では、透明基板３４上に反射層３３が形成されている。これとは異なり、ハーフミラー上に反射層３３が形成されてもよい。この場合でも、光の利用効率の向上を図ることができる。
［撮像装置］
また、表示装置本体１０Ａ〜１０Ｆが、表示素子ＤｅとレンズＳとの間に有している構造は撮像装置に適用されてもよい。図８は本開示で提案する撮像装置の例を示す断面図である。
図８で示すように、撮像装置１１０は、撮像素子Ｃｅと、外部から入射する光を撮像素子Ｃｅに集めるレンズＳとを有している。レンズＳは、例えば、凸レンズや、凹レンズ、凸レンズと凹レンズとの組み合わせである。撮像素子Ｃｅは、具体的には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサであり、レンズＳを通して入射した光を電気信号に変換し、画像データを生成する。撮像素子Ｃｅは複数の画素を有している。複数の画素は、相互に色が異なる複数種類の画素を含んでいる。画素の色は、例えば赤、緑、青であるが、これに限られない。
図８で示すように、撮像素子Ｃｅは基板１１１と、多層基板１１２と、カラーフィルター層１２２と、マイクロレンズ層１２３とを有している。基板１１１には、複数の画素にそれぞれ位置している複数のフォトダイオード１１１ａが形成されている。多層基板１１２には、フォトダイオード１１１ａが発生した電荷を外部に転送する配線１１２ａが形成されている。カラーフィルター層１２２には、複数の画素にそれぞれ位置している複数のカラーフィルター２２ｒ・２２ｇ・２２ｂが形成されている。マイクロレンズ層１２３は、複数の画素にそれぞれ位置している複数のマイクロレンズ１２３ａを有している。図８で示す例では、多層基板１１２は、カラーフィルター層１２２と基板１１１との間に配置されているが、基板１１１を挟んでカラーフィルター層１２２とは反対側に配置されてもよい。
図８に示すように、各画素は、受光領域Ｒ３を有している。本明細書において、受光領域Ｒ３とは、レンズＳから入射しフォトダイオード１１１ａで検出される光が透過する領域である。撮像素子Ｃｅは、隣り合う受光領域Ｒ３の間に非受光領域Ｒ４を有している。非受光領域Ｒ４は、フォトダイオード１１１ａに向かう光を遮る構造が形成されている領域である。表示素子Ｄｅは、この非受光領域Ｒ４に、例えば不透明な材料で形成されている遮光部を有する。例えば、多層基板１１２は、不透明な材料で形成される遮光層１１２ｂを有する。この遮光層１１２ｂは受光領域Ｒ３に開口を有し、遮光層１１２ｂの材料はそれ以外の領域（すなわち、領域Ｒ４）に形成されている。
撮像装置１１０は、撮像素子ＣｅとレンズＳとの間に、レンズＳの焦点距離に応じた光路長を光の反射を利用して確保する構造を有している。具体的には、図８に示すように、撮像装置１１０は、撮像素子ＣｅとレンズＳとの間に、第１偏光板３１と、第１波長板３２と、反射層３３と、第２波長板３５と、第２偏光板３６とを有している。撮像装置１１０に設けられている、第１偏光板３１、第１波長板３２、反射層３３、第２波長板３５、及び第２偏光板３６の材料、機能及び配置は、図３等を参照しながら説明した表示装置本体１０Ａ等の第１偏光板３１、第１波長板３２、反射層３３、第２波長板３５、及び第２偏光板３６のそれらと同じであってよい。
したがって、反射層３３は、撮像素子Ｃｅの非受光領域Ｒ４の位置に対応し且つ光を反射する反射領域Ｅ１を有している。また、反射層３３は、複数の受光領域Ｒ１の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域Ｅ２を有している。撮像素子１１０の例では、複数の光透過領域Ｅ２が複数の受光領域Ｒ３にそれぞれ対応している。すなわち、光透過領域Ｅ２と受光領域Ｒ３は一対一で対応している。１つの光透過領域Ｅ２のサイズは１つの受光領域Ｒ３のサイズより大きくてもよい。或いは、１つの光透過領域Ｅ２のサイズは１つの受光領域Ｒ３のサイズと同じであってもよい。例えば、多層基板１１２に遮光層１１２ｂが形成されていなくてもよい。この場合、各光透過領域Ｅ２のサイズは受光領域Ｒ１のサイズと同じであってもよい。反射領域Ｅ１を構成する反射材料は、例えば蒸着によって、図示していない透明基板に形成されてよい。この場合、反射領域Ｅ１に対応する領域が開口となる。これとは異なり、反射領域Ｅ１は第１波長板３２に形成されてもよい。
外部からレンズＳを透過する光Ｃ１は、第２偏光板３６を通過し、直線偏光に変換される。撮像装置１１０の例では、上述した表示装置１０Ａと同様、光Ｃ１は縦方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は第２波長板３５を透過し、光の進行方向に見て左回りの円偏光Ｃ２に変換される。円偏光Ｃ２が反射層３３の反射領域Ｅ１に達すると、そこで反射する。反射した光Ｃ３は、その進行方向に見て、右回りの円偏光となる。右回りの円偏光Ｃ３は再び第２波長板３５に入射すると、横方向の直線偏光Ｃ４に変換される。横方向の直線偏光Ｃ４は第２偏光板３６で反射し、再び第２波長板３５を透過する。そのため、直線偏光Ｃ４は、右回りの円偏光Ｃ５に変換される。円偏光Ｃ５が光透過領域Ｅ２に達すると、円偏光Ｃ５は反射層３３を透過し、さらに第１波長板３２を透過する。そして、右回りの円偏光Ｃ５は第１波長板３２を透過し、縦方向の直線偏光Ｃ６に変換され、第１偏光板３１を透過する。そして、この直線偏光Ｃ６はマイクロレンズ１２３ａやカラーフィルター２２ｒ・２２ｇ・２２ｂなどが配置された受光領域Ｒ３を透過し、フォトダイオード１１１ａに達する。
このように、撮像装置１１０では、第２偏光板３６と反射層３３とで光が反射するので、レンズＳと撮像素子Ｃｅとの実際の距離を縮めながら、それらの間に必要な光路長を確保することが可能となる。したがって、反射層３３を有している撮像装置１１０によると、光路長の確保のためのハーフミラーが不要となる。光路長は前後方向での反射層３３の位置に応じて変わるので、反射層３３の位置はレンズＳの焦点距離に応じて設定される。撮像装置１１０の例では、反射層３３と、第２波長板３５との間に空気層Ｇ１が形成されている。例えば、この空気層Ｇ１の厚さが、レンズＳの焦点距離に応じて設定される。
なお、反射層３３は、光透過領域Ｅ２に、これに対応する受光領域Ｒ３を透過する光（光透過領域Ｅ２が設けられている画素の色の光）を透過し、他の色の光を反射するフィルタを有してもよい。例えば、赤画素の光透過領域Ｅ２には、赤色光を透過し、他の色の光を反射するフィルタが設けられてもよい。こうすれば、反射層３３の反射領域Ｅ１で反射することなく、光透過領域Ｅ２を透過して撮像素子Ｃｅに到達する光Ｃ７（図８参照）を低減できる。

Claims (9)

  1. レンズと、
    複数の画素を有し、光が透過する領域である又は光を発する領域である光出射領域を複数の画素のそれぞれが有し、隣り合う光出射領域の間に非光出射領域を有している表示素子と、
    第１偏光板と、
    第１波長板と、
    反射層と、
    第２波長板と、
    第２偏光板と、を有し、
    前記第１偏光板、前記第１波長板、前記反射層、前記第２波長板、及び前記第２偏光板は前記表示素子と前記レンズとの間に配置され、且つ、この順番で前記表示素子から前記レンズに向けて並んでおり、
    前記反射層は、前記非光出射領域の位置に対応し且つ光を反射する反射領域と、前記光出射領域の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域とを有している
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記反射領域に、光を反射する材料である反射材料が形成され、
    前記光透過領域は前記反射材が形成されていない領域である
    ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記反射材料が透明基板上に形成され、前記反射領域を形成し、
    前記光透過領域は、前記透明基板上において、前記反射材料が形成されていない領域である
    ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
  4. 前記非光出射領域にブラックマトリクスを有しているカラーフィルター層をさらに有し、
    前記反射領域は前記ブラックマトリクスの領域に対応している
    ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 前記ブラックマトリクスは光を反射する材料である反射材料で形成され、前記カラーフィルター層は前記反射層として機能している
    ことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
  6. 前記光透過領域は、前記光透過領域が配置されている画素の色に応じた色の可視光の透過を許容し、前記画素の色とは異なる色の可視光の透過を制限する
    ことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
  7. 複数の光透過領域が前記複数の光出射領域にそれぞれ対応している
    ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  8. レンズと、
    複数の画素を有し、外光が透過する領域である受光領域を複数の画素のそれぞれが有し、隣り合う受光領域の間に非受光領域を有している撮像素子と、
    第１偏光板と、
    第１波長板と、
    反射層と、
    第２波長板と、
    第２偏光板と、を有し、
    前記第１偏光板、前記第１波長板、前記反射層、前記第２波長板、及び前記第２偏光板は前記撮像素子と前記レンズとの間に配置され、且つ、この順番で前記撮像素子から前記レンズに向けて並んでおり、
    前記反射層は、前記非受光領域の位置に対応し且つ光を反射する反射領域と、前記受光領域の位置に対応し且つ光を透過する光透過領域とを有している
    ことを特徴とする撮像装置。
  9. 前記反射領域に、光を反射する材料である反射材料が形成され、
    前記光透過領域は前記反射材が形成されていない領域である
    ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
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